Bài Giảng Máy và dụng cụ

Hình 1.1- Các yếu tố cơ bản của công nghệ gia công Máy công cụ Dụng cụ và đồ gá Công nghệ gia công Gia công cơ Năng suất/Kinh tế Độ chính xác sản phẩm Chất lượng bề mặt Tác động môi trườ

Chương I

CƠ BẢN VỀ CẮT KIM LOẠI TRÊN MÁY CÔNG CỤ

1.1 Giới thiệu

Máy và dụng cụ là những thiết bị cần thiết trong sản xuất và gia công chế tạo

ra các chi tiết, cơ cấu của máy móc và các sản phẩm dùng trong các ngành kỹ thuật, trong sản xuất, quốc phòng và phục vụ dân sinh

Chế tạo là sự tác động đến vật liệu để tạo ra sản phẩm Công nghệ chế tạo có nhiều phương pháp khác nhau như công nghệ đúc, công nghệ hàn, gia công định hình, gia công cơ

- Công nghệ đúc: Đúc khuôn cát, đúc áp lực, đức ly tâm, đúc mẫu chảy,…

- Công nghệ hàn: Hàn hồ quang, hàn điên trở, hàn laser, plasma,…

- Gia công định hình: Cán, ép, đùn, dập, đột, uốn,…

- Gia công cơ: Cắt gọt theo công nghệ truyền thống như tiện, khoan, phay, bào, xọc, chuốt,… và gia công theo công nghệ tiên tiến như gia công điện, hóa, tia,…

Trong công nghệ gia công bao gồm hàng loạt các yếu tố cần được đánh giá

và lựa chọn một cách hợp lý để đảm bảo hiệu quả cao nhất Máy,dụng cụ và đồ gá cần xác định cho quá trình gia công một sản phẩm với các kết quả đạt được là độ chính xác, chất lượng bề mặt cũng như năng suất, hiệu quả kinh tế và các tác động ảnh hưởng đến môi trường Hình 1.1 là tổng quan chung các yếu tố của công nghệ gia công

Hình 1.1- Các yếu tố cơ bản của công nghệ gia công

Máy công cụ

Dụng cụ và đồ gá

Công nghệ gia công

Gia công cơ

Năng suất/Kinh tế

Độ chính xác sản phẩm

Chất lượng bề mặt

Tác động môi trường Sản phẩm

thiết kế

Phôi

Các chi tiết đều được hình thành từ các bề mặt Quá trình gia công chi tiết trên máy công cụ là quá trình tạo lên các bề mặt của chi tiết Các bề mặt cơ bản gồm: Mặt phẳng, mặt tròn xoay, mặt kẻ, mặt xoắn vít và các bề mặt phức tạp khác,…

Để hình thành bề mặt (gia công) thì máy công cụ cần phải có các chuyển động để bóc tách (cắt) kim loại ra khỏi phôi và tạo ra sự huyển động tương đối giữa dụng cụ và chi tiết gia công (phôi)

a Chuyển động cắt gọt

- Gia công bào mặt phẳng:

+ Dao chuyển động tịnh tiến T1 để cắt

vật liệu, tạo ra phoi- gọi là chuyển

động cắt chính

+ Phôi chuyển động tịnh tiến gián

đoạn T2 (sau mỗi hành trình kép T1

của dao) để duy trì quá trình cắt- gọi

là chuyển động chạy dao

Hình 1.2- Bào mặt phẳng

- Gia công tiện bề mặt trụ:

+ Phôi chuyển động quay Q để cắt vật

liệu, tạo ra phoi- gọi là chuyển động

cắt chính

+ Dao tiện chuyển động tịnh tiến T để

duy trì quá trình cắt- gọi là chuyển

Cơ chế của quá trình cắt- quá trình tạo phoi

II



Hình 1.4- Sơ đồ hóa miền tạo phoi Quá trình cắt kim loại là quá trình tác dụng ngoại lực qua phần cắt dụng cụ vào lớp cắt Lớp cắt bị biến dạng đàn hồi, dẻo và đứt tạo thành phoi Dưới tác dụng

của lực P, dao cắt bắt đầu nén vật liệu gia công (lớp cắt) theo mặt trước Khi tăng P dao tiếp tục chuyển động (nén vật liệu gia công), trong lớp cắt xuất hiện biến dạng đàn hồi và nhanh sang biến dạng dẻo và lớp phoi có chiều dày af được hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a dịch chuyển dọc theo mặt trước của dao Qua nghiên cứu thực nghiệm bằng chụp ảnh tế vi khu vực tạo phoi thấy rằng trước khi biến thành phoi, lớp kim loại bị cắt đã trải qua một giai đoạn biến dạng nhất định, nghĩa là giữa lớp kim loại bị cắt và phoi có một vùng biến dạng- vùng này gọi là miền tạo phoi Miền này được sơ đồ hóa trên hình 1.4, nó có các mặt trượt OA, OB,

OC, OD, OE Miền tạo phoi được giới hạn bởi đường OA, dọc theo đó phát sinh những biến dạng dẻo đầu tiên và đường OE- đường kết thúc biến dạng dẻo và đứt Đường AE nối liền khu vực chưa biến dạng của kim loại và phoi Chiều rộng của miền tạo phoi phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, các điều kiện cắt và thông

số hình học phần cắt của dụng cụ

Lớp kim loại bị cắt sau khi bị biến dạng trong miền tạo phoi, khi chuyển thành phoi còn chịu biến dạng thêm do ma sát mặt trước của dao và phoi (vùng I) Ngoài ra do đặc điểm quá trình biến dạng dư trên vật liệu gia công ở dưới đường

ON (vùng II) cũng bị biến dạng dẻo (biến dạng của lớp bề mặt)

A'

F E'



 E

Hình 1.5- Miền tạo phoi với tốc độ cắt khác nhau

Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn đến miền tạo phoi Khi tăng tốc độ cắt V vật liệu gia công sẽ chuyển qua miền tạo phoi với tốc độ nhanh hơn Khi đó miền tạo phoi có thể xem gần đúng quá trình biến dạng dẻo xảy ra lân cận mặt OF đi qua lưỡi cắt và làm với phương chuyển động của dao một góc θ Mặt OF được gọi là mặt trượt và góc θ là góc trượt Góc trượt có thể được xác định như sau

)cos(

OF

OF a

Chuyển động cắt gọt là chuyển động cần thiết để thực hiện và duy trì quá trình tách phoi ra khỏi phôi Bao gồm:

-Chuyển động cắt chính: Là chuyển động cơ bản để tạo ra phoi Nó tiêu thụ công suất lớn nhất trong quá trình cắt

-Chuyển động chạy dao: Là chuyển động cần thiết để duy trì quá trình cắt

b Chuyển động tạo hình

Quá trình tạo hình bề mặt là quá trình tạo nên các đường tạo hình đó là đường sinh và đường chuẩn (Cho đường sinh dịch chuyển theo đường chuẩn để tạo nên bề mặt gia công) Chuyển động tạo hình là chuyển động cần thiết để tạo nên đường sinh và đường chuẩn Để cho máy đơn giản thì trong thiết kế người ta thường làm trùng chuyển động tạo hình với chuyển động cắt gọt

Ví dụ khi tiện ren (hình1.4a) thì chuyển động quay của phôi (n) là chuyển động cắt chính, chuyển động tịnh tiến (s) của dao tiện là chuyển động chạy dao, chúng là chuyển động cắt gọt Chuyển động chạy dao s phải phù hợp với chuyển động quay n của phôi để tạo ra đường xoắn ren (phôi quay 1 vòng thì dao phải tịnh tiến một lượng bằng bước xoắn đường ren), nó là chuyển động tạo hình (chuyển động tạo hình đường ren- đường chuẩn) Như vậy, ở đây chuyển động tạo hình trùng với chuyển động cắt gọt Để tăng năng suất cắt cần tăng vận tốc cắt (tăng n), khi đó tốc độ chạy dao (s) cũng tăng, nhiều khi không thể thực hiện được

a) b)

