CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM
4.6. Ứng dụng kết quả nghiên cứu của đề tài vào thực tiễn sản xuất
4.6.1. Thiết kế hệ thống giám sát độ nhám bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn tròn
Trong gia công cơ, đã xuất hiện một số hệ thống giám sát trực tuyến hoặc điều khiển thích nghi. Đây là một hệ thống cơ điện tử phức tạp, liên quan đến nhiều lĩnh vực khác nhau.
Nhiệm vụ thiết kế chúng được khái quát thành 5 mảng vấn đề chính và được thể hiện như trong sơ đồ hình 4.24 [20].
Hình 4.24. Sơ đồ cấu trúc chung của một hệ thống giám sát trực tuyến [20]
Từ sơ đồ này nhận thấy cấu trúc tổng quát của một hệ thống giám sát trực tuyến quá trình, gồm các sensor (đo lực cắt, đo nhiệt độ, đo áp suất …), phần cứng (DAQ) thu thập dữ liệu, phần
hạn mà phải xử lý (Dicision Making –DM) chứ không có chức năng điều khiển [20].
Để có một hệ thống gia công thông minh cần thêm vào mô hình trên một bộ điều khiển thích nghi (AC) hoặc bộ điều khiển thích nghi tối ưu (ACO) như hình 4.25. Thực chất, bộ điều khiển thích nghi là một hệ thống ra quyết định (không phải hỗ trợ nữa), có chức năng tính toán, nhận dạng, phân loại sự kiện và đưa ra tín hiệu điều khiển. Vì vậy trong AC hoặc ACO đã chứa modul DM [20].
Hình 4.25. Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển thích nghi [20]
Từ hai mô hình điều khiển trên cho thấy, giám sát trực tuyến là một hệ thống không thể thiếu trong điều khiển thích nghi quá trình. Muốn điều khiển thích nghi quá trình thì trước tiên bắt buộc phải thực hiện giám sát online quá trình. Vì vậy, mặc dù mục tiêu cao nhất là điều khiển thích nghi quá trình mài nhưng trong phạm vi điều kiện nghiên cứu, đề tài chỉ dừng lại ở việc hướng đến thực hiện xây dựng một hệ thống giám sát trực tuyến mòn đá và độ nhám bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B nhằm đưa ra cảnh báo thời điểm cần tiến hành sửa đá cho người sử dụng.
Căn cứ vào định hướng về mô hình giám sát mòn đá và độ nhám bề mặt, nhu cầu GSTT quá trình, trên cơ sở tham khảo các hệ GSTT và ĐKTN đã công bố, sơ đồ cấu trúc tổng quát của một hệ thống GSTT, tác giả đề xuất cấu trúc cho hệ GSTT mòn đá và độ nhám bề mặt của chi tiết dưới dạng sơ đồ chức năng như trong hình 4.26 và hình 4.27.
Hình 4.26. Sơ đồ chức năng đề xuất cho hệ thống giám sát trực tuyến mòn đá và độ nhám bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi [20]
Hz Hz,
Hình 4.27. Mô hình GSTT mòn đá và độ nhám bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi [20]
Hệ gồm có máy mài định hình đường lăn 3MK136B, trên đó có gắn hệ đầu đo khí nén để đo mòn đá. Máy tính có kết nối với phần cứng DAQ và phần mềm DSS chịu trách nhiệm thu nhận, xử lý tín hiệu đo, từ đó đưa ra thông số cần giám sát lượng mòn Hz theo số lượng chi tiết mài và độ nhám bề mặt Ra tại chi tiết thứ n đang mài. Các thông số này được thông báo, cảnh báo cho người dùng trên màn hình máy tính, mặt khác có thể đưa vào bộ xử lý một bộ điều khiển thích nghi, hiệu chỉnh chế độ công nghệ. Hiện tại, trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, mô hình ở đây chưa có điều khiển thích nghi nên hệ chỉ gồm các phần tử vẽ nét liền.
Các phần tử nét đứt thuộc hệ điều khiển thích nghi, có thể được phát triển trong tương lai.
