Bộ công thơng Viện máy và dụng cụ công nghiệp ^] Báo cáo tổng kết Đề tài M số: 134.10.RD/HĐ-KHCN Tên đề tài: Mô hình hoá quá trình cắt nhiều dao khi gia công lòng khuôn ba chiều trên máy CNC Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Đức Minh ThS. Trần Quang Hng 9067 Hà Nội 10/2011 1 Danh sách các thành viên tham gia Thực hiện đề tài TT Họ và tên Học hàm, học vị Cơ quan công tác 1 Trần Quang Hng ThS. Chế tạo máy Viện máy và dụng cụ công nghiệp 2 Nguyễn Quốc Hội KS. Chế tạo máy Viện máy và dụng cụ công nghiệp 3 Nguyễn Anh Thắng KS. Chế tạo máy Viện máy và dụng cụ công nghiệp 4 Phạm Minh Phúc KS. Chế tạo máy Viện máy và dụng cụ công nghiệp 5 Trịnh Quang Hòa KS. Chế tạo máy Viện máy và dụng cụ công nghiệp 2 Bộ công thơng Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Viện máy và dụng cụ công nghiệp Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Báo cáo tóm tắt Thực hiện đề tài 134.10.rd/hĐ-khcn Tên đề tài: Mô hình hóa quá trình cắt nhiều dao khi gia công lòng khuôn 3 chiều trên máy CNC Cấp quản lý: Bộ Công Thơng Cơ quan thực hiện: Viện máy và dụng cụ công nghiệp Theo tinh thần và nội dung của Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 134.10.RD/HĐ-KHCN, ký ngày 25/02/2010 với Bộ Công Thơng, Viện máy và dụng cụ công nghiệp đã hoàn thành đề tài Mô hình hóa quá trình cắt nhiều dao khi gia công lòng khuôn 3 chiều trên máy CNC. 1. Các nội dung nghiên cứu và tiến trình thực hiện 1.1. Thời gian bắt đầu: 01/2010 1.2. Nghiên cứu lý thuyết tổng quan và các vấn đề có liên quan: 01/2010 ữ 02/2010 1.3. Nghiên cứu lý thuyết về mòn và tuổi bền dụng cụ cắt: 02/2010 ữ 03/2010 1.4. Nghiên cứu lý thuyết tối u hóa chế độ cắt: 03/2010 ữ 04/2010 1.5. Nghiên cứu lý thuyết mô hình hóa chế độ cắt: 04/2010 ữ 05/2010 1.6. Nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm: 05/2010 ữ 06/2010 1.7. Tiến hành thực nghiệm và thu thập số liệu: 06/2010 ữ 07/2011 (bị chậm trễ so với dự kiến ban đầu do các kết quả thực nghiệm không đạt yêu cầu, phải làm lại nhiều lần - đã có công văn giải trình với Bộ Công Thơng). 1.8. Tổng hợp và xử lý các số liệu thí nghiệm, viết báo cáo: 07/2011 ữ 10/2011 1.9. Nghiệm thu cấp cơ sở và chuẩn bị hồ sơ nghiệm thu cấp Bộ: 07/2011 ữ 10/2011 1.10. Hoàn thiện báo cáo tổng kết đề tài: 12/2011 3 2. Kết quả Đề tài đã tạo ra đợc bộ sản phẩm theo nh nội dung thuyết minh của đề tài bao gồm: - Xây dựng đợc tính toán lý thuyết và mô hình thực nghiệm về mài mòn và tuổi bền dụng cụ cắt. - Xây dựng đợc tính toán lý thuyết và mô hình thực nghiệm về tối u hóa chế độ cắt. - Thực hiện đợc các nghiên cứu về mô hình hóa quá trình cắt. - Thực hiện thành công công tác thực nghiệm, so sánh với nghiên cứu lý thuyết để từ đó rút ra đợc những kết luận và đề xuất các nghiên cứu tiếp theo. 3. Sử dụng kinh phí đề tài Kinh phí đợc cấp cho đề tài đã đợc sử dụng đúng mục đích theo nh các hạng mục đã nêu trong dự toán ban đầu. Toàn bộ kinh phí từ nguồn NSNN của đề tài (100.000.000đ - Một trăm triệu đồng) đã đợc sử dụng hết để: - Mua vật t, nguyên vật liệu, tài liệu, dụng cụ phục vụ cho các công việc của đề tài. - Thuê khoán chuyên môn - Vật