1 MÔN HỌC: MÁY CÔN G NGHIỆP Người biên soạn:Ths.Phùng chân Thành Bộ môn Chế tạo máy, Khoa khí GIỚI THIỆU MÔN HỌC: MÁY CÔNG NGHIỆP Môn học lấy máy cắt kim loại làm đối tượng nghiên cứu loại máy có phối hợpù nhiều chuyển động phức tạp nhất,đặc trưng nhất,có yêu cầu cao thiết kế yêu cầu khắt khe chế tạo Ví dụ máy khuấy trộn,máy li tâm thường có chuyền động quay tròn Máy sàng,máy nghiền có từ đến chuyển động quay lắc.Còn máy công cụ chuyển động máy khoan có chuyển động,máy phay máy tiện vạn có chuyển động ,máy gia công bánh trụ côn có đến chuyển động ,máy gia công bánh không tròn (bánh enlíp) có tới chuyển động tạo hình.Máy công cụ vừa phức tạp truyền động,vừa có yêu cầu cao độ xác,độ cứng vững độ ổn rung.Do việc thiết kế máy công cụ đòi hỏi khối lượng công việc lớn cần ứng dụng kiến thức nhiều lónh vực khác nhau:thiết kế kết cấu khí,thiết kế điều khiển máy,thiết kế mỹ thuật … Đặc biệt cần ứng dụng phương pháp tự động hoá thiết kế nhờ trợ giúp máy tình phần mềm chuyên dùng I.Nội dung môn học: Môn học nhằm trang bò cho người học kiến thức bãn lý luận thiết kế máy công cụ.Trình bày giải pháp cụ thể vế việc lựa chọn phương án thiết kế động học máy.Thiết kế động lực học phận quan trọng máy.Đề cập đến việc thiết kế hệ thống điều khiển máy II.Tài liệu tham khảo: 1.Nguyễn Anh Tuấn-Phạm Đắp Thiết kế máy công cụ tập 1.Nhà xuất KHKT 2.Phạm Đắp nhiều tác giả khác Tính toán thiết kế máy cắt kim loại.Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp 3.Nguyễn Ngọc Cẩn Thiết kế máy cắt kim loại.Đại học Bách khoa TP.Hồ Chí Minh 4.N.Acherkan.D.Sc Machine tool design.vol3.Mir Publishers CHƯƠNG I:NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY CÔN G CỤ Thiết kế máy công cụ gồm lónh vực chủ yếu: -Thiết kế truyền động -Thiết kế kết cấu -Thiết kế điều khiển Nội dung chương gồm có phần: 1.1.Những yêu cầu đề máy thiết kế 1.2.Tổ chức thiết kế máy công cụ 1.3.Phương hướng phát triển vế thiết kế máy công cụ 1.1.Các yêu cầu máy thiết kế 1.Độ xác Máy thiết kế phải đãm bảo độ xác:Độ xác hình học độ xác động học.Độ xác thể qua sai số gia công sản phẩm Tiêu chuẩn TCVN1742-75 máy chia cấp xác: E,D,C,B,A E:Cấp xác thông thường, phổ biến D:Cấp xác nâng cao C:Cấp xác cao B.Cấp xác đặc biệt cao A.Cấp siêu xác 2.Năng suất cao Năng suất đơn chiếc: 1 chiếc/phút Q  T tc  t p  td Gọi :  1 Ta có: Q t , Hệ số sử dụng kỹ thuật d tc  t p  tc  t p Với: tc-Thời gian cắt tp-Thời gian phụ không trùng với thời gian cắt(tổn thất chu kỳ) td-Thời gian dừng máy đễ sửa chữa hỏng hóc ngẫu nhiên(tổn thất chu kỳ) Hình 1.1 3.Yêu cầu sử dụng:Đơn giản ,thuận tiện,an toàn bảo quản,sử dụng sửa chữa 4.Độ tin cậy tuổi thọ cao 5.Tính vạn máy công cụ :Khả thích nghi máy với sản phẩm Hình 1.2 Lựa chọn máy phụ thuộc vào qui mô sản suất: 1-Máy vạn hay đa dụng 2- Máy chuyên môn hoá -Máy chuyên dùng -Máy điều khiển theo chương trình số 5-Hệ thống gia công điều khiển máy tính Lựa chọn máy phụ thuộc vào qui mô sản suất 6.Trình độ tự độ ng hoá máy công cụ Tỷ số giữ thời gian nguyên công tự động tổng thờigian gia công máy : n a t tdi T ttđi :Thời gian nguyên công tự động thứ i T:Tổng thời gian chu kỳ Xu hướng : a.Sản xuất nhỏ: TĐH nhờ máy CNC b.Sản suất lớn:Sử dụng đường dây tự động có hiệu 7.Tính hiệu kinh tế máy: -Hiệu thiết kế -Hiệu sử dụng Dựa vào tổng chi phí chế tạo: P  C  K  P:tổng phí tổn C:Giá thành sản phẩm K:Hệ số % hiệu đầu tư  :Đầu tư 8.Mức tiêu hao vật liệu kích thước máy -Phối hợp sử dụng vật liệu 9.Tính công nghệ kết cấu máy Thể cụ thể qua : a.Có giảt pháp kêt cấu máy phù hợp b.Sử dụng chi tiết cụm máy tiêu chuẩn hoá c.Chọn phối hợp vật liệu hợp lý d.Phân chia máy cụm hợp lý coi cụm đơn vò lắp ráp e.Hình dáng hình học chi tiết đơn giản,dễ chọn phôi,giảm trọng lượng kim koại f.Chọn chuẩn hợp lý cho chế tạo lắp ráp g.Có phương án di chuyển dễ dàng phận nặng 1.2.Tô chức thiết kế máy công cụ -Lao động thiết kế chiếm tỷ lệ lớn theo thống kê có đến 60% chi phí