Nghiên cứu, thiết kế và điều khiển cụm trục chính máy CNC pdf pdf

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PTN TRỌNG ĐIỂM ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ KỸ THUẬT HỆ THỐNG CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN CỤM TRỤC CHÍNH MÁY CNC Cơ quan chủ trì: PTN Trọng điểm Điều khiển số Kỹ thuật hệ thống, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Tp.HCM Chủ nhiệm nhiệm vụ: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thành phố Hồ Chí Minh - 03/2022 ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PTN TRỌNG ĐIỂM ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ KỸ THUẬT HỆ THỐNG CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO GIÁM ĐỊNH KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAI ĐOẠN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN CỤM TRỤC CHÍNH MÁY CNC (Đã chỉnh sửa theo kết luận Hội đồng nghiệm thu ngày 25/03/2022) Chủ nhiệm nhiệm vụ: (ký tên) PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thành phố Hồ Chí Minh - 03/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHỊNG THÍ NGHIỆM TRỌNG ĐIỂM ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ KỸ THUẬT HỆ THỐNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp.HCM, ngày tháng năm 2022 BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KH&CN I THÔNG TIN CHUNG Tên nhiệm vụ: Nghiên Cứu Thiết Kế Và Điều Khiển Cụm Trục Chính Máy CNC Thuộc Chương trình/lĩnh vực: Nghiên cứu chế tạo máy CNC công nghệ in 3D giai đoạn 2018-2020, tầm nhìn đến năm 2025 Chủ nhiệm nhiệm vụ: Họ tên: Nguyễn Tấn Tiến Ngày, tháng, năm sinh: 29/06/1968 Nam/ Nữ: Nam Học hàm, học vị: PGS TS Chức danh khoa học: Chức vụ: Giám đốc Điện thoại: Tổ chức: 02838686996, Nhà riêng: Mobile: 0918255355 Fax: E-mail: nttien@hcmut.edu.vn Tên tổ chức công tác: PTN Trọng điểm Điều khiển số Kỹ thuật Hệ thống Địa tổ chức: 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10, Tp.HCM Địa nhà riêng: 387 Hàn Hải Nguyên, P.2, Q.11, Tp Hồ Chí Minh Tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Tên tổ chức chủ trì nhiệm vụ: PTN trọng điểm Điều khiển số Kỹ thuật Hệ thống Điện thoại: 028-38647256, số nội bộ: 6259 Fax: E-mail: dcselab@dcselab.edu.vn Website: http://dcselab.edu.vn Địa chỉ: Nhà C6, 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10, Tp.HCM Họ tên thủ trưởng tổ chức: Nguyễn Tấn Tiến Số tài khoản: 3173.0.9057441.00000 Kho bạc: Nhà nước Quận 10, Tp.HCM Tên quan chủ quản đề tài: Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG Tp.HCM II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN Thời gian thực nhiệm vụ: - Theo Hợp đồng ký kết: từ tháng năm 2019 đến