Bài giảng máy Công cụ Tnut

Có nhiều kiểu phân loại máy công cụ theo các mục tiêu khác nhau như chức năng, công dụng, mức độ vạn năng, độ chính xác, kích thước, trọng lượng, mức độ Máy chuyên dùng là tên gọi của nh

Chương I CƠ BẢN VỀ MÁY CÔNG CỤ 1.1 Giới thiệu máy công cụ

Máy công cụ được dùng trong sản xuất chế tạo máy và chế tạo thiết bị kỹ thuật Là công cụ chính trong ngành chế tạo máy để chế tạo ra các chi tiết, cơ cấu theo hình dáng, kích thước, độ chính xác theo yêu cầu của máy móc, thiết bị, dụng

cụ, và các sản phẩm dùng trong các ngành kỹ thuật, trong sản xuất, quốc phòng và phục vụ dân sinh

Có nhiều kiểu phân loại máy công cụ theo các mục tiêu khác nhau như chức năng, công dụng, mức độ vạn năng, độ chính xác, kích thước, trọng lượng, mức độ

Máy chuyên dùng là tên gọi của nhóm máy chỉ dùng để gia công các chi tiết cùng kiểu, loại có hình dáng phức tạp hoặc cấu tạo đặc biệt với kích thước khác nhau như bánh răng, trục khuỷu, ren, dụng cụ cắt…vì vậy máy chuyên dùng được gọi theo công nghệ đặc trưng để gia công các kiểu loại chi tiết đó như các máy gia công bánh răng, gia công ren…

Trong sản xuất loạt, gia công một loại chi tiết cùng hình dáng, kích thước Để nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm các máy công cụ được bố trí theo dây chuyền của quy trình công nghệ Máy công cụ trong dây chuyền đó chỉ thực hiện một bước công nghệ vì vậy để đơn giản cho thiết kế cấu trúc, giảm chi phí sản xuất

sử dụng máy chuyên môn hóa Như vậy máy chuyên môn hóa là máy chuyên dùng

có tính chuyên môn hóa cao

Trong các hệ thống sản xuất hiện đại, linh hoạt (Flexible Manufacturing System),

sử dụng các máy công cụ hiện đại, có nhiều chức năng công nghệ khác nhau, điều khiển hiện đại, tự động hóa cao và linh hoạt là các trung tâm gia công (Machining Center)

Độ chính xác của máy công cụ có liên quan tới rất nhiều vấn đề về kỹ thuật như

cho việc thiết kế, chế tạo hay sử dụng máy đảm bảo các yêu cầu kinh tế kỹ thuật còn phân loại máy theo cấp chính xác Theo TCVN 1742 – 75, máy công cụ được phân loại theo 05 cấp độ chính xác:

- Máy cấp chính xác E là máy có độ chính xác thông thường, chủ yếu là máy vạn năng thông dụng

- Máy cấp chính xác D là máy được thiết kế, chế tạo dựa trên cơ sở các máy có

độ chính xác thông thường nhưng các chi tiết, cụm máy quan trọng được chế tạo chính xác hơn, chất lượng lắp ráp, tổ hợp máy cũng được nâng cao

- Máy cấp chính xác C là máy có độ chính xác cao, bao gồm các máy gia công lần cuối Việc thiết kế, chế tạo và lắp ráp tổ hợp máy yêu cầu đạt độ chính xác rất cao

- Máy cấp chính xác B là máy có độ chính xác đặc biệt, nhóm máy này ngoài các yêu cầu kỹ thuật như các máy có độ chính xác cao, chúng còn phải có độ cững vững động lực học rất cao

- Máy cấp chính xác A là máy có độ chính xác siêu cao, nhóm máy này đòi hỏi điều kiện làm việc theo qui định riêng và chế độ gia công chính xác Máy được dùng để chế tạo các chi tiết quan trọng, có yêu cầu kỹ thuật cao nhất trong các thiết bị đo lường, điều khiển…

