Luận văn: Chế tạo & ứng dụng cơ cấu dịch chuyển nhỏ đo lường chính xác

Luận văn phân tích phương pháp chế tạo cơ cấu dịch chuyển nhỏ, trình bày ứng dụng thực tiễn trong các thiết bị đo lường đòi hỏi độ chính xác cao.

• Tác giả: Ngô Minh Nhật
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Ngọc Lân
• Trường học: Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Chế tạo máy
• Đề tài: Nghiên cứu phương pháp chế tạo và ứng dụng cơ cấu dịch chuyển nhỏ trong thiết bị đo lường chính xác
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm về cơ cấu dịch chuyển nhỏ trong thiết bị đo lường

Cơ cấu dịch chuyển nhỏ là một thành phần quan trọng trong các thiết bị đo lường chính xác hiện đại. Đây là cơ cấu cơ khí được thiết kế để tạo ra những chuyển động cực nhỏ, thường ở mức độ micromet, nhằm đáp ứng nhu cầu của ngành gia công chính xác. Trong bối cảnh công nghiệp hiện nay, việc ứng dụng cơ cấu dịch chuyển nhỏ đã giúp nâng cao độ chính xác của các thiết bị đo và cải thiện chất lượng sản phẩm trong ngành chế tạo máy. Các cơ cấu này được sử dụng rộng rãi trong ngành điện tử, khoan bo mạch, và các lĩnh vực yêu cầu độ chính xác cao. Sự kết hợp giữa nguyên lý cơ học và công nghệ hiện đại đã tạo nên những giải pháp tối ưu cho đo lường và kiểm tra trong sản xuất công nghiệp.

1.1. Định nghĩa và tầm quan trọng cơ cấu dịch chuyển nhỏ

Cơ cấu dịch chuyển nhỏ là những cơ cấu có khả năng tạo ra chuyển động rất nhỏ, độ chính xác cao trong thiết bị đo lường. Chúng đóng vai trò then chốt trong việc điều chỉnh chính xác vị trí của các bộ phận trong máy móc. Tầm quan trọng của cơ cấu này nằm ở khả năng cung cấp độ chính xác cao và tính ổn định trong quá trình đo lường, giúp giảm thiểu sai số và nâng cao hiệu quả sản xuất.

1.2. Vai trò trong công nghiệp chế tạo hiện đại

Trong ngành chế tạo máy, cơ cấu dịch chuyển nhỏ được ứng dụng để tạo ra các thiết bị đo lường chính xác như panme, thước kẽm. Chúng giúp nâng cao khả năng gia công các chi tiết nhỏ với độ chính xác cao, đặc biệt trong ngành điện tử và sản xuất các linh kiện chính xác. Sự phát triển của cơ cấu này có tác động lớn đến hiện đại hóa công nghiệp Việt Nam.

II. Các loại cơ cấu dịch chuyển nhỏ phổ biến

Hiện nay, tồn tại nhiều loại cơ cấu dịch chuyển nhỏ khác nhau, mỗi loại có đặc điểm riêng phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Cơ cấu cam hướng kính tạo ra chuyển động rất nhỏ thông qua quay cam, tuy nhiên có nhược điểm dễ trượt khỏi điểm điều chỉnh. Cơ cấu vít-đai ốc là loại phổ biến nhất, sử dụng nguyên lý vít và đai ốc để tạo dịch chuyển chính xác. Cơ cấu bánh răng kết hợp đòn bẩy cung cấp hiệu suất truyền động cao. Cơ cấu ci sai được ứng dụng trong các thiết bị đặc biệt. Các loại cơ cấu này được lựa chọn dựa trên yêu cầu về độ chính xác, tải trọng, và tốc độ dịch chuyển cần thiết cho từng ứng dụng cụ thể.

2.1. Cơ cấu vít đai ốc trong thiết bị đo lường

Cơ cấu vít-đai ốc là loại cơ cấu được sử dụng rộng rãi nhất trong đo lường chính xác, đặc biệt trong panme và thước kẽm. Nguyên lý hoạt động dựa trên bước ren của vít để tạo ra chuyển động tuyến tính. Tuy nhiên, khó khăn chính là khó chế tạo bước ren nhỏ và độ rơ của ren đai ốc. Để khắc phục, người ta sử dụng đai ốc đản hồi để điều chỉnh khe hở và hạn chế sai số lũy tiến, đảm bảo độ chính xác cao.

2.2. Cơ cấu cam hướng kính và các cơ cấu khác

Cơ cấu cam hướng kính hoạt động bằng cách quay cam để tạo chuyển động nhỏ, có ưu điểm gọn gàng nhưng nhược điểm là dễ trượt khỏi điểm điều chỉnh. Các cơ cấu khác như bánh răng kết hợp đòn bẩy cung cấp tỷ số truyền khác nhau. Cơ cấu giãn nở nhiệt và cơ cấu tính thẻ pháp điện được ứng dụng trong các thiết bị đặc biệt yêu cầu điều kiện làm việc riêng biệt.

III. Chế tạo cơ cấu dịch chuyển nhỏ Thách thức và giải pháp

Quá trình chế tạo cơ cấu dịch chuyển nhỏ gặp phải nhiều thách thức kỹ thuật đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết cơ khí và kỹ thuật thực tế. Một trong những vấn đề chính là độ rơ của ren đai ốc và vít me, dẫn đến sai số trong đo lường. Để khắc phục, các kỹ sư đã phát triển các giải pháp như sử dụng đai ốc đản hồi để điều chỉnh khe hở và giảm thiểu sai số lũy tiến. Ngoài ra, việc chế tạo bước ren nhỏ cũng là thách thức lớn, yêu cầu máy móc có độ chính xác cao và kỹ thuật gia công chuyên biệt. Sự phát triển của công nghệ điều khiển số và phần mềm lập trình đã mở ra những hướng giải pháp mới cho chế tạo cơ cấu hiệu quả hơn.

3.1. Nhược điểm của vít đai ốc và cách khắc phục

Nhược điểm chính của cơ cấu vít-đai ốc là độ rơ của ren gây ra sai số tích lũy trong quá trình đo lường. Bên cạnh đó, khó chế tạo bước ren nhỏ hạn chế khả năng tạo dịch chuyển cực nhỏ. Giải pháp đai ốc đản hồi đã được áp dụng rộng rãi, sử dụng lò xo hoặc vật liệu đàn hồi để điều chỉnh tự động khe hở giữa ren, nâng cao độ chính xác đến mức vi mô.

3.2. Ứng dụng công nghệ hiện đại trong quá trình chế tạo

Công nghệ điều khiển số và phần mềm lập trình Visual Basic đã cách mạng hóa quá trình chế tạo cơ cấu. Các máy chủ số (CNC) cho phép chế tạo với độ chính xác cao các chi tiết phức tạp. Mô phỏng CAD giúp tối ưu hóa thiết kế cơ cấu trước khi sản xuất. Kết nối với máy tính cho phép điều khiển tự động và giám sát quá trình chế tạo một cách hiệu quả hơn.

IV. Ứng dụng cơ cấu dịch chuyển nhỏ trong đo lường và sản xuất

Cơ cấu dịch chuyển nhỏ được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của công nghiệp hiện đại. Trong đo lường chính xác, chúng là thành phần cốt lõi của các thiết bị như panme, thước kẽm, calipers điện tử dùng để đo các chi tiết nhỏ với độ chính xác từ 0.01mm trở lên. Trong ngành gia công, cơ cấu dịch chuyển nhỏ được tích hợp vào các máy gia công CNC để thực hiện các chuyển động chính xác trong quá trình khoan, cắt, và lắp ráp. Đặc biệt, trong ngành điện tử, những cơ cấu này được sử dụng để khoan các bo mạch một cách nhanh chóng và chính xác. Sự phát triển của cơ cấu dịch chuyển nhỏ đã góp phần hiện đại hóa công nghiệp Việt Nam, nâng cao khả năng cạnh tranh của các sản phẩm trong thị trường toàn cầu.

4.1. Ứng dụng trong thiết bị đo lường chính xác

Trong đo lường chính xác, cơ cấu dịch chuyển nhỏ là linh hồn của các thiết bị đo đặc biệt như panme (để đo đường kính với độ chính xác 0.01mm), thước kẽm (đo độ dày), và các calipers điện tử. Công thức dịch chuyển S = 0.5mm với vòng tròn chia độ cho phép đọc được giá trị thập phân nhỏ với độ chính xác cao. Những thiết bị này được sử dụng rộng rãi trong kiểm tra chất lượng sản phẩm công nghiệp.

4.2. Ứng dụng trong gia công và sản xuất công nghiệp

Trong quá trình sản xuất, cơ cấu dịch chuyển nhỏ được tích hợp vào các máy gia công chính xác như máy khoan bo mạch, máy tiện CNC, máy phay để thực hiện các chuyển động điều khiển chính xác. Chúng giúp tăng hiệu suất sản xuất, giảm sai sót và nâng cao chất lượng sản phẩm. Ứng dụng rộng rãi trong ngành điện tử, cơ khí, và các ngành công nghiệp khác cho thấy tầm quan trọng của cơ cấu này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TONG QUAN LUGNG DICH CHUYEN NHO 1. Cơ cẩu dịch chuyển nhỏ Chúng ta đã biết cơ câu dịch chuyển nhỏ là cơ câu có vai trò rat quan trong trong các thiết bị cơ khí. Nó lả cơ cấu mà chủng ta đã sử dụng để chế tạo các bộ phận dịch chuyển chính xác của thiết bị đo cũng như các thiết bị vi tính chính khác trong các mảy gia công chính xác. Các cơ cầu dịch chuyển nhỏ được sử dụng bao.

gồm: - Cơ cấu cam hướng kinh - Co cau cam mặt đầu. - Co cau vit dai ốc - Co cau bảnh răng kết hợp đòn bay - Co cau ci sai - Co cầu đòn — bản lẻ - Tinh thê pháp điện = Giãn nở nhiệt 12 Cơ cắu cam hướng kính: - Nuyén tic lảm việc của cơ cấu: Bể mặt đầu dịch chuyển được tỉ vào bể mặt cam, khi cam quay quanh tâm, bẻ mặt đâu chuyẻn động tỉ lên mặt cam vả tình tiền lên xuống theo biên dạng mặt cam. Do biên dạng cam là liên tục nên cơ câu này tạo dịch chuyển rất nhỏ cỡ micromet Để tạo ra dịch chuyển nhỏ cho đầu dịch chuyên thi cam quay góc nhỏ điển nảy phụ thuộc vào biên dạng của cam. - Ưu điểm nhỏ gọn di é tao.

- Nhược điểm: để trượt khỏi điểm điều chỉnh khi khóa điều chỉnh tế vi kém, với cơ ose Nganh Ché tao may 5 Ngô Minh Nhật Đại học Bách khoa Hà nội Luận văn thạc sĩ. - Nhược điểm: Ren có khe hở dẫn đến có sai số. không thẻ chế tạo được bước ren nhỏ đến mieromet. Muốn dịch chuyên được lượng micromet thi phải chế tạo các cơ câu vạch lảm sao có thẻ điều chỉnh được lượng dịch chuyên rất nhỏ đó.

Còn rất nhiều các cơ câu khác có các ưu nhược điểm khác nhau được áp dung vao từng vị trí nhằm khai thác các tính năng ưu điểm của các cơ câu nảy. Nhưng với nội dung nghiên cửu của Tôi là di sâu tìm hiểu và thiết kế cơ câu dịch chuyển nhỏ bằng. vit me đai ốc bắt nguồn tử nguyên lý cầu tạo của dụng cụ đo Panme. Ngành Chế tạo máy" ÿ Ngô Minh Nhật Đại học Bách khoa Hà nội Luận văn thạc sĩ cấu nay ta chi dịch chuyển được lượng dịch chuyển lả 0.1 mm nên không linh hoạt trong quá trình điều chỉnh.

Nều biên dang cam dich chuyển được lượng 1mieromet góc quay của cam là ø=[nan 09 đây lả góc nhỏ rất khó để thực hiện chính xác. Nên cơ cầu này ta không chọn. 14 Co cau cam mat đầu š Nguyên lý của cơ cấu cam mặt đầu lả trên một cam có hình nêm với góc nêm nhỏ được di chuyển trong một sống trượt thông qua một vít được gắn trực tiếp trên cam theo phương ngang với bước nhỏ khi đó ta văn vít thi cam tien. khí vịt tiền một góc thì cam tiền một lượng 1micromet ® = Bee 36.

= Ưu điểm: Lượng dịch chuyên nhỏ có thể đạt mức tế vi mong muốn một cách để đàng nhờ thay đổi góc nghiêng cũng như tỷ số truyền của trục vít và bánh vít, hơn nữa đùng cam mặt đầu rất ồn định, có khả năng tự hãm tốt. - Nhược điểm: Cũng giỏng cơ câu cam hưởng tâm co cau cam mat đâu có khoảng. dich chuyển nhỏ và chỉ làm việc một nửa hảnh trình. Thông thường muốn tăng tỷ số truyền ta phái tăng thêm cấp truyền điều nảy lâm cho cơ câu công kênh phức tạp không phù hợp 14 Cơ cẩu ren bước nhỏ: - Nguyén ly lam viée cita ren va dai 6c la: Quay mét vong truc vit thi đại ốc tiền được một lượng chính là bước của ren.

Vậy bước ren cảng nhỏ thì lượng dịch của đai ốc cảng nhỏ. - Ưu điểm: hiệu suất cao, độ bên cao dùng để điều chỉnh chính xác hệ thống của dụng cụ, có độ chính xác dẫn động cao kết cấu êm, hảnh trình lớn có tính tự hãm. cao, cơ cầu này được dùng rộng rãi Ngành Chế tạo máy" 6 Ngô Minh Nhật Đại học Bách khoa Hà nội =—————————--—- Luận văn thạc sĩ ADJUSTMENT oc eaNUT a MOVING ANVIE: SPINDLE CLAMP | ASSEMBLY SPINDLE Tim RATCHET STOP Sleeve roading 6 ‘Thimble wading 27 Vernier veading 009, Total reading 6213 Mitutoyo with ete Reading a microm scale vernior r re “Whole willimater Datum line ‘Hair milimeter Để khai thác được các tinh nang của nguyén ly Panme nay ta cân khắc phục được các nhược điểm của cơ câu vit me — đai ốc ~_ Có độ rơ củađai ốc và vít me. Đề hạn chế được đô rơ của ren đai ốc và vít ở cơ cấu panme người ta dùng đai óc đản hồi điều chỉnh khe hở của ren tạo lên chuyển động có độ chính xác cao, hạn chế sai số lũy tiền ~_ Khi ta muốn có lượng dịch chuyên nhỏ thì bước ren của vít phải nhỏ cho nên ta khỏ chế tạo được các chỉ tiết cỏ bước ren nhỏ như vậy.

~_ Vòng tròn chia các phần đề đọc các phân thập phân nhỏ cho nên không chia được vòng tròn đó ra thành các phan nhỏ hơn nếu muốn chúa vòng tròn đó thành nhiều. phần hơn thi ta phải sử dụng một vòng chia có kích thước lớn hơn, chia được nhiều phan hon đảm bảo độ chính xác nhưng nó lại cho ta một kích thước tương đối công, kênh Công thức đề tỉnh lượng dịch chuyên của thân thước lả: §=0.5mm Ngành Chế tạo máy" 9 Ngô Minh Nhật Đại học Bách khoa Hà nội Luận văn thạc sĩ. - Nhược điểm: Ren có khe hở dẫn đến có sai số. không thẻ chế tạo được bước ren nhỏ đến mieromet.

Muốn dịch chuyên được lượng micromet thi phải chế tạo các cơ câu vạch lảm sao có thẻ điều chỉnh được lượng dịch chuyên rất nhỏ đó. Còn rất nhiều các cơ câu khác có các ưu nhược điểm khác nhau được áp dung vao từng vị trí nhằm khai thác các tính năng ưu điểm của các cơ câu nảy. Nhưng với nội dung nghiên cửu của Tôi là di sâu tìm hiểu và thiết kế cơ câu dịch chuyển nhỏ bằng. vit me đai ốc bắt nguồn tử nguyên lý cầu tạo của dụng cụ đo Panme.

Ngành Chế tạo máy" ÿ Ngô Minh Nhật Đại học Bách khoa Hà nội Luận văn thạc sĩ cơ khí và lĩnh vực quảng cáo. Qua nhu cẩu thực tế hiện nay của sản xuất Việt Nam. đồi hỏi sản phẩm đạt độ chính xác cao do đó tôi đã thiết kể chế tao co cau lượng. dịch chuyển nhỏ áp dụng cho các thiết bị chính xác 1.

Những luận điềm cơ bản của luận văn ~ Tìm hiểu một số cơ cấu dịch chuyển nhỏ trong thiết bị đo chính xác ~_ Xuất phát từ cơ cấu dịch chuyển nhỏ của thiết bị do Panme, thiết kế chế tạo cơ cấu dịch chuyển nhỏ có kết hợp với điện điều khiển - Thiet ké ché tao co cau dich chuyén nhé nam trong khoang 0. ~_ Đánh giá được năng lực thiết kế chế tạo các thiết bị cỏ độ chính xác cao 1. Phương pháp nghiên cứu Từ thực tiễn sản xuất chúng ta thấy để kiểm tra vả đánh giá được một sản phẩm cơ khi về độ chỉnh xác trước tiên ta phải có thiết bị đo có độ chính xác cao hơn hẳn một cấp chính xác, do vậy đẻ gia công được các chỉ tiết có độ chỉnh xác cảng cao thì việc máy móoc thiết bị để chế tạo phải rất chính xác vả đề đạt được độ chính xác như dụng cụ đo hiện nay thước cặp, panme và cỏ cao hơn có thể đo được 0.002mm là rất khó. Để làm được việc đó chỉ có cách ta thiết kế chế tạo được cơ cau dich chuyển nhỏ trên cơ sở của câu tạo, nguyên lý panme do vậy ta đi tìm hiểu nghiên cửu các cơ cầu dịch chuyển nhỏ Ngành Chế tạo máy" 4 Ngô Minh Nhật Đại học Bách khoa Hà nội Luận văn thạc sĩ.

- Nhược điểm: Ren có khe hở dẫn đến có sai số. không thẻ chế tạo được bước ren nhỏ đến mieromet. Muốn dịch chuyên được lượng micromet thi phải chế tạo các cơ câu vạch lảm sao có thẻ điều chỉnh được lượng dịch chuyên rất nhỏ đó. Còn rất nhiều các cơ câu khác có các ưu nhược điểm khác nhau được áp dung vao từng vị trí nhằm khai thác các tính năng ưu điểm của các cơ câu nảy.

Nhưng với nội dung nghiên cửu của Tôi là di sâu tìm hiểu và thiết kế cơ câu dịch chuyển nhỏ bằng. vit me đai ốc bắt nguồn tử nguyên lý cầu tạo của dụng cụ đo Panme. Ngành Chế tạo máy" ÿ Ngô Minh Nhật Đại học Bách khoa Hà nội Luận văn thạc sĩ. - Nhược điểm: Ren có khe hở dẫn đến có sai số.

không thẻ chế tạo được bước ren nhỏ đến mieromet. Muốn dịch chuyên được lượng micromet thi phải chế tạo các cơ câu vạch lảm sao có thẻ điều chỉnh được lượng dịch chuyên rất nhỏ đó. Còn rất nhiều các cơ câu khác có các ưu nhược điểm khác nhau được áp dung vao từng vị trí nhằm khai thác các tính năng ưu điểm của các cơ câu nảy. Nhưng với nội dung nghiên cửu của Tôi là di sâu tìm hiểu và thiết kế cơ câu dịch chuyển nhỏ bằng.

vit me đai ốc bắt nguồn tử nguyên lý cầu tạo của dụng cụ đo Panme. Ngành Chế tạo máy" ÿ Ngô Minh Nhật Đại học Bách khoa Hà nội Luận văn thac st_ CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KÉ REN VÍT 2. Cơ sở nghiên cứu Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan trên về các cơ câu địch chuyên nhỏ trong đó có co cau dich chuyển nhỏ bằng vít me và đai ốc là một trong những cơ câu được ứng dụng nhiều, có nhiều tru điểm, các nhược điểm ta có thẻ hạn chẻ được. Trước tiên ta bat dau nghiên cứu khai thác công nghệ chế tạo dụng cụ thước panme : Panme lả một dụng cụ đo đường kính : đo ngoài , đo lỗ Với các số đo giới hạn khác nhau: Panme 0-25 25 -50; 50— 75, C6 độ chính xác tùy nhà thiết kẻ có loại chính xác 0.01 hoặc cỏ loại chính xác 0.001 Nguyên lý của Panme như sau Tiên thân thước đi động người ta gia công một loại ren có bước ren nhó có § = 0.

với bước ren nảy chúng ta thấy khi ta quay một vòng của của trục ren thì trục tiền được một lượng là 0. Nhưng đẻ có thẻ đo được lượng địch nhỏ hơn 0.5 thì ta phải chỉa chu vi đường tròn của thân thước ra làm nhiều phần cụ thẻ ở thước Panme có độ chính xác 0.01 thỉ chia chu vi đường tròn ra làm 50 phan bằng nhau và như vậy khi ta đo trên thân thước sẽ đọc được các phản thập phân trên bằng cách quan sát vạch nào của vạch chia trùng với đường chuẩn thi vạch đó có giá trị thập phân.