Hình 5.2 là bàn định vị thực tế thu được bằng vật liệu hợp kim nhôm (7075-T6) được gia công trên máy cắt dây với các biến thiết kế đã được tối ưu hóa bằng phương pháp đáp ứng bề mặt trên phần mềm Ansys 18.2.
5.2. Thực nghiệm
5.2.1. Gá đặt
Các thiết bị được sử dụng để đo chuyển vị bàn máy trung tâm gồm: + Thiết bị tạo rung động chính xác Piezo Stack Actuator model P-225.10. + Thiết bị cảm biến đo chuyển vị không tiếp xúc model LK-030
Thiết bị Piezo Stack Actuator model P-225.10 như hình 5.3 là thiết bị với khả năng tạo rung động với độ chính xác lên tới đơn vị µm. Được ứng dụng một cách rộng rãi như: tạo chuyển động với tải trọng lớn và chính xác, ứng dụng trong mơi trường tính học-động học, giảm chấn trong rung động, tạo lực…
Với model P-225.10 được sử dụng trong quá trình thực nghiệm với các đặc điểm sau: khả năng tải cao, tạo chuyển vị rung động lên đến 15 µm, điện áp lên đến 1000V, và tải trọng tối đa là 12500N, có khả năng sử dụng trong mơi trường nhiệt độ cao/ chân không. Sử dụng cảm biến SGS ( Strain Gauge Sensors).
Hình 5.4: Bộ điều khiển PZT
5.2.3. Mơ hình bố trí thí nghiệm bàn máy
Theo đồ án tốt nghiệp của sinh viên Huỳnh Văn Tâm, Hà Phú Tấn, Nguyễn Đức Cao, "Thiết kế, chế tạo mơ hình gia cơng phay có dao động hỗ trợ" và Phạm Hữu Đầy, Bùi Đức Thịnh, Nguyễn Thị Mỹ Duyên, “Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ trong gia
công phay với sự hỗ trợ của dao động”, mơ hình thực tế gia cơng bàn máy Vam và gá
đặt bố trí thí nghiệm bàn máy [25, 26].
Hình 5.6: Mơ hình thực tế bàn máy Vam[25]
Để lắp ghép PZT vào bàn định vị 2-DOF, ta cần phải có chốt định vị đầu cong để tiếp xúc với bề mặt cong của bàn định vị. Chốt định vị đầu cong này được lắp vào một đầu của PZT. Trong khi lắp đặt, cần phải đảm bảo cho chốt định vị tiếp xúc trực tiếp với bề mặt cong để truyền rung động nhằm khuếch đại chuyển động vào bàn trung tâm. Còn phần đầu còn lại của PZT sẽ liên kết với khung cố định của bàn định vị bằng liên kết bu lơng.
Hình 5.8: Bố trí thí nghiệm thiết bị[26]
5.2.4 Tiến hành thí nghiệm
Căn cứ vào các bước tiến hành và phương pháp đo kiểm của nhóm sinh viên Huỳnh Văn Tâm, Hà Phú Tấn, Nguyễn Đức Cao, "Thiết kế, chế tạo mơ hình gia cơng
phay có dao động hỗ trợ" thực hiện trước đó. Thực nghiệm đo tĩnh để xem mối quan hệ
tương quan giữa tần số và điện áp nhằm tránh được tân số cộng hưởng gây ra làm phá hủy cơ cấu. Thứ hai, xác định biên độ rung động nhỏ (µm) sẽ khơng làm ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
Bảng 5.1: Giá trị thực nghiệm chuyển vị bàn máy trung tâm theo điện áp và tần số[25]
Thực nghiệm đo động, thí nghiệm gia cơng phay trên máy CNC sẽ được thí nghiệm ở biên độ rung động là 2-4 µm với 3 tần số và sẽ được so sánh với 1 rãnh không hỗ trợ rung động, thơng qua 27 rãnh cắt có dao động. Kết quả đo độ nhám trên phơi của nhóm sinh viên Phạm Hữu Đầy, Bùi Đức Thịnh, Nguyễn Thị Mỹ Duyên, “Tối ưu hóa
thơng số cơng nghệ trong gia công phay với sự hỗ trợ của dao động.[26].
