Luận án Tiến sĩ Công nghệ chế tạo máy: Xây dựng phương pháp đo sai lệch độ tròn của các chi tiết cơ khí trong hệ toạ độ cực

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:139

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án là tìm ra các giải pháp kĩ thuật trọng tâm nhằm có những hiểu biết tổng thể về phương pháp đo. Qua đó tạo điều kiện cho các đơn vị sử dụng thiết bị đo sai lệch độ tròn một cách hiệu quả hơn. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Công nghệ chế tạo máy: Xây dựng phương pháp đo sai lệch độ tròn của các chi tiết cơ khí trong hệ toạ độ cực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SAI LỆCH ĐỘ TRÒN CỦA CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ TRONG HỆ TOẠ ĐỘ CỰC VŨ TOÀN THẮNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN TIẾN THỌ TS. NGUYỄN THỊ NGỌC LÂN. HÀ NỘI - 2005
Lêi cam ®oan T«i xin cam ®oan luËn ¸n nµy lµ c«ng tr×nh do chÝnh t«i nghiªn cøu trong c¸c ®iÒu kiÖn thùc nghiÖm t¹i ViÖt nam, kh«ng trïng víi bÊt kú mét c«ng tr×nh nµo kh¸c. C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn ¸n lµ trung thùc. T¸c gi¶ luËn ¸n Vò Toµn Th¾ng
1 Môc lôc Trang Danh môc c¸c ký hiÖu, ch÷ viÕt t¾t 4 Danh môc c¸c b¶ng biÓu 5 Danh môc c¸c h×nh vÏ 6 Më ®Çu 9 Ch¬ng 1. Tæng quan vÒ sai lÖch ®é trßn cña chi tiÕt c¬ khÝ vµ ph¬ng ph¸p ®o sai lÖch ®é trßn 12 1.1. Sai lÖch ®é trßn – Mét tån t¹i kh«ng mong muèn cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ 12 1.2. §Þnh nghÜa vÒ sai lÖch ®é trßn 16 1.3. Ph¬ng ph¸p ®o sai lÖch ®é trßn 19 1.3.1. §o sai lÖch ®é trßn b»ng khèi V 19 1.3.2. §o sai lÖch ®é trßn b»ng täa ®é cùc 23 Ch¬ng 2: C¬ së lý thuyÕt cña ph¬ng ph¸p ®o sai lÖch ®é trßn cña chi tiÕt c¬ khÝ b»ng hÖ to¹ ®é cùc 28 2.1. Ph¬ng ph¸p h×nh chiÕu 29 2.2. Ph¬ng ph¸p tam gi¸c 30 2.3. Ph¬ng ph¸p khai triÓn Fourier 34 2.3.1. M« t¶ ®é c¹nh trªn tiÕt diÖn ®îc kh¶o s¸t 35 2.3.2. Sù tham gia cña ®é lÖch t©m e vµo biÕn thiªn b¸n kÝnh khi ®o 37 2.3.3. Khai triÓn Fourier cho biÕn thiªn b¸n kÝnh khi ®o 37 2.4. X¸c ®Þnh sai sè cña ph¬ng ph¸p ®o 41 2.4.1. Sai sè hÖ thèng 41 2.4.2. Sai sè ngÉu nhiªn do sai sè chØ thÞ dÞch chuyÓn ∆R vµ chØ thÞ gãc ∆ϕ g©y nªn. 43 Ch¬ng 3. tÝnh to¸n thiÕt kÕ chÕ t¹o m« h×nh m¸y ®o sai lÖch ®é trßn 49 3.1. X©y dùng m« h×nh thö nghiÖm 49
2 3.2. Lùa chän tÝnh to¸n thiÕt kÕ æ quay 51 3.2.1. Gi¶i thÝch ý tëng 51 3.2.2. Kh¸i niÖm vÒ ®Öm khÝ 53 3.2.3. TÝnh to¸n thiÕt kÕ ®Öm khÝ ®¬n gi¶n theo ph¬ng ph¸p ®iÖn – khÝ t¬ng ®¬ng 54 3.2.4. TÝnh to¸n thiÕt kÕ ®Öm khÝ theo híng gi¶m thÓ tÝch buång díi ®Öm 57 3.2.5. Ph¬ng ph¸p n©ng cao ®é cøng cña sèng dÉn ch¹y trªn ®Öm khÝ 69 3.3.ThiÕt kÕ bµn dÉn híng ®µn håi liÒn khèi dÞch chuyÓn hai chiÒu X, Y 72 3.3.1. M« t¶ bµn dÉn híng ®µn håi. 73 3.3.2. X©y dùng m« h×nh vµ tÝnh ®é cøng cña lß xo l¸ 74 3.3.3. TÝnh chuyÓn vÞ tíi h¹n [y]. BiÖn ph¸p më réng miÒn chuyÓn vÞ ®µn håi 75 3.3.4. BiÖn ph¸p n©ng cao kh¶ n¨ng di trît cña bµn ®µn håi. 77 3.3.5. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè h×nh häc cho bµn ®µn håi 77 3.4.ThiÕt kÕ bé phËn ®o gãc cña bµn quay 80 3.4.1. C¶m biÕn dÞch chuyÓn gãc 80 3.4.2. M¹ch giao tiÕp nèi 2 tÝn hiÖu ®o gãc víi cæng song song 83 3.5. §o biÕn thiªn b¸n kÝnh R 85 3.5.1. CÊu t¹o cæng ghÐp nèi vµ khung d÷ liÖu cña ®ång hå so chØ thÞ sè Mutitoyo m· sè 543-185 85 3.5.2. Nguyªn t¾c ®äc xung d÷ liÖu 87 3.5.3. M¹ch giao tiÕp 88 3.6. GhÐp nèi thiÕt bÞ ®o vµo m¸y tÝnh, ch¬ng tr×nh xö lý tÝn hiÖu vµ ®iÒu khiÓn m¸y ®o 88 3.6.1 GhÐp nèi tÝn hiÖu ®o qua cæng song song 89 3.6.2. Ch¬ng tr×nh xö lý tÝn hiÖu vµ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh ®o 94 3.6.2.1. Lu ®å gi¶i m· khung d÷ liÖu cña ®ång hå ®o biÕn thiªn b¸n kÝnh 84
3 3.6.2.2. Lu ®å phèi hîp c¸c thao t¸c ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng quay vµ ®äc cæng 95 3.6.2.3. Lu ®å thuËt to¸n xö lý sè liÖu ®o 96 Ch¬ng 4: Thùc nghiÖm vµ kÕt qu¶ 99 4.1.Thùc nghiÖm x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh cña ®Öm khÝ 99 4.1.1.X¸c ®Þnh ®Æc tÝnh chÞu t¶i F 100 4.1.2. X¸c ®Þnh ®é cøng cña ®Öm khÝ ®· thö nghiÖm 104 4.1.3. X¸c ®Þnh ph©n bè ¸p suÊt trªn bÒ mÆt ®Öm khÝ 105 4.1.4. X¸c ®Þnh hÖ sè ma s¸t cña ®Öm khÝ trªn sèng dÉn ph¼ng 108 4.2.Thùc nghiÖm trªn toµn m« h×nh m¸y ®o ®é trßn 109 KÕt luËn 116 §Ò xuÊt híng nghiªn cøu 117 Danh môc c«ng tr×nh khoa häc 118 Tµi liÖu tham kh¶o 119 Phô Lôc 122
4 Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t 1. a: Biªn ®é mÐo (mm) 2. d: §êng kÝnh lç tiÕt lu (cm, mm) 3. e: §é lÖch t©m (mm) 4. F, Q: Lùc n©ng, lùc t¶i (N) 5. g: Gia tèc träng trêng g = 9,81 m/s2 6. i, k: ChØ sè ch¹y 7. k: ChØ sè ®o¹n nhiÖt k, víi kh«ng khÝ k=1,4 8. K: - §é cøng cña ®Öm khÝ (N/µm) - HÖ sè chuyÓn ®æi khi ®o b»ng khèi V 9. m: Khèi lîng (kg) 10.p: ¸p suÊt : (bar); 11.R: - B¸n kÝnh quay (mm) - KhÝ trë 12.Rct: B¸n kÝnh chi tiÕt (mm) 13.Rµ: H»ng sè khÝ: Rµ=8314/µR (J/Kmol.K, µR=29 Kg/Kmol – Khèi lîng Kmol ph©n tö) 14.S: DiÖn tÝch, tiÕt diÖn ch¶y (m2, cm2) 15.z: ChiÒu cao khe hë khÝ (mm, µm) 16.V: ThÓ tÝch: V (cm3) 17.∆trßn: Gi¸ trÞ sai lÖch ®é trßn (µm) 18.α: - Gãc cña khèi V (®é) - Gãc lÖch pha (®é, rad) 19. ϕ: Gãc quay (®é, rad) 20.ρm :Khèi lîng riªng (kg/m3) 21. ν: §é nhít ®éng häc (cm2/s) 22.µ :§é nhít ®éng lùc häc (N.s/m2=Pa.s,KG.s/m2, poaz¬=1dyn.s/cm2=0,1N.s/m2) 23. ρ:KhÝ trë xuÊt 24. Φ: Hµm lu lîng
5 Danh môc c¸c b¶ng biÓu Trang B¶ng 1.1: HÖ sè K t¬ng øng víi sè c¹nh mÐo n vµ gãc α cña khèi V 22 B¶ng 3.1: C¸c hÖ sè ®Æc tÝnh cña ®Öm khÝ 60 B¶ng 3.2. Giao tiÕp t¹i cæng m¸y in 89 B¶ng 4.1: KÕt qu¶ x¸c ®Þnh hÖ sè ma s¸t 109