t, văn phòng phẩm, công tác phí, 4. Kết luận và hớng phát triển Đề tài 134.10.RD/HĐ-KHCN đã hoàn thành và đã đạt đợc một số kết quả nhất định sau: - Xây dựng đợc phơng pháp nghiên cứu mô hình hóa quá trình cắt khi phay trên máy phay CNC trên cơ sở nghiên cứu đồng thời các đại lợng đặc trng. Kết quả là đã thiết lập đợc các phơng trình biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lợng đặc trng cơ bản nh: lực cắt, độ nhám bề mặt, lợng mòn dụng cụ với các thông số công nghệ trong quá trình gia công nh: vận tốc cắt, lợng chạy dao, chiều sâu cắt và thời gian gia công. Mô hình các đại lợng này cho phép tính toán xác định giá trị các đại lợng đặc trng tại thời điểm bất kỳ, với chế độ cắt bất kỳ của quá trình gia công, góp phần xây dựng cở sở để giải bài toán xác định chế độ cắt tối u khi phay trên máy phay CNC. Phơng pháp nghiên cứu này có thể ứng dụng cho các phơng pháp gia công khác trong gia công cắt gọt nh: Tiện, phay cao tốc, mài, 4 - Đánh giá đợc u điểm, khả năng ứng dụng của dao phay cầu trong việc gia công các bề mặt phức tạp đồng thời cũng chỉ ra những khó khăn, hạn chế khi sử dụng chúng để gia công đồng thời xác định đợc điều kiện để đỉnh dao tham gia vào quá trình cắt gọt. - Thiết lập đợc các phơng trình biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lợng đặc trng trong quá trình gia công. - Đã xây dựng đợc phơng pháp đánh giá tuổi bền của dao phay đồng thời bằng nhiều chỉ tiêu. Trong điều kiện gia công cụ thể ta có thể lựa chọn đợc giá trị tuổi bền hợp lý, góp phần tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu quả sản xuất - Thiết kế đợc hệ thống thí nghiệm hiện đại có thể phục vụ cho công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học của Viện IMI. Xây dựng đợc phơng pháp xử lý số liệu hiện đại, chính xác và tin cậy trên cơ sở ứng dụng các phần mềm ứng dụng mạnh nh MATLAB R12, EXCEL. Một số kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo - Xây dựng thêm các mô hình các đại lợng đặc trng nh: rung động, nhiệt cắt, cũng nh mở rộng thêm các thông số đầu vào để quá trình nghiên cứu mô hình hóa quá trình cắt khi phay nhiều loại dao trên máy CNC càng đầy đủ và toàn diện cũng nh nâng cao đợc độ chính xác của kết quả nghiên cứu. - Sử dụng phơng pháp nghiên cứu cũng nh mô hình thực nghiệm để tiếp tục hoàn thiện cơ sở dữ liệu chế độ cắt khi phay trên máy phay CNC với các sơ đồ phay khác nhau cũng nh mở rộng nghiên cứu với các nguyên công khác nhau. - Kết hợp với các kiến thức đo lờng, tự động hóa, tiếp tục xây dựng hệ thống điều khiển thích nghi bằng sơ đồ điều khiển ngoài với tín hiệu điều khiển là lực cắt hoặc có thể là các tín hiệu chuyển đổi từ lực cắt nh công suất cắt hoặc các tín hiệu khác nh: thời gian gia công, lợng mòn dao hay chiều cao nhâp nhô tế vi bề mặt (nếu có đo lờng chủ động các đại lợng này trong quá trình gia công). Chủ nhiệm đề tài ThS. Trần Quang Hng 5 Báo cáo khoa học đề tài 134.10.rd/hĐ-khcn Tên đề tài: Mô hình hóa quá trình cắt nhiều dao khi gia công lòng khuôn 3 chiều trên máy CNC Nội dung báo cáo Mở đầu: - Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc - Mục tiêu đề tài