- Danh mục các hình vẽ và đồ thị
210. Kết luận
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 độ mỗi lƣợt chạy thì t ng tốc độ lên 1000vg/ph.
- Với mỗi chiều dày cắt ta thay đổi tốc độ vòng quay lần lƣợt từ 2000vg/ph tới 20000vg/ph, với bƣớc thay đổi mỗi lần là 1000vg/ph (19 tốc độ).
- Với mỗi con dao ta thay đổi chiều dày cắt từ 0,15 mm với bƣớc thay đổi mỗi lần là 0,15mm, đến chiều dày cắt 1,5 mm. (10 chiều sâu cắt).
Với một chiều dày cắt ta tiến hành cắt đến khi nào hiện tƣợng mòn dao khốc liệt hoặc gẫy dao xảy ra thì dừng và chuyển sang gia c ng ở chiều dày cắt kế tiếp. Bảng các chế độ gia c ng sẽ tiến hành thí nghiệm đƣợc m tả theo bảng sau:
Bảng 4.2 Số liệu thực nghiệm giữa chiều sâu cắt và tốc độ quay trục chính
TT n(vg/ph) hiều sâu cắt t(mm)
Dao 1 Dao 2 Dao 3 Dao 4 Dao 5 Dao 6 Dao 7 Dao 8 Dao 9 Dao 10 1 2000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 2 3000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 3 4000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 4 5000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 5 6000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 6 7000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 7 8000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 8 9000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 9 10000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 10 11000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 11 12000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 12 13000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5
13 14000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 14 15000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 15 16000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 16 17000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 17 18000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 18 19000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 19 20000 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5
4.3. Kết quả đo thực nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm
Khi gia c ng với mỗi chế độ cắt, tác giả tiến hành đo biểu đồ âm thanh theo phƣơng ox, và tiến hành đo biểu đồ rung động theo phƣơng oy, oz. Sau khi có đƣợc các th ng số đo trên, dựa vào lý thuyết về ổn định quá trình phay đã trình bày ở chƣơng trình, tác giả sẽ tiến hành xây dựng đƣợc biểu đồ ổn định thực nghiệm. Dƣới đây là trích dẫn biểu đồ âm thanh của một chế độ gia c ng mà tác giả đã tiến hành thí nghiệm.
hế độ gia c ng với vận tốc n = 12000vg/ph, chiều sâu c t t = 1,35 mm + Biểu đồ âm thanh vận tốc n =12000vg/ph, chiều sâu c t t = 1,35 m
Iteration 0 800 1.6k 2.4k 3.2k [Hz] -30 10 50 90 [dB/20u Pa] [s] (Relati... Cursor values X: 3.200k Hz Y: 51.915 dB/20u Pa Z: 1.334 s 4
Autospectrum(X) - File (Real) \ FFT
Hình 4.13 Biểu đồ âm thanh với vận tốc n = 12000vg/ph, chiều sâu căt t = 1,35 mm
Hình 4.13 biểu diễn âm thanh theo phƣơng ox màu đỏ. Trục tung biểu diễn giá trị của âm thanh, trục hoành biểu diễn tần số. ác biểu đồ trên có cƣờng độ âm thanh giảm dần theo thời gian.
+ Biểu đồ rung động theo phƣơng ox: vận tốc n = 12000vg/ph, chiều sâu c t t = 1,35 mm
+ Biểu đồ rung động theo phƣơng oy: vận tốc n = 12000vg/ph, chiều sâu c t t = 1,35 mm
Hình 4.14.a,b Biểu đồ rung động với vận tốc n= 12000vg/ph, chiều sâu căt t = 1,35 mm
Dựa trên kết quả của phổ rung động và biểu đồ âm thanh tác giả có thể đƣa ra kết luận với chế độ gia c ng trên. hế độ n = 12000vg/ph, chiều sâu c t t = 1,35 mm là chế độ phay ổn định.
Dựa vào biểu đồ rung động theo các phƣơng và kết hợp với biểu đồ âm thanh để xây dựng biểu đồ thực nghiệm đạt đƣợc độ chính xác cao. Kết quả biểu đồ ổn định thực nghiệm có dạng nhƣ sau:
Hình 4.15 Biểu đồ âm thanh ở chế độ gia công thực nghiệm
Iteration 0 800 1.6k 2.4k 3.2k [Hz] 10u 1m 0.1 [m/s²] [s] (Rel... Cursor values X: 1.938k Hz Y: 119.959u m/s² Z: 1.334 s Autospectrum(Y) - File (Real) \ FFT
Iteration 0 800 1.6k 2.4k 3.2k [Hz] 1u 100u 10m1 [m/s²] [s] (... Cursor values X: 3.200k Hz Y: 63.910m m/s² Z: 34.001 s 4
* hận xét: Biểu đồ ổn định thực nghiệm cho ta kết quả nhƣ sau: khi gia c ng vật liệu thép 50C bằng dao phay ngón 10; 4 r ng cắt, vật liệu làm dao là hợp kim cứng ( HI GS I 4 GS 10- IST9384), với chiều dài c ng x n 40mm trên máy Super MC 500 thì chế độ gia c ng cho n ng suất cao nhất và chất lƣợng bề mặt vẫn đƣợc đảm bảo là tại n = 12000vg/ph và chiều sâu cắt t = 1,35 mm.
4.4. So sánh và đánh giá kết quả thực nghiệm
Ở chƣơng 3, biểu đồ ổn định của máy Super MC 500 đƣợc tác giả xây dựng bằng phƣơng pháp sử dụng phần mềm matlab. Trong chƣơng 4, biểu đồ ổn định của máy này đƣợc xây dựng lại bằng thực nghiệm để chứng minh lại độ tin cậy của phần mềm xây dựng. Kết quả cho thấy sự tƣơng đồng của kết quả lý thuyết và thực nghiệm.
- Biểu đồ xây dựng bằng phần mềm matlab
Hình 4.16 Biểu đồ miền ổn định theo phương pháp mô phỏng số
* Đánh giá sai số giữa biểu đồ lý thuyết và thực nghiệm
Xây dựng lại đồ thị miền ổn định của máy trên cùng một hệ trục tọa độ ta có đƣợc kết quả sau:
Hình 4.18 So sánh kết quả lý thuyết và cắt thử
Dựa vào kết quả biểu diễn biểu đồ ổn định của máy phay Super MC 500 đƣợc dự đoán bằng phần mềm và biểu đồ thực nghiệm, Sai lệch lớn nhất của đồ thị miền ổn định lý thuyết và thực nghiệm là tại điểm cao nhất, sai lệch lớn nhất δmax=1,35 - 1,2 = 0,15(mm). Kết quả thực nghiệm so với phƣơng pháp tính toán lý thuyết sai lệch khoảng 10% là chấp nhận đƣợc.
* hận xét:
Biểu đồ ổn định xây dựng bằng thực nghiệm và phần mềm có sự tƣơng đồng về: - Hình dạng, cụ thể và về số túi.
- ả hai biểu đồ đêu cho thấy đƣợc chiều sâu cắt lớn nhất với máy này vào khoảng 1,35 mm, tại vận tốc vòng quay 12000vg/ph.
- Biểu đồ ổn định bằng thực nghiệm và bằng phần mềm đều đƣa ra đƣợc chế độ cắt tối ƣu giống nhau. Tuy hai biểu đồ chƣa thật sự trùng khớp nhƣng cũng đã khẳng định đƣợc độ tin cậy của phƣơng pháp số.
4.5. Kết luận chương 4
Trong chƣơng này, tác giả đã lập quy trình thì nghiệm để tiến hành gia c ng với khoảng hơn 190 chế độ gia c ng khác nhau. ác chế độ gia c ng đƣợc tiến hành với tất cả các điều kiện khác nhau chỉ thay đổi hai th ng số là tốc độ vòng quay trục chính và chiều sâu cắt. Quá trình thí nghiệm đƣợc tiến hành với máy Super MC 500 tại trƣờng ại học ng nghiệp Hà ội.
Sau khi gia c ng xong, kết quả của các đƣờng gia c ng đƣợc xuất ra bằng biểu đồ âm thanh và biểu đồ rung động. ác kết quả đo ở trên sẽ đƣợc dùng để xây dựng biểu đồ ổn định thực nghiệm.
