BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ
ĐẾN MÒN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH
HÌNH RÃNH TRÒN XOAY
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: 9520103

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – 2018


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Toàn Thắng
PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường
Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

định đến chất lượng bề mặt của chi tiết mài và tuổi bền của đá mài. Vì vậy, để nâng cao hiệu quả kinh
tế kỹ thuật của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay thì cần phải đo được lượng mòn của đá mài,
đánh giá được ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá và chất lượng bề mặt
của chi tiết mài, từ đó xác định chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý. Đây cũng chính
là lý do mà đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề
mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay” đã được tôi lựa chọn làm đề tài luận án của mình.

2. Mục đích, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
 Mục đích nghiên cứu:
Mục đích của đề tài luận án: Xây dựng được bài toán tối ưu đa mục tiêu nhằm xác định được
chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý để đảm bảo năng suất và chất lượng bề mặt yêu

1


cầu của chi tiết mài, trong khi lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài được trong
một chu trình là lớn nhất.
 Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của luận án là quá trình mài tinh định hình rãnh tròn xoay thực nghiệm
trên máy mài 3MK136B để mài rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208. Áp dụng hệ thống đo khí nén để đo
mòn đá nhằm phục vụ nghiên cứu xác định ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và
chất lượng bề mặt của chi tiết mài. Trên cơ sở đó, thực hiện xác định chế độ công nghệ tối ưu và thời
điểm sửa đá hợp lý khi mài tinh định hình rãnh tròn xoay.
 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở kế thừa kết quả nghiên cứu của các công trình đã công bố ở
trong nước và ngoài nước, kết hợp thực nghiệm kiểm chứng trên máy mài định hình công nghiệp để
mài rãnh lăn vòng trong ổ bi nhằm tối ưu hóa chế độ công nghệ để đạt được chất lượng bề mặt của
chi tiết và năng suất mài trong khi độ mòn đá là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài được trong một chu
trình là lớn nhất.
 Phạm vi nghiên cứu

định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trong điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm. Từ đó có thể
so sánh giá trị lượng mòn này với lượng mòn giới hạn cho phép để đưa ra tín hiệu cảnh báo sửa đá
hợp lý hoặc hướng đến bù tự động lượng mòn của đá mài góp phần điều khiển tối ưu hóa quá trình
mài rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208.
- Kết quả của luận án làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu, đào tạo và định hướng công nghệ
cho sản xuất.

4. Những đóng góp mới
- Xây dựng được các phương trình toán học thực nghiệm nhằm đánh giá ảnh hưởng của một số yếu
tố công nghệ (lượng chạy dao hướng kính Shk, lượng dư mài t, vận tốc của chi tiết Vct, số chi tiết mài
trong một chu trình Nct) đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn khi mài
tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208.
- Tối ưu hóa đa mục tiêu cho quá trình mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy
mài định hình đường lăn nhằm đảm bảo năng suất gia công, độ chính xác chi tiết mài trong khi lượng
mòn đá là nhỏ nhất, số chi tiết mài được trong một chu trình mài là lớn nhất trên cơ sở ứng dụng giải
thuật di truyền.
- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo được một hệ thống đo khí nén để đo trực tuyến lượng mòn đá
mài khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay trong điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm trên cơ sở các
điều kiện công nghệ gia công cơ khí tại Việt Nam. Xây dựng được đường đặc tính động của hệ đầu
đo khí nén trong quá trình mài định hình rãnh lăn tròn xoay để kiểm tra và đối chiếu kết quả đo, góp
phần đảm bảo độ chính xác của phép đo. Hệ thống xác định được lượng mòn của đá mài sau mỗi lần
sửa đá hoặc sau mỗi lần mài xong một chi tiết, giảm thiểu được ảnh hưởng tiêu cực của phoi mài và
dung dịch trơn nguội xuất hiện trong quá trình mài đến kết quả đo.

5. Bố cục của Luận án
Luận án được bố cục 4 chương, bao gồm
Chương 1: Tổng quan về mài định hình
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng
bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
Chương 3: Xây dựng hệ thống thí nghiệm

1.2. Các phương pháp mài định hình
- Dựa vào các chuyển động chính trong quá trình mài thì mài định hình thường được chia thành
4 phương pháp cơ bản sau: Mài định hình tròn xoay ngoài, mài định hình tròn xoay lỗ, mài định hình
quay tròn và mài định hình trên máy mài phẳng như thể hiện trên hình 1.6 [13].

a)

b)

c)

d)

Hình 1.6. Các chuyển động cắt của một số phương pháp mài định hình [13]
a. Mài định hình tròn ngoài
b. Mài định hình lỗ
c. Mài định hình trên máy mài phẳng
d. Mài định hình quay tròn

4


1.3. Các đại lượng đặc trưng của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay
Trên hình 1.6 ở mục 1.2 thể hiện các chuyển động chính cũng như các đại lượng đặc trưng của
một số phương pháp mài định hình quan trọng. Đây chính là các đại lượng thường dùng để so sánh
các sơ đồ mài định hình khác nhau, giải thích các kết quả của quá trình mài và đưa ra những đại lượng
điều chỉnh thích hợp. Qua đó nhận thấy với phương pháp mài định hình, các đại lượng đặc trưng này
bao gồm:
 Tốc độ cắt chính là tốc độ quay của đá mài (Vđá hay Vc).
 Tốc độ của chi tiết (Vct hay Vw).

Xuất phát từ những phân tích ở trên, trong luận án này một hệ thống đo khí nén dưới áp lực cao
sẽ được nghiên cứu thiết kế và chế tạo để đo lượng mòn của đá mài khi mài định hình rãnh tròn xoay
trên cơ sở điều kiện kỹ thuật công nghệ hiện có ở Việt Nam. Mục tiêu của luận án là xây dựng một hệ
thống đo tự động trực tuyến lượng mòn của đá mài với độ phân giải 1 µm trong điều kiện mài ướt khi
mài định hình rãnh tròn xoay. Trên cơ sở này, luận án sẽ thực hiện đánh giá ảnh hưởng của một số
5


yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết mài. Từ đó, hướng đến xác
định chế độ công nghệ và thời điểm sửa đá hợp lý để tuổi bền của đá mài là lớn nhất mà vẫn đảm bảo
năng suất và chất lượng bề mặt yêu cầu của nguyên công mài định hình rãnh tròn xoay.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
1. Khi mài định hình rãnh tròn xoay thì đá mài bị mòn liên tục và không đều tại các điểm khác
nhau trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài. Sau một khoảng thời gian mài nhất định thì cần
phải tiến hành sửa đá vào thời điểm hợp lý để đảm bảo năng suất và độ chính xác gia công trong khi
tuổi bền của đá mài là lớn nhất. Muốn vậy, một trong những yêu cầu đặt ra là cần phải đo được lượng
mòn của đá mài.
2. Ứng dụng hệ thống đo khí nén dưới áp lực cao để giám sát trực tuyến lượng mòn của đá mài
khi mài định hình rãnh tròn xoay là một giải pháp đo hiệu quả phù hợp với điều kiện công nghệ hiện
có của Việt Nam. Đây là cơ sở quan trọng để tiến hành thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của một số
yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết, nhằm hướng đến xác định chế độ
công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý khi mài định hình rãnh tròn xoay.
3. Nghiên cứu các đặc điểm của quá trình mài định hình, phân tích đánh giá những công trình
nghiên cứu đã được công bố của các tác giả trong và ngoài nước liên quan đến mài định hình rãnh
tròn xoay. Từ đó xác định được việc điều khiển một số yếu tố công nghệ quan trọng là giải pháp cơ
bản, hiệu quả để kiểm soát chất lượng, đảm bảo năng suất gia công và nâng cao tuổi bền của đá mài
khi mài định hình rãnh tròn xoay.

CHƯƠNG 2

chi tiết mài. Vì vậy, để đảm bảo chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay ở
đây cần phân tích đánh giá được ảnh hưởng của một số yếu công nghệ chính đến độ nhám bề mặt và
độ ô van của chi tiết mài.
2.2.2. Phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết khi mài định
hình rãnh tròn xoay
Trong quá trình mài định hình rãnh tròn xoay, độ nhám bề mặt của chi tiết bị ảnh hưởng bởi
một số yếu tố công nghệ chính sau đây:
- Ảnh hưởng của lượng chạy dao hướng kính
- Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết
- Ảnh hưởng của lượng dư mài
- Ảnh hưởng của số chi tiết mài (yếu tố đặc trưng cho thời gian mài).
2.2.3. Phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ ô van của chi tiết khi mài định
hình rãnh tròn xoay
2.2.3.1. Phân tích ảnh hưởng của việc gá đặt và sai lệch hình dạng của phôi đến độ ô van của chi tiết
khi mài định hình rãnh tròn xoay
Xét với trường hợp các bề mặt gia công là bề mặt dạng rãnh tròn xoay như rãnh lăn vòng bạc
ổ bi. Với dạng bề mặt gia công này, một trong các phương pháp gia công tinh phổ biến hiện nay là
phương pháp mài định hình vô tâm. Khi mài định hình vô tâm, phôi gia công thường được gá trên
hai giá đỡ cố định như trường hợp mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi (hình 2.6). Khi đó, nhận
thấy sai lệch độ tròn nói chung và độ ô van nói riêng của chi tiết khi mài định hình vô tâm trên hai
giá đỡ cố định phụ thuộc vào quỹ đạo chuyển động của tâm phôi gia công và độ ổn định trong chuyển
động quay của phôi. Trong đó, quỹ đạo chuyển động của tâm phôi gia công phụ thuộc vào góc gá đặt
7


hai giá đỡ và sai lệch hình dạng ban đầu của phôi. Với góc gá đặt tối ưu của hai giá đỡ là β = 1200 và
 = 500 thì quá trình mài sẽ sửa được nhiều nhất sai lệch hình dạng ban đầu của phôi [55].

Hình 2.6. Sơ đồ gá đặt khi mài vô tâm với bước tiến ngang [56]


8


- Lượng dư mài (t)

2.3. Mòn đá và tuổi bền của đá mài khi mài định hình rãnh tròn xoay
Về bản chất, mòn đá là quá trình thay đổi hình dạng, kích thước và khả năng cắt ban đầu của
đá mài. Hiện tượng mòn đá khi mài định hình sẽ làm tăng sai lệch hình dạng ban đầu và giảm khả
năng cắt gọt của đá, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công của chi tiết
mài. Do đó, việc xác định được lượng mòn của đá và quy luật mòn của đá khi mài định hình là rất
quan trọng. Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả trước đây đã chỉ rõ, quan hệ giữa lượng mòn cơ học
của đá mài (sự giảm đường kính hay thể tích của đá) và thời gian làm việc có dạng đường cong mòn
truyền thống [6, 20, 22]. Do đó, lượng mòn của đá mài sẽ tăng dần theo thời gian mài. Vì vậy, sau
một khoảng thời gian mài nhất định, khi độ mòn của đá mài định hình vượt quá một giới hạn cho
phép thì cần phải tiến hành sửa đá (cưỡng bức) để để phục hồi lại khả năng cắt gọt và độ chính xác
hình học ban đầu của đá mài. Tuy nhiên vấn đề quan trọng là cần xác định được đúng thời điểm sửa
đá hợp lý để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài định hình. Vì vậy, một yêu cầu đặt
ra trong quá trình mài định hình là cần xác định được đúng thời điểm sửa đá. Muốn vậy cần phải đo
được lượng mòn của đá mài khi mài định hình.
Quá trình mòn của đá mài là một quá trình cơ, lý, hóa rất phức tạp. Chúng phụ thuộc vào tất
cả các điều kiện khi gia công như: Các thông số kỹ thuật của đá mài, tính chất cơ lý của vật liệu gia
công, chế độ công nghệ khi mài ... Mòn đá không những chịu tác động của các thông số đầu vào
mà còn chịu tác động của các yếu tố xảy ra ngay trong quá trình mài như lực cắt, nhiệt cắt, rung
động và dung dịch bôi trơn làm mát [3]. Tuy nhiên, trong phạm vi nghiên cứu của đề tài luận án,
với trường hợp mài định hình rãnh tròn xoay sẽ chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu
tố công nghệ chính đến mòn đá như sau:
- Ảnh hưởng của số chi tiết mài (yếu tố đặc trưng cho thời gian mài)
- Ảnh hưởng của lượng chạy dao hướng kính
- Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết
- Ảnh hưởng của lượng dư mài

