Thơng số kỹ thuật cơ bản của kính hiển vi đo lƣờng dòng MF (Code No. 176- 686-11) của Trung tâm Đo lƣờng/ Viện Cơng nghệ:
- Vật kính có độ phóng đại 3x - Thị kính có độ phóng đại 10x
- Sử dụng đèn chiếu sáng Halogen 12V-50W
- Trục Z: dải đo (0-150) mm; độ phân giải đến 0,1 µm; độ chính xác ở 200C bằng (5+0,04L) µm (Với L là chiều dài đo tính bằng mm).
- Trục X: dải đo (0-400) mm; độ phân giải đến 0,1 µm; độ chính xác ở 200C bằng (2,2+0,02L) µm.
- Trục Y: dải đo (0-300) mm; độ phân giải đến 0,1 µm; độ chính xác ở 200C bằng (2,2+0,02L) µm.
* Tiến hành đo
Bƣớc 1: Đo đƣờng kính mũi khoan 1.00 ULL 8730403 trên máy đo cho giá trị
1,01
Bƣớc 2: Đo đƣờng kính trung bình bề mặt trên miệng các lỗ đã gia công trên kính hiển vi đo lƣờng dịng MF (Code No. 176-686-11)
Bảng 4. 4 Bảng kết quả đo lỗ sau khi khoan
STT Kết quả đo đƣờng kính lỗ (mm) ở tốc độ khoan 20000 Vịng/phút Kết quả đo đƣờng kính lỗ (mm) ở tốc độ khoan 15000 Vòng/phút Kết quả đo đƣờng kính lỗ (mm) ở tốc độ khoan 10000 Vịng/phút 1 1.023 1.033 1.047 2 1.026 1.036 1.046 3 1.027 1.037 1.048 4 1.021 1.031 1.042 5 1.025 1.035 1.046 6 1.022 1.032 1.042 7 1.018 1.038 1.048 8 1.025 1.035 1.046
STT Kết quả đo đƣờng kính lỗ (mm) ở tốc độ khoan 20000 Vịng/phút Kết quả đo đƣờng kính lỗ (mm) ở tốc độ khoan 15000 Vịng/phút Kết quả đo đƣờng kính lỗ (mm) ở tốc độ khoan 10000 Vòng/phút 9 1.027 1.037 1.048 10 1.024 1.034 1.044 11 1.016 1.036 1.046 12 1.021 1.031 1.045 13 1.025 1.039 1.048 14 1.024 1.033 1.047 15 1.022 1.03 1.045 16 1.024 1.034 1.044 17 1.022 1.032 1.045 18 1.024 1.035 1.046 19 1.018 1.039 1.048 20 1.024 1.034 1.047 Trung bình 1.023 1.035 1.046
Để đánh giá độ ổn định của ổ khí khi quay với các tốc độ quay khác nhau tác giả đã đi đánh giá độ định tâm của trục chính mũi khoan gián tiếp thông qua các lỗ gia cơng. Trong chƣơng 1 phần 1.3 đã tính tốn lực dọc trục và mơmen cắt đối với mũi khoan hợp kim đƣờng kính 1mm. Do đó bỏ qua các ảnh hƣởng của độ mịn dao vì số lỗ khoan 60 lỗ là rất nhỏ so với tuổi bền của mũi khoan là 1000 ÷1500, độ cong vênh của mũi khoan coi nhƣ khơng ảnh hƣởng và không cần phải dẫn hƣớng khi khoan vì cấu tạo dao gồm hai phần đƣờng kính ϕ1 phần mũi khoan và ϕ3 phần cán dao (hình 4.17) và bỏ qua các yếu tố ảnh hƣởng khác trong q trình gia cơng, có thể thấy rằng, khi khoan lỗ sử dụng mũi khoan có đƣờng kính là 1,01mm, với tốc độ quay của ổ giảm dần trong khoảng từ 20000 vịng/phút xuống 10000vịng/phút thì kích thƣớc trung bình của các lỗ đo đƣợc càng lớn. Điều này có nghĩa là với tốc độ quay của ổ càng cao độ chính xác gia cơng càng cao, ổn định.
KẾT LUẬN CHƢƠNG 4
Qua các thực nghiệm đánh giá ổ khí quay đƣợc chế tạo cho thấy với trình độ chế tạo cơ khí tại Việt Nam, hồn tồn có thể làm chủ đƣợc cơng nghệ chế tạo ổ khí quay ứng dụng làm trục chính cho các thiết gia cơng lỗ nhỏ.
1. Thực nghiệm kiểm tra ổ khí có thể hoạt động ở tốc độ đến 20.000 vịng/phút, tại áp cấp từ 3÷4 bar mà khơng có tiếp xúc cơ khí;
2. Thực nghiệm để xác định tải tác dụng lên ổ khí theo phƣơng dọc trục và theo phƣơng hƣớng kính đã xác định đƣợc độ cứng vững dọc trục 4N/μm và độ
cứng vững hƣớng tâm 5 N/μm đảm bảo cho ổ có khả năng định tâm tốt trong q trình gia cơng.
3. Áp suất trích trong bề mặt ổ cho thấy quá trình quay với các tốc độ khác nhau hầu nhƣ biến động về áp suất không đáng kể giúp cho trục quay ổn định. Khi tốc độ quay càng cao, độ chính xác gia cơng càng cao. Lý do là khi vị trí cân bằng đã đƣợc xác lập, trục càng quay nhanh thì mơ men qn tính tăng khả năng duy trì q trình cân bằng càng tốt, áp suất tại một điểm xác định trên bề mặt bạc đệm khí đƣợc trung bình hóa do sự thay đổi tức thời về áp suất quá chậm so với tốc độ quay của trục. Khi xét một điểm trên bề mặt bạc đệm khí, nếu trục quay khơng trịn thì trong 1 vịng quay, khe hở giữa trục và bạc tại vị trí điểm xét sẽ thay đổi dẫn đến áp suất thay đổi, nhƣng do trục quay quá nhanh dẫn đến quá trình thay đổi áp suất không kịp đáp ứng so với tốc độ quay của trục, nó sẽ duy trì một giá trị áp suất trung bình giữ cho trục có khả năng cân bằng tốt hơn. Kết quả là khi gia cơng lỗ với đƣờng kính mũi khoan 1.01 cho thấy tốc độ trục
chính quay càng cao thì kích đƣờng kính trung bình của lỗ gia cơng đo đƣợc càng nhỏ, từ đó có thể đánh giá độ dao động tâm quay của ổ khí giảm.
KẾT LUẬN
Với đề tài: “Nghiên cứu một số thông số ổ khí tĩnh ảnh hƣởng đến độ chính
xác của ổ ứng dụng trong gia công lỗ nhỏ”, luận án đã đạt đƣợc những kết quả
sau:
1. Đã xây dựng đƣợc cơ sở thiết kế, tính tốn ổ khí tĩnh ứng dụng làm đầu trục chính gia cơng lỗ nhỏ với khả năng định tâm bằng bạc đệm khí mặt trụ và tạo lực dọc trục bằng các đệm khí mặt phẳng chặn trên và dƣới vai trục. Qua phân tích các cơng trình đã cơng bố và nghiên cứu trên thế giới, tác giả đã chọn đối tƣợng nghiên cứu là ổ với bạc đệm khí kết cấu dạng rãnh nhằm hạn chế tối đa hiện tƣợng rung động, búa khí gây ra do giảm đƣợc thể tích chết dƣới bề mặt đệm. Việc lựa chọn này cũng phù hợp với trình độ cơng nghệ gia cơng cơ khí tại Việt Nam..
2. Luận án đã nghiên cứu đƣợc kết cấu ổ khí quay dạng rãnh hình chữ nhật với lỗ đột thắt trung tâm phân vùng cấp khí để tạo hiệu quả độ cứng vững của đệm khí. Dùng phƣơng pháp đệm khí tƣơng đƣơng để tính tốn sơ bộ quan hệ giữa các thông số kế cấu của đệm khí, áp suất cấp với áp suất trên bề mặt đệm khí, lực nâng, độ cứng vững ổ khí. Đã mơ phỏng xác định ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ áp suất cấp, kết cấu đệm khí đến sự phân bố áp suất trên bề mặt trong điều kiện ổ khí quay với các tốc độ trục chính khác nhau. Đây là điểm mới của luận án mà chƣa đƣợc thể hiện trong các cơng trình đã cơng bố trƣớc đó.
3. Đối với kết cấu ổ khí tĩnh đã đƣợc chế tạo, với áp suất cấp là 4bar, khi thay đổi tốc độ của trục quay từ 10.000 đến 20.000 vòng/phút, áp suất phân bố trên bề mặt đệm khí gần nhƣ khơng thay đổi, điều đó cho thấy tốc độ quay ít ảnh hƣởng đến áp suất lớp màng khí giữa trục và bạc, điều này giúp cho ổ khí hoạt động ổn định ở các dải tốc độ khảo sát
4. Luận án đã xây dựng thành cơng thiết bị thực nghiệm ổ khí quay dạng rãnh với độ cứng vững hƣớng tâm 5N/μm, độ cứng vững dọc trục 4N/μm hoạt động ổn định ở vùng tốc độ từ 10000 vịng/phút đến 20000 vịng/phút hồn tồn khơng tiếp xúc cơ khí.
5. Thực nghiệm đánh giá độ ổn định tâm quay của ổ khí thơng qua việc gia cơng khoan lỗ với đƣờng kính mũi dao khoan là 1,01mm trên vật liệu thép CT3 chiều dày 2mm ở các tốc độ quay 20000 vịng/phút, 15000 vịng/phút, 10000 vịng/phút trên mơ hình thực nghiệm ổ khí quay đƣợc lắp trên máy phay CNC cho thấy với tốc độ quay càng giảm thì độ ổn định tâm quay của ổ càng giảm và ngƣợc lại.
HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
1. Nghiên cứu nâng cao tốc độ quay của ổ khí tĩnh dạng rãnh với lỗ đột thắt trung tâm trên 20.000 vòng/phút, phân tích động lực học và các yếu tố ảnh hƣởng trong vùng tốc độ cao.
2. Nghiên cứu khả năng định tâm và độ cứng vững của ổ khí, các hiện tƣợng khí động học xảy ra khi tốc thay đổi tốc độ từ 20.000 vòng/phút đến 100.000 vòng phút
3. Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng bề mặt, các sai lệch hình dáng và vị trí bề mặt của các chi tiết bộ phận trong ổ khí quay cũng nhƣ chất lƣợng lắp ghép bộ đôi, nhằm nâng cao độ chính xác của ổ khí.
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Шейнберг, С.А, Жедь, В.П, Шишеев, М.Д, Баласаньян, В.С, Заблоцкий e Заблоцкий, Н.Д (1979), "Опоры скольжения с газовой смазкой," МАШИНОСТРОЕНИЕ, МОСКВА. [2] C.a.шeнбepг (1969), ''м.Д.Шишeeв, Опоры скольжения с газовой смазкой,'' Издательство Maxcowva.
[3] Nguyễn Doãn Ý (2005), "Giáo trình Ma sát mịn bơi trơn," NXB Xây Dựng. [4]
https://www.celeramotion.com/westwind/support/technical-papers/air- bearing-benefits/, [Online].
[5] SchSchiffm (2008), "Integrated design, Optimization and Experimental
Investigation of a Direct Driven Turbocompressor for Domestic Heat Pumps,'' PhD Thesis, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Lausanne.
SwiSwitzerl. [6]
Lili Gu; Eliott Guenat, Jürg Schiffmann. e (2020), ''A review of grooved
dynamic gas bearings,'' Appl. Mech. Rev. Jan 2020, 72(1), 0003-6900.
[7] Mohammad Akhondzadeh e (2014), ''Mehrdad VahdVah. Air pocket effects
on air spindle vibrations in nanomachining,'' Proc IMechE Part B: J
Eng.Man, 228(3), 328–336. [8]
Siyu Gao, Kai Cheng, Shijin Chen, Hui Ding, Hongya e (2015), ''CFD based
investigation on influence of orifice chamber shapes for the design of aerostatic thrust bearings at ultra-high-speed spindles,'' Tribology
International. 301-679X.
[9] Jiasheng Li, Ming Huang, Pinkuan Liu e (2019), ''Analysis and experimental
verification of dynamic characteristics of air spindle considering varying stiffness and damping of radial bearings,'' The International Journal of
Advanced Manufacturing Technology volume 104, pages2939–2950.
[10] Qiang Gao, Lihua Lu, Wanqun Chen, Guoda Chen, Guan e (2017), ''A novel
modeling method to investigate the performance of aerostatic spindle considering the fluid-structure interaction,'' Tribology International Volume
115, November 2017, Pages 461-469.
[11] Mohammad Akhondzadeh, Mehrdad Vahdati e (2013), "Experimental
spindle vibrations in nanomachining,'' Proc IMechE Part B: J Eng. Man
Volume: 227 issue: 2, page(s): 281-285.
[12] Qiang Gao, Lihua Lu, Wanqun Chen, Guanglin Wang e (2017), ''Optimal
design of an annular thrust air bearing using parametric computational fluid dynamics model and genetic algorithms,'' . Proc IMechE Part J: J Eng.
Tri. Volume: 232 issue: 10, page(s): 1203-1214. [13]
http://www.ads-technology.com/airbearingspindles.html, [Online].
[14] R.Tanase , K Ohtsubo, F.Sugimoto e (2010), ''Development of high
precision air bearing spindle,'' 2010年度精密工学会春季大会学術講演会 講演論文集 N08, page 987-988.
[15] http://www.colibri.com/, [Online].
[16] https://colibrispindles.com/air-bearing-dicing-spindles-full-product-line/, [Online].
[17] Nguyễn Đắc Lộc e (2007), ''Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2,'' NXB KHKT.
[18] Nguyễn Ngọc Đào, Hồ Viết Bình, Trần Thế San e 2000, ''Chế độ cắt gia
cơng cơ khí,'' NXB Đà Nẵng.
[19] Joong Bae Kim, Sang Jo Lee, Young Pil Park e 1994, ''Development of a
drilling process with torque stabilization,'' Journal of Manufacturing
Systems, Volume 13, Pages 435-441.
[20] C. Dandekar, E. Orady, P. K. Mallick e 2007, ''Drilling Characteristics of an
E-Glass Fabric-Reinforced Polypropylene Composite and an Aluminum Alloy: A Comparative Study,'' Journal of manufacturing science and
engineering, vol. 129, pp. 1080-1087.
[21] Joong-Bae Kim, Sang-Jo Lee, Young-Pil Park e 1994, ''Development of a
Drilling Process with torque stabilization,'' Journal of Manufacturing
Systems, vol. 13, no. 6, pp.435-441.
[22] O. B. Ozdoganlar, R. E. DeVor, S. G. Kapoor e 2002, ''Modeling Chip-
Evacuation Forces and Prediction of Chip-Clogging in Drilling,'' Journal of
Manufacturing Science and Engineering, vol. 124, no. 3, p. 605.
[23] Jeffrey C. Mellinger, O. Burak Ozdoganlar, Richard E. DeVor, Shiv G. Kapoor e 2003, ''Modeling Chip-Evacuation Forces in Drilling for Various
Flute Geometries,'' Journal of Manufacturing Science and Engineering, vol.
125, no. 3, p. 405.
[24] Sushanta K.Sahu, O.Burak Ozdoganlar, Richard E.DeVor, Shiv G.Kapoor e 2003, ''Effect of groove-type chip breakers on twist drill performance,'' International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 43, no. 6, pp. 617-627.
[25]
Jeff A. Degenhardt, Richard E. DeVor, Shiv G. Kapoor e 2005, ''Generalized groove-type chip breaker effects on drilling for different drill
diameters and flute shapes,'' International Journal of Machine Tools &
Manufacture, vol. 45, pp. 1588–1597.
[26] U.A.Khashaba, M.A.Seif, M.A.Elhamid e 2007, ''Drilling analysis of
chopped composites,'' Composites Part A: Applied Science and
Manufacturing Volume 38, Issue 1, January 2007, Pages 61-70. [27]
Duck WhanKim, Young SooLee, Min SooPark, Chong NamChu e 2009, ''Tool life improvement by peck drilling and thrust force monitoring during
deep-micro-hole drilling of steel,'' International Journal of Machine Tools
and Manufacture Volume 49, Issues 3–4, March 2009, Pages 246-255. [28] Z. Kazimierski, J. Trojnarski e (1980), ''Investigations of Externally
Pressurized Gas Bearings With Different Feeding Systems,'' Journal of
Tribology Volume 102, Issue 1 J. of Lubrication Tech. Jan 1980, 102(1): 59- 64 (6 pages).
[29] John Wesley Powell (1970), ''The design of aerostatic bearings,'' The Machinery Publishing Co.Ltd.
[30] S. Yoshimoto, Y. Nakano, T. Kakubari e (1984), ''Static characteristics of
externally pressurized gas journal bearings with circular slot restrictors,''
Tribology International Vol. 17; Iss. 4.
[31] C. W. Dee, G. L. Shires e (1971), ''The Current State of the Art of Fluid
Bearings With Discrete Slot Inlets,'' Journal of Tribology Volume 93, Issue
4 Oct 1971, 93(4): 441-450.
[32] W.B.Rowe, K.J.Stout e (1973), ''Design of externally pressurized gas-fed
journal bearings employing slot restrictors,'' Tribology Volume 6, Issue 4,
August 1973, Pages 140-144.
gas bearings employing slot restrictors,'' Tribology Volume 5, Issue 3, June
1972, Pages 121-127.
[34] T.Nakamura, S.Yoshimoto e (1996), ''Static tilt characteristics of aerostatic
rectangular double-pad thrust bearings with compound restrictors,''
Tribology International Volume 29, Issue 2, February 1996, Pages 145-152. [35]
H. Mori, H. Yabe, T. Ono e (1965), ''Theory of Externally Pressurized
Circular Thrust Porous Gas Bearing,'' Juornal of Fluids Enginneering J.
Basic Eng. Sep 1965, 87(3): 613-620.
[36] R.Bassani, E.Ciulli, P.Forte e (1989), ''Static behaviour of an integral
externally pressurized gas bearing. Comparison with other types of bearing,'' Tribology International Volume 22, Issue 3, June 1989, Pages
177-188. [37]
R.Bassani, E.Ciulli, P.Forte e (1989), ''Pneumatic stability of the integral
aerostatic bearing: comparison with other types of bearing,'' Tribology
International Volume 22, Issue 6, December 1989, Pages 363-374.
[38] Kyung GeunBang, Dai GilLee e (2002), ''Design of carbon fiber composite
shafts for high speed air spindles,'' Composite Structures Volume 55, Issue
2, February 2002, Pages 247-259.
[39] TomokoHirayama, NaomiYamaguchi, ShingoSakai, NoriakiHishida, TakashiMatsuoka, HiroshiYabe e (2009), ''Optimization of groove
dimensions in herringbone-grooved journal bearings for improved repeatable run-out characteristics,'' Tribology International Volume 42,
Issue 5, May 2009, Pages 675-681.
[40] Masayuki Ochiai, Naoya Kato, Hiromu Hashimoto e (2018), ''Groove Shape
Optimization of Thrust Air Bearing for Small Size Spindle Considering the Processing Errors,'' ASME-JSME 2018 Joint International Conference on
Information Storage and Processing Systems and Micromechatronics for Information and Precision Equipment ISPS-MIPE2018-8549, V001T02A002; 3 pages.
[41] Lihua Lu, Qiang Gao, Wanqun Chen, Guanglin Wang e (2017), ''Multi-
physics coupling analysis of an aerostatic spindle,'' Advances in Mechanical
Engineering, Mec. Eng. 2017, Vol. 9(6) 1–8.
[42] Federico Colombo, Luigi Lentini, Terenziano Rapare e (2017), ''Actively
validation,'' Mec. Vol. 52. 3645-3660 2017 ISSN 1572-9648.
[43] Eunho Sung, Chang hoon Seo, Hyunmin Song, Byungjoo e (2019), ''Design
and experiment of noncontact eddy current damping module in air bearing– guided linear motion system,'' Advances in Mechanical Engineering, Mec.
Eng. 2019, Vol. 11(8) 1–11. [44]
Wawan Purwanto, Risfendra, Dwi Sudarno Purra e (2018), ''Effect of stator
slot geometry on high speed spindle motor performance,'' 2018 International
Conference on Information and Communications Technology. 978-1-5386- 0954-5.
[45] Seyed Ali Seyedi Seadati, Seyed Ali Seyedi Seadati e (2018), ''Optimal
design and finite element analysis of a high speed, axial-flux permanent magnet synchronous motor,'' 2018 9th Annual Power Electronics, Drives
Systems and Technologies Conference (PEDSTC) DOI: 10.1109/PEDSTC.2018.8343785.
[46]
Jun Wen, Tom Reddyhoff, Songtao Hu, Debashis Puhan e (2019), ''Exploiting air cushion effects to optimise a superhydrophobic/hydrophilic
patterned liquid ring sealed air bearing,'' Tribology International Volume
144, April 2020, 106129.
[47] Donaldson, R R e (1972), ''A simple method for separating the spindle error
from test ballroundness error,'' CIRP Annals - Manufacturing
Technology.Pub date 1972 1.1, 125-126 California Univ., Livermore. Lawrence Livermore Lab.
[48] Chris J.Evans, Robert J.Hocken, W. TylerEstler e (1996), ''Self-Calibration:
Reversal, Redundancy, Error Separation, and ‘Absolute Testing’,'' CIRP
Annals Volume 45, Issue 2, Pages 617-634.
[49] K.PrashanthAnandan, Abhinandan S.Tulsian, AlkanDonmez, O.BurakOzdoganlar e (2012), ''A Technique for measuring radial error
motions of ultra-high-speed miniature spindles used for micromachining,''
Precision Engineering Volume 36, Issue 1, January 2012, Pages 104-120. [50] Kwang-Keun Shin, Senior Research Engineer, Jun Ni, Professor, e (2003),
''Adaptive Control of Multi-Plane Active Balancing Systems for Speed-
Varying Rotors,'' Transactions of the ASME Journal of Dynamic Systems,
Measurement and Control ;125:372-381.
progress of intelligent spindles: A review,'' International Journal of Machine
Tools and Manufacture Volume 112, January 2017, Pages 21-52.
[52] TimoDörgeloh, OltmannRiemer, EkkardBrinksmeier e (2018), ''Automated
microfluidic balancing system for high speed air-bearing spindles,'' Procedia
CIRP Volume 77, Pages 263-266. [53]
S.ZHOU, J.SHI e (2002), ''Optimal one-plane active balancing of a rigid
rotor during acceleration,'' Journal of Sound and Vibration Volume 249,
Issue 1, 3 January 2002, Pages 196-205.
[54] Hongrui Cao, Timo Dörgeloh, Oltmann Riemer, Ekkard e (2017), ''Adaptive
separation of unbalance vibration in air bearing spindles,'' ScienceDirect
December 2017 Procedia CIRP 62:357-362. [55]
Nguyễn Tiến Thọ e (1976), ''Nghiên cứu chế tạo bộ đơi siêu chính xác,'' Nghiên cứu chế tạo bộ đơi siêu chính xác.
[56] Vũ Tồn Thắng e (2006), ''Xây dựng phương pháp đo sai lệch độ tròn của
các chi tiết cơ,'' Luận án tiến sỹ kỹ thuật.
[57]
Tạ Thị Thúy Hƣơng, Trƣơng Công Tuấn, Trần Nguyên Hùng, Vũ Toàn