tháng năm 2021 - Thực tế thực hiện: từ tháng năm 2019 đến tháng năm 2022 - Được gia hạn (nếu có): - Lần từ tháng năm 2021 đến tháng năm 2022 Kinh phí sử dụng kinh phí: a) Tổng số kinh phí thực hiện: 2.760 triệu đồng, đó: + Kính phí hỗ trợ từ ngân sách khoa học: 2.760 triệu đồng i + Kinh phí từ nguồn khác: triệu đồng b) Tình hình cấp sử dụng kinh phí từ nguồn ngân sách khoa học: Theo kế hoạch Thực tế đạt Số TT Thời gian Kinh phí Thời gian Kinh phí (Tháng, năm) (Tr.đ) (Tháng, năm) (Tr.đ) 9/2020 1.380 9/2020 1.380 12/2021 1.100 1.100 c) Kết sử dụng kinh phí theo khoản chi: Đối với đề tài: Ghi (Số đề nghị toán) 1.380 1.100 Đơn vị tính: triệu đồng Số TT Nội dung khoản chi Trả công lao động (khoa học, phổ thông) Nguyên, vật liệu, lượng Thực tế đạt Theo kế hoạch Tổng NSKH Nguồn khác Tổng NSKH 1.652,4 1.652,4 744 744 Thiết bị, máy móc Xây dựng, sửa chữa nhỏ Quản lý phí CQ chủ trì 79 79 Chi VPP 4,6 4,6 2.480 2.480 Tổng cộng Nguồn khác - Lý thay đổi: Đối với dự án: Đơn vị tính: đồng Số TT Nội dung khoản chi Chi phí lao động Nguyên vật liệu, lượng Thuê thiết bị, nhà xưởng Tổng NSKH Thiết bị, máy móc mua Nhà xưởng xây dựng mới, cải tạo Kinh phí hỗ trợ cơng nghệ Thực tế đạt Theo kế hoạch Khác ii Nguồn khác Tổng NSKH Nguồn khác Tổng cộng - Lý thay đổi (nếu có): Các văn hành q trình thực đề tài/dự án: (Liệt kê định, văn quan quản lý từ công đoạn xét duyệt, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực có); văn tổ chức chủ trì nhiệm vụ (đơn, kiến nghị điều chỉnh có) Số TT Số, thời gian ban hành văn Tên văn Quyết định số 837/QĐSKHCN ngày 13/09/2019 V/v phê duyệt nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ Hợp đồng số 75/2019/HĐQPTKHCN ngày24/09/2019 Hợp đồng thực nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ Ghi V/v thay đổi thành viên thực nhiệm vụ khoa học công nghệ cấp Thành phố V/v phê duyệt kế hoạch lựa chọn Quyết định số 1314/QĐ- nhà thầu nhiệm vụ: Nghiên cứu SKHCN ngày 27/12/2019 thiết kế điều khiển cụm trục máy CNC Cơng văn số 76/CVV/v xin gia hạn thời gian thực DCSELab ngày 28/09/2020 nhiệm vụ KH&CN cấp thành phố Công văn số 3354/SKHCNV/v điều chỉnh thời gian thực QLKH ngày 23/12/2020 nhiệm vụ khoa học công nghệ Quyết định số 1442/QĐV/v điều chỉnh Điều Quyết SKHCN ngày 23/12/2020 định số 837/QĐ-SKHCN ngày 13/9/2019 Sở Khoa học Công nghệ Tổ chức phối hợp thực nhiệm vụ: Quyết định số 64A/QĐDCSELab ngày 01/10/2019 Tên tổ chức Tên tổ chức Số TT đăng ký theo tham gia thực Thuyết minh Công ty TNHH Công ty TNHH Cơ điện tử Hiệp Cơ điện tử Hiệp Phát Phát Sản phẩm chủ yếu đạt Ghi chú* Tham gia thực Báo cáo thử nội nghiệm dung: kiểm tra thành trục Nội dung tham gia chủ yếu iii