3.1 Đặc điểm lý thuyết cơ bản của quá trình mài
Quá trình mài là quá trình cắt gọt vật liệu bằng các hạt mài có độ cứng cao.
Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thời tham gia 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.
Do những đặc điểm trên, đặc biệt là khả năng gia công các vật liệu có độ cứng và độ bền cao cho độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao nên phương pháp mài có vị trí quan trọng trong gia công cơ khí.
3.2 Cơ sở tính toán công suất mài
Để tính toán công suất mài cho máy mài phẳng, bạn cần xác định các thông số cụ thể của quá trình mài và sử dụng các công thức sau đây:
Công suất (P) của động cơ để truyền động trục đá mài có thể được tính bằng công thức P = 𝐹𝑐𝑉đ
102.𝜂 [1]
Trong đó:
P là công suất mài (kw).
Fc là lực cắt gọt khi mài (N).
Vđ là tốc độ quay của đá mài (m/s).
𝜂 là hệ số truyền dẫn của máy 𝜂 = 0,75 − 0,8
Tính toán mô-men xoắn: Mô-men xoắn được tính dựa trên thông số của đầu mài và quá trình mài. Nếu bạn biết lực cắt (cutting force) F được áp dụng lên đầu mài và bán kính r của đầu mài, mô-men xoắn T có thể được tính bằng công thức:
26
T=Fc×r [3]
Trong đó:
Fc là lực cắt (đơn vị: N).
r là bán kính của đầu mài (đơn vị: mét).
3.3 Cơ sở tính toán lực cắt khi mài:
Lực cắt là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình mài, nên cần được tính toán và điều chỉnh để đạt được kết quả mài mong muốn và bảo vệ đầu mài và máy móc.
Lực cắt có thể được tính bằng công thức:
Fc=Kc×d×w [1]
Trong đó:
Fc: lực cắt (đơn vị: N).
Kc: 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, Kc cần phải được xác định chính xác từ các thông số kỹ thuật trong quá trình mài và loại vật liệu được mài.
3.4 Cơ sở nguyên lý các loại cơ cấu truyền động, dẫn hướng trong cụm 3 trục của máy mài phẳng
Vì cơ cấu truyền động của máy mài phẳng mà nhóm nghiên cứu thiết kế có kết cấu cụm 3 trục truyền động theo hướng tự động nên các cơ cấu truyền động trong máy có thể sử dụng như sau: Vít me đai ốc thường, vít me đai ốc bi, bộ truyền bánh răng thanh răng và các cơ cấu trên đều được dẫn hướng bằng con trượt, ray trượt.
3.4.1 Vít me đai ốc thường
Hình 3.1 Vít me đai ốc thường [15]
27
Nguyên lý hoạt động: Vít me được gắn đồng trục với động cơ, khi động cơ quay, vít me quay, động cơ và vit me gắn cố định, làm cho đai ốc sẽ di chuyển dọc theo trục vít me.
Đai ốc thì được gắn chặt vào bộ phận cần chuyển động (trục X, Y, Z). Từ đó làm cho bộ phận đó chuyển động so với hệ thống thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động.
Đặc điểm: Tốc độ di chuyển được phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của trục vít, một vòng quay của trục động cơ sẽ làm đai ốc di chuyển một đoạn bằng bước ren của trục vít, vì vậy tốc độ di chuyển của bộ phận trượt ở phương pháp này là chậm nhưng lại có độ chính xác khi chuyển động khá cao. Dùng động cơ bước có bước góc càng nhỏ và trục ren có bước ren nhỏ thì độ chính xác di chuyển càng cao.
3.4.2 Vít me đai ốc bi
Trong máy công cụ điều khiển số công nghiệp, người ta thường sử dụng dạng vít me đai ốc đó là vít me đai ốc với mặt tiếp xúc còn được gọi là vít me đai ốc thường (như đã giới thiệu ở trên) và một dạng nữa đó là vít me đai ốc bi. Đây là dạng vít me đai ốc thay vì ma sát trượt thông thường, tiếp xúc giữa vít me và đai ốc thông qua các viên bi được chuyển thành mà sát lăn. Điều này đem đến một ưu điểm: chỉ cần một lực quay rất nhỏ vào trục vít me đã có thể làm cho đai ốc chuyển động.
Hình 3.2 Vít me đai ốc bi [15]
Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý làm việc của trục vít me đai ốc được hoạt động dựa trên sự biến đổi chuyển động từ chuyển động quay sang chuyển động tuyến tính. Cụ thể, khi trục vít me đai ốc quay, các viên bi có sự đổi hướng trong ống lệch hướng rồi đi vào ống hồi bi. Ở vị trí đó, các viên bi có thể di chuyển liên tục đến phía cuối của đai ốc và ra khỏi ống hồi bi rồi đi vào rãnh đai ốc và vít me, đem lại những chuyển động trơn tru, liên tục, chính xác.
Đặc điểm: Ma sát trượt không đáng kể: tiêu chuẩn trục vít me đai ốc chất lượng cao phải hạn chế tối đa lực ma sát trượt trong quá trình biến đổi chuyển động, đem lại hiệu suất làm việc vượt trội, những chuyển động chính xác, trơn tru, nhẹ nhàng, ít tiếng động. Không có độ rơ, độ cứng cao: bộ vít me chất lượng sẽ không tồn tại khe hở trong mối ghép, không có độ rơ khi vít me bi đảo chiều quay. Đồng thời, các viên bi tạo áp lực đồng đều trên toàn bộ
28
bề mặt trục vít, đảm bảo độ cứng vững cao, cho phép tạo ra lực căng ban đầu hiệu quả. Cho phép hoạt động hiệu quả với tốc độ cao: sử dụng vít me đai ốc bi đem lại hiệu suất truyền động cao, nhiệt độ thấp, có thể di chuyển với tốc độ cao mà không ảnh hưởng đến chất lượng chuyển động.
3.4.3 Bộ truyền thanh răng bánh răng
Bộ truyền thanh răng bánh răng được kết hợp từ hai linh kiện: thanh răng và bánh răng.
Những linh kiện này được gia công chế tạo rất chi tiết với độ chính xác cao.
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]
Nguyên lý hoạt động: Bộ truyền động thanh răng bánh răng hoạt động theo nguyên lý biến đổi từ chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến. Khi thanh răng kết hợp với bánh răng sẽ tạo ra được sự chuyển động ăn khớp theo dạng khép cứng vào nhau.
Đặc điểm: Bộ truyền động bánh răng thanh răng không gây ra độ trượt, độ rung khi hoạt động. Điều này cho phép truyền các lực nhỏ, ví dụ như trong kỹ thuật chính xác, hay 1 lực rất lớn, ví dụ như bộ truyền động trong máy cán và giữ được 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 3.4.4 Ray trượt dẫn hướng
Ray trượt dẫn hướng có 2 chức năng cơ bản:
29
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.
Do vậy, ray trượt cần các yêu cầu sau:
Đảm bảo độ chính xác tĩnh và độ chính xác di chuyển cho các bộ phận lắp trên đó. Yêu câu này chủ yếu phụ thuộc vào độ chính xác gia công ray trượt, cách bố trí ray trượt phù hợp bề mặt chịu lực. Bố trí sao cho lực tác dụng lên ray trượt là nhỏ nhất và biến dạng ray trượt là nhỏ nhất.
Bề mặt làm việc phải có khả năng chịu mòn cao để đảm bảo độ chính xác lâu dài. Yêu cầu này phụ thuộc vào độ cứng bề mặt của ray trượt, độ bóng bề mặt của ray trượt, 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, phoi,… cũng như bôi trơn hợp lý bề mặt ray trượt có tác dụng làm giảm độ mòn đáng kể của ray trượt và giữ dược độ chính xác ban đầu của ray trượt.
Đồng thời với các biện pháp chống bụi là việc bôi trơn hợp lý, thông thường đối với ray trượt tuyến tính hiện nay các nhà chế tạo đều có hướng dẫn bôi trơn cho từng dòng ray trượt để đảm bảo hiệu quả tốt nhất.
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
30