Mô hình dự đoán nhám bề mặt và mòn dụng cụ trong tiện cứng chính xác bằng dụng cụ cắt PCBN

 tự nhiên của vận tốc cắt, chiều sâu cắt 
và lượng chạy dao: z1=lnv; z2=lnt; z3=lns; x0 
là biến ảo tương ứng với hệ số hồi qui b0: 
x0=+1; bj là các hệ số hồi qui. 
Xây dựng kế hoạch thực nghiệm và tiến 
hành thực nghiệm 
Ma trận kế hoạch thực nghiệm dạng 2k được 
lập như bảng 1, trong đó ngoài 8 thí nghiệm cơ 
bản còn có 3 thí nghiệm được thực hiện song 
song tại tâm kế hoạch. Tiến hành các thí nghiệm 
theo kế hoạch. Tại mỗi điểm thí nghiệm, đo đạc 
và ghi lại kết quả đầu ra của các hàm mục tiêu 
là độ nhám Ra (μm) và tuổi thọ của dao được 
xác định diện tích gia công Sc (cm2) khi vẫn đạt 
chỉ tiêu về độ nhám cần thiết. 
Xây dựng mô hình hồi qui mô tả nhám bề mặt 
Kết quả đo nhám bề mặt sau chiều dài cắt xác 
định Lc=750mm tại các điểm thí nghiệm theo 
kế hoạch như trong bảng 2. 
 Bảng 2. Kết quả đo nhám bề mặt chi tiết gia công 
Số 
TT 
1 2 3 4 5 6 
Ra 
(μm) 
0,45 0.39 0,39 0.46 0,51 0.50 
lnRa -
0,798 
-
0,941 
-
0,941 
-
0,776 
-
0,673 
-
0,693 
Số 
TT 
7 8 9 10 11 
Ra 
(μm) 
0,39 0.60 0,38 0.42 0,39 
lnRa -
0,941 
-
0,510 
-
0,967 
-
0,867 
-
0,942 
Dựa trên các số liệu đo được từ các thí 
nghiệm theo kế hoạch, lần lượt tiến hành theo 
các bước[6,8]: 
- Tính các hệ số của mô hình hồi qui bj, bju. 
- Tính phương sai lặp 
2
11S . 
- Tính sai lệch trung bình của phân bố Sb 
Bảng 1. Ma trận kế hoạch thực nghiệm 
S TT Biến thực Biến mã Hàm 
mục tiêu 
Loga 
hàm mục tiêu 
Z1 Z2 Z3 x0 x1 x2 x3 x1x2 x1x3 x2x3 x1x2x3 y lny 
1 100 0,09 0,07 + - - - + + + - y1 lny1 
2 170 0,09 0,07 + + - - - - + + y2 lny2 
3 100 0,15 0,07 + - + - - + - + y3 lny3 
4 170 0,15 0,07 + + + - + - - - y4 lny4 
5 100 0,09 0,15 + - - + + - - + y5 lny5 
6 170 0,09 0,15 + + - + - + - - y6 lny6 
7 100 0,15 0,15 + - + + - - + - y7 lny7 
8 170 0,15 0,15 + + + + + + + + y8 lny8 
9 135 0,12 0,11 + 0 0 0 0 0 0 0 
0
1y 
0
1ln y 
10 135 0,12 0,11 + 0 0 0 0 0 0 0 
0
2y 
0
2ln y 
11 135 0,12 0,11 + 0 0 0 0 0 0 0 
0
3y 
0
3ln y 
Nguyễn Thị Quốc Dung và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 63(1): 40 - 45 
43 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
- Kiểm tra tính có nghĩa của các hệ số hồi qui. 
- Xác định mô hình toán học. 
- Tính phương sai dư Sd. 
- Kiểm tra sự tương hợp của mô hình với hệ 
thống. 
Phương trình hồi qui có dạng: 
3 1 20,784 0,080 0,095y x x x   
$ 
ln 2,967 3,021ln 6,837 ln 0,238ln 1,404ln lnaR v t s v t     
Chuyển phương trình hồi qui với các biến mã 
hóa xj về phương trình với các biến thực lnzj: 
3,021 0,238 1,404ln
6,837
0,0514 v
a
v s t
R
t
 (4) 
Đồ thị quan hệ của độ nhám với các thông số 
chế độ cắt được vẽ bằng Matlab như hình 2. 