Kích thước, trọng lượng của máy công cụ liên quan trực tiếp đến phạm vi kích thước của chi tiết gia công trên máy, vì vậy việc phân loại theo trọng lượng có ý nghĩa thực tế cho việc chọn máy gia công hợp lí Máy cỡ bé có trọng lượng máy nhỏ hơn 1 tấn thường dùng trong gia công chi tiết bé Máy cỡ trung bình có trọng lượng đến 10 tấn là loại máy được dùng rộng rãi trong các nhà máy để gia công các chi tiết trung bình, khối lượng không lớn lắm Máy cỡ lớn có trọng lượng máy đến

100 tấn dùng để gia công các chi tiết có kích thước, khối lượng lớn Máy cực lớn có trọng lượng lớn hơn 100 tấn được thiết kế theo đặt hàng gia công các chi tiết siêu trường, siêu trọng

Theo kiểu, loại và mức độ hiện đại của hệ thống điều khiển máy công cụ Có máy công cụ thông thường , máy bán tự động, máy tự động , máy điều khiển theo chương trình số…

Dựa vào chức năng công nghệ, công dụng, mức độ hiện đại của hệ thống điều khiển và các đặc tính kỹ thuật của máy công cụ để ký hiệu máy Ở mỗi quốc gia, mỗi một hãng chế tạo máy đều có tiêu chuẩn kiểu ký hiệu máy khác nhau, nhưng về bản chất là giống nhau Thông thường ký hiệu máy theo cách thức sau: Tên máy theo nhóm chức năng công nghệ_ những thông số kỹ thuật đặc trưng _hệ thống điều khiển hoặc chức năng đặc biệt

Ví dụ hệ thống ký hiệu của Liên Xô (cũ):

Bảng 1.1 Ký hiệu máy cắt kim loại theo Liên Xô

- Chữ số đầu tiên kí hiệu tên máy theo nhóm chức năng công nghệ: máy tiện; 2 – máy khoan, doa; 3 – máy mài; 4- máy tổ hợp; 5 – máy gia công răng, gia công ren; 6- máy phay; 7 – máy bào, máy xọc, máy chuốt; 8 – máy cưa; máy cắt phôi; 9- các máy khác

1 Chữ số tiếp theo kí hiệu kiểu máy theo các đặc trưng nhóm

- Nhóm số cuối cùng để chỉ các kích thước đặc trưng của máy

- Các chữ cái sau cùng kí hiệu các trang thiết bị kèm theo, hệ thống chức năng đặc biệt, hệ thống điều khiển

Tiêu chuẩn Việt Nam về kí hiệu máy dựa vào cơ sở trên, chỉ thay chữ số đầu tiên bằng tên máy viết tắt

1.2 Các chỉ tiêu chất lượng của máy công cụ

An toàn: Máy công cụ được thiết kế và đưa vào sản xuất phải đảm an toàn

cho người sử dụng, môi trường và các trang thiết bị kỹ thuật khác trong hệ thống sản xuất Vì vậy tất cả các chi tiết và các bộ phận chuyển động phải được che kín hoặc cảnh báo để đề phòng tai nạn, hệ thống điện phải có tiếp đất theo tiêu chuẩn an toàn, phải có tấm chắn phoi và dung dịch bôi trơn làm nguội Các tay gạt điều khiển phải được bố trí đúng quy định an toàn và thuận tiện cho người sử dụng máy

Có các cơ cấu khóa lẫn chuyển động, cơ cấu phòng quá tải, cơ cấu dừng máy khẩn cấp, đèn tín hiệu cảnh báo…

Năng suất: Chỉ tiêu năng suất có thể được đặc trưng bởi thể tích kim loại được

tách ra khỏi chi tiết gia công, hoặc diện tích bề mặt gia công, hoặc số lượng chi tiết được gia công trong một đơn vị thời gian

Các máy chuyên dùng và chuyên môn hóa, máy tự động và bán tự động, có thể

sử dụng công thức tính năng suất:

ck

ct t t T

v

Q c = (m3/ph)

