Phát triển cơ cấu ăn dao cho gia công tiện micro ứng dụng cơ cấu đàn hồi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ PHÁT TRIỂN CƠ CẤU ĂN DAO CHO GIA CÔNG TIỆN MICRO ỨNG DỤNG CƠ CẤU ĐÀN HỒI GVHD: PGS TS PHẠM HUY TUÂN SVTH: NGUYỄN MỸ THÀNH VINH NGUYỄN HỮU DƯ SKL011051 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHÁT TRIỂN CƠ CẤU ĂN DAO CHO GIA CÔNG TIỆN MICRO ỨNG DỤNG CƠ CẤU ĐÀN HỒI Giảng viên hướng dẫn: PGS TS PHẠM HUY TUÂN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN MỸ THÀNH VINH MSSV: 18143182 Sinh viên thực hiện: NGUYỄN HỮU DƯ MSSV: 18143074 Lớp: 18143CL4A Khố: 2018 – 2022 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2023 I TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO Độc lập - Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ / năm học 2022 - 2023 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Phạm Huy Tuân Sinh viên thực hiện: Nguyễn Mỹ Thành Vinh MSSV: 18143182 Điện thoại: 0902519719 Nguyễn Hữu Dư MSSV: 18143074 Điện thoại: 0978447541 Mã số đề tài: Tên đề tài: Phát triển cấu ăn dao cho gia công tiện micro ứng dụng cấu đàn hồi Các số liệu, tài liệu ban đầu: 2.1 Tài liệu ban đầu  Peng Yan, Jin-yin Li, Design of piezo-actuated long-stroke fast tool servo mechanism, 2020  Nguyễn Văn Khiển, Nghiên cứu nâng cao độ xác cấu ăn dao dùng cấu đàn hồi, Luận án tiến sĩ, ĐHSPKT, 2022  Jaroslav Hricko, Štefan Havlík, Compliant Mechanisms for Motion/Force Amplifiers for Robotics, pp 28 -31, Institute of Informatics, Slovak Academy of Sciences, Banská Bystrica, Slovakia, 2020  Lê Nguyễn Hoàng Tân, Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số dao động tới q trình gia công tia lửa điện, Luận án thạc sĩ, ĐHSPKT, 2022 2.2 Số liệu ban đầu  Kiểm nghiệm phương pháp gia cơng tiện có hỗ trợ rung động bước gia công tinh với thép C45, dài 220 mm đường kính 50 mm, độ cứng 23HRC  Máy CNC MASCUT 1840, cấp tốc độ quay trục chính, chiều dài trục 170 mm  Mảnh insert tiện tinh DCMT11T304, bán kính mũi dao 0,4 mm, lượng chạy dao 0,1 – 0,3 mm/vòng, tốc độ quay 90 – 290 m/phút Nội dung đồ án:     Tìm hiểu ứng dụng cấu đàn hồi lĩnh vực yêu cầu định vị xác Tìm hiểu tổng quan gia cơng micro Thiết kế chế tạo cấu ăn dao cho gia công tiện micro ứng dụng cấu đàn hồi Xác đinh nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt III  Mục tiêu đạt độ nhám bề mặt từ cấp – 10 tương đương Ra = 0,63 – 0,08 𝜇𝑚  Thực nghiệm cấu Các sản phẩm dự kiến:  Hồ sơ tính tốn, thiết kế  Tập vẽ gia cơng  Mơ hình cấu Ngày giao đồ án: 03/2023 Ngày nộp đồ án: 07/2023 Ngơn ngữ trình Bản báo cáo Tiếng Anh  Tiếng Việt   Trình bày bảo vệ Tiếng Anh  Tiếng Việt  bày: TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẤN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Được phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) IV  LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: PHÁT TRIỂN CƠ CẤU ĂN DAO CHO GIA CÔNG TIỆN MICRO ỨNG DỤNG CƠ CẤU ĐÀN HỒI - GVHD: PGS TS PHẠM HUY TUÂN - Họ tên sinh viên: Nguyễn Mỹ Thành Vinh - MSSV: 18143182 - Địa sinh viên: 25/22 Lê Văn Thọ, Phường 8, Quận Gò Vấp, TP HCM - Email: 18143182@student.hcmute.edu.vn - Họ tên sinh viên: Nguyễn Hữu Dư - MSSV: 18143074 - Địa sinh viên: 861 ấp Cầu Hoà, xã Phong Nẫm, Giồng Trôm, TP Bến Lớp: 18143CL4A Lớp: 18143CL4A Tre - Email: 18143074@student.hcmute.edu.vn Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 07/2023 Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, Ngày … tháng … năm … Ký tên V LỜI CẢM ƠN Trong thời gian đào tạo giảng dạy Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, chúng em học hỏi, tiếp cận trau dồi nhiều kiến thức lĩnh vực khoa học kỹ thuật mà tạo nhiều hội để phát triển kĩ khác tham gia hoạt động xã hội, khả tự học nhiều điều quý giá khác… Đây điều mà thầy cô thân yêu đồng hành với chúng em suốt quãng thời gian qua mong mỏi sinh viên thành cơng sau hồn thành tốt nghiệp Chúng em xin biết ơn không quên điều tốt đẹp mà thầy cô giành cho chúng em Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Phạm Huy Tuân, thầy Đặng Quang Khoa, thầy Nguyễn Văn Khiển, thầy Nguyễn Khắc Huy Những người chèo đị tận tình giúp đỡ chúng em thực đồ án tốt nghiệp, đóng góp ý kiến, hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hồn thành đạt kết tốt đồ án tốt nghiệp nhóm Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến người tạo điều kiện để chúng em hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn Mỹ Thành Vinh – 18143182 Nguyễn Hữu Dư - 18143074 VI ABSTRACT As we begin our journey in the world of science and technology, we cannot forget the importance of the education and training we received at Ho Chi Minh City University of Technology and Education The knowledge and skills we acquired there have been essential in shaping our understanding of the field and have prepared us to take on new challenges in this rapidly evolving industry We are also grateful for the opportunities we had to participate in social activities and develop our self-study abilities These experiences have broadened our perspectives and given us a deeper appreciation for the diverse cultures and traditions of our community We would like to extend our heartfelt gratitude to Mr Pham Huy Tuan, Mr Dang Quang Khoa, Mr Nguyen Van Khien, and Mr Nguyen Khac Huy, whose guidance and mentorship have been instrumental in our success We are also indebted to the boatmen who contributed their ideas and created favorable conditions for us to achieve the best results in our graduation project Finally, we would like to express our sincere appreciation to everyone who supported us in our endeavors and helped us successfully complete our project We are truly grateful for your unwavering support and encouragement Team members Nguyễn Mỹ Thành Vinh – 18143182 Nguyễn Hữu Dư - 18143074 VII TÓM TẮT ĐỒ ÁN PHÁT TRIỂN CƠ CẤU ĂN DAO CHO GIA CÔNG TIỆN MICRO ỨNG DỤNG CƠ CẤU ĐÀN HỒI Thơng qua đề tài nhóm muốn kiểm nghiệm cấu cải thiện q trình gia cơng tiện tinh việc gia cơng chi tiết có thiết kế phức tạp với độ xác cao ln địi hỏi u cầu kỹ thuật khắt khe song song với cần nhiều nguyên công gây tăng giá thành thời gian sản xuất Mục đích đề tài kiểm nghiệm thiết kế cấu đàn hồi có gắn mũi dao tiện để giảm sai số gây ảnh hưởng đến dung sai độ nhám bề mặt gia công so với việc sử dụng dụng cụ tiện thơng thường mà độ xác bị ảnh hưởng sai số lắp ráp sử dụng khớp nối truyền thống, khe hở mịn vít me, ổ lăn…, Bên cạnh đó, việc áp dụng cấu giúp rút ngắn thời gian gia công đạt yêu cầu kỹ thuật so với việc áp dụng quy trình truyền thống gồm nhiều bước như: gia cơng thô, bán tinh tinh máy tiện, cuối nguyên công mài thường sử dụng để đạt độ nhám yêu cầu Trong nguyên công mài cuối này, độ nhám chi tiết cần gia công định Việc áp dụng cấu đàn hồi vào quy trình gia cơng tiện nhằm mục tiêu cải thiện thời gian gia công rút ngắn nguyên công mài cuối cho chi tiết có yêu cầu độ bóng bề mặt cao, cải thiện tuổi thọ cho dao Thiết kế cấu chưa có khả thương mại phần chứng minh cấu có triển vọng tiềm thay đổi cho phương thức quy trình gia cơng cũ thơng qua kết kiểm nghiệm chứng minh chất lượng bề mặt có cải thiện có áp dụng cấu vào gia công Sinh viên thực Nguyễn Mỹ Thành Vinh – 18143182 Nguyễn Hữu Dư - 18143074 VIII MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.2.1 Ý nghĩa khoa học 1.2.2 Thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Kết cấu ĐATN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu cấu 2.1.1 Cơ cấu đàn hồi (CCĐH) 2.1.2 Ưu nhược điểm ứng dụng cấu đàn hồi vào thiết kế 2.1.4 Một số ngành ứng dụng cấu đàn hồi 2.1.5 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 2.2 Thơng số hình học dụng cắt ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 10 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU HÓA CƠ CẤU ĂN DAO 19 3.1 Mục tiêu thiết kế 19 3.2 Tiêu chí thiết kế 19 3.3 Cơ sở thiết kế 19 3.4 Bố trí cấu 21 3.5 Nguyên lý hoạt động 22 3.6 Phân tích tỉ lệ khuếch đại cấu 23 3.7 Tối ưu thiết kế 24 3.7.1 Chú thích gân 24 3.7.2 Trình tự mơ 25 3.7.3 Thiết lập thông số vật liệu (bước 1) 25 3.7.4 Thiết lập biến cần tối ưu (bước 2) 26 3.7.5 Tạo mesh cho CCĐH (bước 3) 27 IX 3.7.6 Thiết lập Fixed Support lực lên CCĐH theo phương Z (bước 4) 28 3.7.7 Thiết lập biên độ cho độ dày gân (bước 5) 29 3.8 Kết mô 29 CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM CƠ CẤU 33 4.1 Các loại thiết bị đo dùng 33 4.1.1 Cảm biến laser KEYENCE LK – G30 33 4.1.2 Máy độ nhám bề mặt 34 4.1.3 Máy lực căng FORCE GAUGE NK-500 35 4.1.4 Máy CNC MASCUT AC 1840 35 4.2 Cấu tạo cấu 36 4.3 Kiểm nghiệm mơi trường phịng thí nghiệm 38 4.4 Kiểm nghiệm máy CNC 43 4.4.1 Sử sụng phương pháp Taguchi để xác định thông số chế độ cho kiểm nghiệm 43 4.4.2 Kiểm nghiệm sơ chế độ cắt máy CNC 45 4.4.3 Kiểm nghiệm CNC có CCĐH lần 48 4.4.4 Kiểm nghiệm CNC cấu ăn dao truyền thống 51 4.4.5 Kiểm nghiệm CNC có CCĐH lần 54 Chương 5: Kết luận đánh giá kết 58 5.1 Kết luận kiểm nghiệm phịng thí nghiệm 58 5.2 Kết luận kiểm nghiệm máy CNC 58 5.3 Hạn chế nghiên cứu 58 5.4 Hướng phát triển 58 X Hình 18: Cán dao mã SDJCR2020K11 dùng cho kiểm nghiệm cấu ăn dao truyền thống Bảng 12: Bảng thông số chế độ cắt kiểm nghiệm cấu ăn dao truyền thống STT Lượng chạy dao (mm/v) Tốc độ quay (v/phút) Độ nhám bề mặt (𝝁𝒎) 0,03 661 1,88 0,06 1156 1.72 0,08 1651 0,71 0,03 1156 1,90 0,06 1651 0,61 0,08 661 2,05 0,03 1651 0,63 0,06 661 1,61 0,08 1156 1,25 52 Hình 19: Kết độ nhám bề mặt kiểm nghiệm cấu ăn dao truyền thống theo chế độ cắt bảng 4.12 STT Lượng chạy dao (mm/v) Tốc độ quay (v/phút) Độ nhám bề mặt (𝝁𝒎) Độ nhám bề mặt (𝝁𝒎) Cơ cấu ăn dao Cơ cấu ăn dao truyền thống có rung động 0,03 661 1,88 2,45 0,06 1156 1.72 3,28 0,08 1651 0,71 5,00 0,03 1156 1,90 1,57 0,06 1651 0,61 5,43 0,08 661 2,05 5,89 0,03 1651 0,63 2,94 0,06 661 1,61 1,89 0,08 1156 1,25 8,25 53 Hình 20: Biểu đồ so sánh kết độ nhám bề mặt cấu ăn dao truyền thống cấu ăn có hỗ trợ rung động So sánh kết độ nhám bề mặt bảng 4.10 4.12 cho thấy chênh lệch hai cấu ăn dao truyền thống cấu ăn dao có hỗ trợ rung động lớn Kết cấu dao truyền thống cho kết ổn định tốt so với có hỗ trợ rung động Nhưng bên cạnh khơng thể kết luận cấu ăn dao tốt số nhân tố ảnh hưởng đến kết độ nhám hai cấu khác nhau, gia cơng thực tế có nhiều nhân tố ảnh hưởng độ nhám bề mặt tính Bản chất cấu mềm có khả chuyển vị khuếch đại chuyển vị độ cứng vững so với cấu ăn dao truyền thống Điều thể qua lần chạy kiểm nghiệm sơ dùng cấu ăn dao ứng dụng CCĐH để tiện thơ Do vậy, thấy thơng số chế độ cắt số 4, kết độ nhám bề mặt cấu ăn dao có hỗ trợ rung động lại tốt cấu ăn dao truyền thống Để cải thiện độ nhám bề mặt với cấu ăn dao có hỗ trợ rung động yêu cầu cần có thơng số chế độ cắt phù hợp khắc khe việc kiểm soát độ ổn định thơng số nhân tố đầu vào khó khăn 4.4.5 Kiểm nghiệm CNC có CCĐH lần  Quy trình mục tiêu kiểm nghiệm Quy trình chuẩn bị phôi giống với lần kiểm nghiệm trước, việc kiểm nghiệm CNC có CCĐH lần kiểm nghiệm thông số chế độ cắt không nằm bảng 4.10 dựa sở phân tích độ ảnh hưởng nhân tố đầu vào nhằm chứng 54 minh độ tin cậy phương pháp Taguchi đánh giá độ ảnh hưởng nhân tố ảnh hưởng đến kết độ nhám bề mặt cấu ăn dao có hỗ trợ rung động Theo kết sau dùng phương pháp Taguchi hình 4.16, ta xác định cần tăng biên độ rung giảm lượng chạy dao, tốc độ quay tần số, bên cạnh nhóm thêm nhân tố chiều sâu cắt Dựa sở nhóm tiến hành kiểm nghiệm thông số theo bảng 4.13 Bảng 13: Thông số chế độ cắt hiệu chỉnh dựa theo phân tích phương pháp Taguchi Tần số (Hz) Lượng chạy dao (mm/v) Tốc độ quay (v/phút) Biên độ 750 0,01 653 0,1 1,68 750 0,01 400 0,1 1,45 750 0,01 400 0,1 1,92 750 0,008 400 0,1 1,23 750 0,008 400 0,025 1,16 STT rung (𝝁𝒎) Chiều sâu cắt (mm) Bảng 14: Kết độ nhám bề mặt sử dụng thông số chế độ cắt theo bảng 4.13 STT Kết 55 Độ nhám bề mặt (𝝁𝒎)  Kết luận Sau thay đổi thơng số chế độ cắt theo phân tích phương pháp Taguchi, kết độ nhám bề mặt tính ổn định kết hoàn toàn cải thiện, chứng minh phương pháp gia cơng tiện micro có ứng dụng cấu đàn hồi nhằm cải thiện độ nhám bề mặt hoàn toàn khả thi tiềm Bên cạnh đó, tăng biên độ rung động kết lại có 56 xu hướng giảm, ngược với phân tích Taguchi nên cần tăng số lượng cấp độ để phân tích lại dãy cấp độ thấp cao biên độ rung động có ảnh hưởng đến độ kết độ nhám bề mặt Hình 21: Biểu đồ kết độ nhám bề mặt sử dụng chế độ cắt hiệu chỉnh theo phương pháp Taguchi 57 Chương 5: Kết luận đánh giá kết 5.1 Kết luận kiểm nghiệm phịng thí nghiệm Việc kiểm nghiệm phịng thí nghiệm vơ quan trọng kết cho thấy độ tin cậy, tính khả thi thiết kế làm sở để tiếp tục tiến hành đến bước kiểm nghiệm thực tế máy CNC Thông qua kết tương đối không chênh lệch so với mô phần mềm ANSYS, tất thông số tỉ lệ chuyển vị, ứng suất tần số có kết chênh lệch 5% Tỉ lệ chuyển vị lớn 27,2𝜇𝑚 sai số mô 4,95%, tần số tự nhiên lớn 1075 Hz sai số với mô 3,3% Thiết kế đáp ứng yêu cầu kĩ thuật mà ta mong muốn Bảng 1: So sánh kết mô thực nghiệm Biến mục tiêu Kết mô phỏng/ Sai số (%) Thực nghiệm Tỉ lệ khuếch đại 2,29 3,05% 2,22 Tần số tự nhiên (Hz) 1039,2 3,3% 1075 Chuyển vị đẩu (𝜇𝑚) 28,5 4,5% 27,2 Chuyển vị đầu vào (𝜇𝑚) 12,4 1,6% 12,2 5.2 Kết luận kiểm nghiệm máy CNC Kết độ nhám bề mặt kiểm nghiệm máy CNC hoàn toàn cải thiện sau thay đổi thông số chế độ cắt dựa sở phân tích nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt phương pháp Taguchi Phương pháp đạt độ tin cậy cao chứng minh cấu ăn dao cho gia công tiện ứng dụng cấu đàn hồi có khả cải thiện độ nhám bề mặt Tuy nhiên, cần tăng cấp độ số nhân tố đầu vào để tìm thơng số phù hợp cho phương pháp 5.3 Hạn chế nghiên cứu Trong q trình thực ĐATN nhóm nhận thấy hạn chế thiết bị rào cản khiến cho việc đảm bảo tính ổn định q trình kiểm nghiệm, kết chưa đạt mục tiêu đề Thiết kế nhiều hạn chế cần khắc phục cụ thể gia công tiện cần xác định mũi dao cao tâm với trục thiết kế nhóm chưa đáp ứng yêu cầu này, nhân tố ảnh hưởng đến kết tổng thể kiểm nghiệm 5.4 Hướng phát triển - Tinh chỉnh thiết kế 58 - Tăng số lượng nhân tố cấp độ phương pháp Taguchi - Tiếp tục kiểm nghiệm tìm thông số chế độ cắt phù hợp 59 Tài liệu tham khảo Tiếng việt [1] Nguyễn Văn Khiển, Nghiên cứu nâng cao độ xác cấu ăn dao dùng cấu đàn hồi, Luận án tiến sĩ, ĐHSPKT, 2022 [2] Phạm Minh Tuấn Phạm Huy Hoàng, Thiết kế mơ cấu ăn dao xác, pp 91 – 97, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, 2013 Tiếng anh [3] Jaroslav Hricko, Štefan Havlík, Compliant Mechanisms for Motion/Force Amplifiers for Robotics, In: Berns, K., Görges, D (eds) Advances in Service and Industrial Robotics RAAD 2019, Advances in Intelligent Systems and Computing, vol 980 Springer, Cham [4] Bilancia P, Baggetta M, Berselli G, Bruzzone L, Fanghella P, Design of a bioinspired contact-aided compliant wrist, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, Volume 67, 2021, 102028 [5] Peter Steutel, Gert A Kragten, Just L Herder, Design of an underactuated finger with a monolithic structure and distributed compliance, Proceedings of the ASME 2010 International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference IDETC/CIE 2010, August 15 – 18, 2010, Montreal, Quebec, Canada [6] Sadique P Muhammed, Rafic M AJAJ, Kamran A Khan, A compliant polymorphing wing for small UAV’s, Chinese Journal of Aeronautics, Volume 33, Issue 10, 2020, pp 2575-2588 [7] Park D, Kim H, Park C, Choi T, Park J and Kim B, Passive compliant module with the displacement measurement sensor and its application for automatic assembly, IFAC PapersOnLine 51-22 (2018) 85–90 Nguồn khác Thông số vật liệu Al7075-T6, https://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=4f19a42be94546b686bbf43f7 9c51b7d ,6/2023 60 Phụ lục 61 62 63 64 65 S K L 0