Giáo trình Đồ gá trên máy công cụ

....................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ GÁ ......................................................................... 2 1.1. Khái niệm chung về các loại đồ gá và trang bị công nghệ ................................... 2 1.2. Định nghĩa và công dụng của đồ gá trên máy cắt kim loại .................................. 3 1.2.1. Định nghĩa đồ gá máy cắt kim loại: ............................................................... 3 1.2.2. Công dụng của đồ gá máy cắt kim loại: ........................................................ 3 1.3. Phân loại đồ gá trên máy công cụ ......................................................................... 3 1.3.1 Phân loại theo nhóm máy ............................................................................... 3 1.3.2 Phân loại theo mức độ chuyên môn hóa ......................................................... 4 1.3.3 Phân loại theo nguồn động lực ....................................................................... 8 1.4. Các thành phần chính của đồ gá ........................................................................... 8 1.5. Yêu cầu đối với đồ gá trên máy cắt kim loại ........................................................ 9 Chương 2: ĐỊNH VỊ VÀ ĐỒ ĐỊNH VỊ ..................................................................... 11 2.1. Quá trình gá đặt chi tiết ...................................................................................... 11 2.1.1. Khái niệm về định vị ................................................................................... 11 2.1.2. Yêu cầu đối với đồ định vị .......................................................................... 12 2.1.3. Nguyên tắc định vị 6 điểm........................................................................... 12 2.2. Sai số gá đặt ........................................................................................................ 16 2.2.1. Sai số chuẩn ................................................................................................. 17 2.2.2. Sai số kẹp chặt ............................................................................................. 25 2.2.3. Sai số đồ gá .................................................................................................. 28 2.3. Các chi tiết định vị của đồ gá ............................................................................. 30 2.4. Các chi tiết định vị mặt phẳng ............................................................................ 31 2.4.1. Các chi tiết định vị chính ............................................................................. 31 2.4.2. Các chi tiết định vị phụ ................................................................................ 36 2.5. Các chi tiết định vị mặt trụ ngoài ....................................................................... 38 2.6. Các chi tiết định vị mặt trụ trong ........................................................................ 38 2.6.1. Chốt gá (chốt trụ) ......................................................................................... 39 2.6.2. Chốt côn định vị .......................................................................................... 40 2.6.3. Trục gá (chốt tâm) ....................................................................................... 40 2.6.4. Tính sai số định vị khi định vị bằng mặt trong ............................................ 42 ii 2.6.5. Mũi tâm ....................................................................................................... 44 2.7. Định vị kết hợp ................................................................................................... 46 Chương 3: KẸP CHẶT VÀ CÁC CƠ CẤU KẸP CHẶT ........................................ 54 3.1. Khái niệm về kẹp chặt ........................................................................................ 54 3.2. Yêu cầu đối với cơ cấu kẹp chặt. ........................................................................ 54 3.3. Phương pháp xác định lực kẹp ........................................................................... 55 3.3.1. Phương và chiều của lực kẹp ....................................................................... 55 3.3.2. Điểm đặt của lực kẹp ................................................................................... 56 3.3.3 Phân loại cơ cấu kẹp chặt ............................................................................. 57 3.3.4. Trình tự tính lực kẹp .................................................................................... 58 3.4. Kẹp chặt bằng chêm ........................................................................................... 63 3.4.1. Tính lực kẹp của chêm ................................................................................ 63 3.4.2. Tính tự hãm khi kẹp bằng chêm .................................................................. 65 3.4.3. Lực cần thiết để tháo chêm ra ...................................................................... 66 3.4.4.Tính chêm có con lăn ................................................................................... 67 3.4.5. Tính chêm có chốt trượt .............................................................................. 68 3.5. Kẹp chặt bằng ren vít .......................................................................................... 70 3.5.1. Khái niệm .................................................................................................... 70 3.5.2. Kết cấu ......................................................................................................... 70 3.5.3. Tính toán lực kẹp của cơ cấu kẹp ren vít ..................................................... 72 3.5.4. Kẹp bằng ren vít - đòn ................................................................................. 76 3.6. Kẹp chặt bằng bánh lệch tâm .............................................................................. 77 3.7. Cơ cấu phóng đại lực kẹp ................................................................................... 80 3.7.1. Cơ cấu phóng đại bằng thanh truyền ........................................................... 81 3.7.2. Cơ cấu phóng đại lực bằng khí nén – dầu thủy lực ..................................... 82 3.8. Các cơ cấu sinh lực ............................................................................................. 84 3.8.1. Cơ cấu sinh lực khí nén ............................................................................... 84 3.8.2. Truyền động bằng dầu ép ............................................................................ 89 3.8.3. Cơ cấu sinh lực nhờ lực hút điện từ ............................................................ 92 3.8.4. Cơ cấu sinh lực nhờ lực ly tâm .................................................................... 95 3.9. Kẹp chặt nhiều chi tiết đồng thời........................................................................ 96 3.10. Các cơ cấu kẹp nhanh bằng tay ........................................................................ 98 Chương 4 : CÁC CƠ CẤU TỰ ĐỊNH TÂM ........................................................... 102 4.1. Khái niệm ......................................................................................................... 102 4.2. Tự định tâm bằng ren vít trái chiều .................................................................. 103 4.3. Tự định tâm bằng khối V .................................................................................. 103 iii 4.4. Tự định tâm bằng đòn bẩy ................................................................................ 105 4.5. Tự định tâm bằng đường cong.......................................................................... 105 4.6. Tự định tâm bằng ống kẹp đàn hồi. .................................................................. 106 4.7. Tự định tâm bằng khe chêm. ............................................................................ 109 4.8. Tự định tâm bằng lò xo đĩa. .............................................................................. 109 4.9. Tự định tâm bằng chêm. ................................................................................... 110 4.10. Tự định tâm bằng chất dẻo. ............................................................................ 111 Chương 5 : CÁC CƠ CẤU KHÁC CỦA ĐỒ GÁ ................................................... 113 5.1. Cơ cấu dẫn hướng ............................................................................................. 113 5.1.1. ạc dẫn hướng ........................................................................................... 113 5.1.2. Phiến dẫn ................................................................................................... 118 5.1.3. Cơ cấu dẫn hướng dao khi chuốt ............................................................... 120 5.2. Cơ cấu so dao ................................................................................................... 121 5.3. Cơ cấu định vị đồ gá ......................................................................................... 122 5.4. Cơ cấu phân độ ................................................................................................. 124 5.5. Cơ cấu chép hình. ............................................................................................. 129 5.6. Thân đồ gá ........................................................................................................ 130 Chương 6: TỰ ĐỘNG HÓA ĐỒ GÁ VÀ ĐỒ GÁ TRÊN MÁY TỰ ĐỘNG ....... 132 6.1. Tự động hóa đồ gá ............................................................................................ 132 6.1.1. Tự động hóa đồ gá bằng khí nén ............................................................... 132 6.1.2. Tự động hóa bằng dầu ép........................................................................... 134 6.1.3. Tự động hóa bằng điện từ .......................................................................... 134 6.1.4. Một số cơ cấu kẹp chặt tự động ................................................................. 136 6.2. Đồ gá trên máy tự động .................................................................................... 137 Chương 7: TRÌNH TỰ THIẾT KẾ ĐỒ GÁ ........................................................... 142 7.1. Yêu cầu ............................................................................................................. 142 7.2. Các bước thực hiện ........................................................................................... 142 PHỤ LỤC 1: ĐỒ GÁ SỬ DỤNG TRÊN MÁY TIỆN ............................................ 146 PHỤ LỤC 2: ĐỒ GÁ SỬ DỤNG TRÊN MÁY PHAY ........................................... 161 PHỤ LỤC 3: ĐỒ GÁ SỬ DỤNG TRÊN MÁY KHOAN – KHOÉT – DOA ....... 173 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 190 1 LỜI NÓI ĐẦU Trong ngành Cơ khí, trang bị công nghệ có vai trò quan trọng và góp phần mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật tốt cho quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí. Xác định, lựa chọn, thiết kế và tính toán trang thiết bị hợp lý là một nội dung chuyên môn trong khâu chuẩn bị công nghệ cho quá trình sản xuất sản phẩm. Giáo trình Đồ gá trên máy công cụ được biên soạn theo nội dung phân phối chương trình do Trường Đại học Phạm Văn Đồng xây dựng. Nội dung được xây dựng theo tinh thần ngắn gọn, dễ hiểu và trên cơ sở kế thừa những nội dung được giảng dạy ở các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Nội dung của giáo trình Đồ gá trên máy công cụ bao gồm 7 chương với thời lượng 30 tiết, sẽ giới thiệu cho sinh viên các kiến thức tổng quát về đồ gá, bao gồm: cấu tạo tổng quát của đồ gá, tác dụng và yêu cầu của đồ gá, cơ sở phân loại và lựa chọn đồ gá trên máy cắt kim loại. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các chi tiết và cơ cấu định vị, các cơ cấu kẹp chặt thông dụng, cơ cấu dẫn hướng, cữ so dao Phương pháp lựa chọn các chi tiết và cơ cấu định vị phù hợp để định vị. Phương pháp tính lực kẹp, cách tính lực kẹp cho từng phương pháp kẹp chặt cụ thể đồng thời lựa chọn cơ cấu kẹp chặt phù hợp. Các kiến thức cơ bản để thiết kế một đồ gá trên máy cắt kim loại. Tuy nhóm tác giả có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm tác giả mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp, xây dựng của bạn đọc và đồng nghiệp để nội dung giáo trình được hoàn thiện hơn. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn. Mọi ý kiến đóng góp xin liên hệ qua email: pdphuoc@pdu.edu.vn ; phamvantrung@pdu.edu.vn; tqdung@pdu.edu.vn . Quảng Ngãi, tháng 12/2018 Nhóm biên soạn 2 Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỒ GÁ 1.1. Khái niệm chung về các loại đồ gá và trang bị công nghệ Trong quá trình sản xuất của ngành cơ khí chế tạo máy, toàn bộ các phụ tùng kèm theo máy gia công để giúp cho máy đó thực hiện có hiệu quả quá trình công nghệ gia công các đối tượng sản xuất, đều được gọi là các trang bị công nghệ. Như vậy trang bị công nghệ nói chung bao gồm các loại đồ gá trên máy cắt, đồ gá lắp ráp, đồ gá kiểm tra, các dụng cụ cắt, các dụng cụ phụ, các cơ cấu cấp phôi, tháo phôi, đồ gá gia công nóng,. Theo kết cấu và công dụng, trang bị công nghệ được phân thành hai loại: trang bị công nghệ vạn năng và trang bị công nghệ chuyên dùng. Đặc điểm của trang bị công nghệ vạn năng là không phụ thuộc vào đối tượng gia công nhất định và được sử dụng chủ yếu vào dạng sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ. Trang bị công nghệ chuyên dùng có kết cấu và tính năng của nó phụ thuộc vào một hoặc một nhóm đối tượng gia công nhất định, nó được dùng chủ yếu trong sản xuất hàng khối và loạt lớn, cá biệt trong sản xuất nhỏ và đơn chiếc yêu cầu có độ chính xác cao hoặc đối với những chi tiết bắt buộc phải dùng đồ gá chuyên dùng mới gia công được. Đối với máy cắt kim loại, người ta thường sử dụng các loại trang bị công nghệ là đồ gá gia công cơ, dụng cụ phụ và dụng cụ cắt. - Đồ gá gia công cơ hay còn gọi là đồ gá chi tiết (hoặc gọi tắt là đồ gá) dùng để định vị và kẹp chặt chi tiết gia công. - ụng cụ phụ (đồ gá dao): là một loại trang bị công nghệ dùng để gá đặt dụng cụ cắt trong quá trình gia công. Tùy theo yêu cầu sử dụng mà kết cấu các loại dụng cụ phụ có thể là vạn năng hoặc chuyên dùng.  Đồ gá chi tiết cùng với dụng cụ phụ và dụng cụ cắt gọi chung là trang bị công nghệ.  Hệ thống công nghệ gồm Máy – Đồ gá – Dao – Chi tiết. 3 Đồ gá gia công cơ chiếm từ 80%÷90% trong tổng số đồ gá nói chung. Trong giáo trình này chủ yếu ta nghiên cứu các đồ gá trên máy cắt kim loại, bên cạnh đó ta nghiên cứu một số đồ gá khác. 1.2. Định nghĩa và công dụng của đồ gá trên máy cắt kim loại 1.2.1. Định nghĩa đồ gá máy cắt kim loại Đồ gá máy cắt kim loại là một loại trang bị công nghệ nhằm xác định vị trí chính xác của chi tiết gia công so với dụng cụ cắt, đồng thời giữ vững vị trí đó trong suốt quá trình gia công. 1.2.2. Công dụng của đồ gá máy cắt kim loại - Đảm bảo độ chính xác vị trí của các bề mặt gia công. Nhờ đồ gá có thể xác định một cách chính xác vị trí tương đối của chi tiết gia công đối với máy và dao cắt một cách nhanh chóng, ổn định và tin cậy. - Nâng cao năng suất và độ chính xác gia công vì vị trí của chi tiết so với máy, dao được xác định bằng các đồ định vị, không phải rà gá mất nhiều thời gian. - Có thể mở rộng khả năng công nghệ của thiết bị: nhờ đồ gá mà một số máy có thể đảm nhận công việc của máy khác chủng loại. Ví dụ, có thể mài trên máy tiện, có thể tiện trên máy phay hoặc phay trên máy tiện. - Đồ gá giúp cho việc thực hiện các nguyên công được dễ dàng hơn, nếu không có đồ gá thì có thể không gia công được. Ví dụ, khoan lỗ nghiêng, khoan trên mặt trụ, đồ gá phân độ để phay bánh răng, - iảm nhẹ sự căng thẳng và cải thiện điều kiện làm việc của công nhân; không cần sử dụng bậc thợ cao. Nhờ những tác dụng trên mà việc sử dụng đồ gá đúng loại, đúng lúc, sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao. 1.3. Phân loại đồ gá trên máy công cụ 1.3.1 Phân loại theo nhóm máy - Đồ gá tiện. - Đồ gá phay. - Đồ gá bào. 4 - Đồ gá mài. - Đồ gá xọc. - Đồ gá chuốt. - Đồ gá khoan. . 1.3.2 Phân loại theo mức độ chuyên môn hóa a) Đồ gá vạn năng: là những đồ gá đã được tiêu chuẩn, có thể gia công được những chi tiết khác nhau mà không cần thiết có những điều chỉnh đặc biệt. Đồ gá vạn năng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất loạt nhỏ - đơn chiếc. Ví dụ: mâm cặp 3 chấu, mâm cặp 4 chấu, êtô, đầu phân độ vạn năng, bàn từ a) b) c) Hình 1.1. a) Mâm cặp bốn chấu; b) Mâm cặp ba chấu; c) Êtô b) Đồ gá chuyên dùng: là loại đồ gá được thiết kế và chế tạo cho một nguyên công gia công nào đó của chi tiết. Vì vậy, khi sản phẩm thay đổi hoặc nội dung nguyên công thay đổi thì đồ gá này không được sử dụng lại được. o đó loại đồ gá này được sử dụng khi sản phẩm và công nghệ tương đối ổn định trong sản xuất loạt lớn, hàng khối. Ví dụ: đồ gá gia công lỗ ắc pittong, đồ gá phay biên dạng cam c) Đồ gá vạn năng lắp ghép (đồ gá tổ hợp): Theo yêu cầu gia công của một nguyên công nào đó, chọn một bộ các chi tiết tiêu chuẩn hoặc bộ phận đã được chuẩn bị trước để tổ hợp thành các đồ gá. Loại đồ gá này sau khi dùng xong có thể tháo ra, lau chùi sạch sẽ và có thể cất vào kho để tiếp tục sử dụng. 5 Sử dụng loại đồ gá này có ưu điểm là giảm chu kỳ thiết kế và chế tạo đồ gá, làm giảm thời gian chuẩn bị sản xuất; đồng thời với một bộ các chi tiết của đồ gá đã được tiêu chuẩn hóa có thể được sử dụng nhiều lần, tiết kiệm vật liệu chế tạo đồ gá; giảm công lao động và giảm giá thành sản phẩm. Nhược điểm: cần đầu tư vốn khá lớn để chế tạo hàng vạn chi tiết tiêu chuẩn với độ chính xác và độ bóng cao, vật liệu các chi tiết này thường là thép hợp kim, thép crôm, thép niken; độ cứng vững kém hơn đồ gá thông dụng; nặng và cồng kềnh hơn so với đồ gá vạn năng. Ứng dụng: loại đồ gá này dùng thích hợp trong dạng sản xuất loạt nhỏ, chủng loại chi tiết nhiều, đặc biệt đối với những sản phẩm mới. 6 Hình 1.2a. Đồ gá vạn năng lắp ghép (khi gá đặt chi tiết dạng trụ) 1-Chi tiết gia công, 2- Cơ cấu định vị, 3- Vít, 4- Tấm đế, 5- Cơ cấu kẹp 7 Hình 1.2b. Đồ gá vạn năng lắp ghép (khi gá đặt chi tiết dạng hộp) 1-Chi tiết gia công, 2- Cơ cấu định vị, 3- Vít, 4- Tấm đế, 5- Cơ cấu kẹp d) Đồ gá vạn năng điều chỉnh Đồ gá này gồm có bộ phận cố định và bộ phận thay đổi. ộ phận cố định là phần cơ sở dùng cho các chi tiết khác nhau. ộ phận thay đổi là những chi tiết của đồ gá được sử dụng tùy theo hình dạng và kích thước của chi tiết gia công. Ví dụ, mâm cặp hoa mai dùng trên máy tiện; các loại êtô khí nén dùng trên máy phay có má êtô thay đổi còn đế êtô là phần cố định, 8 Hình 1.3 Đồ gá vạn năng điều chỉnh 1.3.3 Phân loại theo nguồn động lực - Đồ gá tác động bằng tay. - Đồ gá tác động bằng cơ khí. - Đồ gá tác động bằng khí nén, dầu ép, điện từ, chân không... - Đồ gá phối hợp: phối hợp các nguồn động lực ở trên. Ngoài ra người ta còn phân theo mức độ tự động, gồm các đồ gá tác động bằng tay, bán tự động và tự động; hoặc trong sản xuất dây chuyền tự động có loại đồ gá cố định và đồ gá vệ tinh,. 1.4. Các thành phần chính của đồ gá Chủng loại và kết cấu đồ gá gia công tuy có khác nhau, nhưng nguyên lý làm việc của nó trên cơ bản giống nhau. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, trước hết chúng ta căn cứ vào tính năng giống nhau của các chi tiết và cơ cấu trong đồ gá để phân loại. Các thành phần chủ yếu của đồ gá gia công gồm: - ộ phận định vị: dùng để xác định vị trí tương đối của chi tiết so với máy hoặc dụng cụ cắt. - ộ phận kẹp chặt: dùng để giữ không cho chi tiết bị xê dịch khi gia công. - Các cơ cấu truyền lực từ nơi tác động đến vị trí kẹp chặt - Các cơ cấu dẫn hướng dụng cụ cắt như: phiến dẫn, bạc dẫn, then dẫn, dưỡng so dao - Các cơ cấu quay và phân độ 9 - Thân đồ gá và đế đồ gá để lắp ráp các bộ phận trên tạo thành một bộ đồ gá hoàn chỉnh. - Cơ cấu định vị và kẹp chặt đồ gá vào bàn máy của máy cắt kim loại. Hình 1.4 Các thành phần của đồ gá khoan – khoét – doa 1-Bạc dẫn hướng; 2-Phiến dẫn; 3-Khối V ngắn cố định; 4-Phiến tỳ; 5-Thân đồ gá; 6-Khối V ngắn di động; 7-Cơ cấu kẹp chặt 1.5. Yêu cầu đối với đồ gá trên máy cắt kim loại Đồ gá trên máy cắt kim loại phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Kết cấu phải phù hợp với yêu cầu sử dụng, dạng sản xuất, điều kiện cụ thể của nhà máy về trang thiết bị, trình độ kỹ thuật của người công nhân - Đảm bảo được độ chính xác qui định: nguyên lý làm việc phải đúng, chi tiết định vị và dẫn hướng phải có cấu tạo hợp lý và có độ chính xác cần thiết, chi tiết kẹp chặt phải đủ độ cứng vững, đồ gá phải được định vị và kẹp chặt một cách chính xác trên máy. 1 2 3 4 5 7 6 10 - Sử dụng thuận tiện và an toàn khi làm việc: gá và tháo chi tiết gia công dễ dàng, dễ quét dọn phoi, dễ lắp trên máy, dễ thay thế những chi tiết bị mòn và hư hỏng, CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Đồ gá là gì? Phân biệt đồ gá gia công cơ với dụng cụ phụ? Lấy ví dụ? Câu 2: Trình bày công dụng của đồ gá? Câu 3: Trình bày yêu cầu của đồ gá? Câu 4: Trình bày các thành phần chính của đồ gá? 11 Chương 2: ĐỊNH VỊ VÀ ĐỒ ĐỊNH VỊ 2.1. Quá trình gá đặt chi tiết Khi tiến hành gia công một bề mặt nào đó của chi tiết, trước tiên cần phải thực hiện hai quá trình sau: - Xác định vị trí của chi tiết gia công so với máy hoặc dụng cụ cắt. Đó là quá trình định vị. - iữ chặt chi tiết không cho ngoại lực làm thay đổi vị trí đã định vị (ngoại lực chủ yếu là: lực