Trong đó: v(m/ph) - vận tốc cắt chính; s(m) - lượng chạy dao; t(m) - chiều sâu lớp cắt trên hành trình

Chính xác: Đánh giá độ chính xác của máy công cụ thông qua độ chính xác hình

dáng chi tiết gia công và chất lượng bề mặt gia công trên máy Độ chính xác của máy được hình thành bởi độ chính xác hình dáng của các chi tiết máy, độ chính xác

về vị trí tương quan của đường hướng và các bộ phận di chuyển, đặc biệt độ song song và độ vuông góc của các đường hướng chuyển động của bàn máy, bàn dao là yếu tố quyết định độ chính xác hình học máy Độ chính xác truyền dẫn chuyển động (động học) trên máy chịu ảnh hưởng lớn bởi sai số các tỉ số truyền của các cơ cấu truyền động và độ chính xác trong chế tạo, lắp ráp tổ hợp các bộ phận máy và chất lượng của động cơ điện Mặt khác độ chính xác của máy phụ thuộc nhiều vào

độ cứng vững, ít rung động dưới tác dụng của ngoại lực, ít ảnh hưởng đến độ chính xác hình học và động học trong quá trình gia công

Tin cậy: Máy công cụ phải duy trì được năng suất, độ chính gia công, không hỏng

trong khoảng thời gian làm việc của máy theo dự tính Độ tin cậy được xác định bằng tỉ số giữa thời gian làm việc thực tế của máy với thời gian dự định khi tính toán thiết kế máy, giá trị hệ số này giới hạn trong khoảng 0,8-0,98 Nâng cao độ tin cậy của máy bằng nâng cao tin cậy của từng chi tiết, bộ phận máy

Tính công nghệ: Kết cấu và vật liệu của các cơ cấu, cụm chi tiết máy của máy

công cụ phải có tính công nghệ cao, 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 thay thế không phức tạp

Sử dụng vật liệu hiệu quả: Máy công cụ được tối ưu hóa kết cấu, kích thước,

trọng lượng sẽ có hiệu quả cao trong việc sử dụng vật liệu đánh giá việc sử dụng vật liệu hiệu quả qua số đơn vị khối lượng máy trên một đơn vị công suất (Kg/KW)

Hiệu suất truyền lực: Máy công cụ sử dụng các cơ cấu truyền dẫn chuyển động

và thực hiện chuyển động có hiệu suất cao Các bề mặt ma sát trượt được thay thế bằng ma sát lăn Bôi trơn tốt để giảm tổn thất công suất máy Tăng hiệu quả sử dụng máy bằng cách giảm thời gian chạy không

Sử dụng và bảo dưỡng: Các cơ cấu điều khiển, điều chỉnh máy công cụ phải dễ

sử dụng, qui trình vận hành, điều khiển máy không phức tạp máy không đòi hỏi phải có chế độ chăm sóc, bảo dưỡng đặc biệt chi tiết cần phải thay thế khi bảo dưỡng, sửa chữa được tiêu chuẩn hóa hoặc dễ chế tạo

Hiện đại: Kiểu điều khiển máy công cụ và hệ thống điều khiển của nó phản ánh

mức độ hiện đại của máy công cụ, như máy điều khiển bằng cơ cấu cơ khí, thủy lực, điện tử, chương trình CNC…

Thẩm mĩ công nghiệp: Máy công cụ được thiết kế đẹp, có hình dáng máy hài hòa,

màu sơn phù hợp với máy, tạo cảm giác thân thiện không gây mệt mỏi, căng thẳng cho người vận hành máy

1.3 Phương pháp tạo hình bề mặt gia công trên máy công cụ

Công nghệ gia công cắt gọt vật liệu trên máy công cụ có chức năng tạo hình các bề

mặt chi tiết gia công theo yêu cầu kỹ thuật Cơ chế hình thành bề mặt gia công khá phức tạp, không những phụ thuộc vào công nghệ gia công, dụng cụ gia công mà còn phụ thuộc vào các quá trình chuyển động, phối hợp chuyển động và điều khiển quá trình công nghệ gia công Và với chủ định hướng vào định nghĩa về việc hình thành

tĩnh- đường chuẩn) theo một qui luật động học nào đó Như vậy tạo hình bề mặt gia công trên máy công cụ thực chất là tạo hình đường sinh và đường chuẩn (thường gọi chung là đường tạo hình bề mặt) Trong thực tế có các phương pháp hình thành đường tạo hình bề mặt gia công trên máy công cụ như sau:

