Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp phay có dao động hỗ trợ đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công

TÓM TẮT Với tiến ngày vượt bậc khoa học - kỹ thuật, ngành khí ngành quan trọng phát triển đất nước Cần phải có phương pháp gia cơng với hỗ trợ dao động để nâng cao chất lượng bề mặt gia công nghiên cứu cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội sơ với phương pháp gia công truyền thống Những nội dung luận văn: nghiên cứu tổng quan cấu đàn hồi, ứng dụng phương pháp gia cơng có kết hợp dao động; tìm hiểu thiết kế, mơ tối ưu hóa thiết kế phần mềm Ansys Workbench 18.2; Thi công chế tạo lắp ráp mơ hình thiết kế; Bố trí thiết bị thí nghiệm đo kiểm chứng khả đáp ứng làm việc bàn định vị 2-DOF với tần số rung biên động rung; Gia công thử nghiệm phôi nhôm Kết luận văn tốt nghiệp giúp tích lũy kiến thức kinh nghiệm việc học tập nâng cao trình độ thiết kế, mô phỏng, gia công chế tạo nguồn tài liệu quý báu để phục vụ cho công tác dạy học ABSTRACT With the blooming advancement of the industries , mechanical engineering is a very important industry for the development of the country The need for a new machining method with oscillating support to improve the quality of the machined surface has been studied and has shown many advantages over traditional machining methods The main contents of the thesis: study an overview of the compliant mechanism, its applications and vibrations assisted machining Learn about design, simulation and optimization design in Ansys Workbench 18.2, fabrication and assembly of design models Layout of test equipment to verify the working responsiveness of the positioning table -DOF with frequency and amplitude vibration; Machining test on aluminum billets The results of the graduation thesis have helped to accumulate knowledge and experience in learning to improve the level of simulation design, manufacturing, and valuable resources to serve teaching and learning work MỤC LỤC TRANG TỰA i LÝ LỊCH KHOA HỌC ii LỜI CAM ĐOAN v LỜI CẢM ƠN vi TÓM TẮT vii ABSTRACT viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi DANH SÁCH CÁC HÌNH xii DANH SÁCH CÁC BẢNG xvii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, nghiên cứu ngồi nước cơng bố 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.4 Mục tiêu đề tài 10 1.5 Nhiệm vụ, đối tượng phạm vi nghiên cứu 10 1.6 Phương pháp nghiên cứu 10 1.7 Kế hoạch thực 10 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Cơ cấu đàn hồi ứng dụng cấu đàn hồi 11 2.1.1 Khái niệm cấu đàn hồi 11 2.1.2 Các ứng dụng cấu đàn hồi 12 2.1.3 Ứng dụng cấu đàn hồi cho hệ thống khí xác 12 2.2 Tổng quan phương pháp gia cơng có dao động hỗ trợ 14 2.2.1 Tổng quan phương pháp gia công kết hợp 14 2.2.2 Phương pháp gia cơng cắt gọt có kết hợp dao động 16 2.2.3 Phương pháp gia cơng phay có kết hợp dao động 17 CHƯƠNG PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 19 3.1 Phương án thiết kế 19 3.2 Mơ hình hóa ý tưởng thiết kế 20 3.3 Lựa chọn phương án 20 3.4 Lựa chọn vật liệu 21 CHƯƠNG THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG VÀ TỐI ƯU HĨA 22 4.1 Thiết kế 22 4.2 Mô 23 4.3 Tối ưu hóa 26 4.4 Kết tối ưu 27 4.5 Kết mô 29 CHƯƠNG CHẾ TẠO, THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG ỨNG DỤNG 34 5.1 Chế tạo 34 5.2 Thực nghiệm 36 5.3 Hướng ứng dụng 43 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 6.1 Kết luận 44 6.2 Kiến nghị 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 Phụ lục 1: Thiết kế, tối ưu hóa Ansys Workbench 47 Phụ lục 2: Thiết bị thí nghiệm 60 Phụ lục 3: Bản vẽ 64 Phụ lục 6: Cơng trình công bố luận văn 67 DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT - VAM………………………… Vibration Assisted Machining - VATurning…………………….Vibration Assisted Turning - VADrilling…………………….Vibration Assisted Drilling - VAMilling…………………… Vibration Assisted Milling - EARP………………………… Đánh bóng dạng cuộn hỗ trợ rung hình elip - MEMS………………………….Hệ thống vi điện tử - FEA…………………………….Phương pháp phần tử hữu hạn - RSM - Response Surface Optimization - GA -Thuật toán di truyền - CNC -Computer Numerical Control - Wire EDM Wire electric discharge machining DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Bàn định vị nano dựa lề uốn cong kép Hình 1.2: Bàn rung hai chiều điển hình Hình 1.3: Bàn rung không cộng hưởng Hình 1.4 : Bàn định vị theo hai chiều Hình 1.5: Hệ thống rung trục Hình 1.6: Cấu trúc hai lớp bàn định vị Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý Sy đánh bóng dạng cuộn hỗ trợ rung hình elip (EARP) Hình 1.8: Cơ cấu định vị bậc tự với khớp đàn hồi bán nguyệt Hình 1.9: Kết mô CGM [12] Hình 2.1: Cơng tắc dùng cấu đàn hồi [13] 11 Hình 2.2: Các kiểu khớp đàn hồi thông dụng [14] 12 Hình 2.3: Cơ cấu đàn hồi sản phẩm MEMS [15] 13 Hình 2.4: Ứng dụng cấu đàn hồi cấu ăn dao [16] 13 Hình 2.5: Các phương pháp gia cơng kết hợp với điện hóa 14 Hình 2.6: Các phương pháp gia cơng điện hóa siêu âm 15 Hình 2.7: Hiệu chất lượng bề mặt (a) Khơng có rung động (b) có rung động 16 Hình 2.8: Gia cơng tiện có hỗ trợ dao động 17 Hình 3.1: Các phương pháp gia cơng có dao động hỗ trợ 19 Hình 4.1: Xây dựng mơ hình thiết kế bàn định vị 2-DOF 23 Hình 4.2: Xây dựng biến thiết kế bàn định vị 2-DOF 24 Hình 4.5: Lưu đồ thuật tốn tối ưu hóa đa mục tiêu 26 Hình 4.6: Độ nhạy biến thiết kế 28 Hình 4.7: Mối quan hệ hàm mục tiêu điểm thiết kế 28 Hình 4.8: Mơ ứng suất lớn chuyển vị theo phương x khớp đàn hồi 30 Hình 4.9 Mơ tần số dao động tự nhiên 32 Hình 4.10: Tần số dao động riêng bàn máy VAM 33 Hình 5.1: Mơ hình thiết kế 3D bàn định vị 35 Hình 5.2: Bàn định vị thực tế sau gia công 35 Hình 5.3: Hình ảnh thực PZT 36 Hình 5.4: Bộ điều khiển PZT 36 Hình 5.5: Thiết bị đo chuyển vị không tiếp xúc KEYENCE Model LK-G030 37 Hình 5.6: Mơ hình thực tế bàn máy Vam [25] 38 Hình 5.7: Lắp chốt định vị đầu cong tiếp xúc bề mặt cong bàn định vị 38 Hình 5.8: Bố trí thí nghiệm thiết bị [26] 39 Hình 5.9: Gia công chi tiết máy phay CNC [26] 40 Hình 5.10: Sản phẩm sau gia công [26] 41 Hình 5.11: Tiến hành đo độ nhám cho sản phẩm [26] 41 Hình 5.12: Độ nhám bề mặt phương pháp phay có hỗ trợ rung khơng có hỗ trợ rung 43 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 3.1: Thành phần hóa học Cơ lý tính Nhơm Al7075 22 Bảng 4.1: Xây dựng toán thiết kế tối ưu hóa 27 Bảng 4.2: So sánh ứng cử viên 29 Bảng 4.3: So sánh thiết kế trước thiết kế bàn định vị 2-DOF 29 Bảng 4.4: Các biến thiết kế tối ưu bàn định vị - DOF 31 Bảng 5.1: Giá trị thực nghiệm chuyển vị bàn máy trung tâm theo điện áp tần số[25] 41 Bảng 5.2: Chế độ cắt gia công[26] 41 Bảng 5.3: Giá trị độ nhám nhận được[26] 42 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, nghiên cứu ngồi nước cơng bố Với tiến ngày vượt bậc khoa học - kỹ thuật nói chung ngành khí nói riêng,các phương pháp gia cơng truyền thống tiện, phay, bào, khoan, khoét, doa …Thì phương pháp gia cơng với hỗ trợ xác việc tạo dao động với chuyển vị dạng micromet cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội sơ với phương pháp gia công truyền thống Phương pháp gia cơng cắt gọt có hỗ trợ dao động (Vibration Assisted Machining -VAM) phương pháp kết hợp dao động có biên độ nhỏ vào phương pháp gia công truyền thống đặc biệt nhằm nâng cao hiệu suất gia công hiệu cắt gọt Các nghiên cứu với chuyển động tịnh tiến tích hợp cho cơng cụ phơi, dung sai chặt chẽ chất lượng bề mặt hoàn thiện cao đạt được, đặc biệt vật liệu cứng có độ giịn cao độ bền đứt gãy thấp gia công [1, 2] Gia công cắt gọt có hỗ trợ dao động áp dụng vào tiện, phay, khoan mài để gia công vật liệu cứng Trong đó, gia cơng tiện có hỗ trợ dao động (Vibration Assisted Turning - VATuring) việc chống rung dễ dàng áp dụng