Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến rung động khi mài phẳng vật liệu có độ cứng cao bằng đá mài xẻ rãnh nghiêng sử dụng phương pháp Taguchi và Anova

ất Taguchi [9], [10]
Mục tiêu của phương pháp Taguchi là để 
giảm chi phí cho nhà sản xuất và xã hội từ thay 
đổi trong quá trình sản xuất. Tiến sỹ Taguchi (Nhật 
Bản) xác định sự khác biệt giữa giá trị mục tiêu về 
các đặc tính hiệu suất của một quá trình τ và các giá 
trị đo được y, như một hàm tổn thất:
 .l y k yc 2x= -^ ^h h (2)
Trong đó: k
C
c 2D
= - Hằng số.
Nếu hàm mục tiêu là để thực hiện cực tiểu 
hóa giá trị đặc trưng, thì hàm tổn thất được xác định 
như sau:
.l y k yc 2=^ h (3)
Trong đó: 0x = .
2.3. Thiết kế thực nghiệm [9], [10]
Phương pháp Taguchi để xác định ảnh hưởng 
của thông số công nghệ đến giá trị trung bình và 
phương sai của đặc tính hiệu suất quá trình, xem 
quá trình này hoạt động tốt như thế nào, bằng cách 
sử dụng các ma trận trực giao.
Ma trận trực giao 3 mức và có 3 thông số ảnh 
hưởng: L3
9 (xem bảng 1).
Bảng 1. Ma trận trực giao L9
Trong đó:
Lượng chạy dao - P1, Chiều sâu cắt - P2 và 
Số rãnh đá mài - P3.
1, 2 và 3 - Các mức của thông số hệ thống 
công nghệ.
Từ thiết kế thí nghiệm thấy rằng: 
Các mức ảnh hưởng đến rung động: I = 3;
Các yếu tố ảnh hưởng đến rung động: J = 3;
Số lần thử nghiệm: K = 3;
Số lần lặp các điểm thiết kế: L = 3.
Đối với trường hợp cực tiểu hóa rung động, 
cần phải tính toán tỷ lệ tín hiệu nhiễu S/N như sau: 
 / logS N n y10
1
i i i
i
u
2
1
h = =-
=
a k/ (4)
Trong đó: 
n - Số thí nghiệm lặp lại (n = 3).
y
i
 - Giá trị rung động đối với một thí nghiệm.
2.4. Phân tích phương sai [9]
Phân tích phương sai là kỹ thuật thống kê, 
được sử dụng khi cần so sánh giá trị trung bình của 
ba nhóm trở lên. Khi sử dụng kỹ thuật này người ta 
chia phương sai của một quan sát thành hai thành 
phần là phương sai giữa các nhóm và phương sai 
nội nhóm. Phưong sai là độ phân tán tương đối của 
các quan sát so với giá trị trung bình, vì thế phân 
tích phương sai giúp so sánh các giá trị trung bình 
dễ dàng (bên cạnh việc so sánh các phương sai).
Khi phân tích phương sai cần xác định một 
số các thông số ở dưới dây (xem bảng 8): 
Tổng bình phương toàn bộ mẫu – SST
Tổng bình phương giữa các nhóm – SSB
Tổng bình phương trong mỗi nhóm – SSW
Trung bình bình phương toàn bộ mẫu – MST
Trung bình bình phương trong mỗi nhóm – MSB
Trung bình bình phương trong mỗi nhóm – MSW
3. Thực nghiệm và phân tích kết quả nghiên cứu
3.1. Bài toán nghiên cứu
Việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng các 
thông số hệ thống công nghệ gồm: lượng tiến dao, 
chiều sâu cắt và số rãnh đá mài đến rung động khi 
mài phẳng vật liệu SKD11 nhiệt luyện bằng đá mài 
gián đoạn rãnh nghiêng theo phương pháp Taguchi 
và các số liệu thực nghiệm được xử lý theo phương 
pháp phân tích phương sai ANOVA.
3.2. Thiết kế thực nghiệm theo phương pháp 
Taguchi
3.2.1. Lựa chọn giá trị các thông số công nghệ
Máy mài: Máy mài phẳng KENT 
Hãng sản xuất: Đài Loan
Vận tốc cắt: 32m/s
Bảng 2. Thông số kỹ thuật của máy mài
Thông số kỹ thuật Dài
(mm)
Rộng
(mm)
Cao
(mm)
1. Kích thước máy 4.280 1.850 2.190
2. Kích thước bàn máy 700 300
3. Hành trình làm việc 
của bàn máy 
850 450 400
4. Công suất của động cơ trục chính: 4.5KW
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology16 Khoa học & Công nghệ - Số 13/Tháng 3 - 2017
Hình 1. Máy mài phẳng KENT
Đá mài: Thí nghiệm được thực hiện với 
5 viên đá mài gián đoạn rãnh nghiêng có số rãnh 
Z thay đổi. Đặc tính của đá mài được mô tả trong 
Bảng 3. Tất cả các đá mài được chế tạo tại nhà máy 
đá mài Hải Dương.
Bảng 3. Thông số của đá mài
Đặc tính đá mài gián đoạn
Chiều rộng rãnh đá w: 10 (mm)
Chiều sâu rãnh đá b: 15 (mm)
Góc nghiêng rãnh đá b : 15 (độ)
Cỡ hạt: 46 (355 ÷ 425 µm)
Viên đá Số rãnh 
đá Z
Góc giữa 2 
rãnh đá liên 
tiếp α (độ)
Tỷ lệ gián 
đoạnh
(%)
Viên số 1 0 0 0
Viên số 2 18 20 16,37
Viên số 3 20 18 18,19
Viên số 4 22 16,36 20,01
Viên số 5 24 15 21,83
Hình 2. Cấu trúc của đá mài gián đoạn
Vật liệu thí nghiệm: Vật liệu sử dụng trong 
thí nghiệm là thép SKD11 nhiệt luyện có độ cứng 
khoảng 58-62 HRC. Tất cả các phôi gia công đều 
có cùng kích thước 90x30x25 (mm) như Hình 2, 
sản xuất bởi Công ty Cổ phần máy công nghiệp và 
dụng cụ. Thành phần vật liệu thể hiện trong Bảng 4.
Bảng 4. Thành phần các nguyên tố hóa học trong 
thép SKD11
Nguyên tố C Mn Si Cr Va Mo Ni
% khối 
lượng
1,5 0,3 0,25 11,5 0,25 0,3 0,35
Trong các thực nghiệm ở đây các thông số 
công nghệ được chỉ dẫn trong Bảng 5.
Bảng 5. Giá trị thông số công nghệ
Các mức P1
(m/ph)
P2 
(mm)
P3 (Số rãnh)
P13 P23
Thấp 12 0,02 0 0
Trung bình 15 0,05 18 20
Cao 20 0,07 24 22
3.2.2. Thực nghiệm theo phương pháp Taguchi
a. Ma trận trực giao theo phương pháp Taguchi
Từ Bảng 1, suy ra ma trận trực giao được 
thiết kế theo phương pháp Taguchi (Bảng 6).
Bảng 6. Ma trận thực nghiệm theo phương pháp 
Taguchi
Thí nghiệm 
số
P1 
(m/ph)
P2 
(mm)
P3 (Số rãnh)
P13 P23
1 12 0.02 0 0
2 12 0.05 18 20
3 12 0.07 24 22
4 15 0.02 18 20
5 15 0.05 24 22
6 15 0.07 0 0
7 20 0.02 24 22
8 20 0.05 0 0
9 20 0.07 18 20
b. Lựa chọn phương pháp và thiết bị đo rung động
Chi tiết đo: để đảm bảo độ tin cậy mỗi thí 
nghiệm thực hiện 3 lần. Do đó, tổng cộng có 45 mẫu 
thép SKD11 nhiệt luyện (Hình 3).
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 13/Tháng 3 - 2017 Journal of Science and Technology 17
Hình 3. Mẫu SKD11 nhiệt luyện
Phương pháp đo [13]:
Đo biên độ rung động theo gia tốc, do tín 
hiệu nhận được dưới dạng x(t) - hàm phụ thuộc thời 
gian, như vậy sẽ tiến hành đo biên độ và thời gian 
rung động.