Cơng ty Cổ Phần Cơ Khí Luyện Kim (SADAKIM) Cơng ty Cổ Phần Tham gia thực Cơ Khí Luyện nội Kim dung: (SADAKIM) Báo cáo nghiệm kiểm tra trục - Lý thay đổi (nếu có): Cá nhân tham gia thực nhiệm vụ: (Người tham gia thực đề tài thuộc tổ chức chủ trì quan phối hợp, không 10 người kể chủ nhiệm) Tên cá nhân Tên cá nhân Số Nội dung Sản phẩm chủ Ghi đăng ký theo tham gia thực TT tham gia yếu đạt chú* Thuyết minh PGS.TS Nguyễn PGS.TS Nguyễn Nội dung 1.1; 2.1; 2.7; Báo cáo Tấn Tiến Tấn Tiến 4.1; 5.4; 6.1; 7.4; 7.7; chuyên đề 9.9; 10.1; 10.6; 11; 12 ThS Trịnh Hoài ThS Trịnh Hoài Nội dung 1.1; 2.2; 2.7; Nam 4.1; 5.1; 5.6; 6.1; 6.8; Báo cáo Nam 7.1; 7.5; 9.1; 9.6; 9.7; chuyên đề 9.8; 10.2; PGS.TS Trần PGS.TS Trần Nội dung 1.2; 2.3; 2.9; Thiên Phúc 4.2; 5.2; 5.3; 5.10; 6.2; Báo cáo Thiên Phúc 6.9; 7.6; 10.2; 10.4; chuyên đề 10.6; ThS Phan Hoàng ThS Phan Nội dung 1.3; 2.2; 2.8; Báo cáo Long Hoàng Long 3.6; 5.2; 5.7; 5.11; 6.9; chuyên đề 7.2; 7.5;10.1; 10.6; TS Trần Đức TS Trần Đức Nội dung 2.4; 3.1; 3.3; Anh Minh Anh Minh 3.5; 4.4; 5.5; 6.4; 6.5; Báo cáo 7.1; 7.3; 8.1; 8.4; 9.1; chuyên đề 9.3; 9.6; 9.7; 9.8; TS Dương Văn TS Dương Văn Nội dung 3.1; 3.2; 3.3; Báo cáo Tú Tú 5.6; 6.4; 8.2; 8.4; 9.3; chuyên đề 9.5; TS Nguyễn Quốc TS Nguyễn Nội dung 1.4; 2.3; 2.9; Báo cáo Cường Quốc Cường 4.2; 5.3; 5.7; 6.1; 6.9; chuyên đề 7.2; 7.7; 10.2; 10.4; KS Tống Nhựt KS Tống Nhựt Nội dung 1.2; 2.6; 2.7; Báo cáo Phương Phương 4.1; 5.1; 5.4; 6.2; 6.5; chuyên đề 7.6; 10.2; 10.6; ThS Nguyễn Vũ ThS Nguyễn Nội dung 2.4; 3.1; 3.2; Báo cáo Thịnh Vũ Thịnh 3.5; 4.4; 5.6; 6.1; 6.5; chuyên đề 7.3; 8.3; 8.4; 9.2; 9.6; TS Trương Quốc TS Trương Nội dung 1.4; 2.6; 3.4; Báo cáo 10 Thanh Quốc Thanh 5.1; 5.2; 5.3; 5.7; 6.2; chuyên đề 6.7; 6.8; 7.2; 9.9; TS Lê Thanh TS Lê Thanh Nội dung 1.2; 2.5; 3.4; Báo cáo 11 Long Long 3.6; 5.7; 5.8; 5.9; 6.3; chuyên đề 6.7; 7.7; 11; 12 iv ThS Nguyễn ThS Nguyễn Nội dung 2.2; 2.6; 3.4; Minh Tuấn Minh Tuấn 3.6; 5.3; 5.10; 6.3; 6.8; 7.5; 10.4; 10.5; TS Phan Tấn TS Phan Tấn Nội dung 2.1; 2.7; 3.4; 13 Tùng Tùng 4.2; 5.8; 5.9; 6.3; 6.6; 10.3; 10.5; 11; 12 TS Lê Nhật Bình TS Lê Nhật Nội dung 2.4; 3.1; 3.2; Bình 3.3; 3.5; 4.4; 5.5; 6.4; 14 6.5; 7.3; 8.2; 8.5; 9.2; 9.4; 9.9 KS Nguyễn KS Nguyễn Nội dung 1.4; 2.8; 3.3; 15 Thành Hội Thành Hội 3.6; 5.1; 5.10; 6.6; 7.1; 7.3; 7.6; 9.1; 9.3; 9.4; KS Trần Trí Đức KS Trần Trí Nội dung 1.1; 2.6; 3.2; Đức 4.2; 5.8; 5.11; 6.6; 6.7; 16 7.4; 8.5; 9.2; 9.5; 9.8; 10.3; KS Vũ Văn Khôi KS Vũ Văn Nội dung 1.3; 2.3; 2.9; 17 Khôi 5.2; 5.8; 5.11; 6.4; 7.2; 7.4; 8.1; 9.4; 9.5; 10.3; KS Nguyễn KS Nguyễn Nội dung 2.1; 2.5; 2.8; Phước Hồng Phước 4.1; 5.4; 5.9; 6.2; 6.7; 18 Hồng Nguyện Nguyện 7.4; 8.5; 9.4; 9.7; 9.9; 10.1; KS Nguyễn KS Nguyễn Nội dung 1.3; 2.5; 2.8, Trường Thuận 3.5; 5.5; 5.6; 6.6; 7.1; 19 Trường Thuận 7.5; 8.3; 9.7; 9.8; 10.1; 10.5; - Lý thay đổi ( có): Tình hình hợp tác quốc tế: 12 Số TT Theo kế hoạch (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia ) Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia ) Ghi chú* Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) Ghi chú* - Lý thay đổi (nếu có): Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị: Số TT Theo kế hoạch (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) - Lý thay đổi (nếu có): Tóm tắt nội dung, công việc chủ yếu: (Nêu mục 15 thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát nước nước ngồi) v Số TT Các nội dung, cơng việc chủ yếu (Các mốc đánh giá chủ yếu) Nội dung 1: Tổng quan a) Tìm hiểu tổng quan trục máy gia cơng kim loại b) Tìm hiểu tổng quan cấu tạo trục máy phay CNC c) Tìm hiểu yêu cầu kỹ thuật cụ thể trục máy phay CNC: yêu cầu độ xác, động học, động lực học, giải nhiệt, điều khiển, … d) Tìm hiểu cách phối hợp thành phần liên quan đến hoạt động trục trình máy CNC hoạt động Nội dung 2: Thiết kế phần khí trục a) Xác định kích thước tổng thể (phủ bì) cụm trục dựa vào yêu cầu không gian làm việc máy b) Xác định kích thước, yêu cầu chuẩn lắp ráp chi tiết lắp ráp cụm trục trục Z thân máy c) Xác định kích thước yêu cầu chuẩn lắp ráp chi tiết lắp ráp cụm trục cụm thay dao d) Tính tốn chọn cơng suất động trục (định hướng sử dụng động AC servo tốc độ cao) dựa vào lực cắt, tốc độ cắt máy kích thước đầu BT40 Thời gian (Bắt đầu, kết thúctháng … năm) Người, quan thực Theo kế hoạch Thực tế đạt 10/2019 10/2019 Nguyễn Tấn Tiến Trịnh Hoài Nam Trần Thiên Phúc Trương Quốc Thanh Lê Thanh Long Nguyễn Minh Tuấn 10/201912/2019 10/201912/2019 Nguyễn Tấn Tiến Trịnh Hoài Nam Trần Thiên Phúc Phan Hoàng Long Tống Nhựt Phương Phan Tấn Tùng Dương Văn Tú Nguyễn Quốc Cường Trần Đức Anh Minh Trương Quốc Thanh Lê Thanh Long Nguyễn Minh Tuấn vi e) Tính tốn chọn chi tiết: ổ đỡ trục chính, cảm biến vị trí, … f) Thiết kế vỏ chứa trục (spindle cover) g) Thiết kế hệ thống giải nhiệt cho động trục h) Thiết kế hệ thống lấy đầu BT khỏi trục (cảm biến hành trình, hệ thống khí nén phục vụ việc đóng/nhả dao, hệ thống lị xo dĩa, ti rút đầu BT, …) i) Thiết kế trục spindle phản hồi tốc độ Nội dung 3: Thiết kế động trục a) Thiết kế stator 10/201912/2019 10/201912/2019 10/20193/2020 10/20193/2020 b) Thiết kế rotor c) Tính tốn mạch từ d) Tính tốn tổn hao thép e) Tính tốn đặc tính làm việc khởi động f) Tính tốn nhiệt Nội dung 4: Xây dựng vẽ lắp, vẽ chi tiết trục a) Thiết kế dung sai lắp ghép cho trục chính: dung sai trục/vỏ, dung sai lắp ổ đỡ, dung sai lắp ghép rotor/trục, lắp ghép stator/vỏ, dung sai lắp ghép seal, … b) Xây dựng vẽ lắp khí cho tồn trục c) Xây dựng vẽ chi tiết cho trục d) Xây dựng vẽ lắp điện vii Trần Thiên Phúc Trương Quốc Thanh Phan Hồng Long Lê Nhật Bình Lê Thanh Long Nguyễn Quốc Cường Dương Văn Tú Nguyễn Tấn Tiến Trịnh Hoài Nam Trần Thiên Phúc Trần Đức Anh Minh Phan Tấn Tùng Nguyễn Minh Tuấn Tống Nhựt Phương Trần Thiên Phúc Phan Hoàng Long Trần Đức Anh Minh Vũ Văn Khôi Phan Tấn Tùng Lê Thanh Long Nguyễn Minh Tuấn Nguyễn Trường Thuận Tống Nhựt Phương Nguyễn Quốc Cường Dương Văn Tú Nội dung 5: Xây dựng quy trình chế tạo, lắp ráp, kiểm tra trục a) Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo vỏ ngồi (housing) b) Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục c) Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo ti rút đầu BT 10/20203/2020 10/20203/2020 Nguyễn Tấn Tiến Tống Nhựt Phương Nguyễn Quốc Cường Nguyễn Hồng Phước Nguyên Vũ Văn Khôi Nguyễn Trường Thuận Nội dung 6: Chế tạo thử nghiệm thành phần trục đánh giá hiệu chỉnh thiết kế 10/20203/2020 03/2020– 01/2021 PGS.TS Trần Thiên Phúc KS Vũ Văn Khôi KS Nguyễn Thành Hội KS Trần Trí Đức TS Lê Thanh Long KS Nguyễn Hồng Phước Nguyện KS Nguyễn Trường Thuận ThS Phan Hoàng Long TS Nguyễn Quốc Cường KS Nguyễn Hoàng Long TS Nguyễn Minh Tuấn TS Phan Tấn Tùng 2/20207/2020 03/2020– 03/2021 TS Dương Văn Tú KS Nguyễn Thành Hội KS Trần Trí Đức KS Nguyễn Trường Thuận TS Trương Quốc Thanh KS Nguyễn Hồng Phước Nguyện TS Trương Quốc Thanh KS Vũ Văn Khôi TS Trần Đức Anh Minh TS Lê Thanh Long TS Phan Tấn Tùng KS Nguyễn Hoàng Long a) Chế tạo thử nghiệm vỏ ngồi trục với thép hợp kim b) Chế tạo thử nghiệm trục spindle với thép công cụ c) Chế tạo thử nghiệm trục rút đầu BT với thép công cụ d) Chế tạo thử nghiệm rotor động trục e) Chế tạo thử nghiệm stator f) Chế tạo thử nghiệm bệ kết nối xy lanh khí nén spindle g) Chế tạo thử nghiệm đường ống giải nhiệt (khoan nòng súng Ф5mm x 500mm) h) Chế tạo đồ gá lắp ráp Nội dung 7: Lắp ráp thử nghiệm chi tiết cấu thành trục a) Lắp ráp rotor vào trục cân động học (tốc độ 10.000 v/p) b) Lắp ráp startor vào vỏ trục c) Lắp ráp cụm rotor vào stator d) Chạy thử nghiệm rà chỉnh (ít lần) e) Lắp ráp thử nghiệm hồn chỉnh trục f) Kiểm tra độ đảo trục viii The 17th International Conference on Intelligent Unmanned Systems (ICIUS2021) August 25th – 27th, 2021, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam Step Compare the accumulated tolerance and the production cost with the required assembly tolerance and the desired production cost, respectively We choose the assembly tolerance of the