Phương pháp quĩ tích: Đường tạo hình bề mặt được hình thành như là quĩ đạo

chuyển động tương đối của một điểm trên lưỡi cắt của dụng cụ trên bề mặt gia công Như vậy đường tạo hình bề mặt là vết ( quỹ tích ) chuyển động của chất điểm

Hình 1.1: Sơ đồ tiện bề mặt trụ ngoài Tiện bề mặt trụ ngoài trên máy tiện( hình 1.1 ), đường sinh là vết của mũi dao tiện

để lại trên bề mặt trụ do chuyển động quay tròn của phôi tạo nên, đường chuẩn là vết của mũi dao tiện để lại trên bề mặt trụ do chuyển động tịnh tiến của bàn dao dọc theo song song với tâm máy tạo nên Như vậy phương pháp hình thành đường tạo hình bề mặt ở đây đều là phương pháp quĩ tích, có một chuyển động tạo hình đường sinh và một chuyển động tạo hình đường chuẩn

Phương pháp quĩ tích thuận tiện cho việc hình thành đường tạo hình bề mặt là đường tròn hoặc đường thẳng, tuy nhiên nếu đường tạo hình bề mặt là đường cong phức tạp thì chuyển động tạo hình là hợp của các thành phần chuyển động, cấu trúc điều khiển máy rất phức tạp, mặt khác năng suất và chất lượng bề mặt gia công không cao

Phương pháp chép hình: Đường tạo hình bề mặt được chép hình từ biên dạng

lưỡi cắt của dụng cụ theo phương pháp này không cần chuyển động tạo hình mà chỉ cần chuyển động cắt vào và chuyển động định vị nhằm xác định vị trí dụng cụ trên

bề mặt gia công

Tiện bề mặt trụ ngoài ( hình 1.2-a ) đường sinh(1) được chép hình bởi biên dạng

lưỡi cắt của dao tiện, còn đường chuẩn(2) được hình thành theo phương pháp quĩ tích với chuyển động tạo hinh là chuyển động quay của chi tiết gia công

Phay bánh răng trụ bằng dao phay đĩa module ( hình 1.2-b ), biên dạng rãnh

răng(đường sinh) được chép hình từ biên dạng lưỡi cắt của dao phay Còn đường răng(đường chuẩn) được hình thành nhờ chuyển động tịnh tiến của phôi kết hợp chuyển động quay của dao phay Sau khi phay xong một rãnh răng, quay phân độ phôi bánh răng và tiếp tục gia công rãnh răng khác

2 1

a, b,

Hình 1.2: Sơ đồ chép hình biên dạng lưỡi cắt

Việc hình thành đường tạo hình bằng phương pháp chép hình cho năng suất cao, cấu trúc máy đơn giản, biên dạng lưỡi cắt dụng cụ được thiết kế theo đường tạo hình vì vậy rất phù hợp với sản xuất chuyên môn hóa, sản xuất loạt Trong sản xuất đơn chiếc cần lưu ý đến giá thành khi thiết kế, chế tạo dụng cụ cắt Gia công bề mặt theo phương pháp này có lực cắt lớn và thiết kế, chế tạo dụng cụ cắt phức tạp

Phương pháp bao hình: Theo phương pháp này đường tạo hình bề mặt được

hình thành như là đường bao các vị trí liên tiếp của hình bao(biên dạng lưỡi cắt của dụng cụ) Qui luật chuyển động bao hình được xác định theo lí thuyết ăn khớp của cặp biên dạng đối tiếp Biên dạng lưỡi cắt được thiết kế phù hợp với biên dạng đường tạo hình để nhắc lại sự ăn khớp trong quá trình gia công bề mặt

