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…...……..……………………………………………………….............1
chương I: tổng quan về mài nghiền chi tiết quang...…...3
1.1.

Khái niệm................................................................................................3

1.2.

Nguyên lý tạo hình bề mặt chi tiết quang…………………............…3

1.3.

Bản chất của mài nghiền chi tiết quang………………………....…...6
1.3.1. Cắt gọt bằng hạt mài tự do khi mài nghiền………………...……6
1.3.2. Cắt gọt bằng hạt mài liên kết……………………….......……….9

1.4.

ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ cơ bản ……………….........10
1.4.1. ảnh hưởng của áp lực và vận tốc……………………….......….10
1.4.2. ảnh hưởng của chuyển động tương đối giữa phôi và dụng cụ…12
1.4.3. ảnh hưởng của 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 về độ thẳng trong mặt phẳng chi tiết quang....14
1.5.1.1. Đo sai lệch về độ thẳng dùng gá đo..................................15
1.5.1.2. Đo sai lệch về độ thẳng bằng khe sáng giữa thước ……....16
1.5.2. Kiểm tra sai lệch về 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 quả kinh tế của 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 cơ bản của hệ thống CNC. ……………………...........…...30
2.5. Chức năng của từng 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 ra ( 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 và khối điều khiển máy………………….......…33
3.1.1. Sơ đồ chức năng 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 cơ cấu máy mài nghiền MB-250………...36
3.2. Điều khiển động cơ servo một 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 cơ và 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 và chương trình…………………….........47
3.3. Thiết kế hệ thống điều khiển di chuyển cửa của 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 các bộ truyền cơ khí trong máy mài nghiền ...............49
3.4.1. Tính tốn thiết kế bộ truyền đai từ trục động cơ…………….....49
3.4.1.1. Xác định modun răng.....................................................50
3.4.1.2. Xác định các thông số của bộ truyền đai.......................50
3.4.1.3. Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng...............................52
3.4.1.4. Xác định lực căng ban đầu và 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. 2. Cơ cấu khâu trên…………………………………………….68


3.7. 3. Một số chi tiết khác của 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 trên hình 4.2.........................................................................71
4.3. Cơ cấu cụm dưới 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 cơ bản của mơ hình. ................................................................75
4.8. Giao diện chương trình…………………………....................………….75
4.9. Cách sử dụng chương trình. ………………………………….......….76

4.10. Mơ hình máy MB250 hồn thiện……………………………....……77
4.11. Hướng dẫn sử dụng................................................................................78
Kết luận và Kiến nghị……………………………………...……...79
1. Kết luận. ……………………………………………………….......……..79
2.

Kiến nghị…………………………………………………….......…….80

Tài liệu tham khảo............................................................................82
Tóm tắt luận văn cao học


1

Lời nói đầu
Ngày nay, các thiết bị quang học và quang điện tử ngày càng được sử
dụng rộng rãi, nó có vai trị vơ cùng to lớn trong đời sống xã hội và khoa học
hiện đại.
Hầu hết các ống kính, thiết bị quang học được sử dụng ở nước ta đều
phải nhập ngoại rất đắt tiền như kính hiển vi cắt lớp, ống kính chụp ảnh, máy
quay phim,…..Do đó việc chủ động thiết kế chế tạo được các thiết bị quang
học có ý nghĩa rất to lớn.
ở nước ta hiện nay trình độ gia cơng chi tiết quang cịn thấp và chưa
chế tạo được máy gia công chi tiết quang hiện đại. Các máy gia công chi tiết
quang truyền thống còn nhiều hạn chế, chất lượng sản phẩm làm ra còn phụ
thuộc nhiều vào tay nghề người thợ. Hiện nay các máy gia cơng chi tiết quang
hiện đại có tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến du nhập vào Việt Nam chưa
nhiều do giá thành cao. Với việc phát triển của cơng nghệ điều khiển số thì
việc nghiên cứu và ứng dụng nó vào các máy gia cơng chi tiết quang là rất
cần thiết. Vì vậy việc đi đến chế tạo các máy gia cơng chi tiết quang có sử

dụng công nghệ điều khiển số ở Việt Nam đang là vấn đề cần thiết nhằm làm
chủ công nghệ mới, chủ động trong sản xuất và góp phần thúc đẩy sự 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 của đề tài là “Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình máy
mài nghiền MB – 250 máy điều khiển hai trục quay”


2

Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết
trong lĩnh vực mài nghiền chi tiết quang và điều khiển số để ứng dụng trong
q trình gia cơng các chi tiết thuỷ tinh quang học.
Nội dung bao gồm:
Phần 1: Tổng quan về mài nghiền chi tiết quang.
Phần 2: Tìm hiểu về khái niệm và cơng 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 và các thày, Cô trong khoa Cơ Khí – Trường
ĐHBK Hà Nội, các cơ - chú trong trung tâm Kỹ thuật cơ khí chính xác và
quang học nghiệp vụ Bộ Cơng An đã tận tình giúp đỡ tác giả. Nhân đây tác
giả xin cám ơn sự hợp tác của Kỹ sư Bùi Bá Chính và hai bạn Sinh viên K 47
Kỹ sư tài năng. Do khả năng và trình độ cịn hạn chế cho nên luận văn chắc
chắn cịn có những thiếu sót. Tác giả rất mong đực sự giúp đỡ, chỉ bảo của
các thày, các cô và các bạn đọc.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, tháng 5 năm 2007

Tác giả

Phan Văn Bình


3

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ MÀI NGHIỀN CHI TIẾT QUANG
1.1.

Khái niệm.
Dưới tác dụng áp lực và vận tốc chuyển động tương đối giữa hạt mài và

chi tiết, các cạnh sắc của hạt mài có tác dụng cào xước mặt thuỷ tinh tạo
thành lớp nổi 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 là mặt phẳng thì bề mặt của đĩa dưới và đĩa trên là mặt phẳng.
- Nếu là mặt cầu thì bề mặt của đĩa dưới và đĩa trên là mặt cầu.
Để tạo hình bề mặt chi tiết quang bằng phương pháp mài 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 gia cơng:

- Đĩa dưới là dụng cụ, tương ứng với đĩa trên là chi tiết gia công.
- Đĩa trên là dụng cụ, tương ứng với đĩa dưới là chi tiết gia công.
Vật liệu dụng cụ vừa có khả năng mang hạt mài, găm hạt mài lại và
chịu mài mịn. 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 liền với
các độ hạt khác nhau tuỳ theo từng ngun cơng. Q trình nghiền được bắt
đầu kể từ lúc truyền cho chi tiết và dụng cụ một chuyển động tương đối, đảm


4

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.
Dưới đây là một số nguyên lý tạo hình bề mặt chi tiết quang như sau:
• Ngun lý 1 hình 1.1a.
Theo ngun lý này, khâu dưới 1 có chuyển động quay tron với vận tốc
ω5. Giữa ω1 và ω5 là bộ truyền động biến đổi vận tốc (truyền động đai hoặc
bánh răng có tỷ số truyền là một số vơ 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 Xơ cũ có ký hiệu là III II và ở một số cơ sở chế tạo chi tiết
quang ở nước ta.
• Nguyên lý 2 hình 1.1b.
Khác với ngn lý 1, ngồi 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 gia cơng. Lực ép được tạo ra nhờ khí nén hoặc lị xo
nén lắp trên khung 3 nên luôn tác dụng hướng tâm.

• Ngun lý 3 hình 1.1c.
ở ngun 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 có chuyển động quay lệch tâm. Điều này làm cho quỹ đạo
chuyển động tương đối của hai bề mặt chi tiết gia công 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


5

cácthiết bị của hãng ESSILOR ( Singapor ) và hiện nay đang được sử dụng ở
Cơng ty Cổ phần Kính mắt Hà Nội.
Tạo hình bề mặt chi tiết quang bằng phương pháp nghiền cho phép đạt
được độ chính xác hình dáng hình học củ dụng cụ và bề mặt chi tiết gia công
dần dần được nâng cao hơn khi bắt đầu đưa vào gia cơng. Như vậy q trình
mài nghiền là q trình gia cơng bằng dụng cụ định hình, có q trình sửa
chữa nhau giữa bề mặt chi tiết gia công mặt dụng cụ và chi tiết gia công, nâng
cao dần độ chính xác.
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.


6

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý mài nghiền chi tiết quang.
1.3.

Bản chất của mài nghiền chi tiết quang.

Phương pháp mài nghiền chi tiết thuỷ tinh quang học là phương pháp

gia cơng bằng hạt mài tự do, nó được sử dụng khi có các u cầu cao về độ
chính xác tạo hình bề mặt chi tiết gia cơng. 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.


7

Trong đó mài nghiền và đánh bóng được sử dụng nhiều hơn cả. Hai quá
trình này chiếm đến 90% khối lượng của tồn bộ q trình cơng 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 nghiền chi tiết
quang tự do theo các phương pháp khác nhau và bằng các cỡ hạt mài khác
nhau như sau:
- Khi ép có thể đạt được: Rz = (360 ÷ 160) µm.
- Khi nghiền tinh bằng hạt mài M14 ÷ M10 cú th t c:
Rz = (0,36 ữ 0,32) àm.
- Khi nghiền tinh bằng hạt mài M5 ÷ M3 có thể t c:
Rz = (0,04 ữ 0,02) àm.
Sai s hỡnh dỏng hỡnh hc cú th t ti 0,1 ữ 0,3 àm.[ 9 ] độ chính xác
có thể đạt cấp 6 hoặc cấp 7. trong phạm vi đồ án này nghiên cứu q trình
nghiền tinh, vì đây là ngun cơng cuối trước khi chuyển sang đánh bóng và
có tính chất quyết định đến chất lượng của sản phẩm.
1.3.1. Cắt gọt bằng hạt mài tự do khi mài nghiền.
Có nhiều cơng trình nghiên cứu về bản chất của quá trình mài nghiền
thuỷ tinh của các nước trên thế giới như CHLB Đức, Anh, Liên xơ cũ... Kết

quả của các cơng trình nghiên cứu đều có nhiều điểm giống nhau.


8

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 thơng 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 510% 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 = 1500 ÷ 1530. 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 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.


9

Góc ở đỉnh của các vết nứt khơng phụ thuộc vào kích thước hạt mài mà phụ
thuộc vào thành phần hố 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 = k1d

(1.1)

m = k2 d

(1.2)

Trong đó:
d - Đường kính hạt lớn nhất thuộc pha cơ bản của hạt mài
k1, k2 - Hệ số phụ thuộc tính chất bột mài

P+Q
Ft
Vtd

R
Fn

R

k

o

m

1

Fn
3

Ft
0-90

n

a'

o

90-150

2

a

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 900 ÷ 1500. Chiều cao lớp nổi h chiếm
từ 1/3 ÷ 1/4 kích thước hạt. Dưới lớp nổi là lớp nứt có chiều sâu m = (2 ÷ 4)
h.


10

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 vng 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 cơng gây mịn dụng cụ và tạo
thành ngẫu lực làm lăn đảo hạt mài.
1.3.2. 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 Ftt của
lực R hướng một góc 1800 với véc tơ vận tốc tương đối Vtđ làm tách các
mảnh thủy tinh ra khỏi bề mặt hình 1.4.

Hình 1.4. Sơ đồ cắt gọt thủy tinh bằng hạt mài liên kết.


11

Thành phần lực Fa tác động lên thuỷ tinh, gây ra các vết nứt hình cơn
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 mịn 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 cơng, nếu dụng cụ nghiền có tính chất găm hạt thì
có thể xảy ra đồng thời hai q 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.
1.4.

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 cơng 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,... ).
1.4.1. Ảnh hưởng của áp lực và vận tốc.
Để xác định cường độ gia công, người ta đã xác định thể tích lượng
thủy tinh bị tách khỏi bề mặt phôi tỷ lệ với công cơ học.
q = K.A

(1.3)

Trong đó:
q- Thể tích lượng thủy tinh bị tách khỏi phôi.
K- Hệ số công nghệ thể hiện bằng thể tích riêng của lượng thủy tinh
tách ra khỏi phơi trong một đơn vị cơng A có tính đến các yếu tố công nghệ.
A- Công cơ học sinh ra để tách lượng thủy tinh đó.


12

Ta có:
A = F.V.n.t

(1.4)

Với :

F- Giá trị trung bình của véc tơ lực tác dụng của khâu trên với khâu
dưới trong một chu kỳ t.
V- Giá trị trung bình của véc tơ vận tốc tương đối của chuyển động
khâu trên so với khâu dưới trong một chu kỳ t.
n- Số chu kỳ gia cơng.
t- Thời gian một hành trình lắc của khâu trên: t = 2π/ω1
ω1- Tần số quay của trục tay quay.
Từ đó có thể thấy rằng cơng cơ học trên một đơn vị diện tích là:
F
A
As = S = S .V.n.t = P.V.n.t

(1.5)

Nếu có hiện tượng sai lệch bán kính sau một lần gia cơng, thì có thể
điều chỉnh cho tích số P.V lớn ở vùng biên để giảm bán kính hoặc lớn ở vùng
đỉnh để tăng bán kính sản phẩm.
Việc phấn đấu để tích số P.V = const sẽ phát huy được hiệu quả khi bề
mặt phôi và dụng cụ đã hoàn toàn tiếp xúc nhau. Lúc này việc bảo đảm cho
tích P.V = const sẽ làm lượng mài mịn trên bề mặt gia cơng là như nhau và vì
vậy duy trì được bán kính đã đạt được của phơi.
Ngồi ra, người ta cịn đưa ra khái niệm về hệ số phủ. Bản chất của hệ
số phủ là thể hiện khả năng đối tiếp của bề mặt dụng cụ so với bề mặt phôi
trong thời gian gia cơng. Những vùng bề mặt khơng được phủ thì khơng thể
xảy ra mài mịn.
Như vậy, có thể thấy rằng q trình gia cơng phải thoả mãn cả ba điều
kiện cơng nghệ, liên quan chặt chẽ với nhau:
- Có áp lực giữa hai bề mặt gia công.

13

- Có chuyển động tương đối giữa chúng.
- Có đối tiếp giữa hai bề mặt.
1.4.2. 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 rất cần thiết. Nó cho
phép hiểu rõ tính chất, phạm vi phủ giữa hai bề mặt tham gia gia công.
Để giải quyết vấn đề này, người ta thường lập những bài toán xác định
quỹ đạo chuyển động tương đối của một điểm đặc trưng trên bề mặt phôi so
với bề mặt dụng cụ thông qua quan hệ giữa các thông số động học của máy.
Vấn đề đặt ra là tìm cơ cấu dẫn động sao cho đạt được các yêu cầu sau:
Vận tốc chuyển động tương đối ở các điểm trên bề mặt phơi so với
dụng cụ có giá trị như nhau.
Quỹ đạo chuyển động tương đối nhanh chóng trải đều trên khắp bề mặt
gia công.
Dạng quỹ đạo chuyển động tương đối giữa phôi và dụng cụ: phức tạp
và không trùng lặp.
1.4.3. Ảnh hưởng của hạt mài.
Khi mài nghiền thủy tinh, hạt mài đóng vai trị như các lưỡi cắt. Để có
thể cắt gọt bề mặt thủy tinh, người ta thường dùng các loại hạt có độ cứng cao
như hạt cơ ranh đơn (Al2O3), các bít silic (SiC), các bít Bo (B4C), cát thạch
anh (SiO2), enbo, kim cương tự nhiên hoặc nhân tạo,...
Hạt mài sử dụng trong mài nghiền thủy tinh thường ở dạng hỗn hợp với
chất lỏng được gọi là huyền phù. Chất lỏng dùng khi mài nghiền thủy tinh là
nước. Vì khi dùng các chất lỏng có độ nhớt cao hơn sẽ cản trở chuyển động
của hạt mài, làm giảm năng suất mài. Người ta đã xác định rằng thừa hoặc
thiếu chất lỏng đều gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt gia công. Nếu

14

thừa chất lỏng, số lượng hạt mài giảm, làm tăng áp lực lên mỗi hạt mài, hạn
chế chuyển động của nó, làm cào xước bề mặt thủy tinh. Nếu thiếu chất lỏng
số lượng hạt mài tăng, các hạt mài chèn ép lên nhau, chuyển động tự do của
chúng cũng bị hạn chế và vì thế cũng gây xước bề mặt chi tiết gia cơng.
Chất lỏng đóng vai trị quan trọng trong q trình gia cơng thủy tinh.
Chất lỏng khơng những có tác dụng bơi trơn, giảm ma sát, phân phối hạt mài,
giảm nhiệt độ, mà còn đào sâu các vết nứt, đẩy nhanh việc tách các mảnh thủy
tinh ra khỏi bề mặt gia cơng.
Đã có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của tỷ lệ giữa khối lượng hạt
mài và khối lượng hỗn hợp đến chất lượng và năng suất mài nghiền. Tỷ lệ này
được gọi là nồng độ huyền phù và được xác định theo biểu thức:
τ=

T
.100% =
T+H

1
H
1+
T

.100%

(1.6)

Trong đó:
τ - Nồng độ huyền phù;

T - Khối lượng bột mài; (G)
H - Khối lượng nước; (G)
Khoảng tối ưu của tỷ lệ giữa nước và bột là H:T = 3÷6. Với tỷ lệ này,
cường độ gia công thủy tinh là lớn nhất (hình 1.5). Tỷ lệ này thay đổi khi
dùng các kích thước hạt khác nhau:
Với kích thước hạt từ 20 ÷ 50µm thì H : T = 4 ÷ 10;
Với kớch thc ht t 20 ữ 14àm v nh hn thì H : T = 3 ÷ 5.
Kích thước hạt mài cũng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và năng suất
gia công. Điều dễ nhận thấy là độ hạt càng lớn thì lượng mài mịn thủy tinh
càng nhiều, nhưng chất lượng bề mặt càng kém đi.


15

Như đã trình bày, do kích thước của một loại hạt mài khơng hồn tồn
bằng nhau, nên lúc đầu áp lực từ dụng cụ chỉ truyền qua những hạt có kích
thước lớn. Đó chính là những nơi có sự tiếp xúc giữa dụng cụ và phôi thông

Q(cm/ph)

τ tn

1 2 3 4 5 6

7 8 9 10

H:T

qua hạt mài. Nếu trong một loại hạt mài các kích thước lớn hơn gấp 4 lần kích
thước hạt cơ bản chiếm nhiều hơn 5% thì chúng sẽ gây xước bề mặt, nếu ít

hơn 5% thì chúng sẽ nhanh chóng bị nghiền vỡ. Sự tiếp xúc lúc này sẽ xảy ra
ở những điểm nhô cao nhất trên mỗi bề mặt.
Hình 1.5. Quan hệ giữa tỷ số H:T và cường độ gia công.
1.5.

Phương pháp kiểm tra chất lượng bề mặt phẳng chi tiết quang khi

mài nghiền.
Để đảm bảo độ chính xác gia cơng cần phải kiểm tra chất lượng bề mặt
phẳng chi tiết quang khi mài nghiền.
Việc kiểm tra chất lượng bề mặt phẳng chi tiết quang bao gồm các nguyên
công sau:
- Kiểm tra sai lệch về độ thẳng trong mặt phẳng chi tiết quang.


16

- Kiểm tra sai lệch về độ phẳng bề mặt chi tiết quang.
1.5.1. Kiểm tra sai lệch về độ thẳng trong mặt phẳng chi tiết quang.
1.5.1.1. Đo sai lệch về độ thẳng dùng gá đo.
Định nghĩa: Sai lệch về độ thẳng trong mặt phẳng là khoảng cách lớn
nhất ∆ từ các điểm của prôfin thực tới đường thẳng áp trong giới hạn của phần
chuẩn (hình 1.6 a).
Phương pháp đo:
Để đo được sai lệch về độ thẳng, phải dịch chuyển chuyển đổi đo theo
phương của đường áp. Chuyển vị của đầu đo dịch chuyển theo phương pháp
tuyến của đường áp.
Trong kỹ thuật, gọi phương của đường áp là phương “0”, đường thẳng
đi qua hai điểm chuẩn đo song song với nó được gọi là đường “0”. Người ta
lấy đường “0” làm đường chuẩn hay đường trượt để đo sai lệch về độ thẳng.

Sai lệch chỉ thị lớn nhất của đầu đo theo phương trượt chuẩn cho ta sai
lệch về độ thẳng.

Hình 1.6 a. Định nghĩa sai lệch về

Hình 1.6b. Phương pháp đo

độ thẳng.

sai lệch về độ thẳng.


17

Với các chi tiết không lớn 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 ểẩè21 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 bề mặt mẫu dùng thước đo độ dài hiện
số của Hãng MITUTOYO hình 1.7.

Hình 1.7. Sơ đồ đo độ dài hiện số của Hãng MITUTOYO.
1.5.1.2. Đo sai lệch về độ thẳng bằng khe sáng giữa thước và chi
tiết.

18

Việc kiểm tra sai lệch về độ thẳng được thực hiện nhờ khe sáng giữa
thước thuỷ tinh hoặc kim loại và bề mặt chi tiết kiểm tra (hình 1.8). Khi bề
mặt chi tiết kiểm tra khơng thẳng (cầu), bán kính cong của nó được xác định
∆2
theo cơng thức: R =
8l

Trong đó:

(1.7)

∆ - Chiều cao khe sáng.
l - Chiều dài khe sáng giữa bề mặt thước và chi tiết kiểm tra.

Phương pháp này được sử dụng trong sản xuất, vì nó đơn giản và thuận
tiện, cho phép định tính được sự phân bố lượng dư gia công trên các vùng của
bề mặt chi tiết.

Hình 1.8: Kiểm tra sai lệch về độ thẳng bằng khe sáng.
1.5.2. Kiểm tra sai lệch về độ phẳng bề mặt chi tiết quang.
Định nghĩa: Sai lệch về độ phẳng là khoảng cách lớn nhất ∆ từ các điểm
của bề mặt thực đến bề mặt phẳng áp trong giới hạn của phần chuẩn hình 1.9.


19

Hình 1.9. Khái niệm sai lệch về độ phẳng.
Để đo sai lệch về độ phẳng người ta phải dịch chuyển chuyển đổi đo

theo mặt phẳng chuẩn song song với mặt áp. Chuyển vị của đầu đo dịch
chuyển theo phương pháp tuyến với mặt áp .
Để loại trừ ảnh hưởng của các yếu tố khác trong chi tiết, chi tiết cần đặt
trên bàn điều chỉnh được. Khi đo, cần điều chỉnh chi tiết sao cho mặt phẳng
“0” song song với mặt phẳng chuẩn. Mặt phẳng “0” có thể được tạo thành bởi
3 hoặc 4 điểm cách xa nhau nhất trên bề mặt thực. Trước khi đo, cần chỉnh
chi tiết sao cho chỉ thị của dụng cụ đo sau khi rà theo mặt chuẩn MC sẽ có chỉ
số đo tại 3 hay 4 điểm trên bằng nhau để mặt phẳng “0” song song với mặt
phẳng chuẩn MC. Hình (1.10) mơ tả ngun tắc đo sai lệch về độ phẳng.
Khi chi tiết có bề mặt khơng quy luật, độ chính xác của phép đo phụ
thuộc vào số điểm đo.
Khi bề mặt chi tiết có vết gia cơng theo qui luật, số điểm đo có thể
giảm đi. Thơng thường việc đo được đi theo từng tuyến như hình 1.10. Trong
mỗi tuyến rà sẽ có chỉ thị xmax - xmin .
Kết quả đo sai lệch về độ phẳng sẽ được tính.
EFE = max ximax - min xkmin
Trong đó:
i, k - Tên tuyến rà.

(1.8)


20

Hình1.10. Nguyên tắc đo sai lệch về độ phẳng.