Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay ở nước ta, các chi tiết và dụng cụ quang học ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và quốc phòng .
Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU Hiện nay ở nước ta, các chi tiết và dụng cụ quang học ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và quốc phòng . Công nghệ gia công chi tiết quang, trong các nguyên công gia công tinh, mài nghiền vẫn được coi là phương pháp có hiệu quả nhất cho phép đạt độ chính xác gia công cao trong khi thiết bị công nghệ ở trình độ thấp hơn. Vấn đề nâng cao độ chính xác gia công khi tạo hình bề mặt chi tiết quang bằng phương pháp mài nghiền, là vấn đề luôn được quan tâm. Vấn đề này liên quan đến nhiều yếu tố công nghệ gia công . Việc nâng cao độ chính xác tạo hình bề mặt chi tiết quang, theo hướng nghiên cứu ảnh hưởng động học máy đến độ chính xác tạo hình bề mặt gia công là một trong những biện pháp hiệu quả cần được nghiên cứu . Trong phạm vi bản đồ án tốt nghiệp này, nghiên cứu điều chỉnh chương trình động học máy, nhằm nâng cao độ chính xác tạo hình bề mặt chi tiết quang khi mài nghiền chi tiết quang trên máy 4MB-250 (CHLB Đức). Trong quá trình thực hiện mặc dù đã cố gắng nhưng do điều kiện trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp, không hy vọng giải quyết được đầy đủ những mong muốn, vì vậy em mong được các thầy cô giáo tận tình hướng dẫn để bản đồ án này được hoàn thiện hơn. Đồ án tốt nghiệp Nhân dịp này cho em gửi lời cám ơn tới thầy giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Trọng Hùng, cùng toàn thể các thầy cô giáo Bộ môn Cơ khí chính xác và Quang học, Trung tâm Cơ khí Chính xác và Quang học nghiệp vụ - Cục Cơ khí và Điện tử nghiệp vụ - Bộ Công An đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập và làm thiết kế tốt nghiệp để hoàn thành tốt bản đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội ngày 20 tháng 5 năm 2005 Sinh viên thực hiện CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÀI NGHIỀN CHI TIẾT QUANG 1.1. Tạo hình bề mặt chi tiết quang bằng phương pháp nghiền : Bề mặt chi tiết gia công có dạng : Lớp Cơ tin Kỹ thuật – Khoa Cơ khí 2 Đồ án tốt nghiệp Mặt phẳng: bề mặt của đĩa dưới và đĩa trên là mặt phẳng. Mặt cầu: bề mặt của đĩa dưới và đĩa trên là mặt cầu. Tạo hình bề mặt chi tiết quang bằng phương pháp nghiền có thể được trình bày như sau: Bề mặt chi tiết gia công là phẳng: bề mặt dụng cụ là phẳng. Bề mặt chi tiết gia công là cầu: Nếu là cầu lồi: bề mặt dụng cụ là cầu lõm. Nếu là cầu lõm: bề mặt dụng cụ là cầu lồi. Có thể có hai trường hợp: Đĩa dưới là dụng cụ, tương ứng đĩa trên là chi tiết gia công. Đĩa trên là dụng cụ, tương ứng đĩa dưới là chi tiết gia công. Vật liệu dụng cụ vừa có khả năng mang hạt mài, găm hạt mài lại vừa chịu mài mòn. Vì vậy vật liệu dụng cụ thường làm bằng gang. Bột mài được cấp liên tục hoặc gián đoạn vào bề mặt chi tiết gia công và dụng cụ nghiền với các độ hạt khác nhau tuỳ theo từng nguyên công. Quá trình nghiền được bắt đầu kể từ lúc truyền cho chi tiết và dụng cụ một chuyển động tương đối, đảm bảo sự tiếp xúc giữa hai bề mặt chi tiết gia công và dụng cụ và dưới tác dụng của áp lực. Máy mài nghiền có nhiều loại, chúng chỉ khác nhau ở phương thức tạo ra chuyển động tương đối giữa khâu mang phôi gia công và khâu mang dụng cụ nghiền. Có thể giới thiệu một số nguyên lý như sau: Nguyên lý 1 ( Hình 1.1a ): Lớp Cơ tin Kỹ thuật – Khoa Cơ khí 3 Đồ án tốt nghiệp Theo nguyên lý này, khâu dưới 1 có chuyển động quay tròn với vận tốc ω 5 . Giữa ω 1 và ω 5 là bộ truyền động biến đổi tốc độ ( Truyền động đai hoặc bánh răng có tỷ số truyền là một số vô tỷ ). Hệ thống được dẫn động bởi một động cơ chung, áp lực nghiền được tạo ra nhờ các quả nặng, lò xo, hoặc khí nén. Nguyên lý này được sử dụng nhiều trong các thiết bị nghiền và đánh bóng của Liên xô cũ có ký hiệu là III Π và ở một số cơ sở chế tạo chi tiết quang ở nuớc ta. Nguyên lý 2 ( Hình 1.1b ): Khác với nguyên tắc 1, ngoài chuyển động quay tròn của khâu dưới, khâu trên của nguyên tắc này có chuyển động lắc nhận từ khung 3. Khung 3 có tâm lắc trùng với tâm chi tiết cần gia công. Lực ép được tạo ra nhờ khí nén hoặc lò xo nén lắp trên khung 3 nên luôn tác dụng hướng tâm. Nguyên lý 3 ( Hình 1.1c ): Nguyên lý này về cơ bản giống nguyên lý 2; khâu trên cũng có chuyển động quay lắc theo khung 3, lực ép cũng tác dụng hướng tâm. Nhưng ở đây khâu trên còn có chuyển động quay lệch tâm. Điều này làm cho quỹ đạo chuyển động tương đối của hai bề mặt nghiền rối hơn và dài hơn (Nâng cao cường độ gia công). Đây là ưu điểm lớn nhất của nguyên lý này so với các nguyên lý khác. Nguyên lý này được ứng dụng trong các thiết bị của hãng ESSILOR (Singapor) và hiện nay đang được sử dụng ở Công ty Cổ phần Kính mắt Cổ phần Hà nội. Tạo hình bề mặt chi tiết quang bằng phương pháp nghiền cho phép đạt được độ chính xác hình dáng hình học của dụng cụ và bề mặt chi tiết gia công dần dần được nâng cao hơn khi bắt đầu đưa vào gia công. Như vậy quá trình mài Lớp Cơ tin Kỹ thuật – Khoa Cơ khí 4 Đồ án tốt nghiệp nghiền là quá trình gia công bằng dụng cụ định hình, có quá trình sửa chữa lẫn nhau giữa bề mặt dụng cụ và chi tiết gia công, nâng cao dần độ chính xác. Vậy bản chất của quá trình nghiền bề mặt chi tiết quang là gì? Trên cơ sở đó ta nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ, chủ yếu là yếu tố động học máy đến độ chính xác tạo hình bề mặt chi tiết quang khi mài nghiền. Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý mài nghiền chi tiết quang. 1.2. Bản chất cắt gọt khi mài nghiền chi tiết thuỷ tinh quang học : Lớp Cơ tin Kỹ thuật – Khoa Cơ khí 5 Đồ án tốt nghiệp Phương pháp mài nghiền chi tiết thuỷ tinh quang học là phương pháp gia công bằng hạt mài tự do, nó được sử dụng khi có các yêu cầu cao về độ chính xác tạo hình bề mặt chi tiết gia công. Thuỷ tinh trước khi đưa vào mài nghiền và đánh bóng phải qua các nguyên công gia công sơ bộ ( cưa, khoan ) hoặc tạo hình bằng phương pháp ép. Trong đó mài nghiền và đánh bóng được sử dụng nhiều hơn cả. Hai quá trình này chiếm đến 90% khối lượng của toàn bộ quá trình công nghệ. Mặc dù là phương pháp cổ điển nhưng mài nghiền vẫn là phương pháp cơ bản, thậm chí trong nhiều trường hợp là phương pháp duy nhất cho phép đạt độ chính xác cao hơn nhiều so với các phương pháp khác. Ví dụ, nhám bề mặt đạt được khi gia công bằng hạt mài tự do theo các phương pháp khác nhau và bằng các cỡ hạt mài khác nhau như sau: Khi ép có thể đạt được: R z = (360 ÷ 160) µm Khi nghiền tinh bằng hạt mài M14 ÷ M10 có thể đạt được: R z = (0,63 ÷ 0,32) µm Khi nghiền tinh bằng hạt mài M5 ÷ M3 có thể đạt được: R z = (0,04 ÷ 0,02) µm Sai số hình dáng hình học có thể đạt tới 0,1 ÷ 0,3 µm [ 9 ], độ chính xác có thể đạt cấp 6 hoặc cấp 7. Trong phạm vi đồ án này nghiên cứu quá trình nghiền tinh, vì đây là nguyên công cuối trước khi chuyển sang đánh bóng và có tính chất quyết định đến chất lượng của sản phẩm. 1.2.1. Cắt gọt bằng hạt mài tự do khi mài nghiền Lớp Cơ tin Kỹ thuật – Khoa Cơ khí 6 Đồ án tốt nghiệp Có nhiều công trình nghiên cứu về bản chất của quá trình mài nghiền thuỷ tinh của các nước trên thế giới như CHLB Đức, Anh, Liên xô cũ . Kết quả của các công trình nghiên cứu đều có nhiều điểm giống nhau. Hình 1.2: Thí nghiệm ép bi lên bề mặt thuỷ tinh. Bằng thí nghiệm ép bi cầu trên bề mặt thuỷ tinh người ta đã chứng minh rằng, nguồn gốc tạo thành các bề mặt gia công là lưới các vết nứt hình nón trên bề mặt dưới tác dụng của lực mài thông qua các hạt mài (hình 1.2). Sau đó các vết nứt làm tách khỏi bề mặt một lớp thuỷ tinh, hình thành các lớp nổi có chiều sâu h nhỏ hơn 2-3 lần chiều sâu vết nứt F và ban đầu chỉ có 5-10% số hạt mài làm việc Vì kích thước hạt mài không đều nhau nên áp lực lúc đầu chỉ được truyền qua những hạt mài có kích thước lớn. Số hạt mài còn lại sẽ lần lượt tham gia khi có kích thước hoặc vị trí thích hợp. Dưới tác dụng của lực mài, các hạt mài sẽ tạo ra các vết nứt hình nón với góc α = 150 o ÷ 153 o . Do có chuyển động tương đối giữa đầu mài và chi tiết, các hạt mài lăn đảo giữa bề mặt dụng cụ và chi tiết làm tác dụng của dụng cụ mang đặc trưng va đập, rung động. Sự va rung của hạt mài vào bề mặt thủy tinh làm thủy tinh bị tách thành các mảnh Lớp Cơ tin Kỹ thuật – Khoa Cơ khí 7 Đồ án tốt nghiệp nhỏ tạo nên các bề mặt mài. Mặc dù có hiện tượng hạt mài găm vào dụng cụ cào xước bề mặt như một lưỡi cắt nhưng quá trình tạo nên bề mặt mài về cơ bản vẫn là do các vết nứt. Góc ở đỉnh của các vết nứt không phụ thuộc vào kích thước hạt mài mà phụ thuộc vào thành phần hoá học và các tính chất cơ học của các loại thủy tinh. Chiều sâu lớp nổi h và chiều sâu vết nứt m có quan hệ với đường kính hạt theo biểu thức : h = k 1 d (1.1) m = k 2 d (1.2) Trong đó: d - Đường kính hạt lớn nhất thuộc pha cơ bản của hạt mài; k 1 , k 2 - Hệ số phụ thuộc tính chất bột mài; Hình 1.3. Sơ đồ phá hủy bề mặt thủy tinh bằng hạt mài tự do. Sơ đồ quá trình phá hủy trình bày trên hình ( 1. 3 ). Theo đó, lực va đập R hướng theo đường nối các đỉnh hạt mài là lực gây ra sự phá vỡ thủy tinh, làm biến dạng dụng cụ và nghiền vỡ hạt. Lực R là tác nhân chính gây ra các vết nứt hình nón phân bố theo các góc từ 90 o ÷ 150 o . Chiều cao lớp nổi h chiếm Lớp Cơ tin Kỹ thuật – Khoa Cơ khí 8 Đồ án tốt nghiệp từ 1/3 ÷ 1/4 kích thước hạt. Dưới lớp nổi là lớp nứt có chiều sâu m = (2 ÷ 4) h. Khi giảm kích thước hạt, chiều sâu lớp nổi và lớp nứt cũng giảm. Các đỉnh nhấp nhô sẽ bị là phẳng dần khi dùng bột mịn dần. Lực R được phân tích thành 2 thành phần: Lực N có phương vuông góc với véc tơ vận tốc v, nhằm đảm bảo tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết, đồng thời gây biến dạng đàn hồi bề mặt. Lực F hướng tiếp tuyến với bề mặt gia công gây mòn dụng cụ và tạo thành ngẫu lực làm lăn đảo hạt mài. 1.2.2. Cắt gọt bằng hạt mài liên kết Hạt liên kết là hạt mài bị găm trên bề mặt dụng cụ. Tác động của một hạt liên kết vào bề mặt thủy tinh giống như tác động của lưỡi cắt vào bề mặt kim loại dòn. Khi dụng cụ chuyển động tương đối so với thủy tinh sẽ tạo ra lực cắt R tác dụng lên các hạt liên kết, gây nên các vết xước trên bề mặt thủy tinh, làm bề mặt bị nứt vỡ thành những mảnh nhỏ. Thành phần lực tiếp tuyến F tt của lực R hướng một góc 180 o với véc tơ vận tốc tương đối V tđ làm tách các mảnh thủy tinh ra khỏi bề mặt (hình 1.4). Lớp Cơ tin Kỹ thuật – Khoa Cơ khí 9 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.4. Sơ đồ cắt gọt thủy tinh bằng hạt mài liên kết. Thành phần lực F a tác động lên thuỷ tinh, gây ra các vết nứt hình côn và phá hủy bề mặt như hạt mài tự do là chủ yếu, đồng thời làm hạt mài găm vào bề mặt dụng cụ. Hạt liên kết mòn dần theo thời gian, lực cắt đặt vào đó tăng lên làm chúng bong ra khỏi liên kết, lúc đó sẽ xuất hiện các hạt găm mới. Trong quá trình gia công, nếu dụng cụ nghiền có tính chất găm hạt thì có thể xảy ra đồng thời hai quá trình cắt gọt: bằng hạt tự do và bằng hạt liên kết. Mặt khác ta cũng thấy rằng bề mặt của dụng cụ cũng bị hai loại hạt kể trên làm mòn đi. 1.3. Ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ cơ bản đến năng suất và chất lượng mài nghiền chi tiết quang Quá trình tạo hình bề mặt chi tiết quang bằng phương pháp nghiền chịu tác động của nhiều yếu tố công nghệ. Trong đó có một số yếu tố công nghệ cơ bản ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng mài nghiền chi tiết quang như: áp lực, vận tốc chuyển động tương đối giữa các bề mặt tham gia nghiền, hạt mài( kích thước, tính chất, nồng độ, . ). Lớp Cơ tin Kỹ thuật – Khoa Cơ khí 10 [...]... nghiệp CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC MÁY MÀI NGHIỀN TẠO HÌNH BỀ MẶT CHI TIẾT QUANG 1 Xây dựng mô hình động học cơ cấu máy mài nghiền chi tiết quang 4MB250 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy mài nghiền chi tiết quang 4MB-250 Để nghiên cứu ảnh hưởng của động học máy đến quá trình tạo hình bề mặt chi tiết quang, sử dụng máy mài nghiền chi tiết quang 4MB-250 của Trung tâm kỹ thuật Cơ khí Chính xác và Quang học nghiệp... đĩa mài trong quá trình mài nghiền chi tiết quang là một vấn đề cần được nghiên cứu trong công nghệ gia công các chi tiết quang Trong phần này trình bày nghiên cứu động học cơ cấu máy mài nghiền chi tiết quang Mục đích nghiên cứu động học cơ cấu máy mài nghiền chi tiết quang là xác định quỹ đạo, vận tốc, gia tốc tương đối của một điểm bất kỳ thuộc dĩa gá đối với đĩa mài trong quá trình mài nghiền các... cụm trên của máy mài nghiền 4Mb-250 2 Nghiên cứu động học cơ cấu máy mài nghiền theo phương pháp động học hệ nhiều vật : Trong quá trình mài nghiền chi tiết quang, bề mặt các chi tiết được gia công được nghiền bởi đĩa nghiền, giữa đĩa gá chi tiết và đĩa nghiền có một lớp huyền phù mài Quỹ đạo chuyển động tương đối của một điểm bất kỳ thuộc đĩa gá chi tiết với đĩa mài, hoặc quỹ đạo chuyển động của hạt... quay ω5: vận tốc góc của trục đĩa mài R5: bán kính puli của trục đĩa mài D5: đường kính puli của trục tay quay 1.3 Mô hình động học cơ cấu máy mài nghiền chi tiết quang 4MB-250 Từ các khảo sát trên máy và giả thiết nghiên cứu như trên ta có mô hình bài toán nghiên cứu động học máy mài nghiền chi tiết quang như sau ( h.2.4) Trong đó: Oxy là hệ quy chiếu cố định O4x4y4 có O4x4// Ox, O4y4// Oy O5x5y5... của một điểm bất kỳ thuộc dĩa gá đối với đĩa mài trong quá trình mài nghiền các chi tiết quang, theo các kết quả nghiên cứu của động học hệ nhiều vật 2.1 Cơ sở động học hệ nhiều vật rắn phẳng: 2.1.1 Xây dựng các hệ tọa độ, khâu và khớp trong vật rắn phẳng Hệ tọa độ: Khi nghiên cứu động học vật rắn phẳng, ta cần xây dựng ba hệ tọa độ: Hệ tọa độ cơ sở Oxy: có gốc tọa độ O thông thường được chọn ở điểm... tiết quang của máy 4MB250 Về mặt cơ học, đây là một mô hình cơ hệ có ba bậc tự do Cơ cấu khâu trên gồm có: Tay quay 7 Thanh truyền 8 21 Lớp Cơ tin Kỹ thuật – Khoa Cơ khí Đồ án tốt nghiệp Cần lắc 6 Đĩa gá chi tiết quang 5 Đĩa mài nghiền 4 Ở giữa bề mặt của đĩa gá chi tiết gia công và đĩa mài nghiền, có một lớp huyền phù mài Việc nghiên cứu ảnh hưởng của động học máy đến quá trình tạo hình... vào việc nghiên cứu động học cơ cấu khâu trên của máy mài nghiền 4MB-250 6 7 5 p 8 2 4 9 3 10 1 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý máy mài nghiền chi tiết quang 4MB-250 22 Lớp Cơ tin Kỹ thuật – Khoa Cơ khí Đồ án tốt nghiệp 1 Động cơ 6 Cần lắc 2 Bộ truyền đai 7 Tay quay 3 Bộ truyền đai 8 Thanh truyền 4 Đĩa mài nghiền 9 Bộ truyền bánh ma sát 5 Đĩa gá chi tiết 10 Lò xo tạo áp lực 1.2 Giới thiệu cơ cấu máy mài nghiền... an Máy mài nghiền chi tiết quang 4MB-250 ( hình 2-1 ) có sơ đồ nguyên lý làm việc như sau: Động cơ 1 làm nhiệm vụ dẫn chuyển động cho các cơ cấu làm việc Chuyển động từ trục của động cơ có lắp puli đai truyền cho hai bộ truyền đai 2, qua bộ truyền đĩa ma sát 3 chuyển động quay được truyền cho trục tay quay 5, qua bộ truyền đai chuyển động được truyền cho trục của đĩa mài 9 Cơ cấu khâu trên của máy. .. lắm, người ta gá nó lên bàn có thể điều chỉnh được Với chiều dài chuẩn kiểm tra là AB, người ta điều chỉnh sao cho AB song song với phương trượt chuẩn ĐC là phương trượt của băng máy đo có mang chuyển đổi như hình (1.6, b) Trong đó phương trượt chuẩn ĐC sử dụng sống trượt của máy đo ểẩè-21 đảm bảo độ chính xác dịch chuyển, chi tiết đo được gá trên đồ gá đặt trên bàn máy Việc đọc số dịch chuyển dài trên... ra mài mòn Như vậy, có thể thấy rằng quá trình gia công phải thoả mãn cả ba điều kiện công nghệ, liên quan chặt chẽ với nhau: Có áp lực giữa hai bề mặt gia công; Có chuyển động tương đối giữa chúng; Có đối tiếp giữa hai bề mặt 1.3.2 Ảnh hưởng của chuyển động tương đối giữa phôi và dụng cụ Đối với bất kỳ một thiết bị gia công nào, việc nghiên cứu quy luật chuyển động tương đối giữa dụng cụ và phôi đều