kính khi mài tinh: Shk
- Vận tốc chi tiết: Vct

- Nhiệt độ môi trường …
Các đại lượng đầu
ra:
QUÁ TRÌNH MÀI ĐỊNH
HÌNH RÃNH LĂN VÒNG
TRONG Ổ BI 6208

- Chiều sâu cắt khi mài
tinh: ttinh
- Số chi tiết mài trong
một chu trình: Nct

Các đại lượng cố định:

- Lượng mòn của đá
mài: Hzi
- Độ nhám bề mặt rãnh
lăn: Ra
- Độ ô van của đường
kính đáy rãnh lăn: Oct

- Thiết bị gia công
- Đá mài
- Phôi mài
- Vận tốc cắt: Vđá
- Chế độ cắt khi mài thô …
Hình 3.1. Sơ đồ thực nghiệm

Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp đo mòn đá bằng hệ đầu đo khí nén

Hình 3.8 thể hiện nguyên lý của phương pháp đo này. Khí nén từ máy nén khí qua van điều áp
chính xác tạo ra áp suất nguồn P không đổi để đến đầu đo và được thổi liên tục theo phương vuông góc
vào bề mặt cần đo (bề mặt đá mài). Trên đường khí đi qua đặt hai cản trở có đường kính lỗ lần lượt bằng
d1, d2. Khi đó, nhận thấy nếu P, d1 và d2 là cố định thì áp suất p trong buồng đo sẽ là một hàm số của khe
hở z giữa đầu đo d2 và bề mặt chi tiết cần đo. Vì vậy, nếu xác định được hàm mối quan hệ giữa áp suất
p trong buồng đo với khe hở z thì thông qua việc đo sự thay đổi của áp suất trong buồng đo p nhờ cảm
biến áp suất sẽ xác định được sự thay đổi của khe hở z (tức đo được lượng mòn hướng kính của đá
mài). Muốn vậy, cần xây dựng được phương trình đường đặc tính của hệ thống đo khí nén. Để xây dựng
phương trình đường đặc tính của hệ thống đo khí nén, ở đây áp dụng phương pháp điện khí tương đương
[15, 24]. Khi đó nhận thấy với trường hợp z < d2/4, nếu giữ nguyên P, d1, d2 không đổi trong suốt quá
trình đo thì ta có:
p

Với:

a

P
1  a2  z 2

(3.10)

4  d2
d12
11


3.4.2. Tính toán thiết kế hệ đầu đo khi nén để đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay

vào hệ đầu đo
Đường khí ra

5

cảm biến áp suất

6

7

Đường khí thổi

Đặc biệt, trong phương án thiết kế ở đây thì đột thắt
d1 và đầu đo d2 được nối với nhau thông qua một chi tiết
trung gian (chi tiết bạc ba lỗ) như thể hiện trên hình 3.15.
Với phương án trên, khi muốn thay đổi khoảng cách của
đầu đo d2 với bề mặt đá mài (khe hở z) sẽ thực hiện điều
chỉnh như sau:

10

ra bề mặt đá

Từ đó, trên cơ sở các hệ thống đo khí nén được phát
triển trước đây trong tài liệu [3, 47, 51], luận án đã đưa
ra phương án thiết kế hệ thống đo khí nén để đo mòn đá
khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay như sau: Đột thắt d1
được chế tạo bằng đồng đỏ. Đầu thổi khí d2 được chế
tạo bằng thép ШХ15.