clearance having value of 1Ǥ ʹ݉݉, because the sum of the errors, which includes maximum axial displacement of a single row cylindrical roller bearing of SKF manufacturer as shown in Figure with the bore diameter ͷͲ݉݉ is ͳǡͷ݉݉ (SKF General Catalogue, 2008) and axial displacement of spindle shaft resulting from the heat generation in the motorized spindle with speed of ͳʹͲͲͲ‫ ݉݌ݎ‬is about ͲǤͲͻ݉݉ (Fan et al., 2018), is ͳǤͷͻ݉݉ Since the accumulated tolerance of the clearance ܶ௒ ൌ ͳǤͻͶ݉݉ calculated in step exceeds the specified assembly tolerance ܶ஺ௌெ ൌ ͳǤʹ݉݉, redistributing the tolerance to each part should be carried out Figure Axial displacement of single row cylindrical roller bearings Step Applying the optimal cost-tolerance design method In order to apply the optimal tolerance equation Eq.ሺ͹ሻ, the fixed tolerances must be removed, namely part and part 5: ᇱ ܶ஺ௌெ ൌ ܶ஺ௌெ െ ܶଷ െ ܶହ ଵ ଵ ௞ ାଵ ଵ ௞ ାଵ ௞ ାଵ ݇ଶ ‫ܤ‬ଶ ௞మ ାଵ ௞భమ ାଵ ݇ସ ‫ܤ‬ସ ௞ర ାଵ ௞భర ାଵ ݇଺ ‫ ଺ܤ‬௞ల ାଵ ௞భల ାଵ ൌ ܶଵ ൅ ൬ ൰ ܶଵ ൅൬ ൰ ܶଵ ൅൬ ൰ ܶଵ ݇ଵ ‫ܤ‬ଵ ݇ଵ ‫ܤ‬ଵ ݇ଵ ‫ܤ‬ଵ ଵ ଵ ௞ ାଵ ሺͳͲሻ ݇଻ ‫ ଻ܤ‬௞ళ ାଵ ௞భళ ାଵ ൅൬ ൰ ܶଵ ݇ଵ ‫ܤ‬ଵ ௞ ାଵ ଵ ௞ ାଵ ଵ ௞ ାଵ భ ଼݇ ‫ ଼ܤ‬௞ఴ ାଵ ௞భఴ ାଵ ݇ଽ ‫ܤ‬ଽ ௞వ ାଵ ௞భవ ାଵ ݇ଵ଴ ‫ܤ‬ଵ଴ ௞భబ ାଵ ௞భబ ାଵ ൅൬ ൰ ܶଵ ൅൬ ൰ ܶଵ ൅ ൬ ൰ ܶଵ ݇ଵ ‫ܤ‬ଵ ݇ଵ ‫ܤ‬ଵ ݇ଵ ‫ܤ‬ଵ Values of the coefficient ݇௜ and ‫ܤ‬௜ in Table of the cost-tolerance function for each dimension depend on the machining method and the part’s dimension, which can be referenced according to (Drake, 1999) 315 The 17th International Conference on Intelligent Unmanned Systems (ICIUS2021) August 25th – 27th, 2021, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam Table Coefficient ࢑࢏ and ࡮࢏ of cost-tolerance function Part ͳ ʹ ͵ Ͷ ͷ ͸ ͹ ͺ ͻ ͳͲ ݇௜ ͲǤͶ͸ͺʹ͵ ͲǤͶ͸ͺʹ͵ * ͲǤͶͷ͹Ͷ͹ * ͲǤͶ͸ͷ͵͹ ͲǤͶ͸ͺʹ͵ ͲǤͶ͵ͺͻͻ ͲǤͶͷ͹Ͷ͹ ͲǤͶ͸ͺʹ͵ ‫ܤ‬௜ ͲǤͳͷ͵Ͳͳ ͲǤͲ͹ʹͲʹ * ͲǤͳͳͺͲͷ * ͲǤͳʹͷ͹͸ ͲǤͳͷ͵Ͳͳ ͲǤͳͳͺͲͲ ͲǤͲͺͷͻ͹ ͲǤͲ͹ʹͲʹ Note: *vendor-supplied Solving Eq.ሺͳͲሻ based on the figures in Table for the optimal tolerance of part 1, we have ܶଵ ൌ ͲǤͳͳ݉݉ Inserting ܶଵ into Eq.ሺ͸ሻ to calculate other tolerances, we have ܶଶ ൌ ͲǤͲ͹݉݉Ǣܶସ ൌ ͲǤͲͻ݉݉Ǣܶ଺ ൌ ͲǤͳ݉݉Ǣܶ଻ ൌ ͲǤͳͳ݉݉Ǣ ଼ܶ ൌ ͲǤͲͺ݉݉Ǣܶଽ ൌ ͲǤͲ͹݉݉Ǣܶଵ଴ ൌ ͲǤͲ͹݉݉ Table Minimum cost tolerance allocation Part Tolerance Cost Data ‫ܣ‬௜ ͳ ̈́ͳǤͲͲ ʹ ̈́ͳǤͲͲ ͵ Ͷ ̈́ͳǤͲͲ ͷ ͸ ̈́ͳǤͲͲ ͹ ̈́ͳǤͲͲ ͺ ̈́ͳǤͲͲ ͻ ̈́ͳǤͲͲ ͳͲ ̈́ͳǤͲͲ Accumulated Tolerance Assembly Cost Acceptable Fraction True Cost ‫ܤ‬௜ ͲǤͳͷ͵Ͳͳ ͲǤͲ͹ʹͲʹ * ͲǤͳͳͺͲͷ * ͲǤͳʹͷ͹͸ ͲǤͳͷ͵Ͳͳ ͲǤͳͳͺͲͲ ͲǤͲͺͷͻ͹ ͲǤͲ͹ʹͲʹ ݇௜ ͲǤͶ͸ͺʹ͵ ͲǤͶ͸ͺʹ͵ * ͲǤͶͷ͹Ͷ͹ * ͲǤͶ͸ͷ͵͹ ͲǤͶ͸ͺʹ͵ ͲǤͶ͵ͺͻͻ ͲǤͶͷ͹Ͷ͹ ͲǤͶ͸ͺʹ͵ Initial Tolerance ሺ݉݉ሻ ͲǤ͵ͷ ͲǤͲ͸ ͲǤʹͷ* ͲǤͳͺ ͲǤʹͷ* ͲǤʹ ͲǤ͵ͷ ͲǤͳͷ ͲǤͲͻ ͲǤͲ͸ ͳǤͻͶ ̈́ͳ͹Ǥ͵ͳ Allocated Tolerance ሺ݉݉ሻ Worst-Case RRS ͲǤͳͳ ͲǤͶ͹ ͲǤͲ͹ ͲǤ͵ͷ ͲǤʹͷ* ͲǤʹͷ* ͲǤͲͻ ͲǤͶʹ ͲǤʹͷ* ͲǤʹͷ* ͲǤͳ ͲǤͶ͵ ͲǤͳͳ ͲǤͶ͹ ͲǤͲͺ ͲǤͶͳ ͲǤͲ͹ ͲǤ͵͹ ͲǤͲ͹ ͲǤ͵ͷ ͳǤʹ ͳǤʹ ̈́ʹͲǤͳ͸ ̈́ͳ͵Ǥͻͺ ͳͲͲΨ ͻͻǤ͹͵Ψ ̈́ʹͲǤ͸͹ ̈́ͳͶǤͲʹ The setup cost which is coefficient ‫ ܣ‬in the cost function does not affect the optimization, so we assign the cost of ̈́ͳǤͲͲ per part in order to compare the production costs before and after using the optimal method The allocated tolerances satisfy the process tolerance limits shown in Table 2, so this set of tolerances can be used In case of exceeding the process tolerance limits, other coefficients and other machining methods should be re-selected, or we can use the max limit of the selected process 316 The 17th International Conference on Intelligent Unmanned Systems (ICIUS2021) August 25th – 27th, 2021, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam Optimal Cost-Tolerance Allocation $17.31 0.5 $20.16 $14.02 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 Initial Tolerance Part Part Part Worst-Case Model Part Part Part Part Statistical Model Part Part Part 10 Figure Comparison of optimal cost-tolerance allocation results Conclusion This paper proposes the Lagrange multiplier-based cost-tolerance design approach with reciprocal power cost model to solve the motorized spindle tolerance problem The method establishes a relationship between the product design and the manufacture of the motorized spindle so that a set of tolerances that satisfies both assembly tolerance requirements and production costs can be given In a case study, the optimal cost-tolerance design procedure for the motorized spindle as shown in Figure is performed step- -step with both worst-case and statistical models When using the worst-case model, to ensure the complete interchangeability, that is, ͳͲͲΨ of parts are successful, leads to the tighten tolerance requirements and the higher production cost than the statistical model as shown in Figure The original tolerances, when summed by the worst-case model, give an assembly tolerance of ͳǤͻͶ݉݉ This exceeds the specified assembly tolerance limit of ͳǤʹ݉݉ Thus, the component tolerances have to be tightened, driving up the cost to ̈́ʹͲǤͳ͸ When using the statistical model, the accumulated tolerance is only ͲǤ͸ͻ݉݉, which is less than the specification limit of ͳǤʹ݉݉ Then, the allocation algorithm increases component tolerances and lower the cost to ̈́ͳͶǤͲʹ The single row cylindrical roller bearing NU 2210 ECP of SKF bearing manufacturer having maximum axial displacement of ͳǤͷ݉݉ is chosen to design the motorized spindle (SKF General Catalogue, 2008) Acknowledgement This research is supported by DCSELAB and funded by Vietnam National University Ho Chi Minh City (VNU-HCM) under grant number TX2021-20b-01 We acknowledge the support of time and facilities from Ho Chi Minh City University of Technology (HCMUT), VNU-HCM for this study This research is also funded by Department of Science and Technology under grant number 75/2019/HĐ-QPTKHCN References [1] Chase, Kenneth W., Greenwood William H., Loosli, Bruce G., Hauglund, Loren F (1990), "Least cost tolerance allocation for mechanical assemblies with automated process selection", Manufacturing review, Vol No 1, pp 49–59 [2] Chase, K W and Greenwood, W H (1988), "Design Issues in Mechanical Tolerance 317 The 17th International Conference on Intelligent Unmanned Systems (ICIUS2021) August 25th – 27th, 2021, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam Analysis", Manuf Rev, Vol No 1, pp 50–59 [3] Fan, L T; Jing, X R; Zhang, L X; Li, D (2018), "Hybrid modelling for thermal deformation prediction of high speed motorized spindle", IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 399(1) [4] Peter, J (1970), "Tolerancing the components of an assembly for minimum cost", Journal of Engineering for Industry, Vol 93 No2, pp 677-682 [5] Singh, P K., Jain, P K and Jain, S C (2009a), "Important issues in tolerance design of mechanical assemblies Part 1: Tolerance analysis", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 223(10), pp 1225–1247 [6] Singh, P K., Jain, P K and Jain, S C (2009b), "Important issues in tolerance design of mechanical assemblies Part 2: Tolerance synthesis", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 223(10), pp 1249–1287 [7] Speckhart, F.H (1971), "Calculation of tolerance based on a minimum cost approach", Journal of Engineering for Industry, Vol No 1, pp 447–453 [8] Drake, Paul J (1999), "Dimensioning and Tolerancing", the United States of America [9] Spotts, M F (1972), "Allocation of Tolerances To Minimize Cost of Assembly", Journal of Engineering for Industry, Vol 95 No 3, pp 762-764 [10] Tsai, J C and Wu, S R (2013), "Tolerance analysis and re-distribution of a machine tool spindle by negative tolerancing", Procedia CIRP, Vol 10, pp 267–270 [11] Wang, Yue; Li, Lei; Hartman, Nathan W.; Sutherland, John W (2019), "Allocation of assembly tolerances to minimize costs", CIRP Annals, Vol 68 No 1, pp 13–16 [12] Wilde, D.; Prentice, E (1975), "Minimum Exponential Cost Allocation of Sure-Fit Tolerances", Journal of Engineering for Industry, Vol 97 No 4, pp 1395-1398 [13] SKF (2008) "SKF General Catalogue" [14] SKF (2016), "SKF Super-Precision Bearing" 318 ! "#$ " %& & ' $ ! # ()* + , +,)* +- % -, # /0!12#345678%!.#79:# !;

Định dạng
Số trang	417
Dung lượng	33,29 MB