thiết kế máy mài và đánh bóng chi tiết quang pm-300

Để hình thành quá trình mài nghiền cần phải có các điều kiện sau: - Có áp lực của bề mặt chi tiết lên bề mặt dụng cụ - Có chuyển động tương đối giữa bề mặt chi tiết và dụng cụ - Có sự đố

MỞ ĐẦU

Ngày nay các máy móc, thiết bị quang học và quang điện tử không chỉ

là những phương tiện dùng trong nghiên cứu, giáo dục và giải trí mà ngàycàng trở thành một công cụ sản xuất trực tiếp ra các loại sản phẩm hàng hóa,đặc biệt là các sản phẩm công nghệ cao Nhờ có ưu điểm đưa ra độ chính xácrất cao, phép đo không tiếp xúc, có độ tin cậy và lặp lại cao và có khả năngtruyền tải Các phương pháp đo đạc quang học và quang - điện tử ngày càngđóng vai trò to lớn Thiết bị đo lường quang - điện tử càng tiên tiến thì sảnxuất càng được tự động hoá, chất lượng sản phẩm được nâng cao, nguyên vậtliệu, thời gian, năng lượng cho một đơn vị sản phẩm càng được tiết kiệm Đấtnước ta đang trong tiến trình hội nhập quốc tế, điều đó có nghĩa là tỷ trọnghàm lượng chất xám và công nghệ cao trong các sản phẩm và dịch vụ làm raphải được nâng lên

Tất cả các ống kính, thiết bị quang học được sử dụng ở nước ta đềuphải nhập ngoại kể từ loại rất đắt như hiển vi cắt lớp, ống kính chụm ảnhtrong thể thao, máy quay phim trong điện ảnh cho đến những sản phẩmthông dụng như kính lúp, ống nhòm Do đó việc chủ động thiết kế chế tạođược các thiết bị quang học sẽ có một ý nghĩa rất to lớn không chỉ về mặtkinh tế mà còn có tính bí mật đối với quốc phòng và an ninh

Tự động hoá quá trình gia công và đo lường là việc tích hợp điềukhiển tự động, cơ khí, quang học, tin học, điện tử cho các nguyên công nhưphay, mài nghiền, đánh bóng và định tâm cũng như đo đạc tự động ngaytrong quá trình sản xuất như đo độ cầu, đo vòng quang

Trình độ gia công quang học ở nước ta hiện nay ở mức độ thấp Hiệnnay chỉ có một vài nhà máy gia công quang học: Nhà máy Z123 thuộc Tổngcục Công nghiệp và Quốc phòng, Viện Kỹ thuật Công an, Cty Kính mắt Hà

Nội Nhưng chất lượng sản phẩm chưa cao nên rất cần những thiết bị gia côngchi tiết quang có chất lượng cao Hiện tại các sản phẩm làm ra chủ yếu là dotay nghề người thợ mà chưa có ứng dụng khoa học hiện đại (tin học, điện tử,

tự động hoá…) Được sự giúp đỡ của Viện Vật lý và Điện tử – Viện Khoahọc Việt Nam và các đồng nghiệp, lần đầu tiên ở Việt Nam đã thiết kế và chếtạo thành công 01 máy đánh bóng PM-300 (Polishing Machine-300) có điềukhiển áp lực gia công (bù sai số gia công) và điều khiển tốc độ động cơ mởrộng phạm vi gia công sản phẩm, nhằm đáp ứng nhu cầu gia công quang họccủa Xưởng Quang - Điện tử – Viện Vật lý và Điện tử Hướng tới chúng tôichế tạo để đáp ứng nhu cầu gia công quang học ở trong nước

Từ cơ sở nghiên cứu trên luận văn gồm bốn chương sau:

Chương 1: Tổng quan về mài nghiền và đánh bóng chi tiết quang Chương 2: Thiết kế máy mài và đánh bóng chi tiết quang PM-300 Chương 3: Mô phỏng động học và điều chỉnh máy PM-300

Chương 4: Kết quả thực nghiệm trên máy PM-300

Trong một thời gian ngắn, với kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm giacông quang học còn ít nên tôi không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong sựđóng góp, bổ sung của các đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÀI NGHIỀN VÀ ĐÁNH BÓNG

CHI TIẾT QUANG1.1 Khái niệm về mài nghiền bề mặt bằng hạt mài tự do

Mài nghiền là một phương pháp gia công tinh đạt độ chính xác cao (độnhám bề mặt rất nhỏ) hạt mài được sử dụng có kích thước rất nhỏ Mài nghiềnđược thực hiện theo nguyên lý sau (hình 1.1):

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý mài nghiền 1-đĩa mài, 2-đĩa gá, 3chi tiết

Đĩa mài (1) quay quanh trục cố định, đĩa gá vừa quay quanh trục của mình vàvừa lắc qua lại

Để hình thành quá trình mài nghiền cần phải có các điều kiện sau:

- Có áp lực của bề mặt chi tiết lên bề mặt dụng cụ

- Có chuyển động tương đối giữa bề mặt chi tiết và dụng cụ

- Có sự đối tiếp giữa bề mặt chi tiết và dụng cụ

- Có huyền phù mài ở giữa bề mặt dụng cụ và chi tiết

Mài nghiền được sử dụng trong các lĩnh vực như: gia công cơ khí, giacông quang học, gia công gốm sứ… Tuy nhiên chúng có những đặc điểmchung là:

- Sử dụng các lưỡi cắt của hạt mài, số lượng hạt mài tham gia cắt lớnnhưng áp lực và vận tốc cắt lại không lớn.

- Quá trình chuyển động của hạt mài là không có quy luật (hỗn độn), do

đó vết cắt không lặp lại

- Mài nghiền có năng suất thấp

1.2 Bản chất cắt gọt của quá trình mài nghiền và đánh bóng

Phương pháp mài nghiền và đánh bóng thuỷ tinh quang học bằng hạtmài tự do được sử dụng khi có các yêu cầu cao về độ chính xác tạo hình bềmặt chi tiết gia công Thuỷ tinh trước khi đưa vào đánh bóng phải qua cácnguyên công gia công sơ bộ cưa, phay và mài nghiền Quá trình nghiền tinhbằng hạt mài tự do là nguyên công cuối trước khi chuyển sang đánh bóng nó

có tính chất quyết định đến hình dạng hình học của sản phẩm

Hình 1.2: Nguyên lý cắt gọt của hạt mài tự do

Quá trình nghiền bằng hạt mài tự do được trình bày trên hình 2.1, lực va đập

R hướng theo đường nối các đỉnh hạt mài là lực gây ra sự phá vỡ thuỷ tinh,

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

vết nứt hình nón theo các góc từ 900 1500 Chiều cao lớp nổi h chiếm từ

1

3÷

1

4 kích thước hạt Dưới lớp nổi là lớp nứt có chiều sâu F = ( 2  4 )h.