Bảng 5.2: Chế độ cắt khi gia công[26]
Bảng 5.3: Giá trị độ nhám nhận được[26]
Ta được giá trị độ nhám cao nhất đạt được là ở thí nghiệm có rung động hỗ trợ, với giá trị là 0,3 µm. So với thí nghiệm tương đương nhưng khơng có rung động độ nhám bề mặt đã cải thiện 52 %.
Hình 5.12: Độ nhám bề mặt của phương pháp phay có hỗ trợ rung và khơng có hỗ trợ rung[26]
5.3. Hướng ứng dụng
Tiếp tục nghiên cứu và phát triển hình dáng và kích thước của bàn máy để có thể gia cơng các vật liệu mới.
Tiếp tục hồn thiện các thống số cơng nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt tối hơn.
Mở rộng nghiên cứu hồn thiện kiểm tra phân tích đo ba via trên chi tiết và lượng nhiệt sinh ra trong quá trình cắt gọt.
Nghiên cứu ảnh hưởng sâu hơn khi sử dụng hai nguồn tạo rung theo hai phương.
CHƯƠNG 6
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1. Kết luận
Đề tài nghiên cứu trong luận văn này đã góp phần hồn thiện thêm các kiến thức về phương pháp gia cơng cắt gọt có dao động hỗ trợ, đặc biệt là phương pháp gia công phay có dao động hỗ trợ.
Khẳng định sử dụng dao động có tác động tích cực có ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
Kết hợp được các phần mềm Inventor và Ansys Workbench để xây dựng thiết kế, mơ phỏng và tối ưu hóa.
Tuy nhiên, đề tài cũng chỉ ra nhiều vấn đề còn tồn tại và khó khăn khi áp dụng cơng nghệ này như: sự tương thích giữa các thơng số rung của bàn máy rung với các thông số gia công, cách thiết lập một cơ cấu rung cho quá trình gia công cắt gọt… 6.2. Kiến nghị
Từ việc nghiên cứu tổng quan cho thấy, ở thời điểm hiện tại nhiều công bố về lĩnh vực phương pháp gia cơng có hỗ trợ rung động vẫn được cơng bố trên các tạp chí có uy tín. Điều này cho thấy, lĩnh vực này còn nhiều tồn tại cần nghiên cứu để hồn thiện cơng nghệ. Do đó, tác giả đề xuất một số định hướng tiếp tục phát triển đề tài như sau:
- Tiếp tục đầu tư các thiết bị đo nhằm đánh giá và hiệu chỉnh cơ cấu rung động. - Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện và chế tạo cơ cấu rung động trợ giúp gia cơng có kích thước nhỏ gọn, có khả năng tích hợp trên nhiều máy cơng cụ khác nhau.
- Nghiên cứu, áp dụng công nghệ rung động trợ giúp gia công cắt gọt trên các loại vật liệu mới giúp tăng phạm vi ứng dụng cho cơ cấu đàn hồi.
- Tiếp tục nghiên cứu cải tiến tăng độ cứng vững kẹp chặt phôi liệu, tránh hiện tượng tự tháo.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. XU, Shaolin, et al. Recent advances in ultrasonic-assisted machining for the
fabrication of micro/nano-textured surfaces. Frontiers of Mechanical Engineering, 2017, 12.1: 33-45.
[2]. CHEN, Wanqun, et al. State-of-the-art review on vibration-assisted milling:
principle, system design, and application. The International Journal of Advanced
Manufacturing Technology, 2018, 97.5: 2033-2049.
[3]. Nguyen V.K., Pham H.H., Pham H.T., Multi-objective Optimization of a Linear Flexure-Based Mechanism Using Pseudo Rigid-Body Diagram Analysis and FEA-Based Response Surface Methodology, Modern Environmental Science and Engineering, 2018,
vol. 4(5), 469-475
[4]. Zhang J, Sun B (2006) Design and analysis of 2-DOF nanopositioning stage based
on dual flexure hinges. China Acad J Elect Publ House 5(28)
[5]. Chern GL, Chang YC (2006) Using two-dimensional vibration cutting for micro milling[J]. Int J Mach Tools Manuf 46(6):659–666
[6]. Chen, W., Huo, D., Shi, Y. et al. State-of-the-art review on vibration-assisted milling: principle, system design, and application. Int J Adv Manuf Technol 97, 2033– 2049 (2018).
[7]. Jin X, Xie B (2015) Experimental study on surface generation in
vibration-assisted micro-milling of glass[J]. Int J Adv Manuf Technol 81(1–4):507–512
[8]. E. Uhlmann, I. Perfilov, D. Oberschmid. 2015Two-axis vibration
system for targeted influencing of micro-milling. euspen’s 15th International Conference
& Exhibition, Leuven, Belgium
[9]. Wanqun Chen, Dehong Huo, Lu Zheng, et al. 2017 Design, analysis and testing a high bandwidth XY stage for vibration-assisted milling, Proceedings of the 17th euspen
International Conference, Hannove, Germany
[10]. Wanqun Chen, 2018, Surface texture formation by non-resonant vibration assisted
micro milling, Journal of Micromechanics and Microengineering 28, 025006.
[11]. Shyh-Chour Huang and Thanh-Phong Dao, 2016, Design and Computational
Optimization of a Flexurebased XY Positioning Platform using FEA-based Response Surface Methodology, 17, pages1035–1048
[12]. Van-Khien Nguyen, Huy-Hoang Pham, Huy-Tuan Pham. Optimal Design of High Precision Compliant Guide Mechanism Using Gene Algorithm and Taguchi–Based Sensitivity Analysis, Proceedings of the International Conference on System Science and Engineering 2017 (ICSSE 2017).
[13]. Howell L.L, Compliant mechanisms, New York, Wiley, 2001.
[14]. Lobontiu N., 2003, Compliant mechanisms: Design of flexure hinges. CRC Press. [15]. Culpepper M. L., and Anderson G., Design of a low-cost nano-manipulator which
[16]. Nguyễn Văn Khiển, Phạm Huy Hoàng, Phạm Huy Tuân, cơ cấu đàn hồi và các hướng ứng dụng, Hội nghị Khoa học- Cơng nghệ tồn quốc về Cơ khí, pp. 778-786 [17]. Chen, W., et al., The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2018, vol. 97, 2033–2049.
[18]. RUSZAJ, Adam, et al. Electrochemical machining supported by electrode ultrasonic vibrations. In: 13th International Symposium for Electromachining, ISEM, Spain, May. 2001. p. 9-11.
[19]. Ibrahim, Rasidi.2010 Vibration assisted machining: Modelling, simulation, optimization, control and applications. Diss. Brunel University School of Engineering and Design PhD Theses.
[20]. XU, Shaolin, et al. Recent advances in ultrasonic-assisted machining for the fabrication of micro/nano-textured surfaces. Frontiers of Mechanical Engineering, 2017, 12.1: 33-45.
[21]. D.E Brehl, T.A. Dow-Review of vibration-Assisted Machining
[22]. Sylvain Laporte and Come De Castelbajac-Major Breakthrough in Multi Material Drilling, Using Low Frequency Axial Vibration Assistance.
[23]. Xiaoliang Jin, Boyuan Xie., Experimental Study on surface generation in vibrationassisted micro-milling of glass.
[24]. Nguyen V.K., Tuong D.L, Pham H.H., Pham H.T., Design and Optimization of a
New Hollow Circular Flexure Hinge for Precision Mechanisms, 2019, pp. 337-345.
