Khóa luận nghiên cứu điều chỉnh chương trình động học máy nhằm nâng cao độ chính xác tạo hình bề mặt chi tiết quang khi mài nghiền chi tiết quang trên máy 4MB 250

Việc nâng cao độ chính xác tạo hình bề mặt chỉ tiết quang, theo hướng nghiên cứu ảnh hưởng động học máy đến độ chính xác tạo hình bề mặt gia công là một trong những biện pháp hiệu quả cầ

Vấn đề nâng cao độ chính xác gia công khi tạo hình bề mặt chỉ tiết quang bằng phương pháp mài nghiên, là vẫn đề luôn được quan tâm Vẫn đề này liên quan đên nhiêu yêu tô công nghệ gia công

Việc nâng cao độ chính xác tạo hình bề mặt chỉ tiết quang, theo hướng nghiên cứu ảnh hưởng động học máy đến độ chính xác tạo hình bề mặt gia công là một trong những biện pháp hiệu quả cần được nghiên cứu

Trong phạm vi bản đồ án tốt nghiệp này, nghiên cứu điều chỉnh chương trình động học máy, nhằm nâng cao độ chính xác tạo hình bề mặt chỉ tiết quang khi mài nghiên chi tiết quang trên máy 4MB-250 (CHLB Đức)

Trong quá trình thực hiện mặc dù đã cỗ gắng nhưng do điều kiện trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp, không hy vọng giải quyết được day đủ những mong

muôn, vì vậy em mong được các thây cô giáo tận tình hướng dân đê bản đô án

này được hoàn thiện hơn

Nhân dịp này cho em gửi lời cám ơn tới thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Trọng Hùng, cùng toàn thê các thầy cô giáo Bộ môn Cơ khí chính xác và Quang học, Trung tâm Cơ khí Chính xác và Quang học nghiệp vụ - Cục Cơ khí và Điện tử nghiệp vụ - Bộ Công An đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập và làm thiết kế tốt nghiệp để hoàn thành tốt bản đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn Ì

Hà Nội ngày 20 tháng Š năm 2005

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1 TỎNG QUAN VẺ MÀI NGHIÊN CHI TIẾT QUANG

1.1 Tạo hình bề mặt chỉ tiết quang bằng phương pháp nghiền :

Bè mặt chỉ tiết gia công có dạng :

Mặt phẳng: bề mặt của đĩa dưới và đĩa trên là mặt phẳng

Mặt cầu: bề mặt của đĩa dưới và đĩa trên là mat cau

Tạo hình bề mặt chi tiết quang bằng phương pháp nghiền có thê được trình bày như sau:

Bè mặt chi tiết gia công là phẳng: bề mặt dụng cụ là phắng

Bè mặt chỉ tiết gia công là cầu:

Nếu là cầu lồi: bề mặt dụng cụ là cầu lõm

Nếu là cầu lõm: bề mặt dụng cụ là cầu lôi

Có thê có hai trường hợp:

Đĩa dưới là dụng cụ, tương ứng đĩa trên là chỉ tiết gia công

Đĩa trên là dụng cụ, tương ứng đĩa dưới là chi tiết gia công

Vật liệu dụng cụ vừa có khả năng mang hạt mài, găm hạt mài lại vừa chịu mài mòn Vì vậy vật liệu dụng cụ thường làm bằng gang Bột mài được cấp liên tục hoặc giản đoạn vào bề mặt chi tiết ø1a công và dụng cụ nghiền với các độ hạt khác nhau tuỳ theo từng nguyên công Quá trình nghiên được bắt đầu kê

từ lúc truyền cho chỉ tiết và dụng cụ một chuyển động tương đối, đảm bảo sự tiếp xúc giữa hai bề mặt chỉ tiết gia công và dụng cụ và đưới tác dụng của áp

lực

Lớp Cơ tin Kỹ thuật - Khoa Cơ khí

Máy mài nghiền có nhiều loại, chúng chỉ khác nhau ở phương thức tạo ra chuyển động tương đối giữa khâu mang phôi gia công và khâu mang dụng cụ nghiên

Có thể giới thiệu một số nguyên lý như sau:

Nguyên lý 1 ( Hình 1.la ):

Theo nguyên lý này, khâu dưới 1 có chuyển động quay tròn với vận tốc œs Giữa œ¡ và œs là bộ truyền động biến đôi tốc độ ( Truyền động đai hoặc bánh răng có tỷ số truyền là một số vô tỷ ) Hệ thống được dẫn động bởi một động

cơ chung, áp lực nghiền được tạo ra nhờ các quả nặng, lò xo, hoặc khí nén

Nguyên lý này được sử dụng nhiều trong các thiết bị nghiền và đánh bóng của Liên xô cũ có ký hiệu là III II và ở một số cơ sở chế tạo chi tiết quang ở nuớc

ta

Nguyên lý 2 ( Hình 1.1b ):

Khác với nguyên tắc 1, ngoài chuyên động quay tròn của khâu dưới, khâu trên của nguyên tắc này có chuyên động lắc nhận từ khung 3 Khung 3 có tâm lắc trùng với tâm chỉ tiết cần gia công Lực ép được tạo ra nhờ khí nén hoặc lò xo nén lắp trên khung 3 nên luôn tác dụng hướng tâm

Nguyên lý 3 ( Hình 1.lc ):

Nguyên lý này về cơ bản giống nguyên lý 2; khâu trên cũng có chuyển động quay lắc theo khung 3, lực ép cũng tác dụng hướng tâm Nhưng ở đây khâu trên còn có chuyển động quay lệch tâm Điều này làm cho quỹ đạo chuyên động tương đối của hai bề mặt nghiền rỗi hơn và dài hơn (Nâng cao cường độ gia công) Đây là ưu điểm lớn nhất của nguyên lý này so với các nguyên lý

khác Nguyên lý này được ứng dụng trong các thiết bị của hãng ESSILOR (Singapor) và hiện nay dang được sử dụng ở Công ty Cô phần Kính mắt Cô phần Hà nội

Tạo hình bề mặt chỉ tiết quang bằng phương pháp nghiền cho phép đạt được

độ chính xác hình dáng hình học của dụng cụ và bề mặt chi tiết gia công dần dần được nâng cao hơn khi bắt đầu đưa vào gia công Như vậy quá trình mài nghiền là quá trình gia công bằng dụng cụ định hình, có quá trình sửa chữa lẫn nhau giữa bề mặt dụng cụ và chi tiết gia công, nâng cao dần độ chính xác Vậy bản chất của quá trình nghiền bề mặt chi tiết quang là gì?

Trên cơ sở đó ta nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ, chủ yếu

là yếu tô động học máy đến độ chính xác tạo hình bề mặt chi tiết quang khi mài nghiên

Lớp Cơ tin Kỹ thuật - Khoa Cơ khí

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý mài nghiên chỉ tiết quang

1.2 Bản chất cat got khi mai nghiền chỉ tiết thuỷ tỉnh quanøs học :

Phương pháp mài nghiền chỉ tiết thuỷ tỉnh quang học là phương pháp gia

công bằng hạt mài tự do, nó được sử dụng khi có các yêu cầu cao về độ chính

xác tạo hình bề mặt chỉ tiết gia công Thuỷ tinh trước khi đưa vào mài nghiền

và đánh bóng phải qua các nguyên công gia công sơ bộ ( cưa, khoan ) hoặc tạo hình bằng phương pháp ép

Trong đó mài nghiền và đánh bóng được sử dụng nhiều hơn cả Hai quá trình này chiếm đến 90% khối lượng của toàn bộ quá trình công nghệ Mặc dù là

Lớp Cơ tin Kỹ thuật - Khoa Cơ khí

phương pháp cô điển nhưng mài nghiên vẫn là phương pháp cơ bản, thậm chí trong nhiều trường hợp là phương pháp duy nhất cho phép đạt độ chính xác cao hơn nhiều so với các phương pháp khác Ví dụ, nhám bề mặt đạt được khi gia công bằng hạt mài tự do theo các phương pháp khác nhau và bằng các cỡ hạt mài khác nhau như sau:

Khi ép có thê đạt được: R„ = (360 + 160) um

Khi nghiền tỉnh bằng hạt mai M14 + M10 có thê đạt được: R„ = (0,63 + 0,32)

um

Khi nghiền tinh bằng hạt mài M5 + M3 có thê đạt được: R„ = (0,04 + 0,02)

um

Sai số hình dáng hình học có thể đạt tới 0,1 + 0,3 um [ 9 ], độ chính xác có thé dat cấp 6 hoặc cấp 7 Trong phạm vi đồ án này nghiên cứu quá trình nghiền tinh, vì đây là nguyên công cuối trước khi chuyên sang đánh bóng và

có tính chất quyết định đến chất lượng của sản phẩm

1.2.1 Cat got bang hat mài tự do khi mài nghiền

Có nhiêu công trình nghiên cứu về bản chât của quá trình mài nghiên thuỷ tinh của các nước trên thế giới như CHLB Đức, Anh, Liên xô cũ Kết quả của các công trình nghiên cứu đêu có nhiêu điêm giông nhau

Lớp Cơ tin Kỹ thuật - Khoa Cơ khí

Hình 1.2: Thí nghiệm ép bi lên bề mặt thuỷ tinh

Bằng thí nghiệm ép bi cầu trên bề mặt thuỷ tinh người ta đã chứng minh rắng, nguồn gốc tạo thành các bê mặt gia công là lưới các vết nứt hình nón trên bê mặt dưới tác dụng của lực mài thông qua các hạt mài (hình 1.2) Sau đó các vết nứt làm tách khỏi bề mặt một lớp thuỷ tinh, hình thành các lớp nỗi có

chiều sâu h nhỏ hơn 2-3 lần chiều sâu vết nứt F và ban đâu chỉ có 5-10% số

hạt mài làm việc

Vì kích thước hạt mài không đều nhau nên áp lực lúc đầu chỉ được truyền qua

những hạt mài có kích thước lớn Số hạt mài còn lại sẽ lần lượt tham gia khi

có kích thước hoặc vị trí thích hợp Dưới tác dụng của lực mài, các hạt mài sẽ

tạo ra các vết nứt hình nón với góc œ = 150° + 153° Do có chuyên động

tương đối giữa đầu mài và chỉ tiết, các hạt mài lăn đảo giữa bề mặt dụng cụ và

chi tiết làm tác dụng của dụng cụ mang đặc trưng va đập, rung động Sự va

rung của hạt mài vào bề mặt thủy tinh làm thủy tỉnh bị tách thành các mảnh

nhỏ tạo nên các bề mặt mài Mặc dù có hiện tượng hạt mài găm vào dụng cụ cào xước bề mặt như một lưỡi cắt nhưng quá trình tạo nên bề mặt mài về cơ

ban van là do các vêt nứt

Góc ở đỉnh của các vết nứt không phụ thuộc vào kích thước hạt mài mà phụ

thuộc vào thành phần hoá học và các tính chất cơ học của các loại thủy tinh Chiều sâu lớp nổi h và chiều sâu vết nứt m có quan hệ với đường kính hạt

biến dạng dụng cụ và nghiền vỡ hạt Lực R là tác nhân chính gây ra các vết

nứt hình nón phân bố theo các góc từ 90° + 150° Chiều cao lớp nổi h chiếm

từ 1/3 + 1/4 kích thước hạt Dưới lớp nỗi là lớp nứt có chiều sâu m = (2 + 4)

h

Lớp Cơ tin Kỹ thuật —- Khoa Cơ khí

Khi giảm kích thước hạt, chiều sâu lớp nỗi và lớp nứt cũng giảm Các đỉnh nhấp nhô sẽ bị là phẳng dân khi dùng bột mịn dẫn

Lực R được phân tích thành 2 thành phân:

Lực N có phương vuông góc với véc tơ vận tốc v, nhằm đảm bảo tiếp xúc giữa dụng cụ và chỉ tiết, đồng thời gây biến dạng đàn hồi bề mặt

Lực F hướng tiếp tuyến với bề mặt gia công gây mòn dụng cụ và tạo thành ngẫu lực làm lăn đảo hạt mài

1.2.2 Cắt gọt băng hat mài liên kết

Hạt liên kết là hạt mài bị găm trên bề mặt dụng cụ Tác động của một hạt liên

kết vào bề mặt thủy tinh giống như tác động của lưỡi cắt vào bề mặt kim loại đòn

Khi dụng cụ chuyên động tương đối so với thủy tinh sẽ tạo ra lực cắt R tác

dụng lên các hạt liên kết, gây nên các vết xước trên bề mặt thủy tinh, lam bé

mặt bị nứt vỡ thành những mảnh nho Thanh phan luc tiép tuyén Fy cua luc R hướng một góc 180° với véc tơ vận tốc tương đối V„ làm tách các mảnh thủy tinh ra khỏi bề mặt (hình 1.4)

Thành phân lực F; tác động lên thuỷ tinh, gây ra các vết nứt hình côn và phá hủy bề mặt như hạt mài tự do là chủ yếu, đồng thời làm hạt mài găm vào bê

mặt dụng cụ

Hạt liên kết mòn dân theo thời gian, lực cắt đặt vào đó tăng lên làm chúng bong ra khỏi liên kết, lúc đó sẽ xuất hiện các hạt găm mới

Trong quá trình gia công, nếu dụng cụ nghiên có tính chất găm hạt thì có thể

xảy ra đồng thời hai quá trình cắt got: bang hat tu do va bang hat lién két Mat

khác ta cũng thấy răng bề mặt của dụng cụ cũng bị hai loại hạt kê trên làm mon di

1.3 Ánh hưởng của môt số yếu tô công nghệ cơ bản đến năng suất và

chất lượng mài nghiền chỉ tiết quang

Quá trình tạo hình bề mặt chỉ tiết quang bằng phương pháp nghiền chịu tác động của nhiều yếu tố công nghệ Trong đó có một số yếu tố công nghệ cơ ban ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng mài nghiền chỉ tiết quang như: áp lực, vận tốc chuyển động tương đối giữa các bê mặt tham gia nghiền, hạt mài( kích thước, tính chất, nồng độ )

Dưới đây xét ảnh hưởng của các yếu tố đó đến chất lượng và năng suất mài nghiền:

1.3.1 Ánh hưởng của áp lực và vận tốc

Đề xác định cường độ gia công, người ta đã xác định thê tích lượng thủy tinh

bị tách khỏi bề mặt phôi tỷ lệ với công cơ học:

K- Hệ số công nghệ, thể hiện bằng thể tích riêng của lượng thủy tỉnh tách ra khỏi phôi trong một đơn vị công A có tính đến các yếu tố công nghệ; A- Công cơ học sinh ra để tách lượng thủy tinh đó

Ta có:

Với :

F- Giá trị trung bình của véc tơ lực tác dụng của khâu trên với khâu

dưới trong một chu kỳ t;

V- Giá trị trung bình của véc tơ vận tốc tương đối của chuyên động khâu trên so với khâu dưới trong một chu kỳ t;

n- Số chu kỳ gia công;

t- Thời gian một hành trình lắc của khâu trên: t = 27/@¡

œ;- Tần số quay của trục tay quay

Từ đó có thê thay rang công cơ học trên một đơn vị diện tích là:

A;= 4= # Vnt=P.Vnt (1.5)

S S

Nếu có hiện tượng sai lệch bán kính sau một lần gia công, thì có thể điều

chỉnh cho tích số P.V lớn ở vùng biên để giảm bán kính hoặc lớn ở vùng đỉnh

để tăng bán kính sản phẩm

Việc phấn dau đề tích số P.V = const sẽ phát huy được hiệu quả khi bề mặt phôi và dụng cụ đã hoàn toàn tiếp xúc nhau Lúc này việc bảo đảm cho tích P.V = const sẽ làm lượng mài mòn trên bề mặt gia công là như nhau và vì vậy

duy trì được bán kính đã đạt được của phôi

Ngoài ra, người ta còn đưa ra khái niệm về hệ số phủ Bản chất của hệ số phủ

là thể hiện khả năng đối tiếp của bề mặt dụng cụ so với bề mặt phôi trong thời

gian gia công Những vùng bề mặt không được phủ thì không thể xảy ra mài mòn

Như vậy, có thê thấy rằng quá trình gia công phải thoả mãn cả ba điều kiện công nghệ, liên quan chặt chẽ với nhau:

Có áp lực giữa hai bê mặt gia công:

Có chuyên động tương đỗi giữa chúng:

Có đối tiếp giữa hai bề mặt

1.3.2 Ảnh hưởng của chuyên đông tương đối giữa phôi và dụng cụ

Đối với bất kỳ một thiết bị gia công nào, việc nghiên cứu quy luật chuyển động tương đỗi giữa dụng cụ và phôi đều rất cân thiết Nó cho phép hiểu rõ tính chất, phạm vi phủ giữa hai bề mặt tham gia gia công

Đề giải quyết vẫn đề này, người ta thường lập những bài toán xác định quỹ đạo chuyển động tương đối của một điểm đặc trưng trên bề mặt phôi so với bề mặt dụng cụ thông qua quan hệ giữa các thông số động học của máy

Vấn đề đặt ra là tìm co cau dan động sao cho đạt được các yêu cầu sau:

Vận tốc chuyển động tương đối ở các điểm trên bề mặt phôi so với dụng cụ có giá trị như nhau

Quỹ đạo chuyển động tương đối nhanh chóng trải đều trên khắp bề mặt gia cong

Dang quỹ đạo chuyên động tương đối giữa phôi và dụng cụ: phức tạp

và không trùng lặp

Các nghiên cứu với mục đích trên được trình bày trong các tài liệu

1.3.3 Ánh hưởng của hạt mài

Lớp Cơ tin Kỹ thuật - Khoa Cơ khí

Khi mài nghiền thủy tinh, hạt mài đóng vai trò như các lưỡi cắt Đề có thê cắt gọt bề mặt thủy tinh, người ta thường dùng các loại hạt có độ cứng cao như hạt cô ranh đôn (Al;Oa), cac bit silic (SiC), các bít Bo (B¿C), cát thạch anh

(S1O¿), enbo, kim cương tự nhiên hoặc nhân tạo,

Hạt mài sử dụng trong mài nghiền thủy tinh thường ở dạng hỗn hợp với chất lỏng được gọi là huyền phù Chất lỏng dùng khi mài nghiên thủy tinh là nước

Vì khi dùng các chất lỏng có độ nhớt cao hơn sẽ cản trở chuyên động của hạt mài, làm giảm năng suất mài Người ta đã xác định rằng thừa hoặc thiếu chất lỏng đều gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt gia công Nếu thừa chất lỏng, số lượng hạt mài giảm, làm tăng áp lực lên mỗi hạt mài, hạn chế chuyên động của nó, làm cào xước bề mặt thủy tinh Nếu thiếu chất lỏng số lượng hạt

mài tăng, các hạt mài chèn ép lên nhau, chuyên động tự do của chúng cũng bị

hạn chế và vì thế cũng gây xước bề mặt chỉ tiết gia công

Chất lỏng đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia công thủy tinh Chất lỏng không những có tác dụng bôi trơn, giảm ma sát, phân phối hạt mài, giảm nhiệt độ, mà còn đào sâu các vết nứt, đây nhanh việc tách các mảnh thủy tinh

ra khỏi bề mặt gia công

Đã có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của tỷ lệ giữa khối lượng hạt mài và khối lượng hỗn hợp đến chất lượng và năng suất mài nghiền Tỷ lệ này được gọi là nồng độ huyền phù và được xác định theo biểu thức:

+ - Nồng độ huyền phù;

T - Khối lượng bột mài; (G)

H - Khối lượng nước; (G)

Khoảng tối ưu của tỷ lệ giữa nước và bột là H:T = 3+6 Với tỷ lệ này, cường

độ gia công thủy tinh là lớn nhất (hình 1.5) Tý lệ này thay đôi khi dùng các

kích thước hạt khác nhau:

Với kích thước hạt từ 20 + 50um thì H : T= 4 + 10;

Với kích thước hạt từ 20 + 14um và nhỏ hơn thì H : T = 3 + 5

Hình 1.5 Quan hệ giữa tý số H:T và cường độ gia công

Kích thước hạt mài cũng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và năng suất gia công Điều dễ nhận thấy là độ hạt càng lớn thì lượng mài mòn thủy tinh càng nhiều, nhưng chất lượng bề mặt càng kém đi

Như đã trình bày, do kích thước của một loại hạt mài không hoàn toàn bằng nhau, nên lúc đầu áp lực từ dụng cụ chỉ truyền qua những hạt có kích thước

lớn Đó chính là những nơi có sự tiếp xúc giữa dụng cụ và phôi thông qua hạt

mài Nếu trong một loại hạt mài các kích thước lớn hơn gấp 4 lần kích thước

hat co ban chiếm nhiều hơn 5% thì chúng sẽ gây xước bề mặt, nếu ít hơn 5%

Lớp Cơ tin Kỹ thuật —- Khoa Cơ khí

thì chúng sẽ nhanh chóng bị nghiền vỡ Sự tiếp xúc lúc này sẽ xảy ra ở những

điểm nhô cao nhất trên mỗi bề mặt

1.4 Phương pháp kiểm tra chất lượng bề mặt phẳng chỉ tiết quang khi mài nghiền

Để đảm bảo độ chính xác gia công cần phải kiểm tra chất lượng bề mặt phẳng chỉ tiết quang khi mài nghiền

Việc kiểm tra chất lượng bề mặt phẳng chỉ tiết quang bao gồm các nguyên công

sau:

Kiểm tra sai lệch về độ thắng trong mặt phăng chỉ tiết quang

Kiêm tra sai lệch về độ phăng bề mặt chỉ tiết quang

1.4.1 Kiểm tra sai lệch về độ thắng trong mặt phẳng chỉ tiết quang

a/ Đo sai lệch về độ thắng dùng gá do

Định nghĩa: Sai lệch về độ thăng trong mặt phẳng là khoảng cách lớn nhất A từ các điểm của prôfn thực tới đường thắng áp trong giới hạn của phần chuân (hình 1.6,

a)

Phuong phap do:

Để đo được sai lệch về độ thăng, phải dịch chuyên chuyển đổi đo theo phương của đường áp Chuyến vị của đầu đo dịch chuyên theo phương pháp tuyến của đường

áp

Trong kỹ thuật, gọi phương của đường áp là phương “0”, đường thắng đi qua hai điểm chuẩn đo song song với nó được gọi là đường “0” Người ta lẫy đường “0” làm đường chuẩn hay đường trượt để đo sai lệch về độ thang

Sai lệch chỉ thị lớn nhất của đầu đo theo phương trượt chuẩn cho ta sai lệch về độ

thang

Với các chi tiết không lớn lắm, người ta gá nó lên bàn có thể điều chỉnh được Với chiều dài chuẩn kiểm tra là 4, người ta điều chỉnh sao cho 4 song song với phương trượt chuân DC là phương trượt của băng máy đo có mang chuyên đổi như hình (1.6, b)

Trong đó phương trượt chuẩn ĐC sử dụng sống trượt của máy đo ổãè-21 đảm bảo độ

chính xác dịch chuyến, chỉ tiết đo được gá trên đồ gá đặt trên bàn máy

Việc đọc số dịch chuyển đài trên bề mặt mẫu dùng thước đo độ dài hiện số của Hãng

MITUTOYO ( Nhật Bản )

Lớp Cơ tin Kỹ thuật - Khoa Cơ khí

Hình 1.7: Gá chi tiết đo có thước thước không lớn lắm

b/ Đo sai lệch về độ thắng bằng khe sáng giữa thước và chỉ tiết

Việc kiểm tra sai lệch về độ thắng được thực hiện nhờ khe sáng giữa thước thuỷ tình

hoặc kim loại và bề mặt chỉ tiết kiểm tra (hình 1.8) Khi bề mặt chỉ tiết kiểm tra không

thăng (câu), bán kính cong của nó được xác định theo công thức: R = a

Trong do:

A - Chiéu cao khe sang

¡ - Chiêu dài khe sáng giữa bề mặt thước và chỉ tiết kiểm tra

Phương pháp này được sử dụng trong sản xuất, vì nó đơn giản và thuận tiện, cho phép định tính được sự phân bố lượng dư gia công trên các vùng của bê mặt chỉ tiết

1.4.2 Kiểm tra sai lệch về độ phẳng bê mặt chỉ tiết quang

a/ Khái niệm về đo sai lệch về độ phẳng

Định nghĩa: Sai lệch về độ phẳng là khoảng cách lớn nhất A từ các điểm của bề mặt thực đến bề mặt phẳng áp trong giới hạn của phần chuẩn (hình 1.9)

Hình 1.9: Khái niệm sai lệch về độ phẳng

Để đo sai lệch về độ phẳng người ta phải dịch chuyên chuyên đổi đo theo mặt phẳng chuẩn song song với mặt áp Chuyên vị của đầu do dịch chuyển theo phương pháp tuyến với mặt áp

Để loại trừ ảnh hưởng của các yếu tô khác trong chỉ tiết, chi tiết cần đặt trên bàn điều chỉnh được Khi đo, cần điều chỉnh chi tiết sao cho mặt phẳng “0” song song với mặt phẳng chuẩn Mặt phẳng “0” có thể được tạo thành bởi 3 hoặc 4 điểm cách xa nhau

nhất trên bề mặt thực Trước khi đo, cần chỉnh chỉ tiết sao cho chỉ thị của dụng cụ đo

sau khi rà theo mặt chuân MC sẽ có chỉ số đo tại 3 hay 4 điểm trên bằng nhau đê mặt phăng “0” song song với mặt phẳng chuẩn MC Hình (1.10) mô tả nguyên tắc đo sai lệch về độ phẳng

Khi chi tiết có bề mặt không quy luật, độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào số điểm

Kết quả đo sai lệch về độ phẳng sẽ được tính là:

EFE = max Ximax - MN Ximin

NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC MÁY

MAI NGHIEN TAO HINH BE MAT CHI TIET QUANG

1, Xây dựng mồ hình đông học cơ cầu máy mài nghiền chỉ tiết quang 4MB-

250

1.1 Sơ đồ nguyên lý máy mài nghiền chỉ tiết quang 4MB-250

Đề nghiên cứu ảnh hưởng của động học máy đến quá trình tạo hình bề mặt chỉ tiết quang, sử dụng máy mài nghiền chi tiết quang 4MB-250 của Trung tâm kỹ

thuật Cơ khí Chính xác và Quang học nghiệp vụ - Cục Cơ khí và Điện tử - Bộ

Công an

Máy mài nghiền chi tiết quang 4MB-250 ( hình 2-1 ) có sơ đồ nguyên lý làm

việc như sau:

Động cơ l làm nhiệm vụ dẫn chuyển động cho các cơ cầu làm việc Chuyển

động từ trục của động cơ có lắp puli đai truyền cho hai bộ truyền đai 2, qua bộ truyền đĩa ma sát 3 chuyền động quay được truyền cho trục tay quay 5, qua bộ truyền đai chuyên động được truyền cho trục của đĩa mài 9

Cơ cấu khâu trên của máy là cơ câu mài nghiền chỉ tiết quang của máy 4MB-

250 Về mặt cơ học, đây là một mô hình cơ hệ có ba bậc tự do

Cơ cấu khâu trên gồm có:

L Tay quay 7

1 Thanh truyén 8

1) Can lac 6

Đĩa gá chỉ tiết quang 5

O Dia mai nghién 4

Ở giữa bề mặt của đĩa gá chi tiết gia công và đĩa mài nghiền, có một lớp huyền

phù mài

Lớp Cơ tin Kỹ thuật - Khoa Cơ khí

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của động học máy đên quá trình tạo hình bê mặt chi

tiệt quang, được tiên hành dựa vào việc nghiên cứu động học cơ câu khâu trên

của máy mài nghiền 4MB-250

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý máy mài nghiền chi tiết quang 4MB-250

2 Bộ truyền đai 7 Tay quay

3 Bộ truyền đai 8 Thanh truyền

4 Đĩa mài nghiền 9 Bộ truyền bánh ma sát

5 Đĩa gá chỉ tiết 10 Lò xo tạo áp lực

Lớp Cơ tin Kỹ thuật - Khoa Cơ khí

1.2 Giới thiệu cơ cầu máy mài nghiền 4MB-250

Máy mài nghiền chỉ tiết quang 4MB-250, có thể mài nghiên các chỉ tiết quang có

bề mặt cầu và bé mặt phẳng

Xét cơ câu khâu trên của máy, để tăng khả năng tự lựa các bề mặt chi tiết và đĩa mài khi nghiền, ở cơ câu khâu trên có khớp tự lựa, nhờ khớp bản lề lắp trên cần

lắc số 7 ( hình 2.1 )

Qua khảo sát thực tế ta có sơ đồ cơ câu máy mài nghiền 4MB-250, với các kích

thước cơ câu như sau:

SỐ liệu kích thước của cúc bánh đai trên trục tay quay va truc dia mài:

Qua việc lây sô liệu trên máy ta có kích thước đường kính của các bánh đai trên

2.3: Các kích thước của bánh đai trên trục tay quay và trục dia mai

Sau khi đo các kích thước của các bánh đai trên các trục tay quay và trục đĩa mài

của máy mài nghiền 4MB - 250, ta có các SỐ liệu như sau:

Kích thước của bánh đai trên trục tay quay:

Xác dịnh tỷ số truyền của DHỈ trục tay quay va puli truc dia mai:

Từ kích thước của puli trục tay quay và puli trục đĩa mài ta xác định được tỷ số truyền của các trục tay quay và trục đĩa mài như sau:

© RD 2002

œ;: vận toc goc cua truc tay quay

R,: ban kinh puli cua truc tay quay

D¡: đường kính puli cua truc tay quay

ws: van toc góc của trục đĩa mài

Rs: bán kính puÌi của trục dia mai

D;: đường kính puli của trục tay quay

1.3 Mô hình động học cơ cầu máy mài nghiên chỉ tiết quang 4MB-250

Từ các khảo sát trên máy và giả thiết nghiên cứu như trên ta có mô hình bài toán nghiên cứu động học máy mài nghiên chi tiết quang như sau ( h.2.4)

Trong đó:

Oxy là hệ quy chiếu cô định

Ouxay4 C6 O4x4// Ox, Oaya// Oy

Osxsys5 CO Os5xs5// Ox, Osys//Oy

OxE4n4 gan lién vao vat 4

OsÉzns gan lién vao vat 5

Lép Coa tin Ky thuat — Khoa Cơ khí

Hình 2.4: Mô hình toán cơ cấu cụm trên của máy mài nghiền 4Mb-250

2 Nghiên cứu động học cơ câu máy mài nghiền theo phương pháp đông học

hệ nhiều vật :

Trong quá trình mài nghiền chỉ tiết quang, bề mặt các chi tiết được gia công được nghiền bởi đĩa nghiền, giữa đĩa gá chi tiết và đĩa nghiền có một lớp huyền phù mài Quỹ đạo chuyển động tương đối của một điểm bất kỳ thuộc đĩa gá chỉ tiết với đĩa mài, hoặc quỹ đạo chuyên động của hạt mài trong quá trình gia công, ảnh hưởng tới độ chính xác tạo hình bề mặt chỉ tiết gia công và năng suất gia

công

Lớp Cơ tin Kỹ thuật - Khoa Cơ khí

Nếu quỹ đạo chuyên động tương đối có phân bố đều trên bề mặt chỉ tiết gia công

và có quỹ đạo không trùng lặp, thì độ chính xác tạo hình bề mặt tốt và năng suất

gia cOng cao

Vi vậy việc nghiên cứu quỹ đạo chuyên động tương đối của một điểm bất kỳ thuộc đĩa gá so với đĩa mài trong quá trình mài nghiền chỉ tiết quang là một vẫn

đề cần được nghiên cứu trong công nghệ gia công các chỉ tiết quang

Trong phân này trình bày nghiên cứu động học cơ cấu máy mài nghiền chỉ tiết quang

Mục đích nghiên cứu động học cơ cầu máy mài nghiên chi tiết quang là xác định

quỹ đạo, vận tốc, gia tốc tương đối của một điểm bat kỳ thuộc dĩa gá đối với đĩa

mài trong quá trình mài nghiền các chi tiết quang, theo các kết quả nghiên cứu

của động học hệ nhiều vật

2.1 Cơ sở đông học hệ nhiều vật rắn phẳng:

2.1.1 Xây dựng các hệ toa độ khâu và khớp trong vật rắn phẳng

Hệ tọa độ:

Khi nghiên cứu động học vật rắn phẳng, ta cần xây dựng ba hệ tọa độ:

Hệ tọa độ cơ sở Oxy: có gốc tọa độ O thông thường được chọn ở điểm cô định trên vật rắn

Hệ tọa độ tương dối O;x;y¡ : có các trục tọa độ O;x; // Ox, O;y; // Oy Gốc tọa độ được gắn ở trên vật khảo sát

Hệ toạ độ vật O,£„;,: được gắn chặt vào vật

Khẩu:

Việc ký hiệu khâu trên vật, được bắt đầu từ khâu cô định ( khâu 0 ) Sau đó tuần

tự ký hiệu các khâu khác theo các số nguyên dương (1, 2, 3, .)

Khúp :

Lớp Cơ tin Kỹ thuật - Khoa Cơ khí

Việc ký hiệu các khớp động học, được bắt đầu từ khớp nối với khâu cỗ định

(khâu 0) Sau đó tuần tự ký hiệu các khớp khác theo các số nguyên dương (1, 2,

3, .)

2.1.2 Ma trân côsin chỉ hướng

Định nghĩa ma trận côsin chỉ hướng :

Cho hình phẳng S; và một hệ qui chiếu cỗ định Oxy ( hình 2.5 ) Lẫy một điểm O; tùy ý trên hình phẳng S; làm cực và gắn chặt vào hình phẳng S; hệ qui chiếu

O.€.n, Đồng thời ta gan vào điểm O; một hệ toạ độ Ox;y; sao cho trong quá trình hình phẳng S¡ chuyên động trong mặt phẳng Oxy luôn luôn thoả mãn điều kiện

O;x; // Ox , Oy; // Oy Các véc tơ đơn vị trên các trục Ox và Oy là e, và e,, trên

các trục O;x; và O;y¡là và e, và e,

Hình 2.5: Mô hình vật rắn phẳng

Đạo hàm của ma trận côstn chỉ hướng -

Biéu thức tính đạo hàm ma trận côsin chỉ hướng có dạng:

4, =¢, sin Ø, cos 0 |_ ò COs, sm Ø, | _ ĐA,

cosy, —sing, 1 O|/sng, cos@,

Các tính chất cơ bản của ma trận côsin chỉ hướng:

Tinh chat 1: Ma tran côsin chỉ hướng là ma trận trực giao

3 Xác định quỹ đạo vân (ốc, gia tốc tuyệt đối điểm đầu tốc của máy mài

nghiên chỉ tiết quang có sử dụng cơ cầu bốn khâu đòn bản lề:

3.1.Xác đỉnh quỹ đao vận tốc, gia tốc tuyệt đối khâu bị dẫn của cơ cầu bon

Hình 2.6: Mô hình cơ cau bén khau ban 1é

Chọn hệ trục tọa độ cơ sở như hình vẽ

Theo phương pháp véc tơ ta có:

I +1, —1, —l, =0

Chiếu lên hệ trục tọa độ Oxy ta được các phương trình ràng buộc:

1, cosy, +1, cosg, —1, cosy, —1, COSØạ = J (2.7) /,sing, +/, sng, —1, sing, —/], sng, =0

Chu y:

1, COS@y, = Xo;

1, SIN My = Vou

Suy Ta:

l, cos@, +1, cosp, —1, cosp, — Xo; = J (2.8)

i,sin 9g, +/, sin g, —/, sin 9 — Yo; = 0

Đưa các đại lượng đã biết : 7, cosØ,:x„;/; sin ø;; y„ sang về phải:

l, sing, —1, sing; = Vo, —/, sin g,

(2.9) - phương trình chuyên động cơ câu bốn khâu đòn bản lẻ

Tay quay quay déu 0; = @)t +a

œ¡ - góc quay ban đầu

Biểu thức (2.10) - Hệ phương trình đại số tuyến tính

Viết lại (2.10) dưới dạng ma trận:

h sing, /,sing, {@/-| LQ, sin Q, | (2.11)

- Biêu thức gia toc:

Đạo hàm biểu thức (2.11) theo thời gian t ta có:

—Í,Ø; sm Ø; —I,Ð; COS/; + /,Ø; sim Ø; + lộ; COS@; = hội me (2 12) Ï;Ø; cOSØ; —l,Ö; sim Ø; — Í;Ø; COS/; + lộ) sin Ø; = Pr sin Q,

—1,9, 8m 9, + 1,9, sin g, = hội COS P, +103 COS PM, -1,0; nse (2.13) 1,P, COSY, — 1,9, COSP, = hội si ý + Lp; sin 9, -1,0; sin Ø;

- Xác định vị trí của điệm đâu tộc:

O3x3 // Ox; O3y3// Oy

036313 - Hé qui chiéu vat 3

Xét điểm đầu tốc K(£®),z;£)) trong hệ toạ độ Os§zns :

Biéu thức (2.15) là quỹ đạo tuyệt đối của điểm đầu tốc trong máy mài nghiền có

sử dụng cơ câu bốn khâu bản lề

- Xác định vận tốc, gia tốc của điểm đầu tốc:

Đạo hàm biểu thức (2.15) theo thời gian t và chú ý đến công thức (2.2) ta có

công thức xác định vận tốc tuyệt đối của điểm đầu tốc:

Đạo hàm biểu thức (2.16) theo thời gian t và chú ý đến công thức (2.2) va (2.3)

ta có công thức xác định gia tốc tuyệt đối của điểm đầu tốc:

4 Xác định qui dao, van toc, gia tốc tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá

đối với đĩa mài

Đối với các máy mài nghiền chi tiết quang4MB - 250 có số khâu của cơ

cầu cụm trên là 4:

Đĩa gá chỉ tiết gia công: 4

Đĩa mài nghiền "

Dựa vào các nghiên cứu ở trên ta xây dựng được các biểu thức động học của cơ câu máy mài nghiên chỉ tiết quang 4MB-250:

* = 2m + s24 50 + @.1” A1 (3 | _ | | + “lên 6-19

Đạo ham theo thời gian biểu thức (2.19) và chú ý đến (2.2) và (2.3) ta

nhận được công thức xác định gia tốc tương đối của điểm M bắt kỳ trên đĩa gá đôi với đĩa mài:

0 _ ar|*» | œ ey ota Ver

MO PHONG CO CAU MAY MAI NGHIEN CHI TIET QUANG

Hình 2.9 : Mô phỏng cơ cầu cụm trên của máy mài nghiền chi tiết quang 4MB-250

Một sô kêt quả mô phỏng sô quỹ đạo tương đôi của điêm P thuộc dia ga 4

so VỚI đĩa mài Š:

MO PHONG CO CAU MAY MAI NGHIEN CHI TIET QUANG

QUY DAO TUONG DOI

n 33.55

Hình 2.10: Quỹ đạo tương đối của điểm đầu tốc O, (c = 0;n% = 0)

đối với đĩa mài 5 của máy 4MB-250; ks;=2,009; k4,=1,607; t=6,28s

Lớp Cơ tin Kỹ thuật — Khoa Cơ khí

MO PHONG CO CAU MAY MAI NGHIEN CHI TIET QUANG

QUY DAO TUONG DOI

28.03 18.50

Hinh 2.11: Quy dao tuong đối của điểm đầu tốc O, 9) = 0;z#) = 0)

déi voi dia mai 5 cha may 4MB-250; ks;=1,045; k4;=0,836; t=6,28s

MO PHONG CO CAU MAY MAI NGHIEN CHI TIET QUANG

QUY DAO TUONG DOI

déi voi dia mai 5 cua may 4MB-250; ks:=0,532; k4;=0,425; t=12,56s

Lớp Cơ tin Kỹ thuật — Khoa Cơ khí

MO PHONG CO CAU MAY MAI NGHIEN CHI TIET QUANG

QUY DAO TUONG DOI

mm

Hinh 2.13: Quy dao tuong déi cha diém dau téc O, (c = 0;7% = 0)

đối với đĩa mài 6 của máy 4MB-250; kz¡=2,009; kạ¡=1,607; t=360s

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ĐIÊU KHIỂN CHUONG TRINH DONG HOC

GIA CÔNG CHI TIẾT QUANG KHI MÀI NGHIÊN

1 Hệ số phủ bề mặt chỉ tiết gia công

1.1 Mô hình bài toán

Trên hình 3.1 biểu điễn mô hình cơ cầu khâu trên của máy mài nghiền chỉ tiết quang 4MB - 250

Hình 3.1: Mô hình cơ câu cụm trên cuảe máy 4MB-250

XO Dung cu mai 5 quay với vận tốc góc as

O Tay quay 1 quay với vận tốc góc œ¡ tạo ra chuyên động lắc của cần lắc

3 với vận tốc lắc œ4

— Đĩa gá 4 mang chỉ tiết gia công lắc theo cần lắc 3 Do ma sát giữa bề mặt dụng cụ mài và chỉ tiết nên thực hiện chuyển động quay tương đôi quanh tâm O¿ với vận tôc œ4

Lớp Cơ tin Kỹ thuật - Khoa Cơ khí

Trong trường hợp mài nghiên tỷ sô giữa œ4 và @œs hoặc œ¡ và œs thường là