Hình 1.3 mô tả một sơ đồ gia công răng theo phương pháp bao hình, theo

nguyên lí nhắc lại sự ăn khớp của thanh răng với bánh răng Ở đây, biên dạng răng (đường tạo hình bề mặt răng) là đường bao của các hình bao(các vị trí liên tiếp của biên dạng lưỡi cắt) của dụng cụ cắt có dạng thanh răng Chuyển động bao hình biên dạng răng bao gồm chuyển động tịnh tiến của thanh răng (tạo ra vận tốc bao hình)

và chuyển động quay tương ứng (ăn khớp) của bánh răng được gia công Chuyển động tạo hình đường răng là chuyển động tịnh tiến tương đối dọc theo đường răng

Đường tạo hình bề mặt được hình thành theo phương pháp bao hình có độ chính xác hình học cao, cùng một biên dạng lưỡi cắt(hình bao) vẫn bao hình được các biên dạng khác do phối hợp các thành phần chuyển động tạo hình Phương pháp được ứng dụng hiệu quả trên các máy chuyên dùng gia công răng

Phương pháp tiếp xúc: Đường tạo hình bề mặt được hình thành theo quá trình gia

công như là một đường chuẩn tiếp xúc với vô số đường phụ là quĩ đạo chuyển động của chất điểm trên lưỡi cắt của dụng cụ

Hình 1.4: Phương pháp tiếp xúc

Hình 1.4 mô tả phương pháp tiếp xúc để hình thành đường tạo hình bề mặt (1) Theo phương pháp này chất lượng tạo hình phụ thuộc nhiều vào năng suất tạo hình của máy, nếu tăng năng suất thì độ chính xác của đường tạo hình bề mặt giảm

1.4 Các chuyển động trong máy công cụ

Chuyển động cắt: là những chuyển động của khâu chấp hành như trục

chính, bàn máy, hoặc bàn dao tham gia vào quá trình tạo phoi trên máy công cụ Chuyển động của khâu chấp hành tạo vận tốc cắt gọi là chuyển động cắt chính Chuyển động của khâu chấp hành duy trì quá trình cắt gọi là chuyển động chạy dao

Cơ cấu chấp hành thực hiện chuyển động cắt chính là chuyển động quay có tên gọi là trục chính hoặc trục dụng cụ Cơ cấu chấp hành thực hiện chuyển động cắt chính là chuyển động tịnh tiến có tên gọi là bàn trượt hoặc bàn máy

Cơ cấu chấp hành thực hiện chuyển động chạy dao là chuyển động quay có tên gọi là bàn quay hoặc trục phôi Cơ cấu chấp hành thực hiện chuyển động chạy dao

là chuyển động tịnh tiến có tên gọi là bàn dao hoặc bàn máy(mang phôi)

Chuyển động tạo hình: Các chuyển động của các khâu chấp hành tham gia vào

việc hình thành bề mặt gia công trên máy công cụ gọi là chuyển động tạo hình Theo tính chất của đường tạo hình bề mặt có chuyển động tạo hình đường sinh, chuyển động tạo hình đường chuẩn Chuyển động tạo hình chỉ có một thành phần

1 2

chuyển động gọi là chuyển động tạo hình đơn giản Các chuyển động tạo hình có từ hai chuyển động thành phần trở lên và quan hệ động học với nhau gọi là chuyển động tạo hình phức tạp Các thành phần chuyển động tạo hình có thể trùng với chuyển cắt và chuyển động khác trên máy

Khi tiện ren trên máy tiện (hình 1.5a), biên dạng ren được chép hình bởi biên

dạng lưỡi dao tiện, đường ren được hình thành do hai chuyển động đồng thời gồm chuyển động quay (Q1) và chuyển động tịnh tiến (T2), có mối quan hệ động học với nhau Nhóm động học tạo hình đường ren φc(Q1,T2) kể trên có hai thành phần chuyển động trùng với chuyển động cắt chính và chuyển động chạy dao

