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 CƠNG NGHỆ ĐẾN MỊN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH TRỊN XOAY Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2018 Cơng trình hồn 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 bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Lý lựa chọn đề tài luận án Mài phương pháp gia cơng tinh chiếm vị trí quan trọng gia cơng khí Một ưu điểm bật phương pháp gia công khả gia cơng vật liệu có độ bền học độ cứng cao với độ xác độ bóng bề mặt cao Trong tổng số máy công cụ sử dụng ngành chế tạo máy nói chung máy mài chiếm tới 30%, riêng ngành chế tạo ổ bi máy mài chiếm đến 60% Đặc biệt mài định hình rãnh lăn trịn xoay ngun cơng thường áp dụng gia cơng chế tạo chi tiết vịng bạc ổ bi Do đó, mài nói chung mài định hình nói riêng nguyên công quan trọng định đến chất lượng sản phẩm Vì vậy, có nhiều cơng trình nghiên cứu mài thực nhà khoa học trường đại học, viện nghiên cứu doanh nghiệp nước giới Khi nghiên cứu mài nhà nghiên cứu tập trung giải vấn đề liên quan đến máy mài, đá mài, chi tiết mài chế độ cắt mài, nhiệt cắt mài dung dịch tưới nguội Tuy nhiên nghiên cứu trước chủ yếu thực nghiên cứu với trường hợp mài phẳng mài tròn ngồi, mà chưa có nhiều những nghiên cứu chun sâu trường hợp mài định hình rãnh trịn xoay Trong mài định hình có đặc điểm khác biệt so với phương pháp mài thông thường Khi thực ngun cơng mài định hình, chiều dài tiếp xúc đá mài phôi lớn nên lực cắt nhiệt cắt sinh từ trình lớn nhiều so với phương pháp mài thơng thường Cùng với lực ma sát lớn đá mài với phôi, phoi đá mài nên đá mài mài định hình bị mịn liên tục không tiết diện khác làm cho hình dạng độ xác ban đầu đá mài nhanh bị thay đổi, dẫn đến sai lệch bề mặt gia công Sau khoảng thời gian gia công định, đá mài bị mịn q giới hạn cho phép cần thực trình sửa đá Việc sửa đá nhằm khôi phục khả cắt khôi phục lại hình dạng ban đầu đá mài Tuy nhiên, vấn đề quan trọng cần xác định thời điểm sửa đá hợp lý Điều định đến chất lượng bề mặt chi tiết mài tuổi bền đá mài Vì vậy, để nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật trình mài định hình rãnh trịn xoay cần phải đo lượng mòn đá mài, đánh giá ảnh hưởng số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá chất lượng bề mặt chi tiết mài, từ xác định chế độ cơng nghệ tối ưu thời điểm sửa đá hợp lý Đây lý mà đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến mòn đá chất lượng bề mặt chi tiết mài định hình rãnh trịn xoay” tơi lựa chọn làm đề tài luận án Mục đích, đối tượng, phương pháp phạm vi nghiên cứu  Mục đích nghiên cứu: Mục đích đề tài luận án: Xây dựng toán tối ưu đa mục tiêu nhằm xác định chế độ công nghệ tối ưu thời điểm sửa đá hợp lý để đảm bảo suất chất lượng bề mặt yêu cầu chi tiết mài, lượng mòn đá mài nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài chu trình lớn  Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu luận án trình mài tinh định hình rãnh tròn xoay thực nghiệm máy mài 3MK136B để mài rãnh lăn vòng ổ bi 6208 Áp dụng hệ thống đo khí nén để đo mịn đá nhằm phục vụ nghiên cứu xác định ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ đến mịn đá chất lượng bề mặt chi tiết mài Trên sở đó, thực xác định chế độ công nghệ tối ưu thời điểm sửa đá hợp lý mài tinh định hình rãnh trịn xoay  Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết sở kế thừa kết nghiên cứu cơng trình cơng bố nước nước, kết hợp thực nghiệm kiểm chứng máy mài định hình cơng nghiệp để mài rãnh lăn vòng ổ bi nhằm tối ưu hóa chế độ cơng nghệ để đạt chất lượng bề mặt chi tiết suất mài độ mòn đá nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài chu trình lớn  Phạm vi nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá chất lượng bề mặt chi tiết mài tinh định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 máy mài định hình đường lăn 3MK136B với loại đá mài có ký hiệu 500x8x203WA100xLV60, vật liệu gia công thép ổ lăn SUJ2 có độ cứng sau nhiệt luyện 60 ÷ 65 HRC Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học - Đề tài xây dựng phương trình tốn học đánh giá ảnh hưởng số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá chất lượng bề mặt chi tiết mài tinh định hình rãnh lăn vịng ổ bi Từ đó, xây dựng giải tốn tối ưu hóa đa mục tiêu cho q trình mài tinh định hình rãnh lăn vịng ổ bi máy mài định hình đường lăn 3MK136B để vừa đảm bảo suất gia công chất lượng bề mặt chi tiết mài lượng mòn đá mài nhỏ nhất, số chi tiết mài chu trình mài lớn - Đề tài xây dựng hệ thống đo khí nén với phần mềm thu nhận xử lý tín hiệu đo để giám sát trực tuyến lượng mòn đá mài mài định hình rãnh lăn trịn xoay điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm sở điều kiện công nghệ gia công khí nước Hệ thống xác định trị số lượng mịn đá mài hai vị trí khác có chênh lệch mịn lớn biên dạng cung cong làm việc đá mài định hình trịn xoay sau lần mài xong chi tiết sau lần sửa đá Việc nghiên cứu ứng dụng thành cơng phương pháp đo có ý nghĩa khoa học giúp định hướng nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị đo xác nước Ý nghĩa thực tiễn - Đưa thông số chế độ cơng nghệ tối ưu (lượng chạy dao hướng kính Shk, lượng dư mài t, vận tốc chi tiết Vct) thời điểm sửa đá hợp lý (số chi tiết mài chu trình Nct) để góp phần nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật trình mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 máy mài định hình đường lăn 3MK136B, áp dụng sản xuất - Thiết kế chế tạo hệ thống đo khí nén để đo trực tuyến lượng mòn đá mài mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm Từ so sánh giá trị lượng mịn với lượng mịn giới hạn cho phép để đưa tín hiệu cảnh báo sửa đá hợp lý hướng đến bù tự động lượng mịn đá mài góp phần điều khiển tối ưu hóa q trình mài rãnh lăn vòng ổ bi 6208 - Kết luận án làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu, đào tạo định hướng công nghệ cho sản xuất Những đóng góp - Xây dựng phương trình tốn học thực nghiệm nhằm đánh giá ảnh hưởng số yếu tố công nghệ (lượng chạy dao hướng kính Shk, lượng dư mài t, vận tốc chi tiết Vct, số chi tiết mài chu trình Nct) đến mịn đá, độ nhám bề mặt độ van đường kính đáy rãnh lăn mài tinh định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 - Tối ưu hóa đa mục tiêu cho trình mài tinh định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 máy mài định hình đường lăn nhằm đảm bảo suất gia cơng, độ xác chi tiết mài lượng mòn đá nhỏ nhất, số chi tiết mài chu trình mài lớn sở ứng dụng giải thuật di truyền - Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống đo khí nén để đo trực tuyến lượng mịn đá mài mài định hình rãnh lăn tròn xoay điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm sở điều kiện cơng nghệ gia cơng khí Việt Nam Xây dựng đường đặc tính động hệ đầu đo khí nén q trình mài định hình rãnh lăn trịn xoay để kiểm tra đối chiếu kết đo, góp phần đảm bảo độ xác phép đo Hệ thống xác định lượng mòn đá mài sau lần sửa đá sau lần mài xong chi tiết, giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực phoi mài dung dịch trơn nguội xuất trình mài đến kết đo Bố cục Luận án Luận án bố cục chương, bao gồm Chương 1: Tổng quan mài định hình Chương 2: Cơ sở lý thuyết ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ đến mịn đá chất lượng bề mặt chi tiết mài định hình rãnh trịn xoay Chương 3: Xây dựng hệ thống thí nghiệm Chương 4: Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến mòn đá chất lượng bề mặt chi tiết mài định hình rãnh trịn xoay CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÀI ĐỊNH HÌNH 1.1 Đặc điểm chung trình mài định hình Khi mài phương pháp mài định hình, profin mặt gia cơng bề mặt làm việc đá mài trùng khớp Trong trình mài chuyển động chạy dao hướng kính Shk mà đá ăn sâu vào chi tiết kết hợp với chuyển động quay tròn đá Nđ chuyển động quay trịn phơi Nct thực q trình cắt gọt hết lượng dư cần gia cơng Cũng giống phương pháp mài thông thường khác, phương pháp mài định hình có số đặc điểm tương tự Tuy nhiên, đặc điểm giống q trình mài thơng thường khác mài định hình cịn có đặc tính riêng sau đây: - Khi mài định hình chiều dài tiếp xúc đá mài phôi lớn, nên lực cắt nhiệt cắt sinh lớn nhiều so với phương pháp mài thông thường khác Cùng với lực ma sát lớn đá mài với phôi, phoi đá mài nên đá mài mài định hình đá bị mịn liên tục không tiết diện khác làm cho hình dạng độ xác ban đầu đá mài nhanh bị thay đổi, dẫn đến sai lệch bề mặt gia cơng Do đó, mài mòn đá mài ảnh hưởng trực tiếp đến độ xác kích thước, độ xác biên dạng bề mặt chi tiết mài độ nhám bề mặt chi tiết gia công Vì vậy, trình mài định hình đá mài cần phải sửa đá thường xuyên Độ xác đạt bề mặt gia cơng có liên quan mật thiết với việc sửa đá trình mài - Khi mài định hình nhiệt cắt lực cắt vùng mài lớn nên thường phải sử dụng máy có độ cứng vững cao, công suất lớn Đồng thời, dung dịch trơn nguội cấp vào vùng mài cần có lưu lượng đủ lớn với áp suất cao để giảm nhiệt độ vùng cắt, tránh cho chi tiết không bị biến dạng nhiệt 1.2 Các phương pháp mài định hình - Dựa vào chuyển động q trình mài mài định hình thường chia thành phương pháp sau: Mài định hình trịn xoay ngồi, mài định hình trịn xoay lỗ, mài định hình quay trịn mài định hình máy mài phẳng thể hình 1.6 [13] a) b) c) d) Hình 1.6 Các chuyển động cắt số phương pháp mài định hình [13] a Mài định hình trịn ngồi b Mài định hình lỗ c Mài định hình máy mài phẳng d Mài định hình quay trịn 1.3 Các đại lượng đặc trưng trình mài định hình rãnh trịn xoay Trên hình 1.6 mục 1.2 thể chuyển động đại lượng đặc trưng số phương pháp mài định hình quan trọng Đây đại lượng thường dùng để so sánh sơ đồ mài định hình khác nhau, giải thích kết q trình mài đưa đại lượng điều chỉnh thích hợp Qua nhận thấy với phương pháp mài định hình, đại lượng đặc trưng bao gồm:  Tốc độ cắt tốc độ quay đá mài (Vđá hay Vc)  Tốc độ chi tiết (Vct hay Vw)  Lượng chạy dao hướng kính (Shk hay fr)  Lượng dư mài hay chiều dày tác động (ae hay t)  Chiều rộng ăn dao (ap) 1.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Mài phương pháp gia công tinh quan trọng Hiện nay, giới có nhiều nghiên cứu mài Các lĩnh vực nghiên cứu mài đa dạng Khi nghiên cứu mài, nhà nghiên cứu tập trung giải vấn đề liên quan đến máy mài, đá mài, chế độ cắt mài, nhiệt cắt mài dung dịch tưới nguội…Với điều kiện sản xuất khí Việt Nam nay, vốn đầu tư cho sản xuất gặp nhiều khó khăn u cầu đặt cần tìm giải pháp để nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật trình sản xuất sở điều kiện kỹ thuật công nghệ có Trong khi, với hệ thống cơng nghệ đầu tư định chế độ cắt với số yếu tố công nghệ khác yếu tố điều khiển linh hoạt Mặt khác, yếu tố cơng nghệ có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng bề mặt chi tiết gia cơng Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết để từ xác định chế độ cơng nghệ tối ưu nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật trình mài hướng nghiên cứu phù hợp khả thi với điều kiện sản xuất thực tế Việt Nam Vì vậy, luận án xuất phát từ yêu cầu thực tế, tác giả lựa chọn hướng nghiên cứu xác định ảnh hưởng số yếu tố công nghệ quan trọng đến chất lượng bề mặt chi tiết mài Mặt khác, qua phân tích nghiên cứu thực cho thấy, hầu hết cơng trình trước thực máy mài phẳng, mày mài mài trịn ngồi, máy mài lỗ, máy mài vơ tâm … mà chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu thực máy mài định hình đặc biệt Việt Nam Ở tồn vấn đề khó giải Một số mài mịn đá mài ảnh hưởng mịn đá thơng số chế độ công nghệ đến tuổi bền đá mài chất lượng chi tiết gia công mài định hình Đây vấn đề chưa lý giải cách khúc chiết, cần phân tích chi tiết đặc biệt yếu tố mòn đá mài Yếu tố quan trọng, có ảnh hưởng trực tiếp đến khả cắt đá mài, suất, chất lượng hiệu tồn q trình mài định hình [30] Vì vậy, giải pháp để nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật trình mài định hình cần xác định thời điểm sửa đá hợp lý [47] Để đạt điều này, yêu cầu đặt cần phải đo lượng mòn đá mài [29, 47] Xuất phát từ phân tích trên, luận án hệ thống đo khí nén áp lực cao nghiên cứu thiết kế chế tạo để đo lượng mịn đá mài mài định hình rãnh tròn xoay sở điều kiện kỹ thuật cơng nghệ có Việt Nam Mục tiêu luận án xây dựng hệ thống đo tự động trực tuyến lượng mòn đá mài với độ phân giải µm điều kiện mài ướt mài định hình rãnh trịn xoay Trên sở này, luận án thực đánh giá ảnh hưởng số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá chất lượng bề mặt chi tiết mài Từ đó, hướng đến xác định chế độ cơng nghệ thời điểm sửa đá hợp lý để tuổi bền đá mài lớn mà đảm bảo suất chất lượng bề mặt yêu cầu ngun cơng mài định hình rãnh trịn xoay KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Khi mài định hình rãnh trịn xoay đá mài bị mịn liên tục khơng điểm khác biên dạng cung cong làm việc đá mài Sau khoảng thời gian mài định cần phải tiến hành sửa đá vào thời điểm hợp lý để đảm bảo suất độ xác gia cơng tuổi bền đá mài lớn Muốn vậy, yêu cầu đặt cần phải đo lượng mòn đá mài Ứng dụng hệ thống đo khí nén áp lực cao để giám sát trực tuyến lượng mòn đá mài mài định hình rãnh trịn xoay giải pháp đo hiệu phù hợp với điều kiện công nghệ có Việt Nam Đây sở quan trọng để tiến hành thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ đến mịn đá chất lượng bề mặt chi tiết, nhằm hướng đến xác định chế độ công nghệ tối ưu thời điểm sửa đá hợp lý mài định hình rãnh tròn xoay Nghiên cứu đặc điểm trình mài định hình, phân tích đánh giá cơng trình nghiên cứu cơng bố tác giả nước liên quan đến mài định hình rãnh trịn xoay Từ xác định việc điều khiển số yếu tố công nghệ quan trọng giải pháp bản, hiệu để kiểm soát chất lượng, đảm bảo suất gia công nâng cao tuổi bền đá mài mài định hình rãnh tròn xoay CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN MÒN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH TRỊN XOAY 2.1 Tổng quan mối quan hệ đại lượng trình mài định hình rãnh trịn xoay Hình 2.1 Mơ hình tổng qt q trình mài định hình rãnh trịn xoay [20] Mài nói chung mài định hình nói riêng q trình phức tạp, kết trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố Sơ đồ hình 2.1 phân tích phụ thuộc lẫn đại lượng đầu vào thông số đầu mài định hình rãnh trịn xoay Từ mơ hình nhận thấy, yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng trình mài định hình bao gồm đá mài, phôi mài, thông số chế độ công nghệ ảnh hưởng máy mài môi trường xung quanh … Các yếu tố đầu vào nguyên nhân gây nên tượng xảy trình mài lực cắt, rung động, biến dạng nhiệt, … Tất có ảnh hưởng định đến kết đầu trình mài định hình Với trường hợp mài định hình rãnh trịn xoay phương pháp gia cơng tinh nên ngồi suất gia cơng mục tiêu quan tâm nhiều mòn đá chất lượng bề mặt chi tiết mài Đây yếu tố quan trọng đặc trưng cho chất lượng sản phẩm tuổi bền đá mài, định đến hiệu kinh tế kỹ thuật trình mài định hình rãnh trịn xoay Vì vậy, đề tài luận án thực nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ đến mòn đá chất lượng bề mặt chi tiết mài định hình rãnh trịn xoay 2.2 Chất lượng bề mặt chi tiết mài định hình rãnh trịn xoay 2.2.1 Các tiêu đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết mài định hình rãnh trịn xoay Để đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết rãnh trịn xoay sau mài định hình cần sử dụng nhiều tiêu Tuy nhiên, phạm vi đề tài tập trung nghiên cứu đánh giá hai tiêu quan trọng định đến khả làm việc chi tiết rãnh tròn xoay độ nhám bề mặt độ ô van chi tiết mài Vì vậy, để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết mài định hình rãnh trịn xoay cần phân tích đánh giá ảnh hưởng số yếu cơng nghệ đến độ nhám bề mặt độ ô van chi tiết mài 2.2.2 Phân tích ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết mài định hình rãnh trịn xoay Trong q trình mài định hình rãnh trịn xoay, độ nhám bề mặt chi tiết bị ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ sau đây: - Ảnh hưởng lượng chạy dao hướng kính - Ảnh hưởng vận tốc chi tiết - Ảnh hưởng lượng dư mài - Ảnh hưởng số chi tiết mài (yếu tố đặc trưng cho thời gian mài) 2.2.3 Phân tích ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến độ ô van chi tiết mài định hình rãnh trịn xoay 2.2.3.1 Phân tích ảnh hưởng việc gá đặt sai lệch hình dạng phơi đến độ van chi tiết mài định hình rãnh trịn xoay Xét với trường hợp bề mặt gia công bề mặt dạng rãnh tròn xoay rãnh lăn vịng bạc ổ bi Với dạng bề mặt gia cơng này, phương pháp gia công tinh phổ biến phương pháp mài định hình vơ tâm Khi mài định hình vơ tâm, phơi gia cơng thường gá hai giá đỡ cố định trường hợp mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi (hình 2.6) Khi đó, nhận thấy sai lệch độ trịn nói chung độ van nói riêng chi tiết mài định hình vơ tâm hai giá đỡ cố định phụ thuộc vào quỹ đạo chuyển động tâm phôi gia công độ ổn định chuyển động quay phơi Trong đó, quỹ đạo chuyển động tâm phôi gia công phụ thuộc vào góc gá đặt hai giá đỡ sai lệch hình dạng ban đầu phơi Với góc gá đặt tối ưu hai giá đỡ β = 1200  = 500 trình mài sửa nhiều sai lệch hình dạng ban đầu phơi [55] Hình 2.6 Sơ đồ gá đặt mài vơ tâm với bước tiến ngang [56] 2.2.3.2 Phân tích ảnh hưởng số yếu tố công nghệ khác đến độ van đường kính đáy rãnh lăn Trong q trình mài định hình vơ tâm rãnh trịn xoay, bên cạnh ảnh hưởng trình gá đặt sai lệch hình dạng phơi, sai lệch độ tròn chi tiết chịu ảnh hưởng độ cứng vững hệ thống công nghệ, lực cắt chế độ cắt Nhận thấy, tăng lượng chay dao hướng kính hay giảm vận tốc chi tiết giá trị chiều sâu cắt cho vòng quay tăng Đồng thời, đường xoắn – tạo nên đo phối hợp chuyển động chạy dao hướng kính với chuyển động quay chi tiết – tăng Vì vậy, tăng lượng chạy dao hướng kính giảm vận tốc chi tiết mài phân bố không đồng lượng dư theo chu vi bề mặt chi tiết mài tăng, dẫn đến sai lệch độ tròn bề mặt chi tiết mài tăng theo [13] Ngồi ra, sai lệch độ trịn nói chung độ van nói riêng chi tiết mài định hình vơ tâm giá đỡ cố định phụ thuộc vào lượng dư mài độ lêch tâm e tâm quay phôi tâm cực từ nhận thấy lượng dư mài (t) tăng độ van độ méo cạnh chi tiết mài tăng Đặc biệt, điều chỉnh độ lệch tâm e với Δy = Δz = 0,4 mm độ van độ méo cạnh chi tiết mài nhỏ so với điều chỉnh độ lệch tâm e với Δy = Δz = 0,3 mm [55] Đặc biệt, trường hợp mài định hình vơ tâm hai giá đỡ cố định sai lệch độ trịn chi tiết mài không phụ thuộc vào số lượng chi tiết mài hay thời gian mài [55] Nhận xét: Với trường hợp mài định hình vơ tâm hai giá đỡ cố định độ van chi tiết phụ thuộc vào góc gá đặt hai giá đỡ, sai lệch hình dạng phôi, khoảng lệch tâm e tâm phôi với tâm cực từ, lượng dư mài, vận tốc chi tiết lượng chạy dao hướng kính Trong cơng trình nghiên cứu trước nghiên cứu ảnh hưởng khoảng lệch tâm e, góc gá đặt hai giá đỡ, sai lệch hình dạng phơi đến độ xác sai lệch hình dạng chi tiết nói chung độ van chi tiết nói riêng Trong tài liệu [55, 56] nghiên cứu trị số khoảng lệch tâm e, góc gá đặt hai giá đỡ (β, ) tối ưu, chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu thực để đánh giá ảnh hưởng chế độ mài đến độ ô van chi tiết đặc biệt Việt Nam Vì vậy, phạm vi nghiên cứu đề tài luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ đến độ ô van chi tiết mài định hình vơ tâm rãnh lăn vịng bạc bi, bao gồm: - Lượng chạy dao hướng kính (Shk) - Vận tốc chi tiết (Vct) tròn xoay chuyên dụng máy 3MK136B yếu tố số chi tiết mài chu trình tuổi bền đá mài) Cơ sở lý thuyết định hướng cho vấn đề nghiên cứu thực nghiệm, thông tin tiên nghiệm để thiết kế thực nghiệm xây dựng toán tối ưu CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 3.1 Xây dựng mơ hình thực nghiệm Các đại lượng nhiễu: - Rung động Các đại lượng đầu vào: - Lượng chạy hướng kính mài tinh: Shk - Vận tốc chi tiết: Vct - Nhiệt độ môi trường … Các đại lượng đầu ra: QUÁ TRÌNH MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH LĂN VỊNG TRONG Ổ BI 6208 - Chiều sâu cắt mài tinh: ttinh - Số chi tiết mài chu trình: Nct Các đại lượng cố định: - Lượng mòn đá mài: Hzi - Độ nhám bề mặt rãnh lăn: Ra - Độ van đường kính đáy rãnh lăn: Oct - Thiết bị gia công - Đá mài - Phôi mài - Vận tốc cắt: Vđá - Chế độ cắt mài thơ … Hình 3.1 Sơ đồ thực nghiệm 3.2 Điều kiện thực nghiệm 3.2.1 Máy mài định hình - Thực nghiệm thực máy mài định hình đường lăn vịng ổ bi 3MK136B 3.2.2 Phơi thực nghiệm Thực nghiệm tiến hành để mài tinh rãnh lăn vòng ổ bi 6208 3.2.3 Đá mài Thực nghiệm tiến hành máy mài định hình đường lăn 3MK136B với loại đá mài có ký hiệu 500x8x203A/WA100xLV60 3.3 Các thiết bị đo - Thiết bị đo độ nhám: Độ nhám bề mặt chi tiết đo máy đo độ nhám SJ400 10 - Thiết bị đo độ van đường kính đáy rãnh lăn: Trong thí nghiệm sử dụng thiết bị kiểm tra vị trí đường kính rãnh lăn vịng ổ bi cầu kiểu D022 Trung Quốc Nhận xét: Để thực nghiên cứu ảnh hưởng thông số chế độ cơng nghệ (Shk, Vct, t, Nct) đến mịn đá, độ nhám bề mặt độ ô van chi tiết mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 cần loại thiết bị đo khác Với thiết bị đo độ nhám bề mặt thiết bị đo độ van chi tiết ln có sẵn thị trường Tuy nhiên, với thiết bị đo mịn đá chưa có sản phẩm thương mại hóa thị trường Vì vậy, để thực mục tiêu đặt đề tài cần phải thực tính tốn, thiết kế chế tạo thiết bị đo mịn đá mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 3.4 Thiết kế, chế tạo hệ thống đo khí nén để đo mịn đá mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 3.4.1 Ngun lý phương pháp đo mòn đá hệ đo khí nén Hình 3.8 Sơ đồ ngun lý phương pháp đo mịn đá hệ đầu đo khí nén Hình 3.8 thể nguyên lý phương pháp đo Khí nén từ máy nén khí qua van điều áp xác tạo áp suất nguồn P khơng đổi để đến đầu đo thổi liên tục theo phương vng góc vào bề mặt cần đo (bề mặt đá mài) Trên đường khí qua đặt hai cản trở có đường kính lỗ d1, d2 Khi đó, nhận thấy P, d1 d2 cố định áp suất p buồng đo hàm số khe hở z đầu đo d2 bề mặt chi tiết cần đo Vì vậy, xác định hàm mối quan hệ áp suất p buồng đo với khe hở z thơng qua việc đo thay đổi áp suất buồng đo p nhờ cảm biến áp suất xác định thay đổi khe hở z (tức đo lượng mịn hướng kính đá mài) Muốn vậy, cần xây dựng phương trình đường đặc tính hệ thống đo khí nén Để xây dựng phương trình đường đặc tính hệ thống đo khí nén, áp dụng phương pháp điện khí tương đương [15, 24] Khi nhận thấy với trường hợp z < d2/4, giữ nguyên P, d1, d2 khơng đổi suốt q trình đo ta có: p Với: a P  a2  z (3.10)  d2 d12 11 3.4.2 Tính tốn thiết kế hệ đầu đo nén để đo mòn đá mài định hình rãnh lăn trịn xoay Để lựa chọn thông số d1 d2 hợp lý với mong muốn đầu đo có độ phân giải µm nhỏ µm, tác giả đưa số thông số d1 d2 khác Sau đó, áp dụng sở lý thuyết xây dựng phần trước để xác định phương trình đặc tính, độ nhạy hay tỷ số truyền khoảng làm việc hệ đầu đo ứng với thông số d1 d2 khác nhau.Trên sở thực phân tích để lựa chọn thơng số d1 d2 hợp lý Qua nhận thấy, hệ đo khí nén ứng với d1 = 0,85; d2 = 1,5 miền làm việc tuyến tính hệ đo 48µm; tỉ số truyền i  0,02 bar/µm Với hệ đo khí nén có d1 = 0,65 d2 = 1,6 miền làm việc tuyến tính hệ đo 26,4 µm; tỉ số truyền i  0,04 bar/µm Do hệ đo vừa đảm bảo có tỉ số truyền đủ lớn lại vừa đảm bảo có khoảng đo phù hợp để vừa đảm bảo dễ dàng điều chỉnh đầu đo vào miền đo tốt vừa đảm bảo độ xác yêu cầu đo độ mòn đá Đường khí vào hệ đầu đo Đường khí cảm biến áp suất Đường khí thổi Đặc biệt, phương án thiết kế đột thắt d1 đầu đo d2 nối với thông qua chi tiết trung gian (chi tiết bạc ba lỗ) thể hình 3.15 Với phương án trên, muốn thay đổi khoảng cách đầu đo d2 với bề mặt đá mài (khe hở z) thực điều chỉnh sau: 10 bề mặt đá Từ đó, sở hệ thống đo khí nén phát triển trước tài liệu [3, 47, 51], luận án đưa phương án thiết kế hệ thống đo khí nén để đo mịn đá mài định hình rãnh lăn trịn xoay sau: Đột thắt d1 chế tạo đồng đỏ Đầu thổi khí d2 chế tạo thép ШХ15 11 ÐÁ MÀI Hình 3.15 Kết cấu hệ đo khí nén Panme 0:25; Chốt tỳ; Bạc đỡ; Trục trung gian; Đột thắt d1; Bạc đỡ hệ đầu đo; Đầu thổi d2; Lò xo; Then; 10 Bulong M5; 11 Bạc bắt panme - Khi muốn giảm khoảng cách khe hở Z thực vặn đuôi panme số để trục panme số xuống Lúc trục đuôi panme số thúc vào chốt tỳ 2, chốt tỳ đẩy trục trung gian số xuống Khi đó, có ăn khớp ren nên trục trung gian xuống kéo theo bạc lỗ số 6, đột thắt d1 số 5, đầu đo d2 số xuống khoảng cách dịch chuyển đuôi panme số - Khi muốn tăng