Đồ án môn học máy công cụ

Phân tích các chuyển động tạo hình để thiết lập sơ đồ kết cấu động học máy.. - Chuyển động tạo hình hay còn gọi là chuyển động chính bao gồm: + Chuyển động quay tròn của phôi gá trên mâm

PHẦN 1: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY

1.1 Phân tích các chuyển động tạo hình để thiết lập sơ đồ kết cấu động học máy.

1.1.1 Phân tích các chuyển động tạo hình.

- Chuyển động tạo hình hay còn gọi là chuyển động chính bao gồm:

+ Chuyển động quay tròn của phôi gá trên mâm cặp tức trục chính

+ Chuyển động chạy dao ngang, dọc của bàn máy mang dao tức hộp xe dao

- Ngoài ra còn có các chuyển động phụ như tiến , lùi dao không trực tiếp cắtvào phôi

- Các khả năng công nghệ của máy tiện(bề mặt có thể gia công được):

+ Gia công bề mặt trụ tròn xoay

+ Gia công mặt đầu, gia công rãnh cắt đức

+ Gia công bề mặt định hình

+ Gia công mặt nón

+ Gia công ren vít

- Sau đây là các sơ đồ gia công có thể của công nghệ tiện:

 Các sơ đồ gia công có thể:

a Gia công bề mặt trụ tròn xoay.

Nguyên tắc tạo hình:

-Phôi chuyển động quay tròn n1

- Dao chuyễn động tịnh tiến s1

b Gia công mặt đầu, gia công rãnh, cắt đứt.

Nguyên tắc tạo hình:

- Phôi chuyển động quay tròn n1

- Dao chuyển động tịnh tiến s2

c Gia công bề mặt định hình.

Nguyên tắc tạo hình:

- Phôi chuyển động quay tròn n1

- Dao chuyển động tịnh tiến s2

d Gia công mặt nón:

Nguyên tắc tạo hình:

- Phôi chuyển động quay tròn n1

- Dao thực hiện đồng thời 2 chuyển động tịnh tiến s1, s2

tgα = 2

1

S S

SVTH: Nguyễn Văn Tài Trang 2 GVHD: Th.S Trần Văn Thùy

e Gia công ren vít:

Nguyên tắc tạo hình:

- Phôi chuyển động quay tròn n1

- Dao chuyển động tịnh tiến s1

Với điều kiện:

- Khi phôi chuyển động quay tròn 1 vòng thì dao chuyển động tịnh tiến 1 bước

là tp

i =

- Nếu có s1 là lượng chạy dao thì lượng chay dao vòng bắt buộc phải là tp Đây

là chuyển động tạo hình phức tạp

1.1.2 Xác định các chuyển động của máy.

Để gia công tất cả các sơ đồ trên máy cần có các chuyển động sau:

- Chuyển động quay n1: Tạo ra tốc độ cắt V

- Chuyển động tịnh tiến s1, s2 hoặc theo hướng dọc trục, hoặc theo hướng hướng kính

- Tạo được xích liên hệ giữa chuyển động quay n1 và tịnh tiến s1

1.1.3 Thiết lập sơ đồ kết cấu động học của máy tiện.

 Chọn động cơ điện xoay chiều ba pha làm nguồn truyền động

- Để mô tả các loại chuyển động từ nguồn động cơ đến các cơ cấu chấp hành khác ta sử dụng sơ đồ kết cấu động học

- Để tạo hình bề mặt các chi tiết máy khi gia công chúng bằng phương pháp cắt gọt, máy phải tạo cho phôi và dao các chuyển động tương đối với nhau

- Đối với máy tiện khi tạo hình bề mặt cho một chi tiết thì máy cũng phải tạo cho phôi chuyển động quay và tạo cho dao chuyển động tịnh tiến.Tuỳ vào chi tiết mà quy định phương chuyển động của dao, nếu là mặt trụ tròn thì dao chỉ chuyển động tịnh tiến theo phương trục Còn mặt tròn xoay thì chuyển động của dao là tổng hợp của hai phương chuyển động theo hướng trục và hướng tâm.Trong đó mâm cặp (3 chấu hoặc 4 chấu) và bàn dao là hai cơ cấu chấp hành để thực hiện chuyển động cắt gọt Mâm cặp được gắn với trục chính để điều chỉnh chuyển động của phôi, còn hộp chạy dao để điều chỉnh bàn dao.

