Xây dựng phương pháp thiết kế và công nghệ để đảm bảo độ chính xác tiếp xúc của bộ truyền bánh răng côn thẳng có gờ chặn khi gia công trên máy phay CNC tt

PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Với ưu điểm giảm phá hủy ứng suất uốn lên đến 10%, bánh răng thẳng có gờ chặn (BRCG) ứng dụng số ngành công nghiệp sản xuất ô tô, tàu hoả, thiết bị mỏ, vũ trụ, chế tạo máy công cụ thiết bị hàng không Tuy nhiên với kết cấu gờ chặn đầu chân việc gia cơng BRCG bị hạn chế phương pháp gia công truyền thồng là: bào răng, phay răng, mài răng, chuốt răng,… Ngày nay, để giải vấn đề hạn chế gia công bánh phương pháp gia công truyền thống nhà khoa học ngồi nước tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ CNC vào gia cơng bánh Tuy nhiên cơng trình nghiên cứu tồn nhiều vấn đề chưa giải giải chưa triệt để là: đảm bảo độ xác thiết kế, đảm bảo tiêu chí vết tiếp xúc, nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến chất lượng suất gia cơng,… Vì việc nghiên cứu phương pháp thiết kế ảnh hưởng thông số công nghệ gia công máy phay CNC trục đến trình chế tạo BRCG vấn đề cần thiết cấp bách Để giải vất đề này, tác giả lựa chọn đề tài: “Xây dựng phương pháp thiết kế công nghệ để đảm bảo độ xác tiếp xúc truyền bánh thẳng có gờ chặn gia cơng máy phay CNC” Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu a) Mục đích đề tài - Nghiên cứu phương pháp gia công BRCG gia công máy phay CNC trục - Xây dựng giải pháp thiết kế tạo liệu đầu vào cho q trình gia cơng BRCG máy phay CNC phương pháp bám biên dạng - Xây dựng quy trình đánh giá chất lượng gia công BRCG thông số hình học vi mơ kích thước vết tiếp xúc - Xây dựng phương trình thực nghiệm biểu thị mối quan hệ thông số công nghệ (S, F, z) với độ nhám (Ra), sai lệch hình dạng profile (ff) kích thước vết tiếp xúc (bc, hc) truyền BRCG Z11-16 m8 - Xây dựng giải pháp công nghệ để đảm bảo độ xác tiếp xúc gia cơng tinh truyền BRCG Z16-11 m8 máy phay CNC trục b) Đối tượng nghiên cứu - Truyền động BRCG - Kích thước vết tiếp xúc - Chất lượng BRCG gia công máy phay CNC trục c) Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu tạo hình bề mặt dạng bánh răng thẳng (BRCT): BRCG, BRCT có tinh chỉnh không tinh chỉnh - Nghiên cứu chất lượng gia công tinh BRCG máy phay CNC - Nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt cắt tinh BRCG Z16-11 m8 để đạt suất cao kích thước vết tiếp xúc tốt Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài a) Ý nghĩa khoa học - Kết đề tài sở để thiết kế, gia công đánh giá chất lượng BRCG gia công máy phay CNC - Kết đề tài tài liệu để lựa chọn thông số công nghệ cần nâng cao suất chất lượng chế tạo BRCG Z11-16 m8 gia công máy phay CNC trục - Đã xác định mối quan hệ thông số (S, F, z) đến chất lượng truyền BRCG (độ nhám bề mặt, kích thước vết tiếp xúc sai lệch hình dạng profile răng) gia cơng tinh máy phay CNC trục - Kết đề tài sở cho nghiên cứu liên quan như: Nghiên cứu điều chỉnh vết tiếp xúc, nghiên cứu tối ưu hóa q trình gia cơng bánh răng, nghiên cứu vể tinh chỉnh bề mặt bánh côn,… b) Ý nghĩa thực tiễn - Sản phẩm truyền BRCG Z11-16 m8 chế tạo theo kết luận án sử dụng để thay thiết bị nhập ngoại xe có tải trọng lớn mỏ khai thác than lộ thiên tỉnh Quảng Ninh - Sản phẩm phần mềm thiết kế bánh xây dựng luận án ứng dụng để thiết kế truyền BRCG công ty chuyên sản xuất bánh chất lượng cao Cơ khí Hồng Lĩnh - Kết luận án sử dụng vào thực tế sản xuất để đánh giá chất lượng gia công phân tích dự đốn thay đổi vết tiếp xúc gia công BRCG máy phay CNC - Kết toán tối ưu đa mục tiêu tài liệu để lựa chọn thông số gia công tinh máy phay CNC trục gia cơng tinh truyền BRCG Z11-16 m8 Các đóng góp đề tài - Đã xây