Hình 1.4- Tiện ren và phay renKhi phay ren (hình 1.4b) thì chuyển động cắt chính là chuyển động quay (Q1) của dao phay Chuyển động tạo hình đường ren bao gồm chuyển động quay của phôi (Q2) và tịnh tiến của dao phay (T) Khi này chuyển động cắt chính không còn trùng với chuyển động tạo hình nữa, do vậy ta có thể tăng vận tốc cắt để nâng cao năng suất

c Chuyển động định vị

Là chuyển động xác định vị trí của dao tương đối với phôi trong hệ toạ độ của máy Nó xác định kích thước của bề mặt gia công Nếu chuyển động định vị thực hiện mà không có quá trình cắt thì gọi là chuyển động điều chỉnh Ví dụ trên hình 1.6a để gia công được trụ đườn kính Ø ta thực hiện chuyển động điều dao s Nếu chuyển động định vị thực hiện mà có quá trình cắt thì gọi là chuyển động ăn dao (cắt vào) Trên hình 1.6b để đạt được kích thước Ø cần thực hiện chuyển động

hình (hình 1.5a) Khi chuyển động phân độ trùng với chuyển động tạo hình gọi là

chuyển động phân độ liên tục, ví dụ phân độ khi phay bánh răng theo phương pháp

bao hình (hình 1.5b) Phân độ liên tục cho năng suất và độ chính xác cao hơn

Hình 1.5- Chuyển động phân độ

Chuyển động của phôi và dụng cụ trên các máy công cụ gia công

theo công nghệ truyền thống

chấp hành

Chuyển động cắt chính (V)

Cơ cấu chấp hành

Chuyển động chạy dao (S)

Chuyển động của phôi và dụng cụ trên các máy công cụ gia công

theo công nghệ tiên tiến

Gia công hóa học CHM

Gia công điện hóa ECM

Gia công ăn mòn điện (cắt dây) EDM

Gia công bằng tia điện tử (khoan) EBM

Gia công bằng Laser (khoan) LBM

Gia công bằng Plasma (khoan) PBM

Gia công bằng siêu âm USM

Gia công bằng dòng hạt mài AJM

Gia công bằng tia nước WJM

- Chuyển động tiến, lùi dụng cụ cắt

- Chuyển động vận chuyển phôi, thay đổi dụng cụ, kiểm tra, đảo chiều, thu dọn phoi,…

1.3 Cơ bản về cắt kim loại

1.3.1 Máy công cụ

a Sự phát triển của máy công cụ

Máy công cụ đã xuất hiện từ lâu và phát triển liên tục cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật Sự ra đời của các máy công cụ qua các giai đoạn:

1200: Máy tiện bàn chuyển động bằng đạp chân

1770: Máy tiện ren

1817: Máy bào

1818: Máy phay

1820: Máy khoan, máy doa

1830: Máy cắt răng thân khai

1831: Máy mài phẳng

1895: Máy tự động nhiều trục chính

1943: Máy gia công bằng ăn mòn điện

1945: Máy gia công bằng siêu âm

1950: Máy gia công điện hóa

1952: Máy điều khiển số NC (Numerical Control)

1958: Gia công bằng Laser

1972: Máy CNC (Computer Numerical Control)

1978: Hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System)

1986: Hệ thống CIM (Computer Integrated Manufacturing)

b Phân loại máy công cụ

Máy công cụ có thể được phân loại theo các chỉ tiêu: Công nghệ gia công, theo mức độ chuyên môn hoá, mức độ tự động hóa, theo độ chính xác và theo trọng lượng

- Theo công nghệ gia công: Có các máy gia công theo công nghệ truyền thống và các máy gia công theo công nghệ tiên tiến

Máy gia công theo công nghệ truyền thống: Máy tiện, máy khoan, phay, bào, xọc, chuốt, máy gia công răng, ren,

Máy gia công theo công nghệ tiên tiến: Máy gia công hóa học, gia công điện hóa, gia công bằng siêu âm, gia công bằng dòng hạt mài, gia công bằng tia, gia công bằng ăn mòn điện,

- Theo mức độ chuyên môn hoá: Có máy vạn năng, máy chuyên môn hóa và máy chuyên dùng

Máy công cụ vạn năng (còn gọi là máy công cụ thông dụng): Là máy có phạm vi công nghệ rộng, có khả năng thực hiện được nhiều nguyên công khác nhau Sản phẩm gia công trên máy vạn năng đa dạng Các máy vạn năng được trang bị thêm các thiết bị để mở rộng khả năng công nghệ gọi là máy vạn năng rộng Máy vạn năng được dùng trong sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ

Máy chuyên dùng là máy dùng để gia công các chi tiết cùng kiểu có kích thước khác nhau như máy gia công răng, ren, dụng cụ cắt…

Máy chuyên môn hóa là máy chuyên dùng có tính chuyên môn hóa cao, nó dùng để gia công một loại sản phẩm có hình dáng và kích thước nhất định Máy chuyên dùng và máy chuyên môn hóa được dùng trong sản xuất loạt lớn và hàng khối

- Theo mức độ tự động hóa: Có máy thông thường, tự động và bán tự động Có máy

tự động điều khiển bằng cam, máy tự động điều khiển số (NC và CNC)

- Theo độ chính xác: Theo TCVN 1742-75, máy công cụ chia làm 5 cấp: E, D, C, B,

A Tương ứng với tiêu chuẩn của Liên xô là: H, , B, A , C

Cấp E(H): Là máy cấp chính xác thông thường, gồm phần lớn các máy vạn năng Cấp D(): Máy cấp chính xác nâng cao Là máy được chế tạo trên cơ sở các máy cấp chính xác E nhưng các chi tiết quan trọng được chế tạo chính xác, chất lượng lắp ráp và điều chỉnh cao

Cấp C(B): Máy cấp chính xác cao Đặc điểm của máy là toàn bộ các chi tiết được chế tạo chính xác, chất lượng lắp ráp và điều chỉnh toàn máy cao, có một số kết cấu đặc biệt đảm bảo nâng cao độ chính xác

Cấp B(A): Cấp chính xác đặc biệt cao Là máy giống các máy cấp C nhưng có độ cứng vững cao

Cấp A(C): Cấp chính xác siêu cao Là máy dùng để chế tạo các dụng cụ để xác định

độ chính xác của các máy cấp B và C

Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu các máy cấp A,B,C được điều hòa nhiệt độ và độ

ẩm tự động

- Theo trọng lượng: Có máy loại nhẹ, loại trung và loại nặng

Máy loại nhẹ có trọng lượng < 10 tấn, máy loại trung có trọng lượng từ 10 đến 100 tấn và máy loại nặng có trọng lượng > 100 tấn

c Ký hiệu máy công cụ

Nhìn chung người ta ký hiệu máy công cụ trên cơ sở dựa vào chức năng công nghệ, công dụng, mức độ hiện đại của hệ thống điều khiển và các đặc tính kỹ thuật cơ bản của máy Ở mỗi quốc gia, mỗi một hãng chế tạo máy có tiêu chuẩn kiểu ký hiệu máy khác nhau

- Ký hiệu máy của Liên xô

Hệ thống ký hiệu máy của Liên xô dựa trên cơ sở phân máy công cụ ra các nhóm và trong các nhóm lại phân ra các kiểu máy Hệ thống này phân ra thành 9 nhóm, trong mỗi nhóm phân thành 9 kiểu Hệ thống dùng các chữ số và chữ cái để ký hiệu các máy:

Chữ số thứ nhất: Chỉ nhóm máy

Chữ số thứ hai: Chỉ kiểu máy

Chữ số thứ 3 và thứ 4: Chỉ kích thước cơ bản của máy

Chữ cái nằm sau chữ số thứ nhất (hoặc thứ hai) nói lên máy đã được hiện đại hóa từ máy cơ sở

Chữ cái nằm sau cùng nói lên sự biến thể của máy với các trang thiết bị kèm theo

-Ký hiệu máy của Việt nam

Hệ thống ký hiệu máy của Việt nam cũng dùng như hệ thống ký hiệu này của Liên

xô, nhưng nhóm máy được dùng chữ cái để ký hiệu thay cho ký hiệu dùng bằng số của Liên xô Máy tiện ký hiệu là T; Máy khoan ký hiệu là K; Máy bào ký hiệu là B;…

Ví dụ:

T616: là máy tiện (T) ren vít vạn năng (6) có chiều cao tâm máy H=160 mm (16) K125: là máy khoan (K) đứng (1) có đường kính khoan lớn nhất là 25 mm (25)

1.3.2 Dụng cụ, vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công

1.2.2.1 Dụng cụ và vật liệu dụng cụ

a Dụng cụ

Trong chế tạo máy, có nhiều loại dụng cụ được sử dụng Trong gia công theo công nghệ truyền thống có loại đơn giản chỉ có một phần cắt như dao tiện,… có loại phức tạp gồm nhiều phần cắt như dao phay, dao chuốt,…Phần cắt của tất cả các loại dụng cụ về cơ bản là giống nhau và giống với dao cắt đơn (dao tiện)

-Loại đơn giản chỉ có một phần cắt:

Hình 1.7- Dao tiện -Loại phức tạp gồm nhiều phần cắt:

Hình 1.8- Dao phay -Dụng cụ đặc biệt trong gia công theo công nghệ tiên tiến

b Vật liệu dụng cụ

Chất lượng dụng cụ cắt đặc trưng bởi các yếu tố như: tính năng cắt, độ chính xác kích thước, độ chính xác về vị trí tương quan, độ nhẵn bóng của các bề mặt làm việc, …nó ảnh hưởng tới độ chính xác gia công và năng suất cắt Trong đó nhân tố ảnh hưởng quyết định tới chất lượng dụng cụ cắt là vật liệu chế tạo dụng cụ Những yêu cầu chung của vật liệu dụng cụ cắt

- Tính cắt: Tính cắt của vật liệu dụng cụ cắt thường được đánh giá bằng các yếu tố

+ Độ cứng: Muốn cắt được thì vật liệu phần cắt dụng cụ phải có độ cứng cao hơn nhiều độ cứng vật liệu gia công Thông thường độ cứng vật liệu dụng cụ phải đạt HRC58 trở lên Khi gia công các vật liệu cứng hơn cần độ cứng cao hơn- khoảng HRC65

+ Độ bền cơ học: Trong quá trình cắt thường xuất hiện rung đập, va đập, tải trọng thay đổi, … gây nên các dạng hỏng cho dụng cụ cắt như sứt mẻ, gẫy vỡ, bong tróc,

… Để tránh được các dạng hỏng này thì vật liệu dụng cụ cắt cần phải có độ bền cơ học cao Có thể thấy rằng độ bền cơ học và độ cứng của vật liệu có quan hệ tỉ lệ nghịch, vật liệu có độ cứng càng cao thì độ bền cơ học càng thấp

+ Độ bền mòn: Độ bền mòn là khả năng duy trì độ chính xác về hình dáng hình học

và thông số hình học của dụng cụ cắt trong phạm vi cho phép sau một thời gian làm việc nhất định Nói cách khác, độ bền mòn là khả năng đạt được một giá trị tuổi bền chấp nhận được trước khi dụng cụ cắt phải bị thay thế Thông thường, vật liệu dụng

cụ cắt có độ cứng càng cao thì có độ bền mòn cũng cao

+ Độ bền nhiệt: Độ bền nhiệt được đặc trưng bởi nhiệt độ tới hạn, ổn định trong quá trình cắt mà ở đó vật liệu dụng cụ không bị mất tính cắt Thường xác định bởi nhiệt

độ mà tại đó độ cứng phần cắt của dụng cụ không bị giảm quá một trị số cho phép

Độ bền nhiệt có ảnh hưởng quyết định đến vận tốc cắt đạt được của dụng cụ cắt Các vật liệu phát triển theo xu hướng độ bền nhiệt ngày càng tăng Đặc biệt, với các phương pháp gia công cao tốc thì yêu cầu về độ bền nhiệt lại càng được chú trọng + Tính dẫn nhiệt: Để truyền nhanh dòng nhiệt ra khỏi khu vực cắt, giảm tác động xấu của nhiệt tới tính năng làm việc của dụng cụ cắt thì vật liệu dụng cụ cắt cần phải có tính dẫn nhiệt tốt (hệ số dẫn nhiệt cao)

- Tính công nghệ: Dụng cụ cắt thường có hình dáng và kết cấu phức tạp, phải qua nhiều nguyên công gia công tạo hình, đồng thời, để đạt được độ cứng cao thì các dụng cụ cắt chế tạo từ thép phải qua các nguyên công nhiệt luyện Vật liệu dụng cụ cắt cần có tính công nghệ tốt để thuận tiện cho các nguyên công này

- Tính kinh tế: Vật liệu dụng cụ cắt cần phải rẻ tiền, dễ kiếm

Các loại vật liệu dụng cụ cắt phổ biến: Thép các bon dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, thép gió, hợp kim cứng, vật liệu sành sứ, vật liệu tổng hợp (Kim cương, Elbo,…), vật liệu phủ

+ Thép các bon dụng cụ: Loại vật liệu này là thép cacbon có chất lượng tốt, hàm lượng cacbon thường nằm trong khoảng 0.8÷2% để đảm bảo độ cứng Ưu điểm: rẻ tiền, dễ kiếm, tính công nghệ tốt Nhược điểm: Tính thấm tôi thấp, độ bền nhiệt thấp, chỉ khoảng 200 ÷ 2500C Theo tiêu chuẩn Việt Nam, thép cacbon dụng cụ được ký hiệu bằng chữ CD, số sau chữ CD chỉ hàm lượng cacbon trung bình tính theo phần vạn (một số mác thép có thêm chữ A đằng sau để chỉ thép tốt) Một số

mác thép: CD70; CD80A; …Loại này được dùng chủ yếu để chế tạo các loại dụng

cụ cầm tay (đục, dũa,…) và các loại dụng cụ cắt tốc độ thấp (v=45m/ph)

+ Thép hợp kim dụng cụ: Để cải thiện tính thấm tôi của thép cacbon dụng cụ, một

số nguyên tố hợp kim như Mangan, Silic, Crom, Vonfram, … đã được hợp kim hóa

Do hàm lượng nhỏ nên các nguyên tố hợp kim này chỉ tăng được tính thấm tôi của thép cacbon, nhưng độ bền nhiệt của thép hợp kim dụng cụ cũng không tăng được bao nhiêu Độ bền nhiệt của loại vật liệu dụng cụ cắt này chỉ khoảng 250-3000C Do

đó, tốc độ cắt đạt được vẫn thấp, chỉ khoảng 8-10m/p Các loại thép hợp kim dụng

cụ hiện nay được dùng chủ yếu để chế tạo các dụng cụ cắt với tốc độ thấp- đặc biệt

là các dụng cụ cầm tay

+ Thép gió (High Speed Steel - HSS): Là thép hợp kim cao với hàm lượng Vônfram 6÷19%, Crôm 3÷4.6%, ngoài ra còn một số nguyên tố khác như Môlipđen, Vanađi, Coban … So với thép cácbon dụng cụ và thép hợp kim dụng cụ thì thép gió có một

số ưu điểm sau: Độ cứng sau ram của thép gió là 62÷67HRC, độ bền nhiệt có thể đạt tới 500÷6000C, độ thấm tôi cao Tốc độ cắt: 35- 50m/ph Nhược điểm lớn nhất của thép gió là sự phân bố không đồng đều cácbít, điều này làm giảm cơ tính và chất lượng của thép