cho dụng cụ đứng n, việc tích hợp rung gia cơng phay có hỗ trợ dao động (Vibration Assisted Milling - VAMilling) [3] có ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công 1.1.1 Các nghiên cứu ngồi nước Theo tìm hiểu nghiên cứu Zhang J Sun B (2006) [4] thiết kế phân tích 2-DOF giai đoạn định vị nano, bàn định vị nano dựa lề uốn cong kép, phát triển tảng nơi thiết bị truyền động áp điện sử dụng để tạo rung động hướng khác để bàn hình 1.1 Các truyền động áp điện theo hướng X cải thiện khối lượng chuyển động bàn rung Do đó, tần số rung theo hướng Y bị hạn chế, thường nhỏ 1000 Hz Hình 1.1: Bàn định vị nano dựa lề uốn cong kép [4] Cùng thời gian đó, Chern GL, Chang YC (2006) [5] sử dụng rung hai chiều để cắt phay vi mơ Bàn rung hai chiều điển hình với chế linh hoạt nhờ thiết bị truyền động áp điện bàn rung thiết kế hình 1.2 Các truyền động áp điện thực kết hợp với hai đường trượt để tạo rung hai chiều mong muốn Hình 1.2: Bàn rung hai chiều điển hình [5] 76 Applications of Advanced Materials Front Matter Pages 475-475 PDF An Analytical Model for AlGaN/GaN MOS-HEMT for High Power Applications o Nguyen-Trung Do, Nguyen-Hoang Thoan, Tran Minh Quang, Dao Anh Tuan, Nguyen-Ngoc Trung Pages 477-485 Structural Scheme of Electroelastic Actuator for Nanomechatronics o Sergey M Afonin Pages 487-502 On Extraction of Energy from Rotating Objects o Tejkaran Narolia, Vijay K Gupta, Ivan A Parinov Pages 503-511 Computer Modeling and Experimental Research of Component Processing Procedure in the Centrifugal-Rotary Equipment o Nguyen Van Tho, A N Soloviev, M A Tamarkin, I A Panfilov Pages 513-528 Optimization Design of a 2-DOF Compliant Parallel Mechanism Using NSGA-II Algorithm for Vibration-Assisted Milling 77 o Huy-Tuan Pham, Van-Khien Nguyen, Khac-Huy Nguyen, Quang-Khoa Dang, Trung-Kien Hoang, SonMinh Pham Pages 529-539 Design and Analysis of a Compliant Constant-Torque Mechanism for Rehabilitation Devices o Thanh-Vu Phan, Huy-Tuan Pham, Cong-Nam Truong Pages 541-549 Improve the Loading Capacity and Stiffness of Hydrostatic Spindle Medium Sized Circular Grinding Machines Based on Simulation and Geometric Parameters of the Bearing o Van-Hung Pham, Manh-Toan Nguyen, Tuan-Anh Bui Pages 551-558 Inverse Method for Estimating the Convection Coefficient at Gap Inside Bearing Rig Test o Thi-Thao Ngo, Jin H Huang, Van-The Than Pages 559-570 10 Combining the Kalman Filter and Particle Filter in Object Tracking to Avoid Occlusion Problems o Jen-Hong Lan, Ssu-Wei Chen, Chih-Hsueh Lin, Chin-Shiuh Shieh, Shyh-An Yeh, I-Hsing Tsai et al Pages 571-586 11 Generative Artificial Neural Network Model for Visualization of Internal Defects of Structural Elements 78 o Arcady Soloviev, Boris Sobol, Pavel Vasiliev, Alexander Senichev Pages 587-595 12 Direct Mapping Based FBMC-LDPC Advanced Underwater Acoustic Transmission Scheme for Data Signals o Chin-Feng Lin, Tsung-Jen Su, Shun-Hsyung Chang, Ivan A Parinov, Sergey N Shevtsov Pages 597-603 13 Acquisition and Analysis of Endodontic Handpiece Vibration Signals o Ankit Nayak, P K Kankar, Prashant K Jain, Niharika Jain Pages 605-613 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 ... có dao động hỗ trợ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công 1.5.3 Phạm vi nghiên cứu ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp phay có dao động hỗ trợ đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công? ?? vật liệu... cơng phay có hỗ trợ dao động với hiệu đáng kể nghiên cứu phát triển nước Sự ảnh hưởng phương pháp phay có dao động hỗ trợ đến chất lượng bề mặt chi tiết gia cơng mang lại tính thực tiễn việc nghiên. .. với phương pháp gia công truyền thống Phương pháp gia công cắt gọt có hỗ trợ dao động (Vibration Assisted Machining -VAM) phương pháp kết hợp dao động có biên độ nhỏ vào phương pháp gia công