cho chế tạo máy việc nâng cao suất ,tổ chức hợp lý hoàn thiện trình thiết kế đem lại hiệu cao -Người thiết kế phải quan tâm đên nhiều yếu tố có mối liên hệ với lónh vực khác Hình 1.3.Sự liên hệ thiết kế lónh vực 1.2.1.Các giai đoạn thiết kế máy : -Dữ liệu thiết kế ban đầu -Xác đònh tính kỹ thuật -Thiết kế truyền động -Thiết kế kết cấu -Thiết kế chế tạo Hình 1.4 Các giai đoạn thiết kế máy Hình 1.5.Các giai đoạn thiết kế cụm máy Thí dụ: Hình 1.6.Thiết kế ổ trục Hình1.7.Thiết kế mặt bích Hình 1.8.Sơ đồ khối trình thiết kế 1.2.2.Vài đặc điểm thiết kế máy công cụ vạn năng,máy tổ hợp máy chuyên dùng 1.Thiết kế máy vạn năng: -Xác đònh chuỗi thông số kỹ thuật máy:Chuỗi vòng quay,gam máy… -Chọn máy chuẩn làm sở thiết kế`:kế thừa thành tựu khoa học thử nghiệm ,kiểm chứng -Thiết kế` động học động lực học máy 2.Thiết kế máy tổ hợp: -Dựa vào hình dáng chi tiết -Dựa vào hình thức tập trung nguyên công Các phận tiêu chuẩn hoá:Đầu động lực,hộp trục chính,cần thiết kế thân máy Hình 1.9.Các cụm máy tổ hợp 1.2.3.Tự động hoá trìnhù thiết kế: Có thể tự độ ng hoá khâu: -Thu thập sử lý thông tin ban đầu :15% -Kỹ thuật tính toán:25-30% -Công việc vẽkỹ thuật lập văn thiết kế: 5060%:CAD,CAO… Hình 1.10.Sơ đồ thiết kế máy Hình 1.11.Sơ đồ thiết kế chi tiết máy Hình 1.12.Sơ đồ thiết kế máy tổ hợp 1.3.Phương hướng phát triển thiết kế máy công cụ đặc điểm thiết kế máy vùng nhiệt đới Nâng cao tuổi thọ,độ tin cậy làm việc máy,độ bền mòn chi tiết máy 2.Nâng cao độ xác máy 3.Nâng cao suất,hạ giá thành 3.Nâng cao độ cứng vững,độ chòu rung máy 4.Nâng cao trình độ tự động hoá máy 6.Chú ý đặc điểm khí hậu nhiệt đới thiết kế Chương II: ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÁY CÔN G CỤ Độ xác thể qua dạng sai số máy Máy công cụ có dạng sai số sau: loại sai số 1.Sai số ban đầu:Sai số hình học sai số động học 2.Sai số gắn liền với chế độ làm việc máy:Sai số đàn hồi,sai số động lực học,sai số nhiệt 3.Sai số biến thiên theo thời gian:Domòn,do ứng suất dư 4.Sai số dụng cụ cắt sơ đồ tạo hình 5.Sai số điều chỉnh máy gây nên Ta xem xét sai số sau 2.1.Sai số hình học động học 1.Sai số hình học Là sai số vò trí tương quan phận máy Hình 2.1.Sai số hình học máy -Độ không thẳng góc đường tâm trục máy khoan,máy phay mặt phẳng bàn máy -Độ đảo hướng kính trục máy tiện,máy phay… -Độ đảo hươnùg kính lỗ côn trục máy tiện,máy phay -Độ không song song tâm trục máy tiện phương chuyển động xe dao Sai số hình học chuyển toàn hay phần đến chi tiết gia công dạng sai số hệ thống 2.Sai số động học Sai số động học: không đồng bộ, không nhòp nhàng chuyển động tương đối trình tạo hình phôi dụng cụ cắt sai số phân độ .Sai số động học gồm sai số tỉ số truyền : -Sai số tỉ số truyền cố đònh -Sai số tỉ số truyền biến đổi tức thời .Ngoài có tải làm biến dạng khâu có khe hở gây sai số Hình 2.3.Xích bao hình máy lăn Hình 2.4.Sai số động học máy phay lăn Biện pháp giảm sai số động học: -Giảm số khâu truyền động -Có biện pháp khử khe hở 2.3.Sai số đàn hồi,sai số động lực học sai số nhiệt 1.Sai số đàn hồi:Do biến dạng đàn hồi hệ thống công nghệ chòu lực Xem kỹ lại môn học Công nghệ chế tạo máy chương độ xác gia công 2.Sai số động lực học:Phát sinh dao động tương đối dao phôi gây gia công trình chuyển tiếp :khởi động,hãm,đão chiều 3.Sai số nhiệt Do biến dạng nhiệt gây : -Dòch chuyển đường tâm trục -Dãn nở dao -Biến dạng nhiệt không chi tiết Hình 2.8:Dònh chuyển nhiệt trênmáy Hình 2.9:Dòch chuyển ngang mũi tâm ụ trước máy tiện Hình 2.11:Dãn nở chiều dài dao tiện 2.4.Sai số mòn: Mòn làm tăng sai số hệ thố ng gia công Hình 2.12 ảnh hưởng mòn sóng trượt máy tiện 2.5.Sai số dụng cụ cắt sai số tạo hình 1.Sai số dụng cụ cắt Hình2.13.Quan hệ lượng mòn quãng đường 2.sai số tạo hình -Sai số điều chỉnh gần xíchđộng máy -sai số thay bề mặt chi tiết bề mặt đơn giản 2.6.Sai số điều chỉnh máy 2.7.Các nguyên nhân gây sai số gia công 1.Độ không tròn chi tiết,độ côn chi tiết 3.Độ không thẳng đường sinh 4.Độ lệch tâm chi tiết 5.Độ không phẳng 6.Độ không songsong,không thẳng góc 7.Sai số bước răng,sai số bước ren 2.8.những biện pháp nâng cao độ xá c máy 1.Chọn sơ đồ gia công 2.Hạn chế ảnh hưởng biến dạng đàn hồi 3.Giảm mối ghép động bất động 4.khử khe hở hệ thống đỡ truyền động 5.Tạo biến dạng,dòch chuyển ban đầu 6.Giảm tác dụng biến dạng nhiệt 7.Giảm ma sát truyền 8.Sử dụng hệ thống bù trừ hệ thống kiểm tra tíchcực Chương III:ĐỘ CỨNG VỮNG CỦA MÁY CÔNG CỤ 3.1.Các đònh nghóa 1.Khái niệm Độ cứng vững khã chống lại ngoại lực làm bò biến dạng Xét mạch điều khiển: Hình 3.1 Độ mềm dẻo: Y F W p  Y F p p p : hàm biến dạng p :Hàm tải trọng Nghòch đảo độ mềnm dẻo độ cứng: C W p Ta quan tân đến loại độ cứng vững: Độ cứng vững uốn độ cứng vững xoắn a Độ cứng vững uốn:Tỷ số lực chuyển vò:  N   mm    b.Độ cứng vững xoắn:Tỷ số mô men xoắn góc xoắn ; x  N m Cx  M   rad  dF Trường hợp tổng quát: C F  dy d x CM  M dy C t  F y 2.mô hình độ cứng vững:Theo học dao động thì: Độ cứng vững coi thành phần hệ.Khảo sát mẫu dao động bậc tự do: Hình:3.1 Trong :C y :Độ cứng vững vật m tác dụng lực trùng phương m:Khối lượng vật y:chuyển vò khối lượng m theo phương lực F(t) Trong thực tế m khối lượng thu gọn chi tíêt máy,Cy độ cứng vững tổng cộng nhiều thành phần liên kết với khối lượng m đó.Ta thường gặp trường hợp :Mắc song sonh mắc nối tiếp: Hình 3.9 hình 3.10 n C y  C yi Khi mắc song song : 1 Khi mắc nối tiếp: C y n   C yi Ví dụ độ cưng vững hệ thống công nghệ: 1 1    J  J m J ct J d 3.2.Tối ưu hoá kết cấu vật liệu Các phương hướng tối ưu hoá kết cấu theo tiêu chuẩn độ cứng vững gồm: 1.Chọn tiết diện ngang hợp lý:Tăng mô men quán tính J Jx Bảng 3.3 Bảng 3.4 2.Hình dạng thân máy: Chọn thân máy dạng hình cổng Hình;3.11,3.12 -Độ cứng vững uốn: P.l  E J y , với: cu   E.J l -Độ cứng vững xoắn: l   Mx G J x Với: J x với: C x  G J x l :Mô men chống xoắn J :Mô men chống uốn G :Mô đun đàn hồi trượt E :mô đun đàn hồi 3.Chọn vật liệu có mô đun đàn hồi E lớn 3.3.Độ cứng vững tiếp xúc: Biểu diễn mội quan hệ lực biến dạng điểm bề mặt tiếp xúc Do bề mặt tiếp xúc có mấp mô có khe hở nên chòu lực sinh biến dạng Giải tăng độ cứng vững tiếp xúc nhờ:Chế tạo xác côn moóc,lỗ tâm,Kết cấu có đệm điều chỉnh.Khử khe hở ổ trục,chọn vật liệu hợp lý 3.4.Độ cứng vững mối ghép Sau ghép phát sinh tải trọng mối ghép,có thể kéo ,nén, trượt,nên phãi tính toán chi tiết ghép có đủ độ bền độ cứng vững bu lôn g ,đinh tán,chốt…Vì không đảm bảo làm cho mối ghép không đảm bảo chất lượng 3.5.Độ cứng vững ảnh hưởng đến độ xác máy Máy không đủ độ cứng vững dao cắt dao động, làm cho vò trí dao thay đỗi so vơ ùi bề mặt chi tiết trình gia công gây sai số gia công Hình:3.27.Quỹ đạo dao so vơiù phôi 3.6.nh hưởng độ cứng vững đến làm việc tuổi thọ chi tiết máy -Bánh ăn khớp không tốt -Ngõng trục tiếp xúc không tốt với ổ Hình:3.37Sai lệch bạc 10 3.7.Đo lường độ cứng vững thực nghiệm -Đo lực: Lực kế vòng đàn hồi Lực kế điện cảm,điện trở :(loadcell) -Đo biến dạng Hình :3.41 Hình 3.43 Chương 4: CƠ SỞ CẤU TẠO ĐỘNG HỌC MÁY 4.1.Vận tốc cắt lượng chạy dao tới hạn Máy thiết kế phải có khã để lựa chọn vận tốc cắt lượng chạy dao thích hợp: v,s Do máy phải có phạm vi vận tốc cắt lượng chạy dao: Rv Rs hợp lý số lượng qui luật phân bố 1.Vận tốc cắt:Có hai loại chuyển động tạo tốc độcắt:chuyển động vòng chuyển động thẳng a.Chuyển động vòng:  d n V  m / ph 1000 d:mm, n:v/ph 1000 v nmin   d max n max  1000 v mx  d Phạm vi điều chỉnh: R n  n n max  v v max  R R v d Máy vạn năng: Máy tiện: Rn  50-200 Máy phay: = 20-100 Máy khoan cần: = 20-100 Máy bào: = 5-40 b.Máy có chuyển động thẳng về(máy bào ,xọc) 34 -Thép 45 đạt HRB=230-260 -Thép 40x HRC=35-42 4.Trục dùng ổ trượt: Cổ trục phải có độ cứng cao để chống mòn nên thường dùng: -Thép 15,20x thấm than HRC=56-62 -Khi d>350 dùng thép 40x,thép 45 tần số cao -Để chống mòn tốt dù ng thép hợp kim crôm –nhôm,thép thấm nitơ ví dụ: 40x-IO,35xIO,35xM-IO-A 