+Hợp kim cứng: Là loại kim loại bột gồm hỗn hợp các bột cacbit Vônfram WC (khoảng 90%), cacbit Titan TiC (khoảng 5-60%), cacsbit Tantan TaC với chất dính kết là bột kim loại Coban Co Các loại bột này được nghiền mịn và trộn theo tỷ lệ xác định, sau đó được ép thành các dạng khác nhau và thiêu kết Đặc tính cắt được xác định bởi các pha cacbit kim loại, còn độ bền cơ học do chất kết dính là kim loại coban quyết định Những tín năng cơ bản của hợp kim cứng đó là: Có độ cứng cao: 82-97HRA (>70-71HRC) Độ chịu nhiệt cao: 800-10000C Tốc độ cho phép:

>100m/ph Độ chịu mòn cao Chịu nén tốt, chịu uốn kép Tính dẫn nhiệt thấp (50% thép gió) HKC thường dùng khi gia công thép hợp kim bền nhiệt Các loại vật liệu

Thành phần chủ yếu là đất sét kỹ thuật (một hỗn hợp của hai pha oxit nhôm:

-thích hợp và thiêu kết Vật liệu sứ có độ cứng khoảng 9092HRA, ứng suất uốn

u=(350400)Mpa Chịu nhiệt 100012000C Chịu mòn tốt Nhược điểm của vật liệu sứ là giòn, chịu va đập kém nên chưa được dùng rộng rãi

+Kim cương nhân tạo

Được tổng hợp từ C (graphit) ở áp lực cao (100.000atm) và nhiệt độ cao (25000C) Nó có độ cứng tế vi cao (HVm 100GPa), dẫn nhiệt cao gấp 2 lần HKC,

độ chịu nhiệt kém (8000C), giòn, chịu tải trọng va đập kém, chóng mòn tốt Do dẫn nhiệt tốt nên có thể cắt vowistoocs độ cắt cao Nó được dùng làm vật liệu mài dao tiện để tiện tinh các loại vật liệu có độ cứng cao

+Elbo (Nitril Bo lập phương): là hợp chất của Nitơ và Bo

Tính chất: Độ cứng tế vi: 60.00080.000MPa, chịu nhiệt khoảng: 20000C, hệ số ma sát nhỏ, giòn, chịu va đập kém Được dùng để gia công tinh các vật liệu cứng + Vật liệu phủ: Để nâng cao độ cứng và tính chịu nhiệt của thép gió và HKC, các mảnh thép gió hoặc HKC được phủ lên bề mặt một lớp mỏng (3-5m) các vật liệu cứng như Nitrit Titan (TiN), cacbit titan (TiC),…Các lớp phủ này có ưu điểm là tăng độ cứng và tính chịu nhiệt của thép gió hay HKC Hiện nay khoảng 50% các dụng cụ cắt thép gió, khoảng 85% dụng cụ cắt hợp kim cứng đều được phủ

Các ưu điểm của lớp phủ: Tăng độ cứng bề mặt, từ đó cải thiện độ bền mòn của dụng cụ cắt Tăng độ bền mòn (các dạng mòn do mài mòn, mòn do dính, …) Giảm

hệ số ma sát, từ đó giảm lực cắt, ngăn ngừa dạng mòn do dính ở diện tích tiếp xúc giữa mặt trước của dụng cụ cắt và phoi, giảm nhiệt phát sinh, …Giảm lượng nhiệt truyền vào dụng cụ cắt Nâng cao chất lượng bề mặt gia công

1.3.2.2 Vật liệu gia công

Trong ngành cơ khí và các lĩnh vực công nghiệp khác, các vật liệu dùng để chế tạo máy móc và các vật dụng phục vụ đời sống hàng ngày ở trạng thái rắn bao gồm:

- Vật liệu kim loại: Có cấu tạo tinh thể, là vật liệu dẫn điện, dẫn nhiệt, sự liên kết giữa các tinh thể rất bền vững nên có các tính chất cơ khí cao như độ bền, độ cứng,

độ dẻo, độ dai va đập, tính chịu nhiệt đề cao

-Vật liệu gốm: Gồm các hạt có cấu tạo tinh thể được ép lại thành một khối, sau khi thiêu kết chúng liên kết với nhau Tùy thuộc vào tính chất của các hạt và lực ép mà tính chất vật liệu gốm có thể khác nhau Vật liệu gốm có thể dẫn hoặc không dẫn điện, nhưng nói chung có điện trở lớn Tính chịu nhiệt cao, độ cứng cao so với kim loại nói chung Vật liệu gốm có thể là phi kim loại, chất bán dẫn hoặc mang tính kim loại rõ rệt

-Vật liệu Polime: Là các vật liệu phi kim loại ở trạng thái vô định hình, nói chung

có tính cách nhiệt, cách điện, chịu các môi trường hóa học tốt, nhưng có tính chịu nhiệt không cao So với vật liệu kim loại và vật liệu gốm thì Polime có ưu điểm là

rất nhẹ và có nhiều dặc tính kỹ thuật quan trọng khác mà vật liệu kim loại khó đạt được

Vật liệu gia công có ý nghĩa quyết đinh đến việc lựa chọn phương pháp gia công Trong thực tế, việc chọn vật liệu phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, dung sai, độ nhẵn bề mặt, chất lượng yêu cầu của sản phẩm Chọn vật liệu cho sản phẩm không chỉ đòi hỏi đáp ứng các tính năng kỹ thuật mà còn phải đảm bảo các điều kiện về kinh tế và điều kiện môi trường

1.3.3 Năng suất

Trong gia công, năng suất có thể được xác định theo:

-Năng suất cắt: Là thể tích phoi được tách ra trong một đơn vị thời gian

-Năng suất tạo hình: Là diện tích bề mặt tạo ra trong một đơn vị thời gian

-Năng suất chiếc: Là số lượng chi tiết tạo ra trong một đơn vị thời gian

Năng suất là một yếu tố quyết định cho việc lựa chọn phương pháp gia công Để nâng cao năng suất có thể sử dụng các phương pháp sau:

- Tăng vận tốc cắt

- Nâng cao lượng chạy dao

- Gia công bằng nhiều dao

- Nâng cao công suất cắt

- Giảm thời gian chạy không

- Tự động hóa chạy dao và thay đổi dụng cụ cắt,…

1.3.4 Độ chính xác và chất lượng bề mặt

- Độ chính xác gia công: là mức độ đạt được khi gia công các chi tiết thực so với độ chính xác thiết kế đề ra Trong thực tế độ chính xác gia công được biểu thị bằng sai lệch về kích thước và sai lệch hình dáng Sai lệch về kích thước được biểu thị bằng dung sai Sai lệch hình dáng thường chia làm 3 loại:

+ Sai lệch hình dáng hình học: độ phẳng,…

+ Sai lệch về vị trí tương quan giữa các yếu tố hình học của chi tiết: độ vuông góc, song song…

+ Độ chính xác của hình dáng hình học tế vi (độ nhẵn bề mặt)

- Chất lượng bề mặt chi tiết được đánh giá trên các cơ sở:

+ Độ nhẵn bề mặt: được đặc trưng bởi hình dáng hình học tế vi (độ nhấp nhô) và các vết trên bề mặt Độ nhẵn bề mặt có thể được xác định bằng các thông số là sai lệch trung bình số học (Ra) hay chiều cao mấp mô trung bình (Rz) Tiêu chuẩn Việt nam quy định 14 cấp độ nhẵn bề mặt

+ Tính chất cơ lý của bề mặt: Biểu hiện dưới dạng các thông số cơ lý như độ cứng của lớp bề mặt (độ cứng tế vi), trị số và dấu của ứng suất dư bề mặt và cấu trúc tế vi

bề mặt

Cơ chế bóc tách vật liệu trong quá trình gia công sẽ sinh ra các biến đổi suất hiện trên bề mặt gia công, cho nên công nghệ gia công sẽ quyết định đến độ chính xác và chất lượng bề mặt Do vậy công nghệ gia công tinh lần cuối có thể xem như

là yếu tố quyết định nâng cao chất lượng sản phẩm

1.3.5 Tính kinh tế kỹ thuật

Tính kinh tế kỹ thuật là một chỉ tiêu chung nói về độ chính xác và tính kinh

tế của sản phẩm Khi thiết kế sản phẩm cần tránh phức tạp và rắc rối, hay nói cách khác là sản phẩm cần có tính công nghệ cao về kết cấu và vật liệu Các cụm chi tiết máy của máy sử dụng nhiều chi tiết được tiêu chuẩn hóa, các chi tiết máy được chế tạo từ các vật liệu chế tạo máy thông dụng, tháo lắp, điều chỉnh và hiệu chỉnh dễ, qui trình chế tạo thay thế và tháo lắp các chi tiết không phức tạp

1.3.6 Ảnh hưởng môi trường

Các sự ảnh hưởng nguy hại của công nghệ gia công cũng như máy công cụ đến con người cần phải đảm bảo trong giới hạn cho phép Để giảm các yếu tố nguy hại cần điều khiển quá trình gia công tới công nghệ sạch, gia công lạnh, kỹ thuật gia công khô và bôi trơn tối thiểu Cần kiểm tra và phân tích cẩn thận các nguồn nguy hại như chất gây cháy, phát quang, tiếng ồn, các nguồn dẫn laser trong gia công LBM và tia nước máy gia công AJM và một số quá trình gia công khác để có các biện pháp phòng ngừa và xử lý hữu hiệu

Máy công cụ được thiết kế để đảm bảo hiệu suất gia công lớn nhất và duy trì được

độ chính xác trong suốt thời gian làm việc Để đảm bảo điều đó thì máy công cụ phải đạt được một số yêu cầu sau:

- Các chi tiết như thân, khớp nối, trục chính… có độ cững vững tĩnh lớn

- Tránh các tần số dao động riêng

- Mức độ rung động chấp nhận được

- Khả năng giảm rung động thích hợp

- Tốc độ cắt và tốc độ chạy dao lớn

- Lượng mòn các chi tiết chuyển động nhỏ

- Lượng biến dạng vì nhiệt của các chi tiết nhỏ

- Giá thành thiết kế, phát triển, sửa chữa và sản xuất thấp

Chức năng chính của máy công cụ là giữ phôi, dụng cụ và tạo ra chuyển động tương đối giữa chúng để hình thành nên bề mặt của chi tiết cần gia công

Máy công cụ bao gồm những thành phần chính:

- Kết cấu máy bao gồm đế máy, thân máy (dạng trụ đứng hoặc khung)

Thân máy chính là bộ phận để mang hay lắp tất cả các thành phần khác của máy lên

nó Hình 2.1 biểu diễn kết cấu thân máy tiện và thân máy khoan Thân máy phải có

các đặc điểm chính như sau:

- Thân máy cần có khả năng chống lại sự biến dạng gây ra bởi tải trọng tĩnh và tải trọng động

- Tạo ra sự di chuyển chắc chắn và chính xác của các cơ cấu khác

- Chống mòn đường hướng

- Không có ứng suất dư

- Có khả năng giảm rung động

Hình 2.1: Thân máy tiện và thân máy khoan

Thân máy được phân loại thành hai dạng kết cấu: mở (khung chữ C) và khung kín Thân máy dạng mở dễ chế tạo lắp ráp, dễ sửa chữa hơn kết cấu thân dạng khung kín nhưng có độ cứng vững kém hơn Ngoài ra thân máy dạng mở rất thuận lợi cho việc thay thế, cung cấp phôi và dụng cụ cắt Một vài ví dụ cho thân máy loại

này như máy tiện, khoan, phay, xọc, mài và doa, như hình 2.2 Thân máy có kết cấu kín được ứng dụng cho máy bào, máy doa tọa độ, máy phay hai trục chính, như hình 2.3

Thân máy công cụ có chức năng nâng và dẫn hướng dụng cụ cắt và phôi và chuyển động tương đối giữa chúng trong suốt quá trình gia công Thân máy công cụ phải được thiết kế với độ chính xác cao, có khả năng chống đỡ được lực cắt và tải trọng của các thành phần khác trên máy

Hình 2.2: Kết cấu thân máy dạng hở

Hình 2.3 Kết cấu thân máy dạng kín

Vật liệu chế tạo thân máy:

- Gang xám: Hầu hết các thân máy thường được chế tạo bằng gang xám vì dễ đúc, dễ gia công, chịu nén tốt và có khả năng giảm chấn tốt Tuy nhiên thời gian chế tạo dài (thường từ 3-6 tháng), giá thành khuôn mẫu lớn, phế phẩm nhiều và lượng dư gia công lớn

- Thép: Thường sử dụng cho thân máy có kết cấu hàn, thời gian chế tạo nhanh Thân máy dạng này có trọng lượng nhỏ hơn, nhưng tính giảm chấn kém hơn,

do đó thân máy dạng này thường sử dụng hệ thống gân để tăng độ cứng vững

hưởng tới độ chính xác của sản phẩm Đặc tính động lực học được xác định biến

dạng và tần số dao động riêng, nó ảnh hưởng tới rung động và sự hoạt động ổn định

của máy

Độ cứng vững và khả năng chống rung động của kết cấu máy công cụ phụ

thuộc vào số lượng và loại liên kết được sử dụng để nối các phần khác nhau trong

cùng một kết cấu Kết cấu càng ít mối nối thì càng cứng vững và khả năng chống

rung động càng nhỏ Hệ thống gân được coi là phương pháp hiệu quả để tăng độ

cứng vững của thân máy công cụ, như hình 2.4

Hình 2.4 Hệ thống gân tăng cứng

Thân máy công cụ được phân loại theo tần số dao động riêng của nó Tần số

dao động riêng của máy công cụ được xác định theo công thức:

Trong đó:

k là độ cứng vững tĩnh

m là khối lượng

Độ cứng vững tĩnh được xác định theo công thức:

Với F là tải trọng tác dụng (N) và δ là biến dạng (mm)

Để tránh và giảm biến dạng thân máy công cụ thì tần số dao động riêng phải

cách xa dải tần số kích thích

2.3 Đường hướng máy công cụ

Đường hướng máy công cụ phải được yêu cầu để thực hiện các chuyển động

trên máy với độ chính xác cao trong điều kiện gia công thông thường Bên cạnh các

yêu cầu về độ chính xác, dễ lắp, giá thành thì đường hướng máy công cụ phải đảm

bảo các yêu cầu:

- Hiệu quả bôi trơn tốt

- Có khả năng chống mòn, bền và cứng

- Có thể điều chỉnh khe hở do mòn

- Khống chế được phương chuyển động

- Đảm bảo tiếp xúc trên toàn bộ vùng trượt

Đường hướng máy công cụ được phân loại theo dạng ma sát bao gồm đường hướng

trượt, đường hướng lăn và đường hướng trượt có ngoại áp như hình 2.5

Hình 2.5 Phân loại đường hướng máy công cụ

2.3.1 Đường hướng trượt

Đường hướng trượt bao gồm một hoặc tổ hợp của nhiều hình dạng như mặt phẳng, chữ V, đuôi én, hình trụ

Đường hướng trượt dạng phẳng: Có thể bố trí theo phương nằm ngang hay phương thẳng đứng Trong trường hợp nằm ngang, sống trượt phẳng có thể giữ dầu bôi trơn, nhưng cũng dễ đọng lại bụi, phoi và các tạp chất làm ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của sống trượt Dễ gia công, lắp ráp và sửa chữa, nhưng cần có cơ

cấu điều chỉnh khe hở, như hình 2.7 Kết cấu dạng này thường có những dạng chủ

Hình 2.6 Kết cấu đường hướng dạng phẳng

c, Hình 2.7 Điều chỉnh khe hở đường hướng dạng phẳng

Đường hướng trượt chữ V, trong thực tế đường hướng trượt chữ V thường chứa mặt phẳng nhỏ ở giữa để đảm bảo các mặt đều tiếp xúc, như hình 2.8 Đường hướng trượt loại này thường ít bị phoi hoặc tạp chất làm xây sát bề mặt, có thể tự điều chỉnh khe hở dưới tác dụng của tải trọng, tuy nhiên khó giữ dầu trên mặt nghiêng, chế tạo và sửa chữa khó hơn sống trượt phẳng

Hình 2.8 Kết cấu sống trượt chữ V

Đường hướng đuôi én được sử dụng tách biệt hoặc một kết hợp giữa hai nửa đuôi én và một mặt phẳng, như hình 2.9 Đường hướng đuôi én chịu tải trọng 3 mặt,

có thể đảm bảo vị trí của chi tiết trượt theo hướng lên, xuống và mặt bên Loại này điều chỉnh dễ dàng, tuy nhiên chế tạo khó, khó giữ dầu giữa các mặt làm việc, độ cứng vững thấp, chủ yếu dùng để di động chi tiết với vận tốc thấp

Hình 2.9 Kết cấu đường hướng đuôi én

Hình 2.10 Điều chỉnh khe hở đường hướng trượt đuôi én

Đường hướng trụ được dùng cả hai nửa mà phải đảm bảo độ chính xác gia công cao, chúng yêu cầu cao về khe hở trong quá trình làm việc Loại đường hướng này thường dùng cho những máy có lực cắt nhỏ, có đường chuyển động ngắn hoặc dùng

để nâng xà ngang, nâng cần như máy phay giường, máy khoan cần

Điều kiện trượt và mòn của đường hướng bị ảnh hưởng bởi:

- Tính chất vật liệu của phần cố định và phần di chuyển

- Kích thước của bề mặt trượt

- Áp suất của màng dầu

- Loại bỏ mòn do ma sát

- Giảm áp lực trên bề mặt đường hướng

2.3.2 Đường hướng lăn

Đường hướng lăn được chèn các con lăn hoặc các viên bi vào giữa các phần di chuyển và phần cố định để giảm ma sát giữa chúng xuống mức tối thiểu Đường hướng lăn được sử dụng phổ biến trên các máy công cụ hiện đại, yêu cầu độ chính xác cao Đường hướng lăn có hệ số ma sát nhỏ hơn 20 lần so với đường hướng trượt

do đó độ mòn nhỏ, tuổi thọ tăng Tuy nhiên đường hướng lăn khó chế tạo, giá thành cao

Đường hướng lăn được chia làm 2 loại: Đường hướng lăn hở (hình 2.11) và đường hướng lăn kín (hình 2.12), tùy thuộc vào cách bố trí các chi tiết lăn giữa phần

cố định và phần di chuyển Dùng các cơ cấu dẫn hướng (cơ cấu hồi bi) cho các viên

bi chạy theo một vòng kín để tăng hành trình trượt của bàn, như hình 2.13

Hình 2.11 Đường hướng lăn hở

Hình 2.12 Đường hướng lăn kín

Hình 2.13 Đường hướng lăn có cơ cấu hồi bi

2.3.3 Đường hướng lăn có ngoại áp

Đường hướng lăn có ngoại áp (như hình 2.14) được sử dụng trong những máy yêu cầu khả năng tải lớn, bằng cách cung cấp một dòng dầu có áp suất vào giữa các phần của đường hướng để tạo ra một màng dầu giữa chúng Đường hướng lăn có ngoại áp có khả năng tải lớn, độ cứng vững cao, hệ số ma sát nhỏ, khả năng đàn hồi

và truyền nhiệt lớn

Hình 2.14 Đường hướng lăn có ngoại áp 2.4 Cụm trục chính máy công cụ

Cụm trục chính máy công cụ được sử dụng để xác định vị trí, truyền chuyển động

và momen tới dụng cụ cắt hoặc phôi Độ chính xác của máy phụ thuộc rất lớn vào

độ chính xác chuyển động, độ cứng vững và độ ổn định chống rung động của trục chính

Kết cấu của trục chính phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Kiểu và công dụng của máy công cụ mang trục chính

- Kết cấu ổ đỡ của trục chính, kích thước và loại của ổ đỡ

- Vị trí, đặc tính và phương pháp lắp các chi tiết lắp trên trục chính như bánh răng, bánh đai, mâm cặp…

- Các phương pháp điều chỉnh theo hướng trục và hướng tâm của trục chính

- Phương pháp chế tạo, nhiệt luyện và lắp ráp trục chính

2.4.1 Cụm trục chính ổ lăn

Cụm trục chính sử dụng ổ bi, ổ bi đũa trong các gối đỡ của hộp trục chính Các máy chính xác được sử dụng ổ có độ chính xác cao Độ chính xác hình học và độ chính xác bề mặt chi tiết sau khi gia công phụ thuộc vào chất lượng của ổ lăn được sử dụng Trong quá trình thiết kế cụm trục chính, việc lựa chọn số lượng ổ, kết cấu ổ quyết định lớn đến độ chính xác của máy Các trục truyền động thường được chú trọng đến ứng suất uốn và kéo, được thiết kế dựa trên yêu cầu về độ bền; trong khi trục chính được thiết kế dựa trên yêu cầu về độ cứng Thông thường ổ trục chính phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Sai lệch nhỏ nhất dưới các tải trọng khác nhau

- Chuyển động chính xác dưới tải trọng thay đổi về hướng và độ lớn

- Có khả năng điều chỉnh khe hở theo phương hướng kính và hướng trục

- Tháo lắp đơn giản

- Hoạt động ổn định trong thời gian dài

- Biến đổi nhiệt độ trong dải tốc độ

- Khả năng chịu mài mòn

Lực tác dụng lên trục chính bao gồm lực cắt (là thành phần tạo ra tiếng ồn) và lực truyền động (tác dụng giữa hai gối ổ), như hình 2.15 Các lực tác dung lên trục chính được phân tích thành 2 phương là phương hướng trục và phương hướng kính Ổ lăn lắp trên các gối ổ phải đảm bảo chịu được các thành phần lực

đó Trên hình 2.16 biểu diễn một số cách bố trí các ổ trên trục chính

Hình 2.15 Các thành phần lực tác dụng lên trục chính

Hình 2.16 Cách bố trí các ổ lăn trên trục chính 2.4.2 Cụm trục chính ổ trượt

Cụm trục chính dùng ổ lăn thông thường được sử dụng khi n.d<=200000 (Tốc độ quay n V/Ph và đường kính của trục chính d mm) Với những máy có tốc độ trục chính cao như máy mài, thì ổ trượt được sử dụng vì có khả năng chống rung động lớn ổ lăn Hơn nữa, khả năng tải của ổ trượt tăng lên khi tốc độ trục chính tăng vì khi đó sẽ có một màng dầu được hình thành trong ổ Một số loại ổ trượt thông dụng như:

- ổ trượt có khả năng điều chỉnh theo phương hướng kính, như hình 2.17

- Ổ trượt sử dụng bạc côn có khả năng điều chỉnh khe hở theo phương hướng trục, như hình 2.18

- Ổ trượt nhiều mảnh tựa được sử dụng cho các máy yêu cầu độ chính xác cao, tải trọng lớn và tốc độ cao, như hình 2.19

Hình 2.17 Ổ trượt điều chỉnh theo phương hướng kính

Hình 2.18 Ổ trượt có bạc lót côn

Hình 2.19 Ổ trượt nhiều mảnh tựa

2.5 Truyền động trên máy công cụ

Trong quá trình gia công chi tiết máy trên máy công cụ, các chuyển động phối hợp phải được truyền dẫn tới các bộ phận làm việc Những chuyển động này là một trong hai (cắt và chạy dao) chuyển động chính có tác dụng bóc tách kim loại từ phôi hoặc các chuyển động phụ trợ được yêu cầu để chuẩn bị cho quá trình gia công

và đảm bảo gia công liên tiếp một số bề mặt của một phôi hoặc một bề mặt tương tự của nhiều phôi khác nhau Chuyển động chính có thể là chuyển động quay hoặc tịnh tiến Trong một số máy công cụ, chuyển động này là sự kết hợp của chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến Chuyển động chạy dao có thể là liên tục (máy tiện,

máy phay, máy khoan) hoặc gián đoạn (máy xọc, máy bào) Hình 2.27 cho thấy chuyển động quay phân cấp có thể đạt được nhờ sử dụng bộ truyền đai, bộ truyền bánh răng Tốc độ vô cấp được thực hiện bằng phương pháp cơ học, thủy lực, và điện

2.5.1 Truyền động phân cấp

2.5.1.1 Chuỗi số vòng quay

Trong truyền dẫn phân cấp, từ tốc độ nhỏ nhất (nmin) đến tốc độ lớn nhất (nmax) có hữu hạn cấp tốc độ (Z cấp) Các chuỗi số được dùng làm chuỗi số vòng quay, số hành hình kép, lượng chạy dao trong các máy công cụ thường dùng là chuỗi nhân, chuỗi cộng hay một số chuỗi khác

a Chuỗi nhân

Các tốc độ quay của trục chính là: n1 = nmin, n2, n3, ,nk, nk+1, ,nz = nmax

Công bội của chuỗi là  Khi đó:

n1………= nmin

n2………= n1

n3= n2 = n1 2

R l

+ 1 Tổn thất vận tốc:

const n

n n n

n n V

k

k k k

Công bội  được tiêu chuẩn hóa theo nguyên tắc:

Nguyên tắc gấp 10: Trong chuỗi số vòng quay có những số hạng mà trị số của nó

gấp 10 lần trị số của số hạng khác, cách nó x tốc độ Nghĩa là:

n1, n2, n3, nx, nx 1, ,nz Thì nx 1= 10n1 x – số nguyên

Mặt khác: nx 1= n1 x

 Suy ra:

x

 = 10 hay  x10Nguyên tắc này là do thói quen gấp 10 các kích thước của chi tiết gia công mà lập ra chuỗi số vòng quay gấp 10, 100, lần, dựa vào bảng chuỗi số tối ưu trong chế tạo máy

Nguyên tắc gấp 2: Trong chuỗi số vòng quay có những số hạng bất kỳ mà trị số của

nó gấp 2 lần trị số của số hạng khác, cách nó y tốc độ Nghĩa là:

n1, n2, n3, ny, ny 1, ,nz Thì ny 1= 2n1 y – số nguyên

Hay ≤2

1 <≤2 Với các điều kiện trên,tìm được:  min= 4010=122=1,06

5

4 20/6

12

6

3

2 3/2

1,06: Ít dùng, do chuỗi quá dày đặc

1,12: Dùng trong các máy tự động

1,26 và 1,41: Dùng cho các máy vạn năng

1,58 và 1,78: Dùng cho các máy có hành trình chạy không ( Bào , xọc)

2: Ít dùng, chủ yếu dùng để tính toán các nhóm gấp bội, khuyếch đại ren

Trong khi chế tạo máy không những trị số  được tiêu chuẩn mà số vòng quay n cũng được tiêu chuẩn Trị số vòng quay tiêu chuẩn cơ sở thành lập từ trị số vòng quay đầu tiên n1 = 1 v/ph, công bội  = 1,06 và nz = n1 z 1



Lần lượt thay Z = 1÷40 tính ra các trị số sau:

1 – 1,06 – 1,12 – 1,18 – 1,25 – 1,32 – 1,41 – 1,5 – 1,6 – 1,7 – 1,8 – 1,9 – 2 – 2,12 – 2,24 – 2,35 – 2,5 – 2,65 – 2,8 – 3 – 3,15 – 3,35 – 3,55 – 3,75 – 4 – 4,25 – 4,5 – 4,75 – 5 – 5,3 – 5,6 – 6 – 6,3 – 6,7 – 7,1 – 7,5 – 8 – 8,5 – 9 – 9,5

Các trị số vòng quay tiêu chuẩn khác có được, tùy theo yêu cầu lớn hay nhỏ mà ta nhân các trị số vòng quay tiêu chuẩn cơ sở trên với 10x

- X: số nguyên dương hay

nz = nz1+ s = n1 + (z-1).s

%100

%100

%

1

1 max

k k

k k

k

k k

n s

s s

n

n s n n

n n V

2.5.1.2 Cấu trúc nhân

a Công thức cấu trúc kết cấu

Để tạo ra chuỗi số vòng quay của trục chính (hoặc trục cuối cùng) là một chuỗi nhân, thì một truyền dẫn từ động cơ phải qua một cấu trúc truyền dẫn bao gồm một số nhóm truyền Nhóm truyền là thành phần cơ bản của một cấu trúc truyền dẫn, nó bao gồm một số tỷ số truyền giữa hai trục Trật tự bố trí các nhóm truyền trong một truyền dẫn (dọc xích động học) được thể hiện thông qua một phương án kết cấu và nó được biểu diễn bằng một công thức cấu trúc kết cấu

Một truyền dẫn từ động cơ tạo ra 6 cấp tốc độ cho trục chính bao gồm hai nhóm truyền: một nhóm 2 tỷ số truyền và một nhóm 3 tỷ số truyền Có thể bố trí theo phương án: Z=3x2 (hình vẽ), hoặc có thể bố trí Z=2x3

Số phương án cấu trúc kết cấu được xác định:

q: Số nhóm truyền có số tỷ số truyền như nhau

b Công thức cấu trúc động học

Để nhận được các trị số vòng quay, ta có thể có các phương án thay đổi các tỷ số truyền trong các nhóm truyền khác nhau (cho một phương án cấu trúc kết cấu) Các phương án thay đổi các tỷ số truyền như vậy được gọi là một phương án động học (phương án thứ tự) Một công thức kết cấu có kèm theo thứ tự động học được gọi là công thức cấu cấu trúc động học

Ví dụ một phương án cấu trúc kết cấu: Z = 3 x2 có hai phương án cấu trúc động học là Z1 = 3I x 2II hoặc Z2 = 3 II x 2I

Tính số phương án động học (cho mỗi phương án cấu trúc kết cấu): K đ = m!

Số phương án cấu trúc truyền dẫn:

)(

q

m K K

c Đặc tính của nhóm truyền

Khi thay đổi các tỷ số truyền trong một nhóm truyền nào đó thì số vòng quay của trục ra thay đổi X lần x được gọi là đặc tính của nhóm truyền Nhóm truyền có x=1 gọi là nhóm cơ sở Các nhóm còn lại gọi là nhóm khuyếch đại Đặc tính của nhóm truyền bằng tích của số các tỷ số truyền của các nhóm truyền có trật tự động học trước nó: xm=p1.p2.p3…pm-1

d Biểu diễn cấu trúc nhân bằng đồ thị

- Biểu diễn cấu trúc nhân bằng lưới kết cấu

Lưới kết cấu được biểu diễn trên cơ sở thang độ lgarit Mỗi một nhóm truyền được biểu diễn bằng 2 trục vẽ thẳng đứng ( hoặc nằm ngang) Z cấp tốc độ được biểu diễn bằng các đường ngang (hoặc thẳng đứng) vẽ cách nhau một khoảng lg Nhóm truyền có p tỷ số truyền được biểu diễn bằng p đường thẳng nối hai điểm trên

2 trục biểu diễn nhóm đó, và lượng mở giữa hai tia liên tiếp bằng đặc tính của nhóm Lưới cấu trúc được vẽ đối xứng

Ví dụ: lưới cấu trúc của cấu trúc nhân có phương án: Z=3Ix2II

- Biểu diễn cấu trúc nhân bằng đồ thị vòng quay

Đồ thị vòng quay là kết quả của lưới cấu trúc với các tỷ số truyền xác định của các nhóm truyền Độ lệch (nghiêng) E của các tia biểu diễn tỷ số truyền được xác định:



lg

lg i

E 

Nếu E>0 thì tia nghiêng lên trên (sang phải)

Nếu E<0 thì tia nghiêng xuống dưới (sang trái)

Nếu E=0 thì tia nằm ngang (thẳng đứng)

2.5.1.3 Truyền dẫn sử dụng bộ truyền đai

Bộ truyền đai trên hình 2.28, được sử dụng để tạo ra bốn tốc độ quay n1, n2, n3, n4 Nó có giá rẻ và truyền động êm Tuy nhiên giới hạn thay đổi tốc độ thấp, có hiện tượng trượt, và cồng kềnh Từ tốc độ chủ động n1, cac tốc độ sau đây có thể đạt được theo một thứ tự giảm:

Bộ truyền đai được sử dụng phổ biến cho máy mài và máy khoan để bàn

2.5.1.4 Truyền dẫn sử dụng bánh răng thay thế

Bộ truyền bánh răng thay thế được sử dụng trong hộp tốc độ hoặc hộp chạy dao trên các máy dùng trong sản xuất loạt lớn, hàng khối (máy tự động, máy bán tự động, máy chuyên dùng ), chế độ làm việc ít thay đổi Như thể hiện trong hình 2.29, tốc độ được thay đổi bằng cách thiết lắp các bánh răng A và B trên các trục liền kề Khi khoảng cách tâm là hằng số, việc điều chỉnh sự ăn khớp của bánh răng được tiến hành nếu tổng số răng của bánh răng A và B là hằng số

2.5.1.5 Truyền dẫn sử dụng hộp truyền động

2.5.2 Truyền động vô cấp

2.5.2.1 Truyền động vô cấp bằng các cơ cấu cơ khí

* Truyền động vô cấp bằng đĩa ma sát

Hình 2.39 thể hiện cơ cấu truyền động vô cấp bằng đĩa ma sát Theo đó, trục phát động quay với tốc độ không đổi n1 cùng với con lăn ma sát đường kính d Tốc

độ đầu ra của trục bị dẫn quay với tốc độ n2 phụ thuộc vào đường kính tức thời D

của đĩa Tỉ lệ đường kính d/D có thể thay đổi với các bước vô cùng nhỏ nhờ sự dịch chuyển dọc trục của con lăn ma sát

Vì

nên

Nếu lực ma sát giữa con lăn ma sát và đĩa là F thì:

Nếu cường độ, áp lực tiếp xúc, hệ số truyền lực và hiệu suất không đổi, mô men xoắn đầu ra T2 tỉ lệ nghịch với tốc độ n2 của trục đầu ra

Do diện tích tiếp xúc nhỏ nên xảy ra hiện tượng trượt làm cho sự bố trí này phù hợp với việc truyền mô men xoắn nhỏ và bị giới hạn tỷ số giảm tốc không quá 1:4

* Truyền động vô cấp bằng bộ biến tốc Kopp

Trong truyền động bằng bộ biến tốc Kopp trên hình 2.40, viên bị chủ động 4 lắp trên trục nghiêng 3 khi chạy tiếp xúc với nhau, bán kính hiệu dụng r1 = r2, mặt côn dẫn động (1, 2) được gắn cố định trên trục đầu vào và trục đầu ra đồng trục với nhau Khi trục của các viên bị 4 song song với trục phát động thì tốc độ đầu vào và đầu ra là như nhau Khi chúng nghiêng đi, bán kính r1, r2 thay đổi làm tăng hoặc giảm tốc độ Sử dụng bộ biến tốc Kopp có thể đạt được khoảng điều chỉnh tốc độ 9:1, hiệu suất lớn hơn 80%, và truyền động công suất 0.25 đến 12 mã lực

* Truyền động vô cấp bằng đĩa hình xuyến và dây đai

Hình 2.41 thể hiện nguyên tắc làm việc của truyền động vô cấp bằng đĩa hình xuyến Hình 2.42 chỉ ra việc truyền động biến đổi tốc độ bằng dây đai, hệ thống bao gồm cặp puly nối với nhau bằng một dây đai tiết diện hình chữ V, Mỗi puly được tạo ra từ hai đĩa hình nón Các đĩa này trượt đồng thời cùng nhau dọc trục và quay

Để điều chỉnh đường kính của puly, hai đĩa trên trục được điều khiển tiến vào gần nhau làm cho đường kính tăng hoặc giảm Tỉ lệ đường kính chủ động và bị động có thể thay đổi một cách dễ dàng do đó bất kỳ tốc độ mong muốn nào cũng có thể đạt được mà không phải dừng máy Truyền động loại này có tỷ số truyền động 8:1 và truyền công suất 10 hp

* Truyền động biến đổi vô hạn tích cực

Hình 2.42 thể hiện hệ thống truyền mô men xoắn tích cực bao gồm hai bánh xích, mỗi bánh gồm một cặp đĩa côn có thể di chuyển theo hướng dọc trục Các răng của bánh xích được kết nối nhờ một xích đặc biệt Bằng cách xoay vít sẽ khiến cho đòn bầy thay đổi vị trí các puly xích do đó tốc độ quay cung cấp một tỷ lệ tốc

độ lên đến 6 và công suất truyền động lên đến 50 hp Việc sử dụng bộ biến tốc vô hạn trong truyền dẫn tốc độ máy công cụ và trong truyền dẫn chạy dao bị giới hạn bởi giá thành cao và hiệu suất truyền động thấp hoặc phạm vi tốc độ hẹp

2.5.2.2 Truyền động vô cấp bằng truyền động điện

Hình 2.44 chỉ ra cấu tạo của bộ Leonard, bao gồm một động cơ cảm ứng dẫn động cho máy phát điện một chiều và bộ kích từ E Máy phát điện một chiều cung cấp các dòng điện phần ứng cho động cơ một chiều, còn bộ kích từ cung cấp dòng kích từ; cả hai đều cần thiết cho động cơ một chiều để vận hành máy công cụ Việc điều khiển tốc độ của động cơ một chiều được tiến hành bằng cách điều chỉnh cả phần ứng và điện áp tạo trường nhờ các biến trở A và F tương ứng Bằng cách thay đổi điện trở A, điện áp đầu cuối của máy phát một chiều từ đó điện áp của rotor của động cơ 1 chiều có thể được điều chỉnh giữa 0 và một giá trị tối đa Bộ Leonard có hiệu suất hạn chế: nó có kích thước lớn, đắt tiền và gây ồn Ngày nay, động cơ một chiều và các linh kiện bán dẫn cho phép cung cấp trực tiếp cho động cơ một chiều

từ một dòng điện xoay chiều đều có sẵn do đó bộ Leonard có thể được loại bỏ hoàn toàn

2.5.2.3 Truyền động vô cấp bằng thủy lực

Tốc độ của máy công cụ có thể được điều chỉnh bằng thủy lực bằng cách điều khiển việc xả dầu lưu thông trong một hệ thống thủy lực bao gồm một bơm và động cơ thủy lực với cả hai loại cánh thể hiện trong hình 2.45 Điều này đạt được bằng cách thay đổi độ lệch tâm ep của bơm hoặc độ lệch tâm của động cơ thủy lực

em hoặc cả hai Bơm cánh dẹt chạy xấp xỉ ở tốc độ không đổi cung cấp dầu nén cho động cơ thủy lực loại cánh được nối với trục chính của máy Để thay đổi hướng quay của động cơ thủy lực người tư ưu tiên việc đảo chiều của độ lệch tâm bơm Điều khiển tốc độ trong mạch thủy lực có thể được thực hiện bằng cách điều chỉnh tiết lưu lượng chất lỏng chảy vào hoặc ra khỏi các Xi lanh thủy lực hoặc động cơ thủy lực

Hệ thống thủy lực có những ưu điểm sau:

- Có phạm vi thay đổi tốc độ lớn

- Dễ dàng thay đổi hướng và độ lớn của tốc độ

- Làm việc êm, không ồn

- Đảm bảo tự bôi trơn

- Tự động phòng quá tải

2.5.3 Truyền động vi sai

Hình 2.46 minh họa truyền động vi sai sử dụng bộ truyền bánh răng côn là dạng được sử dụng rộng rãi trong các máy công cụ Theo đó, bất kỳ hai bánh răng nào cũng có thể là bánh răng chủ động (khâu dẫn), trong khi một bánh răng thứ ba

là bánh bị động (khâu bị dẫn) Bộ vi sai biệt bao gồm bánh răng trung tâm Z1 và Z4,