Hệ thống đo lực cắt mới trên máy mài tròn ngoài

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 HỆ TH ỐNG ĐO L ỰC C ẮT MỚI TRÊN MÁY MÀI TRÒN NGOÀI Tr ần Minh Đứ c - Ph ạm Quang Đồ ng (Tr ường ĐH K ỹ thu ật công nghi ệp – ĐH Thái Nguyên) I. ĐẶT V ẤN ĐỀ Lực c ắt là m ột đạ i l ượng ảnh h ưởng r ất l ớn đế n các thông s ố công ngh ệ x ảy ra trong và sau quá trình c ắt. Đặ c bi ệt v ới nguyên công mài, nguyên công gia công tinh, thì lực c ắt ảnh hưởng tr ực ti ếp đế n độ chính xác gia công, đế n tính ch ất hình h ọc t ế vi, tính ch ất c ơ lý c ủa l ớp bề m ặt, đế n tu ổi b ền c ủa đá mài v.v. Để nghiên c ứu ảnh h ưởng c ủa l ực c ắt đế n các thông s ố công ngh ệ khi mài nh ất thi ết ph ải có d ụng c ụ đo tin c ậy. M ột s ố tài li ệu [3,6 ], m ột s ố hãng có gi ới thi ệu m ột s ố h ệ th ống đo. Tuy nhiên, các h ệ th ống này có giá thành quá cao không phù hợp với điệu ki ện kinh t ế n ước ta. Để ph ục v ụ cho công tác nghiên c ứu tác gi ả đã thi ết k ế, ch ế t ạo và kết n ối thành công m ột h ệ th ống đo 2 thành ph ần l ực c ắt trên máy mài tròn ngoài, đặc bi ệt là đã ch ế t ạo thành công b ộ c ảm bi ến (L ực k ế). V ề m ặt th ực ti ễn, vi ệc ch ế t ạo thành công l ực k ế này có ý ngh ĩa r ất l ớn. 2. GI ẢI QUY ẾT V ẤN ĐỀ 2.1. S ơ đồ kh ối h ệ th ống đo Bộ c ảm Bộ khu ếch Bộ chuy ển bi ến đại đổi AD Máy tính Máy in (L ự c k ế) Hình 1. S ơ đồ kh ối h ệ th ống đo l ực c ắt - Bộ c ảm bi ến: G ồm các ph ần t ử đàn h ồi trên đó có dán các tenzo điện tr ở. - Bộ khuy ếch đạ i: Card BDK16 do hãng IOTech-Mỹ s ản xu ất. - Bộ chuy ển đổ i AD: Dapbook 216 do hãng IOTech-Mỹ s ản xu ất. - Thi ết b ị xu ất s ố li ệu: máy tính cá nhân PC và máy in. - Ph ần m ềm điều khi ển: DASYLab 5.02.02-32bit c ủa hãng IOTech. 2.2. B ộ c ảm bi ến 2.2.1. Thi ết k ế ph ần t ử đàn hồi Để đo l ực c ắt khi gia công trên máy mài tròn ngoài, s ử d ụng 2 m ũi tâm v ừa làm nhi ệm vụ là đồ đị nh v ị v ừa làm làm nhi ệm v ụ là ph ần t ử đàn h ồi. S ơ đồ c ắt khi mài tròn ngoài nh ư hình 2. 104 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 Hình 2. S ơ đồ gia công khi mài tròn ngoài 1-Đá mài;2-Chi ti ết gia công; 3,4-Mũi tâm - ph ần t ử đàn h ồi;5-Tốc truy ền mômen. Nguyên lý đo: Lực c ắt c ần đo P z, P y thông qua chi ti ết gia công 2 làm bi ến d ạng m ũi tâm 3,4. Bi ến d ạng này làm thay đổi điện tr ở c ủa các tenzo được dán trên m ũi tâm, do đó làm thay đổi dòng điện qua tenzo. S ự thay đổ i dòng điện này được l ấy làm tín hi ệu đo. Ph ần t ử đàn h ồi được ch ế t ạo b ằng thép 40X, nhi ệt luy ện đạ t độ c ứng HRC=40-44. Gi ới hạn đo c ủa l ực k ế P max = 500N. Để đả m b ảo độ nh ạy, độ ổn đị nh c ủa l ực k ế ch ọn gi ới h ạn bi ến dạng đàn h ồi l ớn nh ất cho phép c ủa ph ần t ử đàn h ồi [ ε]=0,5.10 -4 [1],[4], [6]. Các tính toán, thi ết kế và ch ế t ạo ph ần t ử đàn h ồi được tác gi ả th ực hi ện t ại Tr ường Đạ i h ọc Công nghi ệp Thái Nguyên. K ết c ấu c ủa m ũi tâm - ph ần t ử đàn h ồi được gi ới thi ệu ở hình 3. Hình 3 Hình 3. K ết c ấu c ủa m ũi tâm – ph ần t ử đàn h ồi 105 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 2.2.2. Tenzo điện tr ở: Sử d ụng tenzo điện tr ở lo ại KSG-S-120-C1-11N-15C2 do Nh ật B ản s ản xu ất có các ± ±0,4% 0 thông s ố k ỹ thu ật c ơ b ản : K=2,11 ; R=119,5 ; t max =80 C. Sơ đồ dán Tenzo [4], [6] nh ư hình 4. Hình 4. S ơ đồ dán Tenzo điện tr ở Trong đó: Các Tenzo điện tr ở Y 1, Y 3, Z 1, Z 3 được dán v ề phía bi ến d ạng (+) c ủa ph ần t ử đàn h ồi. Các Tenzo điện tr ở Y 2, Y 4, Z 2, Z 4 được dán v ề phía bi ến d ạng (-) c ủa ph ần t ử đàn h ồi, các Tenzo này còn có tác d ụng bù nhi ệt trong s ơ đồ đo. Vi ệc xác đị nh đặ c tính c ủa l ực k ế được th ực hi ện b ằng cách đặ t t ải t ĩnh. 2.3. Thi ết k ế h ệ th ống đo l ường t ự độ ng. Sử d ụng ph ần m ềm điều khi ển và x ử lý tín hi ệu Dasylab 5.02.02 thi ết k ế được h ệ th ống đo l ường t ự độ ng [5] nh ư hình 5. Hình 5. S ơ đồ h ệ th ống đo l ường t ự độ ng 106 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 Kết qu ả do được ghi vào mô đun Write00 trên hình 5 và được đọ c b ởi h ệ th ống đọ c d ữ li ệu nh ư hình 6. Hình 6. H ệ th ống đọ c d ữ li ệu Kết qu ả đo th ử nghi ệm 2 thành ph ần l ực c ắt P z và P y sau m ột chu trình mài nh ư hình 7. 1 2 3 4 Py Pz Hình 7. K ết qu ả đo l ực c ắt Điều ki ện thí nghi ệm: - Máy mài tròn ngoài 3 Б153. Ph ươ ng pháp mài có tâm ch ạy dao d ọc. - Đá mài: 24A 40 П CM1 6 K5 A – П П 400.50.203 .35m/s. - Vật li ệu gia công: Thép 45, độ cứng HRC=45 - 48 - Ch ế độ c ắt: V d=35m/s; n d=1670v/p; n ct =160v/p; S d=1m/p; S n=0.01mm/ht đ; - Ch ế độ s ửa đá: V d=35m/s; S d=0,5m/p; t =0,015mm; Nh ận xét: - Hình 7 là k ết qu ả đo 2 thành ph ần l ực c ắt P z, P y trong m ột hành trình kép khi mài tròn ngoài. - Đoạn 1 ứng v ới giai đoạn v ượt quá c ủa đá mài, lúc này đá không c ắt nên l ực c ắt P z = 0, P y = 0. 107 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 - Đoạn 2 là giai đoạn đá b ắt đầ u ăn vào chi ti ết, chi ều dài ti ếp xúc t ăng d ần nên l ực c ắt t ăng d ần. - Đoạn 3 ứng v ới giai đoạn đá c ắt ổn đị nh nên l ực ổn đị nh. - Đoạn 4 ứng v ới giai đoạn đá b ắt đầ u thoát ra kh ỏi chi ti ết, do chi ều dài ti ếp xúc gi ảm dần nên l ực c ắt gi ảm d ần. Nh ư v ậy, k ết qu ả đo l ực c ắt (c ả tr ị s ố và quy lu ật) hoàn toàn phù h ợp v ới lý thuy ết. III. K ẾT LU ẬN - Đã thi ết k ế, ch ế t ạo thành công b ộ c ảm bi ến (L ực kế). - Đã k ết n ối thành công b ộ c ảm bi ến v ới b ộ khuy ếch đạ i tín hi ệu, b ộ chuy ển đổ i A/D, thi ết b ị hi ển th ị (Máy tính cá nhân, máy in) thành m ột h ệ th ống đo hoàn ch ỉnh. H ệ th ống làm vi ệc đả m b ảo độ ổn đị nh, độ chính xác và độ tin c ậy. - Nếu thay l ực k ế l ắp trên các máy công c ụ khác nh ư máy ti ện, máy phay, máy khoan.v.v. ho ặc thay l ực k ế b ằng các c ảm bi ến khác nh ư c ảm bi ến đo nhi ệt, c ảm bi ến đo gia tốc.v.v thì h ệ th ống này còn đo được l ực, rung độ ng, nhi ệt c ắt trên các máy công c ụ khác. - Đã s ử d ụng thành công và r ất có hi ệu qu ả h ệ th ống đo vào công tác h ọc t ập, nghiên c ứu và ph ục v ụ gi ảng d ạy. C ụ th ể là đã ph ục v ụ cho 2 NCS, 3 h ọc viên cao h ọc nghiên c ứu th ực nghi ệm và đã b ảo v ệ thành công lu ận v ăn c ủa mình. Ph ục v ụ cho m ột m ột đề tài nghiên c ứu khoa h ọc c ấp b ộ và đã được nghi ệm thu
TÓM T ẮT: Bài báo này gi ới thi ệu m ột h ệ th ống đo l ực c ắt khi gia công trên máy mài tròn ngoài. Đây là m ột h ệ th ống đo được thi ết k ế ch ế t ạo hoàn ch ỉnh dùng để đo l ực ti ếp tuy ến P z và lực h ướng kính P y khi mài. Ngoài ra, n ếu thay đổi b ộ c ảm bi ến thì h ệ th ống này còn có th ể đo được l ực c ắt trên các máy công c ụ khác nh ư máy ti ện, máy phay ho ặc là các đại l ượng khác nh ư nhi ệt c ắt, rung độ ng .v.v. Summary A NEW CUTTING FORCE MEASURING SYSTEM FOR CYLINDRICAL GRINDING MACHINE A proposed cutting force measuring system used in cylindrical grinding process is presented in this article. The system is designed & manufactured completety to measure both tangential force P z and radial force P y. Moreover, if the transducer is replaced, the system can be used to measure cutting forces in other machine tools such as turning machines, milling machines or even orther quantities like cutting temperature, vibration etc Tài li ệu tham kh ảo [1]. Nguy ễn Th ượng Hàn, Nguy ễn Tr ọng Qu ế, Nguy ễn V ăn Hòa (1996), “ Kỹ thu ật đo l ường các đại l ượng v ật lý” , Nxb Giáo d ục, Hà N ội. [2]. Phan Qu ốc Phô, Nguy ễn Đứ c Chi ến (2000), “ Giáo trình c ảm bi ến” , Nxb KH và KT, Hà N ội [3]. L.N. Filimônop (1978), “ Tu ổi b ền c ủa đá mài” , Nxb Ch ế t ạo máy Lêningrat . [4]. E.I.Felincon, Thi ết k ế các ph ần t ử đàn h ồi cho d ụng c ụ đo, Nxb Ch ế t ạo máy’ Maxcova-1977. [5]. IOtech, Inc (1998) , DASYLab User’s manual (Data dcquisition system laboratory version 5.0 for 16 bit and 32 bit Windows system), United States of America [6]. S. Markin (1989) , ” Grinding technology theory and application machining with abrasive ”, Massachusetts. 108