Nghiên cứu chép hình chân vịt tàu thủy trên máy xung định hình RAM EDM pdf

Đặt vấn đề Khi gia công các vật thể phức tạp nói chung và chân vịt tàu nói riêng trên máy CNC, cần chép hình để dựng chính xác mô hình vật thể 3D dưới dạng số trong chưõng trình CAD/CAM

Nghiên cứu chép hình chân vịt tàu thủy trên máy

xung định hình RAM EDM

SATURDAY, 31 OCTOBER 2009, 15:14 ĐỘNG LỰC TÀU THỦY

Tàu thủy gồm ba bộ phận chính máy, vỏ, chân vịt với chân vịt là bộ phận tạo lực đẩy tàu chuyển động Do đó chân vịt ảnh hưởng lởn đến hoạt động tàu, nhất là về tốc độ nên vấn

đề tự động học thiết kế và chế tạo chính xác chân vịt có ý nghĩa quan trọng ở các nước tiên tiến, chân vịt thường đưa chế tạo trên máy chuyên dụng hoặc máy phay CNC nhưng vì nhiều lư do về mặt công nghệ, giá thành v.v nên vẫn chưa được áp dụng ở nước ta hiện nay Mặt khác gia công chân vịt theo công nghệ hiện đại có ca phí cao nên chỉ dùng cho chân vịt hàng loạt, do đó khi áp dụng ở nước ta khi chân vịt thường được chế tạo dạng đơn chiếc và không theo mẫu Trên cõ sở đó chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài gia công chân vịt trên máy phay CNC bằng khuôn đúc đa nãng cho phép chế tạo nhiều cỡ loại chân vịt có độ chính xá cao

và giá thành thấp so với thực tế chế tạo ở nước ta, hiện nay, nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất các lọc chân vịt đõn lẻ và

có dạng đặc biệt như tàu cao tốc tàu quân sự, tàu cánh ngầm v.v Loạt bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu của chúng tôi về vấn đề này, bắt đầu từ việc chép hình dựng

mô hình chân vịt 3D trên máy tính, công đoạn đầu tiên khi gia công chân vịt trên máy CNC

1 Đặt vấn đề

Khi gia công các vật thể phức tạp nói chung và chân vịt tàu nói riêng trên máy CNC, cần chép hình để dựng chính xác

mô hình vật thể 3D dưới dạng số trong chưõng trình

CAD/CAM để gia công trên CNC Riêng ở nước ta hiện rất cần chép hình lại chân vịt các tàu đặc biệt như tàu cao tốc, tàu quân sự v.v nhằm lấy đầy đủ và chính xác số liệu dạng cánh để phục vị thiết kế, chế tạo vì đa số chân vịt loại này thường được các nước thử nghiệm, ít được công bố Về nguyên tắc, chép hình thường giải quyết theo công nghệ ngược (Reverse Engineer) bằng cách dùng máy scaner 3d, máy đo tọa độ CMM v.v Thực tế cho thấy các máy này khó dùng chép hình các vật thể có hình dạng phức tạp như chân vịt tàu, do đó trong bài bác này, chúng tôi muốn giới thiệu kết quả chép hình chân vịt trên máy xung định hình gia công bằng tia lừa điện Ram EDM (Electric Discharge Machining) dạng CNC do khá phổ biến ở nước ta hiện nay và cho phép chép hình dễ dàng và chính xác nhờ chức nãng rà cạnh và định tâm

2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

2.1 Phưõng án chép hình chân vịt trên máy EDM

để chép hình chân vịt trên máy Ram EDM cần thiết kế và chế tạo các đầu dò để xác định chính xác tọa độ các điểm

và đồ gá để gá chân vịt trên máy

1 Đầu dò chép hình chân vịt trên máy EDM

để chép hình chân vịt trên máy EDM cần có các đầu dò để xác định tọa độ các điểm trên mặt lưới cánh chân vịt, đồng thời dùng để thay dụng cụ cắt để cùng với chân vịt đóng vai trò điện cực của máy Do đó đầu dò nên làm bằng vật liệu dẫn điện tốt và cõ tính cao để tránh gây ra các sai số khi chép hình Mặt khác để chép hình cánh, nhất là với chân vịt

có các cánh chồng lên nhau, cần chế tạo hai đầu dò, dùng cho mặt hút và mặt đẩy trong một lần gá đặt đặc điểm hình dạng và kết cấu đầu dò chép hình các mặt cánh chân vịt mô

tả trên hình 2

2 Đồ gá chép hình

H1 Đồ gá chép hình chân vịt

Đồ gá dùng gá chân vịt để đảm bào độ chính xác và giảm thời gian chinh khi thực hiện chép hình Cãn cứ hình dạng và kích thước thực của chân vịt, có thể thiết kế đồ gá chép hình chân vịt trên máy EDM như mô tả trên hình 1 gồm các chi tiết sau:

Trục côn lắp độ dôi với tấm đế 4 dùng định vị chân vịt trên bàn máy bằng đai ốc 2 Bạc lót 3 để nâng chân vịt cao hõn mặt đế là để chép hình mặt đã lớn Tấm đế kẹp vào bàn máy bằng các đòn kẹp nhằm cố định cả đồ gá và chân vịt

lên bàn máy, với bề mặt tấm đế được mài đảm bảo dung sai

độ song song giữa hai mặt không quá 0.012mm

3 Lựa chọn phưõng ãn gá đặt

Chân vít gá ngang Chân vịt gá ngang với hệ tọa độ dùng chép hình có trục Ox trùng với đường trục và mặt phẳng (yoz) gần như song song với mặt cánh chân vịt (hình 2) Khi chép hình, cần xác định tọa độ một số điểm trên mặt hút và mặt đẩy, ví dụ tọa độ điểm A, B ở hình 2 xác định qua gốc tọa độ O (0, 0 0) khi chép hình Khi đó, chiều dày cánh vịt chân vịt e tại các tiết diện tính bằng sự chênh lệch tọa độ theo phưõng trục Ox

H2 Chân vịt gá ngang

t= |XB – XA - ld| (mm) với ld là khoảng cách giữa 2 đầu dò Phưõng án này thuận lợi vì chỉ cần có 1 đầu dò và một lần

gá cho nhiều cỡ loại chân vịt khác nhau, kể cả các chân vịt

có các cánh bị chồng lên nhau, nhưng do hành trình theo trục z lớn nên cần máy có hành trình lớn và đầu dò có độ chính xác cao, đồ gá cồng kềnh nên phưõng án này ít được

áp dụng.

Chân vịt gá thẳng đứng

ở phưõng án này, chân vịt đặt trong hệ tọa độ có trục Oz trùng trục chân vịt, mặt (xoy) song song mặt điã cánh chân vịt nằm dọc theo trục Ox (hình 3) Khi đó chiều dày cánh chân vịt ở từng vị trí xác định theo hiệu cao độ z các điểm

đo, ví dụ các điểm A, B

Theo phưõng án này, hành trình trục x lớn hõn so với trục y nên cho phép chép hình chân vịt lớn ở một lần gá, đồ gá đõn giản nhưng cần hai đầu dò và rà xét gốc tọa độ cho hai đâu dò nên dễ gây sai số Như vậy phưõng án gá đứng phức tạp và dễ sai số hõn gá ngang nhưng chép hình được chân vịt lớn, đường kính đến 800 mm trên máy EDM CNC 430

2.2 Chép hình chân vịt tàu trên máy EDM

Dưới đây giới thiệu kết quả chép hình chân vịt cụ thể trên máy Ram EDM hiệu Topedm X- 600 có tại phòng CNC

Trường đại học Nha Trang

Tỷ số bước xoắn H/D = 0,70 Tỷ số mặt điã e : Theta=0165 Quá trình chép hình thực hiện theo trình tự sau:

1 Gá đặt chân vịt lên bàn máy

Do sự hạn chế kích thước bàn máy nên việc gá chân vịt lên bàn máy đảm bảo sao cho các đầu dò có chép hình được

trên toàn bộ biên dạng cánh Trước tiên, ghép có độ dôi trục côn với tấm đế rồi mới lắp chân vịt vào khối chi tiết trục côn

- tấm đế, gõ nhẹ đèn chân vịt để đảm bảo độ đồng tâm của

lỗ côn chân vịt với đường tâm trục côn và siết chặt các

bulông tạo lực kẹp giữ chân vịt cố định (hình 3)

Hình 3 Gá đặt chân vịt trên bán máy

2 Chép hình củ chân vit Lắp đầu dò thẳng vào đầu cặp máy và rà gá để đường trục chân vịt song song đường tâm đầu dò đặt gốc tọa độ ở vị trí đã định, sau đó đưa đầu dò chạm cạnh củ và ghi lại tọa độ các điểm trên mặt củ Mặt đĩa thứ 2 của củ chân vịt cũng được chép hình tưõng tự bằng đầu dò cong và thực hiện cuối cùng sau khi kết thúc

chép hình các cánh chân vịt (hình 4).

Hình 4: chép hình củ chân vịt

3 Chép hình mặt đẩy của chân vịt

đưa đầu dò tới vị trí các đường cõ chân vịt đã được đánh dấu trước bằng các phím điều khiển trên thiết bị điều khiển tay (Job Remote Control)

đưa đầu dò xuống gần chạm mặt cánh chân vịt, ấn phím F3 trên bảng điều khiển để dùng chức nãng tìm cạnh (Find edge) và xác định hướng tìm cạnh bằng nút Z trên thiết bị điều khiển tay Hệ thống di chuyển cho đến khi chạm mặt cánh chân vịt thì có tiếng còi báo (hình 5a)

Ghi lại tọa độ của điểm này trên màn hình và tiết tục thực

hiện tưõng tự cho các vị trí khác nằm trên mặt đẩy của cánh chân vịt (hình 5b)

H5 Chép hình mặt đẩy chân vịt

Khi chép hình mặt đẩy, tọa độ (X, Y) sẽ là cõ sở để dịch chuyển chân đầu dò khi thực hiện chép hình mặt hút cánh chân vịt, còn tọa độ Z để xác định chiều dà của cánh chân vịt tại từng vị trí cần đo Trên màn hình ở hình 7b, tọa độ vị trí của điểm rà thu nhận được sẽ là (147.346, - 128.731 , - 43.306) Kết quả này sẽ được sử dụng tiếp theo trong khi thực hiện chép hình mặt đẩy của cánh chân vịt

4 Chép hình mặt hút cánh chân vit

Thay đầu dò cong chép hình mặt hút chân vịt đưa đầu dò

tới vị trí đường cõ chân vịt theo tọa độ của phép chép hình trên mặt đẩy bằng cách sử dụng chức nãng Goto Positioning như sau:

- Nhập giá trị hoành độ X, ví dụ X147.346 bằng Panel điều khiển máy và ấn phím F6 để khai báo chức nãng Goto

Positioning Sau đó mới nhấn nút Cycle on để bắt đầu dịch chuyển đầu dò

- Thực hiện tưõng tự với tung độ Y 128.731

- Di chuyển đầu dò theo phưõng trục Z tới vị trí gần chạm với bề mặt cánh chân vịt Dùng chức nãng tìm cạnh theo Z+ bằng cách nhấn F3 trên panel điều khiển, sau đó mới chọn chiều tìm cạnh là Z+ trên Remote điều khiển (hình 6)

H6 Chép hình mặt hút chân vịt

KẾT LUẬN

đảm bảo độ chính xác cần thiết nhờ chức nãng Find Edge, khi đầu dò chạm mặt cánh chân vịt sẽ có tín hiệu báo dừng

và kết quả so sánh các số liệu đo thực tế với số liệu đo từ

mô hình 3D đã dựng trên máy tính (hình 7)

Tọa độ các điểm nút trên bề mặt lưới chân vịt lưu dưới dạng file *.pts nên thuận lợi khi xừ lư tiếp tục trong phần mềm CAD/CAM thông dụng

đồ gá đơn giản và cho phép chép hình cả các chân vịt có các cánh che khuất lẫn nhau

H7 Chân vịt thực và mô hình 3D chép hình