8.1.3.Kết cấu trục Kết cấu trục đơn giản để dễ chế tạo,kiểm tra lắp ráp cụ thể : -Hình dạng trục nên nhỏ dần phía -Chi tiết lắp trung gian phải có gờ,bạc chặn -Đoạn trục có kích thước danh nghóa chế độ lắp khác phải có rãnh thoát dao -Đoạn côn lắp ổ: 1:10,đoạn côn lắp bánh 1:15 -Đường kính trục chính,đầu trục lấy theo tiêu chuẩn (hình 3) 8.1.4.Tính trục I/.Tính trục theo sức bền: Ta xem xét trường hợp cụ thể sau: 1.Khi có mô men xoắn tác dụng a.Trường hợp trục có chiều dài l1000: tính theo độ cứng vững xoắn:Góc xoắn cho phép: l  Mx [rad] 8-3 J p G 35 Với G: mô đun loại 2(chống xoắn) [N/m ] Jp: Mô men quán tính độc cực  d 8-4 J p  32  0.1 d 10 Thay Jp, G  8.10 [ N / m ]    /100 mm dài vào 8-3 ta rút N ra: 8-5 d  c.4 n Nhận xét:-Dạng công thức 8-5 khác 8-2 bậc khai N -Nếu = công thức cho giá trò n N -Nếu < l>1000 dùng công thức 8-2 n N < l>1000 dùng công thức 8-5 n 2.Tính trục chòu đồng thời mô men xoắn mô men uốn.Ta tính theo thuyết bền tương đương Mohr: a.Trường hợp trục thép(vật liệu dẻo)  với: t    W  M  4     0.1 d 32 Mx M W  M u Mx 0.1 d x p : mô men chống uốn  d W   d u Khi trục rỗng ta có: d d ù W u W  d M 32 (1  ) o d :Đường kính lỗ trục :Đường kính trục Sau thay vào 8-6 ta rút ra: 3 d M 0.1.  t 8-8 t   :ứng suất tương đương cho phép t M t  M u  M x :Mô men tương đương 8-6 36 b.Trường hợp trục làm gang: Ứng suất tương đương tính sau: 2  t      M W thay : , u M W 8-9 x p vào ta rút đường kính d trục .Các công thức tính gần gia công điều kiện cắt thay đổi để tính xác ta sử dụng công thức thực nghiệm Acherkan đưa ra: k (1 c1) M uc  ( 1  k c2).M xc  T  2 d  2.17 (1   ). n 1   d0 Trong : d   k k Chọn : Giới hạn mỏi vật liệu 1 T : Giới hạn chảy vật liệu  :Hệ số tập trung ứng suất pháp  :hệ số tập trung ứng suất trượt k   k   1.7  C , C : Hệ số phụ thuộc trình cắt: -Khi mài: C ~ C = 0.Tiện dao kim cương: C ~ C =0.05-0.1 -Tiện lỗ ,khoan,khoét: C ~ C =0.1-0.2 -Phay C ~ C = 0.25-0.3.Gia công thô: C ~ C = 0.5 1 2 1 2 2 - n: Hệ số an toàn vật liệu xác đònh rõ ràng chọn n=1.25-1.5 Trung bình lấy n=1.5-3 Không xác đònh xác n=3-4 M  M xc M  M uc x max 1 c2 u max 1 c1 với với M M x max uma mô men xoắn lớn mô men uốn lớn II.Tính trục theo độ cứng vững 8-10 37 1.Chọn sơ đồ tính: hình 8.4 2.Kết cấu hệ thống trục Kết cấu trục :l,d ,độ cô xôn c chất lượng ổ trục ảnh hưởng đến chuyển vò y đầu mút trục a.nh hưởng ổ trục không cứng vững(ổ đàn hồi) Hình 8.5 Nhận xét: -Ổ trước ảnh hưởng nhiều ổ sau đến chuyển vò đầu mút trục -Độ côn xôn c nhỏ y nhỏ -Khoảng cách trục l lớn y nhỏ xét riêng ảnh hưởng ổ trục,còn xét hệ thống khoảng cách trục tăng đến giá trò tối ưu gọi khoảng cách trục tối ưu b.Bản thân trục không cứng vững Hình 8.6 Lúc ta coi ổ không đàn hồi xét trục đàn hồi chòu tải có chuyển vò y1 .Kết hợp ảnh hưởng :Hình 8.7 Y = y1 + y2 -Thành phần y1 chiế m 70%, thành phần y2 chiếm 30% độ võng y 3.Ví dụ: Khảo sát sơ đồ chòu lưc trục hình 8.8 -Chuyển vò trục đà n hồi gây ra: P.c (l  c) y1  3EJ gọi f độ đàn hồi ta có: y (l  c) đường đàn hồi quan hệ bậc với l/c hình 8.9 P 3EJ Nhận xét: Độ đàn hồi f1 tỷ lệ thuận với khoảng cách trục l/c -Bây xét ảnh hưởng ổ đàn hồi gây ra: 2  P  (l  c) c   y2   s  l  s1 2  y ( l  c ) c    biểu diễn lên f 2 P  2 s  l  s1 hình 8.10 Nhận xét:Độ đảo mút trục giảm khoảng cách trục tăng nh hưởng tổng hợp 2: f = f1 + f2 nêu hình 8.11 Ta nhận thấy có giá trò tối ưu khoảng cách trục chuyển vò nhỏ Thông thường chọn : f  c 38  l  1.7  c 3.Xác đònh độ cứng vững trục Độ cứng vững nghòch đảo độ mềm dẻo :Độ cứng vững lực cần thiết tạo nên chuyển P vò tiết diện đơn vò độ dài theo phương tác dụng lực: J  [ N/ µm] 8-11 y 4.Xác đònh chuyển vò góc xoay tiết diện.Hình 8.12 - Kiểm tra độ võng mút trục tiết diện nguy hiểm khác -Kiểm tra góc xoay ổ trước chỗ lắp bánh truyền động Xác đònh độ võng góc xoay có nhiều phương pháp khác theo sức bền vật liệu Trong chế tạo máy hay dùng phương pháp nhân biểu đồ Ví dụ ứng dụng:Hình 8.13 5.Độ võng góc xoay cho phép  y   0.2 mm  0.0002.l 8-12 l  1000 8-13   0.001 rad   6.Góc xoắn trục 180 M x l   J p G độ 8-14 Trong đó: - Mx Mô men xoắn -l:chiều dài chòu xoắn -G:mô đun đàn hồi chông xoắn với thép G=8,4.106N/cm2 -Jp:Mô men quán tính độc cực,J p = 0.1d4 Góc xoắn cho phép: [ ] = chiều dài 100mm III/Tính trục chòu chấn động Khi số vòng quay n>1500v/ph cần tính khả chòu chấn động g  Tốc độ tới hạn tính: 8-15 t y  g:gia tốc trọng trường Y:độ võng lớn trục trọng lượng thân trọng lượng chi tiết lắp trục gây Thường chọn:  > độ võûng nhỏ     0.25  0.3  t lv Để an toàn chọn t lv Thay :   2 n vào 8-15 ta có: 60 30 nth  y 39 8-16 IV.Kiểm nghiệm then then hoa 1.Kiểm nghiệm rãnh then.Hình 8.14 p  M.h l r x max 2.Kiểm nghiệm then hoa.Hình 8.15 p M x max  M 2x max D d Dd (D  d ).l.z. l.z.  : z hệ số tiếp xúc không (0.75-0.9) số then hoa p suất tính phải nhỏ ứng suất cho phép phụ thuộc cách lắp trục,điều kiện làm việc then tra bảng 11-10 tài liệu P< ≤ [p] 8.2.Ổ TRỤC CỦA TRỤC CHÍNH MÁY CẮT KIM LOẠI 8.2.1.Yêu cầu chung với ổ trục a.Đảm bảo đủ độ xác hướng trục hướng kính tải trọng thay đổi b.Tuổi thọ cao -ổ trượt 10.000 h -ổ lăn 5.000 h c.Điều chỉnh ổ dễ,tháo lắp đơn giản d.Chế tạo sử dụng dễ -Ổ lăn:Dùng cho máy có độ xác thông thường,tải trung bình thích hợp -Ổ trượt dùng cho máy xác,máy có tải trọng nặng máy cán,tốc độ thấp cao 8.2.2 Ổ trượt 1.Vật liệu làm ổ trượt a.Gang xám - Tính chòu mòn xấu v ≤ m/s -Tích số : p.v ≤ 200 N/cm2.m/s -Không chòu va chạm -Khi vận tốc nhỏ : p = 2000-3000 N/cm2 b.Đồng thanh:Có nhiều loại -Đồng chì: Bp O Þ 10-0.5 dùng ổ trục máy quan trọng ,chòu va chạm mạnh: p = 1000 N/cm , v =8m/s -Đồng chì B p.C.30 thiếc đúc : pv ≤ 1000 N/cm2 , v = 10m/s -Đồng nhôm : v=2.5m/s, p = 600-1000N/cm2 c.Hợp kim làm ổ trục -Bác bít thiếc: B83 Dùng cho máy tiện ,máy doa nặng loại đắt tiền -Bác bít chì: B16 chất lương B83,rẻ tiền dùng cho máy có tải trọng vừa d.Hợp kim chòu ma sát -Giá rẻ loại đồng không dùng đến kim loại q hợp kim: Al-Cu –Si P.V = 400-500 N/cm2,p ≤ 200, v ≤ m/s Dùng tốt cho máy tiện,máy phay,revonver,khoan,dùng cho máy nặng thích hợp Nhưng trục phải cứng HRC=4550 bế mặt gia công nhẵn 2.Kết cấu ổ trượt: Có nhiều loại kết cấu ổ trượt chủ yếu phụ thuộc cách điều chỉnh khe hở ổ a.Loại ổ nguyên: Không điều chỉnh khe hở Hình: b.Loại điều chỉnh khe hở: Hình: -Loại côn,ngoài trụ -Loại trụ côn -Loại ổ trục đặc biệt:có độ xác cao,có thể tạo nhiều chêm dầu (makenson) -Loại ổ có nhiều mảnh :Máy mài c.Loại ổ thuỷ tónh,ổ khí tónh 3.Tính toán ổ trượt:Tính toán ổ bảo đảm chế độ bôi trơn ma sát ướt: -Chiều dày màng dầu ho: ho >H1max + H2max   n d ho = 5.4.10 S p   : Độ nhớt động lực [Ns/cm 2] d,D: đường kính trục bạc n:số vòng quay trục [v/ph] l:chiều dài làm việc ổ [mm] s = D-d 40  : hệ số,   41 d l l p:áp lực trung bình ổ p P l.d [N/cm2] , với P: tải trọng tác dụng Hmax = 3.38.Hq 0.9 [µm] Hq;độ nhấp nhô tiêu chuẩn 8.2.3.Ổ lăn làm ổ trục trục Chọn ổ lăn dựa vào : -Độ lớn tính chất tải trọng -Tốc độ quay trục -Độ cứng vững,độ xác ổ lăn 1.Chọn ổ lăn theo độ lớn tính chất tải trọng -Tuỳ độ lớn hướng tải mà chọn loại ổ cho phù hợp -Khi số vòng quay lớn n>10.000v/ph chọn ổ cân kể vòng cách vấn đề bôi trơn kiểu sương mù để giải nhiệt tồt 2.Lựa chọn ổ lăn theo cấp xác Ổ lăn có cấp xác từ bình thướng đến đặc biệt cao.Giá thành tăng theo cấp xác nên cần tính chọn cấp xác hợp lý Để tính chọn độ xác xuất phát từ độ đảo đầu mút trục Hình8.22 Theo hình 8.22 ta có:   c1 c1  c2  l xuy ra: l        c c  l  c  c 1  l     l   l 2 1    l1  c2 l2 2 Giả sử độ đảo ổ ta có:  l  l   c11    c2   l2  l2  Với  : độ đảo cho phép tổng cộng đầu mút trục 42  :độ đảo cho phép thân ổ cứng vững Do ta xuy ra: c c      61  l     l2   l1 l Căn vào giá trò độ đảo cho phép c c2 để chọn cấp xá c ổ lăn 3.Biện pháp tăng độ cứng vững ổ lăn: Để tăng độ cứng vững ổ lăn thường dùng kết cấu có khả điều chỉnh giảm khe hở Hình 8.23 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY 9.1.Chức năng,yêu cầu,phân loại hệ thống điều khiển 1.Chức năng: -Đóng mở động điện -Đóng ngắt truyền động chính,truyền động chạy dao -Thay đổi tốc độ trục độ lớn lượng chạy dao -Đảo chiều chuyển động chạy dao -Kẹp chặt tháo chi tiết gia công,dụng cụ cắt -Di chuyển phận máy ụ động,trục máy khoan… -Điều khiển chu trình làm việc cấu máy như:phễu cấp phôi,đầu rêvonve… Do có nhiều chức nên máy có suất cao,càng đại hệ thống điều khiển phải hoàn thiện 2.Yêu cầu hệ thống điều khiễn a.