Tập bài giảng Máy công cụ - Bùi Trương Vỹ

127 trang hapham 480

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tập bài giảng Máy công cụ - Bùi Trương Vỹ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

tap_bai_giang_may_cong_cu_bui_truong_vy.pdf

Nội dung text: Tập bài giảng Máy công cụ - Bùi Trương Vỹ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Tập bài giảng Môn học Máy Công Cụ Biên soạn theo đề cương môn học chuyên ngành cơ khí ĐHBK ĐN Người biên soạn : Bùi trương Vỹ Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Đại học Đà nẵng. Đà Nẵng - Năm 2007
Phần I: Máy công cụ Mở đầu Các loại sản phẩm cơ khí nói chung được tạo ra bằng các quá trình cơ bản sau 1. Đúc. Thiết bị có liên quan là các loại máy đúc, khuôn mẫu 2. Gia công áp lực: gia công không phoi, tạo 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) 2
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) S S C C α a. bề mặt trụ tròn xoay b. bề mặt nón S S C C c. bề mặt định hình tròn xoay d. bề mặt ren H1.1: Các dạng bề mặt tròn xoay S C C S a. bề mặt phẳng b. bề mặt răng thanh răng C C S S c. bề mặt cong phẳng d. bề mặt răng bánh răng H1.2: Các dạng bề mặt phẳng 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 3
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 a) Tạo hình đơn giản: là chuyển động độc lập Q H1.3a ( không phụ thuộc vào một chuyển động nào khác-H1.3b) tp Q T Q Q T1 T T2 H1.3b: Tạo hình đơn giản H1.3c: Tạo hình phức tạp H1.3d b) Tạo hình phức tạp: gồm các chuyển động phụ thuộc Q&T (H1.3c) 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) 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 4
(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) S(lưỡi cắt) C a) Bào định hình b)Phay mô đun S(hình bao của lưỡi cắt chuyển động) c) Phay bao hình d)Nguyên lý tạo dạng răng bao hình H1.4: Một số phương pháp tạo hình bề mặt 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. 5
• 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. 6
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. πDn + Với chuyển động chính quay tròn: V = [m/ph] (2.1) 1000 trong đó: D, đường kính chi tiết gia công [mm]; n, số vòng quay [v/ph]. 2Ln + Với chuyển động chính tịnh tiến: V = htk [m/ph] (2.2) 1000 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: 7
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). II Rmax x Đ/C I Đ2 III x R2min R1max R2max R R 1min min x x II I Đ1 a. puli hình nón b. bộ biến tốc ma sát ° mặt đĩa Dmax I II x Dmin x c. bộ biến tốc ma sát ° hình xuyến H2.1: Một số bộ biến tốc cơ khí 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. n max Phạm vi biến đổi tốc độ: Rn = (2.3) n min n Số cấp tốc độ: z = ∏ pi (2.4) 1 trong đó pi : số tỉ số truyền của nhóm truyền thứ i. 8
III ' I x D1 x D 1 ' D2 x x D 2 z z2 x D3 x D' 1 x x 3 ' II D4 D 4 xx z' z' a. puli bậc 1 2 z2 z b. khối bánh răng di trượt 2 bậc 1 z 3 z3 z z2 I I 1 z4 z' z' z' ' 2 z' 1 3 z 1 4 II x x x ' II z 3 x x x x ' z 2 c. khối bánh răng di trượt 3 bậc d. khối bánh răng di trượt 4 bậc z z M z 2 I 1 z2 I 1 M II II x x x x z' z' ' 1 ' 1 z 2 z 2 f.cơ cấu biến đổi tốc độ e.cơ cấu biến đổi tốc độ với ly hợp ma sát với ly hợp vấu z1 z2 z1 z I xx I M 2 x ° II II z' x x 1 z' ' ' 2 z 1 z 2 g.ly hợp vấu 2 phía h.ly hợp vấu và tay đòn H2.2: Một số cơ cấu biến đổi tốc độ 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 9
z4 z1 z z4 z3 z2 3 z z2 x I z1 1 I xxxx I xxxxxxx II z0 z2 z3 z0 II z5 z8 z8 z z 6 7 II III ' z' ' z' z 3 4 z 1 2 a.cơ cấu then kéo b.cơ cấu BR hình tháp c.cơ cấu Mean a x b c xx a b A0 c R x A0 d d d.cơ cấu BR thay thế H2.3:Các cơ cấu chạy dao C. Một số cơ cấu đặc biệt khác: I z1 z2 M I z1 z1 z3 z z0 0 II I II III II z III III x 0 x x x xx ' z z ' z 2 z2 3 2 z4 z 1 H2.4a. H2.4b. H2.4c. z1 z2 M I Tay 6 I z3 z x z1 x z M xx 3 II III II I xxz k H2.4d. 4 z z xx 1 2 z2 z I z2 3 II giá 1 x H2.4f. H2.5: Cơ cấu vi sai z H2.4e. 3 II 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) 10
− 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). 11
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: ω ω z z ω ω − ω LA = 46 = − 2 . 3 = −1 trong đó: 46 = 41 61 = −1 ωFA ω26 z 3 z 4 ω26 ω21 − ω61 ⇒ ω41 + ω21 = 2ω61 k hay: nIII + nI = 2nII. z 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. Thanh răng 4 6 10 z40 z22 z120 z80 z26 z23 x I z17 8 z65 x 5 xx 9 m5 II z33 z25 z60 7 x x x x x z30 xoắn trái z34 2 z39 k = 2 III x x z48 3 x z60 z41 z32 z80 1 z46 H2.6 H2.7 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. 12
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. ω a. Hãy xác định tỉ số tốc độ góc 2 để truyền cho con lăn quay với tốc độ yêu ω3 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. Trục vào 1 z16 x 2 k = 2 x 6 A, ∅563 9 z42 z14 Xích Trục vít 4 7 8 9 Phôi bánh z64 z26 z24 k = 1 x x A răng B Xích 11 12 13 z18 7 3 z50 z35 8 x x B, ∅392 k = 1, xoắn trái 10 2 x k = 3 6 x z30 xx3 z42 xoắn trái Trục vào 1 z16 H2.8 z16 x x 5 4 z36 5 H2.9 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 ω b. Xác định tỉ số tốc độ góc 7 khi cắt phôi bánh răng B có số răng z = 72. ω5 13
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. 14
– 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) 29 56 47 22 22 Φ142 34 21 88 88 26 nđ/c . = nt/c (3.1) Φ254 51 55 45 45 52 39 38 45 45 38 22 22 Có 24 cấp tốc độ, tuy nhiên 2 nhóm tỉ số truyền 88 88 thực tế chỉ có các trị số tỉ số 45 45 45 45 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 15
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: 42 42 60 28 42 z n 25 1vòng trục chính ⋅ i ⋅ ()t = 12 = tp (3.3) 60 56 50 36 28 gb x 35 28 28 35 2. Khi cắt ren Anh 42 35 37 28 36 25,4 1vòng trục chính ⋅ icđ ⋅iđc i gb ⋅ ()t x = 12 = (3.4) 50 37 35 25 z n n 3. Khi cắt ren mođun 64 z n 25 1vòng trục chính ⋅ icđ ⋅iđc i ⋅ ()t = 12 = πm (3.5) 97 36 28 gb x 4. Khi cắt ren Pitch 64 35 37 28 36 25,4π 1vòng trục chính ⋅ icđ ⋅iđc i gb ⋅ ()t x = 12 = (3.6) 97 37 35 25 z n D p • 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: 88 45 52 22 45 45 1vòng trục chính ⋅ i ⋅i ⋅i ⋅i ⋅ (t = 12) = tp (3.7) 26 45 88 45 đc tt cs gb x 45 22 16
• 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. 42 42 60 28 42 64 Chú dẫn: icđ = ; iđc = ; itt = (hoặc = ); zn = 26, 28, 32, 36, 40, 44, 48; 60 56 50 97 35 28 28 35 18 35 45 28 igb = . 28 15 35 48 + 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 17
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 a c • Phương trình xích động: 1vòng ⋅ icđ ⋅ ⋅ tx = tp b d a c t p • Công thức điều chỉnh: x = = (3.8) b d i cđ ⋅ t x H3.2: Sơ đồ cắt ren không qua hộp chạy dao 18