Khi giảm kích thước hạt, chiều sâu lớp nổi và lớp nứt cũng giảm.Chiềucao đỉnh nhấp nhô sẽ giảm dần khi dùng bột mịn hơn

Lực R được phân tích thành hai thành phần :

Lực F n có phương vuông góc với vectơ vận tốc Vtđ nhằm đảm bảo tiếp xúcgiữa dụng cụ và chi tiết, đồng thời gây biến dạng đàn hồi bề mặt

Lực Ft hướng tiếp tuyến với bề mặt gia công gây mòn dụng cụ và tạo thànhngẫu lực làm lăn đảo hạt mài Khi dụng cụ chuyển động tương đối so với chi

tiết sẽ tạo ra lực cắt R tác dụng lên các hạt liên kết gây nên các vết xước trên

bề mặt thuỷ tinh, làm bề mặt bị nứt vỡ thành những mảnh nhỏ Thành phầnlực tiếp tuyến Ft của lực R hướng một góc 1800 với vectơ vận tốc tương đối

Vtd làm tách các mảnh thuỷ tinh ra khỏi bề mặt

Thành phần lực Fn tác động lên thuỷ tinh gây ra các vết nứt hình côn vàphá huỷ bề mặt, đồng thời làm hạt mài găm vào bề mặt dụng cụ Lực liên kếtmòn dần theo thời gian, lực cắt đặt vào đó tăng lên làm chúng bong ra khỏiliên kết, lúc đó sẽ xuất hiện các hạt găm mới

Dung dịch phụ trợ thường là nước có vai trò làm mát và ngăn ngừakính bị vỡ nứt Ngoài tác dụng cuốn trôi các hạt mài cùng các mảnh vỡ thuỷtinh, nước còn thấm vào các rãnh nứt vỡ trên bề mặt kính, tạo ra phản ứng hoáhọc làm trương bề mặt thuỷ tinh giúp tăng tốc quá trình cắt gọt Hạt mài càngnhỏ thì độ nhám của bề mặt càng nhỏ và thời gian đánh bóng càng được rútngắn Tất nhiên đối với từng kích thước hạt mài cần phải thay đổi đĩa mài kimloại cho phù hợp

Quá trình mài nghiền và đánh bóng được thực hiện trên cùng một máy

và điều kiện xảy ra quá trình đánh bóng cũng giống như mài nghiền Nhưngquá trình đánh bóng có những đặc điểm riêng như sau:

- Hạt đánh bóng có kích thước nhỏ dưới 1m và có độ cứng thấp ( 56đối với Fe2O3, 67 đối với CeO2(theo thang Mhors))

- Bề mặt đánh bóng được phủ một lớp nhựa đánh bóng mềm, đàn hồi.Với những đặc điểm như vậy bản chất của quá trình đánh bóng như sau:

- Dưới tác động của áp lực và vận tốc tương đối các hạt mài găm vào bềmặt dụng cụ đánh bóng để xâm nhập vào bề mặt thuỷ tinh và cào xước

nó, vì vậy mà các nhám bị bào mòm đi

- Do ma sát giữa đỉnh nhọn của nhám và lớp nhựa đánh bóng ma sinhnhiệt làm cho các đỉnh nhọn chảy ra và điền đầy các nhám rồi đóng rắn.Đến khi toàn bộ bề mặt bị san phẳng sẽ trở nên nhẵn bóng

- Với hoạt tính của nước sẽ xảy ra hiện tược thuỷ phân trong các vết rạnnứt và tạo thành keo thuỷ tinh Trong điều kiện áp suất và nhiệt độ củaquá trình đánh bóng các keo này có tác hàn kín các vết nứt làm cho bềmặt thuỷ tinh trở nên trong suốt

1.3 Thiết bị và quy trình gia công bề mặt phẳng chi tiết quang

1.3.1 Máy gia công bề mặt phẳng chi tiết quang

Chế tạo các chi tiết quang học là một phần của quá trình chế tạo mộtthiết bị quang học Các thiết bị để chế tạo một chi tiết quang bao gồm: máycưa (tạo phôi), máy phay (gia công sơ bộ), máy mài nghiền và đánh bóng (giacông tinh), máy định tâm và thiết bị phủ màng

Cụm trên máy gia công bề mặt phẳng chi tiết quang bằng hạt mài tự dođược trình bày trong hình 1.3

Máy mài có cụm trên kiểu đòn bản lề có thể gia công các mặt phẳng vàmặt cầu Động cơ truyền chuyển động cho bát mài 1 quay tròn và đồng thờilàm đĩa gá chi tiết 2 vừa tự quay quanh tâm của nó và vừa lắc đi lắc lại theoquỹ đạo của cần lắc 4 nhờ chuyển động của tay quay 5 Đầu tốc cầu 3 gắn vớimột cánh tay đòn luôn tự lựa trong ổ côn ở mặt trên đĩa gá chi tiết 2 Khi chomáy chạy, chốt cầu ở cần lắc sẽ kéo đĩa mài chuyển động theo

Hình 1.3: Sơ đồ cụm trên máy mài và đánh bóng chi tiết quang

1- Bát mài, 2- Đĩa gá chi tiết, 3- Đầu tốc cầu, 4- Cần lắc, 5- Tay quay.