Phương pháp xử lý tín hiệu: phân tích phổ, 
tín hiệu cũng có thể được biểu diễn trong miền tần 
số X(f), do tần số f là nghịch đảo của thời gian, nên 
việc chuyển tín hiệu trong miền thời gian sang tín 
hiệu trong miền tần số được thực hiện bằng phép 
biến đổi Furiê. Theo phương pháp này sẽ đo hàm 
mật độ phổ năng lượng, là hàm số biểu diễn sự phân 
bố của năng lượng tín hiệu dọc trục tần số.
Thiết bị đo: Cảm biến đo rung 3 chiều B&K.
Sơ đồ hệ thống và phân tích đo rung động 
và hệ thống đo rung động khi mài phẳng được trình 
bày trên Hình (4a, b).
Hình 4a. Sơ đồ hệ thống và phân tích đo rung động
Hình 4b. Hệ thống đo rung động khi mài phẳng
3.2.3. Tính toán kết quả thực nghiệm theo 
phương pháp Taguchi
Để cực tiểu hóa sai lệch độ phẳng, giá trị tỷ 
lệ tín hiệu nhiễu h bằng tỷ lệ S/N được tính toán 
theo công thức [1] và được chỉ dẫn trong Bảng 7.
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology18 Khoa học & Công nghệ - Số 13/Tháng 3 - 2017
Bảng 7. Giá trị tỷ lệ tín hiệu nhiễu h 
Số 
TN
P1
m/ph
P2
mm
P3
số rãnh
g1 g2 g3 g ih
P13 P23 g13 g23 g13 g23 g13 g23 g13 g23 i13h i23h
1 12 0.02 0 0 0.51 0.51 0.56 0.56 0.58 0.58 0.55 0.55 5.18 5.18
2 12 0.05 18 20 1.14 0.35 1.16 0.37 1.19 0.38 1.16 0.37 -1.32 8.71
3 12 0.07 24 22 0.98 1.72 1.01 1.69 1.11 1.68 1.03 1.70 -0.3 -4.59
4 15 0.02 18 20 0.92 0.26 0.96 0.21 1.02 0.24 0.97 0.24 2.9 12.48
5 15 0.05 24 22 1.12 0.83 1.15 0.81 1.17 0.86 1.15 0.83 -1.2 1.58
6 15 0.07 0 0 0.68 0.68 0.71 0.71 0.76 0.76 0.72 0.72 2.9 2.9
7 20 0.02 24 22 0.87 1.98 0.85 2.01 0.81 2.04 0.84 2.01 1.48 -6.01
8 20 0.05 0 0 0.63 0.63 0.65 0.65 0.69 0.69 0.66 0.66 3.65 3.65
9 20 0.07 18 20 1.29 0.36 1.34 0.38 1.36 0.41 1.33 0.38 -2.48 8.3
3.4. Phân tích phương sai ANOVA [9] 
Từ Bảng 7 ta có giá trị tỷ lệ tín hiệu nhiễu 
S/N của 2 lần tính toán khi so sánh 2 bộ chỉ tiêu tối 
ưu cục bộ khi thay đổi lượng chạy dao, chiều sâu 
cắt và số rãnh.
. Ta thấy rằng bộ chỉ tiêu tối ưu cục bộ thứ 2 
có giá trị tỷ lệ S/N: 24h = 12,48 > 21h = 5,18. Vậy bộ 
thông số tối ưu cục bộ là s = 15m/ph; t = 0,02mm; 
z = 20 (rãnh).
Các công thức và giá trị phương sai được chỉ 
dẫn trong Bảng 8.
Bảng 8. Phân tích phương sai ANOVA
Biến thiên F SS MS C (%)
Yếu tố P1 2 2,35 1,18 99,07
Yếu tố P2 2 0,01 0,001 0,422
Yếu tố P3 2 0,001 0,003 0,044
Tương tác P1 x P2 4 0,004 0,001 0,168
Tương tác P1 x P3 4 0,001 0,002 0,044
Tương tác P2 x P3 4 0,004 0,001 0,168
Tương tác P1 x P2 
x P3
8 0,002 0,002 0,084
Tổng cộng 26 2,372 1,19 100
3.5. Đồ thị thực nghiệm
Từ Bảng 7, sử dụng phần mềm Excel và 
[11] tác giả đã xây dựng được biểu đồ biểu diễn ảnh 
hưởng của giá trị trung bình tỷ lệ tín hiệu nhiễu S/N 
khi thay đổi lượng chạy dao, chiều sâu cắt và số 
rãnh đến rung động khi mài phẳng vật liệu SKD11 
đã nhiệt luyện bằng đá mài gián đoạn rãnh nghiêng 
theo phương pháp Taguchi và ANOVA (hình 5a, b 
và c).
Hình 5a. Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi lượng 
chạy dao đến rung động
Hình 5b. Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi số 
rãnh đá mài đến rung động
Hình 5c. Ảnh hưởng của tỷ lệ S/N khi thay đổi chiều 
sâu cắt đến rung động
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 13/Tháng 3 - 2017 Journal of Science and Technology 19
Từ các đồ thị hình 5a, 5b và 5c suy ra, khi 
thay đổi số rãnh và lượng chạy dao, chiều sâu cắt 
tác động đến rung động lớn nhất ở mức 2. Tương 
ứng với các mức này, giá trị rung động là nhỏ nhất.
4. Thảo luận
Qua tính toán tỷ lệ tín hiệu nhiễu η bằng tỷ 
lệ S/N, từ Bảng 8 thấy rằng thí nghiệm thứ 4 mà 
thông số công nghệ gồm lượng chạy dao s = 15 (m/
ph), chiều sâu cắt t = 0,02 (mm) và số rãnh đá mài z 
= 20 (rãnh) có giá trị η
22
 = 12,48 lớn nhất, nghĩa là 
tác động của thí nghiệm này đến rung động khi mài 
nhiều nhất và ổn định nhất, đồng thời giá trị rung 
động cũng nhỏ nhất g = 0,24 m/s2.
Từ Bảng 8 thấy rằng, theo thứ tự lượng chạy 
dao (99,07%), các tương tác cặp (0,168%) có yếu 
tố của lượng chạy dao sẽ ảnh hưởng nhiều nhất đến 
rung động. Còn chiều sâu cắt và số rãnh sẽ tác động 
ít hơn đến rung động.
- So với đá mài thường thì đá mài có bề mặt 
làm việc gián đoạn rãnh nghiêng có rung động nhỏ 
và ổn định hơn ( g đá xẻ rãnh = 0,24 m/s2 < g đá 
mài thường = 0,55 m/s2). Điều này được giải thích 
là do trong quá trình mài lực cắt ở đá mài xẻ rãnh 
giảm hơn so với đá mài truyền thống [12].
5. Kết luận
Trong bài báo này trình bày kết quả nghiên 
cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến cực 
tiểu hóa rung động khi mài phẳng vật liệu có độ 
cứng cao sử dụng phương pháp Taguchi và phân 
tích phương sai (ANOVA), làm giảm số lượng thực 
nghiệm, với độ chính xác và độ tin cậy cao của kết 
quả nghiên cứu bằng việc sử dụng phương pháp 
Taguchi và phân tích phương sai với ba thông số, ba 
mức ảnh hưởng, ba lần thử nghiệm và ba lần lặp 
các điểm thiết kế, cho biết ảnh hưởng định lượng 
một cách khoa học của thông số hệ thống công nghệ 
đến rung động khi mài phẳng vật liệu SKD11 nhiệt 
luyện bằng đá mài gián đoạn. 
Để cực tiểu hóa rung động trong phạm vi các 
thông số hệ thống công nghệ đã lựa chọn, giá trị tối 
ưu cục bộ như sau: 
s = 15 (m/ph); t = 0,02(mm); z = 20 (rãnh).
Tài liệu tham khảo
[1]. Mustafa Kemal Külekcý: Analysis of Process Parameters for a Surface – Grinding Process 
based on the Taguchi Method. Mersin University, Tarsus Technical Education Faculty, Department 
of Mechanical Education, 33140, Tarsus-Mersin,Turkey mkkulekci@gmail.com Prejem rokopisa – 
received: 2012-06-18; sprejem za objavo – accepted for publication: 2012-08-27 
[2]. Taranveer Singh, Khushdeep Goyal, Parlad Kumar: To Study the Effect of Process Parameters 
for Minimum Surface Roughness of Cylindrical Grinded AISI 1045 Steel. Manufacturing Science 
and Technology 2(3): 56-61, 2014.