Dựa trên kết quả đã đo đƣợc và các lý thuyết về ổn định gia c ng dựa trên chỉ tiêu âm thanh và biểu đồ rung động, tác giả đã tiến hành xây dựng đƣợc biểu đồ ổn định thực nghiệm. Sau đó, biểu đồ thực nghiệm đƣợc đối chiếu với biểu đồ lý thuyết và cũng đánh giá đƣợc sai lệch giữa hai biểu đồ, sai lệch này nằm trong giới hạn có thể chấp nhận đƣơc. Vậy, phƣơng pháp xây dựng biểu đồ miền ổn định có đƣợc độ chính xác cao.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết luận
- ặc dù hệ thống lu n có một hệ số giảm chấn nhất định nhƣng trong quá trình phay vẫn có thể xảy ra trƣờng hợp dao động mất ổn định.
- Hệ thống trở nên mất ổn định khi t ng chiều sâu hay chiều rộng cắt.
- Ta có thể thay đổi miền ổn định bằng cách thay đổi các th ng số nhƣ, số r ng cắt, chiều rộng hay chiều sâu cắt, độ giảm chấn, độ cứng vững.
- Kh ng có khác biệt quá nhiều giữa đồ thi ổn định bằng phƣơng pháp phân tích với phƣơng pháp số
- Ta có thể nâng cao đƣợc n ng suất đảng kể nếu chọn đƣợc điểm làm việc hợp lý
1.1. Kết luận về phương pháp luận để xây dựng đồ thị ổn định
Với một tốc độ cắt nhất định (tốc độ trục chính) thì tồn tại một chiều sâu cắt lớn nhất mà hiện tƣợng rung động xảy ra làm cho chất lƣợng bề mặt gia công giảm. Vậy chiều sâu cắt lớn có thể dẫn tới giảm chất lƣợng bề mặt gia c ng nhƣng lại giúp t ng n ng suất gia công. Mục tiêu của luận v n là đi tìm đƣợc chiều sâu cắt tối ƣu mà n ng suất cắt là cao nhất và chất lƣợng bề mặt gia c ng đƣợc đảm bảo.
Trong quá trình gia công, dụng cụ cắt luôn luôn chịu ảnh hƣởng của lực cắt thay đổi, hệ thống dao động cƣỡng bức, dao động của hệ thống đƣợc mô tả dƣới dạng hệ dao động hai bậc tự do theo hai phƣơng ox và oy. hính rung động mạnh của đầu trục chính làm ảnh hƣởng trục tiếp tới chất lƣợng gia c ng và cũng dựa vào rung động của đầu dao để nhận biết đƣợc chế độ gia công là ổn định hoặc không ổn định.
Chế độ gia công ổn định hay kh ng đƣợc thể hiện dƣới các hiện tƣợng khác nhau nhƣ: độ sóng bề mặt gia công, biểu đồ lực cắt theo các phƣơng, biên độ dao động của đầu dao (rung động), hoặc biểu hiện qua âm thanh (tiếng ổn khi gia công)
ác tiêu chí đánh giá chế độ gia công là ổn định hay kh ng đều có cùng một điểm chung là biểu đồ sóng bề mặt hoặc biểu đồ lực, biểu đồ âm thanh, đồ thị dao động của đầu dao hoặc đồ thị mật độ phỏ điện hội tụ hoặc phân kỳ. Các biểu đồ thể hiện chế độ gia công là ổn định khi các biểu đồ là hội tụ và ngƣợc lại các biểu đồ không hội tụ ứng với chế độ gia công mất ổn định.
ó hai phƣơng pháp để xây dựng đƣợc biểu đồ miền ổn định của một hệ thống là sử dụng phần mềm atlab và phƣơng pháp cắt thử. Trong hai phƣơng pháp này, phƣơng pháp sử dụng phần mềm nhanh hơn, tiết kiệm đƣợc thời gian nhƣng vẫn có sai lệch nhất định. Phƣơng pháp cắt thử cho độ chính xác cao nhƣng tốn thời gian và tính kinh tế không cao.
1.2. Các kết quả đạt được
- Kết quả đo các th ng số của hệ thống bằng phƣơng pháp taptest
ộ cứng theo hai phƣơng ox và oy là bằng nhau kx=ky=14156 ( /m), Khối lƣợng quy đổi theo các phƣơng trên là: mx my 0, 014156(kg). Hệ số giảm chấn theo hai phƣơng lần lƣợt là: x y 0, 0243,. ác th ng số này là đầu vào để xây dựng biểu đồ ổn định bằng phần mềm atlab. Với các thiết bị đo thực nghiệm, các th ng số hệ th ng này đƣợc xác định với độ tin cậy cao.
- Kết quả biểu đồ miền ổn định đƣợc xây dựng bằng phần mềm Matlab
ác th ng số của hệ thống đã đo thực nghiệm đƣợc lấy làm đầu vào gồm: độ cứng của hệ thống máy (k), khối lƣợng quy đổi của hệ thống (m) và hệ số giảm chấn tƣơng đối (ξ). 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 độ sóng và dựa trên biểu đồ lực cắt. hƣơng trình đƣợc xây dựng dựa trên việc m tả hệ thống máy dƣới dạng hệ dao động hai bậc tự do. Từ lý thuyết dao động của hệ hai bậc tự do tác giả sẽ dựa vào các dấu hiệu để xác định ổn định từ đó biết chế độ gia c ng là ổn định hoặc rung động. 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 mà vẫn đảm bảo chất lƣợng gia c ng.
ộ tin cậy của phần mềm sẽ đƣợc kiểm tra lại bằng gia công thực nghiệm. Trong chƣơng 4, tác giả sẽ tiến hành xây dựng biểu đồ ổn định bằng thực nghiệm.
- Kết quả biểu đồ miền ổn định thực nghiệm của máy
ể chứng minh lại đƣợc lý thuyết xây dựng về ổn định máy là hợp lý và độ tin cậy của phần mềm (ho c sai số của phần mềm tính toán atlab), tác giả đã lập quy trình
thì nghiệm để tiến hành gia c ng với khoảng hơn 190 chế độ gia c ng khác nhau. ác chế độ gia c ng đƣợc tiến hành với tất cả các điều kiện khác nhau chỉ thay đổi hai th ng số là tốc độ vòng quay trục chính và chiều sâu cắt với máy Super MC 500. Sau khi gia c ng xong, kết quả của các đƣờng gia c ng đo và xuất ra đƣợc biểu đồ pr phin bề mặt gia c ng và biểu đồ lực cắt. ác kết quả đo ở trên sẽ đƣợc dùng để xây dựng biểu đồ ổn định thực nghiệm. Dựa trên kết quả đã đo đƣợc và các lý thuyết về ổn định gia c ng dựa trên chỉ tiêu âm thanh và biểu đồ lực, tác giả đã tiến hành xây dựng đƣợc biểu đồ ổn định thực nghiệm. Sau đó, biểu đồ thực nghiệm đƣợc đối chiếu với biểu đồ lý thuyết và cũng đánh giá đƣợc sai lệch giữa hai biểu đồ, sai lệch này nằm trong giới hạn có thể chấp nhận đƣợc. Vậy, phƣơng pháp xây dựng biểu đồ miền ổn định có đƣợc độ chính xác cao.
- Kiểm chứng, đánh giá độ tin cậy của phƣơng pháp sử dụng phần mềm
ồ thị ổn định đƣợc xây dựng bằng phƣơng pháp sử dụng phần mềm và đồ thị thực ổn định thực nghiệm trùng gần khít với nhau (sai số 10% chấp nhận đƣợc). Vậy chƣơng trình dự đoán ổn định máy có thể áp dụng để tìm ra chế độ gia công tối ƣu hơn.
- Phạm vi áp dụng của luận v n
Phƣơng pháp nghiên cứu này có thể áp dụng để dự đoán miền ổn định cho các hệ thống máy phay tƣơng tự. Nghiên cứu này có đóng góp lớn đối với nền sản xuất máy công cụ trong nƣớc về việc đƣa ra đƣợc một chế độ gia công hợp lý với các máy mới.
2. Kiến nghị phương hướng phát triển
- ghiên cứu các phƣơng pháp phát hiện và giảm rung động bằng đo cƣờng độ âm