Thiết kế chế tạo máy mài khôn rung động

Thiết kế chế tạo máy mài khôn rung động: Giải pháp tối ưu cho ngành công nghiệp chế tạo, nâng cao độ chính xác và hiệu quả sản xuất. Tìm hiểu ngay!

• Tác giả: Ks. Hoàng Lanh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khoa học công nghệ
• Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Máy Mài Khôn Rung Động
• Loại tài liệu: báo cáo nghiệm thu đề tài NCKH cấp thành phố
• Địa điểm: Tp Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MÀI KHÔN RUNG ĐỘNG
• Tóm tắt nội dung nghiên cứu
• Mục tiêu đề tài
• Tóm tắt nội dung đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ ỨNG DỤNG CỦA XYLANH THỦY LỰC & KHÍ NÉN VÀ CÁC TIÊU CHUẨN LIÊN QUAN
• 1.1. Các ứng dụng của xylanh thuỷ lực và khí nén
• 1.2. Các tiêu chuẩn liên quan đến xylanh thuỷ lực và khí nén
• 1.2.1. Thành phần hoá học và các đặc tính cơ học
• 1.2.1.1. Ống thép không hàn dùng để chế tạo xylanh thuỷ lực
• 1.2.1.2. Ống thép không hàn sử dụng cho xylanh thủy lực chịu áp cao
• 1.2.1.3. Ống thép không rỉ, không hàn sử dụng cho xylanh thủy lực và khí nén
• 1.2.1.4. Ống nhôm không hàn sử dụng cho xylanh khí nén
• 1.2.2. Bảng so sánh các tiêu chuẩn sản xuất thép ống carbon dùng trong ngành chế tạo máy của các quốc gia
• 1.2.3. Thành phần hoá học của các loại ống thép không hàn
• 1.2.4. Cơ tính của các loại ống thép không hàn
• 1.2.5. Dung sai và độ nhám của các loại ống đã gia công tinh dùng làm xylanh thuỷ lực và khí nén
• 1.2.5.1. Bảng dung sai đường kính trong của ống thép không hàn dùng để chế tạo xylanh thủy lực và khí nén (theo tiêu chuẩn JIS B0401) đã qua gia công tinh
• 1.2.5.2. Bảng dung sai kích thước của ống thép không rỉ, không hàn sử dụng cho xylanh thủy lực và khí nén (theo tiêu chuẩn JIS G 3446) đã qua gia công tinh
• 1.2.5.3. Bảng dung sai kích thước của ống nhôm không hàn sử dụng cho xylanh khí nén (theo tiêu chuẩn A6063 TD) đã gia công tinh
• 2. CHƯƠNG 2: SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ MÀI KHÔN
• 2.1. Nguyên lý và đặc điểm
• 2.2. Các dạng máy khôn đứng
• 2.3. Các dạng máy khôn nằm
• 2.4. Kết cấu tổng thể
• 2.5. Đá mài dùng trong mài khôn
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC DẠNG PHÁT TRIỂN CỦA PHƯƠNG PHÁP MÀI KHÔN TRÊN THẾ GIỚI
• 3.1. Các dạng phát triển của mài khôn
• 3.1.1. Mài khôn đỉnh phẳng
• 3.1.2. Khôn điện hoá
• 3.1.3. Mài khôn sử dụng tia laser
• 3.2. Kết luận
• 4. CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU MÁY MÀI KHÔN CẢI TIẾN TỪ MÁY KHOAN ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH MÀI KHÔN RUNG ĐỘNG
• 4.1. Đặc điểm kỹ thuật của máy khôn dùng làm thí nghiệm
• 4.2. Giới thiệu một vài chi tiết và cụm chi tiết của máy mài khôn cải tiến
• 4.2.1. Ống nối cần đẩy pistông với trục chính
• 4.2.2. Ống bao trục chính
• 4.3. Các phương án tạo rung
• 4.3.1. Đề xuất phương án tạo rung
• 4.3.2. Cơ cấu rung dọc trục
• 4.4. Đầu khôn với cơ cấu bung đá bằng xylanh thuỷ lực
• 4.5. Phương pháp và các thiết bị xác định giá trị các thông số trong quá trình thực nghiệm máy mài khôn rung động
• 4.5.1. Áp lực riêng của thỏi đá
• 4.5.2. Tần số dao động rung
• 4.5.3. Vận tốc quay (m/ph)
• 4.5.4. Vận tốc tịnh tiến
• 5. CHƯƠNG 5: THIẾT LẬP QUAN HỆ TOÁN HỌC GIỮA CHỈ TIÊU ĐƠN VÀ ĐA MỤC TIÊU VỚI CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ TRONG MÀI KHÔN RUNG ĐỘNG
• 5.1. Giới thiệu các chỉ tiêu đánh giá quá trình mài khôn rung động
• 5.2. Các chỉ tiêu được nghiên cứu
• 5.2.1. Chỉ tiêu là độ nhám Ra (µm)
• 5.2.2. Chỉ tiêu là năng suất
• 5.2.3. Chỉ tiêu là giảm độ không tròn (ôvan) của chi tiết gia công
• 5.3. Thiết lập bài toán đa mục tiêu
• 5.3.1. Phương pháp trọng số
• 5.3.2. Phương pháp cảm quan
• 5.3.3. Phương pháp giá thành
• 5.3.4. Phương pháp giới hạn
• 6. CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MÀI KHÔN RUNG ĐỘNG
• 6.1. Mẫu thí nghiệm
• 6.1.1. Vật liệu đá mài
• 6.1.2. Quy trình công nghệ tạo mẫu thí nghiệm
• 6.2. Đồ gá chuyên dùng sử dụng cho công tác thí nghiệm
• 6.2.1. Tính lực kẹp cho đồ gá
• 6.2.2. Chế tạo đồ gá thí nghiệm
• 6.3. Chọn phương án thực nghiệm nghiên cứu công nghệ mài khôn rung động
• 6.4. Số liệu thí nghiệm
• 6.4.1. Bảng số liệu mài khôn rung động
• 6.4.2. Bảng số liệu ở dạng "Ln"
• 7. CHƯƠNG 7: XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY TỪ THÔNG SỐ THỰC NGHIỆM BẰNG PHẦN MỀM MATLAB
• 7.1. Xác định hàm độ nhám Ra theo các giá trị thực nghiệm
• 7.2. Xác định hàm năng suất theo các giá trị thực nghiệm
• 7.3. Kết quả rút ra được sau khi thực nghiệm nghiên cứu công nghệ mài khôn rung động
• 7.3.1. Kết quả rút ra được sau khi thực nghiệm nghiên cứu công nghệ mài khôn rung động từ hàm độ nhám
• 7.3.2. Kết quả rút ra được sau khi thực nghiệm nghiên cứu công nghệ mài khôn rung động từ hàm năng suất