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" = 127 1600 432 22 157 25,4 = ≈ ≈ ; π = ≈ 5 63 17 7 50 • Các phương pháp phân tích x để chọn bánh răng thay thế a,b,c,d. 1. Phân tích chính xác A Giả sử ta có x = trong đó A, B là các số nguyên không chia đúng cho nhau và B cũng không có thừa số chung. 299 Ví dụ x = . Giá trị x được phân tích như sau khi tìm bánh răng thay thế. 396 13⋅ 23 13 23 13⋅ 23 52 92 x = = ⋅ = = ⋅ (a,b, c, d là các bánh răng có sẵn). 2 ⋅ 2 ⋅3⋅3⋅11 2 ⋅3⋅3 11⋅ 2 18⋅ 22 72 88 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 A ∗ Phương pháp chia ngược : Giả sử chia ngược x = B 19
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 20
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 21
H3.3: Sơ đồ động máy Tiện 1K62(T620) 22
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. 23
– 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. 24
– 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) : 25
Giả sử cần chia 1 chi tiết làm X phần đều nhau. Khi đó trục chính đầu phân độ cần 1 1 z quay vòng, và tay quay quay n vòng, với : n = ⋅1⋅ vòng (4.1) X X k H4.1: Đầu phân độ vạn năng phân độ đơn giản z Đặt N = : được gọi là số đặc tính của đầu phân độ, thường N = 40, 60, 80 k N Như vậy, ta có n = (4.2) X Trịsố n tính ra thường không phải là số nguyên (n ≠ E với E nguyên). Do đó cần chọn N ⋅ B N E 1số nguyên B sao cho ⋅ B = E . Hay: n = X = (4.3) X B B A Nếu E > B, ta có thể viết: n = C + (4.4) B 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 40 4 vòng quay tay quay n = = 4+ vòng. Chọn vòng lỗ B có 54 lỗ, trên đó quay 1 số lỗ 9 9 26
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 A Cũng có trường hợp với số vòng quay của tay quay n = C + , ta không thể tìm B 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 a c của đầu qua cơ cấu bánh răng thay thế ⋅ nên phân độ vi sai chỉ có thể thực hiện b d 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 N độ đơn giản với n' = . Do vậy gây sai số trong 1 lần phân độ: X x ⎛ ⎞ ' N N ⎜ 1 1 ⎟ ∆n = n − n = − = N⎜ − ⎟ (4.5) X X x ⎜ X X x ⎟ ⎝ ⎠ 27
a c Sai số nầy được bù bởi cơ cấu bánh răng thay thế ⋅ tính cho X lần phân độ (hay b d 1 vòng quay đầy đủ của trục chính đầu phân độ). ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ a c ⎜ 1 1 ⎟ ⎜ X ⎟ x = ⋅ = itt = NX ⎜ − ⎟ = N⎜1− ⎟ (4.6) b d ⎜ X X x ⎟ ⎜ X x ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ a c Tỉ số ⋅ có thể dương hoặc âm tùy theo X > X hoặc X X : Sai số khi phân độ dương, đĩa chia quay cùng chiều tay quay (chiều kim đồng hồ) ∗ Nếu Xx 0 b x 0 z0 d ( đĩa phân độ quay x < 0 cùng chiều tay quay) d ( đĩa phân độ quay ngược chiều tay quay) b. 2 cặp bánh răng thay thế H4.3: Sơ đồ lắp bánh răng đệm Ví dụ : Dùng đầu phân độ có N = 40 để phân độ khi phay bánh thẳng có số răng z61. • Tính số vòng quay n của tay quay để phân độ đơn giản: N 40 n = = : Không có vòng lỗ B có 61 lỗ sẵn có trên đĩa, phải phân độ vi sai. Giả X 61 ' N 40 2 16 sử chọn Xx = 60, ta có: n = = = = : mỗi lần phân độ quay tay quay 16 lỗ X x 60 3 24 28
trên vòng lỗ 24 lỗ. ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ a c ⎜ X ⎟ ⎜ 61⎟ 40 • Tính ⋅ = N⎜1− ⎟ = 40⎜1− ⎟ = − . b d ⎜ X x ⎟ ⎜ 60 ⎟ 60 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Dấu trừ chứng tỏ đĩa chia quay ngược chiều tay quay, nên chọn a = 40, b = 60, cũng có thể dùng thêm 2 bánh răng đệm. + Phân độ phay rãnh xoắn (H4.4): H4.4: Đầu phân độ vạn năng phân độ phay rãnh xoắn Chuyển động tạo hình do phôi đảm nhận. Phôi vừa quay vừa tịnh tiến sao cho khi phôi quay 1 vòng thì cũng chuyển động tịnh tiến được 1 bước xoắn vít của rãnh xoắn. Các bước tính toán điều chỉnh: N A ∗ Phân độ đơn giản: ntq = = C + X B trong đó, X là số đầu mối ren ( hay số răng bánh răng nghiêng ) cần cắt. ∗ Điều chỉnh để cắt 1 đầu mối: z bv d b Lượng di động tính toán: 1vòng phôi⋅ ⋅1⋅1⋅1⋅ ⋅ ⋅ix = tp k c a a c t Công thức điều chỉnh: y = ⋅ = N x (4.7) b d t p Chú ý: – Không thể phân độ vi sai khi phay rãnh xoắn. – Bàn máy xoay 1góc β bằng góc nghiêng của đường xoắn để 29
phương của dao trùng với phương của đường xoắn, được tính như sau: m n z πm n z Nt x sinβ tp = πDcotgβ; D = msz = ⇒ tp = và y = cosβ sin β πm n z z Khi chọn dao ta phải chọn theo số răng giả tưởng : z∅ = cos 3 β Ví dụ: Xử dụng đầu phân độ có N = 40 để phay bánh răng nghiêng với z = 56, góc nghiêng 0 β = 30 , mn = 2 trên máy phay ngang có tx = 6mm N 40 20 A ∗ Phân độ đơn giản: n = = = = X 56 28 B ∗ Tính và lắp đặt bánh răng thay thế a c t x πm n z 3,14 ⋅ 2 ⋅56 ⋅ = N với tp = = = 704 b d t p sinβ 1 2 a c 6 240 60 25 Do đó ⋅ = 40 = = ⋅ b d 704 704 55 80 ∗ Tùy theo hướng nghiêng của răng (trái hoặc phải) mà ta đánh lệch bàn máy theo cùng hoặc ngược chiều kim đồng hồ b. Đầu phân độ không có đĩa chia độ (H4.5): H4.5: Đầu phân độ vạn năng không có đĩa chia 30
Tính toán điều chỉnh giống loại có đĩa, chỉ khác do không có đĩa chia nên mỗi lần phân độ, tay quay phải quay một số nguyên lần (ntq). Muốn vậy, người ta dùng bộ bánh răng thay thế và 1 bộ vi sai. Chốt lò xo 2 để ghi dấu đúng 1 vòng quay. + Khi phân độ đơn giản: Z1 đứng yên (Z1 = Z2 = Z3 = Z4): 2 n1 − n 2 z3 z 2 i13 = = ⋅ = −1 (4.8) n 3 − n 2 z 2 z1 n 3 a c N Với n1 = 0 thì n3 = 2n2 hay i = = 2 , do đó ⋅ = (4.9) n 2 b d 2X ⋅ n tq ntq phải nguyên và chọn trước. + Khi phân độ vi sai: a1 c1 ⎛ X ⎞ ⋅ = N⎜1− ⎟ (4.10) b1 d1 ⎝ X x ⎠ + Phay rãnh xoắn: Tính toán tương tự 4. Các loại máy phay chuyên dùng: Ngoài các máy phay vạn năng, trong sản xuất còn gặp các loại máy phay có chế độ gia công nâng cao nhằm khai thác dụng cụ cắt vật liệu mới, máy phay giường dùng cho gia công các chi tiết dạng hộp có kích thước lớn, máy phay ren để gia công ren trong sản xuất loạt và khối Câu hỏi và bài tập chương 4 1. Đọc sơ đồ động máy 6H81 và liệt kê các cơ cấu đặc biệt trên sơ đồ động máy. Cho biết đặc điểm, công dụng của từng loại cơ cấu. 2. Điều chỉnh đầu phân độ để gia công bánh răng trụ răng thẳng có : a. z = 81 b. z = 122 c. z = 73 Giả thiết đầu phân độ có số đặc tính N = 40, số lỗ của các vòng lỗ có sẵn trên đĩa là: 24-25-28-30-34-37-39-41-42-43 3. Điều chỉnh đầu phân độ để gia công bánh răng trụ răng nghiêng có: z = 47, mn = 2, β = 200, nghiêng phải trên máy phay ngang vạn năng. Biết – Số đặc tính đầu phân độ: N = 40 – Số lỗ trên các vòng lỗ có sẵn: 39-44-45-47-49-51-54 – Vít me bàn máy có bước tx = 6mm 31
H4.5: Sơ đồ động máy phay ngang 6H81 32
H4.6: Sơ đồ động máy phay đứng 6H12Πb 33
