Luận văn Thạc sĩ Ứng dụng phương pháp Taguchi để đánh giá mức độ ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------ĐẶNG ĐỨC BÌNH

Đặng Đức Bình

KỸ THUẬT CƠ KHÍ

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TAGUCHI ĐỂ ĐÁNH GIÁ MỨC
ĐỘ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT
LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ

KHỐ CH2016A
Hà Nội - Năm 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Đặng Đức Bình

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TAGUCHI ĐỂ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ẢNH
HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI
GIA CÔNG
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN NGỌC KIÊN

Hà Nội - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là do bản thân Tôi
thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Ngọc Kiên. Ngoài các phần
tài liệu tham khảo đã được liệt kê và nêu rõ trong Luận văn, các số liệu và kết quả
thực nghiệm là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình
nào khác.

Hà Nội, Ngày

tháng

năm 2018

Người thực hiện

Đặng Đức Bình

1


LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Ngọc Kiên đã hướng dẫn và giúp

đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến q trình viết và hồn chỉnh
Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và Viện Đào tạo sau đại học,
Viện Cơ khí của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để
hoàn thành bản Luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Trung tâm hỗ trợ đào tạo và nghiên cứu đổi mới
cơng nghệ cơ khí, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và các giáo viên thuộc trung
tâm đã tạo điều kiện về thiết bị và giúp đỡ trong quá trình sự dụng thiết bị để tiến
hành thực nghiệm; đồng thời tác giả cũng chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp
của các thầy, cơ giáo thuộc Viện Cơ khí và các đồng nghiệp đã giúp đỡ tác giả tháo
gỡ những vướng mắc trong thời gian thực hiện Luận văn.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi sai sót,
tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, các nhà khoa
học và các bạn đồng nghiệp để Luận văn được hoàn thiện hơn và có ý nghĩa trong
thực tiễn.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Người thực hiện

Đặng Đức Bình

2


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 2
MỤC LỤC ................................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................. 6
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... 8
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................................ 9
PHẦN MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 10
1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................. 10
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tương, phạm vi nghiên cứu.................... 11
3. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả .................................... 12
4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 13
CHƯƠNG 1. GIA CÔNG TRÊN TRUNG TÂM PHAY CNC 5 TRỤC ................. 14
1.1. Tổng quan về trung tâm phay CNC 5 trục [3], [12], [13], [14] ......................... 14
1.2. Công nghệ gia công bề mặt phức tạp trên Trung tâm phay CNC 5 trục [3], [5],
[6], [13], [14], [15] .................................................................................................... 19
1.2.1. Đặc điểm cơ bản của Trung tâm phay CNC ................................................... 19
1.2.2. Khả năng công nghệ của Trung tâm phay CNC ............................................. 20
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1.......................................................................................... 22
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM
TAGUCHI ................................................................................................................. 23
2.1. Phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi ................................................... 23
2.1.1. Xây dựng thực nghiệm và kỹ thuật phân tích thực nghiệm Taguchi .............. 23
2.2. Thiết kế thực nghiệm bằng phương pháp Taguchi ............................................ 37
2.3. Xây dựng, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào và nhiễu đến yếu tố đầu
ra bằng phân tích thực nghiệm Taguchi .................................................................... 38
2.3.1. Các yếu tố đầu vào .......................................................................................... 38
2.3.2. Các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt khi phay.......... 38
2.3.3. Các thông số đầu ra ......................................................................................... 38

