CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM
4.6. Ứng dụng kết quả nghiên cứu của đề tài vào thực tiễn sản xuất
4.6.2. Thực nghiệm đánh giá khả năng giám sát độ nhám bề mặt chi tiết của hệ thống
Quá trình thực nghiệm được thực hiện trên máy mài định hình đường lăn vòng trong ổ bi 6208 được thiết lập như hình 4.1. Hệ thống đầu đo được sử dụng là hệ thống đo khí nén với áp suất đầu vào 4 bar như đã được trình bày trong chương 3 của luận án. Tiến hành thực nghiệm mài 30 chi tiết vòng trong 6208, với chế độ mài tối ưu đã xác định ở trên: Vđ = 60 m/s; Vct = 9,39 m/ph; tthô = 120 m; ttinh = 19,97 m; Sthô = 30 m/s; Stinh = 7,06 m/s.
Hình 4.30. Giao diện phần mềm sau khi mài 30 chi tiết đối với cả hai hệ đầu đo đo mòn ở mép và ở đỉnh của biên dạng cung cong đá mài
10.9
đồ thị lượng mòn theo số chi tiết mài, đồ thị độ nhám bề mặt chi tiết theo số chi tiết mài, giá trị lượng mòn và độ nhám bề mặt chi tiết được tính toán sau mỗi lần mài xong một chi tiết như trong giao diện phần mềm thể hiện trên hình 4.30. Trong giao diện phần mềm này, đồ thị ở góc phần tư thứ hai trên cùng bên phải là đồ thị áp suất của cảm biến đo áp suất buồng đo thay đổi theo thời gian mài, trong đó đồ thị bên trên ứng với đầu đo đo mòn ở đỉnh biên dạng cung cong đá mài, đồ thị bên dưới ứng với đầu đo đo mòn ở mép biên dạng cung cong đá mài như thể hiện trên hình 4.31.
Hình 4.31. Đồ thị thể hiện sự thay đổi giá trị áp suất buồng đo theo thời gian mài sau khi mài 30 chi tiết đối với cả hai hệ đầu đo đo mòn ở mép và ở đỉnh của biên dạng cung cong làm việc đá mài
Trong khi đồ thị thứ 2 dưới cùng bên trái và đồ thị thứ 3 ở góc phần tư thứ tư góc dưới cùng bên phải trong giao diện phần mềm lần lượt là đồ thị thể hiện lượng mòn tổng của đá mài theo số chi tiết mài và độ nhám bề mặt của chi tiết tại chi tiết mài thứ n (như thể hiện trên hình 4.32 và hình 4.33). Trong đó, đồ thị màu xanh bên trên là đồ thị lượng mòn và độ nhám bề mặt theo số chi tiết đối với đầu đo đo mòn và độ nhám bề mặt ở mép biên dạng cung cong đá mài. Đồ thị màu đỏ ở bên dưới là đồ thị lượng mòn và độ nhám bề mặt chi tiết mài theo số chi tiết đối với đầu đo đo mòn và độ nhám bề mặt ở đỉnh biên dạng cung cong đá mài. Qua đồ thị này nhận thấy trong quá trình mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 thì lượng mòn ở mép biên dạng cung cong đá mài bị mòn nhiều hơn và độ nhám bề mặt ở mép biên dạng rãnh lăn của chi tiết thì cao hơn so với ở đỉnh.
Đặc biệt, tại thời điểm mài xong chi tiết thứ 19 thì chương trình đã đưa ra tín hiệu cảnh báo “warning” do độ nhám bề mặt tại mép biên dạng rãnh lăn của chi tiết mài (Ra19 mép = 0,5) đã bằng đúng giá trị độ nhám yêu cầu của nguyên công (Rayêucầu = 0,5). Điều đó chứng tỏ lúc này cần phải tiến hành sửa đá để đảm bảo chất lượng bề mặt yêu cầu của chi tiết mài.
Do đó, lượng mòn tương ứng của đá mài tại thời điểm này chính là lượng mòn giới hạn kinh tế của đá mài. Như vậy, có thể thực hiện xác định lượng mòn giới hạn kinh tế của đá mài thông qua giá trị độ nhám bề mặt yêu cầu của nguyên công. Bằng cách từ giá trị độ nhám bề
phương trình khoảng đường đặc tuyến tương ứng sẽ tìm ra được giá trị lượng mòn tương ứng. Giá trị lượng mòn này chính là lượng mòn giới hạn cho phép của nguyên công mài định hình ứng với chế độ mài đang khảo sát.
