Đồ án tốt nghiệp đề tài máy Đánh bóng dụng cụ

Với sự phát triển của công nghệ số hóa, các máy móc dây chuyền tự động được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong nhà máy sản xuất. Để phục vụ nhu cầu thực tiễn trong sản xuất cũng như giảm bớt nhân công lao động, tăng năng suất chất lượng sản phẩm, các doanh nghiệp sản xuất luôn cải tiến công nghệ, xây dựng hệ thống máy theo xu hướng tự động hóa. Nắm bắt được xu thế phát triển đó cùng với những kiến thức quý báu được thầy cô truyền lại sau thời gian học tập tại trường và được sự đồng ý, hướng dẫn của thầy cô nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy trong hệ thống đánh bóng”. Bằng sự cố gắng nỗ lực của nhóm và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của thầy giáo PGS. TS. Hoàng Tiến Dũng, nhóm em đã hoàn thành tốt đề tài được giao. Do kiến thức còn nhiều thiếu sót và thời gian hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm rất mong nhận được những lời nhận xét cũng như các ý kiến của quý thầy cô. Nhóm em xin cảm ơn thầy cô, nhà trường đã tạo điều kiện để chúng em được thực hiện đề tài, tiếp thu thêm nhiều kiến thức hữu ích làm nền tảng vững chắc cho công việc sau này.

TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG MÁY ĐÁNH BÓNG

Khái niệm về công nghệ đánh bóng cơ học

Đánh bóng là một phương pháp dùng để cải thiện chất lượng bề mặt sau khi gia công Giúp tăng tính hoàn thiện và thẩm mỹ cho sản phẩm thông qua việc ứng dụng các công cụ và hạt mài để tạo nên các bề mặt có độ nhám ở cấp độ nano và độ hoàn thiện cao không trầy xước

Phương pháp đánh bóng cơ học là sử dụng hạt mài với vận tốc quay phù hợp để tạo nên độ bóng theo yêu cầu Các hạt mài được sử dụng phổ biến đó là

𝐴𝐿 2 𝑂 3 , Si𝑂 2 , …Quá trình đánh bóng cơ học được thực hiện từ các hạt mài với kích thước lớn đến các hạt mài kích thước nhỏ hơn Để tạo ra được bề mặt bóng mịn Bước cuối cùng trong đánh bóng cơ học là sử dụng các hạt siêu mịn kết hợp với các loại bánh vải, bánh nỉ để tạo nên độ bóng tiêu chuẩn Nói chung đánh bóng siêu chính xác phải là quy trình cuối cùng trong chuỗi quy trình, sau khi tiện hoặc mài

Công nghệ đánh bóng từ tính sử dụng lực hút của từ trường hỗ trợ chuyển động của “kim từ làm sạch” giúp đánh bóng các chi tiết gia công một cách hiệu quả, chính xác trong thời gian ngắn nhất Máy thích hợp với các sản phẩm có kích thước nhỏ, cần xử lý bề mặt tinh xảo; các chi tiết mỏng, dẹt cần xử lý bề mặt sáng, bóng mà không gây ảnh hưởng tới biên dạng ví dụ như: linh kiện điện tử, chi tiết trong các thiết bị kỹ thuật số như máy ảnh, điện thoại, các hạt nhỏ như kíp nổ, đầu đạn trong quân đội

Trong những thập kỷ qua, những phương pháp đánh bóng đã nhận được nhiều nghiên cứu mạnh mẽ nhằm giải quyết những thách thức gặp phải trong các ứng dụng khác nhau, bao gồm các mũi khoan, dao phay lưỡi làm bằng hợp kim, thép gió Để đáp ứng được các yêu cầu cao về độ bóng và cũng như các vật liệu biên dạng bề mặt đánh bóng để giải quyết những khó khăn đó một loạt phương pháp đánh bóng ra đời hai phương pháp chính là đánh bóng cơ học và đánh bóng phi cơ học

3 GVHD: PGS TS Hoàng Tiến Dũng

Mục đích của quy trình đánh bóng Đánh bóng cơ học được dùng để gia công lần cuối cho bề mặt chi tiết đã được định hình, xử lý phần thô… giúp vật thể sáng bóng phù hợp với yêu cầu của người sử dụng Đây là phương pháp sử dụng hạt mài với vận tốc quay phù hợp để tạo ma sát giữa các hạt mài và dụng cụ mài để làm nhẵn dụng cụ

Khi được đánh bóng, bề mặt của các dụng cụ cần đánh bóng sẽ được loại bỏ các khuyết tật giúp giảm tập trung ứng suất Xét về mặt hóa học, loại bỏ các khuyết tật vết xước của dụng cụ tránh được sự dính bám của phoi trên bề mặt làm việc gây ra phản ứng hóa học, hủy bỏ kết cấu ban đầu

Xét về mặt thẩm mĩ, đánh bóng về mặt giúp dụng cụ trở nên sáng bóng hơn, làm tăng giá trị thẩm mĩ Nhờ có quy trình này, các sản phẩm được tiêu thụ thường có tính thẩm mỹ cao, bề mặt mịn, sáng và bóng Cũng chính nhờ vậy mà giá thành của các sản phẩm sau khi đánh bóng sẽ cao hơn và có tính cạnh tranh tốt hơn trên thị trường so với những sản phẩm không được đánh bóng

Chính vì vậy đánh bóng là một bước vô cùng quan trọng của sản phẩm trong quy trình sản xuất trước khi đưa sản phẩm ra thị trường

Hình 1.1 Đánh bóng cơ học bằng phương pháp thủ công

Lịch sử phát triển của công nghệ đánh bóng cơ học

Đánh bóng có lịch sử lâu đời có thể có từ thế kỷ 15, thời kỳ mà đánh nói chung là một công việc được thực hiện thủ công với cát đá tự nhiên Mãi đến những năm 1850, khái niệm ban đầu về máy đánh bóng được đưa ra Chiếc máy như vậy cần sự tham gia chuyên sâu của con người, khiến nó trở thành một nỗ lực bán tự động Với nhu cầu ngày càng cao về các bộ phận chính xác, đặc biệt là từ năm 1900 trở đi, máy nhiều trục đã được phát triển với mục đích đạt được độ chính xác cao hơn Tuy nhiên, người ta thấy rằng không phải lúc nào cũng có thể đảm bảo gia công xác định và các vết nứt trên bề mặt thường được tạo ra Điều này đặc biệt đúng khi đánh bóng các vật liệu cứng như thủy tinh và gốm sứ, nơi lực mài lớn cũng làm biến dạng máy và làm giảm độ chính xác của máy cũng như độ mòn dụng cụ cao.

Phân loại các phương pháp đánh bóng

1.3.1.1 Đánh bóng hỗ trợ siêu âm Đánh bóng hỗ trợ siêu âm là một phương pháp xử lý không dùng nhiệt, không dùng hóa chất và không dùng điện, được thiết kế để tránh thay đổi vật liệu, cấu trúc vi mô và tính chất hóa học Nó có nhiều ưu điểm, như hiệu quả cao, lực cắt thấp và chất lượng bề mặt cao

Hình 1.2 Lịch sử hình thành máy đánh bóng

5 GVHD: PGS TS Hoàng Tiến Dũng Đánh bóng hỗ trợ siêu âm là một quá trình tích hợp rung siêu âm và đánh bóng cơ học Trong quá trình đánh bóng có hỗ trợ siêu âm, một chất bùn bao gồm chất mài mòn đánh bóng trong môi trường lỏng như nước khử ion được dẫn lên bề mặt và bị cuốn vào giữa bề mặt và miếng đánh bóng Áp suất giữa miếng đệm và bề mặt được kiểm soát bởi tốc độ quay của vật liệu và miếng đệm Với rung động siêu âm của miếng đánh bóng và đầu, các hạt mài liên tục tác động, cày và làm xước bề mặt với một tần số và biên độ nhất định Các tác động chính trên bề mặt là tác động cứng, thủy lực tác động và hiệu ứng xâm lấn Nó dẫn đến các phản ứng khác nhau ở bề mặt hoặc dưới bề mặt chẳng hạn như dòng chảy và đứt gãy vật liệu bao gồm cả việc loại bỏ vật liệu theo cơ chế để tạo ra bề mặt được đánh bóng

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đánh bóng bao gồm các đặc tính mài mòn như hình dạng mài mòn, lực cắt, tốc độ cắt và các đặc tính vật lý, cơ học và thậm chí cả cấu trúc vi mô của vật liệu bề mặt

Hình 1.3 Sơ đồ máy đánh bóng hỗ trợ siêu âm

Như thể hiện trong Hình 1.3, hệ thống đánh bóng có hỗ trợ siêu âm bao gồm máy phát siêu âm, đầu dò siêu âm, còi siêu âm và dụng cụ đánh bóng Máy phát siêu âm, thường được gọi là nguồn cung cấp năng lượng siêu âm, chuyển đổi nguồn điện xoay chiều chính thành điện áp kích thích tần số cao cho đầu dò áp điện siêu âm dẫn đến đầu vào tần số cao cho còi siêu âm Chức năng chính của còi siêu âm là khuếch đại biên độ dịch chuyển hoặc vận tốc của đầu dò và tập trung năng lượng ở đầu dụng cụ

Việc áp dụng đánh bóng hỗ trợ siêu âm không bị giới hạn bởi đặc điểm vật chất Trong quá trình bóng, lực cắt của vật liệu mài nhỏ và những thay đổi dưới bề mặt được giảm thiểu bao gồm ứng suất dư trên bề mặt đánh bóng Vì rung động siêu âm có thể làm giảm trở kháng đánh bóng giống như lực cảm trở chuyển động tương đối giữa vật liệu mài mòn và vùng được đánh bóng, nó làm tăng đáng kể tốc độ tương đối giữa vật liệu mài mòn và bề mặt, rút ngắn thời gian đánh bóng và cải thiên hiệu quả làm việc Ngoài ra, các chất mài mòn được phân mảnh thành các hạt nhỏ hơn có kích thước tương đương, là quá trình mài sắc và góp phần nâng cao hiệu quả đánh bóng, điều này cũng dẫn đến lực cắt ổn định hơn và các vết xước trên bề mặt đồng đều hơn đảm bảo bề mặt mịn hơn Đánh bóng hỗ trợ siêu âm có thể dễ dàng điều chỉnh đầu vào năng lượng và biên độ rung của các công cụ đánh bóng Khi đánh bóng các vật liệu cứng và giòn, có thể dễ dàng loại bỏ độ dẻo và giảm vết nứt bề mặt

Do đó, đánh bóng bằng diêu âm có thể được sử dụng làm quy trình xử lý cuối cùng cho khuôn bằng vật liệu cứng giòn, đạt được độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công tốt

Việc đánh bóng hỗ trợ siêu âm không bị giới hạn bởi vật liêu đạt được chất lượng bề mặt tooits mà không có nhiều thay đổi về tổ chức Mặt khác, đánh bóng hỗ trợ siêu âm có yêu cầu nghiêm ngặt với các dụng cụ Còi siêu âm được thiết kế theo đầu đánh bóng Sự cổng hưởng của đầu đánh bóng với bộ tạo rung được người vận hành sửa lỗi, việc này cần một thời gian

Với các cơ chế loại bỏ xác định hơn, đánh bóng vòm được sử dụng rộng rãi trong xử lý khuôn quang học Đánh bóng vòm sử dụng một công cụ đánh bóng nhỏ hơn phôi để đánh bóng một phần bề mặt và đạt được “sự hội tụ lỗi hình dạng” Nó được coi là một quá trình đánh bóng hiệu quả cao vì lý do này

“Dụng cụ” đánh bóng vòm là một túi khí hình cầu (“quả bóng bay”) là một lớp vải dệt kim dẻo và cao su Đây là chất nền cho “màng đánh bóng”, góp phần thêm vào sự ổn định hình dạng khi được bơm căng như thể hiện trong Hình 1.3

Trong quá trình đánh bóng vòm, chất mài mòn trong dung dịch đánh bóng được vận chuyển vào khu vực giao diện giữa màng đánh bóng và bề mặt phôi Cơ chế được gán là một trong những loại bỏ vật liệu do mỏi dưới tác động của các hạt mài tuần hoàn cải thiện dần độ nhám bề mặt phôi Có thể đạt được hiệu quả đánh bóng và chất lượng bề mặt cao bằng cách điều chỉnh áp suất bơm túi khí và tốc độ trục chính

Trong đánh bóng vòm có rất nhiều yếu tố gây ảnh hưởng đến chất lương hoàn thiên của bề mặt sau khi đánh bóng như các yếu tố ảnh hưởng về lực cắt, kích thước mài mòn, mài mòn dụng cụ và điều kiện bề mặt trong quá trình đánh

Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc của công cụ đánh bóng vòm

8 GVHD: PGS TS Hoàng Tiến Dũng bóng vòm Một số nghiên cứu chỉ ra rằng kích thước mài mòn, tốc độ quay dụng cung và tình trạng bề mặt dụng cụ có thể ảnh hưởng đến lực và hệ số ma sát, ảnh hưởng hơn nữa đến việc loại bỏ vật liệu

Có ba tùy chọn cho đầu mài khi đánh bóng vòm như trong Hình 1.5 Trong Hình 1.5a, trục quay của túi khí vuông góc với bề mặt phôi, tạo thành vết đánh bóng tròn Hình 1.5b góc giữa trục quay của túi khí và phương pháp tiếp tuyến của phôi thường là 15−20°, tạo thành một vệt đánh bóng lệch tâm

Sự hội tụ xử lý ở đây tương đối mạnh nên biến thể này đã được sử dụng rộng rãi trong đánh bóng chính xác Trong hình 1.5c, có hai trục quay; một phương vuông góc với phôi bề mặt và cái kia có một góc nhất định với bề mặt bình thường Tuy nhiên, thân quay thường là một cấu trúc không cân bằng và không phải lúc nào cũng có thể duy trì sự ổn định của vị trí đầu mài Do đó, nó vẫn chưa được sử dụng rộng rãi

Công nghệ đánh bóng vòm được phát minh ra từ những năm 2000, do phạm vi loại bỏ được kiểm soát lớn, nó có thể đạt được hiệu quả đánh bóng nhanh chóng với hiệu quả loại bỏ cao và sửa đổi chính xác với lượng loại bỏ nhỏ Với công nghệ này chỉ mất 167 phút để loại bỏ lớp khuyết tật 10 μm trên bề mặt phôi gia công hình lục giác có đường kính hiệu dụng 1m

Hình 1.5 Phương pháp đánh bóng vòm

Đánh giá bề mặt dụng cụ sau khi đánh bóng

Hình 1.15 Hình ảnh bề mặt trước và sau khi đánh bóng Laser

Trong đánh bóng chính xác yếu tố quyết định đến một vật có đạt được độ bóng cũng như yêu cầu kỹ thuật đó là độ nhám bề mặt Độ nhám bề mặt được đánh giá bằng phương pháp biên dạng bao gồm độ lệch trung bình số học (Ra) của đường cao tối đa (Rz) của đường bao và độ lệch bình phương trung bình gốc (Rq) Phương pháp diện tích cũng được sử dung để đánh giá, bao gồm, chiều cao trung số học (Sa), chiều cao bề mặt lớn nhất(Sz) và chiều cao bình phương trung bình gốc (Sq)

Dựa vào hình 1.15 kết quả phân tích bề mặt của đánh bóng laser trước và sau khi đánh bóng của nhà nghiên cứu Jiangsu University Tất cả độ nhám biên dạng của mẫu thử được đo song song và thẳng đứng với hướng đánh bóng bằng laser, được đánh dấu bằng mũi tên đỏ trong hình 1.15b Hướng của đường lắng đóng FDM được đánh dấu bằng mũi tên trắng trong hình 1.15a Trước khi đánh bóng bằng laser, độ nhám bề mặt theo hướng song song cao hơn và thẳng đứng so với hướng đánh bóng bằng laser Điều này có thể là do hướng lắng đọng cầu chì thẳng đứng với hướng đánh bóng laser và có nhiều đỉnh và thung lũng giữa các cầu chì liền kề Mộ số điểm nhấn lưu ý rằng sau khi đánh bóng bằng laser, độ nhám theo hướng thẳng đứng cao hơn và song song với hướng đánh bóng laser cho tất cả các vật mẫu Sau khi các mẫu vật được xử lý sau bằng đánh bóng laser, độ nhám bề mặt giảm đáng kể Dự trên phân tích hình ảnh trên cho thấy độ nhám bề mặt giảm tối đa là 90,4% đạt được nhờ công suất laser tương đối thấp và đường kính chùm tia laser lớn, cho thấy việc lựa chọn các thông số quy trình đánh bóng phù hợp có ảnh hướng lớn đến chất lượng bề mặt Các địa hình bề mặt 3D thể hiện các cấu trúc bề mặt khác nhau

Với phương pháp đánh bóng bằng chùm tia ion áp dụng trên bề mặt kim loại bao gồm cả loại năng lượng thấp (~2 keV) và năng lượng cao (~200 keV) Đánh bóng chùm ion còn được gọi là khắc chùm ion hoặc phay chùm ion Đánh bóng bằng tia ion năng lượng thấp không tạo ra nhiệt và do đó về nguyên tắc là

Hình 1.16 Hình ảnh bề mặt trước và sau khi đánh bóng bằng tia ion

23 GVHD: PGS TS Hoàng Tiến Dũng khác với các phương pháp dựa trên tia laser và điện tử Quá trình đánh bóng bằng chùm ion năng lượng thấp khai thác các va chạm đàn hồi giữa các ion tới và hạt nhân nguyên tử của lớp bề mặt, truyền động năng và dẫn đến sự phún xạ của các nguyên tử khỏi bề mặt phôi Cơ chế loại bỏ trong quá trình đánh bóng bằng chùm ion phụ thuộc vào việc tăng nội năng của từng nguyên tử Để tách một nguyên tử khỏi mạng tinh thể, năng lượng bên trong của nó phải được tăng lên vượt quá năng lượng tự do Helmholtz ở bề mặt vật liệu, và điều này đạt được bằng cách cung cấp động năng thông qua bắn phá ion Năng lượng cần thiết để loại bỏ phải vượt quá tổng năng lượng liên kết mạng và năng lượng rào cản bề mặt chùm ion đánh bóng đã được chứng minh với độ chính xác ở quy mô sub-nm Tuy nhiên, do hiệu quả thấp của quy trình đánh bóng bằng chùm ion, nên việc đánh bóng với độ chính xác cao sử dụng năng lượng thấp như vậy có thể không thực tế Ti–6Al–4V được hoàn thiện bằng máy móc ở độ nhám trung bình ~0,2 μm được hoàn thiện bằng quá trình đánh bóng bằng chùm tia ion dòng điện cao Mặc dù bề mặt đã được đánh bóng trước đó, độ nhám trung bình 53 nm Ra được tạo ra sau khi đánh bóng bằng chùm ion (60 phút) Ưu điểm của phương pháp này là công nghệ đánh bóng không tiếp xúc nên bề mặt sẽ không bị biến dạng do ứng suất sai số ít do dụng cụ đánh bóng và bề mặt phôi không khớp nhau, một công nghệ đánh bóng xác định Với phương pháp này cũng có một số nhược điểm như cần dụng cụ đánh bóng đắt tiền Chuyển độ của chùm ion có thể không được kiểm soát dễ dàng, điều này có thể cần được chú ý nhiều hơn

Hình 1.17 Điện thế anốt điển hình cho một kim loại trong chất điện phân

Với đánh bóng điện phân được áp dụng rộng rĩa cho kim loại để loại bỏ các khuyết tật bề mặt khi gia công, bằng cách làm phẳng các địa hình, loại bỏ cặn oxit và các tạp chất bề mặt khác, đồng thời loại bỏ các lớp bị ảnh hưởng về cấu trúc vi mô Việc hoàn thiện như vậy có thể làm giảm sự xuất hiện bề mặt của các chất khởi tạo điểm mỏi, cải thiện khả năng chống ăn mòn và loại bỏ các ứng suất dư phát sinh từ quá trình xử lý trước đó Việc loại bỏ này dựa trên ăn mòn điện hóa và các phản ứng hòa tan anot của vật liệu phôi Trong nguyên cứu của Mowat (1950) đã phân tích cơ chế đánh bóng điện phân theo các hiện tượng trong quá trình đánh bóng Họ đã giải thích tránh sự hình thành các hình ăn mòn trên bề mặt được làm nhẵn, trong đó lớp dung dịch bão hòa và chất rắt tương đối dày, di dộng hình thành trước màng thụ động tạo ra, và trong quá trình đánh bóng bằng điện tiếp tục hình thành với thành phần biến đổi và tiêu tan sau đó Đánh bóng điện phân bị ảnh hưởng bới nhiệt độ, thời gian đánh bóng, mật độ đánh bóng và độ nhám bề mặt trước khi đánh bóng Nếu bề mặt thô rát trước khi đánh bóng thể độ nhám có thể tăng lên sau khi đánh bóng Trong quá trình đánh bóng, nhiệt độ và mật độ dòng điện tăng theo thời gian

25 GVHD: PGS TS Hoàng Tiến Dũng đánh bóng Nếu mật độ dòng điện thấp thì chỉ có sự ăn mòn điện hóa Mật độ dòng điện trong đánh bóng thường là 5,0–5,5 A/𝑚 2 Các nhà nghiên cứu đã cố gắng tìm ra các thông số quy trình phù hớp để cải thiện độ nhám mà độ ăn mòn không đồng đều cho một số vật liệu như thép trong quá trình đánh bóng điện phân Họ phát hiện ra độ nhám bề mặt được cải thiện gấp ba lần và độ ăn mòn đồng đều được cải thiện 60% với khoảng cách điện phân 5mm và thời gian đánh bóng là 5 phút

Phôi được ngâm vào dung dịch mài mòn và đặt trong trường siêu âm cùng nhau Đối với dao động siêu âm, chất mài mòn trên bề mặt phôi có thể mài và đánh bóng Lực gia công siêu âm nhỏ để không gây biến dạng của phôi, nhưng việc chế tạo và lắp đặt dụng cụ rất khó khăn Đánh bóng siêu âm có thể kết hợp với phương pháp hóa học hoặc điện phân Sau khi dung dịch ăn mòn và điện phân, dung dịch được khuấy và sau đó rung siêu âm được áp dụng, do đó chất tan trên bề mặt phôi khuôn sẽ rời ra

Hình 1.18 Bề mặt và độ nhám thấu kính quang học trước và sau khi đánh bóng siêu âm

26 GVHD: PGS TS Hoàng Tiến Dũng Đánh bóng hỗ trợ siêu âm là phương pháp xử lý không dùng nhiêt, không dùng hóa chất và không dùng điện, được thiết kế để tránh thay đổi vật liệu, cấu trúc vi mô và tính chất hóa học Bề mặt sau đánh bóng siêu âm thường đạt được hiệu quả cao Trong một nghiên cứu về đánh bóng hỗ trợ siêu âm trong lĩnh vực quang học của (Northeastern University) Thấu kính thủy tinh được đánh bóng bằng cách đánh bóng có hỗ trợ rung siêu âm bằng chất lỏng nguyên tử hóa siêu âm và có thể đạt được chất lượng bề mặt tốt nhất bằng cách đo Một thí nghiệm đánh bóng thấu kính toàn bộ đã được thực hiện Và hình thái và độ nhám bề mặt được đo bằng kính hiển vi laser đo 3D Hình thái bề mặt của thấu kính quang học trước khi đánh bóng được thể hiện trong hình 1.19(a) Độ nhám bề mặt của thấu kính quang học trước khi đánh bóng được thể hiện trong hình 1.19 (b), độ nhám bề mặt của thấu kính thủy tinh quang học là 3,079μm Có thể thấy rằng bề mặt của thấu kính quang học tương đối thô Hình thái bề mặt của thấu kính quang học sau khi đánh bóng được thể hiện trong hình 1.19(c), có thể thấy rằng bề mặt của thấu kính quang học nhẵn và phẳng Như thể hiện trong hình 1.19 (d), độ nhám bề mặt của thấu kính thủy tinh quang học sau khi đánh bóng có thể đạt tới 2 nm Ngược lại, có thể thấy rõ rằng chất lượng bề mặt của thấu kính thủy tinh được đánh bóng được cải thiện rõ rệt

Phương pháp đánh bóng vòm đã được chứng minh là đạt được độ hoàn thiện siêu chính xác trên vật liệu quang học và được sử dụng rộng rãi như niken không điện phân, sự giã nở nhiệt thấp Các nghiên cứu chỉ ra rằng độ nhám bề mặt và tốc độ loại bỏ vật liệu bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố bao gồm áp suất không khí, tốc độ trục chính, loại đệm Một số nghiên cứu đã chỉ ra được hiệu quả của đánh bóng và được thể hiện ở hình 1.19(b) Độ sâu loại bỏ có thể nằm trong khoảng từ 0,1 μm đến 2 μm Một lợi ích từ việc loại bỏ ổn định trong khu vực khẩu độ phụ là quy trình đánh bóng này không chỉ có thể thực hiện loại bỏ đồng đều ở mọi nơi trên phôi mà còn thực hiện hiệu chỉnh hình thức xác định hình 1.19(c) cho thấy khuôn đúc hình parabol 200 × 200 mm làm bằng silica nung chảy Bề mặt đất ban đầu được đo có sai số dạng 36,7 μm trong PV, như thể hiện trong hình 1.19(d) Sử dụng các tham số quy trình được liệt kê trong hình 1.19(e), các lần đánh bóng hiệu chỉnh lặp đi lặp lại đã được tiến hành Đối với mỗi lần chạy, tốc độ nạp của máy được kiểm duyệt theo phép tính dựa trên việc giải mã chức năng ảnh hưởng và lỗi hình thức từ lần chạy trước đó Sai số dạng dần dần hội tụ thành 100 nm trong PV sau lần chạy thứ 6, như thể hiện trong hình 1.19(f), với độ nhám bề mặt cuối cùng là 0,6 nm Ra Đánh bóng nắp ca-pô hiệu chỉnh đã được áp dụng cho nhiều ứng dụng, bao gồm khuôn đúc tia

X cứng (PV 1500PPS

Tần số bắt đầu không tải: 1900 PPS

Khối lượng động cơ: 255g Độ tự cảm: 3.7 x (1 ± 20%) Mh Điện trở cuộn dây: 2.4 x (1 ± 15%) Ω

Hình 3.8 Động cơ bước 42-1.8 độ

Hình 3.9 Thông số kích thước động cơ motor step 4242x33

+ Duy trì mômen rất tốt (không cần phanh, biến tốc)

+ Không cần mạch phản hồi cho cả vi điều khiển vị trí và vận tốc + Định vị chính xác

+ Động cơ làm việc không đều, đặc biệt là ở tốc độ thấp ( điều khiển đầy bước)

❖ Động cơ DC có hộp giảm tốc:

Hình 3.10 Động cơ giảm tốc một chiều

+ Ưu điểm nổi bật động cơ điện 1 chiều là có moment mở máy lớn, do vậy kéo được tải nặng khi khởi động

+ Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt

+ Tiết kiệm điện năng, tuổi thọ lớn

+ Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền nhưng thường hư hỏng trong quá trình vận hành nên hay phải bảo dưỡng, sửa chữa + Tia lửa điện phát sinh trên cổ góp và chổi than sẽ gây nguy hiểm trong môi trường dễ cháy nổ

3.2.2 Lựa chọn driver điều khiển

Driver điều khiển động cơ bước TB6600 sử dụng IC TB6600HQ/HG, dùng cho các loại động cơ bước: 42/57/86 2 pha hoặc 4 dây có dòng tải là 4A/42VDC Ứng dụng trong làm máy như CNC, Laser hay các máy tự động khác

− THÔNG SỐ KỸ THUẬT Driver điều khiển động cơ bước TB6600:

Bảng 3.1 Bảng thông số kĩ thuật driver TB6600

Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao tích hợp Có tích hợp đo quá dòng quá áp cân nặng 200G kích thước 96 * 71 * 37mm

− Cài đặt và ghép nối:

+ DC+: Nối với nguồn điện từ 9 – 40VDC

+ DC- : Điện áp (-) âm của nguồn

+ A+ và A -: Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước

+ B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ

+ PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5V) từ BOB cho M6600

+ PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) từ BOB cho M6600 + DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V) từ BOB cho M6600 + DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ BOB cho M66

ENA+ và ENA -: khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen giữ và quay nữa

Có thể đấu tín hiệu dương (+) chung hoặc tín hiệu âm (-) chung

Qua tìm hiểu về những thông tin kĩ thuật của từng loại mạch điều khiển động cơ bước cũng như giá thành của chúng em quyết định sử dụng Driver TB6600 cho đồ án kho tự động này do module đáp ứng được đầy đủ các yêucầu về kĩ thuật, giá thành thì rẻ hơn so với các module khác

3.2.3 Lựa chọn bộ điều khiển PLC

PLC là viết tắt của cụm Programmable Logic Controller, được gọi là bộ điều khiển logic khả trình Đây là thiết bị điều khiển lập trình được cho phép

54 GVHD: PGS TS Hoàng Tiến Dũng thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình.Ban đầu nó được phát triển để thay thế các relay, trình tự và bộ định thời được sử dụng trong quá trình sản xuất của ngành công nghiệp tự động hóa Nhưng hiện tại nó đã được mở rộng quy mô và được sử dụng trong tất cả các loại quy trình sản xuất bao gồm cả dây chuyền robot Hiện nay không có nhà máy nào không có máy móc hoặc thiết bị chạy trên PLC Lý do chính mà nó được sử dụng rộng rãi có thể bắt nguồn từ độ chắc chắn và khả năng chịu được xử lý và môi trường liên quan đến sản xuất PLC cũng một ví dụ điển hình về hệ điều hành thời gian thực vì nó có khả năng tạo ra kết quả đầura cho các đầu vào cụ thể trong một khung thời gian rất ngắn, đây là yêu cầu quan trọng đối với các cơ sở công nghiệp vì sự chậm trễ có thể làm gián đoạn toàn bộ hoạt động

PLC được thiết kế tiêu chuẩn để giao tiếp với các cảm biến, bộ truyền động và module giao tiếp cấp công nghiệp và do đó định mức dòng điện và điện áp thường không tương thích với bộ vi điều khiển không có phần cứng bổ sung

3, Kết nối với các module mở rộng

4, Đèn Led hiển thị I/O trên board

PLC thường sử dụng Ethernet và một số biến thể của dòng RS-serial như RS-232, RS-485 để giao tiếp Sự ra đời của internet công nghiệp ngày nay đang tạo ra sự gia tăng về số lượng các thiết bị PLC được kết nối có khả năng truyền dữ liệu qua các giao diện giao tiếp không dây

Khi thiết bị được kích hoạt trạng thái ON hoặc OFF do thiết bị điều khiển vật lý bên ngoài Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp chương trình vòng lặp do người dùng cài đặt và chờ các tín hiệu xuất hiện ở ngõ vào và xuất ra các tín hiệu ở ngõ ra Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm mang lại lợi ích như:

Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp

Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các Module mở rộng

- Cấu trúc của bộ điều khiển PLC:

Bộ điều khiển PLC cấu trúc bao gồm những thành phần chính sau:

− Bộ nhớ chương trình RAM bên trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM)

− Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp ghép nối với PLC các Module vào/ ra

− Một bộ điều khiển PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính Các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC

PLC là phần tử điều khiển chính được sử dụng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp Nó được ứng dụng trong điều khiển máy công nghiệp, băng tải, robot và các máy móc dây chuyền sản xuất khác Nó cũng được sử dụng trong các hệ thống dựa trên SCADA và trong các hệ thống yêu cầu mức độ tin cậy cao và khả năng chịu đựng các điều kiện khắc nghiệt PLC được sử dụng trong các ngành công nghiệp bao gồm:

Hệ thống chiết rót chai liên tục

Hệ thống trộn hàng loạt

Hệ thống điều hòa tầng không khí

➢ Với ưu nhược điểm đã phân tích và thông số nêu trên nhóm quyết định chọn PLC S7-1200 CPU 1214 DC/DC/DC để điều khiển hệ thống do PLC rất thích hợp cho việc điều khiển tuần tự, độ chính xác cao, hoạt động liên tục, ổn định, có tính ứng dụng cao trong công nghiệp và nhóm cũng đã được làm quen với PLC, việc lập trình PLC trong quá trình học ở trên trường

Tính chọn rơ-le điều khiển động cơ:

Rơ-le là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định Rơ-le là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực

+ Rơ-le điện cơ/ nhiệt/ từ/ điện tử-bán dẫn-vi mạch/ số

+ Rơ-le tiếp điểm/ không tiếp điểm

+ Rơ-le dòng điện/ điện áp/ công suất/ tổng trở

+ Rơ-le sơ cấp/ thứ cấp

Với mục đích điều khiển động cơ, nhóm đã lựa chọn sử dụng loại rơ-le trung gian (tiếp điểm) bởi những ưu điểm sau:

+ Có nhiều loại để lựa chọn: 1 tiếp điểm, 2 tiếp điểm, 4 tiếp điểm thường được quy chuẩn ra rơ-le 8 chân, 14 chân,…

+ Hoạt động ở nhiều điện áp 5V, 12V, 24V, 220V

+ Thiết kế nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt thay thế

Hình 3.13 Cấu tạo hoạt động Rơ-le trung gian

58 GVHD: PGS TS Hoàng Tiến Dũng Ở phạm vi đồ án, nhóm tác giả lựa chọn sử dụng Rơ-le MY2N – 24VDC

Hình 3.14 Rơ-le MY2N - 24VDC 8 chân dẹt OMRON

Từ việc tính toán và lựa chọn, các thiết bị đầu vào và ra bao gồm:

+ Cảm biến khoảng cách hồng ngoại E18-D80NK

+ Cảm biến lưu lượng SF 401

+ Cảm biến mức nước không tiếp xúc

+ Van điện từ khí nén Airtac 4V210 – 08

+ Rơ-le MY2N – 24VDC 8 chân dẹt OMRON

3.2.5 Nút nhấn nhả có đèn LA38-11DN

Hình 3.15 Nút nhấn nhả có đèn 24VDC LA38-11DN

Công tắc nút tự reset 1NO 1NC có đèn Size lỗ 22mm LA38-11DN Tên: Công tắc nhấn nhả

Kích thước lỗ: 22mm Điện áp: 12V, 24V, 220V, 380V

Cơ cấu hoạt động: Tự reset

Màu sắc: Đỏ, Xanh lục, Vàng, Xanh lam, Trắng

Tự đặt lại: Nhấn nút xuống, thả tay ra, nút bật lại

Tự khóa: Nhấn nút xuống, nó khóa, nhấn lại nút, nó bật lại Chi tiết sản phẩm:

Mã sản phẩm: LA38-11DN

Loại công tắc: Công tắc nút nhấn

Loại sản phẩm: Công tắc

Nút nhấn nhả có đèn LA38-11DN thường được sử dụng trong các tủ điện công nghiệp, bộ phận truyền tín hiệu sử dụng thao tác ấn một lần trong thời gian dài và chỉ nhả ra sau khi đã hoàn thành công việc Nút nhấn có 1 tiếp điểm thường đóng và 1 tiếp điểm thường mở

Chỉnh lưu từ lưới điện xoay chiều thành điện 1 chiều cung cấp cho các thiết bị điện tử

Dùng trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tranh trường hợp sụt áp, dòng ảnh hưởng tới mạch

Hiệu quả cao, giá thành thấp , độ tin cậy cao

Thông số sản phẩm: Điện áp ngõ vào : 185 – 260 VAC Điện áp ngõ ra : 24VDC

Mắc dây 2 dây từ nguôn AC ( L và N ) vào nguồn tổ ong như biểu tượng trên đây Đầu ra nguồn 1 chiều được lấy từ 2 đầu còn lại ( -V, +V) VADJ là chiết áp điều chỉnh điện áp đầu ra

MCB-63 hay còn gọi là CB kép được sử dụng phân phối điện hoặc bảo vệ các mạch từ quá tải, ngắn mạch và điện áp thấp dân dụng Được dùng để bảo vệ quá tải, ngắn mạch và thấp áp cho thiết bị gia đình…

Chức năng: Đóng cắt, cách ly mạch điện

Bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch Điều kiện hoạt động: Nhiệt độ tham chiếu để cài đặt phần tử nhiệt (℃):30 Nhiệt độ môi trường xung quanh (℃):-35 ~ +70

Nhiệt độ lưu trữ xung quanh (℃): -35 ~ +85 Độ cao: ≤5000m

Thông số kỹ thuật: Dòng điện định mức: 1A, 2A, 3A, 4A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A Điện áp định mức: 230/400Vac Tần số: 50/60Hz

Rated short-circuit breaking capacity Icu (A):

Dòng cắt ngắn mạch định mức: 6000A Short-circuit breaking capacity Icu (A): Dòng cắt ngắn mạch: 6000A

Xung điện áp định mức: 4kV Độ bền cơ học: 20000 lần

62 GVHD: PGS TS Hoàng Tiến Dũng Độ bền điện: 10000 lần Đường cong đặc tính loại: B, C, D;

Thiết kế hệ thống điều khiển

3.3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển chia làm 5 khối:

+ Khối nút nhấn: Là tín hiệu tác động đầu vào để xác nhận và khởi động chạy máy

+ Khối PLC: Điều khiển toàn bộ hệ thống

+ Khối driver: Điều khiển động cơ bước

+ Khối chấp hành: Nhận tín hiệu từ driver và xử lý tín hiệu

+ Khối nguồn: Biến đổi nguồn điện, cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống

3.3.2 Thiết kế sơ đồ mạch điện

- Sơ đồ cấp nguồn cho hệ thống

Nguồn điện 220V AC qua aptomat sau đó đi qua bộ chuyển đổi nguồn xuống 24V DC cấp cho toàn bộ hệ thống

Hình 3.18 Sơ đồ cấp nguồn hệ thống

- Sơ đồ tín hiệu đầu vào PLC

Hình 3.19 Sơ đồ tín hiệu đầu vào PLC

- Sơ đồ tín hiệu đầu ra PLC

Hình 3.20 Sơ đồ tín hiệu đầu ra PLC

PLC S7-1200 với 10 ngõ rõ lần lượt sử dụng để điều khiển 3 động cơ step và 3 động cơ giảm tốc Các ngõ ra Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 lần lượt điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ thay giao và step x1, x2 Ngõ ra Q0.6 điểu khiển bật tắt động cơ quay mâm dưới Ngõ ra Q0.7 và Q0.8 điều khiển 2 động cơ mài 1 và mài 2 Còn lại ngõ ra Q0.9 dùng để nhân đôi tiếp điểm điều khiển bật tắt 2 đèn báo

- Sơ đồ đấu nối Driver TB6600

Hình 3.21 Sơ đồ đấu nối Driver TB6600

Driver TB6600 nhận tín hiệu cấp xung và chiều quay từ PLC vào 2 cổng PUL+ và DIR+ sau đó suất tín hiệu ra 4 cổng điều khiển 2 cặp cực của động cơ step

Hình 3.22 Sơ đồ mạch lực

- Lưu đồ khởi động hệ thống

- Lưu đồ chức năng con:

Giao diện điều khiển và giám sát

Hình 3.23 Giao diện giám sát wincc

CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ

Chế tạo mô hình cơ khí

Mô hình máy tự động đánh bóng dụng cụ trên phần mềm

Mô hình đánh bóng thực tế:

Hình 4.2 Mô hình máy đánh bóng sau khi hoàn thiện Hình 4.1 Hình ảnh 3D của mô hình

82 GVHD: PGS TS Hoàng Tiến Dũng b Phôi mẫu

Chế tạo mô hình hệ thống điều khiển

Bố trí các thiết bị điện trong tủ điện

Hình 4.3 Phôi mẫu sử dụng trong mô hình

Hình 4.4 Layout trong tủ điện

Thử nghiệm và đánh giá hoạt động hệ thống

Hệ thống thực hiện đánh bóng dụng cụ theo trình tự: Lúc chưa có phôi gá giữ phôi 1 và trục vitme 1 ở vị trí home Sau khi phôi được cấp, động cơ mâm xoay, gá giữ phôi 1 đến vị trí đánh bóng, trục vitme 1 hoạt động đưa phôi xuống vị trí được đánh bóng, động cơ mài hoạt động Sau khi 1 thời gian đánh bóng phôi 1 quay về trí đánh bóng Động cơ dừng hoạt động phôi 2 đước gá vào gá giữ phôi 2 Gá giữ phôi 2 đến vị trí đánh bóng, động cơ mâm xoay, trục vitme 2 hoạt động đưa phôi xuống vị trí được đánh bóng, động cơ mài hoạt động Sau khi 1 thời gian được đánh bóng phôi 2 trở về vị trí đánh bóng Công nhân lấy phôi 1 đi đánh giá Sau đó quay trở lại gá phôi để tiếp tục lặp lại quá trình đánh bóng

Các bước thực hiện đánh bóng:

Hình 4.5 Gá phôi vào máy

- Sau khi gá, dụng cụ được đưa đến vị trí đánh bóng:

- Sau đó dụng cụ được đưa đến vị trí chưa hạt mài để tiến hành đánh bóng:

Hình 4.6 Máy ở vị trí home

Hình 4.7 Dụng cụ đưa đến vị trí đánh bóng

- Dụng cụ được nhấc lên sau khi được mài xong:

Hình 4.8 Dao được nhấc lên sau khi mài

- Đánh giá dụng cụ sau khi đánh bóng:

4.3.2 Đánh giá hoạt động của hệ thống

4.3.2.1 Hoạt động của hệ thống

Quá trình mới đầu thử nghiệm còn xảy ra khá nhiều lỗi như vị trí của vitme và khá phôi hoạt động không chính xác như mong muốn

Sau khi qua quá trình chỉnh sửa và thử nghiệm lại nhận thấy mô hình hoạt động ổn định Hoạt động chính xác theo nguyên lý đã đặt ra

4.3.2.2 Hoạt động của dung dịch từ tình

Hoạt động của dung dịch hạt sau khi thử nghiệm có hiệu quả khá tốt, hoạt động trong mâm xoay ổn định, thân thiện với môi trường, độ đánh bóng cao

Hình 4.9 Dụng cụ sau khi được đánh bóng

Tiêu đề	Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đánh bóng dụng cụ
Tác giả	Phạm Văn Tú, Nguyễn Thành Trung
Người hướng dẫn	PGS.TS. Hoàng Tiến Dũng
Trường học	Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành	Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp đại học
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	94
Dung lượng	4,29 MB