Bài giảng Máy Công Cụ - Bùi Trương Vỹ

ạo sản phẩm nhờ quá trình biến dạng dẻo kim loại với các loại máy cán, ép, máy búa ... 3. Ghép nối: ví dụ hàn, các mối ghép... 4. Gia công cắt gọt kim loại: gia công có phoi, tạo sản phẩm bằng cách lấy đi lượng kim loại dư thừa để đạt hình dáng và kích thước cũng như chất lượng kỹ thuật theo yêu cầu. Máy công cụ cắt gọt kim loại được dùng cho quá trình nầy. Ngoài ra, thường có các quá trình gia công tinh lần cuối, sơn mạ... trước khi đưa vào xử dụng. Quá trình gia công cắt gọt kim loại để tạo sản phẩm có ưu điểm: – Đạt độ chính xác kích thước cao – Hình dáng hình học đảm bảo, sắc cạnh. – Kinh tế Tuy vậy cũng có một số nhược điểm: – Lãng phí vật liệu – Tốn nhiều thời gian hơn một số quá trình khác Do đó, khi thiết kế chế tạo sản phẩm, cần lựa chọn thích hợp cách gia công cũng như luôn phải nghĩ đến biện pháp cải thiện chất lượng sản phẩm. Các yếu tố có liên quan trong quá trình cắt: 1. Máy công cụ 2. Vật liệu kỹ thuật 3. Dụng cụ cắt 4. Chế độ cắt và kế hoạch sản xuất 5. Điều kiện gia công ( làm mát) 3 Chương 1: Chuyển động học trong máy công cụ 1. Các dạng bề mặt thường dùng cho sản phẩm cơ khí Có thể phân thành 3 dạng bề mặt: 1.1. Dạng bề mặt tròn xoay: Tạo bởi đường chuẩn là đường tròn, và tùy theo loại đường sinh ( thẳng, bất kỳ, gãy khúc...) có các dạng bề mặt sau (H1.1) a. bề mặt trụ tròn xoay c. bề mặt định hình tròn xoay d. bề mặt ren H1.1: Các dạng bề mặt tròn xoay C S S C S SC b. bề mặt nón C α a. bề mặt phẳng c. bề mặt cong phẳng H1.2: Các dạng bề mặt phẳng C S b. bề mặt răng thanh răng C S C S d. bề mặt răng bánh răng C S 1.2. Dạng bề mặt phẳng: Có đường chuẩn là đường thẳng, và dạng bề mặt tạo ra tùy thuộc vào loại đường sinh (H1.2) 1.3 Dạng mặt đặc biệt: bề mặt cam, cánh turbin...có đường sinh tuân theo quy 4 luật hình học nhất định. Như vậy: + Bề mặt đươc tạo ra khi cho đường sinh chuyển động theo đường chuẩn: ∗ Với đường sinh và đường chuẩn là đường thẳng và tròn, cơ cấu máy chỉ cần tạo ra các chuyển động đơn giản như thẳng và tròn đều . ∗ Với đường sinh có dạng hyperbol, ellip, xoắn lôga..., cơ cấu máy phải thực hiện các chuyển động thẳng và tròn không đều: khó ứng dụng thực tế. + Các chuyển động của cơ cấu máy để tạo ra các đường sinh và đường chuẩn cần thiết được gọi là chuyển động tạo hình của máy công cụ. 2. Chuyển động tạo hình của máy công cụ: 2.1 Định nghĩa: Chuyển động tạo hình bao gồm mọi chuyển động tương đối giữa dao và phôi trực tiếp tạo ra bề mặt gia công. Ví dụ: Q và T là chuyển động tạo hình (H1.3a) Có các trường hợp : Q T H1.3aa) Tạo hình đơn giản: là chuyển động độc lập Q ( không phụ thuộc vào một chuyển động nào khác-H1.3b) Q H1.3b: Tạo hình đơn giản b) Tạo hình phức tạp: gồm các chuyển động phụ thuộc Q&T (H1.3c) tp Q T H1.3c: Tạo hình phức tạp c) Tạo hình vừa đơn giản vừa phức tạp-Q: chuyển động độc lập,T1&T2 là chuyển động tạo hình phức tạp để phối hợp thành T (H1.3d) Q T T1T2 H1.3d Các chuyển động của các khâu chấp hành ( dao& phôi ) là các chuyển động tương đối vì có thể được thực hiện bởi bất kỳ khâu nào, dao hoặc phôi. Ngoài chuyển động tạo hình, trong máy còn có các chuyển động khác như tiến, lùi dao nhanh, chuyển động phân độ..., đây là các chuyển động phụ cần thiết để hoàn tất quá trình tạo hình. 2.2 Các phương pháp tạo hình bề mặt trên máy công cụ. Bao gồm: 1. Phương pháp chép hình: Lưỡi cắt của dụng cụ cắt trùng với đường sinh của bề mặt tạo hình. Trong quá trình cắt, lưỡi cắt luôn tiếp xúc với bề mặt tạo hình 5 (H1.4a,b). Phương pháp nầy có ưu điểm cho năng suất cao nhưng khó chế tạo dụng cụ, ngoài ra lực cắt phát sinh lớn nên phải chọn chiều rộng lưỡi cắt thích hợp. S(lưỡi cắt) C a) Bào định hình c) Phay bao hình S(hình bao của lưỡi cắt chuyển động) d)Nguyên lý tạo dạng răng bao hình H1.4: Một số phương pháp tạo hình bề mặt b)Phay mô đun S(lưỡi cắt) 2. Phương pháp bao hình: Lưỡi cắt chuyển động tạo ra nhiều bề mặt, đường, điểm hình học luôn tiếp xúc với bề mặt gia công. Tập hợp tất cả các vết lưỡi cắt nầy chính là đường sinh của bề mặt tạo hình và nó không phụ thuộc vào hình dạng dụng cụ cắt( H1.4c,d). 3. Phương pháp theo vết: Phương pháp nầy có đường sinh của bề mặt tạo hình là tập hợp các chất điểm trùng với điểm cắt gọt trên dao khi chuyển động, chủ yếu được ứng dụng cho các máy điều khiển chương trình số. 3. Sơ đồ kết cấu động học máy công cụ 3.1 Định nghĩa: Sơ đồ kết cấu động học là sơ đồ mô tả chuyển động tạo hình của máy. Qua sơ đồ nầy có thể biểu diễn mối liên hệ chuyển động giữa nguồn động lực và khâu chấp hành, hoặc giữa các khâu chấp hành với nhau. Ví dụ: Sơ đồ kết cấu động học của máy tiện ren (H1.5). – Chuyển động tạo hình theo sơ đồ: Q&T – Mối liên hệ chuyển động giữa các khâu chấp hành 1. Động cơ đến phôi (tạo hình đơn giản): nđ/c ⋅ iv = nt/c [v/ph] (1.1) 2. Phôi đến bàn dao (tạo hình phức tạp): 1vòng t/c ⋅ is ⋅ tx ⋅ k = tp [mm] (1.2) • iv , is : cơ cấu điều chỉnh của Hộp Tốc độ và Hộp Chạy dao. 6 • k: hệ số chuyển đổi đơn vị. H1.5: Sơ đồ kết cấu động học máy tiện ren – Đường nối từ động cơ đến khâu chấp hành hoặc giữa 2 khâu chấp hành được gọi là xích truyền động. Trên xích truyền động, ngoài cơ cấu điều chỉnh còn có các tỉ số truyền cố định dùng làm nhiệm vụ nối đường truyền. 3.2 Phương pháp nghiên cứu và thiết kế: – Phải xuất phát từ bề mặt gia công của sản phẩm cần chế tạo để phân tích các chuyển động cần thiết. – Xác định chuyển động tạo hình và các chuyển động phụ khác. – Phân phối hợp lý các chuyển động tương đối cho các khâu chấp hành. – Vẽ sơ đồ kết cấu động học máy và thiết lập các quan hệ chuyển động. 7 Chương 2: Các cơ cấu truyền động trong máy công cụ 1. Phân loại và ký hiệu máy: 2.1 Phân loại: Thường phân loại máy theo các cách: – Theo công dụng: Có máy tiện, phay, bào... – Theo mức độ vạn năng: Có máy vạn năng, máy chuyên dùng... – Theo độ chính xác: máy cấp chính xác thường, máy cấp chính xác nâng cao, cao....Cấp chính xác máy do TCVN 17-42-75 quy định. – Theo trọng lượng máy: trung bình (≤ 10T), cỡ nặng (10 ÷30T) – Theo mức độ tự động hoá: Có máy tự động, bán tự động... 2.2 Ký hiệu: Mỗi nước có ký hiệu máy khác nhau. Tiêu chuẩn ngành cơ khí nước ta TCVN-C1-63 đã quy định về cách ký hiệu các máy cắt kim loại (Bảng 9.1[4] ). Các thông số và các kích thước cơ bản của chúng cũng đã được tiêu chuẩn. Ví dụ : T620, K135, P82 T: Nhóm máy tiện, 6: máy vạn năng. 20: Kích thước phôi lớn nhất gia công được trên máy theo bán kính tính bằng cm (hay ∅max = 400) 2. Các cơ cấu truyền động: 2.1 Các loại chuyển động: Phân theo mức độ tiêu thụ công suất, ta có: – Chuyển động chính: Tiêu thụ công suất lớn (5÷10kW), dùng để tạo tốc độ cắt. + Với chuyển động chính quay tròn: 1000 DnV π= [m/ph] (2.1) trong đó: D, đường kính chi tiết gia công [mm]; n, số vòng quay [v/ph]. + Với chuyển động chính tịnh tiến: 1000 Ln2 V htk= [m/ph] (2.2) L, chiều dài hành trình [mm]; nhtk, số hành trình kép [htk/ph]. – Chuyển động chạy dao: Tiêu thụ công suất bé( khoảng 5% công suất truyền động chính), là chuyển động có ảnh hưởng đến năng suất và độ bóng bề mặt gia công. Ngoài ra cũng phải kể đến các chuyển động phụ cần thiết khác. 2.2 Các cơ cấu truyền động: A. Hộp Tốc độ: 8 Yêu cầu đối với các cơ cấu truyền động trong hộp tốc độ máy công cụ: – Truyền công suất lớn. – Biến đổi được tốc độ trong 1 phạm vi nhất định. – Có tính công nghệ. Thường dùng các loại cơ cấu sau 1. Truyền động vô cấp: Các bộ truyền động puli hình nón, bộ biến tốc cơ khí hoặc có thể dùng truyền động thủy lực, truyền động điện.... Loại truyền động nầy có ưu điểm là biến đổi được vô cấp tốc độ nhưng phạm vi biến đổi nhỏ, công suất truyền không lớn (H2.1). Đ/C x x Rmax Rmin I II II x x R1min R1max R2min R2max Đ1 Đ2 I III ° ° x x I II Dmax Dmin H2.1: Một số bộ biến tốc cơ khí a. puli hình nón b. bộ biến tốc ma sát mặt đĩa c. bộ biến tốc ma sát hình xuyến 2. Truyền động phân cấp (H2.2): Mặc dù chỉ cho phép biến đổi phân cấp tốc độ, nhưng bằng cách sử dụng dãy số tốc độ ra tuân theo quy tắc cấp số nhân, có thể hạn chế tổn thất nầy. Phạm vi biến đổi tốc độ được mở rộng khi ghép nối tiếp các nhóm truyền (các khối bánh răng di trượt). Truyền động phân cấp với các bộ truyền bánh răng được xử dụng rộng rãi. Phạm vi biến đổi tốc độ: Rn = min max n n (2.3) Số cấp tốc độ: z = ∏n 1 ip (2.4) trong đó pi : số tỉ số truyền của nhóm truyền thứ i. 9 x x x x x x x x x x x x x x xx x a. puli bậc b. khối bánh răng di trượt 2 bậc c. khối bánh răng di trượt 3 bậc d. khối bánh răng di trượt 4 bậc D1D2 D3 D4 D'1 D'2 D'3 D'4 I II I II I II I II z1 z'1 z2 z'2 z1 z'1 z2 z'2 z3 z'3 z1 z'1 z2 z'2 z3 z'3 z4 z'4 x x MI II z1 z'1 z2 z'2 z2 x x MI II z1 z'1 z'2 ° x x x z1 z'1 z2 z'2 I II e.cơ cấu biến đổi tốc độ với ly hợp vấu f.cơ cấu biến đổi tốc độ với ly hợp ma sát H2.2: Một số cơ cấu biến đổi tốc độ g.ly hợp vấu 2 phía h.ly hợp vấu và tay đòn Mz1 x x I II z'1 z2 z'2 B. Hộp Chạy dao Yêu cầu đối với các cơ cấu truyền động trong hộp chạy dao máy công cụ: – Truyền công suất bé, khoảng( 5 ÷ 10)% công suất truyền động chính – Biến đổi được tốc độ trong 1 phạm vi nhất định – Có tính công nghệ, ví dụ dễ lắp ráp, chế tạo, thay thế... Thường dùng các loại cơ cấu sau : Các cơ cấu chạy dao trên các hình (H2.3 a,b,c,d) như cơ cấu then kéo, bánh răng hình tháp, cơ cấu Mean, cơ cấu bánh răng thay thế... 10 x x x x x z1 z2z3 z4 z'1z ' 2 z'3z ' 4 z4 z1 z2 z3 z0z8 I II I II III a.cơ cấu then kéo b.cơ cấu BR hình tháp c.cơ cấu Mean d.cơ cấu BR thay thế x x x x a bc d A0 A0 a b d c R x x x x x x x z1z2 z3 z5z6 z7 z0 z8 I II H2.3:Các cơ cấu chạy dao C. Một số cơ cấu đặc biệt khác: x I IIIII z1 z2 z0 z'1 z'2 x x I II III z1 z0 z2 z3 I z1 z2 z3 M II x II I z3 k x x x x x x z2 z3 z4 z giá 1 Tay 6 III M z1 z2 x I II z1 z2 H2.4a. H2.4b. H2.4c. H2.4d. I IIz3 x H2.4e. H2.4f. H2.5: Cơ cấu vi sai x II M I x x III z1 z0 z2 z3 z4 H2.4: Một số cơ cấu đảo chiều và tổng hợp chuyển động 1. Các cơ cấu đảo chiều (H2.4). Bao gồm: − Các loại truyền động giữa các trục song song (H2.4a,b,c) − vuông góc(H2.4d,e) 11 − truyền động bánh răng ăn khớp trong (H2.4f)dùng đảo chiều chuyển động cho trục ra. 2. Cơ cấu tổng hợp chuyển động (cơ cấu vi sai) Các cơ cấu nầy thường dùng trong các máy gia công bánh răng khi cần phối hợp chuyển động (H2.5). 2.3. Đồ thị phương trình tốc độ cắt và lượng chạy dao H2.6: Đồ thị tia hình quạt H2.7: Đồ thị logarít A Đồ thị tia hình quạt: Cơ sở thiết lập đồ thị tia hình quạt dựa trên phương trình (2.1). Phương trình nầy có dạng 1 chùm đường thẳng đi qua gốc toạ độ khi cho n thay đổi (H 2.6). Đồ thị trên biểu diễn được mối liên hệ giữa tốc độ cắt V, đường kính chi tiết gia công D và số vòng quay tương ứng n, tuy nhiên khi D tăng, khoảng cách giữa 2 tia lân cận cách xa nhau, do vậy người ta còn dùng đồ thị logarít. B Đồ thị logarít: Cũng dựa trên phương trình (2.1) nhưng mô tả theo tọa độ logarít. Khi đó đồ thị có dạng 1 chùm đường thẳng song song, cách đều nhau và cắt 2 trục tọa độ dưới góc 450(H2.7). 12 Câu hỏi và bài tập Chương 1 & Chương 2: 1. Đặc điểm tạo hình trên máy công cụ. Thế nào là chuyển động tạo hình? 2. Sơ đồ kết cấu động học máy công cụ? 3. Cho tốc độ trục vào (trục I) là nI . Tính toán các giá trị tốc độ trục ra (trục chính ) ở H2.2h. 4. Viết tất cả các giá trị tốc độ trục ra theo tốc độ trục vào nI trên các H2.3b,c (cơ cấu bánh răng hình tháp và cơ cấu Mean). Có nhận xét gì về quy luật dãy số các giá trị tốc độ nầy. 5. Ở H2.5 (Cơ cấu tổng hợp chuyển động), cho nI, nII. Tính tốc độ trục ra nIII Chỉ dẫn : nIII và nI, nII có quan hệ xác định theo công thức: 1 z z . z z 4 3 3 2 26 46 FA LA −=−=ω ω=ω ω trong đó: 1 6121 6141 26 46 −=ω−ω ω−ω=ω ω ⇒ 612141 2ω=ω+ω hay: nIII + nI = 2nII. z k 6. H2.6 trình bày 1 phần xích truyền động của 1 máy Tiện. Cho tốc độ đầu vào trục I (qua puly) là nI. Hãy xác định tất cả các giá trị tốc độ của trục ra nIII. H2.6 z22 H2.7 I II III xx x x x z26 z23 z17 z34 z25 z39 z33 z30 z41 z32 z46 3 z80 4 z120 x x x x x x z60 1 2 z48 5 z60 6 z40 7 xoắn trái k = 2 z80 8 9 z65 m5 10 Thanh răng x 7. Trên H2.7, bánh răng 1 quay theo chiều mũi tên với tốc độ 240v/ph. Hãy xác định tốc độ [v/ph]của bánh răng 9 và lượng chạy dao [m/ph] cũng như chiều tịnh tiến của thanh răng 10. 13 8. Hai con lăn cán A và B (H2.8) trên 1 máy cán được truyền động qua hệ thống truyền động như trên hình. Các con lăn phải đạt tốc độ dài 1150mmm/s và có chiều theo chiều mũi tên. a. Hãy xác định tỉ số tốc độ góc 3 2 ω ω để truyền cho con lăn quay với tốc độ yêu cầu. Bánh răng 1 quay 1800v/ph. b. Xác định chiều quay của bánh 1 và hướng xoắn của trục vít 6 để các con lăn có chiều quay theo hình vẽ. 13 z18 x x xx x k = 2 A, ∅563 B, ∅392 k = 3 xoắn trái 1 z16 2 3 4 z14 5 z42 6 7 z64 8 z26 Xích Xích 9 z24 10 11 z50 12 z35 H2.8 H2.9 Trục vít k = 1 Phôi bánh răng B 9 z42 k = 1, xoắn trái 8 7 1 z16 2 z30 3 z16 4z36 5 6x x x x x x x Trục vào Trục vào A 9. Trên H2.9 là 1 xích truyền động của 1 máy gia công bánh răng. Các cơ cấu chấp hành là dao A và phôi B. Phôi bánh răng B được lắp đồng trục và cùng quay với bánh vít 9. a. Nếu phôi bánh B quay theo chiều kim đồng hồ, hãy xác định hướng xoắn của trục vít A b. Xác định tỉ số tốc độ góc 5 7 ω ω khi cắt phôi bánh răng B có số răng z = 72. 14 Chương 3 : Máy tiện 1. Phương pháp gia công tiện và phân tích động học Tiện là 1 phương pháp gia công cắt gọt thông dụng nhất, trong đó dạng mặt gia công được tạo nên bằng hai chuyển động gọi là chuyển động tạo hình. Chuyển động quay tròn của chi tiết ( hoặc của dao ) là chuyển động chính và dịch chuyển thẳng là chuyển động chạy dao nhằm giúp cho chuyển động chính tạo nên chiều dài cần thiết của mặt gia công. Trên máy tiện có thể gia công được các mặt trụ, mặt côn (cả trong và ngoài), mặt đầu, cắt ren trong (ngoài), cắt đứt... 2. Máy tiện Máy tiện thường được phân thành 2 loại: – Máy tiện vạn năng: gia công được nhiều chủng loại chi tiết – Máy tiện chuyên dùng: gia công được 1 số loại chi tiết nhất định. Các thông số chính của máy tiện là đường kính lớn nhất của phôi gia công được bên trên thân máy và khoảng cách lớn nhất giữa 2 mũi tâm xác định chiều dài lớn nhất của phôi gia công (TCVN 267-68). 2.1 Các bộ phận chính của máy tiện A. Các bộ phận đứng yên – Thân máy – Hộp tốc độ – Hộp chạy dao B. Các bộ phận chuyển động và điều chỉnh được – Hộp chuyển bàn dao (xe dao) – Bàn dao – Ụ động 2.2 Máy tiện T620(1K62) A. Đặc tính kỹ thuật : Máy T620 do Việt Nam sản xuất, có một số thông số kỹ thuật chính như sau: – Đường kính lớn nhất của phôi gia công được trên thân máy, ∅max = 400 – Khoảng cách 2 đầu tâm, 710/1000/1400. 15 – Công suất truyền dẫn chính, N = 7,5KW. – Số cấp tốc độ, trục chính có 23 cấp tốc độ thuận (nmin = 12,5v/ph ÷ nmax = 2000v/ph ) và 12 cấp tốc độ nghịch ( nmin = 19v/ph ÷ nmax = 2420v/ph ). – Lượng chạy dao dọc, sd = (0,07 ÷ 4,16)mm/vg; lượng chạy dao ngang sn = (0,035 ÷ 2,08)mm/vg. – Máy gia công được 4 loại ren: ren hệ mét, tp = (1 ÷ 192)mm; hệ Anh, n = (24 ÷ 2 ); hệ mô đun, m = (0,5 ÷ 4,8)mm; hệ Pitch, Dp = ( 96 ÷1 ). B. Sơ đồ động máy (H3.3) – Xích tốc độ: + Đường truyền thuận : Số cấp zt = zt1 + zt2 • zt1 (đường truyền chậm) nđ/c . 254 142 Φ Φ 39 51 34 56 38 38 55 21 47 29 45 45 88 22 45 45 88 22 52 26 = nt/c (3.1) Có 24 cấp tốc độ, tuy nhiên 2 nhóm tỉ số truyền 45 45 88 22 45 45 88 22 thực tế chỉ có các trị số tỉ số truyền 1/16, 1/4, 1, do vậy zt1 = 18. • zt2 (đường truyền nhanh) zt2 có 6 cấp tốc độ. (3.2) Máy có tổng cọng 23 tốc độ ( thay vì 24) do trùng 1 tốc độ (tốc độ thấp nhất của đường truyền nhanh và tốc độ cao nhất của đường truyền chậm). + Đường truyền nghịch: Máy có 12 cấp tốc độ nghịch – Xích chạy dao: + Xích chạy dao tiện ren: Có thể tiện được 4 loại ren, ngoài ra cho phép cắt được ren khuếch đại (bước lớn), ren chính xác, ren mặt đầu.... Để cắt ren, cần có chuyển động quay tròn của phôi lắp trên trục chính và chuyển động tịnh tiến của bàn dao. Các chuyển động nầy phải thoả mãn điều kiện phôi quay 1 vòng thì bàn dao 16 tịnh tiến 1 bước tp. Từ đó ta có sơ đồ: (H3.1) H3.1: Sơ đồ kết cấu xích tiện ren 1. Khi cắt ren hệ mét: 1vòng trục chính ⋅ 60 60 35 28 28 35 56 28 42 42 ( )12ti 28 25 36 z 50 42 xgb n =⋅ = tp (3.3) 2. Khi cắt ren Anh 1vòng trục chính ⋅ icđ ⋅iđc ( )12tiz 36 25 28 35 37 37 35 50 42 xgb n =⋅ = n 4,25 (3.4) 3. Khi cắt ren mođun 1vòng trục chính ⋅ icđ ⋅iđc ( )12ti28 25 36 z 97 64 xgb n =⋅ = πm (3.5) 4. Khi cắt ren Pitch 1vòng trục chính ⋅ icđ ⋅iđc ( )12tiz 36 25 28 35 37 37 35 97 64 xgb n =⋅ = pD 4,25 π (3.6) • Khi cắt ren khuếch đại có bước lớn, ví dụ cắt rãnh dầu bôi trơn ở các ổ trượt, đường truyền để tạo bước lớn: 1vòng trục chính ⋅ 26 52 45 45 22 88 45 45 45 45 22 88 ( )12tiiii xgbcsttđc =⋅⋅⋅⋅ = tp (3.7) 17 • Khi cắt ren chính xác, xích chạy dao theo đường truyền ngắn nhất không qua Hộp chạy dao. Muốn thay đổi bước ren, phải tính toán lắp đặt itt • Khi cắt ren mặt đầu, phải xử dụng vít me chạy dao ngang. Đường truyền khi cắt ren mặt đầu cũng giống 4 loại ren trên, chỉ khác dẫn động cho trục trơn được truyền từ bánh răng z28 ăn khớp với bánh răng z56 nằm độc lập ( không qua ly hợp vượt như truyền động trục trơn thông thường), nhờ đó bảo đảm tỉ số truyền chính xác hơn cho vít me chạy dao ngang. Chú dẫn: icđ = 60 60 ; iđc = 35 28 28 35 56 28 42 42 ; itt = 50 42 (hoặc = 97 64 ); zn = 26, 28, 32, 36, 40, 44, 48; igb = 48 15 28 35 35 28 45 18 . + Xích chạy dao tiện trơn: khi tiện mặt trụ, mặt côn, cắt đứt, khoả mặt...Đường truyền nối từ trục chính xuống hộp chạy dao đến khối bánh răng z28 ăn khớp với bánh răng z56 trên ly hợp vượt để dẫn động trục trơn và hộp chuyển bàn dao cung cấp chạy dao dọc tự động (với khâu chấp hành bánh răng-thanh răng hoặc vít me chạy dao ngang). 1. Chạy dao dọc tự động: • thuận : Từ trục trơn → z20 →z40→ z37 M7↑ →z14 → z66 →z10 (bánh răng ăn khớp với thanh răng ) • nghịch : Từ trục trơn → z20 → z40 → z45 → z37(cơ cấu đảo chiều) M6↓ →z14 →z66 → z10 (bánh răng ăn khớp với thanh răng ) 2. Chạy dao ngang tự động: • thuận : Từ trục trơn → z20 →z40→ z37 M9↑→ z40 → z61→z20 → vít me tx = 5 mm • nghịch : Từ trục trơn → z20 →z40 → z45 → z37 (cơ cấu đảo chiều) M8↓ → z40 → z61 → z20 → vít me tx = 5 mm – Xích chạy dao nhanh : Nối từ động cơ chạy dao nhanh có công suất 18 N = 1KW qua bộ truyền đai đến trực tiếp trục trơn. C. Một số cơ cấu đặc biệt – Ly hợp vượt [7] – Cơ cấu đai ốc hai nửa – Cơ cấu an toàn khi quá tải – Cơ cấu an toàn khi sử dụng máy 3. Điều chỉnh máy tiện 3.1 Tiện côn 3.2 Tiện ren 1. Ren nhiều đầu mối: Trong ký hiệu ren nhiều đầu mối, quy ước ghi đường kính danh nghĩa (D), bước giữa 2 đỉnh ren liên tiếp (t) và số đầu mối (k). Do vậy bước tp của mỗi đường ren sẽ là tp = k ⋅ t. Khi điều chỉnh máy phải điều chỉnh theo tp để cắt từng đường ren, sau đó phân độ để cắt các đầu mối khác. Như vậy, để cắt ren nhiều đầu mối ta phải tiến hành 2 bước: – Điều chỉnh máy để cắt ren có bước tp – Phân độ để cắt đủ số đầu mối. 2. Các bước tính toán : Cần chú ý rằng trong cắt ren nhiều đầu mối, ta phải phân độ khi đã kết thúc cắt 1 mối ren. Các bước tính toán: + Điều chỉnh máy để cắt ren có bước tp ( các bước không có sẵn trong Hộp chạy dao). Theo sơ đồ H3.2 ta có: • Lượng di động tính toán: 1vòng trục chính → tp • Phương trình xích động: 1vòng ⋅ icđ ⋅ b a d c ⋅ tx = tp • Công thức điều chỉnh: x = b a d c = xcđ p ti t ⋅ (3.8) H3.2: Sơ đồ cắt ren không qua hộp chạy dao 19 Với các yếu tố đã biết : tp, icđ , tx ta tính được trị số x từ đó phân tích thành các bánh răng a,b hoặc a,b,c,d. Để các bánh răng lắp vào không chạm trục chúng cần thoả mãn điều kiện: a + b ≥ c + ( 15 ÷ 20 ) c + d ≥ b + ( 15 ÷ 20 ) Các bánh răng thay thế a,b,c,d phải được chọn trong bộ bánh răng thay thế của máy như sau: Bộ 4: 20,24,28...120 ; Bộ 5: 20,25,30...120 Các bánh răng đặc biệt: 47,97,127,157. Khi tính toán điều chỉnh có thể phải chuyển đổi đơn vị khi bước ren cần cắt khác hệ với bước vít me, khi đó phải chọn giá trị gần đúng của 1" hoặc π. Có thể lấy 1" = 17 432 63 1600 5 1274,25 ≈≈= ; π = 50 157 7 22 ≈ • Các phương pháp phân tích x để chọn bánh răng thay thế a,b,c,d. 1. Phân tích chính xác Giả sử ta có x = B A trong đó A, B là các số nguyên không chia đúng cho nhau và cũng không có thừa số chung. Ví dụ x = 396 299 . Giá trị x được phân tích như sau khi tìm bánh răng thay thế. x = 88 92 72 52 2218 2313 211 23 332 13 113322 2313 ⋅=⋅ ⋅=⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅ ⋅ (a,b, c, d là các bánh răng có sẵn). Kiểm tra điều kiện lắp ráp: a + b > c + ( 15 ÷ 20) : 52 + 72 > 92 + ( 15 ÷ 20) c + d > b + ( 15 ÷ 20) : 92 + 88 > 72 + ( 15 ÷ 20) 2. Phân tích gần đúng Khi không thể phân tích chính xác được, có thể dùng cách chia ngược ∗ Phương pháp chia ngược : Giả sử chia ngược B Ax = 20 Như vậy, tùy theo độ chính xác yêu cầu để lấy các giá trị a1, a2 ... phù hợp, thường bằng cách kiểm tra bước ren cắt được qua sai số tích lũy bước ren trên 1 chiều dài nhất định. ∗ Phương pháp tra bảng: Tra theo bảng chọn bánh răng [3]. + Phân độ để cắt ren nhiều đầu mối • Phân độ theo chu vi: Sau khi cắt xong mối ren thứ nhất, ngắt xích truyền động từ trục chính đến bàn dao, quay phôi đi một góc 3600/k để cắt mối ren tiếp theo. Trên máy 1K62 có đĩa chia độ chuyên dùng lắp ở đuôi trục chính. Chu vi của đĩa được chia thành 60 phần bằng nhau, như vậy ta có thể cắt được các ren có số đầu mối là 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20,30 và 60 một cách chính xác. • Phân độ theo chiều dọc: Phương pháp nầy cho phép giữ nguyên xích cắt ren khi phân độ. Sau khi cắt xong mối ren thứ nhất ta chỉ việc dịch chuyển dao đi 1 bước t nhờ xe dao dọc. Kiểm tra bằng du xích trên xe dao dọc, hoặc bằng đồng hồ so... 4. Một số máy tiện chuyên dùng. Ngoài các máy tiện vạn năng, trong sản xuất còn dùng các máy tiện chuyên dùng. Đặc điểm chung : – Chỉ sử dụng để gia công một chủng loại chi tiết nhất định – Phục vụ trong sản xuất loạt và khối 21 Một số loại máy tiện chuyên dùng: – Máy tiện ren chính xác: Sản phẩm đạt độ chính xác cao hơn nhờ kết cấu máy đơn giản, có trang bị các cơ cấu tự chỉnh để hiệu chỉnh sai số bước ren... – Máy tiện hớt lưng: dùng để gia công bề mặt sau của răng các loại dao phay. Các chuyển động của máy được cung cấp dựa trên đặc điểm tạo hình bề mặt sau răng dao ( thường dùng đường cong Ác si mét). – Máy tiện trục khuỷu... Câu hỏi và bài tập Chương 3 1. Đọc sơ đồ động máy T620(1K62) theo từng loại chuyển động, chuyển động chính, chạy dao, chuyển động nhanh.... 2. Liệt kê các cơ cấu đặc biệt trên sơ đồ động máy T620(1K62). Cho biết đặc điểm, công dụng của từng loại cơ cấu. 3. Điều chỉnh máy tiện khi cắt ren nhiều đầu mối. 4. Tính toán điều chỉnh máy tiện khi gia công theo công thức (3.8): a. trục vít với m = 1 b. ren Anh với n (số vòng ren trên 1 đơn vị tấc Anh) có n = 8 c. ren quốc tế với tp = 1,5 d. ren Pitch (Diametral Pitch-số môđun trên 1 đơn vị tấc Anh)có Dp = 4 Giả thiết vít me máy có bước tx = 12mm, icđ = 1 22 H3.3: Sơ đồ động máy Tiện 1K62(T620) 23 Chương 4 : Máy phay 1. Phương pháp gia công phay và phân tích động học Phay là 1 phương pháp gia công phổ biến để gia công mặt phẳng cũng như các bề mặt định hình khác nhau. Có thể nói rằng phay hầu như thay thế cho bào trong sản xuất loạt lớn và khối nhờ dao phay có nhiều lưỡi cắt cùng làm việc, tốc độ cắt cao hơn và dễ mở rộng khả năng công nghệ... Chuyển động chính là chuyển động tạo tốc độ cắt cho dao, chuyển động chạy dao thường do bàn máy thực hiện theo 3 phương: ngang, dọc, đứng. 2. Máy phay: Được phân thành 2 loại theo công dụng: – Máy phay vạn năng: ngang, đứng... – Máy phay chuyên dùng: gia công được 1 số loại chi tiết nhất định, ví dụ máy phay ren vít, phay chép hình.... Thông số chính của máy phay là kích cỡ bàn máy xác định kích thước lớn nhất của phôi gia công được trên máy (TCVN 268-68). 2.1 Các bộ phận chính của máy phay A. Các bộ phận đứng yên – Thân máy – Giá đỡ trục dao – Hộp tốc độ B. Các bộ phận chuyển động và điều chỉnh được – Bàn máy – Hộp chạy dao – Bàn trượt trên 2.2 Máy phay ngang vạn năng 6H81: Máy có trục chính bố trí nằm ngang, bàn máy có thể xoay được quanh trục thẳng đứng. A Đặc tính kỹ thuật: Máy do Liên bang Nga sản xuất, có một số thông số kỹ thuật chính như sau – Bàn máy cỡ số 1 (250 x 1000), mm x mm – Khoảng cách từ đường trục (mặt mút) trục chính tới bàn máy:( 30 ÷340 ) mm. – Công suất truyền dẫn chính N = 5,8KW. 24 – Số cấp tốc độ trục chính:16 (nmin = 65v/ph ÷ nmax = 1800v/ph ). – Số cấp tốc độ chạy dao:16. Lượng chạy dao dọc, sd = (35 ÷ 980)mm/ph; lượng chạy dao ngang sn = (25 ÷ 765)mm/ph; lượng chạy dao đứng sđ = (12 ÷ 380)mm/ph. – Góc xoay lớn nhất của bàn máy: ± 450 . B Sơ đồ động máy (H4.5) – Xích tốc độ – Xích chạy dao – Xích chạy dao nhanh 2.3 Máy phay đứng vạn năng : Tất cả máy phay ngang đều có thể trở thành máy phay đứng bằng cách lắp đầu phay. Đặc điểm của loại máy phay đứng vạn năng: – Trục chính bố trí thẳng đứng. – Trục chính có thể xoay được trong mặt phẳng thẳng đứng. – Chỉ khác máy phay ngang ở vị trí trục chính, còn lại các bộ phận khác hầu như giống nhau. 25 – Trục chính lắp được các loại dao gia công mặt phẳng, mặt đầu, gia công răng bánh răng với dao phay ngón... 3. Điều chỉnh gia công phay với đầu phân độ Đầu phân độ là 1 trang bị phụ đi kèm theo máy phay để mở rộng khả năng công nghệ của máy, chẳng hạn phay các mặt đều nhau trên vòng tròn, gia công bánh răng bằng phương pháp chép hình... 1. Các loại đầu phân độ và công dụng: • Các loại đầu phân độ − Đầu phân độ đơn giản − Đầu phân độ quang học − Đầu phân độ vạn năng: + Có đĩa phân độ + Không có đĩa phân độ • Công dụng : Dùng để chia vòng tròn thành các phần đều nhau, hoặc không đều nhau khi gia công các chi tiết nhiều cạnh, trục hoặc lỗ then hoa, bánh răng thẳng hoặc nghiêng, đường xoắn vít... 3.2. Các phương pháp phân độ Các loại đầu phân độ đều có thể thực hiện theo cách : – Phân độ gián đoạn (khi phân độ đơn giản) – Phân độ gián đoạn và liên tục (khi phân độ vi sai) – Phân độ liên tục ( khi phân độ phay rãnh xoắn ) (1) Đầu phân độ đơn giản: Phân độ nhờ đĩa chia được lắp trực tiếp lên trục chính của đầu phân độ hoặc gián tiếp (qua bộ truyền động ). (2) Đầu phân độ quang học: Loại nầy có độ chính xác cao thường dùng để khắc vạch cho dụng cụ đo, hoặc xử dụng trong các phòng thí nghiệm. (3) Đầu phân độ vạn năng: Trục chính đầu phân độ có thể xoay được trong mặt phẳng thẳng đứng lên phía trên 1 góc 900 hoặc xuống phía dưới 1 góc 100 so với trục nằm ngang. a. Đầu phân độ vạn năng có đĩa chia độ. Có 3 khả năng phân độ: + Phân độ đơn giản (H4.1) : 26 Giả sử cần chia 1 chi tiết làm X phần đều nhau. Khi đó trục chính đầu phân độ cần quay X 1 vòng, và tay quay quay n vòng, với : n = k z1 X 1 ⋅⋅ vòng (4.1) H4.1: Đầu phân độ vạn năng phân độ đơn giản Đặt N = k z : được gọi là số đặc tính của đầu phân độ, thường N = 40, 60, 80 Như vậy, ta có n = X N (4.2) Trịsố n tính ra thường không phải là số nguyên (n ≠ E với E nguyên). Do đó cần chọn 1số nguyên B sao cho X N ⋅ B = E . Hay: n = B E B B X N = ⋅ (4.3) Nếu E > B, ta có thể viết: n = C + B A (4.4) trong đó − C: số vòng quay nguyên của tay quay – B: số lỗ của vòng lỗ lựa chọn trên đĩa chia – A: số lỗ cần quay trong 1 lần phân độ trên vòng lỗ B đã chọn Các đĩa chia đã được tiêu chuẩn hoá và được chế tạo với lỗ đặc ở 2 mặt. Loại thông dụng có : Mặt 1 có các vòng lỗ 24-25-28-30-34-37-38-39-41-42-43; Mặt 2 có các vòng lỗ: 46-47-49-51-53-54-57-58-59-62-66 Ví dụ cần chia 9 phần trên đĩa chia. Đầu phân độ có số đặc tính N = 40. Như vậy số vòng quay tay quay n = 9 40 = 4+ 9 4 vòng. Chọn vòng lỗ B có 54 lỗ, trên đó quay 1 số lỗ 27 A = 24 cho mỗi lần phân độ. Chú ý: Để tránh nhầm lẫn, dùng 1 đồ gá nan quạt gồm các thanh nan quạt I và II có thể điều chỉnh được để xác định số lỗ cần quay trong 1 lần phân độ trên vòng lỗ B ở đĩa chia. + Phân độ vi sai (H4.2): H4.2: Đầu phân độ vạn năng phân độ vi sai Cũng có trường hợp với số vòng quay của tay quay n = C + B A , ta không thể tìm được vòng lỗ cần thiết có sẵn trên đĩa chia để phân độ đơn giản. Khi đó bắt buộc phải dùng cách phân độ vi sai. Theo cách phân độ nầy, đĩa phân độ được nối đến trục chính của đầu qua cơ cấu bánh răng thay thế d c b a ⋅ nên phân độ vi sai chỉ có thể thực hiện với trục chính ở vị trí nằm ngang. Ngoài ra, để phân độ cho chi tiết, không những nhờ chuyển động quay của tay quay mà còn nhờ đĩa chia quay thêm (hoặc bớt) nên đĩa chia không còn cố định vào thân đầu phân độ. Giả sử cần chia chi tiết làm X phần, nhưng số vòng quay tính ra n (4.4) không tìm được số vòng lỗ có sẵn B trên đĩa. Chọn Xx sao cho có thể tìm được vòng lỗ B để phân độ đơn giản với n' = xX N . Do vậy gây sai số trong 1 lần phân độ: ⎟⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −=−=−=∆ xx ' X 1 X 1N X N X Nnnn (4.5) 28 Sai số nầy được bù bởi cơ cấu bánh răng thay thế d c b a ⋅ tính cho X lần phân độ (hay 1 vòng quay đầy đủ của trục chính đầu phân độ). x ...về thiết kế máy 1. Các giai đoạn chính của quá trình thiết kế máy: Toàn bộ quá trình thiết kế máy có thể phân chia thành các giai đoạn sau (H6.1) H6.1: Các giai đoạn thiết kế máy − Đầu tiên, cần xác định rõ công dụng máy thiết kế và các tham số có liên quan đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật bằng cách dựa vào các số liệu ban đầu về yêu cầu đối với các chi tiết gia công được trên máy, như • kích thước, hình dáng, tập hợp các bề mặt gia công, vật liệu và chất lượng bề mặt gia công • tính đa dạng của các chi tiết gia công được trên máy Các yêu cầu về chi tiết gia công là cơ sở lựa chọn phương pháp gia công và dụng cụ cắt cần thiết. Ngoài ra, các số liệu đầy đủ của chúng giúp ta xác định được đặc tính kỹ thuật máy thiết kế, gồm phạm vi tốc độ công tác, tốc độ chuyển động phụ của các cơ cấu chấp hành máy, công suất truyền dẫn, phương pháp điều chỉnh cũng như mức độ cung cấp cho máy các trang bị phụ cần thiết. – Xác định đặc tính kỹ thuật máy thiết kế: Nhiệm vụ kỹ thuật ở giai đoạn nầy 58 là lập luận có cơ sở tính chất hợp lý của việc chế tạo máy mới đồng thời cho các số liệu ban đầu để thiết kế máy. Máy mới phải có các ưu điểm nỗi bật so với các máy hiện có, nói chung phải nâng cao được các chỉ tiêu về chất lượng trong điều kiện đảm bảo hiệu quả kinh tế. Khi xác định đặc tính kỹ thuật cho máy thiết kế, nên tiến hành lập bảng đặc tính kỹ thuật của các máy cùng kiểu. Việc phân tích bảng giúp ta nhận xét, vạch ra được các ưu nhược điểm của chúng một cách dễ dàng. − Đặc tính kỹ thuật máy thiết kế cung cấp các số liệu ban đầu để nghiên cứu, phân tích, lựa chọn sơ đồ nguyên lý toàn máy: sơ đồ động, sơ đồ điện, sơ đồ thủy lực hay khí nén Các giai đoạn thiết kế nêu trên là nội dung của bản kiến nghị kỹ thuật, cũng chính là luận chứng kinh tế-kỹ thuật cho máy thiết kế. Sau khi đã được sự thoả thuận của phía đặt hàng, bản kiến nghị nầy dùng làm cơ sở thực hiện các công việc thiết kế tiếp theo. Bản kiến nghị kỹ thuật cùng với giai đoạn thiết kế cụm máy gọi chung là quá trình thiết kế kỹ thuật. Cuối quá trình nầy, toàn bộ kết cấu máy bao gồm bản vẽ lắp tất cả các cụm kể cả thuyết minh chỉ rõ đặc tính kỹ thuật, các chi tiết tiêu chuẩn, các phân tích tính toán cụm và chi tiết máy đã được hoàn tất, bố cục máy và lắp ráp chung đã được kiểm tra. Quá trình thiết kế chế tạo được tiến hành ngay khi hồ sơ thiết kế kỹ thuật được cấp trên duyệt y và hiệu chỉnh. Công việc chính của quá trình nầy là nghiên cứu thiết kế chế tạo các cụm và các chi tiết chủ yếu, các điều kiện kỹ thuật cần thiết. Đây chính là các văn kiện kỹ thuật để chế tạo, lắp ráp và điều chỉnh máy. Sau quá trình thiết kế chế tạo, thường thực hiện chế tạo 1 hay 2 mẫu thử nhằm kiểm tra, thử nghiệm và đưa vào những hiệu chỉnh thích hợp cho các bản vẽ chế tạo chi tiết, các cụm máy. Mẫu thử nghiệm cần kiểm tra về độ chính xác, độ cứng vững, tính chịu rung..., tiếng ồn, sự toả nhiệt cũng như các tham số đặc trưng cho hệ thống chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật khác. H6.2 giới thiệu các bước thiết kế cụm máy. Khi đã xác định được các đặc tính kỹ thuật chính của máy thiết kế, bước tiếp theo là lựa chọn các phương án khác nhau về kết cấu có kèm theo tính toán, thiết kế sơ bộ để so sánh, phân tích theo điều kiện cụ thể và là cơ sở chọn phương án kết cấu tối ưu. Kiểm tra lại lần cuối phương án đã chọn so với nhiệm vụ thiết kế đặt ra trước khi tiến hành xây dựng bản vẽ lắp ráp cụm máy. H6.3 là 1 ví dụ trình bày các bước thực hiện khi thiết kế cụm trục chính máy mài. 59 H6.2: Các bước thiết kế cụm máy H6.3: Ví dụ thiết kế cụm trục chính máy mài 60 Dựa trên các số liệu ban đầu như độ chính xác và số vòng quay của trục, có thể có nhiều phương án lựa chọn kết cấu ổ trục khác nhau. Tính toán phân tích sơ bộ cho phép loại trừ những phương án không thích hợp và chọn được 1 hay 2 phương án tốt nhất. Quyết định phương án cuối cùng phải căn cứ vào các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật, sau đó lập các văn kiện kỹ thuật và toàn bộ bản vẽ thiết kế. Mẫu thử cũng phải được thử nghiệm gia công các loại chi tiết thông thường, và theo chế độ gia công nâng cao. Một lần nữa, có thể cần hiệu chỉnh các bản vẽ chế tạo do thay đổi điều kiện kỹ thuật, vật liệu hay kết cấu... Chỉ sau khi hoàn tất thử nghiệm, máy thiết kế mới được tiến hành sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên công việc của người thiết kế vẫn chưa kết thúc vì phải theo dõi thường xuyên máy làm việc trong điều kiện sản xuất thực tế, thường xuất hiện những khả năng mới yêu cầu cải tiến kết cấu sau nầy. Rõ ràng là quá trình thiết kế và chế tạo máy mới đòi hỏi nhiều thời gian và công sức. Để đẩy mạnh và ứng dụng nhanh chóng những kiểu máy hoàn thiện hơn, phải có các phương pháp thiết kế tiên tiến. Triển vọng mới hiện nay là khả năng tự động hoá thiết kế nhờ các phương tiện kỹ thuật tính, qua đó có thể cải thiện năng suất lao động cho người thiết kế Những phần việc thiết kế đã được tự động hoá: − Thu thập và xử lý các thông tin ban đầu về số lượng, chủng loại chi tiết gia công, số liệu thống kê về miền sử dụng máy... − Tính toán phân tích thiết kế kỹ thuật, mô phỏng cơ cấu, chế tạo mẫu thử... − Xử lý các văn kiện kỹ thuật. 61 Chương 6: Các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của máy thiết kế Để đánh giá chất lượng 1 máy thiết kế mới, cần có hệ thống chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật 1. Năng suất máy: được xác định bởi khả năng gia công 1 số lượng chi tiết nhất định trong 1 đơn vị thời gian, hay nói một cách khác, năng suất tỉ lệ nghịch với thời gian tiêu tốn cho gia công. Thường phân biệt các loại năng suất sau: 1.1 Năng suất cắt gọt: tính bằng lượng kim loại lấy đi trong 1 đơn vị thời gian đối với 1 hay nhiều chi tiết gia công đồng thời trên máy. Các giá trị (trung bình) cho theo bảng (6.1) giúp ta có thể hình dung về năng suất cắt gọt đối với các phương pháp gia công khác nhau. Dạng gia công N ăn g su ất [c m 3 /p h] C ôn g su ất đơ n vị [K W p h/ cm 3 ] Dạng gia công N ăn g su ất [c m 3 /p h] C ôn g su ất đơ n vị [K W p h/ cm 3 ] Tiện Mài Tia lửa điện 1500 800 15 0,06 0,6 1,0 Điện hoá Siêu âm Laze 15 1 0,01 10 25 4000 Bảng 6.1: Năng suất gia công 1.2 Năng suất tạo hình: tính bằng diện tích bề mặt hay tổng của k bề mặt gia công đồng thời trên máy trong 1 đơn vị thời gian T t n L V Q cg0 k 1 i dci th ××= ∑ (6.1) trong đó: Vdci : tốc độ chuyển động tương đối của dụng cụ cắt dọc theo chiều dài đường sinh của bề mặt thứ i Li : chiều dài hành trình n0 : số lượng chi tiết gia công đồng thời trên 1 vị trí công tác tcg : thời gian cắt gọt T : khoảng thời gian của toàn bộ chu kỳ Cả 2 loại năng suất trên được gọi là năng suất công nghệ, chỉ dùng khi so sánh năng suất giữa các phương pháp gia công bề mặt khác nhau, nhưng không xác định được năng suất thực tế của máy. Năng suất máy phải kể đến chi phí thời gian dành cho các nguyên công phụ bên cạnh thời gian cắt gọt cần thiết cho gia công. 62 1.3 Năng suất từng chiếc: đo bằng đại lượng tỉ lệ nghịch với thời gian tiêu tốn khi gia công 1 chi tiết Tph T phcg Qt1 Q tt 1 T 1Q +=+== (6.2) tph : thời gian dành cho các nguyên công phụ, không trùng với thời gian gia công cg T t 1Q = : Năng suất công nghệ (6.3) Nếu tph = 0 hay quá trình gia công được thực hiện một cách liên tục và tất cả các nguyên công phụ đều trùng với thời gian gia công liên tục, thì năng suất máy chính bằng năng suất công nghệ, Q = QT, cũng đồng nghĩa với 1 chiếc máy lý tưởng tự động cắt gọt liên tục không có hành trình chạy không. Năng suất thực tế của máy khác với các giá trị xác định bởi các biểu thức trên, do nhiều nguyên nhân khác nhau: thời gian dành cho phục vụ bảo quản, những trục trặc ngẫu nhiên khi làm việc, thay thế hoặc hiệu chỉnh các dụng cụ đã mòn...Để tính đến tất cả các khoảng chi phí thời gian nầy, thường dùng hệ số sử dụng kỹ thuật η xác định như sau: η = T t 1 1 ngck+ (6.4) trong đó tngck : tổn thất thời gian ngoài chu kỳ khi gia công 1 chi tiết và không có liên quan đến đặc tính của quá trình công nghệ thực hiện trên máy. Khi đó, năng suất từng chiếc được tính: η+=++= phcgngckphcg tt 1 ttt 1Q (6.5) Những phương pháp cơ bản để nâng cao năng suất: − Tăng năng suất công nghệ − Làm trùng thời gian của các nguyên công khác nhau − Giảm bớt thời gian chạy không − Giảm bớt tất cả các dạng tổn thất ngoài chu kỳ 2. Độ chính xác máy: là khả năng đảm bảo hình dáng hình học, chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước cho các chi tiết gia công được trên máy. Độ chính xác máy có quan hệ trực tiếp đến độ chính xác gia công và các sai số của máy có ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Tất cả các dạng sai số của máy có thể quy về các nhóm 63 chính sau 2.1 Sai số hình học: là sai số vị trí tương quan bố trí các cụm, cơ cấu máy, phụ thuộc vào độ chính xác gia công các chi tiết và lắp ráp máy. Do vị trí tương quan giữa các cụm và chi tiết máy không được bảo đảm chính xác, chẳng hạn các chi tiết dẫn hướng- sóng trượt, bàn trượt... chế tạo không chính xác dẫn đến quỹ đạo chuyển động của cơ cấu máy bị sai lệch, hoặc khe hở của ổ trục chính hay độ ô van của cổ trục gây ra độ đảo hướng kính của đầu mút trục chính làm sai lệch hình dạng chi tiết theo phương ngang... Để đảm bảo sai số hình học nằm trong giới hạn cho phép, người thiết kế quy định các yêu cầu về độ chính xác chế tạo chi tiết máy xuất phát từ dung sai cho phép của chi tiết gia công trên máy có tính đến khả năng sản xuất thực tế. 2.2 Sai số động học: là sai số gây ra do chế tạo không chính xác các bộ truyền như bánh răng, bánh vít-trục vít, vít me-đai ốc trong xích động làm ảnh hưởng đến tốc độ chuyển động của cơ cấu chấp hành, đặc biệt quan trọng trong những trường hợp khi cần có sự phối hợp chuyển động giữa dụng cụ và phôi để tạo hình, ví dụ gia công răng, cắt ren...Sai số chế tạo các khâu cuối của xích động, như các bộ truyền bánh vít-trục vít, bộ truyền vít me-đai ốc có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác động học máy. 2.3 Sai số đàn hồi: là sai số gây ra do biến dạng cơ cấu, cụm máy dưới tác dụng của lực cắt dẫn đến thay đổi vị trí tương quan ban đầu giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công. Như đã biết, lực cắt tổng thay đổi trong quá trình gia công theo giá trị, phương và điểm đặt. Khối lượng các cụm máy khi chuyển động gây ảnh hưởng khác nhau đến các bộ phận chịu tải và làm thay đổi giá trị chuyển vị đàn hồi. Khả năng của máy chống lại sự phát sinh chuyển vị đàn hồi gọi là độ cứng vững, hay độ cứng. Độ cứng J của cụm máy được xác định bằng tỉ số lực P đặt vào cụm theo phương gây biến dạng cụm δ: δ= PJ [N/mm] (6.6) Độ cứng J của máy ảnh hưởng quan trọng đến độ chính xác gia công, do vậy dùng làm tiêu chuẩn chính để chọn lựa vật liệu. Các số liệu về độ cứng thường được lấy theo các tài liệu thực nghiệm, tuy nhiên có thể tính toán phân tích độ cứng qua biến dạng cụm máy xuất phát từ những nguyên nhân sau − Biến dạng bản thân vật thể chi tiết − Biến dạng tiếp xúc 64 − Biến dạng do khe hở của mối ghép − Biến dạng bề mặt − Biến dạng của thành mỏng (tấm, nêm...) 2.4 Sai số do nhiệt độ: là sai số gây ra do sự tăng nhiệt không đồng đều ở các vị trí khác nhau của máy trong quá trình làm việc và làm thay đổi độ chính xác hình học ban đầu. Sự thay đổi của biến dạng nhiệt theo thời gian tuân theo quy luật hàm mũ, có dạng: )e1(ll t0t β−−∆=∆ (6.7) trong đó β : tham số phụ thuộc vào hệ số toả nhiệt, nhiệt dung riêng của cụm máy, vào khối lượng và các kích thước chính 2.5 Sai số động lực học: gây ra do dao động tương đối của dụng cụ cắt so với chi tiết gia công, đặc biệt có ý nghĩa ở các quá trình chuyển tiếp như khởi động, phanh hãm, đảo chiều, tiến dao...Ngoài tác động có hại đến độ chính xác gia công, dao động trong máy còn ảnh hưởng đến tuổi thọ dụng cụ, tuổi thọ cơ cấu và chi tiết máy. Các ảnh hưởng của dao động đến sai số gia công thường được đánh giá qua các đường đặc tính tần số-biên độ và pha-biên độ 2.6 Sai số dụng cụ cắt: loại sai số nầy gây ra do mòn dụng cụ và đây là 1 trong những nguyên nhân chính của sai số gia công. Bên cạnh đó còn do sai số chế tạo của bản thân dụng cụ cắt và sai số gá đặt dụng cụ lên máy. Lượng mòn của dụng cụ theo bề mặt sau thay đổi theo thời gian cũng giống với quy luật đặc trưng ở phần lớn các dạng hao mòn, sau thời kỳ chạy rà, tốc độ mòn có giá trị gần như không đổi. Ảnh hưởng chung của các loại sai số khác nhau trên máy đến độ chính xác vị trí tương quan giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công được khảo sát một cách hợp lý trên cơ sở thiết lập chuỗi kích thước. Cọng tất cả các sai số nầy theo thời gian có thể nhận được sai số tổng khác biệt nhiều so với đặc điểm thay đổi ở từng thành phần. Ví dụ thiết lập chuỗi kích thước phẳng với các khâu song song để phân tích sai số bố trí các cụm máy mài tròn ngoài, ta có thể tìm được sai số trung bình của đường kính chi tiết gia công (H6.4): )RlL(2d δ−δ−δ=δ (6.8) trong đó δL : sai số tổng của trục vít dẫn (trên đoạn l1) và đoạn l2 do biến dạng nhiệt và biến dạng đàn hồi 65 δl : sai số tổng do nhiệt và biến dạng đàn hồi của ụ mài δR : sai số dụng cụ (do mòn và sai số hiệu chỉnh) H6.4: Xác định sai số tổng bằng phương pháp lập chuỗi kích thước Để nâng cao độ chính xác máy, cần tìm cách nâng cao độ cứng vững máy, ví dụ thiết kế các hệ thống chịu được tải lớn, có biến dạng đàn hồi bé, hoặc nâng cao chất lượng bề mặt mối ghép và chất lượng lắp ráp, giảm số lượng mối ghép và chiều dài xích động, nâng cao độ cứng vững cho các khâu yếu, làm giảm bớt các ảnh hưởng có hại của biến dạng nhiệt bằng cách bố trí dòng nhiệt hợp lý trong máy hoặc tạo ra kết cấu hợp lý để cân bằng các sai số do bù trừ lẫn nhau. Ở các máy hiện đại, luôn có các hệ thống điều khiển tự động, hệ thống hiệu chỉnh và tự động bù trừ sai số, các cơ cấu tự động kiểm tra tích cực... 2.7 Độ tin cậy của Máy : xác định bởi tính chất sản xuất liên tục không bị đứt quãng, cho ra những sản phẩm đúng quy cách với một số lượng nhất định trong một kỳ hạn phục vụ xác định. Sự mất mát khả năng làm việc của máy được gọi là sự hỏng hóc. Khi hỏng hóc, hoặc toàn bộ sản phẩm bị ngừng cung cấp, hoặc gây phế phẩm. Xác suất hỏng hóc tính theo kết quả thử nghiệm No khả năng, và loại ra các khả năng hoàn hảo: NoT = No - Nhh ; Nhh biểu thị các khả năng hoàn hảo, ta có: o oT T N N Q = (6.9) Cường độ hỏng hóc là mật độ xác suất phát sinh hỏng hóc trong 1 đơn vị thời gian dt dN N 1)t( oT hh =λ (6.10) Xác suất làm việc không hỏng của máy là 1 hệ phức tạp gồm n thành phần ghép liên 66 tục, được biểu thị dưới dạng: ∏= n 1 iM )t(P)t(P (6.11) trong đó Pi(t) : xác suất làm việc không hỏng của yếu tố thứ i Để nâng cao độ tin cậy, phải tối ưu hoá kỳ hạn phục vụ của cơ cấu và chi tiết máy quan trọng cũng như phải áp dụng nguyên tắc dự trữ khi xử dụng các hệ thống thiết bị phức tạp, chẳng hạn có các cơ cấu dự phòng phát hiện và phòng ngừa những hỏng hóc có thể xảy ra 2.8 Tính vạn năng của máy: được đặc trưng bởi thể loại chi tiết gia công được và phạm vi điều chỉnh. Đây là 1 chỉ tiêu quan trọng đối với máy có công dụng chung, phục vụ trong sản xuất loạt nhỏ Xác định phạm vi điều chỉnh máy thường bằng cách tính chi phí cần thiết khi điều chỉnh từ chi tiết nầy chuyển sang chi tiết khác gia công được trên máy. Phạm vi điều chỉnh cũng có thể xác định bằng quy mô tối ưu của loạt chi tiết. Quy mô tối ưu càng nhỏ thì phạm vi điều chỉnh càng cao và tính vạn năng của máy càng rộng 2.9 Mức độ tự động hoá: xác định theo mức độ gia công chi tiết trên máy một cách tự động không có sự tham gia của người. Đánh giá mức độ tự động hoá dựa trên tỉ số giữa thời gian làm việc tự động và tổng thời gian gia công chi tiết trên máy ∑= n i đit T t a (6.12) trong đó ttđi : thời gian của 1 trong số n nguyên công thực hiện tự động T : tổng thời gian gia công chi tiết Khi đánh giá mức độ tự động hoá, cần chú ý rằng phần thời gian gia công trên máy so với tổng thời gian sản xuất chi tiết thường rất bé. Theo các số liệu thống kê, thời gian trung bình đặt chi tiết trên máy chỉ chiếm khoảng 5% tổng thời gian sản xuất, 95% thời gian còn lại tiêu tốn vào việc chuyển chi tiết từ vị trí nầy sang vị trí khác, cũng như cất giữ giữa các nguyên công. Do vậy, để đánh giá đúng mức độ tự động hoá chế tạo chi tiết, trong công thức (6.12), T là tổng thời gian cần thiết cho sản xuất chi tiết, còn tử số là tổng thời gian của tất cả các nguyên công thực hiện tự động, kể cả kiểm tra 2.10 Hiệu quả kinh tế của máy: là tiêu chuẩn chủ yếu để đánh giá tính hợp lý khi chế tạo máy mới. Hiệu quả kinh tế máy có thể được tính toán theo chi phí quy đổi 67 tổng, là tổng chi phí hiện tại tính cho giá thành sản phẩm và khoảng tiết kiệm hàng năm (hiệu quả vốn đầu tư) Π = C + kHΦ (6.13) trong đó C : giá thành sản phẩm cả năm kH : hệ số hiệu quả vốn đầu tư (0,15 ÷0,2) Φ : Vốn đầu tư Đánh giá hiệu quả kinh tế cả năm bằng hiệu của chi phí quy đổi tổng đối với máy mới (chỉ số 2) và máy được thay thế (chỉ số 1): E = (C1 + kHΦ1)-(C2 + kHΦ2) (6.14) Đạt hiệu quả kinh tế khi C2 + kHΦ2 < C1 + kHΦ1 hay H H21 12 T k 1 CC =<− Φ−Φ (6.15) với TH : thời gian hoàn vốn , là thời gian cần thiết để hạ giá thành sản phẩm từ C1 xuống C2 . Thường đối với sản xuất cơ khí, TH = (3 ÷5) năm ứng với kH = (0,15 ÷0,2). Vốn đầu tư bao gồm giá thành trang thiết bị và đồ gá, cũng như giá thành thiết bị chiếm chỗ và giá thành có liên quan đến các đối tượng sinh hoạt phục vụ − Giá thành trang thiết bị: Ktb = αGtb (6.16) trong đó Gtb : giá bán của trang thiết bị cùng với toàn bộ các cơ cấu phụ kèm theo α : hệ số tính đến chi phí bổ sung cho chuyển vận và lắp đặt − Giá thành diện tích mà thiết bị chiếm chỗ Kdt = Gdt Sγ (6.17) trong đó Gdt : giá thành trung bình 1m2 diện tích nhà xưởng. S : diện tích thiết bị chiếm chỗ. γ = (1,5 ÷5) : hệ số tính toán bổ sung phụ thuộc vào mặt bằng tổng thể. − Giá thành của các vấn đề có liên quan đến việc sử dụng nhà xưởng, thường được tính toán bổ sung cho diện tích mà trang thiết bị chiếm chỗ. Giá thành chế tạo các chi tiết trên máy trong 1 năm tính bằng tổng chi phí: C = ∑ = n 1i iC (6.18) với Ci : chi phí tiền lương công nhân, bảo quản, sữa chữa trang thiết bị, chi phí cho dụng cụ hao mòn, khấu hao đồ gá, chuẩn bị sản xuất, chi phí cho năng lượng điện. Chi 68 phí cho năng lượng điện tỉ lệ với công suất danh nghĩa động cơ : CE = NδHE (6.19) trong đó N : công suất danh nghĩa của động cơ [kW] δ : hệ số có tải của máy. HE : chi phí định mức hằng năm cho 1 kW công suất. Tính toán hiệu quả kinh tế cần được thực hiện ngay ở giai đoạn thiết kế sơ bộ. Chi phí quy đổi nhỏ nhất là tiêu chuẩn khách quan để lựa chọn phương án thiết kế tối ưu. Chỉ tiêu hiệu quả kinh tế trong hệ thống các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật là tổng quát nhất để đánh giá chất lượng máy mới. 69 Chương 7: Lựa chọn đặc tính kỹ thuật máy thiết kế 1. Xác định rõ công dụng của máy thiết kế: Các chi tiết gia công trên máy được đặc trưng bởi các thông số cơ bản như hình dạng, kích thước, vật liệu và độ chính xác gia công. Tập hợp các số liệu ban đầu của chúng, phân tích dựa trên tính chất liên tục gia công và số lượng hành trình chuyển tiếp, dạng và số lượng dụng cụ cắt, chế độ cắt để xây dựng quy trình công nghệ gia công điển hình theo tiêu chuẩn chi phí quy đổi nhỏ nhất là cơ sở để xác định và giới hạn miền sử dụng hợp lý cho máy thiết kế, hay nói một cách khác, tối ưu hóa chức năng và công dụng của máy. 2. Phạm vi tốc độ công tác: Tốc độ chuyển động công tác (tốc độ cắt và lượng chạy dao) của cụm máy, bàn dao hay bàn máy mang chi tiết phụ thuộc vào chế độ cắt yêu cầu khi gia công 1 số lượng lớn chi tiết cụ thể (hoặc chi tiết điển hình) và dụng cụ cắt sử dụng. Tốc độ cắt có khuynh hướng tăng lên theo mức độ cải thiện dụng cụ cắt cũng như việc áp dụng các loại vật liệu dụng cụ mới. Trong điều kiện sản xuất thực tế, người ta phải lập đường cong phân bố xác suất áp dụng tốc độ cắt khác nhau cho toàn bộ phạm vi chức năng và công dụng của máy để lựa chọn các giá trị giới hạn của tốc độ cắt có kể đến tổn thất năng suất máy.. − Để xác định giá trị giới hạn của số vòng quay trục chính máy tiện, cần xác định phạm vi tốc độ cắt và phạm vi kích thước đường kính gia công. Theo các số liệu thống kê, phạm vi kích thước RD = 4D D min max = chiếm hơn 85%, còn RD = 6 chiếm 92% toàn bộ các trường hợp gia công. Khi đó phạm vi số vòng quay trục chính : Rn = Dv min max min max min max RR D D V V n n ⋅== (7.1) − Đối với nhóm máy mài, phạm vi tốc độ công tác cần kể đến khả năng cho phép thay đổi kích thước đá mài theo mức độ sữa đá nhiều lần cũng như sử dụng các loại vật liệu đá mài khác nhau. Phạm vi tốc độ làm việc của máy mài thường nhỏ, có thể dùng các phương pháp điều chỉnh đơn giản nhất. − Đối với các máy có chuyển động tịnh tiến khứ hồi (bào, xọc), phạm vi điều chỉnh số hành trình kép được xác định theo phạm vi tốc độ công tác và chiều dài gia công: nmax = α+= ⋅ 1 1 L V VV L 1 min max maxckmax min ; nmin= α+1 1 L V max min (7.2) trong đó Vmax, Vmin: tốc độ công tác lớn nhất, nhỏ nhất 70 Vckmax: tốc độ chạy không Lmax, Lmin: chiều dài hành trình lớn nhất và nhỏ nhất của bàn máy maxck max V V=α : tỷ số tốc độ công tác và tốc độ chạy không Phạm vi điều chỉnh số hành trình kép: Rn = Lv min max min max RR L L V V ⋅= (7.3) – Các giá trị giới hạn của tốc độ chạy dao cũng được xác định theo cách tương tự khi khảo sát tất cả chi tiết gia công được và quy trình công nghệ điển hình có kể đến tổn thất năng suất. Phạm vi điều chỉnh Rs được tính: Rs= son mino maxo min max min max RR s s n n S S ⋅== (7.4) với so : lượng chạy dao tính theo mm/vòng 3. Đặc điểm của điều chỉnh phân cấp: Trên toàn bộ phạm vi của tốc độ chuyển động công tác (số vòng quay, số hành trình kép, tốc độ chạy dao), truyền dẫn có thể dùng H7.1: Giản đồ số vòng quay trục chính khi điều chỉnh phân cấp phương pháp điều chỉnh phân cấp hoặc vô cấp. Khi điều chỉnh phân cấp trong 1 giới hạn xác định, cần lựa chọn dãy các giá trị điều chỉnh một cách hợp lý. Phổ biến nhất là sử dụng dãy số hình học có các trị số trong dãy tuân theo quy tắc cấp số nhân. Bản chất của việc chứng minh các ưu điểm của dãy hình học được tóm tắt như sau. Nếu khảo sát 2 trị số vòng quay bất kỳ kề nhau, nk và nk+1, thì trên giản đồ H7.1 chúng được biểu diễn dưới dạng 2 đường thẳng nghiêng đi qua gốc tọa độ. Giả sử cần gia công chi tiết có đường kính D0, có thể chọn ở 2 giá trị tốc độ cắt Vk và Vk+1 bởi vì tốc độ trung gian trên máy không có. Khi đó nếu tốc độ cắt cần thiết theo chế độ gia công nằm ở khoảng giữa thì tổn thất tốc độ tuyệt đối được xác định: 71 2 VVv k1k −=∆ + (7.5) Trường hợp xấu nhất với V0 ≈ Vk+1, và thường chọn tốc độ cắt theo Vk để dao đỡ mòn, như vậy ứng với tổn thất tốc độ lớn nhất ∆Vmax = Vk+1 - Vk . Tổn thất tốc độ tương đối có thể viết : 1k k 1k k 1k max n n1 V V1 V V +++ −=−=∆ (7.6) Dãy số hợp lý nhất là dãy có tổn thất tốc độ không đổi, nghĩa là tổn thất năng suất công nghệ không đổi. Muốn vậy cần phải có const n n1 1k k =− + hay ϕ==+ const n n k 1k (7.7) Điều kiện không đổi của tỷ số 2 số vòng quay bất kỳ kề nhau trong dãy dẫn đến dãy hình học có công bội ϕ. Đối với 1 dãy hình học bất kỳ, quan hệ giữa phạm vi điều chỉnh R, công bội của dãy ϕ và số cấp tốc độ z được biểu thị: R 1z 1 z min max n n n n −ϕ=== (7.8) Để đảm bảo phạm vi điều chỉnh cần thiết có thể có những phương án khác nhau trong việc lựa chọn công bội của dãy và số cấp tốc độ. Trong ngành chế tạo máy, tất cả các giá trị công bội của dãy đã được tiêu chuẩn hoá trong giới hạn 1< ϕ ≤ 2. Giới hạn dưới là điều hiển nhiên vì ϕ = 1, điều chỉnh trở thành vô cấp, còn giới hạn trên được thành lập từ điều kiện tổn thất tốc độ tương đối lớn nhất không được vượt quá 50% 5,0 11 V Vmax =ϕ−= ∆ (7.9) Các giá trị tiêu chuẩn ϕ được lựa chọn từ dãy số tối ưu, gấp 10, 1E 10=ϕ trong đó E1: số nguyên, đối với các giá trị tiêu chuẩn E1 = 40, 20, 10, 5, 4. Ngoài ra còn có các giá trị bổ sung 2E 2=ϕ với E2 = 2 và 1. Tất cả các giá trị công bội tiêu chuẩn của dãy hình học được cho trong bảng 7.1. Các giá trị công bội tiêu chuẩn thường gặp: ϕ = 1,26; ϕ = 1,41 và 1,58. Các trị số thấp hơn gây phức tạp cho hệ thống truyền động, khi đó truyền động vô cấp có lợi thế hơn. Các trị số lớn ϕ = 1,78 và 2 dẫn đến việc điều chỉnh quá thô, chỉ dùng cho các máy chuyên 72 môn hóa. Bảng 7.1 ϕ 1,06 1,12 1,26 1,41 1,58 1,78 2 1E 10 4010 2010 1010 3/20 10 5 10 4 10 6/20 10 2E 2 12 2 6 2 3 2 2 2/3 2 5/6 2 2 % V Vmax∆ 5 10 20 30 40 45 50 Lựa chọn số cấp tốc độ từ công thức R 1z−ϕ= cần dựa theo điều kiện: Z= 21 EE 32 ⋅ (7.10) trong đó E1, E2 : số nguyên. Điều kiện (7.10) tương đương với điều chỉnh phân cấp bằng các nhóm truyền bánh răng gồm 2 hoặc 3 bộ truyền ghép liên tục trong hệ thống truyền động. Trên cơ sở các giá trị công bội tiêu chuẩn, các trị số vòng quay cũng đã được tiêu chuẩn (bảng II-2 [3]). Các trị số vòng quay thực tế nhận được trên trục chính phải nằm trong giới hạn sai số cho phép ∆n [%]= ± 10(ϕ -1) (7.11) Dãy hình học đều là tốt nhất khi điều chỉnh phân cấp, nếu xác suất sử dụng 1 số vòng quay bất kỳ là như nhau trên toàn bộ phạm vi. Các số liệu thống kê đã chứng tỏ rằng điều đó phù hợp với các máy cỡ nặng, còn đối với các máy cỡ trung và cỡ nhỏ, dãy hình học không đều có thể có lợi hơn, ví dụ với công bội nhỏ dùng cho phần phạm vi điều chỉnh trung bình, còn công bội lớn dùng ở các biên. 4. Tốc độ chuyển động phụ: Cần chọn sao cho thời gian chuyển động trên đoạn đường chạy không là nhỏ nhất. Tuy nhiên khi tăng tốc độ chuyển động, tổn thất thời gian dành cho việc giảm tốc độ (hay dừng) có thể vượt quá thời gian có lợi nếu tăng tốc độ. Giả sử hệ truyền động của chuyển động phụ có độ cứng vững cao và bỏ qua ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi thì khoảng sai lệch của thời gian chuyển động (có nguồn gốc từ sai số hệ thống điều khiển khi giảm tốc độ hay dừng) có thể được đặc trưng bởi khoảng phân bố thời gian ∆. Lấy ví dụ trong trường hợp giảm tốc độ 1 cấp trước khi dừng (H7.2), thời gian chuyển động của cụm máy ở tốc độ nhanh được tính: T1 = ∆− 1V L (7.12) 73 H7.2: Lựa chọn tốc độ chuyển động phụ khi giảm tốc độ 1 cấp Thời gian dừng của cụm máy để giảm tốc độ sang V2: T2 = ∆ 2 1 V V (7.13) Thời gian tổng cần thiết cho chuyển động phụ: T= T1 + T2 = ∆− 1V L + ∆ 2 1 V V (7.14) Trị số V1 tối ưu tìm được khi 0 VV L dV dT 2 2 11 =∆+−= ⇒ V1tư = ∆ 2Lv ; Tmin = 2 ∆−∆ 2V L (7.15) Lập luận tương tự cho các trường hợp hạ thấp 2 hay nhiều cấp tốc độ trước khi dừng để phân tích và chọn được V1tư cũng như thời gian nhỏ nhất cần thiết cho chuyển động. 5. Công suất truyền dẫn: dùng để tạo ra lực công tác cũng như khắc phục các loại trở lực khác nhau và được biểu thị dưới dạng: Nđ/c = Nci + Nck + Np (7.16) trong đó – Công suất có ích: Nci = 10260 vPz ⋅ ⋅ [kW] (7.17) Pz: thành phần lực cắt theo phương tốc độ cắt [kG]; v: tốc độ cắt [m/ph]. Đối với truyền dẫn chạy dao: Nci = 3 s 1010260 vQ ⋅⋅ ⋅ [kW] (7.18) Q: lực kéo [kG] Q = kPx + F (7.19) k: hệ số kể đến ảnh hưởng của momen lật do vị trí tác dụng không cân của lực cắt thành phần Px gây ra Px: thành phần lực cắt trùng với phương chuyển động của bàn dao [kG] 74 F: lực ma sát trên bộ phận dẫn hướng [kG] vs: tốc độ chạy dao [mm/ph] Thường Nci chiếm khoảng (70÷80)% công suất động cơ nên có thể tính gần đúng Nđ/c = η ciN [kW] (7.20) η: hiệu suất chung của truyền dẫn, có giá trị từ (0.7 ÷0.85) đối với các máy có chuyển động chính quay tròn, và (0.6 ÷0.75) đối với các máy có chuyển động chính tịnh tiến. Đối với các máy vạn năng, cần chú ý xác suất sử dụng công suất có ích ở các trị số vòng quay khác nhau trên toàn bộ phạm vi công tác. Các số liệu thống kê đã chứng tỏ rằng trong điều kiện sản xuất thực tế, phần phạm vi điều chỉnh trung bình và cao thường sử dụng hết công suất, còn ở các tốc độ thấp, công suất chỉ được dùng phần nhỏ. Do vậy kết quả xác định công suất phải phù hợp với sự phân bố công suất có ích trên toàn phạm vi điều chỉnh. – Công suất của hành trình chạy không: Xác định theo công thức kinh nghiệm Nck = km ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +∑ c/t tb c/t 16 tb n d d kn 10 d [kW] (7.21) km: hệ số phụ thuộc vào chất lượng chế tạo chi tiết và điều kiện bôi trơn, có thể lấy km = 3÷6 k1: hệ số tổn thất công suất tính riêng tại trục chính, nếu ổ trục chính là ổ lăn k1 = 1,5; nếu ổ trục chính là ổ trượt k1 = 2. dtb: đường kính trung bình của tất cả ngõng trục các trục truyền dẫn [mm] ∑n: tổng số vòng quay của tất cả các trục không kể trục chính [v/ph] nt/c: số vòng quay của trục chính [v/ph] dt/c: đường kính trục chính [mm] Tăng trị số vòng quay các trục trong xích động làm tăng tổn thất công suất ở hành trình chạy không, do đó đối với các máy cao tốc thường phải rút ngắn xích động, giảm số lượng trục truyền dẫn, giảm ma sát tại các ổ trục bằng các biện pháp bôi trơn, giới hạn lực căng sơ bộ cho ổ... – Công suất cho tổn thất phụ Tính theo công thức: Np = Nđ/c ( )∑ η−k 1 kk 1i [kW] (7.22) 75 ηk: hiệu suất các bộ truyền cùng loại. ik : số các bộ truyền cùng loại. Công suất phụ thường không vượt quá (10÷15)% tổng công suất, khi tính gần đúng có thể bỏ qua. 6. Lực trong truyền dẫn Lực phát sinh trong máy do: – Lực cắt: chủ yếu phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công và các tham số của quá trình cắt: chiều rộng và chiều sâu lớp cắt, diện tích mài mòn bề mặt sau của dao và các yếu tố khác. Tính toán lực cắt thường dựa vào dựa vào các số liệu về tính chất cơ... mãn yêu cầu cao nhất về tính chịu mòn bởi vì trong giai đoạn khởi động và dừng của trục chính xảy ra chế độ ma sát hỗn hợp tức thời. Các miếng đệm trong ổ nhiều chêm thường chế tạo với 2 kim loại: lớp đồng thanh được tráng lên lớp cốt thép bằng phương pháp đúc ly tâm có kèm theo gia nhiệt nhằm đảm bảo cấu trúc đặc và đồng chất. Để tăng khả năng chịu tải cho các miếng chêm và giảm bớt tổn thất ma sát, bề mặt làm việc của các miếng đệm cần đảm bảo độ bóng ∇9 ÷∇10, cổ trục chính ∇11 ÷∇12. Bề mặt tiếp xúc của chỏm cầu và miếng đệm phải được nghiền, chốt phải được tôi. + Tính toán ổ trượt trục chính nhiều chêm: Cần đảm bảo sao cho khi trục chính chuyển động có thể tạo ra lớp ma sát ướt trong ổ trục, để giữa cổ trục và ổ không trực tiếp tiếp xúc nhau ( được ngăn cách bởi lớp dầu bôi trơn ). Khi thoả mãn điều kiện nầy, ổ trượt làm việc lâu dài vì chỉ xảy ra mòn tức thời ở chế độ chuyển tiếp (khởi động, dừng, đảo chiều...) • Chọn các thông số kết cấu ổ: phụ thuộc vào đường kính cổ trục chính tính theo độ cứng vững. Chiều rộng L và chiều dài cung ôm B lấy theo kinh nghiệm như sau [6]: ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ = ≈ 4 D3L 2 DB (9.14) Giá trị khe hở đường kính ∆ trong ổ có thể lấy ∆ = 3D [µm] (9.15) trong đó D: đường kính cổ trục chính [cm] • Khả năng tải: Đối với ổ nhiều chêm, mỗi miếng đệm có thể thay bằng 1 gối tựa phẳng. Khi trục chính quay với số vòng quay n [v/ph], trên mỗi đệm phát sinh lực hợp thành 105 L2 2 2 0 c LDBn10P ∆µ= − (9.16) trong đó 2 2L L B1 25,1c + = ; µ: độ nhớt động lực [cP] Thay giá trị B, L theo công thức (9.14), và giả thiết sử dụng loại dầu khoáng chất thông dụng cho ổ trục chính các loại máy chính xác có độ nhớt động ở 50 0C vào khoảng ν = (4 ÷ 5) cSt, độ nhớt động lực µ = 4 cP, công thức (9.16) trở thành P0 = 0,045 nD2 (9.17) Lực nầy tạo ra trên mỗi đệm và cân bằng lẫn nhau, giữ trục chính ở vị trí trung tâm. Khi có tác dụng của tải trọng, trục chính dịch chuyển 1 đoạn lệch tâm e nào đó. Đối với loại ổ 3 miếng đệm, giữa ngoại lực và giá trị dịch chuyển nầy có mối quan hệ ( ) ( ) ( )ε=⎥⎦ ⎤ ε+−⎢⎣ ⎡ ε−= p0220 fP1 1 5,01 1PP (9.18) trong đó ∆=ε e2 : độ lệch tâm tương đối ( 0 ≤ ε ≤ 1) Nếu lấy giá trị độ lệch tâm tương đối cho phép ε = 0,3 ứng với hmin = 3 ∆ , ta nhận được công thức tính khả năng tải tương ứng 20 nD036,0P8,0P == (9.19) • Độ cứng vững của ổ thủy động nhiều chêm: Không chỉ phụ thuộc vào độ cứng vững lớp dầu bôi trơn mà còn phụ thuộc vào độ cứng các thành phần liên kết. Độ cứng tổng của ổ thủy động nhiều chêm tpdô j 1 j 1 j 1 += (9.20) trong đó jd : độ cứng lớp dầu bôi trơn jtp: độ cứng các thành phần kết cấu ổ Độ cứng của lớp dầu bôi trơn ( ) ( ) ( )ε∆=⎥⎦ ⎤ ε+−⎢⎣ ⎡ ε−∆== p 0 33 0 d f P 4 1 1 5,01 5,0P4 de dP j 1 (9.21) Khi trục chính ở vị trí tâm ổ (ε = 0), giá trị độ cứng nhận được: ∆= 0 d P 6j (9.22) 106 Thay P0 và ∆ ở các công thức (9.17, 9.15), ta có jd = 0,09nD [kG/µm] (9.23) với n: số vòng quay [v/ph]; D: đường kính cổ trục chính [cm] Công thức (9.23) chứng tỏ khi số vòng quay n đủ lớn, độ cứng lớp dầu bôi trơn đạt được rất cao. Trong khi đó, độ cứng của các thành phần kết cấu liên kết có giá trị thấp hơn nhiều, ví dụ theo thực nghiệm, độ cứng của đế tựa hình cầu loại ổ H9.8b không vượt quá (25 ÷ 35)kG/µm [6]. Độ cứng của liên kết chỏm cầu có thể được tính toán gần đúng theo công thức: jc = 12dc [kG/µm] (9.24) trong đó dc : đường kính của chốt cầu [cm], thường dc = (1,5 ÷ 3 )cm. • Tổn thất ma sát trong ổ nhiều chêm: Có thể được xác định trên cơ sở tính toán gần đúng lực ma sát trên mỗi đệm ∆ µ= vBLT (9.25) Tổn thất công suất do ma sát trong ổ được xác định gần đúng theo công thức NT = 7,5 ⋅ 10-10µn2D3z [kW] (9.26) trong đó µ: độ nhớt động lực ; z: số buồng (chêm dầu) trong ổ. Độ tăng nhiệt độ trong ổ khi giả thiết toàn bộ nhiệt tạo ra được lấy đi bởi dầu, tính theo công thức: Qc N860 t Tγ=∆ (9.27) với γ: khối lượng riêng của dầu [kG/l] ; c: tỉ nhiệt dầu [kCalo/kG0C] Q: lưu lượng dầu đi qua ổ [l/giờ] – Ổ trượt thủy tĩnh: So với ổ trượt thủy động hoặc ổ lăn, ổ trượt thủy tĩnh có các đặc điểm: + Dầu có áp suất nhất định được dẫn vào ổ trục và cân bằng với tải trọng tác dụng lên ổ trục, do đó giữa lót ổ và cổ trục luôn có một lớp dầu ngăn cách. + Khả năng tải của ổ phụ thuộc vào áp suất dầu cung cấp + Chất lượng công tác của cụm trục chính không phụ thuộc vào số vòng quay + Dầu cung cấp còn đảm nhiệm cả chức năng làm nguội ổ trục 107 Tuy phải cần 1 hệ thống dầu riêng kèm theo máy làm giá thành máy tăng cao, nhưng với các đặc điểm trên, ổ trượt thủy tĩnh vẫn được ưa chuộng dùng cho các loại máy công cụ có tải trọng lớn làm việc với số vòng quay thấp, một số loại máy mài... (H9.9) H9.9: Hệ thống dầu dùng cho ổ trượt thủy tĩnh 1 2 3 4 5 6 6 7 8 9 10 1112 1: Bơm nạp 2: Lọc thô 3: Lọc tinh 4: Van 1 chiều 5: Lọc tinh 6: Tiết lưu 7: Áp kế 8: Ắc quy dầu 9: Rơ le áp lực 10: Bơm xả 11: Bộ tản nhiệt 12: Van tràn Ngoài ổ trượt thủy tĩnh, loại ổ sử dụng bôi trơn bằng khí cũng được ứng dụng cho những loại trục chính chịu tải trọng nhỏ nhưng làm việc với số vòng quay cao. Loại nầy có ưu điểm là do ma sát của không khí nhỏ nên lượng nhiệt sản ra nhỏ, dẫn nhiệt cũng dễ dàng. Độ chính xác chuyển động quay có thể đạt được đến hàng µm 5. Trình tự thiết kế cụm trục chính: – Xác định chiều dài đoạn trục từ ổ trước trục chính đến đầu mút dựa trên loại máy và phương pháp kẹp chặt dụng cụ lên trục chính – Chọn loại ổ và sơ bộ bố trí khoảng cách giữa các ổ – Xác định đường kính trục chính (đoạn cổ trục, các đoạn nhịp và đoạn cuối về phía đầu mút) – Tính toán ổ trục chính : Khả năng tải, độ cứng vững và nhiệt độ công tác. – Tối ưu hoá khoảng cách giữa các ổ trục. Cơ sở của việc chọn khoảng cách gối trục hợp lý được trình bày như sau Dưới tác dụng của tải trọng P, đầu trước trục chính bị võng 1 đoạn y. Độ võng nầy do cọng tác dụng của bản thân trục và của ổ gây ra y = yổ + ytrục = y1 + y2 + Để có thể tính toán được yổ , giả thiết trục tuyệt đối cứng vững. Khi đó yổ được xác định theo công thức 108 yổ = y1 = b a b a1 BA δ+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +δ (9.28) trong đó δA, δB: biến dạng của ổ trước và ổ sau tương ứng Nếu gọi λ = a b biểu thị tỉ số chiều dài của đoạn dầm, thì phản lực trên ổ trục tính như sau ( ) ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ λ= +λλ= PP 1PP B A (9.29) và biến dạng của các ổ ( ) ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ λ= λ +λ=δ B B A A j PP j 1P (9.30) với jA, jB : độ cứng ổ trước và ổ sau, tương ứng. Khi đó ( ) 2 B 2 2 A 1ô 1 j P1 j Pyy λ+λ +λ== (9.31) + Giả sử ổ tuyệt đối cứng vững, độ võng đầu trục do bản thân trục gây ra được xác định theo các công thức Sức bền vật liệu ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ λ+=+== 1 2 02 3 1 2 2tr J J1 j P EJ3 Pa EJ3 lPayy (9.32) trong đó j0 = 3 2 a EJ3 : độ cứng của đoạn dầm công xôn đầu trước trục chính Độ võng tổng y = yổ + ytr = y1 + y2 = ( ) ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ λ++⎢⎢⎣ ⎡ ⎥⎦ ⎤ λ+λ +λ 1 2 0B 2 A 2 2 J J 1 j P j 1 j 1P = ( ) ⎥⎦ ⎤ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ λ++⎢⎣ ⎡ λ+λ +λ 1 2 0B 2 A 2 2 J J 1 j 1 j 1 j 1P (9.33) với j = y P và c = P y j 1 = , ta suy ra độ biến dạng tổng c = ( ) ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ λ++λ+λ +λ= 1 2 0 2 BA 2 2 J J 1 j 11 j 1 j 1 j 1 (9.34) 109 Ta có 2 2 d cd λ > 0 nên (9.34) có giá trị cực tiểu H9.10: Sơ đồ tính toán khoảng cách gối trục hợp lý Biến dạng tổng phụ thuộc vào λ và có trị số bé nhất khi λd dc = 0. Từ điều kiện nầy tìm được: 0 j 1 j 12 j 12 J J j 1 BAA 3 1 2 0 =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +−λ−λ (9.35) Giải phương trình bậc 3 (9.35) nhận được trị số λ tối ưu phụ thuộc vào độ cứng vững của trục chính và ổ trục chính (H9.10) • Khi trục có độ cứng vững tương đối tốt, có thể tăng khoảng cách b. • Nếu b > btối ưu , cần tăng độ cứng vững cho trục và nếu b < btối ưu cần tăng độ cứng vững cho ổ – Kiểm tra độ cứng vững trục chính để đảm bảo sự làm việc bình thường cho cụm trục chính. H9.11: Kết cấu cụm trục chính máy tiện 110 Chương 10: Hệ thống điều khiển cơ khí và cơ cấu an toàn trên máy công cụ 1. Chức năng và yêu cầu của hệ thống điều khiển máy công cụ – Chức năng: Điều khiển máy và cơ cấu máy thực hiện việc biến đổi tốc độ, đóng mở động cơ, đóng ngắt đường truyền, tháo kẹp phôi, các loại đồ gá, khoá hãm hoặc tháo mở cơ cấu hoặc bộ phận máy, đóng ngắt hệ thống bôi trơn, làm nguội... – Yêu cầu: + An toàn cho máy cũng như cho người sử dụng. + Dễ điều khiển, bảo đảm tác dụng nhanh, chính xác và tin cậy. – Phân loại + Điều khiển bằng tay. Có thể dùng nhiều tay gạt bố trí phân tán hoặc một tay gạt bố trí tập trung. Loại bố trí tập trung thường dùng với cam đĩa, cam thùng và khi chuyển từ số vòng quay nầy sang số vòng quay khác nhất thiết phải qua số vòng quay trung gian (tác dụng tuần tự). Cũng còn sử dụng các loại đĩa lỗ, khi đó việc chuyển đổi tốc độ không phải qua tốc độ trung gian (tác dụng lựa chọn). Bên cạnh tay gạt còn dùng nút ấn, một số máy còn thiết kế các hệ thống điều khiển cho phép chọn trước tốc độ, nghĩa là trong lúc máy đang làm việc ở số vòng quay nào đó, người sử dụng tiến hành chọn số vòng quay tiếp theo và khi kết thúc nguyên công trước chỉ cần đóng máy chuyển đổi số vòng quay mà không cần phải dừng máy. + Điều khiển tự động • Không có liên hệ ngược • Có liên hệ ngược 2. Tính toán thiết kế hệ thống điều khiển cơ khí (bằng tay) Cần tính chọn 3 loại cơ cấu – Cơ cấu chấp hành: là loại cơ cấu cuối của hệ thống điều khiển có liên hệ trực tiếp với các chi tiết được điều khiển như các bánh răng di trượt, ly hợp...., ví dụ các miếng gạt, con lăn, vòng gạt, ngàm gạt...Miếng gạt và con lăn đã được tiêu chuẩn hoá. – Cơ cấu trung gian: cầu nối giữa cơ cấu điều khiển và cơ cấu chấp hành. Gồm các loại cam: cam thùng, cam đĩa, đĩa lỗ..., các loại càng gạt(càng gạt quay, càng gạt trượt...)và 1 số loại khác như bánh răng-thanh răng, trục vít có bước lớn... – Cơ cấu điều khiển: là cơ cấu trực tiếp nhận sự điều khiển từ tay người sử dụng. Thường dùng các loại tay gạt, vô lăng. Việc tính toán ở đây chủ yếu là tính chiều dài cánh tay đòn của tay gạt hoặc bán kính vô lăng, góc quay tay gạt.. 111 Các bước tính toán cụ thể: 1. Xác định hành trình gạt + Với bánh răng 2 bậc (H10.1a): Hành trình gạt: Gạt qua trái L = B + f Gạt qua phải L1 = B1 + f1 B: chiều rộng bánh răng, f: khe hở an toàn giữa 2 bánh răng. Nói chung L≠L1, nhưng cũng có thể L = L1 + Với bánh răng 3 bậc (H10.1b): Tính toán tương tự. H10.1a,b: Xác định hành trình gạt f f B1 B a O 2 × × H10.1a R L c α α1 α2 B B2 B1 B+B2+2f B1+B2+2f H10.1b R L1 L2 + Đối với bánh răng 4 bậc: Thường chia làm 2 khối bánh răng 2 bậc. 2. Tính toán cơ cấu trung gian + Càng gạt có tâm quay O. Có 2 loại • Gạt bánh răng 2 bậc không có vị trí trung gian (H10.1a) • Gạt bánh răng 2 bậc có vị trí trung gian và loại bánh răng 3 bậc có 3 vị trí gạt: Trái, Giữa, Phải (H10.1b) Biết L, L1, L2, ta chọn R và α, α1, α2 tùy thuộc vào không gian bố trí điểm O. Cần chú ý khoảng cách 'a' sao cho tại các vị trí gạt, miếng gạt (hoặc con lăn, ngàm gạt...) không rời khỏi rãnh của bánh răng di trượt. + Các loại cam gạt: Thường dùng cam đĩa, cam thùng. 112 a. Hệ thống điều khiển với cam đĩa H10.2: Hệ thống điều khiển dùng cam x Trục trượt b. Hệ thống điều khiển với cam thùng O L L1 L2 O1 x R1 R2 • Đối với cam đĩa(H10.2): Lượng nâng của cam: x = R1 - R2 Ta có: 1 2 21 L LLx L x L L =⇒= (10.1) Tùy theo không gian của hộp mà bố trí tâm O. Khi biết hành trình L và chọn các cánh tay đòn L1, L2 ta xác định được độ nâng của cam cũng như góc quay cần thiết của cam để đạt độ nâng • Đối với cam thùng: Lượng nâng của cam: x = L. Như vậy lượng nâng của cam đúng bằng hành trình gạt. Dùng cam đĩa cứng vững hơn cam thùng, chiều dày cam mỏng, có thể đặt các rãnh điều khiển ở cả 2 mặt đĩa do đó kết cấu gọn hơn. + Dùng đĩa có lỗ và các cơ cấu khác: Đĩa lỗ cho phép thay đổi tốc độ không cần qua các tốc độ trung gian nên rất thường gặp đối với các máy có hộp chạy dao với chuỗi lượng chạy dao tuân theo cấp số nhân. Loại nầy có độ tin cậy công tác không bằng loại cam đĩa nhưng sử dụng thuận lợi hơn nhiều. Thường khi sử dụng phải nhắp động cơ điện (H10.3). 1' và 2' là các đĩa có lỗ đặt song song. Mặt đĩa có khoan thủng các lỗ trên các vòng tròn đồng tâm. Nguyên lý làm việc: Kéo đĩa rời khỏi chốt 1 và 2, quay đĩa 1 góc cần gạt. Sau đó đẩy đĩa vào, tùy theo trên mặt đĩa có lỗ hoặc không có lỗ sẽ đẩy các chốt 1 hoặc 2 làm quay bánh răng 3. Bánh răng có thể lắp trực tiếp ăn khớp với thanh răng 5 hoặc thông 113 qua bánh răng 4 làm thanh răng 5 tịnh tiến. Trên thanh răng 5 có gắn càng gạt gạt khối bánh răng di trượt H=10.3: Hệ thống điều khiển với đĩa lỗ 1' 2' x 1 2 3 4 5 1 L x =a. 1' 2' x z1 z2 4 5 1 L x ≠ 2 1 z z L x = b. Thông thường chọn 1 L x = , tuy nhiên có những trường hợp chiều dài hành trình điều khiển L khá lớn, người ta dùng bộ bánh răng khuếch đại z1, z2 lắp đồng trục. 3. Lập bảng chu kỳ gạt và vẽ đường khai triển của cam (hoặc bảng tuần tự cho đĩa lỗ). Nội dung thực hiện: + Dựa vào lưới kết cấu để lập ra biểu thức xác định số vòng quay + Dựa vào sơ đồ động để lập bảng điều khiển + Nếu dùng cam điều khiển thì dựa vào bảng điều khiển và lượng nâng của cam để thành lập đường khai triển của cam, nếu dùng đĩa lỗ tiến hành vẽ đĩa lỗ. 4. Thiết kế cam hoặc đĩa lỗ Ví dụ 1: Lập bảng điều khiển dùng cam để điều khiển HTĐ (H10.4a) có số cấp tốc độ z = 6 = 3 x 2 I II (1) (3) Các đường Oa Ob là những đường trung hòa ứng với vị trí bánh răng không ăn khớp. Các trị số x, y, y', z' là lượng nâng hoặc độ cao thấp của cam xác định tùy theo chiều dài cánh tay đòn như phân tích ở trên (H10.4b) 114 H10.4a: Sơ đồ động HTĐ có z = 6 n6=n0i3(Agiữa)i5(Bphải) n5=n0i2(Aphải)i5(Bphải) n4=n0i1(Atrái)i5(Bphải) n3=n0i3(Agiữa)i4(Btrái) n2=n0i2(Aphải)i4(Btrái) n1=n0i1(Atrái)i4(Btrái) A B G P P P T T T P T P G T A B Oa Ob ½ ô ½ ô x y y' z'H10.4b: Bảng điều khiển và đường khai triển cam Ví dụ 2: Lập bảng điều khiển dùng đĩa lỗ cho HCD có số cấp tốc độ chạy dao zs = 18 = 3 x 3 x 2 II I III (3) (1) (9) ∗ Xác định hành trình gạt của 2 khối bánh răng A,B và ly hợp M (khối C) phụ thuộc vào kết cấu cụ thể. – Số tay gạt: 3; số thanh răng đẩy kéo ( chốt 1-2) là 3 x 2 = 6. 115 – Vị trí ăn khớp của các khối bánh răng trong việc thực hiện số cấp tốc độ chạy dao. H10.5: Sơ đồ động và lưới kết cấu Hộp chạy dao ( PATT II(3) I (1) III (9) ) H10.6: Các vị trí ăn khớp 116 Ta có: n1 = nđ/c.io i3 i6 i7.i8.i9... khối A trái khối B giữa khối C trái n2 = nđ/c.io i3 i5 i7.i8.i9... khối A trái khối B phải khối C trái n3 = nđ/c.io i3 i4 i7.i8.i9... khối A trái khối B trái khối C trái n4 = nđ/c.io i2 i6 i7.i8.i9... khối A phải khối B giữa khối C trái n5 = nđ/c.io i2 i5 i7.i8.i9... khối A phải khối B phải khối C trái n6 = nđ/c.io i2 i4 i7.i8.i9... khối A phải khối B trái khối C trái n7 = nđ/c.io i1 i6 i7.i8.i9... khối A giữa khối B giữa khối C trái n8 = nđ/c.io i1 i5 i7.i8.i9... khối A giữa khối B phải khối C trái n9 = nđ/c.io i1 i4 i7.i8.i9... khối A giữa khối B trái khối C trái n10 = nđ/c.io i3 i6 i9... khối A trái khối B giữa khối C phải n11 = nđ/c.io i3 i5 i9... khối A trái khối B phải khối C phải n12 = nđ/c.io i3 i4 i9... khối A trái khối B trái khối C phải n13 = nđ/c.io i2 i6 i9... khối A phải khối B giữa khối C phải n14 = nđ/c.io i2 i5 i9... khối A phải khối B phải khối C phải n15 = nđ/c.io i2 i4 i9... khối A phải khối B trái khối C phải n16 = nđ/c.io i1 i6 i9... khối A giữa khối B giữa khối C phải n17 = nđ/c.io i1 i5 i9... khối A giữa khối B phải khối C phải n18 = nđ/c.io i1 i4 i9... khối A giữa khối B trái khối C phải – Ở ví dụ trên có thể chọn : ∗ Khối A có 3 vị trí làm việc: TRÁI-GIỮA-PHẢI mỗi lần gạt 29 mm, hành trình gạt LA = 58mm 117 ∗ Khối B có 3 vị trí làm việc: TRÁI-GIỮA-PHẢI mỗi lần gạt 29 mm, hành trình gạt LB = 58mm ∗ Khối C (Ly hợp M) có 2 vị trí đóng và mở ly hợp tương ứng với 2 vị trí TRÁI, PHẢI thực hiện đường truyền phản hồi hoặc đường truyền trực tiếp, mỗi lần gạt 29mm. hành trình gạt LC = 29mm. Khối A Khối B Khối C Sin Vị trí Đĩa I Đĩa II Vị trí Đĩa I Đĩa II Vị trí Đĩa I Đĩa II 1 T + 0 + 0 G 0 0 + + T + 0 + 0 2 T + 0 + 0 P 0 + 0 + T + 0 + 0 3 T + 0 + 0 T + 0 + 0 T + 0 + 0 4 P 0 + 0 + G 0 0 + + T + 0 + 0 5 P 0 + 0 + P 0 + 0 + T + 0 + 0 6 P 0 + 0 + T + 0 + 0 T + 0 + 0 7 G 0 0 + + G 0 0 + + T + 0 + 0 8 G 0 0 + + P 0 + 0 + T + 0 + 0 9 G 0 0 + + T + 0 + 0 T + 0 + 0 10 T + 0 + 0 G 0 0 + + P 0 + 0 + 11 T + 0 + 0 P 0 + 0 + P 0 + 0 + 12 T + 0 + 0 T + 0 + 0 P 0 + 0 + 13 P 0 + 0 + G 0 0 + 0 P 0 + 0 + 14 P 0 + 0 + P 0 + 0 + P 0 + 0 + 15 P 0 + 0 + T + 0 + 0 P 0 + 0 + 16 G 0 0 + + G 0 0 + + P 0 + 0 + 17 G 0 0 + + P 0 + 0 + P 0 + 0 + 18 G 0 0 + + T + 0 + 0 P 0 + 0 + 118 – Số hàng lỗ trên đĩa : 3x2 = 6 hàng, hàng trên cho chốt 1, hàng dưới cho chốt 2; ký hiệu +: không có lỗ trên đĩa, ký hiệu 0: có lỗ trên đĩa. – T: vị trí của khối bánh răng hay ly hợp ở bên trái. – P: vị trí của khối bánh răng hay ly hợp ở bên phải. – G: vị trí của khối bánh răng ở giữa. Dùng bảng điều khiển để vẽ ra các hàng lỗ trên đĩa (H10.7a,b). H10.7a: Đĩa 1 H10.7b: Đĩa 2 119 Trên đĩa, vẽ trước các vòng tròn đồng tâm và dựa theo vị trí chốt trong bảng điều khiển để vẽ lỗ, mỗi vị trí cách nhau 1 góc α = z 3600 . Các đường kính của chốt chui qua đĩa thường chọn từ ∅6 ÷ ∅8 [mm]. Đĩa lỗ được thiết kế tốt nếu có thể dùng chung được một số vòng tròn đồng tâm, giảm nhỏ kích thước đường kính đĩa. 3. Các cơ cấu an toàn dùng trong máy công cụ: Có thể chia thành 2 nhóm chính: Nhóm cơ cấu phòng quá tải và nhóm cơ cấu khoá lẫn. A. Nhóm cơ cấu phòng quá tải: Nhóm cơ cấu nầy có nhiệm vụ bảo vệ cho các chi tiết hoặc bộ phận máy tránh bị hư hỏng, gãy vỡ bằng cách tự động ngắt đường truyền khi tải trọng vượt quá giá trị đã được định sẵn. Nguồn năng lượng tách đường truyền có thể từ các hệ thống điện, thủy lực hay cơ khí...và được lựa chọn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tác dụng nhanh, nhạy, cho phép dễ tự động hoá... để bảo vệ cơ cấu máy một cách hiệu quả nhất. Các cơ cấu phòng quá tải cơ khí thường là các khớp nối bằng chốt an toàn, vấu-lò xo, bi-lò xo, cơ cấu trục vít rơi của máy tiện... – Chốt an toàn: Có vai trò như 1 chi tiết của khớp nối giữa 2 trục. Chốt 1 lắp vào trong các bạc 2 và các bạc nầy được ép vào lỗ khớp nối. Do đó khi chốt bị cắt không làm cho lỗ bị hư hỏng. Lựa chọn đường kính chốt dựa trên điều kiện cắt đứt của chốt khi momen truyền lực vượt quá giá trị cho phép (H10.8). + Vật liệu chốt thường làm bằng thép, còn bạc dùng vật liệu thép nhiệt luyện đạt độ cứng HRC 48 ÷ 53. + Giá trị Momen xoắn giới hạn được tính theo công thức Rk 4 dM bk0 2 xgh σπ= (10.2) H10.8: Cơ cấu an toàn dùng chốt 120 trong đó, d: đường kính chốt (thường d = (2 ÷ 8)mm ) R: khoảng cách bố trí chốt . Có thể tham khảo R = 0,75d2 +(15 ÷ 20)mm k0 bk c σ τ= : hệ số tỷ lệ giữa ứng suất cắt cho phép τc và giới hạn bền kéo σbk Đối với chốt trụ k0 = 0,7÷0,8; đối với chốt xẻ rãnh k0 = 0,7 ÷ 0,8. Giá trị hệ số nhỏ lấy khi d = (4 ÷ 8)mm, giá trị lớn lấy khi d = (2 ÷ 3)mm. Mxgh là giá trị momen xoắn làm cho chốt bị cắt, thường lấy cao hơn giá trị momen xoắn truyền lớn nhất khoảng (20 ÷25)%. – Vấu-lò xo: Bạc 1 lắp then với trục và mang toàn bộ các chi tiết. Bánh răng chủ động 2 quay lồng không ở bên phải, còn bên trái là nửa ly hợp 4 lắp then hoa với bạc 1, cả 2 chi tiết đều có vấu ở mặt đầu. Các vấu tiếp xúc nhờ lò xo 5. Lực lò xo điều chỉnh được với đai ốc 6 (H10.9a). H10.9a: Cơ cấu an toàn vấu-lò xo Momen xoắn truyền đến bánh răng 2, qua vấu 3 và truyền cho trục. Khi đó lực chiều trục cân bằng với lực lò xo. Khi quá tải, trạng thái cân bằng lực mất đi, lực chiều trục đẩy vấu sang trái cùng với nửa ly hợp 4. Trục dừng nhưng bánh răng 2 vẫn quay. Vấu sẽ lại vào khớp nếu máy làm việc ở trạng thái bình thường. H10.9b: Hình dạng vấu và profil H10.9b là hình dạng vấu và profil khai triển. Bề mặt tiếp xúc của vấu có thể nghiêng 121 hay phẳng. Vấu nghiêng khó chế tạo nhưng làm việc tin cậy hơn. Góc nghiêng α = (40 ÷ 50)0. Số vấu thường lẻ, hay gặp nhất là 3 và được bố trí đều. Lực lò xo được xác định theo công thức ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −ϕ−α= f d D tgPP tb tb 0lx (10.3) trong đó P0 : lực vòng ; Dtb : đường kính trung bình của vấu nghiêng, còn vấu phẳng Dtb = Dngoài ; dtb : đường kính trung bình của mối ghép then hoa; f: hệ số ma sát ở mối ghép then hoa f = (0,15 ÷0,17) Các thông số chính của cơ cấu an toàn vấu-lò xo có thể tham khảo ở bảng (10.1) Bảng 10.1 Các chi tiết của cơ cấu Ký hiệu Kích thước đề nghị Đường kính trục của mối ghép then trượt d Cho trước Đường kính ngoài của vấu D D ≥ (1,6 ÷2)d Bề rộng vấu b b = (0,12 ÷0,2)D Đường kính trung bình của vấu Dtb Dtb = D-b Chiều cao vấu h h = (0,5 ÷0,8)b Chiều dài bạc di động L L = (0,25 ÷1)D Số vấu z lẻ, chọn . – Bi-lò xo: Cũng tương tự như vấu-lò xo, chỉ khác vấu được thay bằng các bi 3 làm bằng thép tôi, nằm tiếp xúc với bề mặt côn trên các rãnh hình xuyến hay lăng trụ (H10.10a,b). Khi bánh răng chủ động 2 quay, bi được ép vào bề mặt làm việc làm quay bạc 4 và trục. Trong trường hợp quá tải, trục và bạc 1 đứng lại, bánh răng 2 quay đẩy bi vào lỗ bạc. Đai ốc 6 dùng điều chỉnh lực lò xo. H10.10a: Cơ cấu an toàn bi-lò xo Công thức xác định lực lò xo 122 ( )[ ]ms0lx ftgPP −ϕ−α= (10.4) trong đó α: góc tiếp xúc tại điểm tiếp xúc của bi với bề mặt làm việc ϕ: góc ma sát giữa bi và các bề mặt tiếp xúc fms: hệ số ma sát quy đổi giữa bi và thành lỗ H10.10b: Bi và các bề mặt tiếp xúc + Nếu bi nằm tiếp xúc trên bề mặt hình xuyến với R = 0,5dbi , thì bi bi d hd arcsin AB BCarcsin −==α (10.5) trong đó dbi: đường kính bi h: chiều cao phần bi thò ra khỏi lỗ Gọi e: khe hở giữa các mặt đầu của hai nửa cơ cấu, khi đó hành trình dịch chuyển của bi lúc quá tải là h0 = h-e. Các phương trình (10.4) (10.5) cho thấy lực vòng P0 phụ thuộc vào vị trí của bi trên rãnh lõm. Khi quá tải, bi dịch chuyển, góc α tăng, lực vòng giảm đi rất nhiều và đồng thời làm mòn nhanh ly hợp. Các thông số chính của cơ cấu an toàn bi-lò xo có thể tham khảo ở bảng 10.2 Bảng 10.2 Các chi tiết của cơ cấu Ký hiệu Kích thước đề nghị Đường kính trục của mối ghép then trượt d Cho trước Đường kính bi dbi dbi = (0,3 ÷0,5)d Chiều cao phần nhô ra của bi h h = (0,2 ÷0,4) dbi Đường kính lỗ chứa bi d0 d0 = (0,3 ÷0,5) dbi Đường kính vòng bố trí tâm lỗ chứa bi D0 D0 ≥ (1,6 ÷2)d – Đĩa ma sát: Kết cấu tương tự, chỉ khác là cơ cấu xử dụng lò xo xoắn hay đĩa để ép các bề mặt ma sát. Phổ biến nhất là các cơ cấu an toàn đĩa ma sát, làm việc 123 tin cậy. B. Nhóm cơ cấu khoá liên động: Chức năng của chúng nhằm – Ngăn cản việc thực hiện cùng lúc hai hay nhiều đường truyền động trong cùng nhóm truyền – Ngăn cản không cho thực hiện cùng lúc 2 chuyển động riêng lẻ như chuyển động của trục trơn và trục vít me ở bàn dao máy tiện, chuyển động của trục chính và chuyển động của cần khoan ở máy khoan cần... – Bảo đảm thứ tự điều khiển máy như: khi phanh mở ly hợp mới đóng, ngừng chạy dao trục chính mới dừng như ở máy phay... – Bảo đảm thứ tự cũng như bảo đảm quãng thời gian nhất định của chu kỳ gia công Các cơ cấu khoá liên động cơ khí thường nối trực tiếp với các bộ phận tương ứng của cơ cấu điều khiển. Đối với các máy tự động và đường dây tự động, chức năng liên động đặc biệt có ý nghĩa quan trọng để đảm bảo làm việc không có sự cố cho thiết bị, đồ gá, dụng cụ cắt. Các cơ cấu khoá liên động trên các máy nầy cung cấp các tín hiệu cho biết nơi hỏng hóc hoặc dừng hoạt động tạm thời khi có sự cố... 124 Đồ Án Thiết Kế Máy I. Chuẩn bị: Gồm có các vấn đề sau : Tìm hiểu đề tài, tìm tài liệu tham khảo, tham quan thực tế, ôn lại lý thuyết đã học. 1. Tìm hiểu đề tài: Đọc kỹ nội dung đề tài, chú ý các số liệu ban đầu để so sánh với máy đã có trong sản xuất và có thể chọn làm máy chuẩn. Phân tích các yêu cầu thiết kế xác định rõ công việc phải làm, những vấn đề cần thuyết minh, các bản vẽ... 2. Tìm tài liệu tham khảo: Ngoài các tài liệu chính, sinh viên còn phải tự tìm các tài liệu cần thiết khác. Đây cũng là một trong những yêu cầu đặt ra trong nhà trường, giúp cho sinh viên biết cách tìm tài liệu tham khảo, biết cách sử dụng chúng, do vậy phải đến thư viện, nhà máy..., tìm các sách và bản vẽ có liên quan đến đề tài ngoài giáo trình đã học. Sách tham khảo hoặc trích dẫn phải được ghi lại đầy đủ số hiệu sách, tên tác giả, nhà xuất bản... 3. Tham quan thực tế: Nội dung tham quan: xem máy làm việc, vẽ lại sơ đồ động và bản vẽ kết cấu trong thuyết minh máy... tùy theo yêu cầu đề tài. Hỏi người vận hành máy về các vấn đề thường gặp ví dụ tốc độ thường dùng, rung động có xảy ra khi gia công, các khuyết tật của máy, cần cải tiến gì... II. Thiết kế truyền dẫn máy: 1. Phân tích các loại máy tương tự, chọn máy chuẩn cho thiết kế của mình. 2. So sánh phương án không gian của hệ thống truyền dẫn máy 3. So sánh phương án thay đổi thứ tự gạt 4. Tính động học các yếu tố truyền dẫn 5. Kiểm tra lại sai số do kết quả tính toán có thể có III. Tính toán sức bền các chi tiết chính trong máy, bao gồm: 1. Xác định các thông số cần thiết ban đầu 2. Tính toán sức bền các chi tiết chính IV. Thiết kế kết cấu và vẽ, bao gồm: 1. Chọn kết cấu để vẽ các bản vẽ khai triển, bản vẽ cắt... 2. Thiết kế hệ thống điều khiển. 3. Thiết kế hệ thống điện, bôi trơn, làm nguội... Chú ý: Thời gian phân phối cho các bước trên có thể tham khảo sơ bộ như sau: 1. I/ II/ III/ IV/ = 5/ 20/ 20/ 50% và dự trữ 5% 2. Khi thiết kế máy chuyên dùng, phải xuất phát từ sản phẩm gia công, đặt quy 125 trình công nghệ cho hợp lý để xác định các số liệu ban đầu, xác định năng suất...theo yêu cầu thiết kế. Nếu máy thiết kế có nhiều chuyển động, cần phối hợp giữa các chuyển động (ví dụ tạo hình phức tạp...), phải thiết kế sơ đồ kết cấu động học ở bước đầu tiên. 3. Tùy theo điều kiện thực tế, SV có thể hoàn thành xen kẽ các bước trên. V. Nội quy hướng dẫn và bản vẽ: 1. Sinh viên phải gặp giáo viên hướng dẫn đúng kỳ hạn, trình bày những việc đã làm, những thắc mắc..để được hướng dẫn các bước tiếp theo. Qua 2 kỳ hạn, sinh viên không đến thông qua (nếu không có lý do chính đáng), GVHD không chịu trách nhiệm về đồ án đó. 2. Các bước thiết kế đều phải viết rõ ràng, tự nhận xét kết quả thiết kế, giáo viên hướng dẫn có trách nhiệm kiểm tra từng phần, sinh viên phải sữa chữa hoàn chỉnh các sai sót đã được chỉ dẫn. Chú ý thông qua từng phần một để tránh phải làm lại từ đầu. 3. Phải có kết quả tính toán trước mới vẽ, vẽ phải theo đúng khổ quy định và tỉ lệ, nội dung hình vẽ phải chiếm 80% tờ giấy. Khung tên bản vẽ phải được ghi theo quy định, chữ viết đúng tiêu chuẩn vẽ kỹ thuật... 4. Vẽ phác thảo toàn bộ bản vẽ (cả gạch tiết diện cắt). Sau khi thông qua và sửa lại xong, chỉ khi giáo viên hướng dẫn cho phép mới được vẽ chính thức. 5. Viết thuyết minh một mặt, đúng khổ giấy A4. Vẽ hình, viết và đóng bìa cẩn thận. Nội dung thuyết minh viết đúng theo yêu cầu đề tài thiết kế ( khoảng 30 ÷ 40 trang, nếu đánh máy dùng cỡ chữ 13, dãn dòng 1,5lines) Tóm lại, đồ án có tác dụng tổng kết kết quả học tập về mặt lý luận và vận dụng vào thực tế, khai thác tính nhạy bén về mặt thiết kế kỹ thuật của sinh viên. Yêu cầu mỗi người phải độc lập suy nghĩ thực hiện một cách nghiêm túc các bước tiến hành khi tập sự làm nhiệm vụ thiết kế nầy. 126 MỤC LỤC Phần I: Máy công cụ 2 Chương 1 Chuyển động học trong máy công cụ 3 Chương 2 Các cơ cấu truyền động trong máy công cụ 7 Chương 3 Máy tiện 14 Chương 4 Máy phay 23 Chương 5 Máy gia công bánh răng hình trụ 34 Các bài tập thực hành máy công cụ 1 và 2 49 Phần II: Thiết kế máy công cụ 57 Chương 6 Các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của máy thiết kế 61 Chương 7 Lựa chọn đặc tính kỹ thuật máy thiết kế 69 Chương 8 Thiết kế động học truyền dẫn máy công cụ 78 Chương 9 Trục chính-Ổ trục chính 92 Chương 10 Hệ thống điều khiển cơ khí và cơ cấu an toàn trên máy công cụ 110 Đồ Án Thiết Kế Máy 124 Mục lục 126 Tài liệu tham khảo 127 127 Tài liệu tham khảo [1] Hà văn Vui, Nguyễn chí Sáng, Phan đăng Phong : Sổ tay Thiết kế Cơ khí, tập I, II, III, Nhà xuất bản Khoa học-Kỹ thuật, Hà Nội 2004. [2] Nguyễn anh Tuấn, Phạm Đắp : Thiết kế máy công cụ, tập I, II Nhà xuất bản Khoa học-Kỹ thuật, Hà Nội 1984. [3] Nguyễn ngọc Cẩn : Thiết kế Máy cắt kim loại, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP. Hồ chí Minh, 2000. [4] Nguyễn đắc Lộc, Lê văn Tiến, Ninh đức Tốn, Trần xuân Việt: Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy, tập I, II, III, Nhà xuất bản Khoa học-Kỹ thuật, Hà Nội 2003. [5] А.М.Кучер, М.М.Киватицкий, А.А.Покровский: Металлорежущие Станки (Альбом общих видов кинематических схем и узлов) Издателъство « Машиностроение » Ленинград, 1972. [6] В.Э.Пуш : Конструирование Металлорежущих Станков, Издателъство « Машиностроение» Москва, 1976. [7] В.С.Поляков, И.Д.Барбаш, О.А.Ряховский: Справочник по МУФТАМ, « Машиностроение » Ленинград, 1979. [8] Hamilton H. Mabie, Charles F. Reinholtz : Mechanisms and dynamics of machinery, John Wiley & Sons, Inc, 1987.