3

2.4. Ưu điểm của phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi so với các phương
pháp truyền thống khác ............................................................................................. 40
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.......................................................................................... 42
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM ....................................... 43
3.1. Mục đính của thí nghiệm [1], [2], [4] ................................................................ 43
3.2. Mơ hình thực nghiệm ......................................................................................... 43
3.2.1. Sơ đồ thí nghiệm ............................................................................................. 43
3.2.2. Mơ hình thí nghiệm ......................................................................................... 44
3.2.3. Các đại lượng đầu vào ..................................................................................... 45
3.2.4. Các đại lượng đầu ra ....................................................................................... 45
3.2.5. Các đại lượng cố định ..................................................................................... 45
3.2.6. Các đại lượng nhiễu ........................................................................................ 45
3.3. Điều kiện thí nghiệm .......................................................................................... 46
3.3.1. Trung tâm gia cơng CNC ................................................................................ 46
3.3.2. Phơi thí nghiệm ............................................................................................... 47
3.3.3. Dụng cụ cắt ..................................................................................................... 48
3.3.4. Đồ gá chi tiết ................................................................................................... 50
3.3.5. Các thông số cố định khác .............................................................................. 50
3.4. Thiết bị đo .......................................................................................................... 50
3.5. Xây dựng quy hoạch thực nghiệm [4], [5], [10] ................................................ 50
3.6. Tiến hành thí nghiệm và thu thập dữ liệu .......................................................... 52
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.......................................................................................... 55
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG HÀM QUAN HỆ TOÁN HỌC, ĐÁNH GIÁ ẢNH
HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT BẰNG PHƯƠNG
PHÁP THỰC NGHIỆM TAGUCHI ........................................................................ 56
4.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt bằng phương pháp thực
nghiệm Taguchi. ........................................................................................................ 56
4.1.1. Xử lý dữ liệu thực nghiệm [16], [17], [18] ..................................................... 56

4


4.1.2. Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt
bằng phương pháp thực nghiệm Taguchi [16], [17], [18]......................................... 60
4.2. Đồ thị ảnh hưởng của các mức chế độ cắt đến chất lượng bề mặt ..................... 62
4.2.1. Ảnh hưởng của yếu tố vận tốc cắt ................................................................... 62
4.2.2. Ảnh hưởng của yếu tố lượng chạy dao ........................................................... 63
4.2.3. Ảnh hưởng của yếu tố chiều sâu cắt ............................................................... 64
4.3. Xây dựng hàm quan hệ toán học [4], [20], [21] ................................................. 65
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4.......................................................................................... 69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 71

5


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT Ký hiệu, viết tắt

Diễn giải nội dung

1

CNC

Computer numerical control

2

NC

Numerical control

3

Rz

Chiều cao nhấp nhơ tế vi

µm

4

Ra

Sai lệch profin trung bình

µm

5

L

Bước sóng

mm

6

B

Chiều rộng phay

mm

7

v

Vận tốc cắt

m/phút

8

S

Lượng tiến dao

Mm/phút

9

t

Chiều sâu cắt

mm

10

y

Góc nghiêng dao

Độ

11

n

Tốc độ trục chính

Vịng/phút

12

Z

Vận tốc cắt

13

Sz

Lượng tiến dao

mm/răng

14

D

Đường kính dao phay

mm

15

e

Giá trị sai lệch

16

E

Tổng giá trị sai lệch

17



Phần trăm giá trị sai lệch

18

σ

Độ phân tán sai số

19

S/N

Signal to noise

20

MSD

Trung bình bình phương

6

Đơn vị

%

dB


21

f

Bậc tự do

22

ST

Tổng bình phương sai lệch

23

CF

Correction factor

24

P

Cơng suất cắt

Kw

25

hs

Lượng mịn dao mặt sau

µm

26

F

Lực cắt

N

27

OA

Bảng trực giao

7


DANH MỤC BẢNG
Chương 2
Bảng 2.1: Bảng trực giao OA4 (23 ) ..............................................................................24
Bảng 2.2: Bảng trực giao OA8 (27 ) .............................................................................24
Bảng 2.3: Bảng trực giao OAr (s r −1 ) ............................................................................26
Bảng 2.4: Bảng kết quả đầu ra ..................................................................................30
Bảng 2.5: Kết quả thực nghiệm sử dụng để xử lý kết quả ........................................41
Chương 3
Bảng 3.1: Đặc tính kỹ thuật của máy phay MIKRON UCP 600 ..............................46
Bảng 3.3: Thành phần hóa học và cơ tính của thép SKD11 .....................................48
Bảng 3.4: Các thơng số của dao phay đầu cầu sử dụng trong thí nghiệm ................49
Bảng 3.5: Tính năng kỹ thuật của máy SJ - 400 .......................................................50
Bảng 3.6: Bảng trực giao OA25 (53) ..........................................................................51
Bảng 3.7: Bảng thông số chế độ cắt ..........................................................................52
Bảng 3.8: Kết quả thực nghiệm gia cơng ..................................................................53

Chương 4
Bảng 4.1: Bảng tính tỷ số S/N ...................................................................................59
Bảng 4.3: Bảng tổng hợp phương sai theo phương pháp Taguchi............................61
Bảng 4.4: Bảng tổng hợp kết quả vận tốc cắt ...........................................................62
Bảng 4.5: Bảng tổng hợp kết quả lượng chạy dao ....................................................63
Bảng 4.6: Bảng tổng hợp kết quả chiều sâu cắt ........................................................64

8


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
CHƯƠNG 1
Hình 1.1: Mơ hình trung tâm gia cơng 5 trục kiểu đầu quay ....................................16
Hình 1.2: Mơ hình trung tâm gia cơng 5 trục kiểu bàn quay ....................................16
Hình 1.3: Mơ hình trung tâm gia công 5 trục kiểu kết hợp bàn quay và đầu quay...17
Hình 1.4: Trung tâm gia cơng CNC UCP600 ...........................................................17
Hình 1.5: Trung tâm gia cơng CNC 5 trục SU85-A .................................................18
CHƯƠNG 2
Hình 2.1: Mơ hình hóa q trình cắt khi phay ..........................................................39
CHƯƠNG 3
Hình 3.1: Sơ đồ nghiên cứu quá trình phay bằng thực nghiệm ................................43
Hình 3.2: Mơ hình thực nghiệm ................................................................................44
Hình 3.3: Hình ảnh máy UCP 600 ............................................................................47
Hình 3.4: Dao phay cầu sử dụng trong thí nghiệm ...................................................49
Hình 3.5: Hình ảnh bề mặt chi tiết sau khi phay .......................................................54
CHƯƠNG 4
Hình 4.1: Phân bố đầu ra thực và giá trị đích............................................................57
Hình 4.2: Ảnh hưởng của độ nhiễu lên kết quả đầu ra tính theo tỷ số S/N ..............58
Hình 4.3: Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của vận tốc cắt .................................63
Hình 4.4: Đồ thị phân bố các mức ảnhhưởng của lượng tiến dao ............................64

Hình 4.5: Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của chiều sâu cắt ..............................64
Hình 4.6: Đường quan hệ thực nghiệm và dự đoán ..................................................66

9


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển, các máy công cụ điều khiển
số (NC và CNC) hiện đang được sử dụng phổ biến tại các nước phát triển [1], [2],
[3]. Trong những năm gần đây các máy CNC được nhập vào Việt Nam với số lượng
ngày càng lớn. Vì vậy, việc tìm hiểu khai thác khả năng cơng nghệ gia công trên máy
CNC cũng như trên trung tâm gia công nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao là thực tiễn và
cần thiết.
Kỹ thuật gia cơng cơ khí trên các máy điều khiển số CNC đang được nghiên
cứu, ứng dụng và phát triển lớn mạnh tại Việt Nam cũng như các nước trên thế giới.
Ngành công nghệ gia công, chế tạo thiết bị có những bước phát triển vượt bậc với
những máy CNC có khả năng gia cơng đạt độ chính xác rất cao đáp ứng nhu cầu gia
tăng độ chính xác, hạ giá thành sản phẩm [7], [8], [9], [14]. Với một hệ thống công
nghệ nhất định chất lượng bề mặt phụ thuộc chủ yếu vào chế độ công nghệ (cụ thể là
chế độ cắt được cài đặt), vì vậy điều khiển các thông số chế độ công nghệ là phương
pháp cơ bản và hiệu quả để kiểm soát chất lượng gia công cũng như nâng cao hiệu
quả sử dụng thiết bị [5], [6], [7], [15]. Do đó cài đặt chế độ cắt hợp lý hay tối ưu là
điều kiện cần cho q trình gia cơng cơ khí.
Thực tế trong một môi trường gia công luôn tồn tại các yếu tố không điều khiển
được (yếu tố nhiễu) làm giảm chất lượng gia cơng [3], [5], [6]. Q trình cài đặt các
thông số công nghệ không phải lúc nào cũng cài đặt chính xác như mong muốn hay
q trình thu nhận các thông tin trong và sau khi gia công cũng bị ảnh hưởng bởi các
yếu tố nhiễu làm những thông tin có được gần với giá trị thực ở một mức độ tin cậy
nhất định [16], [17]. Mặt khác mô hình cơ bản và phổ biến hiện nay đang sử dụng

xác định các thông số công nghệ hợp lý càng bị hạn chế bởi nhu cầu gia tăng độ chính
xác và sử dụng hiệu quả thiết bị [15], [18]. Và phương pháp Taguchi là phương pháp
hữu quả nhất để giải quyết vấn đề này.

10


Phương pháp Taguchi là phương pháp tối ưu hóa quá trình gián đoạn, được
nghiên cứu đầu tiên bởi giáo sư Genichi Taguchi. Phương pháp này đã được ứng dụng
rộng rãi và rất thành công tại Nhật Bản, tuy nhiên tại Việt Nam vẫn chưa được ứng
dụng nhiều.
Vì vậy, để nâng cao hơn nữa hiệu quả của các trung tâm gia cơng vào chương
trình đào tạo Đai học, sau Đại học, nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ và
khai thác trong q trình sản xuất và gia cơng các sản phẩm có độ phức tạp và độ
chính xác cao, tác giả đã chọn đề tài:
“Ứng dụng phương pháp Taguchi để đánh giá mức độ ảnh hưởng của chế độ
công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia cơng”
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tương, phạm vi nghiên cứu.
2.1. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia
cơng.
- Ứng dụng phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi để xác định mức độ
ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến chất lượng bề mặt và năng suất khi gia
cơng trên trung tâm gia cơng CNC. Từ đó làm cơ sở xác định, điều khiển thông
số công nghệ hợp lý cho q trình gia cơng đảm bảo chất lượng bề mặt theo
yêu cầu.
- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập.
2.2. Đối tượng nghiên cứu

11

- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ gia công trên trung tâm gia công CNC.
- Nghiên cứu tổng quan về phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi.
- Xây dựng mơ hình thực nghiệm gia cơng chi tiết trên trung tâm gia công CNC,
thu thập dữ liệu và xử lý dữ liệu.
- Phân tích đánh giá mức độ ảnh hưởng của thông số công nghệ tới chất lượng
và năng suất gia cơng bằng giải pháp Taguchi.
2.3. Phạm vi nghiên cứu
Tìm mối quan hệ thực nghiệm và đánh giá sự ảnh hưởng của chế độ công nghệ
đến chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công trên trung tâm CNC bằng dao phay cầu.
3. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả
Nội dung nghiên cứu gồm:
- Nghiên cứu q trình gia cơng trên trung tâm gia cơng 5 trục UCP600
- Nghiên cứu phân tích thực nghiệm Taguchi cho q trình đánh giá ảnh hưởng
của thơng số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công trên trung tâm 5
trục
- Thực nghiệm và đánh giá mức độ ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề
mặt khi gia công trên trung tâm 5 trục bằng giải pháp Taguchi.
Những đóng góp mới:
- Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi để đánh
gia mức độ ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi gia công thép
hợp kim SKD61 trên trung tâm gia công 5 trục.
- Trên cơ sở đánh giá bằng phân tích thực nghiệm Taguchi làm cơ sở đầu vào
cho q trình tối ưu hóa chế độ cơng nghệ khi gia công.

12


4. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu chung là kết hợp nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu
thực nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả.

13


CHƯƠNG 1. GIA CÔNG TRÊN TRUNG TÂM PHAY CNC 5 TRỤC
1.1. Tổng quan về trung tâm phay CNC 5 trục [3], [12], [13], [14]
Phay là phương pháp gia công cắt gọt bằng dụng cụ cắt có lưỡi xác định được
dùng phổ biến trong gia công kim loại hiện nay. Phay cũng là phương pháp gia công
cắt gọt kim loại cho năng suất cao, chiếm khối lượng lớn công việc cắt gọt kim loại.
Một hệ thống công nghệ trong gia công phay CNC bao gồm trung tâm phay CNC,
dao phay, đồ giá và chi tiết gia công.
Hiện nay các trung tâm phay CNC được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cơ
khí vì có nhiều ưu điểm và là một phương pháp gia công quan trọng không thể thiếu
để chế tạo những chi tiết đặc biệt và đòi hỏi độ chính xác, chất lượng và hiệu quả cao.
Trong một xưởng gia cơng thì thơng thường phải có ít nhất một máy phay CNC. Máy
CNC gia công được gần như mọi biên dạng từ đơn giản đến phức tạp trong một thời
gian ngắn với độ chính xác cao và hồn tồn tự động. Tuy nhiên, dù có chính xác đến
mấy thì bề mặt gia công bằng máy phay CNC thường để lại vết dấu dao gia cơng. Do
đó, với những bề mặt yêu cầu độ bóng người ta thường phải làm nguội lại thêm một
lần nữa bằng cách đánh bóng bề mặt gia công.
Gia công trên trung tâm gia công 5 trục cho phép người sử dụng có thể gia cơng
được các bề mặt phức tạp và xử lý được hầu hết các kích thước. Thuật ngữ “5 trục”
đề cập đến số hướng mà dụng cụ cắt có thể di chuyển được. Trên một trung tâm gia
công 5 trục, dụng cụ cắt có thể di chuyển trên các trục tuyến tính X, Y, Z và đồng
thời cũng có thể quay quanh các trục này. Do đó, giúp dụng cụ cắt có thể tiếp cận
phôi từ bất cứ hướng nào, giúp người sử dụng có thể xử lý 5 mặt của chi tiết trong
cùng một lần gá đặt. Ngồi ra tính linh hoạt được tăng cường bằng quá trình thay dao

tự động, sử dụng bộ thay dao để giảm thời gian chạy không, phân độ cho mặt bên của
chi tiết, sử dụng chuyển động quay của các trục phụ và nhiều tính năng khác. Trung
tâm gia cơng CNC 5 trục có thể đưa dụng cụ gia công tới một điểm bất kỳ và thực
hiện chuyển động cắt trên bề mặt chi tiết, đồng thời duy trì một góc nghiêng nhất định
so với bề mặt chi tiết. Trung tâm gia cơng CNC có thể được trang bị phần mềm riêng

14


biệt để điều khiển tốc độ cắt, lượng ăn dao, đo tự động trong q trình gia cơng, điều
chỉnh độ lệch nếu có và các tính năng khác cho phép tiết kiệm thời gian và tăng năng
suất gia công. Từ đó, có thể thấy ưu điểm của trung tâm gia công 5 trục so với các
máy công cụ CNC thông thường khác là:
- Có thể gia cơng các bề mặt phức tạp trong một lần gá đặt, giúp tăng năng suất
gia cơng;
- Giúp tăng độ chính xác chi tiết do chi tiết không phải di chuyển giữa các lần
gá đặt;
- Giúp tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất do sử dụng ít thiết bị và đồ gá;
- Có thể sử dụng những dụng cụ cắt ngắn hơn với tốc độ cắt cao hơn, giúp hạn
chế rung động và hư hỏng dụng cụ;
- Đạt được chất lượng bề mặt chi tiết tốt hơn
- Trung tâm gia công CNC 5 trục có thể được phân loại theo vị trí các trục quay
được thực hiện, bao gồm:
- Trục chính mang dụng cụ cắt quay theo hai trục (kiểu đầu quay)
- Bàn máy mang phôi quay theo hai trục (kiểu bàn quay)
- Bàn máy thực hiện quay theo 1 trục, trục chính thực hiện quay theo 1 trục
(kiểu kết hợp giữa đầu quay và bàn quay).

15

Hình 1.1: Mơ hình trung tâm gia cơng 5 trục kiểu đầu quay

Hình 1.2: Mơ hình trung tâm gia cơng 5 trục kiểu bàn quay

16


Hình 1.3: Mơ hình trung tâm gia cơng 5 trục kiểu kết hợp bàn quay và đầu quay
Một số trung tâm gia cơng phay CNC 5 trục

Hình 1.4: Trung tâm gia công CNC UCP600

17


- Máy gia công: Máy phay cao tốc CNC 5 trục Mikron UCP600. Tốc độ trục
chính từ 1-19600 vịng/phút. Hệ điều hành của máy là Heidenhain iTNC530
- Máy phay CNC 5 trục: x = 530 mm; y = 450 mm; z2 = 450 mm; A =-90 ÷
900; C = 0 ÷ 3600.
- Hệ điều khiển: Heidenhain iTNC530
- Công suất 46 kVA
- Thiết kế kiểu công nghiệp
- 30 ổ chứa dao.
- Trục chính có khả năng quay thuận và ngược chiều kim đồng hồ.
- Trục chính điều khiển tốc độ vơ cấp từ 1 đến 19600 vòng/phút;
- Các điểm tham chiếu tự động
- Toàn bộ vùng làm việc được che chắn.
- Các cơ cấu an tồn theo tiêu chuẩn Châu Âu

Hình 1.5: Trung tâm gia công CNC 5 trục SU85-A
- Hành trình các trục X/Y/Z(mm): 860x540x770

18


- Phạm vi quay trục A: 360˚
- Phạm vi quay trục B: +30˚ ~ -120˚
- Phạm vi quay trục C: 360˚ (Ø 500 mm)
- Kích thước bàn (mm): 930x500x400; 1,092x502x400 (phương ngang)/150
(phương dọc)
- Tốc độ trục chính BT40 (vịng /phút): 15,000
- Chạy dao trục X/Y/Z | có tải (m/phút): 30/30/24 | 10
- Hệ thống thay dao tự động: tay gắp 24T
- Đường kính dao lớn nhất khi có dao liền kề/ khơng có dao liền kề (mm): Ø 80/
Ø150
- Sai số vị trí (JIS B 6338): ± 0.010 trên tồn hành trình
- Sai số vị trí (VDI 3441): P ≤ 0.010 mm/ tồn hành trình
- Sai số lặp lại (JIS B 6338): ± 0.003 mm
- Sai số lặp lại (VDI 3441): Ps max ≤ 0.005/ tồn hành trình
1.2. Cơng nghệ gia công bề mặt phức tạp trên Trung tâm phay CNC 5 trục
[3], [5], [6], [13], [14], [15]
1.2.1. Đặc điểm cơ bản của Trung tâm phay CNC
1.2.1.1. Tính tự động hóa và linh hoạt cao
Các trung tâm phay CNC khả năng thực hiện nhiều chuyển động tự động, có thể
gia công nhiều dạng sản phẩm phức tạp, với các phương pháp đa dạng như phay,
khoan, taro... và thích nghi nhanh với các đối tượng gia cơng thay đổi.
1.2.1.2. Tính tập trung ngun cơng cao
Các trung tâm phay CNC có khả năng thực hiện một số lượng lớn các nguyên
công khác nhau chỉ trong một lần gá.