- Để tạo ra các chuyển động tương đối giữa dao và phôi thì giữa chúng với nhau hoặc với nguồn động phải có mối liên hệ về chuyển động nhất định Tất cả các khâu liên hệ theo một quy luật nhất định, tạo nên một xích truyền động gọi là xích động

 Máy tiện ren vít vạn năng gồm hai xích động: xích tốc độ và xích chạy dao

+Xích tốc độ :Xích tốc độ từ động cơ qua tỷ số truyền cố định của hộp tốc

độ truyền chuyển động quay cho phôi

+Xích chạy dao:Xích chạy dao truyền từ phôi đến hộp chạy dao qua hộp

đến vít me và bàn dao Xích này truyền chuyển động tịnh tiến cho dao, hay phối hợp giữa chuyển động quay của phôi và chuyển động tịnh tiến của dao

 Đưa ra các sơ đồ kết cấu động học của máy sau đó so sánh các sơ

đồ kết cấu động học này để lựa chọn phương án tối ưu nhất cho việc thiết kế máy

a Phương án 1:

SVTH: Nguyễn Văn Tài Trang 4 GVHD: Th.S Trần Văn Thùy

Phương trình xích chuyển động chính:nđc .i12 iv i34 = n tr/chính

Suy ra công thức điều chỉnh xích tốc độ:

12 34

n i

n n n

tc đc

v=Với: iv: tỷ số truyền của hộp tốc độ

is: tỷ số truyền hộp chạy dao

Phương trình xích chạy dao:

nđc2 i is tx = S

Đối với phương án này thì không thể phả mặt đầu, cắt đứt, hay tiện ren

Mà chỉ tiện được trục trơn với lượng chạy dao dọc trục S1

n i

n n n

tc đc

v=Phương trình xích chạy dao:

nđc i is tx = SQuan hệ giữa n1 và S1 :

Sd= 1vqtc i iv is tx = tp

Suy ra côngthức điều chỉnh:

p

t

1 i.i t

is vqtc v x

n i

n n n

tc đc

v=

Phương trình xích chạy dao:

ntc is tx = SQuan hệ giữa n1 và S1 :

cũng đơn giản và dễ dàng hơn Vì thế phương án 3 là phương án tối ưu nhất nên

ta chọn Sơ đồ kết cấu động học 3 làm phương án thiết kế

1.2 Tính toán xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của máy.

1.2.1 Xác định sơ bộ các thông số V, S, t, giới hạn bằng các công thức thực nghiệm.

Ta có: c = 0,7 (đối với vật liệu là thép)

dmax= 320mm (đường kính lớn nhất của chi tiết gia công)Suy ra: tmax = 0,73 320 = 4,78 (mm)

t = t

= 1,195 (mm)

1.2.1.2 Lượng chạy dao S (mm) :

Lượng chạy dao lớn nhất: CT 2 22[ ]1

Ta biết khả năng công nghệ của máy tiện khi gia công chi tiết: tiện dọc, tiện ngang, tiện cắt đứt, tiện rãnh và tiện định hình Do đó khi tính tốc độ cắt ta phân ra:

+ Tiện dọc, tiện ngang với tốc độ cắt là:

.

.

S: Lượng chạy dao (mm/vòng)

T =(30 60÷ ) phút: Tuổi thọ trung bình của dụng cụ cắt.