Xây dựng mô hình hồi qui mô mòn dụng cụ 
Tiêu chuẩn để đánh giá tuổi thọ dụng cụ cắt 
rất đa dạng. Dụng cụ cần phải mài lại hoặc 
thay thế khi bị hỏng và không còn khả năng 
cắt gọt, khi nhiệt cắt tăng cao và tạo thành 
hoa lửa, khi quá trình cắt gây ồn lớn hoặc 
rung động mạnh, khi kích thước hay độ hoàn 
thiện của bề mặt gia công thay đổi hoặc khi 
hình dạng dụng cụ thay đổi một lượng nhất 
định[9]. Thông thường, có thể khảo sát tuổi 
thọ dụng cụ thông qua thời gian gia công ứng 
với một chế độ cắt xác định. Tuy nhiên, nếu 
chế độ cắt thay đổi, đánh giá bằng chỉ tiêu 
thời gian gia công trở nên thiếu chính xác vì 
không phản ánh đúng thực chất hiệu quả làm 
việc của dao. Trong trường hợp này, tuổi thọ 
dụng cụ cần được đánh giá qua các chỉ tiêu 
khác như khối lượng vật liệu cắt được hoặc 
độ mòn dụng cụ tương ứng với yêu cầu đảm 
bảo chất lượng bề mặt gia công. Với quá trình 
gia công tinh như tiện cứng chính xác bằng 
dụng cụ PCBN, thường thực hiện với lượng 
dư nhỏ nên khối lượng vật liệu cắt đi không ý 
nghĩa bằng diện tích bề mặt được gia công. Vì 
vậy tuổi thọ dụng cụ được khảo sát thông qua 
chỉ tiêu diện tích bề mặt gia công đảm bảo đạt 
nhám bề mặt theo yêu cầu . 
Kết quả đo diện tích bề mặt được gia công Sc 
(cm2) đến khi nhám bề mặt chi tiết đạt 
Ra=60μm tương ứng với các chế độ cắt tại các 
điểm thí nghiệm theo kế hoạch như bảng 3. 
Bảng 3. Kết quả đo diện tích bề mặt gia công Sc 
Số 
TT 
1 2 3 4 5 6 
SC 
(cm2) 
8792 6044,5 7143,5 2747,5 13188 2198 
lnSc 9.08 8,71 8,87 7,92 9,48 7,69 
Số TT 7 8 9 10 11 
SC 
(cm2) 
5495 1648,5 3297 2747,5 3077,2 
lnSc 8,61 7,41 8,10 7,92 8,03 
 Dựa trên các số liệu đo được từ các thí 
nghiệm theo kế hoạch, lần lượt thực hiện các 
bước tương tự như trên, nhận được phương 
trình hồi qui có dạng: 
1 2 3 1 28,471 0,539 0,269 0,174 0,209y x x x x x    
$ 
Chuyển phương trình hồi qui với các biến mã 
hóa xj về phương trình với các biến thực lnzj: 
10,896
7,27 1,04 2,344ln
1854720782
c v
s
S
v t s
 (5) 
Đồ thị quan hệ giữa mòn dụng cụ thông qua 
diện tích gia công Sc với các thông số của chế 
độ cắt được vẽ bằng Matlab như trên hình 3. 
PHÂN TÍCH KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Từ phương trình hồi qui và đồ thị cho thấy: 
- Vận tốc cắt v có ảnh hưởng lớn nhất tới cả 
độ nhám bề mặt chi tiết và tuổi thọ dụng cụ. 
Điều này cũng phù hợp với kết quả nghiên 
cứu của một số mô hình dự đoán nghiên cứu 
Hình 3 Mặt hồi qui mô tả tuổi thọ dụng cụ thông 
qua diện tích gia công Sc theo vận tốc cắt và 
lượng chạy dao (a) và đồ thị đường mức (b). 
a) b
) 
Hình 2 Mặt hồi qui của độ nhám Ra theo vận 
tốc cắt và chiều sâu cắt (a) và đồ thị đường 
mức mặt hồi qui (b). 
a
) 
b
) 
Nguyễn Thị Quốc Dung và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 63(1): 40 - 45 
44 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
về tiện cứng chính xác thép AISI 52110 
[12,13]. 
- Độ nhám bề mặt tăng khi tăng vận tốc cắt và 
lượng chạy dao. - Việc tăng chiều sâu cắt t 
hầu như không có ảnh hưởng tới nhám bề 
mặt. Do đó trong vùng khảo sát có thể chọn 
chiều sâu cắt lớn mà vẫn đảm bảo độ nhám 
cần thiết. 
ln 21,341 7,27 ln 1,04ln 10,896ln 2,34ln lncS v t s v s     
- Tuổi thọ dụng cụ giảm khi tăng vận tốc cắt 
v, chiều sâu cắt t và lượng chạy dao s. Tuy 
nhiên việc tăng lượng chạy dao ít ảnh hưởng 
tới tuổi thọ dụng cụ. Thậm chí ứng với chiều 
sâu cắt t không thay đổi (t=0,12), việc tăng 
lượng chạy dao làm tăng tuổi thọ dụng cụ. Vì 
vậy trong phạm vi lượng chạy dao s=0,07-
0,15, có thể chọn lượng chạy dao lớn để tăng 
hiệu quả quá trình gia công. 
KẾT LUẬN 
- Việc xây dựng các mô hình của quá trình 
tiện cứng giúp dự đoán và đánh giá được sự 
thay đổi và các quan hệ phụ thuộc của các 
thông số trong quá trình gia công nhằm nâng 
cao hiệu quả quá trình. 
- Mô hình dự đoán nhám bề mặt và mòn dụng 
cụ đảm bảo độ tin cậy trong dải số liệu khảo 
sát, kết quả dự đoán phù hợp với các thông số 
thực nghiệm. 
- Mô hình cho thấy trong phạm vi khảo sát, 
vận tốc cắt có ảnh hưởng quyết định đến 
nhám bề mặt chi tiết và mòn dụng cụ. Chiều 
sâu cắt và lượng chạy dao có ảnh hưởng 
không đáng kể nên có thể tăng năng suất và 
hiệu quả quá trình bằng cách chọn chiều sâu 
cắt và lượng chạy dao lớn. Tuy nhiên để đánh 
giá hiệu quả quá trình gia công một cách toàn 
diện cần phải tiếp tục nghiên cứu xem xét 
đồng thời các nhân tố để vừa đạt được độ 
nhám cần thiết, vừa đảm bảo tuổi thọ dụng cụ 
lớn nhất cũng như năng suất gia công cao. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Đào Cán (1959), Nguyên lý cắt kim loại. Nxb 
Giáo dục, Hà Nội. 
[2] Nguyễn Cảnh (2004), Qui hoạch thực nghiệm. 
Nxb Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh. 
[3] Nguyễn Duy, Trần Sỹ Túy, Trịnh Văn Tự 
(1997), Nguyên lý cắt kim loại. Nxb Đại học và 
Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội. 
[4] Trần Tuấn Điệp, Lý Hoàng Tú (1999), Lý thuyết 
xác xuất và thống kê toán học. Nxb Giáo dục. 
[5] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Túy 
(2001), Nguyên lý gia công vật liệu. Nxb Khoa 
học và Kỹ thuật, Hà Nội. 
[6] Bùi Minh Trí (2005), Xác xuất thống kê và Qui 
hoạch thực nghiệm. Nxb KH&KT, Hà Nội. 
[7] Nguyễn Minh Tuyển (2005). Qui hoạch thực 
nghiệm. Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 
[8] Nguyễn Doãn Ý (2006), Qui hoạch và xử lý số 
liệu thực nghiệm. Nxb Xây dựng, Hà Nội. 
[9] E.M Trend, P.K Wright. Metal cutting. 
Published by Elsevier, India Private Limited, New 
Delhi (2000), India. 
[10] EHWA Diamond industrial Co.,LTD, Korea. 
Innovator in technology PCB/PCBN cutting tools. 
[11] M. V. Kowstubhan and P. K, PhiIip. On the 
tool-life equation tools of TiN-coated high speed 
steel. Wear, 143 (1991) 267-275. 
[12] Tugrul Ozel, Yigit Karpat. Predictive 
modeling of surface roughness and tool wear in 
hard turning using regression and neural 
networks. International Journal of Machine Tools 
& Manufacture 45 (2005) 467–479. 
[13] Tugru Ozel, Yigit Karpat, Luıs Figueira, J. 
Paulo Davim. Modelling of surface finish and tool 
flank wear in turning. Journal of Materials 
Processing Technology, Volume 189, Issues 1-3, 6 
July 2007, Pages 192-198. 
[14] Yahya Dogu, Ersan Aslan, Necip Camuscu. A 
numerical model to determine temperature 
distribution in orthogonal metal cutting. Journal of 
Materials Processing Technology 
171 (2006) 1–9. 
Nguyễn Thị Quốc Dung và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 63(1): 40 - 45 
45 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
SUMMARY 
PREDICTIVE MODELING OF SURFACE ROUGHNESS AND TOOL WEAR 
IN HARD TURING USING PCBN CUTTING TOOL 
Nguyen Thi Quoc Dung
2
, Phan Quang The 
College of Technology - Thai Nguyen University 
This paper presents the models to predict surface roughness and tool wear in finish hard turning 
with PCBN (Polycrystal Cubic Boron Nitride) using regression analysis. A set of data obtained 
from performed experiments in fininsh turning of hardened 9XC steel has been utilized. The 
models show that decrease cutting speed and feed rate resulted in better surface roughness and 
lower tool wear. Increase the depth of cut resulted in faster tool wear but unremarkable effect on 
surface roughness. 
Keyword: Hard turnig, tool wear, polycrystal cubic boron nitride, regression analysis. 
2 Tel: 0915308818, Email:quocdung@yahoo.com.vn