[3]. E. Daniel Kirby: A Parameter Design Study in a Turning Operation using the Taguchi Method. 
The Technology Interface/Fall, 2006. Iowa State University. 
[4]. M. Aravind, Dr. S. Periyasamy. Assistant Professor in Mechanical Engineering Government 
College of Technology Coimbatore, India: Optimization of Surface Grinding Process Parameters By 
Taguchi Method And Response Surface Methodology.
[5]. Nguyễn Tiến Đông, Nguyễn Thị Phương Giang, Kozo Ishizaki. Ảnh hưởng của số hạt mài đến 
chất lượng bề mặt khi gia công vật liệu ceramic bằng đá mài kim cương có cấu trúc lục giác. Tạp 
chí khoa học và công nghệ – Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam. Tập 52 - số 1A - 2014, 
trang 188-195.
[6]. Nguyễn Tiến Đông, Nguyễn Thị Phương Giang, Nguyễn Minh Tuấn, Ngô Thị Hà, Nguyễn Thị 
Phương. Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến chất lượng bề mặt chi tiết 
khi mài thép C45 bằng đá mài xẻ rãnh. Hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí lần thứ 
3, Hà nội tháng 4 -2013. TSBN 978-604-67-0061-6, trang 120-126.
[7]. Nguyễn Thị Phương Giang, Nguyễn Tiến Đông. Chất lượng bề mặt chi tiết khi mài vật liệu thép 
C45 nhiệt luyện bằng đá mài xẻ rãnh. Tạp chí khoa học và công nghệ các trường đại học kỹ thuật, 
số 97/2013, trang 66-70.
[8]. Phùng Xuân Sơn: Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng của chi tiết khi mài 
phẳng. Luận án Tiến sỹ kỹ thuật. Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Hà Nội 2011.
[9]. Nguyễn Trọng Hùng, Phùng Xuân Sơn, Thiết kế thực nghiệm trong chế tạo máy, NXB Xây 
dựng, Hà Nội 2016.
[10]. Genichi Taguchi: Taguchi Methods: Design of Experiments. Dearborn, MI: ASI Press; Tokyo, 
Japan: Japanese Standards Association, ©1993.
[11]. Nguyen Trong Hung, Nguyen Anh Tu, Ngo Van Chuyen: Research the Minimization of Surface 
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology20 Khoa học & Công nghệ - Số 13/Tháng 3 - 2017
Roughness using the Taguchi Method in CNC Turning Mounting Shaft Process. Journal of Science 
& Technology - Hanoi University of Industry, ISSN 1959-3585, N0 36.2016, pp. s(37-40).
[12]. Z.C.Li, B. Lin, Y.S.Xu, J.Hu (2002), “Experimantal Studies on Gringding Force and Force 
Ratio of the Unsteady-state Gringding Technique”, Journal of Material Processing Technology, 129 
(2002) 76-80.
[13]. Nguyễn Trọng Hùng: Giáo trình hệ thống đo lường trong chế tạo cơ khí. Trường Đại học Sư 
phạm Kỹ thuật Hưng Yên. Hưng Yên 2013.
A RESEARCH ON EFFECS OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS 
ON VIBRATION IN SURFACE PROCESSING HIGH LEVEL HARDNESS MATERIALS 
WITH SEGMENTED GRINDING WHEEL USING TAGUCHI METHOD AND ANOVA
Abstract:
This paper represents the results of research on effects of process parameters on vibration in surface 
processing high level hardness materials with segmented grinding wheel using Taguchi method and Analysis 
of Variance (ANOVA). This method reduces the number of experiments, produces high quality products with 
low cost for manufacturers. With three experiments, three testing and three replications of the design point, 
the research results showed the relationship between technological parameters which are cutting depth, 
feed rate and the number of grinding slots with the pair interactions, and three interactions between them 
with the vibration, and identified locally optimal technological and systematic parameters with the smallest 
vibration in surface grinding on SKD11 steel under heat treatment by intermittent grinding stone made in 
Vietnam.
Keywords: minimization; vibration; Taguchi; ANOVA; cutting capacity of grinding; technological system 
parameters.