Chương 5 : Máy gia công bánh răng hình trụ 1. Các phương pháp hình thành dạng răng và phân tích động học – Các bộ truyền bánh răng hình trụ được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật nhờ độ chính xác truyền động cao, truyền được công suất lớn, kết cấu gọn. Nhược điểm chính của chúng là yêu cầu chế tạo chính xác và khi làm việc với tốc độ cao dễ phát sinh tiếng ồn. Truyền động bánh răng có thể là ăn khớp trong hoặc ăn khớp ngoài, hướng răng thẳng, nghiêng hoặc răng chữ V Hình dáng và kích thước bánh răng trụ thường dùng: + Dạng profil răng: dạng thân khai, đây là dạng phổ biến + Dạng cycloit: dùng khi yêu cầu độ chính xác truyền động cao, ví dụ trong ngành công nghiệp đồng hồ. + Dạng Nôvikốp: khi cần truyền momen xoắn lớn. Kích thước các bánh răng được dùng thay đổi trong một phạm vi rộng, modun m = (0,1 ÷ 20)mm, số răng z = (10 ÷ 500), ở máy công cụ thường xử dụng m = (1 ÷ 5)mm, z = (12 ÷ 300). – Các phương pháp chế tạo: Nguyên công công nghệ chủ yếu khi gia công bánh răng là tạo biên dạng răng của nó, chiếm khoảng (50 ÷ 60 )% khối lượng gia công cơ chung của bánh răng. Có 2 phương pháp tạo biên dạng răng thân khai 1. Phương pháp chép hình: Biên dạng lưỡi cắt của dụng cụ cắt (dao phay ngón, dao phay đĩa mô đun) hoàn toàn giống hệt biên dạnh rãnh răng bánh răng gia công. Do với cùng môđun và góc áp lực, khi số răng z thay đổi biên dạng thân khai cũng thay đổi, nên biên dạng lưỡi cắt của dụng cụ cũng phải thay đổi. Để tránh phải chế tạo quá nhiều dụng cụ (ví dụ khi z thay đổi từ (12 ÷ 300) răng cần đến 288 dao), phụ thuộc vào độ chính xác bánh răng gia công người ta giới hạn bằng số lượng các bộ dao gồm 3, 8, 15 hay 26 dao. Ví dụ bộ 8 dao: Số1 2 3 4 5 6 7 8 Số răng 12÷13 14÷16 17÷20 21÷25 26÷34 35÷54 55÷134 135 và lớn hơn Trong bộ 8 dao, chỉ có thể gia công chính xác các bánh răng có số răng z =12, 14, 21, 26, 35, 55, và 135, ngoài ra các biên dạng khác chỉ là gần đúng. Phương pháp chép hình thường được thực hiện trên máy phay vạn năng dùng kèm với đầu phân độ bằng dao phay đĩa môđun hoặc dao phay ngón (khi bánh răng có môđun lớn)(H5.1a,b). Khi đó: 34
• Dao thực hiện chuyển động quay tròn (Q1) • Bàn máy cùng với phôi chuyển động dọc trục phôi để cắt hết chiều dài răng (T) • Sau khi cắt xong 1 rãnh răng, bàn máy cùng với phôi lùi về vị trí ban đầu, nhờ đầu phân độ, phôi quay phân độ theo 1 răng (Q2) để phay rãnh tiếp theo. H5.1a,b: Cắt răng bằng phương pháp chép hình Cắt răng theo phương pháp chép hình đạt năng suất thấp vì phải mất thời gian phụ để phân độ, độ chính xác chế tạo bánh răng không cao do sai số của dao cũng như sai số của máy Do vậy phương pháp nầy chỉ được áp dụng trong sữa chữa, hoặc ở các nguyên công thô. 2. Phương pháp bao hình (H5.2a,b): H5.2a,b: Gia công răng bánh răng theo nguyên lý bao hình • Xét quá trình ăn khớp của 1 cặp bánh răng - thanh răng: Nếu cho thanh răng có mặt phẳng chia B-B tiếp xúc với vòng chia bánh răng lăn không trượt trên vòng nầy theo chiều mũi tên thì biên dạng thẳng của răng thanh răng sẽ họp thành 1 loạt các vị 35
trí liên tục có hình bao là biên dạng thân khai răng bánh A • Tương tự, xét quá trình ăn khớp của 2 bánh răng A và B. Nếu cho B đứng yên còn bánh răng A lăn không trượt trên vòng chia C-C theo chiều mũi tên thì biên dạng thân khai răng bánh A sẽ vạch nên 1 dãy các vị trí liên tục có hình bao là biên dạng thân khai răng bánh B Phương pháp tạo biên dạng răng như trên được gọi là phương pháp bao hình, hay nói một cách khác quá trình gia công bao hình là quá trình gia công nhắc lại sự ăn khớp của một cặp bánh răng-thanh răng hoặc của một cặp bánh răng trong đó 1 đóng vai trò là dao, 1 là phôi. Phương pháp bao hình cho năng suất cao, độ chính xác tạo biên dạng cao hơn phương pháp chép hình, ngoài ra với cùng 1 dao có thể gia công bánh răng có số răng tùy ý. Tuy nhiên dao khó thiết kế và chế tạo. Các máy gia công bánh răng thường được phân loại theo dạng dùng cho gia công thô (gia công trước nhiệt luyện) và gia công tinh (sau nhiệt luyện). Nhóm máy dùng cho gia công thô: – phay lăn – xọc răng – bào răng (gia công bánh răng côn) Nhóm máy dùng cho gia công tinh – mài răng – cà răng – nghiền răng Thông số kỹ thuật chính của các máy gia công bánh răng là đường kính lớn nhất của phôi bánh răng gia công được trên máy. Sau đây là một số các loại máy gia công bánh răng theo nguyên lý bao hình 2. Máy phay lăn 2.1 Quá trình hình thành biên dạng răng: Dựa vào nguyên lý bao hình nhắc lại sự ăn khớp của 1 cặp bánh răng-thanh răng trong đó thanh răng là dao, bánh răng đóng vai trò phôi gia công. Máy cần có các chuyển động (H5.3a): – Chuyển động quay Q1 của phôi – Chuyển động tịnh tiến T2 của dao 36
– Chuyển động tịnh tiến T3 do dao hoặc phôi thực hiện để cắt hết chiều dài răng. T2 T2 Q2 Q 1 • ⊕ T3 Q1 Q5 a.dao thanh răng-phôi Q1 Q1 Q2 b.dao phay trục vít- phôi T3 Q2 T4 β d.chuyển động bổ sung khi c.Các chuyển động cần thiết gia công răng nghiêng H5.3a,b,c,d: Gia công răng bao hình trên máy phay lăn Chú ý rằng nếu thanh răng là dao, chuyển động tịnh tiến T2 phải được đổi chiều sau 1 vòng quay của phôi. Ngoài ra, khi đường kính phôi lớn, dao thanh răng phải có chiều dài thay đổi tương ứng. Do vậy, cần chuyển đổi dao thanh răng bằng dao phay trục vít (H5.3b), về bản chất cũng gồm nhiều thanh răng nghiêng phân bố đều trên mặt trụ và răng lưỡi cắt nằm trên đường xoắn vít. Dao quay lần lượt đưa các lưỡi cắt của các thanh răng nầy tiến vào ăn khớp với phôi và đồng thời thực hiện cắt gọt. Tóm lại, quá trình hình thành dạng răng trên máy phay lăn là lặp lại sự ăn khớp giữa trục vít - bánh răng trong đó trục vít là dao và bánh răng là phôi. 2.2 Các chuyển động cần thiết trên máy phay lăn a. Gia công bánh răng trụ răng thẳng (H5.3c): Máy cần các chuyển động – Chuyển động quay Q1 của phôi – Chuyển động quay Q2 của dao. Hai chuyển động Q1 và Q2 phải bảo đảm mối quan hệ lặp lại sự ăn khớp của trục vít-bánh răng, nghĩa là với trục vít k đầu mối, bánh răng có z răng thì Q1 và Q2 phải thoả mãn điều kiện: 1 1 Khi dao quay vòng thì phôi bánh răng phải quay 1 răng hay vòng. Đây là chuyển k z động tạo hình phức tạp. 37
– Chuyển động chạy dao T3 để cắt hết chiều dài răng – Chuyển động tịnh tiến hướng kính T4 là chuyển động chạy dao hướng kính để cắt hết chiều cao răng. b. gia công bánh răng trụ răng nghiêng (H5.3d): Ngoài các chuyển động nêu trên, còn phải có thêm điều kiện chuyển động tịnh tiến T3 (của bàn dao) được thực hiện dọc theo hướng nghiêng của phôi bánh răng (nghiêng). Muốn vậy, cần đảm bảo quan hệ: Khi bàn dao tịnh tiến 1 bước T (bước xoắn của phôi bánh răng), phôi quay thêm hoặc bớt 1 vòng ( ± 1vòng ). Chuyển động quay thêm bớt 1 vòng phôi nầy được gọi là chuyển động quay bổ sung Q5. Dấu ± phụ thuộc vào hướng xoắn của dao so với hướng nghiêng phôi bánh răng gia công 2.3 Chuyển động điều chỉnh của bàn dao Khi gia công bánh răng thẳng hoặc nghiêng, cần xoay bàn dao 1 góc ϕ để cho đường xoắn trên dao ≡ hướng răng cần cắt (H5.4a,b). ϕ a.Khi cắt răng thẳng β α α α -dao và phôi khác hướng nghiêng β − α β (Hình vẽ-BR xoắn phải-dao trái) b.Khi cắt răng nghiêng-dao H5.4a,b: Điều chỉnh xoay bàn dao và phôi cùng hướng nghiêng (Hình vẽ-BR xoắn trái-dao trái) a. Khi cắt răng thẳng: Bàn dao cần quay 1 góc ϕ = α (5.1) b. Khi cắt răng nghiêng – nếu nghiêng cùng chiều: ϕ = β − α (5.2) – nếu nghiêng trái chiều: β + α (5.3) 2.4 Sơ đồ kết cấu động học máy phay lăn 38
Căn cứ vào các chuyển động đã phân tích, ta có sơ đồ kết cấu động học máy như sau H5.5: Sơ đồ kết cấu động học máy phay lăn 1. Xích tốc độ: Cung cấp chuyển động quay tạo tốc độ cắt cho dao. Nối từ động cơ đến dao và điều chỉnh tốc độ nhờ cơ cấu điều chỉnh iv. Điều kiện cân bằng: nd = nđ/c . icđ . iv (5.4) 2. Xích bao hình: Phối hợp chuyển động giữa dao và phôi. Đường truyền được nối từ dao đến phôi qua cơ cấu điều chỉnh ix để đảm bảo quan hệ: 1 1 Dao quay vòng → Phôi quay vòng. (5.5) k z 3. Xích chạy dao thẳng đứng: để cắt hết chiều dài răng. Nối từ bàn dao đến phôi với cơ cấu điều chỉnh is thực hiện quan hệ: Phôi quay 1 vòng → bàn dao tịnh tiến thẳng đứng 1 lượng sđ (5.6) 4. Xích vi sai: Có nhiệm vụ tạo nên chuyển động quay thêm hoặc bớt cho phôi Q5 khi gia công răng nghiêng. Đường truyền được nối từ bàn máy mang phôi đến phôi và được điều chỉnh nhờ cơ cấu điều chỉnh iy. Điều kiện cân bằng: Bàn dao tịnh tiến thẳng đứng 1 bước T→phôi quay thêm hoặc bớt 1 vòng (5.7) 2.5 Máy phay lăn 5E32 A. Đặc tính kỹ thuật: Máy có thể gia công được bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng, bánh vít, trục then hoa – ∅max của phôi [mm]: 800 – mmax [mm] đối với thép : 6; đối với gang: 8 – góc nghiêng lớn nhất của răng bánh răng: ± 600 39
– chiều rộng lớn nhất của bánh răng[mm] : 275 – phạm vi số vòng quay [v/ph]: 47,5 ÷ 192 – phạm vi lượng chạy dao [mm/vòng]: 0,5 ÷ 3 (thẳng đứng); 0,1 ÷ 1 (hướng kính) – công suất động cơ truyền dẫn chính[kW]: 2,8 B. Sơ đồ động (H5.10): – Xích tốc độ (5.8) 1000v Căn cứ vào số vòng quay của dao nd = để tính toán điều chỉnh cơ cấu iv với các πDd A A bộ bánh răng thay thế hoặc 1 B B1 – Xích bao hình (5.9) a c Để điều chỉnh xích bao hình, dùng các bộ bánh răng thay thế cùng với các bánh b d C răng phụ 1 D1 – Xích vi sai (5.10) a c πm z Để điều chỉnh xích vi sai, dùng các bộ bánh răng thay thế 2 2 và thay T= n f . b 2 d 2 sinβ – Xích chạy dao thẳng đứng (5.11) a1 c1 Điều chỉnh xích chạy dao thẳng đứng nhờ bộ bánh răng thay thế is = b1 d1 40
Ngoài ra, máy còn có thể gia công bánh vít với 2 xích chạy dao mở rộng: + Xích chạy dao hướng kính: Gia công bánh vít theo phương pháp tiến dao hướng kính cho đến khi đạt khoảng cách trục A giữa 2 trục. (5.12) a c Điều chỉnh xích chạy dao hướng kính với bộ bánh răng thay thế 1 1 b1 d1 Khi gia công bánh vít tiến dao hướng kính, máy cần các chuyển động: • Chuyển động tạo tốc độ cắt cho dao • Chuyển động quay của phôi bánh vít. k Hai chuyển động nầy phải thoả mãn điều kiện: 1vòng quay của dao → phôi quay z vòng. • Chuyển động tiến dao hướng kính (cho đến khi đạt khoảng cách trục A) + Xích chạy dao hướng trục: Gia công bánh vít theo phương pháp tiến dao hướng tiếp tuyến (khoảng cách trục được điều chỉnh trước) (5.13) a c Điều chỉnh xích chạy dao hướng trục với bộ bánh răng thay thế 1 1 b1 d1 Máy cần các chuyển động • Chuyển động bao hình Q1, Q2 • Chuyển động chạy dao hướng trục của bàn dao – Xích chạy dao nhanh: Dùng động cơ N =1kW, n = 1410 vòng/ phút (5.14) 3. Máy xọc răng: Máy xọc răng dùng để gia công bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng, răng chữ V, rất thích hợp để gia công các bánh răng bậc (H5.6) 41
H5.7: Các chuyển động cần thiết 3.1 Nguyên lý hình thành dạng răng: Dựa vào nguyên lý gia công bao hình nhắc lại sự ăn khớp của 1 cặp bánh răng trong đó 1 đóng vai trò là dao, 1 là phôi (H5.2b). 3.2 Các chuyển động cần thiết trên máy xọc răng (H5.7): – Chuyển động bao hình Q1, Q2 của phôi và dao: Đây là chuyển động tạo hình 1 1 phức tạp với mối quan hệ khi dao quay vòng → phôi quay vòng trong đó zd : số z d z f răng dao; zf: số răng phôi bánh răng gia công. – Chuyển động tịnh tiến đi về T3 để cắt hết chiều dài răng (tạo hình đơn giản) – Chuyển động chạy dao hướng kính T4 để cắt hết chiều cao răng. Khi gia công không thể ngay 1 lúc cắt hết chiều sâu rãnh răng mà phải từ từ ăn dao hướng kính. Tùy theo mođun bánh răng gia công, thường chọn như sau + m 6: T4 chia làm 3 lần trong 1 chu kỳ gia công – Chuyển động nhường dao: thực hiện sau 1 hành trình kép của dao. Khi dao xọc tịnh tiến đi xuống cắt gọt, hết hành trình làm việc phôi cần có chuyển động hướng kính tách phôi ra khỏi dao trước khi dao thực hiện hành trình chạy không đi lên, nhằm tránh cho mặt sau dao làm hỏng bề mặt đã gia công. – Đối với trường hợp gia công răng nghiêng, trên máy xọc không dùng xích vi sai mà bố trí cơ cấu chuyên dùng (bạc có rãnh xoắn) 3.3 Sơ đồ kết cấu động học máy xọc răng 514 42
Xuất phát từ các chuyển động cần thiết trong máy để thành lập sơ đồ kết cấu động học (H5.8) Đ1 ∩ iv x Đĩa biên i Q o Q 2 1 M1 T Cam C2 ↑↓ 3 x Cam C x s 1 nd s ← ← hk Đ2 M2 ix is ĐC H5.8: Sơ đồ kết cấu động học máy xọc răng 514 1 Xích tốc độ: Tạo chuyển động cắt gọt T3 và được nối từ động cơ đến dao theo quan hệ: nđ/c [vòng/ph] → nhtk/ph của dao. Cơ cấu điều chỉnh tốc độ :iv 2 Xích bao hình: Nối từ phôi đến dao. Đây là chuyển động tạo hình phức tạp. 1 1 Điều kiện: Phôi quay vòng → dao quay vòng . Cơ cấu điều chỉnh: ix z f z d 3 Xích chạy dao hướng kính: Máy có bố trí cơ cấu cam C1 dùng để điều khiển chu trình gia công bánh răng, trong đó 1 chu trình bao gồm phần góc quay của phôi bánh răng ứng với giai đoạn tiến dao hướng kính-tùy theo môđun phôi bánh răng có thể chọn 1,2, hoặc 3 lần tiến dao hướng kính (do xích chạy dao hướng kính thực hiện khi M1 ↓ (khi đó M2 ↑ )), phần còn lại của chu trình là 1 vòng quay đủ của phôi để gia công đạt chiều sâu cắt cho toàn bộ các răng trên phôi bánh răng (do xích cơ cấu đếm thực hiện khi M2↓ (khi đó M1↑ )). 4 Xích tốc độ: Tạo chuyển động cắt gọt T3 và được nối từ động cơ đến dao theo quan hệ: nđ/c [vòng/ph] → nhtk/ph của dao. Cơ cấu điều chỉnh tốc độ : iv 5 Xích bao hình: Nối từ phôi đến dao. Đây là chuyển động tạo hình phức tạp. 1 1 Điều kiện: Phôi quay vòng → dao quay vòng . Cơ cấu điều chỉnh : ix z f z d 6 Xích chạy dao hướng kính: Máy có bố trí cơ cấu cam C1 dùng để điều khiển 43
chu trình gia công bánh răng, trong đó 1 chu trình bao gồm phần góc quay của phôi bánh răng ứng với giai đoạn tiến dao hướng kính-tùy theo môđun phôi bánh răng có thể chọn 1,2, hoặc 3 lần tiến dao hướng kính (do xích chạy dao hướng kính thực hiện khi M1 ↓ (khi đó M2 ↑ )), phần còn lại của chu trình là 1 vòng quay đủ của phôi để gia công đạt chiều sâu cắt cho toàn bộ các răng trên phôi bánh răng (do xích cơ cấu đếm thực hiện khi M2↓ (khi đó M1↑ )). Xích chạy dao hướng kính được nối từ đĩa biên đến giá trượt bàn dao, có cơ cấu điều chỉnh io. Quan hệ cần đảm bảo: Khi dao xọc thực hiện 1 hành trình kép → dao tịnh tiến 1 lượng shk[mm] 7 Xích cơ cấu đếm: Nối từ phôi bánh răng đến cam C1, có nhiệm vụ hoàn tất 1 chu trình gia công của phôi sau khi đã thực hiện tiến dao hướng kính. 8 Xích nhường dao: Nối từ đĩa biên đến phôi qua cam C2 theo điều kiện: Dao tịnh tiến 1 hành trình kép → phôi thực hiện 1 lượng snd[mm] 9 Xích chạy dao vòng: Nối từ đĩa biên đến dao. Cơ cấu điều chỉnh is cùng với mối quan hệ: Dao thực hiện 1 hành trình kép → trục dao quay bao nhiêu vòng. Ngoài ra còn có cơ cấu đảo chiều (ĐC) cung cấp khả năng đảo chiều quay bao hình để dao có thể làm việc ở 2 phía lưỡi cắt. 3.4 Máy xọc răng 514 A. Đặc tính kỹ thuật – Kích thước phôi gia công được [mm] φ(20 ÷1000) 0 – mmax = 12, góc nghiêng β = 30 – Công suất truyền dẫn chính N[kW] = 2,2 ; n [v/ph] = 1410. – Công suất động cơ chạy dao nhanh N[kW] = 0,25;n [v/ph] =1410 – Số cấp tốc độ: 4; phạm vi tốc độ [htk/ph]: 125 ÷360 B. Sơ đồ động (H5.11) – Xích tốc độ (5.15) 44
– Xích bao hình (5.16) a c Điều chỉnh xích bao hình nhờ bộ bánh răng thay thế b d – Xích chạy dao hướng kính và xích cơ cấu đếm: Hai xích nầy phối hợp để thực hiện chu trình gia công ứng với các vị trí của M1 và M2 + Xích chạy dao hướng kính (5.17) a c Điều chỉnh lượng chạy dao với bộ bánh răng thay thế 1 1 b1 d1 + Xích cơ cấu đếm (5.18) 1 Do đó cam có bề mặt làm việc chiếm vòng tròn 4 – Xích chạy dao vòng (5.19) Điều chỉnh xích chạy dao nhờ cơ cấu is = A/B – Xích nhường dao (5.20) – Xích chạy dao nhanh: Dùng khi cần phải kiểm tra độ đồng tâm của phôi so với tâm bàn máy khi gá phôi (5.21) C. Một số cơ cấu đặc biệt trong Máy: – Cơ cấu cam điều khiển chu trình gia công bánh răng – Cơ cấu gá lắp bạc chuyên dùng khi gia công bánh răng nghiêng. 4. Máy mài răng: Các phương pháp phay lăn, xọc răng chỉ gia công được các bánh răng chưa qua nhiệt luyện. Đối với các bánh răng đã qua gia công nhiệt, cần gia công tinh bằng các phương pháp lăn ép, mài răng, cà răng 45
Mài răng có ưu điểm là độ chính xác sau khi mài cao, tuy vậy năng suất thấp và các máy mài răng có giá thành đắc. Có 2 phương pháp mài răng + Mài chép hình: Do phải có cơ cấu sữa đá phức tạp, người ta chỉ dùng trong sản xuất loạt lớn và khối, chủ yếu khi mài bánh răng thẳng + Mài bao hình: Dựa trên nguyên lý ăn khớp thanh răng-bánh răng trong đó thanh răng là đá mài. Các chuyển động cần thiết của máy(H5.9) H5.9: Các chuyển động cần thiết của máy mài răng – Chuyển động cắt gọt Q1 của đá mài – Chuyển động tịnh tiến T3 của đá để cắt hết chiều dài răng. Ở chuyển động nầy, giữa đá và chi tiết tiếp xúc đường do đó mài thực hiện dọc theo bề mặt hẹp, vì vậy số lượng hạt mài tham gia không nhiều. Đá mòn chậm nhưng năng suất đạt được thấp – Chuyển động bao hình Q2 của phôi và T1 của phôi (tương tự như chuyển động bao hình của cặp bánh răng - thanh răng) – Chuyển động phân độ: Sau khi mài được 1 răng, lùi phôi khỏi đá về vị trí ban đầu và phôi thực hiện phân độ cho răng tiếp theo Ưu điểm chính của mài bao hình là bảo đảm biên dạng thân khai của răng chính xác, và đá mài có hình dạng đơn giản Câu hỏi và bài tập chương 5 1 Giả sử dao thanh răng-phôi bánh răng (H5.2a) trong đó dao thanh răng chỉ có 1 răng làm việc, hãy cho biết các chuyển động cần thiết của máy 2 Đọc sơ đồ động máy phay lăn 5E32. Xác định tỉ số truyền của cơ cấu tổng hợp chuyển động (iHT). 3 Nêu các bước tính toán điều chỉnh khi gia công bánh răng trụ răng nghiêng trên máy phay lăn. 4 Đọc sơ đồ động máy xọc răng 514. Giải thích chu trình gia công trên máy cho trường hợp m < 3, 3 ≤ m ≤ 6 (1,2 lần tiến dao hướng kính). 46
H5.10: Sơ đồ động máy phay lăn 5E32 47
H5.11: Sơ đồ động máy xọc răng 514 48
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ [ \ BÁO CÁO THỰC HÀNH MÁY CÔNG CỤ Họ và tên sinh viên : Lớp : - Nhóm: Hướng dẫn : Đà nẵng, 2007 49
Bài thực hành 1 : Cắt ren nhiều đầu mối trên máy tiện A. MỤC ĐÍCH – Hiểu biết về các loại ren & công dụng của từng loại. – Phương pháp điều chỉnh máy tiện khi gia công ren nhiều đầu mối. B. YÊU CẦU – Biết cách tính toán chuyển đổi giữa các loại ren. – Các dạng profil ren và công dụng của từng loại. – Nắm được các phương pháp điều chỉnh máy khi cắt ren. – Phân biệt cắt ren nhiều đầu mối và cắt ren thông thường. C. NỘI DUNG I. GIỚI THIỆU VỀ REN: 1. Định nghĩa các loại ren: – Ren Quốc tế ( còn gọi là ren hệ mét). Kí hiệu tp[mm]. – Ren Anh (còn gọi là ren ống nước). Ký hiệu n[số bước ren/1"]. – Ren môđun, ký hiệu m[mm]. – Ren Pitch, ký hiệu Dp[số môđun/1"]. 2. Các dạng profil: – Tam giác. – Chữ nhật. – Hình thang. – Tròn. 3. 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. 4. Sơ đồ nguyên lý tạo hình ren trên máy tiện: 50
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 tịnh tiến 1 bước tp. Từ đó ta có sơ đồ: (H1) tp Q T icđ itt tx H1: Sơ đồ kết cấu động học xích tiện ren II. 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: 1. Điều chỉnh máy để cắt ren có bước tp: Theo sơ đồ ta có: – Lượng di động tính toán: 1vòng trục chính → tp a c – Phương trình xích động: 1vòng t/c .icđ . .tx = tp b d a c t – Công thức điều chỉnh: x = = p b d i cđ ⋅ t x 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 51
với bước vít me, khi đó phải chọn giá trị gần đúng của 1" hoặc π. 2. Các phương pháp phân tích x để chọn bánh răng thay thế a,b,c,d. – Phân tích chính xác – Phân tích gần đúng – Phương pháp tra bảng (S/V đọc trong giáo trình Máy công cụ) 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 phân độ để 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 III. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH – Tính – Chuẩn bị phôi liệu, dụng cụ cắt và dụng cụ đo – Kiểm tra máy – Gá lắp, thực hành. – Viết báo cáo (theo mẫu) 52
BÁO CÁO THỰC HÀNH Bài thực hành: Cắt ren nhiều đầu mối trên máy tiện Họ và tên sinh viên: Lớp : Nhóm : Người hướng dẫn: Địa điểm: Ngày: Kết quả: NỘI DUNG THỰC HÀNH A. Lý thuyết 1. Các loại ren và profil của nó 2. Ren nhiều đầu mối và ứng dụng của nó 3. Chuyển động tạo hình, sơ đồ kết cấu động học của máy tiện ren 4. Phương trình xích động và công thức điều chỉnh B. Thực hành 1. Chi tiết tiện ren 2. Tính toán để điều chỉnh máy 3. Các thao tác điều chỉnh máy 4. Các kết quả đo trên chi tiết. 53
Bài thực hành 2 : Đầu phân độ A. MỤC ĐÍCH – Biết các loại đầu phân độ. – Biết công dụng của đầu phân độ. – Các phương pháp điều chỉnh đầu phân độ – Gá lắp đầu phân độ trên máy. B. YÊU CẦU – Gá lắp được đầu phân độ lên máy phay. – Điều chỉnh đầu phân độ để gia công được bánh răng thẳng, răng nghiêng và đường xoắn vít. C. NỘI DUNG 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 mở rộng khả năng công nghệ của máy phay và một số máy công cụ khác (bào, xọc ), 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 2. Các phương pháp điều chỉnh phân độ Các loại đầu phân độ đều có thể thực hiện: – Phân độ gián đoạn. – Phân độ gián đoạn và liên tục – Phân độ liên tục. (1) Đầu phân độ đơn giản: 54
