Báo cáo: Thiết kế hệ thống đo lực cắt quá trình phay

Chia sẻ: Do Xuan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

1
1.179
lượt xem
401
download

Báo cáo: Thiết kế hệ thống đo lực cắt quá trình phay

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Báo cáo: Thiết kế hệ thống đo lực cắt quá trình phay trình bày hệ thống đo lực cắt trên máy phay CNC, đồng thời các kết quả thực nghiệm đo lực cắt với nhiều chế độ cắt khác nhau sẽ được trình bày. Cùng tham khảo nhé.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Báo cáo: Thiết kế hệ thống đo lực cắt quá trình phay

  1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO LỰC CẮT QUÁ TRÌNH PHAY TS.Thái Thị Thu Hà Th.s Hồ Minh Đạo Khoa Cơ Khí - Trường Đại học bách Khoa - Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh Tóm tắt : Bài báo trình bày hệ thống đo lực cắt sử dụng để phát hiện lưỡi cắt bị mòn hay gãy , hoặc để trên máy phay CNC . Đây là một phần của hệ thống đo phát hiện va đập . Thêm vào đó , bộ điều khiển thích lường và điều khiển bằng máy tính . Tín hiệu lực cắt nghi với thông số điều khiển là lực cắt dùng thêm một thu được từ lực kế được truyền về máy tính , máy tính vòng điều khiển nữa bên cạnh các vòng hồi tiếp thông sẽ phân tích , xử lý để phục vụ cho mục đích điều khiển thường trong điều khiển vị trí để hiệu chỉnh một cách .Lực kế được thiết kế và chế tạo dựa trên nguyên tắc linh hoạt các thông số công nghệ trong quá trình gia đo lực bằng cảm biến biến dạng .Cũng trong bài báo công . này , các kết quả thực nghiệm đo lực cắt với nhiều chế Có nhiều phương pháp đo lực cắt trên máy CNC , độ cắt khác nhau sẽ được trình bày .Gíá trị lực cắt đo phương pháp được sử dụng nhiều nhất là lực kế bàn được gần đúng với giá trị tính toán lý thuyết , điều này dạng áp điện ( như của hãng Kistler ) . Tuy nhiên , giá cho thấy hệ thống đo lực cắt hoạt động ổn định , chính thành của nó rất cao không phù hợp với điều kiện kinh xác . tế của nước ta . Với mục đích xây dựng bộ điều khiển Abtract : This paper presents a PC-based thích nghi quá trình phay trên máy CNC , trong đó monitoring method of cutting forces by a 3-component thông số điều khiển là lực cắt , chúng tôi đã thiết kế và strain gage based milling dynamometer designed and chế tạo thành công lực kế đo ba thành phần lực dựa manufactured . Experiments are carried out under end trên nguyên tắc đo lực bằng cảm biến biến dạng . milling operations for aluminum with different Trong phần còn lại của bài báo này chúng tôi sẽ trình combinations of cutting condition . The results was bày về lực kế được thiết kế và một số kết quả thực compared with theorical calculation of cutting force . nghiệm thu được . Its is shown that the monitoring system is reliable , accurate and possible . 2. LỰC KẾ BA THÀNH PHẦN 1. GIỚI THIỆU: Điều khiển giám sát quá trình gia công trên máy CNC đã và đang là trọng tâm nghiên cứu trong định hướng phát triển máy CNC . Giám sát quá trình gia công và tự động điều chỉnh chế độ cắt ( lượng chạy dao , tốc độ trục chính ) giúp tăng năng suất , tiết kiệm thời gian , chi phí đồng thời vẫn đảm bảo độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công . Hình 1: Sơ đồ hệ thống đo lực trên máy CNC Trước đây , việc giám sát máy CNC cần phải có nhiều loại cảm biến khác nhau để nhận biết các hiện Sơ đồ hệ thống đo lực được trình bày trên hình 1 . tượng vật lý xảy ra trong quá trình cắt kim loại , tổng Lực kế được thiết kế bao gồm các thành phần : phần tử hợp các tín hiệu rồi từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển đàn hồi , cảm biến biến dạng, mạch cầu Wheatstone , quá trình gia công . Việc lắp đặt và thiết lập bộ điều mạch khuyếch đại . Lực kế được đặt trên bàn máy , chi khiển này rất phức tạp và khó khăn . Khó khăn này có tiết gia công được định vị và kẹp chặt phía trên lực kế thể được giải quyết nếu chỉ sử dụng cảm biến xác định sẽ chịu tác động của lực trong quá trình gia công chỉ một thông số mà thông số này biểu thị đủ trạng thái truyền qua phôi đến các phần tử đàn hồi. Cảm biến của quá trình gia công , đặc biệt là trong quá trình phay cảm nhận tín hiệu lực được sử dụng là cảm biến biến - quá trình gia công với dao phay gồm nhiều lưỡi cắt dạng sẽ biến dạng cùng với các phần tử đàn hồi làm cùng làm việc với tốc độ cao . thay đổi điện trở qua mạch cầu Wheatstone , làm mất cân bằng mạch cầu, dẫn đến sự thay đổi điện áp. Card Nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới đã chứng minh thu nhận dữ liệu PCL-812PG sẽ chuyển giá trị điện áp lực cắt là một thông số quan trọng cần phải biết trong thay đổi từ cầu Wheatstone đã được khuyếch đại thành quá trình gia công có hệ thống giám sát và điều khiển . tín hiệu số . Việc thu nhận , xử lý hiển thị kết quả lực Bởi vì lực cắt phụ thuộc vào các thông số hình học dao cắt được thực hiện trên máy tính thông qua phần mềm , vật liệu dao , vật liệu chi tiết , chế độ cắt ( chiều sâu DASYLab . cắt , lượng chạy dao , tốc độ cắt ) , chất lượng lưỡi cắt ( mòn , nứt , gãy ) , nhiệt ( dung dịch trơn nguội ) và Để đo momen và lực theo 3 phương trong điều kiện rung động , biến dạng của hệ thống công nghệ trong tĩnh và động , vòng đàn hồi đã chứng tỏ là một phần tử quá trình gia công . Giữ ổn định lực cắt trong quá trình thích hợp. Kích thước của vòng đàn hồi được tính toán gia công sẽ giúp ta cải thiện được chất lượng bề mặt dựa vào độ lớn của lực đo và độ chính xác của phép gia công , tăng năng suất và giảm bớt việc mòn và gãy đo. Phân tích vòng đàn hồi có bán kính r , chiều dày t, dụng cụ trong quá trình gia công . Đo lực cắt ngay trong quá trình gia công sẽ cung cấp một tín hiệu được 1
  2. chiều rộng b chịu lực hướng kính Fr (Fz) và lực tiếp song cho dòng nhiệt và do đó các điểm ở vị trí đối diện tuyến Ft (Fx hoặc Fy) tác dụng (hình 2a). của vòng đàn hồi sẽ có cùng nhiệt độ. Hai chỉ tiêu quan trọng của lực kế là độ cứng vững và độ nhạy. Để có thể đạt được độ nhạy cao thì vòng tám cạnh cần phải được thiết kế và đặt ở vị trí bị biến dạng nhiều nhất bởi các thành phần lực đo . Cảm biến biến dạng được dán trên vòng tám cạnh nơi mà nó sẽ bị kéo hoặc nén lớn nhất . Từ các phân tích ở Hình 2 : Quá trình biến dạng của vòng đàn hồi. trên , các cảm biến biến dạng được dán trên vòng tám cạnh ở vị trí như hình 3 . Khi chỉ có lực Fr tác dụng thì vòng đàn hồi biến dạng như hình 2b , và khi chỉ có lực Ft tác dụng thì vòng đàn hồi biến dạng như hình 2c. Theo lý thuyết đàn hồi với vòng mảnh, khi chỉ có lực Fr tác dụng ( hình 2b) thì độ biến dạng ở bề mặt trong và ngoài của vòng tại điểm A là : 1,09.Fr .r εA = ± (1) E.b.t 2 Hình 3 : Vị trí dán cảm biến biến dạng trên vòng Với :εA- Độ biến dạng tại điểm A ; Fr - Lực hướng tám cạnh. kính (N) ; r - Bán kính vòng tròn (mm) ; E - Mô-đun đàn hồi ( N/mm2 ) ; b - Chiều rộng vòng (mm) ; t - Chiều dầy vòng (mm) Bốn vòng tám cạnh được bố trí để đo lực theo 3 phương độc lập với nhau. Vị trí của 4 vòng tám cạnh trên 2 tấm trên và dưới được thể hiện như trên hình 4 . Trong khi tại điểm B - vị trí nghiêng một góc 39,6o so với trục thẳng đứng - độ biến dạng bằng 0 . Khi chỉ có lực Ft tác dụng (hình 2c) độ biến dạng tại điểm A bằng 0 trong khi độ biến dạng tại điểm B là: 2,18.Ft .r εB = (2) E.b.t 2 Với: εB - Độ biến dạng tại điểm B ; Ft - Lực hướng kính (N) Nếu độ biến dạng tại điểm A và B trong phạm vi giới hạn đàn hồi của vật liệu thì phương trình (1) và (2) sẽ tuyến tính với lực và vì thế vòng đàn hồi đáp ứng được yêu cầu mong muốn về độ tuyến tính. Giá trị độ Hình 4 : Vị trí 4 vòng tám cạnh cứng vững của vòng hình tròn mỏng theo phương hướng kính và tiếp tuyến được tính như sau: Khi chịu lực tác dụng , mạch cầu Wheatstone cho ra một điện áp rất nhỏ . Do đó, trước khi được chuyển Fr Ebt 3 đổi tương tự / số ( A/D ), tín hiệu này cần phải được Kr = = (3) khuếch đại . Trên hình 5 là sơ đồ đơn giản của mạch δr 1,8r 3 khuyếch đại được sử dụng trong hệ thống đo lực . Ưu điểm của mạch khuyếch đại này là trở kháng lối vào Ft Ebt 3 (4) rất cao , khử được nhiễu do nhiệt độ của điện trở lối Kt = = δt 3,6 r 3 vào và do dòng lối vào khuyếch thuật toán , độ không tuyến tính của hệ số khuyếch đại không đáng kể , và Vòng tám cạnh được dùng làm phần tử đàn hồi của việc thiết lập hệ số khuyếch đại rất đơn giản . lực kế phay vì những ưu điểm của nó so với vòng tròn . Để bảo đảm được tính liên tục, tuyến tính và sự lặp lại trong khi đo, các vòng tám cạnh được chế tạo từ vật liệu đồng nhất. Vòng tám cạnh phải đảm bảo tính đối xứng, chất lượng bề mặt và độ chính xác cao. Sự đối xứng của vòng đàn hồi sẽ tạo ra các đường song 2
  3. Hình 6 : Mô hình thực nghiệm Hình 5 : Mạch khuếch đại. Các chế độ cắt được thiết lập như sau : 4 mức tốc Như đã giới thiệu ở phần đầu hệ thống đo lực được độ trục chính ( 400,500, 600 , 700 vòng /phút) , bốn thiết kế là hệ thống đo lường bằng máy tính . Do vậy , mức lược chạy dao ( 100 , 120 ,150 , 200 mm/ phút ) hệ gồm có : máy tính , phần cứng xử lý tín hiệu tương và gia công ở 3 chiều sâu cắt khác nhau ( 1, 2, 3 mm ) tự , chuyển đổi tương tự / số , truyền tín hiệu về máy . Trong bài báo này chỉ trình bày 4 kết quả thực tính và phần mềm thu nhận, xử lý , hiển thị và lưu trữ nghiệm thể hiện từ hình 7 đến hình 10 , đồng thời giá tín hiệu số nhận được từ phần cứng . Trong hệ thống trị lớn nhất , nhỏ nhất , trung bình và giá trị lực cắt tính của mình , chúng tôi sử dụng mạch thu nhận dữ liệu toán lý thuyết được trình bày từ bảng 1 đến bảng 4 . PCL - 812PG ( Advantech -Mỹ ) và phần mềm DASYLab ( Dasytec - Đức ) . Mạch thu nhận dữ liệu PCL-812PG được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu lực tương tự thu được từ điện thế của mạch cầu thành tín hiệu số và truyền đến máy tính để hiển thị và xử lý . Đây là mạch thu nhận dữ liệu đa chức năng với độ tin cậy cao , được sử dụng cho các loại máy IBM PC/XT/AT và các máy tính tương thích . Mạch quét kênh tự động và có SRAM trên board tạo thuận lợi cho việc chuyển đổi A/D đa kênh , đặc biệt là với khả năng truy cập bộ nhớ trực tiếp DMA sẽ làm cho chương trình hay thiết bị có thể truyền dữ liệu giữa hai thiết bị hoặc giữa thiết bị và bộ Hình 7 : Lực cắt đo được với chế độ cắt : chiều sâu nhớ mà không cần sự can thiệp của CPU giúp cho khả cắt 1mm , tốc độ trục chính 400 vòng / phút , lượng năng truyền dữ liệu nhanh hơn . PCL - 812PG có 16 chạy dao 120 mm/ phút , đường kính dao 10 mm , vật đường thu tín hiệu tương tự đơn hoặc 8 đường thu tín liệu nhôm. hiệu có so sánh . Giá trị Giá trị Giá trị Giá trị Với phần mềm DASYLab , việc giao tiếp với mạch nhỏ nhất lớn nhất trung bình tính toán thu nhận dữ liệu PCL-812PG hay nhiều mạch khác rất (N) (N) (N) (N) đơn giản , DASYLab cung cấp một thư viện chương Fx 25,45 52,19 37,99 38,2 trình , người sử dụng chỉ lựa chọn , thiết lập thông số . Fy -33,07 -3,95 -19,18 -32,8 Đồng thời DASYLab cũng cung cấp các khối chức năng xử lý , hiển thị tín hiệu hỗ trợ người sử dụng Fz -73,53 -38,97 -60,63 -54,6 trong việc thiết kế hệ thống đo lường bằng máy tính. 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM : Bảng 1 : Lực cắt đo được và lực cắt tính toán với Kết quả thực nghiệm được thực hiện trên máy phay chế độ cắt : chiều sâu cắt 1mm , tốc độ trục chính 400 CNC hiệu ENSHU với bộ điều khiển FANUC 6M - vòng / phút , lượng chạy dao 120 mm/ phút , đường đây là máy phay đứng , điều khiển ba trục . Chức năng kính dao 10 mm , vật liệu nhôm. điều khiển CNC được thực hiện trên máy tính, lập trình trong môi trường Windows . Lực kế được lắp trên bàn máy và chi tiết gia công ( nhôm , thép ) được gá trên lực kế như hình 6. 3
  4. Hình 8 : Lực cắt đo được với chế độ cắt : chiều sâu cắt 2mm , tốc độ trục chính 400 vòng / phút , lượng Hình 10 : Lực cắt đo được với chế độ cắt : chiều chạy dao 120 mm/ phút , đường kính dao 10 mm , vật sâu cắt 2mm , tốc độ trục chính 400 vòng / phút , liệu nhôm. lượng chạy dao 120 mm/ phút , đường kính dao 20 mm Giá trị Giá trị Giá trị Giá trị , vật liệu nhôm. nhỏ nhất lớn nhất trung bình tính toán (N) (N) (N) (N) Giá trị Giá trị Giá trị Giá trị Fx -61,90 -40,33 -51,83 -44,3 nhỏ nhất lớn nhất trung bình tính toán (N) (N) (N) (N) Fy 7,27 30,56 18,24 37,9 Fx -262,72 -9,87 -133,77 -122,8 Fz -69,15 -28,56 -49,09 -63,2 Fy -29,18 187,25 74,24 57,8 Bảng 2 : Lực cắt đo được và lực cắt tính toán với chế Fz -205,46 44,12 -75,01 -92,8 độ cắt : chiều sâu cắt 2mm , tốc độ trục chính 400 vòng / phút , lượng chạy dao 120 mm/ phút , đường kính dao 10 mm , vật liệu nhôm. Bảng 4 : Lực cắt đo được và lực cắt tính toán với chế độ cắt : chiều sâu cắt 2 mm , tốc độ trục chính 400 vòng / phút , lượng chạy dao 120 mm/ phút , đường kính dao 20 mm , vật liệu nhôm. 4. KẾT LUẬN Chi phí cuûa heä thoáng ño löïc caét ñöôïc chuùng toâi thieát keá vaø cheá taïo giaûm hôn raát nhieàu so vôùi löïc keá daïng aùp ñieän cuûa Kistler . Tuy nhieân , vôùi moät soá keát quaû thöïc nghieäm vaø ñöôïc so saùnh vôùi giaù trò tính toaùn lyù thuyeát , chuùng toâi nhaän thaáy giaù trò löïc caét ño ñöôïc töông ñoái chính xaùc , ñoä cöùng vöõng cuûa heä thoáng khaù cao , vaø quan troïng laø phuø hôïp vôùi muïc ñích cuûa chuùng toâi laø öùng duïng ñieàu khieån thích nghi quaù trình Hình 9 : Lực cắt đo được với chế độ cắt : chiều sâu cắt phay ( nhö chuùng toâi ñaõ ñeà caäp ôû phaàn ñaàu cuûa baøi 1mm , tốc độ trục chính 400 vòng / phút , lượng chạy baùo ). dao 120 mm/ phút , đường kính dao 20 mm , vật liệu nhôm. Giá trị Giá trị Giá trị Giá trị nhỏ nhất lớn nhất trung bình tính toán 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO (N) (N) (N) (N) [1] Đào Văn Hiệp - Điều khiển thích nghi máy Fx 30,72 99,50 63,20 97,2 công cụ điều khiển số [2] Nguyễn Đắc Lộc - Sổ tay công nghệ chế tạo Fy -41,77 5,01 -17,67 -45,7 máy Fz -126,62 5,98 -56,28 -62,9 [3] V . C . Venkatesh , H . Chandrasckaran , Experimental methods in metal cutting , Prentice -Hall of India private Limited , New Dehli ,1982 Bảng 3 : Lực cắt đo được và lực cắt tính toán với [4] Y. Altintas , Prediction of cutting forces and chế độ cắt : chiều sâu cắt 1mm , tốc độ trục chính 400 vòng / phút , lượng chạy dao 120 mm/ phút , đường tool breakage in milling from feed drive current measurement , ASME Journal of Engineering for kính dao 20 mm , vật liệu nhôm Industry , Vol 114 , 1992 4

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản