Thiết kế máy cắt tấm

Các loại máy gia công kim loại cần cho các xí nghiệp có thể là: máy búa, máy công cụ tiện, phay, bào …, máy ép, máy dập, máy cắt các loại … Trong đó, máy cắt tấm là loại máy được sử dụng

Trong quá trình thực hiện, luận văn này được hoàn thành với sự hướng dẫn của thầy NGUYỄN THANH NAM Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy để

em hoàn thành luận văn

Xin chân thành cám ơn thầy cô bộ môn CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY – KHOA CƠ KHÍ đã giảng dạy em trong suốt quá trình học tập để trang bị cho em có được kiến thức như ngày hôm ngày và có thể hoàn thành tốt luận văn này, và có được kiến thức chuyên ngành trước khi vào đời

Xin chân thành cám ơn thầy cô trong trường đã giảng dạy em trong thời gian qua để em có được kiến thức của các môn khác hổ trợ cho em hoàn tất luận văn và biết thêm kiến thức của các ngành

Cuối cùng em xin cảm ơn thầy phản biện, quý thầy cô trong hội đồng bảo vệ luận văn đã bỏ nhiều thời gian quý báu để đọc, nhận xét và chấm luận án này

TP HỒ CHÍ MINH, ngày 30 tháng 12 năm 2008

Sinh viên thực hiện:

Phạm Ngọc Trung

ii

MỤC LỤC

Trang bìa i

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan về tấm kim loại 1

1.1.1 Giới thiệu chung 1

1.1.2 Tổng quan về sản phẩm cắt 1

1.1.3 Tình hình thiết bị và các phương pháp cắt 2

1.2 Cắt tấm bằng phương pháp sử dụng dao cắt 10

1.2.1 Nguyên lí chung 10

1.2.2 Phân loại máy cắt 13

1.2.3 Nhiệm vụ đề tài 15

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY CẮT TẤM 2.1 Phân tích sơ bộ một máy cắt tấm dạng dao cắt 16

2.1.1 Các thành phần chính của một máy cắt tấm 16

2.1.2 Phân tích những thành phần chính 22

2.2 Thông số ban đầu - yêu cầu thiết kế 40

2.3 Lựa chọn phương án 40

2.4 Sơ đồ động 41

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH 3.1 Tính toán động học 42

3.2 Tính toán động lực học 44

3.2.1 Lực cắt 44

3.2.2 Phân tích các bộ phận chính của máy 44

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THUỶ LỰC 4.1 Vài thông số khi thiết kế hệ thống thuỷ lực 56

4.2 Phân tích và lựa chọn phương án 57

4.2.1 Phương án 1 57

4.2.2 Phương án 2 59

4.2.3 Phương án 3 61

4.3 Các thành phần của hệ thống thuỷ lực 64

4.4 Tính toán các thành phần chính của hệ thống thuỷ lực 64

4.5 Lựa chọn các thành phần chính của hệ thống thuỷ lực 68

4.6 Mạch thuỷ lực 69

CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 5.1 Các phương án điều khiển tự động và lựa chọn phương án 70

5.1.1 Điều khiển bằng Rơle 70

5.1.2 Điều khiển bằng kỹ thuật số 70

5.1.3 Điều khiển bằng vi xử lí 71

5.1.1 Điều khiển bằng máy tính 71

5.1.2 Điều khiển bằng PLC 72

5.2 Điều khiển quá trình cắt 73

Kết luận 76

Tài liệu tham khảo 77

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Tổng quan về tấm kim loại

1.1.1 Giới thiệu chung

Nền cơ khí nước ta là nền cơ khí đang phát triển, còn non nớt so với các nước phát triển Chính vì lẽ đó, các xí nghiệp, cơ sở sản xuất gia công nhỏ lẻ rất nhiều

Các xí nghiệp nhỏ, lẻ thường sản xuất các loại sản phẩm có sản lượng không lớn lắm, đồng thời đa dạng về chủng loại, hình dáng Do đó, nhu cầu về các loại máy đa năng, giá cả hợp lý, chất lượng đòi hỏi không quá cao là rất lớn

Các loại máy gia công kim loại cần cho các xí nghiệp có thể là: máy búa, máy công cụ (tiện, phay, bào …), máy ép, máy dập, máy cắt các loại … Trong đó, máy cắt tấm là loại máy được sử dụng rất nhiều

Hiện nay, các công ty kinh doanh máy cắt rất nhiều, lớn có, nhỏ có, máy mới có, máy đã qua sử dụng nhập khẩu từ nước ngoài về Mặc dù các máy do các công ty trong nước sản xuất có thể là chưa nhiều lắm nhưng các công ty trong nước có điểm lợi thế là chi phí do vận chuyển không lớn lắm, không phải đóng thuế nhập khẩu và nếu máy móc có vấn đề gì thì rất thuận tiện cho việc bảo trì bảo dưỡng Nếu nắm bắt được thuận lợi trên, đồng thời sản xuất ra những sản phẩm có chất lượng thì đó là một tiềm năng rất lớn