cắt, lực ly tâm, trọng lực,). Đó là quá trình kẹp chặt. Ví dụ khi tiện chi tiết hình trụ, dùng mâm cặp ba chấu tự định tâm để gá đặt, quá trình này tiến hành như sau: đưa chi tiết vào mâm cặp, vặn cho ba chấu tiếp xúc với chi tiết, điều chỉnh cho tâm chi tiết trùng với tâm máy – đó là quá trình định vị. Sau khi định vị xong ta xiết mâm cặp để giữ chặt chi tiết, không cho chi tiết trượt hoặc xoay khi cắt – đó là quá trình kẹp chặt. Trong quá trình gá đặt, thông thường quá trình định vị diễn ra trước quá trình kẹp chặt. Quá trình gá đặt chi tiết bao gồm quá trình định vị và quá trình kẹp chặt. 2.1.1. Khái niệm về định vị Trong môn học Công Nghệ Chế Tạo Máy ta đã đề cập đến vấn đề định vị. Đối với đồ gá thì định vị lại trở thành vấn đề cụ thể hơn nữa và không thể tách khỏi đồ gá được. Đồ gá là trang bị công nghệ trực tiếp làm nhiệm vụ định vị chi tiết trong quá trình gia công, cho nên vấn đề định vị là một trong những vấn đề chính của đồ gá. Để đảm bảo độ chính xác của chi tiết gia công cần phải xác định chính xác vị trí tương đối giữa chi tiết gia công với dao cắt thông qua đồ gá bắt chặt trên bàn máy và các đồ định vị của đồ gá. Đồ định vị là các chi tiết hoặc cơ cấu của đồ gá mà mặt làm việc tiếp xúc với mặt chuẩn định vị của chi tiết gia công, theo đó vị trí của chi tiết sẽ được xác định chính xác so với máy hoặc dao. Như vậy, định vị là xác định chính xác vị trí tương đối của chi tiết so với dụng cụ cắt trước khi gia công, nhằm mục đích sau khi dao cắt đi lớp kim loại bề mặt sẽ tạo ra một bề mặt mới có vị trí chính xác tương đối so với chuẩn khởi xuất. 12 2.1.2. Yêu cầu đối với đồ định vị Sử dụng hợp lý đồ định vị sẽ mang lại hiệu quả kinh tế thiết thực vì có thể xác định chính xác vị trí của chi tiết một cách nhanh chóng, giảm được thời gian phụ và nâng cao năng suất lao động. Để đảm bảo được chức năng đó, đồ định vị phải thỏa mãn những yêu cầu sau đây: - Đồ định vị cần phải phù hợp với bề mặt dùng làm chuẩn định vị của chi tiết gia công về mặt hình dáng và kích thước - Đồ định vị cần phải đảm bảo độ chính xác lâu dài về kích thước và vị trí tương quan, do đó đồ định vị phải đảm bảo độ bền, có tính chống mài mòn cao, đảm bảo tuổi thọ qua nhiều lần gá đặt. 2.1.3. Nguyên tắc định vị 6 điểm Về phương diện hình học đơn thuần thì bậc tự do theo một phương nào đó của một vật rắn tuyệt đối là khả năng di chuyển của vật rắn theo phương đó mà không bị bất kỳ một cản trở nào. Tuy nhiên trong phạm vi môn học, cần được hiểu rằng nếu vật rắn tuyệt đối có thể dịch chuyển trong một giới hạn nào đó theo một phương, cũng có nghĩa là vật rắn tuyệt đối đó có bậc tự do theo phương đó. Hình 2.1 Nguyên tắc định vị 6 điểm Trong hệ tọa độ Đề các, một vật rắn tuyệt đối có 6 bậc tự do. 6 bậc tự do đó là: 3 bậc tịnh tiến dọc trục Ox , Oy , Oz và 3 bậc quay quanh ba trục Ox, Oy, Oz. Z X Y 1 2 3 4 5 6 3 4 5 6 1 2 I II III ' ' ' ' ' ''' oy oy oz oz ox ox 0 z X y 13 Chẳng hạn khi đặt một khối lập phương trong hệ tọa độ Đề các (hình 2.1), có thể thấy các chuyển động trên được khống chế như sau: - Điểm 1 khống chế bậc tịnh tiến theo Oz - Điểm 2 khống chế bậc quay quanh Ox. - Điểm 3 khống chế bậc quay quanh Oy. - Điểm 4 khống chế bậc tịnh tiến theo Ox - Điểm 5 khống chế bậc quay quanh Oz. - Điểm 6 khống chế bậc tịnh tiến theo Oy Người ta dùng nguyên tắc 6 điểm này để định vị các chi tiết khi gia công. Chú ý: - Trong quá trình định vị chi tiết, không phải lúc nào cũng khống chế cả 6 bậc tự do, mà tùy theo yêu cầu gia công ở từng nguyên công, số bậc tự do có thể được khống chế từ 3 đến 6. Số bậc tự do được khống chế phụ thuộc vào hình dáng và kích thước của bề mặt gia công. - Số bậc tự do khống chế không lớn hơn 6, nếu có 1 bậc tự do nào đó được khống chế quá 1 lần thì gọi là siêu định vị. Siêu định vị sẽ làm cho phôi gia công bị kênh hoặc lệch, không đảm bảo được vị trí chính xác, gây ra sai số gá đặt phôi, ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. o đó, trong quá trình gia công không nên để xảy ra hiện tượng siêu định vị. Ví dụ về các chi tiết định vị: + Một mặt phẳng tương đương 3 điểm (khống chế 3 bậc tự do). + Một khối V dài tương đương 4 điểm (khống chế 4 bậc tự do). + Một khối V ngắn tương đương 2 điểm (khống chế 2 bậc tự do). + Một chốt trụ dài tương đương với 4 điểm (khống chế 4 bậc tự do). + Một chốt trụ ngắn tương đương với 2 điểm (khống chế 2 bậc tự do). + Một chốt trám tương đương 1 điểm (khống chế 1 bậc tự do). Ví dụ 2.1: Yêu cầu gia công chi tiết đảm bảo kích thước , ta cần giải quyết 2 vấn đề sau: 14 + Xác định số bậc tự do cần thiết ảnh hưởng đến kích thước . + Chọn chuẩn định vị và lập sơ đồ định vị. - Xác định số bậc tự do cần khống chế như sau: lập hệ trục tọa độ Oxyz. Ta thấy: - Tịnh tiến theo trục Oz - Quay quanh trục Ox - Quay quanh trục Oy Các bậc tự do Ox , Oy , Oz không ảnh hưởng đến kích thước . Như vậy để đảm bảo kích thước cần định vị 3 bậc tự do. - Chọn chuẩn: theo nguyên tắc chọn chuẩn trong công nghệ chế tạo máy. Ở đây ta chọn mặt đáy làm chuẩn định vị, khống chế 3 bậc tự do theo yêu cầu, kẹp chặt, xác định vị trí dao và vẽ thành sơ đồ như trên, gọi là sơ đồ định vị chi tiết. Ví dụ 2.2: Xác định số bậc tự do cần khống chế và vẽ sơ đồ định vị để gia công rãnh then đảm bảo kích thước , C, và L Hình 2.3 Xác định số bậc tự do cần khống chế như sau: lập hệ trục tọa độ Oxyz. - Đối với kích thước , ta thấy: + Tịnh tiến theo trục Oz + Quay quanh trục Ox Các bậc tự do Ox , Oy , Oz, Oy không ảnh hưởng đến kích thước . - Đối với kích thước : do dao xác định. - Đối với kích C, ta thấy: + Tịnh tiến theo trục Ox + Quay quanh trục Oz Ảnh hưởng đến kích thước Hình 2.2 Ảnh hưởng đến kích thước Ảnh hưởng đến kích thước C 15 Các bậc tự do Oz , Oy , Oy, Ox không ảnh hưởng đến kích thước C. - Đối với kích L, ta thấy: + Tịnh tiến theo trục Oy : ảnh hưởng đến L + Còn lại không ảnh hưởng đến kích thước L. Tổng hợp lại, để đạt các kích thước , C, , L cần khống chế 5 bậc tự do, trừ bậc tự do Oy không cần định vị. Định chuẩn và lập sơ đồ định vị: Nếu chọn mặt trụ của chi tiết làm chuẩn, định vị trên khối V dài sẽ khống chế các bậc tự do Oz , Oz , Ox , Ox, còn bậc tự do Oy chưa được khống chế theo yêu cầu, muốn vậy ta phải dùng thêm chuẩn chắn ở mặt đầu chi tiết. Sơ đồ định vị như sau: Hình 2.4 Ví dụ 2.3: Hình 2.5 Khi tiện trơn một trục dài, người ta dùng chuẩn tinh phụ là hai lỗ tâm, định vị 5 bậc tự do (mũi tâm trước định vị 3 bậc tự do, mũi tâm sau định vị 2 bậc tự do), còn bậc 16 tự do xoay quanh trục Ox không cần khống chế. Đồng thời để tăng độ cứng vững cho chi tiết trong quá trình gia công người ta dùng luy nét, luy nét là vấu tỳ phụ không có tác dụng định vị. Ví dụ 2.4: về siêu định vị: Khi định vị bằng chốt trụ dài, nếu mặt tỳ ở dưới cũng định vị 3 điểm, như vậy chi tiết có 2 điểm định vị của chốt (Quay quanh Ox, quay quanh Oy) trùng với hai điểm định vị của mặt tỳ dưới (cũng quay quanh Ox, quay quanh Oy). Trường hợp như vậy gọi là siêu định vị (hình 2.6). Khi đó có thể xảy ra hai trường hợp: chi tiết có thể bị kênh (hình 2.7a) hay chốt định vị có thể bị cong (hình 2.7b) là do sai số độ không vuông góc của lỗ chi tiết với mặt đầu của chốt định vị với mặt tỳ dưới của chốt không bằng nhau. Hình 2.7. Sai lệch do siêu định vị a) Chi tiết bị kênh; b) Chốt định vị bị cong 2.2. Sai số gá đặt Trong gia công cơ khí, khi thực hiện các nguyên công, vấn đề cơ bản là đảm bảo được kích thước khởi xuất của nguyên công đó. Sai số tổng cộng của kích thước khởi xuất gồm ba thành phần cơ bản sau: (1) Sai số điều chỉnh máy (εđc). (2) Sai số gia công (εgc). (3) Sai số gá đặt chi tiết (εg). Sai số điều chỉnh (εđc) sinh ra bởi sự gá đặt dao cắt sai, điều chỉnh các cữ tỳ không chính xác,. Hình 2.6. Siêu định vị 17 Sai số gia công (εgc) sinh ra trong quá trình gia công gồm: sai số về hình dáng hình học của máy cắt trong trạng thái không có phụ tải, biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ (máy – dao – ...ủa mặt lỗ định vị. d – đường kính danh nghĩa của chốt gá. δ – dung sai kích thước đường kính lỗ δd – dung sai kích thước đường kính chốt gá. ∆ - khe hở nhỏ nhất giữa chốt gá và mặt định vị. - Chốt gá ở vị trí nằm ngang (hình 2.32b), trong trường hợp này bất kỳ chi tiết nào gá trên chốt gá đều có xu hướng rơi xuống phía dưới. Có hai trường hợp xảy ra: Chốt gá có kích thước lớn nhất dmax và lỗ định vị có kích thước nhỏ nhất Dmin, lúc này vị trí tiếp xúc giữa chốt gá và lỗ định vị ở điểm A cao nhất, tâm của lỗ là O1ct. Khi chốt gá có kích thước nhỏ nhất dmin và lỗ định vị có kích thước lớn nhất max, lúc này vị trí tiếp xúc giữa chốt gá và lỗ định vị ở điểm thấp nhất, tâm chi tiết là O2ct. Trong hai trường hợp, tâm lỗ của chi tiết dịch chuyển theo phương zz từ O1ct đến O2ct, hay nói cách khác sai số chuẩn định vị theo phương zz là O1ctO2ct. Ta có: εc(zz) = O1ctO2ct = O2ctOc – O1ctOc    max min min max 2 2 2 D d D d D d         (2.20) Trong khi đó, sai số định vị theo phương xx bằng không, εc(xx) = 0. * Tính sai số định vị khi gá chi tiết trên trục gá côn: 44 Hình 2.33. Sai số khi định vị bằng trục gá côn Mặc dù có sai số chế tạo của mặt lỗ định vị của chi tiết, nhưng với phương pháp này, mặt chuẩn định vị của chi tiết luôn tiếp xúc với chốt côn nên loại trừ được khe hở làm cho sai số chuẩn định vị theo phương hướng kính bằng không. Nhưng do sai số chế tạo dẫn đến trong một loạt chi tiết có kích thước thay đổi từ min đến max thì sẽ có sự dịch chuyển theo chiều trục một đoạn ∆. 2 tan D D k       (2.21) Trong đó: k – độ côn của trục gá; α – góc côn của trục gá. 2.6.5. Mũi tâm Khi gia công các chi tiết trục đặc, trục rỗng hoặc các ống thường dùng các loại mũi tâm như các hình sau: Hình 2.34a là sơ đồ gá đặt chi tiết trên mũi tâm cứng. ình 2.34b là sơ đồ gá đặt trên trục rỗng hoặc bạc trên mũi tâm cắt đầu (mặt định vị là phần vát mép hình côn của lỗ). ình 2.34c là sơ đồ gá đặt trục rỗng hoặc bạc trên mũi tâm vát ba phần cách đều nhau 120 0. Trong trường hợp này phần vát mép hình côn của lỗ được tỳ trên ba khía 1 của mũi tâm. ình 2.34d là sơ đồ gá đặt trục rỗng hoặc bạc trên mũi tâm khía nhám. Nếu có lực Q tác dụng thì chi tiết sẽ quay nhờ moment xoắn. Loại mũi tâm này được dùng để gá đặt chi tiết khi gia công tinh, tuy nhiên nó có nhược điểm là phá hoại phần vát mép hình côn của lỗ. ình 2.34e là sơ đồ gá đặt trục trên mũi tâm đặc biệt. Mũi tâm gồm ba chốt tỳ khía nhám 1 để truyền moment xoắn, vòng đệm tự lựa 2, mũi tâm tùy động 3 và bạc trung gian 4. Hình 2.34g có mũi tâm tùy động 1 và bạc trung gian 2 mục đích để nâng cao độ chính xác gá đặt chitiết theo chiều dài. 45 Vật liệu để chế tạo các mũi tâm là thép CD70A (Y7A), CD80A (Y8A) với nhiệt luyện đạt độ cứng (55 – 60)HRC. Để nâng cao độ chống mòn của các mũi tâm người ta có thể phun phủ một lớp hợp kim cứng. Hình 2.34. Các loại mũi tâm. Hình a. Mũi tâm cứng Hình b. Mũi tâm cắt đầu Hình c. Mũi tâm vát ba phần cách đều nhau 1200 Hình d. Mũi tâm khía nhám Hình e: 1. Ba chốt tỳ khía nhám để truyền moment 2. Vòng đệm tự lựa; 3. Mũi tâm tỳ động Hình g: 1. Mũi tâm tùy động; 2. Bạc trung gian Khi các lỗ tâm của hai lỗ tâm ở hai đầu không trùng nhau (có độ không đồng tâm) thì các mũi tâm không tiếp xúc với các lỗ tâm trên toàn bộ bề mặt làm việc mà chỉ tiếp xúc cục bộ (hình a). Trường hợp này cũng xảy ra khi các góc của mũi tâm và lỗ tâm không bằng nhau. Khi gia công, dưới tác dụng của lực hướng kính chi tiết có thể bị xê dịch theo hai phương ngang và dọc (do biến dạng và mòn của phần tiếp xúc giữa hai mũi tâm và lỗ tâm). Nếu độ không đồng tâm của hai mũi tâm bằng c (hình 2.35a) thì với chiều dài của chi tiết là l, khi tiện hoặc mài, chi tiết sẽ bị côn góc côn α tan c l   (2.22) 46 Hình 2.35. Các sơ đồ gá đặt trên hai mũi chống tâm 1. Chốt tỳ chống xoay Đối với các chi tiết dạng gối đỡ khi chúng được gá trên hai mũi chống tâm vẫn còn một bậc tự do xoay quanh lỗ định vị chưa được hạn chế (hình 2.35b). Trong trường hợp này phải thêm chốt tỳ chống xoay. 2.7. Định vị kết hợp Định vị hai mặt trụ trong phức tạp hơn định vị bằng một mặt trụ trong rất nhiều, vì khoảng cách giữa hai lỗ và hai chốt đều có dung sai. Ta ký hiệu: L : khoảng cách danh nghĩa giữa hai lỗ và giữa hai chốt định vị. 2 l  : sai lệch của khoảng cách tâm hai lỗ. 2 c  : sai lệch của khoảng cách tâm hai chốt. ∆1min : khe hở lắp ghép nhỏ nhất giữa lỗ 1 và chốt 1. ∆2min : khe hở lắp ghép nhỏ nhất giữa lỗ 2 và chốt 2. Khi lắp hai lỗ vào hai chốt sẽ xảy ra hai trường hợp: a) Cố định một chốt và một lỗ, nói cách khác coi như ta chế tạo chính xác lỗ 1 và chốt 1, còn dung sai chúng ta chuyển sang lỗ thứ 2. 47 Hình 2.36 Sai số mặt định vị trong trường hợp này là ∆mdv = δl (2.23) b) Cho ảnh hưởng của dung sai khoảng cách về cả 2 lỗ: Hình 2.37 Sai số mặt định vị trong trường hợp này là ∆mdv = δl/2 (2.24) Nhận xét: theo trường hợp (a) đồ gá sẽ đơn giản hơn nhưng sai số lớn. Trong trường hợp (b) độ chính xác cao hơn, nhưng đồ gá sẽ phức tạp hơn.  Xác định điều kiện để lắp được hai lỗ vào hai chốt: Muốn lắp được 2 lỗ vào 2 chốt chúng ta phải xuất phát từ những điều kiện xấu nhất trong những trường hợp có thể xảy ra. Trường hợp đó là khi khoảng cách 2 lỗ lớn nhất, khoảng cách 2 chốt bé nhất, khe hở lắp ghép giữa chốt và lỗ bé nhất (∆1min và ∆2min). Nghĩa là: Khoảng cách 2 lỗ: L + δl/2 Khoảng cách 2 chốt: L – δc/2 48 Hình 2.38 Điều kiện để lắp được là: AB(L) ≤ A (c) (2.25) 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 l l c cD D d dl cL L          (2.26) 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 l l c cD D d dl c      min1 min 2 2 2 2 2 l c       min1 min 2l c     (2.27) Nếu áp dụng trường hợp a) đưa dung sai về một phía có thể xảy ra trường hợp không lắp được. Hình 2.39 Muốn lắp được cần phải: - Làm nhỏ đường kính của một trong hai chốt, thường làm nhỏ đường kính của chốt 2. - Tăng khe hở ∆1min. 49 - Vát chốt ở phần không lắp được. o đó ta cần xác định đường kính chốt 2. iả sử ta có Ol1 trùng với Oc1, ta xét 2 vị trí: - Khoảng cách tâm 2 chốt là nhỏ nhất và khoảng cách tâm 2 lỗ là lớn nhất. - Khoảng cách tâm 2 chốt là lớn nhất và khoảng cách tâm 2 lỗ là nhỏ nhất. Hình 2.40 Ta thấy điều kiện để lắp được chốt là: dC2 ≤ A (2.28) Ta có: '2 2 2 2 c c c d O A O B  Suy ra: ' 2 2 22 2c c cd O A O B  ' ' 2 2 2 2 2 22 c c c l c cO A O A O B D O O BC     Với: '2 2l lBC O O l  Và: '2 2c cO O c Nên: 2 2c ld D c l    (2.29) Nếu kể đến khe hở ∆1min thì đường kính chốt 2 là: 2 2 1minc ld D c l     (2.30) Đây là kích thước của chốt 2 để có thể lắp 2 lỗ vào 2 chốt.  Tính sai số góc quay: 50 Trong trường hợp xấu nhất, khi giữa các chốt và các lỗ có khe hở lớn nhất, lúc này chi tiết sẽ bị xoay đi một góc α. Ta có: 2tan l AO L   (2.31) 1 22 2 2 2 2 mdv mdv l c c lAO AO O O       Suy ra: 1 2tan 2 mdv mdv L      (2.32) Hình 2.41 Từ hình vẽ và lập luận như trên ta có sai số góc quay là 2α. Từ công thức trên ta thấy, khi độ chính xác lắp ghép giữa lỗ và chốt đã quy định, khoảng cách kích thước giữa hai tâm chốt càng lớn thì sai số góc quay càng nhỏ. Vì vậy, khi định vị bằng một mặt phẳng và hai lỗ, người ta cố gắng chọn khoảng cách giữa hai tâm lỗ là lớn nhất. o sai số góc quay, nếu ta làm nhỏ chốt 2 thì ∆mdv2 sẽ lớn, nghĩa là sai số góc quay sẽ lớn lên. Để khắc phục nhược điểm này người ta thường vát chốt 2 thành hình trám. Vát chốt 2 tạo điều kiện lắp được chốt vào lỗ, không làm tăng sai số góc quay mà vẫn đảm bảo độ bền của chốt. Hình 2.42 51 Chiều rộng b có thể được xác định theo công thức sau: 2 2min . 2 lDb    (2.33) Với ε: khoảng cách bổ sung để có thể lắp chi tiết vào 2 chốt. 1min 2 2 c l      (2.34) Trong thực tế thường dùng 2 loại chốt vát như sau: Hình 2.43. Kết cấu chốt vát Loại a dùng khi đường kính lỗ lớn hơn 50mm, loại b dùng khi đường kính lỗ nhỏ hơn 50mm. Thường lấy = l2 - 4ε. (2.35) CÂU HỎI ÔN TẬP 1) Trình bày định nghĩa quá trình định vị? Yêu cầu đối với cơ cấu định vị? 2) Sai số gá đặt gồm những thành phần nào? Sai số chuẩn gồm những thành phần nào? 3) Tại sao khi chuẩn định vị và chuẩn khởi xuất không trùng nhau lại sinh ra sai số không trùng chuẩn? Lấy ví dụ minh họa. 4) Thế nào là chi tiết định vị chính? Chi tiết định vị phụ? Cho biết sự khác nhau của hai loại trên. 5) Kết cấu và phạm vi sử dụng của các chốt định vị, phiến định vị? 6) Tại sao phải dùng chốt trám? 7) Khối V có những đặc điểm gì khi định vị? 8) Trình bày cấu tạo của trục gá? Vẽ hình minh họa. 52 9) Cần khoan lỗ đạt các kích thước A, , C và trên chi tiết như hình vẽ 2.44 a/ Xác định số bậc tự do cần định vị. b/ Lập sơ đồ định vị và kẹp chặt. Hình 2.44 10) Cần khoan lỗ đạt các kích thước A, và trên chi tiết như hình vẽ 2.45 a/ Xác định số bậc tự do cần định vị. b/ Lập sơ đồ định vị và kẹp chặt. Hình 2.45 11) Cần gia công mặt M đạt kích thước (tại phần hình trụ có đường kính +δ ) như hình 2.46. Chi tiết định vị trên khối V (có góc V là α) tại phần hình trụ có đường kính d +δd , độ lệch tâm hai mặt trụ bằng không. Tính sai số chuẩn kích thước (εc( )): a/ Tính theo phương pháp đồ gá (tính riêng sai số không trùng chuẩn và sai số mặt định vị) b/ Tính theo phương pháp chuỗi kích thước. Hình 2.46 12) Cần gia công mặt M đạt kích thước (tại phần hình trụ có đường kính d+δd) như hình 2.47. Chi tiết định vị trên khối V (có góc V là α) tại phần hình trụ có đường kính D +δ , độ lệch tâm hai mặt trụ bằng không. Tính sai số chuẩn kích thước (εc(H)): a/ Tính theo phương pháp đồ gá (tính riêng sai số không trùng chuẩn và sai số mặt định vị) A B D x y z C A B D x y z z D +δ H M d +δd 53 b/ Tính theo phương pháp chuỗi kích thước. H W D +δ d +δd M Hình 2.47 54 Chương 3: KẸP CHẶT VÀ CÁC CƠ CẤU KẸP CHẶT 3.1. Khái niệm về kẹp chặt Khi thiết kế đồ gá, sau khi đã chọn được phương án định vị tương đối hợp lí, tiếp theo ta chọn phương án kẹp chặt phôi trong đồ gá. Đó là hai vấn đề rất quan trọng và có liên quan mật thiết với nhau. Việc chọn phương án kẹp chặt cũng phải tuân thủ theo những nguyên tắc nhất định, trong nhiều trường hợp giải quyết vấn đề kẹp chặt còn khó hơn cả vấn đề định vị vì kết cấu của đồ gá không cho phép. Định nghĩa về chi tiết, cơ cấu kẹp chặt: Những chi tiết hoặc cơ cấu nào trong đồ gá dùng để tiêu trừ sự xê dịch hoặc rung động của vật gia công do lực cắt hoặc do trọng lượng bản thân của vật gia công gây ra, đều gọi là chi tiết kẹp chặt hoặc cơ cấu kẹp chặt. Khi thiết kế đồ gá, nên tách rời hai cơ cấu định vị và kẹp chặt riêng vì mỗi loại có yêu cầu riêng. Đôi khi một cơ cấu làm cả hai nhiệm vụ, đó là các cơ cấu tự định tâm. Khi thiết kế cơ cấu kẹp chặt cần chú ý đến các vấn đề sau: - Phương và chiều của lực kẹp - Điểm đặt của lực kẹp - Trị số của lực kẹp - Truyền động và tính tự hãm - Kết cấu hợp lý. 3.2. Yêu cầu đối với cơ cấu kẹp chặt Khi thiết kế các cơ cấu kẹp chặt phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Khi kẹp không được phá hỏng vị trí chi tiết đã được định vị chính xác. Ví dụ hình 3.1 là sơ đồ kẹp chặt không hợp lý, khi quay bánh lệch tâm để kẹp chặt chi tiết cũng đồng thời gây ra lực T làm dịch chuyển chi tiết khỏi vị trí đã định vị chính xác. - Trị số lực kẹp vừa đủ để chi tiết không bị xê dịch và rung động dưới tác dụng của lực cắt và các ảnh hưởng trong quá trình gia công, nhưng lực kẹp không nên quá lớn khiến cho cơ cấu kẹp to, thô và làm biến dạng chi tiết gia công. 55 Hình 3.1. Sơ đồ kẹp chặt không hợp lí - Không làm hỏng bề mặt chi tiết gia công do lực kẹp tác dụng vào nó. - Cơ cấu kẹp chặt có thể điều chỉnh được lực kẹp. - Thao tác nhanh, thuận tiện, an toàn, kết cấu gọn, nhưng có đủ độ bền, không bị biến dạng khi chịu lực. - Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và sửa chữa. 3.3. Phương pháp xác định lực kẹp 3.3.1. Phương và chiều của lực kẹp Phương và chiều của lực kẹp có mối quan hệ mật thiết với vị trí của chuẩn định vị chính, chiều của lực cắt và chiều của trọng lượng bản thân vật gia công. Nói chung phương của lực kẹp nên thẳng góc với mặt chuẩn định vị chính, vì như thế ta có diện tích tiếp xúc lớn nhất, giảm được áp lực và do đó ít bị biến dạng nhất. Chiều của lực kẹp thì đi từ ngoài vào mặt định vị. Chiều của lực kẹp không nên ngược chiều với lực cắt và chiều trọng lượng vật gia công, vì như thế lực kẹp sẽ rất lớn, cơ cấu kẹp cồng kềnh, to và thao tác tốn sức, nhất là khi gia công thô và chi tiết gia công lớn. Lực kẹp nên cùng chiều với lực cắt và trọng lượng bản thân vật gia công là tốt nhất, nhưng đôi khi vì kết cấu không cho phép thì có thể chọn chúng vuông góc với nhau. Hình 3.2a – Khoan lỗ trên chi tiết, định vị như hình vẽ. Lực kẹp W thẳng góc với chuẩn định vị chính (mặt đáy) đồng thời cùng chiều với lực cắt P0 và trọng lượng . Lực kẹp W sẽ không cần lớn lắm, đây là lực kẹp có phương và chiều tốt nhất. Hình 3.2b - Lực kẹp W thẳng góc với chuẩn định vị chính và vuông góc với lực cắt Pc, cùng chiều với trọng lượng . Phương và chiều lực kẹp ở đây tương đối tốt. 56 Hình 3.2c – Lực kẹp W cùng chiều với lực cắt P, rất tốt. Hình 3.2d – Lực kẹp W ngược chiều với lực cắt P, không tốt. Hình 3.2 Một số sơ đồ biểu diễn phương và chiều lực kẹp 3.3.2. Điểm đặt của lực kẹp Điểm đặt của lực kẹp cần thỏa mãn hai điều kiện: 1) Khi kẹp vật gia công ít bị biến dạng nhất. Muốn vậy điểm đặt phải tác dụng vào chỗ có độ cứng vững lớn. 2) Khi kẹp không gây ra moment quay đối với vật gia công. Muốn vậy điểm đặt lực kẹp nằm ngay trên đồ định vị hoặc nằm trong đa giác chân đế tạo nên bởi các đồ định vị tiếp xúc với mặt chuẩn. Hình 3.3a – Điểm đặt lực kẹp nằm ngoài diện tích định vị. Khi kẹp sẽ gây biến dạng chi tiết, nên sơ đồ này không tốt. Hình 3.3b điểm đặt lực kẹp nằm ngay trên diện tích định vị sẽ không gây biến dạng. 57 Hình 3.3c điểm đặt lực chưa hợp lý làm vật gia công bị biến dạng, sau khi gia công do biến dạng đàn hồi, mặt gia công sẽ lõm xuống như hình dưới. Hình 3.3d điểm đặt lực kẹp như vậy sẽ gây ra moment quay, làm vật gia công bị lật, không tốt. Ở đây điểm đặt lực phải đặt thấp như hình 3.3e mới đúng. Hình 3.3 Một số sơ đồ biểu diễn điểm đặt của lực kẹp 3.3.3 Phân loại cơ cấu kẹp chặt Có thể phân cơ cấu kẹp thành các loại sau: a) Phân loại theo kết cấu: - Loại cơ cấu kẹp có kết cấu đơn giản: là cơ cấu kẹp có một hoặc một vài chi tiết làm nhiệm vụ kẹp chặt. Loại này chủ yếu dùng trong sản xuất đơn chiếc, lực kẹp nhỏ. 58 - Loại có kết cấu phối hợp (hình 3.9): do hai hay nhiều chi tiết hợp thành: ren vít + đòn; bánh lệch tâm + chêm; b) Phân loại theo nguồn tạo lực - Tạo lực bằng tay: thường tạo lực kẹp bé (khi tính toán lực kẹp Q ≤ 8 k ), thao tác thường chậm và nặng nề. - Tạo lực bằng cơ khí: có thể sử dụng các nguồn lực khí nén, dầu ép (thủy lực), chân không, kẹp bằng điện từ, Khi kẹp bằng cơ khí thì có thể tự động hóa quá trình kẹp, tăng năng suất và giảm cường độ lao động cho người công nhân. c) Phân loại theo phương pháp kẹp: kẹp một chi tiết hoặc kẹp nhiều chi tiết đồng thời. 3.3.4. Trình tự tính lực kẹp ản chất của tính lực kẹp là giải một bài toán về cân bằng lực của vật rắn dưới tác dụng của lực và moment tác dụng lên nó. Thông thường ta tính toán ở trạng thái tĩnh, một vài trường hợp ta tính toán ở trạng thái động. Nội dung của việc tính toán lực kẹp gồm: 1. Lập sơ đồ gá đặt chi tiết gia công (sơ đồ định vị và kẹp chặt) 2. Từ sơ đồ gá đặt đã chọn, xác định giá trị, phương chiều và điểm đặt của các ngoại lực tác động lên chi tiết. 3. Lập phương trình cân bằng của chi tiết dưới tác động của các lực và moment. 4. Từ phương trình cân bằng, xác định lực kẹp cần thiết (lực kẹp lý thuyết Wlt). 5. Xác định hệ số an toàn khi kẹp chặt; 6. Xác định lực kẹp thực tế (Wtt) có tính tới hệ số an toàn. W = Wtt = k.Wlt. (3.1) Với k là hệ số an toàn. ệ số an toàn k thể hiện ảnh hưởng của một số yếu tố trong quá trình kẹp như ảnh hưởng do mòn dao cụ, ảnh hưởng của chất lượng bề mặt, ảnh hưởng của độ không ổn định của phương pháp kẹp, ảnh hưởng khi có moment quay hoặc lực quán tính đối với chi tiết. ệ số an toàn k có thể tính: 59 k = k0.k1.k2.k3.k4.k5.k6 (3.2) Trong đó: k0- hệ số an toàn cơ bản 1,52; thường lấy k0 = 1,5 k1- hệ số tính đến lượng dư không đều (gia công thô k1 =1,2; gia công tinh k1=1) k2 – hệ số ảnh hưởng bởi độ mòn dao làm tăng lực cắt, k2 =11,9 k3 – hệ số ảnh hưởng bởi sự cắt không liên tục (k3 = 1,3) k4 – hệ số kể đến điều kiện kẹp chặt không ổn định. + Kẹp chặt bằng tay k4 = 1,3 + Kẹp chặt bằng khí nén hay thủy lực k4 = 1,0 k5 – hệ số kể đến vị trí thuận tiện của tay quay khi kẹp chặt + Kẹp bằng tay, góc quay < 900, k5 = 1 + Kẹp bằng tay, góc quay > 900, k5 = 1,2 k6 – hệ số kể đến chi tiết quay + Chi tiết đứng yên khi gia công, k6 = 1 + Chi tiết quay khi gia công, k6 = 1,3 ÷ 1,5 Ví dụ 3.1: Hình 3.4 Sơ đồ tính lực kẹp khi tiện Cho sơ đồ định vị và kẹp chặt trong quá trình tiện trụ ngắn như hình vẽ. Chi tiết được gá trên mâm cặp ba chấu tự định tâm. iết thành phần lực chiều trục Px, lực tiếp tuyến Pz; giả thiết cho R ≈ Rc; hệ số ma sát là f; hệ số an toàn là k. Tính lực kẹp cần thiết W trên mỗi chấu kẹp để chi tiết không bị xê dịch khi tiện. Bài giải: 60 a) ưới tác dụng của lực Px chi tiết sẽ có xu hướng trượt theo phương dọc trục. Điều kiện để chi tiết không bị trượt theo phương dọc trục: 3.Wlt.f ≥ Px Hay: f P W xlt .3  Suy ra lực kẹp cần thiết trên mỗi chấu kẹp để chi tiết không bị trượt theo phương dọc trục: 1 . 3. xk PW f  (1) b) ưới tác dụng của lực Pz chi tiết sẽ có xu hướng quay quanh trục tâm chi tiết. Điều kiện để chi tiết không bị quay quanh tâm: Mms ≥ Mcắt  RPfRW zclt ....3  Nên suy ra: . 3. . 3. z z lt c P R P W f R f   Suy ra lực kẹp cần thiết trên mỗi chấu kẹp để chi tiết không bị quay quanh tâm: 2 . 3. zk PW f  (2) So sánh hai kết quả (1) và (2) chọn giá trị lực kẹp lớn hơn để kẹp. Ở sơ đồ này do lực Pz > Px nên ta chọn giá trị lực kẹp W2 để kẹp chi tiết vì giá trị W2 lớn hơn W1 nên chi tiết sẽ không bị xoay và không bị trượt theo phương dọc trục. Ví dụ 3.2: Cho sơ đồ kẹp chặt như hình 3.5. Chi tiết có trọng lượng . iết lực cắt tác dụng lên chi tiết là Pc , hệ số an toàn k, hệ số ma sát giữa cơ cấu kẹp và chi tiết là f1, hệ số ma sát giữa chi tiết và mặt định vị là f2.. Xác định lực kẹp cần thiết (Wct) để chi tiết không bị dịch chuyển khi gia công. 61 Hình 3.5 Sơ đồ tính lực kẹp khi bào Bài giải: Sơ đồ phân tích các lực tác dụng như sau: Hình 3.6 Phân tích các lực ưới tác dụng của lực Pc chi tiết sẽ có xu hướng bị dịch chuyển về phía trái. Lực kẹp W có nhiệm vụ giữ chi tiết đứng yên trong quá trình gia công. Nghĩa là lực kẹp W cùng với trọng lực phải làm phát sinh lực ma sát thắng lực cắt Pc. Nghĩa là 1 2ms ms cF F P  Hay: 1 2. ( ).lt lt cW f W G f P   Suy ra: 2 1 2 .c lt P G f W f f    Suy ra lực kẹp cần thiết để chi tiết không bị dịch chuyển sang trái: 2 1 2 . . . clt P G f W k W k f f     Trong đó: f1 – hệ số ma sát giữa mỏ kẹp và chi tiết, f1 = 0,1  0,15 f2 – hệ số ma sát giữa mặt chuẩn của chi tiết và đồ định vị + Mặt thô, f = 0,2  0,3 + Mặt tinh, f = 0,1  0,15; Ví dụ 3.3: Xác định lực kẹp cần thiết trong các sơ đồ sau: 62 Hình 3.7. Sơ đồ kẹp chặt khi chuẩn là mặt phẳng - Xác định lực kẹp khi W cùng chiều với P (lực cắt) và vuông góc với mặt chuẩn chính. Do không có lực trượt nên W = 0, nghĩa là không cần đến lực kẹp chặt. Ví dụ khi chuốt ép lỗ (chuốt đứng, thực sự không cần đến cơ cấu kẹp chặt). Ví dụ 3.4: Tính lực kẹp khi khoan Hình 3.8. Sơ đồ tính lực kẹp khi khoan Cho sơ đồ gá đặt chi tiết khi khoan như hình vẽ. Chi tiết được định vị bởi khối V và một chốt tỳ. Moment cắt Mc do lực cắt gây ra có khuynh hướng làm xoay chi tiết xung quanh trục của nó. Nếu bỏ qua ma sát ở mặt đầu với chốt tỳ phía dưới thì điều kiện để chi tiết không bị xoay quanh tâm: Mms ≥ Mc 63 1. . . . .sin 2 lt lt cW f R W f R M        1. . .sin 2 c lt M W f R f R          Suy ra: 1 . . . .sin 2 ck MW f R f R          Ở đây: k – hệ số an toàn; Mc – moment cắt; W – lực kẹp; f – hệ số ma sát giữa chi tiết gia công và khối V; f1 – hệ số ma sát giữa chi tiết gia công và mỏ kẹp; α – góc khối V. 3.4. Kẹp chặt bằng chêm Chêm là chi tiết có 2 mặt phẳng làm việc không song song với nhau. Khi đóng chêm vào, mặt làm việc của nó sẽ tạo ra lực kẹp. Trong quá trình cắt gọt, dưới tác dụng của ngoại lực và nhờ lực ma sát ở 2 mặt làm việc nên có tính tự hãm. Kẹp bằng chêm thường kết hợp với các cơ cấu khác hoặc dùng nguồn sinh lực khí nén hay thủy lực. Hình 3.9 Sơ đồ dùng chêm kết hợp với đòn bẩy và khí nén 1. Chêm; 2. Con lăn; 3. Đòn kẹp 3.4.1. Tính lực kẹp của chêm Trên hình 3.10, khi dùng ngoại lực Q đóng vào, trên mặt nghiêng sinh ra lực ma sát F, đồng thời trên mặt ngang sinh ra lực ma sát F1, góc ma sát lần lượt là φ và φ1, 64 góc chêm là α. Phản lực pháp tuyến với mặt ngang là W, phản lực pháp tuyến với mặt nghiêng là N, khi đó: . tanF N  (3.3) F1 = W1. tan1 (3.4) Hình 3.10. Sơ đồ cơ cấu kẹp chặt bằng chêm Tổng hợp hai lực N và F là R, lực R được phân thành hai lực thẳng đứng W và lực ngang P. Ta có P = W.tan(+) (3.5) Cân bằng các lực tác dụng lên chêm theo phương đứng: W = W1 (3.6) Cân bằng các lực tác dụng lên chêm theo phương ngang: Q = P + F1 = W1.tan1 + W.tan(+) (3.7) Q = W[tan1 + tan(+)] (3.8) 1tan( ) tan Q W       (3.9) Trong đó: tan1 – là hệ số ma sát trên mặt trượt của chêm. tan - là hệ số ma sát trên mặt vát của chêm. 65 3.4.2. Tính tự hãm khi kẹp bằng chêm Sau khi đóng chêm vào để tạo ra lực kẹp chặt, các lực ma sát trên bề mặt chêm sẽ giữ chêm đứng nguyên tại chỗ mà không bị sút ra do tác dụng của lực cắt và các rung động khác, đó là khả năng tự hãm của chêm. Để xác định điều kiện tự hãm của chêm ta phân phản lực N thành 2 thành phần lực W và P. Lực ma sát sinh ra trên mặt phẳng nằm ngang là F1; Lực ma sát sinh ra trên mặt nghiêng và chêm là F. Lực ma sát F được phân thành hai phân lực F’ và F.sinα. Điều kiện để chêm không bị đẩy ra ngoài thì: F1 + F ’  P (a) Ta có: F = N.f = N.tanφ = tan cos W   Ta có: F ’ = F.cosα = W.tanφ (b) Hình 3.11. Sơ đồ tính điều kiện tự hãm của chêm Cân bằng lực theo phương thẳng đứng: W’ = W + F.sinα = W[1+tanα.tanφ] Ở mặt ngang, ta có: F1 = W’.tanφ1 = W.tanφ1. [1+tanα.tanφ] (c) Thay (b) và (c) vào (a) ta có: P = W.tanα ≤ W.tanφ + W. tanφ1. [1+tanα.tanφ] o đó: tan  tan + tan1 + tan. tan. tan1 (3.10) Thông thường φ, φ1, α bé nên: tan. tan. tan1 ≈ 0 66 Suy ra: tan < tan + tan1 (3.11) Từ đặc tính của hàm tan ta có thể suy ra điều kiện tự hãm của chêm là:  < 1 +  (3.12) Trong đó: α là góc nghiêng của chêm φ là góc ma sát trên mặt nghiêng. φ1 là góc ma sát trên mặt ngang. Thông thường φ = φ1 cho nên điều kiện trên trở thành: α < 2φ (3.13) Trong thực tế: Nếu: f = tanφ = 0,1 thì φ = 5043’; suy ra α < 110. Nếu: f = tanφ = 0,15 thì φ = 8030’; suy ra α < 170 3.4.3. Lực cần thiết để tháo chêm ra Hình 3.12 là sơ đồ lực tác dụng khi tháo chêm ra. R là hợp lực của phản lực pháp tuyến N và lực ma sát F ở mặt nghiêng. R1 là hợp lực của phản lực W1’ và lực ma sát F1 ở mặt ngang. Ta phân tích lực R thành 2 phân lực W’ và F”. Hình 3.12. Sơ đồ tính lực đóng chêm ra Theo sơ đồ lực như hình 3.12 ta có: F N R  (3.14) " 'R F W  (3.15) Cân bằng lực theo phương đứng: W’ = W1’ 67 Cân bằng lực theo phương ngang: Qr = F” + F1 Với: F” = W’.tan(φ-α) F1 = W1’.tanφ1 Từ đó tính được lực cần thiết để đóng chêm ra: Qr = W’.[tan(φ-α) + tanφ1] (3.16) Trong đó: Qr – lực đóng chêm ra. W’ – tổng phân lực thẳng đứng ở mặt nghiêng khi chêm chưa tháo ra (W’=W + Fsinα). Khi tính gần đúng có thể lấy W’ ≈ W 3.4.4.Tính chêm có con lăn Hình 3.13 Chêm có hai con lăn và chêm có một con lăn Chêm có thể dùng phối hợp với con lăn để giảm ma sát và tăng lực kẹp. Công thức dùng để xác định lực kẹp hoàn toàn giống như tính cho chêm thông thường. Điều khác nhau cơ bản là thay ma sát trượt bằng ma sát lăn. Suy ra chỉ cần đối góc φ thành góc φl, và đổi φ1 thành φl1. Lúc này ta có: 1tan( ) tanl l Q W       (3.17) Xét mối quan hệ giữa hệ số ma sát trượt và ma sát lăn - Khảo sát con lăn dưới: a) b) 68 '. 2 2 D d F T (1) Ta có: F ’ = F1 = W1.tanφ1l = W.tanφ1l T = W.tanφ2 Với φ2 là góc ma sát trượt giữa trục d và con lăn. Thay vào (1) ta có: 1 2. tan . . tan . 2 2 l D d W W  Suy ra: 1 2tan . tanl d D   (3.18) - Khảo sát đối với con lăn trên tương tự ta có tan .tanl d D   Nếu: tanφ2 = 0,1 và d/D = 0,5 Thì: tanφ1l = 0,1x0,5 = 0,05 Sử dụng chêm có hai con lăn cho phép giảm ma sát và tăng lực kẹp lên 35-50%. Tuy nhiên khi sử dụng chêm con lăn thì điều kiện tự hãm sẽ khó đảm bảo hơn. Trong thực tế người ta thường dùng con lăn trên mặt nghiêng. Nếu chỉ có một con lăn ở mặt nghiêng (hình 3.13b) thì lực kẹp sẽ là: 1tan( ) tanl Q W       (3.19) 3.4.5. Tính chêm có chốt trượt Hình 3.14a là sơ đồ dùng chêm thông qua chốt để kẹp vật gia công. Nếu ta mang chốt ra để phân tích hệ lực tác dụng lên nó sẽ thấy như hình 3.14b, chốt chịu các lực sau: P: phân lực ngang của R; W1: phân lực thẳng của R. W: phân lực của vật gia công đánh xuống chốt. N: ngẫu lực phản tác dụng của vỏ đồ gá. F1: lực ma sát giữa chốt và vỏ đồ gá. 69 o đó ta có: (a) (b) Từ (a) ta có: Ta lại có: (c) Hình 3.14. Chêm có chốt trượt Trở lại hình a) ta có:  1 1tan tan Q W       (d) Thay (c) và (d) vào (b) ta có công thức tổng quát:     2 1 1 1 3 [1 tan .tan ] tan tan l W Q l            (3.20) Trong đó: Q – ngoại lực đóng vào α – góc nhọn chêm φ – góc ma sát giữa mặt nghiêng chêm và chốt φ1 – góc ma sát giữa mặt ngang chêm và đáy 70 φ2 – góc ma sát giữa chốt và vỏ đồ gá l1 – chiều dài chốt tiếp xúc với vỏ đồ gá. Nếu bỏ qua ảnh hưởng của l và l1, ta có:     2 1 1 tan tan tan tan W Q            (3.21) Nếu bỏ qua ma sát giữa chốt và vỏ đồ gá (φ2 = 0) và lấy φ = φ1, ta sẽ có:   1tan tan tan 2 tan Q Q W           (3.22) 3.5. Kẹp chặt bằng ren vít 3.5.1. Khái niệm Kẹp chặt bằng ren là phương pháp được dùng phổ biến trong sản xuất hàng loạt, loạt nhỏ và đơn chiếc. Khi kẹp bằng ren vít ta dùng bulông và đai ốc để tạo ra lực kẹp. Cơ cấu kẹp bằng ren có kết cấu đơn giản, tính vạn năng cao, lực kẹp lớn, tính tự hãm tốt nhưng điều chỉnh bằng tay, thời gian dài, năng suất thấp. 3.5.2. Kết cấu 71 Hình 3.15. Các kiểu kẹp chặt bằng renvít a) Cơ cấu kẹp ren vít thông qua đòn kẹp: 1-Đai ốc, 2- Vít, 3- Tấm kẹp, 4- Vòng đệm, 5-Đai ốc, 6-Chi tiết, 7- Phiến tỳ, 8- Thân đồ gá, 9- Lò xo b) Kẹp chặt bằng vít tiếp xúc trực tiếp với chi tiết. c) Kẹp chặt bằng đai ốc. d) Kẹp chặt bằng vít thông qua miếng đệm kẹp vào chi tiết: 1- Tay quay, 2 – Vít, 3- Vít hãm, 4- Thân đồ gá, 5- Miếng đệm, 6- Chi tiết, 7- Bạc lót. Cơ cấu kẹp chặt dùng ren vít có thể dùng kiểu kẹp trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua đòn kẹp. Khi kẹp trực tiếp, có thể dùng kiểu vít kẹp chặt (lúc đó đai ốc là cố định), hoặc là đai ốc kẹp chặt (vít cố định). Hình 3.15 là các ví dụ của các kiểu trên. - Các chi tiết chủ yếu của cơ cấu kẹp bằng ren vít + Vít (bu lông): thường dùng bu lông tiêu chuẩn, co kích thước trong khoản l=20÷140mm, đường kính M5 ÷ M25; vật liệu làm bằng thép 45 cần tôi đến độ cứng (30÷45) HRC. + Miếng đệm: trong dạng sản xuất loạt lớn, hàng khối ít khi đầu vít kẹp trực tiếp lên bề mặt chi tiết (hình 3.15b), mà người ta sẽ dùng thêm miếng đệm (hình 3.16); vì kẹp trực tiếp mặt chi tiết sẽ bị lõm xuống, chi tiết bị xoay do ma sát. Miếng đệm được lắp với bu lông bằng chốt hoặc ren vít để nó không bị rơi khỏi bu lông và có khả năng tự lựa theo chiều nghiêng của mặt kẹp. Hình 3.16. Các loại miếng đệm 72 3.5.3. Tính toán lực kẹp của cơ cấu kẹp ren vít Hình 3.17. Sơ đồ kẹp chặt bằng ren Hình 3.18 Sơ đồ tính lực kẹp Lực kẹp W sinh ra: khi khai triển bu lông, có dạng hình chêm mà góc nghiêng của nó chính là góc nâng của ren (hình 3.17). Ta có thể xem cơ cấu kẹp chặt bằng ren vít như là một cơ cấu phối hợp giữa tay đòn và chêm, và trong trường hợp này chêm chỉ có ma sát ở mặt nghiêng. Đây là một dạng chêm biến hình mà góc nghiêng chêm α bằng góc nâng ψ của ren vít. Do đó cách tính lực kẹp giống như tính cho cơ cấu chêm. Tuy nhiên khi tính lực kẹp của cơ cấu ren vít người ta còn xét đến ảnh hưởng của ma sát giữa bu lông với mặt kẹp chặt của chi tiết hoặc ma sát giữa miếng kẹp với mặt kẹp. Hình 3.19. Sơ đồ ăn khớp của mối ghép ren vít a) Trường hợp bỏ qua các lực ma sát (không có ma sát trên bề mặt ren, không có ma sát giữa đầu bu lông và mặt kẹp): Từ hình 3.18, ta có phương trình cân bằng moment: . . . tanlt tbQ L W r  Suy ra: . . tan lt tb Q L W r   (3.23) Trong đó: L – chiều dài cánh tay đòn (mm). 73 rtb – bán kính trung bình của ren (mm). ψ – góc nâng của ren ( tan 2 tb p r    , với p là bước ren) b) Trường hợp chỉ có lực ma sát trên bề mặt ren, không có lực ma sát tại vị trí kẹp với bề mặt chi tiết kẹp ( ình 3.20a: kẹp chặt bằng trục vít có dạng chỏm cầu). Tương tự như phần tính chêm, ta có lực kẹp: . . tan(...n bằng moment có dạng:  . . tan . .cot 2 tb qdQ L W r R g             (3.35) Suy ra:   . . tan . .cot 2 tb qd Q L W r R g              . 1 . tan . .cot 2 2 tb qd Q L W r D g            (3.36) Đường kính danh nghĩa của ren vít có thể được xác định theo công thức:  0,5 k W d   (3.37) Trong đó: [ζ]k - ứng suất kéo của vật liệu trục vít; [ζ]k = (58÷98) Mpa 3.5.4. Kẹp bằng ren vít - đòn Trong nhiều trường hợp người ta không dùng ren vít để kẹp trực tiếp lên vật gia công mà thông qua đòn kẹp trung gian để chuyển lực ban đầu thành lực kẹp và thường dùng trong những trường hợp sau: - Kết cấu đồ gá không cho phép kẹp trực tiếp lên chi tiết mà phải kẹp từ xa - Cần phải khuếch đại lực kẹp. Có các sơ đồ kẹp cơ bản như sau: Sơ đồ 1 (hình 3.21a): 1 1 2 . . Q l W l l   (3.38) Sơ đồ 2 (hình 3.21b): 1 2 . . Q l W l  (3.39) Sơ đồ 3 (hình 3.21c): 1 2 1 .( ) . Q l l W l    (3.40) Với η là hiệu suất cơ khí. 77 Hình 3.21 Sơ đồ tính lực kẹp khi kẹp chặt bằng đòn kẹp 3.6. Kẹp chặt bằng bánh lệch tâm ánh lệch tâm là một loại cơ cấu kẹp có tâm quay không trùng với tâm hình học của bề mặt làm việc, do đó khi quay bán kính cong của nó tăng dần và kẹp chặt chi tiết. ánh lệch tâm được dùng rất phổ biến. Cơ cấu kẹp lệch tâm có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ sử dụng, hành trình kẹp ngắn, thời gian kẹp nhanh, lực kẹp nhỏ, tính vạn năng kém. Vật liệu để chế tạo bánh lệch tâm thường làm bằng các loại thép CD70A, CD80A, 20Cr qua nhiệt luyện đạt độ cứng (55-60)HRC, bề mặt thấm cacbon 0,8 – 1,2mm. Ứng dụng: cơ cấu này có tính tự hãm kém, nên dùng trong trường hợp không có hoặc ít rung động, khi lực kẹp không cần lớn lắm, không thích hợp đối với phôi có lượng dư thay đổi nhiều. Xét bánh lệch tâm tròn như hình 3.22 a) b) c) 78 Hình 3.22. Sơ đồ cơ cấu kẹp chặt bằng lệch tâm tròn ánh lệch tâm tròn có bề mặt làm việc là bề mặt trụ tròn (hoặc một phần của mặt trụ tròn), tâm quay lệch với tâm hình học một đoạn là e. Về lý thuyết, phần làm việc của bánh lệch tâm có thể lấy từ k đến n (góc quay 180 0), thực tế chỉ dùng 1/6÷1/4 vòng tròn (từ 600 đến 900). Thường dùng đoạn mn (góc quay 90 0) hoặc đoạn phụ cận hai bên điểm m có góc nâng α = 350÷450. Nếu khai triển phần làm việc (phần diện tích có gạch bao giữa cung kmn và vòng tròn cơ sở) ta sẽ thấy thực chất bánh lệch tâm cũng là một cái chêm mà góc nâng α thay đổi ở từng điểm khác nhau (hình 3.22c). Tại điểm k và n góc nâng α bằng không, tại điểm m góc nâng α lớn nhất. Từ công thức tính lực kẹp của chêm ta thấy khi góc nâng α thay đổi thì lực kẹp cũng thay đổi theo. a) Tính lực kẹp Ta coi bánh lệch tâm ở đây là một cơ cấu kẹp tổ hợp gồm đòn và cánh tay đòn L và ρ, và chêm có ma sát ở cả hai mặt (trên trục quay và tại điểm kẹp A) (hình 3.22b), ta có quan hệ về lực: - Trường hợp coi cơ cấu là lí tưởng không có ma sát, từ hình 3.22b ta có phương trình cân bằng moment: Q.L = Wlttb.ρtb.tanαtb (3.41) Suy ra: . . tan lttb tb tb Q L W    (3.42) 79 - Thực tế có ma sát ở hai mặt, nên theo cách tính lực kẹp của chêm ta có:  1 . . tan( ) tan tb tb tb Q L W        (3.43) Trong đó: Wlttb – trị số lí tưởng trung bình của lực kẹp. Wtb – trị số trung bình của lực kẹp. ρtb - bán kính trung bình kể từ tâm quay của bánh lệch tâm tới điểm kẹp A. αtb – góc nâng trung bình của chêm tại điểm kẹp. φ và φ1 – góc ma sát tại điểm A và tâm quay của bánh lệch tâm. Khi tính toán ta thường chọn các trị số hệ số ma sát f = tanφ = tanφ1 = 0,1; αtb=4 0; ρtb = D/2. Với chiều dài tay quay theo tiêu chuẩn (L=2 ), thì tính toán gần đúng theo công thức: W = 12Q. b) Điều kiện tự hãm ánh lệch tâm phải đảm bảo điều kiện tự hãm ở bất cứ điểm nào trên đoạn làm việc. o đó nếu tại điểm m (có góc αmax) đảm bảo điều kiện tự hãm, thì tại các điểm khác cũng sẽ đảm bảo tính tự hãm. o đó cũng giống như chêm, điều kiện tự hãm của bánh lệch tâm là: αmax < φ + φ1 (3.44) Khi tanφ = tanφ1 = 0,1; suy ra φ = φ1 = 5 043’; điều kiện tự hãm sẽ là αmax < 11 0 . Để đảm bảo an toàn, người ta chọn αmax = 8 030’. Hình 3.23 80 Vì α có mối quan hệ với tỉ số /e, nên ta sẽ tìm hiểu điều kiện tự hãm trong quan hệ giữa và e. Khi điểm m tiếp xúc, tức OO1 nằm ngang như hình 3.23, góc α lớn nhất, do đó muốn tự hãm ở vị trí này cần có: 1 1. . . . . . . 2 2 2 2 D d D d W e F F W f W f    (3.45) Nếu f = f1 = 0,15 và bỏ qua moment ma sát ở trục quay sinh ra, ta có: 14 D e  Nếu f = f1 = 0,1 và bỏ qua moment ma sát ở trục quay sinh ra, ta có: 20 D e  Theo tiêu chuẩn, bánh lệch tâm có kích thước e = 1,7÷3,5mm và đường kính ngoài D = 32÷70mm. c) ành trình kẹp S. Từ sơ đồ hình 3.23b, ta có: S = esinβ Suy ra khi β = 00 thì S = 0; khi β = 900 thì S = Smax = e. o đó hành trình kẹp của bánh lệch tâm không lớn, nên không thể dùng bánh kẹp lệch tâm để kẹp cho loạt phôi có kích thước dao động trong khoảng dung sai lớn. 3.7. Cơ cấu phóng đại lực kẹp Khi lực kẹp không đủ ta cần phải có cơ cấu phóng đại lực kẹp để làm tăng tỷ số truyền lực đến điểm đặt. Những cơ cấu trung gian nâng cao được tỷ số truyền lực đều gọi là cơ cấu phóng đại lực. Cơ cấu phóng đại lực kẹp có tác dụng giảm sức lao động của người công nhân, nhất là trong sản xuất hàng loạt lớn. Trong các đồ gá cơ khí hóa và tự động hóa, nhờ cơ cấu phóng đại còn làm giảm bớt nguồn động lực và giảm bớt thể tích đồ gá. Các cơ cấu phóng đại lực thường dùng là: đòn bẩy, chêm, thanh truyền, các thiết bị khí nén, dầu ép. Sau đây ta nghiên cứu các loại cơ cấu phóng đại kiểu thanh truyền và cơ cấu phóng đại bằng khí nén – dầu thủy lực phối hợp làm ví dụ. 81 3.7.1. Cơ cấu phóng đại bằng thanh truyền Hình 3.24 Cơ cấu phóng đại lực kiểu thanh truyền Hình 3.24 là sơ đồ cơ cấu phóng đại lực kiểu thanh truyền. a) và b) là cơ cấu có một thanh, kẹp một phía. Loại a) dùng con trượt, loại b) dùng con lăn. c) và d) là cơ cấu hai thanh, kẹp một phía. e) và g) là cơ cấu hai thanh kẹp hai phía. h) và i) là cơ cấu nhiều thanh tổ hợp, kẹp một phía. k) là cơ cấu nhiều thanh tổ hợp, kẹp một phía đối xứng. 82 3.7.2. Cơ cấu phóng đại lực bằng khí nén – dầu thủy lực Truyền động khí nén – dầu thủy lực có khả năng khuếch đại lực kẹp nhiều lần, ổn định tốc độ chuyển động với nguyên lý là dùng khí nén đẩy pittong để tác dụng vào buồng kín chứa dầu thủy lực và khuếch đại lực kẹp lên nhiều lần. Cơ cấu kẹp khí nén – dầu thủy lực có thể dùng loại tác động trực tiếp hoặc tác động tuần tự. Loại cơ cấu này không cần các trang bị đặc biệt như dầu thủy lực nên giá thành hạ mà lực kẹp vẫn rất lớn. Hình 3.25 giới thiệu một loại đồ gá liên hợp khí nén – dầu thủy lực Hình 3.25. Đồ gá liên hợp khí nén – dầu thủy lực 1- Xi lanh dầu thủy lực, 2- Xi lanh khí nén, 3- Buồng khí nén, 4- Pittong khí, 5- Cán pittong khí, 6- Pittong dầu, 7- Cán pittong dầu. Nguyên lý hoạt động của cơ cấu như sau: khí nén có áp suất pk đi vào buồng trái của xilanh 2, tác động lên pittong 4 làm cho nó dịch chuyển về phía bên phải. Pittong 4 có đường kính là 1 và lực tác dụng lên pittong là Q1. Áp lực này lại được cán pittong 5 truyền đến buồng dầu thủy lực làm cho xilanh 6 cùng cán 7 chuyển động về phía bên phải để kẹp chặt chi tiết gia công. Cán pittong 5 có đường kính nhỏ nên áp suất ở buồng dầu thủy lực tăng lên, áp suất này tác động lên pittong 6 có đường kính D2 làm cho lực kẹp Q phóng đại lên nhiều lần. Ta sẽ chứng minh nhận định trên như sau: Lực tác dụng của khí nén lên xilanh 2: 2 1 1 . 