Nâng cao độ chính xác cơ cấu ăn dao bằng cơ cấu đàn hồi

TRANG TỰA

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

LÝ LỊCH KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. MỤC LỤC

2. DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

3. DANH SÁCH CÁC BẢNG

4. DANH SÁCH CÁC HÌNH

5. MỞ ĐẦU

5.1. Lý do chọn đề tài

5.2. Mục đích nghiên cứu

5.3. Nhiệm vụ nghiên cứu

5.4. Phạm vi nghiên cứu

5.5. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

5.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

5.7. Cấu trúc của luận án

6. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

6.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu

6.2. Cơ cấu đàn hồi (CCĐH)

6.2.1. Các ưu điểm của khớp nối đàn hồi và cơ cấu đàn hồi

6.2.2. Một số cơ cấu đàn hồi thông dụng

6.2.3. Các kết quả nghiên cứu trong nước

6.2.4. Các kết quả nghiên cứu ngoài nước

6.2.5. Cơ sở lý thuyết và mô hình toán khớp đàn hồi

6.2.5.1. Mô hình toán khớp đàn hồi

6.2.5.2. Độ mềm và độ cứng của khớp đàn hồi

6.3. Phương pháp phần tử hữu hạn

6.4. Cơ sở phương pháp tối ưu hoá

6.4.1. Phân loại các bài toán tối ưu

6.4.2. Các phương pháp tối ưu thông dụng

6.4.3. Giải thuật di truyền sắp xếp không vượt trội II (NSGA – II)

6.4.4. Tối ưu hóa độ tin cậy

6.4.4.1. Phương pháp phân tích độ tin cậy bậc nhất FORM

6.5. Thông số hình học của dụng cụ cắt ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt

7. THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU HÓA CƠ CẤU ĂN DAO

7.1. Mục tiêu thiết kế. Tiêu chí thiết kế

7.2. Cơ sở thiết kế

7.3. Thiết kế và tối ưu hóa cơ cấu ăn dao kiểu 1

7.3.1. Nguyên lý hoạt động

7.3.2. Phân tích độ khuếch đại chuyển vị giữa đầu vào và đầu ra của cơ cấu

7.3.3. Phân tích động lực học của cơ cấu

7.3.4. Tối ưu hóa cơ cấu ăn dao kiểu 1

7.3.5. Tối ưu hóa cơ cấu khâu cứng tương đương

7.3.6. Tối ưu hóa cơ cấu đàn hồi

7.3.7. Đánh giá thiết kế tối ưu

7.4. Thiết kế và tối ưu hóa cơ cấu ăn dao kiểu 2

7.4.1. Nguyên lý hoạt động

7.4.2. Phân tích khuếch đại của cơ cấu

7.4.3. Phân tích độ cứng theo phương pháp ma trận

7.4.4. Phân tích động lực học của cơ cấu

7.4.5. Tối ưu hóa cơ cấu ăn dao kiểu 2

7.4.6. Tối ưu hóa cơ cấu khâu cứng tương đương

7.4.7. Tối ưu hóa cơ cấu đàn hồi dùng GA

7.4.8. Tối ưu hóa dựa trên độ tin cậy

7.4.9. Đánh giá thiết kế tối ưu

8. THỰC NGHIỆM VÀ ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU ĂN DAO

8.1. Thực nghiệm và điều khiển thiết kế kiểu 1

8.1.1. Kiểm tra tần số dao động tự nhiên

8.1.2. Thực nghiệm điều khiển vòng hở

8.1.3. Thực nghiệm điều khiển vòng kín bằng GA - PID

8.2. Thực nghiệm và điều khiển thiết kế cơ cấu kiểu 2

8.2.1. Kiểm tra tần số dao động tự nhiên

8.2.2. Thực nghiệm điều khiển

8.2.3. Kiểm tra độ cứng của cơ cấu

8.3. Thực nghiệm gia công

8.3.1. Thực nghiệm điều khiển chính xác trên máy tiện

8.3.2. Thực nghiệm gia công đánh giá độ nhám

9. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

9.1. Kết luận chung

9.2. Hạn chế của nghiên cứu

9.3. Hướng phát triển

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ

Mã nguồn chương trình Matlab

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

DANH SÁCH CÁC BẢNG

DANH SÁCH CÁC HÌNH

I. Nâng cao độ chính xác cơ cấu ăn dao

Luận án tập trung vào việc nâng cao độ chính xác cơ cấu ăn dao thông qua việc sử dụng cơ cấu đàn hồi. Nghiên cứu này nhằm khắc phục các hạn chế của các bộ truyền động truyền thống trong máy tiện, đặc biệt là trong việc điều khiển chính xác chiều sâu cắt. Bằng cách tích hợp cơ cấu đàn hồi, luận án đã đạt được dung sai kích thước cao trong một lần thiết lập, giảm thiểu nhu cầu gia công tinh trên máy mài. Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm chi phí sản xuất.

1.1. Cơ cấu đàn hồi trong cơ khí chính xác

Cơ cấu đàn hồi được nghiên cứu như một giải pháp thay thế hiệu quả cho các cơ cấu cứng truyền thống. Luận án đã phân tích các ưu điểm của cơ cấu đàn hồi, bao gồm khả năng giảm ma sát, tăng độ chính xác và độ bền. Các mô hình toán học và phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được sử dụng để mô phỏng và tối ưu hóa cơ cấu này, đảm bảo hiệu suất cao trong các ứng dụng thực tế.

1.2. Ứng dụng trong hệ thống điều khiển cơ khí

Luận án đã tích hợp cơ cấu đàn hồi vào hệ thống điều khiển cơ khí của máy tiện, đặc biệt là trong việc điều khiển vị trí mũi dao. Kết quả thực nghiệm cho thấy sai số vị trí mũi dao giảm đáng kể, đạt dưới 2.5 µm trên máy tiện cơ và dưới 0.4 µm trên máy tiện CNC. Điều này chứng minh khả năng ứng dụng rộng rãi của cơ cấu đàn hồi trong các hệ thống gia công chính xác.

II. Phương pháp tối ưu hóa cơ cấu đàn hồi

Luận án đề xuất hai phương pháp tối ưu hóa mới cho cơ cấu đàn hồi, bao gồm giải thuật di truyền kết hợp TOPSIS và phương pháp tối ưu hóa dựa trên độ tin cậy. Các phương pháp này được áp dụng để tối ưu hóa cơ cấu khâu cứng tương đương và chuyển đổi thành cơ cấu đàn hồi, đảm bảo hiệu suất cao trong các điều kiện làm việc khác nhau.

2.1. Giải thuật di truyền và TOPSIS

Giải thuật di truyền kết hợp TOPSIS được sử dụng để tối ưu hóa cơ cấu đàn hồi thông qua năm giai đoạn: thiết kế tối ưu cơ cấu khâu cứng, chuyển đổi thành cơ cấu đàn hồi, phân tích FEM, tối ưu hóa đa mục tiêu và lựa chọn lời giải tối ưu. Phương pháp này đã chứng minh hiệu quả trong việc cải thiện độ chính xác và độ bền của cơ cấu.

2.2. Tối ưu hóa dựa trên độ tin cậy

Phương pháp tối ưu hóa dựa trên độ tin cậy (RBDO) được áp dụng để đảm bảo cơ cấu đàn hồi hoạt động ổn định trong các điều kiện khác nhau. Phương pháp này bao gồm ba giai đoạn: tối ưu hóa cơ cấu khâu cứng, tối ưu hóa đa mục tiêu và phân tích độ tin cậy bằng FORM. Kết quả cho thấy cơ cấu đạt được độ tin cậy cao trong các ứng dụng thực tế.

III. Thực nghiệm và ứng dụng thực tế

Luận án đã tiến hành các thực nghiệm để đánh giá hiệu suất của cơ cấu đàn hồi trong gia công chính xác. Các thí nghiệm được thực hiện trên máy tiện cơ và máy tiện CNC, với vật liệu thép C45. Kết quả cho thấy độ nhám bề mặt đạt 0.41 µm trên máy tiện cơ và 0.25 µm trên máy tiện CNC, chứng minh hiệu quả của cơ cấu đàn hồi trong việc nâng cao chất lượng gia công.

3.1. Thực nghiệm điều khiển vòng kín

Luận án đã sử dụng phương pháp điều khiển vòng kín bằng GA-PID để điều khiển cơ cấu đàn hồi. Kết quả thực nghiệm cho thấy khả năng điều khiển chính xác vị trí mũi dao, đạt sai số dưới 0.4 µm trên máy tiện CNC. Điều này khẳng định hiệu quả của phương pháp điều khiển này trong các ứng dụng gia công chính xác.

3.2. Ứng dụng trong sản xuất

Kết quả nghiên cứu của luận án có thể được ứng dụng trực tiếp vào sản xuất, giúp nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của quá trình gia công trên máy tiện. Cơ cấu đàn hồi không chỉ cải thiện độ chính xác mà còn giảm thiểu chi phí và thời gian sản xuất, mang lại lợi ích lớn cho ngành công nghiệp cơ khí.

Nghiên cứu nâng cao độ chính xác cơ cấu ăn dao sử dụng cơ cấu đàn hồi trong kỹ thuật cơ khí