- Danh mục các hình vẽ và đồ thị
3.5.3.Xây dựng biểu đồ ổn định bằng phần mềm matlab
210. Kết luận
3.5.3.Xây dựng biểu đồ ổn định bằng phần mềm matlab
3.5.3.1. Chương trình tính biểu đồ ổn định theo phương pháp phân tích
Dựa trên lý thuyết ổn định phần trên ta xây dựng chƣơng trình tính theo các bƣớc chính
Hình 3.30 Chương trình tính toán biểu đồ ổn định
ã cụ thể của chƣơng trình nằm trong tập tin SLD_2DOF_anl.m trong phần phụ lục.
3.5.3.2. Chương trình tính biểu đồ ổn định theo phương pháp số
hƣơng trình tính nằm trong tệp SLD_2DOF_num.m và đƣợc thực hiện theo các bƣớc chính
Hình 3.31 Chương tình tính biểu đồ ổn định bằng phương pháp số 3.5.4. Kết quả tính biểu đồ ổn định
Bằng việc sử dụng phần mềm matlab tác giả đã thiết lập biểu đồ ổn định của máy Super MC 500 nhƣ hình
Hình 3.32 Biểu đồ ổn định xây dựng bằng phần mềm matlab
* Nhận xét: Biểu đồ ổn định có ba túi, hiều sâu cắt cho phéo lớn nhất là 1,2mm. ƣờng cong chia biểu đồ thành hai phần: Phần dƣới là miền gia c ng ổn định, miền trên ứng với miền gia c ng kh ng ổn định.
Từ biểu đồ, khi gia c ng thép 50 bằng dao phay ngón 10; 4 r ng cắt, với lƣợng tiến dao 0,05mm/r ng thì chế độ gia c ng tốt nhất (hay cho n ng suất cao nhất mà chất lƣợng bề mặt vẫn đảm bảo) là chiều sâu cắt t =1,5 mm, vận tốc cắt
n = 12000vg/ph.
3.5.5. Đánh giá độ tin cậy của phần mềm bằng phương pháp so sánh
ể kiểm chứng độ tin cậy của phần mềm ta đi so sánh kết quả có đƣợc từ chƣơng trình atlab với kết quả đáng tin cậy từ quyển sách về hatter của Faassen - bao gồm cả lý thuyết và thực nghiệm - và chƣơng trình utPro - một chƣơng trình chuyên vẽ biểu đồ ổn định.
Hình 3.34 Kết quả mô phỏng với Matlab mô hình tuyến tính
Hình 3.35 Kết quả mô phỏng với CutPro
Kết quả cho thấy sự giống nhau về hình dáng của các đồ thị, sự sai khác về số liệu là do sự khác nhau về m hình toán học cũng nhƣ thiếu dữ liệu đầu vào nhƣ hệ số cắt của vật liệu gia c ng, m hình tuyến tính, mo hình phi tuyến.
Vì vậy đồ thị ổn định đã đƣợc tính toán từ m hình trên hoàn toàn có thể tin cậy đƣợc.
3.6. Kết luận chương 3
Trong chƣơng này tác giả đã đƣa ra một phƣơng pháp để dự đoán nhanh và tin cậy biểu đồ ổn định của hệ thống máy. Phƣơng pháp này đã đƣợc kiểm chứng bằng cách so sánh với các tài liệu nghiên cứu khác, nhƣ quyển sách chatter của Faassen và chƣơng trình utPro.
Kết quả của chƣơng này sử dụng các th ng số đầu vào của hệ thống đã đo thực nghiệm ở mục 3.2 gồm: độ cứng của hệ thống máy (k), khối lƣợng quy đổi của hệ thống (m) và hệ số giảm chấn tƣơng đối (ξ), th ng số về chế độ cắt, hệ số vật liệu và th ng số động học của dụng cụ cắt.
Bằng phần mềm T B tác giả đã xây dựng đƣợc một chƣơng trình dự đoán biểu đồ ổn định. Phƣơng pháp dự đoán hệ thống này dựa trên cơ sở của chỉ tiêu âm thanh và dựa trên biểu đồ lực cắt.
