32 CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ GIA CÔNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2 1 Nguyên lý gia công Đầu tiên, lưu chất từ biến được kết hợp với dung dịch mài tạo thành hỗn hợp dung dịch gia công Khi chưa có tác động của từ trường, các hạt sắt từ trong dung dịch sẽ ở trạng thái tự do Khi đó, độ nhớt của dung dịch mài tương đối bé nên khi chi tiết chuyển động trong vùng gia công thì hạt mài sẽ không tạo ra được sự cắt gọt bề mặt chi tiết gia công Khi có tác động của từ trường, các hạt sắt từ trong lưu chất từ bi.
Trang 132
CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ GIA CÔNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
THI ẾT KẾ
2.1 Nguyên lý gia công
Đầu tiên, lưu chất từ biến được kết hợp với dung dịch mài tạo thành hỗn hợp dung dịch gia công Khi chưa có tác động của từ trường, các hạt sắt từ trong dung dịch sẽ
ở trạng thái tự do Khi đó, độ nhớt của dung dịch mài tương đối bé nên khi chi tiết chuyển động trong vùng gia công thì hạt mài sẽ không tạo ra được sự cắt gọt bề mặt chi tiết gia công Khi có tác động của từ trường, các hạt sắt từ trong lưu chất từ biến
sẽ liên kết lại thành nhóm, lúc này độ nhớt chất lỏng sẽ tăng lên và hạt mài sẽ được kết dính chung với hạt sắt từ tạo thành một đĩa mài linh hoạt để tiến hành gia công Quá trình gia công tinh bề mặt chi tiết cầu được thực hiện bằng cách kết hợp chuyển động quay của chi tiết trong vùng dung dịch mài từ tính Nguyên lý của quá trình gia công bằng dung dịch mài từ tính được thể hiện như hình 2.1
Hình 2.1 Nguyên lý của quá trình gia công
Trang 233
Nguyên lý cơ bản của quá trình gia công được trình bày như sau: trước tiên chi
tiết gắn trên trục động cơ và được điều khiển di chuyển lên xuống để tiếp xúc với dung dịch mài Hỗn hợp dung dịch mài từ tính bao gồm chất lỏng từ tính (MRF) và
hạt mài Hỗn hợp dung dịch này được chứa trong thùng chứa Một nam châm điện
từ được sử dụng để tạo ra từ trường tác động vào dung dịch mài bên trong thùng
chứa Từ trường được thay đổi bằng cách thay đổi thông số cường độ dòng điện thông qua một bộ điều khiển Khi chi tiết di chuyển xuống dưới tiếp xúc với dung
dịch mài thì nguồn điện được cấp vào trong nam châm điện để tạo ra lực từ trường Lúc đó, chi tiết được quay tròn để tạo ra quá trình cắt gọt Để tăng khả năng tiếp xúc của dung dịch mài đến bề mặt chi tiết gia công thì chi tiết còn được thay đổi vị trí thông qua động cơ điều khiển
Trong quá trình gia công, chất lỏng từ tính được sử dụng là dung dịch MRF 132DG Thông số của chất lỏng từ tính được thể hiện như ở bảng 2.1
Bảng 2.1 Thông số của chất lỏng MRF 132DG
Thông s ố Giá tr ị
Độ nhớt, Pa-s tại 40°C 0.112 ± 0.02
Khối lượng riêng, g/cm3 (lb/gal) 2.95-3.15 (24.6-26.3)
Nhiệt độ chảy, °C (°F) >150 (>302)
Nhiệt độ làm việc, °C (°F) -40 to +130 (-40 to +266)
Hạt mài bao gồm các hạt có hình dáng và lưỡi cắt vô định hình được pha trộn với chất lỏng từ tính để đạt nồng độ thích hợp Nồng độ của dung dịch hạt mài từ tính và kích thước hạt mài sẽ tác động đến chất lượng bề mặt gia công Tùy thuộc vào độ cứng của bề mặt chi tiết cần gia công, chất lượng bề mặt cần đạt, và chi phí gia công để làm cơ sở lựa chọn loại hạt mài phù hợp Có 4 loại hạt mài thường được
Trang 334
sử dụng trong gia công tinh bề mặt chi tiết bằng kim loại như là: silicon carbide -SiC (hình 2.2a), nhôm ôxít -Al2O3 (hình 2.2b), boron carbide - B4C (hình 2.2c) và kim cương (hình 2.2d) Hình dáng các loại hạt mài được thể hiện như hình 2.2
(a) Silicon carbide -SiC (b) Nhôm ôxít -Al2O3
(c) Boron carbide - B4C (d) Bột kim cương
Hình 2.2 Các loại hạt mài
Trang 435
Ngoài yếu tố dung dịch hạt mài từ tính ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công thì tốc độ gia công, cường độ dòng điện cũng là nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng của bề mặt chi tiết
2.2 Phân tích và l ựa chọn phương án thiết kế
Dựa trên nguyên lý hoạt động của thiết bị gia công, tác giả đề xuất ra các phương án thiết kế như sau:
• Phương án 1:
Sơ đồ nguyên lý phương án 1
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị (theo phương án 1)
Trang 536
Trong đó:
1: Động cơ servo 1
2: Khớp nối 1
3: Trục vít me
4: Động cơ servo 2
5: Khớp nối 2
6: Trục vít
7: Khớp nối 3 8: Phôi
9: Kẹp phôi 10: Bánh vít 11: Động cơ xoay 12: Bàn trượt
Theo phương án (1) các tác giả sử dụng động cơ số 1 để điều khiển cụm di trượt lên, xuống theo phương Z cũng như điều khiển khoảng cách của toàn bộ cụm chính của máy Động cơ số 2 dùng để điều chỉnh góc quay cho chi tiết, thông qua bộ truyền động là trục vít-bánh vít Bộ phận kẹp phôi dùng các khối kẹp V để có thể di chuyển thùng chứa ở mặt phẳng X-Y, còn nam châm điện sẽ di trượt theo phương
X Mô hình thiết kế 3D cho thiết bị ở phương án (1) được mô tả như hình 2.4
Hình 2.4 Mô hình 3D của thiết bị (theo phương án 1)
Ưu điểm:
o Hai động cơ servo hoạt động độc lập, điều khiển tốc độ tốt, điều khiển vị trí chính xác, momen-xoắn, quán tính thấp, tiếng ồn thấp, hiệu suất vận hành cao
Trang 637
o Đảm bảo độ cứng vững của thùng chứa dung dịch mài khi định vị và kẹp chặt
Nhược điểm:
o Hiệu suất cơ cấu kẹp thùng chứa giảm vì phải di chuyển đồng thời 4 cơ cấu kẹp cho nó đồng tâm
o Gia công khối V phức tạp
o Chi phí của khối kẹp V khá cao
• Phương án 2:
Sơ đồ nguyên lý phương án 2
Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị (theo phương án 2)
Trang 738
Trong đó:
1: Động cơ servo 1
2: Khớp nối 1
3: Trục vít me
4: Động cơ servo 2
5: Khớp nối 2
6: Trục vít
7: Khớp nối 3 8: Phôi
9: Bánh vít 10: Động cơ xoay 11: Bàn trượt
Theo phương án (2) tác giả vẫn sử dụng động cơ số 1 để điều khiển cụm di trượt lên, xuống cũng như điều chỉnh toàn bộ khoảng cách cụm chính của máy Các tác giả sử dụng động cơ số 2 để điều chỉnh góc xoay cho chi tiết thông qua bộ trục vít bánh vít Ở phương án này, các tác giả đã loại bỏ các khối V, phần nào giúp cho việc di chuyển thùng chứa dung dịch trở nên linh hoạt hơn, lúc này việc di chuyển đồng thời lồng trong và nam châm điện được thực hiện bằng tay, lồng ngoài sẽ trượt theo phương X trong lồng vuông và lồng vuông trượt theo phương Y Mô hình thiết
kế 3D cho thiết bị ở phương án (2) được mô tả như hình 2.6
Hình 2.6 Mô hình 3D của thiết bị (theo phương án 2)
Trang 839
Ưu điểm:
o Dễ dàng điều khiển tốc độ và vị trí chính xác, hiệu suất vận hành cao
o Có sự đồng tâm cao vì di chuyển đồng thời lồng trong và nam châm điện
o Gia công dễ dàng đối với các cơ cấu định vị
Nhược điểm:
o Các bước tiến hành định vị thùng chứa dung dịch được thực hiện bằng tay nên
độ chính xác và năng suất còn hạn chế
• Ph ương án 3:
Sơ đồ nguyên lý phương án 3
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị (theo phương án 3)
Trang 940
Trong đó:
1: Động cơ servo 1
2: Động cơ servo 2
3: Khớp nối 2
4: Trục vít
5: Khớp nối 3
6: Bàn trượt
7: Bánh vít
8: Động cơ trục chính
9: Hiển thị góc độ 10: Phôi
11: Khớp nối 1 12: Trục vít me
13 Ổ lăn
14 Trục gá động cơ
15 Nam châm điện
Với phương án (3), lồng trong và nam châm điện được cố định đồng tâm trong
lồng ngoài, lồng ngoài sẽ trượt theo phương X trên lồng vuông và lồng vuông trượt theo phương Y so với bàn máy Nâng thêm chiều cao của chân đế để thuận tiện điều khiển và có không gian bố trí các thiết bị điều khiển Quá trình điều khiển được
thực hiện tự động thông qua bằng màn hình cảm ứng Giao diện màn hình được thiết kế đơn giản, trực quan hóa các thông số hoạt động của thiết bị Mô hình thiết
kế 3D cho thiết bị ở phương án (3) được mô tả như hình 2.8
Hình 2.8 Mô hình 3D của thiết bị (theo phương án 3)
Trang 1041
Ưu điểm:
o Dễ dàng điều khiển tốc độ và vị trí chính xác, hiệu suất vận hành cao
o Điều khiển tự động quá trình gia công bằng màn hình cảm ứng được lập trình
sẵn các thông số công nghệ
o Giao diện màn hình được thiết kế đơn giản, trực quan hóa các thông số hoạt động của thiết bị
Nhược điểm:
o Kích thước máy lớn gây ra khó vận chuyển
Trên cơ sở phân tích ưu và nhược điểm của các phương án thiết kế, tác giả chọn
phương án (3) cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo các chi tiết của thiết bị
Phương án này đã đảm bảo tiêu chí điều khiển chính xác, giao diện màn hình trực quan, có thể kiểm soát được tốc độ, điều khiển đơn giản