Đồ án Thiết kế máy mài và đánh bóng chi tiết quang PM-300

iền đầy được tính theo công thức: (1.8) Trong đó: R – Bán kính trung bình của miền vành DR – Chiều rộng của miền vành n - Số guốc nghiền nằm trên miền vành. dR - Diện tích guốc nghiền nằm trên miền vành. Hệ số điền đầy là đại lượng không thứ nguyên: 0 < hR £ 1. - Khi hR = 1 bề mặt dụng cụ được điền đầy hoàn toàn và diện tích tiếp xúc thực tế với chi tiết là lớn nhất. - Khi hR < 1 bề mặt dụng cụ bị khuyết, diện tích tiếp xúc với chi tiết thực tế sẽ nhỏ hơn (dùng để điều chỉnh hệ số phủ). Tương tự như quá trình mài nghiền, quá trình đánh bóng mặt phẳng chi tiết quang, bề mặt dụng cụ có thể được điền đầy hoàn toàn hoặc bị cắt khuyết đi (hình 1.13). Hình 1.13: Hình dạng bề mặt làm việc của dụng cụ đánh bóng. Để tính hệ số điền đầy bề mặt người ta chia dụng cụ thành những miền vành có kích thước bằng nhau.Trên cơ sở quy luật phân bố của các guốc đánh bóng đã chọn, xác định tổng diện tích của chúng trong từng miền vành bằng phương pháp hoạ đồ và dụng cụ đo diện tích. Hệ số điền đầy thể hiện khả năng tiếp xúc thực tế giữa dụng cụ và chi tiết trong quá trình gia công. Do đó nó ảnh hưởng đáng kể đến cường độ mài mòn bề mặt chi tiết gia công. Nó là yếu tố độc lập mà ta có thể chủ động điều chỉnh được, nên nó được dùng làm yếu tố điều chỉnh có hiệu quả cường độ mài mòn bề mặt gia công. Khi tiến hành gia công blốc chi tiết thì bề mặt gia công cũng được điền đầy bởi một số chi tiết theo quy luật xác định. Như vậy bề mặt gia công cũng có những phần khuyết. Hình dạng khuyết của bề mặt blốc chi tiết cũng được đặc trưng bằng hệ số điền đầy hR. Hệ số điền đầy bề mặt blốc chi tiết được tính toán khi khảo sát độ mòn của bề mặt dụng cụ. Phương pháp tính tương tự như tính hệ số điền đầy bề mặt dụng cụ nghiền hR. 1.5.3 Hệ số phủ [4] Hình 1.14: Xác định hệ số phủ và hệ số vận tốc. Cùng với quỹ đạo và vận tốc tương đối, hệ số phủ là thông số ảnh hưởng tới quá trình công nghệ. Bản chất của hệ số phủ là thể hiện khả năng gia công của bề mặt dụng cụ so với bề mặt chi tiết trong thời gian gia công. Những vùng bề mặt chi tiết không được phủ thì không thể xảy ra quá trình cắt gọt. Trong luận văn này ta sẽ tiến hành phân tích hình học, động học, sự tiếp xúc của bề mặt chi tiết và dụng cụ, làm cơ sở tính hệ số phủ và điều chỉnh động học máy. Khả năng và cường độ tác dụng lên các miền vành chi tiết của dụng cụ trong chu kỳ gia công bằng phương pháp nghiền tự do được biểu thị nhờ hệ số phủ. Trên hình 1.14 cung trên miền vành bán kính r của chi tiết, được phủ bởi miền vành của dụng cụ có chiều rộng DR = R2 – R1 . Trong trường hợp đơn giản nhất nếu tay quay của máy cố định w = 0 , thì tốc dẫn động khâu trên cố định và tâm O2 cách tâm của khâu dưới O1 một khoảng không đổi O1O2 = e = const, bằng độ lệch của các tâm O1 và O2 . Miền vành chi tiết bán kính r được phủ bởi dụng cụ chỉ trên phần . Tỷ số chiều dài đoạn này với chiều dài nửa cung p.r được gọi là hệ số phủ S, khi khâu trên không dịch chuyển (1.9) Do tính chất đối xứng nên không khảo sát cung phủ . Góc j =j2 - j1 , trong đó: (1.10) Máy mài nghiền và đánh bóng có khâu trên dịch chuyển, gia công hơn 90% các chi tiết quang. Độ lệch tâm e và hệ số phủ Sr là đại lượng biến đổi theo thời gian e = f(t) và Sr = f(t). Khoảng 90% trường hợp gia công các chi tiết quang sử dụng khâu trên lắc đối xứng qua O3O1. (1.11) Chiều dài cung thay đổi trong một chu kỳ theo thời gian t. Hệ số phủ Sr, khi khâu trên dịch chuyển được gọi là giá trị tích phân trung bình. Theo lý thuyết tính giá trị trung bình của hàm số ta có (1.12) Trong đó: T – Chu kỳ tay quay Giá trị Sr và cho thấy quan hệ thời gian gia công phôi trong các miền vành bán kính r khác nhau. Khái niệm “ hệ số phủ” chỉ được sử dụng đối với gia công bằng phương pháp mài nghiền tự do. Khi miền vành khăn bán kính r được phủ hoàn toàn bởi miền vành của dụng cụ DR = R2 – R1 và . Trong các trường hợp khác 0 £ Sr < 1 hay . Nếu vòng tròn bán kính phôi r và miền vành của dụng cụ DR = R2 – R1 không tiếp xúc thì và tác dụng của dụng cụ lên phôi không xảy ra. Để tính hệ số phủ lập bảng, biểu diễn độ lệch tâm e và emax của các miền vành của phôi bán kính r và miền vành của dụng cụ DR, R2 , R1 dạng không thứ nguyên, theo đơn vị tỷ lệ kích thước , tức là một nửa đường kính phôi (dụng cụ). Sau khi tính tích phân hệ số phủ được dùng để tính toán chương trình động học tách lượng dư và thay đổi bề mặt chi tiết gia công. Nhược điểm của phương pháp này là phải phân biệt rõ các trường hợp: khâu trên cố định hay dịch chuyển, tính đối xứng của tâm đĩa gá so với tâm đĩa mài. Sau khi tính tích phân và các biểu thức gần đúng đối với từng trường hợp cụ thể, rồi lập bảng. Phương pháp trình bày ở trên gặp khó khăn khi tính hệ số phủ đối với cơ cấu cụm trên có sử dụng cơ cấu đòn bản lề của máy mài nghiền đánh bóng chi tiết quang khác nhau và gặp phải sai số tính toán. Ta sẽ nghiên cứu việc tính hệ số phủ theo phương pháp số, cho đồ thị biểu diễn đường cong hệ số phủ trong một chu kỳ tay quay và các giá trị chính xác. Cho phép ứng dụng đối với lớp cơ cấu cụm trên có sử dụng cơ cấu đòn bản lề của máy mài nghiền và đánh bóng chi tiết quang, nhằm mục đích phục vụ cho quá trình gia công có định hướng theo phân bố lượng dư cục bộ. Vùng nào có phân bố lượng dư lớn tăng cường sự phủ của dụng cụ so với phôi gia công, nghĩa là tăng cường độ mài và ngược lại. 1.5.4 Hệ số vận tốc [4] Hệ số vận tốc biểu thị ảnh hưởng vận tốc chuyển động tương đối của dụng cụ so với chi tiết đến cường độ gia công của các miền vành của chi tiết. Khảo sát điểm M tuỳ ý trên cung (hình 1.14) được phủ bởi miền vành của dụng cụ, véc tơ vận tốc tương đối là tổng các véc tơ vận tốc quay của dụng cụ , vận tốc quay của chi tiết và vận tốc lắc của chi tiết : (1.13) Vận tốc tương đối có tác dụng đối với cung phủ của miền vành bán kính r, tác dụng của dụng cụ đôí với chi tiết không xảy ra trên các cung khác. Nếu chi tiết không dịch chuyển vận tốc , thì giá trị của véc tơ thay đổi trên đoạn cung , nhưng không thay đổi theo thời gian. Cường độ nghiền tự do không phụ thuộc vào hướng véc tơ vận tốc tương đối và tỷ lệ thuận với mô đun – giá trị trung bình của nó dọc theo cung . Tỷ số mô đun giá trị trung bình véc tơ vận tốc tương đối trên vùng r của chi tiết, được phủ bởi dụng cụ với giá trị cực đại của vận tốc dài trên vùng biên của dụng cụ gọi là hệ số vận tốc khi độ lệch tâm e = const, tức là khi khâu trên không dịch chuyển: (1.14) Trong đó: (1.15) Khi khâu trên không dịch chuyển mô đun giá trị trung bình của véc tơ vận tốc dài tương đối được tính theo lý thuyết trung bình: (1.16) Trong đó: q - Đại lượng độc lập được chọn tuỳ ý. Nếu khâu trên dịch chuyển thì chiều dài cung trong chu kỳ T thay đổi theo thời gian. Khi đó theo lý thuyết trung bình: (1.17) Trong đó là giá trị trung bình theo cung và theo thời gian t của mô đun véc tơ vận tốc làm việc tương đối , nó tỷ lệ thuận với cường độ nghiền trong vùng bán kính r. Hệ số vận tốc khi khâu trên dịch chuyển với độ lệch tâm e = f(t) sẽ là: (1.18) Các giá trị phụ thuộc vào hệ số phủ của miền vành r và khi và giá trị . Giá trị hệ số vận tốc cho biết giá trị vận tốc làm việc, trong đó xảy ra sự mài mòn bề mặt chi tiết trong các vùng bán kính r khác nhau. Khái niệm hệ số vận tốc chỉ được sử dụng đối với gia công bằng phương pháp mài nghiền tự do. Các giá trị được tính đối với tất cả các miền vành của đĩa gá chi tiết, được sử dụng để tính toán số guốc nghiền và sự phân bố chúng trên bề mặt dụng cụ. 1.5.5 Hàm phân bố cường độ gia công Công mài nghiền Ar trong vùng bán kính r của phôi: (1.19) Trong đó: – Thời gian gia công trung bình vùng bán kính r trong chu kỳ T. – Vận tốc làm việc trung bình trong vùng bán kính r sau chu kỳ T. – Lực tác dụng tương hỗ trung bình của chi tiết với dụng cụ. n – Số chu kỳ tác dụng tương hỗ của chi tiết với dụng cụ. Nhận xét: Công mài Ar càng lớn thì lượng mài mòn bề mặt chi tiết càng lớn và ngược lại. Giá trị lực trên các miền tròn r thay đổi trong quá trình gia công. Nếu trong quá trình gia công coi tác dụng của lực là ổn định thì ta có thể điều chỉnh các thành phần động học sao cho cường độ mài mòn bề mặt phù hợp với hàm phân bố lượng dư bề mặt chi tiết. Với chế độ gia công đã chọn thì thời gian gia công chỉ phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc thực tế giữa bề mặt dụng cụ và chi tiết, nó được đặc trưng bằng hệ số phủ bề mặt . Vậy để hình thành được bề mặt chi tiết theo yêu cầu trong nguyên công mài nghiền và đánh bóng ta phải điều chỉnh sao cho tích hệ số phủ và vận tốc tương đối phù hợp với phân bố lượng dư gia công z = f(r). 1.6 Cơ sở nghiên cứu khoa học Hiện nay việc nghiên cứu công nghệ gia công chi tiết quang và ứng dụng vào thực tế ở nước ta còn ít mà chủ yếu là dựa vào kinh nghiệm của người thợ. Từ công thức tính công mài nghiền A: i = 1 … n (1.20) Ta thấy để tăng năng suất mài thì phải điều chỉnh cường độ gia công hoặc điều chỉnh quy luật phân bố áp lực phù hợp với phân bố lượng dư gia công. Hình 1.15: Biểu đồ cường độ gia công Dựa vào công trình nghiên cứu của các tác giả về cường độ gia công bề mặt phẳng chi tiết quang trong nguyên công mài nghiền còn một vấn đề là coi phân bố áp lực mài là đồng đều khi khảo sát cường độ mài mòn bề mặt phẳng khi mài nghiền (hình 1.15). Từ hình 1.15 cho ta thấy đường cường độ gia công (3) là một hàm số trơn, đường cong này gần giống với phân bố lượng dư gia công z(r)=f(r). Với ý tưởng là thay đổi phân bố áp lực mài làm yếu tố để bù sai số cho phương pháp điều chỉnh cường độ mài mòn bề mặt gia công. Miền có lượng dư nhỏ thì áp lực mài nhỏ và ngược lại miền có lượng dư lớn thì áp lực mài lớn (hình1.16). Hình 1.16: Phân bố áp lực phù hợp với lượng dư gia công 1.7 Nội dụng nghiên cứu Để thực hiện được ý tưởng trên, nội dung nghiên cứu gồm: 1. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ chính xác tạo hình bề mặt phẳng chi tiết quang khi mài nghiền và đánh bóng. 2. Thiết kế và chế tạo máy mài và đánh bóng chi tiết quang PM-300 có thể thay đổi được phân bố áp lực mài ứng với phân bố lượng dư 3. Mô phỏng động học và điều chỉnh máy 4. Thực nghiệm gia công mẫu trên máy PM-300 - Thực nghiệm đánh giá trong nguyên công mài nghiền và đánh bóng - Thiết kế chế tạo dụng cụ đo cho nguyên công mài nghiền CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÁY MÀI VÀ ĐÁNH BÓNG CHI TIẾT QUANG PM-300 Vấn đề nâng cấp và thiết kế máy mài mới để tiếp cận với các máy mài hiện đại trên thế giới là rất cần thiết. Yêu cầu của chúng ta là thiết kế những máy mài kính quang học trên những chỉ tiêu sau: + Tiếp cận với những hệ thống máy mài hiện đại trên thế giới sau đó chọn ra loại máy phù hợp với điều kiện gia công quang học ở nước ta. + Giá thành phù hợp. + Có khả năng lưu trữ dữ liệu, ghi lại những thông số thực nghiệm của từng loại sản phẩm. + Có cơ sở dữ liệu đủ mạnh giúp cho người quản lý có thể dễ dàng biết được hoạt động của máy cũng như của người thợ. + Là một hệ thống mở, có thể liên kết, giao tiếp với các máy khác (các nguyên công khác của quá trình gia công chi tiết quang) để tạo thành một chu trình khép kín. Theo nghiên cứu của một số tác giả về quỹ đạo chuyển động tương đối của một điểm bất kỳ trên đĩa gá chi tiết đối với đĩa mài phải theo quy luật như sau [4]: Quỹ đạo chuyển động tương đối sẽ không trùng lặp khi các tỷ số truyền giữa trục tay quay - trục đĩa gá (k1) và giữa trục đĩa gá - trục đĩa mài (k2) đều là một số vô tỷ. Quỹ đạo chuyển động tương đối sẽ trùng lặp khi nếu một trong hai tỷ số truyền k1 hoặc k2 là một số hữu tỷ. Khi quỹ đạo chuyển động tương đối không trùng lặp thì chất lượng gia công bề mặt chi tiết quang sẽ tốt hơn, bề mặt dụng cụ sẽ được mài mòn đều hơn theo thời gian gia công. Nếu điều chỉnh máy trong trường hợp khâu trên quay tự do với k1 là một số vô tỷ hợp lý trong khoảng 0,9 < k1 < 1 thì phân bố quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá trên bề mặt đĩa mài đều hơn, thời gian phủ nhanh hơn. Nếu điều chỉnh máy trong trường hợp khâu trên quay cưỡng bức quay ngược chiều quay với khâu dưới với k1 là một số vô tỷ hợp lý trong khoảng 0,9 < k1 < 1 ứng với k2 = - 0,5; 1,5 thì phân bố quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá trên bề mặt đĩa mài đều hơn. Do vậy khi thiết kế máy và điều chỉnh máy để đảm bảo chất lượng tạo hình bề mặt chi tiết quang thì tỷ số truyền giữa trục tay quay và trục đĩa gá (k1) là một số vô tỷ. 2.1 Chọn sơ đồ nguyên lý máy mài và đánh bóng PM-300 Trong luận văn này tôi đưa ra 3 phương án về sơ đồ nguyên lý đã được dử dụng trong thực tế từ đó tôi chọn một phương án phù hợp với điều kiện gia công quang học ở nước ta và đặc biệt đáp ứng cho nhu cầu thí nghiệm của Xưởng Quang - Điện tử. 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý 1: Trục chính, trục tay quay và tâm cần lắc thẳng hàng (hình 2.1) * Ưu điểm: - Có thể bố trí được nhiều trục với không gian bàn máy nhỏ - Thích hợp cho gia công chi tiết có bán kính cầu lớn Rcầu > 100 mm - Thích hợp cho gia công chi tiết có đường kính chi tiết <150 mm Hình 2.1: Cơ cấu trục chính, trục tay quay và tâm cần lắc thẳng hàng * Nhược điểm:- Cơ cấu không mền dẻo, kém linh hoạt - Không thích hợp cho gia công chi tiết có đường kính D>150mm hoặc đường kính blốc chi tiết >150 mm 2.1.2 Sơ đồ nguyên lý 2: Trục chính, trục tay quay và tâm cần lắc đặt lệch nhau (cơ cấu đòn bốn khâu bản lề) (hình 2.2) * Ưu điểm: - Tính vạn năng cao - Thích hợp cho gia công chi tiết có đường kính 50 < Dct < 250 và blốc chi tiết <500 mm - Thao tác đơn giản - Có khả năng tự động cao * Nhược điểm:- Không thích hợp cho gia công chi tiết có đường kính lớn Dct >500 mm hoặc đường kính blốc chi tiết D >500 mm - Không thích hợp cho gia công chi tiết có bán kính cầu nhỏ Rcầu<100 mm Hình 2.2: Cơ cấu trục chính, trục tay quay và tâm cần lắc đặt lệch nhau 2.1.3 Sơ đồ nguyên lý 3: 1 trục chính và 2 trục tay quay (hình2.3) Hình 2.3: Cơ cấu 1 trục chính và 2 trục tay quay * Ưu điểm: - Thích hợp cho gia công những chi tiết có đường kính Dct >700 mm đến vài mét (lực ma sát lớn), - Gia công chi tiết có bán kính cầu lớn - Lực lắc khoẻ * Nhược điểm:- Không thể bố trí được nhiều trục trên cùng một máy - Cơ cấu kém linh hoạt không thích hợp cho gia công chi tiết có đường kính nhỏ - Kích thước máy cồng kềnh - Thích hợp cho gia công chi tiết D >1000 mm Để áp ứng với điều kiện gia công ở nước ta và kích thước sản phẩm không quá lớn và không quá nhỏ, do đó tôi chọn sơ đồ nguyên lý cụm trên có cơ cấu đòn bốn khâu bản lề. 2.2 Sơ đồ khí nén máy mài và đánh bóng PM-300 Có 3 phương pháp tạo áp lực cho quá trình mài nghiền và đánh bóng: * Tạo áp lực bằng quả nặng: quả nặng được đặt trên đầu tốc, khi cần lắc chuyển động mang theo quả nặng chuyển động do đó có lực quán tính, tuỳ theo bán kính cầu Rcầu mà hướng lực quán tính khác nhau. Khi đầu tốc ở phía ngoài biên thì lực gia công là nhỏ nhất hay nói cách khác là trong một hành trình lắc của đầu tốc lực phân bố không đều. Lực đè bằng quả nặng không điều khiển được. * Tạo áp lực mài bằng lò xo: Lực đầu tốc chính là lực nén của lò xo khi có chuyển động thì lực nén của lò xo dễ gây ra cộng hưởng trong quá trình lắc do đó gây sai số hình dạng bề mặt. * Tạo áp lực mài bằng khí nén: Có ưu điểm là dễ điều khiển, tạo được áp lực lớn mà không gây ra những ảnh hưởng xấu về mặt động học cơ cấu (không bị cộng hưởng và không có lực quán tính). Đây là phương pháp được dùng phổ biến trong các dây chuyền tự động hiện đại hiện nay. Có rất nhiều ưu điểm so với các hệ thống dùng điện cùng loại: tác động nhanh, độ chính xác và độ bền cao, đặc biệt là tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường. Do những ưu điểm vượt trội của phương pháp tạo áp lực mài bằng khí nén nên tôi chọn phương pháp tạo áp lực này dùng cho máy PM-300 + Lực P (hình 2.4) được phân tích thành 2 thành phần: - Fn: lực hướng tâm chi tiết. - Ft: lực tiếp tuyến với mặt phôi Vấn đề đặt ra là ta phải điều khiển được lực mài là một hàm P = f(x) nào đó (hàm theo vị trí của điểm đầu tốc) tương ứng với phân bố lượng dư. Hình 2.4: Sơ đồ phân bố lực mài bằng khí nén Với mục đích thay đổi áp lực mài trong quá trình gia công, trong sơ đồ hệ thống khí nén tôi sử dụng hai van áp suất một van đóng mở áp suất (van đảo chiều) có tác dụng đảm bảo an toàn cho van điều khiển áp suất, một van có khả năng điều khiển áp suất và lưu lượng vào xilanh(van điều khiển áp suất), cả hai van được điều khiển qua điện áp đầu vào. ở đầu vào van đảo chiều là hai bộ lọc có tác dụng lọc khí và lọc nước, dầu. Dưới đây là sơ đồ hệ thống khí nén cho máy PM-300 (hình 2.5) Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống khí nén máy PM-300 - Đường đặc tính điện áp - áp suất ra Hình 2.6: Đường đặc tính điều khiển áp suất của van điều khiển áp suất - Đường đặc tính lưu lượng - áp suất ra Hình 2.7: Đường đặc tính điều khiển lưu lượng của van điều khiển áp suất Từ 2 đường đặc tính trên ta có thể điều khiển áp suất và lưu lượng đầu vào piston bằng điện áp đầu vào. 2.3 Sơ đồ truyền động máy PM-300 Có nhiều phương pháp truyền động như truyền động đai, hộp số, bánh ma sát…để mở rộng khả năng công nghệ của máy ứng với các kích thước sản phẩm khác nhau tôi sử dụng bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ kết hợp với truyền động đai (giá thành rẻ, chống được quá tải, truyền động êm, giảm thiểu được ma sát sinh nhiệt trong quá trình làm việc, chế tạo thay thế đơn giản). Với máy PM-300 tôi sử dụng hai phương án truyền động đai. +>Phương án 1: Hai trục chính gia công sản phẩm có cùng kích thước (hai puli trục chính bằng nhau) Để giảm mô men quá tải của động cơ và kích thước puli hợp lý ta chọn tỷ số truyền từ động cơ đến trục chính i = 1/3. Để đảm bảo tỷ số truyền và trục chính là một số vô tỷ và để đạt được độ bóng cao (nguyên công đánh bóng) ta tăng tốc độ trục chính và giảm tốc độ trục lắc nên ta chọn i = 1/3 Hình 2.8: Sơ đồ truyền động đai cho tốc độ hai trục chính bằng nhau +>Phương án 2: Hai trục chính gia công sản phẩm không cùng kích thước (hai puli trục chính không bằng nhau) Hình 2.9: Sơ đồ truyền động đai cho tốc độ hai trục chính không bằng nhau 2.4 Sơ đồ điều khiển máy PM-300 Quá trình thiết kế bộ điều khiển máy PM-300 theo 4 bước như sau: + Điều khiển tốc độ trục chính. + Chọn và bố trí các đầu đo (encorder). + Tích hợp hệ thống điều khiển phân bố lực mài (khí nén). + Tích hợp đồng bộ hệ thống. 2.4.1 Điều khiển tốc độ trục chính. Thực chất là điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha. Hiện nay có rất nhiều phương pháp như điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ, thay đổi điện trở rôto, biến đổi tần số... Ta chọn phương pháp biến đổi tần số dòng điện đặt vào động cơ (dùng biến tần) với ưu điểm là mô men khởi động lớn, dải điều khiển rộng, giữ tuổi thọ động cơ cao, tiết kiệm điện năng. Ở đây tôi chọn loại biến tần thay đổi tần số f theo nguyên lý U/f = const, đây là phương pháp được dùng phổ biến hiện nay vì độ chính xác cao, không làm giảm độ bền của động cơ, tiết kiệm điện năng và đặc biệt nó được các hãng sản xuất tích hợp sẵn theo chuẩn quốc tế do đó chúng ta có thể đồng bộ hoá hệ thống dễ dàng. + Ta chọn phương pháp dùng biến tần hoạt động trên nguyên tắc U/f để điều khiển tốc độ động cơ (hình 2.10). Hình2.10: Sơ đồ điều khiển tốc độ động cơ 2.4.2 Chọn và bố trí các đầu đo. 2.4.2.1 Sơ đồ bố trí đầu đo góc Động cơ chuyển động dẫn theo trục chính và tay quay quay, tay quay quay làm cần lắc kéo theo đầu tốc lắc qua lại quanh tâm O1 tại tâm O1 ta đặt đầu đo góc (encorder), từ góc quay w xác định được vị trí điểm đầu tốc để phục vụ cho bài toán điều khiển áp lực mài sau này (hình 2.11). Hình 2.11: Sơ đồ vị trí đặt đầu đo: 1-đầu tốc, 2-đầu đo góc w, 3-chi tiết, 4-dụng cụ, 5-tay quay 2.4.2.2 Sơ đồ đo áp lực đầu tốc Để đo áp suất thực tế đầu vào piston so với thông số điều khiển, đơn giản ta đặt đồng hồ đo áp suất ở ngay đầu vào piston (hình 2.12). Từ đó ta tính được áp lực đầu tốc theo công thức: F = P.S (2.1) F - Áp lực đầu tốc (N) S – Diện tích mặt piston (m2) P- Áp suất (N/m2) Hình 2.12: Kết cấu cụm đầu tốc: 1- đầu tốc cầu, 2- ống gá, 3- cần lắc, 4-piston, 5-ống dẫn khí, 6-đồng hồ đo áp suất. Để đáp ứng được áp lực mài với đĩa gá chi tiết f350 và giá thành hợp lý tôi chọn loại piston có đường kính f25, thiết bị tạo áp lớn nhất là 6 at (máy nén khí). Để đảm bảo hệ thống khí nén hoạt động an toàn thì các bộ phận khí nén phải chịu được áp suất lớn hơn thiết bị tạo áp. Công thức tính áp lực đầu tốc 1at = 0,987bar 1bar=1,013 .105 N/m2 Diện tích mặt pistông: S = p.r2 = 3,14x(0.0125)2 = 0.0005 m2 r- bán kính pistông r = 12.5 mm Lực tác dụng vào đầu tốc(max): Fmax = P.S = (1,013 .105 x 6 x 0.987) x 0.0005 = 300 N = 30 Kg P- áp suất (N/m2) Bảng 1: Đo áp lực đầu tốc ứng với giá trị đầu vào Thông số đầu vào 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 Giá trị lý thuyết (Kg) 2,6 3,1 3,6 4,1 4,6 5 5,5 Giá trị đo thực tế (Kg) 2,4 2,9 3,4 3,9 4,4 4,8 5,3 Bảng 2: Đo áp lực đầu tốc ứng với toạ độ góc w của máy PM-300 Góc w (0) -5 -2.5 0 2.5 5 Thông số đầu vào 5000 4000 3000 4000 5000 Thông số đo (Kg) 4,4 3,4 2,4 3,4 4,4 2.4.3 Tích hợp hệ thống điều khiển lực. Điều khiển lực mài chính là điều khiển áp lực khí nén tác dụng lên piston (điểm đầu tốc). Vì ta dùng piston khí một chiều nên ta dùng van điều khiển áp suất ở đầu vào. Để tạo áp lực mài trong quá trình gia công ta kết hợp đầu đo toạ độ điểm đầu tốc với van điều khiển áp lực 2.4.4 Tích hợp đồng bộ hệ thống (hình 2.13) Hình 2.13: Sơ đồ tích hợp hệ thống điều khiển máy MP-300 * Sơ đồ điều khiển máy PM-300 Bắt đầu Mở van điện tử Mở van áp suất Chạy động cơ Dừng động cơ Đóng van điện từ Đóng van áp suất Kết thúc Sensor đo góc hi U/f Hình 2.14: Sơ đồ điều khiển máy PM-300 * Chu trình làm việc của máy PM-300 Bắt đầu Đầu tốc hạ xuống Dừng động cơ Chạy động cơ Đầu tốc nâng lên Kết thúc z(r)=f(r) Hình 2.15: Chu trình làm việc của máy PM-300 2.5 Bảng thông số kỹ thuật của máy PM-300 2.5.1 Bảng vẽ tổng lắp máy PM-300 Hình2.16: Bảng vẽ kết cấu máy mài và đánh bóng PM-300 (xem chi tiết bảng vẽ ở trang cuối) 2.5.2 Bảng thông số kỹ thuật của máy PM-300 Đường kính chi tiết gia công 10 ¸ 300 mm Số trục chính 2 Đường kính dụng cụ (max) 320 mm Đường kính phôi (max) 300 mm Tốc độ trục chính 10 ¸ 450 vòng/phút Tần số lắc 3 ¸ 150 hành trình/phút Biên độ lắc ± 160 Hành trình piston(max) 40 mm Áp suất làm việc 0 ¸ 6 at Ren trục chính M16 Áp lực đầu tốc 0 ¸ 30 kg Công suất động cơ 3 pha - 2,2 Kw Kích thước máy 1544 x 1022 x 1350 mm Trọng lượng 400 Kg Hình 2.17: Máy mài và đánh bóng PM-300 chế tạo tại xưởng Quang-Điện tử Viện Vật lý & Điện tử CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ ĐIỀU CHỈNH MÁY PM-300 3.1 Xác định quỹ đạo, vận tốc của đĩa gá so với đĩa mài [4] 3.1.1 Xác định quỹ đạo, vận tốc tuyệt đối của điểm đầu tốc O4 3.1.1.1 Xác định quỹ đạo của điểm đầu tốc (hình3.1) Các hệ toạ độ Oxy - Hệ toạ độ cố định O3x3h3 – hệ toạ độ quy chiếu của vật Hình 3.1: Sơ đồ toạ độ và kích thước của cụm trên máy PM-300 Xét điểm đầu tốc O4 trong hệ toạ độ O3x3h3 Ta có (3.1) Trong đó A3 là ma trận côsin chỉ hướng trong hệ toạ độ O3x3h3 (3.2) Biểu thức (3.1) là quỹ đạo tuyệt đối của điểm đầu tốc trong máy PM-300. 3.1.1.2 Xác định vận tốc tuyệt đối của điểm đầu tốc Đạo hàm quỹ đạo tuyệt đối (3.1) theo thời gian t ta được vận tốc tuyệt đối điểm đầu tốc: (3.3) Trong đó (3.4) và 3.1.2 Xác định quỹ đạo, vận tốc tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá so với đĩa mài 3.1.2.1 Trường hợp đĩa 4 là đĩa gá chi tiết, đĩa 5 là đĩa mài a> Xác định quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá so với đĩa mài. Ta chọn hệ trục toạ độ và N là một điểm bất kỳ nằm trên đĩa gá chi tiết 4 (hình 3.2). Tìm phương trình chuyển động, vận tốc, gia tốc tương đối của điểm N thuộc đĩa gá 4 so với đĩa mài 5 Hệ toạ độ vật 4 là O4x4h4 Hệ toạ độ vật 5 là O5x5h5. Hình 3.2: Các hệ toạ độ của đĩa mài 5 và đĩa gá 4 Ta có công thức chuyển đổi hệ trục toạ độ như sau: (3.5) là ma trận côsin chỉ phương trong hệ toạ độ O4x4h4 Theo tính chất trực giao của ma trận ta có: (3.6) (3.7) là ma trận trực giao (3.8) x05, y05 là hằng số vì O5 là tâm trục chính Suy ra (3.9) (3.10) (3.11) Thay (3.6) vào (3.11) ta có: (3.12) Thay (3.12) vào (3.7) ta có: (3.13) Phương trình (3.13) là phương trình xác định quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm N thuộc đĩa gá 4 so với đĩa mài 5. b> Xác định vận tốc tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá so với đĩa mài. Đạo hàm phương trình quỹ đạo chuyển động tương đối (3.13) theo thời gian t ta được phương trình vận tốc tương đối của điểm N thuộc đĩa gá 4 đối so đĩa mài 5. (3.14) 3.1.2.2 Trường hợp đĩa 4 là đĩa mài, đĩa 5 là đĩa gá chi tiết a> Xác định quỹ đạo chuyển động tương đối của điểm bất kỳ thuộc đĩa gá so với đĩa mài. Ta chọn M là một điểm bất kỳ nằm trên đĩa mài 5 (hình 3.2) Điểm M trong hệ toạ độ O5x5y5 là , trong hệ tạo độ O5x5h5 là . Tọa độ của điểm M trong hệ toạ độ O4x4y4 là và trong hệ tạo độ O4x4h4 là . Ta có công thức chuyển đổi hệ trục toạ độ như sau: (