Nội dung chính của đề tài: Chơng 1: Các lý thuyết cơ sở Chơng 2: Xây dựng hệ thống thực nghiệm Chơng 3: Nghiên cứu và đánh giá kết quả thực nghiệm Kết luận và hớng phát triển: - Các kết quả đạt đợc - Hớng phát triển 6 Mục lục Nội dung Trang Mở đầu 8 Chơng 1: Các lý thuyết cơ sở 9 1.1. Mòn và tuổi bền dụng cụ cắt 9 1.1.1. Tổng quan về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt 9 1.1.2. Các phơng pháp xác định sức bền phần cắt của dụng cụ 10 1.1.3. Quan hệ giữa tuổi bền và các yếu tố chế độ cắt 15 1.2. Tối u hoá chế độ cắt 17 1.2.1. Khái niệm và ý nghĩa của tối u hoá 17 1.2.2. Các hình thức tối u hoá 17 1.4. Mô hình hoá 21 1.4.1. Khái niệm chung 21 1.4.2. Khái niệm cơ bản về mô hình hóa hệ thống 23 1.4.3. Phơng pháp mô phỏng 27 1.4.4. Các bớc nghiên cứu mô phỏng 28 Chơng 2: xây dựng hệ thống thực nghiệm 31 2.1. Đặt vấn đề 31 2.2. Xây dựng mô hình thực nghiệm 31 2.2.1. Sơ đồ thí nghiệm tổng quát 31 2.2.2. Các thông số cơ bản của hệ thống thí nghiệm 32 2.2.3. Thiết bị đo 35 2.3. Nội dung thực nghiệm 37 2.2.1. Xác định thành phần lực cắt trong quá trình gia công 37 2.2.2. Xác định độ nhám bề mặt của chi tiết sau gia công 38 2.2.3. Xác định lợng mòn dụng cụ đo 39 2.2.4. Kết nối hệ thống đo lực cắt nhiều thành phần kiểu áp điện 40 2.2.5. Kết quả đo 42 2.2.6. Xây dựng phơng pháp xử lý số liệu 43 Chơng 3: nghiên cứu và đánh giá kết quả th.nghiệm 48 7 3.1. Thực nghiệm với dao phay ngón ghép mảnh cắt xoay 48 3.1.1. Xây dựng phơng pháp thực nghiệm 48 3.1.2. Phơng pháp tiến hành thực nghiệm 51 3.1.3. Các kết quả mô hình hóa quá trình cắt khi phay 70 3.1.4. Thiết lập phơng trình biểu diễn mối quan hệ qua lại giữa các đại lợng đặc trng cơ bản 76 3.3.5. Xây dựng phơng pháp xác định tuổi bền dao bằng cách sử dụng đồng thời nhiều chỉ tiêu 78 3.2. Thực nghiệm với dao phay đầu cầu ghép mảnh cắt xoay 80 3.2.1. Mục đích thực nghiệm 80 3.2.2. Các giới hạn của thực nghiệm 80 3.3.3. Mô hình toán học 80 3.2.4. Các thông số đầu vào của thực nghiệm 81 3.3.5. Thực nghiệm xác định tuổi bền 84 Kết luận chung và kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo 88 Tài liệu tham khảo 90 8 Mở đầu Hiện nay, việc sử dụng các máy CNC để thay thế cho các máy công cụ thông thờng trong việc gia công chi tiết đang đợc thực hiện một cách rộng rãi trên thế giới cũng nh tại Việt Nam, đặc biệt là đối với các chi tiết phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cũng nh chất lợng rất cao. Bên cạnh đó, việc xác định đợc quỹ đạo gia công hợp lý nhằm rút ngắn thời gian gia công, đảm bảo độ chính xác gia công; xây dựng đợc tuổi bền hợp lý của các dụng cụ cắt cùng tham gia gia công để tạo ra một quy trình gia công tối u cũng đang là một đòi hỏi cấp thiết của thực tế. Một trong những định hớng phát triển của Viện máy và dụng cụ công nghiệp là nghiên cứu, chế tạo các loại máy CNC có đủ chất lợng và giá cả cạnh tranh với các sản phẩm của các quốc gia khác đang có mặt trên thị trờng. Việc nghiên cứu mô hình hoá quá trình cắt nhiều dao trên máy CNC là phù hợp cũng nh để hỗ trợ cho định hớng phát triển đó. Nội dung của đề tài bao gồm ba phần chính: - Nghiên cứu về mài mòn và tuổi bền dụng cụ cắt. - Nghiên cứu về tối u hoá chế độ cắt. - Nghiên cứu về mô hình hoá. Ngoài ra, phần thực nghiệm để phục vụ cho các nghiên cứu lý thuyết cũng đợc trình bày trong phần nội dung của đề tài. 9 Chơng 1: Các lý thuyết cơ sở 1.1. Mòn và tuổi bền dụng cụ cắt 1.1.1. tổng quan về mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt Nh đã nói ở trên, năng suất và chất lợng của sản phẩm bị hạn chế rất nhiều bởi sức bền và tuổi bền mòn của dụng cụ. Dới tác dụng của các yếu tố: nhiệt, lực cắt,làm phần cắt của dụng cụ bị mòn nhanh chóng. Khi sức bền phần cắt không đủ thì dụng cụ bị phá huỷ dòn, gãy do kết quả của quá trình biến dạng phần cắt dụng cụ. Trong thực tế, để tránh sự phá huỷ phải nâng cao sức bền phần cắt hoặc giảm chế độ cắt song điều đó lại ảnh hởng trực tiếp tới năng suất. Do đó, phải nghiên cứu cơ chế phá huỷ phần cắt của dụng cụ, tìm ra quy luật trên cơ sở tính toán để nâng cao sức bền phần cắt là rất quan trọng, đặc biệt là trong sản xuất tự động. Dụng cụ cắt thông thờng bị phá huỷ dòn và dẻo. Có hai nguyên nhân chính để dẫn tới sự phá huỷ này là: - tiếp xúc trên mặt trớc của dụng cụ với phoi. - tiếp xúc trên mặt sau của dụng cụ với chi tiết gia công. Hình 1.1 - Tiếp xúc trên mặt trớc Bằng phơng pháp chụp ảnh tế vi, ta xác định đợc tiếp xúc trên mặt trớc của dụng cụ với phoi đợc chia làm 2 phần: phần tiếp xúc dẻo và phần tiếp xúc đàn hồi. Trên phần tiếp xúc dẻo phoi trợt qua lỡi cắt trên mặt trớc tạo thành hiện tợng chèn đùn. Còn trên phần tiếp xúc đàn hồi, phoi trợt bên ngoài mặt trớc. [...]... nh: mô hình tĩnh và mô hình động, mô hình tiền định và mô hình ngẫu nhiên, mô hình tuyến tính và mô hình phi 26 tuyến, mô hình có thông số tập trung, mô hình có thông số rải, mô hình liên tục, mô hình gián đoạn, Mô hình phải đạt đợc hai tính chất cơ bản sau: Tính đồng nhất: Mô hình phải đồng nhất với đối tợng mà nó phản ánh theo những tiêu chuẩn định trớc Tính thực dụng: có khả năng sử dụng mô hình để... pháp mô hình hóa thích hợp với từng đối tợng cụ thể, đồng thời phải có khả năng thực hiện mô hình trên máy tính- tức khả năng lập trình để giải các bài toán về mô hình hóa 1.4.2.3 Phân loại mô hình hệ thống Có thể căn cứ vào nhiều dấu hiệu khác nhau để phân loại mô hình Hình 1.5 biểu diễn một cách phân loại mô hình điển hình Theo cách này, mô hình đợc chia thành hai nhóm chính: mô hình vật lý và mô hình. .. các mô hình số có thể mô phỏng đợc quá trình hoạt động của đối tợng thực Những mô hình loại này đợc gọi là mô hình mô phỏng (simulation model) Ưu điểm của mô hình mô phỏng là có thể mô tả các yếu tố ngẫu nhiên và tính phi tuyến của đối tợng thực, do đó mô hình càng gần với đối tợng thực Ngày nay, mô hình mô phỏng đợc ứng dụng rất rộng rãi Có thể căn cứ các đặc tính khác nhau để phân loại mô hình nh: mô. .. bài toán tối u dựa trên mô hình tĩnh của quá trình cắt Nhợc điểm của tối u hóa tĩnh là không chú ý đến động lực của quá trình cắt, nghĩa là không chú ý đến các đặc điểm mang tính chất ngẫu nhiên và thay đổi theo thời gian nh: - Độ cứng của vật liệu gia công không đồng nhất 17 - Lợng d gia công không đều - Lợng