Chính vì lẽ đó, máy cắt tấm được em lựa chọn làm đề tài nghiên cứu cho luận văn

1.1.2 Tổng quan về sản phẩm cắt

Hiện nay, trên thị trường, sản phẩm xuất hiện với mẫu mã đa dạng, chủng loại phong phú Trong đó, sản phẩm công nghiệp chiếm một phần không nhỏ Các sản phẩm công nghiệp có thể là: đồ dùng gia đình, tủ, bàn, ghế, thiết bị, máy móc, ô tô

Sản phẩm công nghiệp được chế tạo theo các phương pháp khác nhau, tùy theo vật liệu, công dụng, chức năng của sản phẩm Các phương pháp chế tạo có thể là: gia công

cơ, đúc, gia công áp lực,

Chiếm một phần đáng kể trong sản phẩm công nghiệp là các sản phẩm dạng tấm (hay phôi ban đầu có dạng tấm) Đây là các sản phẩm được sử dụng rộng rãi trong các

ngành: xây dựng, giao thông, cơ khí, gia dụng Các sản phẩm đó có thể là: xà gồ, tôn, vỏ máy, khung xe, vỏ các đồ gia dụng (tủ, cửa),

Hình 1.1 Một vài sản phẩm công nghiệp

Các sản phẩm dạng tấm được gia công bằng nhiều phương pháp khác nhau, tùy theo sản lượng, yêu cầu, vật liệu của sản phẩm Nếu sản phầm cần sản xuất với số lượng lớn thì chúng được sản xuất bằng các máy chuyên dùng, mức độ tự động hoá cao Ngược lại, sản phẩm có số lượng nhỏ, hình dáng phức tạp sẽ được sản xuất, gia công bằng các máy đơn giản hơn, tự động hóa không cần cao lắm

Để gia công tấm, người ta sử dụng nhiều phương pháp Các phương pháp đó bao gồm: chấn, dập, đột, cán Trong đó cắt là phương pháp sử dụng khá phổ biến Nó có thể sử dụng trong sản xuất đơn chiếc hoặc hàng loạt vừa hoặc hàng khối

1.1.3 Tình hình thiết bị và các phương pháp cắt

Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại máy cắt tấm khác nhau Các máy cắt tấm từ đơn giản (vận hành bằng tay) đến tự động hoá (CNC), từ trọng tải nhỏ đến trọng tải lớn đều có mặt trên thị trường Tuỳ theo dạng sản xuất, người ta dễ dàng tìm thấy một loại máy cắt tấm phù hợp cho công việc của mình

1.1.3.1 Phương pháp cắt bằng máy cắt thủy lực

Thiết bị dựa trên nguyên lý cắt thông thường

Thiết bị bao gồm các cơ cấu sau:

 Cơ cấu giá đỡ giúp việc đặt phôi và điều chỉnh mép cắt

 Một lưỡi cắt tịnh tiến theo phương để cắt, cơ cấu này sử dụng thủy lực để tạo lực cắt

Cơ cấu kẹp chặt dùng cố định vị trí phôi và tránh hiện tượng gấp phôi khi cắt, cơ cấu này sử dụng khí nén để tạo lực kẹp phôi

Hình 1.2 Cắt bằng máy cắt thuỷ lực

 Cắt được thép tấm dày

 Mép cắt đẹp và chỉ cần mài sơ lại bằng đá mài

Nhược điểm:

 Máy chỉ cắt được hình dạng đơn giản và đường cắt có dạng đường thẳng

 Muốn cắt chính xác cao phải dựa vào người lắp phôi

 Khối lương máy rất lớn nên yêu cầu nền móng phải thiết kế đặc biệt

 Quá trình cắt gây rung động có thể ảnh hưởng đến công trình xây dựng xung quanh

1.1.3.2 Phương pháp cắt bằng máy lưỡi cắt

Đây là phương pháp thủ công dùng đá cắt (hoặc đá mài) cắt theo đường vẽ sẵn

Ưu điểm:

 Máy nhỏ gọn

 Năng suất rất cao nếu chi tiết cần cắt nhỏ và mỏng

Hình 1.3 Cắt bằng lưỡi cắt

Nhược điểm:

 Thiết bị không an toàn do đá cắt có thể vỡ khi đang quay với vận tốc lớn

 Chiều dày tấm thép không quá lớn

 Không cắt được biên có đường cắt thay đổi hướng

1.1.3.3 Phương pháp cắt bằng cưa

Phương pháp này không dùng cho việc cắt thép tấm Do năng suất quá thấp, thiết

bị mất thời gian chạy không

1.1.3.4 Phương pháp cắt bằng ngọn lửa khí

Quá trình cắt bằng khí là sự đốt cháy kim loại bằng dòng oxy để tạo nên các oxit và các oxit này bị thổi đi để tạo thành rãnh cắt

Nguồn khí cháy có thể là acetylene, propan, etylen

1.1.3.5 Cắt bằng áp lực nước

Nguyên lý chung cắt bằng áp lực nước:

Hình 1.4 Cắt bằng tia nước

Nước từ vòi qua hệ thống lọc và đến bơm thủy lực, sau đó nước đến hệ thống tăng áp suất và cuối cùng đến miệng phun

Nước được tăng áp suất trong mạch kín từ áp suất 200 bar do bơm thuỷ lực cấp Nước được bơm xen kẽ vào bên trái hay bên phải của xilanh

Trục của piston được lắp vào piston thủy lực của mạch thứ hai Các valve một chiều tương ứng cho cửa vào và cửa ra của nước điều khiển việc làm tăng và giảm áp suất nước trong xilanh

Nước sau khi được tăng áp sẽ đi đến miệng phun, tại đây có sự chuyển đổi từ áp suất sang dạng tia vận tốc cao (có thể đạt 800 – 1000m/s)

Người ta có thể nâng cao hiệu quả của tia nước bằng cách thêm vào chất mài mòn

Kĩ thuật cắt bằng nước có thể ứng dụng trong khoan lỗ, cắt các loại vật liệu khác nhau như thép, đá và cả kính chống đạn

Ưu điểm:

 Vật liệu dùng để cắt rất nhiều và rẻ tiền

 Quá trình cắt diễn ra êm không gây ồn và gây rung, không gây ô nhiễm môi trường do không sinh ra bụi hoặc khí độc

 Năng suất có thể tương đương với các phương pháp khác, đặc biệt có thể cắt được vật liệu dòn như thuỷ tinh

 Ngay sau khi chi tiết được cắt xong có thể đem sử dụng ngay mà không cần qua quá trình làm sạch bề mặt cắt

 Cắt được hầu hết các loại vật liệu

1.1.3.6 Cắt bằng tia laser

Nguồn ánh sáng laser theo hệ thống gương phản xạ và hội tụ tạo ra tia có năng lượng cao có thể nung nóng thép nhanh và vùng nung rất nhỏ đến nhiệt độ nóng chảy Quá trình cắt nhờ nguồn khí CO2 thổi bay lớp kim loại lỏng tạo thành vết cắt Khí CO2 ngoài tác dụng cắt còn có tác dụng bảo vệ bề mặt cắt không bị oxy hóa, kết quả là vết cắt nhỏ và đẹp

Laser có thể nhìn thấy được hoặc không nhìn thấy được như tia cực tím hoặc tia

hồng ngoại

Hình 1.5 Cắt bằng tia lazer

Ưu điểm:

 Cùng một thiết bị có thể dùng cho cả cắt và hàn;

 Năng lượng tập trung vào một vùng rất nhỏ (một luồng laser 3 kW có thể tập trung vào một lỗ đường kính 0,2 mm, tạo nên mật độ năng

 Tiếng ồn và khói ít;

 Các góc cắt vuông có chất lượng cao;

 Cắt các vết hàn không có xỉ, vùng bị ảnh hưởng nhiệt nhỏ;

 Biến dạng cắt và hàn rất nhỏ;

 Dễ lập trình điều khiển số, có khả năng tự động hoá 3 chiều

Nhược điểm:

 Để hoàn vốn đầu tư mức độ sử dụng phải cao;

 Cần phải có dung sai về độ phẳng và độ dầy riêng Ứng suất cán được giải phóng khi cắt có thể tạo ra biến dạng tấm;

 Các vết cắt phải mài cạnh do rất sắc

1.1.3.7 Phương pháp cắt dây EDM

Hình 1.6 Cắt dây EDM

Phương pháp này dựa trên hiện tượng phóng điện ăn mòn, một cực nối với cuộn dây, một cực nối với chi tiết cần cắt

Phương pháp này có năng suất thấp khi cắt các vật liệu kim loại thông thường nhưng có hiệu quả cao khi cắt vật liệu cứng như thép nhiệt luyện

Yêu cầu phôi cắt phải dẫn điện

Có thể gia công biên dạng phức tạp nhưng kích thước nhỏ không ứng dụng cho cắt thép tấm

1.1.3.8 Cắt bằng khí acetylene:

Thiết bị gồm: bình khí oxygen hóa lỏng, bình khí acetylene, bộ điều chỉnh áp suất mỏ hàn

Hình 1.7 Cắt khí axetylene

Việc điều chỉnh dòng khí sẽ do người công nhân thực hiện đảm bảo ngọn lửa đạt nhiệt độ trên 0

3000 C

Hình 1.8 Ngọn lửa khí axetylene

Mỏ cắt đặt vuông góc với mặt cần cắt và di chuyển đến vị trí bắt đầu cắt Ngọn lửa từ mỏ cắt sẽ nung nóng vị trí cần cắt đến nhiệt độ thổi bay vật liệu tại chỗ đó

Hình 1.9 Tay cầm khi cắt bằng khí axetylene

1.2 Cắt tấm bằng phương pháp cắt sử dụng dao cắt

1.2.1 Nguyên lý chung

Quá trình cắt tấm là quá trình cắt phôi thành từng miếng theo đường cắt hở, dùng để cắt thành từng dải có độ dài cần thiết, cắt thành từng miếng nhỏ từ những phôi dạng tấm lớn

Cơ sở vật lý của quá trình cắt:

Quá trình cắt tấm kim loại gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn đàn hồi: Khi sự biến thiên nằm trong vùng biến dạng đàn hồi, còn ứng suất trong kim loại không vượt quá giới hạn đàn hồi

Giai đoạn dẻo: Khi sự biến dạng là biến dạng dư còn ứng suất trong kim loại vượt quá giới hạn chảy và tăng lên dần nhưng không đạt giá trị cực đại tương ứng với sức bền cắt (trượt) của kim loại Trong giai đoạn này dao luống sâu vào kim loại từ 0, 2 0, 5 chiều dày phôi tuỳ theo độ cứng và độ dẻo của vật liệu

Giai đoạn nứt: Khi đó tạo thành những vết nứt rạn tế vi và vết nứt lớn dần hướng theo bề mặt trượt và cuối cùng tách phần vật liệu này và phần khác

Sơ đồ cắt vật liệu tấm bằng máy cắt như trên hình 1.10

Lực cắt: Lực tác dụng F của lưỡi cắt trên và dưới lệch nhau do có khe hở Z giữa 2

lưỡi daotaọ nên moment quay M P a , trong đó a là cánh tay đòn giữa các điểm đặt: (1,5 2)

Hình 1.10 Sơ đồ quá trình cắt vật liệu tấm bằng máy cắt

Moment M có xu hướng làm cho vật quay đi một góc nhỏ trước lúc bị cắt đứt Hiện tượng quay làm cho mặt cắt đứt xấu đi, để chống lại hiện tượng này, cần chặn vật liệu bằng lực Q

Yêu cầu đối với quá trình cắt

Hệ thống cắt cần được thiết kế sao cho làm việc phù hợp và thoả mãn các yêu cầu sau:

+ Cắt đúng chiều dài tấm theo yêu cầu (với độ sai lệch cho phép)

+ Năng suất cắt cao, độ chính xác cao

Để cắt đứt có thể có các loại dao cắt đứt dạng sau:

1.2.1.1 Cắt bằng lưỡi dao song song

Khi cắt hai lưỡi dao luôn luôn tiếp xúc với phôi trên cả chiều rộng cắt Nó chỉ cắt được các đường cắt thẳng, chiều rộng tấm cắt phải nhỏ hơn chiều dài lưỡi dao Ưu điểm cắt trên máy này là đường cắt phẳng đẹp, hành trình lưỡi dao nhỏ nhưng lực cắt tương đối lớn Lực cắt có thể tính theo công thức:

1,3 cp( )

B: chiều rộng cắt của phôi (mm)

S: chiều dày phôi cắt (mm)

1.2.1.2 Cắt bằng lưỡi dao nghiêng

Lưỡi dao dưới của máy nằm ngang và cố định, lưỡi dao trên nghiêng so với lưỡi dao dưới một góc 0

2 6

   Khi thực hiện cắt lưỡi dao tiếp xúc dần với vật cắt từ trái qua phải, lực cắt không đồng thời thực hiện trên toàn bộ chiều dài cắt So với loại máy trên lực cắt giảm đi, cắt được các tấm dày hơn, cắt được những đường cong, nhưng đường cắt không thẳng như trên, hành trình của dao lớn hơn

Lực cắt của máy có thể xác định theo công thức

Hình 1.12 Cắt bằng lưỡi dao nghiêng

1.2.1.3 Cắt bằng lưỡi dao chấn động

Máy có hai lưỡi dao nghiêng tạo thành một góc khi cắt lưỡi cắt trên lên xuống rất nhanh(2000  3000 lần/phút) với khoảng hành trình ngắn < 4mm

Máy này có thể cắt các tấm có chiều rộng bất kỳ, có thể cắt các đường cong hoặc thẳng, nhược điểm cũng như máy cắt dao nghiêng đường cắt không nhẵn

Hình 1.13 Cắt bằng lưỡi dao chấn động

1.2.1.4 Cắt bằng lưỡi dao đĩa

Lưỡi cắt là hai đĩa tròn quay ngược chiều nhau

Máy có thể chỉ có một cặp đĩa trục song song với nhau, đường kính đĩa cắt phụ thuộc chiều dày: khi S < 3mm, D = 60S; khi S = 3  10mm, D = (40  50); khi S > 10mm,

D = 30S

Máy này dùng để cắt các đường thẳng và đường cong chiều dài tuỳ ý Máy cắt có thể có nhiều cặp đĩa dùng để cắt đồng thời nhiều dải song song Máy cắt này thường dùng để cắt các tấm mỏng

Hình 1.14 Cắt bằng lưỡi dao đĩa

1.2.2 Phân loại máy cắt

Dựa vào phương thức truyền động để tạo ra lực, ta phân máy cắt làm hai loại

Loại 1: Máy cắt cơ

Nguyên lý hoạt động:

Dựa trên nguyên lý truyền động của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Dưới tác dụng quay của trục khuỷu truyền lực tác động vào đầu dao, tạo áp lực cho đầu dao đi xuống thực hiện quá trình cắt

Hình 1.15 Máy cắt cơ

Truyền được công suất khá lớn

Hoạt động với độ tin cậy cao

Giá thành không quá cao

Nhược điểm:

Chỉ gia công được chi tiết có bề dày nhỏ

Không có thời gian dừng trong quá trình đầu dao tiếp xúc với bề mặt chi tiết, bởi vì trục khuỷu hoặc cam quay có chu kỳ

Khó điều chỉnh được vận tốc trong quá trình cắt

Khó giám sát được tình trạng hoạt động

Loại 2: Máy cắt thủy lực

Nguyên lý hoạt động:

Hai xilanh thủy lực tác dụng đồng thời, truyền lực tác động vào đầu dao, tạo áp lực cho đầu dao đi xuống thực hiện quá trình cắt

Hình 1.16 Máy cắt thuỷ lực

Dễ giám sát tình trạng nhờ đồng hồ đo áp, đo vận tốc

Truyền được công suất và lực lớn

Nhược điểm:

Sự rò rỉ của các linh kiện thủy lực và tổn thất áp suất trên đường dẫn làm giảm hiệu suất của hệ thống

1.2.3 Nhiệm vụ đề tài

Trong luận văn này, mục tiêu của đề tài là thiết kế máy cắt tấm với mức độ tự động hóa vừa phải, nhằm phục vụ cho sản xuất loạt vừa và đơn chiếc

Chương 2: CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY CẮT TẤM

2.1 Phân tích sơ bộ một máy cắt tấm dạng dao cắt:

2.1.1 Các thành phần chính của một máy cắt tấm:

Máy cắt tấm hiện có rất nhiều chủng loại, rất đa dạng về kích thước và mẫu mã Tuy nhiên, máy cắt tấm dù đơn giản hay hiện đại, cũng bao gồm một số thành phần chính giống nhau Các thành phần chính đó bao đó:

Nguồn dẫn động (nguồn tạo ra lực cắt): đây chính là yếu tố quan trọng khi nói đến

một máy cắt tấm Yếu tố này gần như quyết định đến giá thành của máy Đây cũng là nhân tố giúp phân loại các dạng máy cắt tấm Nguồn dẫn động của một máy cắt tấm có thể là cơ hoặc thủy lực Mỗi loại có những ưu nhược điểm riêng

Hình 2.1 Máy cắt tấm có nguồn dẫn động cơ

Nguồn dẫn động cho máy cắt tấm có thể lựa chọn tùy theo mục đích chế tạo Nếu máy đòi hỏi công suất lớn, thì ta chọn thủy lực Ngược lại, nếu máy không đòi hỏi công suất lớn, ta nên chọn cơ Như vậy, tính kinh tế sẽ cao

1: Thân máy 2: Xilanh 3: Dao trên

Hình 2.2 Máy cắt thủy lực

Thân máy (1): là phần chịu lực chính của một máy cắt tấm Kích thước thân máy

sẽ phụ thuộc vào tải trọng của máy Thân máy có thể có nhiều dạng kết cấu khác nhau tùy thuộc vào tính chất, yêu cầu, hình dáng, kích thước chi tiết cần gia công cũng như tính công nghệ của quá trình thiết kế, chế tạo máy chấn Nhìn chung, thực chất thân máy là các tấm kim loại nối với nhau

Hình 2.3 Thân máy nhìn từ phía sau

Xi lanh (2): trong máy cắt tấm thủy lực, xilanh là bộ phận tác động trực tiếp lên

dao trong quá trình chấn Xilanh sẽ tác dụng vào dao để dao đi xuống thực hiện quá trình cắt tấm

Hình 2.4 Máy cắt tấm thủy lực hai xilanh

Dao: nhiệm vụ của dao là định hình cho sản phẩm cắt Dao trong máy cắt luôn

luôn là một cặp dao: dao trên và dao dưới Dao thường được chế tạo thành 2 lưỡi để phù hợp nếu lưỡi dao đối diện bị mòn

Bộ phận kẹp: hay còn gọi là đầu gá dao, làm nhiệm vụ cố định dao trên vào tấm

gá dao trên Tấm gá dao dưới thường là bàn máy Thông thường các dao được gá bằng mối ghép bulong

Bàn dao: có chức năng như một tấm đỡ, dùng để cố định dao dưới

Bộ phận cân dao: là nhân tố góp phần quan trọng cho độ chính xác khi thực hiện

quá trình cắt Sở dĩ nói như vậy là vì trong bất kì loại máy nào cũng xuất hiện một độ trễ nhất định Trong máy cắt tấm thủy lực, độ trễ chính là sự đi lên xuống không đồng đều giữa hai xilanh, xuất hiện trong quá trình dao đi xuống hoặc đi lên Nguyên nhân do hai xi lanh tác động không đều ở hai đầu dao Chính vì vậy bộ phận cân dao sẽ giúp hạn chế độ

trễ đó Nói cách khác, nó giúp cho dao chuyển động đều ở 2 đầu dao trong quá trình dao

đi xuống hoặc đi lên

Chỉ có máy cắt tấm thủy lực mới sử dụng bộ phận này, máy cắt trục khuỷu không có bộ phận này Để hiểu rõ thêm về bộ phận cân dao, ta xem hình sau

15

2

3

3 14

2: Xilanh 3: Tấm dao trên 14: Trục khuỷu 15: Thanh truyền

Hình 2.5 Lực tác động trên hai đầu dao

Trong máy cắt trục khuỷu, lực hai đầu dao F1, F2 đều do trục khuỷu (4) tạo ra Do đó hai lực luôn tác động đồng thời, nên dao (3) luôn cân bằng

Ngược lại, trong máy cắt tấm thủy lực, lực hai đầu F1, F2 là do hai xilanh riêng biệt (2) tạo ra Do hai lực này tác động không đồng thời (mỗi xilanh có độ trễ riêng), nên hai đầu dao (3) sẽ đi xuống không cùng lúc Trên hình 2.5, lực F1 tác động trước lực F2 Như vậy, máy cắt tấm thủy lực cần một bộ phận làm đều chuyển động ở hai đầu dao Bộ phận đó gọi là bộ phận cân dao

1 7

2

13

12

7: Trục nối 8: Bánh răng 9: Thanh răng

12: Tấm dao dưới 13: Tấm dao trên

Hình 2.6 Một vài dạng của bộ phận cân dao

Hệ thống đo (10): bên cạnh bộ phận cân dao, để có thể gia công chính xác trên

máy cắt tấm, máy còn đòi hỏi phải có một hệ thống đo tốt Hệ thống đo có nhiệm vụ xác định khoảng cách từ lưỡi cắt (là đường tiếp xúc giữa đỉnh dao và tấm kim loại khi gia

công) (28) cho đến mép trong tấm kim loại (B) cần gia công Khoảng cách đó là a Nó giúp cho quá trình gia công tấm được chính xác

10: Hệ thống đo 11: Thanh trượt

Hình 2.7 Một vài hệ thống đo

11 A

10 1

12

29

28 19

B

a

1: Thân máy 10: Hệ thống đo 11: Thanh trượt dọc 12: Tấm dao dưới

19: Tấm gia công 28: Tâm cắt 29: Thanh trượt ngang a: khoảng cách từ tâm cắt đến mép trong tấm gia công

Hình 2.8 Hệ thống đo trong máy cắt

Khi đưa tấm vào cắt, ta sẽ đặt tấm sao cho mặt B của tấm tựa vào hai mặt A của hệ thống định vị Như vậy, khoảng cách a sẽ được xác định gián tiếp qua vị trí của hệ thống đo Nếu muốn tăng khoảng cách a, ta chỉ cần điều khiển hệ thống đo lùi về sau,

bằng cách trượt trên thanh trượt ngang (27), còn nếu muốn giảm a, hệ thống đo chỉ cần tiến lên

Ngoài ra, để phù hợp với tấm gia công có chiều dài khác nhau, hệ thống đo cần có thêm hai thanh trượt dọc (11) Khi trượt trên hai thanh dọc, vị trí hệ thống đo sẽ thay đổi, khi đó, sẽ phù hợp với tấm có chiều dài khác nhau

Cơ cấu điểu khiển: có thể nói, đây là yếu tố quyết định đến mức độ hiện đại của

một máy cắt Cơ cấu điều khiển càng hiện đại, sản phẩm cắt càng có độ chính xác cao, đồng thời, sẽ đòi hỏi sức lực của người công nhân ít đi Qua đó, máy sẽ tạo sự dễ dàng vận hành cho người công nhân Tuy nhiên, cơ cấu điều khiển càng hiện đại thì giá thành máy sẽ càng cao

1: Thân máy 26: Màn hình điều khiển 27: Bàn điều khiển

Hình 2.9 Một vài hệ thống điều khiển

2.1.2 Phân tích những thành phần chính:

1 Nguồn dẫn động: (nguồn tạo ra lực cắt)

Phần này ta sẽ nói rõ hơn về hai loại máy cắt tấm Đó là máy cắt có nguồn dẫn động bằng cơ (máy cắt trục khuỷu) và máy cắt có nguồn dẫn động bằng thủy lực (máy cắt thủy lực)

a Máy cắt tấm có nguồn dẫn động bằng cơ: (trục khuỷu)

3: Dao trên 14: Trục khuỷu 15: Thanh truyền 16: Động cơ

17: Bộ truyền đai 18: Trục truyền động

Hình 2.10 Sơ đồ động máy cắt tấm trục khuỷu

 Nguyên lý hoạt động:

Khi máy hoạt động, động cơ (16) sẽ quay Qua bộ truyền đai (17), động cơ sẽ làm quay trục truyền động (18) Trục truyền sẽ dẫn động trục khuỷu (14) Trục khuỷu quay sẽ làm dao (3) chuyển động tịnh tiến lên xuống thông qua hai thanh truyền (15)

 Ưu điểm:

Dao chuyển động đều trên suốt chiều dài dao

Không sử dụng thủy lực, nên máy sẽ tránh được sự rò rỉ dầu

 Nhược điểm:

Trục khuỷu quay liên tục, nên dao sẽ chuyển động lên xuống liên tục mà không có thời gian dừng ở cuối quá trình cắt Vì sử dụng bộ truyền bánh răng nên máy đòi hỏi phải bôi trơn thường xuyên

b Máy cắt có nguồn dẫn động bằng thủy lực (dầu):