đo mòn đồng thời tại hai điểm có lượng chênh lệnh mòn lớn nhất.
3.4.3. Xây dựng đường đặc tính động của hệ thống đo khí nén
Từ bảng kết quả thực nghiệm xây dựng được về mối tương quan giữa áp suất p của buồng đo
với khe hở z ở phần trước, áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm bình phương cực tiểu với
dạng phương trình mối quan hệ đã xây dựng được ở phần trước sẽ xác định được phương trình và
đường đặc tính động của hệ thống đầu đo như sau:
Hệ đo khí nén đo mòn ở đỉnh biên dạng cung cong của đá mài có phạm vi đo là 200 μm (từ 50
μm đến 250 μm tương ứng với áp suất buồng đo từ 0,79 bar đến 3,10 bar), tỷ số truyền của đầu đo
imax = 0,02 bar/μm với hàm truyền là:
p

3,54
1  5, 4613 1004  z 2

(3.21)

Trong khi, hệ đo khí nén đo mòn ở mép biên dạng cung cong của đá mài có phạm vi đo là 140
μm (từ 20 μm đến 160 μm tương ứng với áp suất buồng đo từ 0,61 bar đến 3,26 bar), tỷ số truyền imax
= 0,03 bar/μm với hàm truyền là:
p

3,54
1  1,8655 1004  z 2

(3.22)

Áp suất buồng đo (Bar)

3.4.4. Đặc điểm của dòng khí nén xung quanh một viên đá mài đang quay khi mài định hình rãnh
lăn vòng trong ổ bi

- Vi xử lý STM32F4
3.4.5.2. Các chương trình phần mềm trong hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu đo
- Phần mềm điều khiển cho vi xử lý: Phần mềm lập trình cho vi điều khiển được sử dụng ở đây
là phần mềm Keil C.
- Phần mềm giao diện: Hệ thống phần mềm giao diện cho hệ thống đo ở đây được viết và lập
trình bằng cách sử dụng phần mềm Matlab. Hệ thống này có chức năng tạo giao diện hiển thị, tính
toán và lưu trữ dữ liệu.
3.4.5.3. Giải pháp thu nhận và xử lý tín hiệu đo từ cảm biến áp suất
Để xác định trị số áp suất ứng với một giá trị điện áp analog bất kỳ của cảm biến được chính
xác, ở đây tác giả áp dụng phương pháp nội suy (theo từng đoạn giá trị thực nghiệm) từ bộ giá trị
các điểm thực nghiệm.
3.4.5.4. Thuật toán thu nhận và xử lý dữ liệu đo
Hệ thống phần mềm giao diện cho hệ thống đo ở đây được viết và lập trình bằng cách sử dụng
phần mềm Matlab.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
1. Căn cứ vào mục tiêu nghiên cứu đã xây dựng được sơ đồ hệ thống thí nghiệm và xác định
được các biến đầu vào cần điều khiển. Hệ thống trang thiết bị thí nghiệm, đặc biệt hệ thống đo khí
nén xây dựng ở đây sẽ được sử dụng trong việc nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của một
số yếu tố công nghệ đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết khi mài định hình rãnh lăn
vòng trong ổ bi. Từ đó hướng đến xác định chế độ cắt hợp lý vừa đảm bảo được năng suất gia công
và chất lượng bề mặt yêu cầu của chi tiết mài trong khi lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất, số lượng
chi tiết mài được là lớn nhất.
2. Áp dụng phương pháp điện khí tương đương đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo được hệ thống
đo khí nén, đưa ra được giải pháp xây dựng đường đặc tính động của hai hệ đầu đo để đo mòn tại hai
vị trí trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài. Với các thông số kết cấu của hệ đo được thiết kế
cho hệ đầu đo thứ nhất đặt tại đỉnh viên đá là d1 = 0,85 và d2 = 1,5 và cho hệ đo thứ hai đặt tại mép
biên dạng cung cong làm việc của đá mài là d1 = 0,65 và d2 = 1,6. Hệ đầu đo thứ nhất có dải đo từ 50
μm đến 250 μm tương ứng với áp suất buồng đo từ 0,79 bar đến 3,10 bar, tỷ số truyền của đầu đo imax
= 0,02 bar/μm và phương trình đặc tính động (hàm truyền) là:

thống trang thiết bị thí nghiệm đã được xây dựng trong chương 3, đặc biệt là hệ thống đo khí nén. Từ
đó, xác định vị trí có giá trị lượng mòn lớn nhất trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài. Đồng
thời, xác định vị trí có trị số độ nhám bề mặt lớn nhất trên biên dạng rãnh lăn của chi tiết vòng trong
ổ bi 6208.
- Thực nghiệm 02: Đây là thực nghiệm thăm dò nhằm xây dựng sơ đồ phân bố độ ô van, độ nhám
bề mặt của chi tiết và mòn đá theo số chi tiết mài tại ba chế độ công nghệ khác nhau. Trên cơ sở đó,
tiến hành phân tích và dự báo xu hướng ảnh hưởng của bốn yếu tố chế độ công nghệ (lượng chạy dao
hướng kính Shk, vận tốc của chi tiết Vct, lượng dư mài t, số chi tiết mài trong một chu trình Nct) đến
mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208.
- Thực nghiệm 03: Đây là thực nghiệm nhằm xác định các phương trình toán học thể hiện mối
quan hệ giữa mòn đá (Hz), độ nhám bề mặt rãnh lăn của chi tiết (Ra), độ ô van của đường kính đáy
rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 với bốn yếu tố công nghệ quan trọng (Shk, Vct, t, Nct).

4.2. Thực nghiệm kiểm chứng khả năng làm việc của hệ thống thí nghiệm
4.2.1. Trình tự các bước tiến hành thí nghiệm
Sau khi đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm như đã tính toán thiết kế trong chương 3, cần tiến
hành thực nghiệm để kiểm chứng lý thuyết ở trên và đánh giá khả năng làm việc của hệ thống trang thiết
bị thí nghiệm. Từ đó, cần phân tích so sánh số liệu đo mòn ở các điểm khác nhau trên biên dạng cung
cong làm việc của đá mài, nhằm xác định được điểm có lượng mòn lớn hơn. Đồng thời, cần so sánh số
liệu đo độ nhám bề mặt ở các vị trí khác nhau trên biên dạng rãnh lăn của chi tiết vòng trong ổ bi 6208,
nhằm xác định được vị trí có trị số độ nhám bề mặt lớn nhất để làm cơ sở cho việc thực hiện thực nghiệm
số 02 và thực nghiệm số 03.
15


Quá trình thực nghiệm được thực hiện trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B để mài
rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208. Các thiết bị trong thí nghiệm được ghép nối theo sơ đồ hình 4.1.
30

Air supply

M

0.0

01

13

10

Z

05

it u
toy
o

06
07
Rd

20
08

19

11
09


Amplifier

18

17

a

Processor

Computer

)
a)

Interface RS 232

c)

Hình 4.1. Sơ đồ, hình ảnh và đồ họa 3D của hệ thống đo khí nén trong thí nghiệm để đo trực tuyến lượng
mòn đá khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208

a) Sơ đồ của hệ thống thí nghiệm
b) Đồ họa 3D của hệ thống thí nghiệm
c) Hình ảnh thực tế của hệ thống đo khí nén trong thí nghiệm
4.2.2. Kết quả thực nghiệm
16


Sau khi tiến hành thí nghiệm mài 30 chi tiết thu được kết quả như trong bảng kết quả thực nghiệm

Bộ thông số chế
độ công nghệ
thứ ba

Shk tinh
(m/s)

Vct
(m/ph)

ttinh
(m)

Nct
(Chiếc)

Vđá
(m/s)

Shk thô
(m/s)

tthô
(m)

12,5

12

15


60

30

120

17


Khi đó, trên cơ sở bản vẽ yêu cầu kỹ thuật của nguyên công mài và ứng dụng phần mềm Matlab
sẽ xây dựng được đồ thị thể hiện sơ đồ phân bố miền dung sai độ chính xác gia công và mòn đá theo
số chi tiết mài ứng với từng bộ thông số chế độ công nghệ.
Độ chính xác của chi tiết
và lượng mòn đá (µm)

Thời điểm cần tiến hành sửa đá để
đảm bảo độ chính xác gia công do
tại thời điểm này Ract12 = Rayc = 0,5

Hzgiới hạn = 9,6

Số chi tiết

Hình 4.9. Sơ đồ phân bố miền dung sai độ chính xác gia công và mòn đá theo số chi tiết mài ứng với bộ
thông số chế độ công nghệ thứ nhất

Chú thích hình 4.9:
+ O: Độ ôvan của đường kính đáy rãnh lăn
* Ra: Nhám bề mặt ở mép biên dạng rãnh lăn

Shk (µm/s)
Vct (m/ph)
t (µm)
Nct (Chiếc)

Mức dưới
(1)
5
6
10
10

Các mức thí nghiệm
Mức cơ sở (2)
12,5
12
15
20

Mức trên
(3)
20
18
20
30

Khoảng biến
thiên
7,5
6


4.5. Ứng dụng giải thuật di truyền để xác định chế độ công nghệ tối ưu
và thời điểm sửa đá hợp lý
4.5.1. Xây dựng bài toán tối ưu khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208
Tối ưu hóa quá trình cắt gọt thực chất là xác định chế độ công nghệ tối ưu cho một nguyên công
của một phương pháp gia công cụ thể. Bài toán tối ưu thường được xây dựng theo các bước như sơ
đồ hình 4.20.
Bước 1: Xác định hàm mục tiêu

Bước 3: Mô hình hóa bài toán

f(x) = [f1(x), f2(x), …fn(x)]

min/max {f(x): h(x)=0, g(x) ≤ 0
… với x є Rn}

Bước 2: Xác định điều kiện biên
hi(x) = 0, i = 1, 2, 3, …p;
gj(x) = 0, j = 1, 2, 3, …m; …

Phương pháp giải

Thông số
đầu ra tối
ưu (Vct, Shk,
t, …)

Hình 4.20. Sơ đồ các bước xây dựng bài toán tối ưu khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 [11]

19

0,2365
-0,1115
0,1752
0,0429
n
t
 N cti  3
Oi  1,2339  S

Q  0,1637  S 0,0912  t 0,1012  0, 267

5  Shk  20
6  V  18
ct


10  t  20

(4.35)

4.5.2. Giải bài toán tối ưu đa mục tiêu khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy
mài 3MK136B
4.5.2.1. Cơ sở lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu
Về bản chất, bài toán tối ưu có thể được xem như bài toán tìm kiếm giải pháp tốt nhất trong
không gian vô cùng lớn các giải pháp. Khi không gian tìm kiếm nhỏ thì các phương án tối ưu hóa
truyền thống có thể thích hợp để giải (như phương pháp tính trực tiếp, phương pháp đồ thị, phương
pháp Lagrange .v.v.) [18]. Tuy nhiên các phương pháp tối ưu truyền thống thì không phù hợp với
miền phổ rộng, nó không hiệu quả khi khoảng khảo sát quá rộng [18]. Các thuật toán xây dựng trên
cơ sở các phương pháp này thì không đủ mạnh với số rằng buộc lớn và số bước tối ưu quá phức tạp.
20