Với việc sử dụng chƣơng trình dự đoán biểu đồ ổn định này cho phép nhanh chóng xây dựng đƣợc biểu đồ ổn định. Giúp tìm đƣợc các chế độ gia c ng cho n ng suất cao nhất.
ộ tin cậy của phần mềm sẽ đƣợc kiểm tra lại bằng gia c ng thực nghiệm. Trong chƣơng 4, tác giả sẽ tiến hành xây dựng biểu đồ ổn định bằng thực nghiệm.
Chương 4: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MIỀN ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC TỐC ĐỘ CAO BẰNG TIÊU CHÍ ÂM THANH 4.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm
4.1.1. Phân tích và thiết kế mô hình thực nghiệm
ác phép đo cần phải lấy đầy đủ các dữ liệu để làm cơ sở rút ra một kết luận có ý nghĩa của hệ thống. Kết quả này có thể đƣợc sử dụng để làm giảm thiểu hoặc loại trừ rung động hoặc các tiếng ồn trong quá trình gia c ng. ó những ví dụ tiếng ồn kh ng là th ng số điều khiển, nhƣng ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm sản xuất trong hệ thống. Ví dụ trong thiết bị điều khiển quá trình, sự rung động quá mức có thể phá hỏng sản phẩm, hạn chế tốc độ làm việc hoặc thậm chí gây hƣ hỏng máy móc. ột hệ thống đo cơ bản đƣợc sử dụng cho chuẩn đoán phân tích âm thanh gồm có 3 thành phần hệ thống nhƣ hình sau:
Hình 4.1: Hệ thống đo âm thanh cơ bản
4.1.2. Thiết bị và thông số kỹ thuật của thực nghiệm 4.1.2.1. Máy phay CNC tốc độ cao 4.1.2.1. Máy phay CNC tốc độ cao
Thí nghiệm đƣợc tiến hành trên máy Super 500 với các th ng số chính của máy nhƣ sau:
Bảng 4.1.Thông số kỹ thuật máy Super MC 500
Danh mục ặc điểm kỹ thuật
Khoảng dịch chuyển Trục x 500 mm Trục y 400 mm Trục z 300 mm Bàn máy Kích thƣớc bàn máy 650x400 Trọng lƣợng lớn nhất có thể chịu 250 kg Trục chính Tốc độ trục chính 100 ÷ 20000 vòng/phút n trục chính Côn 7/24 No.30 Bƣớc tiến hạy dao nhanh (X,Y,Z)
48000mm/phút ắt gọt 1 ÷ 30000 mm/phút Ổ tích dao Kiểu thay dao Turret
n bầu dao BT 30 Số vị trí dao 14
họn dao ny (bất kỳ) Thời gian thay dao 1,8 giây Kích
thƣớc máy hiều cao
28778mm Kích thƣớc nền 1650x2132 Trọng lƣợng Khoảng 2000 kg Phần điều khiển hệ điều khiển FANUC Series 0i
Hình 4.3: Máy phay CNC Super MC 500 4.1.2.2. Phôi thực nghiệm
Ph i thực nghiệm vật liệu: Thép 50C có kích thƣớc: ao: 40 mm, rộng: 100 mm, dài: 170 mm; 10 ph i giống nhau.
+ Cacbon(C): 0.45% - 0.50% + Silic(Si) : 0.15% - 0.35% + Mangan(Mn) ; 0.6% - 0.9% + Luu huỳnh : 0.035% Max
+ Photpho(P): 0.050% Max, + modum đàn hồi : E= 190-210 Gpa, + Khối lƣợng riêng : 7700-8030 (kg/m3) +Giới hạn độ bền kéo : 569 Mpa
+ Nhiệt độ nóng chảy: 1500 , + Hệ số poison: 0,27-0.3
+Giới hạn chảy : 343Mpa + ộ cứng : 170-280 HB
4.1.2.3. Dụng cụ cắt thực nghiệm
- Dụng cụ gia c ng: Dao hợp kim ( HI GS I 4 GS 10-LIST9384) có các th ng số cơ bản sau:
+ ƣờng kính 10 mm; Số r ng dao: 4 r ng; hiều dài c ng x n gá dụng cụ cắt: 40mm; hiều dài tổng: 70 mm; chiều dài phần cắt: 22 mm
ắt đƣợc thép có độ cứng 50-55 HRC.
Hình 4.5: Dụng cụ cắt thực nghiệm
Theo khuyến cáo của nhà sản xuất dụng cụ thì giới hạn của lƣợng chạy dao kh ng đƣợc vƣợt quá 4000(mm/p). hiều sâu cắt theo phƣơng hƣớng kính kh ng vƣợt quá 0.05x20=1mm. Tốc độ cắt tối đa của dụng cụ cắt 650(m/p
4.1.2.4. Đồ gá
ẫu thí nghiệm đƣợc gá đặt lên ê t ; icrophone đƣợc gá đặt lên đồ gá đảm bảo 5 bậc tự do, tính toán lực kẹp ph i đảm bảo gia c ng thí nghiệm, gá đặt thiêt bị đo rung động lên thân ê t đảm bảo yêu cầu của thiết bị và yêu cầu kĩ thuật
4.1.2.5. Đầu đo (cảm biến đo rung; cảm biến đo âm thanh (microphone))
Hình 4.7: Thiết bị đo âm thanh microphone 4189
Sử dụng thiết bị thu âm thanh microphone 4189 tới odun thu thập dữ liệu LAN-XI có 4 đầu vào và 2 đầu ra tần số tới 51.2 kHz của hãng Bruel&Kjaer an ạch. đun phân tích PU SE FFT 7770, 1-3 kênh, PU SE FFT nalysis của hãng Bruel&Kjaer an ạch
4.1.2.6. Thiết bị thu nhập dữ liệu và khuếch đại tín hiệu
Mô-đun thu nhập dữ liệu -XI có 4 đầu vào, 2 đầu ra tần số tới 51,2Kz của hãng Bruel&Kjaer an ạch.Ứng dụng tạo rung động 2 kênh đầu ra với các dạng xung (hiệu điện thế Vmax=10V và dòng điện Imax=40m , thiết bị đƣợc kết nối với phần mềm đo PU SE và phân tích tốc độ lấy mẫu 65,5 nghìn mẫu/giây.
4.1.2.7. Phần mềm phân tích và xử lý tín hiệu
đun phân tích PU SE FFT 7770 ,1-3 kênh, PULSE FFT Analysis của hãng Bruel&Kjaer an ạch . đun sử dụng cho các phân tích FFT và phân tích tổng thể bao gồm tất cả các mô hình, chuẩn hóa, đo đạc, hiển thị và báo cáo cho các phép đo đa n ng. Phần mềm PULSE cho phép xuất dữ liệu đồ thị dƣới dạng một file word để thuận tiện cho ngƣời sử dụng có thể phân tích kết quả thu đƣợc, cho phép hiển thị dữ liệu trên trục tung đồ thị ở nhiều dạng khác nhau (về bản chất là thay đổi các phép toán biến đổi trong phần mềm là đạo hàm hoặc tích phân )và cho phép giới hạn thời gian ghi dữ liệu.
Hình 4.9: Phần mềm phân tích và xử lý tín hiệu 4.1.3.Thiết lập, cài đặt các thiết bị đo
4.1.3.1. Thiết lập:
- Kênh trục X: nối cảm biến đo âm thanh (microphone 4189)
- Kênh Y, Z: nối cảm biến gia tốc 3 phƣơng Triaxial DeltaTron ccelerometer With TEDS Typer 4525_B_001 của hãng Bruel&Kjaer an ạch. đo rung động (vô hiệu hóa kênh trục X)
Hình 4.10: Thiết lập các thiết bị đo 4.1.3.2. Cài đặt các thiết bị đo
- Tần số lấy mẫu lớn nhất ; 3.2 Hz (FFT: 0-3.2 Hz) - Tần số phân giải 1 Hz
- dB từ ax đến 0
- Thời gian lấy mẫu: t=1s/ lát cắt biểu đồ
4.1.3.3. Kết nối và thử gia tốc kế 1D và 3D
Bƣớc 1: iệt kê thiết bị ác thiết bị cần có
+ Gia tốc kế một chiều 4513 B 2x + Bộ phát xung chuẩn 4294 (159,2 Hz) + Dây cáp AO 0531-D-050
ƣu ý: trên -XI có 4 cổng vào (màu xanh là) và 2 cổng ra (màu xanh dƣơng). Gói phần mềm này chỉ có thể sử dụng đồng thời 3 trong 4 cổng vào và sử dụng cả hai cổng ra. Gia tốc kế đƣợc kết nối ở một trong 4 cổng vào.
Bƣớc 2: Tạo một project mới Khởi động abShop trên màn hình
Bƣớc 3: ài đặt th ng số phần cứng lick chuột K
Bƣớc 4: Thiết lập thiết bị và th ng số kết nối: Trong tab Transducer type
- họn Transducer Family: Accelerometer
- họn Transducer Type: 4513 B 2x
- hấn F2
Bƣớc 5: Thiết lập th ng số FFT
Click chuột phải vào FFT trong cửa sổ Measurement Organiser, chọn Properties
- hập các th ng số nhƣ trong bảng sau:
Bƣớc 6: hạy hệ thống - óng cửa sổ FFT lại
- lick chuột vào While Board trong tab Setup
- lick chuột vào Activate Template (hoặc nhấn F2) sau đó click
Bƣớc 7: Thu thập và quan sát dữ liệu
- Trong cửa sổ Function rganiser click chuột phải vào một trong các mục Time (Signal 1), Autospectrum (Signal1) -> chọn Show as -> Classic display để quan sát phổ thời gian và phổ tần số mà accelerometer đo đƣợc.
ote 1: Phần mềm PU SE cho phép xuất dữ liệu đồ thị dƣới định dạng của một file word để thuận tiện cho ngƣời sử dụng có thể phân tích các kết quả thu đƣợc. ể có đồ thị dƣới định dạng của một file word ta thực hiện theo các bƣớc sau:
B1: Ghi lại đồ thị nhƣ note 5.
B2: lick chuột phải vào Working.Input.3D-time.FFT. utoSpectrum chọn File pen rồi mở file vừa ghi ở bƣớc 1 lên
B3: Right click on file just open (this file place in Working.Input.3D-time. FFT.AutoSpectrum) then chose show as/morden display
B4: Right click on graph then chose properties, chose Option and click on Coppy to Clipboard.
B4: Open Microsoft Work and paste graph on it.
ote 2: Phần mềm PU SE cho phép hiển thị dữ đơn vị trên trục tung đồ thị ở nhiều dạng khác nhau (về bản chất là thay đổi các phép toán biến đổi ở trong phần mềm là đạo hàm hoặc tích phân). uốn thực hiện đƣợc chức n ng này ta thực hiện theo các bƣớc sau
B1: họn tab nalyses ở Setup B2: lick chuột phải vào Signal x ở
easurement rganiser/Working/Frontend/Signal chọn Properties, một khung cửa sổ hiện ra nhƣ hình vẽ
B3: Các lựa chọn trong Integration ở tab Signal sẽ có các lựa chọn, tùy thuộc vào mục đích thu thập dữ liệu mà ta có các lựa chọn khác nhau ote 3: Phần mền PU SE cho phép giới hạn thời gian ghi dữ liệu theo các bƣớc sau
B1: lick vào tab Trigger trong phần Setup cửa sổ hiện ra nhƣ hình vẽ
B2: Click vào tab Multi-buffer x, cửa sổ hiện ra nhƣ hình vẽ. Ta thay đổi thời gian ghi theo hai khung Update Condition - cho phép lựa chọn đơn vị thời gian cập nhật dữ liệu và khung Size – cho phép xác định giá trị của thời gian ghi dữ liệu theo đơn vị đã chọn ở khung Update ondition
B4: Trong tab WhiteBoard chuột phải vào Working.Input.3D-time. FFT.Autospectrum/Autospectrum (Signal x) – Input sau đó chọn show as lassic display rồi chuột phải vào vùng đồ thị chọn properties trong tab Graph type chọn Waterfall
ote 4: Khi sử dụng gia tốc kế 3D thì trong cột Basic/ nalysis 1 chọn cả 3 đều là FFT.
ote 5: uốn ghi lại đồ thị thì right click on graph and chose Save ctive urve. Trong phần đồ thị 3D click vào phần title của đồ thị để chuyển đồ thị sang giá trị đã ghi ở các trục khác nhau (X, Y, Z) từ đồ thị ở các trục này có thể ghi các giá trị nhƣ đầu note 5.
ote 6: ổi tên các tín hiệu của gia tốc kế 3 chiều Trong tab Setup/Analysis/Basic/Signal name -> đổi tên
Bước 8: Hiển thị dữ liệu ở dạng 3D
- hấp chuột phải vào vùng đồ thị -> chọn Properties
Kết thúc phần kết nối và thử gia tốc kế 1D và 3D
4.1.3.4. Kết nối và thử microphone 4189
Bƣớc 1: iệt kê thiết bị Các thiết bị cần có
+ Microphone Type 4189
+ áy tính cài phần mềm PU SE với dongle + LAN – XI
+ Dây cáp AO 0426-D-030 ( ối một trong 4 cổng vào của – XI với Microphone Type 4198)
Bƣớc 2: Tạo một project mới Khởi động abShop trên màn hình
Bƣớc 3: ài đặt th ng số phần cứng - lick chuột K
Bƣớc 4: Thiết lập thiết bị và th ng số kết nối: - họn Transducer Family: Microphone
- họn Transducer Type: 4189 A 21
- hấn F2
- ƣu ý: loại 4189 21 là loại có sensitive là 49.9 mV/Pa Bƣớc 5: hạy hệ thống
- hấn F2 để lƣu cấu hình hệ thống - hấn F5 để chạy hệ thống
Bƣớc 6: Hiện thị kết quả
Bƣớc 7: Kết thúc thử icrophone
4.2. Nội dung thực nghiệm
ể kiểm chứng lại độ tin cậy của việc xây dựng biểu đồ ổn định bằng phần mềm matlab, tác giả tiến hành gia c ng thực nghiệm, đo biểu đồ âm thanh khi gia c ng để từ đó đánh giá và xây dựng biểu đồ ổn định thực nghiệm.
Mô-đun thu nhập dữ liệu -XI đƣợc dùng để thu thập thập dữ liệu, có khả n ng theo dõi sự phát sóng âm của quá trình loại bỏ kim loại và tập hợp dữ liệu trong miền thời gian. ó một microphone đƣợc đặt bên trong buồng. Phép biến đổi nhanh Fourier của tín hiệu âm thanh theo thời gian đƣợc tính toán trực tuyến để nhận đƣợc phổ miền tần số của tiếng động phay. Tín hiệu âm thanh đƣợc in trực tuyến trên màn hình máy tính và biểu đồ miền tần số ngay tại thời điểm nó đƣợc thu nhận, và đƣợc lƣu lại trong một file để phân tích sau này. Hình4.11 cho ta thấy cách bố trí thí nghiệm dành cho mục đích thu thập dữ liệu.
Hình4.12:Biều đồ ổn định qua mối quan hệ giữa chiều sâu cắt và biên độ âm thanh
- Tác giả tiến hành cắt thử các chế độ khác nhau. Số lƣợng thí nghiệm tiến hành cắt thử 190 thí nghiệm.
- hạy dao dọc theo chiều rộng của ph i với cùng một chiều sâu và thay đổi tốc