Nghiên cứu độ nhám bề mặt gia công trên máy tiện cnc khi trục chính truyền động bằng động cơ thủy lực

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THƢỢNG LÝ NGHIÊN CỨU ĐỘ NHÁM BỀ MẶT GIA CƠNG TRÊN MÁY TIỆN CNC KHI TRỤC CHÍNH TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ THỦY LỰC Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 8.52.01.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THƢỢNG LÝ NGHIÊN CỨU ĐỘ NHÁM BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CNC KHI TRỤC CHÍNH TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ THỦY LỰC Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 8.52.01.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY Đà Nẵng – Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn MỤC LỤC MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU III ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU IV PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU V Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VII CẤU TRÖC LUẬN VĂN Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI VÀ ĐỘ BĨNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CƠNG 1.1 Giới thiệu máy công cụ 1.1 Lịch sử phát triển máy công cụ 1.1.1 Các máy tiện CNC máy công cụ chủ yếu dùng để chế tạo chi tiết tròn xoay .9 1.1.2 Đặc trƣng máy CNC 13 1.1.3 Mô hình khái quát máy CNC 14 1.2 Độ bóng bề mặt chi tiết gia công 17 1.2.1 Nghiên cứu vật liệu dao chế độ cắt gia công máy tiện CNC; .17 1.2.1.1 Vật liệu làm dao 17 1.2.1.2 Dao tiện .23 1.2.2 Chế độ cắt 26 1.2.2.1 Chiều sâu cắt t (mm) : lớp kim lọai 26 1.2.2.2 Lượng chạy dao s (mm/vòng): 27 1.2.2.3 Chọn chế độ cắt tiện 29 1.7.3.1 Sự phá huỷ lưỡi cắt .29 1.2.3 Các chi tiêu đánh giá độ nhám bề mặt (chủ yếu nghiên cứu độ nhám bề mặt chi tiết tròn xoay); 30 1.2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt 31 1.2.3.2 Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt 33 b Phương pháp so sánh 33 1.2.3.3 Tổng quan độ nhám bề mặt phương pháp đo độ nhám 34 1.2.3.4 Các thông số nhám bề mặt 35 1.3 Nhận xét 44 Chƣơng 2: TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN CNC VÀ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG THỦY LỰC 45 2.1 Tổng quan phát triển máy tiện CNC 45 2.2 Tổng quan trục máy tiện CNC; 47 2.2.1 Trục máy công cụ CNC 48 2.2.2 Các chủng loại trục máy tiện CNC 48 2.2.2.1 Trục dẫn động đai 48 2.2.2.2 Trục dẫn động bánh 49 2.2.2.3 Trục dẫn động trực tiếp 49 2.2.2.4 Trục dẫn động tích hợp 50 Nhận xét: 50 2.2 Lý thuyết điều khiển tự động thủy lực 51 1.2.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển 51 1.2.1 Giới thiệu chung 51 2.1 Cơ sở lý thuyết truyền động điều khiển tự động thủy lực 52 2.1.1 Khái niệm hệ thống điều khiển tự động 52 2.1.1.1 Khái niệm chung 52 2.1.1.2 Đáp ứng độ 53 2.1.1.3 Tín hiệu tác động phản ứng hệ 55 2.1.2 Chất lượng hệ thống điều khiển tự động 56 2.1.2.1 Ổn định hệ thống điều khiển tự động .56 2.1.3 Chức hàm truyền điều khiển PID 61 2.3 Lý thuyết điều khiển tự động thủy lực 62 2.3.1 Phương pháp phân tích tính tốn ts mạch thủy lực 62 2.2.4 Các phần tử điều khiển hệ điều khiển tự động thủy lực 65 2.2.4.1 Van điều khiển 65 2.2.4.2 Van tỷ lệ van servo 65 2.2.4.3 Đặc tính động lực học van 67 Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 72 3.1 Xác định mục tiêu thực nghiệm 72 3.2 Khảo sát trang thiết bị phục vụ thực nghiệm 72 3.2.1 Hệ truyền động 72 3.2.2 Hệ điều khiển .78 3.2.3 Phần mềm điều khiển 79 3.2.4 Máy đo độ nhám bề mặt Mitutoyo Surftest 81 3.3 Nghiên cứu độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng máy trục truyền động thủy lực 82 3.3.1 Lựa chọn chi tiết 82 3.3.2 Chọn dao thông số công nghệ 84 3.3.3 Lập trình gia công 87 3.3.4 Đo độ nhám bề mặt 90 3.3.5 Nhận xét .93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .95 Kết luận 95 Kiến nghị 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 NGHIÊN CỨU ĐỘ NHÁM BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CNC KHI TRỤC CHÍNH TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ THỦY LỰC Học viên: Nguyễn Thƣợng Lý Mã số: 60520103 Khóa: 2015 Chun ngành: Kỹ thuật khí Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt– Hiện nay, máy công cụ CNC đƣợc sử dụng rộng rãi nƣớc ta Sử dụng máy công cụ CNC giúp ta dễ dàng gia công đƣợc bề mặt phức tạp, chi tiết yêu cầu độ xác bề mặt, kích thƣớc, hình dáng vị trí tƣơng quan, mặt khác dễ dàng tự động hố q trình gia cơng Trong q trình gia cơng việc ổn định tốc độ chuyển từ tốc độ sang tốc độ khác vấn đề cần quan tâm nghiên cứu trục máy tiện nhƣ loại máy công cụ khác Với lựa chọn khác có tốn động lực học khác nên đề tài cần thiết cho nghiên cứu thiết kế chế tạo máy công cụ ứng dụng hệ truyền động thủy lực Ở Việt Nam hệ truyền động điều khiển tự động thủy lực - tin - điện tử lĩnh vực mới, chƣa đƣợc nghiên cứu sâu mặt lý thuyết nhƣ nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn sản xuất Hơn ngày trục bàn dao máy cơng cụ ứng dụng hệ truyền động điều khiển tự động thủy lực hƣớng nghiên cứu ứng dụng giới Trong máy cơng cụ nói chung đặc biệt máy tiện hệ thống động lực học hệ đàn hồi phức tạp Vấn đề đặt lớn, nhƣng giới hạn đề tài nghiên cứu độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng trục truyền động động thủy lực Từ khóa – Trục máy tiện CNC– Chế độ cắt – Độ nhám bề mặt STUDY ON SURFACE SURFACE ON CNC MACHINES WHEN THE HYDRAULIC TRANSPARENCY MOVES WITH HYDRAULIC MOTORS Abstract: Currently, CNC machine tools are being widely used in our country Using CNC machine tools makes it easy to work with complex surfaces, The details required for surface precision, size, shape and relative position, on the other hand it is easy to automate the machining process In the process of speed stabilization, moving from one speed to another is one of the issues to consider when researching spindle lathes as well as other machine tools With different options that will have different dynamical problems, this subject is absolutely essential for the research and development of hydraulic power tool applications In Vietnam automatic transmission and control hydraulic - electronic - electronic is a new field, has not been studied in depth theoretical as well as applied research into production practices Today, the main spindles and dies of automatic transmission and automatic hydraulic control applications are leading research applications in the world In machine tools in general, especially lathes, the dynamic system is a complex elastic system The problem is enormous, but within this topic, I only research the surface roughness of the work piece when the spindle is driven by a hydraulic motor MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hiện nay, máy công cụ CNC đƣợc sử dụng rộng rãi nƣớc ta Sử dụng máy công cụ CNC giúp ta dễ dàng gia công đƣợc bề mặt phức tạp, chi tiết yêu cầu độ xác bề mặt, kích thƣớc, hình dáng vị trí tƣơng quan, mặt khác dễ dàng tự động hố q trình gia cơng Hình 1.1 Máy tiện CNC Trục máy tiện cụm chi tiết quan trọng máy cơng cụ nói chung Độ xác, độ cứng vững trục ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm gia cơng, đặc biệt máy có tốc độ cắt lớn nên yêu cầu chất lƣợng trục cao Tuy nhiên, tiện với chi tiết gia cơng có nhiều bề mặt, mà bề mặt có Hình 1.2 Trục máy tiện CNC đƣờng kính gia cơng khác nhau, để đảm bảo chất lƣợng bề mặt gia cơng tốc độ cắt phải khơng đổi Nhƣ vậy, q trình gia cơng ta phải thay đổi vận tốc quay trục tƣơng ứng với đƣờng kính gia cơng Trong q trình gia cơng việc ổn định tốc độ chuyển từ tốc độ sang tốc độ khác vấn đề cần quan tâm nghiên cứu trục máy tiện nhƣ loại máy cơng cụ khác Khi chế tạo máy công cụ, nhà sản xuất nghiên cứu vấn đề Tuy nhiên, ứng với máy đƣợc thiết kế có phƣơng án truyền động nhƣ kết cấu trục khác Với lựa chọn khác có tốn động lực học khác nên đề tài cần thiết cho nghiên cứu thiết kế chế tạo máy công cụ ứng dụng hệ truyền động thủy lực Mặt khác, truyền động điều khiển tự động hệ thủy lực máy móc trang thiết bị hƣớng phát triển công nghệ cao ứng dụng mạnh giới, mà vấn đề quan tâm nghiên cứu trình động lực học hệ thống (độ ổn định, độ xác thời gian đáp ứng, ) hệ điều khiển Theo khảo sát số hãng sản xuất máy CNC nhƣ Le Cheng, Senday Enterprise (Đài Loan), Fuji (Nhật) chế tạo bán thị trƣờng nhiều chủng loại máy cơng cụ CNC có hệ truyền động điều khiển thủy lực Hình 1.3 Máy cơng cụ có hệ truyền động điều khiển thủy lực Ở Việt Nam hệ truyền động điều khiển tự động thủy lực - tin - điện tử lĩnh vực mới, chƣa đƣợc nghiên cứu sâu mặt lý thuyết nhƣ nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn sản xuất Hơn ngày trục bàn dao máy cơng cụ ứng dụng hệ truyền động điều khiển tự động thủy lực hƣớng nghiên cứu ứng dụng giới Trong máy cơng cụ nói chung đặc biệt máy tiện hệ thống động lực học hệ đàn hồi phức tạp Trong trình làm việc đặc điểm trình cắt (cắt liên tục, không liên tục), ma sát trình khác xảy làm cho hệ đàn hồi bị biến dạng dao động ảnh hƣởng đến chất lƣợng chi tiết gia công, độ ổn định tốc độ trục chính, dao phơi, tuổi thọ máy dụng cụ Tất vấn đề liên quan mật thiết đến trình động lực học máy Tải trọng tác dụng lên hệ thống đàn hồi máy công cụ phức tạp, nhiên có quy dạng đặc trƣng q trình cắt là: Tải trọng khơng đổi, thay đổi tuyến tính thay đổi điều hịa Vấn đề đặt lớn, nhƣng giới hạn đề tài nghiên cứu độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng trục truyền động động thủy lực II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng máy tiện CNC trục truyền động động thủy lực So sánh chất lƣợng bề mặt gia cơng trục truyền động động điện ba pha, điều khiển tốc độ biến tần III ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tƣợng: Đối tƣợng nghiên cứu cụm trục máy tiện CNC Phạm vi nghiên cứu Đề tài chủ yếu nghiên cứu vấn đề sau: Nghiên cứu trục máy cơng cụ CNC Nghiên cứu vật liệu dao chế độ cắt máy tiện CNC Các tiêu độ nhám bề mặt Khảo sát thực nghiệm, đo độ nhám bề mặt chi tiết gia công So sánh độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng máy tiện CNC có trục truyền động động thủy lực với máy tiện CNC có trục truyền động động điện pha (điều khiển biến tần) Từ đó, đề xuất hƣớng ứng dụng hệ truyền động điều khiển thủy lực vào trục máy cơng cụ Hình 1.4 Mơ hình cụm trục IV PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đề tài nghiên cứu lý thuyết kết hợp với khảo sát thực nghiệm V Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN Độ nhám bề mặt tiêu quan trọng đánh giá chất lƣợng chi tiết gia công máy công cụ CNC Mặt khác, ứng dụng hệ truyền động điều khiển tự động thủy lực cho trục máy cơng cụ CNC hƣớng thiết kế, chế tạo máy CNC Việt Nam Ngoài ra, kết nghiên cứu góp phần khai thác số liệu thực nghiệm đề tài khoa học & công nghệ cấp chủ nhiệm đề tài Trần Ngọc Hải, Khoa Cơ khí VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung dự kiến:  Nghiên cứu tổng quan;  Nghiên cứu lý thuyết;  Nghiên cứu thực nghiệm;  Kết luận kiến nghị VII CẤU TRƯC LUẬN VĂN  Trang phụ bìa  Lời cam đoan  Phụ lục  Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt  Danh mục bảng  Danh mục hình vẽ, đồ thị Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI VÀ ĐỘ BĨNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CƠNG 1.1 Giới thiệu máy công cụ Mặc dù máy tiện chế biến gỗ đƣợc sử dụng từ thời Kinh Thánh, nhƣng máy tiện gia công kim loại thực tế đƣợc Henry Maudslay phát minh vào năm 1800 Nó đơn giản cơng cụ máy giữ mẩu kim loại đƣợc gia công (hay phôi) bàn kẹp hay trục quay quay mẩu kim loại này, cơng cụ cắt gia cơng bề mặt theo đƣờng mức mong muốn Công cụ cắt đƣợc nhân viên vận hành vận dụng qua việc sử dụng quay tay hay vơ lăng Độ xác kích cỡ đƣợc nhân viên vận hành điều khiển cách quan sát đĩa chia độ vô lăng di chuyển công cụ cắt theo số lƣợng hợp lý Mỗi chi tiết đƣợc sản xuất đòi hỏi vận hành viên lặp lại cử động trình tự với kích thƣớc Chiếc máy phay đƣợc vận hành theo cách thức tƣơng tự nhƣ vậy, ngoại trừ công cụ cắt đƣợc đặt trục quay Phơi đƣợc lắp bệ máy hay bàn làm việc di chuyển theo công cụ cắt, qua việc sử dụng vô lăng để gia công đƣờng mức phôi Chiếc máy phay Eli Whitney phát minh năm 1818 Những chuyển động đƣợc sử dụng công cụ máy đƣợc gọi trục đề cập đến trục: ―X‖ (thƣờng từ trái qua phải), ―Y‖ (trƣớc sau) ―Z‖ (trên dƣới) Bàn làm việc đƣợc quay theo mặt ngang hay dọc, tạo trục chuyển động thứ tƣ Một số máy có trục thứ năm, cho phép trục quay theo góc Một vấn đề dịng máy ban đầu chúng đòi hỏi nhân viên vận hành phải sử dụng vô lăng để tạo chi tiết Ngồi tính nhàm chán gây mệt mỏi thể chất, khả chế tạo chi tiết vận hành viên bị hạn chế Chỉ khác biệt nhỏ vận hành dẫn đến thay đổi kích thƣớc trục đó, tạo chi tiết không phù hợp Mức độ kim loại vụn đƣợc tạo từ ... tài nghiên cứu độ nhám bề mặt chi tiết gia công trục truyền động động thủy lực II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu độ nhám bề mặt chi tiết gia công máy tiện CNC trục truyền động động thủy lực So... sánh độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng máy tiện CNC có trục truyền động động thủy lực với máy tiện CNC có trục truyền động động điện pha (điều khi? ??n biến tần) Từ đó, đề xuất hƣớng ứng dụng hệ truyền. .. ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THƢỢNG LÝ NGHIÊN CỨU ĐỘ NHÁM BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CNC KHI TRỤC CHÍNH TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ THỦY LỰC Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 8.52.01.03 LUẬN VĂN