Nghiên cứu chép hình chân vịt tàu thủy trên máy xung
định hình RAM EDM
SATURDAY, 31. OCTOBER 2009, 15:14
ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
Tàu thủy gồm ba bộ phận chính máy, vỏ, chân vịt với chân
vịt là bộ phận tạo lực đẩy tàu chuyển động. Do đó chân vịt
ảnh hưởng lởn đến hoạt động tàu, nhất là về tốc độ nên vấn
đề tự động học thiết kế và chế tạo chính xác chân vịt có ý
nghĩa quan trọng. ở các nước tiên tiến, chân vịt thường đưa
chế tạo trên máy chuyên dụng hoặc máy phay CNC nhưng
vì nhiều lư do về mặt công nghệ, giá thành v.v. nên vẫn chưa
được áp dụng ở nước ta hiện nay. Mặt khác gia công chân vịt
theo công nghệ hiện đại có ca phí cao nên chỉ dùng cho
chân vịt hàng loạt, do đó khi áp dụng ở nước ta khi chân vịt
thường được chế tạo dạng đơn chiếc và không theo mẫu.
Trên cõ sở đó chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài gia công
chân vịt trên máy phay CNC bằng khuôn đúc đa nãng cho
phép chế tạo nhiều cỡ loại chân vịt có độ chính xá cao và
giá thành thấp so với thực tế chế tạo ở nước ta, hiện nay,
nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất các lọc chân vịt đõn lẻ và
có dạng đặc biệt như tàu cao tốc tàu quân sự, tàu cánh
ngầm v.v... Loạt bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu
của chúng tôi về vấn đề này, bắt đầu từ việc chép hình dựng
mô hình chân vịt 3D trên máy tính, công đoạn đầu tiên khi
gia công chân vịt trên máy CNC.
1. Đặt vấn đề
Khi gia công các vật thể phức tạp nói chung và chân vịt tàu
nói riêng trên máy CNC, cần chép hình để dựng chính xác
mô hình vật thể 3D dưới dạng số trong chưõng trình
CAD/CAM để gia công trên CNC. Riêng ở nước ta hiện rất
cần chép hình lại chân vịt các tàu đặc biệt như tàu cao tốc,
tàu quân sự v.v... nhằm lấy đầy đủ và chính xác số liệu dạng
cánh để phục vị thiết kế, chế tạo vì đa số chân vịt loại này
thường được các nước thử nghiệm, ít được công bố. Về
nguyên tắc, chép hình thường giải quyết theo công nghệ
ngược (Reverse Engineer) bằng cách dùng máy scaner 3d,
máy đo tọa độ CMM v.v... Thực tế cho thấy các máy này khó
dùng chép hình các vật thể có hình dạng phức tạp như chân
vịt tàu, do đó trong bài bác này, chúng tôi muốn giới thiệu kết
quả chép hình chân vịt trên máy xung định hình gia công
bằng tia lừa điện Ram EDM (Electric Discharge Machining)
dạng CNC do khá phổ biến ở nước ta hiện nay và cho phép
chép hình dễ dàng và chính xác nhờ chức nãng rà cạnh và
định tâm.
2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
2.1. Phưõng án chép hình chân vịt trên máy EDM .
để chép hình chân vịt trên máy Ram EDM cần thiết kế và
chế tạo các đầu dò để xác định chính xác tọa độ các điểm
và đồ gá để gá chân vịt trên máy
1. Đầu dò chép hình chân vịt trên máy EDM
để chép hình chân vịt trên máy EDM cần có các đầu dò để
xác định tọa độ các điểm trên mặt lưới cánh chân vịt, đồng
thời dùng để thay dụng cụ cắt để cùng với chân vịt đóng vai
trò điện cực của máy. Do đó đầu dò nên làm bằng vật liệu
dẫn điện tốt và cõ tính cao để tránh gây ra các sai số khi
chép hình. Mặt khác để chép hình cánh, nhất là với chân vịt
có các cánh chồng lên nhau, cần chế tạo hai đầu dò, dùng
cho mặt hút và mặt đẩy trong một lần gá đặt. đặc điểm hình
dạng và kết cấu đầu dò chép hình các mặt cánh chân vịt mô
tả trên hình 2.
2. Đồ gá chép hình
H1 Đồ gá chép hình chân vịt
Đồ gá dùng gá chân vịt để đảm bào độ chính xác và giảm
thời gian chinh khi thực hiện chép hình. Cãn cứ hình dạng và
kích thước thực của chân vịt, có thể thiết kế đồ gá chép hình
chân vịt trên máy EDM như mô tả trên hình 1 gồm các chi
tiết sau:
Trục côn lắp độ dôi với tấm đế 4 dùng định vị chân vịt trên
bàn máy bằng đai ốc 2. Bạc lót 3 để nâng chân vịt cao hõn
mặt đế là để chép hình mặt đã lớn. Tấm đế kẹp vào bàn máy
bằng các đòn kẹp nhằm cố định cả đồ gá và chân vịt lên bàn
máy, với bề mặt tấm đế được mài đảm bảo dung sai độ song
song giữa hai mặt không quá 0.012mm.
3. Lựa chọn phưõng ãn gá đặt
Chân vít gá ngang. Chân vịt gá ngang với hệ tọa độ dùng
chép hình có trục Ox trùng với đường trục và mặt phẳng
(yoz) gần như song song với mặt cánh chân vịt (hình 2). Khi
chép hình, cần xác định tọa độ một số điểm trên mặt hút và
mặt đẩy, ví dụ tọa độ điểm A, B ở hình 2 xác định qua gốc
tọa độ O (0, 0 0) khi chép hình. Khi đó, chiều dày cánh vịt
chân vịt e tại các tiết diện tính bằng sự chênh lệch tọa độ
theo phưõng trục Ox.
H2 Chân vịt gá ngang
t= |XB – XA ld| (mm) với ld là khoảng cách giữa 2 đầu dò.
Phưõng án này thuận lợi vì chỉ cần có 1 đầu dò và một lần
gá cho nhiều cỡ loại chân vịt khác nhau, kể cả các chân vịt
có các cánh bị chồng lên nhau, nhưng do hành trình theo
trục z lớn nên cần máy có hành trình lớn và đầu dò có độ
chính xác cao, đồ gá cồng kềnh nên phưõng án này ít được
áp dụng.
Chân vịt gá thẳng đứng
ở phưõng án này, chân vịt đặt trong hệ tọa độ có trục Oz
trùng trục chân vịt, mặt (xoy) song song mặt điã cánh chân
vịt nằm dọc theo trục Ox (hình 3) Khi đó chiều dày cánh
chân vịt ở từng vị trí xác định theo hiệu cao độ z các điểm
đo, ví dụ các điểm A, B.
Theo phưõng án này, hành trình trục x lớn hõn so với trục y
nên cho phép chép hình chân vịt lớn ở một lần gá, đồ gá đõn
giản nhưng cần hai đầu dò và rà xét gốc tọa độ cho hai
đâu..dò nên dễ gây sai số. Như vậy phưõng án gá đứng
phức tạp và dễ sai số hõn gá ngang nhưng chép hình được
chân vịt lớn, đường kính đến 800 mm trên máy EDM CNC
430.
2.2. Chép hình chân vịt tàu trên máy EDM
Dưới đây giới thiệu kết quả chép hình chân vịt cụ thể trên
máy Ram EDM hiệu Topedm X 600 có tại phòng CNC
Trường đại học Nha Trang
Tỷ số bước xoắn H/D = 0,70 Tỷ số mặt điã e : Theta=0165
Quá trình chép hình thực hiện theo trình tự sau:
1 . Gá đặt chân vịt lên bàn máy
Do sự hạn chế kích thước bàn máy nên việc gá chân vịt lên
bàn máy đảm bảo sao cho các đầu dò có chép hình được
trên toàn bộ biên dạng cánh. Trước tiên, ghép có độ dôi trục
côn với tấm đế rồi mới lắp chân vịt vào khối chi tiết trục côn
tấm đế, gõ nhẹ đèn chân vịt để đảm bảo độ đồng tâm của lỗ
côn chân vịt với đường tâm trục côn và siết chặt các bulông
tạo lực kẹp giữ chân vịt cố định (hình 3).
Hình 3. Gá đặt chân vịt trên bán máy
2. Chép hình củ chân vit. Lắp đầu dò thẳng vào đầu cặp
máy và rà gá để đường trục chân vịt song song đường tâm
đầu dò. đặt gốc tọa độ ở vị trí đã định, sau đó đưa đầu dò
chạm cạnh củ và ghi lại tọa độ các điểm trên mặt củ. Mặt đĩa
thứ 2 của củ chân vịt cũng được chép hình tưõng tự bằng
đầu dò cong và thực hiện cuối cùng sau khi kết thúc chép
hình các cánh chân vịt (hình 4).
Hình 4: chép hình củ chân vịt
3. Chép hình mặt đẩy của chân vịt.
đưa đầu dò tới vị trí các đường cõ chân vịt đã được đánh dấu
trước bằng các phím điều khiển trên thiết bị điều khiển tay
(Job Remote Control).
đưa đầu dò xuống gần chạm mặt cánh chân vịt, ấn phím F3
trên bảng điều khiển để dùng chức nãng tìm cạnh (Find
edge) và xác định hướng tìm cạnh bằng nút Z trên thiết bị
điều khiển tay. Hệ thống di chuyển cho đến khi chạm mặt
cánh chân vịt thì có tiếng còi báo (hình 5a).
Ghi lại tọa độ của điểm này trên màn hình và tiết tục thực
hiện tưõng tự cho các vị trí khác nằm trên mặt đẩy của cánh
chân vịt (hình 5b).
H5. Chép hình mặt đẩy chân vịt
Khi chép hình mặt đẩy, tọa độ (X, Y) sẽ là cõ sở để dịch
chuyển chân đầu dò khi thực hiện chép hình mặt hút cánh
chân vịt, còn tọa độ Z để xác định chiều dà của cánh chân
vịt tại từng vị trí cần đo. Trên màn hình ở hình 7b, tọa độ vị
trí của điểm rà thu nhận được sẽ là (147.346, 128.731 ,
43.306). Kết quả này sẽ được sử dụng tiếp theo trong khi
thực hiện chép hình mặt đẩy của cánh chân vịt.
4. Chép hình mặt hút cánh chân vit
Thay đầu dò cong chép hình mặt hút chân vịt. đưa đầu dò tới
vị trí đường cõ chân vịt theo tọa độ của phép chép hình trên
mặt đẩy bằng cách sử dụng chức nãng Goto Positioning như
sau:
Nhập giá trị hoành độ X, ví dụ X147.346 bằng Panel điều
khiển máy và ấn phím F6 để khai báo chức nãng Goto
Positioning. Sau đó mới nhấn nút Cycle on để bắt đầu dịch
chuyển đầu dò.
Thực hiện tưõng tự với tung độ Y 128.731.
Di chuyển đầu dò theo phưõng trục Z tới vị trí gần chạm với
bề mặt cánh chân vịt. Dùng chức nãng tìm cạnh theo Z+
bằng cách nhấn F3 trên panel điều khiển, sau đó mới chọn
chiều tìm cạnh là Z+ trên Remote điều khiển (hình 6).
H6. Chép hình mặt hút chân vịt
KẾT LUẬN
đảm bảo độ chính xác cần thiết nhờ chức nãng Find Edge,
khi đầu dò chạm mặt cánh chân vịt sẽ có tín hiệu báo dừng
và kết quả so sánh các số liệu đo thực tế với số liệu đo từ mô
hình 3D đã dựng trên máy tính (hình 7).
Tọa độ các điểm nút trên bề mặt lưới chân vịt lưu dưới dạng
file *.pts nên thuận lợi khi xừ lư tiếp tục trong phần mềm
CAD/CAM thông dụng.
đồ gá đơn giản và cho phép chép hình cả các chân vịt có
các cánh che khuất lẫn nhau.
H7 . Chân vịt thực và mô hình 3D chép hình.