2

3

1: Thân máy 2: Xilanh 3: Dao trên 4: Dao dưới 19: Tấm gia công

Hình 2.11 Máy cắt thủy lực

 Nguyên lý hoạt động:

Khi máy hoạt động, bơm dầu sẽ bơm dầu vào xilanh (2) Lúc đó, xilanh sẽ đẩy dao trên (3) đi xuống thực hiện quá trình cắt Vận tốc xuống dao hoàn toàn có thể điểu khiển được Dao trên (3) sẽ ép tấm gia công (19) vào dao dưới (4) Khi ấy, tấm gia công sẽ có hình dạng giống biên dạng dao

Khi dao thực hiện xong quá trình cắt, máy sẽ được lập trình sao cho dao giữ nguyên

vị trí trong khoảng một thời gian ngắn Sau đó, xilanh (2) lại kéo dao lên trở về vị trí ban đầu

 Ưu điểm:

Lực cắt của máy cắt thủy lực có thể đạt khá lớn

 Nhược điểm:

Giá thành máy sẽ cao

2 Thân máy:

Như đã trình bày, kết cấu thân máy cắt là các tấm kim loại nối với nhau

Về kết cấu, tấm kim loại có thể đặc hoặc rỗng

Còn xét về hình dạng, đó có thể là tấm hình chữ nhật, tấm hình chữ C, hoặc cũng có thể chỉ là một thanh đỡ

Ngoài ra còn phải kể đến số tấm kim loại Thân máy có thể do hai tấm kim loại nối với nhau, đồng thời cũng có thân máy gồm ba tấm kim loại nối với nhau

Sau đây ta sẽ phân tích từng loại, đồng thời sẽ nêu lên ưu nhược điểm mỗi loại

a Kết cấu:

i Tấm kim loại đặc:

Với loại kết cấu này, thân máy là tấm kim loại đúc, có tiết diện cắt ngang là hình chữ nhật (I) như hình vẽ

 Ưu điểm:

Bề dày của tấm sẽ không quá lớn so với tấm rỗng

 Khuyết điểm:

Vì tấm kim loại là tấm đặc, đồng thời kích thước lớn nên sẽ tốn kém nhiều vật liệu

khi chế tạo

1: Thân máy I: Tiết diện ngang

Hình 2.12 Thân máy là tấm đặc

ii Tấm kim loại rỗng:

Tấm kim loại rỗng thực ra là nhiều tấm kim loại hàn lại với nhau

Khi đó, mặt cắt ngang có tiết diện (I) như hình vẽ

1: Thân máy I: Tiết diện cắt

Hình 2.13 Thân máy là tấm rỗng

 Ưu điểm:

Tiết kiệm được vật liệu khi chế tạo máy

Có thể chịu được lực tác dụng lớn

1: Thân máy 2: Xilanh 3: Dao trên 4: Dao dưới

Hình 2.14 Thân máy là tấm chữ nhật

 Ưu điểm:

Ưu điểm của tấm hình chữ nhật là độ cứng vững khá cao

 Nhược điểm:

Chế tạo tấm loại này sẽ tốn nhiều vật liệu

Máy chỉ gia công được tấm có chiều dài không vượt quá khung máy Vì nếu tấm có chiều dài vượt quá khung máy thì sẽ bị cấn ngay khung máy

12

19II

II

1: Thân máy 12: Tấm dao dưới 19: Tấm gia công II: Vùng bị cấn

a: Chiều rộng tấm gia công; b: Chiều dài tấm gia công

Hình 2.15 Thân máy là tấm chữ C

1: Thân máy

Hình 2.16 Thân máy là tấm chữ C

 Ưu điểm:

Máy có thể gia công tấm có chiều dài lớn đồng thời chiều rộng cũng lớn Vì hình dạng chữ C sẽ tạo cho máy có một khoảng trống lớn ngay thành máy, do đó máy có thể gia công được tấm có chiều rộng lớn mà không bị cản trở

 Nhược điểm:

Vì là khung chữ C nên khi thiết kế cần tính toán kỹ về khả năng chịu lực của khung

Vật liệu chế tạo tấm cũng khá tốn kém do bề dày tấm sẽ rất lớn

iii Thanh đỡ:

1: Thân máy

Hình 2.17 Thân máy là thanh đỡ

 Ưu điểm:

Do tấm có kích thước nhỏ nên máy cắt loại này sẽ rất nhỏ gọn

Máy loại này rất thuận lợi trong việc vận chuyển, lắp đặt

Máy loại này có kích thước thân máy nhỏ, do đó sẽ tiết kiệm vật liệu trong chế tạo

 Nhược điểm:

Kích thước của tấm nhỏ, nên tải trọng của máy không lớn Do vậy, máy chỉ phù hợp trong việc gia công chi tiết có bề dày và chiều dài nhất định

Do thân máy gồm 3 tấm chữ C nối lại, nên kích thước mỗi tấm đòi hỏi không quá lớn

Độ cứng vững của máy cao

Kích thước tấm gia công có thể dài

Khoảng cách từ tâm cắt đến mép trong của tấm a bị giới hạn do khung máy ở giữa cản trở

Do thân máy gồm ba tấm nên sẽ gặp khó khăn trong việc vận chuyển

Thông thường, trong một máy cắt tấm, xilanh có hai vị trí khi làm việc, đó là xilanh đặt đứng hoặc xilanh đặt nằm ngang Đầu tiên, ta sẽ phân tích xilanh đặt nằm ngang

a Máy cắt sử dụng xilanh đặt nằm ngang:

Đây là dòng máy cắt có khá ít hãng sản xuất Hầu hết họ đều chế tạo máy cắt có xilanh đặt đứng

1: Thân máy 3: Dao trên 4: Dao dưới 27: Bàn điều khiển

Hình 2.20 Máy cắt sử dụng xy lanh nằm ngang

 Cấu tạo:

Với loại máy này, một xilanh sẽ được nằm ngang, phía trên đỉnh của máy

Xilanh sẽ được nối với dao bằng một tấm truyền và một cơ cấu bốn khâu bản lề

Nguyên lý hoạt động:

Ban đầu, dao (3) đang ở vị trí trên cùng Khi xilanh (2) tác động, cần xilanh sẽ đẩy bộ phận trung gian (tấm nối) (21) một lực theo phương ngang Dựa trên cơ cầu 4 khâu bản lề (20), tấm truyền sẽ đẩy dao đi xuống thực hiện quá trình cắt Khi hết quá trình cắt, xilanh lại kéo tấm nối một lực theo chiều ngược lại, như vậy, tấm nối sẽ đưa dao lên thông qua cơ cấu bốn khâu bản lề

-> cắt

< - về dao

2: Xilanh 3: Dao trên 20: Cơ cấu 4 khâu bản lề 21: Tấm nối

Hình 2.21 Sơ đồ khối

 Ưu điểm:

Lực cắt sẽ đồng đều trên suốt chiều dài máy

Do sử dụng một xilanh nên khi chế tạo máy sẽ không cần quan tâm đến độ trễ của mỗi xilanh như trong máy chấn sử dụng hai xilanh

Kết cấu máy đơn giản, dễ vận hành

Giá thành máy không cao

 Nhược điểm:

Vì chỉ có một xilanh nên máy sẽ có tải trọng không lớn

Chiều dài tấm gia công không lớn lắm

b Máy cắt sử dụng xilanh đặt đứng:

Đây là dạng bố trí xilanh mà hầu hết các máy chấn đều sử dụng Ưu điểm chung của loại này là lực tạo ra sẽ lớn Sau đây, ta sẽ khảo sát một số dạng máy bố trí xilanh đứng

i Máy cắt sử dụng một xilanh đặt đứng:

1: Thân máy 2: Xilanh đặt đứng 3: Dao trên

Hình 2.22 Máy cắt một xilanh đứng

 Cấu tạo:

Máy cắt loại này chỉ có một xilanh thủy lực đặt giữa tấm gá dao trên

 Nguyên lý hoạt động: Dưới áp lực của xilanh, dao sẽ chuyển động xuống thực hiện quá trình chấn

 Ưu điểm:

Vì sử dụng một xilanh nên khi chế tạo máy không cần xét đến độ trễ trên từng xilanh Do đó, máy không cần có bộ phận làm đều chuyển động của dao

 Nhược điểm:

Do sử dụng một xi lanh, nên kích thước xi lanh lớn hơn so với máy chấn 2 xilanh

Do sử dụng lực tập trung ở giữa, nên gia công chi tiết quá dài sẽ không chính xác Máy chỉ gia công được các tấm có chiều dài ngắn, bề dày tấm không lớn lắm

Công suất của máy nhỏ

ii Máy chấn sử dụng hai xilanh đặt đứng, bố trí ở hai đầu dao:

1: Thân máy 2: Xilanh 26: Màn hình điều khiển 27: Bàn điều khiển

Hình 2.23 Máy cắt thủy lực với hai xilanh ở hai đầu

 Nguyên lý hoạt động:

Khi máy hoạt động, hai xilanh sẽ tác động đồng thời hai đầu dao, đưa dao đi xuống thực hiện quá trình cắt

Máy sẽ tạo ra lực ở hai đầu, nên muốn gia công tốt, chi tiết cần có độ dài nhất định

Do sử dụng hai xi lanh, nên khi máy hoạt động sẽ xuất hiện sự không đồng đều trong chuyển động của dao ở hai đầu

ii Máy cắt sử dụng hai xilanh đặt đứng, bố trí ở phía sau:

 Cấu tạo:

Máy gồm hai xilanh thủy lực (2) đặt ở phía sau thân máy Hai xilanh được nối với hai thanh đòn (22) Hai thanh đòn sẽ tựa lên hai khung máy (1) Đầu kia của hai thanh đòn nối với hai thanh truyền (15) Cuối cùng, hai thanh truyền được nối vào hai đầu dao

Như vậy, bộ phận truyền động cho máy cắt tấm thủy lực loại này gồm ba phần:

- Hai xilanh thủy lực

- Hai thanh đòn

- Hai thanh truyền

1: Thân máy 2: Xilanh 15: Thanh truyền 22: Thanh đòn

Hình 2.24 Máy cắt sử dụng xilanh đặt phía sau