Thiết kế máy mài và đánh bóng chi tiết quang PM-300

bản lề của máy mài nghiền đánh bóng chi tiết quang khác nhau và gặp phải sai số tính toán. Ta sẽ nghiên cứu việc tính hệ số phủ theo phương pháp số, cho đồ thị biểu diễn đường cong hệ số phủ trong một chu kỳ tay quay và các giá trị chính xác. Cho phép ứng dụng đối với lớp cơ cấu cụm trên có sử dụng cơ cấu đòn bản lề của máy mài nghiền và đánh bóng chi tiết quang, nhằm mục đích phục vụ cho quá trình gia công có định hướng theo phân bố lượng dư cục bộ. Vùng nào có phân bố lượng dư lớn tăng cường sự phủ của dụng cụ so với phôi gia công, nghĩa là tăng cường độ mài và ngược lại. 1.5.4 Hệ số vận tốc [4] Hệ số vận tốc biểu thị ảnh hưởng vận tốc chuyển động tương đối của dụng cụ so với chi tiết đến cường độ gia công của các miền vành của chi tiết. Khảo sát điểm M tuỳ ý trên cung (hình 1.14) được phủ bởi miền vành của dụng cụ, véc tơ vận tốc tương đối là tổng các véc tơ vận tốc quay của dụng cụ , vận tốc quay của chi tiết và vận tốc lắc của chi tiết : (1.13) Vận tốc tương đối có tác dụng đối với cung phủ của miền vành bán kính r, tác dụng của dụng cụ đôí với chi tiết không xảy ra trên các cung khác. Nếu chi tiết không dịch chuyển vận tốc , thì giá trị của véc tơ thay đổi trên đoạn cung , nhưng không thay đổi theo thời gian. Cường độ nghiền tự do không phụ thuộc vào hướng véc tơ vận tốc tương đối và tỷ lệ thuận với mô đun – giá trị trung bình của nó dọc theo cung . Tỷ số mô đun giá trị trung bình véc tơ vận tốc tương đối trên vùng r của chi tiết, được phủ bởi dụng cụ với giá trị cực đại của vận tốc dài trên vùng biên của dụng cụ gọi là hệ số vận tốc khi độ lệch tâm e = const, tức là khi khâu trên không dịch chuyển: (1.14) Trong đó: (1.15) Khi khâu trên không dịch chuyển mô đun giá trị trung bình của véc tơ vận tốc dài tương đối được tính theo lý thuyết trung bình: (1.16) Trong đó: q - Đại lượng độc lập được chọn tuỳ ý. Nếu khâu trên dịch chuyển thì chiều dài cung trong chu kỳ T thay đổi theo thời gian. Khi đó theo lý thuyết trung bình: (1.17) Trong đó là giá trị trung bình theo cung và theo thời gian t của mô đun véc tơ vận tốc làm việc tương đối , nó tỷ lệ thuận với cường độ nghiền trong vùng bán kính r. Hệ số vận tốc khi khâu trên dịch chuyển với độ lệch tâm e = f(t) sẽ là: (1.18) Các giá trị phụ thuộc vào hệ số phủ của miền vành r và khi và giá trị . Giá trị hệ số vận tốc cho biết giá trị vận tốc làm việc, trong đó xảy ra sự mài mòn bề mặt chi tiết trong các vùng bán kính r khác nhau. Khái niệm hệ số vận tốc chỉ được sử dụng đối với gia công bằng phương pháp mài nghiền tự do. Các giá trị được tính đối với tất cả các miền vành của đĩa gá chi tiết, được sử dụng để tính toán số guốc nghiền và sự phân bố chúng trên bề mặt dụng cụ. 1.5.5 Hàm phân bố cường độ gia công Công mài nghiền Ar trong vùng bán kính r của phôi: (1.19) Trong đó: – Thời gian gia công trung bình vùng bán kính r trong chu kỳ T. – Vận tốc làm việc trung bình trong vùng bán kính r sau chu kỳ T. – Lực tác dụng tương hỗ trung bình của chi tiết với dụng cụ. n – Số chu kỳ tác dụng tương hỗ của chi tiết với dụng cụ. Nhận xét: Công mài Ar càng lớn thì lượng mài mòn bề mặt chi tiết càng lớn và ngược lại. Giá trị lực trên các miền tròn r thay đổi trong quá trình gia công. Nếu trong quá trình gia công coi tác dụng của lực là ổn định thì ta có thể điều chỉnh các thành phần động học sao cho cường độ mài mòn bề mặt phù hợp với hàm phân bố lượng dư bề mặt chi tiết. Với chế độ gia công đã chọn thì thời gian gia công chỉ phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc thực tế giữa bề mặt dụng cụ và chi tiết, nó được đặc trưng bằng hệ số phủ bề mặt . Vậy để hình thành được bề mặt chi tiết theo yêu cầu trong nguyên công mài nghiền và đánh bóng ta phải điều chỉnh sao cho tích hệ số phủ và vận tốc tương đối phù hợp với phân bố lượng dư gia công z = f(r). 1.6 Cơ sở nghiên cứu khoa học Hiện nay việc nghiên cứu công nghệ gia công chi tiết quang và ứng dụng vào thực tế ở nước ta còn ít mà chủ yếu là dựa vào kinh nghiệm của người thợ. Từ công thức tính công mài nghiền A: i = 1 … n (1.20) Ta thấy để tăng năng suất mài thì phải điều chỉnh cường độ gia công hoặc điều chỉnh quy luật phân bố áp lực phù hợp với phân bố lượng dư gia công. Hình 1.15: Biểu đồ cường độ gia công Dựa vào công trình nghiên cứu của các tác giả về cường độ gia công bề mặt phẳng chi tiết quang trong nguyên công mài nghiền còn một vấn đề là coi phân bố áp lực mài là đồng đều khi khảo sát cường độ mài mòn bề mặt phẳng khi mài nghiền (hình 1.15). Từ hình 1.15 cho ta thấy đường cường độ gia công (3) là một hàm số trơn, đường cong này gần giống với phân bố lượng dư gia công z(r)=f(r). Với ý tưởng là thay đổi phân bố áp lực mài làm yếu tố để bù sai số cho phương pháp điều chỉnh cường độ mài mòn bề mặt gia công. Miền có lượng dư nhỏ thì áp lực mài nhỏ và ngược lại miền có lượng dư lớn thì áp lực mài lớn (hình1.16). Hình 1.16: Phân bố áp lực phù hợp với lượng dư gia công 1.7 Nội dụng nghiên cứu Để thực hiện được ý tưởng trên, nội dung nghiên cứu gồm: 1. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ chính xác tạo hình bề mặt phẳng chi tiết quang khi mài nghiền và đánh bóng. 2. Thiết kế và chế tạo máy mài và đánh bóng chi tiết quang PM-300 có thể thay đổi được phân bố áp lực mài ứng với phân bố lượng dư 3. Mô phỏng động học và điều chỉnh máy 4. Thực nghiệm gia công mẫu trên máy PM-300 - Thực nghiệm đánh giá trong nguyên công mài nghiền và đánh bóng - Thiết kế chế tạo dụng cụ đo cho nguyên công mài nghiền CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÁY MÀI VÀ ĐÁNH BÓNG CHI TIẾT QUANG PM-300 Vấn đề nâng cấp và thiết kế máy mài mới để tiếp cận với các máy mài hiện đại trên thế giới là rất cần thiết. Yêu cầu của chúng ta là thiết kế những máy mài kính quang học trên những chỉ tiêu sau: + Tiếp cận với những hệ thống máy mài hiện đại trên thế giới sau đó chọn ra loại máy phù hợp với điều kiện gia công quang học ở nước ta. + Giá thành phù hợp. + Có khả năng lưu trữ dữ liệu, ghi lại những thông số thực nghiệm của từng loại sản phẩm. + Có cơ sở dữ liệu đủ mạnh giúp cho người quản lý có thể dễ dàng biết được hoạt động của máy cũng như của người thợ. + Là một hệ thống mở, có thể liên kết, giao tiếp với các máy khác (các nguyên công khác của quá trình gia công chi tiết quang) để tạo thành một chu trình khép kín. Theo nghiên cứu của một số tác giả về quỹ đạo chuyển động tương đối của một điểm bất kỳ trên đĩa gá chi tiết đối với đĩa mài phải theo quy luật như sau [4]: Quỹ đạo chuyển động tương đối sẽ không trùng lặp khi các tỷ số truyền giữa trục tay quay - trục đĩa gá (k1) và giữa trục đĩa gá - trục đĩa mài (k2) đều là một số vô tỷ. Quỹ đạo chuyển động tương đối sẽ trùng lặp khi nếu một trong hai tỷ số truyền k1 hoặc k2 là một số hữu tỷ. Khi quỹ đạo chuyển động tương đối không trùng lặp thì chất lượng gia công bề mặt chi tiết quang sẽ tốt hơn, bề mặt dụng cụ sẽ được mài mòn đều hơn theo thời gian gia công. Nếu điều chỉnh máy trong trường hợp khâu trên quay tự do với k1 là một số vô tỷ hợp lý trong khoảng 0,9 < k1 < 1 thì phân bố quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá trên bề mặt đĩa mài đều hơn, thời gian phủ nhanh hơn. Nếu điều chỉnh máy trong trường hợp khâu trên quay cưỡng bức quay ngược chiều quay với khâu dưới với k1 là một số vô tỷ hợp lý trong khoảng 0,9 < k1 < 1 ứng với k2 = - 0,5; 1,5 thì phân bố quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá trên bề mặt đĩa mài đều hơn. Do vậy khi thiết kế máy và điều chỉnh máy để đảm bảo chất lượng tạo hình bề mặt chi tiết quang thì tỷ số truyền giữa trục tay quay và trục đĩa gá (k1) là một số vô tỷ. 2.1 Chọn sơ đồ nguyên lý máy mài và đánh bóng PM-300 Trong luận văn này tôi đưa ra 3 phương án về sơ đồ nguyên lý đã được dử dụng trong thực tế từ đó tôi chọn một phương án phù hợp với điều kiện gia công quang học ở nước ta và đặc biệt đáp ứng cho nhu cầu thí nghiệm của Xưởng Quang - Điện tử. 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý 1: Trục chính, trục tay quay và tâm cần lắc thẳng hàng (hình 2.1) * Ưu điểm: - Có thể bố trí được nhiều trục với không gian bàn máy nhỏ - Thích hợp cho gia công chi tiết có bán kính cầu lớn Rcầu > 100 mm - Thích hợp cho gia công chi tiết có đường kính chi tiết <150 mm Hình 2.1: Cơ cấu trục chính, trục tay quay và tâm cần lắc thẳng hàng * Nhược điểm:- Cơ cấu không mền dẻo, kém linh hoạt - Không thích hợp cho gia công chi tiết có đường kính D>150mm hoặc đường kính blốc chi tiết >150 mm 2.1.2 Sơ đồ nguyên lý 2: Trục chính, trục tay quay và tâm cần lắc đặt lệch nhau (cơ cấu đòn bốn khâu bản lề) (hình 2.2) * Ưu điểm: - Tính vạn năng cao - Thích hợp cho gia công chi tiết có đường kính 50 < Dct < 250 và blốc chi tiết <500 mm - Thao tác đơn giản - Có khả năng tự động cao * Nhược điểm:- Không thích hợp cho gia công chi tiết có đường kính lớn Dct >500 mm hoặc đường kính blốc chi tiết D >500 mm - Không thích hợp cho gia công chi tiết có bán kính cầu nhỏ Rcầu<100 mm Hình 2.2: Cơ cấu trục chính, trục tay quay và tâm cần lắc đặt lệch nhau 2.1.3 Sơ đồ nguyên lý 3: 1 trục chính và 2 trục tay quay (hình2.3) Hình 2.3: Cơ cấu 1 trục chính và 2 trục tay quay * Ưu điểm: - Thích hợp cho gia công những chi tiết có đường kính Dct >700 mm đến vài mét (lực ma sát lớn), - Gia công chi tiết có bán kính cầu lớn - Lực lắc khoẻ * Nhược điểm:- Không thể bố trí được nhiều trục trên cùng một máy - Cơ cấu kém linh hoạt không thích hợp cho gia công chi tiết có đường kính nhỏ - Kích thước máy cồng kềnh - Thích hợp cho gia công chi tiết D >1000 mm Để áp ứng với điều kiện gia công ở nước ta và kích thước sản phẩm không quá lớn và không quá nhỏ, do đó tôi chọn sơ đồ nguyên lý cụm trên có cơ cấu đòn bốn khâu bản lề. 2.2 Sơ đồ khí nén máy mài và đánh bóng PM-300 Có 3 phương pháp tạo áp lực cho quá trình mài nghiền và đánh bóng: * Tạo áp lực bằng quả nặng: quả nặng được đặt trên đầu tốc, khi cần lắc chuyển động mang theo quả nặng chuyển động do đó có lực quán tính, tuỳ theo bán kính cầu Rcầu mà hướng lực quán tính khác nhau. Khi đầu tốc ở phía ngoài biên thì lực gia công là nhỏ nhất hay nói cách khác là trong một hành trình lắc của đầu tốc lực phân bố không đều. Lực đè bằng quả nặng không điều khiển được. * Tạo áp lực mài bằng lò xo: Lực đầu tốc chính là lực nén của lò xo khi có chuyển động thì lực nén của lò xo dễ gây ra cộng hưởng trong quá trình lắc do đó gây sai số hình dạng bề mặt. * Tạo áp lực mài bằng khí nén: Có ưu điểm là dễ điều khiển, tạo được áp lực lớn mà không gây ra những ảnh hưởng xấu về mặt động học cơ cấu (không bị cộng hưởng và không có lực quán tính). Đây là phương pháp được dùng phổ biến trong các dây chuyền tự động hiện đại hiện nay. Có rất nhiều ưu điểm so với các hệ thống dùng điện cùng loại: tác động nhanh, độ chính xác và độ bền cao, đặc biệt là tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường. Do những ưu điểm vượt trội của phương pháp tạo áp lực mài bằng khí nén nên tôi chọn phương pháp tạo áp lực này dùng cho máy PM-300 + Lực P (hình 2.4) được phân tích thành 2 thành phần: - Fn: lực hướng tâm chi tiết. - Ft: lực tiếp tuyến với mặt phôi Vấn đề đặt ra là ta phải điều khiển được lực mài là một hàm P = f(x) nào đó (hàm theo vị trí của điểm đầu tốc) tương ứng với phân bố lượng dư. Hình 2.4: Sơ đồ phân bố lực mài bằng khí nén Với mục đích thay đổi áp lực mài trong quá trình gia công, trong sơ đồ hệ thống khí nén tôi sử dụng hai van áp suất một van đóng mở áp suất (van đảo chiều) có tác dụng đảm bảo an toàn cho van điều khiển áp suất, một van có khả năng điều khiển áp suất và lưu lượng vào xilanh(van điều khiển áp suất), cả hai van được điều khiển qua điện áp đầu vào. ở đầu vào van đảo chiều là hai bộ lọc có tác dụng lọc khí và lọc nước, dầu. Dưới đây là sơ đồ hệ thống khí nén cho máy PM-300 (hình 2.5) Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống khí nén máy PM-300 - Đường đặc tính điện áp - áp suất ra Hình 2.6: Đường đặc tính điều khiển áp suất của van điều khiển áp suất - Đường đặc tính lưu lượng - áp suất ra Hình 2.7: Đường đặc tính điều khiển lưu lượng của van điều khiển áp suất Từ 2 đường đặc tính trên ta có thể điều khiển áp suất và lưu lượng đầu vào piston bằng điện áp đầu vào. 2.3 Sơ đồ truyền động máy PM-300 Có nhiều phương pháp truyền động như truyền động đai, hộp số, bánh ma sát…để mở rộng khả năng công nghệ của máy ứng với các kích thước sản phẩm khác nhau tôi sử dụng bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ kết hợp với truyền động đai (giá thành rẻ, chống được quá tải, truyền động êm, giảm thiểu được ma sát sinh nhiệt trong quá trình làm việc, chế tạo thay thế đơn giản). Với máy PM-300 tôi sử dụng hai phương án truyền động đai. +>Phương án 1: Hai trục chính gia công sản phẩm có cùng kích thước (hai puli trục chính bằng nhau) Để giảm mô men quá tải của động cơ và kích thước puli hợp lý ta chọn tỷ số truyền từ động cơ đến trục chính i = 1/3. Để đảm bảo tỷ số truyền và trục chính là một số vô tỷ và để đạt được độ bóng cao (nguyên công đánh bóng) ta tăng tốc độ trục chính và giảm tốc độ trục lắc nên ta chọn i = 1/3 Hình 2.8: Sơ đồ truyền động đai cho tốc độ hai trục chính bằng nhau +>Phương án 2: Hai trục chính gia công sản phẩm không cùng kích thước (hai puli trục chính không bằng nhau) Hình 2.9: Sơ đồ truyền động đai cho tốc độ hai trục chính không bằng nhau 2.4 Sơ đồ điều khiển máy PM-300 Quá trình thiết kế bộ điều khiển máy PM-300 theo 4 bước như sau: + Điều khiển tốc độ trục chính. + Chọn và bố trí các đầu đo (encorder). + Tích hợp hệ thống điều khiển phân bố lực mài (khí nén). + Tích hợp đồng bộ hệ thống. 2.4.1 Điều khiển tốc độ trục chính. Thực chất là điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha. Hiện nay có rất nhiều phương pháp như điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ, thay đổi điện trở rôto, biến đổi tần số... Ta chọn phương pháp biến đổi tần số dòng điện đặt vào động cơ (dùng biến tần) với ưu điểm là mô men khởi động lớn, dải điều khiển rộng, giữ tuổi thọ động cơ cao, tiết kiệm điện năng. Ở đây tôi chọn loại biến tần thay đổi tần số f theo nguyên lý U/f = const, đây là phương pháp được dùng phổ biến hiện nay vì độ chính xác cao, không làm giảm độ bền của động cơ, tiết kiệm điện năng và đặc biệt nó được các hãng sản xuất tích hợp sẵn theo chuẩn quốc tế do đó chúng ta có thể đồng bộ hoá hệ thống dễ dàng. + Ta chọn phương pháp dùng biến tần hoạt động trên nguyên tắc U/f để điều khiển tốc độ động cơ (hình 2.10). Hình2.10: Sơ đồ điều khiển tốc độ động cơ 2.4.2 Chọn và bố trí các đầu đo. 2.4.2.1 Sơ đồ bố trí đầu đo góc Động cơ chuyển động dẫn theo trục chính và tay quay quay, tay quay quay làm cần lắc kéo theo đầu tốc lắc qua lại quanh tâm O1 tại tâm O1 ta đặt đầu đo góc (encorder), từ góc quay w xác định được vị trí điểm đầu tốc để phục vụ cho bài toán điều khiển áp lực mài sau này (hình 2.11). Hình 2.11: Sơ đồ vị trí đặt đầu đo: 1-đầu tốc, 2-đầu đo góc w, 3-chi tiết, 4-dụng cụ, 5-tay quay 2.4.2.2 Sơ đồ đo áp lực đầu tốc Để đo áp suất thực tế đầu vào piston so với thông số điều khiển, đơn giản ta đặt đồng hồ đo áp suất ở ngay đầu vào piston (hình 2.12). Từ đó ta tính được áp lực đầu tốc theo công thức: F = P.S (2.1) F - Áp lực đầu tốc (N) S – Diện tích mặt piston (m2) P- Áp suất (N/m2) Hình 2.12: Kết cấu cụm đầu tốc: 1- đầu tốc cầu, 2- ống gá, 3- cần lắc, 4-piston, 5-ống dẫn khí, 6-đồng hồ đo áp suất. Để đáp ứng được áp lực mài với đĩa gá chi tiết f350 và giá thành hợp lý tôi chọn loại piston có đường kính f25, thiết bị tạo áp lớn nhất là 6 at (máy nén khí). Để đảm bảo hệ thống khí nén hoạt động an toàn thì các bộ phận khí nén phải chịu được áp suất lớn hơn thiết bị tạo áp. Công thức tính áp lực đầu tốc 1at = 0,987bar 1bar=1,013 .105 N/m2 Diện tích mặt pistông: S = p.r2 = 3,14x(0.0125)2 = 0.0005 m2 r- bán kính pistông r = 12.5 mm Lực tác dụng vào đầu tốc(max): Fmax = P.S = (1,013 .105 x 6 x 0.987) x 0.0005 = 300 N = 30 Kg P- áp suất (N/m2) Bảng 1: Đo áp lực đầu tốc ứng với giá trị đầu vào Thông số đầu vào 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 Giá trị lý thuyết (Kg) 2,6 3,1 3,6 4,1 4,6 5 5,5 Giá trị đo thực tế (Kg) 2,4 2,9 3,4 3,9 4,4 4,8 5,3 Bảng 2: Đo áp lực đầu tốc ứng với toạ độ góc w của máy PM-300 Góc w (0) -5 -2.5 0 2.5 5 Thông số đầu vào 5000 4000 3000 4000 5000 Thông số đo (Kg) 4,4 3,4 2,4 3,4 4,4 2.4.3 Tích hợp hệ thống điều khiển lực. Điều khiển lực mài chính là điều khiển áp lực khí nén tác dụng lên piston (điểm đầu tốc). Vì ta dùng piston khí một chiều nên ta dùng van điều khiển áp suất ở đầu vào. Để tạo áp lực mài trong quá trình gia công ta kết hợp đầu đo toạ độ điểm đầu tốc với van điều khiển áp lực 2.4.4 Tích hợp đồng bộ hệ thống (hình 2.13) Hình 2.13: Sơ đồ tích hợp hệ thống điều khiển máy MP-300 * Sơ đồ điều khiển máy PM-300 Bắt đầu Mở van điện tử Mở van áp suất Chạy động cơ Dừng động cơ Đóng van điện từ Đóng van áp suất Kết thúc Sensor đo góc hi U/f Hình 2.14: Sơ đồ điều khiển máy PM-300 * Chu trình làm việc của máy PM-300 Bắt đầu Đầu tốc hạ xuống Dừng động cơ Chạy động cơ Đầu tốc nâng lên Kết thúc z(r)=f(r) Hình 2.15: Chu trình làm việc của máy PM-300 2.5 Bảng thông số kỹ thuật của máy PM-300 2.5.1 Bảng vẽ tổng lắp máy PM-300 Hình2.16: Bảng vẽ kết cấu máy mài và đánh bóng PM-300 (xem chi tiết bảng vẽ ở trang cuối) 2.5.2 Bảng thông số kỹ thuật của máy PM-300 Đường kính chi tiết gia công 10 ¸ 300 mm Số trục chính 2 Đường kính dụng cụ (max) 320 mm Đường kính phôi (max) 300 mm Tốc độ trục chính 10 ¸ 450 vòng/phút Tần số lắc 3 ¸ 150 hành trình/phút Biên độ lắc ± 160 Hành trình piston(max) 40 mm Áp suất làm việc 0 ¸ 6 at Ren trục chính M16 Áp lực đầu tốc 0 ¸ 30 kg Công suất động cơ 3 pha - 2,2 Kw Kích thước máy 1544 x 1022 x 1350 mm Trọng lượng 400 Kg Hình 2.17: Máy mài và đánh bóng PM-300 chế tạo tại xưởng Quang-Điện tử Viện Vật lý & Điện tử CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ ĐIỀU CHỈNH MÁY PM-300 3.1 Xác định quỹ đạo, vận tốc của đĩa gá so với đĩa mài [4] 3.1.1 Xác định quỹ đạo, vận tốc tuyệt đối của điểm đầu tốc O4 3.1.1.1 Xác định quỹ đạo của điểm đầu tốc (hình3.1) Các hệ toạ độ Oxy - Hệ toạ độ cố định O3x3h3 – hệ toạ độ quy chiếu của vật Hình 3.1: Sơ đồ toạ độ và kích thước của cụm trên máy PM-300 Xét điểm đầu tốc O4 trong hệ toạ độ O3x3h3 Ta có (3.1) Trong đó A3 là ma trận côsin chỉ hướng trong hệ toạ độ O3x3h3 (3.2) Biểu thức (3.1) là quỹ đạo tuyệt đối của điểm đầu tốc trong máy PM-300. 3.1.1.2 Xác định vận tốc tuyệt đối của điểm đầu tốc Đạo hàm quỹ đạo tuyệt đối (3.1) theo thời gian t ta được vận tốc tuyệt đối điểm đầu tốc: (3.3) Trong đó (3.4) và 3.1.2 Xác định quỹ đạo, vận tốc tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá so với đĩa mài 3.1.2.1 Trường hợp đĩa 4 là đĩa gá chi tiết, đĩa 5 là đĩa mài a> Xác định quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá so với đĩa mài. Ta chọn hệ trục toạ độ và N là một điểm bất kỳ nằm trên đĩa gá chi tiết 4 (hình 3.2). Tìm phương trình chuyển động, vận tốc, gia tốc tương đối của điểm N thuộc đĩa gá 4 so với đĩa mài 5 Hệ toạ độ vật 4 là O4x4h4 Hệ toạ độ vật 5 là O5x5h5. Hình 3.2: Các hệ toạ độ của đĩa mài 5 và đĩa gá 4 Ta có công thức chuyển đổi hệ trục toạ độ như sau: (3.5) là ma trận côsin chỉ phương trong hệ toạ độ O4x4h4 Theo tính chất trực giao của ma trận ta có: (3.6) (3.7) là ma trận trực giao (3.8) x05, y05 là hằng số vì O5 là tâm trục chính Suy ra (3.9) (3.10) (3.11) Thay (3.6) vào (3.11) ta có: (3.12) Thay (3.12) vào (3.7) ta có: (3.13) Phương trình (3.13) là phương trình xác định quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm N thuộc đĩa gá 4 so với đĩa mài 5. b> Xác định vận tốc tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá so với đĩa mài. Đạo hàm phương trình quỹ đạo chuyển động tương đối (3.13) theo thời gian t ta được phương trình vận tốc tương đối của điểm N thuộc đĩa gá 4 đối so đĩa mài 5. (3.14) 3.1.2.2 Trường hợp đĩa 4 là đĩa mài, đĩa 5 là đĩa gá chi tiết a> Xác định quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá so với đĩa mài. Ta chọn M là một điểm bất kỳ nằm trên đĩa mài 5 (hình 3.2) Điểm M trong hệ toạ độ O5x5y5 là , trong hệ tạo độ O5x5h5 là . Tọa độ của điểm M trong hệ toạ độ O4x4y4 là và trong hệ tạo độ O4x4h4 là . Ta có công thức chuyển đổi hệ trục toạ độ như sau: (3.15) (3.16) Chuyển từ hệ toạ độ O5x5y5 sang O4x4y4 ta có: (3.17) Thế phương trình (3.17) vào (3.16) ta được: (3.18) (3.19) (3.20) Trong đó A4, A5 là các ma trận côsin chỉ phương. Phương trình (3.19) xác định quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm M thuộc đĩa gá 5 đối với hệ toạ độ O4x4h4. b> Xác định vận tốc tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá so với đĩa mài. Đạo hàm phương trình quỹ đạo chuyển động tương đối (3.19) theo thời gian ta được phương trình vận tốc tương đối của điểm M thuộc đĩa gá 5 đối với hệ toạ độ O4x4h4. (3.21) 3.2 Kết quả mô phỏng động học của máy mài và đánh bóng PM-300 3.2.1 Các thông số hình học của cụm trên máy PM-300 Tỷ số truyền giữa động cơ và trục chính k0 =1/ 3= 0,33; trục chính và trục lắc k1, Kích thước các khâu trên của máy PM-300: l0, l1, l2, l3, a,b Tọa độ điểm đầu tốc O4: (3xO4,3hO4) Tọa độ điểm thuộc đĩa gá 4: (4xO4,4hO4) Các hệ số: k1, k2 Góc ban đầu của khâu 1: a0 (0) Vận tốc góc khâu 1: w1 (rad/s) Gia tốc góc khâu 1: e1 (rad/s2) Góc ban đầu của đĩa 4: j0 (rad) Góc ban đầu của đĩa 5: q0 (rad) Số khoảng chia đĩa 4: (n<40) Số khoảng chia đĩa 5: (m<40) Sai số = 1e-06 Thời gian: t (phút) Dữ liệu đầu ra: * Quỹ đạo tương đối * Vận tốc tương đối * Đồ thị * Đồ thị Chương trình được chạy trên phần mền của TS . Nguyễn Trọng Hùng và Nguyễn Minh Phương với các thông số của máy PM-300. File số liệu l0=510 l1=35 l2=200 l3=577 a =-151 b =-426.6 R4=50 R5=75 Toa do diem thuoc dia 4: KXI(4) =0 ETA(4) =0 Toa do diem dau toc O4: KXI(3) =288 ETA(3) =349 k1=0.33 k2=0.830 ANPHAO =-4.16 OMEGA1 =27.2 EPXILON1=0 PHIO =0 TETAO =0 So khoang chia dia 4 (n<40)=20 So khoang chia dia 5 (m<40)=20 Sai so =1e-06 t =20 3.2.2 Kết quả mô phỏng máy mài và đánh bóng PM-300 Quỹ đạo chuyển động tương đối của chi tiết và dụng cụ được thể hiện trong hình 3.3, 3.4, quỹ đạo chuyển động tương đối của một bất kỳ thuộc chi tiết so với dụng cụ hình 3.6, vận tốc tương đối hình 3.5 Hình 3.3: Quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm đầu tốc (3x = 0 mm 3h = 0 mm) so với đĩa mài 5 với thời gian t = 0,1phút Hình 3.4: Quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm đầu tốc (3x = 0 mm 3h = 0 mm) so với đĩa mài 5 với thời gian t =10phút Hình 3.5: Vận tốc tương đối của điểm đầu tốc (3x = 0 mm, 3h =0 mm) so với đĩa mài 5 với thời gian t = 10phút Hình 3.6: Quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm thuộc chi tiết (4x =5 mm, 4h = 5 mm) so với đĩa mài 5 với thời gian t =10phút Nhận xét: - Hình 3.3 cho thấy quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm đầu tốc và đĩa 5 sẽ không trùng lặp nhau sau một chu kỳ lắc. - Hình 3.4 cho thấy quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm đầu tốc so với đĩa mài 5 là rất đều (có nghĩa là hai bề mặt chi tiết và dụng cụ xoa đều lên nhau dẫn đến bề mặt chi tiết gia công đồng đều). - Hình 3.6 cho thấy quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm bất kỳ thuộc chi tiết so với đĩa mài 5 là đều. Do đó tất cả các điểm trên bề mặt dụng cụ và chi tiết được xoa đều lên nhau mà không có sự lặp lại sau các chu kỳ quay. * Khi thay đổi kích thước l1 (giữ nguyên các kích thước khác của máy PM-300) thì cường độ gia công trên bề mặt chi tiết 4 thay đổi. Hình 3.7: Với l1 = 15 mm, cường độ gia công thấp Hình 3.8: Với l1 = 25 mm, cường độ gia công ở tâm nhỏ gây lồi đỉnh Hình 3.9: Với l1 = 35 mm, cường độ gia công ở trên toàn bề mặt chi tiết lớn ở tâm nhỏ gây lồi đỉnh nhiều Hình 3.10: Với l1 = 45 mm, cường độ gia công ở trên toàn bề mặt chi tiết lớn, hơi lõm đỉnh Hình 3.11: Với l1 = 50 mm, cường độ gia công ở tâm lớn gây lõm đỉnh Nhận xét: - Từ các hình 3.7, 3.8, 3.9, 3.10, 3.11 cho ta thấy cường độ gia công trên bề mặt chi tiết là không đều (lúc lồi đỉnh lúc lõm đỉnh) do đó phải điều chỉnh yếu tố lực để bù cường độ gia công trên các miền là đều nhau. - Phải điều chỉnh l1 sao cho cường độ gia công giữa vùng rìa và vùng ở tâm chi tiết chênh lệch ít để dễ điều chỉnh áp lực mài và dễ khống chế chiều dày chi tiết. 3.3 Điều chỉnh các thông số công nghệ của máy PM-300 3.3.1 Nhiệm vụ điều chỉnh. Điều chỉnh quá trình gia công là nhằm đạt hiệu suất lớn nhất có thể có nghĩa là số chi tiết gia công đạt yêu cầu trong một đơn vị thời gian là nhiều nhất. Phương tiện để điều chỉnh là dạng hình học bề mặt dụng cụ và các yếu tố công nghệ khác: sự phân bố huyền phù mài, nhiệt độ, biến dạng dẻo, phân bố áp lực trên một phân tố diện tích… Theo kinh nghiệm sản xuất được xem như là ổn định theo thời gian và phân bố đồng đều trên bề mặt. Nhiệm vụ điều chỉnh cần được tiến hành theo 3 giai đoạn: Chọn dạng hình học bề mặt dụng cụ và điều chỉnh máy để đạt được độ chính xác gia công đã đề ra. Tăng cường chế độ gia công (tăng cường độ mài mòn). Ổn định điều chỉnh máy và chế độ gia công tăng cường. Tiến tới gia công tự động đạt kích thước và hình dạng bề mặt đã đề ra. 3.3.2 Các yếu tố điều chỉnh máy 3.3.2.1 Các thông số độc lập của quá trình điều chỉnh máy PM-300 Sự thay đổi hình dạng bề mặt chi tiết gia công phụ thuộc vào hình dạng bề mặt dụng cụ và điều chỉnh máy là các thông số độc lập của quá trình điều chỉnh. Trước khi thực hiện mỗi nguyên công mài nghiền và đánh bóng cần lựa chọn các thông số độc lập của quá trình điều chỉnh động học mài nghiền bề mặt chi tiết: - Đường kính của đĩa gá, đĩa mài. r1, r2 – Bán kính trung bình của các miền vành chi tiết. d1, d2 - Diện tích guốc nghiền trên các miền vành dung cụ. Bán kính chi tiết gia công Rchi tiết cho trước, là thông số độc lập và cần đạt được trong quá trình gia công. Các thông số điều chỉnh máy: w1, w2, w - Vận tốc góc của khâu dưới, khâu trên và tay quay l1 – Chiều dài hành trình lắc của khâu trên. Các thông số vi điều chỉnh máy: Hình 3.12: Các thông số điều chỉnh máy PM-300 theo hành trình lắc. emax, eo, emin – Khoảng lệch tâm lớn nhất của trục tâm khâu trên và khâu dưới, độ không đối xứng và dịch chuyển hướng trục ( hình 3.12). Động học gia công được xác định nhờ các thông số độc lập: R, d1, d2, r1, r2, d1, d2, w1, w2, w. Để điều chỉnh quá trình thay đổi hình dạng bề mặt chi tiết trong thời gian gia công trong thực tế sản xuất sử dụng 10 thông số độc lập: Để đánh giá sự thay đổi hình dạng bề mặt của chi tiết gia công, cần phải sử dụng các chỉ tiêu động học là các hệ số tương đối không thứ nguyên, biểu thị tác dụng của các thông số động học đến cường độ gia công, trên các vùng bề mặt tiếp xúc của dụng cụ và chi tiết. Các hệ số này biểu thị chương trình động học gia công. Hệ số phủ và hệ số vận tốc là hai chỉ tiêu động học, dùng để điều chỉnh sự thay đổi hình dạng bề mặt gia công và được tính toán trước khi gia công. 3.3.2.2 Các yếu tố điều chỉnh đối với máy PM-300 a> Tỷ số giữa đường kính khâu trên và khâu dưới khi bề mặt dụng cụ gia công điền đầy hoàn toàn: D2- đường kính khâu trên, D1- đường kính khâu dưới Thường sử dụng nhất với đánh bóng thì Sự thay đổi tỷ số gây ra sự thay đổi đáng kể hệ số phủ miền biên: - Nếu phôi ở dưới dụng cụ ở trên và thì phát sinh hiện tượng mẻ rìa - Nếu khâu này không lắc ra khỏi khâu kia thì miền biên không được gia công, sai số hình dạng do chọn không đúng kích thước các khâu không thể sửa đúng bằng sự điều chỉnh máy được. b> Sự thay đổi vị trí khâu từ dưới lên trên gây ra sự thay đổi hướng mài mòn bề mặt gia công Ví dụ bề mặt lồi khi đặt ở dưới thì bị mài mòn theo hướng giảm bán kính cong. Nếu chuyển nó lên trên và đưa dụng cụ xuống dưới thì mài mòn bề mặt lại theo hướng tăng bán kính cong bề mặt. c> Sự thay đổi độ lệch tâm khâu trên so với khâu dưới với sự thay đổi độ lệch tâm thì tăng tốc độ mài mòn ở miền biên của khâu dưới và miền trung tâm của khâu trên. Trong miền có thể xuất hiện sai số cục bộ lớn vì hình dạng do gẫy khúc đường cong hệ số phủ (vì sự hạ thấp đáng kể của nó). Có thể sử dụng chế độ gia công với cường độ lớn nhưng độ chính xác thấp hơn khi dịch chuyển khâu trên bởi vì thiếu một chuyển động của khâu trên. d> Chiều dài hành trình lắc của khâu trên khi lắc đối xứng, thay đổi trong giới hạn: 2emax= L = ( 0,25¸0,6)D1 (3.22) - Nó tỷ lệ với chiều dài tay quay. - Nó phụ thuộc vào tỷ số D2/D1. Với D1 lớn hơn thì L cũng phải lớn hơn. Nếu tăng L và tỷ số D2/D1 thì tăng cường độ gia công trong vùng tiếp xúc của bề mặt được làm đều hơn. Nhưng trong trường hợp này lại tăng động lực học trong máy. e> Vị trí của quỹ đạo chuyển động lắc so với tâm trục chính được thay đổi dọc theo quỹ đạo đó với khoảng cách e0 và theo phương vuông góc với quỹ đạo khoảng cách emin có thể đến 0,25 emax. (hình 3.12) Sự thay đổi không lớn và khi điều chỉnh không làm thay đổi cường độ gia công, nhưng gây sai số gia công. Ảnh hưởng của e0, emin và sự phối hợp giữa chúng khó xác định bằng tính toán được nhưng bằng trực giác thì thường thấy, ảnh hưởng đó sẽ dẫn đến kết quả không mong muốn, sự dịch chuyển quỹ đạo trong giới hạn 0,1emax không có tác hại và không thay đổi điều chỉnh một cách cơ bản. f> Sự thay đổi tần số quay n1 của trục chính khi khâu trên quay tự do dẫn tới sự thay đổi tương ứng tần số quay n2 nhưng được giữ ở tỷ số: n2/n1» 0,6 ¸ 0,9 Giới hạn dưới dùng khi đánh bóng Giới hạn trên dùng cho mài Khi khâu trên quay tự do thì sự phân bố tốc độ trong các miền của bề mặt đánh bóng là đồng đều nhất và tốc độ tương đối của nghiền là bé nhất như vậy thì không có lợi. Tăng tần số quay của trục chính thì tăng cường độ gia công, nhưng không thay đổi bản chất hướng thay đổi bán kính cong bề mặt gia công. 3.3.3 Các yếu tố tăng cường độ gia công[5]. Sau khi chọn dạng hình học bề mặt dụng cụ và điều chỉnh máy với chế độ gia công trung bình nào đó thì phải tăng cường độ gia công để tăng năng suất. Để đạt mục đích đó người ta phải thay đổi các thông số của chế độ gia công. a> Tăng độ rắn của vật liệu gia công (bột mài hoặc bột đánh bóng ) làm tăng cường độ mài mòn chi tiết quang. b> Tăng kích thước hạt làm tăng tỷ lệ lượng thuỷ tinh quang học bị bào mòn. Kích thước hạt mài được giới hạn 150 mm cho bước mài thô đầu tiên là kinh tế, chiều sâu phá huỷ là hợp lý. Ở tất cả các bước còn lại thì kích thước hạt được xác định từ kích thước hạt ở bước trước. Khả năng tăng cường độ mài mòn bị hạn chế bởi sự cần thiết phải giảm dần chiều sâu của các lớp nhô và lớp rạn nứt. Sự phá hoại nguyên tắc đó là không nên bởi vì mài bằng hạt mài nhỏ hơn thì chiều sâu của các lớp được lấp đi chậm hơn nhiều lần và như vậy tính kinh tế không hợp lý. c> Nồng độ huyền phù hợp lý. Tăng nồng độ huyền phù không dẫn đến tăng cường độ mài mòn bởi vì các hạt nghiền lẫn nhau lớn hơn là tác dụng lên bề mặt thuỷ tinh. Nếu giảm nồng độ thì giảm số hạt va đập có hiệu quả trên thuỷ tinh nên sự phá huỷ bề mặt bị chậm lại, cường độ mài mòn giảm. d> Tăng lưu lượng huyền phù chảy vào bề mặt gia công: thì tăng cường độ gia công nếu như có kèm theo một sự gia công tăng cường. Lưu lượng huyền phù còn phải tương ứng với công tiêu hao trên máy. Vì vậy nó cũng cần phải hợp lý. Ảnh hưởng của nó đến cường độ gia công cũng có thể mô tả như sơ đồ ảnh hưởng của nồng độ huyền phù. Lưu lượng nhỏ quá dẫn đến xước. Lớn quá dẫn tới xuất hiện áp lực thuỷ tinh.e> Áp lực mài: Giữa áp lực và năng suất là một quan hệ tỉ lệ thuận. Tuy nhiên đến một giới hạn nào đó thì sẽ không thể kiểm soát được độ chính xác bề mặt nữa. g> Lớp vật liệu trám bát đánh bóng Hệ số ma sát càng cao thì năng suất càng lớn. * Hệ số ma sát cho nhựa đường mịn (độ cứng 26): m = 0.735 * Hệ số ma sát cho dạ: m = 0.685 * Hệ số ma sát cho vải mịn: m = 0.625 - Nhiệt độ môi trường: Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất đánh bóng. ở nhiệt độ 20oC năng suất cao gần gấp đôi so với ở 5oC. Nhiệt độ đánh bóng thích hợp nhất nằm trong khoảng 23-28oC. CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM TRÊN MÁY PM-300 4.1 Bản vẽ chi tiết mẫu thực nghiệm Để tiến hành thực nghiệm điều chỉnh áp lực mài nghiền và đánh bóng chi tiết quang nhằm nâng cao độ chính xác gia công ta cần chọn mẫu thực nghiệm đáp ứng các chỉ tiêu sau: Đối tượng ứng dụng của bề mặt gia công và hướng phát triển Điều kiện thực nghiệm trên máy PM-300 Mẫu thực nghiệm có yêu cầu kỹ thuật và kích thước như hình 4.1 Vật liệu: Thuỷ tinh quang học BK7 Chiết suất: n = 1,543 Hệ số Abbe: 63,7 Dnc 4B D(nF-nc) 4B Độ đồng chất 4 Độ lưỡng chiết 3 Hấp thụ ánh sáng 3 Độ không vân 2B Độ bọt 1A N1 1 N2 1 DN1 0,5 DN2 0,5 Hình 4.1: Bản vẽ chi tiết mẫu f100 4.2 Sơ đồ quy trình công nghệ gia công mẫu f100 1- Cưa phôi 2- Mài tròn 4- Mài thô hai mặt F40 3- Vát mép 5- Nghiền bán tinh mặt 1 F20 8- Đánh bóng mặt 2 Bột trắng 9- Đánh bóng mặt 2 Bột đỏ 7- Đảo mặt lặp lại nguyên công 5-6 đối với mặt 2 6- Nghiền tinh mặt 1 F10 10- Đảo mặt, đánh bóng mặt 1 Bột trắng 11- Đánh bóng mặt 1 Bột đỏ 12- Kiểm tra Hình 4.2: Sơ đồ quy trình công nghệ gia công mẫu f100 4.3 Vật liệu mài, dụng cụ gia công và dụng cụ kiểm tra sử dụng trong nguyên công mài nghiền và đánh bóng. 4.3.1 Bột mài, dụng cụ mài và dụng cụ kiểm tra. 4.3.1.1 Bột mài [5] Bột mài thường là các ô-xyt nhôm Al2O3 (co-ranh-don) và Silic carbide (SiC) có độ cứng cao. Chúng được chế tạo bằng phương pháp thiêu kết, sau đó được nghiền nhỏ và phân loại theo độ lớn hạt. Kích thước các hạt mài được phân ra các cấp độ hạt sau(theo tiêu chuẩn của Đức): F80 và F40 cho khâu mài trung gian cho các bề mặt vát và các mặt mờ của lăng kính; F28, F20 - F7 cho khâu mài nghiền để đạt được hình dạng các bề mặt. Hình dạng hạt mài là hình khối đa cạnh có nhiều góc cạnh sắc. Ở đây F là ký hiệu cho hạt cát mài co-ranh-don và 40, 20... là kích thước hạt mài lớn nhất (mm). Hạt mài càng nhỏ thì độ nhám của bề mặt mài càng nhỏ. Trong thực nghiệm tôi sử dụng hạt mài Al2O3. 4.3.1.2 Dụng cụ mài Đĩa mài thường được chế tạo bằng thép cho chi tiết có đường kính nhỏ và bằng gang xám cho chi tiết có kích thước lớn. Các đĩa mài không được quá cứng để có thể dễ sửa và hiệu chỉnh bằng các dụng cụ cầm tay (dao tiện), đồng thời chúng cũng không được quá mềm vì sẽ nhanh bị mài mòn. Trong thực nghiệm tôi dùng dụng cụ mài nghiền là đĩa gang xám. 4.3.1.3 Dụng cụ kiểm tra trong nguyên công mài nghiền Theo nguyên lý tạo hình bề mặt thì bề mặt chi tiết chỉ có thể cong lồi hoặc cong lõm, do đó sai lệch độ phẳng chỉ có thể ở tâm chi tiết. Dựa vào đó tôi sử dụng phương pháp đo ba điểm bằng dụng cụ đo tự thiết kế và chế tạo f90 kết hợp với đồng hồ so với độ chính xác 1 mm (hình 4.3). Hình 4.3: Dụng cụ đo sai lệch độ phẳng giữa dưỡng và chi tiết Khi đó độ sai lệch của dưỡng so với sản phẩm được thể hiện ngay trên chỉ thị của đồng hồ so. Dụng cụ đo này đơn giản, phù hợp với điều kiện gia công ở nước ta. 4.3.2 Bột đánh bóng, dụng cụ đánh bóng và dụng cụ kiểm tra 4.3.2.1 Bột đánh bóng [5] Thường là ô-xyt sắt Fe2O3 (bột đỏ), ô-xyt cerium CeO2 (bột trắng)... Sau đây là phạm vi sử dụng chúng như sau: a> Bột đỏ: 1. Fe2O3 : là loại bột tương đối vạn năng dùng cho đĩa nhựa và dạ. 2. Bột màu đỏ tươi: dùng với đĩa nhựa và cho các sản phẩm yêu cầu cao về vòng quang và độ bóng. 3. Bột màu nâu đỏ 10/6: dùng với đĩa nhựa cho các các sản phẩm có yêu cầu cao nhất về vòng quang và độ bóng b> Bột trắng: 1. Bột màu nâu: dùng với nỉ để đánh bóng sơ bộ hoặc đánh bóng nhanh các sản phẩm không yêu cầu độ chính xác cao. 2. Bột màu trắng AR99 và Màu vàng sáng: dùng với nỉ để đánh bóng các sản phẩm có độ chính xác cao hơn trên một chút. 3. Bột màu hồng CX 90: dùng cho các sản phẩm có độ chính xác cao. Trong thực nghiệm tôi dùng bột trắng AR99 cho đánh bóng sơ bộ, bột đỏ Fe2O3 cho đánh bóng tinh 4.3.2.2 Dụng cụ đánh bóng [5] a> Đĩa đánh bóng phủ hỗn hợp nhựa (hình 4.4). Hỗn hợp nhựa đánh bóng được dùng để đánh bóng các sản phẩm quang học có độ chính xác cao nhất. Để tạo ra đĩa đánh bóng, đầu tiên phải đun nóng chảy hỗn hợp nhựa và đổ đều lên bề mặt đĩa. Chú ý không được đun quá nóng làm cháy nhựa. Sau đó dùng sản phẩm mẫu hoặc một mặt phẳng chuẩn có kích thước giống như bề mặt sản phẩm ép lên lớp nhựa để tạo khuôn trên nền đánh bóng. Để chống dính cần phải xoa lên khuôn một ít bột đánh bóng đỏ. Lớp nhựa trên bát phải có độ dày đều và không được phép lẫn các tạp chất dễ gây xước bề mặt kính. Hình 4.4: Sơ đồ gắn sản phẩm đánh bóng. 1-Đĩa đánh bóng, 2-Lớp nhựa đánh bóng, 3-Sản phẩm, 4- Mâm gắn sản phẩm. b> Đĩa đánh bóng phủ vải mịn hoặc dạ Loại dụng cụ này được dùng để đánh bóng sơ bộ cũng như cho các sản phẩm như mặt phẳng lớn và gương có mặt phi cầu. Năng suất đánh bóng rõ ràng cao hơn rất nhiều so với nhựa đường mịn. Tuy nhiên độ chính xác bề mặt lại thấp và lỗi vòng quang không thể điều chỉnh được. Để tạo ra bát đánh bóng, phải dán tấm vải hoặc dạ lên bát đánh bóng kim loại đã được phủ một lớp kết dính (nhựa đường, sơn dính...). Sau đó tiến hành tương tự như đối với bát đánh bóng bằng nhựa. c> Đĩa đánh bóng phủ dạ thấm nhựa Đĩa đánh bóng loại này có năng suất cao hơn đĩa nhựa song lại thấp hơn đĩa dạ và độ chính xác gia công tuy thấp hơn đĩa nhựa nhưng lại cao hơn nhiều so với đĩa dạ. Chúng được dùng để đánh bóng các thấu kính không yêu cầu độ chính xác bề mặt cao (kính mắt, kính tụ quang...). Sau đây là các tiêu chuẩn để lựa chọn vật liệu cho đĩa đánh bóng: - Dạ và nỉ chỉ được sử dụng cho các sản phẩm có độ chính xác không cao. Nhiệt độ đánh bóng thường trong khoảng 60 - 70oC, áp lực đánh bóng cao hơn so với nhựa. Tuy nhiên mép hay bị vát tròn và khó kiểm soát được hình dạng bề mặt kính. - Đối với các linh kiện quang học có độ chính xác cao thì bắt buộc phải dùng nhựa đánh bóng với cấp độ cứng từ 19 - 40. Đối với loại thủy tinh cứng thì dùng nhựa có độ cứng cao hơn so với loại vật liệu mềm. Với bề mặt sản phẩm lớn thì dùng loại nhựa mềm. Khi đánh bóng thủ công cũng như nhiệt độ cao phải dùng nhựa cứng. Trong thực nghiệm tôi dùng đĩa đánh bóng phủ hỗn hợp nhựa vì yêu cầu độ chính xác bề mặt 1 vòng quang. 4.3.2.3 Dụng cụ kiểm tra trong nguyên công đánh bóng Các thiết bị đo bề mặt theo nguyên lý quang học và cơ học hiện đại nhất cũng chỉ có độ chính xác cao nhất là ± 0.5 mm đến ± 0.2 mm. Do đó chúng không thể đáp ứng được yêu cầu đo đạc kiểm tra các sai lệch kích thước bề mặt nhỏ hơn ± 0.3 mm ở trong nguyên công đánh bóng. Vì vậy bắt buộc phải sử dụng phương pháp đo theo nguyên lý giao thoa của ánh sáng, trong đó bước sóng ánh sáng được làm chuẩn đo độ dài. Một trong những phương pháp đo chính xác và tiện dụng nhất là so sánh các bề mặt sản phẩm với các bộ đôi dưỡng mẫu. Bằng cách ép chặt dưỡng vào bề mặt cần đo sẽ quan sát thấy các vân giao thoa nhiều màu. Mức độ sai lệch phụ thuộc vào số lượng và hình dạng của các màu vân giao thoa. Vân giao thoa xuất hiện khi khoảng cách khe hở giữa bề mặt sản phẩm và bề mặt dưỡng bằng một số lẻ bước sóng ánh sáng (). Khi đo đạc kiểm tra bằng các bộ dưỡng chuẩn, người ta thường chọn bước sóng ánh sáng đỏ l = 0.6 mm là màu mà mắt ta cảm thụ nhạy nhất. Lúc này khoảng cách khe hở cho vân giao thoa đầu là 0.15 mm. trong thực nghiệm tôi dùng cặp dưỡng phẳng chuẩn f 105 Một số tiêu chuẩn để nhận biết liệu các bề mặt sản phẩm đã được đánh bóng tốt hay không. - Các lỗi vòng quang xuất hiện là lỗi vòng quang cao, vân giao thoa xuất hiện ở vùng giữa thấu kính. - Số lượng các vân giao thoa nhỏ hơn 1 vòng đến 0.2 vòng (tương ứng với khe hở 0.15 đến 0.06 mm giữa bề mặt sản phẩm và bề mặt dưỡng). - Với cùng số lượng lỗi vòng quang, đường kính sản phẩm càng lớn thì độ chính xác bề mặt cũng phải cao hơn. - Trong mặt phẳng các vân có dạng hình tròn, hình oval hoặc là dây cung có bán kính rất lớn (gần như đường thẳng). - Trường hợp hai bề mặt trùng khít tuyệt đối, ta chỉ quan sát thấy một trường màu trắng không có vân giao thoa (lỗi vòng quang trắng). Khi cho nghiêng nhẹ hai bề mặt mới thấy xuất hiện các đường vân giao thoa song song. 4.3.2.4 Một số nguyên tắc cần chú ý khi đánh bóng [5] 1. Trong quá trình đánh bóng cần phải phối hợp các yếu tố công nghệ để khi kết thúc cùng một lúc đạt được các yêu cầu về số vòng quang, cấp độ bóng, kích thước... Nếu đánh bóng lâu dễ bị xước váng. 2. Khống chế nhiệt độ gia công trong phạm vi từ 230C đến 280C. Nhiệt độ đánh bóng quá cao tuy rút ngắn được thời gian hiện bóng bề mặt kính nhưng lại dễ gây kẹt chuyển động giữa sản phẩm và đĩa đánh bóng. Nguyên nhân là do các hệ số dãn nở nhiệt của sản phẩm, nhựa gắn và đĩa đánh bóng khác nhau. Kết quả là sau khi gỡ sản phẩm khỏi đĩa gá, chỉ số vòng quang sẽ bị sai lệch. 3. Cơ chế chuyển động đánh bóng tối ưu luôn đặt đĩa gá sản phẩm có bề mặt lồi ở phía dưới. Chỉ với các sản phẩm lõm thì đặt ngược lại: đĩa gá chi tiết ở trên và bát đánh bóng lõm ở phía dưới. 4. Đánh bóng chi tiết chính xác cao phải giảm tỉ lệ tốc độ quay của trục chính n1 trên tốc độ trục tay quay n2 (k1 = n1 /n2). Tỉ số này càng lớn thì càng làm nhiệt độ tăng cao gây biến dạng bề mặt sản phẩm. Ngoài ra lực đè càng nhỏ thì càng dễ kiểm soát và khống chế lỗi vòng quang. 5. Hình dạng bề mặt sản phẩm được quyết định bởi tất cả các yếu tố sau: - Vị trí tương đối (trên hoặc dưới) giữa sản phẩm - bát đánh bóng - Tỷ số giữa tốc độ trục chính và trục tay quay - Số lần ép lại và hiệu chỉnh bản đánh bóng, thay đổi kích thước bát đánh bóng cũng như sự biến dạng của nhựa đánh bóng. - Độ mài mòn của bột đánh bóng. Khi sửa vòng quang cần phải điều chỉnh và phối hợp các yếu tố trên cho hợp lý. Đối với từng loại sản phẩm và vật liệu cần phải thử nghiệm để tìm ra một chế độ làm việc tối ưu. 6. Thông thường quá trình mài tinh thường để lại vùng rìa thấu kính các chân chấm cát cũng như các vết gia công thô hơn là vùng giữa. Do vậy trước hết phải cho hiện bóng rìa. Sau đó mới đánh bóng các vùng còn lại theo hướng từ ngoài vào tâm. 7. Chọn nhựa đánh bóng theo nguyên tắc: thuỷ tinh mềm dùng nhựa mềm, mài bề mặt lớn dùng nhựa mềm hơn, nhựa mài tay cứng hơn nhựa mài máy, nhiệt độ cao hơn dùng nhựa cứng hơn. 8. Một số loại thủy tinh rất nhạy với tỉ lệ bột đánh bóng cao trong dung dịch. Lúc này trên bề mặt thuỷ tinh thường xuất hiện các lớp váng màu đen và nâu cháy. Để khắc phục phải cho thêm nước cất hoặc a-xit acetic. Khi sắp kết thúc giai đoạn đánh bóng cần sử dụng tỉ lệ bột ít hơn. Chú ý đến độ sạch của bột, vì lúc này các hạt bột thô vón cục sẽ gây nên các vết sước nhỏ ảnh hưởng đến độ bóng bề mặt. Do có chuyển động lắc nên lớp nhựa đánh bóng có xu hướng chảy ra phía rìa bát đánh bóng. Vì vậy phải thường xuyên cạo bỏ lớp nhựa thừa này. 9. Phải giữ vệ sinh môi trường tốt để tránh gây xước váng do bụi bẩn. Phải sử dụng vải lau mềm và sạch. Tùy theo độ lớn sản phẩm, khi kiểm tra phải để nguội ít nhất 15 phút 10. Trong quá trình gia công, cần thường xuyên khoét một lỗ nhỏ ở giữa bát đánh bóng đẻ thoát nhựa. Do đó lớp nhựa sẽ được phân bố đều hơn. 4.4 Kết quả thực nghiệm mẫu phẳng f100 4.3.3 Nguyên công mài nghiền 4.3.3.1 Chương trình động học mài nghiền mẫu f100 a>Thông số đầu vào: l0=510 l1=30 l2=200 l3=577 a =-151 b =-426.5 R4=50 R5=57.5 Toa do diem thuoc dia 4: KXI(4) =0 ETA(4) =0 Toa do diem dau toc O4: KXI(3) =288 ETA(3) =349 k1=0.33 k2=0.83 ANPHAO =-4.16 OMEGA1 =20.93 EPXILON1=0 PHIO =0 TETAO =0 So khoang chia dia 4 (n<40)=20 So khoang chia dia 5 (m<40)=20 Sai so =1e-04 t =10 b> Chương trình động học trên mẫu f100 Hình 4.5: Cường độ gia công mẫu f100 với l1 = 30 mm trên máy PM-300 1-Hệ số phủ cục bộ, 2-Hệ số vận tốc cục bộ, 3-Cường độ gia công 4.3.3.2 Mài nghiền lần 1 a>Thông số công nghệ: Chiều dài tay quay l1 = 30 mm Tốc độ trục chính: 200 vòng/phút Tỷ số truyền giữa tay quay và trục chính k1 = 0,333 Áp lực mài(khí nén): 5,3 Kg (tương đương 6000) Cấp bột mài bằng tay Hạt mài nghiền: ô-xyt nhôm Al2O3 cấp hạt F20 Thời gian gia công t = 10 phút b> Đo sai lệch độ phẳng giữa bề mặt chi tiết so với dưỡng: Sai lệch độ phẳng h = 6mm (thấp đỉnh) 4.3.3.3 Mài nghiền lần 2 a> Với các thông số công nghệ như trên ta chỉ thay đổi lực mài ứng với lượng dư gia công (hình 4.6) Hình 4.6: Giao diện đặt thông số công nghệ trong nguyên công mài nghiền b> Đo sai lệch độ phẳng bề mặt chi tiết so với dưỡng Sai lệch độ phẳng h = 2 mm(thấp đỉnh) Nhận xét: Với các thông số công nghệ như trên nếu gia công tiếp thì chiều cao ở rìa giảm, nhưng thời gian gia công t = 12 phút (h = 2 mm). Bằng cách thay đổi áp lực mài nghiền thì thời gian gia công giảm đáng kể trong lần mài nghiền lần 2 (t = 10 phút). 4.3.3.4 Mài nghiền tinh Thông số công nghệ: Chiều dài tay quay l1 = 30 mm Tốc độ trục chính: 200 vòng/phút Tỷ số truyền giữa tay quay và trục chính k1 = 0,333 Áp lực mài(khí nén): tương tự như mài nghiền lần 2 Cấp bột mài bằng tay Hạt mài ngiền: ô-xyt nhôm Al2O3 cấp hạt F10 Thời gian gia công t = 5 phút Sai lệch độ phẳng h = 1mm (thấp đỉnh) 4.3.4 Nguyên công đánh bóng 4.3.4.1 Đánh bóng lần 1 a> Thông số công nghệ Chiều dài tay quay l1 = 28 mm Tốc độ trục chính: 150 vòng/phút Tỷ số truyền giữa tay quay và trục chính k1 = 0,333 Áp lực mài(khí nén): 3,4 Kg (4000) Cấp bột mài bằng tay Hạt mài: Bột trắng AR99 Thời gian 10 phút Hình dạng bề mặt dụng cụ đánh bóng được làm đều như hình 4.7 Hình 4.7: Bề mặt dụng cụ cho lần đánh bóng đầu tiên 1- Bát đánh bóng, 2- Nhựa đánh bóng b> Đo sai lệch độ phẳng bề mặt chi tiết so với dưỡng phẳng f105 Sai lệch độ phẳng: 5 vòng newton (thấp đỉnh) Nhận xét: Cũng như quá trình mài nghiền ta thay đổi áp lực mài tương ứng với lượng dư gia công thì chiều cao ở rìa tiếp tục giảm trong lần đánh bóng lần 2. 4.3.4.2 Đánh bóng lần 2 a> Với các thông số công nghệ như trên ta chỉ thay đổi lực mài ứng với lượng dư gia công với thời gian 10 phút Bề mặt dụng cụ sửa như hình 4.8 Hình 4.8: Bề mặt dụng cụ được sửa cho đánh bóng lần 2 Hình 4.9: Giao diện đặt thông số công nghệ trong nguyên công đánh bóng b> Đo sai lệch độ phẳng bề mặt chi tiết so với dưỡng phẳng f105 Sai lệch độ phẳng: 2 vòng newton (thấp đỉnh) 4.3.4.3 Đánh bóng tinh Thông số công nghệ: Chiều dài tay quay l1 = 30 mm Tốc độ trục chính: 150 vòng/phút Tỷ số truyền giữa tay quay và trục chính k1 = 0,333 Áp lực mài(khí nén): 2,4 Kg (3000) Cấp bột mài bằng tay Hạt mài: Bột đỏ Fe2O3 Thời gian gia công t = 5 phút. Sai lệch độ phẳng: 1 vòng newton (thấp đỉnh) Nhận xét: - Với cách thay đổi áp lực mài nghiền và đánh bóng thì năng xuất gia công bề mặt phẳng chi tiết quang tăng nhưng độ chính xác bề mặt chi tiết vẫn đảm bảo. - Có thể ứng dụng gia công nhiều bề mặt phẳng có kích thước khác nhau hoặc gia công các blốc chi tiết. KẾT LUẬN Phần thiết kế máy Máy chạy ổn định, êm, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng phù hợp với nhiều kích thước sản phẩm Có thể tạo áp lực mài lớn cho mâm gá chi tiết f300. Lực có thể điều khiển được cho mâm gá chi tiết từ f80 ¸ f300. Máy có khả năng mài nghiền và đánh bóng ở chế độ tự động đạt kích thước, bán tự động hoặc bằng tay. Bên cạnh đó còn một số kết cấu chịu lực còn chưa phù hợp cho gia công chi tiết lớn, cần phải thay thế. Phần gia công chi tiết quang Phân bố lực trong nguyên công mài nghiền và đánh bóng như sau: * Khi chi tiết ở dưới lượng dự phân bố ở miền nào nhiều thì lực phân bố lớn và miền nào ít thì phân bố nhỏ hơn. sao cho chênh lệch về phân bố lực giữa các miền không vượt quá 0,3 kg(đối với nghiền), 0,2 kg(đối với đánh bóng). Nếu vượt quá thì hướng gia công rất khó khống chế. * Đối với chi tiết ở trên thì lực phân bố như sau: nếu lượng dư lớn ở tâm(lồi đỉnh) thì khi lắc ra biên lực mài sẽ lớn còn khi lắc qua tâm thì lực sẽ nhỏ hơn. Với lượng dư phân bố ở rìa(cao rìa) thì phân bố lực ngược lại Khi điều chỉnh biên độ lắc sao cho cường độ gia công trên toàn bề mặt chi tiết là tương đối đồng đều thì dễ điều chỉnh. Trước khi đánh bóng bề mặt dụng cụ phải song song với bề mặt chi tiết để cường độ mài mòn đều hơn. Với cách thay đổi áp lực mài này mở ra hướng gia công tự động đạt kích thước trong quá trình mài nghiền và đánh bóng. Với nghiên cứu mài nghiền và đánh bóng có điều chỉnh áp lực theo phân bố lượng dư cục bộ tạo khả năng đạt độ chính xác cao và nâng cao năng suất gia công một cách hiệu quả. Sau khi kết thúc nguyên công mài nghiền nên để lượng dư phân bố ở rìa nhiều hơn tâm (thấp đỉnh) để khi đánh bóng ta mài mòn từ rìa vào tâm thì bề mặt chi tiết mới đạt độ bóng đều. Với kết quả nghiên cứu này mở ra hướng gia công cho các mặt phẳng có kích thước khác nhau. KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Nghiên cứu quá trình đánh bóng tốc độ cao (tốc độ trục chính>1000 vòng/phút, và hành trình lắc nhỏ hơn 100 hành trình/phút) với việc cấp bột mài bằng bơm tuần hoàn để đạt được chất lượng bề mặt cao(độ bóng) cho nguyên công phủ màng mỏng có chất lượng tốt. Nghiên cứu thực nghiệm với các mẫu có kích thước khác nhau để xây dựng những thư viện chuyên dụng cho từng sản phẩm. Nghiên cứu ứng dụng cho quá trình gia công bề mặt cầu và bề mặt phi cầu. TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ môn cơ học lí thuyết (1968): Cơ học lí thuyết. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp. Vũ Đăng Đồng (1999): Nghiên cứu tính toán điều chỉnh động học máy đảm bảo độ chính xác tạo hình bề mặt quang khi mài nghiền. Luận văn cao học ĐHBK Hà Nội. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm (1998): Thiết kế chi tiết máy. Nhà xuất bản Giáo dục Nguyễn Trọng Hùng (2003): Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ chính xác tạo hình bề mặt phẳng chi tiết quang. Luận án tiến sĩ ĐHBK Hà Nội Hoàng Ngọc Minh (1999): Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ cho gia công chính xác chi tiết quang học. Đề tài KHCN 05.03 Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến (1992): Công nghệ chế tạo máy tập 1,2. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. Vũ Duy Quang (1996): Thuỷ khí động lực ứng dụng. Trường ĐHBK Hà Nội. Đinh Gia Tường, Tạ khánh Lâm (1995): Nguyên lý máy. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. Ninh Đức Tốn (2000): Dung sai và lắp ghép. Nhà xuất bản Giáo dục Hà Nội. LOH Optical Machinery for precision optics 1997. Catalogue of Optomatic NT and OptiAngle - Visual 1997 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục