Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy mài nghiền chi tiết quang điều khiển hai trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY MÀI NGHIỀN CHI TIẾT QUANG ĐIỀU KHIỂN HAI TRỤC NGÀNH: CƠ KHÍ MÃ SỐ: PHAN VĂN BÌNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN TRỌNG HÙNG HÀ NỘI, 2007 Mục lục Lời nói đầu… …… ……………………………………………………… chương I: tổng quan mài nghiền chi tiết quang … 1.1 Khái niệm 1.2 Nguyên lý tạo hình bề mặt chi tiết quang………………… …3 1.3 Bản chất mài nghiền chi tiết quang……………………… … 1.3.1 Cắt gọt hạt mài tự mài nghiền……………… ……6 1.3.2 Cắt gọt hạt mài liên kết……………………… .……….9 1.4 ảnh hưởng số yếu tố công nghệ ……………… .10 1.4.1 ảnh hưởng áp lực vận tốc……………………… .….10 1.4.2 ảnh hưởng chuyển động tương đối phôi dụng cụ…12 1.4.3 ảnh hưởng hạt mài…………… ……………………13 1.5 Phương pháp kiểm tra chất lượng bề mặt phẳng chi tiết quang 14 1.5.1 Kiểm tra sai lệch độ thẳng mặt phẳng chi tiết quang 14 1.5.1.1 Đo sai lệch độ thẳng dùng gá đo 15 1.5.1.2 Đo sai lệch độ thẳng khe sáng thước …… 16 1.5.2 Kiểm tra sai lệch độ phẳng bề mặt chi tiết quang .17 chương II: Công nghệ điều khiển số………… ………….19 2.1 Lịch sử phát triển máy điều khiển số CNC……………… …… 20 2.2 Hiệu kinh tế máy CNC 23 2.3 Phân loại theo kiểu điều khiển 24 2.3.1 Hệ điều khiển hở .24 2.3.2 Hệ thống điều khiển kín .27 2.4 Thành phần hệ thống CNC …………………… … 30 2.5 Chức cụm điều khiển…………… .…………….31 2.5.1 Số liệu vào ( data input ) …………………… .……………31 2.5.2 Xử lý số liệu ( data processing ) …………………… .……31 2.5.3 Số liệu ( data output ) 32 2.5.4 Ghép nối vào/ra ( machine I/O interface ) 32 ChươngIII: tính tốn thiết kế máy mài nghiền 33 3.1 Cấu trúc máy MB_250 khối điều khiển máy………………… .…33 3.1.1 Sơ đồ chức máy mài nghiền chi tiết quang ……… .33 3.1.2 Sơ đồ nguyên lý máy mài nghiền chi tiết quang ………… 34 3.1.2.1 Sơ đồ nguyên lý …………………… ……… 34 3.1.2.2 Cơ cấu cụm trên…………………………… .… 36 3.1.2.3 Giới thiệu cấu máy mài nghiền MB-250……… 36 3.2 Điều khiển động servo chiều……………………………… 38 3.2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển ………………………… .…… 38 3.2.2 Thiết kế phần cứng ………………………………… ……….38 3.2.2.1 Khối nguồn ……………………………… 39 3.2.2.2 Khối trung tõm ……………………………… 39 3.2.2.3 Khối giao tiếp với mỏy tớnh…………………… …40 3.2.2.4 Khối điều khiển động cơ…………………………… 41 3.2.2.5 Khối Encoder…………………………… .……… 42 3.2.3 Nhận dạng động chọn tham số…………………… .43 3.2.4 Thiết kế phần mềm………………………………… …… 45 3.2.4.1 Phần mềm cho vi điều khiển AT89C52…………… 45 3.2.4.2 Phần mềm cho PC 47 3.2.5 Thiết kế giao diện chương trình…………………… .47 3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển di chuyển cửa máy MB-250… .….48 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý hình 3.12……………………………… .48 3.3.2 Nguyên lý làm việc mạch điện điều khiển cửa …………… 49 3.4 Tính tốn thiết kế truyền khí máy mài nghiền .49 3.4.1 Tính toán thiết kế truyền đai từ trục động cơ…………… 49 3.4.1.1 Xác định modun 50 3.4.1.2 Xác định thông số truyền đai .50 3.4.1.3 Kiểm nghiệm đai lực vòng riêng .52 3.4.1.4 Xác định lực căng ban đầu lực tác dụng lên trục 53 3.4.2 Tính tốn thiết kế trục truyền…………………… ………… 54 3.5 Hệ thống cấp phù huyền mài……………………… ………………….61 3.5.1 Sơ đồ nguyên lý………………………………… …………61 3.5.2 Tính chiều cao cột áp chọn bơm phù huyền mài… …… …61 3.6 Thiết kế khung máy 64 3.7 Lựa chọn vật liệu khung máy…………………… ……………………67 3.7.1 Khung máy…………………………………………………… 67 3.7 Cơ cấu khâu trên…………………………………………….68 3.7 Một số chi tiết khác máy CNC MB-250 69 chương IX: Xây dựng mơ hình thực nghiệm 70 4.1 Sơ đồ nguyên lý máy MB-250 hình 4.1…………………… .…….70 4.2 Cơ cấu cụm hình 4.2 .71 4.3 Cơ cấu cụm hình 4.3 71 4.4 Hệ thống cấp phù huyền mài hình 4.4 72 4.5 Khung máy hình 4.5 .73 4.6 Lắp ráp…………………………………………… .………… 74 4.7 Thơng số mơ hình 75 4.8 Giao diện chương trình………………………… ………….75 4.9 Cách sử dụng chương trình ………………………………… .….76 4.10 Mơ hình máy MB250 hoàn thiện…………………………… ……77 4.11 Hướng dẫn sử dụng 78 Kết luận Kiến nghị…………………………………… …… 79 Kết luận ……………………………………………………… .…… 79 Kiến nghị…………………………………………………… .…….80 Tài liệu tham khảo 82 Tóm tắt luận văn cao học Lời nói đầu Ngày nay, thiết bị quang học quang điện tử ngày sử dụng rộng rãi, có vai trị vơ to lớn đời sống xã hội khoa học đại Hầu hết ống kính, thiết bị quang học sử dụng nước ta phải nhập ngoại đắt tiền kính hiển vi cắt lớp, ống kính chụp ảnh, máy quay phim,… Do việc chủ động thiết kế chế tạo thiết bị quang học có ý nghĩa to lớn nước ta trình độ gia cơng chi tiết quang thấp chưa chế tạo máy gia công chi tiết quang đại Các máy gia cơng chi tiết quang truyền thống cịn nhiều hạn chế, chất lượng sản phẩm làm phụ thuộc nhiều vào tay nghề người thợ Hiện máy gia cơng chi tiết quang đại có tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến du nhập vào Việt Nam chưa nhiều giá thành cao Với việc phát triển cơng nghệ điều khiển số việc nghiên cứu ứng dụng vào máy gia cơng chi tiết quang cần thiết Vì việc đến chế tạo máy gia công chi tiết quang có sử dụng cơng nghệ điều khiển số Việt Nam vấn đề cần thiết nhằm làm chủ cơng nghệ mới, chủ động sản xuất góp phần thúc đẩy phát triển nước nhà Được nhận đề tài “ Nghiên cứu thiết kế chế taọ máy mài nghiền chi tiết quang điều khiển hai trục " Với mục đích đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình máy mài nghiền MB – 250 máy điều khiển hai trục quay” Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài: Nghiên cứu sở lý thuyết lĩnh vực mài nghiền chi tiết quang điều khiển số để ứng dụng q trình gia cơng chi tiết thuỷ tinh quang học Nội dung bao gồm: Phần 1: Tổng quan mài nghiền chi tiết quang Phần 2: Tìm hiểu khái niệm công nghệ điều khiển số Phần 3: Tính tốn thiết kế chế tạo máy mài nghiền chi tiết quang điều khiển số CNC MB-250 Phần 4: Xây dựng mơ hình thực nghiệm Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn: TS Nguyễn Trọng Hùng thày, Cô khoa Cơ Khí – Trường ĐHBK Hà Nội, - trung tâm Kỹ thuật khí xác quang học nghiệp vụ Bộ Công An tận tình giúp đỡ tác giả Nhân tác giả xin cám ơn hợp tác Kỹ sư Bùi Bá Chính hai bạn Sinh viên K 47 Kỹ sư tài Do khả trình độ cịn hạn chế luận văn chắn cịn có thiếu sót Tác giả mong đực giúp đỡ, bảo thày, cô bạn đọc Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng năm 2007 Tác giả Phan Văn Bình CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÀI NGHIỀN CHI TIẾT QUANG 1.1 Khái niệm Dưới tác dụng áp lực vận tốc chuyển động tương đối hạt mài chi tiết, cạnh sắc hạt mài có tác dụng cào xước mặt thuỷ tinh tạo thành lớp bóc tách lớp bề mặt thuỷ tinh 1.2 Nguyên lý tạo hình bề mặt chi tiết quang Trong tạo hình bề mặt chi tiết quang gia cơng có dạng: - Nếu mặt phẳng bề mặt đĩa đĩa mặt phẳng - Nếu mặt cầu bề mặt đĩa đĩa mặt cầu Để tạo hình bề mặt chi tiết quang phương pháp mài nghiền trình bày sau: - Bề mặt chi tiết gia công phẳng: Bề mặt dụng cụ phẳng - Bề mặt chi tiết gia công cầu: + Nếu cầu lồi: Bề mặt dụng cụ cầu lõm + Nếu cầu lõm: Bề mặt dụng cụ cầu lồi Có thể có hai trường hợp gia cơng: - Đĩa dụng cụ, tương ứng với đĩa chi tiết gia công - Đĩa dụng cụ, tương ứng với đĩa chi tiết gia công Vật liệu dụng cụ vừa có khả mang hạt mài, găm hạt mài lại chịu mài mịn Vì vật liệu dụng cụ thường làm gang Bột mài cấp liên tục gián đoạn vào bề mặt chi tiết gia công dụng cụ liền với độ hạt khác tuỳ theo ngun cơng Q trình nghiền bắt đầu kể từ lúc truyền cho chi tiết dụng cụ chuyển động tương đối, đảm bảo tiếp xúc hai bề mặt chi tiết gia công dụng cụ tác dụng áp lực Máy mài nghiền có nhiều loại, chúng khác phương thức tạo chuyển động tương đối khâu mang phôi gia công khâu mang dụng cụ nghiền Dưới số nguyên lý tạo hình bề mặt chi tiết quang sau: • Nguyên lý hình 1.1a Theo nguyên lý này, khâu có chuyển động quay tron với vận tốc ω5 Giữa ω1 ω5 truyền động biến đổi vận tốc (truyền động đai bánh có tỷ số truyền số vơ tỷ) Hệ thống dẫn động động chung, áp lực nghiền tạo nhờ nặng, lò xo, khí nén Nguyên lý sử dụng nhiều thiết bị nghiền đánh bóng Liên Xơ cũ có ký hiệu III II số sở chế tạo chi tiết quang nước ta • Ngun lý hình 1.1b Khác với ngn lý 1, ngồi chuyển động quay trịn khâu dưới, khâu nguyên tắc có chuyển động lắc nhận từ khung Khung có tâm lắc trùng với tâm chi tiết gia công Lực ép tạo nhờ khí nén lị xo nén lắp khung nên tác dụng hướng tâm • Nguyên lý hình 1.1c nguyên lý giống nguyên lý 2; khâu có chuyển động quay lắc theo khung 3, lực ép tác dụng hướng tâm Nhưng khâu có chuyển động quay lệch tâm Điều làm cho quỹ đạo chuyển động tương đối hai bề mặt chi tiết gia công mặt nghiền rối dài (Nâng cao cường độ gia công) Đây ưu điểm lớn nguyên lý so với nguyên lý khác Nguyên lý ứng dụng cácthiết bị hãng ESSILOR ( Singapor ) sử dụng Công ty Cổ phần Kính mắt Hà Nội Tạo hình bề mặt chi tiết quang phương pháp nghiền cho phép đạt độ xác hình dáng hình học củ dụng cụ bề mặt chi tiết gia công nâng cao bắt đầu đưa vào gia công Như trình mài nghiền trình gia cơng dụng cụ định hình, có q trình sửa chữa bề mặt chi tiết gia công mặt dụng cụ chi tiết gia công, nâng cao dần độ xác Trên sở ta nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố công nghệ, chủ yếu yếu tố động học máy đến độ xác tạo hình bề mặt chi tiết quang mài nghiền 73 Đĩa nghiền thường làm gang xám 15-32 có khả băm hạt mài chịu mài mòn Đĩa mài phải tỉ lệ với chi tiết Ddiamai = Dchitiet chương IX Xây dựng mơ hình thực nghiệm 4.1 Sơ đồ ngun lý máy MB-250 hình 4.1 74 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý máy mài nghiền chi tiết quang đ/k số MB-250 4.2 Cơ cấu cụm hình 4.2 Hình 4.2 Cơ cấu cụm máy MB-250 4.3 Cơ cấu cụm hình 4.3 φ 60 H7 d11 φ70 H7 d11 H7 φ 60 d11 H7 φ 70 d11 Hình 4.3 Cơ cấu cụm máy MB-250 φ 60 H7 d11 H7 φ 70 d11 75 4.4 Hệ thống cấp phù huyền mài hình 4.4 Chọn bơm ly tâm có cơng suất N = 35(W) Hình 4.4 Bơm ly tâm 1- Rãnh xoắn 2- Bộ khuyếch tán 4- Cửa xả 5- Cửa hút 3- Guồng động 76 4.5 Khung máy hình 4.5 1200 900 Hình 4.5 Khung máy MB-250 77 4.6 Lắp ráp Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật chi tiết thiết bị phải lắp ráp theo bước:  Kiểm ta hai động mạch kiểm tra ngoài, yêu cầu động chạy êm không bị rung, không giật khơng có tiếng ồn  Kiểm tra bảng mạch cách phát xung chậm, yêu cầu đèn nháy theo thứ tự  Các vòng bi, ổ lăn không bị kẹt cứng, không han rỉ (đã tra mỡ bôi trơn)  Các chi tiềt đúc không vỡ rạn nứt vị trí cần bắt vít, bắt ốc  Các ốc vít, trục khơng han rỉ, không cong đảm bảo prifin  Lắp ráp modul độc lập bao gồm:  Trục công tác ổ đỡ  ổ đỡ thân máy  Động gá động với thân máy thơng qua gá  Chỉnh xác độ căng đai  Cơ cấu khâu thân máy  Bánh lệch tâm trục  Đĩa gá trục  Lắp ráp cụm mô đun lại với nhau:  Gá đặt bảng mạch vào thân chi tiết, cắm dắc cắm hai động Gá dây động vào vỏ hộp che ngồi  Đóng hộp che ngồi Cắm cáp máy tính, dây nguồn DC  Kiểm tra chạy thử thiết bị lấy kết so sánh với yêu cầu kỹ thuật 78 cho phép 4.7 Thơng số mơ hình Chiều dài mơ hình : 950 (mm) Chiều rộng mơ hình : 640 (mm) Chiều cao mơ hình thiết bị : 1200 (mm) Đường kính trục cơng tác : 30 (mm) Tỉ số truyền từ động tới trục dẫn : U1=5 : U2=5 Tỉ số truyền từ động tới ống quay : 130 KG Khối lượng mơ hình : 250 (mm) Kích thưới chi tiết gia cơng phẳng, cầu 4.8 Giao diện chương trình 79 Hình 4.6 Giao diện chương trình điều khiển máy MB-250 4.9 Cách sử dụng chương trỡnh Nhập giá trị đặt tốc độ vào ô “ tốc độ đặt ” Chú ý: giỏ trị nhập phải số nguyờn khoảng từ 200 đến 700, nhập sai xuất thụng bỏo yờu cầu nhập lại Sau nhập xong , chọn chiều quay thuận nghịch Kết thỳc quỏ trỡnh chọn thụng số, ấn nỳt “thiết lập” để xác nhận Nếu muốn nhập lại thỡ ấn nỳt “thiết lập lại” Để bắt đầu trỡnh điều khiển ấn nút “Chạy” Muốn dừng quỏ trỡnh điều khiển ấn nút “Dừng” Thoát khỏi chương trỡnh ấn nỳt “Thoỏt” 80 4.10 Mơ hình máy MB250 hồn thiện 81 Hình 4.7 Mơ hình máy mài MB -250 82 Hình 4.8 Mơ hình máy mài MB -250 4.11 Hướng dẫn sử dụng Trước sử dụng thiết bị cần ý điểm sau:  Tắt máy tính trước cắm cáp điều khiển vào máy tính sau nhổ cáp, nhằm bảo vệ thiết bị máy tính  Khơng sử dụng nơi ẩm ướt tránh chập điện thiết bị  Sau sử dụng thiết bị để phịng kín  Tra mỡ cho ổ bi, ổ lăn theo địng kỳ tháng lần để đảm bảo thiết bị bôi trơn hoạt động tốt sử dụng 83 Kết luận Kiến nghị Kết luận Qua nghiên cứu, tính tốn phân tích đánh giá trình bày trên, luận văn đạt số kết nghiên cứu sau: Đã tìm hiểu chất cơng nghệ điều khiển số, qua vận dụng tốt vào đề tài cách hiệu đắn Đã tìm hiểu nguyên lý hoạt động thiết bị đo tốc độ quay áp dụng ưu điểm vào nguyên lý hoạt động thiết bị Tìm hiểu vận dụng ưu điểm bật động Servo công nghệ điều khiển số Đã thiết kế chế tạo thành công máy mài nghiền chi tiết quang điều khiển số MB_250 khoa Cơ Khí trường ĐHKB Hà Nội Máy hoàn thiện thử nghiệm gia cơng đảm bảo xác.Trưng bầy triển lãm kỷ niệm 50 thành lập trường ĐHBK Hà Nội thày hiệu trưởng nhà trường đến thăm 84 ảnh 4.1 ảnh triển lãm Máy MB-250 kỷ niệm 50 năm thành lập trường Kiến nghị Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình máy mài nghiền chi tiết quang MB- 250 theo hướng sau: - Tiếp tục tìm hiểu chất cơng nghệ điều khiển số, qua vận dụng cải tiết hoàn thiện thành máy mài nghiền tự động hồn tồn - Tìm hiểu vận dụng ưu điểm bật điều khiển điện , điện tử nhằm điều khiển tăng tốc độ quay đĩa nghiền, đĩa gá chi tiết nâng cao xuất, độ xác gia cơng chi tiết quang - Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy mài nghiền đánh bóng chi tiết quang với nhiều cụm đầu mài (4,6,8,12) 85 Mơ hình với cụm đầu mài hình 4.9 Hình 4.9 Mơ hình máy mài cụm đầu mài 86 Tài liệu tham khảo TS - Nguyễn Trọng Hùng (2003), Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ đến độ xác tạo hình bề mặt phẳng chi tiết quang mài nghiền Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, ĐHBK Hà nội PGS.TS - Trịnh Chất, TS - Lê Văn Uyển (2002), Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí T1,T2 NXB Giáo dục, Hà Nội Ngô Diên Tởp, Đo lường điều khiển máy tính, NXB KHKT Ngơ Diên Tập (2002), Lập trình ghép nối máy tính, NXB KHKT Nguyễn Thị Ngọc Mai (2000), VISUAL BASIC 6.0 Lập trình sở liệu, NXB GD, Hà Nội Nguyễn Mạnh Giang (2001), kỹ thuật ghép nối máy tính, NXB KHKT Bộ mơn kỹ thật điện tử (1998), Cơ sở kỹ thuật điện tử số , Trường đại học Thanh Hoa Bắc Kinh, NXB GD Bùi Quý Lực, (2004), Công nghệ điều khiển số , trường Đại học Bách Khoa Hà Nội PGS –TS - Ninh Đức Tốn (2000), Dung sai lắp ghép, Nhà xuất Giáo dục, Hà nội 10 Hoàng Minh Sơn ,mạng truyền thụng cụng nghiệp 11 Phạm Cụng Ngụ , lập trỡnh Visual C++ 12 Bựi Quớ Lực , Hệ thống điều khiển số Cụng nghiệp 13 David G.Alciatore Michael B Histand (2004), Introduction to Mechatronics and Measurement Systems, Education, Trung quốc 14 Devdas Shetty vaf Richard A Kolk (2004): Mechatronics system design, China Machine Press, Trung quốc 87 ... tài “ Nghiên cứu thiết kế chế taọ máy mài nghiền chi tiết quang điều khiển hai trục " Với mục đích đề tài ? ?Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình máy mài nghiền MB – 250 máy điều khiển hai trục. .. tốn thiết kế máy mài nghiền chi tiết quang điều khiển số cnc mb250 3.1 Cấu trúc máy MB_250 khối điều khiển máy 3.1.1 Sơ đồ chức máy mài nghiền chi tiết quang điều khiển số MB-250 Từ nguyên lý tạo. .. mài nghiền chi tiết quang điều khiển số MB-250 có sơ đồ ngun lý làm việc hình 3.2 37 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý máy mài nghiền chi tiết quang đ/k số MB-250 Máy mài nghiền chi tiết quang điều khiển