dựng chương trình tự động tính tốn thiết kế truyền BRCG - Đã xây dựng phương trình xác định sai số thiết kế hình dạng profile đường thân khai - Đã xây dựng quy trình đánh giá chất lượng BRCG máy ZE800 - Đã xây dựng công thức thực nghiệm chế độ gia công với chất lượng vết tiếp xúc BRCG Z11-16 m8 gia công tinh máy phay CNC trục - Đã xây dựng chương trình xác định điểm tiếp xúc truyền BRCT - Kết luận án đưa giải pháp tổng thể thiết kế biện pháp công nghệ để đảm bảo chất lượng thiết kế gia công BRCG Cấu trúc luận án Luận án trình bày gồm chương phụ lục Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu luận án kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết để thu thập thông tin khoa học sử dụng tư khoa học để rút luận điểm khoa học cần thiết cho luận án Cùng với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để làm rõ chất chứng minh quy luật đưa giả thuyết Sử dụng cơng cụ tốn học kết hợp tin học kết thực nghiệm để xây dựng mối quan hệ yếu tố, tìm quy luật biến đổi - Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu truyền động BRCT, từ lựa chọn loại bánh có khả tải lớn BRCG để làm đối tương nghiên cứu Việc nghiên cứu tập trung chủ yếu ảnh hưởng yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chế tạo BRCG biện pháp đảm bảo vết tiếp xúc truyền - Nghiên cứu thực nghiệm chủ động tác động vào yếu tố công nghệ gia cơng cách có hệ thống, thu thập thơng tin đối tượng để rút quy luật biến đổi thông số NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương Tổng quan truyền động bánh côn thẳng 1.1.Vị trí truyền động bánh răng thẳng Truyền động BRCT dạng truyền động đơn giản truyền động bánh côn, truyền BRCT thường sử dụng để truyền chuyển động momen trục giao nhau, thơng thường góc hợp trục () 900 1.2 Phân loại bánh côn thẳng Dựa vào kết cấu đỉnh đáy BRCT mà có: Bánh răng thẳng khơng có gờ chặn (bên trái hình1.6) bánh răng thẳng có gờ chặn (bên phải hình 1.6) Hình 1.6 Bánh răng thẳng có gờ khơng có gờ chặn 1.3 Đặc trưng bánh răng thẳng có gờ chặn Với kết cấu gờ chặn cuối đầu răng, BRCG có khả tải tốt BRCT khơng có gờ chặn thơng số, nghiên cứu Ligata.H Zhang.H.H chứng minh BRCG giảm phá hủy ứng suất uốn từ 8%÷10%[10] Tuy nhiên dạng bánh lại tồn hai nhược điểm lớn là:  Không thể chế tạo phương pháp gia công truyền thống như: phay định hình, bào răng,…mà khơng để xảy tượng phá hủy kết cấu gờ chặn hai đầu  Bề mặt dễ bị phá hủy tượng tróc rỗ bề mặt, nguyên nhân có kết cấu gờ chặn làm cho dung dịnh bơi trơn khó khỏi bề mặt (hình 1.7) 1.4 Các phương pháp gia công bánh côn thẳng 1.4.5 Phương pháp gia công bám biên dạng SSM Phương pháp SSM phương pháp tạo hình bề mặt thơng qua việc gia cơng bề mặt từ liệu số hóa bề mặt cho trước, ưu điểm phương pháp gia cơng bề mặt với loại dụng cụ vạn (dao phay ngón, dao cầu, ) với nhiều chủng loại dải kích thước khác Ngồi việc gia cơng phương pháp SSM khắc phục tượng cắt lẹm chân đầu dụng cụ cắt vào chân gia công máy gia công truyền thống [4] Đặc biệt phương pháp thường ứng dụng để gia cơng bề mặt có tinh chỉnh bề mặt thay đổi hình dạng để tối ưu hóa khả làm việc Ví dụ: Bánh tối ưu hóa chân răng, BRCG Hình 1.14 Mơ tả quy trình gia cơng Theo tiêu chuẩn DIN 8589-3 quy trình chế tạo bánh máy CNC tương đương với tổng hợp hai quy trình chế tạo khác:  Chế tạo khuôn mẫu (Manufacture of moulds and dies): Bởi tương đồng vật liệu, độ cứng cấp xác gia cơng  Chế tạo cánh quạt (Manufacture of impellers): tương đồng hình học 1.4.5.1 Quá trình tạo liệu đầu vào Quá trình chế tạo bánh máy phay CNC đòi hỏi người thiết kế phải cung cấp biên dạng hình học cần gia công dạng tọa độ (CAD System) Các biên dạng hình học xây dựng cách sử dụng phần mềm chuyên dùng thiết kế bánh như: Kisssoft, WZL gear toolbox, ZAKgear,,… sử dụng sở lý thuyết tạo hình để xây dựng theo phương pháp thủ cơng Hình 1.15 cho trình cần thiết để xây dựng nên liệu đầu vào cho trình gia công bánh máy phay CNC DIN AGMA ISO Gear data Gear Geometry Correction of Gear geometry CAD/CAM System NC Code Correction of tool length and diamẹter Gear Measurement Hình 1.15 Lưu đồ trình tạo liệu đầu vào 1.4.5.2 Quá trình lựa chọn dụng cụ cắt Đối với việc gia công bánh máy phay CNC, q trình gia cơng khuyến khích chia làm giai đoạn là: Cắt thô Cắt bán tinh  Cắt tinh Ứng với giai đoạn nên dùng loại dụng cụ khác Để trình gia cơng ổn định, đường kính dụng cụ cắt nên lớn tốt độ dài dụng cụ ngắn tốt Tuy nhiên kích thước hình dạng bị hạn chế yếu rố: khả cơng nghệ, hình dáng hình học bánh phương pháp gá đặt 1.4.5.3 Quá trình xử lý tham số Để đưa quy trình gia công bánh máy phay CNC cần đặc biệt quan tâm tới bước xác định tham số: Lineness, Trajectory Indexing procedure [11]: Hình 1.16 Các phương án hướng dịch chuyển dụng cụ  Trajectory (Hướng dịch chuyển dụng cụ): Tham số sử dụng để xác định quỹ đạo dịch chuyển dụng cụ cắt tạo hình bề mặt (hình 1.16) Quỹ đạo dịch chuyển dụng cụ cắt chia làm ba phương pháp với đặc trưng khác nhau: (1) Theo hướng profile răng; (2) Theo hướng bề rộng (đối với BRCT theo hướng vng góc với hướng profile răng) (3) Theo hướng chéo Hình 1.17 Các phương án chia lượng dư  Lineness (Lượng dịch dao): Tham số ảnh hưởng lớn đến thời gian gia công phân bố độ nhám bề mặt gia công Với tham số ổn định cấu trúc bề mặt (độ nhám đồng toàn bề mặt răng) cách điều chỉnh bước tiến dụng cụ cắt không đổi theo chiều dọc biên dạng (S=const) Để cấu trúc bề mặt thay đổi đồng biến điều chỉnh bước tiến dao không đổi theo chiều sâu cắt dọc biên dạng (z = const) để bề mặt có cấu trúc tự khơng ràng buộc đại lượng dịch chuyển vào hướng profile (hình 1.16) Hình 1.18 Các phương án dịch chuyển dụng cụ  Indexing procedure(Chế độ đường chạy dao): Trong gia công bánh máy CNC lựa chọn hai phương pháp cắt là: cắt cắt tất chiều sâu cắt Nếu sử dụng chế độ cắt theo (steady indexing) rút ngắn thời gian gia công gây sai số tích lũy đầu cuối; Cịn sử dụng chế độ cắt tất chiều sâu (unteady indexing) trình gia cơng loại bỏ sai số tích lũy kéo dài thời gian gia cơng Ngồi lập trình gia cơng lựa chọn kiểu gia cơng có đinh vị (NP) khơng có định vị (NNP) cho q trình gia công Qua nghiên cứu đặc trưng phương pháp gia cơng BRCT nói chung, kết luận rằng: việc gia công BRCG khả thi phương pháp gia công bám biên bề mặt với ưu điểm phương pháp gia công độ linh hoạt cao cho chất lượng gia công tốt Qua nghiên cứu, xây dựng q trình gia công BRCG phương pháp SSM máy phay CNC trục với bước theo thứ tự sau: (1) Xác định thông số BRCG; (2) Xây dựng biên dạng theo yêu cầu thiết kế; (3) Lựa chọn vật liệu gia công; (4) Lựa chọn máy dụng cụ gia cơng theo thơng tin hình học; (5) Lựa chọn tham số gia công (Lineness, Trajectory Indexing procedure); (6) Xử lý liệu CAM; (7) Kết xuất tới máy phay CNC (8) Đo kiểm đánh giá chất lượng 1.8 Tổng quan tình hình nghiên cứu Qua phân tích đánh giá cơng trình nghiên cứu có liên quan đến luận án, tác giả nhận thấy việc nghiên cứu BRCT chủ yếu nghiên cứu nhà nghiên cứu nước, nghiên cứu BRCT nước cịn hạn chế Chủ yếu việc thiếu tài liệu trang thiết bị chuyên dùng để phục vụ nghiên cứu Gần nghiên cứu áp dụng phương pháp gia công bánh máy phay CNC trục bước phổ biến giới Các nghiên cứu có liên quan đến chế tạo BRCG máy phay CNC trục chủ yếu tập trung vào lĩnh vực sau: *) Các nghiên cứu tạo hình bề mặt bánh côn thẳng tác giả S.Khalilpourazary, A.Dadvand, T.Azdast, [7], N Hur, M Park, H.W.Lee [13], S.H.Chang, John J.Coy, R L Huston [14], Cihan Ozil [15], Y.C.Tsai, P.C.Chin [6] *) Nghiên cứu đặc trưng bánh có vai chặn tác giả Ligata H, Zhang H.H [10], Hermann J Stadtfeld [9] *) Nghiên cứu ứng dụng gia công CNC vào gia công bánh F Klocke, M Brumm, J Staudt [11], K Kawasaki, K Shinma [16, 17], C.Ozil, A.Nan, L Ozler [18] *) Nghiên cứu đặc trưng vết tiếp xúc gia công bánh tác giả Nguyễn Hồng Sơn [19], Faydor L.Litvin, Jiao Zhang [20], M.Kolivand, H.Ligata, G.Steyer, K Bennedict, Fui Chen [21] Hướng nghiên cứu đề tài Từ kết nghiên cứu phân tích tác giả nhận thấy, với hướng nghiên cứu tập trung xây dựng phương pháp thiết kế công nghệ để đảm bảo độ xác tiếp xúc cho truyền BRCT có gờ chặn gia cơng máy phay CNC trục có tính thời cao Mục tiêu luận án tập trung giải việc đảm bảo thiết kế công nghệ để thỏa mãn yêu cầu độ xác tiếp xúc thiết kế đồng thời nâng cao chất lượng bề mặt suất gia công với phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm gia công Kết luận chương 1 BRCG có khả tải tốt so với BRCT khơng có gờ việc gia công BRCG phương pháp gia công truyền thống mà không phá hủy kết cấu gờ chặn bất khả thi Để gia cơng BRCG phương pháp gia công SSM máy phay CNC trục phương pháp khả thi,có tính linh hoạt đem lại chất lượng cao Quy trình gia cơng BRCG máy phay CNC trục cần tuân theo bước chính: Tạo liệu đầu vào, lựa chọn dụng cụ gia công xử lý thông số Hướng nghiên cứu xây dựng phương pháp thiết kế công nghệ để đảm bảo độ xác tiếp xúc cho truyền BRCG gia công máy phay CNC trục hợp lý Chương Đánh giá chất lượng bánh răng thẳng qua thơng số hình học vết tiếp xúc 2.1 Đánh giá chất lượng bánh qua thơng số hình học Để đơn giản hóa q trình này, số thơng số lựa chọn để đánh giá bánh côn thẳng chia làm loại [24]:  Thơng số kích thước thơng số vĩ mơ  Thông số vi mô 2.1.2 Thông số vi mô Hình 2.3 Sơ đồ lỗi vi mơ ảnh hưởng chúng đến khả làm việc Thông số vi mơ có hai loại thơng số là: Thơng số hình dạng thơng số vị trí Sự ảnh hưởng sai số đến khả làm việc của bánh thể rõ hình 2.3 Các ngun nhân gây sai số thông số vi mô là: rung động hệ thống công nghệ, khuyết tập dụng cụ máy gia công, biến dạng dẻo vật liệu, ảnh hưởng thông số công nghệ gia công, … Đối với BRCG việc kiểm tra giá trị sai lệch hình dạng thơng số vĩ mơ vi mơ phương pháp vật lý khó xác thay đổi modul suốt chiều dài đường sinh Việc kiểm tra cần thực máy có trang bị thiết bị đo chuyên dung nên kiểm tra cách mặt đáy 60% chiều rộng 2.1.3 Kiểm tra BRCG máy ZE800 Như trình bày nội lựa chọn modul kiểm tra modul (mdo) có giá trị xác định theo công thức: 0.6 B (2.4) mdo  m(1  ) L Hình 2.19 Vị trí đầu đo đo pitch 10 *) Đối với kiểm tra sai số pitch: Việc đo kiểm sai số pitch kiểm tra bánh trụ thẳng với modul quy đổi: mdo (2.5) m  qd Cos( ) Hình 2.20 Vị trí đầu đo đo profile *) Đối với kiểm tra sai số profile: Việc đo kiểm profile tiến hành theo cách: Chúng ta gá bánh nghiêng góc có giá trị 900 trừ góc chia bánh () Hình 2.21 Vị trí đầu đo đo lead *) Đối với kiểm tra sai số lead: Việc kiểm tra sai số lead bánh côn thẳng kết hợp phương pháp đo profile với trục xoay trục A theo thơng số góc nghiêng bề mặt góc nghiêng đầu () xác định bảng 1.1 2.2 Đánh giá chất lượng bánh răng thẳng qua tiêu chí vết tiếp xúc Việc kiểm tra chất lượng bánh côn thẳng khó thực thơng qua đo kiểm kích thước riêng biệt hình dáng bề mặt khơng đồng Do kiểm tra chất lượng truyền bánh côn thẳng, sở sản xuất thường kiểm tra chất lượng chúng thông qua chất lượng vết tiếp xúc điều kiện làm việc tải trọng nhẹ [27, 28] 11 2.2.3 Yêu cầu kỹ thuật vết tiếp xúc Theo tiêu chuẩn JISB1741, để đánh giá chất lượng vết tiếp xúc truyền BRCG cần đánh giá thông qua tiêu: Vị trí tâm vết tiếp xúc diện tích bao phủ vết tiếp xúc [2831] Hình 2.25 Kích thước vết tiếp xúc bánh Trong vị trí tâm tiếp xúc lý tưởng giao điểm đường lăn với biên dạng profile vị trí cách bề mặt đáy lớn 60% chiều dày Đối với diện tích bao phủ vết tiếp xúc, người ta sử dụng số là: Chiều cao vết tiếp xúc (bc) chiều dài vết tiếp xúc (hc) bảng 2.1 Bảng 2.1: Tỷ lệ phần trăm vết tiếp xúc bánh răng thẳng Cấp xác Tỷ lệ phần trăm vết tiếp xúc Vết tiếp Bánh côn % theo bề % theo chiều sâu xúc (JIS B1702) rộng bánh 1, A  50%  40% 3, B  35%  30% 5, C  25%  20% - % vết tiếp xúc theo chiều sâu xác định: (bc/be).100% - % vết tiếp xúc theo bề rộng xác định: (hc/he).100% 2.2.5 Ứng dụng Matlab để xây dựng vết tiếp xúc Hình 2.30 Biên dạng truyền bánh Matlab 12 Ứng dụng Matlab để giải phương trình (2.16) cho cặp BRCG Z11-16 m8 cho ta kết biên dạng hình 2.30 Giải hệ phương trình (2.22) với điều kiện giữ nguyên biên dạng bánh theo tiêu chuẩn điều chỉnh biên dạng bề mặt bánh với đại lượng  ta thu kết điểm tiếp xúc ban đầu hình 2.33 Hình 2.33 Mơ tả tiếp xúc hai bề mặt Thông qua kết chạy mô nhận thấy thay đổi biên dạng bề mặt theo sai số đầu vào vết tiếp xúc có xu hướng thay đổi theo quy luật là: Khi sai số  dương vết tiếp xúc có xu hướng dịch đầu ngược lại sai số góc  âm vết tiếp xúc có xu hướng dịch chuyển chân 2.2.6 Tinh chỉnh bề mặt để nâng cao tiếp xúc Trong sản xuất lý tưởng sản xuất sản phẩm khơng có khuyết tật hình dạng Tuy nhiên gia công bánh việc tránh khỏi, kể việc gia cơng đạt độ xác theo lý thuyết chất lượng truyền bị ảnh hưởng khả đàn hồi vật liệu làm bánh độ lệch làm việc tải trọng bánh gây Ngoài ra, điểm bắt đầu điểm kết thúc ăn khớp nguyên nhân 13 gây nên thay đổi nhanh chóng tải trọng Vì lý để tránh thiếu sót người ta thường cố tình làm sai hình dạng gọi tinh chỉnh bề mặt Hình 2.35 Tinh chỉnh theo phương Đối với bánh côn thẳng phương pháp tinh chỉnh bề mặt để nâng cao chất lượng vết tiếp xúc thường áp dụng phương pháp: Sửa đổi theo dạng tang trống (hình 2.35) sửa đổi profile đồng theo chiều rộng (hình 2.36) Hình 2.36 Tinh chỉnh theo profile Kết luận chương Đã xây dựng quy trình đánh giá chất lượng BRCG máy ZE800 Qua làm sở để đánh giá độ xác quy trình chế tạo BRCG máy phay CNC trục theo phương pháp SMS nghiên cứu chương Đã xây dựng công cụ xác định thay đổi điểm đầu tiếp xúc lý thuyết truyền BRCT phần mềm Matlab Với công cụ xây dựng được, tác giả chứng minh ảnh hưởng sai lệch hình dạng đến chất lượng vết tiếp xúc truyền BRCG, qua làm sở lý thuyết để lựa chọn thông số đầu vào để nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến chất lượng sản phẩm nội dung chương Đã nghiên cứu phương pháp đánh giá chất lượng BRCG thông qua vết tiếp xúc để làm sở lý thuyết xây dựng mối quan hệ chúng 14 Nghiên cứu dạng tinh chỉnh bề mặt để nâng cao chất lượng tiếp xúc BRCG để làm sở thiết kế phần mềm tự động thiết kế BRCT nội dung chương Chương Xây dựng phần mềm thiết kế truyền bánh côn thẳng có gờ chặn 3.2.1 Xây dựng chương trình tính tốn thiết kế liệu 2D Hình 3.14 Thứ tự thành lập vẽ Quá trình xây dựng vẽ 2D mơ tả hình 3.14 trình tự chi tiết trình xây dựng vẽ chi tiết mơ hình 2D chương trình ADP thể lưu đồ thuật tốn hình 3.13 với bước sau: (1) Đầu tiên chương trình nhận giá trị thông số đầu vào kiểm tra điều kiện tiên chúng; (2) Sau chương trình sử dụng cơng thức bảng 1.1 để tính tốn tọa độ điểm đặc biệt bảng 3.1; (3) Sử dụng câu lệnh vẽ để liên kết điểm lại với theo quy luật định sẵn; (4) Thiết lập đối tượng vẽ (5) Xây dựng khung ghi thông số 3.2.2 Xây dựng chương trình tính tốn thiết kế liệu 3D 3.2.2.1 Xây dựng thuật toán xác định số lượng điểm cần thiết tạo đường thân khai 15 Theo hình 3.16, gọi i khoảng cách lớn điểm nằm cung tròn thân khai Pi Pi1 đến đường thẳng (c) qua hai điểm Pi Pi+1, i khoảng cách đường thẳng (c) với đường thẳng tiếp tuyến cung tròn Pi Pi1 thỏa mãn điều kiện song song với (c) đường thân khai đường khả vi Hình 3.16 Sai lệch profile cực đại Sử dụng tốn học giải tích ta xác định sai lệch cực đại i: (3.13) Y Y Y Y Y Y {r0  [arctg ( i  ( i 1 i X i 1  X i )]2 sin[arctg ( i 1 i X i 1  X i ) i 1 i X i 1  X i ] Yi 1  Yi Y Y Y Y Y Y Y Y ).r0  [arctg ( i 1 i )]2 cos[arctg ( i 1 i )  i 1 i ]  Yi  i 1 i X i } X i 1  X i X i 1  X i X i 1  X i X i 1  X i X i 1  X i ( Yi 1  Yi ) 1 X i 1  X i Từ giá trị I xác định số lượng điểm cần thiết xây dựng đường thân khai với sai lệch cho phép Hình 3.23 Q trình xây dựng mơ hình 3D Trình tự xây dựng liệu mơ hình 3D trình bày rõ lưu đồ thuật tốn hình 3.21 Q trình xây chia làm giai đoạn: 16  Giai đoạn 1: Xây dựng rãnh  Giai đoạn 2: Xây dựng thân bánh hợp khối Giai đoạn hiểu sau: Đầu tiên xác định tọa độ (Xi,Yi) điểm thuộc biên dạng ứng với modul m m’ theo công thức (1.28) Sau thu ma trận điểm biên dạng xoay ma trận điểm theo góc  quanh trục X với cơng thức (3.16) Sau đối xứng chúng qua trục X theo phép nhân ma trận Sau dịch chuyển biên dạng lớn vị trí I hình 3.23a thay đổi từ tọa độ chiều chiều Giai đoạn 2: Trong mặt phẳng OXY ta dựng thân với tọa độ điểm xác định bảng 3.1 3.2 Sau sử dụng phép xoay theo trục X góc 90 độ với ma trận A, sau dùng lệnh REVOLVE để thu thân bánh Cuối ta xây dựng kích thước lỗ then then hoa có hình 3.23b 3.4 Ứng dụng phần mềm để gia công BRCG Z11-16 m8 Với kết thu từ chương trình ADP tính tốn theo bảng thơng số 3.4 Chúng ta tiến hành gia công truyền BRCG Z1611 m8 theo quy trình nghiên cứu chương kiểm tra độ xác chế tạo theo nội dung nghiên cứu chương sau: + Phương pháp gia công: SSM với hướng chạy dao chéo profile, lượng dịch dao với z = const chế độ chạy dao chế độ NNP + Máy gia công: máy phay CNC trục TONADO HCMC-11000 + Dụng cụ gia công: Dao cắt thơ dao phay ngón hợp kim 5, dao phay bán tinh dao phay ngón 4 dao phay tinh dao phay cầu R2 (Quá trình gia cơng có sử dụng dung dịch tưới nguội) + Chế độ gá đặt: Trong gia công chi tiết gá song song với bàn máy để hạn chế sai lệch bước đo kiểm gá nghiêng góc để mặt phẳng chứa profile song song với bàn máy đo kiểm (hình 3.28) Hình 3.28 Gá đặt gia công đo kiểm bánh 17 Sau gia công xong (thời gian gia công khoảng 280 phút/1 Z16-11m8) tiến hành đo kiểm thu kết kiểm tra độ xác kích thước vi mơ theo tiêu chuẩn DIN sau:  Sai lệch profile đạt độ xác cấp với ff = 8.7 m  Sai lệch Lead đạt xác cấp với f =2.9m  Sai lệch pitch đạt xác cấp với Fp =4.4m  Độ nhám trung bình hai bề bên trái phải Ra = 0.334 m, Ra = 0.195 m Độ xác kích thước vết tiếp xúc theo tiêu chuẩn JIS sau:  Chiều rộng vết tiếp xúc đạt 18.60 mm tương đương với 62%  Chiều dài vết tiếp xúc đạt 4.88 mm tương đương với 43% Đạt xác cấp (theo JIS) Kết luận chương Đã xây dựng chương trình APD tự động tạo sở liệu đầu vào cho q trình gia cơng BRCG sử dụng phương pháp gia công SSM theo tiêu chuẩn DIN Đã xây dựng phương trình xác định sai số thiết kế hình dạng profile thiết kế BRCT phương pháp số hóa, qua xây dựng phương pháp đảm bảo độ xác sai lệch profile thiết kế BRCG đồ họa Kết gia công thử nghiệm cho thấy: Với phương pháp gia cơng BRCG lựa chọn sai lệch hình dạng profile có ảnh hưởng lớn đến cấp độ xác chế tạo BRCG Thời gian gia công cho bánh Z16-11m8 gia công máy phay CNC với chế độ công nghệ bảng 3.6 tương đối lớn (xấp xỉ 280 phút) Việc ảnh hướng lớn đến tính kinh tế phương pháp để giải vấn đề cần nghiên cứu tối ưu hóa chế độ gia cơng để giảm thiểu thời gian gia công đảm bảo tiêu chí chất lượng Chương Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt bánh côn thẳng máy phay cnc 18 4.2.2 Quy trình thực tối ưu hóa đa mục tiêu Quy trình thực việc tối ưu hóa thơng số cơng nghệ gia cơng trình bày cụ thể lưu đồ hình 4.9 Để hỗ trợ cho việc xử lý số liệu, xây dựng mơ hình hồi quy giải tốn tối ưu cách có độ tin cậy cao, tác giả sử dụng phần mềm SIMULIA iSight hãng Dassault Systèmes Simulia Thay đổi mơ hình loại bỏ kết sai lệch No Nghiên cứu sở lý thuyết Xác định thông số công nghệ Đo kiểm thông số Quy hoạch thực nghiệm để lấy số liệu Lựa chọn xây dựng hàm hồi quy Xây dựng giải toán tối ưu Kiểm tra độ tin cậy mơ hình Yes Phân tích diễn giải kết Hình 4.9 Quy trình thực tối ưu hóa đa mục tiêu 4.2.2 Phương pháp thực Hình 4.11 Sơ đồ thiết kế thí nghiệm Chế độ gia cơng: Trajectory: Theo hướng chéo profile; Lineness: Chế độ z = const; Indexing procedure: Chế độ NNP Giái hạn miền thông số nghiên cứu: Tốc độ quay trục chính: 10000vịng/phút S 6000vòng/phút; Bước tiến dao: 2200mm/phút  F  550mm/phút; Chiều sâu cắt dọc: 0.2mm  z  0.05mm Thiết bị đo độ nhám bề mặt máy SurftestSJ-301 theo phương pháp đo độ nhám vng góc với phương gia cơng 19 Hình 4.14 Quá trình đo nhám máy SurftestSJ-301 Máy dùng để kiểm tra sai lệch hình dạng profile máy ZE800 Vết tiếp xúc thu thập thông qua máy chuyên dùng 5A725 Dụng cụ để gia công tinh dao phay cầu R2 với hai lưỡi cắt có ký hiệu GSBNH202003506 hãng NACHI Nhật Bản Các biến thiết kế thí nghiệm xây dựng hình 4.19 Hình 4.19 Quan hệ biến đầu vào Sau thực nghiệm để xử lý thông số theo thiết kế thí nghiệm, thu phương trình hồi quy quan hệ biến đầu vào đáp ứng đầu sau: Giữa độ nhám bề mặt Ra với thông số (Z, S, F): Ra  1.006510 - 0.573373X +0.000316X - 0.000211X + 6.75X 12 -3.305785.108 X 22 +1.068359.108 X 32  0.005079X X +5.678838.105 X X (4.29) -2.410197.108 X X Giữa sai lệch hình dạng profile ff với thơng số (Z, S, F) f fa  3,808333+ 22.406132X  0.001618X -0,000372X - 48,749999X 12 - 2,789256.107 X 22  2,656249.108 X 32  0.002272X X - 0.000518X X -1,385129.107 X X Giữa chiều dài vết tiếp xúc bc với thông số (Z, S, F) 20 (4.30) bc  17.423437  76.620435 X - 0.004051X + 0,0023003X + 185X 12 + 9,917355.107 X 22 - 1,095703.107 X 32  0,000795X X - 0,001484X X (4.31) -4,685904.108 X X Giữa chiều rộng hc vết tiếp xúc với thông số (Z, S, F): hc  7.944791-18.054307X -0.003445X + 0.000614X - 33,75X 12 + 7.128099.107 X 22 -3.164062.108 X 32  0.0015909X X + 0.000199X X (4.32) -5.977613.108 X X Trong đó: X1 - Là chiều sâu cắt dọc; X2 - Là bước tiến dung cụ X3 - Là tốc độ quay trục Từ phương trình hồi quy thu có kết quan hệ định dạng contour 3D thơng số sau: Hình 4.26 Đồ thị quan hệ ffa với S F chế độ Z= 0.05mm Hình 4.33 Đồ thị quan hệ bc với S F chế độ Z= 0.05 mm Hình 4.39 Đồ thị quan hệ hc với Z F chế độ S=6000v/p 21 Hình 4.48 Đồ thị quan hệ Ra với Z S chế độ F= 550mm/p 4.2.4 Tối ưu hóa toán Với kết đạt được, thấy muốn đạt kích thước vết tiếp xúc tốt chiều sâu cắt dọc phải bé Tuy nhiên chiều sâu cắt dọc bé làm cho quãng đường dịch chuyển dụng cụ gia công tăng, điều đồng nghĩa với việc thời gian gia công lớn Việc gây xung đột lợi ích chất lượng với suất gia công Để giải vấn đề cách hợp lý nên đưa tốn tối ưu hóa đa mục tiêu với nhiệm vụ riêng biệt Trong hợp lý tốn tìm cực đại giá trị (bc, hc, F, Z) với điều kiện Ra ff phải thỏa mãn yêu cầu độ bóng cấp xác gia cơng Bài tốn miêu tả theo dạng tìm  = [z, S, F] để:  Tối thiểu hóa thời gian gia cơng (tối đa hóa z tối đa hóa F);  Tối đa hóa vết tiếp xúc (cực đại lc cực đại hc) Đồng thời thỏa mãn điều kiện: Ra  [Ra], ff  [ff]6000  S  10000, 550  F  2200 0.05  Z  0.2 Để giải toán sử dụng thuật tốn NSGA-II để tìm kết tối ưu, sau chạy thuật tốn với tham số (20-20-0.9-1020) khơng có ràng buộc kết nhận thơng số gia cơng tối ưu hình 4.50 Hình 4.50 Đồ thị Pareto tối ưu trường hợp không ràng buộc Trong trường hợp cần chế tạo truyền có độ nhám bề mặt Ra  0.63m độ xác hình dạng profile đạt cấp cấp (ffa  6m) loại bỏ điểm không khả thi (những điểm nghiệm màu đỏ hình 4.51) chương trình đề xuất nghiệm lượt chạy thứ 2352 với (Z=0.058 mm, F=1818 mm/p, S=9102 v/p) cho ta kết dự đoán (bc=19.90 mm, hc=5.35 mm, ffa=3.44 m, Ra =0.542 m) Chạy thử thông số đề xuất thu dược kết 22 thực sai lệch với thơng số tính tốn là: bc 7%, hc 6%, ff 3% Ra 6% Sai lệch chấp nhạn gia cơng khí Hình 4.51 Đồ thị Pareto tối ưu trường hợp có ràng buộc Kết luận chương Đã xây dựng hàm hồi quy thực nghiệm thông số công nghệ (F, S, z) với độ nhám bề mặt (Ra), sai lệch hình dạng (ffa), kích thước vết tiếp xúc (bc, hc) gia công tinh truyền BRCG Z16-11 m8 gia công máy phay CNC trục, sở để nhà thiết kế lựa chọn phướng án gia công BRCG máy phay CNC trục tiền đề cho việc nghiên cứu loại bánh khác Đã xây dựng giải pháp để đảm bảo yêu cầu kích thước vết tiếp xúc gia công BRCG Z11-16m8 máy phay CNC Đã tìm giải pháp xử lý xung đột lợi ích suất gia công với chất lượng gia công gia công BRCG máy phay CNC KẾT LUẬN CHUNG Xây dựng quy trình gia cơng BRCG máy phay CNC trục phương pháp gia công SSM Xây dựng phương trình xác định sai lệch hình dạng đường thân khai thiết kế đồ họa Xây dựng quy trình kiểm tra độ xác kính thước vi mơ máy ZE800 cho BRCG Xây dựng công cụ tính tốn thay đổi điểm tiếp xúc BRCT có sai số phần mềm Matlab Xây dựng chương trình APD để tạo sở liệu đầu vào cho q trình gia cơng BRCG Xây dựng phương pháp đảm bảo độ xác thiết kế sai lệch hình dạng profile thiết kế BRCG 23 Xây dựng công thức hồi quy thực nghiệm (4.29) để biểu diễn mối quan hệ yếu tố gia công đến độ nhám bề mặt gia công tinh BRCG Z16-11 m8 máy phay CNC Xây dựng công thức hồi quy thực nghiệm (4.30) để biểu diễn mối quan hệ yếu tố gia cơng đến độ sai lệch hình dạng profile gia công tinh BRCG Z16-11 m8 máy phay CNC Xây dựng công thức hồi quy thực nghiệm (4.31) để biểu diễn mối quan hệ yếu tố gia công đến chiều dài vết tiếp xúc gia công tinh BRCG Z16-11 m8 máy phay CNC 10 Xây dựng công thức hồi quy thực nghiệm (4.32) để biểu diễn mối quan hệ yếu tố gia công đến chiều rộng vết tiếp xúc gia công tinh BRCG Z16-11 m8 máy phay CNC 11 Xây dựng thông số gia công tinh BRCG Z16 m8 máy phay CNC ứng với điều kiện đầu vào kích thước vết tiếp xúc truyền PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Nghiên cứu, phát triển chương trình Matlab xác định liệu điểm tiếp xúc để mô hình hóa vết tiếp xúc tìm quy luật hiệu chỉnh dụng cụ gia công bề mặt để tối ưu vết tiếp xúc Nghiên cứu mở rộng yếu tố thực nghiệm khác vật liệu gia công, dụng cụ gia công, … Nghiên cứu phân tích liệu phương pháp khác hệ thống logic mở Nơron để tăng cường khả dự đốn ảnh hưởng yếu tố cơng nghệ miền nghiên cứu cho phép Sử dụng phương pháp đánh giá có trọng số để xếp loại phương án gia công từ dự liệu tối ưu hóa đa mục tiêu 24 ... tiếp xúc gia cơng BRCG Z11-16m8 máy phay CNC Đã tìm giải pháp xử lý xung đột lợi ích suất gia công với chất lượng gia công gia công BRCG máy phay CNC KẾT LUẬN CHUNG Xây dựng quy trình gia cơng... giá chất lượng gia công phân tích dự đốn thay đổi vết tiếp xúc gia công BRCG máy phay CNC - Kết toán tối ưu đa mục tiêu tài liệu để lựa chọn thông số gia công tinh máy phay CNC trục gia công tinh... Đối với việc gia công bánh máy phay CNC, q trình gia cơng khuyến khích chia làm giai đoạn là: Cắt thô Cắt bán tinh  Cắt tinh Ứng với giai đoạn nên dùng loại dụng cụ khác Để trình gia cơng ổn