Trong mô hình được đề xuất cho trường hợp này, hệ thống có thể thực hiện 2 nhiệm vụ: (1) Hiển thị lượng mòn của đá mài và độ nhám bề mặt của chi tiết mài; (2) Cảnh báo on- line giới hạn sửa đá theo ngưỡng lượng mòn giới hạn hay độ nhám bề mặt yêu cầu của nguyên công mài.
Nhận thấy trong quá trình mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi thì các yếu tố độ chính xác của chi tiết như độ nhám bề mặt rãnh lăn của chi tiết, độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn … khó có thể đo được trực tiếp trong quá trình gia công. Trong khi giá trị lượng mòn của đá mài lại đo được ngay trong quá trình gia công nhờ ứng dụng hệ đầu đo khí nén như đã trình bày trong chương 3 của luận án. Mặt khác, nhận thấy các thông số đầu ra ở trên đều là hàm số của một số yếu tố chế độ công nghệ, do đó chúng phải có quan hệ với nhau. Các mối quan hệ này tác động hai mặt đến việc giám sát quá trình. Mặt tiêu cực là việc thay đổi chế độ công nghệ để cải thiện thông số này có thể làm xấu các thông số kia. Mặt tích cực là tạo ra khả năng chẩn đoán thông số này thông qua các thông số kia và khả năng này đã được tận dụng để thiết lập hệ giám sát trực tuyến độ chính xác đạt được của chi tiết mài trong quá trình gia công [20].
Đặc biệt, trong trường hợp ở đây khi đã xác định được chế độ công nghệ tối ưu và cài đặt cố định giá trị các đại lượng này trong suốt quá trình gia công thì độ nhám bề mặt rãnh lăn của chi tiết Ra sẽ là hàm số của đại lượng mòn đá Hz. Vì vậy, có thể thực hiện giám sát độ nhám bề mặt rãnh lăn của chi tiết Ra thông qua giá trị lượng mòn đo được trong quá trình mài dựa trên mối quan hệ giữa hai đại lượng này khi các thông số còn lại là đã biết và cố
phần cứng DAQ và phần mềm DSS để thu nhận và xử lý tín hiệu đo
đường lăn có gắn hệ đầu đo khí nén
Hiển thị giá trị lượng mòn (Hz) của đá mài và độ nhám bề mặt (Ra) của chi tiết.
Cảnh báo online giới hạn sửa đá.
Hz, Ra Sửa đá
Vđ, Vct, Shk, t, Nct
thi. Do đó, việc xây dựng mối quan hệ này dựa trên việc xây dựng đường đặc tuyến Ra(Hz) có được từ thực nghiệm và áp dụng các phương pháp nội suy xấp xỉ, tỏ ra hiệu quả hơn. Cụ thể, từ thực nghiệm thu được một số điểm rời rạc xác định về độ mòn của đá mài và độ nhám bề mặt chi tiết (hình 4.28): (Hz1, Ra1), (Hz2, Ra2),...., (Hzn, Ran), trong đó các giá trị Hz1, Hz2, ..., Hzn chạy khác khoảng giá trị có thể của đại lượng Hz.
Hình 4.28. Xây dựng đường đặc tuyến giữa độ mòn của đá mài và độ nhám bề mặt chi tiết Việc xác định giá trị Ra* tại giá trị độ mòn của đá mài Hz* bất kỳ, dựa trên một hàm xấp xỉ được xây dựng bởi phương pháp nội suy (theo từng đoạn giá trị thực nghiệm) từ bộ giá trị các điểm thực nghiệm. Có thể liệt kê một số phương pháp: Nội suy tuyến tính từng phần, nội suy từng phần bậc hai,... Ở đây đề tài áp dụng phương pháp nội suy tuyến tính từng phần.
A1[i]=get(COM1) A2[i]=get(COM1) Kết nối RS232 thành công
P1[i]=f(A1[i]) P2[i]=f(A2[i]) Lấy giá trị thời gian t1
Lấy giá trị thời gian t2. Xác định thời gian chạy chương trình
time=t2-t1
Thời gian sửa đá > Time flag1=0
P1[i]=P1min P2[i]=P2min
Thời gian giữa hai chi tiết+t1min >time Thời gian giữa hai chi tiết+t2min>time
flag1 == 1 t1=time
t2=time
SUM1[k]=M1[k]+M1[k-1]
SUM2[k]=M2[k]+M2[k-1]
k = Số tiết trong một chu trình
i=0,j=0; flag1=0;
k=0 Số chu trình = Số chu trình +1
Nếu ấn nút dừng chương trình C1[j]=f(P1min)
C2[j]=f(P2min) Vẽ đồ thị (A1[i]A2[i]),time và (P1[i],P2[i]),
time
flag1 = 1
Q1[k] > Ra yêu cầu Q2[k]> Ra yêu cầu
Cảnh báo i=i+1
T1min=t1 T2min=t2 i=i+1
A1[N],A2[N],P1[N],P2[N],T1[N]
C1[N ],C2[N ],M1[N ],M2[N ] SUM1[N ],SUM2[N ], Q1[N ], Q2[N ]
i=0,j=0; flag1=0;t1min=0;t2min=0 k=0
P1[i]<P1min P2[i]<P2min Đ
Đ P1min P2min S
P1[i]=P1min P2[i]=P2min t1=time
t2=time
P1[i]<P1min P2[i]<P2min
Đ P1min
P2min S Đ
M1[k]=f(P1min) M2[k]=f(P2min)
j=j+1
k=k+1
T1min=t1 T2min=t2 S
(1)
(1)
S
Q1[k]=f(SUM1[k]) Q2[k]=f(SUM2[k]) Bắt
đầu
Kết thúc
Hình 4.29. Lưu đồ thuật toán chương trình xử lý dữ liệu
Đ
S
Đ S Đ
S S
độ nhám bề mặt tương ứng. Giá trị lượng mòn đo được tại điểm đỉnh trên biên dạng cung cong đá mài thì sẽ được sử dụng để nội suy tìm ra giá trị nhám bề mặt tương ứng tại điểm đáy trên biên dạng rãnh lăn của chi tiết. Giá trị lượng mòn đo được tại điểm mép trên biên dạng cung cong đá mài sẽ được sử dụng để nội suy tìm ra giá trị nhám bề mặt tương ứng tại điểm mép trên biên dạng rãnh lăn của chi tiết. Sau đó chương trình sẽ so sánh giá trị độ nhám bề mặt này với giá trị độ nhám bề mặt yêu cầu đã được cài đặt ban đầu, để từ đó đưa ra tín hiệu cảnh báo cho người sử dụng như trong sơ đồ thuật toán hình 4.29. Nếu giá trị độ nhám xác định được tại điểm đáy hoặc tại điểm mép trên biên dạng rãnh lăn của chi tiết sau khi mài xong chi tiết thứ n mà lớn hơn giá trị độ nhám yêu cầu thì chương trình sẽ đưa ra một tín hiệu cảnh báo “warning” để người sử dụng biết tại thời điểm đó cần tiến hành sửa đá nhằm đảm bảo chất lượng bề mặt của chi tiết.
Trong hệ thống giám sát này, tín hiệu đầu vào được cung cấp qua 2 cảm biến áp suất của đầu đo ở đỉnh và đầu đo ở mép. Với đầu vào gồm: Tín hiệu analog của hai cảm biến áp suất ứng với hai đầu đo khí nén được lưu trữ trong hai mảng dữ liệu A1[N], A2[N]; mảng P1[N] và P2[N] là mảng chứa dữ liệu áp suất; mảng T1[N] là mảng lưu trữ thời gian. Với đầu ra gồm:
C1[N’], C2[N’] là mảng chứa dữ liệu độ mòn khi sửa đá; M1[N’], M2[N’] là mảng chứa dữ liệu độ mòn giữa hai chi tiết; SUM1[N’], SUM2[N’] là mảng chứa dữ liệu độ mòn tổng sau khi mài xong một chi tiết; Q1[N’] và Q2[N’] là mảng chứa dữ liệu độ nhám bề mặt chi tiết.