Sinh viên tự tìm hiểu đầu phân độ nầy để thực hiện phân độ: ∗ Trực tiếp ∗ Gián tiếp ∗ Phân độ vi sai (2) Đầu phân độ quang học Loại nầy có độ chính xác cao thường dùng để khắc vạch cho dụng cụ đo. (3) Đầu phân độ vạn năng: a. Loại có đĩa chia độ. b. Loại không có đia chia Các loại đầu phân độ nầy đều có 3 trường hợp phân độ: + Đơn giản + Vi sai + Phay rãnh xoắn Sinh viên tự tìm hiểu về các loại đầu phân độ nầy theo giáo trình Máy công cụ. D. Các bước tiến hành 1. Xác định loại đầu phân độ có trong phân xưởng. Vẽ sơ đồ động học của đầu phân độ đó. 2. Gá đầu phân độ lên máy. 3. Tính toán đầu phân độ để phay: – Bánh răng thẳng có Z = ; m = – Bánh răng nghiêng có Z = ; m = ; β = 4. Điều chỉnh đầu phân độ và gia công bánh răng 5. Viết báo cáo theo mẫu. 55
BÁO CÁO THỰC HÀNH Bài thực hành: Đầu phân độ Họ và tên sinh viên: Lớp : Nhóm : Người hướng dẫn: Địa điểm: Ngày: Kết quả: NỘI DUNG THỰC HÀNH A. Lý thuyết 1. Công dụng của đầu phân độ 2. Vẽ sơ đồ động học của đầu phân độ vạn năng. 3. Các phương pháp phân độ, các tính toán cần thiết. B. Thực hành 1. Xác định loại đầu phân độ dùng, vẽ sơ đồ động học. 2. Tính toán điều chỉnh đầu phân độ gia công bánh răng và gia công rãnh xoắn (theo đề bài) 3. Nội dung thực hành và ghi kết quả. 56
Phần II: Thiết kế Máy công cụ Mở đầu: Các vấn đề chung 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 57
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. 58
H6.2: Các bước thiết kế cụm máy H6.3: Ví dụ thiết kế cụm trục chính máy mài 59
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. 60
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. t t t t ] ] ấ ấ ấ ấ 3 3 Dạng gia công Dạng gia công ị ị /ph] /ph] /ph] 3 3 ng su ng su n v n v ă ă N [cm N [cm [KW ph/cm [KW ph/cm Công su đơ Công su đơ Tiện 1500 0,06 Điện hoá 15 10 Mài 800 0,6 Siêu âm 1 25 Tia lửa điện 15 1,0 Laze 0,01 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 k Vdci t cg Q th = ∑ × n 0 × (6.1) 1 Li T 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. 61
1.3 Năng suất từng chiếc: đo bằng đại lượng tỉ lệ nghịch với thời gian tiêu tốn khi gia công 1 chi tiết 1 1 Q Q = = = T (6.2) T t cg + t ph 1+ t ph QT tph : thời gian dành cho các nguyên công phụ, không trùng với thời gian gia công 1 Q T = : Năng suất công nghệ (6.3) t cg 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 1 như sau: η = (6.4) t 1+ ngck T 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: 1 1 Q = = η (6.5) t cg + t ph + t ngck t cg + t ph 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 62
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 P cụm δ: J = [N/mm] (6.6) δ 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 63
− 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 −βt dạng: ∆l t = ∆l0 (1− e ) (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): δd = 2(δL − δl − δR) (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 64
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: NoT QT = (6.9) No Cường độ hỏng hóc là mật độ xác suất phát sinh hỏng hóc trong 1 đơn vị thời gian 1 dN λ(t) = oT (6.10) N hh dt Xác suất làm việc không hỏng của máy là 1 hệ phức tạp gồm n thành phần ghép liên 65
tục, được biểu thị dưới dạng: n PM (t) = ∏Pi (t) (6.11) 1 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 t a = ∑ tđi (6.12) i T 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 66
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 Φ 2 − Φ1 1 hay < = TH (6.15) C1 − C2 k H 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) 2 trong đó Gdt : giá thành trung bình 1m 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: n C = ∑Ci (6.18) i=1 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 67
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. 68
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 D max thống kê, phạm vi kích thước RD = = 4 chiếm hơn 85%, còn RD = 6 chiếm 92% D min toàn bộ các trường hợp gia công. Khi đó phạm vi số vòng quay trục chính : n max Vmax D max Rn = = = R v ⋅ R D (7.1) n min Vmin D min − 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 1 V 1 Vmin 1 công: nmax = = max ; nmin= (7.2) L 1 L min L min 1+ α max + α Vmax ⋅ Vck max trong đó Vmax, Vmin: tốc độ công tác lớn nhất, nhỏ nhất 69
Vckmax: tốc độ chạy không Lmax, Lmin: chiều dài hành trình lớn nhất và nhỏ nhất của bàn máy V α = max : tỷ số tốc độ công tác và tốc độ chạy không Vck max Phạm vi điều chỉnh số hành trình kép: Vmax L max Rn = = R v ⋅ R L (7.3) Vmin L min – 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: Smax n max s o max Rs= = = R n ⋅ R so (7.4) Smin n min s o min 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: 70
V − V ∆v = k+1 k (7.5) 2 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 : ∆V V n max = 1− k = 1− k (7.6) Vk+1 Vk+1 n k+1 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 n n 1− k = const hay k+1 = const = ϕ (7.7) n k+1 n k 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: n n R = max = z = ϕz−1 (7.8) n min n1 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% ∆V 1 max = 1− = 0,5 (7.9) V ϕ E1 Các giá trị tiêu chuẩn ϕ được lựa chọn từ dãy số tối ưu, gấp 10, ϕ = 10 trong đó E1: số nguyên, đối với các giá trị tiêu chuẩn E1 = 40, 20, 10, 5, 4. Ngoài ra còn có các giá E2 trị bổ sung ϕ = 2 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 71
môn hóa. Bảng 7.1 ϕ 1,06 1,12 1,26 1,41 1,58 1,78 2 E1 10 4010 2010 10 10 20/ 310 5 10 4 10 20/ 6 10 E2 2 12 2 6 2 3 2 2 3/ 2 2 6/5 2 2 ∆V max % 5 10 20 30 40 45 50 V Lựa chọn số cấp tốc độ từ công thức R = ϕz−1 cần dựa theo điều kiện: Z= 2 E1 ⋅ 3E 2 (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: L T1 = − ∆ (7.12) V1 72
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: V1 T2 = ∆ (7.13) V2 Thời gian tổng cần thiết cho chuyển động phụ: L V1 T= T1 + T2 = − ∆ + ∆ (7.14) V1 V2 dT L ∆ Trị số V1 tối ưu tìm được khi = − 2 + = 0 dV1 V1 V2 Lv2 L∆ ⇒ V1tư = ; Tmin = 2 − ∆ (7.15) ∆ V2 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 Pz ⋅ v – Công suất có ích: Nci = [kW] (7.17) 60 ⋅102 Pz: thành phần lực cắt theo phương tốc độ cắt [kG]; v: tốc độ cắt [m/ph]. Q ⋅ v Đối với truyền dẫn chạy dao: N = s [kW] (7.18) ci 60⋅102⋅103 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] 73
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 N N = ci [kW] (7.20) đ/c η 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 d ⎛ d ⎞ Nck = km tb ⎜ n + k t / c n ⎟ [kW] (7.21) 10 6 ⎜∑ 1 d t / c ⎟ ⎝ tb ⎠ 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: k Np = Nđ/c [kW] (7.22) ∑i k (1− ηk ) 1 74
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 học của vật liệu hơn là các số liệu của một quá trình cắt, có thể tham khảo các công thức sau [6] Pz = kb( a+0,4c) (7.23a) 2 2 PN= Px + Py = kb(0,4a+c) (7.23b) trong đó Pz, Px, Py [kG]: các thành phần lực cắt tương ứng theo 3 trục tọa độ, với trục z cùng phương véc tơ tốc độ cắt k: đặc tính của vật liệu gia công [kG/mm2] b: bề rộng lưỡi cắt [mm] a: chiều sâu lớp cắt [mm] c: lượng mòn trung bình của bề mặt sau dao [mm] [3] Đối với thép kết cấu có thể lấy k = (120 ÷180) [kG/mm2] phụ thuộc vào độ cứng vật liệu thép, còn đối với gang k = (90 ÷110) [kG/mm2] Khi dụng cụ cắt bắt đầu cắt vào chi tiết, lực cắt tăng dần đến giá trị ổn định Po. Trong khoảng thời gian quá độ nầy, lực quá tải tức thời có thể đạt đến giá trị 2Po tùy thuộc vào hệ thống công nghệ. Làm giảm sự quá tải tức thời đạt được bằng các biện pháp giảm chấn và nâng cao tần số riêng của hệ truyền động. – Lực cản do ma sát: do ma sát ở các mối ghép bộ phận di động, ví dụ ở đường hướng, ổ, ở các bộ truyền • Ma sát hỗn hợp: Ở dạng nầy lực ma sát phụ thuộc chủ yếu vào tải trọng pháp tuyến và tốc độ chuyển động tương đối. Ngoài ra lực ma sát còn tăng lên cùng với thời gian tiếp xúc cố định. Để tính toán gần đúng có thể lấy hệ số ma sát hỗn hợp f = (0,05 ÷ 2) 75
• Ma sát ướt: Hệ số ma sát ướt được tính toán theo công thức sau c µv f = (7.24) h p trong đó c: hệ số phụ thuộc vào các thông số hình học của các bề mặt đối tiếp h: chiều dày lớp dầu bôi trơn µ: độ nhớt dầu bôi trơn [cP] v: tốc độ trượt tương đối [m/ph] p: áp lực trung bình trên bề mặt tiếp xúc [kG/cm2] • Ma sát lăn: Lực ma sát lăn xuất hiện trong đường hướng và ổ, gồm 2 thành phần, một thành phần không phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến, phần kia tỉ lệ f l với tải trọng pháp tuyến T = To + P [kG] (7.25) r trong đó To : lực ma sát ban đầu [kG] fl : hệ số ma sát lăn [cm] r : bán kính bi hay con lăn [cm] Lực ma sát ban đầu trong đường hướng khi chuyển động To = 0,4kG, còn ở trạng thái tĩnh T = 0,5kG. Đường hướng bằng thép có fl = 0,001 cm, còn đối với gang fl = 0,0025cm – Lực do trọng lượng: Đây là các lực phát sinh do khối lượng của cụm máy và cơ cấu, bao gồm lực và momen quán tính ở chế độ chuyển tiếp và dao động, lực ly tâm ở tốc độ quay cao , trong một số trường hợp đặc biệt phải tính toán xác định. Đánh giá chung đặc tính biểu thị ảnh hưởng của tải trọng động có thể dựa vào hệ số kđ là tỷ số giữa giá trị biến dạng đàn hồi do tác dụng của tải trọng động và biến dạng tĩnh δđ tương ứng: kđ = (7.26) δ t Theo tính toán, kđ = (1 ÷ 2) phụ thuộc vào thời gian quá độ và tần số riêng của hệ thống đàn hồi. 7. Chế độ tải tính toán đối với các máy vạn năng: Các loại máy công cụ vạn năng làm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi, có số vòng quay trục chính (hoặc số hành trình kép) biến đổi trong giới hạn từ nmin cho đến nmax. Do vậy, chọn chế độ tính toán hợp lý để xác định kích thước của chi tiết máy ảnh hưởng trực tiếp đến việc sử dụng máy đạt hiệu quả kinh tế cao. 76
Để có thể chọn được chế độ tính toán hợp lý, người ta dựa vào các số liệu thống kê thời gian sử dụng máy và đồ thị sử dụng công suất cũng như Momen xoắn tương ứng trên toàn chuỗi số vòng quay. Theo các số liệu thống kê, thực tế cho thấy ở 2 khoảng ¼ giữa trên toàn phạm vi dãy số vòng quay được sử dụng nhiều hơn cả. Trong khi đó, khi điều chỉnh số vòng quay từ nmin đến nmax, mong muốn trục chính tiêu thụ cùng một công suất ( N = const ). Tuy nhiên ứng với giá trị nmin, Momen xoắn nhận được tương ứng là Mxmax. Nếu tính toán kích thước chi tiết máy theo giá trị nầy sẽ không hợp lý vì thực tế ¼ khoảng thấp của dãy số vòng quay ít sử dụng. Do vậy phải tính toán Mx theo giá trị nt (H7.3) và ¾ khoảng trên của dãy số vòng quay có cùng công suất sử dụng (N = const), còn ở ¼ khoảng thấp cần hạ thấp công suất (ví dụ chọn chế độ cắt thích hợp) để đảm bảo độ bền và tuổi thọ cho chi tiết máy. n max Trị số nt được xác định theo công thức: nt = nmin 4 (7.27) n min Đối với chuỗi lượng chạy dao, vì công suất chạy dao bé, tốc độ chạy dao chậm hơn H7.3: Đồ thị sử dụng công suất trên toàn dãy số vòng quay nhiều so với tốc độ cắt nên nts của chuỗi lượng chạy dao đươc chọn tùy trường hợp cụ thể, đảm bảo chi tiết đủ cứng vững. Sau khi đã có nt, tính toán công suất cắt theo chế độ cắt công nghệ (s,t) sao cho máy làm việc hết công suất. Cũng cần tham khảo thêm các chế độ cắt gọt thử máy tại nơi sản xuất các máy chuẩn. 77
Chương 8: Thiết kế động học truyền dẫn máy công cụ Mục đích của phần nầy nhằm xây dựng được sơ đồ hệ thống truyền động của toàn máy. Nội dung gồm các vấn đề sau: 1. Lựa chọn động cơ điện trong truyền dẫn: Tùy trường hợp truyền dẫn chuyển động chính, chạy dao hay chuyển động phụ, có nhiều yêu cầu khác nhau đặt ra khi chọn động cơ. Để truyền chuyển động chính, hầu hết các máy đều cần công suất lớn, đặc tính cơ của động cơ đủ cứng, cũng như có thể cho phép điều chỉnh được số vòng quay trong phạm vi nhất định. Trong truyền dẫn chạy dao, thường phải điều chỉnh được số vòng quay và khả năng thực hiện chuyển động định vị chính xác, đây cũng chính là yêu cầu đối với các chuyển động phụ. Dạng chuyển động của cơ cấu chấp hành ảnh hưởng quan trọng đến việc lựa chọn động cơ, ví dụ đối với dạng chuyển động thẳng có phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn cần so sánh giữa động cơ thủy lực và động cơ điện Các loại động cơ thường gặp − Động cơ điện không đồng bộ: Loại nầy được ứng dụng phổ biến do giá thành rẻ, độ tin cậy cao và đặc tính cơ cứng. Hiện nay người ta ít dùng động cơ điện không đồng bộ điều chỉnh số vòng quay, tuy nhiên có thể thực hiện được hoặc bằng cách thay đổi số đôi cực hoặc thay đổi tần số nguồn cung cấp theo công thức 60f n = (1− s) (8.1) p trong đó f: tần số nguồn cung cấp; p: số đôi cực; s: độ trượt Điều chỉnh số vòng quay bằng cách thay đổi độ trượt s làm giảm độ cứng đường đặc tính cơ của động cơ, do vậy không áp dụng. − Động cơ điện không đồng bộ nhiều cấp tốc độ: Các cấp tốc độ khác nhau nhận được nhờ thay đổi số đôi cực. Phạm vi sử dụng chủ yếu trong truyền dẫn chính các máy có công suất không lớn (ví dụ các máy doa chuyên dùng ), với tỷ số các cấp tốc độ 1:2 ( 500/1000, 750/1500, 1500/3000v/ph). − Động cơ dòng 1 chiều: cho phép điều chỉnh được số vòng quay một cách dễ dàng và vì vậy ngày càng được ứng dụng rộng rãi để thay thế cho các kiểu động cơ khác dùng trong truyền dẫn chạy dao hoặc chuyển động phụ Phạm vi điều chỉnh số vòng quay của động cơ khi công suất không đổi (5 ÷ 10kW) dùng cho truyền dẫn chuyển động chính ở hầu hết các máy thường nhỏ hơn phạm vi 78