Điều khiển phải tuyệt đối an toàn muốn phải: -Tập trung tay gạt vào khu vực thuận tiện cho thao tác người thợ -tránh phận điều khiển quay máy chạy -Phải cố đònh cấu điều khiển vò trí -Khoá liên động cấu điều khiển để không đồng thời đóng chuyển động đồng thời -Giới hạn hành trình di chuyển bàn máy cữ hành trình b.Điều khiển phải nhanh,nhẹ nhàng,thuận tiện dễ nhớ 3.Phân loại hệ thống điều khiển Theo trình độ tự động phân loại: -Hệ thống điều khiển tay -Hệ thống điều khiển tự động Việc lựa chọn hệ thống phải vào yêu cầu cụ thể vò trí máy dây chuyền sản xuất a.Với máy tự động: 43 Máy thiết kế dùng cho sản xuất hàng loạt hàng khối nên việc điều khiển phải hoàn toàn tự động,đảm bảo nhắc lại chu kỳ làm việc phận,cơ cấu máy cách xác.Hệ thống điều khiển tự đông có loại: -Một hệ thống điều khiển dùng trục phân phối -Hai hệ thống điều khiển theo chương trình số (NC,CNC) b.Với máy vạn năng:Công việc điều khiển máy tay người thợ Các loại cấu điều khiển thay đổi phạm vi rộng tuỳ loại máy như: -Điều khiển tay gạt riêng rẽ -Điều khiển tập trung tay gạt -Điều khiễn cam,các loại vấu tỳ,đóa có lỗ… Vì máy vạn việc tự động hoá thay đổi chế độ cắt v,t,s không cần thiết làm cho máy phức tạp đắt tiền.Người ta cần tự động hoá số chuyển động có chu kỳ chuyển động chạy dao,đão chiều,phân độ …như đem lại hiệu cao tức cần tự động hoá phần Phần tử điều khiển khí,thuỷ lực,khí nén,điện … Hình 9.1: sơ đồ phân loại hệ thống điều khiển máy 9.2.Hệ thống điều khiển khí máy 9.2.1.Phân loại hệ thống điều khiển khí máy Có loại hệ thống điều khiển khí: -Hệ thống điều khiển nhiều tay gạt -Hệ thống điều khiển tay gạt 1.Hệ thống điều khiển nhiều tay gạt :Dùng nhiều xích truyền độc lập để điều khiển phận,chi tiết máy Nhược điểm: -Hệ thống phức tạp cồng kềnh -Sử dụng không thuận tiện dễ mệt mỏi,nhầm lẫn Hệ thống dùng thích hợp máy có nhiều vò trí làm việc người thợ 2.Hệ thống điều khiển tay gạt : -Dùng tay gạt để điều khiển cố đònh phận,chi tiết máy -Dùng tay gạt liên kết để điều khiển số mạch khác nhau,cơ cấu điều khiển vô lăng,đòn bẩy,tay gạt tròn có tâm quay cố đònh Hình 9.2 Ưu điểm:Hệ thống tay gạt khắc phục hầu hết nhược điểm hệ thốâng nhiều tay gạ nên dùng hầu hết máy Để điều khiển chu trình làm việc máy bán tự động thường phối hợp cấu điều khiển khí(tay gạt,cam,chêm,cữ hành trình),với cấu dầu ép,khí nén,và điều khiển điện(ly hợp điện từ…) 9.2.2.Tính toán thiết kế hệ thống điều khiển khí máy 1.Các loại cấu hệ thống điều khiển khí 44 Có loại cấu : -Cơ cấu chấp hành -Cơ cấu trung gian -Cơ cấu điều khiển a.Cơ cấu chấp hành: Là cấu cuối hệ thống điều khiển trực tiếp tác động vào chi tiết máy.Các cấu thường dùng miếng gạt,con lăn gạt,ngàm gạt: Hình 9.3 b.Cơ cấu trung gian:Là cấu liên hệ cấu điều khiển cấu chấp hành.Gồm loại:camđóa,cam thùng,đóa có lỗ, loại gạt,bánh răng,thanh răng,trục vít có bước lớn Hình 9.4 c.Cơ cấu điều khiển:Là cấu trực tiếp nhận tác động từ tay người thợ tay gạt,vô lăng,nút nhấn,bàn đạp :Hình 9.5 2.Một số tính toán : a.Tính toán hành trình gạt: Hình 9.6 -Khối bánh bậc di trượt: L= B + f -Khối di trượt bậc: L= 2B + 2f b.Một số cấu hay dùng: -Càng gạt có tâm quay -Cam để gạt -Hệ thông đóa có lổ 3.Thí dụ tính toán thiết kế hệ thống điều khiển dùng cam Thiết kế HTĐK hộp tốc độ máy dùng cam đóa,cam thùng Z=16, φ = 1.26 Bước 1: Vẽ sơ đồ động lưới kết cấu Z= 4x 2x I II III [1] [4] [8] Bước 2:Viết hệ phương trình điều chỉnh: n1=no.i1 i5 i7 n2=no.i2 i5 i7 n3=no.i3 i5 i7 n16= no.i4.i6.i8 với : i1:Khối a gạt phải : P, i2: Khối a gạt trái : T i3: Khối b gạt phải : P, i4: Khối b gạt trái : T Khi khối a vào khớp khối b vò trí trung gian ngược lại i5: Khối c gạt trái: T 45 i6: Khối c gạt phải: P i7: Khối d gạt phải: T i8: Khối d gạt trái: P Bước 3:Vẽ bảng khai triển cam Hình 9.7 Bước 4: Vẽ biên dạng,hình dáng cam đóa hay cam thùng Nhận xét: -Đường khai triển cam a b đồng dạng lệch pha nên dùng chung rãnh cam để điều khiển khối di trượt a b -Khối c d khối dùng rãnh cam riêng Hình.9.8.Hệ thống điều khiển dùng cam đóa -Nếu dùng cam thùng: Ta bố trí cam:Trục I điều khiển cam a b: có 1rãnh lồi,1 rãnh lõm ,2 rãnh cung tròn.Trục II điều khiển cam c d,cam c có rãnh lồi,2 rãnh lõm,cam d có 1rãnh lồi rãnh lõm Hình9.9.Hệ thống điều khiển dùng cam thùng 4.Thiết kế hệ thống điều khiển dùng đóa có lổ Việc thiết kế theo quy tắc bước : -Bước 1:Vẽ lưới kết cấu sơ đồ động hộp tốc độ -Bước 2:Viết hệ phương trình điều chỉnh -Bước 3:Lập bảng điều khiển vò trí đục lỗ đóa -Bước 4:Vẽ đóa có lỗ theo qui luật bước 3(bước tương tự vẽ biên dạng cam phần trên) Thí dụ áp dụng : Thiết kế hệ thống điều khiển hộp tốc độ : Z=18 = x x I II III Các bước thể mô tả hình 9.10 9.3.Hệ thống điều khiển tự động máy 9.3.1.Hệ thống điều khiển tự động dùng trục phân phối Hệ thống điều khiển trục phân phối thường dùng máy tư động truyền thống.Trên máy có trục phân phối có gắn loại cam để điều khiển cấu máy dao cắt theo chương trình cố đònh.Mỗi cam phần chương trình gia công.Khi trục phân phối quay vòng có sản phẩm hoàn tất.Các máy tự động dùng trục phân phối thích hợp cho sản xuất qui mô lớn 9.3.2 Hệ thống điều khiển chương trình số Hệ thống điều khiển chương trình số dùng để điều khiển chuyển động máy tự động máy NC,CNC 1.Sự khác NC CNC: 46 -Hệ điều khiển NC gọi hệ điều khiển cứng chương trình điều khiển thễ băng đục lỗ hay băng từ.Khi cần thay đổi chương trình gia công phải thay đổi loại băng này.Hệ NC nhớ để lưu trữ chương trình điều khiển ,máy đọc chương trình theo khối lệnh tứ băng đục lỗ hay băng từ.Thực xong khối lệnh máy đọc khối lệnh nên dễ xảy lỗi đọc chương trình -Hệ điều khiển CNC hệ điều khiển mềm có sử dụng máy tính nhỏ với nhớ đọc viết chương trình để điều khiển máy.Chương trình gia công thay đổi dễ dàng nhanh chóng trực tiếp máy tính Ngoài hệ điều khiển CNC cài đặt chương trình kiểm tra lỗi chương trình,lỗi hệ thống thông qua hình thông báo cho người sử dụng biết tránh lổi đọc chương trình.Chương trình điều khiển đưa từ băng hay từ máy tính khác qua công cụ truyền liệu 2.Ưu nhược điểm máy NC,CNC a.Ưu điểm: -Độ xác,độ tin cậy cao -Việc thay đổi chương trình gia công nhanh nên rút ngắn thời gian chuẩn bò sản xuất thay đổi sản phẩm, đáp ứng sản xuất loạt nhỏ b.Nhược điểm: -Giá thành máy CNC cao nên làm tăng giá thành gia công -Trình độ công nhân yêu cầu cao 3.Sơ đồ hệ thống điều khiển máy CNC Hình 9.11 9.4.Cơ cấu chọn trước tốc độ Cơ cấu chọn trước tốc độ dùng nhằm giảm thời gian phụ, gia công bước người thợ chọn trước tốc độ cắt cho bước Hình 9.12 Kết luận chung 47 48 [...]... chính,G:trọng lượng phần dòchchuyển 7.3.Xác đònh công suất động cơ điện 1 .Công suất truyền động chính: Nđc = Nc+N o+Np Nc :Công suất cắt No :Công suất chạy không Np :Công suất phụ tiêu hao do yếu tố ngẫåu nhiên .V Công suất cắt: N c  P z hoặc: 60.102 V z N c  60P.1000 Với Pz:lực vòng, V:Vận tốc cắt Thường công suất cắt chiếm 70-80% công suất động cơ nên có thể xác đònh công suất động cơ như sau: 32 N dc  N ... Lấy:     10.  