Chương 2. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CƠ CẤU TẠO RUNG ĐỘNG TRỢ GIÚP GIA
2.1. Nguyên tắc tạo rung và tích hợp rung
Hình 2.1.(a). Mô hình tiện với rung động trợ giúp 2.1.1.Nguyên tắc tạo rung
Có hai nguyên tắc tạo rung khi tiện đó là nguyên tắc cộng hưởng và nguyên tắc không cộng hưởng.
Rung động được tạo ra trong PZT từ việc ép hai miếng thạch anh được mài phẳng và chính xác lại với nhau.Linh kiện thạch anh này làm việc đựa trên hiệu ứng áp điện đã trình bày ở mục 1.3.2. Hiệu ứng áp điện này có tính thuận nghịch.Khi áp một điện áp vào hai mặt của thạch anh nó sẽ bị biến dạng.Ngược lại khi tạo sức ép vào hai bề mặt đó nó sẽ phát ra điện áp.Như vậy nếu ta đặt một điện áp xoay chiều vào thì nó sẽ biến dạng theo
tần số của điện áp đó.Khi thay đổi tần số điện áp đặt vào PZT bằng với tần số của hai miếng thạch anh đã ghép nối thì nó sẽ cộng hưởng.Tần số cộng hưởng của thạch anh tùy thuộc vào hình dáng và kích thước của các miếng thạch anh.Mỗi tinh thể thạch anh có hai tần số cộng hưởng đó là tần số cộng hưởng nối tiếp và tần số cộng hưởng song song.Hai tần số này rất gần nhau và có trị số bền vững làm cho mạch dao động thạch anh có xung dao động chuẩn hầu như rất ít bị ảnh hưởng bởi các môi trường bên ngoài.Vì vậy tinh thể thạch anh còn được gọi là tinh thể gốm áp điện.
Nếu ta đặt lên tinh thể gốm áp điện một hiệu điện thế thì phu thuộc vào chiều cuả hiệu điện thế đó tinh thể gốm sẽ giãn ra hay nén lại. Và nếu như ta đặt lên tinh thể gốm một hiệu điện thế xoay chiều thì tinh thể gốm sẽ nén giãn liên tiếp và dao động theo tần số của hiệu điện thế xoay chiều, tạo ra áp lực nén và giãn liên tục và môi trường bao quanh tức là tạo ra sóng âm trong PZT hình 2.1.b. Sóng âm tạo ra trên bề mặt các tinh thể thạch anh đã ghép nối được truyền trong Hon và lên trên bề mặt của Hon theo biên dạng hình sin như hình vẽ 2.1.b.Sóng âm được tạo ra này có đầy đủ các tính chất đặc trưng và các thông số ký thuật của một sóng cơ học được truyền trong vật rắn.Sóng siêu âm này có các thông số kỹ thuật ta có thể tính toán và tối ưu được.
Hop kim nhôm Thach anh
Hop kim nhôm
Hon
a
-a
Hình 2.1.(b). Nguyên tắc tạo rung trong PZT 2.1.2.Nguyên tắc tích hợp rung
Nguyên tắc tích hợp rung động lên quá trình gia công nói chung là tạo ra chuyển động rung tương đối giữa dụng cụ cắt và phôi gia công theo một phương hay một số phương nào đó [6-12]. Khi tiện, chuyển động cắt chính là chuyển động quay tròn của phôi gá trên mâm cặp với tốc độ quay nph (v/ph) và chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến của dao hay chi tiết gia công theo phương dọc trục phôi nó kết hợp với chuyển động cắt chính tạo nên quá trình cắt gọt. Như vậy, theo nguyên lý đó, có thể có các nguyên tắc tích hợp rung như sau: bố trí nguồn rung trên phôi hoặc lên dụng cụ cắt hoặc cả hai, phụ thuộc vào ý đồ và điều kiện cụ thể, hình 2.1(a).
2.2. Đề xuất phương án tiện rung
Khi tiện, do phôi gia công chuyển động quay tròn nên việc đặt nguồn rung lên phôi sẽ rất khó khăn. Do vậy, để đơn giản cho việc thiết kế, chế tạo, vận hành và tích hợp rung cho quá trình tiện, bố trí đặt nguồn rung động lên dao tiện, tức là gắn bộ tạo rung động cưỡng bức lên phần thân dao tiện tại nơi không gắn với đài dao.Nguồn rung động được tích hợp lên phần thân dao tiện có thể có ba phương án tích hợp rung đó là: tích hợp rung theo phương thẳng đứng(phương lực cắt Pz); tích hợp rung theo phương chạy dao dọc trục phôi Sd; tích hợp rung theo phương chạy dao hướng kính Sn như hình 2.1(a).
Tiện cứng là tiện tinh nên việc tích hợp rung lên thân dao tiện theo phương chạy dao hướng kính Sn sẽ làm tăng độ nhám bề mặt cho chi tiết sau tiện nên phương án này không khả thi.
Trong nghiên cứu này chọn phương án tích hợp rung cho thân dao tiện theo phương thẳng đứng Pz.Bởi vì khi tích hợp rung theo phương này có các mặt tích cực sau:
bản chất của quá trình rung là rung được cả liên tục hoặc rung gián đoạn nên khi tiện cứng nhấp nhô bề mặt được là phẳng do đó giảm độ nhám cho bề mặt chi tiết gia công;
giảm lực cắt khi gia công; rung gián đoạn sẽ làm giảm nhiệt cắt tại vùng tiếp xúc khi tiện, giảm mòn dao đồng thời ghóp phần bẻ phoi rất tốt.Mô hình rung được đề xuất thiết kế như hình vẽ 2.2.
ph ôi
n
Dao Phôi
Rung (f, A) Sd
Sn
Hình 2.2. Mô hình phương án tiện rung
Như đã phân tích so sánh ở trên, lựa chọn thiết kế, chế tạo bộ tạo rung theo phương pháp tạo rung bằng hiệu ứng áp điện PZT.