đồ án máy công cụ: tính toán thiết kế máy phay hạng trung dựa trên máy chuẩn P623

Đồ Án: “thiết kế Máy phay vạn năng nằm ngang hạng trung” dựa trên cơ sở máy chuẩn P623. Trong phần thuyết minh này chỉ giới thiệu quá trình tính toán và thiết kế máy phay vạn năng , chủ yếu là phần thiết kế hộp tốc độ. Việc thiết kế được bắt đầu từ phân tích , chọn máy chuẩn và dựa trên cơ sở máy chuẩn rồi thiết kế động học , động lực hoc , thiết kế hệ thống điều khiển của máy mới .

LỜI NÓI ĐẦU

(Trích lời nói lần đầu có bổ sung) Trong công nghiệp nặng cũng như trong công nhẹ Máy công cụ cắt gọt kim loại là thiết bị chủ chốt trong các nhà máy và các phân xưởng cơ khí để chế tạo ra các chi tiết máy, các cụm máy, các khí cụ , dụng cụ và các loại sản phẩm khác nhau về cơ khí để phục vụ trong sản xuất và đời sống hàng ngày.

Với trình độ khoa học ngày càng phát triển đòi hỏi nhà máy công cụ phải được tự động hoá, tăng về số lượng, tăng về tính năng, tăng về chủng loại và ngày càng phát triển hiện đại nhằm tăng năng xuất lao động góp phần phát triển nhanh đất nước Trong chương trình đào tạo kĩ sư chế tạo máy thuộc trường Đại Học Bách Khoa thì máy công cụ là môn học quan trọng Nhận thức rõ tầm quan trọng đó, Bộ môn Máy và

Ma sát đã giao cho Sinh Viên Đồ Án môn học Thiết Kế Máy và tôi được nhận đề tài

Đồ Án: “thiết kế Máy phay vạn năng nằm ngang hạng trung” dựa trên cơ sở máy chuẩn P623.

Trong phần thuyết minh này chỉ giới thiệu quá trình tính toán và thiết kế máy phay vạn năng , chủ yếu là phần thiết kế hộp tốc độ.

Việc thiết kế được bắt đầu từ phân tích , chọn máy chuẩn và dựa trên cơ sở máy chuẩn rồi thiết kế động học , động lực hoc , thiết kế hệ thống điều khiển của máy mới Được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các Thầy, các GS,TS đã hướng dẫn và tham khảo đồ án của các bạn trong lớp Đến nay tôi đã hoàn thành đồ án môn học này Tuy nhiên do trình độ và do thời gian có hạn Đồ Án không thể tránh được những thiếu sót, tôi rất mong được các Thầy, các GS,TS và các bạn có ý kiến để Đồ Án này được hoàn thiện hơn Em xin trân thành cảm ơn

Chương I

Phân tích máy tương tự và chọn máy chuẩn.

A – Tính năng kỹ thuật cơ bản của một số máy tương tự:

Kích thước gia công

đứng tới thanh giằng (mm)

Khoảng cách từ trục chính tới mặt dưới

xà ngang (mm)

Khoảng cách lớn nhất từ mặt mút trục tới

ổ đỡ dao (mm)

Khoảng cách lớn nhất từ mặt sau của bàn

tới sống trượt thân máy (mm)

Lực kéo lớn nhất của cơ cấu chạy dao

Công suất động cơ chính (kW)

Công suất động cơ chạy dao (kW)

Khối lượng máy (kg)

Kích thước lớn nhất của máy Dài

Số cấp bước trên bàn máy

Bước tiến trên bàn máy

+ Dọc

30340170370 -510157470240

1500120050017

N0222;27;32106518004,51,7210021001940

2501000

450

3

600200350

29002300115016

3598027765

30350220380 -775155700320

1500120050029

N0332,501830150071,7270024402440

3201250

450

3

700260320

2300230077018

23,5118023,51180

30450260580450 -380

2000150075029

N0332,5018631500102,8450023703140

4001600

450

3

900320420

230023007701823,51180

Trong quá trình tính toán thiết kế máy mới thì việc tìm hiểu và nghiên cứu các máy tương tự đã có (máy cũ) là công việc không thể thiếu và đặc biệt quan trọng bởi trong quá trình đó chúng ta thấy được những vấn đề hay mà các máy cũ đã có,qua đó ta có thể tiếp thu và mặt khác cũng tìm ra các vấn đề mà máy cũ thiếu sót từ đó tiếp tục hoànthiện thêm

Với nhệm vụ thiết kế một máy mới , và lần đầu đi vào tính toán thiết kế máy thì việc

đó lại càng quan trọng Thấy dõ được điều trong quá trình tìm hiểu em đã có được một số liệu của các máy tương tự được thống kê trong bảng trên

Qua bảng trên ta thấy số liệu máy mới cần thiết kế cũng gần giống như máy P623, vì vậy nên chọn máy P623 hạng trung làm máy chuẩn để tính toán thiét kế

B Khảo Sát Máy phay P623:

*) Hộp tốc độ:

Số cấp tốc độ là Zn = 18, công bội n = 1,26 Tốc độ trục chính nmin = 30 v/p, nmax =

1500 (v/f) Công suất động cơ hộp tốc độ N = 7 kW, tốc độ động cơ hộp tốc độ là n =

1440 (v/f) Trục chính có chuỗi vòng quay được sắp xếp theo thứ tự:

30 37,5 47,5 60 75 95 118 150 190 300 375 600 750 950 1180 1500

1 Phương án trung gian:

Từ trục III qua cặp bánh răng 26/54 làm giảm tốc độ

Từ trục IIIII qua khối bánh răng di trượt 3 bậc, được 3 tốc độ

Từ trục IIIIV dùng khối bánh răng di trượt 2 bậc và bánh răng z = 18 Ở đây có bánh răng dùng chung Z = 39 truyền từ trục II lên trục III, từ trục IIIIV nhằm làm giảm số bánh răng kết cấu gọn nhẹ hơn

Phương án không gian có thể tóm tắt như sau:

Vậy phương án không gian của hộp tốc độ là 3x3x2-Cách bố trí này làm cho kết cấuhộp nhỏ gọn, số bánh răng trên trục cuối là ít nhất

(III)

26 39

37

28

(IV)

38 82

71 19

(V)=ntc

39 16

Tính độ xiên của các tia trên đồ thị vòng quay: 

x x

i x

[x] : Lượng mở giữa 2 tia lân cận

Từ trục II qua trục III qua 3 cặp bánh răng độ xiên của các tia biểu diễn tốc độ là:

26 , 1 lg

39 lg 16 lg

36 lg 19 lg

33 lg 22

8 , 1

8 , 2

47 lg 18 lg

37 lg 28 lg

26 lg 39

75 , 1

25 , 1

71 lg 19 lg

38 lg 82 lg

3 , 3

Nhóm truyền III có [xV] = 9  Nhóm truyền khuyếch đại thứ 2.

19

; 39

28

; 47

Nhận xét: Đồ thị vòng quay hộp tốc độ có hình rẻ quạt, lượng mở tăng dần, đường

giảm tốc giảm dần, kết cấu tốc độ chặt chẽ, các trục trung gian có số vòng quay lớnnên mô men xoắn nhỏ, vậy chúng có kết cấu hợp lý

Số vòng quay trục chính nằm giữa nmaxnmin, khi tăng hoặc giảm tốc sẽ gặp tỷ sốtruyền hơi lớn Imin = 19/71 = 1/3,7 imax = 82/38 = 2,1 > 2 nhưng không đáng kể đối vớiloại máy có cấp chính xác 2

II Phân tích hộp chạy dao:

Số cấp tốc độ Zs = 18, lượng chạy dao Sd = Sng, chuỗi số vòng quay:19 23,5 3037,5 47,5 60 75 118 150 190 235 300 375 475 600 750 950

Lượng chạy dao đứng: Sđ = 0,5 Lượng chạy dao ngang: Sng = 8400, cụ thể:

8 10 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160 200 315 400

1.Phương án không gian:

Bàn xe dao có 3 chuyển động: Ngang, dọc, đứng Xích truyền động:

2.Phương án thứ tự:1440x

27273618

342437

21

6

* 18

18

* 16

18

* 33

18

* 35

28

* 40 40

18 18 18 28 40 18 13

Trục I nối động cơ n = 1440 v/f truyền qua trục II bằng cặp bánh răng i1=

3 , 2 28 , 2 26

, 1 lg

44 lg 26 lg 44

68 lg 20 lg 68

Từ trục III đến trục IV bằng cặp bánh răng di trượt 3 bậc tương ứng với 3 tỷ số truyền

i3, i4, i5 độ xiên của các tia là:

26 , 1 lg

18 lg 26 lg

27 lg 27 lg

36 lg 18

40 lg 18

37 lg 21 lg

34 lg 24 lg

45 , 2

45 , 1

để lắp hai cặp bánh răng gồm hai tỷ số truyền tương ứng với 2 cặp bánh răng 13/45 và 18/40 vậy không hợp lý về không gian cũng như trong vấn đề tiết kiệm vật liệu chế tạo trục …

Độ xiên của các tia là:

i9 = 13/45 = x9  5 , 35 9

26 , 1 lg

45 lg 13 lg

40 lg 18 lg

45 , 3

35 lg 28 lg

33 lg 18 lg

37 lg 33 lg

16 lg 18 lg

18 lg 18 lg

18: 48

Nhận xét :

Vì máy chuẩn P623 có những tính năng gần giống máy thiết kế nên ta dựa vào máychuẩn để thiết kế

Chương II

Tính toán thiết kế máy mới

A.Thiết kế động học toàn máy:

I Đặc tính và khả năng công nghệ của máy:

Qua sự phân tích máy chuẩn P623, ta có thể thiết kế máy mới mang các đặc điểm ưuviệt của máy chuẩn và đạt các yêu cầu đặt ra cho máy mới , thiết kế thích hợp với sảnxuất đơn chiếc, loạt nhỏ, đạt độ chính xác cấp 56

II Thiết kế truyền dẫn hộp tốc độ:

Các số liệu ban đầu: nmin = 28(v/f); n = 1,26, Zn = 18

Tốc độ(n)

Giá trị(Vòng/phút)

Tốc độ(n)

Giá trị(Vòng/phút)1

789101112

112,02141,17177,87224,13282,4355,8

131415161718

448,34564,9711,77896,931130,011423,8

Theo tiêu chuẩn ta có  = 1,26  E = 4 Ta có bảng trị số vòng quay tiêu chuẩnthành lập từ trị số vòng quay đầu tiên n1 = nmin = 28 (Vòng/phút)

789101112

112140180225280355

131415161718

45056071090011201400Như vậy có trị số vòng quay lớn nhất thực tế nmax = 1400 (v/f) Có sai số cho phép: n

1440

8 , 1423 1440

b) Phương án không gian(PAKG):

PAKG chọn sao cho rút ngắn xích động, đường truyền ngắn, giảm số bánh răng, hạn

chế các cơ cấu truyền động kém chính xác như đai, ly hợp ma sát, truyền dẫn thuỷlực…

PAKG cần đạt hiệu quả cao nhất cho xích truyền động chính, còn lại hiệu suất thấphơn nhưng tổn hao không đáng kể

PAKG cần có độ chính xác cao về xích động, chế tạo chính xác với kết cấu phù hợp,truyền động êm.

Với yêu cầu máy mới truyền động chủ yếu bằng các cặp bánh răng di trượt đảm bảo

mở rộng phạm vi tốc độ, từ động cơ nối tiếp với hộp tốc độ bằng cặp bánh răng có tỷ

số truyền cố định nhằm đảm bảo kích thước nhỏ, gon

Do máy mới cần thiết kế có 18 cấp tốc độ, ta có các phương án không gian sau:

Ta thấy trục cuối cùng thường là trục chính hay trục kế tiếp với trục chính vì trục này

có thể thực hiện chuyển động quay với số vòng quay từ nmin  nmax nên khi tính toánsức bền dựa vào vị trí số nmin ta có Mxmax Do đó kích thước trục lớn suy ra các bánhrăng lắp trên trục có kích thước lớn Vì vậy, ta tránh bố trí nhiều chi tiết trên trục cuốicùng do đó 2 PAKG cuối có số bánh răng chịu Mxmax lớn hơn nên ta chọn phương án 1

đó là 3x3x2, phương án này có số bánh răng trên trục cuối là nhỏ nhất

PAKGChỉ

tiêu so sánh

Tổng số bánh răng

Số bánh răng di trượt

Chiều d i tr ài tr ục min

Số răng trên trục cuối

Công thức 3 x 3 x 2 3 x 2 x 3 2 x 3 x 2

z = 2Pi Ni Lmin=b+f

16 3 17b + 16f 2

16 3 17b + 16f 3

16 3 17b + 16f 3

- [x] : Lượng mở giữa 2 tia lân cận.

- [xmax] : Lượng mở giữa 2 tia ngoài cùng của nhóm truyền

Lập bảng so sánh:

Qua bảng ta thấy có 2 PATT thoả mãn điều kiện Rn  8

Ta vẽ lưới kết cấu của 2 PATT đó rồi so sánh:

Trôc cuèi

max]9129121212xmax1,269=81,2612=161,269=81,2612=81,2612=161,2612=16

Kết luậnĐạtLoạiĐạt LoạiĐạtLoại

11 66 3

Nhận xét: Qua 2 lưới kết cấu đã vẽ, PATT có lưới kết cấu hình dẻ quạt, các tia xiên từ

từ, tốc độ biến thiên không đột ngột, do đó truyền êm  Ta chọn PATT : I II III

e)Vẽ đồ thị vòng quay và chọn tỉ số truyền các nhóm :

Ta chọn nO trùng với 1 tốc độ nào đó ở trục cuối, giả sử chọn

n1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

16 17 18

Có 3 tỷ số truyền i1, i2 i3,  = 1,26 Tính theo công thức bội số chung nhỏ nhất vàphân tích các tỷ số truyền ra thừa số:

g

Z

K E g f

f

Z

x x

x x

x x

x x

.

.

x

x x

.

) (

)min

) 5 2 (

17





 Từ đó ta có E=3  Z = E.K = 3.21 = 63

g

Z

K E g f

f

Z

x x

x x

x x

x x

.

.

x

x x

.

) (

)min

) 39 (

17

  Từ đó ta có E=1  Z = E.K = 1.78 = 78

Z

K E g f

f

Z

x x

x x

x x

x x

.

.

x

x x

.

) (

g f Z

x

x x

)min

) 4 1 (

17





 Từ đó lấy E=6  Z = E.K = 6.15 = 90

Với i0=1/2 khi đó ta có bảng tính sai số vòng quay

N Phương trình xích động N=nthực tế ntiêu chuẩn n%

2,8

B Thiết kế hộp chạy dao Máy Phay:

- HCD có nhiệm vụ để biến đổi tốc độ chạy dao ( lượng chạy dao ) để gia công theochế độ cắt thích hợp , qua đó thay đổi năng suất cắt gọt và chất lượng bề mặt gia công

- Sự khác nhau giữa HCD và HTĐ :

+) HCD có công suất bé hơn HTĐ , chỉ bằng 5 10 % của HTĐ

+) Tốc độ làm việc chậm hơn

+) Phạm vi điều chỉnh rộng hơn 51 < Us < 2,8  Rsmax = 14

+ ) Trong HCD thì giảm tốc nhiều hơn tăng tốc , thường dùng một số cơ cấu như :Vít me-Đai ốc , trục vít-BR

I Tính toán động học:

- Số liệu ban đầu : z = 18 ;  = 1,26 ;

Sngangmin=Sđứngmin=Sdọc min=22(mm/ph)

1 1

v

n Sn v

S v

S v S

t

S n t

S n t

S n t

S

Với cơ cấu tạo ra chuyển động chạy dao là cơ cấu vít-đai ốc có bước vít tv=6mm

Ta tính được các tốc độ tương ứng trong bảng sau

Lượng chạy

dao

Công thức tính

Giá trị lượngchạy dao trụcvítme (mm/

ph)

Tốc độtrục vítme

Giá trị sốvòng quay(vòng/ph)

Giá trị sốvòng quaytiêu chuẩn(vòng/ph)

Để tính toán hộp tốc độ ta đưa số vòng quay của trục vít me về trục VI Việc tính toán

số vòng quay của trục VI ta phải chọn các cặp bánh răng trung gian trên các trụcVI XII theo máy mẫu đã khảo sát

Từ đó ta tính được số vòng quay của trục VI như sau :

nVI =

Tg

Si

i n

; trong đó iTg = i9 i10 i11 i12 i3 i14

nVI : 9,5 ; 11,8 ; 15 ; 19 ; 23,5 ; 30 ; 37,5 ; 47,5 ; 60 ; 75 ; 95 ; 118 ; 150 ; 190 ; 235;

300 ; 375 ; 475 :

2 Chọn phương án không gian :

- Dựa vào chuỗi số vòng quay n1nmax

- Với động cơ có công suất N = 1,5 ( Kw) và ndc = 1410 ( v/ph)

Ta có umin gh = X

4

1

= dc

n

nmin

Với : X số nhóm truyền tối thiểu của máy

umin gh là tỷ số truyền giới hạn của xích truyền

 X

4

1

= dc

 X= lg1410lg4lg9,5 = 3,60

Ta có số nhóm truyền tối thiểu : X = 3

phân tích Z ra các thừa số nguyên tố

Để so sánh các PAKG ta dựa vào :

+ Các cơ cấu đặc biệt dùng trong hộp: ly hợp ma sát, ly hợp vấu

Từ các kết quả tính toán ta lập ra bảng so sánh như sau để chọn phương án tối ưu

Bảng so sánh các phương án không gian

PAKG

Yếu tố so sánh

3 x 3 x 2(1)

3 x 2x 3(2)

2 x 3 x 3(3)

Cơ cấu đặc biệt

- Từ bảng trên ta thấy các PAKG (2) (3) có số bánh răng trên trục chính là nhiều hơn

mà trên trục chính các bánh răng lại chịu mômen xoắn lớn nhất nên các phương án nàykhông hợp lý

 Từ các chỉ tiêu trên PAKG 3 x 3 x 2 là hợp lý nhất

3 Chọn phương án thứ tự ( PATT ) :

Sau khi có PAKG ta phải xác định PATT cho HCD

Căn cứ vào máy chuẩn 6H82 từ lưới kết cấu và đồ thị vòng quay ta thấy trong HCDngười ta không dùng phương án hình rẻ quạt , vì trong HCD người ta dùng một loại

mô đun nên việc giảm thấp số vòng quay trung gian không làm tăng kích thước bộtruyền, nên việc dùng phương án thứ tự này hoặc khác không làm thay đổi nhiều đếnkích thước của hộp Ngoài ra trong HCD còn dùng cơ cấu phản hồi có ưu điểm làgiảm được số trục, số bánh răng,giảm được kích thước hộp ,… Vậy để dùng được cơcấu phản hồi tốc độ ta phải dùng : PATT 3[3]x3[1]x2[9]

Cách vẽ lưới kết cấu:

+) vẽ các đường thẳng nằm ngang tương ứng với các trục của HCD

+)Vẽ các đường thẳng đứng cách nhau 1 khoảng lg biểu diễn 18 cấp tốc độ của trụcchính Theo qui ước vẽ đối xứng , trục I có 1 tốc độ n 0 nên n 0 đặt ở chính giữa trục

I

Một vài lưới kết cấu đặc trưng

Vậy chọn lưới kết cấu cho máy như sau :

Đồ thị vòng quay là chuyển từ lưới kết cấu biểu diễn đối xứng sang biểu diễn các tỷ

số truyền thực Tia nghiêng sang phải biểu thị u >1 Tia nghiêng sang trái biểu thị u <1

Trong đó n dc: Là số vòng quay của động cơ

u0 : Là tỷ số truyền từ trục động cơ đến trục thứ nhất của HTĐ

Để đơn giản ta chọn trước n 0càng cao càng tốt , vì n 0 càng cao thì số vòng quaycủa trục trung gian sẽ cao do đó mô men xoắn sẽ bé và kích thước của các bánh răng,các trục sẽ nhỏ gọn nên tiết kiệm được vật liệu

- Chọn n0  n16 = 300 (v/ph) Tỷ số truyền từ trục I đến III là:

u0= 1410300 46266424

* Vẽ đồ thị vòng quay cho phương án 3[3]x3[1]x2[9]

+) Trong nhóm 1 : có 3 tỷ số truyền là u1 , u2, u3 , với lượng mở giữa 2 tia của 2 tỷ sốtruyền là: [X1] = 3

Chọn i4 nghiêng sang trái 1 khoảng 3lg

i5 nghiêng sang trái 1 khoảng 2lg

i6 nghiêng sang trái 1 khoảng lg

+Nhóm truyền 3 : gồm đường phản hồi có 2 tỷ số truyền i7 , i8 với lượng mở tổngcộng [X] = 9

 i7 : i8 = 1 : 9

Có phản hồi qua tỷ số truyền i7 = i4 nghiêng sang trái 1 khoảng 3lg nên phản hồi qua

tỷ số truyền i8 nghiêng sang trái 1 khoảng 6lg

5.Tính số răng của một nhóm truyền trong HCD.

a) Nhóm truyền thứ 1: (từ trục III sang trục IV )

Có 3 tỷ số truyền i1, i2, i3, với  = 1,26 (hình vẽ )

i1 = 1: 3 = 1:1,263=0,5

i2 = 1

i3 = 3:1= 2

)min( 

x

g f

x

g f

b ) Nhóm truyền thứ 2 và 3 : (từ trục IV-V)

có 3 tỷ số truyền là i4, i5, i6 và đường phản hồi i7, i8

_ Tính số răng : điều kiện để tính số răng:

4

4

26 , 1

1 1

'  

Z

Z