mòn của dao thay đổi theo thời gian - Sau khi xác định đợc chế độ cắt gia công hợp lý ngời... thực nhng các quá trình xảy ra trong mô hình tơng đơng với quá trình xảy ra trong đối tợng thực Ví dụ, có thể nghiên cứu quá trình dao động của con lắc đơn bằng mô hình tơng tự là mạch dao động R-L-C vì quá trình dao động điều hoa trong mạch RL-C hoan toàn tơng tự quá trình dao động điều hòa của con lắc đơn, hoặc ngời ta có thể nghiên cứu đờng dây tải điện (có thông số phân bố rải) bằng mô hình tơng tự... cách khác mô hình là đối tợng thay thế của đối tợng gốc để nghiên cứu về đối tợng gốc - Mô hình hóa (Modelling) là thay thế đối tợng gốc bằng một mô hình nhằm thu thập các thông tin quan trọng về đối tợng bằng cách tiến hành các thực nghiệm trên mô hình Lý thuyết xây dựng mô hình và nghiên cứu mô hình để hiểu biết về đối tợng gốc họi là lý thuyết mô hình hóa - Nếu các quá trình xảy ra trong mô hình đồng... u hóa dựa trên mô hình động của quá trình cắt do đó trong quá trình nghiên cứu có chú ý tới các đặc điểm mang tính ngẫu nhiên và thay đổi theo thời gian Quá trình cắt hệ thống các đại lợng đo lờng đo các đại lợng thuộc về chi tiết (nh kích thớc chi tiết, sai số hình dạng của chi tiết) các đại lợng thuộc về dao và hệ thống công nghệ (nh độ mòn dao, lực cắt, nhiệt cắt, rung động của hệ thống công nghệ)... nhóm chính: mô hình vật lý và mô hình toán học hay còn gọi là mô hình trừu tợng Hình 1.5 - Sơ đồ phân loại mô hình Mô hình vật lí là mô hình đợc cấu tạo bởi các phần tử vật lý Các thuộc tính của đối tợng đợc phản ánh bởi các định luật vật lý xảy ra trong mô hình Nhóm mô hình vật lý 25 đợc chia thành mô hình thu nhỏ và mô hình tơng tự Mô hình vật lý thu nhỏ có cấu tạo giống nh đối tợng thực nhng có... thiện trớc khi gia công và có chất lợng đồng đều theo tiêu chuẩn JIS Với các điều kiện gia công cụ thể nói trên, các yêu cầu về thông số chế độ cắt đối với các loại dao phay sẽ sử dụng khi gia công trên máy CNC này nên nằm trong miền giới hạn: - Vận tốc cắt V: - Lợng chạy dao Sz: 80(m/ph) V 160(m/ph) 0,05(mm/răng) Sz 0,1(mm/răng) - Chiều sâu cắt theo phơng dọc trục B: 1(mm) B 5(mm) Hình 2.2 -... loại mô hình này là giá thành rẻ, cho phép chúng ta nghiên cứu một số đặc tính chủ yếu của đối tợng thực Mô hình toán học thuộc loại mô hình trừu tợng Các thuộc tính đợc phản ánh bằng các biểu thức, phơng trình toán học Mô hình toán học đợc chia thành mô hình giải tích và mô hình số Mô hình giải tích đợc xây dựng bởi các biểu thức giải tích Ưu điểm của loại mô hình là cho ta kết quả rõ rang, tổng quát . Bộ Công Thơng, Viện máy và dụng cụ công nghiệp đã hoàn thành đề tài Mô hình hóa quá trình cắt nhiều dao khi gia công lòng khuôn 3 chiều trên máy CNC. 1. Các nội dung nghiên cứu và tiến trình. Bộ công thơng Viện máy và dụng cụ công nghiệp ^] Báo cáo tổng kết Đề tài M số: 134.10.RD/HĐ-KHCN Tên đề tài: Mô hình hoá quá trình cắt nhiều dao khi gia công lòng khuôn ba chiều. tài 134.10.rd/hĐ-khcn Tên đề tài: Mô hình hóa quá trình cắt nhiều dao khi gia công lòng khuôn 3 chiều trên máy CNC Nội dung báo cáo Mở đầu: - Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc