Đồ án 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 (CHLB Đức)

Mở đầu Hiện nay ở nước ta, các chi tiết và dụng cụ quang học ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và quốc phòng . Công nghệ gia công chi tiết quang, trong các nguyên công gia công tinh, mài nghiền vẫn được coi là phương pháp có hiệu quả nhất cho phép đạt độ chính xác gia công cao trong khi thiết bị công nghệ ở trình độ thấp hơn. Vấn đề nâng cao độ chính xác gia công khi tạo hình bề mặt chi tiết quang bằng phương pháp mài nghiền, là vấn đề luôn được quan tâm. Vấn đề này liên quan đến nhiều yếu tố công nghệ gia công . Việc nâng cao độ chính xác tạo hình bề mặt chi 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 chi tiết quang khi mài nghiền chi tiết quang trên máy 4MB-250 (CHLB Đức). Chương 1 tổng quan về mài nghiền chi tiết quang 1.1. Tạo hình bề mặt chi tiết quang bằng phương pháp nghiền : Bề mặt chi 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 mặt cầu. Tạo hình bề mặt chi tiết quang bằng phương pháp nghiền có thể được trình bày như sau: Bề mặt chi tiết gia công là phẳng: bề mặt dụng cụ là phẳng. Bề mặt chi 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 lồi. Có thể có hai trường hợp: Đĩa dưới là dụng cụ, tương ứng đĩa trên là chi 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 gián đoạn vào bề mặt chi tiết gia công và dụng cụ nghiền với các độ hạt khác nhau tuỳ theo từng nguyên công. Quá trình nghiền được bắt đầu kể từ lúc truyền cho chi tiết và dụng cụ một chuyển động tương đối, đảm bảo sự tiếp xúc giữa hai bề mặt chi tiết gia công và dụng cụ và dưới tác dụng của áp lực. 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 nghiền. Có thể giới thiệu một số nguyên lý như sau: Nguyên lý 1 ( Hình 1.1a ): Theo nguyên lý này, khâu dưới 1 có chuyển động quay tròn với vận tốc w5 . Giữa w1 và w5 là bộ truyền động biến đổi 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 P 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 chuyển động quay tròn của khâu dưới, khâu trên của nguyên tắc này có chuyển động lắc nhận từ khung 3. Khung 3 có tâm lắc trùng với tâm chi 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 1.1c ): 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 chuyển động tương đối của hai bề mặt nghiền rối 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 đang được sử dụng ở Công ty Cổ phần Kính mắt Cổ phần Hà nội. Tạo hình bề mặt chi 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 tố động học máy đến độ chính xác tạo hình bề mặt chi tiết quang khi mài nghiền. Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý mài nghiền chi tiết quang. 1.2. Bản chất cắt gọt khi mài nghiền chi tiết thuỷ tinh quang học : Phương pháp mài nghiền chi tiết thuỷ tinh 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 chi 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 phương pháp cổ điển nhưng mài nghiền 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 thể đạt được: Rz = (360 ữ 160) mm Khi nghiền tinh bằng hạt mài M14 ữ M10 có thể đạt được: Rz = (0,63 ữ 0,32) mm Khi nghiền tinh bằng hạt mài M5 ữ M3 có thể đạt được: Rz = (0,04 ữ 0,02) mm Sai số hình dáng hình học có thể đạt tới 0,1 ữ 0,3 mm [ 9 ], độ chính xác có thể đạt 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 chuyển sang đánh bóng và có tính chất quyết định đến chất lượng của sản phẩm. 1.2.1. Cắt gọt bằng hạt mài tự do khi mài nghiền Có nhiều công trình nghiên cứu về bản chất của quá trình mài nghiền thuỷ tinh của các nước trên thế giới như CHLB Đức, Anh, Liên xô cũ... Kết quả của các công trình nghiên cứu đều có nhiều điểm giống nhau. 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 rằng, nguồn gốc tạo thành các bề mặt gia công là lưới các vết nứt hình nón trên bề 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 nổi có chiều sâu h nhỏ hơn 2-3 lần chiều sâu vết nứt F và ban đầu 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 a = 150o á 153o. Do có chuyển động tương đối giữa đầu mài và chi 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 tinh 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 bản vẫn là do các vết 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 theo biểu thức : h = k1d (1.1) m = k2 d (1.2) Trong đó: d - Đường kính hạt lớn nhất thuộc pha cơ bản của hạt mài; k1, k2 - Hệ số phụ thuộc tính chất bột mài; Hình 1.3. Sơ đồ phá hủy bề mặt thủy tinh bằng hạt mài tự do. Sơ đồ quá trình phá hủy trình bày trên hình ( 1. 