Tóm tắt

I. Khám phá công nghệ mài khôn rung động và tiềm năng ứng dụng

Công nghệ mài khôn là phương pháp gia công tinh bề mặt lỗ, đóng vai trò quyết định đến chất lượng và tuổi thọ của nhiều chi tiết cơ khí quan trọng. Phương pháp này không chỉ sửa được sai số về hình dạng mà còn đạt được độ chính xác cao và độ nhám bề mặt rất nhỏ. Trong bối cảnh công nghiệp hóa, đặc biệt là trong sản xuất xylanh thủy lực và khí nén, yêu cầu về chất lượng bề mặt ngày càng khắt khe. Để đáp ứng nhu cầu đó, công nghệ mài khôn rung động ra đời như một bước tiến vượt bậc. Đây là phương pháp kết hợp chuyển động mài khôn truyền thống với các dao động phụ có tần số và biên độ xác định. Các dao động này, có thể là dọc trục hoặc xoắn, giúp tăng cường khả năng cắt của dụng cụ, cải thiện quá trình thoát phoi và làm mát. Nghiên cứu do KS. Hoàng Lanh và các cộng sự tại Đại học Bách Khoa TP.HCM chủ trì đã chứng minh rằng, việc thiết kế chế tạo máy mài khôn rung động có thể nâng cao năng suất gia công lên 5-6 lần so với phương pháp thông thường. Các đá mài khôn làm việc trong điều kiện tự sửa đá, giảm hiện tượng lỳ bề mặt và kéo dài tuổi thọ. Sự ra đời của máy doa khôn có trợ rung mở ra một hướng đi mới cho việc tối ưu hóa quá trình mài khôn, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật ngày càng cao trong ngành chế tạo máy.

1.1. Nguyên lý mài khôn siêu âm và các chuyển động cơ bản

Về cơ bản, quá trình mài khôn bao gồm ba chuyển động chính: chuyển động quay của đầu mài khôn (Vq), chuyển động tịnh tiến dọc trục (Vtt), và chuyển động bung đá hướng kính để tạo áp lực cắt. Sự kết hợp của Vq và Vtt tạo ra các vết gia công đan chéo trên bề mặt, giúp xóa đi các nhấp nhô ban đầu. Trong khi đó, nguyên lý mài khôn siêu âm bổ sung một dao động phụ có tần số cao và biên độ nhỏ. Dao động này làm thay đổi vận tốc cắt tức thời của hạt mài, tạo ra gia tốc lớn giúp phoi dễ dàng tách khỏi vùng gia công. Điều này giúp dung dịch trơn nguội thâm nhập tốt hơn, giảm nhiệt cắt và ngăn ngừa hiện tượng lẹo dao, một vấn đề thường gặp trong gia công mài khôn truyền thống.

1.2. So sánh gia công mài khôn truyền thống và có trợ rung

Sự khác biệt cốt lõi nằm ở hiệu quả gia công và chất lượng bề mặt. Mài khôn truyền thống phụ thuộc nhiều vào áp lực bung đá và vận tốc cắt cố định, dễ gây ra hiện tượng lỳ đá và làm giảm năng suất. Ngược lại, máy mài khôn có trợ rung tạo ra một quá trình cắt động lực học. Rung động giúp các hạt mài liên tục thay đổi hướng tiếp xúc, tăng hiệu quả bóc tách vật liệu và duy trì độ sắc của đá. Kết quả là độ nhám bề mặt sau khi mài khôn có thể đạt đến Ra = 0,04-0,63µm, trong khi năng suất tăng gấp nhiều lần. Hơn nữa, phương pháp này cho phép gia công các vật liệu cứng và dai một cách hiệu quả hơn, mở rộng phạm vi ứng dụng của công nghệ mài khôn.

II. Thách thức độ chính xác mài khôn và độ nhám bề mặt

Việc đạt được độ chính xác mài khôn cao và độ nhám bề mặt thấp là thách thức lớn nhất trong gia công tinh các chi tiết như mài khôn xi lanh. Các sai số về hình học như độ ôvan, độ côn hay độ đa cạnh thường phát sinh do vật liệu không đồng nhất hoặc sự mòn không đều của đá mài khôn. Theo tài liệu nghiên cứu, dung sai đường kính trong của ống thép chế tạo xylanh thủy lực theo tiêu chuẩn JIS B0401 yêu cầu độ chính xác rất cao (cấp H8, H9), và độ nhám bề mặt phải đạt Ra 0.8µm hoặc thấp hơn. Việc kiểm soát các thông số này bằng phương pháp truyền thống đòi hỏi kinh nghiệm cao và thường có năng suất thấp. Hơn nữa, nhiệt sinh ra trong quá trình cắt có thể làm biến đổi cấu trúc bề mặt vật liệu, ảnh hưởng đến cơ tính và tuổi thọ chi tiết. Việc thiết kế chế tạo máy mài khôn rung động chính là giải pháp để khắc phục những nhược điểm này, thông qua việc kiểm soát tốt hơn quá trình cắt gọt vi mô, giảm thiểu nhiệt lượng và ổn định chất lượng bề mặt gia công.

2.1. Yêu cầu kỹ thuật cho mài khôn xi lanh thủy lực

Xylanh thủy lực và khí nén là các thiết bị chuyển đổi năng lượng, hoạt động dưới áp suất cao và yêu cầu độ kín khít tuyệt đối. Bất kỳ sai sót nào trên bề mặt làm việc của xylanh đều có thể gây rò rỉ, giảm hiệu suất và dẫn đến hỏng hóc. Do đó, các tiêu chuẩn như JIS G3445 (Ống thép carbon) và JIS G3446 (Ống thép không rỉ) đặt ra những yêu cầu rất nghiêm ngặt về dung sai kích thước, độ tròn, độ thẳng và đặc biệt là chất lượng bề mặt. Việc mài khôn thủy lực phải đảm bảo bề mặt có các rãnh chéo đều đặn để giữ dầu bôi trơn, đồng thời các đỉnh nhấp nhô phải được làm phẳng để tăng diện tích tiếp xúc và giảm mài mòn. Đây là bài toán khó đòi hỏi công nghệ gia công tiên tiến.

2.2. Ảnh hưởng của vật liệu chế tạo máy đến quá trình gia công

Chất lượng của máy công cụ ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả gia công. Các vật liệu chế tạo máy phải có độ cứng vững cao để chịu được lực quán tính khi đảo chiều và các dao động phụ. Trong đề tài nghiên cứu, máy mài khôn được cải tiến từ máy khoan, với các cụm chi tiết như ống bao trục chính, ống nối cần piston được thiết kế và chế tạo chính xác để đảm bảo độ đồng tâm và dẫn hướng tốt. Việc lựa chọn vật liệu cho đầu mài khôn, các cơ cấu trượt và bạc lệch tâm để tạo rung phải được tính toán kỹ lưỡng để vừa đảm bảo độ bền, vừa giảm thiểu khối lượng nhằm hạn chế lực quán tính. Sự ổn định của toàn bộ hệ thống là yếu tố tiên quyết để khai thác hết tiềm năng của công nghệ mài khôn rung động.

III. Hướng dẫn thiết kế máy mài khôn công nghiệp có trợ rung

Quá trình thiết kế máy mài khôn công nghiệp có trợ rung đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa cơ khí, thủy lực và hệ thống điều khiển. Trọng tâm của thiết kế là cơ cấu tạo rung. Đề tài của KS. Hoàng Lanh đã phân tích nhiều phương án, từ tạo rung bằng cơ khí (cơ cấu tay quay con trượt, cơ cấu lệch tâm) đến sử dụng nam châm điện. Phương án được chọn là sử dụng hệ thống thủy lực với các động cơ dầu riêng biệt để tạo rung dọc trục và rung xoắn. Ưu điểm của phương án này là khả năng điều chỉnh vô cấp tần số và biên độ dao động thông qua việc thay đổi lưu lượng dầu. Đây là một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa quá trình mài khôn cho các loại vật liệu và yêu cầu bề mặt khác nhau. Bản vẽ thiết kế máy mài khôn phải thể hiện chi tiết kết cấu của các cụm chức năng như: hệ thống truyền động quay trục chính, hệ thống tịnh tiến bằng xylanh thủy lực, cụm tạo rung và đầu mài khôn với cơ cấu bung đá. Việc mô phỏng quá trình cắt và phân tích động học trên phần mềm giúp dự đoán và hoàn thiện thiết kế trước khi chế tạo.

3.1. Phân tích các phương án tạo rung động cho đầu mài khôn

Có nhiều phương án để tạo dao động phụ cho quá trình mài khôn. Phương án cơ khí, sử dụng cơ cấu lệch tâm hoặc tay quay con trượt, có ưu điểm là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Tuy nhiên, nó bị giới hạn về tần số do phát sinh lực quán tính lớn và khó thay đổi biên độ một cách linh hoạt. Phương án sử dụng nam châm điện hoặc áp điện (tạo máy mài khôn siêu âm) cho phép đạt tần số rất cao nhưng kết cấu phức tạp và chi phí lớn. Phương án được lựa chọn trong nghiên cứu là tạo rung bằng thủy lực, kết hợp động cơ dầu và bạc lệch tâm. Phương án này cân bằng được giữa tính linh hoạt trong điều khiển (thay đổi vô cấp tần số), khả năng làm việc ổn định và phù hợp với điều kiện chế tạo tại Việt Nam.

3.2. Lựa chọn hệ thống điều khiển máy mài khôn tối ưu

Một hệ thống điều khiển máy mài khôn hiệu quả phải cho phép điều chỉnh độc lập và chính xác các thông số công nghệ: vận tốc quay (Vq), vận tốc tịnh tiến (Vtt), áp lực bung đá, tần số và biên độ rung. Trong máy thí nghiệm, hệ thống điều khiển dựa trên các van thủy lực điều chỉnh lưu lượng và áp suất. Vận tốc tịnh tiến được điều chỉnh vô cấp nhờ xylanh thủy lực, trong khi tần số rung thay đổi bằng cách điều chỉnh lưu lượng dầu cấp cho các động cơ tạo rung. Với sự phát triển của công nghệ, việc chế tạo máy mài khôn CNC tích hợp các cảm biến và bộ điều khiển lập trình (PLC) sẽ là bước đi tiếp theo. Điều này cho phép thực hiện các chu trình gia công phức tạp một cách tự động, nâng cao sự ổn định và tự động hóa trong gia công cơ khí.

IV. Quy trình chế tạo máy mài khôn rung động từ A đến Z

Quy trình chế tạo máy mài khôn CNC hay máy chuyên dụng bắt đầu từ việc hoàn thiện bản vẽ thiết kế máy mài khôn chi tiết. Dựa trên bản vẽ, các chi tiết được gia công với độ chính xác cao. Các cụm quan trọng như cụm trục chính, cụm tạo rung, và đặc biệt là đầu mài khôn đòi hỏi sự chính xác về vị trí và lắp ghép. Trong đề tài nghiên cứu, thân đầu khôn, con trượt, và cánh mang đá được chế tạo tỉ mỉ, đảm bảo các mặt trụ và mặt côn có độ đồng tâm và độ nhám cao. Việc lắp ráp các cụm chi tiết phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu kỹ thuật, kiểm tra độ đồng phẳng, đồng tâm và các khe hở lắp ghép. Sau khi lắp ráp phần cơ khí, hệ thống thủy lực và điện được kết nối. Cuối cùng, máy được chạy thử không tải và có tải để hiệu chỉnh các thông số, đảm bảo tất cả các chuyển động (quay, tịnh tiến, rung, bung đá) hoạt động trơn tru và đúng theo thiết kế. Đây là một quy trình chế tạo máy công cụ phức tạp, đòi hỏi kiến thức chuyên sâu và kỹ năng thực hành cao.

4.1. Chi tiết kết cấu đầu mài khôn và cơ cấu bung đá thủy lực

Đầu mài khôn là bộ phận quyết định trực tiếp đến độ chính xác mài khôn. Kết cấu đầu mài trong nghiên cứu bao gồm một thân chính, bên trong có con trượt hình côn. Khi con trượt di chuyển dọc trục bởi ty đẩy thủy lực, nó sẽ đẩy các cánh mang đá mài khôn bung ra theo phương hướng kính. Lực bung đá được duy trì ổn định nhờ áp suất không đổi của hệ thống thủy lực, một ưu điểm vượt trội so với cơ cấu bung đá bằng cơ khí hoặc lò xo. Thiết kế này đảm bảo áp lực riêng của đá lên bề mặt gia công là một hằng số, giúp quá trình cắt diễn ra ổn định, giảm thiểu sai số hình học và cải thiện chất lượng bề mặt.

4.2. Xây dựng và lắp ráp hệ thống thủy lực tạo chuyển động

Hệ thống thủy lực là trái tim của máy mài khôn rung động được thiết kế. Sơ đồ thủy lực bao gồm các bơm dầu có thể thay đổi lưu lượng (P-Q), các van ổn định tốc độ, và các động cơ dầu. Một xylanh thủy lực chính thực hiện chuyển động tịnh tiến cho trục chính. Một xylanh nhỏ hơn thực hiện việc bung đá trong đầu khôn. Hai động cơ dầu riêng biệt, kết nối với các cơ cấu lệch tâm, tạo ra chuyển động rung dọc trục và rung xoắn. Việc lắp đặt hệ thống này đòi hỏi sự chính xác trong việc đi đường ống, lựa chọn các loại van và đảm bảo hệ thống kín, không rò rỉ. Hệ thống này mang lại sự linh hoạt tối đa trong quá trình thí nghiệm và tối ưu hóa quá trình mài khôn.

V. Kết quả thực nghiệm tối ưu hóa quá trình mài khôn rung động

Các kết quả thực nghiệm từ đề tài nghiên cứu đã khẳng định hiệu quả vượt trội của phương pháp mài khôn rung động. Bằng cách thay đổi các thông số công nghệ như vận tốc quay Vq (20-60 m/phút), vận tốc tịnh tiến Vtt (5-15 m/phút), tần số và biên độ dao động, các nhà nghiên cứu đã xây dựng được mô hình toán học (phương trình hồi quy) bằng phần mềm MATLAB. Mô hình này mô tả mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào và các chỉ tiêu chất lượng đầu ra, bao gồm độ nhám bề mặt sau khi mài khôn (Ra), năng suất bóc tách vật liệu, và khả năng sửa sai số độ không tròn. Kết quả cho thấy, việc áp dụng rung động dọc trục với tần số trong khoảng 300-800 htk/phút và biên độ 0.5-5 mm giúp cải thiện đáng kể cả năng suất và chất lượng. Những dữ liệu này là cơ sở khoa học quan trọng để thiết lập chế độ cắt tối ưu cho gia công mài khôn trong sản xuất thực tế, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.

5.1. Đánh giá độ nhám bề mặt và độ chính xác hình học

Một trong những mục tiêu chính của đề tài là cải thiện chất lượng bề mặt. Các mẫu thí nghiệm sau khi gia công bằng máy mài khôn rung động được đo đạc và phân tích kỹ lưỡng. Kết quả cho thấy, độ nhám bề mặt Ra giảm đáng kể so với phương pháp mài khôn thông thường trong cùng điều kiện. Các vết mài đan chéo đều và mịn hơn, tạo điều kiện lý tưởng để giữ dầu bôi trơn. Đồng thời, khả năng sửa sai số độ ôvan của chi tiết cũng được cải thiện. Rung động phụ giúp các đá mài khôn tiếp xúc đều hơn với toàn bộ chu vi của lỗ, loại bỏ dần các điểm nhấp nhô cao và làm cho biên dạng lỗ trở nên tròn đều hơn.

5.2. Mối quan hệ giữa thông số công nghệ và năng suất gia công

Năng suất gia công là một chỉ tiêu kinh tế quan trọng. Thực nghiệm chỉ ra rằng, năng suất không chỉ phụ thuộc vào Vq và Vtt mà còn bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi tần số và biên độ rung. Có một dải thông số tối ưu mà tại đó, năng suất đạt giá trị cực đại. Nếu tăng tần số và biên độ quá lớn sẽ gây ra lực quán tính mạnh, ảnh hưởng đến độ cứng vững của máy và không làm tăng thêm năng suất. Ngược lại, nếu quá nhỏ thì hiệu quả cải thiện không rõ rệt. Việc xây dựng phương trình hồi quy từ dữ liệu thực nghiệm cho phép xác định chính xác dải thông số tối ưu này, là cơ sở để thiết lập chế độ cắt cho tự động hóa trong gia công cơ khí.

VI. Tương lai của tự động hóa trong gia công cơ khí chính xác

Việc thiết kế chế tạo máy mài khôn rung động thành công là một minh chứng cho tiềm năng to lớn của việc ứng dụng các công nghệ phụ trợ vào quá trình gia công truyền thống. Tương lai của ngành gia công cơ khí chính xác gắn liền với tự động hóa và trí tuệ nhân tạo. Các thế hệ máy mài khôn tiếp theo sẽ là máy mài khôn CNC được tích hợp sẵn các module rung động, có thể là rung cơ-thủy lực hoặc rung siêu âm. Các hệ thống này sẽ được trang bị cảm biến để theo dõi thời gian thực các thông số như lực cắt, nhiệt độ, độ mòn của đá. Dữ liệu này sẽ được đưa về bộ điều khiển trung tâm để tự động điều chỉnh các thông số công nghệ nhằm tối ưu hóa quá trình mài khôn liên tục. Việc kết hợp công nghệ mài khôn rung động với các hệ thống robot cấp phôi và kiểm tra sản phẩm tự động sẽ tạo ra các dây chuyền sản xuất hoàn toàn tự động, đáp ứng yêu cầu của nền công nghiệp 4.0.

6.1. Tiềm năng phát triển máy mài khôn CNC tích hợp siêu âm

Sự phát triển của máy mài khôn siêu âm là một hướng đi đầy hứa hẹn. Rung động siêu âm với tần số rất cao (trên 20 kHz) và biên độ cực nhỏ tạo ra hiệu ứng vi bóc tách vật liệu cực kỳ hiệu quả, đặc biệt với các vật liệu siêu cứng và giòn như gốm kỹ thuật, composite. Việc tích hợp công nghệ này vào các máy CNC cho phép thực hiện các biên dạng lỗ phức tạp với độ chính xác và chất lượng bề mặt vượt trội. Thách thức nằm ở việc thiết kế bộ phát siêu âm nhỏ gọn, bền bỉ và có thể tích hợp vào đầu mài khôn mà không ảnh hưởng đến các chuyển động khác.

6.2. Xu hướng ứng dụng mài khôn rung động trong công nghiệp 4.0

Trong bối cảnh công nghiệp 4.0, dữ liệu là yếu tố cốt lõi. Các máy mài khôn rung động thế hệ mới sẽ không chỉ là một công cụ gia công mà còn là một thiết bị thu thập dữ liệu. Các thông số về quá trình mài, tình trạng mòn của đá, chất lượng bề mặt sẽ được số hóa và phân tích bởi các thuật toán AI. Kết quả phân tích giúp dự đoán thời điểm cần thay đá, tự động điều chỉnh chế độ cắt cho từng loại vật liệu cụ thể và tạo ra một "bản sao số" (Digital Twin) của quá trình gia công. Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả mà còn giảm thiểu lỗi, tiết kiệm chi phí và hiện thực hóa nhà máy thông minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I SƠ LƯỢC VỀ ỨNG DỤNG CỦA XYLANH THỦY LỰC &KHÍ NÉN VÀ CÁC TIÊU CHUẨN LIÊN QUAN 1.Các ứng dụng của xylanh thuỷ lực và khí nén : So với các phương pháp truyền năng lượng khác thì thủy lực và khí nén có nhiễu ưu điểm nên nó được ứng dụng rộng rãi từ ngành công nghiệp nặng đến ngành công nghiệp nhẹ. Đặc biệt, trong các dang thiết bị chuyển đối năng lượng của thủy lực, khí nén thì xylanh thủy lực và khí nén là một trong những thiết bị được ứng dụng nhiều nhất. Trong, máy gia công cắt got, xylanh thủy lực và khí nén được sử dung để kẹp chat các chỉ tiết gia công hay để điều khiển các trục dẫn động. Trong các máy cắt tắm, máy chân, máy ép thì xylanh thủy lực được dùng làm nguồn truyền chuyển động chính.

———x——-— ES -Trang 4- Trong các thiết bị làm đường hay xây dựng thì xylanh thủy lực cũng được dùng để nâng hạ, vươn ra các cơ câu của gầu xúc. Xylanh còn đóng vai trò rất quan trọng trong các máy làm nông nghiệp. Các cơ cầu công tác trong máy làm nông nghiệp thì hấu hệt là sử dụng xylanh thủy lực làm nông nghiệp ——— -Trang 5 - Trong máy ép nhựa, để đóng khuôn và phun lượng nhựa ban đầu thì người ta cũng dùng các xylanh thủy lực có lực đầy lớn. Các hệ thông nâng chuyển như thiết bị nâng, xe nâng hàng, xe cấu được sử dụng rat rộng rãi trong công nghiệp.

Và thiết bị truyền động chủ yếu ở các hệ thống này là xylanh thủy lực. DD mmmmmmmnmmm=mmmm==—mètĩt=—=— -Trang 6 - Ngoài ra, xylanh còn ứng dụng ở các ngành khác nhìr hóa học, được, máy dệt. Tóm lại, xylanh được ứng dụng rất đa dạng trong các ngành công nghiệp.2 Các tiêu chuẩn liên quan đến xylanh thuỷ lực và khí nén : 1.Thành phần hóa học và các đặc tính cơ học : 1.6ng thép không hàn dùng để chế tạo xylanh thủy lực: theo tiêu chuẩn Nhật Bản (JIS ) G3445 và tiêu chuẩn Hàn Quốc D3517] *Thành phần hóa học và đặc tính cơ học : Tiêu chuẩn Nhật Bản Ký hiệu “Thành phân hóa hoc (%) Độ bến GIs) Cc Si Mn P § oy San A%) (kgffmm?y (kgf/mm’) Ống thép cacbon theo | STKM 13A tiêu chẩn IS G3445 0.30 38 22 30 Ống thép cacbon theo | STKM 13B | <0.04 tiêu chẩn IIS G3445 0.90 45 31 20 Ống thép cacbon theo | STKM13C tiêu chẩn JIS G3445 52 39 lã -Trang 7 - * Trong đó các ký tự A,B ,C để phân biệt các phương pháp san xuất ống thép bằng phương pháp gia công nguội ,gia công nóng,. * Phôi ống thép được chế tạo với đường kính trong đạt các độ chính xác cần thiết để thực hiện nguyên công mài mà không sử dụng nguyên công tiện hay doa trước 2.Ống thép không hàn sử dụng cho xylanh thủy lực chịu áp cao: (Theo tiêu chuẩn JIS G 3455) *Thành phần hóa học và đặc tính cơ học Ký Thanh phan hóa học ( %) Độ bền hiệu € | § |Mn | P s Cu | ơu(kgfmm?) øơa(kgfmm2) | 2(%) 0.Ống thép không rỉ ,không hàn sử dụng cho xylanh thủy lực và khí nén : (Theo tiêu chuẩn JIS G 3446 ).

*Thành phần hóa học và đặc tính cơ học Tên gọi “Thành phẩn hóa học (%) D6 bén tiéu chuẩn | C s | Mn P Si cr | Ni Sp Sen a (kgffmm?) | (kgffmm?) | (%) 18.Ống nhôm không hàn sử dụng cho xylanh khí nén : (theo tiêu chuẩn JIS A6063 TD ) *Thành phần hóa học “Tên gọi Thành phần hóa học ( %) tiêu | Cụ 8i | Fe |Mn | Mg | Zn Cr Tỉ |#vlkhác| Al chuẩn 02 0.Bắng so sánh các tiêu chuẩn sản xuất thép ống carbon dùng trong ngành chế tạo máy của các quốc gia : -Trang 9 - 12.3 Thành phần hoá học của các loại ống thép không hàn : +Bang thông số thành phần hóa học các loại thép ống carbon ding trong ngành chế tạo máy theo tiêu chuẩn Nhật Bản (JIS ) G3445 và tiêu chuẩn Hàn Quốc D3517 : -Trang 10 - 12.4 Cơ tính của các loại ống thép không hàn : +Bảng thông số cơ tính của thép ống carbon sử dụng trong ngành chế tạo máy theo tiêu chuẩn Nhật Bản (JIS ) G3445 và tiêu chuẩn Hàn Quốc D3517: Ký hiệu 6» (kgf/mm?) Sen (kgf/mm’) a%) STKMLIA >30 - >35 STKM12A >35 >18 >35 STKM12B >40 >28 >25 STKM12C >48 >36 >20 STKM13A >38 >22 >30 STKM13B >45 >31 > 20 STKM13C >52 239 >15 STKM14A >42 >25 >25 STKM14B >51 > 36 215 STKM14C > 56 242 215 STKMI5A >48 >28 >22 STKMI5C >59 244 212 STKMI6A > 52 233 >20 STKMI6C >63 >47 > 12 STKMI7A >56 >35 >20 STKM17C > 66 >49 > 10 STKMI8A >45 >28 >25 STKM18B >50 232 >23 STKMI18C >52 >39 >l5 STKMI19A >50 >32 223 STKMI9C >56 >42 >15 STKM20A >55 >40 >23 1.Dung sai và độ nhám của các loại ống đã gia công tỉnh dùng làm xylanh thuỷ lực và khí nén : a -Trang 11 - 1. Bảng dung sai đường kính trong của ống thép không hàn dùng để chế tạo xylanh thủy lực và khí nén (theo tiêu chuẩn JIS BO401 ) đã qua gia công tỉnh: 10-18 18-30 30-50 30-80 80-120 | 120-180 | 180-250 250-315 +0.013 H9 |-0 -0 -0 -0 -0 -0 -0 -0 * Đơn vị tính trong bảng trên là mm * Độ nhám bề mặt của lỗ theo tiêu chuẩn JIS BO601 : Ra 0.8m * Dung sai của đường kính ngoài : - _ 50mm hoặc nhỏ hơn : +0.25mm ~_ 50mm hoặc lớn hơn : +0. e Chiểu đài tiêu chuẩn : 3m-6m e_ Chiều dài đặc biệt :10m 2.Bắng dung sai kích thước của ống thép không rỉ ,không hàn sử dụng cho xylanh thủy lực và khí nén: (Theo tiêu chuẩn JIS G 3446 ) đã qua gia công tỉnh ĐK trong Dung sai Dung sai của kíchthước ĐK ngoài Độ nhám bé mat lỗ 100 mm H99” +0.03 Khi chọn dung sai H7,H8 cho xylanh thép không rỉ chọn theo bảng ở mục số 1. rrr Eee ee -Trang 12 - el 3 Bang dung sai kích thước của ống nhôm không hàn sử dụng cho xylanh khí nén: (theo tiêu chuẩn A6063 TD) đã gia công tỉnh : Kích thước (mm) Dung sai ĐK trong ĐKngoài ĐKưong ĐK ngoài Chiểu dài Độ tròn 20 25 3000 H9 |+0.20 + Trơ hoá bể mặt có độ dày 30um (Anodic oxide Film) ————————>—>——enraanan-nm=———— -Trang 13- CHƯƠNG II SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ MÀI KHÔN 2.

Nguyên lý và đặc điểm Trong quá trình khôn ra ve phải có ít nhất ba chuyển động cơ bản © Chuyển động quay của đầu khôn e Chuyển động tịn nh tiến lên ốngcủa đầu khôn © Chuyển độngchạy đaohướng kính. TH HT as at a Gr a ee ‘Ss £ +> Tênà rs 110/018: a s Sao [K2 Hình 2.2 Sơ đô chuyển động của đầu mài khôn Lưới của vết gia công trên bể mặt lỗ Trong đó : 1, Trục chính Vụ :vận tốc quay 2. Trục trung gian Vụ :vận tốc tịnh tiến 3. Đâu mài khôn À= Vự Vụ 4.

Chỉ tiết gia công 5. Đá mài ——— —————— -Trang 14 - Dusi tác dụng của lực bung đá, các hạt mài ấn sâu vào bể mặt gia công, khi hat đá mài chuyển động do sự chuyển động của đầu khôn, Vtt, Vq làm bể mặt gia công được hớt đi một lượng kim loại, quá trình cắt của hạt mài sẽ để lại vết gia công. Do thổi đá có nhiễu hạt mài và các hạt mài chuyển động quayvới vận tốc Vq và chuyển động dọc trục với vận tốc Vtt. Khi gia công chỉ tiết với nhiều chu kỳ lên xuống thì các vết gia công đan chéo lên nhau xóa đi độ nhấp nhô ban đầu.

Sự kết hợp giữa chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến của các hạt mài tạo nên quỹ đạo chuyển động , hướng chuyển động của hạt mài hợp với phương ngang l góc gọi là góc lưới œ. Để quá trình khôn được tốt thì bễ mặt làm việc của đá không bị vẫy bẩn làm 1ì bể mặt đá,nên trong quá trình khôn phải cung cấp một lượng dung dịch trơn nguội đủ lớn để cuốn trôi toàn bộ phoi mài ra khỏi vùng mài, đồng thời khi tưới dung dịch trơn nguội còn tạo nên một lớp màng bên trên bể mặt tiếp xúc của thỏi đá và mặt gia công làm giảm ma sát cải thiện điểu kiện cắt. Khi mài khôn vận tốc cắt nhỏ hơn rất nhiều so với vận tốc mài thường. Ấp lực tác dụng lên bể mặt của mài khôn cũng nhồ hơn 6.10 lần so với các phương pháp mài khác.

Vì vậy mà nhiệt sinh ra khi khôn cũng rất nhỏ nên hầu như không làm biến đổi đặc tính của vật liệu gia công. Mài khôn có thể tạo ra được chỉ tiết có độ chính xác cao và độ nhám bể mặt rất bé, độ không trụ có thể đạt 3-5. Độ nhám bể mặt có thể đạt Ra=0,04-0,63um. Khôn có thể gia công được nhiều loại vật liệu khác nhau như gang, hợp kim gang, thép tôi, chưa tôi crôm, niken, đông thanh, đồng thau.

Mài khôn được sử dụng để gia công tinh các chỉ tiết dạng lỗ thông suất, lỗ cõ bậc, lỗ có rãnh. Các ưu khuyết điểm của mài khôn. e Mài khôn có khả năng đạt được năng suất cao so với một số phương pháp gia công tịnh khác như mài nghiền. có thể tự động hóa quá trình khôn.

e Thời gian gá đặt chỉ tiết không đáng kể do kết cấu có khớp tự lựa của đầu khôn nên cho phép sự không đồng tâm của trục chính máy và lỗ cần gia công một mức độ nào đó. «_ Đạt được độ chính xác về hình dạng cao, ít phụ thuộc vào độ chính xác của máy. Nhiệt độ vùng cắt thấp và ít gây ảnh hưởng đến chỉ tiết gia công. Có khả năng sửa được một ít sai số về hình dang.

eee Dụng cụ gia công có tuổi thọ cao. Đầu khôn khó chế tạo vì có nhiễu chỉ tiết ghép nhỏ đòi hồi độ chính xác về vị trí và lắp ghép cao. ©_ Khoảng kích thước có thể mài được của đâu khôn có giới hạn trong khoảng nh. ©_ Khi gặp vật liệu không đồng nhất sẽ gây ra độ đa cạnh, độ ô van.

e© Không sửa được sai lệch và vị trí tương quan. $ Các chế độ mài khôn thông dung : + ———————m— —n-—n=me -Trang 15 - Vận tốc quay Khôn thô Khôn tỉnh Vật liệu gia công Vạ(m/ph) | vu(m/ph) a vụ(m/ph) a - Gang 60-75 15-20 3-5 9-12 5-8 - Thép chưa tôi 45-60 15-20 1.5-4 - Thép tôi 20-35 15-20 2-4 5-10 2-4 ~ Hợp kim nhôm, đồng thanh,đồng 65-80 15-20 3-5 9-12 5-8 thau ~ Hợp kim nhôm đúc 10-40 4-20 1-2 4-12 1-2 Khi khôn thì lực hướng kính của các thỏi đá tác dụng lên bể mặt chỉ tiết ảnh hưởng đến năng suất và độ nhám bể mặt .