[25]. Huỳnh Văn Tâm, Hà Phú Tấn, Nguyễn Đức Cao, "Thiết kế, chế tạo mơ hình gia
cơng phay có dao động hỗ trợ", Đồ án tốt nghiệp, Trường ĐH SPKT TPHCM, 2020.
[26]. Phạm Hữu Đầy, Bùi Đức Thịnh, Nguyễn Thị Mỹ Dun, “Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ trong gia công phay với sự hỗ trợ của dao động” Đồ án tốt nghiệp, Trường
Phụ lục 1: Thiết kế, tối ưu hóa trong Ansys Workbench
Các bước trình bày dưới đây là tiêu biểu cho một thí nghiệm đáp ứng bề mặt. Tùy theo thí nghiệm, có thể thực hiện một số bước với một thứ tự khác.
1. Chọn mẫu bề mặt đáp ứng cho thí nghiệm. Ở đây ta chọn mẫu bằng phương pháp gọi trực tiếp xây dựng mơ hình trong mơi trường Ansys Workbench.
Khởi động phần mềm ANSYS 18.2
Chọn Start All programs ANSYS 18.2 Workbench 18.2.
Hình 1: Khởi động phần mềm ANSYS 18.2
Gồm 3 khu vực chính:
3. Vùng làm việc: chứa sơ đồ mơ phỏng.
Hình 2: Hiển thị giao diện của phần mềm Thanh Menu Thanh Cơng cụ Vùng làm việc
Hình 3: Khởi động tạo mô đun tĩnh học và động học Trình tự thực hiện:
Bước 1. Chọn và thiết lập các thông số vật liệu Chọn đơn vị tính tốn:
Thiết lập các thơng số vật lý cho thuộc tính của vật liệu vật liệu hợp kim Nhôm (7075
- T6) với các thông số của vật liệu như sau: Mô đun đàn hồi E = 71,7 GPa, hệ số Poisson là 0,33, giới hạn đàn hồi là 503 MPa và khối lượng riêng ρ = 2810 kg/m3.
Hình 4: Gán vật liệu
Bước 2. Geometry: Xây dựng mơ hình hình học
Hình 5: Xây dựng mơ hình trong mơi trường thiết kế Khai báo các biến đầu vào và biến đầu ra theo hàm mục tiêu.
Bước 3. Model: Thiết lập mơ hình phần tử hữu hạn
Chia lưới phần tử hữu hạn(Mesh): áp dụng phương pháp chia tự động trong phần mềm kết hợp chia lưới mặt của thiết kế.
Hình 6: Mơ phỏng chia lưới phần tử hữu hạn Bước 4. Setup: Đặt các ràng buộc và tải
- Đặt điều kiện ràng buộc và điểm đặt chuyển vị tác dụng: có 16 mặt dùng làm điều kiện biên cho thiết kế và chọn điểm đặt chuyển vị theo phương x. Đặt chuyển vị ban đầu 5µm.
Hình 7: Điều kiện biên và điểm đặt chuyển vị Kết quả mô phỏng ban đầu:
Bước 5. Solution: Phân tích
Nhấp vào Solution phần mềm sẽ tự phân tích. Bước 6. Results: Kết quả
Khi đặt chuyển vị đầu vào 5µm thì ta nhận được cơ cấu chuyển vị khuếch đại đạt được 1.78 lần. Và giá trị chuyển vị theo phương y rất nhỏ nên khả năng cách ly dao động rất tốt.
Hình 8: Chuyển vị theo phương x của bàn định vị
Hình 10: Mơ phỏng tần số dao động riêng đầu tiên
Hình : Khởi tạo module Response Surface Optimization. Các bước làm việc với các thiết kế của phần thí nghiệm:
Bước 8. Khởi động Design of Experiments
Trên hệ thống mới Response Surface Optimization, kích đúp vào ơ Design of Experiments
Trong không gian làm việc thiết kế thử nghiệm (DOE), đặt giới hạn cho các tham số đầu vào.