4 k D Q p   (3.46) Lực Q1 được pittong 5 truyền đến buồng dầu làm buồng dầu có áp suất là pd. Ở trạng thái cân bằng, khi bỏ qua ma sát, ta có phương trình cân bằng lực: 2 2 1. . 4 4 k d D d p p    (3.47) 83 Suy ra: 2 1 2 .d k D p p d  (3.48) Ở đây: pk – áp suất khí nén. D1 – đường kính xilanh khí nén. d – đường kính cán xilanh khí nén. ọi tỉ số 2 1 2 d k p D i p d   là hệ số khuếch đại áp suất (i = 16÷21). Lực kẹp W ở cán xilanh dầu (không tính đến lực cản lò xo, có tính đến hệ số hiệu suất η) được xác định theo công thức: 2 2.. . 4 d D W p   (3.49) Thay giá trị pd ở công thức trên vào, ta được: 2 2 2 1 2 2 12 2 . . . . . . 4 k D D D W p Q d d     (3.50) Ở đây: η – hiệu suất; η = 0,8÷0,85; D2 – đường kính xilanh dầu thủy lực. Kết cấu này có hành trình pittong dầu (pittong 6) rất nhỏ so với hành trình pittong khí nén (pittong 4): 22 2 1 2 .. . . 4 4 Dd S S   (3.51) Suy ra: 2 2 12 2 . d S S D  (3.52) Ví dụ, S1 = 50mm, d = 3cm, D2 = 20cm, suy ra: 2 2 2 3 .5 0,11 20 S cm  Như vậy hành trình kẹp rất nhỏ. Để khắc phục ta dùng kết cấu như hình 3.26 vừa đảm bảo lực kẹp, vừa đảm bảo hành trình kẹp. Nguyên lí làm việc như sau: khí nén vào buồng số 9 đẩy pittong 1 về phía phải. Cán 2 của pittong làm rỗng để dầu ở buồng A thông qua buồng . Vì thế khi pittong 1 tiến về bên phải thì khối dầu A và đẩy pittong 5 chuyển động nhanh về bên phải làm cho cán 6 chạm vào mặt bị kẹp 7. Đó là hành trình dài trước khi kẹp chặt. Sau đó khí nén tiếp tục đẩy pittong 1 cho đến khi lỗ rỗng của cán 2 thông từ buồng A sang buồng bị ống 3 bịt kín thì buồng A và buồng cách li nhau, lúc này quá trình 84 tác dụng lực tương tự như hình 3.25, tác dụng phóng đại bắt đầu, lúc này mới bắt đầu kẹp chặt chi tiết 7. Lò xo 8 có tác dụng giữ cho áp lực của dầu ổn định và tránh xung lực quá đột ngột với pittong 5. Hình 3.26 Cơ cấu kẹp phối hợp khí nén – thủy lực (loại tác động tuần tự) 1. Pittong khí; 2. Cán pittong; 3. Ống lót; 4. Vách ngăn; 5. Pittong dầu; 6. Cán pittong dầu; 7. Chi tiết gia công; 8.Lò xo; 9.Buồng khí nén; 10.Lỗ thoát hơi 3.8. Các cơ cấu sinh lực Ngoại lực tác dụng vào cơ cấu kẹp có thể là lực xuất phát từ tay người công nhân hoặc từ cơ cấu sinh lực nào đó chuyển tới cơ cấu kẹp. Tùy theo nguồn năng lượng sử dụng, các cơ cấu sinh lực của đồ gá có thể chia ra: khí nén, dầu ép, chân không, từ, điện từ, điện – cơ khí, li tâm, So với cơ cấu kẹp bằng tay tuy chúng có một số nhược điểm như đòi hỏi các trang thiết bị phụ kèm theo, phức tạp, song chúng có những ưu điểm cơ bản như thời gian kẹp chặt giảm, giảm nhẹ sức lao động của công nhân, lực kẹp đủ lớn, ổn định, 3.8.1. Cơ cấu sinh lực khí nén Khí nén được sử dụng phổ biến trong đồ gá vì nó có các ưu điểm sau: - iảm nhẹ sức lao động khi kẹp chặt chi tiết. Thao tác nhẹ nhàng, thuận tiện. - Rút ngắn rất nhiều thời gian kẹp chặt. - Tạo ra được lực kẹp lớn, đều và có thể điều chỉnh được. - ễ tự động hóa và có thể điều khiển từ xa. Tuy vậy vẫn tồn tại các nhược điểm sau: - o khí nén có tính đàn hồi nên lực kẹp không ổn định như dầu thủy lực. 85 - Áp suất của khí nén thường dùng trong khoảng (4÷6)atm, lực kẹp lại không ổn định nên khi kẹp chặt các chi tiết hạng nặng người ta ít dùng khí nén mà dùng dầu thủy lực. - Phải có hệ thống khí nén với nhiều trang thiết bị phụ như các loại van, bình lọc, bộ điều hòa tốc độ, áp lực và lưu lượng, của khí nén. ệ thống này khá cồng kềnh, chiếm nhiều không gian lớn và yêu cầu một chi phí nhất định. Hình 3.27. Sơ đồ hệ thống trang thiết bị khí nén cung cấp cho đồ gá 1. Bình phun dầu; 2. Van điều áp; 3. Van một chiều; 4. Van phân phối; 5. Van tiết lưu; 6. Đồng hồ áp lực; 7. Xilanh; F. Bình lọc Một hệ thống trang thiết bị cung cấp khí nén cho đồ gá được bố trí như hình 3.27. Khí nén được dẫn từ máy nén khí của trạm sản xuất, khí nén qua thiết bị làm lạnh, thiết bị khử hơi nước rồi lần lượt qua bình lọc F (để khử các tạp chất), bình phun dầu 1 để trộn dầu vào khí nén để bôi trơn các cơ cấu sử dụng khí nén phía sau. Khí nén qua bộ điều chỉnh áp lực 2 nhằm đảm bảo áp lực khí nén cần thiết, qua van một chiều 3 để khí nén không có khả năng đi ngược lại nhằm đảm bảo an toàn khi đột ngột khí nén bị tụt áp. Sau đó đi qua van phân phối 4 để đưa khí nén vào xy lanh 7 của cơ cấu chấp hành để cơ cấu này sinh ra lực tác dụng vào cơ cấu kẹp sau khi đã đi qua van điều chỉnh tốc độ dòng khí nén 5 và được kiểm tra lại áp lực dòng khí sử dụng bằng đồng hồ đo áp lực 6. Cơ cấu sinh lực khí nén thường có hai dạng: xilanh – pittong và xilanh màng. a) Xilanh – pittong: 86 Khi dẫn dòng khí có áp suất p vào xilanh, nó sẽ đẩy pittong di chuyển và tác dụng lực đẩy Q vào cơ cấu kẹp. Lực đẩy Q tùy thuộc vào sơ đồ cơ cấu sinh lực khí nén được sử dụng (hình 3.28) Khi cho dòng khí nén đi vào buồng bên trái của xilanh (Hình 3.28a), cần pittong bị đẩy về phía bên phải với lực Q là: 2. . 4 D Q p q    (3.53) Trong đó: D – đường kính xilanh (cm) p – áp suất dòng khí nén (N/cm2) q – lực căng lò xo (N). a) b) c) Hình 3.28. Sơ đồ cơ cấu sinh lực bằng khí nén dạng xilanh – pittong a) Xilanh một chiều; b) Xilanh hai chiều; c) Xilanh hai buồng (khuếch đại) Trên hình 3.28b là cơ cấu sinh lực có thể tác dụng vào cơ cấu kẹp bằng lực đẩy Q hoặc lực kéo Q1 tùy theo việc dẫn khí vào cửa bên trái hoặc bên phải của xilanh. Nếu khí đi vào bên trái (theo hướng lực đẩy) thì: 2. . 4 p D Q p   (3.54) Nếu khí đi vào cửa bên phải (theo hướng lực kéo) thì: 2 2( ) . 4 tQ D d p    (3.55) Trên hình 3.28c là sơ đồ sử dụng xilanh hai buồng, hai pittong để khuếch đại lực kẹp Q. - Khi pittong dịch chuyển sang phải (lực đẩy): 87 2 2(2 ) . 4 pQ D d p    (3.56) - Khi pittong dịch chuyển sang trái (lực kéo): 2 2( ) . 2 tQ D d p    (3.57) b) Xilanh màng Vỏ xilanh màng là một bầu có hình dạng như hai cái nắp úp vào nhau (hình 3.29). Vỏ làm bằng gang hoặc bằng thép ít cacbon. Hình 3.29. Sơ đồ cơ cấu sinh lực khí nén xilanh màng a) Xilanh một chiều; b) Xilanh hai chiều 1,2. Vỏ; 3. Màng đàn hồi; 4. Đĩa kim loại; 5. Lò xo hình côn Loại a tác dụng một chiều, khi tắt nguồn hơi ép thì màng mỏng 3 bị lò xo 5 đẩy trở về vị trí tự do ban đầu. Màng 3 được kẹp giữa hai nắp có đinh ốc bắt chặt. Ở tâm màng 3 có đĩa 2 đường kính d đỡ lấy màng và để đẩy màng, đĩa này gắn liền với cán. Hình 3.29b là loại xilanh màng tác dụng hai chiều, hơi ép cao áp vào buồng trên để đẩy màng kẹp chặt. Khi tháo lỏng thì hơi ép vào buồng dưới đẩy màng trở về vị trí tự do ban đầu. Xilanh màng gồm các loại: (1) Tác dụng một chiều, hai chiều. (2) Cố định hai chỗ, hoặc quay tròn được. (3) Một màng, nhiều màng. (4) Màng phẳng, màng hình bát. (5) Màng cao su, màng kim loại. 88 Ưu điểm của xilanh màng so với xilanh – pittong: - Tuổi thọ rất bền, trung bình làm việc được 600000 lần (xilanh – pittong chỉ 100000 lần làm việc). - Ít rò khí, thể tích bé, giá thành rẻ hơn xilanh - pittong. - Ít tốn hơi ép hơn. Nhược điểm của xilanh màng là: hành trình ngắn nên chỉ dùng cho chi tiết gia công nhỏ. Thường hành trình của cán không quá 1/3 đường kính màng. Tính lực kẹp của pittong – xilanh màng: iện tích làm việc của màng là hình tròn đường kính . Nhưng áp lực hơi ép tác dụng lên diện tích có đường kính d (đĩa kim loại đỡ) sẽ truyền toàn bộ lên cán và có giá trị: 2 1 . 4 Q d p   (3.58) Áp lực hơi ép tác dụng lên diện tích vành khăn ( -d) sẽ không truyền được toàn bộ lên cán, mà một phần lực tác dụng lên vỏ xilanh vì màng bị kẹp giữa hai vỏ. Càng gần vỏ bao nhiêu thì áp lực tác dụng lên màng và đĩa càng ít bấy nhiêu. Xét một phân bố hình vành khăn cách tâm một đoạn là ρ (giữa d và ) và có bề rộng (ρ+dρ) Áp lực khí nén tác dụng lên diện tích hình vành khăn 2 .d  sẽ truyền lên cán theo tỷ lệ: R R r   (3.59) Với 2 d r  ; 2 D R  Hình 3.30 89 o đó lực truyền lên cán pittong trên cả diện tích hình vành khăn: 2 . .2 . . R r R Q p d R r        (3.60) 2 2 3 3 2 2 2 3 p R r R r Q R R r              (3.61)  2 22 2 3 p Q R Rr r     (3.62) Vậy tổng lực truyền lên cán (kể cả diện tích có đường kính d) là: Q = Q1 + Q2 – q (3.63)  2 2 12 p Q D Dd d q      (3.64) Trong đó: p – áp suất hơi ép D – đường kính lớn của xilanh d – đường kính đĩa q – lực chống lại của lò xo 3.8.2. Truyền động bằng dầu ép ầu ép cũng là một hình thức truyền động hay dùng trong đồ gá tuy có ít hơn hơi ép. ầu thủy lực có áp suất cao hơn khí nén nhiều (tới 60÷70 atm), lại ít bị nén, đàn tính kém nên dùng cho các chi tiết gia công to và nặng có lực cắt lớn rất thích hợp. ầu ép có những nhược điểm sau: vận tốc làm việc bé, để duy trì áp suất làm việc cần có nhiều phần tử kèm theo máy nên vốn đầu tư lớn. Nếu trên máy cắt kim loại có hệ thống bơm dầu thì có thể tách ra một nhánh làm nguồn cấp. Sơ đồ làm việc của một cơ cấu dầu ép như hình 3.31. Hình 3.31. Sơ đồ hệ thống dầu ép 1- Bơm thủy lực 2- Bể chứa dầu 3- Van phân phối 4- Xilanh thủy lực 5- Van tràn 90 ệ thống trang bị cần thiết để sử dụng cơ cấu sinh lực bằng dầu ép gồm: Động cơ – bơm thủy lực, thệ thống đường ống, bể chứa dầu, thiết bị điều khiển, xilanh công tác Xilanh công tác được chia thành hai loại: loại cố định và loại quay. Xilanh cố định có hai loại: loại tác động một chiều (hình 3.32) và loại tác động hai chiều (hình 3.33). Xilanh quay (xilanh chuyển động) được chia thành hai loại: loại cánh và loại pittong. Hình 3.32. Các xilanh thủy lực tác dụng một chiều a) Loại đẩy; b) Loại kéo 1. Ống dẫn dầu; 2. Pittong; 3. Lò xo; 4. Cán pittong Nguyên lý làm việc của loại xilanh tác động một chiều như sau: dầu đi theo ống 1 vào buồng A của xilanh và đẩy pittong 2 cùng cán 4 về phía bên phải của loại đẩy (hình 3.32a) và về phía bên trái của loại kéo (hình 3.32b). Khi tháo lỏng chi tiết thì lò xo 3 đẩy pittong 2 cùng cán 4 về phía bên trái của loại đẩy và về phía bên phải của loại kéo. Hình 3.33. Xilanh thủy lực tác động hai chiều 1. Cán pittong; 2. Pittong 91 Với xilanh tác động hai chiều (hình 3.33) dầu thủy lực được bơm vào cả hai buồng trái và phải của xilanh và đẩy pittong 2 cùng cán 1 về hai phía khi kẹp chặt và khi tháo lỏng chi tiết gia công. Lực Q ở cán pittong của xilanh một chiều (hình 3.32) được xác định như sau: - Loại đẩy: 2 . . 4 D Q p q    (3.65) - Loại kéo: 2 2( ) . . 4 D d Q p q      (3.66) Lực Q ở cán pittong của xilanh hai chiều (hình 3.33) được xác định như sau: - Khi dầu bơm vào buồng không có cán pittong: 2 . . 4 t D Q p   (3.67) - Khi dầu bơm vào buồng có cán pittong: 2 2( ) . . 4 p D d Q p     (3.68) Trong đó: D – đường kính xilanh. d – đường kính cán pittong. p – áp suất của dầu tác dụng lên pittong. q – lực cản của lò xo. η – hiệu suất của xilanh, η = 0,85÷0,9. Năng suất (lít/phút) V của máy bơm: 1 . 1000. . . Q L V t p  (lít/phút) (3.69) Trong đó: Q – lực ở cán pittong (k ). L – chiều dài hành trình làm việc của pittong (cm). t – thời gian của hành trình làm việc của pittong (phút) p – áp suất của dầu (Mpa hoặc k /cm2). 92 η1 – hiệu suất thể tích của hệ thống thủy lực (do không kín khít), η1=0,85. Khi biết áp suất của dầu là p, lực kẹp là Q, ta có thể tính diện tích F của pittong theo công thức: 2 4 D Q F p    Suy ra đường kính của pittong: 4. 4. 1,13 . F Q Q D p p     (3.70) Thời gian t (phút) cho cán pittong chuyển động một hành trình được xác định theo công thức: 2 3 . 4.10 . D L t V   (3.71) Công suất cho cơ cấu dẫn động của bơm được xác định theo công thức: 2 . 612. V p N   (kW) (3.72) Ở đây: V – năng suất của máy bơm (lít/phút) p – áp suất của dầu (Mpa hoặc k /cm2) η2 – hiệu suất của máy bơm, η2 = 0,85. 3.8.3. Cơ cấu sinh lực nhờ lực hút điện từ Nguyên lý làm việc: Loại cơ cấu này thường dùng để kẹp chặt trực tiếp các chi tiết phẳng, mỏng. Nó có ưu điểm rất lớn là không gây biến dạng chi tiết như các cơ cấu kẹp chặt khác, không cản trở quá trình cắt. Có thể dùng từ vĩnh cửu hay điện từ. Từ vĩnh cửu ít được dùng vì lực kẹp hạn chế và sau một thời gian từ trường yếu vì nhiệt độ hoặc thay đổi hoặc vì xung lực. Còn điện từ được dùng nhiều hơn, nhất là trên máy mài hoặc đôi khi trên máy phay, máy khoan để gia công các chi tiết phức tạp. Sơ đồ của khối điện từ như hình 3.34 93 Hình 3.34a. Sơ đồ khối điện từ ồm cuộn dây 6 cuốn quanh lõi 2, lớp cách từ 5 ngăn cách với lõi 4 với tấm dẫn 3 để đại đa số đường sức sau khi thông qua chi tiết có thể về tấm dẫn từ 3, chứ không từ lõi 4 qua tấm dẫn từ 3 chuyển về vỏ 1 làm từ thông yếu đi. Khi dòng điện một chiều qua cuộn dây 6, chi tiết 7 sẽ được hút chặt xuống tấm dẫn từ 3. Sự phân bố lõi tùy thuộc theo kết cấu chi tiết (phân bố hình bầu dục, phân bố ngang, phân bố dọc, phân bố hình sao). Chú ý: Điện từ phải dùng dòng điện một chiều. Chất cách từ thường dùng đồng, nhôm hoặc hợp kim babit. Trình tự tính toán: 1- Xác định lực hút của bàn từ để giữ chặt chi tiết dưới tác dụng của lực cắt: F = T.f = k.Px (3.73) . x k T P f  (3.74) Trong đó: f – hệ số ma sát giữa chi tiết gia công và bàn từ (f=0,1÷0,15); k – hệ số an toàn; Px – lực cắt. 2- Xác định số cặp cực: bằng 2n, tùy theo kích thước và hình dáng của chi tiết (với bàn từ có chiều dài 300 ÷900, thì bước phân bố các cực n lấy từ 35÷50mm). Cũng có thể xác định bằng phương pháp tính toán để khoảng cách giữa hai cực bằng hai lần bề dày của lõi từ, khi đó lực sinh ra ở mỗi cặp cực là: ' 2 T T n  (N) (3.75) 1- Vỏ 2- Lõi từ 3- Tấm dẫn từ 4- Lõi 5- Lớp cách từ 6- Cuộn dây 7- Chi tiết Hình 3.34b 94 3- Tính diện tích mặt cắt của cực từ (Q). ' 6 2 25. .10T Q B  (cm 2 ) (3.76) Trong đó: Q – diện tích cực từ (cm2) T’ – lực hút của mỗi cặp từ (N) B – cường độ cảm ứng từ của vật liệu lõi, tra theo bảng 3-1. 4- Xác định từ trở chung theo công thức: ' 1. ' . n i i i i ll S Q Q    (3.77) Trong đó: l1, l2,, ln – chiều dài của mỗi đoạn tính từ trở (cm). μi – hệ số dẫn từ của vật liệu trên đoạn thứ i, tra theo bảng 3-1. Q’i – diện tích của mặt cắt đoạn thứ i (cm 2 ). (3.78) 5- Xác định tổng từ thông (giả thiết hao phí 30%): Φ = 0,7. .Q Bảng 3-1 Trị số cường độ cảm ứng từ và hệ số dẫn từ μ 6- Tính số ampe-vòng của cuộn dây: . 0,4. S I     (3.79) Trong đó: I – cường độ dòng điện (A). ω – số vòng của cuộn dây. Φ – Tổng từ thông (Φ= .Q). 7- Xác định đường kính dây dẫn của cuộn dây: 95 4. . I d q  (mm) (3.80) Trong đó: q – mật độ dòng điện cho phép 2 (3 5) A q mm        Cơ cấu sinh lực bằng điện từ, so với các cơ cấu sinh lực khác, có những ưu điểm sau: lực tác dụng nhanh, không làm hỏng bề mặt kẹp chặt của chi tiết ở những nguyên công cuối, lực kẹp phân bố đều trên mặt tiếp xúc, có thể kẹp chặt nhiều chi tiết nhỏ cùng một lúc, sử dụng thuận tiện, không cần nhiều các trang bị phụ. Nhược điểm cơ bản của diện từ là: lực kẹp không lớn so với các cơ cấu cơ khí khác, không kẹp được các chi tiết làm bằng vật liệu không dẫn từ, có khả năng gây ra sự cố khi nguồn năng lượng cung cấp cho các cuộn dây điện từ bị mất điện đột ngột. 3.8.4. Cơ cấu sinh lực nhờ lực ly tâm Hình 3.35. Cơ cấu sinh lực do xuất hiện lực ly tâm 1 - Bi trượt; 2 - Vỏ đỡ; 3 - Bích cố định; 4 - Mặt bích; 5 - Trục rút. Cơ cấu sinh lực nhờ lực ly tâm thường được sử dụng khi chi tiết gia công cần có chuyển động quay tròn như khi tiện trục, trong trường hợp này đồ để gá đặt cũng phải quay tròn. Trên hình 3.35 là một loại cơ cấu sinh lực nhờ lực ly tâm. Trục rút 5 bắt chặt với bích 4. Một vật nặng hoặc bi 1 nằm giữa mặt côn của vỏ 2 và mặt bích 4. Khi đồ gá quay, do xuất hiện lực ly tâm, bi 1 bị văng ra nhưng một phía tỳ vào mặt côn nên đẩy bích 4 về phía trái kéo theo trục 5 trượt trong lỗ của vỏ 2 và tạo ra lực kéo Q tác dụng vào cơ cấu kẹp. Khi ngừng quay, bi 1 tụt vào nhờ lực đẩy của lò xo thông qua bích 4 đẩy trục 5 về phía phải, tác dụng vào cơ cấu kẹp để tháo lỏng chi tiết đã gia công xong và gá phôi mới vào cơ cấu kẹp. 96 Ngoài các cơ cấu sinh lực trên thì trong đồ gá người ta còn dùng kẹp bằng chất dẻo, lực chân không, cơ cấu sinh lực kẹp nhờ chuyển động tiến dao (phiến dẫn khoan), cơ cấu sinh lực khi có lực cắt, 3.9. Kẹp chặt nhiều chi tiết đồng thời Để nâng cao năng suất lao động trong những trường hợp có thể cần gia công nhiều chi tiết cùng một lúc (nhất là đối với các chi tiết nhỏ, mặt gia công đơn giản). Việc kẹp nhiều chi tiết đồng thời có một ý nghĩa rất lớn trong kết cấu đồ gá. Theo chiều của lực kẹp có thể phân loại như sau: a) Kẹp liên tục: lực kẹp bằng nhau, truyền từ chi tiết này sang chi tiết khác theo cùng một chiều. Hình 3.36. Cơ cấu kẹp liên tục b) Kẹp song song: lực kẹp phân bố đều nhau trên nhiều chi tiết theo cùng một hướng song song nhau. Hình 3.37. Cơ cấu kẹp có lực kẹp song song c) Lực kẹp ngược chiều nhau: lực kẹp phân bố lên hai chi tiết hoặc hai nhóm chi tiết song song nhưng ngược chiều nhau. 97 Hình 3.38. Cơ cấu kẹp có lực kẹp song song ngược chiều d) Lực kẹp giao nhau: chiều lực kẹp giao nhau thành một góc. e) Kẹp tổ hợp: đồng thời ứng dụng hai hoặc nhiều kiểu trên. Hình 3.39. Cơ cấu kẹp tổ hợp Chú ý: Khi kẹp liên tục do dung sai của bề mặt định vị của chi tiết không bằng nhau nên cơ cấu kẹp sẽ dồn các chitiết theo chiều lực kẹp, nên sai số tích lũy sẽ cộng dồn càng nhiều ở các chi tiết sau. Vì thế dùng cơ cấu loại này chỉ nên cho trường hợp kích thước khởi xuất thẳng góc với chiều lực kẹp, nghĩa là bề mặt gia công song song với chiều lực kẹp. Khi kẹp song song do dung sai của các chi tiết nên miếng kẹp cứng sẽ không thể kẹp tất cả các chi tiết. o đó chỉ nên sử dụng miếng kẹp tự lựa. 98 3.10. Các cơ cấu kẹp nhanh bằng tay Ren vít là một loại kẹp tốn nhiều thời gian để quay, ảnh hưởng đến năng suất lao động và tiêu tốn sức lao động, vì thế khi kẹp bằng ren vít cần nghiên cứu sao cho nhanh. Hình 3.40 là một cơ cấu kẹp nhanh bằng tay. Nguyên lý làm việc của cơ cấu như sau: khi quay tay quay 2 (đầu quay là một đai ốc) nhờ ren vít mà đòn 1 tiến sang trái để kẹp chặt chi tiết. Vít định vị 4 được cắm vào rãnh của đòn kẹp 1 để chống xoay (đảm bảo cho đòn 1 tiến sang trái). Khi tháo thì tiến hành hạ khối đệm 3 xuống và rút đòn kẹp 1 về phía sau (về bên phải). Để kẹp chặt chi tiết tiếp theo, sau khi định vị chi tiết ta đẩy đòn kẹp 1 về bên trái cho tiếp xúc chi tiết gia công, sau đó nâng khối đệm 3 lên và quay tay quay 2 khoảng nửa vòng là có thể kẹp chặt được chi tiết. Hình 3.40. Cơ cấu kẹp nhanh bằng tay 1. Đòn kẹp; 2. Tay quay; 3. Khối đệm; 4. Vít định vị 99 CÂU HỎI ÔN TẬP 1) Mục đích của kẹp chặt khi gá đặt chi tiết? 2) Cơ cấu kẹp chặt cần đạt được những yêu cầu nào? 3) Phương và điểm đặt cần đạt yêu cầu gì? Tại sao? 4) Tại sao kẹp chặt bằng chêm lại tự hãm được? 5) Nguyên tắc kẹp bằng bánh lệch tâm? Cách tính lực kẹp và điều kiện tự hãm của lệch tâm tròn? 6) Cơ cấu phóng đại lực kẹp nhằm mục đích gì? 7) Ưu – khuyết điểm của kẹp bằng hơi ép? 8) Căn cứ vào những yếu tố nào để chọn hình thức kẹp hợp lý cho đồ gá? 9) Tính lực kẹp W khi khoan lỗ trên chi tiết, sơ đồ định vị, kẹp chặt như hình vẽ. Lực cắt gây moment xoắn Mx= 0,8 K .m, bỏ qua lực chiều trục P0. iết hệ số ma sát tại các chỗ tiếp xúc là f = 0,1. Đường kính = 60mm; óc khối V là  = 120 0 . Hình 3.41 10) Cần bào vát một phần của chi tiết trục bậc, đạt kích thước h. Chi tiết được định vị ở phần trụ nhỏ có đường kính d, trên khối V, có góc V là α. Kẹp chặt bằng Xy lanh- Pittong khí nén. iết lực cắt là Pc; hệ số ma sát tại các chỗ tiếp xúc là f; áp lực của khí nén là p; lực nén của lò xo là q. Tính đường kính của Pittong để tạo ra lực kẹp W theo yêu cầu Hình 3.42 ình chiếu bằng D  P0 M W W D W d h p P D 100 11) Cần bào vát một phần của chi tiết trục bậc, đạt kích thước h. Chi tiết được định vị ở phần trụ nhỏ có đường kính d, trên khối V, có góc V là α. Kẹp chặt bằng Xy lanh khí nén phối hợp với tay đòn; có các kích thước như hình vẽ. iết lực cắt là Pc; hệ số ma sát tại các chỗ tiếp xúc là f; áp lực khí nén là p; lực lò xo là q. Tính đường kính của Pittong để tạo lực kẹp theo yêu cầu. Hình 3.43 12) Tính lực Q theo sơ đồ định vị và kẹp chặt như hình vẽ để gia công mặt M. iết: Lực cắt là Pc; tay đòn có chiều dài L1, L2; góc chêm là α; góc khối V bằng 90 0 ; góc ma sát tại các chỗ tiếp xúc là φ; tỉ lệ đường kính của con lăn và đường kính chốt là d/ = 1/2. iệu suất cơ cấu tay đòn là η, hệ số an toàn là K. Hình 3.44 13) Hình 3.45 ia công đồng thời hai chi tiết đạt kích thước (hình 3.45). Chi tiết được định vị trên khối V có góc V là α. Kẹp chặt bằng ren vít phối hợp với tay đòn; có các kích thước L2 L1 Pc Q H W D M P P W W Q H D L L p Q L W Pc d h L2 W D 101 như hình vẽ. iết lực cắt là Pc; hệ số ma sát tại các chỗ tiếp xúc là f; hiệu suất của cơ cấu kẹp là η. Tính lực Q của cơ cấu ren vít để tạo ra lực kẹp W theo yêu cầu. 14) Tính lực tác dụng Q cần thiết để kẹp chặt chi tiết được định vị trên khối V, có góc V là α (hình 3.46). - iết: Lực cắt Pc ; hệ số ma sát trượt tại các chỗ tiếp xúc là f; chiều dài tay đòn: l1 và l2; đường kính chi tiết là ; kích thước mặt gia công là h; hiệu suất của cơ cấu kẹp là η. Hình 3.46 15) Tính đường kính của Pittông để tạo lực kẹp chặt chi tiết khi gia công mặt M, được định vị, kẹp chặt như hình 3.47. - iết: Lực cắt Pc ; hệ số ma sát tại các chỗ tiếp xúc là f; chiều dài tay đòn: l1 và l2; đường kính chi tiết là ct; kích thước gia công là h; lực lò xo là q; áp lực khí nén là p. hiệu suất của cơ cấu kẹp là η. l1 l2 Q Pc W h D l1 l2 Pc h p M Hình 3.47