yêu cầu. Tuy nhiên phải chú ý rằng công suất không đổi trên toàn bộ phạm vi là không cần thiết, do vậy trong truyền động chính, người ta ứng dụng kiểu điều chỉnh phối hợp, nghĩa là phần dưới của phạm vi điều chỉnh bảo đảm momen xoắn không đổi, còn phần trên phạm vi điều chỉnh là ở công suất không đổi. Điều nầy cũng hợp lý bởi vì ở phần dưới của phạm vi điều chỉnh thường không sử dụng hết công suất theo các số liệu thống kê. − Động cơ thủy lực: phổ biến hơn cả là ở dạng xy lanh thủy lực cung cấp chuyển động thẳng cho cơ cấu chấp hành máy, ví dụ truyền dẫn chuyển động chính của các máy chuốt, máy bào, xọc, hoặc chuyển động chạy dao, chuyển động phụ ở các loại máy mài Ưu điểm của nó là kích thước nhỏ, tác dụng nhanh, cho phép ghép trực tiếp động cơ với bộ phận chấp hành. Đối với các máy hiện đại, người ta còn sử dụng các hệ thống có liên hệ ngược theo tốc độ chuyển động thực tế để tránh ảnh hưởng của sự thay đổi độ nhớt dầu và các sai số khác có thể ảnh hưởng đến độ chính xác chuyển động. Động cơ thủy lực quay cũng cho phép điều chỉnh được vô cấp tốc độ trong 1 phạm vi rộng, kích thước nhỏ, truyền momen xoắn lớn. Nhược điểm chính của chúng là hệ thống truyền dẫn khá phức tạp, giá thành cao. 2. Điều chỉnh tốc độ phân cấp: Khi điều chỉnh phân cấp với chuỗi số vòng quay tuân theo cấp số nhân, có một số quy luật cho phép làm đơn giản việc nghiên cứu thiết kế sơ đồ động. Số cấp tốc độ do các nhóm truyền ghép liên tục: m z = ∏ pi (8.2) 1 trong đó pi : số bộ truyền ở nhóm thứ i; m: số nhóm truyền 1 trong các nhóm truyền của hệ thống truyền động phải là nhóm cơ sở. Nhóm nầy tạo nên dãy số vòng quay đầu tiên với công bội ϕ (công bội của nhóm cơ sở), có số cấp chính là số bộ truyền (số tỉ số truyền) của nhóm. Các nhóm còn lại được gọi là các nhóm thay đổi (nhóm thay đổi thứ nhất, nhóm thay đổi thứ hai ) và dùng để khuếch đại dãy đầu tiên trên khắp phạm vi yêu cầu. Khi điều chỉnh phân cấp, phương pháp phân tích giản đồ là phương pháp thuận tiện hơn cả để phân tích các phương án có thể có trong hệ thống truyền động. − Phương pháp phân tích giản đồ: sử dụng các quy ước mô tả lưới kết cấu và 79
đồ thị vòng quay. Khi vẽ, biểu diễn các trục bố trí liên tục trong xích động bằng các đường thẳng nằm ngang song song và cách đều nhau. Logarit trị số vòng quay trên mỗi trục lần lượt từ giá trị đầu tiên. Đối với số vòng quay kế tiếp, ta có: lgnk+1 - lgnk = lgϕ = const. Do vậy, các trị số vòng quay được biểu diễn đồng đều trên các trục. Các đường thẳng nối các giao điểm trên các trục liên tiếp biểu diễn các tỉ số truyền. • Lưới kết cấu: cho phép hình dung được các phương án thay đổi thứ tự gạt khác nhau của hệ thống truyền động. Lưới kết cấu quy ước vẽ đối xứng. H8.1a: Sơ đồ động của hệ thống truyền động có z =3 × 2 × 2 Giả sử hệ thống truyền động gồm 3 nhóm truyền ghép liên tục (H8.1a) với số cấp tốc độ z = 3 × 2 × 2. Các phương án khác nhau có thể có của lưới kết cấu phụ thuộc vào nhóm truyền nào là nhóm cơ sở (nhóm thay đổi đầu tiên), nhóm truyền nào là nhóm thay đổi tiếp theo (nhóm khuếch đại). m! (m!) 2 Tổng số phương án khác nhau của lưới kết cấu nhận được bằng m!= q! q! trong đó q: số nhóm có số bộ truyền (số tỉ số truyền) giống nhau (hoán vị các nhóm có số bộ truyền giống nhau không làm tăng phương án mới). Hình (8.1b) là 1 số lưới kết cấu của hệ thống truyền động có z =3× 2 × 2 và 4 phương án của lưới kết cấu có phương án thay đổi thứ tự : (I II III ) Lưới kết cấu còn được dùng để loại trừ các phương án không có lợi do tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng vượt quá giá trị cho phép lớn nhất. Đối với truyền dẫn chuyển động chính, thường lấy 1 imin ≥ ; imax ≤ 2 4 80
H8.1b: Một số phương án của hệ thống truyền động z = 3× 2 × 2 Cả 2 điều kiện nầy có thể quy về i max = ϕk ≤ 8 (8.3) i min Điều kiện (8.3) dễ dàng kiểm tra đối với từng nhóm truyền, bởi vì số mũ k chính bằng số khoảng lg ϕ giữa các tia ngoài cùng là các tia có tỉ số truyền nhỏ nhất và lớn nhất • Đồ thị vòng quay: khác với lưới kết cấu ở chỗ, vẽ đủ tất cả các trục theo sơ đồ động, giữa các trục là các bộ truyền riêng lẻ hay theo từng nhóm truyền. Các điểm trên tất cả các trục là các trị số vòng quay (lấy theo trục toạ độ logarit) sắp xếp lần lượt từ điểm đầu tiên. Đồ thị vòng quay được vẽ không đối xứng. Mỗi phương án lưới kết cấu có thể có các phương án đồ thị vòng quay khác nhau (H8.1b) phụ thuộc vào các bộ truyền thành phần, và lựa chọn trị số tỉ số truyền trong từng nhóm truyền. Trục vào từ động cơ thường có tốc độ quay khá nhanh (1500 ÷ 3000 vg/ph), và trục chính có các dãy trị số vòng quay thấp hơn. Muốn giảm tốc độ, nên giảm ở các cấp sau cùng để cho các trục trung gian làm việc với các trị số vòng quay tương đối cao bởi vì kích thước trục và mođun các bánh răng của các bộ truyền trung gian có mối quan hệ với số vòng quay : 81
c c d = 1 ; m = 2 4 n 3 n Do đó giảm tốc độ dẫn đến tăng kích thước trục, khối lượng và giá thành các trục và các bộ truyền. • Khi sử dụng động cơ điện không đồng bộ nhiều tốc độ, dãy hình học nhận được chỉ đúng cho các công bội thoả mãn điều kiện ϕx = 2 , với x: số nguyên. Ngoài ra, động cơ được coi như là 1 nhóm truyền, và số bộ truyền (số tỉ số truyền) trong nhóm thay đổi đầu tiên (trước động cơ) phải đảm bảo (H8.2a): lg 2 P = (8.4) k lg ϕ • Dùng bánh răng thay thế thiết kế theo kiểu hoán đổi thuận nghịch cho phép tạo ra số tỉ số truyền lớn nhất trong nhóm. Nếu mỗi cặp bánh răng thay đổi vị trí lắp, số tỉ số truyền chung có được lớn gấp đôi số cặp bánh răng (H8.2b). • Các số liệu thống kê về sử dụng các máy vạn năng đã cho thấy rằng phần phạm vi điều chỉnh trung bình dãy số vòng quay được sử dụng nhiều hơn so với các biên ngoài cùng của dãy số. Do vậy trong nhiều trường hợp ở các máy ứng dụng lưới kết cấu biến hình theo cách: trên phần phạm vi điều chỉnh trung bình dãy số công bội ϕ, còn ở các biên công bội tăng lên ϕ2 hoặc ϕ3. Như thế có thể mở rộng phạm vi điều chỉnh mà không làm tăng số bộ truyền (H8.2c) • Đối với các máy làm việc với tốc độ cao, tổn thất công suất ở hành trình chạy không tăng lên khi số lượng bộ truyền làm việc liên tục tăng. Để hạn chế điều nầy cũng như làm giảm các loại sai số khác nhau của truyền dẫn đến trục chính máy, người ta dùng phương án sơ đồ hệ thống truyền dẫn tách rời (H8.3) với hộp tốc độ tách rời hộp trục chính. Đặc điểm chính của truyền dẫn tách rời (qua các đường truyền gián tiếp-trực tiếp) là có một số cấp tốc độ thực hiện không phải qua tất cả các trục của hệ thống truyền động mà chỉ đi qua 1 số trục (H8.2d). Số cấp tốc độ nhận được là: m1 m2 z = z1 + z2 = ∏pi + ∏pi (8.5) 1 1 Với phương pháp phân tích giản đồ, người thiết kế dễ dàng hình dung, phân tích và so sánh đầy đủ các phương án của hệ thống truyền động. Lựa chọn được 1 phương án tối ưu luôn là 1 bài toán khó, tuy nhiên có thể dựa trên nguyên tắc là mong muốn độ dài xích động được giảm bớt, vừa đảm bảo kinh tế, vừa 82