Tạo hình đường ren trên máy phay ren(hình 1.5b) Đường ren được hình thành

theo phương pháp tiếp xúc Chuyển động quay (Q1) có chức năng chạy dao dịch chuyển góc và chuyển động chạy dao tịnh tiến (T2) đều là chuyển động tạo hình đường ren Chuyển động quay (Q3) là chuyển động cắt chính và hình thành đường phụ tiếp xúc với đường ren

Hình 1.5: Tạo hình đường ren

Chuyển động phân độ: là chuyển động cần thiết để xác định vị trí tương quan

của dụng cụ với phôi theo dịch chuyển góc, khi cần gia công nhiều bề mặt giống nhau Ví dụ như gia công răng của bánh răng cần phải có chuyển động phân độ Chuyển động phân độ có thể là chuyển động gián đoạn Ví dụ khi gia công bánh răng bằng dao phay định hình, sau khi phay xong một rãnh răng cần phân độ để tiếp tục gia công rãnh răng khác

Chuyển động phân độ cũng có thể là chuyển động liên tục Ví dụ khi gia công bánh răng bằng dao phay lăn răng thì quá trình phân độ thực hiện liên tục cùng với quá trình tạo hình biên dạng răng, chuyển động phân độ trùng với chuyển động tạo hình biên dạng răng

Chuyển động định vị: các chuyển động dịch dao để xác định vị trí tương quan

Chuyển động định vị có xẩy ra quá trình cắt còn gọi là chuyển động ăn dao hay

là chuyển động cắt vào Chuyển động định vị chạy không còn gọi là chuyển động điều chỉnh

Trong sơ đồ xọc răng bao hình (hình 1.6), chuyển động (T2) xác định khoảng cách trục của dao với phôi là chuyển động định vị Nó còn được gọi là chuyển động cắt vào hay là chuyển động ăn dao hướng kính

Hình 1.6: Sơ đồ xọc răng

Chuyển động phụ khác: là những chuyển động không tham gia trực tiếp vào

quá trình cắt nhưng đảm bảo những điều kiện cần thiết để quá trình gia công các chi tiết trên máy được thực hiện, như là chuyển động gá đặt và kẹp chặt phôi, tiến hoặc lùi bàn dao, bàn máy(chuyển động nhanh chạy không), đóng mở các cơ cấu dẫn động, hoặc các chuyển động vận chuyển và cấp phôi, tháo hoặc thay đổi vị trí các

dụng cụ cắt, tự động kiểm tra, đổi chiều, thu don phoi…

1.1 Truyền dẫn chuyển động trong máy công cụ

Với máy công cụ, chuyển động cắt chính, chuyển động chạy dao, chuyển động tạo hình, chuyển động định vị vv… có thể là chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay Đối với truyền dẫn chuyển động quay bộ truyền cuối của truyền dẫn có thể là

bộ truyền đai, bộ truyền bánh răng, hay bộ truyền bánh vít… tùy thuộc vào tính chất chuyển động Đối với truyền dẫn chuyển động thẳng bộ truyền cuối của truyền dẫn thường là cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng như cơ cấu bánh-thanh răng, vít me vv hay xy lanh lực

1.2 Liên kết động học của máy công cụ

Các mối liên hệ động học về chuyển động giữa nguồn chuyển động với khâu chấp hành, giữa các khâu chấp hành với nhau, hoặc liên kết giữa các nhóm có chức năng động học khác nhau, bằng các thành phần truyền dẫn chuyển động của máy

đều gọi là liên kết động học Mối liên kết chuyển động từ động cơ đến các cơ cấu thực hiện chuyển động cắt chính, chuyển động chạy dao, chuyển động định vị… thường gọi là liên kết ngoài Liên kết chuyển động của các khâu chấp hành với nhau

để thực hiện chuyển động tạo hình phức tạp, chuyển động phân độ gọi là liên kết trong

Liên kết trong: là liên kết động học trong của nhóm động học, để tạo ra mối quan

hệ tương quan tