Nghiên cứu thiết kế hệ thống kiểm soát dầu bôi trơn trong máy cnc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM SOÁT DẦU BÔI TRƠN TRONG MÁY CNC VŨ QUANG TÚ Tu.VQCB190046@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Bùi Tuấn Anh Chữ ký GVHD Viện: Cơ Khí HÀ NỘI, 04/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM SỐT DẦU BƠI TRƠN TRONG MÁY CNC VŨ QUANG TÚ Tu.VQCB190046@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Bùi Tuấn Anh Chữ ký GVHD Viện: Cơ Khí HÀ NỘI, 04/2021 ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu thiết kế hệ thống kiểm soát dầu bôi trơn máy CNC Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Trong suốt thời gian thực đề tài này, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ q thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô Bộ môn Máy Ma sát học – Viện Cơ Khí – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đặc biệt hết quan tâm tận tình PGS.TS Bùi Tuấn Anh, người trực tiếp hướng dẫn em thời gian làm luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Tóm tắt nội dung luận văn Trong luận văn này, việc thiết kế hệ thống thực nghiệm bơi trơn ổ trục quay cao tốc chia thành chương bao gồm: Chương 1: Tổng quan hệ thống kiểm sốt bơi trơn Trong chương này, luận văn thể tình hình thực tiễn máy gia cơng phay CNC, trục với vấn đề gặp phải gia công bao gồm tăng nhiệt độ, biến dạng nhiệt ảnh hưởng tới trình gia công cắt gọt Để giảm thiểu ảnh hưởng việc kiểm sốt nhiệt độ tăng lên bơi trơn trục cần thiết, giải pháp thực trục máy công cụ thực tế khó khăn em đề ý tưởng thiết kế hệ thống thực nghiệm ổ trục để nghiên cứu độc lập Chương 2: Thiết kế chế tạo hệ thống thực nghiệm nhiệt ổ trục mơ hình máy phay CNC Trong chương này, nội dung tập trung xây dựng phương pháp thiết kế tích hợp hệ thống thực nghiệm bơi trơn ổ trục quay cao tốc kết luận văn Chương gồm nội dung sau: - Phân tích chế sinh nhiệt cụm trục chính, nhằm đưa nhìn tồn diện sinh nhiệt truyền nhiệt cụm trục Điều làm sở để bố trí thiết bị đo nhiệt thiết bị bôi trơn - Thiết kế hệ thống bôi trơn làm mát cho hệ thống thực nghiệm - Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát Chương 3: Xây dựng mơ hình hệ thống kết thực nghiệm Kết thiết kế liệu thực nghiệm Một mơ hình thực nghiệm thiết kế lắp ráp hoàn thiện, thực lấy số liệu tốc độ 7000 vòng/phút Học viên Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ BÔI TRƠN TRONG MÁY PHAY ĐỨNG 1.1 Tổng quan chế độ làm việc bôi trơn máy phay đứng 1.1.1 Công dụng tầm quan trọng trục 1.1.2 Hệ thống bôi trơn máy phay đứng 1.1.3 Chế độ bơi trơn ổ trục máy phay đứng 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Tình hình nghiên cứu nước 1.3.1 Nghiên cứu xây dựng hệ thống giám sát đặc tính áp suất nhiệt độ ổ đỡ thủy động 1.3.2 Sự phát triển hệ thống bôi trơn máy mài cao tốc 10 1.3.3 Phân tích thực nghiệm mơ hình ảnh hưởng thơng số bơi trơn khí dầu đến ma sát ổ bi trục cao tốc 14 1.3.4 Phân tích nhiệt thực nghiệm trục trung tâm gia cơng cao tốc 18 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM NHIỆT Ổ TRỤC CHÍNH MƠ HÌNH MÁY PHAY CNC 25 2.1 2.2 2.3 Phân tích chế sinh nhiệt truyền nhiệt cụm trục 25 2.1.1 Tính tốn nhiệt sinh trục 25 2.1.2 Tính tốn truyền nhiệt ổ bi 28 2.1.3 Mô truyền nhiệt cụm trục 30 Tính tốn lựa chọn phần tử hệ thống bôi trơn 33 2.2.1 Thiết kế kênh dẫn khí dầu 34 2.2.2 Đầu phun khí dầu 35 2.2.3 Van hòa trộn 36 2.2.4 Bơm dầu bể dầu 38 2.2.5 Van điều áp lọc 40 2.2.6 Van điện từ khí nén 41 2.2.7 Máy nén khí 42 Tính tốn lựa chọn phần tử hệ thống điều khiển giám sát 43 2.3.1 Biến tần 43 2.3.2 Cảm biến mức dầu 44 2.3.3 Cảm biến nhiệt độ ổ bi 45 2.4 2.3.4 Arduino Uno 46 2.3.5 Bộ relay 47 2.3.6 Bộ kết nối internet ESP8266 48 2.3.7 Giao diện thu thập liệu 49 2.3.8 Điều khiển giám sát ứng dụng Blynk 50 2.3.9 Sơ đồ điện hệ thống 51 Tính tốn lựa chọn kết cấu 52 2.4.1 Khung máy hệ thống dẫn hướng 52 2.4.2 Cơ cấu gia lực 53 2.4.3 Bản vẽ lắp toàn hệ thống 55 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 56 3.1 3.2 Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống 56 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 56 3.1.2 Sơ đồ thuật toán hoạt động hệ thống 57 Xây dựng giao diện điều khiển giám sát 58 3.2.1 Giao diện giám sát máy tính 58 3.2.2 Giao diện điều khiển qua điện thoại 58 3.3 Xác định chế độ bôi trơn – làm mát 59 3.4 Lắp ráp hệ thống 59 3.4.1 Lắp ráp cụm khung mơ hình hệ thống dẫn hướng 60 3.4.2 Lắp ráp cụm điện điều khiển giám sát 61 3.4.3 Lắp ráp cụm bôi trơn làm mát 63 3.5 Quy trình vận hành hệ thống bơi trơn làm mát 65 3.6 Kết thực nghiệm đánh giá 67 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cụm trục máy phay [1] Hình 1.2 Bơi trơn mỡ [3] Hình 1.3 Bơi trơn phương pháp ngâm dầu [3] Hình 1.4 Phương pháp bơi trơn nhỏ giọt [3] Hình 1.5 Phương pháp bơi trơn vịng văng dầu [3] Hình 1.6 Phương pháp bơi trơn dầu tuần hoàn [3] Hình 1.7 Bơi trơn hỗn hợp khí – dầu [6] Hình 1.8 Trục 1.5KW ER16 Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý thiết bị thực nghiệm Hình 1.10 Ổ đỡ thủy động hệ thống thủy lực cấp dầu bôi trơn Hình 1.11 Hệ thống đo áp suất nhiệt độ màng dầu ổ đỡ thủy động Hình 1.12 Biểu đồ nhiệt độ tải trọng 30 N tốc độ quay 200 vòng/phút Hình 1.13 Nhiệt độ màng dầu tốc độ 400 vòng/phút 10 Hình 1.14 Mặt cắt dọc trục cụm trục máy mài siêu cao tốc[8] 11 Hình 1.15 Thực nghiệm thiết lập hệ thống bôi trơn cho cụm trục máy mài siêu tốc[8] 11 Hình 1.16 Bơi trơn sương với hệ thơng bi[8] 12 Hình 1.17 Sự tăng nhiệt độ cụm trục với áp dụng hệ thống bơi trơn khí dầu[8] 13 Hình 1.18 Sự thay đổi chiều dày lớp dầu theo tốc độ trục chính[8] 13 Hình 1.19 Các thành phần trao đổi nhiệt trục chính[8] 14 Hình 1.20 Các thành phần hệ thống [9] 15 Hình 1.21 Mơ hình thực tế [9] 16 Hình 1.22 Hình ảnh tủ điều khiển[9] 16 Hình 1.23 Quan hệ tốc độ quay, lưu lượng dầu tổn hao ma sát[9] 17 Hình 1.24 Quan hệ tốc độ quay, lưu lượng dầu độ tăng nhiệt độ [9] 17 Hình 1.25 Quan hệ tốc độ quay, lưu lượng khí độ tăng nhiệt độ [9] 17 Hình 1.26 Mơ hình cụm trục [10] 18 Hình 1.27 Mơ hình phần tử hữu hạn cụm trục chính[10] 19 Hình 1.28 Phân bố nhiệt độ cụm trục khơng bao gồm điều kiện làm mát[10] 21 Hình 1.29 Phân bố nhiệt độ cụm trục bao gồm điều kiện làm mát[10] 21 Hình 1.30 Biến dạng nhiệt tổng hợp trục khơng làm mát[10] 21 Hình 1.31 Biến dạng nhiệt tổng hợp trục có làm mát 6] 22 Hình 1.32 Bố trí cảm biến nhiệt độ cụm trục chính[10] 22 Hình 1.33 Giao diện phần mềm thu thập liệu[10] 23 Hình 1.34 Nhiệt độ cụm trục chính[10] 23 Hình 1.35 Biến dạng dọc trục cụm trục [10] 23 Hình 2.1 Bơi trơn ổ lăn khí dầu [8] 25 Hình 2.2 Vết tiếp xúc bi ca bi [8] 26 Hình 2.3 Chia lưới mơ hình mơ 31 Hình 2.4 Sự truyền nhiệt tồn cụm trục bơi trơn làm mát khí dầu sau 3600 s tốc độ 11000 vịng /phút 31 Hình 2.5 Sự truyền nhiệt ổ bi cụm trục bơi trơn làm mát khí dầu sau 3600 s tốc độ 11000 vòng /phút 32 Hình 2.6 Đồ thị thể thay đổi nhiệt độ ổ bi theo phương pháp bôi trơn làm mát 33 Hình 2.7 Đồ thị tăng nhiệt ổ bi số 3600 s tốc độ khác phương pháp bôi trơn làm mát khí dầu 33 Hình 2.8 Bố trí ổ bi trục 34 Hình 2.9 Bố trí vịi phun vào ổ bi 34 Hình 2.10 Bố trí cụm trục nhìn từ bên ngồi 35 Hình 2.11 Hướng bố trí đầu phun khí dầu bơi trơn làm mát ổ bi 7002 35 Hình 2.12 Hình chiếu thể kích thước đầu phun khí dầu 35 Hình 2.13 Hình chiếu 3D đầu phun khí dầu 36 Hình 2.14 Van hịa trộn khí dầu OriGlam 130103020Q 36 Hình 2.15 Cấu tạo van hịa trộn khí dầu 37 Hình 2.16 Bơm dầu HTS005 39 Hình 2.17 Van điều áp lọc AIRTAC-2000 41 Hình 2.18 Nguyên lý hoạt động van điện từ khí nén 41 Hình 2.19 Van điện từ khí nén AIRTAC 2V025-08 42 Hình 2.20 Máy nén khí Fusheng D-4 43 Hình 2.21 Biến tần Toshiba VF-S11-2015PM 44 Hình 2.22 Cảm biến siêu âm HC-SR04 44 Hình 2.23 Nguyên lý phát sóng cảm biến siêu âm 45 Hình 2.24 Mặt cắt dọc trục thể vị trí lắp cảm biến nhiệt độ 45 Hình 2.25 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 46 Hình 2.26 Mạch Arduino Uno R3 47 Hình 2.27 Bộ relay kênh 48 Hình 2.28 Module ESP8266 49 Hình 2.29 Nguyên lý truyền liệu thông qua ESP8266 49 Hình 2.30 Nguyên lý hoạt động Data Streamer 50 Hình 2.31 Hoạt động Blynk 51 Hình 2.32 Sơ đồ đấu nối tủ điều khiển 51 Hình 2.33 Khung máy 53 Hình 2.34 Module điều khiển động bước TB6600 53 Hình 2.35 Cơ cấu gia lực 54 Hình 2.36 Cơ cấu gia lực lắp máy 54 Hình 2.37 Bản vẽ lắp tồn hệ thống 55 Hình 3.1 Sơ đồ khối lập trình hệ thống 56 Hình 3.2 Sơ đồ thuận toán hệ thống 57 Hình 3.3 Giao diện phần mềm giám sát vào thu thập liệu hệ thống 58 Hình 3.4 Giám sát điều khiển hệ thống điện thoại thơng minh 59 Hình 3.5 Kết cấu khung máy sau lắp ráp 60 Hình 3.6 Tủ điện 61 Hình 3.7 Núm điều khiển trục máy CNC tay 62 Hình 3.8 Vị trí lắp ráp cảm biến nhiệt độ ổ bi (1) 62 Hình 3.9 Tủ điện 1-Biến tần, 2- Lọc nhiễu 63 Hình 3.10 Hệ thống bơi trơn làm mát khí dầu 1- Van hịa trộn, 2-Van điện từ khí nén, 3-Van điều áp lọc, 4-Bơm dầu bể dầu 64 Hình 3.11 Bố trí cấp khí dầu trục 1- Vịi phun khí dầu, 2- Lỗ khí dầu 64 Hình 3.12 Biến tần VF-S11 65 Hình 3.13 Quy trình vận hành hệ thống 66 Hình 3.14 Nhiệt độ ổ bi bôi trơn mỡ 68 Hình 3.15 Nhiệt độ ổ bi bơi trơn làm mát khí dầu ổ bi 68 Hình 3.16 So sánh phương pháp ổ bi 69 Hình 3.17 Sự thay đổi nhiệt độ áp lực khí khác 70 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thơng số kỹ thuật cụm trục [8] 12 Bảng 1.2 Kết tính tốn [10] 20 Bảng 2.1 Nhiệt lượng tính tốn theo phương pháp bơi trơn làm mát 30 Bảng 2.2 Thơng số đầu vào van hịa trộn 36 Bảng 2.3 Bảng hướng dẫn điều chỉnh lưu lượng khí 37 Bảng 2.4 Bảng thông số kỹ thuật Arduino Uno 47 Bảng 3.1 Bảng thơng số thí nghiệm 67 Hình 3.9 Tủ điện 1-Biến tần, 2- Lọc nhiễu 3.4.3 Lắp ráp cụm bôi trơn làm mát Các thiết bị cụm bôi trơn làm mát lắp tủ điện 1, lắp bên thiết bị điều khiển giám sát tủ điện nhằm đảm bảo an tồn, chống rị rỉ dầu vào thiết bị điện, nâng cao tính thẩm mỹ cho hệ thống Trình tự lắp ráp: - Cố định bể dầu, van hịa trộn, van lọc khí van điện từ vào gá bu lông đai ốc M4 - Nối bơm dâu vào van hòa trộn ống nhựa ϕ - Nối thiết bị van lọc khí, van điện từ van hịa trộnbằng ống khí nén ϕ8 63 Hình 3.10 Hệ thống bơi trơn làm mát khí dầu 1- Van hịa trộn, 2-Van điện từ khí nén, 3-Van điều áp lọc, 4-Bơm dầu bể dầu Hình 3.11 Bố trí cấp khí dầu trục 1- Vịi phun khí dầu, 2- Lỗ khí dầu 64 3.5 Quy trình vận hành hệ thống bơi trơn làm mát Do hệ thống có trục hoạt động với tốc độ quay lớn hệ thống sử dụng nguồn điện ba pha, nên trình vận hành cần phải tuân thủ nguyên tắc sau: - Kiểm tra ốc phần vỏ chắn hệ thống - Kiểm tra hệ thống dây điện, giắc cắm trước vận hành - Trong trình vận hành khơng lại gần khu vực trục - Yêu cầu ăn mặc quần áo gọn gàng, sử dụng găng tay trang - Không chạm tay vào thiết bị có điện đèn báo biến tần sáng Bơm dầu van điện từ cài đặt bắt đầu hoạt động nhiệt độ ổ bi vượt 35 độ Hệ thống cài đặt bơm dầu 40 giây tắt bơm phút 40 giây Biến tần tủ điện sử dụng để cài đặt tốc độ cho trục chính, chuyển động điện lưới pha 220V/50Hz thành điện nguồn pha 220V cung cấp cho trục Vận hành biến tần theo hướng dẫn sử dụng hãng Toshiba [18]: Ấn nút “MODE” đến thấy hình hiển thị tần số nhấp nháy ấn nút mũi tên lên/xuống để điều chỉnh tần số đến giá trị mong muốn, ấn nút “SET” để lưu giá trị Để biến tần hoạt động, tiếp điểm F CC cần nối với Sau bấm nút “RUN” để biến tần bắt đầu hoạt động Hình 3.12 Biến tần VF-S11 65 Quy trình vận hành hệ thống: Hình 3.13 Quy trình vận hành hệ thống Hình 3.10 thể quy trình vận hành hệ thống thực nghiệm, quy trình chia thành bước cụ thể sau: Bước 1: Bật máy nén khí, mở van khóa đường khí cung cấp cho hệ thống Bước 2: Cấp nguồn cho tủ điện, bật át tô mát tổng 66 Bước 3: Điều khiển bàn máy di chuyển theo chiều cho cụm gia tải không làm căng dây đai, puly trục cụm gia tải nằm ngang Bước 3: Cài đặt tốc độ quay cho biến tần theo công thức quy đổi n =120f Bước 4: Kết nối điều khiển Arduino với máy tính khởi động phần mềm thu thập liệu máy tính Bước 5: Kết nối điện thoại thơng minh với hệ thống thông qua ứng dụng Blynk để giám sát điều khiển Bước 6: Khởi động biến tần Bước 7: Điều khiển cụm gia tải di chuyển xa dần cụm trục đến vị trí lực căng đai thiết lập Bước 8: Ghi lại liệu cách bấm nút “Record” giao diện phần mềm Bước 9: Ngồi chờ đợi quan sát kết quả, đồng thời ý theo dõi mơ hình đồ thị chạy ngang nghĩa nhiệt độ ổ bi bão hòa Bước 10: Lưu lại kết tắt phần mềm sau tắt biến tần, trục dừng lại Chờ lát để quạt tản nhiệt biến tần dừng hẳn Bước 11: Tắt át tô mát, rút điện, tắt máy nén khí khóa van khí đầu 3.6 Kết thực nghiệm đánh giá Hệ thống thực nghiệm bơi trơn làm mát ổ trục máy phay đứng vận hành thử tốc độ 7000 vòng/phút Các thao tác thực theo bước trình bày Hình bên kết đo nhiệt độ trụ 7000 vịng/phút đồ thị hóa, thể đặc tính nhiệt độ Bảng 3.1 Bảng thơng số thí nghiệm Thơng số Giá trị Áp lực khí 7,5 -10 bar Lưu lượng khí 1200 - 1500 lít/giờ Lưu lượng dầu 180 mm3/giờ Loại dầu Tona 68 Vị trí đo Ca ngồi ổ bi Thời gian bật bơm 40 giây Thời gian bơm nghỉ 160 giây Tốc độ trục 7000 vịng/phút Tải trọng tác dụng lên trục 16 N Thời gian khảo sát 3600 giây/lần đo 67 Hình 3.14 Nhiệt độ ổ bi bôi trơn mỡ Từ kết trên, em nhận thấy tốc độ vòng quay 7000 vòng/phút đường đặc tính ổ bi có tương đồng với kết mô thu chương Ổ bi số số có nhiệt độ tăng cao so với ổ bi số hạn chế không gian giải nhiệt Các đường đặc tính nhiệt ca ngồi ổ bi tăng nhanh khoảng thời gian từ đến 1000 giây sau tăng chậm dần Từ sau 3400 giây, nhiệt độ thay đổi, ổ bi tiến dần vào trạng thái bão hòa nhiệt độ đến kết thúc thí nghiệm Hình 3.15 Nhiệt độ ổ bi bơi trơn làm mát khí dầu ổ bi 68 So với phương pháp ban đầu, đường đặc tính phương pháp bơi trơn làm mát khí dầu có tương đồng đặc tính Tuy nhiên tăng nhiệt độ chậm chứng tỏ hiệu phương pháp Đặc biệt ổ bi số 1, bôi trơn làm mát trực tiếp khí dầu nên nhiệt độ giảm rõ rệt, tăng chậm hẳn, độ chênh nhiệt độ lớn ghi nhận oC so với bôi trơn mỡ (Hình 3.14) Điều giải thích độ nhớt dầu (68 mm2/s) cao mỡ (15 mm2/s) Mỡ tạo thành lớp dày bao bọc lấy viên bi, cản trở chuyển động bi Bên cạnh đó, mỡ cần khoảng thời gian để di chuyển vào vùng ma sát viên bi ca ca nên hiệu bôi trơn chậm Hơn nữa, mỡ bôi trơn giảm hiệu sau thời gian sử dụng nên ảnh hưởng đáng hoạt động ổ bi Về phương diện giải nhiệt, phương pháp cũ sử dụng chất làm mát nước, bơm tuần hoàn liên tục q trình hoạt động Khi trục hoạt động khoảng thời gian dài, nước nóng dần lên làm giảm hiệu làm mát so với giai đoạn ban đầu, vấn đề phụ thuộc nhiều vào tối ưu hệ thống bơm giải nhiệt Tuy nhiên, nước làm mát trực tiếp ca ổ bi, yếu tố sinh nhiệt lại viên bi bên nên khả làm mát bị hạn chế đáng kể Hình 3.16 So sánh phương pháp ổ bi Ngược lại, phương pháp bơi trơn làm mát khí dầu khắc phục hầu hết nhược điểm phương pháp cũ Một lượng vừa đủ dầu bôi trơn với áp lực cao cung cấp trực tiếp vào ổ bi, len lỏi thấm sâu đến vùng ma sát Hơn nữa, dầu cung cấp liên tục, tránh tình trạng biến tính chất bơi trơn sau thời gian sử dụng Nhờ áp lực khí nén mà dầu di chuyển 69 vào tận khu vực sinh nhiệt chính, làm mát trực tiếp viên bi, hiệu phương pháp làm mát gián tiếp Hình 3.17 Sự thay đổi nhiệt độ áp lực khí khác Thật vậy, nhờ áp lực khí nén mà hạt dầu xé nhỏ thành hạt nhỏ hơn, dễ dàng xâm nhập vùng ma sát giúp bôi trơn hiệu Áp lực giúp tăng hiệu q trình đối lưu nhiệt với bên ngồi Điều thể rõ ràng qua kết thực nghiệm Hình 3.17 Khi áp lực khí nén tăng lên từ 0,75 Mpa đến 1,00 Mpa, chệnh lệch nhiệt độ trung bình ghi nhận 0,5 oC, minh chứng cho lập luận KẾT LUẬN CHƯƠNG Qua bước thiết kế trình bày từ chương đến chương 3, kết thu mơ hình thực nghiệm trục máy phay tốc độ 7000 vòng/phút điều khiển biến tần sử dụng ổ bi 7002 6004 Hệ thống cung cấp chế độ bơi trơn khí dầu ngắt qng với lưu lượng dầu 120-180 mm3/giờ áp lực khí bar Mơ hình có hệ thống đo lường sử dụng đầu đo nhiệt độ DS18B20, nhiệt độ thu thập xử lý tín hiệu qua vi mạch Arduino, sau hiển thị kết máy tính phần mềm Data Streamer điện thoại thông minh ứng dụng Blynk Kết thực nghiệm cho thấy hiệu phương pháp bôi trơn làm mát mới, nhiệt độ giảm rõ rệt so với phương pháp cũ 70 KẾT LUẬN 1.Kết luận Máy CNC ngày cho thấy vai trị quan trọng gia cơng đại Thành phần đóng vai trị then chốt máy cụm trục Việc tìm hiểu, nghiên cứu đem lại kinh nghiệm quý báu, tài liệu tra cứu tính chủ động cho người kỹ sư trình vận hành, sửa chữa bảo dưỡng máy Trong vấn đề bơi trơn cụm trục chính, catalog thương mại hãng sản xuất máy CNC không đưa cụ thể thơng số hịa trộn khí – dầu Chính vậy, việc nghiên cứu tìm hiểu trình giúp người sử dụng nắm bắt cơng nghệ, chủ động điều chỉnh q trình bơi trơn Từ đó, đảm bảo q trình làm việc ổn định cụm trục chính, đảm bảo chất lượng gia cơng, tăng suất giảm chi phí vận hành Trong luận văn này, em tiến hành phân tích, mơ hệ thống máy tính Trên sở này, em tính tốn, thiết kế lựa chọn chi tiết cho hệ thống nhằm xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống bơi trơn làm mát khí dầu Mơ hình nhằm thực nghiệm kiểm sốt dầu bôi trơn máy CNC, nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt sinh bên trục thiết kế, chế tạo lắp ráp hoàn thiện nhờ phương pháp thiết kế tích hợp theo mơ đun, đáp ứng u cầu đưa ban đầu Mơ hình thực nghiệm kiểm sốt dầu bơi trơn máy CNC có thông số kỹ thuật sau: - Nguồn điện 220 V pha 50 Hz - Cơng suất trục 1,5 kW - Dải tốc độ hoạt động trục chính: – 7000 vịng/phút - Lưu lượng dầu cấp cho q trình bơi trơn: 120 – 180 mm3/giây - Lưu lượng áp lực khí nén làm mát: 1200 lít/giờ; 7,5 bar - Đầu dao ER16 Mơ hình thực nghiệm cho thấy hiệu phương pháp bôi trơn làm mát mới, giúp giảm nhiệt độ ổ bi, kiểm sốt trục chặt chẽ, giảm cồng kềnh thiết bị so với phương pháp cũ Bên cạnh đó, thực nghiệm chứng minh ảnh hưởng thông số lưu lượng dầu, lưu lượng khí lên hiệu làm việc hệ thống.Vì vậy, việc nắm bắt đầy đủ thơng số, cấu hình hệ thống giúp em có hiểu biết đặc tính biến đổi giá trị, từ tăng kiểm sốt tính ứng dụng dầu bơi trơn lên máy CNC khác Đáp ứng phát triển công nghiệp đại, hệ thống bước đầu có ứng dụng cơng nghệ Internet vạn vật (IoT) vào việc điều khiển giám sát Đây sở cho công việc, hướng nghiên cứu tương lai em sau kết thúc chương trình Cao học Tuy nhiên, thời gian nghiên cứu có hạn, việc tiếp thu nhiều kiến thức mẻ, khối lượng công việc lớn nên tiến độ làm việc em cịn chậm, gặp nhiều khó khăn, hạn chế Bên cạnh đó, ngân sách đầu tư cho mơ hình hạn chế, mơ hình cụm trục khơng gian bố trí nên em thực việc 71 cung cấp chất bôi trơn làm mát cho ổ bi, tốc độ hoạt động trục chưa cao Bộ vi điều khiển chưa mang tính ổn định cao, gặp khó khăn mơi trường cơng nghiệp khắc nghiệt Hệ thống điện chưa tích hợp vào tủ điện, dây dẫn chưa gọn gàng, dễ gây nhầm lẫn cháy nổ không cẩn thận sử dụng Hướng phát triển đề tài Hướng phát triển tương lai, em mong muốn đầu tư nâng cấp hệ thống với cụm trục đảm bảo khơng gian bố trí kênh dẫn khí dầu cho tất ổ bi, từ nâng cao tốc độ trục lên cao nữa, chứng minh hiệu phương pháp Bộ điều khiển thay loại PLC nhằm nâng cao tính ổn định mơi trường khắc nghiệt, sáng tạo nhiều chương trình điều phối dịng khí dầu tỉ lệ khí – dầu, thời gian bật tắt bơm-cấp khí, thuật tốn điều khiển thích ứng theo đặc tính nhiệt độ ổ bi Tạo giao diện phần mềm để trực quan, tăng tốc độ xử lý suất cho hệ thống Về hình dáng vịi phun khí dầu, cần tối ưu thơng số thiết kế, đặc biệt nghiên cứu ảnh hưởng tiết lưu thay đổi nhiệt độ đột ngột dịng khí dầu vùng khơng khí xung quanh dịng khí dầu khỏi lỗi phun Cuối cùng, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy/ để Đề tài hồn thiện 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] “SKF spindle,” [Online] Available: https://www.skf.com/my/products/super-precisionbearings/principles/bearing-selection-process/bearing-type-andarrangement/arrangements-bearing-types PGS TS Nguyễn Dỗn Ý, Giáo trình ma sát bơi trơn Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2008 “The lubrication method,” [Online] Available: https://koyo.jtekt.co.jp/en/support/bearing-knowledge/12-1000.html N R M Handawi, A E Elshwain, N Mohd Yusof, “‘Comparison between nitrogen- oil- mist and air-oil- mist condition when turning of hardened tool stainless steel,’ Appl Mech Mater., vol 660 (2015).” T G T F H Wilson, C Fails, “‘United States Patent TO ’ 1C6,” (1977) 1– 6.” “SKF oil air system,” [Online] Available: https://www.flocomponents.com/sln_skf_brand_automatic_lubrication_sys tems/ P T T Trần Thị Thanh Hải, “NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT CÁC ĐẶC TÍNH ÁP SUẤT VÀ NHIỆT ĐỘ CỦA Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG,” 2015 A Yui, “Development of Oil-Air Mist Lubrication System in Ultra High Speed Grinding Spindle,” pp 95–101 Y Aminanda, B Castanié, J J Barrau, and P Thevenet, “Experimental analysis and modeling of the crushing of honeycomb cores,” Applied Composite Materials, vol 12, no 3–4 pp 213–227, 2005, doi: 10.1007/s10443-005-1125-3 X G Changlong Zhao, “Thermal Analysis and Experimental Study on the Spindle of the High-Speed Machining Center.” 2012 N A M No TM Sparham, A A D Sarhan, “‘Designing and manufacturing an automated lubrication control system in CNC machine tool guideways for more precise machining and less oil consumption,’ Int J Adv Manuf Technol (2014) 1081–10.” Bộ Giáo Dục Đào Tạo, Giáo trình Cơ sở kỹ thuật cắt gọt kim loại, Chương 4, trang 7-8 Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2008 Shell Corporation, “Shell Tonna S3 M 68 datasheet.” T N T Lưỡng, Tự Động Hóa Thủy Khí Nhà xuất giáo dục, 2008 Airtac corporation, “Airtac regulator AR series datasheet.” Airtac corporation, “Airtac Fluid Control Valve 2V series datasheet.” Trần Trọng Minh, Điện tử công suất - Chương Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2010 Toshiba corporation, Toshiba inverter drive Tosvert VF-S11 Manual 73 Toshiba corporation, 2006 [19] Hoàng Ánh Linh, Thiết kế chế tạo máy phay CNC trục tích hợp phần mềm điều khiển NCStudio V5 2017 [20] N V L Bùi Quốc Khánh, Truyền động điện Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2010 74 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống kiểm soát dầu bôi trơn máy CNC Tác giả luận văn: Vũ Quang Tú Khóa: 2019B Người hướng dẫn: PGS TS Bùi Tuấn Anh Từ khóa (keyword): Bơi trơn hỗn hợp khí dầu, hệ thống giám sát, cụm trục chính, máy phay CNC Nội dung tóm tắt: a)Lý chọn đề tài: Máy CNC ngày cho thấy vai trò quan trọng gia cơng đại Thành phần đóng vai trị then chốt máy cụm trục Việc tìm hiểu, nghiên cứu đem lại kinh nghiệm quý báu, tài liệu tra cứu tính chủ động cho người kỹ sư trình vận hành, sửa chữa bảo dưỡng máy Trong vấn đề bôi trơn cụm trục chính, catalog thương mại hãng sản xuất máy CNC không đưa cụ thể thơng số hịa trộn khí – dầu Chính vậy, việc nghiên cứu tìm hiểu trình giúp người sử dụng nắm bắt công nghệ, chủ động điều chỉnh q trình bơi trơn Từ đó, đảm bảo trình làm việc ổn định cụm trục chính, đảm bảo chất lượng gia cơng, tăng suất giảm chi phí vận hành b)Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu xây dựng mơ hình thực nghiệm hệ thống giám sát bơi trơn khí dầu cho cụm trục phay đứng để kiểm nghiệm nhiệt độ sinh ổ bi quay với tốc độ từ 6000 – 9000 vịng/phút Trục sử dụng ban đầu với chế độ bôi trơn mỡ, làm mát nước Đối tượng nghiên cứu xác định sau: -Mã: ER16-1500W-D80 -Ổ bi: ổ bi đỡ chặn 7002 -Chế độ bơi trơn ổ bi: mỡ -Đường kính trục: D = 40 mm -Đầu gá dao: ER16 Khảo sát hệ thống trục máy phay đứng hệ thống bơi trơn cụm trục Thiết kế mơ thực nghiệm hệ thống bơi trơn cao tốc cụm trục Thu thập thông số thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ hệ thống bôi trơn làm mát q trình làm việc cụm trục c)Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả Chương 1: Tổng quan hệ thống kiểm sốt bơi trơn Trong chương này, luận văn thể tình hình thực tiễn máy gia cơng phay CNC, trục với vấn đề gặp phải gia công bao gồm tăng nhiệt độ, biến dạng nhiệt ảnh hưởng tới trình gia công cắt gọt Để giảm thiểu ảnh hưởng việc kiểm sốt nhiệt độ tăng lên bơi trơn trục cần thiết, giải pháp thực trục máy công cụ thực tế khó khăn 75 em đề ý tưởng thiết kế hệ thống thực nghiệm ổ trục để nghiên cứu độc lập Chương 2: Thiết kế chế tạo hệ thống thực nghiệm nhiệt ổ trục mơ hình máy phay CNC Trong chương này, nội dung tập trung xây dựng phương pháp thiết kế tích hợp hệ thống thực nghiệm bơi trơn ổ trục quay cao tốc kết luận văn Chương gồm nội dung sau: -Phân tích chế sinh nhiệt cụm trục chính, nhằm đưa nhìn tồn diện sinh nhiệt truyền nhiệt cụm trục Điều làm sở để bố trí thiết bị đo nhiệt thiết bị bôi trơn -Thiết kế hệ thống bôi trơn làm mát cho hệ thống thực nghiệm -Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát Chương 3: Xây dựng mơ hình hệ thống kết thực nghiệm Kết thiết kế liệu thực nghiệm Một mơ hình thực nghiệm thiết kế lắp ráp hoàn thiện, thực lấy số liệu tốc độ 7000 vòng/phút d)Phương pháp nghiên cứu Thiết kế tích hợp hệ thống: Hệ thống bơi trơn cao tốc ổ trục máy phay đứng nghiên cứu trình nhiệt lan truyền tồn trục hoạt động tốc độ cao Yêu cầu tích hợp: Để đảm bảo chức hệ thống, em sử dụng phương pháp thiết kế tích hợp kết cấu khí, hệ thống bơi trơn, làm mát hệ thống giảm sát điều khiển cho đảm bảo hệ thống hoạt động chức tối ưu khơng gian Để thực điều cần có phân tích, đánh giá yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu chức năng, sau phân tích khả tích hợp Từ đó, em đưa tính tốn thiết kế phù hợp cho cụm e)Kết luận Mơ hình thực nghiệm kiểm sốt dầu bơi trơn máy CNC nhắm phục vụ mục đích nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt sinh bên trục thiết kế, chế tạo lắp ráp hoàn thiện nhờ phương pháp thiết kế tích hợp theo mơ đun, đáp ứng u cầu đưa ban đầu Mơ hình thực nghiệm kiểm sốt dầu bơi trơn máy CNC có thông số kỹ thuật sau: -Nguồn điện 220 V pha 50 Hz -Cơng suất trục 1,5 kW -Dải tốc độ hoạt động trục chính: – 7000 vịng/phút -Lưu lượng dầu cấp cho q trình bơi trơn: 120 – 180 mm3/giây -Lưu lượng áp lực khí nén làm mát: 1200 lít/ giờ; 7,5 bar -Đồ gá dao ER16 76 PHỤ LỤC Bản vẽ lắp hệ thống Bản vẽ khung máy Bản vẽ tủ điện Bản vẽ tủ điện Bản vẽ trục Bản vẽ cấu gia lực Sơ đồ điện hệ thống 77 ... thiết bị đo nhiệt thiết bị bôi trơn - Thiết kế hệ thống bôi trơn làm mát cho hệ thống thực nghiệm - Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát Chương 3: Xây dựng mơ hình hệ thống kết thực nghiệm Kết...TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM SOÁT DẦU BÔI TRƠN TRONG MÁY CNC VŨ QUANG TÚ Tu.VQCB190046@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ Thuật Cơ Điện... chất bôi trơn để đạt hiệu cao cần phải kết hợp chặt chẽ vật liệu bôi trơn, vật liệu bôi trơn, chế độ phương pháp bôi trơn Một số phương pháp bôi trơn phổ biến gồm có: - Bơi trơn mỡ - Bôi trơn