19


1.2.1.3. Tính chính xác cao
Các trung tâm phay CNC có khả năng gia cơng các sản phầm với độ chính xác
cao và chất lượng bề mặt tốt và ổn định trong các q trình gia cơng.
1.2.1.4. Hiệu quả kinh tế cao
Các trung tâm phay CNC khi gia cơng có tốc độ dịch chuyển lớn, khả năng thay
dao tự động, giảm thời gian phụ xuống thấp nhất, tự động hóa cao nên cho năng suất
gia công cao.
1.2.2. Khả năng công nghệ của Trung tâm phay CNC
1.2.2.1. Khả năng gia công
Trung tâm gia cơng phay CNC 5 trục có khả năng cắt gọt kim loại khá đa dạng
nhờ được điều kiển bởi hệ thống máy tính thơng qua các ngơn ngữ lập trình được mã
hóa để máy có thể hiểu được. Dao cắt có thể di chuyển theo đường thẳng, đường trịn,
ngang dọc – lên xuống hay di chuyển trong không gian 3D. Máy càng nhiều trục thì
các biên dạng gia cơng càng đa dạng hơn bao gồm cả biên dạng undercut…
Một trung tâm gia công phay CNC 5 trục thông thường có thể đảm nhận các
cơng việc như: Phay, khoan, taro, doa, kht, xọc… với độ chính xác cao. Ngồi ra,
đơi khi máy phay cnc còn được dùng để đo khoảng cách với độ chính xác hơn hẳn
những loại thước thơng thường. Khơng như máy phay cơ, máy phay CNC có thể thay
đổi dao tự động nên q trình gia cơng các biên dạng khác nhau có thể thực hiện liên
tục giúp rút ngắn thời gian gia cơng mà độ chính xác lại cao hơn nhiều.
1.2.2.2. Độ chính xác
Máy CNC mới của Nhật, Đức có tuổi đời 10 năm trở lại thì có độ chính xác cao.
Có thể gia cơng được những chi tiết có dung sai từ ±0.01 đến ± 0.005 nên đáp ứng
được gần như hầu hết các chi tiết trong khuôn. Với những máy phay CNC cũ hơn thì
tùy vào từng thương hiệu sản xuất mà độ chính xác có thể đạt được từ ±0.05 đến
±0.02. Những dịng máy có xuất xứ từ Nhật như máy phay CNC MITSUBISHI cũ,

máy phay CNC OKK cũ, máy phay CNC MAKINO cũ, máy phay CNC MORISEIK

20


cũ… vẫn có thể đạt được độ chính xác tương đương máy mới nếu sử dụng dao chuẩn
và lập trình để cắt thơ – cắt tinh hợp lý. Những dịng máy phay CNC đến từ Trung
Quốc – Đài Loan có thể giá sẽ thấp hơn nhưng độ chính xác thì cũng thấp hơn các
máy sản xuất từ các nước G7.
1.2.2.3. Ứng dụng và lưu ý của máy CNC trong gia cơng
Như đã trình bày ở trên. Khả năng gia cơng của máy phay CNC là cực kỳ đa
dạng do đó rất hữu ích để gia cơng khn. Một xưởng khn chỉ với một máy CNC
cũng có thể giải quyết được vơ vàn vấn đề nên khó có loại máy nào có thể thay thế
được nó. Tuy nhiên, máy phay CNC cũng có những nhược điểm là bề mặt gia cơng
thường để lại dấu dao cắt nên không được mịn màng. Các mặt linh kiện gia công bằng
máy phay CNC thường được làm nguội lại để bề mặt tốt hơn. Đối với các sản phẩm
yêu cầu độ nhám bề mặt thì máy CNC không thể đáp ứng được nên thường phải bắn
nhám lại bằng máy bắn điện hoặc dùng các phương pháp tạo nhám bề mặt kim loại
khác.
Mặc dù có thể sử dụng dao hợp kim để gia công những vậy liệu có độ cứng cao
nhưng gặp những vật liệu quá cứng (HRC 61 trở lên) thì khơng gia cơng được. Giá
dao hợp kim bán trên thị trường vẫn còn cao.
Dao phay có biên dạng trịn nên thường để lại cung R ở các góc. Nếu sản phẩm
khơng cho phép có cung R ở góc thì phải gia cơng thêm bằng phương pháp khác như
cắt dây hoặc bắn điện.
Độ chính xác của máy phay CNC là có hạn nên gặp những linh kiện có dung sai
nhỏ cở ±0.002 trở xuống thì không khả thi.
Để gia công một chi tiết kim loại thì chi tiết đó phải được gá kẹp cẩn thận do
lực ma sát giữa dao và kim loại trong quá trình gia cơng là rất lớn nên đối với những
chi tiết mảnh thì gia cơng khó khăn và dễ bị biến dạng làm mất hình dạng thiết kế

mong muốn hoặc ảnh hưởng đến độ chính xác cần thiết.

21


Khoảng cách từ cán dao đến đầu dao cũng có giới hạn nên khó gia cơng những
hốc q sâu. Trong trường hợp không thể gia công được những hốc sâu thì nên chia
linh kiện ra thành nhiều tầng để có thể gia công được bằng máy phay CNC.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Chương này đã nghiên cứu tìm hiểu các vấn đề sau:
- Tổng quan về Trung tâm phay CNC 5 trục.
- Tìm hiểu cơng nghệ gia cơng trên trung tâm phay CNC 5.
- Nghiên cứu khả năng công nghệ và lĩnh vực ứng dụng của Trung tâm gia công
phay CNC.
- Các đặc trưng cơ bản khi gia công trên Trung tâm phay CNC 5 trục.

22


CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM
TAGUCHI
2.1. Phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi
Phương pháp taguchi là một phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm được phát
minh bởi “Taguchi Genichi” một giáo sư người Nhật sau chiến tranh thế giới lần thứ
2. Sau đó phương pháp được ứng dụng rất rộng rãi trong nước Nhật và trên toàn thế
giới và đạt được kết quả cao trong sản xuất sản phẩm và kinh doanh bằng cách làm
hài lòng khách hàng, làm hài lòng những mong muốn của họ. Khơng những vậy
phương pháp cịn giúp tiết kiệm tiền bạc, thời gian để thiết kế ra một sản phẩm. Theo
phương pháp Taguchi một loạt các thí nghiệm được thực hiện theo các bảng trực giao

được Taguchi đưa ra dựa trên nguyên tắc là cặp trạng thái của các yếu tố điều khiển
trong hai cột bất kì có xác suất xuất hiện như nhau. Với một bộ tham số chế độ công
nghệ khi gia công vật liệu, đo đạc một số yếu tố đầu ra quan tâm như: độ nhấp nhô tế
vi Ra, Rz; lực cắt F, năng suất cắt Q, lượng mịn dụng cụ,…trong đó mỗi yếu tố quan
tâm lại được đo đạc nhắc lại nhiều lần để đảm bảo sự phản ánh chính xác mức ảnh
hưởng của các yếu tố công nghệ đến đầu ra quan tâm.
2.1.1. Xây dựng thực nghiệm và kỹ thuật phân tích thực nghiệm Taguchi
2.1.1.1. Bảng trực giao
a. Bảng trực giao: (Orthogonal array: OA) để thiết kế thực nghiệm nhằm với ít
phép thử nhất nhưng đạt đươc lượng thông tin nhiều nhất.
b. Cách chọn bảng trực giao: Các yếu tố của thí nghiêm có n bậc tự do thì ta
phải chọn bảng OA ít nhất có n cột, chỉ có như vậy thí nghiệm mới có thể thực hiện
được. Nếu chọn bảng có kích thước lớn hơn thì việc tiến hành thí nghiệm vẫn có thể
thực hiện nhưng khi đó số thí nghiệm sẽ lớn hơn, địi hỏi tốn nhiều kinh phí và thời
gian, với bảng có kí hiệu Ln phải thực hiện n lần thử.
Bảng trực giao của s mức, được kí hiệu bởi OAN ( S m ) là một ma trận cỡ N x m
trong đó các cột của ma trận này có đặc điểm là cặp trạng thái của các yếu tố điều

23