Hình 4.32. Đồ thị thể hiện sự thay đổi lượng mòn đá mài ở mép và ở đỉnh của biên dạng cung cong làm việc đá mài theo số chi tiết mài sau khi mài 30 chi tiết
Hình 4.33. Đồ thị thể hiện sự thay đổi trị số độ nhám bề mặt ở đáy và ở mép rãnh lăn theo số chi tiết mài sau khi mài 30 chi tiết
Nhận xét: Với kết quả thực nghiệm ở trên cho thấy giải pháp xác định độ nhám bề mặt chi tiết thông qua lượng mòn của đá mài đo được trực tiếp trong quá trình mài trên cơ sở ứng dụng hệ đầu đo khí nén đã đạt được các kết quả khả quan. Hệ đo hoạt động ổn định.
Bằng cách kết hợp đồng thời hai đầu đo khí nén, hệ thống đã xác định được giá trị lượng mòn trực tuyến tại điểm đỉnh và tại điểm mép trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài.
Từ đó, trên cơ sở áp dụng phương pháp nội suy tuyến tính từng phần, hệ thống phần mềm đã xác định được độ nhám bề mặt tại từng điểm tương ứng trên bề mặt chi tiết nhằm đưa ra tín hiệu cảnh báo online cho người dùng, để xác định được thời điểm sửa đá hợp lý.
Đường lượng mòn giới hạn kinh tế của đá mài
Đường trị số độ nhám bề mặt yêu cầu của chi tiết
Do nham be mat ranh lan (m)
1. Bằng thực nghiệm đã xây dựng được phương trình toán học thể hiện mối quan hệ giữa 4 thông số chế độ công nghệ (lượng chạy dao hướng kính khi mài tinh, lượng dư khi mài tinh, vận tốc của chi tiết, số chi tiết mài trong một chu trình) với độ nhám bề mặt rãnh lăn của chi tiết Ra, độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn O và lượng mòn của đá mài Hz.
Phương trình toán học thể hiện lượng mòn của đá mài theo bốn thông số chế độ công nghệ:
0,0965 0,0657 0,0557 0,3772
2,1688 hk Vct ct
Hz S t N
Phương trình toán học thể hiện độ nhám bề mặt rãnh lăn của chi tiết theo bốn thông số chế độ công nghệ:
0,1224 0,10002 0,1005 0,1194
0,163 hk Vct ct
Ra S t N
Phương trình toán học thể hiện độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn chi tiết theo ba thông số chế độ công nghệ:
0,19996 -0,1127 0,1966
1,4498 hk Vct
O S t
2. Trên cơ sở ứng dụng giải thuật di truyền xác định được bộ thông số chế độ công nghệ tối ưu khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 như sau:
Shk tinh = 7,06 (àm/s); Vct = 9,39 (m/ph); ttinh = 19,97 (àm) và Nct = 19 (chi tiết) Khi thực hiện mài với bộ thông số chế độ công nghệ ở trên sẽ đảm bảo được độ chính xác chi tiết và năng suất trong quá trình gia công trong khi lượng mòn đá là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài được là lớn nhất (tức số lần sửa đá là ít nhất). Điều này cho phép các nhà sản xuất xác định và cài đặt được các thông số công nghệ tối ưu với tổ hợp nhiều thông số đầu ra nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài.
3. Xây dựng được một hệ thống giám sát trực tuyến độ nhám bề mặt rãnh lăn của chi tiết và lượng mòn của đá mài khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 ứng với chế độ công nghệ tối ưu được cài đặt ban đầu và cố định trong suốt quá trình gia công. Điều này mở ra một hướng nghiên cứu mới cho đề tài nếu được phát triển đó là hướng đến điều khiển thích nghi quá trình mài.
KẾT LUẬN:
Sau quá trình nghiên cứu lý thuyết và xây dựng thực nghiệm luận án đã đạt được kết quả với những đóng góp mới mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sau:
1. Ứng dụng phương pháp hồi quy thực nghiệm đã xác định được phương trình toán học thể hiện mối quan hệ giữa bốn thông số chế độ công nghệ (Shk, Vct, t, Nct) với độ mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208. Qua đó cho thấy, ảnh hưởng của thời gian mài mà đặc trưng là số chi tiết mài trong một chu trình (Nct) đến độ nhám bề mặt chi tiết mài và lượng mòn của đá mài lớn hơn nhiều so với ảnh hưởng của lượng chạy dao hướng kính (Shk), lượng dư mài (t) và vận tốc chi tiết (Vct). Tuy nhiên, yếu tố số chi tiết mài trong một chu trình (Nct) không ảnh hưởng đến độ ô van của chi tiết mài.
2. Xác định được chế độ công nghệ và thời điểm sửa đá hợp lý khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên cơ sở ứng dụng giải thuật di truyền. Kết quả cho thấy, với loại đá mài có ký hiệu là 500x8x203WA100xLV60, với phạm vi chế độ công nghệ khảo sát là 5 ≤ Shk ≤ 20;
6 ≤ Vct ≤ 18; 10 ≤ t ≤ 20, luận án đã xác định được chế độ công nghệ tối ưu tại Shk tinh = 7,06 (àm/s); Vct = 9,39 (m/ph); ttinh = 19,97 (àm) và thời điểm sửa đỏ hợp lý là khi mài đến chi tiết thứ 19. Từ đó, xây dựng được một hệ thống giám sát độ nhám bề mặt rãnh lăn của chi tiết trong quá trình mài. Điều này có ý nghĩa thực tiễn, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B.
3. Thực hiện đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay trong điều kiện mài có tưới dung dịch trơn nguội bằng hệ đo khí nén là một phương pháp đo hiệu quả đạt độ chính xác cao. Luận án đã thiết kế chế tạo được một hệ thống đầu đo khí nén để đo mòn đá trực tuyến khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 với độ phân giải 1 m. Kết quả thực nghiệm đo mòn cho thấy lượng mòn của đá mài ở mép biên dạng cung đá mài lớn hơn lượng mòn ở đỉnh biên dạng cung cong đá mài khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208.
KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO:
1. Nghiên cứu điều khiển thích nghi bù tự động mòn của đá mài khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay nhằm đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm cũng như tuổi bền của đá mài.
2. Tiếp tục nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của vật liệu, rung động, dung dịch trơn nguội, nhiệt cắt… tới độ chính xác của chi tiết khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay.
3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi sửa đá đến tuổi bền của đá mài khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay.
Tiếng Việt
[1]. Bùi Minh Trí (2005) Xác xuất thống kê và quy hoạch thực nghiệm. NXB khoa học và kỹ thuật
[2]. Đặng Đình Duẩn, Tạ Thị Thúy Hương, Vũ Toàn Thắng (2015) Giải pháp thu nhận và xử lý số liệu cho mô hình đo độ tròn kết hợp nhiều đầu đo. Hội nghị khoa học kỹ thuật đo lường toàn quốc lần thứ VI 2015
[3]. Hoàng Văn Điện (2007) Nghiên cứu quá trình mòn của đá mài và ảnh hưởng của nó đến chất lượng của chi tiết khi mài phẳng. Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí
[4]. Lại Khắc Lãi, Đặng Ngọc Trung (2010) Ứng dụng giải thuật di truyền cho bài toán điều khiển tối ưu đa mục tiêu. Tạp chí khoa học công nghệ. Đại học Thái Nguyên
[5]. Lưu Văn Nhang (2003) Kỹ thuật mài kim loại. NXB khoa học và kỹ thuật
[6]. Ngô Cường (2007) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến một vài thông số đặc trưng cho quá trình cắt khi mài tinh thép ШХ15 và X12M bằng đá mài hải dương trên máy mài tròn ngoài. Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí
[7]. Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt (2005) Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1,2,3. NXB Khoa học và kỹ thuật
[8]. Nguyễn Đình Hải (1992) Thiết kế hệ thống điều khiển thích nghi quá trình mài các mặt định hình khi tiến dao ngang. Luận văn thạc sỹ
[9]. Nguyễn Đình Thúc (2015) Trí tuệ nhân tạo lập trình tiến hóa. NXB Giáo dục
[10]. Nguyễn Huy Ninh (1996) Nghiên cứu xây dựng phương pháp đánh giá tính cắt gọt của đá mài và lựa chọn cặp đá mài – vật liệu gia công thích hợp. Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí [11]. Nguyễn Ngọc Kiên (2014) Ứng dụng phương pháp trí tuệ nhân tạo và phân tích Taguchi để xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công trên máy phay CNC. Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí [12]. Nguyễn Phùng Quang (2006) Matlab và simulink cho kỹ sư điều khiển tự động. NXB Khoa học kỹ thuật
[13]. Nguyễn Thế Đạt (2007) Kỹ thuật sản xuất trong chế tạo máy - phần 2. NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội
[14]. Nguyễn Thị Phương Giang (2008) Nghiên cứu tính chất cắt của đá mài cao tốc chất dính kết Ceramic sản xuất tại nhà máy đá mài Hải Dương. Luận án tiến sỹ
[15]. Nguyễn Tiến Thọ (1976), Nghiên cứu chế tạo bộ đôi siêu chính xác. Đề tài cấp nhà nước N03 -76
[16]. Nguyễn Trọng Bình, Ngô Cường, Trần Minh Đức, Hoàng Văn Quyết (2006) Tối ưu hóa chế độ cắt khi mài tinh thép ШХ15 bằng đá mài Hải Dương Cn46TB1GV1400x40x203.50 m/s trên máy mài tròn ngoài. Tuyển tập công trình hội nghị khoa học toàn quốc, cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 8, tr. 90-95
cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 8, tr. 84-89
[18]. Nguyễn Tuấn Linh (2015) Tối ưu hóa đa mục tiêu quá trình mài thép hợp kim trên máy mài tròn ngoài. Luận án tiến sĩ kỹ thuật Cơ khí
[19]. Nguyễn Văn Thiện (2015) Nghiên cứu ảnh hưởng của Topography đá mài và một số thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết khi mài phẳng. Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí [20]. Phạm Vũ Dũng (2016) Giám sát mòn đá trong quá trình mài phẳng hợp kim Titan.
Luận án tiến sĩ kỹ thuật
[21]. Trần Đức Quý (2007) Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài tròn ngoài. Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí
[22]. Trần Minh Đức (2002) Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi sửa đá đến tuổi bền của đá mài khi mài tròn ngoài. Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí
[23]. Trần Thị Vân Nga (2017) Nghiên cứu chế tạo đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện. Luận án tiến sĩ
[24]. Tạ Thị Thúy Hương (2016) Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ chính xác của phép đo độ tròn. Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí.
Tiếng Anh
[25]. A. Paoletti, A. Di Ilio (2011) A monitoring system for metal matrixcomposites gringding based on a nococtact capacitive sensor. Journal of Manufacturing Technology Research, 3.2011, pp. 197-210
[26]. Di Ilio, A. Paoletti, D. D’Addona (2009) Characterization and modelling of the grinding process of metal matrix composites. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 58.2009, pp. 291–294
[27]. Dong WP, Annecchino L, Webster JA (1996) On-line measurement of grinding wheel wear using acoustic emission. Proceedings of the 11th Annual Meeting of American Society for Precision Engineering, USA, 11.1996, pp. 566–71
[28]. E. Salje(1), H.-H. Damlos, H.Teiwes, TU Braunschweig/West Germany (1981) Problems in Profile Grinding — Angular Plunge Grinding and Surface Grinding. Annals of the ClRP Vol. 30/1/1981, pp. 219-222
[29]. Haiyue Yu, Yushan Lu, Jun Wang, Study on wear of the grinding wheel with an abrasive phyllotactic pattern. Wear Journal, 358.2016, pp. 89-96
[30]. Hong-Tsu Young Der-Jen Chen (2006) Online dressing of profile grinding wheels. Int J Adv Manuf Technol, 27.2006, pp. 883-888
[31]. J. Fazlurrahman and V.Radhakrishnan (1981) Surface condition monitoring of grinding wheels by pneumatic back-pressure measurement. Wear, 70.1981, pp. 219-226
[33]. J. Shibata, T. Goto and M. Yamarnoto (1982) Characteristics of Air Flow Around a Grinding Wheel and Their Availability for Assessing the Wheel Wear. Annals of the ClRP, 31.1982, pp. 233-238
[34]. K.C.Fan, M.Z.Lee, J.I.Mou (2002) On-Line Non-Contact System for Grinding Wheel Wear Measurement. The International Journal of Advanced manufacturing technology, 19.2002, pp. 14-22
[35]. Krzysztof NADOLNY, Wojciech KAPŁONEK, PhD. eng. Ján VALÍČEK (2011) Pneumatic method used for fast non-contact measurements of axial contour of grinding wheel active surface. PAK, 57.2011, pp. 1071-1074
[36]. Malkin, S. (1989) Grinding Technology Theory and Applications of Machining with Abrasives. Ellis Horwood Limited
[37]. Miroslaw Rucki, Branimir Barisic, Tibor Szalay (2008) Analysis of air gage inaccuracy caused by flow instability. Measurement, 41.2008, pp. 655-661
[38]. Miroslaw Rucki, Branimir Barisic, Gyula Varga (2010) Air gauges as a part of the dimensional inspection systems. Measurement, 43.2010, pp. 83-91
[39]. Nihon Pisco Co.Lmt (2015) Pressure sensor SEU-31
[40]. P. Koshy, D.Grandy, F.Klocke (2009) Pneumatic non-contact roughness assessment of moving surfaces. Manufacturing Technology, 58.2009, pp. 515-518
[41]. P. Koshy, D.Grandy, F.Klocke (2011) Pneumatic non-contact topography characterization of finish-ground surfaces using multivariate projection methods. Precision engineering, 35.2011, pp. 282-288
[42]. RSaravanan, PAsokan, MSachidanandam (2002) A multi-objective genetic algorithm (GA) approach for optimization of surface grinding operations. International Journal of Machine Tools and Manufacture 42, pp. 1327-1334
[43]. Slowik (2007) Multi-objective optimization of surface grinding process with the use of evolutionary algorithm with remembered Pareto set. Int J Adv Manuf Technol
[44]. Stephane LaChance, Andrew Warkentin, Robert Bauer (2003) Development of an Automated System for Measuring Grinding Wheel Wear Flats. Journal of Manufacturing Systems, 22/No.2.2003, pp. 130-135
[45]. STMicroelectronics group of companies (2012) Data sheet –STM32F4, May 2012 [46]. Texas intrusment (2008) Data sheet – ADS1256. SBAS288J − Revised August 2008.
[47]. T M A Maksoud, A A Mokbel, J E Morgan (1997) In-process detection of grinding wheel truing and dressing conditions using a flapper nozzle arrangement. Proceeding of the Institution of Mechanical Engineerings, 211.1997, pp. 335-343
[49]. Yoshio Ichida, Ryunosuke Sato, Yoshitaka Morimoto and Yoshihiro Inoue (2006) Profile Grinding of supperalloys with Ultrafine-Crystaline CBN Wheel. JSME International Journal, Vol 49, pp. 94-99
[50]. H. Baseri, G. Alinejad (2011) ANFIS modeling of the surface roughness in grinding process. Word Academy of Science, Engineering and Technology, Vol 5, pp 400-404 Tiếng Tiệp
[51]. Nguyen Viet Tiep (1984) Obrobtitelnost Kovových materlálú brousením. Dotoral thesis - Vysoká Skola Strojí a textliní Liberec, Czechoslovakia
[52]. R. KOPECKÝ (1971) Brouseni tvarovými diamantovými kotouei na rovinných bruskách. STROJÍRÉNTVI 21, 348-355.
Tiếng Nga
[53]. Л.M.Kожуро, A.A.Панов, э.И.Pемизовскии, П.C.Чистосердов (1981) СПРАВОЧНИК ШЛИФОВЩИКА. MИHCK (выШэИШAя ШKOJlA)
[54]. Государственного Стандарта Российской Федерации (2011) ГОСТ 520-2011.
ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
[55]. ИП. Кузнецов (1970), МЕТОДЫ БЕСЦЕНТРОВОГО ШЛИФОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ (ДЕТАЛЕЙ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ).
Специализированный информационный центр подшипниковой промышленности.
[56]. Б.М. Бржозовский, О.В. Захаров (2010), ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ ПРИ БЕСЦЕНТРОВОЙ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ. Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию, Саратовский государственный технический университет.