(4.36)

→ f (x) = 0,5  Hz – 0,5  Nct
Như vậy, yêu cầu của bài toán tối ưu ở đây cụ thể như sau:

(4.37)

- Cực tiểu hóa hàm mục tiêu:
f(x) = 0,5  Hz – 0,5  Nct
Trong đó:
Hz = 2,1221  Shk  Vct
- Với các điều kiện ràng buộc:
0,097

0,0662

 t 0,0561  N ct0,3818

 Ra  0.163  S hk  Vct  t 0.1005  N ct0.1194  0.5

-0.1127
0.19996
O  1.4498  S hk
 Vct  t 0.1966  3

Q  0.1616  S 0.0973  t 0.1004  0.264
hk

5  Shk  20




 Ln10  X 3  Ln20

(4.39)

Để tối ưu hóa chế độ công nghệ bằng GA với mục tiêu hàm lượng mòn của đá mài Hz là nhỏ nhất
trong khi số chi tiết mài là lớn nhất tức hàm f(x) là nhỏ nhất, ở đây thực hiện lập trình trực tiếp trên
phần mềm Matlab. Tiến hành chạy chương trình, sau một số lần chạy ta thu được kết quả như sau:
Bảng 4.3. Kết quả chạy chương trình xác định chế độ công nghệ tối ưu bằng GA

Biến số

Shk
(µm/s)

Vct
(m/ph)

t
(µm)

Nct
(chiếc)

Hz
(µm)

Ra
(µm)


19,99

19

10,9

0,497

2,999

0,264

Trung bình

7,06

9,39

19,97

19

10,9

0,497

2,999

0,264

Hình 4.30. Giao diện phần mềm sau khi mài 30 chi tiết đối với cả hai hệ đầu đo đo mòn ở mép và ở đỉnh của
biên dạng cung cong đá mài

Quá trình thực nghiệm được thực hiện trên máy mài định hình đường lăn vòng trong ổ bi 6208
được thiết lập như hình 4.1. Tiến hành thực nghiệm mài 30 chi tiết vòng trong 6208, với chế độ mài
tối ưu đã xác định ở trên. Kết quả được xuất ra 1 file txt và 1 file ảnh thể hiện đồ thị áp suất theo thời
gian mài, đồ thị lượng mòn theo số chi tiết mài, đồ thị nhám bề mặt chi tiết theo số chi tiết mài, giá
trị lượng mòn và nhám bề mặt chi tiết được tính toán sau mỗi lần mài xong một chi tiết như trong
giao diện phần mềm thể hiện trên hình 4.30.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
1. Bằng thực nghiệm đã xây dựng được phương trình toán học thể hiện mối quan hệ thực nghiệm
giữa 4 thông số chế độ công nghệ (lượng chạy dao hướng kính khi mài tinh, chiều sâu cắt khi mài tinh,
vận tốc của chi tiết, số chi tiết mài trong một chu trình) với độ nhám bề mặt rãnh lăn của chi tiết Ra, độ
ô van của đường kính đáy rãnh lăn O và lượng mòn của đá mài Hz.
2. Trên cơ sở ứng dụng giải thuật di truyền xác định được bộ thông số chế độ cắt tối ưu khi mài
định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 như sau:
Shk tinh = 7,06 (µm/s); Vct = 9,39 (m/ph); ttinh = 19,97 (µm) và Nct = 19 (chi tiết)
Khi thực hiện mài với bộ thông số chế độ công nghệ ở trên sẽ đảm bảo được độ chính xác chi
tiết và năng suất trong quá trình gia công trong khi lượng mòn đá là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài
được là lớn nhất (tức số lần sửa đá là ít nhất). Điều này cho phép các nhà sản xuất xác định và cài đặt
được các thông số công nghệ tối ưu với tổ hợp nhiều thông số đầu ra nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế
kỹ thuật của quá trình mài.
23