Chế tạo thiết bị đo lực cắt, vận tốc cắt phục vụ cho giảng dạy và nghiên cứu khoa học :Báo cáo tổng kết đề tài Khoa học cấp trường

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ

CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO LỰC CẮT, VẬN TỐC CẮT PHỤC

VỤ CHO GIẢNG DẠY VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Mã số: 172014

Chủ Nhiệm Đề Tài: Ths. LÊ DUY TUẤN

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015

i

LỜI MỞ ĐẦU

Trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Tự động hóa là yếu tố

không thể thiếu trong một nền công nghiệp hiện đại. Nói đến tự động hóa thì máy

tính là một công cụ hỗ trợ đắc lực nhất và không thể thiếu được trong nhiều lĩnh vực

đặc biệt trong đo lường điều khiển.

Việc ứng dụng máy tính vào kỹ thuật đo lường và điều khiển đã đem lại nhiều

kết quả đầy tính ưu việt. Các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển ghép nối với

máy tính có độ chính xác cao, thời gian thu thập dữ liệu ngắn. Nhưng điều đáng quan

tâm nhất là khả năng tự động hóa trong việc thu thập và xử lý kết quả đo, kể cả việc

lập bảng thống kê vàxuất ra kết quả. Để đo lường và điều khiển hệ thống thì ngoài

các thiết bị ghép nối với máy tính, còn có một chương trình nạp vào máy tính để xử

lý và điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống.

LabVIEW là một ngôn ngữ lập trình chuyên nghiệp trong lĩnh vực tự động

hóa, là một môi trường lập trình cho phép tạo ra các chương trình sử dụng kí hiệu đồ

họa giúp tạo lên những giao diện chuyên nghiệp. Nó chứa rất nhiều khả năng, sức

mạnh khi phát triển và thực thi các ứng dụng tự động hóa: đo lường, thu thập, phân

tích, xử lí dữ liệu… Thế giới thiết bị ảo của LabVIEW rất gần gũi và liên kết chặt chẽ

với thế giới điều khiển tự động thực.

Trong gia công cơ khí, lực cắt và vận tốc cắt là những yếu tố chính ảnh

hưởng trực tiếp đến năng suất, chất lượng sản phẩm, độ nhám bề mặt. Tầm

quan trọng đó nên nhiều nhà nghiên cứu, nhà sản xuất cũng như các trường đại

học trong và ngoài nước đã áp dụng các phương pháp đo lường, thu thập dữ

liệu để đưa ra được các kết quả giúp tối ưu hóachế độ cắt, tham số trong quá

trình gia công nhằm tăng năng suất, tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí.

ii

MỤC LỤC

Trang

Chương 1: TỔNG QUAN...........................................................................................1

1.1 Tổng quan..........................................................................................................1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................1

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..........................................................2

1.4 Mục tiêu nghiên cứu..........................................................................................2

1.5 Phạm vi nghiên cứu...........................................................................................2

1.6 Phương pháp nghiên cứu...................................................................................3

1.6.1 Cơ sở phương pháp luận ............................................................................3

1.6.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể..........................................................3

1.7 Các nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................................3

1.7.1 Các nghiên cứu trong nước ........................................................................3

1.7.2 Các nghiên cứu ngoài nước........................................................................4

1.7.3 Một số hình ảnh các thiết bị đo ..................................................................4

1.7.4 Kết luận ......................................................................................................5

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................................6

2.1 Lực cắt khi tiện..................................................................................................6

2.1.1 Lực cắt và các thành phần..........................................................................6

2.1.2 Lực cắt đơn vị [7].......................................................................................8

2.1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt ....................................................................9

2.1.4 Công suất cắt..............................................................................................3

2.1.5 Thời gian tiện .............................................................................................3

2.2 Tổng quan về đo lường [2]................................................................................3

2.2.1 Khái niệm về đo lường và các đặc trưng cơ bản của kỹ thuật đo ..............3

iii

2.2.2 Lý thuyết đo lường cơ sở ...........................................................................4

2.2.3 Lý thuyết đo lường ứng dụng.....................................................................4

2.2.4 Phân loại và cách thức thực hiện phép đo..................................................5

2.2.5 Các đặc trưng cơ bản của kỹ thuật đo ........................................................6

2.3 Tổng quan về dụng cụ cắt [3]..........................................................................10

2.3.1 Dụng cụ cắt ..............................................................................................10

2.3.2 Kết cấu của dụng cụ cắt kim loại:............................................................11

2.3.3 Những yêu cầu chung của vật liệu dụng cụ cắt........................................14

2.4 Tìm hiểu về cảm biến đo lực (Loadcell) [4] ...................................................14

2.4.1 Khái niệm và phân loại ............................................................................14

2.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động...............................................................16

2.4.3 Mạch đo cảm biến lực ..............................................................................17

2.4.4 Thông số kỹ thuật cơ bản .........................................................................18

2.4.5 Kết nối Loadcell [10]...............................................................................19

2.5 Tìm hiểu về đo vận tốc bằng phương pháp quang điện tử (Encoder) [4].......20

2.5.1 Giới thiệu về cảm biến quang điện tử (Encoder):....................................20

2.5.2 Encoder tương đối (Incremental).............................................................21

2.5.3 Tìm hiểu Encoder tuyệt đối (Absolute)....................................................24

2.5.4 Một số lưu ý khi chọn Encoder................................................................26

Chương 3: GIỚI THIỆU VỀ LABVIEW VÀ BỘ THU THẬP DỮ LIỆU (DAQ)..28

3.1 Giới thiệu về phần mềm LabVIEW [10].........................................................28

3.1.1 Vai trò của LabVIEW ..............................................................................28

3.1.2 Cấu trúc ....................................................................................................29

3.1.3 Kỹ thuật lập trình LabVIEW....................................................................30

3.2 Tổng quan về thu thập dữ liệu (Data Acquisition - DAQ) [12]......................35

iv

3.2.1 Khái niệm.................................................................................................35

3.2.2 Cấu trúc ....................................................................................................35

3.3 Tìm hiểu card thu thập dữ liệu NI PCI-6225 [13]...........................................38

3.3.1 Thông số kỹ thuật.....................................................................................40

3.3.2 Sơ đồ chân................................................................................................42

Chương 4: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO.............................................43

4.1 Yêu cầu thiết kế...............................................................................................43

4.2 Phương án lựa chọn thiết kế............................................................................44

4.2.1 Phương án đo tốc độ trục chính trên máy tiện .........................................44

4.2.2 Phương án đo lực cắt chính của dao tiện .................................................47

4.3 Thiết kế............................................................................................................50

4.3.1 Phần cơ khí...............................................................................................50

4.3.2 Phần mạch điện ........................................................................................52

4.4 Quá trình chế tạo .............................................................................................54

4.4.1 Chế tạo phần cơ khí..................................................................................54

4.4.2 Chế tạo và kết nối phần mạch điện ..........................................................56

Chương 5: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ CHẾ TẠO CƠ CẤU CƠ KHÍ

...................................................................................................................................57

5.1 Giao diện điều khiển bằng máy tính [5]..........................................................57

5.1.1 Các khối lập trình sử dụng .......................................................................57

5.1.2 Thiết lập đo vận tốc..................................................................................60

5.1.3 Thiết lập đo lực cắt...................................................................................63

5.1.4 Thiết kế hoàn chỉnhgiao diện lập trình và khối điều khiển......................67

5.2 Lưu đồ giải thuật đo lực cắt và vận tốc...........................................................69

5.3 Quy trình đo thực nghiệm ...............................................................................70

Chương 6: THỰC NGHIỆM.....................................................................................73

v

6.1 Bảng thông số kỹ thuật các thiết bị sử dụng ...................................................73

6.2 Tiến hành đo thực nghiệm...............................................................................77

6.2.1 Đo thực nghiệm trên phôi thép C10.........................................................77

6.3 Đo thực nghiệm trên phôi thép C45................................................................80

6.3.2 So sánh lực cắt giữa thép C10 và C45 .....................................................86

6.3.3 Đo thực nghiệm vận tốc cắt .....................................................................87

6.4 Đánh giá kết quả..............................................................................................88

6.5 Kết luận ...........................................................................................................89

6.6 Hướng phát triển đề tài....................................................................................89

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................90