Báo cáo khoa học: MÔ HÌNH CÔNG SUẤT CẮT DÙNG ĐỂ KIỂM TRA MÀI MÒN DỤNG CỤ KHI PHAY

Bài báo này trình bày mô hình công suất cắt trong phay mặt ứng với các điều kiện cắt và mài mòn mặt sau trung bình. Mô hình công suất cắt được kiểm định bằng thực nghiệm. Với các kết quả mô phỏng và thực nghiệm chứng tỏ rằng các tín hiệu công suất mô phỏng được dự báo công suất cắt trung bình tốt hơn là công suất cắt tức thời. Cuối cùng mô hình công suất cắt được sử dụng trong phương thức cập nhật giá trị giới hạn công suất cắt để kiểm tra mài mòn...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo khoa học: " MÔ HÌNH CÔNG SUẤT CẮT DÙNG ĐỂ KIỂM TRA MÀI MÒN DỤNG CỤ KHI PHAY" TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008 MÔ HÌNH CÔNG SUẤT CẮT DÙNG ĐỂ KIỂM TRA MÀI MÒN DỤNG CỤ KHI PHAY A CUTTING POWER MODEL FOR TOOL WEAR MONITORING IN MILLING NGUYỄN THẾ TRANH Trường Cao đẳng Công nghệ, ĐHĐN TÓM TẮT Bài báo này trình bày mô hình công suất cắt trong phay mặt ứng với các điều kiện cắt và mài mòn mặt sau trung bình. Mô hình công suất cắt được kiểm định bằng thực nghiệm. Với các kết quả mô phỏng và thực nghiệm chứng tỏ rằng các tín hiệu công suất mô phỏng được dự báo công suất cắt trung bình tốt hơn là công suất cắt tức thời. Cuối cùng mô hình công suất cắt được sử dụng trong phương thức cập nhật giá trị giới hạn công suất cắt để kiểm tra mài mòn dao được thực hiện thành công khi phay với các điều kiện cắt biến đổi. ABSTRACT This paper describes a cutting power model in face milling operation, where cutting conditions and average tool flank wear are taken into account. The cutting power model is verified with experiments. It is shown with the simulations and experiments that the simulated power signals predict the mean cutting power better than the instantaneous cutting power. Finally, the cutting power model is used in a cutting power threshold updating strategy for tool wear monitoring with has been carried out successfully in milling operations under variable cutting conditions. 1. Giới thiệu Trong cắt kim loại, tình trạng dao phải được kiểm tra bởi người thực hiện hoặc bởi hệ thống kiểm tra on-line để tránh hư hỏng sản phẩm và máy cắt gọt. Trong nền sản xuất hiện đại, với yêu cầu giảm giá thành và nâng cao chất lượng, việc kiểm tra on-line tình trạng dụng cụ ngày càng quan trọng. Trong những năm qua [1-3], nhiều công trình nghiên cứu đã cung cấp các hệ thống kiểm tra on-line tình trạng dụng cụ khi cắt rất hiệu quả và đáng tin cậy trong lĩnh vực chế tạo máy. Các kỹ thuật đã đề xuất để kiểm tra tình trạng dụng cụ có thể phân thành 2 loại chính [1-3]: các phương pháp trực tiếp và các phương pháp gián tiếp. Các phương pháp trực tiếp có thể được thiết lập nhờ dùng các dụng cụ như đầu dò tiếp xúc, cảm biến quang học và các cảm biến tiếp cận gần để đo về hình dáng hình học hay hình thái học lưỡi cắt. Các phương pháp gián tiếp dựa trên việc tiếp nhận các biến quá trình cắt từ đó mà tình trạng dụng cụ có thể được suy diễn ra tương ứng với một số mô hình tín hiệu đã biết. Các phương pháp trực tiếp là tin cậy nhưng chúng không thể cung cấp các phép đo liên tục trong quá trình vì rằng các lưỡi cắt nói chung không thể tiếp cận được trong quá trình cắt; ngược lại các phương pháp gián tiếp cho phép thực hiện đo đạc trong khi dụng cụ cắt đang tham gia cắt gọt tạo khả năng có thể kiểm tra on-line tình trạng dụng cụ. Trong các hệ thống kiểm tra dụng cụ gián tiếp, các biến của quá trình cắt như lực cắt, âm thanh phát ra, nhiệt độ, rung động, công suất động cơ quay hiện thời v.v...được đo 85 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008 một cách liên tục và trạng thái của dụng cụ được xác định tương ứng với một số mẫu tín hiệu có quan hệ với tình trạng mài mòn hay gãy vỡ dao [3]. Theo nhiều hệ thống kiểm tra dụng cụ, hệ thống kiểm tra công suất của động cơ được xem là một trong những hệ thống khả dụng nhất trong các xưởng chế tạo vì rằng tương đối đơn giản và dễ thiết lập trên các phương pháp gia công. Giống như nhiều hệ thống kiểm tra khác, hầu hết các hệ thống kiểm tra công suất thường dựa trên các phương thức kiểm tra theo chuẩn không đổi trong đó tín hiệu công suất đo được sẽ được so sánh liên tục với chuẩn kiểm tra định trước tương ứng với việc hỏng dao hoặc mức mòn dao nào đó [4,5]. Tuy nhiên phương thức này chỉ có giá trị đối với từng tập hợp riêng biệt các điều kiện gia công. Các tín hiệu công suất đo được nói chung chịu ảnh hưởng của sự biến đổi các yếu tố như vật liệu chi tiết gia công, thông số hình học và vật liệu dao và điều kiện cắt. Đặc biệt, các hằng số hay các chuẩn đề xuất để lập mối quan hệ giữa tín hiệu công suất với tình trạng dao là riêng biệt với một tập các điều kiện cắt nhất định. Điều này yêu cầu việc phát triển và tích luỹ tập hợp các chuẩn kiểm tra như là nhiều các tham số khác nhau cho mỗi điều kiện của quá trình khảo sát. Hơn nữa, khối lượng lớn các thử nghiệm mài mòn phải được tiến hành đối với các điều kiện hoặc một tập hợp các điều kiện mong muốn để nhận được các hằng số hay tham số khác nhau cần cho dự báo chính xác mức độ mài mòn hoặc hỏng dao. Những khó khăn này ảnh hưởng đến chỉ tiêu giá thành khi gia công. Như vậy cần phải tìm các phương pháp kiểm tra mới có khả năng khắc phục các hạn chế này, đặc biệt trong gia công với các điều kiện cắt thay đổi. Mục tiêu chính của nghiên cứu này là sử dụng một mô hình công suất cắt trong đó các điều kiện cắt (như là tốc độ cắt, tốc độ chạy dao, chiều sâu cắt, vật liệu chi tiết và dụng cụ) cũng như mài mòn mặt sau dao sẽ được quan tâm khảo sát. Dựa trên mô hình công suất cắt, ta có thể phát triển ứng dụng một phương thức kiểm tra theo chuẩn cập nhật đối với các trường hợp gia công có các điều kiện cắt thay đổi. 2. Mô hình công suất cắt trong quá trình phay mặt Kiểm tra công suất cắt trên dụng cụ cắt dựa trên nguyên tắc công suất tiêu phí khi dùng dao sắc nhọn nhỏ hơn là khi dùng dao bị mòn. Vì rằng sự tiêu phí công suất của động cơ dẫn động quay được xác định bởi mômen cắt, nên thành phần tiếp tuyến của lực cắt sẽ được quan tâm trong nghiên cứu này. Trong phần này, mô hình công suất cắt sẽ được sử dụng dựa trên mô hình lực cắt cơ học biế ...