Vật liệu dụng cụ vừa có khả năng mang hạt mài, giữ hạt mài lại vừachịu mài mòn Vì vậy vật liệu dụng cụ thường làm bằng gang xám Bột màiđược cấp liên tục hoặc gián đoạn vào bề mặt chi tiết gia công và dụng cụ màivới các độ hạt khác nhau Quá trình mài nghiền và đánh bóng được bắt đầu kể

từ lúc truyền cho chi tiết và dụng cụ một chuyển động tương đối và đảm bảo

sự tiếp xúc giữa hai bề mặt chi tiết gia công và dụng cụ dưới tác dụng của áplực và lớp huyền phù mài Áp lực được tạo ra nhờ các quả nặng, lò xo hoặckhí nén

Trong luận văn này tôi nghiên cứu quá trình mài nghiền và đánh bóngchi tiết quang trên máy PM-300 có cơ cấu cụm trên sử dụng cơ cấu đòn bản

lề Cơ cấu cụm trên dùng để tạo thành chuyển động lắc của khâu trên và tạo

áp lực mài

1.3.2 Quy trình công nghệ gia công chi tiết quang

Quá trình gia công cắt gọt chi tiết quang là những khâu quan trọngtrong toàn bộ quá trình chế tạo một chi tiết quang Chúng không chỉ đóng vaitrò quyết định trong việc tạo ra hình dạng và độ chính xác của sản phẩm màcòn chiếm một thời gian gia công rất lớn Ngoài ra các thiết bị gia công cũng

là những loại đắt tiền Chính vì thế mà hầu hết mọi nghiên cứu về quá trìnhgia công chi tiết quang (bản chất cắt gọt, chế tạo các vật liệu cắt gọt và thiết bịgia công mới nhằm nâng cao độ chính xác và hiệu suất ) đều tập trung vàocông nghệ cắt gọt Quá trình gia công chi tiết quang thường được thực hiệnnhư sau:

1.3.2.1 Nguyên công tạo phôi: Cắt hoặc đúc, ép phôi

Phôi trước khi đưa vào tạo hình thường được cắt từ khối thuỷ tinh(dùng trong sản xuất đơn chiếc hoặc sản xuất loạt nhỏ), ép phôi (dùng trongsản xuất loạt nhỏ và vừa) và đúc phôi (dùng trong sản xuất loạt lớn) Nguyêncông tạo phôi có độ chính xác thấp, lượng dư lớn

1.3.2.2 Nguyên công Phay (tạo hình sơ bộ)

Tạo hình sơ bộ các bề mặt quang được thực hiện trên các máy phay truyềnthống hoặc máy CNC là phương pháp gia công chính xác và kinh tế Saukhi phay thô lượng dư cho độ dày ở tâm cần phải đủ để đảm bảo thực hiệncác nguyên công mài nghiền và đánh bóng Nguyên công phay có thể thựchiện theo 2 bước phay thô và phay tinh đối với bề mặt yêu cầu chính xáccao

Phương pháp phay cho năng suất cao nhưng để lại trên bề mặt sảnphẩm các vết dao ăn

1.3.2.3 Nguyên công mài nghiền

Mài nghiền là một trong những nguyên công quan trọng trong quá trìnhgia công các linh kiện quang học Đó là một quá trình cắt gọt bằng hạt mài tự

do theo hình dạng của một bát mài định hình Do sự chuyển động tương đốigiữa đĩa mài và sản phẩm mà các hạt mài tự do bị lăn theo Độ nhám bề mặtđạt được sau khi mài nghiền tinh phải đạt từ 0.5 đến 0.1 m Nhiệm vụ củaquá trình mài nghiền là tạo hình dạng hình học chính xác cũng như chuẩn bịmột bề mặt có chất lượng mịn (không còn các vết nứt tế vi) cho công đoạnđánh bóng tiếp sau

Trong quá trình mài, vị trí tương đối giữa chi tiết và đĩa mài phụ thuộcvào chủng loại thiết bị được sử dụng Nếu mài mặt phẳng tự động, đĩa màiluôn được đặt ở phía dưới, trong khi sản phẩm được đặt ở bên trên Khi màimặt cầu ta cần phân ra hai trường hợp sau: bề mặt sản phẩm lồi thì đĩa mài đặt

ở trên và bề mặt sản phẩm lõm thì đĩa mài đặt ở phía dưới

Do có sự chuyển động tương đối giữa sản phẩm và đĩa mài nên hạt màiluôn bị đẩy ra phía ngoài rìa, do đó bề mặt vùng rìa ngoài thấu kính hoặc đĩa

gá chi tiết luôn thô hơn vùng ở giữa Vì vậy trong các khâu mài mịn tiếp theo,cần phải gia công phần rìa trước, sau đó mới mài dần vào vùng trung tâm

Đối với chi tiết có độ chính xác cao, giai đoạn cuối bắt buộc phải mài

nghiền siêu tinh bằng cát mịn F7 Ở đây lượng cắt gọt ít, tốc độ chậm, áp lực

mài nhỏ, đảm bảo cho mặt đều, mịn Dụng cụ mài nghiền siêu tinh được chếtạo bằng hợp kim đồng Phương pháp này thường được áp dụng cho các sảnphẩm có kích thước nhỏ: thí dụ kính hiển vi có đường kính  4 mm và cáclinh kiện có chiều dày  1 mm Lượng dư cắt gọt ở nguyên công này vào cỡ

0.015 mm Bề mặt mài không có vết rỗ, không xước, phải đều Vết rỗ chỉđược phép  3 m và đạt kích thước cuối cùng của sản phẩm Năng suất vàchất lượng bề mặt gia công phụ thuộc vào loại thuỷ tinh, kích thước và chấtlượng hạt mài, tốc độ cắt

Cuối cùng chất lượng của một mặt mài nghiền đúng quy cách phải đápứng các yêu cầu sau: không còn các vết của cát mài thô từ các của nguyêncông trước, có độ nhám rất nhỏ, không có vết sước

Sau khi nghiền tinh bề mặt thuỷ tinh độ bóng còn thấp và độ nhám lớn

Để cho ánh sáng truyền qua cần phải tăng độ bóng các bề mặt khúc xạ của chitiết quang (bản phẳng, lăng kính) Cũng qua nguyên công đánh bóng các bềmặt này sẽ có được kích thước về độ phẳng, cũng như hình dạng theo yêu cầu(các góc lăng kính ) Khi đánh bóng tự động bề mặt phẳng, chi tiết luônđược đặt ở dưới và dụng cụ được đặt ở trên

Có thể nói rằng đánh bóng là khâu quan trọng nhất trong toàn bộ dâychuyền công nghệ chế tạo các chi tiết quang học Thiết bị và dụng cụ đánhbóng có cấu tạo tương tự như trong nguyên công mài nghiền Điểm khác biệt

là đĩa đánh bóng ở đây được phủ một lớp nhựa có tính chất đàn hồi và bộtđánh bóng có tác dụng cắt như các hạt mài Cho đến nay người ta vẫn chấpnhận cả 3 quá trình sau xảy ra đồng thời trong quá trình đánh bóng:

* Đánh bóng là một quá trình cắt gọt (mài nghiền) ở mức vi mô

* Đánh bóng là một quá trình của các phản ứng hoá học giữa bề mặt thủytinh, bột đánh bóng, dung dịch…

* Đánh bóng là một quá trình nóng chảy ở mức vi mô nhờ nhiệt độ caosinh ra do ma sát giữa bề mặt sản phẩm với bề mặt dụng cụ mài

1.4 Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình mài nghiền và đánh bóng chi tiết quang

Độ chính xác gia công chi tiết quang chủ yếu là do hai nguyên côngmài nghiền và đánh bóng quyết định Hai nguyên công này cùng thực hiệntheo một nguyên lý tạo hình, trên cùng một máy (máy mài và đánh bóng) nênđộng học của chúng là giống nhau Vì vậy việc khảo sát ảnh hưởng của cácyếu tố công nghệ này có nhiều điểm giống nhau Quá trình mài nghiền là quátrình mài mòn bề mặt gia công của chi tiết quang bằng hạt mài tự do, chủ yếu

là quá trình phá huỷ bề mặt gia công bằng hạt mài dưới tác dụng của áp lực vàchuyển động tương đối của dụng cụ và chi tiết Nếu các yếu tố tác động trongquá trình gia công ở mọi điểm là như nhau thì lớp thuỷ tinh bị mài mòn là đềunhau Nhưng trong thực tế thì các tác động của các yếu tố trong quá trình giacông là luôn luôn thay đổi và rất ngẫu nhiên Kết quả là lớp vật liệu bị màimòn ở các điểm trên bề mặt chi tiết là khác nhau gây ra sai số kích thước vàhình dạng chi tiết gia công Quá trình tạo hình bề mặt chi tiết quang bằng màinghiền và đánh bóng chịu tác động của nhiều yếu tố công nghệ, trong đó cómột số yếu tố công nghệ cơ bản ảnh hưởng đến chất lượng và năng suất giacông chi tiết quang như: quỹ đạo chuyển động tương đối, áp lực, vận tốctương đối giữa dụng cụ và chi tiết, huyền phù mài (kích thước hạt, tính chấthạt, nồng độ …) và các yếu tố khác như nhiệt độ môi trường, vật liệu thuỷtinh…)

Trong luận văn ta chỉ xét các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng vànăng suất của quá trình mài nghiền và đánh bóng.

1.4.1 Ảnh hưởng của vận tốc thẳng tương đối [4].

Hạt mài được truyền một vận tốc tương đối Vtđ chính là nhờ sự chuyểnđộng tương đối giữa chi tiết và dụng cụ Tốc độ thẳng tương đối được xácđịnh bằng cách giải bài toán động học cơ cấu của máy Có hai phương pháp:+ Xác định quỹ đạo chuyển động của một điểm bất kỳ trên bề mặt gia côngtrong khoảng thời gian t:

V td=dS td

dt hoÆc V td=S td

Std – Quỹ đạo chuyển động tương đối

+ Xác định theo tốc độ góc tương đối:

td – Tốc độ góc tương đối của điểm

li – Khoảng cách từ điểm chuyển động đến tâm quay tức thời

Để giải quyết vấn đề này cần nghiên cứu quỹ đạo chuyển động tươngđối của một điểm bất kỳ trên bề mặt chi tiết so với bề mặt dụng cụ gia côngthông qua quan hệ giữa các thông số hình học và động học của máy

Việc tìm ra cơ cấu cụm trên của máy mài nghiền và đánh bóng chi tiếtquang sao cho đạt được các yêu cầu sau:

- Vận tốc chuyển động thẳng tương đối của các điểm trên bề mặt chitiết so với dụng cụ nghiền có phân bố tương đối đều nhau

- Quỹ đạo chuyển động tương đối trải đều trên khắp bề mặt gia công

- Dạng quỹ đạo chuyển động tương đối giữa chi tiết và dụng cụ sao chokhông trùng lặp trong quá trình gia công

Lượng mài mòn động học U tại một điểm bất kỳ trên bề mặt gia côngphụ thuộc vào quỹ đạo chuyển động tương đối hoặc tốc độ thẳng tại điểm đó.

U = f(Stđ) hoặc U = f(Vtđ)Dưới đây ta nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc tương đối đến sự màimòn bề mặt chi tiết và dụng cụ khi gia công mặt phẳng:

- Trường hợp 1:

Bề mặt chi tiết và dụng cụ hoàn toàn phủ lên nhau trong suốt thời giangia công hình 1.4 (tâm khâu trên và tâm khâu dưới trùng nhau), thì lượng màimòn tại điểm M bất kỳ trên bề mặt của chi tiết tỷ lệ với vận tốc tương đối:

Trong đó:

rM - Khoảng cách từ tâm quay của chi tiết và dụng cụ đến điểm khảosát M

td – Vận tốc tương đối của điểm M thuộc chi tiết so với dụng cụ

Hình 1.4: Dụng cụ và chi tiết phủ hoàn toàn trong suốt quá trình gia công.

Lượng mài mòn động học trên bề mặt dụng cụ là O 12 K1, còn trên bề mặt

chi tiết là O 12K2 Sự mài mòn của chúng phụ thuộc vào tính chất cơ học của

vật liệu chi tiết gia công 2 và dụng cụ 1

Nhận xét:

Lượng mài mòn động học tại một điểm bất kỳ trên bề mặt chi tiết hoặcdụng cụ tỷ lệ thuận với vận tốc tương đối tại điểm đó

- Trường hợp 2:

Bề mặt của chi tiết gia công 2 nhỏ hơn dụng cụ 1 (hình 1.5), được đặt

cố định trên dụng cụ Dụng cụ quay quanh tâm cố định với vận tốc 1 và phủhoàn toàn lên chi tiết, nên trong quá trình gia công chi tiết luôn luôn tiếp xúcvới dụng cụ trên toàn bộ bề mặt của nó Vì vậy lượng mài mòn của chi tiết chỉphụ thuộc vận tốc tương đối:

Ta thấy lượng mài mòn động học của chi tiết đạt giá trị lớn nhất ở điểm

M5 và nhỏ nhất ở điểm M 1.

Trong quá trình mài chi tiết chỉ phủ trên một phần dụng cụ bởi vậy ứngvới một góc quay  nào đó của dụng cụ thì các điểm M2, M3, M4 trên đĩanghiền 1 sẽ tiếp xúc với chi tiết 2 theo chiều dài các cung phủ ab, cd, ef Nhưvậy tại điểm M bất kỳ trên chi tiết thì lượng mài mòn động học không chỉ phụthuộc vào vận tốc tương đối mà còn phụ thuộc vào hành trình tiếp xúc, tức làchiều dài cung phủ tại điểm đó.Ta nhận thấy lượng mài mòn động học của chitiết 1 sẽ lớn nhất ở điểm M3 vì tại đó chiều dài cung phủ lớn nhất

Hình 1.6: Chi tiết và dụng cụ đặt lệch tâm nhau

Giả sử chi tiết gia công 2 được đặt lệch tâm so với đĩa mài 1 một lượng

e và quay với vận tốc 2 = 1, vận tốc dài tương đối Vtd = e 2 = const.

Như vậy lượng mài mòn động học chỉ phụ thuộc vào sự phủ bề mặtgiữa dụng cụ và chi tiết gia công Trong miền tròn r1 thì lượng mài mòn độnghọc của chi tiết là đồng đều và lớn nhất vì nó luôn được phủ bởi dụng cụ.Ngoài miền tròn r1 thì lượng mài mòn phụ thuộc vào độ dài cung phủ do vậy

mà nó giảm dần về phía biên chi tiết Sơ đồ lượng mài mòn động học của chitiết có thể biểu diễn như hình 1.6b Trong trường hợp trên dễ dàng thể hiệnđược các sơ đồ mài mòn động học vì chuyển động tương đối giữa chi tiết giacông và dụng cụ gia công là đơn giản Trong trường hợp chuyển động tươngđối phức tạp thì việc thiết lập sơ đồ mài mòn động học sẽ phức tạp Khi đóviệc giải quyết bài toán này nhờ sự trợ giúp của các thuật toán và các phầnmềm máy tính.

Theo hình 1.6a ta thấy nếu tăng độ lệch tâm e thì làm tăng miền mài

mòn không đều Còn nếu giảm độ lệch tâm e thì tăng miền mài mòn đều Mặt

khác khi độ lệch tâm e giảm thì vận tốc tương đối cũng giảm theo, dẫn đến

giảm cường độ mài mòn tức là giảm năng suất gia công Chính vì vậy độ lệch

tâm e cần được chọn hợp lý sao cho đảm bảo độ chính xác và năng suất gia

Trong đó: S – Diện tích tiếp xúc giữa dụng cụ và bề mặt chi tiết.

Thực tế điểm đặt lực không bao giờ nằm trên bề mặt chi tiết mà thường

ở điểm C cách A một đoạn L2 Vì vậy khi tác dụng nó còn sinh ra mômen(M = Ft .L2) tác dụng lên phần chi tiết theo hướng chuyển động và do vậy mà

sự phân bố áp lực là không đều (hình 1.7b) Theo sơ đồ phân bố áp lực thì ởmiền biên chi tiết, áp lực mài là lớn nhất do đó mài mòn ở biên nhanh hơnmài mòn ở tâm chi tiết Để giảm ảnh hưởng của áp lực đến sự mài mòn khôngđồng đều trên bề mặt chi tiết gia công, người ta có thể điều khiển phân bố áplực của lực đè hoặc phải giảm giá trị mômen M bằng cách giảm cánh tay đòntức là đưa điểm đặt lực C về gần với bề mặt gia công hoặc tạo một mômenngược cân bằng với mômen M Lực ma sát (Fms = Fn., - hệ số ma sát giữa

bề mặt chi tiết và dụng cụ) là lực làm mài mòn bề mặt chi tiết quang Do đó

để tăng năng suất hoặc điều chỉnh cường độ gia công ở từng miền khác nhauthì ta có thể thay đổi lực Fn (yếu tố này được sử dụng trong phần điều khiểnyếu tố công nghệ)

1.4.3 Ảnh hưởng của phân bố huyền phù mài và hạt mài [4].

Khi mài nghiền và đánh bóng thuỷ tinh, hạt mài đóng vai trò như cáclưỡi cắt phá huỷ bề mặt gia công gây ra mài mòn bề mặt Mức độ phá huỷ tuỳthuộc vào kích thước hạt, độ cứng và hình dạng Để có thể cắt gọt bề mặt thuỷtinh trong nguyên công mài nghiền dùng các hạt có độ cứng cao như Al2O3,SiC còn để đánh bóng người ta thường dùng các loại hạt có độ cứng thấp hơn

như: ô-xyt sắt Fe 2O3 (bột đỏ), ô-xyt cerium CeO 2 (bột trắng)

Hạt mài sử dụng trong mài nghiền và đánh bóng thuỷ tinh thường ởdạng hỗn hợp với chất lỏng được gọi là huyền phù Chất lỏng dùng khi đánhbóng thuỷ tinh là nước, vì khi dùng các chất lỏng có độ nhớt lớn hơn sẽ cảntrở chuyển động của hạt mài, làm giảm năng suất mài Người ta đã xác địnhrằng thừa hoặc thiếu chất lỏng đều gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặtgia công Nếu thừa chất lỏng, số lượng hạt mài giảm làm tăng áp lực lên mỗihạt mài, hạn chế chuyển động của nó, làm cào xước bề mặt thuỷ tinh Nếuthiếu chất lỏng, số lượng hạt mài tăng, các hạt mài chèn ép lên nhau, chuyểnđộng tự do của chúng cũng bị hạn chế vì thế cũng gây xước bề mặt chi tiết giacông Nồng độ huyền phù khi ở mức bão hoà thì không ảnh hưởng đến cường

độ mài mòn

Chất lỏng đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia công thuỷ tinh.Chất lỏng không những có tác dụng bôi trơn, giảm ma sát, phân phối hạt mài,giảm nhiệt độ, mà còn làm tăng các vết nứt, đẩy nhanh việc tách các mảnhthuỷ tinh ra khỏi bề mặt gia công Phương pháp cấp bột mài bằng bơm tuầnhoàn theo chu kỳ với độ thích hợp thì quá trình mài mòn không bị ảnh hưởng.Nếu tốc độ lớn gây áp suất thuỷ tĩnh còn nếu tốc độ nhỏ không tạo điều kiệnphân bố hạt mài trên bề mặt chi tiết gia công

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

- Nồng độ huyền phù

T- Khối lượng bột mài

H- Khối lượng nước

Khoảng tối ưu của tỷ lệ giữa nước và bột là H:T = 36 Với tỷ lệ này,cường độ gia công thuỷ tinh là lớn nhất (hình 1.8) Tỷ lệ này thay đổi khidùng các kích thước hạt khác nhau với kích thước hạt từ 2050 àm thì H:T =410; với kích thước hạt từ 2014 àm và nhỏ hơn thì H:T = 35

TN

cm /ph 3

H:TQ

Hình 1.8: 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 suấtgia công Điều dễ nhận thấy là độ hạt càng lớn thì lượng mài mòn thuỷ tinhcàng nhiều, nhưng chất lượng bề mặt càng kém đi

Như đã nói ở trên do kích thước của một loại hạt mài không hoàn toànbằng 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 thôngqua hạt mài Nếu trong một loại hạt mài các kích thước lớn hơn gấp 4 lần kíchthước hạt cơ bản chiếm nhiều hơn 5% thì chúng sẽ gây xước bề mặt, nếu íthơn 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

1.5 Thông số điều chỉnh trong nguyên công mài nghiền và đánh bóng bề mặt phẳng chi tiết quang.

1.5.1 Sơ đồ phân bố lượng dư gia công [5]

Trong công nghệ mài nghiền bề mặt phẳng chi tiết quang sơ đồ phân bốlượng dư gia công của chi tiết có ba dạng như sau:

- Lớp lượng dư gia công có chiều dày lớn nhất ở đỉnh (hình 1.9a)

- Lớp lượng dư gia công có chiều dày lớn nhất ở biên (hình 1.9b)

- Lớp lượng dư gia công có chiều dày bằng nhau (hình 1.9c)

Chiều dày lớp lượng dư gia công luôn luôn lớn hơn chiều dày z* nhỏnhất Thể tích lớp lượng dư được tách khỏi bề mặt chi tiết gia công cũng lớnhơn thể tích nhỏ nhất

Hình 1.9: Sơ đồ phân bố lượng dư khi mài nghiền bề mặt phẳng

Trong nguyên công đánh bóng chi tiết quang, độ chính xác bề mặt củacác linh kiện như thấu kính, bản mặt song song thường nhỏ hơn 0.3 m Để

đo được các sai số nhỏ như vậy bắt buộc phải sử dụng các phương pháp đo

dựa trên nguyên lý giao thoa ánh sáng Ở đây các vân giao thoa Newton (hay

thường được gọi là lỗi vòng quang) là đại lượng xác định sự sai lệch của bềmặt sản phẩm so với bề mặt chuẩn của dưỡng mẫu hoặc của máy đo giaothoa.[5]

Trong quá trình đánh bóng chi tiết quang thường gặp 2 trường hợpphân bố lượng dư thường gặp sau:

a> Lỗi vòng quang thấp

Lúc này khe hở xuất hiện ở vùng giữa thấu kính và do vậy chiều dàykhe hở giảm dần từ tâm đến rìa của thấu kính Nếu quan sát ở ánh sáng khảkiến (ánh sáng trắng) ta có phân bố các màu vân sau: vàng - đỏ - xanh (Hình 1.10a)

b> Lỗi vòng quang cao: Lúc này khe hở xuất hiện ở vùng rìa ngoài thấu

kính, chiều dày khe hở tăng dần từ tâm đến rìa Nếu quan sát ở ánh sáng trắng

ta có phân bố các vân màu ngược lại với trường hợp trên như sau: xanh đỏ vàng (Hình 1.10b)

-Số lượng và hình dạng của các vân giao thoa trong trường đó là một đạilượng đặc trưng cho sai số độ cầu bề mặt sản phẩm so với giá trị cần đạt (bềmặt dưỡng)

Hình 1.10: Sơ đồ phân bố lượng dư khi đánh bóng

1- Sản phẩm, 2 - Dưỡng đo kiểm

Trong trường hợp độ chính xác chi tiết rất cao (dưới 1 vòng quang) thìlỗi vòng quang là rất nhỏ thì vân giao thoa là các vạch gần như song song vớinhau (Hình 1.11) Lúc này lỗi vòng quang được tính theo công thức sau:

m= h

Ở đây:

m - Số lượng các vân giao thoa có cùng màu sắc nằm trên nửa thiết diện tròn

h - Đại lượng đặc trưng cho độ cong của vân và chính là khoảng cách từ tâm

đến rìa

a- Khoảng cách giữa hai vân liên tiếp tính từ tâm

Hình 1.11: Cách tính toán lỗi vòng quang cho m<1.

Sơ đồ phân bố lượng dư dùng làm cơ sở để điều chỉnh cường độ giacông Theo sơ đồ phân bố lượng dư người ta chọn các thông số hình học củadụng cụ và điều chỉnh máy Tuỳ theo sơ đồ phân bố lượng dư người ta xácđịnh số lần chuyển dao và chương trình gia công tương ứng nhằm đạt độchính xác gia công của chi tiết

Trong các vùng có chiều dày lớp lượng dư lớn, chương trình cần phải

có cường độ gia công lớn và ngược lại Thông thường tính toán chương trìnhmài nghiền và đánh bóng hợp lý sẽ rút ngắn thời gian gia công

1.5.2 Hệ số điền đầy bề mặt [4]

Trong quá trình mài nghiền mặt phẳng chi tiết quang bề mặt dụng cụ cóthể được điền đầy hoàn toàn hoặc bị cắt khuyết đi Như vậy khả năng tiếp xúcthực tế của bề mặt dụng cụ và chi tiết chỉ xảy ra ở những phân tố diện tíchđược điền đầy bề mặt (guốc nghiền hoặc đánh bóng) mà không xảy ra ởnhững chỗ khuyết Hình dạng khuyết của bề mặt dụng cụ được đặc trưngbằng hệ số điền đầy bề mặt dụng cụ R

Hệ số điền đầy bề mặt blốc chi tiết được tính toán khi khảo sát độ mòncủa bề mặt dụng cụ Phương pháp tính tương tự như tính hệ số điền đầy bềmặt dụng cụ nghiền R (hình 1.12)

Hình 1.12: Sơ đồ tính hệ số điền đầy bề mặt dụng cụ mài nghiền.

Nếu miền vành phẳng của dụng cụ được điền đầy bởi guốc nghiền códiện tích là R thì hệ số điền đầy được tính theo công thức:

Trong đó: R – Bán kính trung bình của miền vành

R – Chiều rộng của miền vành

n - Số guốc nghiền nằm trên miền vành

R - Diện tích guốc nghiền nằm trên miền vành

Hệ số điền đầy là đại lượng không thứ nguyên: 0 < R  1

- Khi R = 1 bề mặt dụng cụ được điền đầy hoàn toàn và diện tích tiếp xúcthực tế với chi tiết là lớn nhất

- Khi R < 1 bề mặt dụng cụ bị khuyết, diện tích tiếp xúc với chi tiết thực tế sẽnhỏ hơn (dùng để điều chỉnh hệ số phủ)

Tương tự như quá trình mài nghiền, quá trình đánh bóng mặt phẳng chitiết quang, bề mặt dụng cụ có thể được điền đầy hoàn toàn hoặc bị cắt khuyết

đi (hình 1.13)

Hình 1.13: Hình dạng bề mặt làm việc của dụng cụ đánh bóng.

Để tính hệ số điền đầy bề mặt người ta chia dụng cụ thành những miềnvành có kích thước bằng nhau.Trên cơ sở quy luật phân bố của các guốc đánhbóng đã chọn, xác định tổng diện tích của chúng trong từng miền vành bằngphương pháp hoạ đồ và dụng cụ đo diện tích

Hệ số điền đầy thể hiện khả năng tiếp xúc thực tế giữa dụng cụ và chitiết trong quá trình gia công Do đó nó ảnh hưởng đáng kể đến cường độ màimòn bề mặt chi tiết gia công Nó là yếu tố độc lập mà ta có thể chủ động điềuchỉnh được, nên nó được dùng làm yếu tố điều chỉnh có hiệu quả cường độmài mòn bề mặt gia công

Khi tiến hành gia công blốc chi tiết thì bề mặt gia công cũng được điềnđầy bởi một số chi tiết theo quy luật xác định Như vậy bề mặt gia công cũng

có những phần khuyết Hình dạng khuyết của bề mặt blốc chi tiết cũng đượcđặc trưng bằng hệ số điền đầy R.

Hệ số điền đầy bề mặt blốc chi tiết được tính toán khi khảo sát độ mòncủa bề mặt dụng cụ Phương pháp tính tương tự như tính hệ số điền đầy bềmặt dụng cụ nghiền R

1.5.3 Hệ số phủ [4]

Hình 1.14: Xác định hệ số phủ và hệ số vận tốc.

Cùng với quỹ đạo và vận tốc tương đối, hệ số phủ là thông số ảnhhưởng tới quá trình công nghệ Bản chất của hệ số phủ là thể hiện khả nănggia công của bề mặt dụng cụ so với bề mặt chi tiết trong thời gian gia công.Những vùng bề mặt chi tiết không được phủ thì không thể xảy ra quá trình cắtgọt Trong luận văn này ta sẽ tiến hành phân tích hình học, động học, sự tiếpxúc của bề mặt chi tiết và dụng cụ, làm cơ sở tính hệ số phủ và điều chỉnhđộng học máy

Khả năng và cường độ tác dụng lên các miền vành chi tiết của dụng cụtrong chu kỳ gia công bằng phương pháp nghiền tự do được biểu thị nhờ hệ sốphủ

Trên hình 1.14 cung M1¿M2 trên miền vành bán kính r của chi tiết,

được phủ bởi miền vành của dụng cụ có chiều rộng R = R 2 – R1

Trong trường hợp đơn giản nhất nếu tay quay của máy cố định  = 0 , thì tốc dẫn động khâu trên cố định và tâm O 2 cách tâm của khâu dưới O 1 một

khoảng không đổi O 1O2 = e = const, bằng độ lệch của các tâm O1 và O2

Miền vành chi tiết bán kính r được phủ bởi dụng cụ chỉ trên phần

M1¿M2=ϕ.r Tỷ số chiều dài đoạn này với chiều dài nửa cung .r được gọi là

hệ số phủ S, khi khâu trên không dịch chuyển

2 re , ϕ1=arccose

2+r2−R12

Máy mài nghiền và đánh bóng có khâu trên dịch chuyển, gia công hơn

90% các chi tiết quang Độ lệch tâm e và hệ số phủ S r là đại lượng biến đổi

theo thời gian e = f(t) và S r = f(t) Khoảng 90% trường hợp gia công các chi

tiết quang sử dụng khâu trên lắc đối xứng qua O 3O1

e=emaxcosωt= L

Chiều dài cung M1¿M2 thay đổi trong một chu kỳ theo thời gian t Hệ số phủ

Sr, khi khâu trên dịch chuyển được gọi là giá trị tích phân trung bình

Theo lý thuyết tính giá trị trung bình của hàm số ta có

Trong đó:

T – Chu kỳ tay quay

Giá trị Sr và S r cho thấy quan hệ thời gian gia công phôi trong các miềnvành bán kính r khác nhau

Khái niệm “ hệ số phủ” chỉ được sử dụng đối với gia công bằngphương pháp mài nghiền tự do

của dụng cụ lên phôi không xảy ra

Để tính hệ số phủ Sr vµ Sr lập bảng, biểu diễn độ lệch tâm e và e

max

của các miền vành của phôi bán kính r và miền vành của dụng cụ R, R 2 , R1

dạng không thứ nguyên, theo đơn vị tỷ lệ kích thước

Dmax

2 , tức là một nửađường kính phôi (dụng cụ) Sau khi tính tích phân hệ số phủ Sr vµ Sr được

dùng để tính toán chương trình động học tách lượng dư và thay đổi bề mặt chitiết gia công

Nhược điểm của phương pháp này là phải phân biệt rõ các trường hợp:khâu trên cố định hay dịch chuyển, tính đối xứng của tâm đĩa gá so với tâmđĩa mài Sau khi tính tích phân và các biểu thức gần đúng đối với từng trườnghợp cụ thể, rồi lập bảng

Phương pháp trình bày ở trên gặp khó khăn khi tính hệ số phủ đối với

cơ cấu cụm trên có sử dụng cơ cấu đòn bản lề của máy mài nghiền đánh bóngchi 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 thịbiểu diễn đường cong hệ số phủ trong một chu kỳ tay quay và các giá trịchính xác Cho phép ứng dụng đối với lớp cơ cấu cụm trên có sử dụng cơ cấuđòn bản lề của máy mài nghiền và đánh bóng chi tiết quang, nhằm mục đíchphục 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 vớiphôi 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 củadụng 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 M1¿M2 (hình 1.14) được phủ bởi miền

vành của dụng cụ, véc tơ vận tốc tương đối V td

M

là tổng các véc tơ vận tốcquay của dụng cụ ω1MO1 , vận tốc quay của chi tiết ω2MO2 và vận tốc

lắc của chi tiết ω3MO3 :

(1.13)

Vận tốc tương đối V td M 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 cungkhác

Vtd M= ω1MO1+ ω2MO2+ ω3MO3

Nếu chi tiết không dịch chuyển vận tốc | ω3MO3|=0 , thì giá trị của véc tơ

V td M thay đổi trên đoạn cung M1¿M2 , nhưng không thay đổi theo thời gian.

Cường độ nghiền tự do không phụ thuộc vào hướng véc tơ vận tốc tương đối

V td M và tỷ lệ thuận với mô đun V td M – giá trị trung bình của nó dọc theo

cung M1¿M2 .

Tỷ số mô đun giá trị trung bình véc tơ vận tốc tương đối V td

M trên

vùng r của chi tiết, được phủ bởi dụng cụ với giá trị cực đại của vận tốc dài

const, tức là khi khâu trên không dịch chuyển:

 - Đại lượng độc lập được chọn tuỳ ý

Nếu khâu trên dịch chuyển thì chiều dài cung M1¿M2 trong chu kỳ T

thay đổi theo thời gian Khi đó theo lý thuyết trung bình:

V td r=

∫0

Trong đó V td r là giá trị trung bình theo cung M1¿M2 và theo thời

gian t của mô đun véc tơ vận tốc làm việc tương đối V td M , 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:

V(r)= V td r

Các giá trị V ( r ) vµ V ( r ) phụ thuộc vào hệ số phủ Sr vµ Sr của miền vành r

và khi Sr= Sr=0 và giá trị Vr= Vr= 0 .

Giá trị hệ số vận tốc V ( r ) vµ V ( r ) 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 phápmài nghiền tự do

Các giá trị V ( r ) vµ V ( r ) 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 chúngtrên bề mặt dụng cụ

1.5.5 Hàm phân bố cường độ gia công

Công mài nghiền A r trong vùng bán kính r của phôi:

Ar= n Fr.Vtd r tr (1.19)

Trong đó:

t r – Thời gian gia công trung bình vùng bán kính r trong chu kỳ T.

V td r – Vận tốc làm việc trung bình trong vùng bán kính r sau chu kỳ T.

F r – 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.

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 vàothời gian tiếp xúc thực tế giữa bề mặt dụng cụ và chi tiết, nó được đặc trưngbằng hệ số phủ bề mặt S r Vậy để hình thành được bề mặt chi tiết theo yêucầu trong nguyên công mài nghiền và đánh bóng ta phải điều chỉnh sao chotích hệ số phủ và vận tốc tương đối V r S r 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 ứngdụng vào thực tế ở nước ta còn ít mà chủ yếu là dựa vào kinh nghiệm củangười thợ

Từ công thức tính công mài nghiền A:

Ta thấy để tăng năng suất mài thì phải điều chỉnh cường độ 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 h= χ i.∑

Từ hình 1.15 cho ta thấy đường cường độ gia công (3) là một hàm sốtrơn, 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 chophương 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 màilớn (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 tạohình 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 thểthay 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 màihiện đại trên thế giới là rất cần thiết Yêu cầu của chúng ta là thiết kế nhữngmáy mài kính quang học trên những chỉ tiêu sau:

+ Tiếp cận với những hệ thống máy mài hiện đại trên thế giới sau đóchọn ra loại máy phù hợp với điều kiện gia công quang học ở nước ta

Theo nghiên cứu của một số tác giả về quỹ đạo chuyển động tương đốicủa một điểm bất kỳ trên đĩa gá chi tiết đối với đĩa mài phải theo quy luật nhưsau [4]:

- Quỹ đạo chuyển động tương đối sẽ không trùng lặp khi các tỷ số truyềngiữa trục tay quay - trục đĩa gá (k1) và giữa trục đĩa gá - trục đĩa mài (k-2) đều là một số vô tỷ

- Quỹ đạo chuyển động tương đối sẽ trùng lặp khi nếu một trong hai tỷ sốtruyền k1 hoặc k2 là một số hữu tỷ

- Khi quỹ đạo chuyển động tương đối không trùng lặp thì chất lượng giacông bề mặt chi tiết quang sẽ tốt hơn, bề mặt dụng cụ sẽ được mài mònđều 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 chuyểnđộng tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá trên bề mặt đĩa mài đềuhơn, thời gian phủ nhanh hơn

- Nếu điều chỉnh máy trong trường hợp khâu trên quay cưỡng bức quayngược chiều quay với khâu dưới với k1 là một số vô tỷ hợp lý trongkhoảng 0,9 < k1 < 1 ứng với k2 = - 0,5; 1,5 thì phân bố quỹ đạo chuyểnđộng tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá trên bề mặt đĩa mài đềuhơn

Do vậy khi thiết kế máy và điều chỉnh máy để đảm bảo chất lượng tạohình 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 giacông quang học ở nước ta và đặc biệt đáp ứng cho nhu cầu thí nghiệm củaXưởng 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 kínhD>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

>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

- Cơ cấu kém linh hoạt không thích hợp cho gia công chi tiết cóđường 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 phẩmkhông 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 lắcchuyển động mang theo quả nặng chuyển động do đó có lực quán tính, tuỳtheo bán kính cầu Rcầu mà hướng lực quán tính khác nhau Khi đầu tốc ở phíangoài biên thì lực gia công là nhỏ nhất hay nói cách khác là trong một hànhtrình lắc của đầu tốc lực phân bố không đều Lực đè bằng quả nặng khôngđiều 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 đượcdùng 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 chínhxác và độ bền cao, đặc biệt là tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môitrường

Do những ưu điểm vượt trội của phương pháp tạo áp lực mài bằng khínén 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: ⃗P=⃗ F t+ ⃗F n

- 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 (vanđảo 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 ápsuất), cả hai van được điều khiển qua điện áp đầu vào ở đầu vào van đảochiều 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)