Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Sai lệch độ tròn 1.1 Định nghĩa sai lệch độ tròn Khi gia công chi tiết trụ tròn bằng bất cứ phương pháp gia công nào cũng sẽ có sai lệch độ tròn nhất định, sai lệch này lớn hay nhỏ phụ thuộc vào phương pháp gia công và độ chính xác khi gia công. Việc sai lệch độ tròn có được quản lý tốt hay không sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác mối ghép hoặc các cơ cấu chuyển động, hiệu suất và tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí. Về khái niệm, sai lệch độ tròn của một chi tiết là sai lệch lớn nhất giữa các điểm profin thực tới các điểm tương ứng của profin áp, với profin thực là đường biên qua mặt cắt của bề mặt thực và profin áp là đường biên của mặt cắt qua bề mặt có hình dạng của bề mặt danh nghĩa (bề mặt hình học như trên bản vẽ) [1]. Hình 1- 1 Sai lệch hình dạng độ tròn [1] Sai lệch độ tròn có độ ovan và độ phân cạnh: - Độ ovan: là sai lệch thành phần của sai lệch độ tròn và được xác định theo công thức: [𝟏] 1 𝐝𝐦𝐚𝐱 − 𝐝𝐦𝐢𝐧 ∆𝒅 = (𝟏.
𝟏) 𝟐 Hình 1- 2 Sai lệch độ Ovan [1] - Độ phân cạnh: là sai lệch thành phần của sai lệch độ tròn Hình 1- 3 Sai lệch độ phân cạnh [1] 1.2 Nguyên nhân gây ra sai lệch độ tròn của chi tiết Các nguyên nhân trong quá trình gia công gây ra sai lệch độ tròn như: - Sai lệch gây ra bởi sự điều chỉnh dụng cụ, ăn mòn, lực cắt hoặc nhiệt khi gia công. - Sai lệch gây ra bởi lực kẹp, độ đảo trục, hoặc do ứng suất riêng trong phôi. - Ngoài ra các yếu tố như: loại vật liệu, phương pháp gia công, vận tốc cắt, độ cứng vững của máy gia công, … cũng ảnh hưởng đến độ tròn của chi tiết. 2 Hình 1- 4 a, Phôi để gia công lỗ b, Phôi kẹp trên máy bị biến dạng c,Lỗ sau khi gia công d,sản phẩm tháo ra khỏi máy [2] 1.3 Ảnh hưởng của sai lệch độ tròn đến khả năng làm việc của chi tiết Sai lệch độ tròn kết hợp với sai lệch thằng và sai lệch song song tạo nên sai lệch độ trụ làm ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu quả làm việc của các chi tiết dạng trụ và làm giảm tuổi thọ của các mối ghép.
Hình 1- 5 Sai lệch độ trụ và độ tròn của mối ghép trục và ổ bi Đối với những mối ghép động như: ổ trượt, bạc trượt, bạc dẫn hướng, … Nếu chi tiết có sai lệch độ tròn lớn sẽ xảy ra hiện tượng rơ giữa các chi tiết làm giảm độ chính xác của cơ cấu và làm giảm tuổi thọ của máy. 3 Hình 1- 6 Sai lệch cơ cấu con trượt 1.2 Các phương pháp đo sai lệch độ tròn và đo biên dạng 1.1 Phương pháp đo thông thường Tùy thuộc vào loại sai lệch độ tròn mà có những cách đo khác nhau, những dạng sai lệch độ được thể hiện qua hình bên dưới: Hình 1- 7 a, Dạng méo 2 cạnh b, Dạng méo 3 cạnh c, Dạng méo nhiều cạnh [2] Với trường hợp ở hình a có thể đo theo phương pháp 2 tiếp điểm như hình dưới: 4 Hình 1- 8 Phương pháp đo 2 tiếp điểm [2] Có thể đo trên hai đường kính vuông góc, 3 đường kính cách nhau 60o hoặc 4 đường kính cách nhau 45o hoặc nhiều hơn nữa, độ méo được tính theo công thức: [𝟐] 𝒅𝒎𝒂𝒙 − 𝒅𝒎𝒊𝒏 ∆𝒅 = (𝟏. 𝟐) 𝟐 Với: dmax, dmin là trị số đo lớn nhất và nhỏ nhất trong các lần đo. Đối với trường hợp ở hình b và c người ta dùng phương pháp đo như hình bên dưới: Hình 1- 9 Phương pháp đo sai lệch độ tròn nhiều cạnh [2] Chi tiết được định vị 4 bậc tự do trên 2 khối V ngắn và một bậc chống dịch dọc trục.
Đồng hồ đo đặt đối xứng với chuẩn đo là khối V. Xoay chi tiết 1 vòng ta có được dmax và dmin, độ méo sẽ được tính theo công thức: [𝟐] 5 𝒅𝒎𝒂𝒙 − 𝒅𝒎𝒊𝒏 ∆𝑴 = (𝟏. 𝟑) 𝟏 ∝+𝟏 𝒔𝒊𝒏 𝟐 Với ∝ là góc của khối V, khi góc ∝ thay đổi kết quả sẽ thay đổi. Các phương pháp đo độ tròn nêu trên có khả năng đo độ tròn tương đối tốt.
Tuy nhiên những phương pháp này cho năng suất không cao, độ chính xác còn nhiều hạn chế và chỉ thích hợp với các bề mặt không bị khuyết. Chính vì lý do đó, nên cần phải có những thiết bị đo tiên tiến hơn, có khả năng phát hiện độ tròn một cách chính xác và đo được nhiều bề mặt phức tạp. Máy đo độ tròn đã được thiết kế và chế tạo dựa trên cơ sở này.2 Phương pháp đo tiếp xúc Phương pháp đo tiếp xúc là phương pháp đo giữa đầu đo và bề mặt chi tiết đo tồn tại một áp lực gọi là áp lực đo. Ví dụ như đo bằng dụng cụ cơ khí, quang cơ, điện tiếp xúc, … Để ứng dụng phương pháp đo này với độ chính xác cao người ta chế tạo những chiếc máy đo độ tròn hiện đại và tiện dụng.
Dưới đây là một ví dụ về máy đo độ tròn dùng phương pháp đo tiếp xúc RA-1600 của hãng MITUTOYO (Nhật Bản). Hình 1- 10 Máy đo độ tròn tiếp xúc Mitutoyo ra-1600 [3] 6 Đầu đo sẽ tiếp xúc với bề mặt đo và tác dụng một áp lực đo tùy chỉnh biết trước, sau đó mẫu đo sẽ chuyển động xoay, hệ thống sẽ lấy một lượng dữ liệu áp lực đo trên một khoảng cách nhất định từ đó hệ thống máy tính sẽ mô phỏng được biên dạng của chi tiết đo và tính toán ra sai lệch độ tròn theo tiêu chuẩn tại vùng đo [3]. Hình 1- 11 Hoạt động máy đo tiếp xúc [3] Ưu điểm của phương pháp đo tiếp xúc: + Độ chính xác cao. + Độ ổn định cao.
+ Có khả năng đo kiểm được hầu hết các dạng bề mặt của các tiết diện vừa và lớn. Nhược điểm của phương pháp đo tiếp xúc: - Do có áp lực đo mà khi tiếp xúc không tránh khỏi sai số do các biến dạng liên quan đến áp lực đo gây ra. - Các bộ phận của máy phải được gia công cực kỳ chính xác, do đó chi phí sửa chữa, thay thế và bảo trì cao. 7 - Đầu đo của máy phải có tiết diện phù hợp với bề mặt biên dạng cần đo, không đo được bề mặt của các chi tiết có biên dạng phức tạp - Khi đo các chi tiết bằng vật liệu mềm, dễ biến dạng hoặc các hệ đo kém cứng vững.
- Chỉ phù hợp với các chi tiết đo không yêu cầu về độ xước bề mặt.3 Phương pháp đo không tiếp xúc - Phương pháp đo không tiếp xúc là phương pháp đo không có sự tiếp xúc và không có áp lực đo giữa đầu đo và bề mặt chi tiết đo. - Phương pháp này có nhiều kỹ thuật đo như: sử dụng cảm biến laser (laser điểm và laser đường), dùng công nghệ xử lý ảnh, sử dụng ánh sáng trắng, dùng cảm biến hồng ngoại, … Những kỹ thuật này dựa trên sự phản xạ ánh sáng từ bề mặt, tán xạ ánh sáng hoặc khuếch tán. Ưu điểm của phương pháp đo không tiếp xúc: - Vì không có áp lực đo nên khi đo bề mặt chi tiết không bị biến dạng hoặc bị cào xước. - Thích hợp với các chi tiết nhỏ, mềm, mỏng, dễ biến dạng và các sản phẩm không cho phép có vết xước.
- Có khả năng đo được các chi tiết có tiết diện nhỏ hoặc biên dạng phức tạp. - Đối với cảm biến laser có ánh sáng tập trung, đường đi ánh sáng là dạng tia có đường kính rất nhỏ, nhờ vậy có thể đến được những khe hẹp. Nhược điểm của phương pháp đo không tiếp xúc: - Độ chính xác phụ thuộc vào khả năng chống nhiễu khi thu thập dữ liệu từ cảm biến truyền vào máy tính, do đó trong môi trường công nghiệp yêu cầu phải chống nhiễu, lọc nhiễu tốt mới đảm bảo độ chính xác. - Chi phí chế tạo cao, đòi hỏi phải đảm bảo cả về độ chính xác cơ khí và độ chính xác của hệ thống thu thập dữ liệu từ cảm biến.
8 Tuy còn nhiều nhược điểm nhưng phương pháp đo không tiếp xúc chính là tương lai của ngành cơ khí chính xác vì có những đặc điểm vượt trội mà phương pháp đo tiếp xúc không thể có được. Hơn nữa, những nhược điểm của phương pháp đo không tiếp xúc đều có thể khắc phục được. Đây cũng là phương pháp được đánh giá có khả năng tự động hóa quá trình đo kiểm chất lượng chi tiết sau gia công. Trong ứng dụng đo sai lệch độ tròn bằng phương pháp không tiếp xúc có hai kỹ thuật phù hợp nhất đó là: sử dụng cảm biến laser điểm (bộ thu và phát chung) và sử dụng cảm biến quét laser truyền qua (bộ thu và phát đặt riêng).1 Phương pháp đo sử dụng cảm biến laser điểm Phương pháp đo: dựa theo nguyên lý phản xạ ánh sáng, khi chiếu tia laser tới bề mặt của chi tiết thì sẽ nhận lại được chùm tia phản xạ, cường độ tia phản xạ lúc này thay đổi theo khoảng cách từ đầu cảm biến đến bề mặt chi tiết.
Sử dụng đầu cảm biến có thiết bị thu và phát tia laser chung. Tia laser được phát ra chiếu vào bề mặt chi tiết, tia laser phản xạ lại về bộ thu, bộ thu chuyển tín hiệu quang học thu được thành tín hiệu điện và được xử lý bởi bộ điều khiển cảm biến. Tín hiệu ngõ ra của bộ điều khiển cảm biến thể hiện dưới dạng điện áp hoặc dòng điện và truyền qua bộ vi điều khiển. Bộ vi điều khiển sẽ xử lý tín hiệu và lọc nhiễu sau đó truyền qua máy tính thông qua các cổng giao tiếp.
Trên máy tính dùng các phần mềm như Matlab hoặc Labview để mô phỏng và tính toán từ dữ liệu thu thập được. 9 Hình 1- 12 Nguyên lý đo laser điểm [4] Ưu điểm khi sử dụng cảm biến laser điểm so với cảm biến quét laser truyền qua: + Quá trình lắp đặt và chế tạo đơn giản. + Quy trình Calip vị trí của cảm biến đơn giản. + Không giới hạn tiết diện của chi tiết đo, miễn là khoảng sai lệch nằm trong khoảng đo của cảm biến.
+ Có thể đo được những chi tiết có biên dạng phức tạp. + Giá thành bộ cảm biến và chi phí chế tạo thấp. Nhược điểm: - Không đo được thông số đường kính của chi tiết quét. - Chỉ đo được sai lệch trong khoảng cách nhất định (khoảng cách này tùy vào dòng cảm biến).