Kv : Hệ số ảnh hưởng điều kiện cắt gọt

Kmv: Hệ số phụ thuộc vật liệu gia công; Bảng 5 37− [ ]II 

Kuv=1: Hệ số phụ thuộc vào chất lượng vật liệu dụng cụ cắt

 Khi tiện mặt ngoài:

SVTH: Nguyễn Văn Tài Trang 8 GVHD: Th.S Trần Văn Thùy

 Với vật liệu gia công thép các bon hoặc thép hợp kim :

Với vật liệu gia công là gang và hợp kimđồng :

SVTH: Nguyễn Văn Tài Trang 10 GVHD: Th.S Trần Văn Thùy

Ta tổng hợp thành bảng sau:

SVTH: Nguyễn Văn Tài Trang 12 GVHD: Th.S Trần Văn Thùy

1.2.2 Xác định chuỗi số vòng quay cấp số nhân :

max

1000V d

n = π

1000.16,89320

π

16,8 (vg/ph)max

max

min

1000V d

n = π

1000.168,6422,4π

2396 (vg/ph)

Sơ bộ ta thấy n = 16,89 2396÷ (vg/ph) Tuy nhiên để xác định được

phạm vi điều chỉnh tốc độ trục chính của máy thích hợp nhất trong điều kiện sử

dụng thực tế Theo bảng 9 316− [ ]III 

 ta tham khảo phạm vi điều chỉnh tốc độ trục

chính của máy T616 có số vòng quay n = ( 44 1980÷ ) (vg/ph)

Vậy ta chọn tốc độ của máy thiết kế :

R n

, lg

lg

= 12 số cấp vận tốc

Xác định chuỗi số vòng quay tiêu chuẩn:

Trên cơ sở ϕ tiêu chuẩn, chọn chuỗi số vòng quay tiêu chuẩn cơ sở có:

1.2.4 Xác định bảng ren cho hộp chạy dao:

Với máy tiện ren vít vạn năng dùng để tiện ren theo yêu cầu phải tiện được cả ren hệ quốc tế, hệ Anh, Ren mođun, Ren hệ Pid

Dựa vào đường kính chi tiết có thể gia công từ dmax÷ dmin tra theo bảng bước ren tiêu chuẩn, hoặc ta có thể lấy trị số bước ren của máy thiết kế tương đương là máy T616 ta có bước ren mà hộp chạy dao máy cần kế phải gia công được là:

→

+ +

=

Trong đó : Px_ Lực dọc trục (hướng theo dọc trục chi tiết).

Py_ Lực hướngkính (hướng vào tâm chi tiết)

Pz_tiếp tuyến (trùng với phương chuyển động cắt chính)

Z Y X

P P P

S - Lượng chạy dao (mm/vg)

Sơ đồ trên gia công chi tiết được xác định theo thực nghiệm trong trường hợp

gia công chi tiết có ứng suất bền σb= 750 N/mm2 (Như thép 45, 40, ) với dao

cắt tiêu chuẩn Theo bảng 3[ ]2

P P P

1,00,91,2

0,750,750,65

( )

( )/

P N

s mm vg

t mm

Dao P15; n = 60vg/ph ; s = 1,12 mm/vg ; t = 6,5 mm cho sâu thêm 1,5 mm trong

k - Hệ số tăng lực ma sát do Px tạo nên mômen lật; k = 1,15

Px , Pz - Các thành phần của lực cắt

µ - Hệ số ma sát thu gọn trên sống trượt; µ = 0,15÷0,18

G - Trọng lượng các bộ phận di động G = 80 Kg = 785 N

P v

; Với v =

.1000

d n

π

= 3,14.80.60

1000 = 15,072 (m/ph)

Vậy Nc =

14153.15,072

61200 = 3,49 (Kw)Thường công suất cắt chiếm khoảng (70 ÷ 80)% công suất động cơ điện nên người ta lấy gần đúng công suất động cơ điện theo công thức:

Nđ =

Nc

η (Kw)

Với η = 0,7 ÷ 0,85 chọn η = 0,85Suy ra: Nđ =

3,490,85= 4,1 (Kw)

Xác định công suất động cơ chạy dao:Theo bảng II- 44 2

Q.v61200.n (Kw) Với ns ≤ 0,15 ÷ 0,2 : Hiệu suất truyền động của cơ cấu chạy dao

vs = n.s = 60.1,12 = 67,2 mm/p = 0,0672 m /pVậy Nđs =

9845,65.0,0672

Công suất tổng cộng : Nđc = Nđ + Nđs = 4,1 + 0,054 = 4,154 (Kw)

Chọn động cơ điện có:

Công suất Nđc = 4,5 Kw ; Số vòng quay n = 1440 vg/ph

Bảng câc thông số kĩ thuật cần thiết kế:

SVTH: Nguyễn Văn Tăi Trang 18 GVHD: Th.S Trần Văn Thùy

Số vòng quay trục chính nmin ÷ nmax 44 - 1980 vòng/phút

Phạm vi điều chỉnh số vòng

Chiều sđu cắt tmin ÷ tmax 1,195 - 4,78 mm/vòng

Lượng chạy dao smin ÷ smax 0,149 - 1,195 m/phút

1.3 Thiết kế động học toàn máy

1.3.1 Thiết kế động học hộp tốc độ

Hộp tốc độ có chức năng:

Truyền công suất từ động cơ đến trục chính

Đảm bảo chuỗi số vòng quay n của trục chính hoặc trục cuối cùng của hộp tốc độ với công bội ϕ và phạm vi điều chỉnh Rn.

Ta thiết kế hộp tốc độ với các thông số đã tính toán:

- Các đường nằm ngang biểu diễn các trục của hộp tốc độ

- Khoảng cách giữa hai đường thẳng đứng kề nhau là lgϕ.

- Các đoạn thẳng nối các điểm giao nhau trên hai đường nằm ngang khác nhau biểu diễn tỷ số truyền

- Lưới kết cấu được vẽ đối xứng

* Lập phương án không gian (PAKG) :

Với số cấp tốc độ là z = 12 ta bố trí các phương án không gian như sau :

z = 12 = 6 x 2 = 2 x 6 = 2 x 2 x 3 = 2 x 3 x 2 = 3 x 2 x 2 = 4 x 3 = 3 x 4

Số nhóm truyền tối thiểu :

đc min

w =1,6log =1,6log = 2,6

Vì w là số nguyên nên chọn số nhóm truyền tối thiểu trong hộp tốc độ là w = 3

Vậy số phương án không gian ứng với z = 12 còn lại là :

Z = 12 = 2 x 2 x 3 = 2 x 3 x 2 = 3 x 2 x 2 Trong 3 phương án không gian trên ta phải chọn 1 phương án không gian hợp lý nhất Một phương án không gian tốt thì phải thỏa mãn các yêu cầu sau :

Số trục càng ít càng tốt : w + 1 = 4 trục

Tổng số bánh răng trong hộp là ít nhất

 Số bánh răng trên trục cuối cùng càng ít càng tốt : Sc = Px

 Bảng so sánh phương án không gian

Dựa vào bảng trên và điều kiện Ta thấy phương án không gian z = 3 x 2 x 2 là tối ưu nhất nên chọn phương án không gian này

* Lập phương án thứ tự (PATT):

Ta có số phương án thứ tự: w! = 3! = 3 2 1 = 6 phương án

Z1 = 6III

II 3

Z3 = 6III

I 1

Phương án thứ tự hợp lí khi: R imax = ϕ (p-1)xi ≤ R = 8i

Lưới kết cấu có hình rẽ quạt là tốt nhất vì các tỉ số tuyền biến đổi từ từ làm cho kết cấu hộp chặt chẽ Vậy với phương án không gian z = 3 x 2 x 2 ta chọn phương án thứ tự tối ưu nhất là phương án I - II - III

Tuy nhiên máy chuẩn T6M16 có hộp tốc độ và hộp trục chính tách rời nhau và được nối với nhau thông qua một bộ truyền đai nên phương án bố trí không gian bị biến hình lần thứ nhất

Lưới kết cấu được bố trí lại:

Xác định đồ thị số vòng quay

Lưới đồ thị vòng quay thể hiện mối quan hệ của số vòng quay với những trị số thực của các tỉ số truyền

 Đặc điểm của lưới đồ thị vòng quay :

Các đường biểu diễn trục, các điểm biểu thị số vòng quay giống như lưới kết cấu

Các tia thẳng đứng biểu diễn tỉ số truyền i = 1: đồng tốc, nghiêng trái biểudiễn i<1: giảm tốc và nghiêng phải biểu diển i>1 : tăng tốc

Lưới đồ thị vòng quay vẽ không đối xứng

Để xác định lưới đồ thị số vòng quay ta chọn tỉ số truyền theo nguyên tắc :

i = 1,06E Nên chọn tỉ số truyền i≈ 1, để cho kích thước bánh răng chủ động và bịđộng gần bằng nhau, điều kiện ăn khớp tốt, kích thước nhỏ gọn Nhưng hộp tốc

độ thông thường là giảm tốc nên nếu chọn i=1 thì xích truyền động sẽ dài dẫn đến kích thước toàn hộp sẽ lớn Cho nên nguyên tắc thường dùng cho những nhóm truyền động ở các trục đầu tiên

* Chọn n0≡ nđc

* Chọn tỉ số truyền cho mỗi nhóm truyền động : i3 = 1; i5 = ϕ; i7 = ϕ2

Tỉ số truyền giữa trục I và trục II:

SVTH: Nguyễn Văn Tài Trang 22 GVHD: Th.S Trần Văn Thùy

-Chọn tỉ số truyền sao cho số vòng quay tới hạn của trục trung gian càng lớn càng tốt, vì mômen xoắn tỉ lệ nghịch với số vòng quay nên khi số vòng quaycàng cao kích thước của chi tiết máy sẽ nhỏ: P = T.n

- Các tỉ số truyền phải nằm trong giới hạn cho phép 1 i 2v

 Xác định số răng của các bánh răng trong từng nhóm truyền

Xác định số răng theo phương pháp tính chính xác Yêu cầu của phương phápnày là các bánh răng có cùng mô đun và các khoảng cách trục trong 1 nhóm truyền bằng nhau Ta xác định số răng khi chưa biết khoảng cách trục

Nhằm mục đích để chiều ngang của hộp bé, ta lấy số răng Zj và Z'j càng bé càngtốt : Zmin≥ 17 răng ; Zmax = 50 ÷ 60 răng

' j

K - Bội số chung nhỏ nhất của mọi tổng ( fj + gj)

E - Số nguyên đưa vào để đảm bảo không cắt chân răng

Suy ra :

j '

j

j j j j

Trong đó: Số răng Z Z'j ; j phải là số nguyên bất kì và phải thuộc một trong

giới hạn nào đó để số răng tính toán không nhỏ hơn số răng giới hạnZ = 17.Đểmintránh hiện tượng cắt chân răng thì cần thoải mãn Z Z≥ min

SVTH: Nguyễn Văn Tài Trang 24 GVHD: Th.S Trần Văn Thùy

j j j b

Căn cứ vào lưới đồ thị vòng quay ta có nhận xét tia nào có độ lớn nhất ở đó

có bánh răng có số răng nhỏ nhất Nếu tia nghiêng trái có độ nghiêng lớn hơn ta

dùng công thức E min c Nếu tia nghiêng phải có độ nghiêng lớn hơn ta dùng E min b

 Xét nhóm truyền : Trụcđc - I có tỉ số truyền : i0 = 1= ϕ0 ; chọn theo máy chuẩnT616 có : Z' = 36 răng ; Z = 36 răng

i2 =

57

Đối với hộp tốc độ thường thì : E.K = 72; 90; 120 Nên ta chọn Emin = 6

Suy ra : 2Z0 = E.K = 6.12 = 72 (răng)Tham khảo máy T616 chọn: 2Z0 = 108 răng

Lúc đó :

1 1

2 2

3 3

g + f 1+1 (răng) Z'3 = 108 - 54 = 54 (răng)

 Xét nhóm truyền thứ hai : II - III có 2 tỉ số truyền :

( )

5 5 min min

Suy ra : 2Z0 = E.K = 8 12 = 96 (răng)

4 4

- Đường truyền tốc độ thấp : IV - V - VI qua các cặp bánh răng của tỉ số truyền i6 và i7 .

Để giới hạn kích thước chi tiết máy, ta lấy i7 = ϕ2, đồng thời để đảm bảo

điều chỉnh số vòng quay yêu cầu, ta phải điều chỉnh 8

7

i = 1 = Z = 27

Z' 27 ; Vậy Z7 = 27 ; Z'7 =27

Sơ đồ truyền lực :

Kiểm tra số vòng quay

Sai số vòng quay được tính theo công thức :

t t t c

t c 100

Đồ thị sai số vòng quay:

SVTH: Nguyễn Văn Tài Trang 28 GVHD: Th.S Trần Văn Thùy

1.3.2 Thiết kế động học hộp chạy dao.

Hộp chạy dao của máy tiện ren vít vạn năng có hai công dụng là tiện ren

và tiện trơn Nhưng chú trọng là khâu tiện ren

Yêu cầu thiết kế hộp chạy dao có thể gia công các bước ren:

Ren Quốt tế: tp = 1÷192(mm) Ren môđun: m = 0,5÷48(mm) Ren hệ Anh: n = 24÷2 (đỉnh răng/inch)

Bảng xếp ren:

Nguyên tắc xếp:

- Ren Quốc tế và ren Môđun:bước ren tăng dần từ trên xuống và từ trái qua

- Ren Anh: bước ren giảm dần từ dưới lên và từ trái qua

16 8 4 2

Thiết kế nhóm cơ sơ

Chọn cột có tỉ số gấp bội 1/1 làm nhóm cơ sở Theo máy chuẩn T6M16, chọn tỉ số truyền bánh răng thay thế:

 Khi cắt ren Quốc tế: tt

t : bước ren của trục vitme

Tại các bước ren cơ sở, ta chọn igb= 1 Thay các giá trị đã biết vào pt (1)

Lần lượt thay các giá trị tp = 2; 2,5; 3; 3,5; 4,5 (mm) ta được 5 tỉ số truyền

viết dưới dạng phân số tối giản như sau: cs

A B

1 5 3 7 9

i = ; ; ; ;

2 8 4 8 8=Hay :

Dựa vào máy chuẩn T6M16, ta chọn khoảng cách trục giữa 2 bánh răng A

Ta dùng cơ cấu Mean để thiết kế nhóm gấp bội Để gia nâng cao tính công nghệ của Hộp chạy dao thì tâm các trục của nhóm gấp bội và tâm của các trục ở nhóm cơ sở trùng nhau Tức là bố trí cơ cấu Mean trên 2 trục của nhóm

cơ sở kéo dài vì vậy số răng và môđun của nhóm phải phù hợp để đảm bảo khoảng cách trục: A= 78 (mm)

Theo cơ cấu trên:

igb1 =

1 2

ZZ' . 01

Z'

Z = 2 (1) ; igb2 =

2 1

ZZ' . 01

Z'

Z = 1 (2)

igb3 =

2 1

ZZ' . 12

Z'

Z 21

ZZ' . 12

Z'

Z 21

ZZ' . 01

ZZ' 12