Thiết kế và chế tạo máy mài phẳng

Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Máy mài phẳng 3 trục điều khiển theo hướng tự động - Đối tượng ứng dụng: Chi tiết kim loại có bề mặt phẳng - Các phần mềm hỗ trợ thiết kế: Autocad 2D, I

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Việc thiết kế và chế tạo máy mài phẳng là rất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm sản xuất linh kiện máy móc, gia công kim loại, sản xuất sản phẩm điện tử và thiết bị y tế Tuy nhiên, mài bằng tay hoặc máy mài thủ công không đáp ứng được yêu cầu về năng suất và chất lượng ngày càng cao Do đó, nghiên cứu và phát triển máy mài phẳng tự động là cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất.

Máy mài phẳng tự động tạo ra bề mặt phẳng và mịn màng cho các chi tiết, linh kiện, đảm bảo độ chính xác và đồng nhất trong sản xuất Việc này giúp giảm thiểu lỗi, tăng năng suất và chất lượng sản phẩm cuối cùng Ngoài ra, máy hoạt động liên tục và hiệu quả, giảm thời gian sản xuất so với mài bằng tay nhờ vào quy trình tự động được lập trình theo từng bước.

Tính cấp thiết của việc thiết kế và chế tạo máy mài phẳng tự động không chỉ nhằm nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn đảm bảo an toàn cho người lao động, tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp và đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu khắt khe của thị trường Đây là yếu tố quan trọng cho sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp hiện đại Nhận thức được điều này, nhóm chúng em đã chọn đề tài "Thiết kế và chế tạo máy mài phẳng" cho đồ án tốt nghiệp, tạo cơ hội áp dụng kiến thức và kỹ năng đã học vào thực tiễn, đồng thời phát triển khả năng tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề.

Ý nghĩa của đề tài

- Đưa ra phương án thiết kế máy mài phẳng theo hướng tự động được điều khiển lập trình gia công theo từng bước

- Nhận biết được các cơ cấu truyền động cơ khí trong máy, các loại thiết bị được lắp đặt

- Có thể gia công nhiều loại vật liệu kim loại như sắt, thép carbon, inox, đồng, nhôm

- Gia công kim loại có bề mặt phẳng

- Hiểu và củng cố kiến thức về gia công mài như chất liệu mài, đá mài, nguyên lý, đặc điểm và cấu tạo máy mài

Thiết kế và chế tạo máy mài phẳng đóng vai trò quan trọng không chỉ trong ngành sản xuất kim loại mà còn trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác Máy mài phẳng tạo ra bề mặt hoàn hảo, đồng đều và chính xác, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu lỗi trong quá trình sản xuất Việc phát triển và cải tiến máy mài phẳng giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, tăng năng suất lao động và giảm lãng phí, góp phần vào sự phát triển bền vững của các ngành công nghiệp.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu phương án truyền động cho máy mài phẳng 3 trục hoạt động theo hướng tự động được lập trình chạy theo từng bước

- Tính toán các thiết bị cơ khí truyền động, các thiết bị điện, các động cơ phục vụ cho quá trình thiết kế và chế tạo máy mài phẳng

- Gia công và lắp ráp máy hoàn chỉnh

- Vận hành chạy thực nghiệm

- Máy mài được các vật liệu kim loại: sắt, thép carbon, inox, nhôm, đồng, …

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Máy được lập trình điện tự động chạy theo từng bước

- Máy mài phẳng có khả năng mài các vật liệu kim loại như: sắt, thép carbon, inox, nhôm, đồng

- Máy có thể sử dụng nhiều loại đầu mài có kích thước khác nhau

- Hình dạng, yêu cầu độ nhám của sản phẩm trước và sau khi gia công mài

- Phần mềm thiết kế, mô phỏng: AutoCAD 2024, Inventor 2024, Solidworks 2023

Đề tài nghiên cứu và thiết kế máy mài phẳng 3 trục có khả năng lập trình tự động hoạt động theo từng bước, nhằm nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quá trình gia công.

- Sử dụng đá mài hình tròn đường kính 150, 180, 200 (mm)

- Mài được các vật liệu như: sắt, thép carbon, inox, nhôm, đồng

- Kích thước chi tiết mài tối đa 200 x 150 (mm)

- Yêu cầu vật liệu trước khi mài phẳng phải tối thiểu là chi tiết đã được gia công phay tinh hoặc bán tinh trước đó.

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

Dựa vào kiến thức về công nghệ mài và cơ cấu của máy mài phẳng, người dùng cần tìm hiểu các loại máy mài phẳng hiện có trên thị trường Việc hiểu rõ cách thức hoạt động và cơ cấu hoạt động của máy mài phẳng sẽ giúp tối ưu hóa quy trình mài và nâng cao hiệu quả công việc.

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

Nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc điểm của các loại máy mài phẳng là rất quan trọng để xác định phương hướng thiết kế phù hợp Việc hiểu rõ các yếu tố này giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác của máy mài, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.

Tài liệu tính toán và thiết kế máy là nguồn tham khảo quý giá, giúp củng cố kiến thức đã được tích lũy từ quá trình học tập tại trường Những thông tin này được tìm kiếm từ sách vở, giáo trình và Internet, mang lại cái nhìn sâu sắc về lĩnh vực này.

Tổng hợp nhiều phương án thiết kế dựa trên lý thuyết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động dẫn hướng và hệ thống điều khiển Phân tích ưu nhược điểm của từng phương án giúp lựa chọn phương án thiết kế phù hợp nhất.

- Tính toán thiết kế dựa trên lý thuyết nguyên lý máy, tài liệu tính toán hệ dẫn động cơ khí

- Sử dụng phần mềm AutoCAD 2024, Inventor 2024, Solidworks 2023 để thiết kế sản phẩm theo phương án đã chọn, từ đó tiến hành thiết kế và gia công chi tiết

Mô hình hóa sản phẩm thiết kế là mục tiêu chính của đề tài, giúp ôn lại kiến thức đã học và tích lũy kinh nghiệm thực tiễn Việc chế tạo mô hình không chỉ kiểm nghiệm lý thuyết mà còn giúp phát hiện và sửa chữa những sai sót mà phương pháp lý thuyết không thể nhận diện.

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chương bao gồm:

- Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

- Chương 3: Cơ sở lý thuyết

- Chương 4: Phương án thiết kế

- Chương 5: Tính toán, thiết kế

- Chương 6: Chế tạo thử nghiệm

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Tổng quan về phương pháp mài

2.1.1 Khái quát về phương pháp mài phẳng

Mài phẳng được thực hiện theo hai phương pháp

Bằng mặt đầu đá, theo sơ đồ nguyên lý (Hình 2.1), cho thấy năng suất bóc phôi cao nhờ vào số lượng hạt mài tham gia cắt đồng thời lớn Tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến nhiệt cắt tăng cao, dễ gây ra các vấn đề như vết cháy, nứt tế vi và biến dạng nhiệt trên vật liệu mài.

Bằng đá mài hình trụ cho phép diện tích tiếp xúc giữa đá và phôi nhỏ, dẫn đến số lượng hạt mài tham gia cắt gọt đồng thời giảm Điều này giúp giảm nhiệt độ trên bề mặt tiếp xúc, từ đó nâng cao độ chính xác gia công so với phương pháp mài bằng mặt đầu của đá.

Vận tốc đá mài trên các máy mài thông thường thường dao động từ 20 đến 40 m/s, trong khi máy mài cao tốc có thể đạt đến 200 m/s Chi tiết gia công được gá trên bàn gá hoặc bàn từ và thực hiện chuyển động tịnh tiến khứ hồi trong quá trình mài để gia công toàn bộ chiều dài chi tiết Vận tốc chuyển động của chi tiết gia công khoảng từ 3 đến 45 m/ph.

Trong quá trình gia công, vận tốc dịch chuyển ụ đá có thể điều chỉnh từ 2 đến 40 mm/HTK tùy theo loại máy Việc sử dụng dung dịch tưới nguội liên tục vào vùng cắt giúp làm nguội chi tiết, đẩy phoi và phế thải ra ngoài, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình mài Phương pháp ăn dao nhiều lần được áp dụng cho các chi tiết mài có chiều sâu cắt nhỏ, cho phép giảm tối đa ảnh hưởng của nhiệt cắt, đặc biệt hữu ích trong gia công tinh và các chi tiết mỏng.

Sơ đồ nguyên lý mài phẳng bằng đá mài hình trụ có thể tiến hành theo hai cách:

Hình 2.1 Mài phẳng bằng mặt đầu đá [1]

Quá trình cắt gọt khi mài

Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ mài phẳng với bàn từ chuyển động thẳng là đá mài quay tròn, trong khi chi tiết gia công được kẹp chặt trên bàn máy và di chuyển qua lại dưới đá mài.

Máy mài trục ngang với bàn máy chuyển động qua lại là loại máy mài phẳng phổ biến trong các xưởng máy công cụ hiện nay Nguyên tắc hoạt động của máy là chi tiết gia công di chuyển qua lại dưới đá mài, trong khi đá mài được dẫn tiến xuống để thực hiện chiều sâu cắt Lượng tiến dao được điều chỉnh nhờ vào chuyển động ngang của bàn máy ở đầu mỗi hành trình.

Hình 2.2 Sơ đồ mài phẳng - Máy mài trục ngang có bàn máy di chuyển qua lại [1]

Hình 2.3 Sơ đồ mài phẳng - Máy mài trục ngang có bàn máy quay [1]

Máy mài phẳng trục ngang với bàn máy quay có cấu tạo đặc biệt, giúp đá mài di chuyển quay quanh chi tiết gia công Chi tiết được giữ cố định trên bàn từ dưới đá mài, và quá trình mài diễn ra nhanh chóng nhờ vào chuyển động bàn ngang của đầu mài Loại máy này mang lại hiệu suất cao hơn vì đá mài luôn tiếp xúc liên tục với chi tiết cần gia công.

Hình 2.4 Sơ đồ mài phẳng - Máy mài trục đứng có bàn máy quay [1]

Hình 2.5 Sơ đồ mài phẳng - Máy mài trục đứng có bàn máy di chuyển qua lại [1]

Máy mài phẳng trục đứng có hai loại bàn: bàn quay và bàn di chuyển qua lại Đá mài thực hiện chuyển động quay, với mặt làm việc là mặt cạnh tiếp xúc với chi tiết được giữ trên bàn máy.

Phân loại đá mài

Đá mài có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí như vật liệu chế tạo, hình dạng, kích thước hạt mài và mục đích sử dụng Dưới đây là một số phương pháp phân loại phổ biến.

2.3.1 Phân loại theo vật liệu làm đá mài Đá mài gốm (Ceramic Bonded Grinding Wheel)

• Được làm từ hạt mài (như nhôm oxit hoặc silic cacbua) kết hợp với chất kết dính gốm

Đá mài nhựa (Resinoid Bonded Grinding Wheel) có độ cứng cao và độ bền tốt, rất phù hợp để mài các vật liệu cứng như thép không gỉ, gang và thép hợp kim cao.

• Hạt mài được kết dính bằng nhựa tổng hợp

• Độ đàn hồi tốt, thích hợp cho mài những vật liệu mềm hơn như gang mềm, thép carbon Đá mài kim cương (Diamond Grinding Wheel)

• Hạt mài là kim cương nhân tạo, kết dính bằng nhựa, kim loại, hoặc gốm

• Sử dụng để mài các vật liệu rất cứng như đá, kính, gốm, và các vật liệu composite Đá mài CBN (Cubic Boron Nitride Grinding Wheel)

• Hạt mài là Nitrit bo lập phương, kết dính bằng nhựa, kim loại, hoặc gốm

• Thích hợp cho mài các vật liệu khó gia công như thép hợp kim cao, thép công cụ

2.3.2 Phân loại theo hình dạng Đá mài tròn (Straight Wheel): Hình dạng phổ biến nhất, dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau Đá mài côn (Tapered Wheel): Hình côn, thường dùng cho các ứng dụng mài đặc biệt như mài các rãnh hoặc các bề mặt cong Đá mài chén (Cup Wheel): Hình chén, sử dụng chủ yếu trong mài bề mặt phẳng hoặc mài các dụng cụ cắt Đá mài dạng đĩa (Dish Wheel): Hình dạng giống đĩa, thường dùng trong mài các chi tiết phức tạp hoặc các góc cạnh hẹp

2.3.3 Phân loại theo kích thước hạt mài:

Hạt mài thô (Coarse Grit): Kích thước hạt lớn, dùng cho mài phá, mài sơ bộ

Hạt mài trung bình (Medium Grit): Kích thước hạt trung bình, dùng cho mài trung gian

Hạt mài mịn (Fine Grit): Kích thước hạt nhỏ, dùng cho mài tinh, mài hoàn thiện bề mặt

2.3.4 Phân loại theo mục đích sử dụng Đá mài phẳng (Surface Grinding Wheel): Dùng cho mài bề mặt phẳng của các chi tiết Đá mài trụ (Cylindrical Grinding Wheel): Dùng cho mài bề mặt trụ của các chi tiết Đá mài cắt (Cut-off Wheel): Dùng để cắt đứt các vật liệu Đá mài mài sắc (Tool Grinding Wheel): Dùng để mài sắc các dụng cụ cắt.

Cấu tạo của máy mài phẳng

Bàn máy là bề mặt làm việc chính, nơi đặt vật liệu cần mài, có thể điều chỉnh chiều cao và góc nghiêng để đảm bảo độ chính xác trong quá trình mài.

• Bàn từ có lực hút từ rất lớn: 1000 Kgs/100 cm² Kẹp chi tiết chắc chắn tuyệt đối Cho chế độ cắt lớn nhất

• Thích hợp dùng trên máy mài phẳng

• Dễ dàng và thuận tiện khi kẹp phôi, thời gian gá kẹp ngắn

• Thích hợp nhất cho gia công tải nặng trên các chi tiết trung bình, lớn và thô phẳng

Bàn từ có khả năng hoạt động lâu dài mà không sinh nhiệt, đảm bảo độ chính xác cao cho các chi tiết Thiết bị này luôn giữ được nhiệt độ mát, giúp ngăn chặn tình trạng mòn hoặc biến dạng của các chi tiết trên bàn từ.

Hình 2.6 Bàn từ cho máy mài phẳng [13]

2.4.2 Đầu mài (đá mài) (Grinding Head): Đầu mài chứa các bánh mài hoặc đĩa mài, được sử dụng để thực hiện quá trình mài Đặc điểm:

Đầu mài được chế tạo từ các vật liệu cứng và chịu nhiệt độ cao như hợp kim cứng, cermet, carbide, và đôi khi là kim loại quý như kim cương Việc lựa chọn vật liệu này phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể của máy mài cũng như loại vật liệu cần được mài.

Đầu mài có nhiều kích thước và hình dạng khác nhau, tùy thuộc vào loại máy mài và công việc cụ thể Đối với máy mài phẳng, đầu mài thường có hình dạng phẳng, có thể là hình tròn, hình vuông hoặc hình chữ nhật.

Độ sắc bén và chất lượng bề mặt của đầu mài là yếu tố quan trọng để đạt được kết quả mài tối ưu và đảm bảo sản phẩm cuối cùng có chất lượng cao Sử dụng đầu mài mới hoặc đánh bóng lại đầu mài cũ sẽ có tác động lớn đến hiệu suất và chất lượng của quá trình mài.

Đầu mài cần có tính chống mài mòn cao để đảm bảo tuổi thọ lâu dài và giảm tần suất thay thế Độ bền của đầu mài không chỉ ảnh hưởng đến chi phí mà còn tác động trực tiếp đến hiệu quả sản xuất của máy mài.

Đầu mài được thiết kế để dễ dàng gắn và tháo rời khỏi máy mài phẳng, đảm bảo tính tiện lợi trong quá trình sử dụng Các phương pháp kết nối như vòng đai, mặt nạ hoặc kẹp giữ cho đầu mài ổn định và an toàn trong suốt quá trình hoạt động.

Đầu mài có thể được thiết kế với cấu trúc đơn giản hoặc phức tạp, tùy thuộc vào mục đích sử dụng Các tính năng như lớp phủ bề mặt, rãnh làm mát và hình dạng đặc biệt được tích hợp nhằm tối ưu hóa hiệu suất mài.

Hình 2.7 Các loại đầu mài thông dụng trên thị trường hiện nay [13]

2.4.3 Động cơ (Motor): Động cơ cung cấp năng lượng để quay đầu mài và thực hiện quá trình mài Động cơ thường có khả năng điều chỉnh tốc độ quay để phù hợp với các ứng dụng cụ thể Đặc điểm:

Động cơ điện, thường là động cơ điện xoay chiều (AC motor), có công suất phù hợp để cung cấp đủ năng lượng cho máy mài hoạt động hiệu quả Công suất của động cơ này sẽ phụ thuộc vào kích thước và loại máy mài được sử dụng.

Tốc độ quay của động cơ máy mài phẳng có thể được điều chỉnh để phù hợp với từng loại vật liệu và công việc mài cụ thể, giúp tối ưu hóa hiệu suất làm việc Việc điều chỉnh này thường được thực hiện thông qua một bộ điều khiển tích hợp trên máy.

Khả năng khởi động mềm của động cơ máy mài phẳng cho phép chúng bắt đầu quay từ từ, giúp giảm va đập ban đầu và hạn chế tác động lên hệ thống điện.

Động cơ mạnh mẽ và bền bỉ là yếu tố quan trọng trên máy mài phẳng, giúp xử lý hiệu quả các công việc mài nặng và liên tục Thiết kế của động cơ đảm bảo khả năng chịu tải tốt và hoạt động ổn định trong thời gian dài.

• Động cơ không chổi than: Một số máy mài phẳng sử dụng động cơ không chổi than (brushless motor) để giảm thiểu sự hao mòn và bảo trì

Hình 2.8 Động cơ điện thường dùng cho máy mài phẳng [13]

2.4.4 Hệ thống làm nguội (Cooling System): Máy mài phẳng thường đi kèm với hệ thống làm mát để giảm nhiệt độ tạo ra trong quá trình mài Việc giữ nhiệt độ ổn định giúp bảo quản độ cứng và chất lượng của vật liệu Đặc điểm:

Bơm làm nguội là một thành phần quan trọng trong hệ thống làm nguội của máy mài, giúp tuần hoàn chất làm nguội (coolant) đến các vị trí cần thiết như đầu mài, vật mài và vùng cắt, từ đó đảm bảo hiệu suất làm mát tối ưu cho quá trình mài.

Nguyên lý hoạt động của máy mài phẳng [14]

Nguyên lý hoạt động của máy mài phẳng rất đơn giản: khi được bật, trục bánh mài di chuyển lên xuống theo cài đặt và xoay quanh trục chính, giúp mài nhẵn bề mặt của chi tiết được cố định trên bàn gá.

Bàn làm việc của máy được điều chỉnh bởi động cơ, có thể di chuyển theo phương X,

Y, tự động xoay, hướng tiến và lùi để điều chỉnh vị trí của chi tiết cần được mài phẳng Nhờ đó, việc mài mòn được đảm bảo chính xác, tỉ mỉ và mài được tất cả các góc cạnh nhỏ hẹp hay góc khuất Nếu sử dụng đúng cách, độ chính xác của máy mài mặt phẳng rơi vào khoảng ± 0,0001 inch

Phôi được gá kẹp trên máy mài phẳng bằng hai phương pháp chính: phôi làm từ vật liệu sắt từ được giữ cố định bằng mâm cặp từ tính, trong khi phôi không phải sắt từ hoặc phi kim loại được kẹp bằng chân không hoặc cơ cấu gá kẹp cơ học Nếu chỉ có mâm cặp từ tính, một ê tô có thể được sử dụng để gá phôi phi từ tính.

Các yếu tố cần xem xét trong mài bề mặt là vật liệu của đá mài và vật liệu của chi tiết được gia công

Vật liệu phôi chủ yếu bao gồm gang và thép nhẹ, không gây kẹt bánh mài trong quá trình mài Ngoài ra, các vật liệu khác như nhôm, thép không gỉ, đồng thau và một số loại nhựa cũng được sử dụng Tuy nhiên, khi mài ở nhiệt độ cao, vật liệu có thể bị suy yếu và dễ bị ăn mòn hơn.

Spark out là thuật ngữ chỉ tình trạng khi độ chính xác của vật mài đã đạt đến giới hạn, tức là quá trình mài không còn tạo ra tia lửa.

Hình 2.11 Nguyên lý chuyển động của máy mài [14]

Yêu cầu vật liệu trước và sau khi gia công mài phẳng

Mài chỉ áp dụng cho sản phẩm gia công có lớp kim loại mỏng cần gọt để đạt kích thước chính xác và bề mặt nhẵn bóng, khi không có phương pháp gia công nào khác khả thi.

Trước khi tiến hành gia công mài, chi tiết cần phải được gia công tinh hoặc bán tinh bằng các phương pháp cắt gọt khác để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Trong trường hợp mài phẳng, yêu cầu tối thiểu là chi tiết đã được gia công phay tinh hoặc bán tinh trước đó

Gia công bằng phương pháp mài có thể đạt độ chính xác cao, cụ thể là cấp 9 với độ nhám bề mặt Ra từ 2,5 đến 1,25 µm khi mài thô Trong quá trình mài tinh, độ chính xác có thể đạt cấp 8 đến 7, với độ nhám bề mặt Ra từ 1,25 đến 0,63 µm Đặc biệt, khi thực hiện mài tinh mỏng (siêu tinh), độ chính xác đạt cấp 7 đến 6 và độ nhám bề mặt Ra từ 0,32 đến 0,16 µm.

Yêu cầu sơ bộ trước khi chế tạo máy mài phẳng

2.7.1 Rung động của máy Đánh giá yêu cầu chống rung động của máy mài phẳng là một yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng bề mặt và tuổi thọ của máy Rung động không kiểm soát có thể ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình mài, gây ra các vấn đề như bề mặt mài không đều, mài mòn nhanh chóng của đá mài, và thậm chí làm hỏng các bộ phận của máy Một số yếu tố ảnh hưởng tới rung động của máy như:

Rung động trên máy mài có thể do động cơ gây ra Để giảm thiểu rung động, động cơ cần được cân bằng chính xác và bảo trì định kỳ.

• Bàn mài và đá mài: Đá mài không cân bằng hoặc bàn mài không ổn định cũng có thể gây ra rung động

Gá kẹp và chi tiết gia công cần được cố định chắc chắn để tránh rung động trong quá trình mài Nếu không, rung động sẽ ảnh hưởng đến chất lượng gia công.

Khung máy cần được thiết kế chắc chắn và ổn định, sử dụng vật liệu như thép và gang để đảm bảo khả năng chịu lực và giảm rung động hiệu quả.

Cơ cấu giảm chấn là một phần quan trọng trong việc hấp thụ và giảm rung động truyền qua khung máy Việc sử dụng các miếng đệm cao su hoặc hệ thống giảm chấn cơ học giúp cải thiện hiệu suất hoạt động và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

2.7.2 Giải nhiệt động cơ dẫn động trục đá mài

Giải nhiệt cho động cơ dẫn động trục đá mài của máy mài phẳng là yếu tố quyết định giúp duy trì hoạt động ổn định, tăng cường hiệu suất cắt và kéo dài tuổi thọ cho cả máy mài và đá mài Để đạt được hiệu quả tối ưu, cần tuân thủ các yêu cầu và phương pháp giải nhiệt phù hợp cho trục đá mài.

• Duy trì nhiệt độ ổn định: Trục đá mài cần duy trì nhiệt độ ổn định để tránh sự biến dạng nhiệt và hư hỏng đá mài

• Ngăn ngừa quá nhiệt: Nhiệt độ cao có thể gây ra sự mòn nhanh chóng của đá mài và giảm chất lượng bề mặt gia công

Bảo vệ cấu trúc máy mài là rất quan trọng, vì nhiệt độ cao có thể gây hại cho các bộ phận khác, làm giảm độ chính xác và tuổi thọ của thiết bị.

• Sử dụng khí nén làm mát trực tiếp hoặc quạt tản nhiệt khí lắp đặt trực tiếp trên cụm trục và động cơ dẫn động đá mài

2.7.3 Yêu cầu độ chính xác di chuyển của cụm ba trục

Cần hành trình di chuyển ba trục như trong phạm vi nghiên cứu đề tài Độ chính xác trục Z của máy mài phẳng thường rất cao, lên tới 0,005 mm

Để đảm bảo các cụm trục truyền động hoạt động hiệu quả, cần sử dụng các cơ cấu dẫn hướng giúp chuyển động mượt mà và ổn định, phù hợp với hệ dẫn động tương ứng.

Các loại máy mài phẳng có trên thị trường hiện nay [16]

Máy mài điều khiển bằng tay là thiết bị có cấu tạo đơn giản, cho phép người thợ trực tiếp điều khiển các trục bằng cách quay tay Loại máy này thường được sử dụng để gia công các chi tiết đơn giản hoặc phục vụ cho việc đào tạo nghề.

Hình 2.12 Máy mài phẳng điều chỉnh bằng tay [16]

2.8.2 Máy mài phẳng bán tự động Để cải thiện năng suất làm việc và tiết kiệm thời gian chi phí, máy bán tự động có tích hợp thêm hệ thống thủy lực hoặc điện để điều khiển một số trục trong máy Khi đó người thợ có thể kết hợp tay quay và hệ thống tự động để gia công chi tiết

Hình 2.13 Máy mài phẳng bán tự động [16]

2.8.3 Máy mài phẳng tự động Được điều khiển bằng hệ thống PLC, tất cả các trục của máy sẽ được điều khiển một cách hoàn toàn tự động Hệ thống PLC sẽ can thiệp vào cách thức di chuyển, tốc độ quay đá mài, tốc độ tiến bàn máy, khoảng cách di chuyển…

Hình 2.14 Máy mài phẳng tự động [16]

Máy mài phẳng CNC là dòng máy mài cao cấp nhất hiện nay, được trang bị hệ thống điều khiển CNC sử dụng các câu lệnh NC để kiểm soát các trục di chuyển Nhờ vào tính tự động hóa và độ chính xác gia công tối ưu, máy mài phẳng CNC mang lại hiệu quả cao trong quá trình sản xuất.

Máy này có ưu điểm nổi bật là cho phép sử dụng chương trình có sẵn để lặp lại quy trình công nghệ gia công, từ đó tiết kiệm chi phí và thời gian trong quá trình gia công sản phẩm.

Hình 2.15 Máy mài phẳng CNC

Nghiên cứu trong và ngoài nước

2.9.1 Các nghiên cứu trong nước Đa số các nghiên cứu trong nước cụ thể về việc thiết kế và chế tạo máy mài phẳng gần như không có, vì công nghệ hiện tại của Việt Nam về việc thiết kế chế tạo máy mài phẳng gần như không thể đạt được trình độ kỹ thuật của các cường quốc công nghệ Tuy nhiên vẫn có những bài báo khoa học nghiên cứu liên quan đến máy mài phẳng như:

Nguyễn Tuấn Nhân 1 , Lưu Đức Bình 2

1 Trường Cao đẳng Công nghiệp Huế; ntuannhan@hueic.edu.vn

2 Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; ldbinh@dut.udn.vn

“NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG TRÊN MÁY MÀI PHẲNG

STUDY OF THE EFFECT OF TECHNOLOGY PARAMETERS ON ROUGHNESS IN SURFACE GRINDING”

Mài phẳng là phương pháp gia công tinh cuối cùng cho bề mặt phẳng, nhằm đảm bảo chất lượng chi tiết, đặc biệt là chất lượng lớp bề mặt Để xử lý ứng suất dư và biến cứng bề mặt, các biện pháp nhiệt hoặc hóa lý được áp dụng, trong khi độ nhám bề mặt được kiểm soát thông qua việc lựa chọn thông số gia công Bài báo này trình bày quá trình thực nghiệm và phân tích dữ liệu về ảnh hưởng của hai thông số quan trọng: chiều sâu cắt và lượng.

Bài viết phân tích ảnh hưởng của 20 lần chạy dao ngang đến độ nhám bề mặt chi tiết thép C40 khi gia công trên máy mài phẳng Arca (Nhật Bản) sử dụng đá mài Hải Dương Sx80TB2G Qua đó, bài viết đánh giá và đưa ra cơ sở lựa chọn giá trị chiều sâu cắt và lượng chạy dao ngang phù hợp với yêu cầu độ nhám bề mặt trong từng bước công nghệ của nguyên công mài phẳng.

Khúc Ngọc Khuê, Phùng Huy Phúc, Nguyễn Khả Hùng, Đỗ Đức Trung

“THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ĐỒ GÁ MÀI TRÒN NGOÀI TRÊN MÁY MÀI PHẲNG

DESIGN AND MANUFACTURE THE CYLINDRICAL GRINDING-JIGS ON SURFACE GRINDER”

Bài báo này trình bày thiết kế và chế tạo đồ gá mài trong ngoài trên máy mài phẳng, dựa trên nghiên cứu về tính lực cắt từ các nhà khoa học trong và ngoài nước Nghiên cứu đã tính toán các thành phần lực cắt khi mài tại Phòng thí nghiệm công nghệ chế tạo máy - Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, cung cấp giá trị lực cắt làm cơ sở cho việc chế tạo các thành phần của đồ gá Đồ gá được chế tạo đã được kiểm nghiệm, cho thấy nhám bề mặt khi mài bằng đồ gá này tương đương với nhám bề mặt khi mài trên máy mài tròn ngoài thông thường Kết quả này chứng minh rằng sản phẩm đồ gá thiết kế và chế tạo trong nghiên cứu có thể được sử dụng hiệu quả trong thực tế sản xuất để mài tròn ngoài trên máy mài phẳng.

Phí Trọng Hùng 1,2* , Trương Hoành Sơn 2 , Hoàng Văn Gợt 3 , Nguyễn Kiên Trung 2

1 Trường Đại học Điện lực

2 Viện Cơ khí, Đại học Bách khoa Hà Nội

3 Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương

*Tác giả liên hệ: hungpt@epu.edu.vn

“NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VỀ LỰC CẮT VÀ NHIỆT ĐỘ CẮT KHI MÀI PHẲNG HỢP KIM Ti-6AL-4V BẰNG ĐÁ MÀI cBN LIÊN KẾT NHỰA

SIMULATION RESEARCH ON THE CUTTING FORCES AND TEMPERATURE IN THE SURFACE GRINDING OF Ti-6AL-4V ALLOY WITH RESINOID cBN WHEEL”

Hợp kim Ti-6Al-4V (Ti64) được biết đến là vật liệu khó gia công do tính dẫn nhiệt kém, khả năng phản ứng hóa học với dụng cụ cắt và hiện tượng hóa cứng nhanh trong quá trình gia công Nghiên cứu này áp dụng mô hình phần tử hữu hạn để mô phỏng quá trình mài phẳng hợp kim Ti-6Al-4V bằng đá mài cBN Bài báo sẽ trình bày ảnh hưởng của lượng tiến dao và chiều sâu cắt đến hiệu suất gia công của vật liệu này.

Mô phỏng ba giai đoạn tạo thành phoi và quá trình hình thành phoi dạng tấm đứt đoạn khi mài cho thấy rằng lực cắt và nhiệt độ cắt có mối liên hệ chặt chẽ Kết quả so sánh giữa lực cắt mô phỏng và giá trị thực nghiệm cho thấy sai số lớn nhất chỉ là 15%, cho phép sử dụng mô hình này để mô phỏng quá trình mài hợp kim Titan với độ tin cậy cao Đặc biệt, nghiên cứu chỉ ra rằng lượng tiến dao ảnh hưởng đến nhiệt độ cắt nhiều hơn chiều sâu cắt; khi bước tiến dao tăng lên, nhiệt độ cắt giảm, trong khi tăng chiều sâu cắt lại làm tăng nhiệt độ cắt.

2.9.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Hiện nay, máy mài phẳng đa dạng từ loại bằng tay đến động cơ và CNC, có khả năng mài phẳng các vật liệu như sắt, thép với nhiều độ dày khác nhau Những máy mài này mang lại độ chính xác và năng suất cao Nhiều nghiên cứu khoa học trên thế giới đã được thực hiện về công nghệ mài phẳng.

A V Tyuhta a ,Y.V.Vasilenko a,* , A.M Kozlov b a Orel State University named after I.S Turgenev, Moscovskaya 34, Orel 302030, Russia b Lipetsk State Technical University, Moscovskaya 30, Lipetsk 398600, Russia)

“WAYS TO ENHANCE ENVIRONMENTAL FLAT GRINDING BY

IMPROVING THE TECHNOLOGY OF THE COOLANT SUPPLY”

“NHỮNG CÁCH CẢI THIỆN MÔI TRƯỜNG MÀI PHẲNG BẰNG CÁCH CẢI TIẾN CÔNG NGHỆ CUNG CẤP CHẤT LÀM MÁT”

This article analyzes coolant supply methods for flat grinding using the grinding wheel face, focusing on the development of combined coolant supply techniques It presents a theoretical justification for creating a coolant bath in the working area of flat grinding machines Additionally, the article introduces a new coolant function—recovering—which neutralizes grinding waste in the cutting area and evaluates the limiting concentration of harmful substances in the machine's working environment.

Bài báo này phân tích việc cung cấp chất làm mát cho mài phẳng với bề mặt đá mài, đồng thời thảo luận về các phương pháp kết hợp trong quá trình này Chúng tôi trình bày phương pháp và lý thuyết hình thành bể chất làm mát trong khu vực làm việc của máy mài phẳng Ngoài ra, bài báo cũng đề cập đến chức năng mới của chất làm mát – phục hồi, liên quan đến việc trung hòa chất thải mài trong khu vực cắt, được đánh giá qua việc kiểm soát nồng độ các chất có hại trong khu vực làm việc của máy.

Amon Gasagara 1 , Wuyin Jin 1, 2 and Angelique Uwimbabazi 1

1 School of Mechanical and Electronic Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, Gansu, China

2 Key Laboratory of Digital Manufacturing Technology and Application, Ministry of Education, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, Gansu, China

“MODELING OF VIBRATION CONDITION IN FLAT SURFACE GRINDING PROCESS”

“MÔ HÌNH HÓA ĐIỀU KIỆN RUNG ĐỘNG TRONG QUÁ TRÌNH MÀI BỀ MẶT PHẲNG”

This article introduces a new model for analyzing vibration conditions in flat surface grinding processes, focusing on the impact of normal and tangential grinding force components Utilizing bifurcation diagrams, the study investigates how the depth of cut and cutting speed influence vibration conditions, considering the workpiece as rigid and modeling the grinding wheel as a nonlinear two-degrees-of-freedom mass-spring-damper oscillator Experimental validation in the frequency domain reveals that the normal component of grinding forces significantly affects vibration conditions more than the tangential component Furthermore, the findings suggest that a cutting speed of 30 m/s allows for grinding at a depth of cut up to 0.02 mm while maintaining stable vibration behavior.

Bài báo này giới thiệu một mô hình mới về điều kiện rung trong quá trình mài bề mặt phẳng, với phân tích so sánh ảnh hưởng của các thành phần lực mài bình thường và tiếp tuyến Sử dụng biểu đồ phân nhánh, nghiên cứu xác định điều kiện rung dựa trên độ sâu cắt và tốc độ cắt Mô hình phôi cứng và bánh mài được mô phỏng như một hệ thống dao động phi tuyến với hai bậc tự do Các thí nghiệm trong miền tần số đã xác minh rằng thành phần lực mài bình thường có ảnh hưởng lớn hơn đến điều kiện rung so với thành phần tiếp tuyến Kết quả cho thấy tốc độ cắt 30 m/s cho phép mài ở độ sâu cắt lên đến 0,02 mm mà không làm ảnh hưởng đến hành vi rung của quá trình.

Ngoài ra, còn có thể rất dễ dàng tìm được sản phẩm máy mài phẳng được chế tạo và sản xuất ngoài nước, ví dụ như máy:

• Máy có cấu trúc hợp lý, độ cứng tốt, ngoại hình đẹp và vận hành thuận tiện

Máy mài phẳng thủy lực GD-618/820 đã chuyển đổi từ thao tác thủ công sang điều khiển điện, nâng cao hiệu quả làm việc và giảm cường độ lao động Đặc biệt, máy này rất hiệu quả trong việc mài phôi khối lượng lớn, đồng thời cải thiện độ chính xác hoàn thiện bề mặt so với máy mài thủ công quay bằng tay.

• Vòng bi trục chính sử dụng vòng bi lăn chính xác P4

• Trục xoay được trang bị cover seal, có khả năng chống nước và bụi

• Có thể mài các phôi có hình dạng phẳng hoặc phức tạp khác nhau khi thay đổi kiểu bánh mài

• Máy mài phẳng thùy lực có mâm cặp điện từ hoặc bàn hút nam châm vĩnh cửu có thể được tùy chọn option

• Mâm cặp điện từ hoặc nam châm vĩnh cửu có thể được tùy chỉnh theo yêu cầu của khách hàng

Hình 2.16 Máy mài phẳng động cơ điện GD-618-D

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của máy mài GD-618-D

Kích thước phôi lớn nhất (LxWxH) mm 500x190x335

Chiều dài mài lớn nhất mm 500

Chiều rộng mài lớn nhất mm 190

Khoảng cách từ trục chính tới bàn làm việc mm 335

Thanh ray trượt khối V bi cầu Kg 150

Kích thước bàn (LxW) mm 460x180

Tốc độ bàn làm việc (Vô cấp) m/min 03—25 Độ chỉnh quay tay mm 0.02/Graduation

Tự động cấp ngang (Vô cấp) mm 0.5—20

Rapid feed in transverse r/min 144 Đá mài (dia x width x bore) mm 200x16x31.75

Tốc độ trục chính 50Hz rpm 2850

Motor feed trục dọc Kw 0.2

Motor feed trục ngang Kw 0.2

Kích thước máy (LxWxH) mm 1550x1060x1590 Đóng gói (LxWxH) mm 1020x1150x1870

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Đặc điểm lý thuyết cơ bản của quá trình mài

Quá trình mài là phương pháp cắt gọt vật liệu sử dụng các hạt mài có độ cứng cao Đá mài, với nhiều lưỡi cắt không liên tục, là công cụ chính trong quá trình này, giúp tối ưu hóa hiệu suất cắt.

Tốc độ cắt khi mài rất cao (≥ 30 m/s, mài cao tốc độ có thể lên tới 120 m/s hoặc cao hơn)

Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài rất lớn (1000

 1500°C) làm thay đổi cấu trúc tế vì lớp kim loại bề mặt

Có thể coi quá trình mài là quá trình cào xước tế vì bề mặt gia công tạo độ nhẵn bóng và độ chính xác cao

Mài có thể gia công được những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ khác "không cắt được như thép tôi, hợp kim cứng

Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc

Phương pháp mài đóng vai trò quan trọng trong gia công cơ khí nhờ vào khả năng gia công các vật liệu có độ cứng và độ bền cao, mang lại độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt vượt trội.

Cơ sở tính toán công suất mài

Để tính toán công suất mài cho máy mài phẳng, cần xác định các thông số cụ thể của quá trình mài và áp dụng các công thức liên quan.

Công suất (P) của động cơ để truyền động trục đá mài có thể được tính bằng công thức

P là công suất mài (kw)

F c là lực cắt gọt khi mài (N)

V đ là tốc độ quay của đá mài (m/s)

𝜂 là hệ số truyền dẫn của máy 𝜂 = 0,75 − 0,8

Mô-men xoắn được tính toán dựa trên thông số của đầu mài và quá trình mài Để tính mô-men xoắn T, bạn cần biết lực cắt (cutting force) F áp dụng lên đầu mài và bán kính r của đầu mài, theo công thức: T = F * r.

F c là lực cắt (đơn vị: N) r là bán kính của đầu mài (đơn vị: mét).

Cơ sở tính toán lực cắt khi mài

Lực cắt đóng vai trò quan trọng trong quá trình mài, vì vậy việc tính toán và điều chỉnh lực cắt là cần thiết để đạt được kết quả mài tối ưu, đồng thời bảo vệ đầu mài và máy móc.

Lực cắt có thể được tính bằng công thức:

K c : lực cắt cụ thể của vật liệu (đơn vị: N/mm²) d: độ sâu cắt (đơn vị: mm) w: chiều rộng cắt (đơn vị: mm)

Các thông số d, w, K c cần phải được xác định chính xác từ các thông số kỹ thuật trong quá trình mài và loại vật liệu được mài.

Cơ sở nguyên lý các loại cơ cấu truyền động, dẫn hướng trong cụm 3 trục của máy mài phẳng

Cơ cấu truyền động của máy mài phẳng được thiết kế với cụm 3 trục truyền động tự động, cho phép sử dụng nhiều loại cơ cấu khác nhau như vít me đai ốc thường, vít me đai ốc bi, và bộ truyền bánh răng thanh răng Tất cả các cơ cấu này đều được dẫn hướng bằng con trượt và ray trượt, giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác trong quá trình mài.

3.4.1 Vít me đai ốc thường

Hình 3.1 Vít me đai ốc thường [15]

Vít me hoạt động bằng cách gắn đồng trục với động cơ; khi động cơ quay, vít me cũng quay, kéo theo đai ốc di chuyển dọc theo trục vít Đai ốc được gắn chặt vào bộ phận cần di chuyển (trục X, Y, Z), tạo ra chuyển động tương ứng với hệ thống thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của trục vít; một vòng quay của trục động cơ tương ứng với một đoạn di chuyển bằng bước ren của trục vít Mặc dù tốc độ di chuyển chậm, nhưng phương pháp này mang lại độ chính xác cao Sử dụng động cơ bước với bước góc nhỏ và trục ren có bước ren nhỏ sẽ nâng cao độ chính xác trong quá trình di chuyển.

3.4.2 Vít me đai ốc bi

Trong máy công cụ điều khiển số công nghiệp, vít me đai ốc thường được sử dụng, bao gồm vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi Vít me đai ốc bi sử dụng ma sát lăn thay vì ma sát trượt thông thường, cho phép các viên bi tiếp xúc giữa vít me và đai ốc Ưu điểm của thiết kế này là chỉ cần một lực quay nhỏ vào trục vít me để làm cho đai ốc chuyển động, giúp tăng hiệu quả và giảm lực cần thiết trong quá trình vận hành.

Hình 3.2 Vít me đai ốc bi [15]

Trục vít me đai ốc hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi từ chuyển động quay sang chuyển động tuyến tính Khi trục vít quay, các viên bi trong ống lệch hướng sẽ di chuyển vào ống hồi bi, sau đó tiếp tục đến rãnh đai ốc, tạo ra chuyển động trơn tru và chính xác Đặc điểm nổi bật của trục vít me đai ốc chất lượng cao là ma sát trượt rất thấp, giúp nâng cao hiệu suất làm việc và đảm bảo chuyển động nhẹ nhàng, ít tiếng ồn Hơn nữa, bộ vít me chất lượng không có độ rơ và độ cứng cao, với áp lực đồng đều từ các viên bi, đảm bảo sự ổn định trong quá trình hoạt động.

Bề mặt trục vít có độ cứng vững cao, giúp tạo ra lực căng ban đầu hiệu quả Việc sử dụng vít me đai ốc bi cho phép hoạt động với tốc độ cao, mang lại hiệu suất truyền động tối ưu và duy trì nhiệt độ thấp, đồng thời không ảnh hưởng đến chất lượng chuyển động.

3.4.3 Bộ truyền thanh răng bánh răng

Bộ truyền thanh răng bánh răng bao gồm hai linh kiện chính: thanh răng và bánh răng, được chế tạo với độ chính xác cao và chi tiết.

Có 2 loại bộ truyền thanh răng bánh răng: bộ truyền thanh răng bánh răng thẳng và bộ truyền thanh răng bánh răng nghiên

Hình 3.3 Bộ truyền thanh răng bánh răng (răng thẳng) và (răng nghiêng) [19]

Bộ truyền động thanh răng bánh răng hoạt động bằng cách biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến, tạo ra sự ăn khớp chặt chẽ giữa thanh răng và bánh răng Đặc điểm nổi bật của bộ truyền động này là không gây ra độ trượt hay độ rung trong quá trình hoạt động, cho phép truyền tải lực nhỏ trong kỹ thuật chính xác hoặc lực lớn trong các máy cán, đồng thời duy trì tỉ lệ truyền chính xác.

Tùy theo cấu tạo của máy mà có các trường hợp lắp ráp bộ truyền bánh răng thanh răng như sau:

• Bánh răng quay, thanh răng tịnh tiến

• Thanh răng cố định, bánh răng vừa quay vừa tịnh tiến

• Bánh răng cố định, thanh răng vừa quay vừa tịnh tiến

Ray trượt dẫn hướng có 2 chức năng cơ bản:

Dùng để dẫn hướng cho các bộ phận như bàn máy, các cụm trục, … theo một quỹ đạo hình học cho trước Định vị đúng các bộ phận tĩnh

Ray trượt cần đảm bảo độ chính xác tĩnh và độ chính xác di chuyển cho các bộ phận lắp trên đó Yêu cầu này chủ yếu phụ thuộc vào độ chính xác gia công của ray trượt và cách bố trí ray trượt phù hợp với bề mặt chịu lực Việc bố trí cần được thực hiện sao cho lực tác dụng lên ray trượt là nhỏ nhất và biến dạng của ray trượt cũng được giảm thiểu tối đa.

Bề mặt làm việc cần có khả năng chịu mòn cao để duy trì độ chính xác lâu dài, điều này phụ thuộc vào độ cứng và độ bóng của ray trượt, cũng như chế độ bôi trơn và bảo quản ray trượt.

Kết cấu ray trượt đơn giản, có tính công nghệ cao

Có khả năng điều chỉnh khe hở khi mòn, tránh được phoi và bụi

Bảo vệ và bôi trơn ray trượt:

Bảo vệ ray trượt khỏi bụi bẩn và phoi, cùng với việc bôi trơn hợp lý, giúp giảm đáng kể độ mòn và duy trì độ chính xác ban đầu của ray trượt Các nhà chế tạo ray trượt tuyến tính hiện nay đều cung cấp hướng dẫn bôi trơn cụ thể cho từng dòng sản phẩm, nhằm đảm bảo hiệu quả tối ưu trong quá trình sử dụng.

Ray trượt dẫn hướng thường được sử dụng hiện nay: ray (thanh) trượt vuông, thanh trượt tròn

Hình 3.4 Thanh trượt vuông và thanh trượt tròn

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Giới thiệu về nguồn gốc chọn đề tài

4.1.1 Giới thiệu về doanh nghiệp

Công ty TNHH Giải Pháp Công Nghiệp CODIA

Công ty TNHH Giải Pháp Công Nghiệp CODIA chuyên sản xuất máy móc và thiết bị tự động hóa cho quy trình công nghiệp Với sự tập trung vào phát triển dây chuyền cắt, chấn và hàn, CODIA mang đến hiệu quả và độ chính xác cao cho các doanh nghiệp sản xuất.

Hình 4.1 Công ty TNHH Giải pháp công nghiệp CODIA [11]

Các sản phẩm và dịch vụ chính của CODIA:

• Máy hàn tiếp xúc điểm, máy chấn, uốn kim loại

• Máy ép thủy lực, máy mài nhám đai, máy cắt lazer

• Hệ thống tự động hóa sản xuất

• Máy tách vỏ hạt mắc ca

• Băng tải lưới tự động

• Máy tách cuống nho khô

Giải pháp kỹ thuật và công nghệ:

• Tư vấn và thiết kế hệ thống sản xuất tự động

• Gia công chính xác theo yêu cầu

• Dịch vụ lắp đặt, bảo trì máy móc và thiết bị

4.1.2 Giới thiệu về nguyên lý điều khiển hoạt động

Motor cụm đá mài Đá mài Động cơ Z Động cơ Y Động cơ X

Sơ đồ 4.1 Nguyên lý điều khiển hoạt động của máy mài phẳng

4.1.3 Yêu cầu của đề tài Để nâng cao dịch vụ gia công cơ khí chính xác của công ty giải pháp công nghiệp CODIA, công ty cần một máy mài phẳng đáp ứng nhu cầu mài những chi tiết yêu cầu độ bóng cao khi gia công cơ khí chính xác

Với mục tiêu nghiên cứu thiết kế của nhóm cùng với công ty CODIA Những yêu cầu của đề tài được đặt ra như sau:

• Máy mài hoạt động 3 trục được lập trình chạy theo từng bước

• Máy mài phẳng mài được nhiều vật liệu kim loại tấm như sắt, thép carbon, inox, nhôm, đồng

• Kích thước khung máy phù hợp với yêu cầu không gian làm việc là 1000 x 800 x 1000 mm.

Cấu trúc máy

Dựa trên nguyên lý hoạt động đã nêu ở phần cơ sở lý thuyết, máy mài phẳng được cấu tạo từ các bộ phận chính sau:

• Bàn làm việc (bàn dẫn hướng và bàn máy)

Hình 4.2 Hình minh họa cấu trúc cơ bản của máy mài

Lựa chọn phương án thiết kế

Các phương án thiết kế được đề xuất dựa trên các tiêu chí quan trọng như hiệu quả chi phí, kích thước máy mài phẳng, độ tin cậy của hệ thống, và độ chính xác trong gia công mài phẳng của cụm truyền độ 3 trục X, Y, Z Ngoài ra, độ cứng vững và độ bền của khung máy, tính dễ bảo trì của các chi tiết cơ khí, cũng như khả năng thay thế lẫn nhau của các bộ phận máy cũng được xem xét kỹ lưỡng.

Quá trình lựa chọn thiết kế gồm các bước sau:

• Đưa ra phương án thiết kế liên quan đến khung và kết cấu của máy mài phẳng

• Đưa ra phương án truyền động của từng cụm truyền động 3 trục X, Y, Z của máy

• Đưa ra phương án động cơ điện dẫn động 3 trục X, Y, Z

• Tiến hành lựa chọn và thiết kế hình dáng, kích thước tổng thể của khung máy

4.3.1 Phương án thiết kế liên quan đến khung và kết cấu máy mài phẳng

Phương án 1: Thiết kế máy mài phẳng trục đứng có bàn máy quay

Hình 4.3 Máy mài phẳng trục đứng có bàn máy quay [16] Ưu điểm:

• Máy mài phẳng trục đứng có bàn máy quay thường có công suất lớn, cho phép mài và gia công một lượng lớn vật liệu trong thời gian ngắn

Thiết kế trục đứng của máy mài đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình mài, trong khi bàn máy quay cho phép điều chỉnh vị trí vật liệu theo nhiều góc và hướng khác nhau.

• Đá có hình dạng khác nhau tăng tính linh hoạt cho máy mài

• Máy mài trục chính thẳng đứng đa số dùng trong máy mài hạng nặng, gia công các chi tiết có kích thước lớn

Máy mài có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với các thiết bị gia công nhỏ hơn, điều này xuất phát từ tính năng và công suất lớn của nó.

Máy mài phẳng trục đứng với bàn máy quay có khả năng gia công đa dạng, nhưng gặp khó khăn khi xử lý các chi tiết nhỏ yêu cầu độ chính xác cao.

Phương án 2: Thiết kế máy mài phẳng trục đứng có bàn máy tịnh tiến

Hình 4.4 Máy mài phẳng trục đứng có bàn máy tịnh tiến [16] Ưu điểm:

• Thiết kế trục đứng và bàn máy tịnh tiến giúp máy mài có thể thực hiện quá trình mài nhanh chóng và hiệu quả, giảm thời gian sản xuất

Máy mài phẳng trục đứng với chức năng tịnh tiến được thiết kế thân thiện với người dùng, cho phép điều khiển qua các chương trình máy tính nhằm tự động hóa quy trình gia công.

• Đá có hình dạng khác nhau tăng tính linh hoạt cho máy mài

• Giống với phương án 1: Máy mài trục chính thẳng đứng đa số dùng trong máy mài hạng nặng, gia công các chi tiết có kích thước lớn

Máy mài phẳng trục đứng với bàn máy tịnh tiến thường yêu cầu một khoản đầu tư ban đầu lớn, đặc biệt khi sử dụng máy tính điều khiển số.

• Máy mài phẳng trục đứng có thể gặp hạn chế trong việc gia công các chi tiết nhỏ hoặc có độ chính xác cao

Phương án 3: Thiết kế máy mài phẳng trục ngang có bàn máy tịnh tiến

Hình 4.5 Máy mài phẳng trục ngang có bàn máy tịnh tiến [16] Ưu điểm:

Máy mài phẳng trục ngang với bàn máy tịnh tiến mang lại hiệu suất gia công cao, đặc biệt hiệu quả cho việc xử lý các chi tiết lớn.

• Thiết kế trục ngang của máy mài giúp đảm bảo độ chính xác trong quá trình mài bề mặt

• Máy mài phẳng trục ngang thường có cấu trúc vững chắc, giúp đảm bảo độ ổn định trong quá trình hoạt động

Vận hành máy mài phẳng trục ngang thường đơn giản hơn so với máy mài trục đứng, nhờ vào khả năng điều khiển linh hoạt dưới các hình thức thủ công, bán tự động và tự động trong quá trình gia công chi tiết.

• Máy mài mặt phẳng có bàn máy tịnh tiến trong chế độ tốt có thể dự kiến tạo ra một mặt phẳng trên phôi với dung sai nhỏ nhất

• Tính linh hoạt thấp, chỉ tập trung cho 1 phương án mài phẳng nhất định

• Chi phí đầu tư cho việc chế tạo máy mài phẳng có bàn máy tịnh tiến khá cao

Kết luận: Lựa chọn thiết kế và chế tạo máy mài phẳng trục ngang với bàn máy tịnh tiến là hợp lý, vì chi phí đầu tư phù hợp với khả năng tài chính của nhóm Máy cũng đáp ứng nhu cầu nghiên cứu và thiết kế chuyên sâu cho phương án mài mặt phẳng.

Lựa chọn phương án và kết cấu máy

Có thể dễ dàng thấy rằng hiện nay hầu hết tất cả các loại máy được thiết kế hoạt động

Các loại máy CNC và máy mài 3 trục yêu cầu độ chính xác cao, đều sử dụng các cơ cấu truyền động dẫn hướng đã được đề cập trong mục 3.4 Do đó, nhóm đã tiến hành nghiên cứu và áp dụng những công nghệ này để nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong quá trình hoạt động.

36 sánh để lựa chọn ra được những cơ cấu truyền động dẫn hướng phù hợp cho từng cụm truyền động của máy mài phẳng

4.4.1 Phương án lựa chọn các cơ cấu truyền động cho cụm 3 trục của máy mài phẳng

Cơ cấu truyền động là thành phần thiết yếu trong hệ thống cơ khí và tự động hóa, giúp chuyển đổi giữa chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến Chúng đóng vai trò quan trọng trong máy công cụ, máy CNC và thiết bị tự động hóa, nơi yêu cầu độ chính xác và độ tin cậy cao.

Nhóm đã đề xuất bốn phương án cơ cấu truyền động phổ biến nhất cho máy mài phẳng, nhằm đáp ứng yêu cầu về độ chính xác cao Dưới đây là bảng so sánh các đặc điểm của bốn loại cơ cấu này.

Bảng 4.1 Phân tích lựa chọn cơ cấu truyền động cho cụm 3 trục của máy mài phẳng [12]

Phương án Ưu điểm Nhược điểm

01 Vít me đai ốc thường

- Khả năng chịu tải cao

- Bảo trì, sửa chữa, thay thế dễ dàng

- Rất phổ biến, được sử dụng rộng rãi

- Độ cứng vững dọc trục không tốt do có khe hở giửa vít me và đai ốc

- Không đảm bảo độ chính xác cao

- Ma sát lớn, hiệu suất giảm

02 Vít me đai ốc bi

- Chỉ cần lực nhỏ để có thể di chuyển đai ốc

- Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn

- Có thể loại trừ khe hở và sức căng ban đầu nên đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao

- Khả năng chịu tải kém

- Chế tạo, bảo trì khó khăn

- Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài

03.Cơ cấu thanh răng – bánh răng (bánh răng thẳng)

- Truyền động tốt, không rung, không gây ra độ trượt

- Nguyên lý hoạt động đơn giản

- Dễ dàng thiết kế cho cụm trục không cần chuyển động có độ chính xác không quá cao

- Dễ bảo trì và thay thế

- Giá thành tương đối thấp

- Độ chính xác không cao bằng truyền động vít me và bộ truyền thanh răng bánh răng nghiên

- Khả năng chịu tải lớn

- Gây tiếng ồn lớn khi hoạt động

04.Cơ cấu thanh răng – bánh răng

(bánh răng nghiêng) - Độ chính xác cao hơn bánh răng thẳng

- Độ truyền tải lớn hơn do độ tiếp xúc cao hơn bánh răng thẳng

- Dễ bảo trì và thay thế

- Nhanh mòn do ma sát trực tiếp và độ tiếp xúc cao

Sau khi tiến hành nghiên cứu về máy mài phẳng 3 trục với trục chính nằm ngang và bàn máy tịnh tiến, nhóm đã quyết định thiết kế cấu trúc cho từng cụm truyền động của máy.

Sử dụng cơ cấu vít me – đai ốc bi cho truyền động trục Z và Y là cần thiết để đảm bảo độ chính xác về chiều sâu lớp cắt và độ bóng bề mặt của máy mài phẳng Việc lựa chọn cơ cấu truyền động với độ chính xác cao nhất là bắt buộc để đáp ứng yêu cầu này.

Sử dụng cơ cấu thanh răng bánh răng thẳng cho cụm truyền động trục X là lựa chọn tối ưu trong quá trình mài phẳng, vì đầu mài chỉ cần di chuyển cắt hết chiều rộng cơ sở của chi tiết Lựa chọn này không chỉ đảm bảo độ chính xác cần thiết mà còn phù hợp về hiệu năng làm việc và chi phí sản xuất máy.

4.4.2 Phương án lựa chọn cơ cấu dẫn hướng cho cơ cấu truyền động 3 trục

Cơ cấu dẫn hướng cho ba cụm trục truyền động thường sử dụng hai loại phổ biến là thanh trượt vuông và thanh trượt tròn Việc lựa chọn thanh trượt dẫn hướng phù hợp cho máy mài phẳng phụ thuộc vào đặc điểm của máy, bao gồm độ chính xác và ổn định Hơn nữa, tuổi thọ làm việc và khả năng chịu tải trong điều kiện làm việc của máy cũng là yếu tố quan trọng cần xem xét.

Bảng 4.2 Phân tích lựa chọn dẫn hướng cho các cơ cấu truyền động của 3 trục

Phương án Ưu điểm Nhược điểm

01.Cơ cấu dẫn hướng thanh trượt vuông

- Con trượt vuông gồm 4 rãnh bi với cơ cấu chuyên dụng

- Thanh trượt vuông được thiết kế với 4 rãnh bi hướng tâm 45° tôi luyện lên độ cứng 58 -

62 HRC giúp con trượt chuyển động ôm sát, chịu lực theo nhiều phương giúp tăng độ bền và tải trọng lớn

- Độ chính xác và độ bền cao

- Giá thành cao hơn trượt tròn

- Đòi hỏi phải lắp đặt trên mặt phẳng

- Chuyển động mượt mà, êm ái

- Lắp đặt dễ dàng, chỉ cần lắp đặt trên mặt phẳng và 2 thanh trượt song song

- Con trượt ôm sát thanh trượt nên không có độ rơ, lắc ngang

02.Cơ cấu dẫn hướng thanh trượt tròn

- Cơ cấu thiết kế con trượt tròn không chuyên cho mục đích chịu tải trọng cao

- Giá thành rẻ hơn thanh trượt vuông

- Con trượt có khả năng lắc ngang giúp hỗ trợ phù hợp với các cơ cấu lắp đặt có bề mặt không phẳng tuyệt đối

Thanh trượt tròn trơn thường được lắp đặt trên hai gối đỡ ở hai đầu, nhưng khi sử dụng trong thời gian dài, nó có thể dẫn đến tình trạng cong võng Để khắc phục vấn đề này, cần xem xét việc tăng đường kính của thanh trượt để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất sử dụng.

- Độ chính xác và độ bền kém hơn trượt vuông

- Chuyển động phát ra tiếng ồn

➢ Kết luận: Chọn sử dụng thanh (ray) trượt vuông cho cả 3 cụm trục truyền động trên máy mài phẳng vì:

So với các loại thanh ray trượt dẫn khác như thanh trượt tròn, thanh ray này cung cấp độ chính xác cao hơn, độ cứng vững tốt hơn và khả năng chịu tải nặng gấp 1,5 lần.

• Thanh ray trượt vuông thường được ứng dụng trong chế tạo mô hình máy CNC vì đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác cao

Cả ba trục X, Y, Z đều đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chuyển động chính xác trong quá trình mài Để nâng cao độ chính xác và kéo dài thời gian làm việc, việc sử dụng ray trượt vuông dẫn hướng cho cả ba cụm truyền động là cần thiết.

Phương án lựa chọn động cơ điện dẫn động cho các cơ cấu truyền động 3 trục

Bảng 4.3 Phân tích lựa chọn động cơ cho các cơ cấu truyền động của 3 trục

Phương án Ưu điểm Nhược điểm

01.Động cơ bước (Step motor)

- Động cơ bước có thể điều khiển chính xác góc quay

- So với động cơ servo thì động cơ bước có giá thành thấp hơn nhiều

- Động cơ bước hoạt động ổn định, bền bỉ, tuổi thọ lâu dài

- Động cơ bước có thể dễ dàng lắp đặt, thay thế

- Động cơ bước có khả năng cung cấp mô men xoắn lớn ở dải vận tốc trung bình và thấp

Dòng điện từ driver đến cuộn dây động cơ không thể thay đổi trong quá trình hoạt động Nếu động cơ bị quá tải, điều này sẽ dẫn đến hiện tượng trượt bước, gây ra sai lệch trong quá trình điều khiển.

- Đông cơ bước gây ra nhiều nhiễu và rung động hơn động cơ servo

- Động cơ bước không thích hợp cho các ứng dụng cần tốc độ cao

02.Động cơ servo (Servo motor)

- Nếu tải đặt vào động cơ tăng, bộ điều khiển sẽ tăng dòng tới cuộn dây động cơ giúp tiếp tục quay

Tránh hiện tượng trượt bước như trong động cơ bước

- Có thể hoạt động ở tốc độ cao

- Đông cơ servo hoạt động không trùng khớp với lệnh điều khiển bằng động cơ bước

- Khi dừng lại, động cơ servo thường dao động tại vị trí dừng gây rung lắc

Kết luận: Việc chọn động cơ bước cho cả ba cụm trục của máy mài phẳng là hợp lý, vì chúng không yêu cầu tốc độ hoạt động cao, giúp đảm bảo tính hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

Việc sử dụng động cơ bước không đáp ứng yêu cầu độ chính xác cực cao cho trục Z (trục chuyển động tịnh tiến của đầu mài) Giải pháp tối ưu cho vấn đề này là động cơ bước vòng kín (closed-loop), mang lại độ chính xác và tốc độ cao với chi phí thấp Công nghệ này sử dụng thiết bị phản hồi tín hiệu có độ phân giải cao để tạo thành vòng kín, cải thiện hiệu suất hoạt động của động cơ bước.

Động cơ bước vòng kín mang lại tất cả lợi ích của động cơ bước, bao gồm tính dễ sử dụng, đơn giản và khả năng hoạt động với tốc độ thấp cùng độ dừng chính xác Ngoài ra, nó còn có khả năng phản hồi tín hiệu tương tự như động cơ servo, nhưng không gặp phải nhược điểm lớn nhất của động cơ servo là chi phí cao.

Tiến thành thiết kế khung máy theo phương án đã chọn

Dựa trên thông tin về kích thước máy mài phẳng đã được nghiên cứu, kết hợp với các yêu cầu quy định, chúng tôi sẽ thiết kế chiều dài, chiều rộng và chiều cao phù hợp với không gian làm việc của khung máy, như chi tiết trong bảng 4.4.

Bảng 4.4 Thông số khung máy

Chiều dài khung máy (mm) Chiều rộng khung máy

(mm) Chiều cao khung máy (mm)

Dựa trên các kích thước trên thì thiết kế đã đáp ứng được yêu cầu của công ty như:

Chiều cao không gian làm việc cần được điều chỉnh hợp lý, không quá cao hoặc quá thấp, nhằm bảo vệ sức khỏe và cột sống của người vận hành khi làm việc trong thời gian dài.

Không gian làm việc cần phải tương thích và có kích thước phù hợp với các loại máy móc và dây chuyền sản xuất hiện có trong quy trình sản xuất của công ty Sự phù hợp này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc nâng cấp, cải tiến và tích hợp máy móc vào hệ thống sản xuất.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Lựa chọn các thành phần chi tiết máy

Động cơ truyền động dùng động cơ bước của hãng MaxWell

Truyền động bằng hai bộ truyền:

• Thanh răng bánh răng: trục X

• Vít me đai ốc bi dùng cho trục Z, Y.

Lựa chọn động cơ điện dẫn động cho các trục X, Y, Z

Nhóm đã xác định rằng cụm dẫn động trục X chịu tải trọng lớn nhất, vì vậy quyết định tính toán và lựa chọn công suất động cơ phù hợp cho cụm trục X đầu tiên là cần thiết.

Cụm chi tiết máy dẫn động theo trục X gồm:

• Động cơ dẫn động trục X

• Bộ truyền thanh răng bánh răng

• Ray dẫn hướng (số lượng: 2)

• Con trượt dẫn hướng (số lượng: 4)

• 𝐹: lực cần tải của động cơ (𝑁)

• 𝑣: vận tốc dài của trục động cơ (𝑚/𝑠)

• 𝜂: Hiệu suất chung của cụm chi tiết máy mắc nối tiếp (%)

Tải trọng tác dụng là do khối lượng toàn bộ bàn máy (cụm trục X) gây ra Khối lượng từng chi tiết là:

• Khối lượng sơ bộ cụm vít me bi trục X: 2 (𝑘𝑔)

• Khối lượng sơ bộ tấm lót con trượt (2 tấm): 10 (𝑘𝑔)

• Khối lượng sơ bộ bộ truyền thanh răng bánh răng: 12 (𝑘𝑔)

• Khối lượng sơ bộ tám con trượt: 12 (𝑘𝑔)

• Khối lượng sơ bộ hai động cơ bước: 4 (𝑘𝑔)

Tổng khối lượng cụm chuyển động là:

Tổng tải trọng tác dụng lên trục X:

Theo tiêu chuẩn sản xuất quốc tế để đảm bảo khả năng tải tăng trọng lực lên 20%:

Theo thông số tham khảo tốc độ di chuyển ngang bàn máy cao nhất là 3000

Để tối ưu hóa hiệu suất làm việc của máy mài, ngoài việc chú ý đến tốc độ di chuyển, cần đảm bảo rằng tốc độ tối đa khi không tải đạt khoảng 12.000 mm/phút, tương đương với 0,2 mm/s.

Hiệu suất cặp thanh răng bánh răng: 𝜂 = 98% = 0,98

Công suất cần thiết của động cơ:

Dựa trên yêu cầu của đề tài và khả năng tài chính của công ty, nhóm đã quyết định chọn động cơ MaxWell Model AM23SS2DGB để dẫn động cho cả ba trục XYZ Các thông số kỹ thuật của động cơ này được trình bày trong bảng 5.1.

Bảng 5.1 Thông số động cơ điện AM23SS2DGB

Model Đường kính trục (mm)

Tốc độ tối đa (rpm)

Hình 5.1 Động cơ Step Maxwell AM23SS2DGB

Tính toán thiết kế bộ truyền thanh răng bánh răng trục X

- Số vòng quay động cơ: 𝑛đ𝑐 = 3600 (𝑣ò𝑛𝑔 𝑝ℎú𝑡)

• Chọn vật liệu thanh răng và bánh răng:

Bảng 5.2 Bảng vật liệu của thanh răng bánh răng trục X [2]

Giới hạn mỏi tiếp xúc (𝝈𝟎𝑯𝒍𝒊𝒎 )

Giới hạn mỏi uốn (𝝈𝟎𝑭𝒍𝒊𝒎 ) Độ cứng

Bánh răng Thép C45 Tôi cải thiện 630 504 280

Thanh răng Thép C45 Tôi cải thiện 670 540 300 Ứng suất tiếp xúc cho phép sơ bộ [𝜎𝐻𝑠𝑏]:

• 𝜎𝑂𝐻𝑙𝑖𝑚 = 670 (𝑀𝑃𝑎): Giới hạn mỏi tiếp xúc

Bảng 5.3 Giới hạn mỏi tiếp xúc 𝜎 0 𝐻𝑙𝑖𝑚 và giới hạn mỏi uốn 𝜎 0 𝐹𝑙𝑖𝑚 [2]

Vật liệu Nhiệt luyện Độ rắn 𝝈 𝟎𝑯𝒍𝒊𝒎

Thường hóa hoặc tôi cải thiện HB 180 ÷ 350 2H ÷ 70

Tôi thể tích HRC 35 ÷ 45 18H HR ÷150 550

Tôi bề mặt dòng điện tần số cao (mô đun m a

Tôi bề mặt dòng điện tần số cao (mô đun m a

Hệ số tuổi thọ 𝐾𝐻𝐿 được xác định bởi công thức:

• 𝑁𝐻𝑂: Số chu kỳ làm việc cơ sở

• 𝑁𝐻𝐸: Số chu kỳ làm việc tương đương

• 𝑚𝐻= 6: Bậc của đường cong mỏi

Số chu kì làm việc cơ sở thanh răng và bánh răng:

Số chu kì làm việc tương đương nếu số vòng quay không đổi:

Hình 5.2 Số lần ăn khớp bánh răng trong mỗi vòng quay [2]

𝑐 = 1: Số lần ăn khớp của răng trong mỗi vòng quay của bánh răng

𝑛 = 2500 (𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡): Số vòng quay trong một phút

• 𝐿: Tuổi thọ tính bằng năm

• 𝐾𝑛ă𝑚, 𝐾𝑛: Hệ số sử dụng bộ truyền trong một năm và trong một ngày

Giá trị KHHL không được vượt quá 2,4 để đảm bảo không xảy ra biến dạng dẻo trên bề mặt răng trong quá trình làm việc Ứng suất tiếp xúc cho phép sơ bộ (σHsb) cần được xem xét kỹ lưỡng.

1,1 = 548,18 [2] Ứng suất uốn cho phép sơ bộ [𝜎𝐹𝑠𝑏]:

• 𝑆𝐹 = 1,75: Hệ số an toàn trung bình

Hệ số tuổi thọ 𝐾𝐹𝐿 được xác định bởi công thức:

• Khi độ rắn của răng 𝐻 ≤ 350 𝐻𝐵 và đối với bánh răng được mài mặt chân răng thì 𝑚𝐹 = 6, khi đó 2 ≥ 𝐾𝐹𝐿 ≥ 1

• 𝑁𝐹𝑂 = 5 106: Số chu kỳ cơ sở

• 𝑁𝐹𝐸: Số chu kỳ làm tương đương

Khi làm việc với tải trọng không đổi:

➢ Ta chọn 𝐾𝐹𝐿 = 1 Ứng suất uốn cho phép sơ bộ:

Môđun bộ truyền được xác định theo công thức:

• Ψ𝑏𝑑 = 0,4: Hệ số chiều rộng vành răng

Bảng 5.4 Hệ số 𝛹𝑏𝑑 phụ thuộc vào vị trí răng và độ rắn bề mặt [2]

Hệ số dạng răng được tính theo công thức:

• 𝑥 = 0: Hệ số dịch chỉnh Đường kính vòng chia:

➢ Ta chọn cấp chính xác để chế tạo bánh răng và thanh răng là cấp 9, răng lựa chọn là răng thẳng

• Các lực tác dụng lên bánh răng:

Kiểm nghiệm ứng suất uốn chân răng:

• 𝐹𝑡 = 76(𝑁): Lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh răng dẫn

• Hệ số tải trọng tính ứng suất uốn được tính theo công thức:

• Hệ số trùng khớp dọc được tính theo công thức:

• 𝐾𝐹𝑣 = 1,4: Hệ số tải trọng động

• 𝐾𝐹𝛽 = 1,28: Hệ số tải trọng tập trung

Tra bảng 5.6 ta chọn được: 𝐾𝐹𝑣= 1,56

Bảng 5.6 Hệ số tải trọng động đối với bánh răng trụ răng thẳng [2] Ứng suất uốn cho phép:

• 𝐾𝐹𝐶 = 0,8: Hệ số xét đến ảnh hưởng khi quay hai chiều đến độ bền mỏi, 𝐾𝐹𝐶 1 khi quay một chiều, 𝐾𝐹𝐶 = 0,7 ÷ 0,8 khi quay hai chiều

• 𝑌𝑅 = 1,1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám, 𝑌𝑅 = 1 khi phay và mài răng,

• 𝑌𝑋 = 1,04375: Hệ số kích thước, khi tôi bề mặt và thấm nitơ theo công thức sau: 𝑌𝑥 = 1,05 - 0,005𝑚, đối với gang xám 𝑌𝑥 = 1,075 - 0,01𝑚

• Hệ số độ nhạy vật liệu bánh răng đến sự tập trung tải trọng:

Tính toán thiết kế trục Z

- Vận tốc lớn nhất của trục: V = 570 (mm/s) = 34,2 (m/phút)

- Khối lượng đặt lên sơ bộ: m = 7 (Kg)

- Tốc độ vòng của động cơ: N = 3600 (vòng/phút)

- Độ chính xác vị trí không tải: ± 0,7/600 mm [10]

- Độ chính xác lặp: ± 0,005 mm [10]

- Hệ số ma sỏt bề mặt: à = 0,003 [10]

• Tính toán lựa chọn trục vitme:

• Khối lượng tổng cộng: m = 7 kg

Với t: 0,2 (s) là thời gian tăng tốc của động cơ

• Tính các lực dọc trục:

• Trong quá trình tăng tốc đi lên:

• Trong chuyển động thẳng đều hướng lên trên:

• Trong quá trình giảm tốc đi lên:

• Khi tăng tốc đi xuống:

• Trong chuyển động thẳng đều hướng xuống:

• Khi giảm tốc đi xuống:

➢ Lực dọc trục lớn nhất khi nâng lên : F1max = 108,55 (N)

➢ Lực dọc trục lớn nhất khi hạ xuống : F2max = 28,65 (N)

• Lực dọc trục trung bình:

• F1max; F2max: Lực dọc trục lớn nhất khi nâng lên và hạ xuống

N1max và N2max đề cập đến tốc độ quay lớn nhất của thiết bị khi thực hiện quá trình nâng lên và hạ xuống Trong suốt quá trình này, trọng lượng của máy gần như không thay đổi, do đó tốc độ quay cũng giữ nguyên.

• t 1 ; t 2 : Thời gian máy hoạt động ở chế độ không tải và có tải

• Tốc độ quay lớn nhất của trục vít me:

• Với Vmax là vận tốc lớn nhất: Vmax = 34,2 (m/phút) = 0,57 (m/s)

• l là bước ren: l = 20 (mm/vòng)

Thời gian ước tính máy hoạt động ở chế độ không tải theo phương Z trong 1 chu kỳ gia công: 20%

Thời gian ước tính máy hoạt động ở chế độ có tải theo phương Z trong 1 chu kỳ gia công: 80%

Bảng 5.7 Thông số tính toán lực dọc trục trung bình (trục Z)

Lực dọc trục Tốc độ quay (rpm) Thời gian tương ứng (%)

• Tính tải trọng tĩnh và tải trọng động (C 0 , C a )

• Famax: Lực dọc trục lớn nhất (Famax = 108,55 (N))

• fs: Hệ số an toàn tĩnh

Bảng 5.8 Hệ số an toàn tĩnh [10]

Hệ số an toàn tĩnh fs

Máy công cụ Máy sản xuất công nghiệp

• Thời gian làm việc của máy: L = 8760 (giờ)

• Lực dọc trục trung bình: Fm = 65 (N)

• Hệ số tải: f w được tra dựa vảo bảng sau:

Tác động Vận tốc Hệ số tải

• Chọn bán kính trục vitme:

- L = chiều dài di chuyển + chiều dài đai ốc + chiều dài vùng thoát: theo yêu cầu đề tài chọn L = 330 (mm)

- Chọn hệ số kiểu ổ bi lắp cố định – đỡ (Fixed – Supported) theo phương đứng nên: λ= 3,927 [10]

- Chọn tốc độ quay động cơ khoảng 80% tốc độ quay tới hạn của động cơ nên:

➢ Đường kính trục vít me được tính theo công thức:

Kết quả tính toán cung cấp các giá trị tối thiểu cần thiết cho cơ cấu Dựa trên các thông số này, nhóm sẽ tra cứu catalog của nhà sản xuất để lựa chọn model phù hợp với yêu cầu của đề tài.

Với các thông số như sau:

• Đường kính trục vít me Z: Dr = 8 (mm)

Dựa vào Catalog Ball Screw, THK[10], nhóm lựa chọn trục Z như sau:

Bảng 5.10 Chọn Model trục Z theo Catalog hãng THK [9]

(mm/vòng) Đường kính Vít

Vận tốc lớn nhất (mm/s)

Hình 5.3 Model BNK1520 của hãng THK [9]

Tính toán thiết kế trục Y

- Vận tốc lớn nhất của trục: V = 570 (mm/s) = 34,2 (m/phút)

- Khội lượng đặt lên: m = 5 (Kg)

- Tốc độ vòng của động cơ: N = 3600 (vòng/phút)

- Độ chính xác vị trí không tải: ± 0,7/600 mm [10]

- Độ chính xác lặp: ± 0,005 mm [10]

- Hệ số ma sỏt bề mặt: à = 0,003 [10]

• Tính toán lựa chọn trục vitme: Điều kiện làm việc:

• Khối lượng tổng cộng: m = 5 kg

Với t: 0,2 (s) là thời gian tăng tốc của động cơ

• Tính các lực dọc trục:

• Trong quá trình tăng tốc hướng ra ngoài:

• Trong chuyển động thẳng đều hướng ra ngoài:

• Trong quá trình giảm tốc hướng ra ngoài:

• Khi tăng tốc hướng vào trong:

• Trong chuyển động thẳng đều hướng vào trong:

• Khi giảm tốc hướng vào trong:

➢ Lực dọc trục lớn nhất khi hướng ra ngoài : F1max = 78,25 (N)

➢ Lực dọc trục lớn nhất hướng vào trong : F2max = 19,75 (N)

• Lực dọc trục trung bình:

• F 1max ; F 2max : Lực dọc trục lớn nhất khi đi ra và đi về

Tốc độ quay lớn nhất khi di chuyển ra và về (N 1max; N 2max) được duy trì ổn định do trọng lượng máy gần như không thay đổi trong suốt quá trình này.

• Tốc độ quay lớn nhất của trục vít me:

Với Vmax là vận tốc lớn nhất: Vmax = 34,2 (m/phút) = 0,57 (m/s)

• l là bước ren: l = 10 (mm/vòng)

• t 1 ; t 2 : Thời gian máy hoạt động ở chế độ không tải và có tải

Thời gian ước tính máy hoạt động ở chế độ không tải theo phương Y trong 1 chu kỳ gia công: 20%

Thời gian ước tính máy hoạt động ở chế độ có tải theo phương Y trong 1 chu kỳ gia công: 80%

Bảng 5.11 Thông số tính toán lực dọc trục trung bình (trục Y)

Lực dọc trục Tốc độ quay (rpm) Thời gian tương ứng (%)

• Tính tải trọng tĩnh và tải trọng động (C 0 , C a )

• F amax : Lực dọc trục lớn nhất (Famax = 78,25 (N))

• f s : Hệ số an toàn tĩnh

• Thời gian làm việc của máy: L = 8760 (giờ)

• Lực dọc trục trung bình: F m = 46,72 (N)

• Hệ số tải f w : từ bảng 5.8 chọn f w = 1,2

• Chọn bán kính trục vitme:

- Ly = chiều dài di chuyển + chiều dài đai ốc + chiều dài vùng thoát: theo yêu cầu đề tài chọn Ly = 325 (mm)

- Chọn hệ số kiểu ổ bi lắp cố định - đỡ (Fixed – Supported) theo phương ngang nên λ= 15,1 [10]

- Chọn tốc độ quay động cơ khoảng 80% tốc độ quay tới hạn của động cơ nên: n = 0,8.3600 = 2880 (vòng/phút)

➢ Đường kính trục vitme được tính theo công thức:

Kết quả tính toán cung cấp các giá trị tối thiểu cần thiết cho cơ cấu, từ đó nhóm sẽ tra cứu catalog của nhà sản xuất để chọn Model phù hợp với yêu cầu của đề tài.

Với các thông số như sau:

• Đường kính trục vít me Y: Dr = 2 (mm)

Dựa vào Catalog Ball Screw THK [10], nhóm lựa chọn trục Y như sau:

Bảng 5.12 Chọn Model trục Y theo Catalog hãng THK [9]

(mm/vòng) Đường kính Vít

Vận tốc lớn nhất (mm/s)

Chọn gối đỡ cho trục vít me

Trục vít me bi có đường kính ∅15 mm và chiều dài 20 mm của hãng TBI đã được lựa chọn Theo tiêu chuẩn của TBI, gối đỡ phù hợp cho trục vít me này là loại BK10 BF10.

Bảng 5.13 Thông số kỹ thuật gối đỡ BK10 [9]

Bảng 5.14 Thông số kỹ thuật gối đỡ BF10 [9]

Chọn thanh trượt

Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại thanh trượt khác nhau, và việc lựa chọn loại phù hợp cho hệ thống máy yêu cầu nhiều bước để đảm bảo đáp ứng các tiêu chí như yêu cầu thiết kế, độ chính xác, khả năng chịu tải, thời gian làm việc và khả năng chống mài mòn.

Việc lựa chọn thanh trượt phù hợp phụ thuộc vào khối lượng tải mà nó cần chịu Quá trình tính toán này khá phức tạp, bao gồm nhiều bước liên kết với nhau Cuối cùng, thông qua các kết quả của từng bước tính toán, chúng ta có thể xác định tuổi thọ của thanh trượt.

Tính tải trọng ngoài tác dụng lên khối Tính tải tương đương Kiểm tra hệ số an toàn

Tính toán tải trung bình

Tính hành trình di chuyển của thanh

Hình 5.4 Quy trình tính toán

❖ Chọn thanh trượt cho trục X:

Với chiều dài trục X là 700 mm, cần đảm bảo khoảng cách an toàn để tránh con trượt rơi khỏi thanh trượt trong quá trình hoạt động Do đó, khoảng cách an toàn cần thiết cho thanh trượt hoạt động là rất quan trọng.

Hai thanh trượt của trục X phải chịu tải lớn hơn do phải nâng đỡ cụm trục Y Vì vậy, chỉ cần tập trung vào khả năng chịu tải của hai thanh trượt trên trục X.

Về phần tính toán dựa theo tải trọng mà X phải chịu đã được tính toán ở trên thì tải trọng mà trục X cần tải là 200 𝑁

Vì vậy ta chọn thanh trượt của hãng NSK loại LH20BN

• 𝐶0 = 50500 𝑁 = 50,5 𝑘𝑁: Tải trọng tĩnh Ứng với hệ số an toàn tĩnh đối với trượt dẫn hướng 𝐹𝑠 = 10, tải trọng mà con trượt có thể tải:

➢ Thanh trượt của hãng NSK loại LH20BN thỏa điều kiện

Bảng 5.15 Tra cứu catalouge hãng NSK [8]

Khi chọn thanh trượt cho trục Y, cần chú ý đến tải trọng của bàn máy và chi tiết gia công với chiều dài trục Y là 300mm Đặc biệt, khoảng cách an toàn cần được tính toán để đảm bảo con trượt không bị rơi khỏi thanh trượt trong quá trình hoạt động, giúp thanh trượt hoạt động hiệu quả và an toàn.

Theo tính toán ở trên thì ta thấy lực cần tải của trục Y là 100𝑁

Vì vậy ta chọn thanh trượt LH15BN của hãng NSK

Tải trọng tối đa của trượt dẫn hướng:

➢ Thanh trượt của hãng NSK loại LH15BN thỏa điều kiện

❖ Chọn thanh trượt cho trục Z:

Trục Z trong hệ thống dẫn hướng sử dụng thanh trượt để điều khiển đầu đá mài di chuyển lên xuống Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, chúng ta chọn hành trình nâng với chiều dài sơ bộ của con chạy là 350 mm Đồng thời, khoảng cách an toàn cần thiết để tránh con trượt rơi khỏi thanh trượt trong quá trình hoạt động là 250 mm.

Vì vậy ta chọn thanh trượt LH15AN của hãng NSK

Tải trọng tối đa của trượt dẫn hướng:

➢ Thanh trượt của hãng NSK loại LH15AN thỏa điều kiện.

Chọn khớp nối

Ta chọn khớp nối mềm SRJ-30C cho cụm Y và Z có đường kính 2 trục lần lượt là ∅8

𝑚𝑚 và ∅12 𝑚𝑚 Vì có các ưu điểm như sau:

• Độ cứng, độ chính xác cao

• Cấu trúc đơn giản, dễ lắp đặt, dễ bảo trì, tra dầu và chống ăn mòn

• Có quán tính thấp, đàn hồi tốt

• Chịu được moment xoắn lớn

Bảng 5.16 Thông số của khớp nối mềm [9]

Tính toán chọn động cơ điện truyền động cho trục chính

Bộ truyền động của hệ thống về cơ bản gồm một động cơ kéo, một trục chính của máy

Việc chọn động cơ điện cho máy là rất quan trọng để tránh tình trạng quá tải, lãng phí năng lượng và giảm tuổi thọ động cơ Để đạt được điều này, cần tính toán công suất máy và số vòng quay phù hợp cho động cơ.

• Cơ sở tính toán công suất mài:

Chọn vật liệu mài cụ thể là INOX 304 có [𝜎𝑏ền] R0 N/mm 2

• Lực cắt cần thiết trong quá trình mài:

• Fc là lực cắt (đơn vị: N)

• Kc là lực cắt cụ thể của vật liệu (đơn vị: N/mm²)

• d là độ sâu cắt, chọn d= 0,01 mm

• w là chiều rộng cắt, chọn w= 10 mm

• Ta chọn vật liệu mài là INOX 304 nên Kc > [𝜎𝑏ền]

• Mômen xoắn của đầu mài:

• Công suất mài cần thiết:

• P là công suất mài (kw)

• F c là lực cắt gọt khi mài (N)

• V đ là tốc độ quay của đá mài (m/s)

• 𝜂 là hệ số truyền dẫn của máy 𝜂 = 0,75 − 0,8

• V đ là tốc độ quay của đá mài (m/s)

• 𝑛 là số vòng quay trục đá mài (vòng/phút)

• D là đường kính đá mài (mm)

➢ Chọn motor ứng với công suất 150(W) và số vòng quay 6000(v/phút)

Tính toán thiết kế trục đá mài

Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép C45 tôi thường hóa có giới hạn bền 𝜎 𝑏 = 500 (𝑀𝑃𝑎) và giới hạn chảy 𝜎 𝑐ℎ = 340 (𝑀𝑃𝑎)

Theo công thức 10.9 [1] đường kính trục thứ k (k = 1,2,3)

Với: [𝜏] là ứng suất xoắn cho phép Mpa với vật liệu trục là thép CT45, thép C45 (15 30Mpa)

Với trục đá mài, chọn [𝜏] = 15 𝑀𝑃𝑎

Chọn đường kính sơ bộ của trục đá mài :

- Mômen xoắn của đá mài: T= 6000 (N.mm)

- Lực hướng tâm của đá mài: F ht = 𝑚.𝑣 2

• Fht là lực hướng tâm (N)

• m là khối lượng của đá mài (kg)

• v là tốc độ quay của đá mài (m/s)

• r là bán kính của đá mài (m)

• Tính phản lực tại gối đỡ trục

Hình 5.5 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên trục

• Tính mômen tại các tiết diện nguy hiểm:

M tdA = √M xA 2 + M yA 2 + 0,75T A 2 = √0 + 0 + 0,75 6000 2 = 5196 (𝑁 𝑚𝑚) Tại tiết diện B:

M tdB = √M xB 2 + M yB 2 + 0,75T B 2 = √0 2 + 2760 2 + 0,75 6000 2 = 5883,7 (𝑁 𝑚𝑚) Tại tiết diện C:

• Tính đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm: d j = √ 𝑀 𝑡𝑑𝑗

Theo tiêu chuẩn ta chọn lại các đường kính như sau:

• Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi và độ bền tĩnh khi quá tải:

Xác định hệ số 𝐾 𝜎𝑑 và 𝐾 𝜏𝑑 :

Các trục gia công trên máy tiện Tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu đặt Ra = 2,5…0,63

Bảng 5.17 Trị số của hệ sô tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt K x [3]

Theo bảng 5.17 - Hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Kx = 1,06

Không dùng các phương pháp tăng bề mặt nên Ky = 1

Bảng 5.18 Trị số của và 𝐾 𝜎 /𝜀 𝜎 và 𝐾 𝜏 /𝜀 𝜏 đối với bề mặt trục lắp có độ dôi [3]

Bảng 5.19 Trị số của 𝐾 𝜎 và 𝐾 𝜏 đối với trục có rãnh then, trục then hoa và trục cắt ren [3]

Theo bảng 5.19 chọn 𝐾 𝜎 = 1,76 𝑣à 𝐾 𝜏 = 1,54 σ−1, τ−1: giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kì đối xứng Thép C45 có σb = 600 MPa σ−1= 0,436σb = 0,436*600 = 261,6 (MPa) τ−1 = 0,58σ−1 = 0,58*261,6 = 151,73 (MPa)

Bảng 5.20 Trị số của hệ số kích thước 𝜀 𝜎 và 𝜀 𝑟 [3]

• Kiểm nghiệm độ bền mỏi của đường kính trục tại tiết diện:

Với [𝑠] là hệ số an toàn cho phép (1,5…2,5)

➢ Vậy đường kính trục tại tiết tiện B thỏa độ bền mỏi

Với [𝑠] là hệ số an toàn cho phép (1,5…2,5)

➢ Vậy đường kính trục tại tiết tiện C thỏa độ bền mỏi

• Kiểm ngiệm trục về độ bền tĩnh:

Tính toán thiết kế bộ truyền đai răng

• Xác định môđun và chiều rộng đai: m = k √ 𝑃 1

• P1 là công suất trên bánh đai chủ động (kW)

• n1 là số vòng quay trên bánh đai chủ động (vòng/phút)

• k = 35 – đai gờ hình thang, k = 25 – đai gờ hình tròn

Bảng 5.21 Các thông số bộ truyền đai răng hình thang [4]

2 Tải trọng riêng cho phép [w o ],

Tỷ số truyền lớn nhất

5 12,0 8,0 8,0 6,67 4,7 Chiều cao răng h, mm 0,8 1,2 1,5 2,0 2,5 3,5 6,0 9,0 Chiều dày đai H, mm 1,6 2,2 3,0 4,0 5,0 6,5 11,0 15,0 Khoảng cách , mm 0,4 0,4 0,6 0,6 0,8 0,8 0,8 0,8 Đường kính dây lỏi thép 0,36 0,65…0,75

Số răng z 1 cho phép nhỏ nhất 13 10 15 18

Số răng z 1 nên chọn khi n vg/ph

Miền giá trị số răng z p đai

Khối lượng 1m dây đai có chiều rộng 1mm, kg/m.mm 2,0 2,5 3,0 4,0 6,0 7,0 8,0 11,0

Dựa vào bảng 5.21 ta xác định được:

• Tải trọng riêng cho phép: [wo]= 5 N/mm

• Đường kính dây lõi thép: 0,36 mm

• Chiều rộng đai b sơ bộ: b= ψđ m= 6.1,62= 9,72 [3]

Hệ số chiều rộng đai ψđ 6…9 được chọn dựa trên mối quan hệ với môđun tiêu chuẩn; nếu môđun tiêu chuẩn lớn hơn m tính toán, chọn giá trị nhỏ, ngược lại, chọn giá trị lớn.

Bảng 5.22 Chiều rộng đai răng b [3]

• Xác định thông số bộ truyền:

Bảng 5.23 Số răng của bánh đai nhỏ Z 1 [3]

• Khoảng cách trục a: amin= 0,5 m (Z1+ Z2) + 2m= 0,5.2 (16+32) + 2.2= 52 (mm) [3] amax= 2 m (Z1+ Z2) = 2 2 (16+32) = 192 (mm) [3]

Bảng 5.24 Các thông số của đai răng [3]

• p: bước đai mm, xem bảng 5.24

• Trị số Zđ tính được cần làm tròn đến giá trị gần nhất trong bảng 5.25 và từ Zđ đã chọn và môđun m xác định chiều dài lđ (bảng 5.25)

Bảng 5.25 Chiều dài đai răng l đ [3]

Dựa vào bảng 5.25 ta chọn Zđ = 56

• Từ giá trị l đ đã chọn, xác định lại khoảng cách trục a theo công thức: λ = lđ – p (z1 + z2)/2 = 351,7 - 6,28 (16+32)/2 = 200 mm

• Chiều rộng nhỏ nhất của răng:

• Đường kính vòng chia: d 1 = mz 1 = 2.16= 32 d 2 = mz 2 = 2.32= 64

• Đường kính vòng đỉnh: d a1 = d 1 -2δ 2-2.0,6= 30,8 (mm) [3] d a2 = d 2 -2δ= 64-2.0,6= 62,8 (mm) [3]

• δ là khoảng cách từ đáy răng đến đường trung bình của lớp chịu tải δ, mm

• Số răng ăn khớp trên bánh đai nhỏ: z 0 = z 1

➢ Ta chọn đai 448 - MXL thoả mãn các yêu cầu trên

• Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng:

Kiểm nghiệm theo khả năng kéo bằng cách tính theo tải trọng riêng: wt ≤ [wt] Tải trọng riêng được xác đạng theo công thức: wt = 𝐹 𝑡

• Ft là lực vòng (N) xác định theo công thức

• qlà khối lượng 1m đai có chiều rộng 10 mm

[wt] = [w0] Cr Cu Cc Cb=5.0,9.1.0,77= 6,93 [4]

• [w 0] - tải trọng riêng cho phép, tra bảng 5.21

• Cr - hệ số chế độ làm việc (bảng 5.27)

• Cu - hệ số xét đến ảnh hưởng tỉ số truyền (khi u > 1 thì Cu = 1)

Bảng 5.27 Hệ số C r khi làm việc một ca [4]

Tải trọng Tĩnh Dao động nhẹ Dao động mạnh Va đập

Bảng 5.28 Hệ số xét ảnh hưởng đến chiều rộng dây đai [4] b 8 10 12,5 16 20 25 40 63 100

➢ wt ≤ [wt] (3≤ 3,5) thoả điều kiện bền

• Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

• F0 là lực căng ban đầu

• Fr là lực tác dụng lên trục

• Xác định lực tác dụng lên trục từ khớp nối

Theo IS0 5296-I: 1989 Bước đai theo bảng tiêu chuẩn (mm hoặc in)

Bảng 5.29 Ký hiệu bước đai theo tiêu chuẩn ISO 5295-I [4] Đai gờ hình thang Đai gờ hình tròn

Ký hiệu bước Bước đai p mm Ký hiệu bước Bước đai p mm

CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM

Chế tạo các bộ phận của máy

Hình 6.1 Các bộ phận cụm máy

Phương pháp gia công: Máy cắt sắt, hàn mig

Vật liệu: thép hộp mạ kẽm SS400

Hình 6.2 Khung máy thiết kế trên phần mềm SolidWorks

Hình 6.3 Khung máy khi chế tạo hoàn thiện

6.1.2 Lắp đặt định vị cho các trục

Mục đích: Định vị thanh răng và ray trượt dẫn hướng trục X, Y, Z

Phương pháp: cắt laser, khoan, taro, hàn

Vật liệu: SS400 Định vị trục X Định vị trục Y Định vị trục Z

Hình 6.4 Định vị trục X, Y, Z được thiết kế trên phần mềm SolidWorks

Hình 6.5 Tiến hành taro, lắp ghép thanh trượt con trượt lên tấm định vị và hàn vào khung

Phương pháp gia công: Khoan, taro, cắt dây, phay CNC

Hình 6.6 Cụm trục Y được thiết kế trên phần mêm SolidWorks

Hình 6.7 Chi tiết cụm trục Y được gia công CNC

Hình 6.8 Lắp đặt cụm trục Y

Hình 6.9 Cụm trục Y sau khi được lắp đặt hoàn thiện

Phương pháp gia công: Khoan, taro, cắt lazer, chấn, hàn

Hình 6.10 Cụm trục X được thiết kế trên phần mêm SolidWorks

Hình 6.11 Cụm trục X sau khi được lắp đặt hoàn thiện

Phương pháp gia công: Cắt lazer, taro, hàn

Hình 6.12 Cụm trục Z được thiết kế trên phần mêm SolidWorks

Hình 6.13 Lắp đặt cụm trục Z

Hình 6.14 Cụm trục Z sau khi lắp đặt hoàn thiện

6.1.6 Lắp đặt cụm đá mài

Phương pháp gia công: Phay CNC, tiện, khoan, taro, cắt lazer

Hình 6.15 Cụm đá mài được thiết kế trên phần mêm SolidWorks

Hình 6.16 Lắp đặt cụm trục đá mài

Hình 6.17 Cụm đá mài sau khi lắp đặt hoàn thiện

6.1.7 Lắp đặt thêm bộ phận trợ lực nâng cụm đá mài

Phương pháp gia công: hàn

Hình 6.18 Trợ lực cụm đá mài được lắp đặt hoàn thiện

6.1.8 Sơn khung máy và chi tiết của các cụm trục

Hình 6.19 Khung máy và các chi tiết đã được sơn và hoàn thiện phần lắp ráp cơ khí

6.1.9 Đi dây và lắp đặt tủ điện

Các loại thiết bị điện được sử dụng trong tủ điện gồm:

Bảng 6.1 Các thiết bị điện cần dùng

Tên thiết bị Hình ảnh Công dụng

- Ngắt dòng, bảo vệ thiết bị điện khỏi các trường hợp sự cố nguy hiểm như: ngắn mạch, quá tải dòng, đoản mạch

- Driver step motor cho phép điều khiển chính xác vị trí, tốc độ và hướng của động cơ bước

Bộ điều khiển nhận tín hiệu điều khiển và chuyển đổi chúng thành các xung điện áp, điều khiển cuộn dây của động cơ bước Quá trình này giúp rotor di chuyển theo từng bước cụ thể, đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả.

Bộ phát xung 3 động cơ, còn được gọi là thiết bị điều khiển ba trục, cho phép điều khiển đồng thời các trục chuyển động X, Y và Z của máy móc và thiết bị như máy CNC, máy in 3D, máy khắc laser và robot Thiết bị này được tích hợp màn hình điều khiển, giúp người dùng dễ dàng thao tác và quản lý quá trình hoạt động.

- Thiết bị này tạo ra các xung điều khiển chính xác để điều khiển vị trí, tốc độ và hướng của từng động cơ, đảm bảo các động

89 cơ di chuyển đúng theo yêu cầu của chương trình điều khiển

Relay trung gian là thiết bị quan trọng trong việc khuếch đại tín hiệu điều khiển Khi tín hiệu từ bộ điều khiển không đủ mạnh để điều khiển tải lớn, relay trung gian sẽ nhận và khuếch đại tín hiệu này, giúp điều khiển các thiết bị mạnh hơn một cách hiệu quả.

Thực hiện chức năng chuyển mạch và điều khiển tự động cho phép bật/tắt đèn, điều khiển động cơ mài và vận hành các thiết bị khác trong quy trình sản xuất tự động.

Nút nhấn E-Stop có công dụng chính là ngắt toàn bộ hệ thống hoặc thiết bị ngay lập tức trong các tình huống khẩn cấp Việc này không chỉ giúp ngăn ngừa tai nạn mà còn bảo vệ an toàn cho con người và thiết bị.

- Nút nhấn thường được sử dụng để khởi động hoặc dừng các thiết bị và máy móc

- Cung cấp điện áp ổn định 24V DC cho các thiết bị và hệ thống điện tử, đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định của các thiết bị

- Chuyển đổi điện áp từ nguồn điện AC (thường là 220V hoặc 110V) sang điện áp DC 24V

Công tắc hành trình là thiết bị quan trọng trong máy móc, giúp giới hạn phạm vi chuyển động của các bộ phận cơ khí Khi bộ phận di chuyển đến vị trí xác định, công tắc sẽ được kích hoạt để ngắt nguồn điện hoặc gửi tín hiệu điều khiển, từ đó dừng chuyển động và ngăn ngừa hư hỏng.

Thiết kế sơ đồ mạch điện:

Hình 6.20 Sơ đồ mạch điện

Nguyên lý hoạt động của mạch điện:

• CB được nối trực tiếp với nguồn điện 220V và đầu còn lại nối với bộ nguồn tổ ong 24V

• Nguồn tổ ong được nối trực tiếp với bộ điều khiển động cơ bước LS 3 Step V1 có màn hình HMI

• Bộ điều khiển động cơ bước sẽ phát xung thông qua ba chân PUL tương ứng tới Driver

• Mỗi Driver phụ trách điều khiển một động cơ tương ứng trục X, Y hoặc Z

Người dùng sẽ tương tác với màn hình HMI của bộ điều khiển động cơ bước, từ đó bộ điều khiển sẽ gửi xung điều khiển đến Driver Tiếp theo, Driver sẽ điều khiển động cơ của trục tương ứng.

• Tiếp điểm Relay K1 được nối vào mạch với mục đích kích cho động cơ mài DC quay thông qua nút nhất S1 (nút nhấn trên tủ điện)

• Nút E-Stop được nối giữa CB và nguồn để đồng thời tắt máy mài và động cơ mài

Hình 6.21 Tủ điện được lắp đặt hoàn thiện

6.1.10 Lắp ráp và hoàn thiện máy mài phẳng

Hình 6.22 Hoàn thiện và thử nghiệm máy mài phẳng

Các bước vận hành máy mài phẳng

Bước 1: Kiểm tra tủ điện và khởi động máy:

• Bật CB để mở máy

• Sau khi mở máy, màn hình sẽ hiển thị như hình 6.24 và các trục X, Y, Z sẽ tự động về tọa độ ban đầu như hình 6.25

Hình 6.23 Công tắc CB Ô nhập tọa độ trục X, Y, Z

Di chuyển trục thủ công

Hình 6.24 Màn hình chính khi đã kiểm tra tủ điện và mở CB để mở máy

• Ô nhập tọa độ trục X, Y, Z: dùng để nhập tọa độ di chuyển trục tương ứng

• Start: bắt đầu chạy máy

• Chương trình: nơi chọn chương trình đã thiết lập

• Menu: thiết lập lại chương trình, tùy chỉnh cấu hình, đơn vị của máy

• Reset home: đưa các trục về lại tọa độ Home ban đầu

• Home: set giá trị 0 tạm thời cho trục tương ứng

• Di chuyển trục thủ công: chọn ô trục tương ứng và di chuyển

Hình 6.25 Các cụm trục của máy tự động di chuyển về tọa độ Home (tọa độ ban đầu)

Bước 2: Gá đặt chi tiết cần mài và thiết lập tọa độ tạm thời thủ công

• Nhấn chọn màn hình trục X, Y và nhập tọa độ (hình 6.26) để chi tiết di chuyển đến dưới đá mài (đơn vị 00001 tương ứng 1 mm, 00010 tương ứng 10 mm)

• Nhấn nút “Motor” trên tủ điện (hình 6.27) để bật đá mài quay

• Nhấn chọn màn hình trục Z và nhấn phím điều hướng để chạm mặt chi tiết

• Nhấn giữ “Home” (hình 6.24) để thiết lập tạm thời tọa độ trục Z = 0

• Sau khi thiết lập tọa độ tạm thời xong thì nhấn nút “Motor” để tắt đá mài

Hình 6.26 Màn hình điều khiển các trục khi nhấn vào

Hình 6.27 Vị trí nút Motor để bật đá mài quay

Bước 3: Lập trình từng bước di chuyển của các cụm trục khi mài

• Nhấn vào “Menu” (hình 6.28) và sau đó nhấn vào “Chương trình” (hình 6.29)

• Kế tiếp chọn vào ô “Chương trình” tương ứng và nhấn “Sửa” (hình 6.30)

• Nhấn “Thêm bước” nếu muốn thêm bước (hình 6.31)

Để thiết lập tọa độ mong muốn, hãy chọn trục cần thiết lập và điều chỉnh “Giá trị đặt” Bạn cũng có thể thay đổi tốc độ di chuyển của trục trong ô “Tốc độ chạy” (hình 6.32).

• Chọn “Thoát” (hình 6.32) để trở lại

• Chọn “Lưu&Thoát” để kết thúc quá trình thiết lập chương trình

Hình 6.28 Vị trí Menu trên màn hình

Hình 6.29 Màn hình sau khi nhấn vào Menu Ô chương trình 1

Hình 6.30 Màn hình sau khi nhấn vào Chương trình

Hình 6.31 Màn hình sau khi chọn chương trình bất kì

Hình 6.32 Màn hình sau khi chọn một trong các bước trên màn hình

• Chọn ô “Chương trình” ở màn hình chính (hình 6.24) và chọn chương trình đã thiết lập

• Nhấn nút “Motor” để bật đá mài quay

• Nhấn nút “Start” trên tủ điện để bắt đầu mài

Hướng dẫn chọn đá mài phù hợp

6.3.1 Cấu tạo và ký hiệu của các loại đá mài

Chất kết dính của đá mài [6]

Các hạt mài được liên kết bởi chất keo, và tính năng của chất keo này quyết định độ cứng và sức bền của đá mài Việc lựa chọn chất kết dính phù hợp phụ thuộc vào đặc tính của đá, áp lực tác dụng trong quá trình mài và dung dịch làm nguội Các loại chất keo khác nhau sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả mài mòn.

Chất keo Kêramic (gốm G) là một vật liệu phổ biến với sức bền làm việc lớn, độ bền nhiệt cao và khả năng chịu ẩm tốt Nó có độ bền hóa học và khả năng mài mòn với nhiều loại dung dịch làm nguội khác nhau, cho phép đạt tốc độ mài lên đến 65m/s.

Đá mài với chất keo B là một loại chất keo hữu cơ phổ biến, nổi bật với tính đàn hồi cao, khả năng chịu nhiệt tốt và độ xốp vượt trội so với đá mài dùng chất keo V, nhưng thấp hơn so với chất keo G Tốc độ mài của loại đá này đạt từ 35 đến 70m/s, và có thể chế tạo đá cắt mỏng với độ dày chỉ 0,18mm, phù hợp để cắt kim loại với nhiệt độ cắt lên đến 300 độ C Tuy nhiên, chất keo này không nên sử dụng với dung dịch làm nguội chứa quá 1,5% xút.

Chất keo hữu cơ V là một loại keo có sức bền cơ học cao và đàn tính tốt, cho phép đá mài hoạt động với tốc độ từ 18 đến 80 m/s Đặc biệt, đá mài này có độ bền mòn cao, thích hợp để sử dụng làm đá dẫn cho máy mài vô tâm, với nhiệt độ mài tối đa đạt 150 độ C Độ hạt của đá mài được xác định dựa trên kích thước thực tế của hạt mài theo tiêu chuẩn TOCT.

Tính năng cắt gọt của vật liệu chịu ảnh hưởng bởi kích thước hạt mài Khi thực hiện mài thô, cần sử dụng hạt mài có kích thước lớn, trong khi đó, để mài tinh, hạt mài nhỏ hơn sẽ được áp dụng Hạt mài được phân loại thành ba nhóm.

• Nhóm 1: Gồm các số hiệu 200; 160; 125; 100; 80; 63; 50; 40; 32; 25; 20; 16

• Nhóm 2: Gồm các số hiệu 12; 10; 8; 6; 5; 4; 3

• Nhóm 3: Gồm các số hiệu M40; M28; M20; M14; M7; M5

Khi chọn đá mài, kích thước của hạt cần phải chọn tăng lên trong những trường hợp sau: giảm mật độ hạt)

• Khi dùng đá mài bằng chất keo B hay V để thay thế đá mài có chất keo G

• Khi tăng tốc độ vòng quay của đá

• Khi tăng cung tiếp xúc giữa chi tiết gia công và đá mài

• Khi mài vật liệu có độ dẻo cao

• Khi chuyển từ mài bằng mặt trụ của đá sang mài bằng mặt đầu của đá

Bảng 6.2 Độ hạt của đá mài [6] ĐỘ HẠT MÀI

Hệ Anh( số hạt/cm 2 )

200 – 160 10 – 12 Mài vật liệu phi kim loại: Nhựa, kính

125 – 80 16 – 24 Làm sạch mối hàn, vật đúc

50 – 40 36 – 46 Mài thô những chi tiết và dụng cụ cắt đồng, gang đúc

Mài sửa tinh, mài tinh chi tiết, các loại dao tiện bằng hợp kim cứng, thép gió, gang trắng

10 – 6 120 – 180 Mài tinh những chi tiết có độ bóng và độ chính xác cao, các loại dụng cụ đo kiểm

12 – 4 100 – 280 Mài ren, mài sửa có độ nhẵn từ cấp 8 trở lên

6 – 5 180 – 230 Mài nghiền các chi tiết và các loại dụng cụ nhiều lưỡi cắt có độ bóng cao

6 – 3 180 – 320 Mài khôn xi lanh, mài mỏng, mài rà Độ cứng của đá mài:

Độ cứng của đá mài là khả năng giữ lại các hạt trong chất keo khi có lực tác dụng, đặc biệt trong quá trình cắt gọt Theo tiêu chuẩn TCVN- C11- 64, độ cứng của đá mài được phân loại thành nhiều cấp, với bảng 6.3 cung cấp thông tin chi tiết Trong các nhóm độ cứng, các chữ số 1, 2, 3 bên phải ký hiệu chữ cái biểu thị mức độ cứng tăng dần.

Bảng 6.3 Độ cứng của đá mài [6] Độ cứng dụng cụ nhóm

MV - Mềm vừa MV1, MV2

TB - Trung bình TB1, TB2

CV - Cứng vừa CV1,CV2,

Độ cứng của đá mài được phân loại thành các cấp như RC (rất cứng), ĐC (đặc biệt cứng) với các mã RC1, RC2 và ĐC1, ĐC2 Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước hạt mài, chất keo và tỷ lệ của nó, cũng như lực ép trong quá trình chế tạo Độ cứng ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng sản phẩm mài; nếu chọn độ cứng không phù hợp, khả năng cắt gọt sẽ bị hạn chế Đá mềm quá sẽ mòn nhanh và tiêu hao nhiều, trong khi đá cứng quá có thể gây ra hiện tượng cháy nứt bề mặt.

Khi gia công vật liệu, nguyên tắc chung là chọn đá mềm cho vật liệu cứng và đá cứng cho vật liệu mềm Đặc biệt, trong quá trình gia công thô, nên sử dụng đá cứng hơn để đạt hiệu quả tốt nhất.

Ví dụ: khi mài tinh thép đã tôi, hợp kim cứng nên chọn đá mềm M3 MV1

Ký hiệu, hình dạng đá mài:

Ký hiệu đá mài bao gồm các thông số kỹ thuật như nhà máy chế tạo, vật liệu, độ hạt, độ cứng, chất keo, mật độ, dạng đá mài, đường kính ngoài, bề dày đá, đường kính trong và tốc độ dài Theo TCN-C4-64, ký hiệu đá mài viên được xác định dựa trên hình dáng mặt cắt, bao gồm đường kính ngoài D, chiều cao H và đường kính lỗ d.

Ví dụ: V1 -20 x 10 x 6 TCN -C4-64 là: đá mài tròn có cạnh vuông, đường kính ngoài 20mm, chiều dày 10mm, đường kính lỗ 6mm

Xem bảng 6.4, bảng 6.5 và bảng 6.6 là ký hiệu đá mài hiện nay:

Bảng 6.4 Ký hiệu độ cứng đá mài [6]

Việt nam Liên xô Trung quốc Tiệp khắc

Mềm vừa MV1, MV2 CM1, CM2 ZR1, ZR2 H, I, K

Cứng vừa CV1, CV2, CV3 CT1,CT2, CT3 ZY1, ZY2, ZY3 P, Q

Rất cứng RC1, RC2 BT1, BT2 CY1, CY2 T, U, V

Bảng 6.5 Ký hiệu hạt mài [6]

Việt nam Liên xô Trung quốc Tiệp khắc

Silic cacbua xanh Sx KZ TL C.48

Coranh đông trắng Ctr- CB A.99B

Bảng 6.6 Ký hiệu chất kết dính [6]

Ký hiệu chất dính kết Việt nam Liên xô Trung quốc Tiệp khắc

Bảng 6.7 Thông số đá mài tương ứng với vật liệu được mài [5]

Vật liệu chi tiết gia công

Mài có tâm Mài không tâm

VL Nhám Độ hạt Độ cứng đá mài

VL Nhám Độ hạt Độ cứng đá mài

G Đồng cứng Cn 24- 36 TB1– G Cn 36 TB1- G và dẻo Ctr 46- 60 MV1

Phần bài tập

Mài vật liệu thép dụng cụ SKD11 trải qua quy trình gia công bao gồm phay và nhiệt luyện, đạt độ cứng từ 50 đến 58 HRC Quy trình mài tinh được thực hiện giống như trong thực tế sản xuất, đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Thành phần hóa học một số nguyên tố chính của thép SKD11 là: C 1,5%, Mn 0,3%,

Si 0,25%, Cr 11,5%, Va 0,25%, Mo 0,3% Ni 0,35%

Sử dụng đá mài: Cn80MV1x200x20x32

Lượng dư các mặt gia công mài: mỗi mặt 0,3 mm

Hình 6.33 Hình 3D chi tiết của bài tập 1

Hình 6.34 Bản vẽ bài tập 1

Chế độ cắt phù hợp với vật liệu được tra trong bảng 6.8:

Bảng 6.8 Chế độ cắt đối với các kiểu mài, mài sắc, mài cà [5]

Vật liệu được gia công Đặc tính của quá trình mài Các yếu tố của chế độ cắt

V ct , (m/ph) Độ sâu mài t, mm

Bước tiến ngang S n mm/v của chi tiết

Thép kết cấu và thép dụng cụ

Mài suốt Thô khi d ≤ 20mm Thô khi d ≥ 20mm Tinh

0,05-0,02 40-120 0,025-0,01 1,2-2,0 m/ph Mài xắn vào Thô

Mài phẳng dùng mặt chu vi đá Tên các máy có bàn tròn

(0,2-0,25)B Trên các máy có bàn vuông sản xuất hàng loạt: Thô Tinh

Trên các máy có bàn kiểu dụng cụ:

1,0-2,0 mm/htk 0,01-0,015 1,0-1,5 Hợp kim cứng

Trên các máy có bàn dài kiểu dụng cụ: Thô

Kích thước phôi Vật liệu

Vận tốc chi tiết V ct (m/ph)

Hình 6.35 Gá đặt và canh chỉnh chuẩn trục Z thủ công (bài tập 1)

Bảng 6.9 Kết quả sau khi mài (bài tập 1)

Thứ tự các mặt Hình ảnh

Mài vật liệu thép C45 với mẫu gia công phay đạt độ cứng 28 HRC, quá trình mài tinh được thực hiện tương tự như trong sản xuất thực tế Do phôi được tái sử dụng, bề mặt phay trước đó đã xuất hiện gỉ sét và có lỗ phi 5 mm.

Thành phần hóa học một số nguyên tố chính của thép C45 là: C 0,42 - 0,50%, Mn 0,5 – 0,8%, Si 0,16 – 0,36%, P ≤ 0,04%, S ≤ 0,04%, Cr ≤ 0,25%, Ni ≤ 0,25%

Sử dụng đá mài: Cn80MV1x200x20x32

Lượng dư các mặt gia công mài: mỗi mặt 0,3 mm

Hình 6.36 Hình 3D chi tiết của bài tập 2

Hình 6.37 Bản vẽ bài tập 2

Chế độ cắt phù hợp với vật liệu được tra trong bảng 6.8.

Kích thước phôi Vật liệu

Vận tốc chi tiết V ct (m/ph)

Hình 6.38 Gá đặt và canh chỉnh chuẩn trục Z thủ công (bài tập 2)

Bảng 6.10 Kết quả sau khi mài (bài tập 2)

Thứ tự các mặt Hình ảnh

Mài vật liệu nhôm 6061, mẫu được gia công phay, mài tinh giống như trong thực tế sản xuất

Thành phần hóa học một số nguyên tố chính của nhôm 6061 là: Cu 0,15 - 0,40%, Mn

≤ 0,15%, Mg 0,8 – 1,2%, Fe ≤ 0,7%, Si 0,4 – 0,8%, Cr ≤ 0,04 - 0,35%, Zn ≤ 0,25%, Ti ≤ 0,15%

Sử dụng đá mài: Sd60MV1x200x20x32

Lượng dư hai mặt gia công mài: 0,5 mm

Hình 6.39 Hình 3D chi tiết của bài tập 3

Hình 6.40 Bản vẽ bài tập 3

Kích thước phôi Vật liệu

Vận tốc chi tiết V ct (m/ph)

Hình 6.41 Gá đặt và canh chỉnh chuẩn trục Z thủ công (bài tập 3)

Bảng 6.11 Kết quả sau khi mài (bài tập 3)

Thứ tự các mặt Hình ảnh

Tiến hành đo độ nhám bề mặt sau khi mài

Dụng cụ đo: sử dụng máy đo độ nhám cầm tay HANDYSURF + của hãng

Hình 6.42 Hình ảnh máy đo độ nhám và đồ gá

Sử dụng bề mặt sau khi mài của bài tập 1 để tiến hành đo Đánh số thứ tự từ 1 đến 4 cho từng mặt Đo ba lần cho mỗi mặt:

Hình 6.43 Đo độ nhám bề mặt thứ nhất

Hình 6.44 Đo độ nhám bề mặt thứ hai

Hình 6.45 Đo độ nhám bề mặt thứ ba

Hình 6.46 Đo độ nhám bề mặt thứ tư

Bảng 6.12 Kết quả đo độ nhám bề mặt Thứ tự các mặt

(àm) Độ nhám bề mặt trung bình R a

Các phương pháp đo độ phẳng phổ biến:

Tùy theo độ chính xác và độ lớn của mặt cần kiểm tra, có thể sử dụng các phương pháp sau:

Để kiểm tra độ phẳng của bề mặt làm việc trên bàn máy, cần dịch chuyển bề mặt kiểm tra và bôi một lớp mỏng bột màu, có thể là hỗn hợp thuốc nhuộm màu xanh béclinít hoặc màu xanh turunbun với dầu máy Độ phẳng được đánh giá qua số lượng vết bột màu xuất hiện trên bề mặt kiểm tra trong hình vuông 2525mm; số vết càng nhiều thì độ phẳng càng cao.

Trường hợp mặt kiểm tra lớn thì dùng thước kiểm có thoa bột màu để dịch chuyển trên bề mặt kiểm tra

Bảng 6.13 Số lượng vết bột màu trên bề mặt kiểm tra

Số lượng vết bột màu Cấp chính xác của bề mặt

Lớn hơn 20 đến 30 Cấp 3 đến 4

Lớn hơn 12 đến 20 Cấp 5 đến 6

Lớn hơn 5 đến 12 Cấp 7 đến 8 Ít hơn 5 Cấp 9 đến 10

Dùng thước kiểm để đo độ phẳng theo các hướng khác nhau và qua từng lần đo đó mà đánh giá sai số về độ phẳng

Dùng dụng cụ có cơ cấu chỉ thị (đồng hồ so)

Sử dụng đồng hồ so để đo liên tục trên bề mặt cần kiểm tra A, như minh họa trong hình 6.47 Để loại bỏ ảnh hưởng của độ phẳng mặt B và độ song song giữa mặt A và B đến kết quả đo, chi tiết 1 cần được điều chỉnh về "0" để đảm bảo tính chính xác của phép đo độ phẳng trên mặt A.

Để đảm bảo mặt chuẩn C trong quá trình kiểm tra, cần điều chỉnh các vít tế vi 3 sao cho chỉ thị tại ba điểm cách xa trọng tâm nhất là bằng nhau Đối với mặt kiểm tra có hình dạng tròn, cần xác định 4 điểm nằm trên 2 đường kính vuông góc Nếu mặt kiểm tra có hình chữ nhật, 4 điểm này sẽ nằm ở hai đầu đường chéo của bề mặt chi tiết.

Hình 6.47 Sơ đồ đo độ phằng bằng dụng cụ có cơ cấu chỉ thị

Tiến hành đo độ phẳng chi tiết sau khi mài

Dụng cụ đo: Đồng hồ so, đế từ, mặt phẳng tham chiếu

Sử dụng bề mặt sau khi mài của bài tập 1 để tiến hành đo

Bước 1: Chuẩn bị Đồng hồ so: Kiểm tra và hiệu chuẩn đồng hồ so trước khi sử dụng

Bề mặt cần đo: Làm sạch bề mặt để loại bỏ bụi bẩn, dầu mỡ Đế từ: Dùng để cố định đồng hồ so

Để sử dụng đồng hồ so hiệu quả, trước tiên cần gắn đồng hồ so chắc chắn lên đế từ Sau đó, đặt đế từ lên một bề mặt tham chiếu phẳng, như bàn map hoặc bề mặt gia công đã được xác định là phẳng.

Bước 3: Đo kiểm tra Đặt đồng hồ so lên bề mặt cần đo: Điều chỉnh đồng hồ so sao cho đầu dò tiếp xúc nhẹ nhàng với bề mặt

Thiết lập số 0: Thiết lập đồng hồ so về số 0 khi đầu dò ở vị trí không bị biến dạng

Di chuyển đầu dò 6 lần cho mỗi mặt ( 4 đường song song và 2 đường chéo) và tiến hành ghi lại giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất

Bước 4: Phân tích kết quả

Tính toán độ phẳng: Độ phẳng của bề mặt được tính bằng sự chênh lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất đo được

Bảng 6.14 Kết quả đo độ phẳng bề mặt

4 (mm) Độ phẳng trung bình (mm)

Dựa vào kết quả đo trong bảng 6.12, máy mài phẳng do nhóm chế tạo có khả năng mài bề mặt đạt tiêu chuẩn độ nhám cấp 9, tương ứng với phương pháp mài tinh.

Dựa vào bảng 6.14 có thể xác định độ sai lệch về độ phẳng của chi tiết mài có thể đạt đến cấp chính xác 10

Dựa trên quan sát bề mặt sau khi mài ở ba phần bài tập, có thể thấy rằng máy mài phẳng do nhóm chế tạo có khả năng mài vật liệu trong phạm vi nghiên cứu và tạo ra bề mặt mài với độ thẩm mỹ cao.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài "Thiết kế và chế tạo máy mài phẳng", nhóm đã củng cố kiến thức học được tại trường và tích lũy kinh nghiệm thực tiễn trong quy trình thực hiện dự án kỹ thuật, đặc biệt trong lĩnh vực thiết kế chế tạo máy móc ngành cơ khí Nhờ sự hướng dẫn tận tình của cô Dương Thị Vân Anh cùng sự hỗ trợ từ Công ty TNHH Giải Pháp Công Nghiệp CODIA, nhóm đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng hạn với nội dung đầy đủ và chất lượng.

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và nguyên lý hoạt động của máy mài phẳng

Tính toán và thiết kế kết cấu thân máy mài phẳng cần chú trọng đến các chỉ tiêu như độ bền và độ cứng vững để đảm bảo độ tin cậy Việc này sẽ tạo ra một kết cấu thân máy phù hợp với yêu cầu làm việc Đồng thời, cần thiết kế hệ thống truyền động tương thích cho máy mài phẳng nhằm tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

- Thiết kế và mô phỏng mô hình máy mài phẳng trên phần mềm SolidWorks

- Chế tạo máy mài phẳng hoàn chỉnh để cói thể tiến hành chạy thử, kiểm nghiệm để từ đó đưa ra phương hướng phát triển đề tài

Đây là lần đầu tiên nhóm thực hiện một dự án kỹ thuật trong môi trường doanh nghiệp, vì vậy nhóm đã nỗ lực áp dụng kiến thức đã học để hoàn thành dự án, mặc dù không tránh khỏi những thiếu sót Chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý từ các thầy cô để rút kinh nghiệm, học hỏi thêm kiến thức, góp phần vào việc phát triển bản thân và sự nghiệp trong tương lai.

Sau khi đã hoàn thiện xong máy và đưa vào sử dụng thì nhóm phát hiện ra vẫn còn một số hạn chế nhất định như sau:

- Khả năng thay đổi tốc độ quay của đá mài

- Phát triển thêm bộ phận tưới nguội

- Khả năng tự động ngắt khi gặp sự cố