6 Danh môc c¸c h×nh vÏ Trang Ch¬ng 1: H×nh 1.1: NghiÒn ®Üa vµ chi tiÕt mÐo 3 c¹nh 12 H×nh 1.2: Lç bÞ mÐo 3 c¹nh khi khoan 13 H×nh 1.3: Lç bÞ mÐo khi doa 13 H×nh 1.4: Sãng mÐo xo¾n khi tiÖn vµ mµi 13 H×nh 1.5: Sãng mÐo sinh ra do dao ®éng 14 H×nh 1.6: H×nh d¹ng lìi c¾t ¶nh hëng ®Õn sai lÖch ®é trßn 15 H×nh 1.7: Dao phay kh«ng cøng v÷ng g©y nªn sãng mÐo 16 H×nh 1.8: §Þnh nghÜa sai lÖch ®é trßn theo ISO 17 H×nh 1.9: §Þnh nghÜa sai lÖch ®é trßn theo TCVN 18 H×nh 1.10: §o sai lÖch ®é trßn b»ng khèi V 19 H×nh 1.11: C¸c thÕ hÖ m¸y ®o ®é trßn cña h·ng Mitutoyo 23 H×nh 1.12: S¬ ®å nguyªn lý m¸y ®o sai lÖch ®é trßn 24 Ch¬ng 2: H×nh 2.1: S¬ ®å ®o chi tiÕt trªn hÖ to¹ ®é cùc 28 H×nh 2.2: Ph¬ng ph¸p h×nh chiÕu 29 H×nh 2.3: Ph¬ng ph¸p tam gi¸c 30 H×nh 2.4: MÐo hai c¹nh 35 H×nh 2.5: MÐo ba c¹nh 36 H×nh 2.6: MÐo bèn c¹nh 36 H×nh 2.7: BiÕn thiªn b¸n kÝnh do lÖch t©m 37 H×nh 2.8: Chi tiÕt ®Æt lÖch t©m quay trong hÖ to¹ ®é cùc 41 H×nh 2.9: Sai sè vÒ nguyªn lý khi khai triÓn Furier cã chøa ®é lÖch t©m 42 H×nh 2.10: Quan hÖ gi÷a ®é lÖch t©m vµ biªn ®é sai sè 43 H×nh 2.11: §å thÞ sai sè cña ph¬ng ph¸p tam gi¸c khi tån t¹i ®ång thêi ®é lÖch t©m e, ∆R, ∆ϕ 45 H×nh 2.12: §å thÞ sai sè cña ph¬ng ph¸p Furier khi tån t¹i ®ång thêi ®é lÖch t©m e, ∆R, ∆ϕ 47 Ch¬ng 3 H×nh 3.1: S¬ ®å m« h×nh m¸y ®o sai lÖch ®é trßn 50 H×nh 3.2: S¬ ®å æ quay 51 H×nh 3.3: æ quay trªn ®Öm khÝ 52 H×nh 3.4: Kh¸i niÖm vÒ ®Öm khÝ 53 H×nh 3.5: M« h×nh ®Öm khÝ d¹ng b¸t 54 H×nh 3.6. §Öm khÝ 2 r·nh- 2 lç tiÕt lu 57
7 H×nh 3.7: §Öm khÝ nhiÒu lç tiÕt lu 59 H×nh 3.8: §Öm khÝ cã buång nhá 61 H×nh 3.9: Hä ®êng cong ®Æc tÝnh t¶i – khe hë theo α 64 H×nh 3.10: §êng ®Æc tÝnh t¶i - khe hë øng víi mét kÕt cÊu ®Öm 65 khÝ x¸c ®Þnh H×nh 3.11: §Öm khÝ bÞ mÊt c©n b»ng 66 H×nh 3.12: Gi¸ trÞ hµm f theo r vµ α 68 H×nh 3.13. Bè trÝ ®Öm khÝ ®èi xøng nh»m n©ng cao ®é cøng cña dÉn híng 69 H×nh 3.14: Bè trÝ ®Öm khÝ cho æ quay 70 H×nh 3.15: Lß xo l¸ dïng trong c¸c hÖ dÞch chuyÓn 72 H×nh 3.16: Bµn dÉn híng ®µn håi – c¬ cÊu ®iÒu chØnh ®é lÖch t©m cña m« h×nh thùc nghiÖm m¸y ®o sai lÖch ®é trßn 73 H×nh 3.17: M« h×nh tÝnh to¸n lß xo l¸ 74 H×nh 3.18: M« h×nh tÝnh ®é cøng theo mét ph¬ng dÞch chuyÓn cña bµn ®µn håi 75 H×nh 3.19: KÝch thíc h×nh häc cña c¸c ®Öm lß xo 78 H×nh 3.20: Mét sè kÝch thíc h×nh häc bµn dÉn híng ®µn håi 78 H×nh 3.21: C¶m biÕn ®äc gãc vµ thíc kÝnh 80 H×nh 3.22: C¸ch bè trÝ c¸c cöa sæ thu ®Ó t¹o tÝn hiÖu chu kú 82 H×nh 3.23: M¹ch ®iÖn nèi c¸c tÕ bµo quang ®iÖn thu vµ tÝn hiÖu ra 82 H×nh 3.24: S¬ ®å m¹ch thu tÝn hiÖu gãc 83 H×nh 3.25: S¬ ®å m¹ch ph©n biÖt chiÒu ®Õm 83 H×nh 3.26: BiÓu ®å xung 84 H×nh 3.27: Vi m¹ch 4011 84 H×nh 3.28: Vi m¹ch 40192 84 H×nh 3.29: S¬ ®å bè trÝ ch©n cña ®ång hå Mitutoyo 86 H×nh 3.30: Khung d÷ liÖu mét sè ®o 86 H×nh 3.31: BiÓu ®å thêi gian cña xung truyÒn 87 H×nh 3.32: M¹ch nèi ch©n REQ 88 H×nh 3.33: S¬ ®å bè trÝ ch©n cæng song song 89 H×nh 3.34: Ch©n nèi víi thanh ghi d÷ liÖu 91 H×nh 3.35: Ch©n nèi víi thanh ghi tr¹ng th¸i 91 H×nh 3.36: Ch©n nèi víi thanh ghi ®iÒu khiÓn 92 H×nh 3.37: S¬ ®å bè trÝ ch©n nèi víi cæng song 92 H×nh 3.38: M¹ch ®iÒu khiÓn ®éng c¬ mét chiÒu 93 H×nh 3.39: Lu ®å ch¬ng tr×nh gi¶i m· ®ång hå so cña h·ng Mitutoyo 94 H×nh 3.40: Lu ®å ch¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng quay vµ ®äc cæng 95 H×nh 3.41: Lu ®å ch¬ng tr×nh xö lý sè liÖu theo ph¬ng ph¸p Tam gi¸c 96
8 H×nh 3.42: Lu ®å ch¬ng tr×nh xö lý sè liÖu theo ph¬ng ph¸p Fourier 97 Ch¬ng 4 99 H×nh 4.1: KÕt cÊu ®Öm khÝ thùc nghiÖm 99 H×nh 4.2: S¬ ®å ®o khe hë phô thuéc t¶i vµ ¸p nguån 100 H×nh 4.3: §êng thùc nghiÖm vµ hä ®êng lý thuyÕt khi P0=2kg/cm2 101 H×nh 4.4: §êng thùc nghiÖm vµ hä ®êng lý thuyÕt khi P0=3kg/cm2. 102 H×nh 4.5: §êng thùc nghiÖm vµ hä ®¬ng lý thuyÕt khi P0=4kg/cm2. 103 H×nh 4.6: C¸c ®êng thùc nghiÖm quan hÖ t¶i vµ khe hë 104 H×nh 4.7: S¬ ®å ®o ¸p suÊt ph©n bè trªn bÒ mÆt ®Öm khÝ 105 H×nh 4.8: MÆt bµn ®o ¸p kÎ líi 105 H×nh 4.9: Ph©n bè ¸p suÊt trªn bÒ mÆt ®Öm khÝ 106 H×nh 4.10: ¸p suÊt pr theo lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm 107 H×nh 4.11 : Nguyªn lý ®o hÖ sè ma s¸t 108 H×nh 4.13: §o sai lÖch ®é trßn cña vßng bi Φ110 b»ng khèi V 109 H×nh 4.14. §o ®é trßn cña vßng bi Φ110 trªn m« h×nh m¸y ®o ®é trßn 111 H×nh 4.15: KÕt qu¶ ®o sai lÖch ®é trßn cña vßng bi Φ110 trªn m« h×nh thùc nghiÖm 111 H×nh 4. 16 : Giao diÖn phÇn mÒm ch¬ng tr×nh ®o sai lÖch ®é trßn- Toµn c¶nh vÒ sai lÖch ®é trßn cña chi tiÕt ®o 112 H×nh 4.17: Giao diÖn hiÓn thÞ biªn d¹ng chi tiÕt ®o theo c¸c tÇn sè mÐo 113 H×nh 4.18: KÕt qu¶ ®o sai lÖch ®é trßn cña vßng bi trªn m¸y ACRETECH- t¹i c«ng ty YAMAHA 114
9 Më ®Çu Trong ngµnh chÕ t¹o c¬ khÝ chÝnh x¸c vµ quang häc, c¸c bÒ mÆt d¹ng trßn xoay nh mÆt trô, mÆt cÇu, mÆt nãn lµ nh÷ng d¹ng phæ biÕn, chiÕm tû lÖ h¬n 70%. Mét trong nh÷ng chØ tiªu quan träng nhÊt ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt lîng c¸c bÒ mÆt chi tiÕt cã tiÕt diÖn trßn xoay nãi trªn lµ sai lÖch ®é trßn. Nã cã ¶nh hëng quyÕt ®Þnh ®Õn tÝnh chÊt cña l¾p ghÐp vµ ®Þnh vÞ, ®Õn chÊt lîng lµm viÖc cña thiÕt bÞ m¸y mãc, ®Æc biÖt lµ nh÷ng chi tiÕt chÝnh x¸c nh æ bi, bÒ mÆt c«n chuÈn cña c¸c c¸n dao phay, pitt«ng - xi lanh, b¬m cao ¸p, thÊu kÝnh quang häc v.v…Ngoµi ra, tiÕt diÖn mÐo bao nhiªu c¹nh, ®é c¹nh nµo lµ tréi h¬n kh«ng chØ lµ mèi quan t©m cña ngêi sö dông mµ cßn lµ th«ng tin bæ Ých cho c¸c nhµ c«ng nghÖ. Cho m·i ®Õn nh÷ng n¨m cuèi cña thÕ kû 20, nhê sù ph¸t triÓn cña kü thuËt c¬ khÝ chÝnh x¸c, ®iÖn tö, tin häc ®Õn tr×nh ®é cao míi cho phÐp ra ®êi c¸c thiÕt bÞ ®o sai lÖch ®é trßn trong hÖ to¹ ®é cùc. Nh÷ng thiÕt bÞ nµy cã thÓ ®¸p øng ®îc mét c¸ch toµn diÖn nh÷ng yªu cÇu vÒ c¬ khÝ ®· nªu ë trªn. C¬ së h×nh thµnh thiÕt bÞ ®o nµy lµ: khi quay chi tiÕt cã bÒ mÆt d¹ng trßn xoay mét vßng quanh trôc cña nã th× mét ®Çu ®o ®Æt híng kÝnh sÏ cho biÕt lîng biÕn thiªn b¸n kÝnh trªn toµn bé mÆt c¾t ngang, lîng biÕn thiªn lín nhÊt chÝnh lµ sai lÖch ®é trßn cña chi tiÕt. HÖ to¹ ®é cùc ë ®©y chÝnh lµ sù kÕt hîp gi÷a b¸n kÝnh víi gãc quay t¬ng øng vµ t©m täa ®é cùc ph¶i trïng víi t©m tiÕt diÖn ®o. Ph¬ng ph¸p ®o sai lÖch ®é trßn b»ng täa ®é cùc lµ ph¬ng ph¸p ®o trùc tiÕp, hiÖu qu¶ vµ cho phÐp nhËn ®îc h×nh ¶nh hoµn chØnh vÒ sai lÖch cña tiÕt diÖn ®îc ®o nh: ®é c¹nh, sè c¹nh vµ vÞ trÝ c¹nh mÐo v.v... Tõ tríc tíi nay, sai lÖch ®é trßn cña chi tiÕt c¬ khÝ vÉn ®îc ®o b»ng khèi V víi c¸c gãc chuÈn kh¸c nhau. Ph¬ng ph¸p nµy hiÖn nay vÉn ®ang ®îc sö dông réng r·i v× gi¸ thµnh rÎ, dÔ g¸ ®Æt chi tiÕt, thao t¸c ®o ®¬n gi¶n. Tuy nhiªn cã mét ®iÓm bÊt lîi cña ph¬ng ph¸p ®o nµy lµ cÇn ph¶i biÕt tríc sè c¹nh mÐo cña chi tiÕt ®Ó chän gãc V chuÈn cho phï hîp. HÖ sè chuyÓn ®æi
10 K tõ chØ thÞ cña dông cô ra gi¸ trÞ sai lÖch ®é trßn phô thuéc vµo sè c¹nh mÐo vµ gãc V. NÕu kh«ng biÕt tríc sè c¹nh mÐo th× sÏ ph¶i thùc hiÖn phÐp ®o trªn mét bé c¸c khèi V kh¸c nhau vµ cÇn cã mét b¶ng tra hÖ sè K cña c¸c khèi V ®· chän dïng. §iÒu ®ã lµm cho ngêi ®o khã ®¸nh gi¸ ®îc ®é chÝnh x¸c kÕt qu¶ ®o b»ng khèi V. Nh vËy, so víi ph¬ng ph¸p ®o b»ng khèi V, thiÕt bÞ ®o sai lÖch ®é trßn cã nhiÒu u ®iÓm vît tréi h¬n. Cho ®Õn nay c¸c thiÕt bÞ ®o sai lÖch ®é trßn chØ cã thÓ ®îc nhËp ngo¹i víi gi¸ thµnh rÊt cao (VÝ dô vµo thêi ®iÓm n¨m 2005, c¸c m¸y ®o sai lÖch ®é trßn cã gi¸ tõ 220 triÖu ®Õn trªn 1 tû ®ång ViÖt nam). Trong khi ®ã nhu cÇu ®o sai lÖch ®é trßn trë nªn kh«ng thÓ thiÕu vµ ngµy cµng t¨ng trong c«ng nghiÖp chÕ t¹o c¬ khÝ, ®Æc biÖt ®èi víi c¸c s¶n phÈm c¬ khÝ chÊt lîng cao. Tuy nhiªn, nh÷ng hiÓu biÕt vÒ chóng l¹i rÊt h¹n chÕ. HiÖn nay, cha cã mét tµi liÖu kü thuËt nµo tr×nh bµy vÒ c¬ së lý thuyÕt vµ c¸c gi¶i ph¸p kü thuËt cña ph¬ng ph¸p ®o nµy. ViÖc x©y dùng c¬ së lý thuyÕt, nghiªn cøu t×m ra c¸c gi¶i ph¸p kü thuËt träng t©m nh»m cã nh÷ng hiÓu biÕt tæng thÓ vÒ ph¬ng ph¸p ®o nµy lµ viÖc lµm cÇn thiÕt vµ cÊp b¸ch. KÕt qu¶ nghiªn cøu sÏ t¹o c¬ së nÒn t¶ng vÒ lý thuyÕt cho phÐp ®o sai lÖch ®é trßn trong hÖ täa ®é cùc theo híng mµ luËn ¸n tiÕp cËn, t¹o tiÒn ®Ò nghiªn cøu øng dông c¸c gi¶i ph¸p kü thuËt trong c¸c thiÕt bÞ ®o cã ®é chÝnh x¸c cao. Qua ®ã t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c ®¬n vÞ sö dông thiÕt bÞ ®o sai lÖch ®é trßn mét c¸ch hiÖu qu¶ h¬n vµ tiÕn tíi thiÕt kÕ chÕ t¹o lo¹i thiÕt bÞ ®o nµy t¹i ViÖt nam. §Ó ®¹t ®îc môc ®Ých ®ã luËn ¸n ®· tËp trung nghiªn cøu c¸c néi dung chÝnh sau: - X©y dùng c¬ së lý thuyÕt cña ph¬ng ph¸p ®o sai lÖch ®é trßn trong hÖ täa ®é cùc.
11 - X©y dùng m« h×nh thùc nghiÖm m¸y ®o sai lÖch ®é trßn ®Ó kiÓm chøng c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu lý thuyÕt. T¸c gi¶ luËn ¸n rÊt mong nhËn ®îc nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp quý b¸u cña c¸c chuyªn gia vµ c¸c nhµ khoa häc trong lÜnh vùc cã liªn quan ®Ó luËn ¸n ®îc hoµn chØnh h¬n, gãp phÇn ®a ph¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ ®o sai lÖch ®é trßn vµo c«ng nghiÖp c¬ khÝ níc ta, ®Æng theo kÞp sù ph¸t triÓn cña khoa häc vµ c«ng nghÖ thÕ giíi.
12 Ch¬ng 1. Tæng quan vÒ sai lÖch ®é trßn cña chi tiÕt c¬ khÝ vµ ph¬ng ph¸p ®o sai lÖch ®é trßn 1.1. sai lÖch ®é trßn – mét tån t¹i kh«ng mong muèn cña kÕt qu¶ gia c«ng Kh¶o s¸t kÕt qu¶ gia c«ng chi tiÕt c¬ khÝ ë níc ta còng nh trªn thÕ giíi ®Òu chØ ra r»ng: khi gia c«ng c¸c bÒ mÆt trô b»ng khoan, doa, tiÖn, mµi, mµi nghiÒn v.v…®Òu cã kh¶ n¨ng sinh ra bÒ mÆt mµ tiÕt diÖn vu«ng gãc víi trôc cña chóng kh«ng trßn. Cã thÓ dÉn ra nhiÒu thÝ dô nh vËy: §Üa trªn ω1 r A A a a+2r r §Üa díi a+r ω2 §Üa gi÷ Chi tiÕt chi tiÕt Chi tiÕt mÐo 3 c¹nh Chi tiÕt trßn b) A-A a) c) H×nh 1.1: NghiÒn ®Üa vµ chi tiÕt mÐo 3 c¹nh - ë nguyªn c«ng cuèi Pitston b¬m cao ¸p ®îc gia c«ng b»ng mµi nghiÒn trªn m¸y mµi nghiÒn d¹ng ®Üa nh h×nh 1.1.a nh»m ®¹t ®Õn sai lÖch ®é trßn cho phÐp 0,0005 trªn suèt chiÒu dµi cña Pitston(*): KÕt qu¶ cho thÊy cã nh÷ng chi tiÕt mÐo 3 c¹nh rÊt lín nh h×nh 1.1.b mµ ®Üa nghiÒn vÉn gi÷ nguyªn kho¶ng c¸ch (a+2r) nh thÓ ®ang gia c«ng chi tiÕt trßn cã Φ=a+2r. C¸c nhµ c«ng nghÖ ®· chØ ra r»ng: ph¬ng ph¸p mµi nghiÒn b»ng hai “lìi c¾t” nµy cã (*) §Ò tµi nghiªn cøu cÊp nhµ níc N03-76: Nghiªn cøu chÕ t¹o bé ®«i siªu chÝnh x¸c. 1975-1985
13 Èn chøa nguy c¬ sinh ra chi tiÕt mÐo 3 c¹nh mµ tiÕp tôc gia c«ng ®Õn bao nhiªu th× còng kh«ng lµm gi¶m ®é mÐo ®ã. KÕt luËn nµy lu«n ®ång nhÊt víi kÕt qu¶ ®o lêng lµ: Ph¬ng ph¸p ®o 2 tiÕp ®iÓm nh h×nh 1.1c hoµn toµn kh«ng ph¸t hiÖn ®îc mÐo 3 c¹nh. Khi quay chi tiÕt mét vßng, ta thÊy chØ thÞ P Py Py Py Px Px A' A Pz A' Px Px A 20µm Pz H×nh 1.2: Lç mÐo 3 H×nh 1.3: Lç bÞ mÐo khi doa c¹nh khi khoan cña ®ång hå so kh«ng thay ®æi vµ cho r»ng chi tiÕt cã tiÕt diÖn “siªu trßn”. ë møc ®é th« h¬n thêng gÆp, khi khoan lç b»ng mòi khoan 2 me c¾t cã thÓ sinh ra lç mÐo 3 c¹nh nh h×nh 1.2. Khi doa lç b»ng dao doa 6 c¹nh cã thÓ sinh ra lç mÐo 7 c¹nh nh h×nh 1.3. Dao tÞnh tiÕn Chi tiÕt quay Φ max H×nh 1.4: Sãng mÐo xo¾n khi tiÖn vµ mµi
14 - Trong qu¸ tr×nh gia c«ng b»ng ph¬ng ph¸p tiÖn hay mµi, khi trôc chÝnh ®îc dÉn ®éng b»ng ®ai sÏ lµm cho tèc ®é quay cña trôc chÝnh kh«ng ®Òu céng víi khe hë æ trôc chÝnh vµ lùc c¾t sÏ g©y ra dao ®éng t©m quay, sù dao ®éng nµy in dËp lªn bÒ mÆt cña chi tiÕt gia c«ng. Sù dao ®éng t©m cã quy luËt x¸c ®Þnh kÕt hîp víi chi tiÕt quay vµ dÞch chuyÓn cña dông cô c¾t däc theo chi tiÕt t¹o ra c¸c sãng mÐo xo¾n däc theo chi tiÕt nh h×nh 1.4 [14]. - H×nh 1.5 chØ ra ¶nh hëng cña ®é cøng v÷ng dao c¾t trong qu¸ tr×nh gia c«ng. ë ®©y lùc c¾t chÝnh lµ lùc tiÕp tuyÕn, nã chÞu ¶nh hëng cña rÊt nhiÒu yÕu tè nh chiÒu s©u c¾t, lîng ch¹y dao, d¹ng h×nh häc cña dao v.v…Lùc c¾t Lùc tiÕp tuyÕn Lìi c¾t Lùc kÑp ChiÒu s©u c¾t Bµn g¸ dao Biªn d¹ng trßn chuÈn Biªn d¹ng trßn chuÈn Lìi c¾t bÞ dao ®éng Trôc tú Sãng mÐo sinh ra do dao ®éng H×nh 1.5: Dao tiÖn kh«ng cøng v÷ng g©y nªn sãng mÐo nµy t¹o ra mét m« men uèn lín lªn th©n dao lµm mòi dao quay xuèng díi lµm t¨ng kÝch thíc cña chi tiÕt. BiÕn d¹ng c¸n dao ®Õn mét møc ®é nhÊt ®Þnh nµo ®ã sÏ phôc håi vµ lµm cho dông cô l¹i chuyÓn ®éng lªn phÝa trªn. Chu kú
15 chuyÓn ®éng lªn xuèng cña mòi dao lÆp ®i lÆp l¹i theo mét tÇn sè x¸c ®Þnh g©y ra mÐo trªn bÒ mÆt chi tiÕt. - Lùc c¾t theo thµnh phÇn híng kÝnh chÞu ¶nh hëng trùc tiÕp bëi d¹ng h×nh häc ®Çu mòi dao. Trong cïng mét chÕ ®é c¾t nh tèc ®é, bíc tiÕn, chiÒu s©u c¾t chØ thay ®æi h×nh d¹ng cña lìi c¾t, lùc c¾t thay ®æi rÊt nhiÒu vÒ ®é lín (H×nh 1.6) Sai lÖch do lùc híng kÝnh Lùc híng kÝnh Lùc híng trôc ChiÒu tiÕn dao 900 750 450 TiÕp xóc theo cung trßn H×nh 1.6: H×nh d¹ng lìi c¾t ¶nh hëng ®Õn sai lÖch ®é trßn Khi dao tiÕp xóc víi phÇn bÒ mÆt chi tiÕt gia c«ng víi gãc nghiªng chÝnh ϕ=900, chiÒu dµi phÇn tiÕp xóc lµ nhá nhÊt, lùc híng kÝnh nhá nhÊt, chi tiÕt chØ chÞu lùc híng trôc, chi tiÕt Ýt bÞ mÐo nhÊt (mÆt c¾t A-A). Khi gãc nghiªng chÝnh cµng gi¶m chiÒu dµi tiÕp xóc cµng lín th× lùc híng kÝnh còng cµng lín lµm cho c¸c sãng mÐo cã biªn ®é cµng lín, lín nhÊt khi bÒ mÆt dao tiÕp xóc
16 víi chi tiÕt theo cung trßn (mÆt c¾t D-D) vµ t¹i vÞ trÝ kÐm cøng v÷ng nhÊt cña chi tiÕt [14]. - H×nh 1.7 cho thÊy ®Çu dao phay bÞ uèn do kh«ng cøng v÷ng, chuyÓn ®éng c¾t kh«ng phï hîp víi quü ®¹o ®· ®Þnh tríc céng víi sù dao ®éng cña ®Çu dao phay nªn bÒ mÆt cña chi tiÕt h×nh thµnh c¸c sãng mÐo [14]. * Sai lÖch ®é trßn cã ¶nh hëng xÊu ®Õn kh¶ n¨ng lµm viÖc cña c¸c chi tiÕt c¬ khÝ: - Trong bé ®«i cña b¬m cao ¸p, ®é hë cña mèi ghÐp cÇn ph¶i ®îc ®¶m b¶o rÊt nghiªm ngÆt (cì 2µm), sai lÖch ®é trßn sÏ ¶nh hëng trùc tiÕp ®Õn ®é hë, lµm gi¶m ¸p suÊt vµ hiÖu H×nh 1.7: Dao phay suÊt cña b¬m. kh«ng cøng v÷ng g©y nªn sãng mÐo - Sai lÖch ®é trßn ¶nh hëng ®Õn tÊt c¶ nh÷ng chi tiÕt cÇn cã chuyÓn ®éng quay chÝnh x¸c, c¸c æ trôc cña m¸y bÞ mÐo th× sÏ dÉn ®Õn sù dao ®éng t©m quay. NÕu lµ m¸y c«ng cô th× sÏ ¶nh hëng trùc tiÕp tíi ®é chÝnh x¸c gia c«ng chi tiÕt, nh t¹o ra c¸c sãng bÒ mÆt ®· tr×nh bµy ë trªn. Do ®ã viÖc ®o sai lÖch ®é trßn cã ý nghÜa quan träng trong ®¸nh gi¸ chÊt lîng h×nh häc cña bÒ mÆt chi tiÕt gia c«ng. Víi nh÷ng dÉn chøng nªu trªn, ®o sai lÖch ®é trßn lµ mét nhu cÇu bøc thiÕt. Nã kh«ng chØ gióp cho ta lùa chän ®îc nh÷ng chi tiÕt ®¶m b¶o chÊt lîng khi sö dông, mµ cßn lµ th«ng tin c©n thiÕt cho nhµ c«ng nghÖ ®Ó ®iÒu chØnh qu¸ tr×nh gia c«ng nh»m ®¹t ®îc ®é chÝnh x¸c mong muèn. 1.2. §Þnh nghÜa vÒ sai lÖch ®é trßn Nh trªn ®· tr×nh bµy, kÕt qu¶ gia c«ng chØ t¹o ra tiÕt diÖn gÇn víi ®êng trßn. Nãi c¸ch kh¸c nã lu«n cã sai lÖch víi ®êng trßn lý tëng. ViÖc x¸c ®Þnh ®êng trßn lý tëng cã thÓ rÊt kh¸c nhau vµ ®i ®Õn kÕt qu¶ ®¸nh gi¸ sai lÖch
17 ®é trßn kh¸c nhau. VËy quy ®Þnh quèc tÕ vµ quèc gia vÒ vÊn ®Ò nµy nh thÕ nµo? - Theo tiªu chuÈn quèc tÕ ISO 4291-1985 (E) [15], sai lÖch ®é trßn ®îc ®¸nh gi¸ b»ng ®é chªnh lÖch gi÷a b¸n kÝnh lín nhÊt Rmax vµ b¸n kÝnh nhá nhÊt Rmin cña hai ®êng trßn bao lÊy profile chi tiÕt. Cã 4 c¸ch x¸c ®Þnh ®êng trßn bao nh sau (H×nh 1.8): Rmax Rmin O1 O2 Rmin Rmax a) b) Rmin Rmax Rmax O3 Rmin O4 c) d) H×nh 1.8: §Þnh nghÜa sai lÖch ®é trßn theo ISO a, T©m b×nh ph¬ng nhá nhÊt (LSC: Least square centre): T©m chung cña 2 ®êng trßn lµ t©m trung b×nh x¸c ®Þnh theo ph¬ng ph¸p b×nh ph¬ng nhá nhÊt cña sai lÖch b¸n kÝnh (h×nh 1.8.a). §îc hiÓu nh sau: Gi¶ thiÕt chi tiÕt nhËn O1 lµm t©m th× tæng b×nh ph¬ng sai lÖch b¸n kÝnh sÏ lµ nhá nhÊt hay: ∑ (R − R ) → min . §©y lµ ®iÒu kiÖn ®Ó x¸c ®Þnh täa ®é t©m O1. n 2 i i =1
18 b, T©m miÒn tèi thiÓu (MZC: Minimum zone centre): T©m cña 2 ®êng trßn ®ång t©m bao quanh profile thùc cã hiÖu b¸n kÝnh gi÷a chóng lµ nhá nhÊt (h×nh 1.8.b). c, T©m ®êng trßn ngo¹i tiÕp nhá nhÊt (MCC: Minimum circumscribed circle centre): T©m chung cña 2 ®êng trßn lµ t©m cña ®êng trßn ngo¹i tiÕp nhá nhÊt ®èi víi c¸c bÒ mÆt ngoµi (h×nh 1.8.c). d, T©m cña ®êng trßn néi tiÕp lín nhÊt (MIC: Maximum inscribed circle centre): T©m chung cña 2 ®êng trßn lµ t©m cña ®êng trßn néi tiÕp lín nhÊt ®èi víi c¸c bÒ mÆt trong (h×nh 1.8.d). Trong 4 ph¬ng ph¸p ®Þnh t©m ë trªn, tuú theo tõng trêng hîp kh¸c nhau mµ ngêi ta chän ph¬ng ph¸p ®Þnh t©m phï hîp, vÝ dô ph¬ng ph¸p LSC rÊt phï hîp ®Ó ®¸nh gi¸ ®é ®ång t©m, ph¬ng ph¸p MCC thêng dïng ®Ó kiÓm tra dung sai trôc vµ ph¬ng ph¸p MIC dïng ®Ó kiÓm tra dung sai lç. Ph¬ng ph¸p MZC Ýt ®îc dïng v× rÊt khã x¸c ®Þnh trªn biÓu ®å còng nh khã tÝnh to¸n. - Theo tiªu chuÈn ViÖt nam TCVN 2510-78: Sai lÖch ®é trßn lµ kho¶ng c¸ch lín nhÊt ∆ tõ c¸c ®iÓm cña Profil thùc tíi ®êng trßn ¸p [11]. (h×nh 1.9) BÒ mÆt thùc Rmax Rmin Rmin Rmax Rmax Rmin §êng trßn ¸p H×nh 1.9: §Þnh nghÜa sai lÖch ®é trßn theo TCVN C«ng thøc x¸c ®Þnh : ∆trßn =( Rmax-Rmin) (1.1)