1%    3% n n 3.Lưạ chọn các thông số cơ bản a.Chọn công bội φ: b.Chọn số cấp tốc độ z.Thường chọn z là bội của 2 và 3 13 hay : z = 3,4,6,8,12,16,18,24,36 Hình 4.3.Mối quan hệ giữa các thông số CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỘP TỐC ĐỘ 5.1 .công dụng ,yêu cầu của hộp tốc độ 1 .Công dụng: -Truyền tốc độ cắt -Truyền công suất cắt 2.Yêu cầu của hộp tốc độ a.Về tốc độ cắt: Đảm bảo có số vòng quay... chuyển động thẳng 2.Xác đònh công suất chạy dao Có 2 cách xác đònh công suất chạy dao a.Theo tỷ lệ với công suất động cơ điện chính Nđc.s = k.Nđc.c k = 0.08 máy có nhiều dao K = 0.15 máy phay K = 0 máy mài b.Tính chính xác theo lực chạy dao Q.V s  N đc.s 6120  s Q: Lực chạy dao (kg) Vs:vận tốc chạy dao(m/ph) :Hiệu suất chung trong chạy dao   s s ≤ 0.15-0.2 Hoặc theo công thức: N đc s  Q.V s 60.1000... 0.1 d 0 1 10 2 Thay Jp, G  8.10 [ N / m ] và    /100 mm dài vào 8-3 ta rút 4 N ra: 8-5 d  c.4 n Nhận xét:-Dạng của công thức 8-5 chỉ khác 8-2 ở bậc khai căn N -Nếu = 1 thì 2 công thức cho cùng giá trò n N -Nếu < 1 và l>1000 thì dùng công thức 8-2 n N < 1 và l>1000 thì dùng công thức 8-5 n 2.Tính trục chính khi chòu đồng thời cả mô men xoắn và mô men uốn.Ta tính theo thuyết bền tương đương của... máy khi gia công nên chế độ này chỉ để tham khảo 2.Chế độ cắt gọt tính toán Chia chuỗi vòng quay trục chính n min - nmax làm 4 khoảng bằng nhau sao cho: Rn = R1.R2.R3.R4 Khi đó ta có: n n t min 4 n n max min (8.3) 30 Như vậy với khoảng R1 với số vòng quay nhỏ qui đònh máy chỉ làm việc đến mô men xoắn giới hạn mà không làm việc hết công suất Các khoảng: R2,R3,R4 máy được phép làm việc hết công suất... Ứng suất tương đương được tính như sau: 3 5 2 2  t  8   8   M W thay : , u M W 8-9 x p vào ta rút ra đường kính d trục chính .Các công thức tính trên đây chỉ là gần đúng do khi gia công điều kiện cắt luôn thay đổi vì vậy để tính chính xác hơn ta sử dụng công thức thực nghiệm do Acherkan đưa ra: k (1 c1) M uc  ( 1  k c2).M xc  T  2 2 3 d  2.17 (1   ). n 4 1   d0 Trong... nguyên lý cắt: -Thàùnh phần Pz:Dùng tính tải trọng các cơ cấu hộp tốc độ -Thành phần Py: ép vào dao và chi tiết gây ra biến dạng đàn hồi hệ thống công nghệ -Thành phần Px:Xác đònh tải trọng và tính toán các cơ cấu trong hộp chạy dao b.Xác đònh lực chạy dao:Theo công thức thực nghiệm do Rês êtốp và Lêvít đưa ra tuỳ thuộc vào các loại sóng trượt khác nhau -Máy tiện sóng lăng trụ,tổ hợp: Q  k p  f ( p ... cậy -Tính công nghệ trong chế tạo và giá thành 5.2.Một số nguyên tắc trong thiết lập hệ thống truyền động 1.Xích truyền động ngắn nhất Giảm bớt số khâu truyền độïng,chọn số vòng quay động cơ hợp lý 2.Bố trí tỷ số truyền thích hợp:Tỷ số truyền lớn nên đặt trước để số vòng quay trung gian cao i = i1 i2.i3… i k Nên chọn: i1≥ i2 ≥ i3 ≥……≥ ik Khi đó kích thước chi tiết máy sẽ nhỏ gọn Ví dụ: Công thức tính... điểm Có thể taọ ra các tỉ số truyền theo qui luật cấp số nhân công bội φ=2, dùng làm nhóm gấp bội 3.Nhược điểm Có nhiều bánh răng quay lồng không nên khó bôi trơn và hiệu suất thấp 6.6.Các cơ cấu đảo chiều trong hộp chạy dao 6.7.Cơ cấu chạy dao nhanh Hình6.9, hình6.10 và hình 6.11 29 Trong các máy vạn năng,tự động, NC,CNC…các bộ phận công tác như bàn dao,đầu rơvonve,tay máy… được điều chỉnh theo... hợp…chòu mòn cao như trục chính máy khoan,máy xọc răng.Nên cần chọn vật liệu và chế độ gia công hợp lý 3.Trục chính phải chuyển động êm,chính xác -Trục chính quay không êm, bò rung động sẽ để lại vết trên bề mặt gia côn,làm giảm tuổi thọ dao và các chi tiết máy khác -Trục chính không chính xác gây ra sai số gia công: Ví dụ như độ côn,độ không trụ trên máy tiện 4.Khả năng chòu rung động Đặc biệt là trục ... dòchchuyển 7.3.Xác đònh công suất động điện 1 .Công suất truyền động chính: Nđc = Nc+N o+Np Nc :Công suất cắt No :Công suất chạy không Np :Công suất phụ tiêu hao yếu tố ngẫåu nhiên .V Công suất cắt: N c... dạng đàn hồi hệ thống công nghệ chòu lực Xem kỹ lại môn học Công nghệ chế tạo máy chương độ xác gia công 2.Sai số động lực học:Phát sinh dao động tương đối dao phôi gây gia công trình chuyển tiếp... 5-Hệ thống gia công điều khiển máy tính Lựa chọn máy phụ thuộc vào qui mô sản suất 6.Trình độ tự độ ng hoá máy công cụ Tỷ số giữ thời gian nguyên công tự động tổng thờigian gia công máy : n a