Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát trong XLPTKN đến sai lệch vị trí của ổ cấp dao trên máy CNC trong điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam

Header Page of 126 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Máy công cụ CNC hệ thống thiết bị điện tử đại, ngày sử dụng phổ biến ngành khí chế tạo Hệ thống thay dao tự động mô đun định mức độ tự động linh hoạt máy CNC Với máy phay CNC cỡ trung, chuyển động đưa ổ cấp dao vào vùng thay dao thường sử dụng cụm xylanh – piston khí nén (XLPTKN) Trong trình thay dao tự động cần phải đảm bảo độ đồng tâm đường tâm gá dao thay với đường tâm trục Sai lệch vị trí XLPTKN chuyển động cấp dao nguyên nhân gây mòn va đập lỗ côn trục máy công cụ CNC, làm giảm độ xác gia công máy Trong trình làm việc XLPTKN tồn lực ma sát trượt (chiếm khoảng 10% - 15% lực truyền động), cản trở chuyển động, gây khó khăn cho việc điều khiển xác vị trí ổn định tốc độ XLPTKN Đặc tính ma sát XLPTKN phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Áp suất p, tốc độ dịch chuyển v, chất lượng bề mặt, vật liệu, môi trường… Việc xác định xác đặc tính ma sát trượt chuyển động tương đối phức tạp, thường phải tiến hành qua thực nghiệm Trên giới có nhiều nghiên cứu đặc tính ma sát XLPTKN, chủ yếu tập trung nghiên cứu vào số yếu tố ảnh hưởng như: Áp suất p, tốc độ dịch chuyển v, chất bôi trơn, vật liệu gioăng làm kín đến lực ma sát XLPTKN Trên thực tế sử dụng, bên cạnh yếu tố yếu tố môi trường có ảnh hưởng đáng kể, đặc biệt môi trường khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa Việt Nam Việt Nam nước có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, với độ ẩm tương đối không khí cao, trung bình hàng năm 80% Gioăng xy lanh – cần piston làm việc điều kiện ma sát trượt chịu ảnh hưởng trực tiếp môi trường không khí Do đó, đặc tính ma sát XLPTKN có thay đổi định phụ thuộc vào thay đổi nhiệt ẩm không khí biến đổi ảnh hưởng đến điều khiển xác vị trí ổn định tốc độ XLPTKN Hiện nay, Việt Nam vấn đề nghiên cứu đặc tính ma sát XLPTKN điều kiện nhiệt ẩm chưa nghiên cứu đầy đủ Chính vậy, đề tài luận án chọn hướng nghiên cứu “Nghiên Footer Page of 126 Header Page of 126 cứu ảnh hƣởng ma sát XLPTKN đến sai lệch vị trí ổ cấp dao máy CNC điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam” Mục đích nghiên cứu luận án Nghiên cứu xác định ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm tương đặc trưng nhiệt ẩm Việt Nam đến đặc tính ma sát XLPTKN, sử dụng ổ cấp dao tự động máy phay CNC cỡ trung Xây dựng mối quan hệ phụ thuộc đặc tính ma sát XLPTKN vào tốc độ dịch chuyển với hai thông số nhiệt độ độ ẩm tương đối biến thiên có đặc trưng khí hậu Việt Nam Xác định sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao máy phay CNC cỡ trung trình thay dao tự động XLPTKN chịu tác động nhiệt ẩm môi trường Việt Nam Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu XLPTKN đầu cần tác động kép có mã hiệu TGC50X150 –S, theo ISO 9001 -2008 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng đặc trưng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa Việt Nam với thông số nhiệt độ độ ẩm tương đối, đến đặc tính ma sát XLPTKN vùng tốc độ dịch chuyển ÷ 100mm/s Nhiệt độ độ ẩm tương đối xác định theo giới hạn đặc trưng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa Việt Nam, nhiệt độ khoảng 150C ÷ 500C, độ ẩm tương đối không khí khoảng 51% ÷ 99% Các nghiên cứu sai lệch vị trí ổ cấp dao máy phay CNC thực điều kiện áp suất khí quyển, có kiểm chứng với điều kiện áp suất làm việc thực tế vùng tốc độ làm việc ổ cấp dao từ 30 ÷ 100mm/s Ý nghĩa khoa học thực tiến đề tài Ý nghĩa khoa học: Kết nghiên cứu đặc tính ma sát XLPTKN sử dụng ổ cấp dao máy phay CNC điều kiện đặc trưng khí hậu nhiệt ẩm Việt Nam bổ sung vào công trình nghiên cứu ảnh hưởng môi trường đến đặc tính ma sát XLPTKN nói chung Xác định phụ thuộc rõ rệt đặc tính ma sát vào hai thông số khí hậu nhiệt độ độ ẩm tương đối tốc độ dịch chuyển thay đổi Footer Page of 126 Header Page of 126 Đặc tính ma sát XLPTKN điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam sở để tính toán điều khiển xác vị trí ổn định tốc độ XLPTKN, dùng thiết bị điện tử nói chung ổ cấp dao tự động máy công cụ CNC nói riêng Xác định nguyên nhân chủ yếu gây mòn lỗ côn trục máy phay CNC với ổ cấp dao tự hành sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao Ý nghĩa thực tiễn Đề tài có tính thực tiễn thời cao máy CNC sử dụng Việt Nam phần lớn nhập từ nước có công nghiệp tiên tiến khí hậu ôn đới Tại Việt Nam, điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, có độ ẩm cao biên độ thay đổi lớn ảnh hưởng đến sai lệch vị trí XLPTKN hệ thống cấp dao tự động máy phay CNC, làm tăng mòn va đập lỗ côn trục máy phay CNC Kết nghiên cứu tiền đề cho nghiên cứu dự báo mòn lỗ côn trục máy công cụ CNC điều kiện Việt Nam để có kế hoạch bảo dưỡng sửa chữa thay phù hợp Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết ma sát, yếu tố ảnh hưởng đến ma sát, tập trung vào ma sát trượt XLPTKN Từ xác định thông số thực nghiệm làm sở cho nghiên cứu thiết kế hệ thống đo, phương pháp đo, thiết kế nguyên lý làm việc cho hệ thống thiết bị thí nghiệm tính toán sai lệch vị trí ổ cấp dao máy phay CNC dùng XLPTKN Nghiên cứu thực nghiệm: Thiết kế chế tạo tích hợp hệ thống thiết bị khảo sát đặc tính ma sát XLPTKN điều kiện nhiệt ẩm thay đổi Tổ chức thực nghiệm xử lý kết khảo sát đặc tính ma sát XLPTKN làm việc điều kiện môi trường nhiệt ẩm, tương ứng với tốc độ dịch chuyển khác Nội dung luận án Nội dung luận án bao gồm: Chƣơng 1: Nghiên cứu tổng quan ma sát xylanh – piston khí nén dùng cho ổ cấp dao máy phay CNC Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết ma sát xylanh – piston khí nén Footer Page of 126 Header Page of 126 Chƣơng 3: Phương pháp, hệ thống thiết bị thực nghiệm khảo đặc tính sát ma sát xylanh – piston khí nén Chƣơng 4: Kết thực nghiệm đánh giá Các kết Luận án xác định đặc tính ma sát XLPTKN tốc độ dịch chuyển thay đổi điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam có dạng đường cong Stribeck Thực nghiệm cho thấy ảnh hưởng nhiệt ẩm đến đặc tính ma sát XLPTKN rõ rệt Ở tốc độ khác lực ma sát tĩnh thay đổi khoảng 30% ÷ 50%, lực ma sát động thay đổi khoảng 36 ÷ 65% nhiệt ẩm biên thiên vùng khảo sát Trên sở thiết lập mô hình toán học cho chuyển động ổ cấp dao máy phay CNC tích hợp XLPTKN, xác định sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao tự động chịu tác động yếu tố nhiệt ẩm môi trường thay đổi Kết nghiên cứu làm sở cho nghiên cứu mòn va đập lỗ côn trục máy công cụ CNC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MA SÁT CỦA XYLANH PISTON KHÍ NÉN DÙNG CHO Ổ CẤP DAO MÁY PHAY CNC 1.1 Ổ cấp dao máy phay CNC hƣ hỏng lỗ côn trục 1.1.1 Ổ cấp dao máy phay CNC 1.1.2 Một số hƣ hỏng liên quan đến trình thay dao tự động máy CNC Yêu cầu thay dao tự động máy phay CNC phải đảm bảo độ đồng tâm trục đường tâm trục gá dao, nhằm hạn chế va đập chuôi dao lỗ côn trục Trên thực tế, trình thay dao không tránh khỏi tượng va đập, gây tượng mòn lỗ côn trục chuôi dao hình 1.7 Hình 1.7Một số dạng hỏng lỗ côn trục bề mặt chuôi dao Footer Page of 126 Header Page of 126 1.1.2.1 Một số nguyên nhân hư hỏng lỗ côn trục Va đập cố; Bụi, phoi cắt; Hệ thống thay dao tự độngAutomatic tool change (ATC); Thay đổi dụng cụ cắt tay 1.1.2.2 Ki m tra m n phần miệng lỗ côn trục Lỗ côn trục mòn gây ảnh hưởng tiêu cực đến độ xác gá lắp chuôi gá dao giảm chất lượng trình cắt gọt suất cắt gọt Tình trạng thường gọi loe lỗ côn trục 1.1.2.3 Đánh giá m n chuôi côn Đánh giá mòn chuôi côn dao phương pháp đánh giá độ sai lệch Hình 1.10:Sự phụ thuộc T.I.R (Total indicator run out- Tổng tuổi thọ dao theo tổng sai sai lệch) đo sai lệch dụng cụ cắt lệch TIR lắp ghép với chuôi gá dao 1.1.2.4 M n chuôi côn gá dao Bề mặt côn bị mòn dẫn tới không đồng tâm lắp chuôi dao, chuôi gá dao vào lỗ côn trục Hiện tượng gọi lệch tâm đảo hướng kính dụng cụ cắt, nguyên nhân aanhr hưởng đến chất lượng bề mặt gia công Một nguyên nhân việc hỏng lỗ côn trục chuôi gá dao không đồng tâm trình thay dao có nguyên nhân sai lệch vị trí dừng cấu đưa ổ cấp dao vào vùng thay dao Đối với ổ cấp dao tự hành dùng hệ thống XLPTKN để đưa ổ cấp dao vị trí thay dao máy CNC V30 việc dừng vị trí để đảm bảo độ đồng tâm lỗ côn trụcchính chuôi côn dao hay gá dao yêu cầu quan trọng 1.2 Vai tr đặc m xylanh – piston khí nén 1.3 Cấu tạo xylanh – piston khí nén 1.4 Phân loại xylanh – piston khí nén Các loại XLPTKN thường sử dụng phận loại theo chức 1.5 Đặc tính làm việc xylanh – piston khí nén 1.6 Đặc m môi trƣờng làm việc máy công cụ CNC Môi trường làm việc máy CNC thê giới Việt Nam có khác biệt: Máy CNC giới đặt môi trường có nhiệt độ Footer Page of 126 Header Page of 126 độ ẩm ổn định, biến đổi (T =0 ÷ 35 ℃,RH < 75%),tránh môi trường bụi bẩn khí ăn mòn Máy CNC Việt Nam bố trí nhà xưởng thông thoáng với môi trường khí Khí hậu Việt Nam có biến đổi nhiệt độ, độ ẩm tương đối lớn nên có ảnh hưởng đến tuổi thọ máy giảm độ xác gia công 1.7 Tình hình nghiên cứu nƣớc đặc tính ma sát xylanh – piston khí nén dùng cho máy CNC Ma sát XLPTKN thực chất ma sát trượt gioăng piston – thành xylanh gioăng - cần piston [19, 22,30, ,31, 32,50, 53, 56, 58] T.Raparelli [58] điều kiện áp suất, lực ma sát tăng theo hàm mũ, lực ma sát XLPTKN giảm piston bôi trơn Lực ma sát khác điều kiện áp suất tốc độ dịch chuyển khác M GAWLIŃSKI [50] mòn gioăng phụ thuộc vào áp lực tiếp xúc độ nhám bề mặt, mòn ổn định toàn chu vi gioăng bán kính trung bình nhấp nhô nằm khoảng ̅ Bashir M Y Nouri [19,22] tiến hành mô hình hóa hệ thống điều khiển vô cấp vị trí sử dụng xy lanh khí nén có kể đến ma sát xy lanh khí nén Trong ma sát dòng chảy khí nén thông số phi tuyến mạnh hệ thống mô với chế độ tiếp xúc ma sát bản: dịch chuyển ban đầu trượt hoàn toàn G Belforte [30] đưa thiết bị đo lực ma sát XLPTKN, chuyển động XLPTKN điều khiển XLTL điều kiện vận tốc, áp suất đường kính xylanh thay đổi Thử nghiệm cho thấy lực ma sát thay đổi tùy theo vị trí xylanh xylanh thông số lực ma sát tăng vận tốc tăng áp suất tăng Chang – Ho [32] bổ sung phụ gia nano oxit đồng (CuO) phụ gia oxit Titan TiO2 vào dầu bôi trơn để giảm ma sát xy lanh khí nén, ma sát tĩnh ma sát động Chang – Ho [31] đề xuất hệ thống đo ma sát tổng cộng xy lanh trạng thái tiếp xúc: Có chất bôi trơn chất bôi trơn dải tốc độ 5mm/s ÷ 200mm/s Kết thực nghiệm cho thấy đặc tính ma sát tĩnh động tuân theo quy luật đường cong Stribeck,khi bôi trơn mỡ, lực ma sát giảm rõ rêt Xuan Bo Tran, Hideki Yanada [55] đưa mô hình thực nghiệm mô hành vi ma sát XLPTKN cách sử Footer Page of 126 Header Page of 126 dụng mô hình LuGre sửa đổi cho thấy có tượng trễ tốc độ thấp, tốc độ cao lực ma sát thay đổi tuyến tính theo vận tốc Các tài liệu [24, 25, 26, 45, 47,48, 49, 51, 52] cho thấy ma sát cặp vật liệu có chuyển động tương tăng lên độ ẩm tương đối giảm Các nghiên cứu chủ yếu nghiên cứu đặc tính ma sát XLPTKN với yếu tố: p,v, chất bôi trơn…nghiên cứu ảnh hưởng môi trường đề cập đến chủ yếu nghiên cứu vùng khí hậu ôn đới 1.8 Tình hình nghiên cứu nƣớc Công trình [10] nghiên cứu đo lực ma sát piston xy lanh khí nén theo nguyên lý dao động để xác định lực ma sát piston xy lanh khí nén Trần Xuân Bộ [17] nghiên cứu khảo sát ma sát XLPTKN giai đoạn dịch chuyển ban đầu điều kiện áp suất khác cho thấy chuyển động piston giai đoạn dịch chuyển ban đầu phi tuyến, áp lực có ảnh hưởng đến kích thước vòng trễ Công trình [3,11] nghiên cứu ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới ẩm Việt nam đến mòn cặp vật liệu, ảnh hưởng mạnh mẽ phức hợp nhiệt ẩm đến mòn cặp ma sát Cho đến chưa có công trình Việt Nam nghiên cứu ảnh hưởng ma sát đến vị trí XLPTKN dùng cho ổ cấp cấpmáy phay CNC điều kiện nhiệt ẩm Việt nam Vì vậy, tác giả chọn đề tài nghiên cứu phù hợp có tính thời khoa học KẾT LUẬN CHƢƠNG I XLPTKN sử dụng phổ biến công nghiệp nói chung máy công cụ CNC nói riêng, chất lượng chuyển động XLPTKN định đến chất lượng hệ thống Hiện nay, XLPTKN dùng hệ thống điện tử nói chung ổ cấp dao máy phay CNC nói riêng Việt Nam thường nhập từ nước Phần lớn nghiên cứu tập trung vào khảo sát đặc tính XLPTKN điều kiện như: Áp suất p, tốc độ v, chất bôi trơn, vật liệu gioăng ảnh hưởng môi trường làm việc (yếu tố nhiệt độ, độ ẩm tương đối) đến đặc tính ma sát XLPTKN đề cập đến Các nghiên cứu độ đảo hướng kính dụng cụ cắt máy phay CNC cho thấy có liện hệ sai lệch vị trí dừng ổ Footer Page of 126 Header Page of 126 cấp dao tự động với hư hỏng lỗ côn trục máy phay Vì vậy, việc nghiên cứu sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao điều kiện nhiệt ẩm nghiên cứu đặc tính ma sát vị trí dừng XLPTKN Luận án tập trung nghiên cứu vào ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới ẩm Việt Nam với hai thông số đặc trưng nhiệt độ: 15 0C ÷ 500C độ ẩm tương đối 51% ÷ 99% đến đặc tính ma sát XLPTKN vùng tốc độ dịch chuyển phù hợp với thiết bị công nghiệp ổ cấp dao máy CNC Trên sở đặc tính ma sát XLPTKN xác định từ thực nghiệm, đưa mô hình tính toán khảo sát sai lệch độ đồng tâm lỗ côn trục đường tâm gá dao thay dao CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MA SÁT CỦA XYLANH – PISTON KHÍ NÉN 2.1 Tổng quan ma sát 2.1.1 Một số khái niệm chung ma ma sát Lực ma sát trượt có xu hướng chống lại (cản trở) chuyển động theo phương tiếp tuyến vật thể tiếp xúc ma sát Đồ thị nguyên tắcbiến thiên lực ma sát theo dịch chuyển biểu diễn hình 2.1 gồm giai đoạn Giai đoạn 1: Giai đoạn dịch chuyển ban đầu OA, lực ma sát Fms tăng từ 0÷ Fmst (giai đoạn khởi động) Hình 2.1Đồ thị nguyên tắc biến Giai đoạn 2: Giai đoạn gián đoạn thiên lực ma sát theo dịch chuyển AA’, lực ma sát giảm đột ngột từ Fmst xuống giá trị Fmsd Giai đoạn 3: Giai đoạn ổn định A’B với giá trị lực ma sát Fmsd 2.1.2 Đặc m tiếp xúc ma sát cặp ma sát trƣợt 2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến cặp ma sát trƣợt Các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát trượt: Vận tốc trượt, áp suất pháp tuyến, chất bôi trơn, nhiệt đô, độ ẩm 2.3 Các lý thuyết tính ma sát cặp vật liệu 2.3.1 Công thức tính hệ số ma sát theo thực nghiệm 2.3.2 Lý thuyết phân tử Footer Page of 126 Header Page of 126 Lý thuyết ma sát phân tử viện sỹ Kragelsky [4] xây dựng cho cách giải thích phù hợp tương tác vật thể rắn điểm tiếp xúc ma sát 2.3.2.1 Đối với đơn tiếp xúc 2.3.2.2 Đối với đa tiếp xúc Hệ số ma sát tổng quát tính theo công thức    f   2 k   2 2  2 1 2 1  0  dh       0,19.Kvf      k 2 1 2 1  Pc     2 1  T   Pc  2 1   2 1 (2.15) 2.4Tính lực ma sát xylanh – piston khí nén 2.4.1 Ma sát gioăng xylanh – piston khí nén Fleisher [29] đưa công thức kinh nghiệm xác định lực ma sát động lực ma sát tĩnh sau: Lực ma sát tĩnh Fmst Fmst  0,67.D (2.21) Lực ma sát động Fmsđ Fmsd  0,4.D (2.22) Trong đó: D: đường kính piston (mm) Một số nhà sản xuất xác định hiệu suất xylanh công thức kinh nghiệm[54]  Trong đó: Frod p.Apiston (2.23) Frod - Lực tác dụng cần piston p - áp suất làm việc Apiston - Diện tích piston Giá trị  nằm khoảng 0.85 -0.9; giá trị  nhỏ xylanh có đường kính nhỏ lớn Thông thường hiệu suất xylanh hàm áp suất 2.4.2Tính hệ số ma sát xylanh – piston khí nén thực nghiệm 2.4.2.1Tính hệ số ma sát cao gioăng – xylanh –pistonkhis nén Tính hệ số ma sát theo công thức (2.19) cho trường hợp bề mặt ma sát gia công tinh có độ nhẵn cao tiếp xúc đàn hồi vó  =2  f   0T    0.597 2.4.2.2 Đặc tính ma sát XLPTKN Sử dụng công thức kinh nghiệm (2.21), (2.22) tính lực ma sát cho XLPTKN Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 Fmst 10  0,67.D  0,67.50  33,5(N) Fmsd  0,4.D  0,4.50  20(N) Trong công thức chưa kể đến yếu tố ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính ma sát XLPTKN thực tế, dựa vào đường kính pitson, kết mang tính định hướng sử dụng KẾT LUẬN CHƢƠNG Trên sở nghiên cứu ma sát với yếu tố ảnh hưởng mô hình tính hệ số ma sát từ đơn tiếp xúc đến đa tiếp xúc cho điều kiện tiếp xúc dẻo, tiếp xúc đàn hồi, lý thuyết ma sát phân tử đưa công thức tính hệ số ma sát cho cặp vật liệu khác Theo lý thuyết ma sát phân tử cần phải xác định số hệ số theo điều kiện thực nghiệm cụ thể Vì vậy, hệ số ma sát xác định có tính định hướng sử dụng vật liệu thực tế Hiện nay, tính lực ma sát XLPTKN sử dụng công thức xác định từ thực nghiệm phụ thuộc chủ yếu vào đường kính piston Do đó, lực ma sát XLPTKN tính có tính định hướng cho việc lựa chọn XLPTKN độ xác chưa cao tính đa dạng kích thước phong phú kết cấu điều kiện làm việc phức tạp Chính vậy, việc xác định xác lực ma sát cho XLPTKN cần phải thông qua thực nghiệm cụ thể Đặc biệt, XLPTKN làm việc điều kiện khí hậu Việt Nam, cần phải thông qua thực nghiệm ảnh hưởng nhiệt ẩm để xác định đặc tính ma sát Kết thu từ thực nghiệm nhiệt ẩm đưa vào mô hình chuyển động ổ cấp dao vào thay dao máy phay CNC, nhằm xác định sai lệch vị trí dừng CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH MA SÁT TRONG XYLANH – PISTON KHÍ NÉN 3.1 Mục đích thí nghiệm Khảo sát đặc tính ma sát XLPTKN điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam, tìm phụ thuộc lực ma sát vào yếu tố nhiệt độ, độ ẩm tương đối môi trường vùng tốc độ khảo sát, sở xác định sai lệch vị trí trình làm việc XLPTKN 3.2 Phương pháp đo lực ma sát Cân lực cần đo với lực đối kháng, kết nối với hệ thống thị cho lực tổng cộng momen tổng chúng không Hiện nay, thường dùng cảm biến lực để xác định lực cần đo Footer Page 10 of 126 Header Page 11 of 126 11 3.3 Thiết kế thiết bị thí nghiệm 3.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu thực nghiệm XLPTKNcó mã hiệu: TGC50x150-S, theo ISO 9001-2008 có thông số sau: D = 50mm, d = 20mm, h =150mm 3.3.2 Thiết bị thực nghiệm đo ma sát XLPTKN 3.3.2.1 Thiết bị tạo môi trường nhiệt ẩm BKNA1 - Nhiệt độ điều khiên: 10 ÷ 500C ± 10C - Độ ẩm tương đối : 50 ÷ 99% ± 2% - Kích thước tủ: 600x500x400mm - Dùng cảm biến nhiệt ẩm SHT11 để nhận biết nhiệt độ độ ẩm - Hệ thống quạt để lưu thông khí tủ - Chức điều khiển: Tăng nhiệt độ thông qua phận gia nhiệt, giảm nhiệt thông qua giàn lạnh, tăng độ ẩm thông qua thiết bị phun ẩm,giảm ẩm thông qua giàn lạnh 3.3.2.2 Thiết bị khảo sát ma sát XLPTKN Hệ dẫn động Hình 3.7Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động cho XLPTKN thiết bị thực nghiệm Hệ thống đo: Hệ thống thành phần cảm biến đo lực thước đo dịch chuyển thẳng kết nối với máy tính thông qua XLSL Các thông số phần tử đo sau: Cảm biến đo lực: LOADCELL GSL- 301A, tải trọng 5kG 100 kG, độ xác 0,02%FS; Thước đo thẳng: DTH –A, độ xác ± 0.1% RO, 100mmcủa hãng Kyowa Phần mềm xử lý số liệu: Toàn trình xử lý số liệu thực nghiệm từ xây dựng chương trình đo, thu thập, xử lý số liệu, đọc lại số liệu hiển thị kết hình thực phần mềm Dasylab 11.0 Giao diện hình hiển thị kết thực nghiệm hình máy tính hình 3.11 bao gồm thông tin sau: 1- Đồ thị lực theo thời gian; Footer Page 11 of 126 Header Page 12 of 126 12 2- Đồ thị hành trình theo thời gian; 3- Đồ thị lực theo hành trình; 4- Hiện thi giá trị đo vị trí mà trỏ Y1, Y2 trỏ đến; Giá trị Max – giá trị lực ma sát tĩnh Fmst Giá trị RMS – giá trị lực ma sát động Fmsd Giá trị dt – thời gian dịch chuyển (thời gian dịch chuyển ban đầu tt, thời gian đạt trạng thái ổn định tđ) Hình 3.11: Màn hình hiển thị kết đo Tổ hợp thiết bị thực nghiệm Hình 3.12 mô tả sơ đồ nguyên lý tổng thể thiết bị thực nghiệm khảo sát đặc tính ma sát XLPTKN Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị khảo sát đặc tính ma sát XLPTKN Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 13 3.4 Quy hoạch tổ chức thực nghiệm 3.4.1 Xác định thông số thực nghiệm Trong thực nghiệm nghiên cứu, số biến đầu vào đặc trưng cho khí hậu nhiệt đới Việt Nam nhiệt độ, độ ẩm tương đối.Thực quy hoạch thực nghiệm (QHTN) toàn phần dạng 2k theo [6,7] cho tốc độ khảo sát Lực ma sát xác định theo thông số ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm tương đối tốc độ dịch chuyển hàm hồi quy có dạng sau: F  b  b T  b RH  b T RH ms 12 Mã hóa biến T, RH, biến x1, x2 tương ứng bảng sau: Sau tìm hàm hồi quy cần kiểm tra mức có nghĩa hệ số theo tiêu chuẩn Student để loại bỏ hệ số nghĩa Kiểm tra tính tương hợp phương trình với thực nghiệm Nếu phương trình không tương hợp tiến hành hồi quy bậc KẾT LUẬN CHƢƠNG Luận án đưa thông số thí nghiêm với hai yếu tố nhiệt độ T (150C ÷ 500C) độ ẩm tương đối RH (51% ÷ 99%) – giới hạn đặc trưng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa Việt Nam Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm khảo sát ma sát XLPTKN BKMS2014 tích hợp với thiết bị tạo nhiệt ẩm BKNA01 2014, thiết bị làm việc đảm bảo yêu cầu đề Phần mềm điều khiển thiết bị xử lý số liệu đo xây dựng tảng Dasylab 11.0 cho phép hiển thị toàn đặc tính ma sát XLPTKN tốc độ khác Qua phân tích kết nghiên cứu công bố thấy cần định hướng quy hoạch phi tuyến bậc cho thực nghiệm khảo sát đặc tính ma sát cho XLPTKN tốc độ khảo sát 30 ÷ 100mm/s Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 14 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Thực nghiệm xác định ảnh hƣởng vận tốc dịch chuy n đến ma sát xylanh – piston khí nén Tổng hợp kết khảo sát lực ma sát tốc độ dịch chuyển bảng 4.1 Bảng 4.1 Lực ma sát XLPTKN theo tốc độ dịch chuyển thực nghiệm Từ số liệu thực nghiện xây dựng mối quan hệ lực ma sát tốc độ dịch chuyển XLPTKN có dạng đường cong Stribeck mô tả hàm toán học sau: Fms = aebv + cedv Lực ma sát tĩnh động vùng tốc độ thấp có giá trị lớn, có xu hướng giảm tăng tốc độ dịch chuyển từ v= ÷ 30mm/s, đạt giá trị thấp v = 25 ÷ 35 mm/s tăng tốc độ dịch chuyển tăng từ v = 35mm/s ÷ 100mm/s 4.2 Thực nghiệm ảnh hƣởng độ ẩm tƣơng đối đến lực ma sát xylanh – piston khí nén Tổng hợp kết khảo sát lực ma sát tương ứng với tốc độ dịch chuyển điều kiện độ ẩm khác bảng 4.2 Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 15 Bảng 4.2: Lực ma sát XLPTKN theo tốc độ dịch chuyển độ ẩm thực nghiệm Từ số liệu thực nghiệm xây dựng xây dựng mối quan hệ lực ma sát tĩnh Fmst, Fmsd độ ẩm tương đối RH tốc độ dịch chuyển khác hình 4.4 hình 4.5 Hình 4.4 cho thấy lực ma sát tĩnh có xu hướng giảm khoảng từ 10 – 16% độ ẩm tương đối tăng từ 51% - 99% tất tốc độ dịch chuyển tiến hành thực nghiệm.Hình 4.5 cho thấy lực ma sát động Fmsd có xu hướng giảm khoảng 14 – 24% độ ẩm tương đối tăng từ 51% - 99% tất tốc độ dịch chuyển tiến hành thực nghiệm Căn vào đồ thị cho thấy lực ma sát tĩnh lực ma sát động chịu ảnh hưởng độ ẩm tương đối, độ ẩm tương đối tăng ma sát giảm, ảnh hưởng độ ẩm tương đối đến ma sát động lớn ma sát tĩnh Từ bảng số liệu 4.2 xây dựng đồ thị thể mối quan hệ lực ma sát – tốc độ dịch chuyển độ ẩm tương đối khác 51%, 75%, 99% hình 4.6 4.7 Căn vào số liệu vùng biến thiên độ ẩm tương đối từ 51% ÷ 99% vùng có độ ẩm tương đối từ 75% ÷99 % có ảnh hưởng lớn so với vùng có độ ẩm tương đối 51% ÷ 75% Điều giải thích ngưng tụ màng ẩm bề mặt cần Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 16 piston, độ ẩm cao dễ tạo màng ẩm ngưng tụ bề mặt cần piston đặc tính ngưng tụ nước gần bão hòa 4.3 Thực nghiệm ảnh hƣởng nhiệt độ đến lực ma sát xylanh – piston khí nén Tổng hợp kết khảo sát lực ma sát tương ứng với tốc độ dịch chuyển điều kiện nhiệt độ khác bảng 4.3 Bảng 4.3:Lực ma sát XLPTKN theo tốc độ dịch chuyển nhiệt độ thực nghiệm Từ bảng số liệu 4.3 xây dựng đồ thị quan hệ lực ma sát (Fmst Fmsđ) nhiệt độ hình 4.9 Đặc tính ma sát XLPTKN nhiệt độ 150C, 32.50C, 500C theo tốc độ dịch chuyển tuân theo dạng đường cong Stribeck Khi Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 17 nhiệt độ tăng từ 15 C÷50 C lực ma sát có xu hướng giảm dần Mặt khác, tăng nhiệt độ 150C ÷ 32.50C lực ma sát giảm nhiều nhiêt độ tăng 32.50C ÷ 500C 4.4 Quy hoạch thực nghiệm ảnh hƣởng môi trƣờng nhiệt ẩm Việt nam đến đặc tính ma sát xylanh – piston khí nén Tổng hợp kết khảo sát đặc tính sát ma sát tương ứng với tốc dộ dịch chuyển điều kiện độ ẩm khác bảng 4.4 Bảng 4.4Tổng hợp thông số đầu vào, đầu kết tổ chức thực nghiệm 0 4.4.1 Xác định hệ số hàm hồi quy lực ma sát tĩnh a Tốc độ dịch chuyển v = 30mm/s Sau thực quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc có hàm hồi quy thực nghiệm ma sát tĩnh theo nhiệt độ độ ẩm tốc độ dịch chuyển 30mm/s sau Fmst(30mm/s) = 14.8901– 0.0827T + 0.1358RH– 0.0013RH2 (4.11) Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 18 Đồ thị thể phụ thuộc ma sát tĩnh theo môi trường nhiệt ẩm Việt nam thể hiển hình 4.10 Hình 4.10:Đồ thị phụ thuộc lực ma sát tĩnh vào môi trường nhiệt ẩm với tốc độ dịch chuyển 30mm/s Hình 4.11: Đồ thị phụ thuộc lực ma sát tĩnh vào môi trường nhiệt ẩm với tốc độ dịch chuyển 50mm/s a Tốc độ dịch chuyển 50mm/s Sau thực quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc có hàm hồi quy thực nghiệm ma sát tĩnh theo nhiệt độ độ ẩm tốc độ dịch chuyển 30mm/s sau Ft(50mm/s) = 17.6463 – 0.0781T + 0.1002RH- 0.0010RH2 (4.12) Đồ thị thể phụ thuộc ma sát tĩnh theo môi trường nhiệt ẩm Việt nam thể hiển hình 4.11 c Tốc độ dịch chuyển v= 100mm/s Fmst(100mm/s) = 21.9854 – 0.0792T + 0.1245RH- 0.0012RH2 (4.13) Đồ thị thể phụ thuộc ma sát tĩnh theo môi trường nhiệt ẩm Việt nam thể hiển hình 4.12 Nhận xét: Lực ma tĩnh XLPTKN chịu ảnh hưởng rõ rệt nhiệt độ độẩm tương đối không khí Căn vào phương trình hồi quy thực nghiệm cho thấy lực ma sát tĩnh giảm T RH tăng Tuy nhiên mức độ giảm giảm theo độ ẩm nhiều hơn Hình 4.12: Đồ thị phụ thuộc lực ma theo nhiệt độ, điều giải sát tĩnh vào môi trường nhiệt ẩm với thích tượng bôi trơn tới tốc độ dịch chuyển 100mm/s hạn xuất bề mặt ma sát Hiện tượng phụ thuộc vào thay dổi chiều dày màng ẩm hình Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 19 thành đọ ẩm tương đối không khí biến thiên Khi T RH cao màng ẩm tạo bôi trơn giới hạn lớn T RH thấp 4.4.2 Xác định hệ số hàm hồi quy lực ma sát động a Tốc độ dịch chuyển v = 30mm/s Sau thực quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc có hàm hồi quy thực nghiệm ma sát động theo nhiệt độ độ ẩm tốc độ dịch chuyển 30mm/s sau Fmsd(30mm/s) = 10.7477 – 0.0594T+0.1478RH -0.0014RH2 (4.16) Hình 4.13Đồ thị phụ thuộc lực ma sát động vào môi trường nhiệt ẩm với tốc độ dịch chuyển 30mm/s Hình 4.14Đồ thị phụ thuộc lực ma sát động vào môi trường nhiệt ẩm với tốc độ dịch chuyển 50mm/s b Tốc độ dịch chuyển v = 50mm/s Hàm hồi quy thực nghiệm ma sát động theo nhiệt độ độ ẩm tốc độ dịch chuyển 50mm/s sau Fmsd(50mm/s) = 15.6835 – 0.08495Z1 + 0.0911Z2 – 0.001Z22(4.17) b Tốc độ dịch chuyển v = 100mm/s Hàm hồi quy thực nghiệm ma sát động theo nhiệt độ độ ẩm tốc độ dịch chuyển 100mm/s sau Fmsd(100mm/s) = 20.9437 – 0.0852Z1 + 0.110Z2- 0.0013Z22 (4.18) Từ đồ thị thấy lực ma sát động chịu ảnh hưởng rõ rệt môi trường Hình 4.15Đồ thị phụ thuộc lực nhiệt ẩm Việt Nam Ở vùng phức ma sát động vào môi trường nhiệt hợp (T = 150C, RH = 51%) lực ẩm với tốc độ dịch chuyển 100mm/s ma sát có giá trị lớn Khi tăng Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 20 nhiệt độ độ ẩm tương đối lực ma sát có xu hướng giảm đạt giá trị nhỏ vùng (T = 500C, RH = 99%) 4.5Ảnh hƣởng lực ma sát đến vị trí XLPTKN cấp dao máy phay CNC 4.5.1 Giới thiệu hệ thống thay dao máy phay CNC 4.5.2 Kết cấu hệ thống thay dao máy phay CNC 4.5.3 Sai số vị trí dừng ổ cấp dao máy CNC Vị trí dừng XLPTKN đưa ổ cấp dao vị trí thay dao chịu ảnh hưởng đặc tính ma sát điều kiện biến thiên nhiệt ẩm Việt Nam Dung sai sai lệch vị trí dừng  ổ cấp dao thể hình 4.18  = Lmax – Lmin (4.20) Trong đó: Lmax: Vị trí dừng Fms nhỏ ứng với vùng (T, RH) cao Hình 4.18Định lượng sai lệch vị trí Lmin: Vị trí dừng ổ cấp dao điều chỉnh ổ cấp dao máy CNC Fms lớn vùng (T, RH) thấp LT – Khoảng hiệu chỉnh vị trí ổ cấp dao Xét trinh dừng ổ cấp dao, phương trình chuyển động ổ cấp dao có dạng sau: Hình 4.19Mô hình chuyển động piston đưa ổ cấp dao vị trí thay dao &= - FL - Fmsd Mx& (4.22) Sử dụng phần mềm Matlab tính sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao máy phay CNC ứng với tốc độ dịch chuyển Xét trƣờng hợp 1: Khi ổ cấp dao mang đủ 20 dao Đồ thị sai lệch vi trí dừng ổ cấp dao ứng với tôc độ dịch chuyển v = 30mm/s, 50mm/s, 100mm/s thê hình 4.20, 4.21, 4.22 Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 21 Hình 4.20Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao tốc độ dịch chuyển v = 30mm/s mang đủ dao Hình 4.21Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao tốc độ dịch chuyển v = 50mm/s mang đủ dao Nhận xét: Từ đồ thị sai lệch vị trí dừng hình 4.20, hình 4.21, hình 4.22 cho thấy ma sát XLPTKN điều kiện biến thiên nhiệt ẩm Việt Nam có ảnh hưởng rõ rệt đến vị trí dừng ổ cấp dao máy phay CNC Sai lệch vị trí dừng có chiều hướng tăng tốc độ dịch chuyển tăng Sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao Hình 4.22Đồ thị sai lệch vị trí dừng máy phay lớn vùng ổ cấp dao tốc độ dịch chuyển v = nhiệt ẩm (T = 50 C, RH = 100mm/s mang đủ dao 99%), sai lệch nhỏ vùng nhiệt ẩm (T = 150C, RH = 51%) Dung sai () sai lệch vị trí tốc độ dịch chuyển 30mm/s, 50mm/s, 100mm/s là: 0.035mm, 0.108mm, 0.387mm Trƣờng hơp 2: Khi ổ cấp dao mang dao Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao máy phay CNC tốc độ dịch chuyển 30mm/s, 50mm/s, 100mm/s thể hình 4.23, 4.24, 4.25 Từ đồ thị sai lệch vị trí dừng hình 4.23, hình 4.24, hình 4.25 cho thấy ma sát XLPTKN điều kiện biến thiên nhiệt ẩm Việt Nam có ảnh hưởng rõ rệt đến vị trí dừng ổ cấp dao máy Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 22 phay CNC Sai lệch vị trí dừng có chiều hướng tăng tốc độ dịch chuyển tăng Sai lệch vị trí ổ cấp dao máy phay CNC lớn vùng nhiệt ẩm (T = 500C, RH = 99%), sai lệch nhỏ vùng nhiệt ẩm (T = 150C, RH = 51%) Dung sai () sai lệch vị trí tốc độ dịch chuyển 30mm/s, 50mm/s, 100mm/s là: 0.066mm, 0.208mm, 0.648mm Hình 4.23Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao tốc độ dịch chuyển v = 30mm/s mang dao Hình 4.24Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao tốc độ dịch chuyển v = 50mm mang dao Nhận xét chung: Từ đồ thị sai lệch vị trí ổ cấp dao trường hợp ổ cấp dao mang đủ dao ổ cấp dao mang dao cho thấy khoảng dung sai phụ thuộc vào đặc tính ma sát môi trường nhiệt ẩm, tốc độ dịch chuyển khối lượng ổ cấp dao Hình 4.25Đồ thị sai lệch vị trí thể bảng 4.13 dừng ổ cấp dao tốc độ dịch Bảng 4.13 Tổng hợp sai lệch vị chuyển v = 100mm mang dao trí dừng ổ cấp dao dừng Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 23 KẾT LUẬN CHƢƠNG Từ kết thực nghiệm xử lý số liệu xác định đặc tính ma sát bao gồm ma sát tĩnh ma sát động biến thiên theo tốc độ dịch chuyển có dạng tương đồng với đường cong Stribeck biểu diễn phương trình (4.1) (4.2) Ở nhiệt độ tăng độ ẩm lực ma sát có xu hướng giảm,tuy nhiên mức độ ảnh hưởng độ ẩm tương đối đến ma sát động mạnh trường hợp ma sát tĩnh Ở độ ẩm tương đối, tăng nhiệt độ môi trường lực ma sát có xu hướng giảm lực ma sát động giảm mạnh ma sát tĩnh Xác định hàm hồi quy lực ma sát phụ thuộc vào yếu tố đặc trưng khí hậu Việt Nam nhiệt độ (T) độ ẩm không khí (RH) phương trình bậc (4.11), (4.12), (4.13), (4.16), (4.17) (4.18) Trên sở thông số ổ cấp dao máy phay CNC xác định sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao sử dụng XLPTKN, sai lệch vị trí dừng có chiều hướng tăng tốc độ dịch chuyển tăng Sai lệch vị trí lớn vùng nhiệt ẩm (T = 500C, RH = 99%), sai lệch nhỏ vùng nhiệt ẩm (T = 150C, RH = 51%) Khoảng dung sai sai lệch vị trí ổ cấp dao sử dụng làm điều chỉnh máy lắp đặt chạy thử máy phay CNC điều kiện khí hậu Việt Nam Để giảm mòn va đập lỗ côn trục chính, lắp ráp điều chỉnh máy cần phải đảm bảo tâm dung sai sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao trùng với đường tâm lỗ côn trục KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ KẾT LUẬN Trong hệ thống thay dao tự động máy phay CNC cỡ trung, sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao vào thay dao nguyên nhân gây mòn va đập lỗ côn trục Với hệ thống thay dao tự động trục máy phay CNC cỡ trung có sử dụng xylanh – piston khí nén nguồn động lực cho chuyển động đưa ổ cấp dao vào vùng thay dao, sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao sai lệch vị trí XLPTKN Ảnh hưởng khí hậu nhiệt ẩm Việt Nam đến đặc tính ma sát XLPTKN rõ rệt Kết thực nghiệm cho thấy đặc tính ma sát thay đổi theo tốc độ dịch chuyển có dạng đường cong Stribeck với giá trị nhỏ khoảng 25÷35mm/s,Đồng thời đặc tính ma Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 24 sát giảm: khoảng 10% ÷ 17% nhiệt độ tăng từ 150C ÷ 500C; Giảm khoảng 14% ÷ 24% độ ẩm tương đối tăng từ 51% ÷ 99% Luận án đưa phương trình (4.1) (4.2) mô tả mối quan hệ Kết từ quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc hai với hai yếu tố đầu vào nhiệt độ (T) độ ẩm tương đối (RH) thực tốc độ làm việc (30mm/s, 50mm/s 100mm/s) XLPTKN cho thấy đặc tính ma sát biến thiên có quy luật cụ thể hóa phương trình hồi quy Định lượng sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao máy CNC vận hành môi trường nhiệt ẩm Việt Nam Sai lệch vị trí dừng phụ thuộc giá trị nhiệt ẩm, tốc độ dịch chuyển ổ cấp dao khối lượng ổ cấp dao Trong vùng tốc độ dịch chuyển khảo sát cho thấy tốc độ dịch chuyển lớn sai lệch vị trí nhiều, sai lệch vị trí lớn vùng nhiệt ẩm (T = 50 0C, RH = 99%), sai lệch nhỏ vùng nhiệt ẩm (T = 150C, RH = 51%) Khoảng hiệu chỉnh vị trí ổ cấp dao xác định bảng 4.13 sử dụng hiệu chỉnh vận hành chạy thử lắp đặt máy phay CNC điều kiện khí hậu Việt Nam Điều hạn chế suy giảm độ xác máy độ chi tiết gia công vận hành Việt Nam KHUYẾN NGHỊ Như vậy, kết nghiên cứu lý thuyết tổ chức thực nghiệm cho thấy nguyên nhân làm mòn va đập lỗ côn trục biến thiên nhiệt ẩm không khí, ổ cấp dao tự động sử dụng XLPTKN làm nguồn động lực Việc định lượng sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam tạo tiền đề sở cho nghiên cứu mòn va đập lỗ côn trục Đây thông số đầu vào cho thực nghiệm mòn va đập lỗ trục Căn vào kết nghiên cứu tiếp tục triển khai nghiên cứu nhằm ước lượng tuổi thọ dự kiến lỗ côn trục Từ có kế hoạch sửa chữa lỗ côn trục cho phù hợp điều kiện khí hậu Việt Nam Footer Page 24 of 126  ... cứu ảnh hƣởng ma sát XLPTKN đến sai lệch vị trí ổ cấp dao máy CNC điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam Mục đích nghiên cứu luận án Nghiên cứu xác định ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm tương đặc trưng nhiệt ẩm. .. dao máy phay CNC 4.5.2 Kết cấu hệ thống thay dao máy phay CNC 4.5.3 Sai số vị trí dừng ổ cấp dao máy CNC Vị trí dừng XLPTKN đưa ổ cấp dao vị trí thay dao chịu ảnh hưởng đặc tính ma sát điều kiện. .. ổ cấp dao vào vùng thay dao, sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao sai lệch vị trí XLPTKN Ảnh hưởng khí hậu nhiệt ẩm Việt Nam đến đặc tính ma sát XLPTKN rõ rệt Kết thực nghiệm cho thấy đặc tính ma sát