3 ). Theo đó, lực va đập R hướng theo đường nối các đỉnh hạt mài là lực gây ra sự phá vỡ thủy tinh, làm 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 90o á 150o . Chiều cao lớp nổi h chiếm từ 1/3 á 1/4 kích thước hạt. Dưới lớp nổi là lớp nứt có chiều sâu m = (2 á 4) h. Khi giảm kích thước hạt, chiều sâu lớp nổi và lớp nứt cũng giảm. Các đỉnh nhấp nhô sẽ bị là phẳng dần khi dùng bột mịn dần. Lực R được phân tích thành 2 thành phần: Lực N có phương vuông góc với véc tơ vận tốc v, nhằm đảm bảo tiếp xúc giữa dụng cụ và chi 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 bằng hạt 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 dòn. Khi dụng cụ chuyển 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, làm bề mặt bị nứt vỡ thành những mảnh nhỏ. Thành phần lực tiếp tuyến Ftt của lực R hướng một góc 180o với véc tơ vận tốc tương đối Vtđ làm tách các mảnh thủy tinh ra khỏi bề mặt (hình 1.4). Hình 1.4. Sơ đồ cắt gọt thủy tinh bằng hạt mài liên kết. Thành phần lực Fa 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 bề mặt dụng cụ. Hạt liên kết mòn dần 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 nghiền có tính chất găm hạt thì có thể xảy ra đồng thời hai quá trình cắt gọt: bằng hạt tự do và bằng hạt liên kết. Mặt khác ta cũng thấy rằng bề mặt của dụng cụ cũng bị hai loại hạt kể trên làm mòn đi. 1.3. ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ cơ bản đến năng suất và chất lượng mài nghiền chi tiết quang Quá trình tạo hình bề mặt chi 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 bản ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng mài nghiền chi tiết quang như: áp lực, vận tốc chuyển động tương đối giữa các bề 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. ảnh hưởng của áp lực và vận tốc Để xác định cường độ gia công, người ta đã xác định thể tích lượng thủy tinh bị tách khỏi bề mặt phôi tỷ lệ với công cơ học: q = K.A (1.3) Trong đó: q- Thể tích lượng thủy tinh bị tách khỏi phôi; K- Hệ số công nghệ, thể hiện bằng thể tích riêng của lượng thủy tinh 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: A = F.V.n.t (1.4) 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 chuyển 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 = 2p/w1 w1- Tần số quay của trục tay quay. Từ đó có thể thấy rằng công cơ học trên một đơn vị diện tích là: As = = .V.n.t = P.V.n.t (1.5) 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 đấu để 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 thể 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 bề mặt gia công; Có chuyển động tương đối giữa chúng; Có đối tiếp giữa hai bề mặt. 1.3.2. ảnh hưởng của chuyển động 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 đối giữa dụng cụ và phôi đều rất cần thiết. Nó cho phép hiểu rõ tính chất, phạm vi phủ giữa hai bề mặt tham gia gia công. Để giải quyết vấn 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 cơ cấu dẫn 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 công. Dạng quỹ đạo chuyển 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. ảnh hưởng của hạt mài Khi mài nghiền thủy tinh, hạt mài đóng vai trò như các lưỡi cắt. Để có thể cắt gọt bề mặt thủy tinh, người ta thường dùng các loại hạt có độ cứng cao như hạt cô ranh đôn (Al2O3), các bít silic (SiC), các bít Bo (B4C), cát thạch anh (SiO2), 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 nghiền thủy tinh là nước. Vì khi dùng các chất lỏng có độ nhớt cao hơn sẽ cản trở chuyển 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 chuyển 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, chuyển động tự do của chúng cũng bị hạn chế và vì thế cũng gây xước bề mặt chi 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, đẩy 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: t = .100% =.100% (1.6) Trong đó: t - 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 = 3á6. Với tỷ lệ này, cường độ gia công thủy tinh là lớn nhất (hình 1.5). Tỷ lệ này thay đổi khi dùng các kích thước hạt khác nhau: Với kích thước hạt từ 20 á 50mm thì H : T = 4 á 10; Với kích thước hạt từ 20 á 14mm và nhỏ hơn thì H : T = 3 á 5. Hình 1.5. Quan hệ giữa tỷ 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 hạt cơ bản chiếm nhiều hơn 5% thì chúng sẽ gây xước bề mặt, nếu ít hơn 5% 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 chi tiết quang khi mài nghiền Để đảm bảo độ chính xác gia công cần phải kiểm tra chất lượng bề mặt phẳng chi tiết quang khi mài nghiền. Việc kiểm tra chất lượng bề mặt phẳng chi tiết quang bao gồm các nguyên công sau: Kiểm tra sai lệch về độ thẳng trong mặt phẳng chi tiết quang. Kiểm tra sai lệch về độ phẳng bề mặt chi tiết quang. 1.4.1. Kiểm tra sai lệch về độ thẳng trong mặt phẳng chi tiết quang a/ Đo sai lệch về độ thẳng dùng gá đo Định nghĩa: Sai lệch về độ thẳng trong mặt phẳng là khoảng cách lớn nhất D từ các điểm của prôfin thực tới đường thẳng áp trong giới hạn của phần chuẩn (hình 1.6, a). Phương pháp đo: Để đo được sai lệch về độ thẳng, phải dịch chuyển chuyển đổi đo theo phương của đường áp. Chuyển vị của đầu đo dịch chuyển theo phương pháp tuyến của đường áp. Trong kỹ thuật, gọi phương của đường áp là phương “0”, đường thẳng đi qua hai điểm chuẩn đo song song với nó được gọi là đường “0”. Người ta lấy đường “0” làm đường chuẩn hay đường trượt để đo sai lệch về độ thẳng. Hình 1.6, a: Định nghĩa sai lệch về độ thẳng. Hình 1.6, b: Phương pháp đo sai lệch về độ thẳng. Sai lệch chỉ thị lớn nhất của đầu đo theo phương trượt chuẩn cho ta sai lệch về độ thẳng. 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 AB, người ta điều chỉnh sao cho AB song song với phương trượt chuẩn ĐC là phương trượt của băng máy đo có mang chuyển đổi như hình (1.6, b). Trong đó phương trượt chuẩn ĐC sử dụng sống trượt của máy đo УИМ-21 đảm bảo độ chính xác dịch chuyển, chi tiết đo được gá trên đồ gá đặt trên bàn máy. Việc đọc số dịch chuyển dài trên bề mặt mẫu dùng thước đo độ dài hiện số của Hãng MITUTOYO ( Nhật Bản ). Hình 1.7: Gá chi tiết đo có thước thước không lớn lắm. b/ Đo sai lệch về độ thẳng bằng khe sáng giữa thước và chi tiết Việc kiểm tra sai lệch về độ thẳng được thực hiện nhờ khe sáng giữa thước thuỷ tinh hoặc kim loại và bề mặt chi tiết kiểm tra (hình 1.8). Khi bề mặt chi tiết kiểm tra không thẳng (cầu), bán kính cong của nó được xác định theo công thức: Trong đó: - Chiều cao khe sáng. - Chiều dài khe sáng giữa bề mặt thước và chi 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 bề mặt chi tiết. Hình 1.8: Kiểm tra sai lệch về độ thẳng bằng khe sáng. 1.4.2. Kiểm tra sai lệch về độ phẳng bề mặt chi tiết quang a/ Khái niệm về đo sai lệch về độ phẳng Định nghĩa: Sai lệch về độ phẳng là khoảng cách lớn nhất D 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 chuyển chuyển đổi đo theo mặt phẳng chuẩn song song với mặt áp. Chuyển vị của đầu đo dịch chuyển theo phương pháp tuyến với mặt áp . Để loại trừ ảnh hưởng của các yếu tố khác trong chi 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 chi tiết sao cho chỉ thị của dụng cụ đo sau khi rà theo mặt chuẩn MC sẽ có chỉ số đo tại 3 hay 4 điểm trên bằng nhau để mặt phẳng “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 đo. Khi bề mặt chi tiết có vết gia công theo qui luật, số điểm đo có thể giảm đi. Thông thường việc đo được đi theo từng tuyến như hình (1.10). Trong mỗi tuyến rà sẽ có chỉ thị xmax - xmin . Kết quả đo sai lệch về độ phẳng sẽ được tính là: EFE = max ximax - min xkmin Trong đó: i, k - Tên tuyến rà. Hình1.10: Nguyên tắc đo sai lệch về độ phẳng. Chương 2 Nghiên cứu động học máy mài nghiền tạo hình bề mặt chi tiết quang 1. Xây dựng mô hình động học cơ cấu máy mài nghiền chi tiết quang 4MB- 250 1.1. Sơ đồ nguyên lý máy mài nghiền chi tiết quang 4MB-250 Để nghiên cứu ảnh hưởng của động học máy đến quá trình tạo hình bề mặt chi 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 1 làm nhiệm vụ dẫn chuyển động cho các cơ cấu 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 chuyển động quay được truyền cho trục tay quay 5, qua bộ truyền đai chuyển động được truyền cho trục của đĩa mài 9. Cơ cấu khâu trên của máy là cơ cấu mài nghiền chi 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: Tay quay 7 Thanh truyền 8 Cần lắc 6 Đĩa gá chi tiết quang 5 Đĩa mài nghiền 4 ở giữa bề mặt của đĩa gá chi tiết gia công và đĩa mài nghiền, có một lớp huyền phù mài. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của động học máy đến quá trình tạo hình bề mặt chi tiết quang, được tiến hành dựa vào việc nghiên cứu động học cơ cấu khâu trên của máy mài nghiền 4MB-250. Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý máy mài nghiền chi tiết quang 4MB-250. 1. Động cơ 6. Cần lắc 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 chi tiết 10. Lò xo tạo áp lực 1.2. Giới thiệu cơ cấu máy mài nghiền 4MB-250 Máy mài nghiền chi tiết quang 4MB-250, có thể mài nghiền các chi tiết quang có bề mặt cầu và bề mặt phẳng. Xét cơ cấu khâu trên của máy, để tăng khả năng tự lựa các bề mặt chi tiết và đĩa mài khi nghiền, ở cơ cấu 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 cấu máy mài nghiền 4MB-250, với các kích thước cơ cấu như sau: Hình 2.2: Sơ đồ cơ cấu cụm trên của máy mài nghiền 4MB-250. a = 10 mm b = -330 mm xO3 = 260 mm yO3 = 165 mm xO5 = 125 mm yo5 = 465 mm l 1 = 0 á55 mm l2 = 160 mm l3 = 300 mm l4 = 290 mm l5 = l3 / 2 mm r = 50 mm R = 75 mm Số liệu kích thước của các bánh đai trên trục tay quay và trục đĩa mài: Qua việc lấy số liệu trên máy ta có kích thước đường kính của các bánh đai trên trục tay quay và trục đĩa mài như sau ( hình 2-3 ): Hình 2.3: Các kích thước của bánh đai trên trục tay quay và trục đĩa mài. 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: Đường kính puli = 200,2 mm Đường kính puli = 160,3 mm Đường kính puli = 100,6mm Kích thước của bánh đai trên trục đĩa mài: Đường kính puli = 100,6 mm Đường kính puli = 153,3 mm Đường kính puli = 200,2 mm Xác định tỷ số truyền của puli trục tay quay và puli trục đĩa mài: 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: Trong đó: w1: vận tốc góc của trục tay quay. R1: bán kính puli của trục tay quay. D1: đường kính puli của trục tay quay. w5: vận tốc góc của trục đĩa mài. R5: bán kính puli của trục đĩa mài. D5: đường kính puli của trục tay quay. 1.3. Mô hình động học cơ cấu máy mài nghiền chi 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 nghiền chi tiết quang như sau ( h.2.4) Trong đó: Oxy là hệ quy chiếu cố định. O4x4y4 có O4x4// Ox, O4y4// Oy. O5x5y5 có O5x5// Ox, O5y5//Oy. O4x4h4 gắn liền vào vật 4. O5x5h5 gắn liền vào vật 5. Hình 2.4: Mô hình toán cơ cấu cụm trên của máy mài nghiền 4Mb-250. 2. Nghiên cứu động học cơ cấu máy mài nghiền theo phương pháp động học hệ nhiều vật : Trong quá trình mài nghiền chi 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 chi tiết với đĩa mài, hoặc quỹ đạo chuyển động của hạt mài trong quá trình gia công, ảnh hưởng tới độ chính xác tạo hình bề mặt chi tiết gia công và năng suất gia công. Nếu quỹ đạo chuyển động tương đối có phân bố đều trên bề mặt chi tiết gia công và có quỹ đạo không trùng lặp, thì độ chính xác tạo hình bề mặt tốt và năng suất gia công cao. Vì vậy việc nghiên cứu quỹ đạo chuyển động tương đối của một điểm bất kỳ thuộc đĩa gá so với đĩa mài trong quá trình mài nghiền chi tiết quang là một vấn đề cần được nghiên cứu trong công nghệ gia công các chi tiết quang. Trong phần này trình bày nghiên cứu động học cơ cấu máy mài nghiền chi tiết quang. Mục đích nghiên cứu động học cơ cấu máy mài nghiền chi tiết quang là xác định quỹ đạo, vận tốc, gia tốc tương đối của một điểm bất 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 động học hệ nhiều vật rắn phẳng: 2.1.1. Xây dựng các hệ tọa 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 cố định trên vật rắn. Hệ tọa độ tương dối Oixiyi : có các trục tọa độ Oixi // Ox, Oiyi // Oy. Gốc tọa độ được gắn ở trên vật khảo sát. Hệ toạ độ vật : được gắn chặt vào vật. Khâu: Việc ký hiệu khâu trên vật, được bắt đầu từ khâu cố định ( khâu 0 ). Sau đó tuần tự ký hiệu các khâu khác theo các số nguyên dương (1, 2, 3, ...). Khớp : Việc ký hiệu các khớp động học, được bắt đầu từ khớp nối với khâu cố định (khâu 0). Sau đó tuần tự ký hiệu các khớp khác theo các số nguyên dương (1,