thiết kế chế tạo máy đo lực cắt khi gia công kim loại dùng trong giảng dạy và nghiên cứu khoa học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ĐO LỰC CẮT
KHI GIA CÔNG KIM LOẠI DÙNG TRONG GIẢNG DẠY
VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T18 - 2006

S KC 0 0 1 7 9 3

Tp. Hồ Chí Minh, 2007


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ CHẾ TẠO
MÁY ĐO LỰC CẮT KHI GIA CÔNG KIM LOẠI
DÙNG TRONG GIẢNG DẠY VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
MÃ SỐ : T18 - 2006

THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
NGƯỜI CHỦ TRÌ : PGS. TS. PHÙNG RÂN
ĐƠN VỊ : KHOA CƠ KHÍ MÁY

TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2007


TÓM TẮT ĐỀ TÀI
1-Tổng quan các kết qủa nghiên cứu trong và ngoài nước về các phương
pháp xác đònh lực cắt
2-Tính toán thiết kế thiết bò đo lực cắt
3-Chế tạo thiết bò đo lực cắt trên máy tiện
4-Lắp ráp và thử nghiệm
5-Đo lường và xây dựng các bài thí nghiệm

Phần 1 – ĐẶT VẤN ĐỀ
I-ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU:

Thiết bò đo lực cắt là loại thiết bò thí nghiệm rất cần thiết trong giảng dạy và
nghiên cứu khoa học. Nhiều đề tài nghiên cứu, luận văn thạc só và tiến tới luận án
tiến só có thể không thực hiện được vì thiếu thiết bò này.
Nhằm từng bước xây dựng các thiết bò thí nghiệm phục vụ giảng dạy và
nghiên cứu trong ngành Công nghệ chế tạo máy, đề tài này là một trong những
thiết bò thí nghiệm cần được trang bò. Hơn nữa các thiết bò nhập ngoại thường rất
đắt tiền, trong khi đó Thầy và trò trường ta có khả năng chế tạo được với giá thành
rẻ. Vì vậy chúng tôi đã nghiên cứu và chế tạo thành công thiết bò đo lực cắt trên
máy tiện với phương pháp đo riêng rẽ từng thành phần.
II-TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
Như trên đã nói, thiết bò nhập ngoại thường rất đắt tiền và nếu nhập thì phải
đồng bộ và phải xây dựng dự án.
Trong nước một số cơ sở và trường học cũng đã nghiên cứu chế tạo tuy
nhiên mỗi nơi làm theo một phương pháp khác nhau.
Trường Đại học sư phạm kỹ thuật đang đi theo hướng chế tạo thử nghiệm
các mô hình dạy học giống thực tế, các thiết bò thí nghiệm nhằm giúp sinh viên
tiếp cận nhanh với sản xuất và phục vụ nghiên cứu khoa học. Đề tài này đáp ứng
tốt nhiệm vụ này.
2


Phần 2 : GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I-MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
1-Nhằm biến lý thuyếtû thành thiết bò cụ thể
2-Thiết bò dùng trong giảng dạy và nghiên cứu khoa học
3-Thí nghiệm để tìm các thông số thực nghiệm
II-PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1-Tham khảo tài liệu và thiết kế sơ bộ
2-Tìm kiếm các linh kiện có trên thò trường phù hợp với thiết kế
3-Chế tạo và thử nghiệm

4-Thiết kế hoàn chỉnh
5-Thay đổi một số kết cấu
6-Làm thí nghiệm nhiều lần để xác đònh một số thông số cần thiết
III-NỘI DUNG
A- TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH LỰC CẮT
1-Xác đònh lực cắt bằng con đường lí thuyết
a). Xác đònh lực cắt dựa trên cơ sở phân tích cơ học của quá trình cắt:
Từ vò trí của mặt trượt ( góc tách phoi 1 ), từ diện tích của tiết diện phoi cắt
và từ tính chất của vật liệu chi tiết gia công, ta có thể xác đònh được lực cần thiết
để cắt được một đơn vò diện tích phoi cắt (1mm2).
Lực sinh ra đểtách được một đơn vò diện tích phoi cắt gọi là lực cắt đơn vò,kí
hiệu p, tính bằng N/mm2. Kết quả nghiên cứu của Time (người Nga ),
Piispanen ( người Phần Lan ), Mechent ( người Mỹ ), và Hucks ( người Đức) thì lự c
cắt đơn vò được biểu diễn bằng mối quan hệ :
p   c tg (  1 )  cot g1 ( N / mm2 )
(11)
 Trong đó c là ứng suất cắt sinh ra trong mặt trượt.
  là hằng số phụ thuộc vào vật liệu gia công .
 1 là góc tách phoi.
Tiếp tục nếu gọi q là diện tích lớp phoi được tách ra thì lực cắt được xác đònh
theo công thức :
P = p.q (N)
(12)
2
Với q = a tb.b = S.t ( mm ).
atb - là chiều dày cắt trung bình được tính bằng mm.

3

b - là chiếu rộng cắt cũng được tính bằng mm.
b) Xác đònh lực cắt trên cơ sở phân tích biến dạng:
Phương pháp này được các nhà nghiên cứu rất quan tâm .
Khi các phần tử kim lọai phoi cắt di chuyển theo mặt trước của dao thì trong
phương trượt xuất hiện ứng suất cắt và ứng suất nén. Trên (hình 1) mô tả bằng 2




lực P e và P c .
+Y
Pe

N

+x



v



-x


F

-Y

Pc

Hình 1: Phân tích lực cắt theo phương trượt của phoi.


Trong quá trình phoi dòch chuyển phát sinh áp lực pháp tuyến N vuông góc
với mặt trước của dao và lực tiếp tuyến F ( F = .N ) song song với mặt trước của




dao. Để tách được phoi thì trong vùng cắt phát sinh lực cắt P c và P e .
Theo lý thuyết thì lực tác dụng lên dao phải cân bằng với lực tác dụng lên
vùng cắt. Để khảo sát lực sinh ra trong quá trình cắt ta lập 1 hệ trục tọa độ Decass
trong trường hợp cắt tự do như hình 4.9. Lúc đó ta có :
 N cos   .N sin   Pe . sin 1  Pc . cos 1  0
 N sin   .N cos   Pe . cos 1  Pc sin 1  0
Từ quan điểm về biến dạng sinh ra trong quá trình cắt thì việc xác đònh lực pháp
tuyến N là quan trọng nhất .
Giá trò áp lực pháp tuyến được xác đònh từ hai công thức sau:
( 13 )
Pe (cos 1  sin 1tg1 )
N
tg1 (sin    cos  )  cos    sin 
và
( 14 )
Pe 

atb .b
c

sin 1

c là ứng suất cắt sinh ra trong mặt trượt.
Thay (19) vào (18) và biến đổi ta nhận được:

4


1
 tg1 ).atb .b
tg1
N
tg1 (sin    cos  )  cos    sin 

c(

(15)

Độ lớn lực cắt phụ thuộc vào mức độ biến dạng phát sinh khi cắt . Mức độ
biến dạng có thể được đặc trưng bằng hệ số co rút phoi. Hệ số co rút phoi K có thể
được xác đònh từ kích thước của phoi và lớp cắt nhưng cũng có thể tính được trên cơ
sở hình học ( hình 4.2).



Lf



v



Hình 2: Tính hệ số co rút trên cơ sở hình học

Từ hình 4.2 ta có : K L 

L
sin 

LF sin 1

Trong đó :  =  + (900 -1)
Và

tg1 

cos 
K L  sin 

Thay các công thức trên vào công thức 20 ta được :
K  sin 
cos 
 c .atb .b( L

)
cos 
K L  sin 
N
cos 

(sin    cos  )  cos    sin 
K L  sin 
Sau khi biến đổi ta được:
 c .atb .b[( K L  sin  ) 2  cos 2 
N
cos 2  (sin    cos  )  (cos    sin  ) cos  ( K L  sin  )

(16)

Công thức (11) cho thấy rõ lực cắt phụ thuộc vào vật liệu gia công (c) , vào
độ lớn tiết diện cắt (atb;b), vào góc trước dao(), vào độ lớn ma sát giữa dao và phoi
(), vào hệ số co rút phoi (K) và phụ thuộc vào các yếu tố có liên quan đến các
quá trình cắt (như vận tốc cắt, làm nguội, bôi trơn ) .

5


Công thức (12) được thiết lập trên cơ sở chú ý tới ứng suất trượt sinh ra trên
mặt trượt. Nhưng khi cắt trong vật liệu xuất hiện trạng thái ứng suất vô cùng phức
tạp. Theo kết quả thí nghiệm thì giá trò ứng suất nén cũng ảnh hưởng đáng kể đến
mức độ biến dạng. Cụ thể là khi áp lực của dao tăng thì chiều dài của lớp biến
dạng dư cũng tăng theo. Trên cơ sở đó áp lực pháp tuyến được tính như sau:
(17)
N   c .t.S.K Lm   c .K Lm .q
Trong đó :c là ứng suất nén trong vùng cắt .
t - là chiều sâu cắt
S - là lượng chạy dao.
m - là hệ số poisson .
c) Xác đònh lực cắt bằng bảng và biểu đồ:
Việc xác đònh lực cắt bằng cách tính tóan nói chung rất tốn thời gian và cần

đến công việc chuẩn bò. Để đỡ công tính tóan, những giá trò lực cắt thường gặp
được lập thành bảng hoặc cho dưới dạng đồ thò, chỉ việc tra bảng hoặc dựa vào đồ
thò để xác đònh lực cắt.
2-Xác đònh lực cắt bằng thực nghiệm
a)Dùng các phương tiện đo lực cắt
Đo theo nguyên lý cơ học:

6
7

1.Dao.
2.Cơ cấu kẹp dao.
3.Chốt quay.
4.Lò xo.
5.Thân .
6.Đồng hồ đo.
7.Bu lông kẹp.
8. Chốt tỳ.
9.Chốt quay.

8

9

Pz

1

2

4

3

5

Hình 3 - Đo lực cắt bằng đồng hồ cơ học

Dao 1 được kẹp chặt lên cơ cấu kẹp dao 2 nhờ các vít 7. Cơ cấu kẹp dao 2 và
lò xo 4 có thể quay quanh chốt 3 và 9 gắn trên thân dụng cụ đo 5.
Nguyên lý: Khi cắt gọt dưới tác dụng của lực cắt P dao được gắn chặt trên
cơ cấu kẹp dao bò chuyển vò, độ lớn chuyển vò được thể hiện ở đồng hồ đo 6. Từ độ
lớn chuyển vò đọc được thông qua xử lý số đo ta nhận được giá trò lực cắt .

6


Ưu điểm của lọai thiết bò đo này là đơn giản về kết cấu, dễ dàng sử dụng.
Nhưng có nhược điểm là độ chính xác thấp do ma sát tại khớp quay.
Đo theo nguyên lý thủy khí :

1: chốt.
2: cơ cấu mang dao.
3: dao.
4: phao.
5: chất lỏng.
6: đồng hồ.

3

2

1

Pz

7

4

5

6

Hình 4- Đo lực cắt theo nguyên lý thủy khí

Nguyên lý : Khi cắt dao 3 gắn trên cơ cấu kẹp dao 2 chòu tác dụng của lực P.
Cơ cấu 2 có thể quay quanh chốt 1. Chuyển vò của cơ cấu 4 di trượt lên xuống làm
thay đổi áp suất trong buồng chất lỏng 5. Sự thay đổi áp suất có thể đọc được trực
tiếp ở đồng hồ 6 .
Lọai thiết bò đo này có ưu điểm là độ nhạy, độ chính xác cao. Nhược điểm
của nó là kết cấu phức tạp, ảnh hưởng của nhiệt độ lớn .
Đo theo nguyên lý điện dung :

h

Pz
Hình 5 – Đo lực cắt bằng cảm biến điện dung

Nguyên lý đo lực của Cảm biến điện dung ( hình 5) : Lực cắt tác dụng lên

dao làm dòch chuyển tấm đàn hồi của tụ điện , tức là thay đổi khe hở  h, do đó
làm thay đổi điện dung. Thay đổi điện dung làm thay đổi dòng điện, sự thay đổi
dòng điện được máy ghi lại để xử lý.

7


Đo theo nguyên lý điện cảm :

Pz

h

Hình 6 – Đo lực cắt bằng cảm biến điện cảm

Cảm biến cảm ứng ( hình 6) họat động trên cơ sở thay đổi dòng điện trong
cuộn dây do thay đổi khe hở  h giữa các vật từ tính. Sự thay đổi lực cắt sẽ làm
thay đổi giá trò của dòng điện .
Đo theo nguyên lý biến dạng điện trở :

Hình 7 – Đo lực cắt bằng cảm biến biến dạng điện trở

1: thân dao.
2: thiết bò ghi lại sự thay đổi dòng điện.
3: cơ cấu khuếch đại.
4: cơ cấu ổn đònh điện thế.
5: nguồn điện.
6: vòng dây biến dạng.
8

Cảm biến biến gồm một số vòng dây có đường kính 0.015 0.06 mm từ hợp
kim đặc biệt có khả năng thay đổi điện trở khi biến dạng . Các vòng dây được đặt
giữa hai tấm giấy và được dán trên thân dao 1 và vòng dây 6 biến dạng ( hình 7 ).
Dưới tác dụng của lực cắt thân dao 1 và vòng dây 6 biến dạng. Điều này sẽ làm
dòng điện trong mạch thay đổi và được khuyếch đại nhờ cơ cấu 3 sau đó thiết bò 2
ghi lại. Cơ cấu 4 được nối với nguồn điện 5 có tác dụng ổn đònh điện thế nhằm mục
đích ổn đònh kết quả đo khi điện thế thay đổi
Đo lực theo nguyên lý biến dạng dư:.
4

1:dao.
4:Bulông
2,6,8:Các
tấm ép.
5:Đồ gá kẹp
3,7:Các viên
bi.

1

5

8
6

2

7

3

Hình 8 – Đo lực cắt theo nguyên lý biến dạng dư

Trong sức bền vật liệu đã nghiên cứu : nếu có lực P tác dụng lên quả cầu ,
quả cầu sẽ ép lên bề mặt vật liệu kim lọai thì vật sẽ bò biến dạng. Sau khi bỏ tải
trọng P do có biến dạng dư nên trên vật vẫn còn tồn tại lõm cầu có đường kính D
do quả cầu ép còn tồn tại trên vật. Ngòai phụ thuộc vào đường kính viên bi d đã
được xác đònh nó còn phụ thuộc vài tải trọng P.
Như vậy khi d = const thì : D = f(P)
Nhờ quan hệ trên bằng cách đo đường kính lõm cầu D ta suy ra được P.
Ứng dụng nguyên lý trên người ta đã chế tạo lực kế đo 3 thành phần lực cắt như
hình 8.
Nếu như các lọai dụng cụ đo đã kể trên cho ta giá trò lực cắt trung bình hoặc
giá trò lực cắt tức thời thì lọai dụng cụ đo dựa vào biến dạng dư này cho ta giá trò
lớn nhất của lực cắt .
Ưu điểm lớn của lọai dụng cụ đo này là đơn giản, dễ thao tác. Nhưng nhược
điểm của nó là độ chính xác thấp do ngọai ma sát giữa các chi tiết trong dụng cụ
đo.
b) Xác đònh lực cắt bằng cách thông qua đo công suất cắt:
Xác đònh lực cắt bằng phương pháp đo trực tiếp chỉ có thể tiến hành bằng thí
nghiệm. Phương pháp đo nói chung có nhược điểm là tốn kém, nhất là phải có thiết
9


bò đo. Vì lẽ đó người ta có thể xác đònh lực cắt theo phương pháp khác kinh tế hơn,
đó là xác đònh lực cắt thông qua đo công suất. Như ta đã biết giữa lực cắt và công
suất có quan hệ như sau:
N

Trong đó :

p.v
60.102

N - là công suất (KW).
P - là lực ( kG).
v - là vận tốc theo phương lực tác dụng (m/ph).

Để đơn giản cho việc tính tóan khi tính công suất cắt Nc thường người ta bỏ
qua công suất chạy dao lúc đó:
Nc  Nv 

Pv .v
(KW)
102.60

Ta biết rằng công suất cắt bao giờ cũng nhỏ hơn công suất do động cơ cung
cấp .Mối quan hệ giữa chúng có thể viết :
N dc 

Nc



Trong đó  là hiệu suất của động cơ và máy , thường  = 0.6-0.8 .
Như vậy rõ ràng công suất đợng cơ một phần để thực hiện cắt gọt, phần còn
lại để thắng lực ma sát giữa các chi tiết tiếp xúc có chuyển động tương đối với
nhau trong bản thân động cơ và máy.
Nếu mở máy mà không cắt thì công suất đo được ở cơ cấu chấp hành chính

là công suất tổn thất đó, người ta gọi là công suất chạy không( N ck ). Từ đó công
suất động cơ, công suất cắt, và công suất chạy không có mối quan hệ như sau :
Nđc = Nc + Nck (KW)
Kết hợp các công thức ta được :
Pv 

N dc  N ck 1
x
(N).
v
K1

B - THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO LỰC CẮT
Nội dung chính :
-

Lựa chọn phương pháp đo : Đo riêng rẽ từng thành phần lực Pz ; Py ; Px .
Lựa chọn cảm biến đo : Dùng cảm biến biến dạng điện trở loại chuẩn
được nhập ngoại (thường gọi là Load Cell).
Thiết kế từng bộ phận gá đặt riêng và cấu tạo phần dao cắt cho từng loại
lực cắt.
Sử dụng thiết bò hiển thò lực kỹ thuật số (Digital Weighing Indicator).

10


Phân tích : Ba thành phần
lực tác động theo 3 phương
như hình 9, nếu sử dụng
chung một thiết bò đo thì

cấu tạo sẽ phức tạp. Đồng
thời Load Cell chỉ có thể
đo lực theo một phương
nhất đònh. Vì vậy sử dụng
Load Cell như cán dao và
gắn phần cắt của dao vào
đầu chòu lực của Load Cell
và đo từng loại lực riêng
rẽ.

Hình 9 – Các loại lực tác dụng vào dao tiện

1- Giới thiệu Load Cell
Load cell làm việc theo nguyên tắc biến dạng đàn hồi của Tenzô.
Nguyên lý làm việc của chuyển đổi Tenzô (điện trở Tenzô) dựa vào hiệu
ứng Tenzô, tức là sự thay đổi điện trở của dây dẫn khi có biến dạng cơ học. Đặc
trưng cho hiệu ứng Tenzô của vật liệu là hệ số nhạy tương đối k, nó được xác đònh
bằng tỉ số giữa biến đối điện trở và biến đổi chiều dài dây dẫn.
k=

R
l

Trong đó:
R = R/R : biến đổi tương đối của điện trở dây.
l = l/l : biến đổi tương đối của chiều dài dây.
Đối với vật liệu lỏng, thực tế không thay đổi thể tích trong quá trình biến
dạng như thủy ngân, chất điện phân nên hệ số nhạy Tenzô k = 2.
Đối với vật liệu rắn, sự thay đổi chiều dài của chúng phụ thuộc vào biến
thiên thể tích, hơn nữa trò số của sự biến thiên thể tích trong vùng biến dạng đàn

hồi đối với mỗi loại vật liệu là không đổi và đặc trưng bằng hệ số Poat-xông . Hệ
số nhạy Tenzô lúc này bằng:
k=

R
= 1 + 2
l

Hệ số Poat-xông của kim loại có trò số  = 0,240,4 do đó độ nhạy k =
1,481,8. Tuy nhiên bằng thực nghiệm có những vật liệu vượt ra ngoài giới hạn đó.
Tổng quát hơn: k = (1 + 2)+m, ở đây (1 + 2) đặc trưng cho sự thay đổi
điện trở, còn m=

 / 
là sự thay đổi điện trở suất  của vật liệu, có quan hệ với
l / l

thay đổi tính chất vật lý của các vật liệu.

11


Điện trở Tenzô được dùng dưới 3 dạng: dạng dây, dạng lá mỏng và dạng
màng.

Hình 10 Điện trở Tenzo : a) dạng dây; b) dạng lưới màng

Loại điện trở Tenzô dùng dây phổ biến nhất như hình 10a). Trên tấm lót
bằng giấy mỏng hay màng sơn người ta dán những dây mảnh có đường kính
0,020,05mm theo hình răng lược. Đầu các dây đưọc hàn nối với dây dẫn bằng

đồng. Phía trên của chuyển đổi được phủ sơn hoặc dán dạ hay giấy.
Đại lượng chủ của chuyển đổi là biến dạng của lớp ngoài chi tiết mà trên đó
có dán chuyển đổi, còn đại lượng ra là sự thay đổi điện trở của chuyển đổi, tỉ lệ với
biến dạng đó.
LOAD
R1

R2

R3

R4

a)

US+

R3

US+

R3

R2
UM-

UM+

R1

R4

R2

UM+

UM-

R1

R4

US-

US-

Unloaded
LC
b)

Loaded LC

c)

Hình 11 - Load Cell và mạch cầu chuyển đổi

12


Trên hình 11a) chỉ rõ cách dán các tenzo lên dầm và khi chưa có tải trọng thì

dòng ra bằng không hình 11b), khi có tải trọng dòng ra sẽ khác không hình 2-19c.
Các cảm biến đo lực dùng biến dạng như hình 11 được gọi là Load Cell, hiện nay
trên thò trường có nhiều dạng khác nhau để sử dụng vào các mục đích như làm các
cân điện tử tự động.

Hình 12 - Các kiểu Load Cell

2- Lựa chọn Load Cell
Lọai Load cell: Để đo các thành
phần của lực cắt khi tiện, sử dụng
lọai Load cell như hình 13. Tùy
theo việc đo Pz, Py, hay Pz mà thay
đổi vò trí gá Load cell trên ổ dao
tiện.
Thông số: Trong phạm vi các bài
thí nghiệm ta chọn Load cell đo được khỏang 300 Kg

Hình 13

3- Lựa chọn thiết bò hiển thò lực kỹ thuật số (Digital Weighing Indicator)

Hình 14 – Load cell gắn với thiết bò hiển thò lực

13


Khi tiện có lực PZ tác động lên đầu dao tiện đặt trên đầu chòu tải trọng của
loadcell. Lúc này đầu chòu tải trọng của loadcell bò chuyển vò làm cho mạch cầu
trong loadcell mất cân bằng và làm điện thế trong mạch thay đổi. Đầu ra của
loadcell ghi nhận sự thay đổi điện thế này và truyền tín hiệu ra cho bộ phận biến

đổi gọi là đầu hiển thò để giá trò hiện ra trên màn hình đầu hiển thò là lực .

Hình 15- Sơ đồ mạch điện của thiết bò

4-Thiết kế đầu đo Px

Hình 16.
1.Bộ gá
2.Load cell
3.Đầu dao

1
2
3
S

Px

14


Bộ gá (hình 17) dùng để đỡ
loadcell, trên load cell có gắn mảnh
dao tiện để đo lực cắt Px.
Khi cắt do lực Px, load cell sẽ
biến dạng theo chiều ngược với
chiều chạy dao S, lực Px sẽ hiển thò
lên đầu đọc.

Px

Hình 17

4-Thiết kế đầu đo Py

Py
S
Hình 18

1:bulông
M6.
2:loadcell.
3:Đầu gắn
dao tiện.
4:Bộ gá.
5:dao tiện.

Khi tiện lực PY tác động lên
đầu dao tiện đặt trên đầu chòu tải
trọng của loadcell. Lúc này đầu chòu
tải trọng của loadcell bò chuyển vò làm
cho mạch cầu trong loadcell mất cân
bằng và làm điện thế trong mạch thay
đổi. Đầu ra của loadcell ghi nhận sự
thay đổi điện thế này và truyền tín

S
Py

Hình 19

15


hiệu ra cho bộ phận biến đổi gọi là đầu hiển thò để giá trò hiện ra trên màn hình
đầu hiển thò là lực .
4-Thiết kế đầu đo Pz
Pz

S

Khi tiện lực PZ tác động lên dao
tiện đặt trên đầu chòu tải trọng của
loadcell. Lúc này đầu chòu tải trọng của
loadcell bò chuyển vò làm cho mạch cầu
trong loadcell mất cân bằng và làm điện
thế trong mạch thay đổi. Đầu ra của
loadcell ghi nhận sự thay đổi điện thế
này và truyền tín hiệu ra cho bộ phận
biến đổi gọi là đầu hiển thò để giá trò
hiện ra trên màn hình đầu hiển thò là lực
.

Hình 20
1:bulông M6.
2:loadcell.
3:đầu gắn dao
tiện.
4:tấm đỡ.
5:dao tiện

Pz
S

Hình 21

Các thông số của Loadcell: UBX 200KG.
Dùng cho việc đo cả 3 phương của lực cắt
- Đầu vào :10V AC hay DC.
- Độ nhạy : 2mV/V.
- Tải trọng cho phép : 150% tải trọng ghi trên loadcell (300 đến 450 Kg)
- Tải trọng phá hủy : 200% tải trọng ghi trên loadcell.
- Đầu vào (+) : dây màu đỏ .
- Đầu vào (-) : dây màu đen .
16


- Đầu ra (+)
- Đầu ra (-)

: dây màu xanh.
: dây màu trắng.

C - ĐO LỰC CẮT

Hình 22- Qúa trình đo lực Pz

I - HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG:
 Gá thiết bò đo lên ổ dao của máy tiện .
 Lần đầu tiên sử dụng phải canh chỉnh đầu hiển thò :

 Nối đầu ra của loadcell với đầu vào của thiết bò hiển thò .
 Bấm nút power phía sau đầu hiển thò sang trạng thái ON .
 Bấm nút mở màn hình ON sau đó bấm và giữ nút # phía trước đầu hiển
thò cho đến khi trên màn hình đầu hiển thò hiển thò một dãy các số 9 thì
buông ra .
 Tiếp tục nhấn nút # màn hình đầu hiển thò hiện lên chữ d1 để ta xác đònh
bước nhảy của đầu hiện thò. Nhấn nút tare để cài đặt thông số này , nhấn
nút ZERO để nhập giá trò bước nhảy.

17


 Tiếp tục nhấn nút # màn hình hiển thò chữ P X để ta thiết lập số thập
phân cho đầu hiển thò.Thiết bò này chỉ cho phép hiển thò 3 số thập phân
.Nhấn nút TARE để thiết lập số thập phân cho thiết bò, nhấn nút ZERO
để nhập số chữ số thập phân cho đầu hiển thò . Chỉ được phép nhập từ 0
đến 3.
 Tiếp tục nhấn nút # màn hình sẽ hiển thò chữ full để ta cài đặt tải trọng
giới hạn của đầu hiện thò, nếu giá trò lực lớn hơn giá trò tải trọng giới hạn
này thì thiết bò sẽ báo lỗi.
 Tiếp tục nhấn nút # màn hình hiện chữ noload.
 Nhấn tiếp nút # màn hình hiện chữ addload để ta đặt tải trọng tiêu
chuẩn lên đầu chòu tải trọng của thiết bò đo. Ví dụ ta đặt một đối trọng
2KG lên đầu chòu tải trọng, sau đó nhấn nút TARE, kế đến nhấn nút
ZERO nhập 20 khi đó đầu hiển thò sẽ hiểu tải trọng của đối trọng mà ta
đặt lên đầu chòu lực của thiết bò đo la ø20N.
 Tiếp tục nhấn nút # màn hình sẽ hiển thò chữ END.
 Nhấn vào nút Save phía sau đầu hiển thò để lưu các cài đặt của ta.
 Sau đó tiện bình thường giá trò lực Pz sẽ được hiển thò trên màn hình
trong một khỏang giới hạn nào đó.

Những lần đo sau ta chỉ cần nhấn nút Power phía sau đầu hiển thò sang ON và
nhấn nút ON phía trước đầu hiển thò sau đó vào đo bình thường.
II- ĐO Pz
1-Tính lực PZ theo lý thuyết :
PZ C P .t xPz .S yPz .v nZ .K P (20)

Theo bảng (11.1)/trang 19/(sách chế độ cắt gia công cơ.)
 CP = 300.
 XPz =1.
 Ypz = 0,75.
 NZ = -0,15.
Theo bảng (15.1)/ trang 22/(sách chế độ cắt gia công cơ.)
 KP = KPP.KYP.KP = 1.
*Chọn phôi D=37mm;n=330v/ph.
v

 .D.n
1000



3.14.37.330
 38,33 (m/ph).
1000

18


2- Thực nghiệm đo PZ

(Sơ đồ gá đặt dụng cụ đo như hình 22)

Trường hợp 1: S thay đổi.
Chọn t=0,5mm;v=38, 33 m/ph;
S=0,1 mm/v. Từ(20)PZ(lý thuyết)=154,4(N).
Lần đo

PZ(thực nghiệm)
PZ(lý thuyết)
Đơn vò N
Đơn vò N
1
120160
2
130160
154,4
3
130160
4
130160
5
130160
144
Trung bình
Bảng 1: PZ(thực nghiệm) khi S=0.1mm/v.
Pz ( LT )  Pz (TN ) 154,4  144
Sai số tương đối :  

 6,7%
Pz ( LT )

154,4

S=0,12 mm/v. Từ(20)PZ(lý thuyết)=176,9(N).
Lần đo
PZ(thực nghiệm)
PZ(lý thuyết)
Đơn vò N
Đơn vò N
1
140170
2
130170
176,9
3
140160
4
140170
5
140170
154
Trung bình
Bảng 2: PZ(thực nghiệm) khi S=0.12mm/v.

Pz ( LT )  Pz (TN ) 176,9  154

 12,9%
Pz ( LT )
176,9
S=0,15 mm/v. Từ(20)PZ(lý thuyết)=209,2(N).
Lần đo

PZ(thực nghiệm)
PZ(lý thuyết)
Đơn vò N
Đơn vò N
1
180190
2
180190
209,2
3
170180
4
170190
5
170190
181
Trung bình
Bảng 3: PZ(thực nghiệm) khi S= 0.15mm/v.
Pz ( LT )  Pz (TN ) 209,2  181

 13,4%
Sai số tương đối :  
Pz ( LT )
209,2

Sai số tương đối :  

19

S=0,20 mm/v. Từ(20)  PZ(lý thuyết) = 259,5(N).
Lần đo
PZ(thực nghiệm)
PZ(lý thuyết)
Đơn vò N
Đơn vò N
1
200210
2
200210
259,5
3
210220
4
190200
5
200210
205
Trung bình
Bảng 4: PZ(thực nghiệm) khi S = 0.20mm/v.
Pz ( LT )  Pz (TN ) 259,5  205
Sai số tương đối :  

 21%
Pz ( LT )
259,5
S=0,25 mm/v. Từ(20)PZ(lý thuyết)=279,2(N).
Lần đo
PZ(thực nghiệm)
PZ(lý thuyết)

Đơn vò N
Đơn vò N
1
230240
2
220230
279,2
3
230240
4
230240
5
240250
235
Trung bình
Bảng 5: PZ(thực nghiệm) khi S = 0.25mm/v.

Sai số tương đối :  

Pz ( LT )  Pz (TN ) 279,2  235

 15,8%
Pz ( LT )
279,2

KẾT LUẬN KHI ĐO Pz (THAY ĐỔI S) :

Các số liệu đo được ta
xây dựng thành biểu
đồ như hình vẽ 23,

biểu đồ này giống với
lý thuyết : S càng
tăng thì lực cắt Pz
càng tăng.
Hình 23-Quan hệ S và Pz

20


Trường hợp 2: (thay đổi n nghóa là thay đổi v).
Chọn S=0,1mm/v;t=0,5mm.
n=225v/phv=26,14m/ph;Từ(20)PZ(lý thuyết)=163,4(N).
Lần đo

1
2
3
4
5
Trung bình

PZ(thực nghiệm)
Đơn vò N
130150
120140
140160
140160
140160
144

PZ(lý thuyết)
Đơn vò N

163,4

Bảng 6: PZ(thực nghiệm) khi v=26,14m/ph.
Sai số tương đối :  

Pz ( LT )  Pz (TN ) 163,4  144

 11,8%
Pz ( LT )
163,4

n=330v/phv=38,33m/ph;Từ(20)PZ(lý thuyết)=154,2(N).
Lần đo

1
2
3
4
5
Trung bình

PZ(thực nghiệm)
Đơn vò N
120130
140160
150160
150160

150160
148

PZ(lý thuyết)
Đơn vò N

154,2

Bảng 7: PZ(thực nghiệm) khi v=38,33m/ph.
Sai số tương đối :  

Pz ( LT )  Pz (TN ) 154,2  148

 4%
Pz ( LT )
154,2

n=415v/phv=48,21m/ph;Từ(20)PZ(lý thuyết)=149(N).
Lần đo

1
2
3
4
5
Trung bình

PZ(thực nghiệm)
Đơn vò N
150160

160170
150170
150170
150170
160

PZ(lý thuyết)
Đơn vò N

149

Bảng 8: PZ(thực nghiệm) khi v=48,21m/ph.

21


Sai số tương đối :  

Pz ( LT )  Pz (TN ) 149  160

 7,3%
Pz ( LT )
149

n=450v/phv=52,28m/ph;Từ(20)PZ(lý thuyết)=147,2(N).
Lần đo

1
2
3

4
5
Trung bình

PZ(thực nghiệm)
Đơn vò N
150160
150160
150160
150160
150160
155

PZ(lý thuyết)
Đơn vò N

147,2

Bảng 9: PZ(thực nghiệm) khi v=52,28m/ph.
Sai số tương đối :  

147,2  155
Pz ( LT )  Pz (TN )

 5,2%
Pz ( LT )
147,2

n=665v/phv=77,25m/ph;Từ(20)PZ(lý thuyết)=138,8(N).
Lần đo

1
2
3
4
5
Trung bình

PZ(thực nghiệm)
Đơn vò N
130140
130140
130140
130140
130140
135

PZ(lý thuyết)
Đơn vò N

138,8

Bảng 10: PZ(thực nghiệm) khi v=77,25m/ph.
Pz ( LT )  Pz (TN ) 138,8  135

 2,7%
Pz ( LT )
138,8
KẾT LUẬN KHI ĐO Pz (THAY ĐỔI V) :

Sai số tương đối :  

Trong khỏang vận tốc cắt thực nghiệm từ 26m/phút đến 77m/phút thì quan
hệ giữa lực Pz và v là tỉ lệ nghòch, nghóa là vận tốc v tăng thì lực Pz giảm.
III- ĐO Py
Tính lực PY theo lý thuyết :
PY C P .t yPy .S yPy .v ny .K P (21)
Theo bảng (11.1)/trang 19/(sách chế độ cắt gia công cơ.)
 CP = 243.
 XPy =0,9.
 Ypy = 0,6.
22


 NY = -0,3.
Theo bảng (15.1)/ trang 22/(sách chế độ cắt gia công cơ.)
KP = KPP.KYP.KP = 1.
*Chọn phôi D=33mm;n=415v/ph.
 .D.n 3.14.33.415
v

 43 (m/ph).
1000

1000

Hình24 - Qúa trình đo lực Py

Trường hợp: t thay đổi.
Chọn S=0,1mm/v;v=43m/ph.

t=0,5mm;Từ(21)PY(lý thuyết)=105,8(N).
Lần đo
1
2
3
Trung bình

PY(thực nghiệm)
PY(lý thuyết)
Đơn vò N
Đơn vò N
7075
7075
105,8
7080
76
Bảng 11:PY(thực nghiệm) khi t=0,5mm.

23


t=0,75mm;Từ(21)PY(lý thuyết)=152,4(N).
Lần đo
1
2
3
Trung bình

PY(thực nghiệm)

PY(lý thuyết)
Đơn vò N
Đơn vò N
110120
110115
152,4
110115
116
Bảng 12:PY(thực nghiệm) khi t=0,75mm.

t=1mm;Từ(21)PY(lý thuyết)=197,4(N).
Lần đo
1
2
3
Trung bình

PY(thực nghiệm)
PY(lý thuyết)
Đơn vò N
Đơn vò N
130135
140150
197,4
140150
141
Bảng 13:PY(thực nghiệm) khi t=1mm.

t=1,25mm;Từ(21)PY(lý thuyết)=244(N).
Lần đo

1
2
3
Trung bình

PY(thực nghiệm)
PY(lý thuyết)
Đơn vò N
Đơn vò N
167
170
244
173
170
Bảng 14:PY(thực nghiệm) khi t=1,25mm.

t=1,5mm;Từ(21)PY(lý thuyết)=264,4(N).
Lần đo
1
2
3
Trung bình

PY(thực nghiệm)
Đơn vò N
220230
220230
230240
228

PY(lý thuyết)
Đơn vò N

264,4

Bảng 15:PY(thực nghiệm) khi t=1,5mm.

24