khoảng cách khe hở Z thực vặn đuôi panme số theo chiều ngược lại để trục đuôi panme dịch chuyển lên Khi đó, có khoảng khe hở đầu trục panme chốt tì 2, nhờ có lực đẩy lị xo nén đẩy tồn chi tiết ăn khớp ren với bao gồm đầu d2 số 7, bạc đỡ 6, đột thắt d1 số 5, trục 4, chốt tỳ dịch chuyển lên khoảng cách khoảng dịch chuyển đuôi panme 12 Tuy nhiên, mài định hình rãnh lăn trịn xoay đá mài bị mịn liên tục không điểm khác biên dạng bề mặt cung cong làm việc đá mài Vì vậy, để đánh giá lượng mịn đá mài mài định hình rãnh lăn trịn xoay cần sử dụng hai hệ đo khí nén để đo mịn đồng thời hai điểm có lượng chênh lệnh mòn lớn 3.4.3 Xây dựng đường đặc tính động hệ thống đo khí nén Từ bảng kết thực nghiệm xây dựng mối tương quan áp suất p buồng đo với khe hở z phần trước, áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm bình phương cực tiểu với dạng phương trình mối quan hệ xây dựng phần trước xác định phương trình đường đặc tính động hệ thống đầu đo sau: Hệ đo khí nén đo mịn đỉnh biên dạng cung cong đá mài có phạm vi đo 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 đầu đo imax = 0,02 bar/μm với hàm truyền là: p 3,54  5, 4613 1004  z (3.21) Trong khi, hệ đo khí nén đo mịn mép biên dạng cung cong đá mài có phạm vi đo 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  1,8655 1004  z (3.22) Áp suất buồng đo (Bar) 3.4.4 Đặc điểm dòng khí nén xung quanh viên đá mài quay mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi Chuyển động chạy dao hướng kính Thời gian gia cơng (s) Hình 3.21 Hình ảnh mơ tả dịng khí chảy xung quanh viên đá mài quay [33] Hình 3.22 Sự thay đổi áp suất buồng đo trình mài chi tiết Theo tài liệu [31, 33] viên đá mài quay tốc độ cao mang theo lớp khơng khí bề mặt ma sát bề mặt đá mài với lớp khơng khí thể hình 3.21 Đồng thời, luồng khơng khí hướng phía ngồi lực ly tâm Sự thay đổi dịng khí gây chuyển động quay đá mài dẫn đến thay đổi diện tích chảy dịng khí thổi từ đầu đo d2 hệ đầu đo vào bề mặt làm việc đá mài mơi trường xung quanh Do đó, điều dẫn đến thay đổi áp suất buồng đo Hình 3.22 thể thay đổi áp suất buồng đo trình mài chi tiết ứng với giai đoạn chuyển động chạy dao hướng kính bàn ụ vật Từ nhận thấy, thời điểm 13 bàn máy mang phơi vị trí gốc ban đầu (ứng với giai đoạn 8) áp suất p buồng đo ổn định tương ứng với vị trí mà áp suất p có giá trị nhỏ trình mài chi tiết 3.4.5 Giải pháp thu nhận xử lý tín hiệu đo để đo trực tuyến độ mòn đá mài mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 3.4.5.1 Các phận phần cứng hệ thống thu nhận xử lý tín hiệu đo - Cảm biến áp suất SEU-31 - Bộ ADS1256 sử dụng làm ADC ngồi - Vi xử lý STM32F4 3.4.5.2 Các chương trình phần mềm hệ thống thu nhận xử lý tín hiệu đo - Phần mềm điều khiển cho vi xử lý: Phần mềm lập trình cho vi điều khiển sử dụng phần mềm Keil C - Phần mềm giao diện: Hệ thống phần mềm giao diện cho hệ thống đo viết lập trình cách sử dụng phần mềm Matlab Hệ thống có chức tạo giao diện hiển thị, tính tốn lưu trữ liệu 3.4.5.3 Giải pháp thu nhận xử lý tín hiệu đo từ cảm biến áp suất Để xác định trị số áp suất ứng với giá trị điện áp analog cảm biến xác, tác giả áp dụng phương pháp nội suy (theo đoạn giá trị thực nghiệm) từ giá trị điểm thực nghiệm 3.4.5.4 Thuật toán thu nhận xử lý liệu đo Hệ thống phần mềm giao diện cho hệ thống đo viết lập trình cách sử dụng phần mềm Matlab KẾT LUẬN CHƯƠNG Căn vào mục tiêu nghiên cứu xây dựng sơ đồ hệ thống thí nghiệm xác định biến đầu vào cần điều khiển Hệ thống trang thiết bị thí nghiệm, đặc biệt hệ thống đo khí nén xây dựng sử dụng việc nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ đến mịn đá, độ nhám bề mặt độ ô van chi tiết mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi Từ hướng đến xác định chế độ cắt hợp lý vừa đảm bảo suất gia công chất lượng bề mặt yêu cầu chi tiết mài lượng mòn đá mài nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài lớn Áp dụng phương pháp điện khí tương đương nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống đo khí nén, đưa giải pháp xây dựng đường đặc tính động hai hệ đầu đo để đo mịn hai vị trí biên dạng cung cong làm việc đá mài Với thông số kết cấu hệ đo thiết kế cho hệ đầu đo thứ đặt đỉnh viên đá d1 = 0,85 d2 = 1,5 cho hệ đo thứ hai đặt mép biên dạng cung cong làm việc đá mài d1 = 0,65 d2 = 1,6 Hệ đầu đo thứ 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 đầu đo imax = 0,02 bar/μm phương trình đặc tính động (hàm truyền) là: p 3,54  5, 4613 104  z 14 Đối với hệ đầu đo thứ hai có phạm vi đo 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 phương trình đặc tính động (hàm truyền) là: p 3,54  1,8655 104  z Xây dựng giải pháp thu nhận xử lý tín hiệu đo hệ thống đo khí nén để thực việc giám sát trực tuyến lượng mòn đá mài mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi Đặc biệt, sở phân tích đặc điểm dịng khí xung quanh viên đá mài quay sơ đồ nguyên lý làm việc máy mài lựa chọn thời điểm hợp lý để xác định lượng mịn hướng kính đá mài, nhằm giảm thiểu sai số phép đo Đó thời điểm bàn ụ vật vị trí gốc phơi, kết thúc trình mài chi tiết chuẩn bị cho trình mài chi tiết CHƯƠNG THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CƠNG NGHỆ ĐẾN MỊN ĐÁ, CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CỦA CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH TRỊN XOAY 4.1 Xác định phương pháp tiến hành thực nghiệm Để đạt mục tiêu nghiên cứu đặt nhận thấy cần thực 03 thực nghiệm sau: - Thực nghiệm 01: Đây thực nghiệm nhằm mục đích kiểm chứng khả làm việc hệ thống trang thiết bị thí nghiệm xây dựng chương 3, đặc biệt hệ thống đo khí nén Từ đó, xác định vị trí có giá trị lượng mịn lớn biên dạng cung cong làm việc đá mài Đồng thời, xác định vị trí có trị số độ nhám bề mặt lớn biên dạng rãnh lăn chi tiết vòng ổ bi 6208 - Thực nghiệm 02: Đây thực nghiệm thăm dò nhằm xây dựng sơ đồ phân bố độ ô van, độ nhám bề mặt chi tiết mòn đá theo số chi tiết mài ba chế độ công nghệ khác Trên sở đó, tiến hành phân tích dự báo xu hướng ảnh hưởng bốn yếu tố chế độ cơng nghệ (lượng chạy dao hướng kính Shk, vận tốc chi tiết Vct, lượng dư mài t, số chi tiết mài chu trình Nct) đến mịn đá, độ nhám bề mặt độ van chi tiết mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 - Thực nghiệm 03: Đây thực nghiệm nhằm xác định phương trình tốn học thể mối quan hệ mòn đá (Hz), độ nhám bề mặt rãnh lăn chi tiết (Ra), độ van đường kính đáy rãnh lăn vịng ổ bi 6208 với bốn yếu tố công nghệ quan trọng (Shk, Vct, t, Nct) 4.2 Thực nghiệm kiểm chứng khả làm việc hệ thống thí nghiệm 4.2.1 Trình tự bước tiến hành thí nghiệm Sau xây dựng hệ thống thí nghiệm tính tốn thiết kế chương 3, cần tiến hành thực nghiệm để kiểm chứng lý thuyết đánh giá khả làm việc hệ thống trang thiết bị thí nghiệm Từ đó, cần phân tích so sánh số liệu đo mòn điểm khác biên dạng cung cong làm việc đá mài, nhằm xác định điểm có lượng mịn lớn Đồng thời, cần so sánh số liệu đo độ nhám bề mặt vị trí khác biên dạng rãnh lăn chi tiết vòng ổ bi 6208, nhằm xác định vị trí có trị số độ nhám bề mặt lớn để làm sở cho việc thực thực nghiệm số 02 thực nghiệm số 03 15 Quá trình thực nghiệm thực máy mài định hình đường lăn 3MK136B để mài rãnh lăn vòng ổ bi 6208 Các thiết bị thí nghiệm ghép nối theo sơ đồ hình 4.1 30 Air supply Air compressor 29 27 28 01 26 23 02 Mitutoyo 25 0.001 03 04 22 24 21 18 M 0.0 01 13 10 Z 05 it u toy o 06 07 Rd 20 08 19 11 09 12 10 AC-220V Pressure Sensor Pressure Sensor DC-12V Đầu đo đứng 15 14 13 20 Đầu đo nghiêng A D Amplifier 16 A D Amplifier 18 17 a Processor Computer ) a) Interface RS 232 c) Hình 4.1 Sơ đồ, hình ảnh đồ họa 3D hệ thống đo khí nén thí nghiệm để đo trực tuyến lượng mịn đá mài định hình rãnh lăn vòng ổ bi 6208 a) Sơ đồ hệ thống thí nghiệm b) Đồ họa 3D hệ thống thí nghiệm c) Hình ảnh thực tế hệ thống đo khí nén thí nghiệm 4.2.2 Kết thực nghiệm 16 Sau tiến hành thí nghiệm mài 30 chi tiết thu kết bảng kết thực nghiệm phụ lục kết đo mịn hình 4.2 Từ đó, nhận thấy chu trình mài lượng mịn đá mài có xu hướng giảm từ chi tiết mài thứ đến chi tiết mài thứ 30 Đá mài bị mòn nhanh chi tiết chu trình mài (ứng với chi tiết mài thứ thứ 2) vừa thực sửa đá Theo thời gian mài, tốc độ mịn đá mài giảm dần Đồng thời kết đo phản ánh quy luật mài mòn đá mài Đặc biệt, từ đồ thị nhận thấy biên dạng cung cong làm việc đá mài, điểm khác đá mịn khơng giống tức đá mịn khơng Lượng mịn mép biên dạng cung cong làm việc đá mài lớn lượng mòn đỉnh biên dạng cung cong làm việc đá mài Ngoài ra, từ kết thực nghiệm đo độ nhám bề mặt rãnh lăn nhận thấy độ nhám bề mặt mép biên dạng rãnh lăn lớn so với độ nhám bề mặt đáy biên dạng rãnh lăn Hình 4.2 Giao diện phần mềm sau mài xong 30 chi tiết hai hệ đầu đo đo mòn mép đỉnh biên dạng cung cong đá mài 4.3 Thực nghiệm thăm dò đánh giá ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ đến mịn đá chất lượng bề mặt chi tiết Để lựa chọn yếu tố ảnh hưởng mô hình hồi quy thực nghiệm thường vào thơng tin tiên nghiệm kết nghiên cứu lý thuyết Tuy nhiên, thơng tin mang tính định hướng ban đầu Do đó, sau bước cần thực thí nghiệm thăm dị để kiểm chứng sở lý thuyết đưa trước thực thí nghiệm tồn diện nhằm xây dựng hàm hồi quy thực nghiệm xác Các thơng số đầu vào thực nghiệm thăm dò lựa chọn thơng qua thí nghiệm sở tra sổ tay cơng nghệ chế tạo máy [7] Từ lựa chọn ba thông số chế độ công nghệ khác thể bảng 4.1 Bảng 4.1 Ba thông số chế độ công nghệ sử dụng thí nghiệm thăm dị Bộ thơng số chế độ công nghệ thứ Bộ thông số chế độ công nghệ thứ hai 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 30 60 30 120 12,5 12 10 30 60 30 120 18 20 30 60 30 120 17 Khi đó, sở vẽ yêu cầu kỹ thuật nguyên công mài ứng dụng phần mềm Matlab xây dựng đồ thị thể sơ đồ phân bố miền dung sai độ xác gia cơng mịn đá theo số chi tiết mài ứng với thông số chế độ công nghệ Độ xác chi tiết lượng mịn đá (µm) Thời điểm cần tiến hành sửa đá để đảm bảo độ xác gia cơng thời điểm Ract12 = Rayc = 0,5 Hzgiới hạn = 9,6 Số chi tiết Hình 4.9 Sơ đồ phân bố miền dung sai độ xác gia cơng mịn đá theo số chi tiết mài ứng với thông số chế độ cơng nghệ thứ Chú thích hình 4.9: + O: Độ ơvan đường kính đáy rãnh lăn * Ra: Nhám bề mặt mép biên dạng rãnh lăn x Hz: Lượng mòn mép biên dạng đá mài (Tất trị số thể đồ thị với tỷ lệ xích 1, trừ trị số Ra thể đồ thị với tỉ lệ xích 10) Nhận xét: Bằng việc sử dụng phương pháp biểu đồ tọa độ điểm, thực nghiệm xác định sơ đồ phân bố miền dung sai độ xác gia cơng mòn đá theo số chi tiết mài ứng với ba thông số chế độ công nghệ khác Từ xác định thơng số chế độ cơng nghệ (Shk, Vct, t, Nct) ảnh hưởng đến mịn đá, độ nhám bề măt, độ ô van chi tiết Tuy nhiên, yếu tố số chi tiết mài chu trình (Nct) khơng ảnh hưởng đến độ ô van chi tiết Trên sở lượng mòn giới hạn kinh tế đá mài ứng với chế độ công nghệ khảo sát xác định Đây sở để xây dựng tốn quy hoạch thực nghiệm xác định mơ hình tốn học đánh giá ảnh hưởng chế độ công nghệ đến mòn đá chất lượng bề mặt chi tiết mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 4.4 Thực nghiệm xác định mối quan hệ chế độ cơng nghệ với mịn đá chất lượng bề mặt chi tiết Trên sở kết thu từ thực nghiệm thăm dò, phần thực thực nghiệm toàn phần để xác định phương trình tốn học thể mối quan hệ yếu tố chế độ công nghệ (lượng chạy dao hướng kính mài tinh, chiều sâu cắt mài tinh, vận tốc chi tiết, số chi tiết mài chu trình) với thơng số đầu lượng mòn đá mài, nhám bề mặt chi tiết mài độ van đường kính đáy rãnh lăn Các thiết bị thí nghiệm ghép nối theo sơ đồ hình 4.1 Quá trình thực nghiệm thực máy mài định hình đường lăn 3MK136B để mài rãnh lăn vòng ổ bi 6208, với 18 dải thơng số chế độ cơng nghệ thí nghiệm thể bảng 4.2 Cơ sở để lựa chọn dải thông số chế độ công nghệ xuất phát từ khảo sát thực tế số cơng ty chế tạo vịng bi Cơng ty cổ phần Cơ khí Phổ Yên … kết hợp với tra sổ tay công nghệ chế tạo máy [7] Bảng 4.2 Các mức thí nghiệm khoảng thay đổi thơng số Yếu tố Shk (µm/s) Vct (m/ph) t (µm) Nct (Chiếc) Mức (1) 10 10 Các mức thí nghiệm Mức sở (2) 12,5 12 15 20 Mức (3) 20 18 20 30 Khoảng biến thiên 7,5 10 Ngồi ra, để tăng độ xác cho hàm hồi quy thực nghiệm, với yếu tố đầu vào yếu tố có mức thay đổi, lựa chọn bảng ma trận thí nghiệm trực giao tồn phần L81(34) tức có 81 thí nghiệm thực thể bảng 4.3 phụ lục 8, phụ lục Với yếu tố đầu vào yếu tố có mức thay đổi, lựa chọn bảng ma trận thí nghiệm trực giao tồn phần L27(33) tức có 27 thí nghiệm thực thể phụ lục 10 Mỗi thí nghiệm tương ứng với tổ hợp Ví dụ: S1V1t2N1 nghĩa Shk = 5, Vct = 6, t = 15, Nct = 10 Trên sở ứng dụng phần mềm Matlab, xác định hàm toán học thể mối quan hệ thông số chế độ công nghệ (Shk, Vct, t, Nct) yếu tố đầu lượng mịn đá, độ van đường kính đáy rãnh lăn nhám bề mặt rãnh lăn theo phương pháp hồi quy thực nghiệm sau: - Hàm lượng mòn đá mài: (4.7) Hz  2,1688  S hk0,0965  Vct0,0657  t 0,0557  N ct0,3772 - Hàm độ nhám bề mặt rãnh lăn chi tiết: (4.22) 0,1224 Ra  0,163  S hk  Vct0,10002  t 0,1005  N ct0,1194 - Hàm độ van đường kính đáy rãnh lăn chi tiết: (4.29) 0,19996 O  1,4498  S hk  Vct-0,1127  t 0,1966 4.5 Ứng dụng giải thuật di truyền để xác định chế độ công nghệ tối ưu thời điểm sửa đá hợp lý 4.5.1 Xây dựng tốn tối ưu mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 Tối ưu hóa trình cắt gọt thực chất xác định chế độ công nghệ tối ưu cho nguyên công phương pháp gia cơng cụ thể Bài tốn tối ưu thường xây dựng theo bước sơ đồ hình 4.20 Bước 1: Xác định hàm mục tiêu Bước 3: Mơ hình hóa tốn f(x) = [f1(x), f2(x), …fn(x)] min/max {f(x): h(x)=0, g(x) ≤ … 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 tối ưu (Vct, Shk, t, …) Hình 4.20 Sơ đồ bước xây dựng tốn tối ưu mài định hình rãnh lăn vòng ổ bi 6208 [11] 19 Trong sản xuất mong muốn tuổi bền đá mài phải lớn tức lượng mòn tổng đá mài phải nhỏ nhất, số chi tiết mài chu trình mài nhiều (tức số lần sửa đá nhất) mà đảm bảo suất độ xác yêu cầu chi tiết gia cơng Vì vậy, lựa chọn hàm thích nghi hay hàm mục tiêu hàm lượng mịn đá mài số chi tiết mài chu trình Với mục tiêu lượng mịn đá mài nhỏ số chi tiết mài chu trình lớn Trong ràng buộc bao gồm ràng buộc hàm ràng buộc biến Ràng buộc hàm xét toán bao gồm ràng buộc hàm suất q trình mài độ xác gia cơng Các biến ràng buộc thông số chế độ công nghệ Trên sở tra sổ tay công nghệ chế tạo máy, tham khảo thực tiễn sản xuất thông số kỹ thuật máy mài định hình 3MK136B điều kiện ràng buộc biến toán tối ưu sau: ≤ Shk ≤ 20 ≤ Vct ≤ 18 10 ≤ t ≤ 20 Ngoài ra, sở yêu cầu suất mài yêu cầu kỹ thuật nguyên công mài tinh rãnh lăn vòng ổ bi 6208 nhận thấy điều kiện ràng buộc hàm toán tối ưu sau: Ra ≤ 0.5 (µm) O ≤ (µm) Q ≥ 0,264 (g/ph) Vì vậy, sở kết thực nghiệm mục 4.4 nhận thấy toán tối ưu mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 máy mài 3MK136B cụ thể sau: Tìm khơng gian thơng số chế độ mài x = [X1, X2, X3, X4]T = [Shk, Vct, t, Nct]T thông số công nghệ hợp lý để: f(x) = [-Nct(x), Hz(x)] → Với điều kiện biên: 0,1219  Rai  0,161  S 0,1224  n 0,1015  t 0,1008  N cti  0,5  0,2365 -0,1115 0,1752 0,0429 n t  N cti  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 toán tối ưu đa mục tiêu mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 máy mài 3MK136B 4.5.2.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp giải toán tối ưu Về chất, tốn tối ưu xem tốn tìm kiếm giải pháp tốt khơng gian vơ lớn giải pháp Khi khơng gian tìm kiếm nhỏ phương án tối ưu hóa truyền thống thích hợp để giải (như phương pháp tính trực tiếp, phương pháp đồ thị, phương pháp Lagrange v.v.) [18] Tuy nhiên phương pháp tối ưu truyền thống khơng phù hợp với miền phổ rộng, không hiệu khoảng khảo sát rộng [18] Các thuật toán xây dựng sở phương pháp khơng đủ mạnh với số buộc lớn số bước tối ưu phức tạp 20 Đã có nhiều phương pháp tiếp cận khác nhằm giải loại toán này, song gần việc ứng dụng giải thuật di truyền (GA-Genetic Algorithm) bắt đầu cho thấy ưu điểm bật [4] Đây lý mà lựa chọn ứng dụng giải thuật di truyền để xác định chế độ cắt hợp lý mài định hình rãnh lăn vòng ổ bi 6208 máy mài định hình 3MK136B 4.5.2.2 Ứng dụng giải thuật di truyền để xác định chế độ công nghệ thời điểm sửa đá hợp lý mài định hình rãnh lăn vòng ổ bi 6208 Sơ đồ khối giải tốn tối ưu hóa chế độ cắt thời điểm sửa đá mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 ứng dụng giải thuật di truyền thể hình 4.21 Trong sơ đồ hình 4.21, quần thể ban đầu thông số đầu vào q trình, xét tốn bao gồm bốn thông số chế độ cắt (Shk, Vct, t, Ni) Các ràng buộc bao gồm ràng buộc hàm ràng buộc biến Theo (4.35), toán tối ưu có điều kiện ràng buộc (6 điều kiên biên) Hàm độ mòn đá mài Hzi hàm số chi tiết mài chu trình Nct hàm đơn mục tiêu Hàm thích nghi f(x) hàm đa mục tiêu, hàm Hình 4.21 Sơ đồ khối giải toán tối ưu chế hàm đơn mục tiêu độ công nghệ mài định hình ứng dụng giải f(x) = [-Nct(x), Hz(x)] → thuật di truyền [18] Theo phương pháp trọng số [18] xây dựng hàm đa mục tiêu sau: f (x) = 1  Hz - 2  Nct (4.36) → f (x) = 0,5  Hz – 0,5  Nct Như vậy, yêu cầu toán tối ưu cụ thể 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 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   Q  0.1616  S 0.0973  t 0.1004  0.264 hk  5  Shk  20  6  Vct  18  10  t  20 0.1224 0.10002 Thực tuyến tính hóa cách logarit hóa vế phương trình bất phương trình đặt: LnShk = X1; LnVct = X2; Lnt = X3; LnNi = X4 Khi tốn lúc trở thành: 21 - Cực tiểu hóa hàm mục tiêu: f(x) = (0,3871 + 0,0483X1 + 0,0329X2 + 0,0279X3 – 0,3114X4) - Với điều kiện ràng buộc: (4.38)  L n 0,163 +0,1224X  0,10002 X  0,1005 X  0,1194 X  Ln0,5 Ln1,4498 +0,19996X  0,1127 X  0,1966 X  Ln3   Ln0,1616+0,0973X  0,1004 X  Ln0, 264   Ln5  X  Ln20  Ln6  X  Ln18    Ln10  X  Ln20 (4.39) Để tối ưu hóa chế độ cơng nghệ GA với mục tiêu hàm lượng mòn đá mài Hz nhỏ số chi tiết mài lớn tức hàm f(x) nhỏ nhất, thực lập trình trực tiếp phần mềm Matlab Tiến hành chạy chương trình, sau số lần chạy ta thu kết sau: Bảng 4.3 Kết chạy chương trình xác định chế độ cơng nghệ tối ưu GA Biến số Shk (µm/s) Vct (m/ph) t (µm) Nct (chiếc) Hz (µm) Ra (µm) O (µm) Q (g/ph) Lần chạy 7,07 9,39 19,95 19 10,9 0,497 2,999 0,264 Lần chạy 7,05 9,39 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 Tiến hành kiểm tra thực nghiệm với thông số đầu vào tức tiến hành mài với chế độ công nghệ: Vđá = 60 m/s; Shk thơ = 30 µm/s; tthơ = 120 m; Shk tinh = 7,06 µm/s, Vct = 9,39 m/ph, ttinh = 19,97 µm Nct = 19 chi tiết Qua nhận thấy sai số kết tối ưu với thực tế nhỏ 6% Nguyên nhân gây sai số tồn sai số đo sai số ngẫu nhiên Ngoài ra, thiết lập phương trình hồi quy thực nghiệm theo phương pháp bình phương nhỏ ln có sai số giá trị tính tốn giá trị thực nghiệm 4.6 Ứng dụng kết nghiên cứu đề tài vào thực tiễn sản xuất 4.6.1 Thiết kế hệ thống giám sát độ nhám bề mặt chi tiết mài định hình rãnh lăn trịn xoay Căn vào định hướng mơ hình giám sát mịn đá nhám bề mặt, nhu cầu GSTT trình, sở tham khảo hệ GSTT ĐKTN công bố, sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống GSTT, tác giả đề xuất cấu trúc cho hệ GSTT mòn đá nhám bề mặt chi tiết dạng sơ đồ chức hình 4.27 Hình 4.27 Mơ hình GSTT mịn đá nhám bề mặt chi tiết mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi [22] 22 Trong mơ hình đề xuất cho trường hợp này, hệ thống thực nhiệm vụ: (1) hiển thị lượng mòn đá mài độ nhám bề mặt chi tiết mài, (2) cảnh báo on-line giới hạn sửa đá theo ngưỡng lượng mòn giới hạn hay độ nhám bề mặt u cầu ngun cơng mài Trong đó, thực giám sát độ nhám bề mặt rãnh lăn chi tiết Ra thơng qua giá trị lượng mịn đo trình mài dựa mối quan hệ hai đại lượng thơng số cịn lại biết cố định suốt trình gia công 4.6.2 Thực nghiệm đánh giá khả giám sát độ nhám bề mặt chi tiết hệ thống 10.9 Hình 4.30 Giao diện phần mềm sau mài 30 chi tiết hai hệ đầu đo đo mòn mép đỉnh biên dạng cung cong đá mài Quá trình thực nghiệm thực máy mài định hình đường lăn vịng ổ bi 6208 thiết lập hình 4.1 Tiến hành thực nghiệm mài 30 chi tiết vòng 6208, với chế độ mài tối ưu xác định Kết xuất file txt file ảnh thể 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 nhám bề mặt chi tiết tính tốn sau lần mài xong chi tiết giao diện phần mềm thể hình 4.30 KẾT LUẬN CHƯƠNG Bằng thực nghiệm xây dựng phương trình toán học thể mối quan hệ thực nghiệm thông số chế độ công nghệ (lượng chạy dao hướng kính mài tinh, chiều sâu cắt mài tinh, vận tốc chi tiết, số chi tiết mài chu trình) với độ nhám bề mặt rãnh lăn chi tiết Ra, độ ô van đường kính đáy rãnh lăn O lượng mịn đá mài Hz Trên sở ứng dụng giải thuật di truyền xác định thông số chế độ cắt tối ưu mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 sau: Shk tinh = 7,06 (µm/s); Vct = 9,39 (m/ph); ttinh = 19,97 (µm) Nct = 19 (chi tiết) Khi thực mài với thông số chế độ công nghệ đảm bảo độ xác chi tiết suất q trình gia cơng lượng mịn đá nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài lớn (tức số lần sửa đá nhất) Điều cho phép nhà sản xuất xác định cài đặt thông số công nghệ tối ưu với tổ hợp nhiều thông số đầu nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật trình mài 23 Xây dựng hệ thống giám sát độ nhám bề mặt rãnh lăn chi tiết lượng mòn đá mài mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 ứng với chế độ công nghệ tối ưu cài đặt ban đầu cố định suốt trình gia công Điều mở hướng nghiên cứu cho đề tài phát triển hướng đến điều khiển thích nghi q trình mài KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu lý thuyết xây dựng thực nghiệm luận án đạt kết với đóng góp mang ý nghĩa khoa học thực tiễn sau: Ứng dụng phương pháp hồi quy thực nghiệm xác định phương trình tốn học thể mối quan hệ bốn thông số chế độ công nghệ (Shk, Vct, t, Nct) với mòn đá, độ nhám bề mặt độ van đường kính đáy rãnh lăn mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 Qua cho thấy, ảnh hưởng số chi tiết mài chu trình (Nct) đến độ nhám bề mặt chi tiết mài lượng mòn đá mài lớn nhiều so với ảnh hưởng lượng chạy dao hướng kính (Shk), chiều sâu cắt (t) vận tốc chi tiết (Vct) Tuy nhiên, yếu tố số chi tiết mài chu trình (Nct) không ảnh hưởng đến độ ôvan chi tiết mài Xác định chế độ công nghệ thời điểm sửa đá hợp lý mài định hình rãnh lăn vòng ổ bi 6208 sở ứng dụng giải thuật di truyền Kết cho thấy, với loại đá mài có ký hiệu 500x8x203WA100xLV60, với phạm vi chế độ công nghệ khảo sát ≤ Shk ≤ 20; ≤ Vct ≤ 18; 10 ≤ t ≤ 20, luận án xác định chế độ mài tối ưu Shk tinh = 7,06 (µm/s); Vct = 9,39 (m/ph); ttinh = 19,97 (µm) thời điểm sửa đá hợp lý mài đến chi tiết thứ 19 Từ đó, xây dựng hệ thống giám sát độ nhám bề mặt rãnh lăn chi tiết q trình mài Điều có ý nghĩa thực tiễn, góp phần nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật q trình mài rãnh lăn vịng ổ bi 6208 máy mài định hình đường lăn 3MK136B Thực đo mòn đá mài định hình rãnh lăn trịn xoay điều kiện mài có tưới dung dịch trơn nguội hệ đo khí nén phương pháp đo hiệu đạt độ xác cao Luận án thiết kế chế tạo hệ thống đầu đo khí nén để đo mịn đá trực tuyến mài định hình rãnh lăn vòng ổ bi 6208 với độ phân giải m Kết thực nghiệm đo mòn cho thấy lượng mòn mép biên dạng cung đá mài lớn lượng mòn đỉnh biên dạng cung cong đá mài mài định hình rãnh lăn vịng ổ bi 6208 KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Nghiên cứu điều khiển thích nghi bù tự động mịn đá mài mài định hình rãnh lăn trịn xoay nhằm đảm bảo suất chất lượng sản phẩm tuổi bền đá mài Tiếp tục nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng vật liệu, rung động, dung dịch trơn nguội, nhiệt cắt… tới độ xác chi tiết mài định hình rãnh lăn tròn xoay Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ sửa đá đến tuổi bền đá mài mài định hình rãnh lăn trịn xoay 24 ... chi tiết mài định hình rãnh trịn xoay 2.2 Chất lượng bề mặt chi tiết mài định hình rãnh trịn xoay 2.2.1 Các tiêu đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết mài định hình rãnh trịn xoay Để đánh giá chất. .. VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CƠNG NGHỆ ĐẾN MỊN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH TRỊN XOAY 2.1 Tổng quan mối quan hệ đại lượng q trình mài định hình rãnh trịn xoay Hình. .. van chi tiết mài 2.2.2 Phân tích ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết mài định hình rãnh trịn xoay Trong q trình mài định hình rãnh trịn xoay, độ nhám bề mặt chi tiết bị ảnh