TRÊN MÁY PHAY CNC
4.4 Xây dựng qui hoạch thí nghiệm
4.4.1 Xây dựng bảng thí nghiệm Trực giao Taguchi [17]
Đối với phương pháp sử dụng mạng mờ nơ ron trong hồi qui hàm thực nghiệm thì số thí nghiệm càng nhiều sẽ cho dự đoán càng chính xác nên không có giới hạn nào về số lượng lớn nhất thí nghiệm. Nếu làm nhiều thí nghiệm thì sẽ làm tăng chi phí. Nhưng nếu quá ít thì sẽ không đủ dữ liệu để tìm ra mối quan hệ thực nghiệm chính xác. Do vậy qui hoạch thí nghiệm cần phải đảm bảo số thí nghiệm ít nhất nhưng vẫn đảm bảo được độ chính xác.
Hiện nay trong thiết kế thí nghiệm thường sử dụng phương pháp qui hoạch thí nghiệm trực giao[4]. Tuy nhiên, luận án sử dụng phương pháp Taguchi trong phân tích mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến đầu ra như đã trình bày trong chương 3 vì vậy để đảm bảo tính thống nhất và hiệu quả trong luận án nên sử dụng thiết kế thí nghiệm theo phương pháp Taguchi. Do vậy, số liệu cần thí nghiệm trong quá trình nội suy sử dụng phương pháp mạng mờ nơ ron ít nhất cũng phải bằng số thí nghiệm theo phương pháp Taguchi và một số thí nghiệm bổ sung nhưng phải bao trùm đều trên không gian thiết kế, số lượng thí nghiệm bổ sung bao nhiêu là tùy thuộc vào người thiết kế. Theo kinh nghiệm khi sử dụng mạng mờ nơ ron thì tổng số lượng thí nghiệm nên lấy bằng 50% đến 60% số lượng thí nghiệm đầy đủ (full factor) trong đó có chứa số bộ thí nghiệm Taguchi.
Các dữ liệu cần thí nghiệm theo Taguchi được sắp xếp vào một bảng dưới dạng một ma trận trực giao gọi là bảng trực giao (Orthogonal array: OA). Bảng OA thiết kế số lượng thí nghiệm ít nhất nhưng đạt được lượng thông tin nhiều nhất.
4.4.1.1 Cách chọn bảng trực giao
Các yếu tố thí nghiệm có n bậc tự do thì 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, đòi 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(Sm) 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 khiển trong hai cột bất kì có xác suất xuất hiện như nhau. Các kí tự được sử dụng để biểu diễn các mức có thể là bất kì.
Thông thường sử dụng các kí tự 1,2,3….để dễ biểu diễn.
Trong bảng trực giao theo Taguchi, trạng thái của các cột bên trái ít thay đổi hơn so với trạng thái của các cột bên phải. Một bảng trực giao hoàn chỉnh có 2r hàng phải có 2r -1 cột.
Một ma trận trực giao có n hàng thì sẽ có tối đa là n-1 cột.
Bảng trực giao được xem như việc lập kế hoạch để thực hiện thí nghiệm mà ở đó mỗi cột của bảng là một yếu tố ảnh hưởng đến thí nghiệm.
Các trạng thái trong mỗi cột tương ứng với các mức của các yếu tố tác động. Mỗi hàng là một cách kết hợp các mức của yếu tố ảnh hưởng. Số hàng trong bảng trực giao chính là số lần thực hiện thí nghiệm.
Trong luận án đã khảo sát chế độ cắt từ một số doanh nghiệp thường gia công trên máy phay CNC và từ thực tế bản thân tác giả khi tham gia sản xuất và chuyển giao công nghệ.
Do vậy dải tốc độ sẽ lấy 5 mức (level) cho mỗi yếu tố điều khiển (factor) và mỗi mức đặc trưng cho một trạng thái của yếu tố cần xét. Với 3 thông số vận tốc cắt V, lượng tiến dao S, chiều sâu cắt t, mỗi yếu tố được chia 5 mức: từ mức 1 đến mức 5. Do vậy cần chọn bảng ma trận thí nghiệm trực giao Taguchi OA25(53) nghĩa là bảng sử dụng cho qui hoạch thí
nghiệm với 3 yếu tố, mỗi yếu tố có 5 mức giá trị và tổng số thí nghiệm cần phải thực hiện là 25 thí nghiệm được thể hiện trong bảng dưới:
Bảng 4.5 Bảng trực giao OA25(53)
STT V S t
1 1 1 1
2 1 2 2
3 1 3 3
4 1 4 4
5 1 5 5
6 2 1 2
7 2 2 3
8 2 3 4
9 2 4 5
10 2 5 1
11 3 1 3
12 3 2 4
13 3 3 5
14 3 4 1
15 3 5 2
16 4 1 4
17 4 2 5
18 4 3 1
19 4 4 2
20 4 5 3
21 5 1 5
22 5 2 1
23 5 3 2
24 5 4 3
25 5 5 4
Trong bảng 4.5 với các giá trị ký hiệu 1,2,3,4,5 tương ứng với 5 mức giá trị của mỗi yếu tố. Từ thực tế sản xuất khi khảo sát 5 mức của mỗi yếu tố được tác giả sử dụng thể hiện cụ thể trong các bảng.
Bảng 4.6 Giá trị cho phép của thông số công nghệ khi gia công thép SKD11 Mức V(m/phút) S(mm/răng) t(mm) Vật liệu gia
công
Dụng cụ cắt
1 100 0.1 0.1
SKD11
SEMT13T3AGSN- JH VP15TF
2 120 0.15 0.3
3 150 0.2 0.5
4 170 0.25 0.75
5 180 0.3 1
Bảng 4.7 Giá trị cho phép của thông số công nghệ khi gia công thép SKD61 Mức V(m/phút) S(mm/răng) t(mm) Vật liệu gia
công
Dụng cụ cắt
1 130 0.1 0.1
SKD61 SEMT13T3AGSN-
JM VP15TF
2 150 0.15 0.42
3 180 0.2 0.78
4 215 0.25 1.14
5 250 0.3 1.5
Ngoài 25 chế độ cắt theo phương pháp thực nghiệm Taguchi tác giả còn cắt thêm 40 chế độ khác nhằm kiểm chứng phương pháp mạng mờ nơ ron khi sử dụng để dự đoán mối quan hệ giữa chế độ cắt và các yếu tố đầu ra quan tâm. 40 chế độ này được thiết lập trong bộ chế độ cắt đầy đủ (53=125 bộ) nhưng được phân dải ra toàn bộ không gian thiết kế, biến chế độ cắt được đánh số từ bộ thứ 26 trở đi và kết thúc là bộ số 65.
Bảng 4.8 Các điểm thí nghiệm cắt bổ sung STT Chế độ cắt bổ sung
SKD11
Chế độ cắt bổ sung SKD61
26 1 1 5 1 3 1
27 1 5 1 1 5 1
28 1 2 4 5 2 5
29 1 4 2 5 3 5
30 1 3 1 2 3 5
31 1 1 3 2 1 5
32 1 3 5 4 1 5
33 1 5 3 4 3 5
34 2 1 5 3 1 5
35 2 2 4 3 2 5
36 2 4 2 1 1 5
37 2 3 1 1 3 5
38 2 1 3 4 2 4
39 2 3 5 5 2 4
40 2 5 3 3 3 4
41 2 2 5 2 2 4
42 3 1 5 1 2 4
43 3 5 1 5 5 3
44 3 4 2 4 4 3
45 3 3 1 5 1 3
46 3 1 2 4 1 3
47 3 5 3 3 5 3
48 3 3 4 1 1 3
49 3 2 5 1 5 3
50 4 1 5 2 1 3
51 4 5 1 2 5 3
52 4 2 4 5 4 2
53 4 1 3 4 5 2
54 4 3 5 1 4 2
55 4 4 3 2 4 2
56 4 4 1 3 1 2
57 4 5 2 3 4 2
58 5 5 1 3 3 1
59 5 2 4 3 5 1
60 5 4 2 2 3 1
61 5 3 1 5 3 1
62 5 1 3 5 5 1
63 5 3 5 4 4 1
64 5 5 3 4 5 1
65 5 2 5 2 2 5