Hình : Đặt các giới hạn của các biến thiết kế
Hình : Chọn kiểu đáp ứng (kiểu Kriging)
Nhấp vào nút Update để cập nhật bề mặt đáp ứng
Chọn Min-Max Search để tìm các kết quả đáp ứng theo hàm mục tiêu Bước 10. Khởi động Optimization
Phụ lục 2: Thiết bị thí nghiệm
PL 2.1 - Thiết bị tạo rung động chính xác Piezo Stack Actuator model P- 225.10.
Là thiết bị với khả năng tạo rung động với độ chính xác lên tới đơn vị µm. Được ứng dụng một cách rộng rãi như: tạo chuyển động với tải trọng lớn và chính xác, ứng dụng trong mơi trường tính học-động học, giảm chấn trong rung động, tạo lực…
Với model P-225.10 được sử dụng trong quá trình thực nghiệm với các đặc điểm sau: khả năng tải cao, tạo chuyển vị rung động lên đến 15 µm, điện áp lên đến 1000V, và tải trọng tối đa là 12500N. Sử dụng cảm biến SGS ( Strain Gauge Sensors).
Cách gá đặt PZT: lưu ý khi đầu tác dụng lực của PZT chỉ có khả năng chịu tác dụng lực dọc trục, do đó ta chỉ nên tiếp xúc điểm giữa đầu PZT và bề mặt tiếp xúc của bàn máy. Tránh hiện tượng nối cứng đầu chuyển vị PZT để tránh tạo ra moment uốn gây hư hỏng và làm giảm tuổi thọ của thiết bị PZT, cách gá đặt như hình bên dưới.
PL 2.2 Thiết bị cảm biến đo chuyển vị không tiếp xúc model LK-030
PL 2.3 Thiết bị đo chuyển vị không tiếp xúc KEYENCE Model LK-G030
Phụ lục 3: Bản vẽ
3. Bản vẽ chi tiết gá bàn định vị
Applications of Advanced Materials
1. Front Matter
Pages 475-475
2. An Analytical Model for AlGaN/GaN MOS-HEMT for High Power Applications
o Nguyen-Trung Do, Nguyen-Hoang Thoan, Tran Minh Quang, Dao Anh Tuan, Nguyen-Ngoc Trung
Pages 477-485
3. Structural Scheme of Electroelastic Actuator for Nanomechatronics
o Sergey M. Afonin
Pages 487-502
4. On Extraction of Energy from Rotating Objects
o Tejkaran Narolia, Vijay K. Gupta, Ivan A. Parinov
Pages 503-511
5. Computer Modeling and Experimental Research of Component Processing Procedure in
the Centrifugal-Rotary Equipment
o Nguyen Van Tho, A. N. Soloviev, M. A. Tamarkin, I. A. Panfilov
o Huy-Tuan Pham, Van-Khien Nguyen, Khac-Huy Nguyen, Quang-Khoa Dang, Trung-Kien Hoang, Son- Minh Pham
Pages 529-539
7. Design and Analysis of a Compliant Constant-Torque Mechanism for Rehabilitation
Devices
o Thanh-Vu Phan, Huy-Tuan Pham, Cong-Nam Truong
Pages 541-549
8. Improve the Loading Capacity and Stiffness of Hydrostatic Spindle Medium Sized
Circular Grinding Machines Based on Simulation and Geometric Parameters of the Bearing
o Van-Hung Pham, Manh-Toan Nguyen, Tuan-Anh Bui
Pages 551-558
9. Inverse Method for Estimating the Convection Coefficient at Gap Inside Bearing Rig Test
o Thi-Thao Ngo, Jin H. Huang, Van-The Than
Pages 559-570
10. Combining the Kalman Filter and Particle Filter in Object Tracking to Avoid Occlusion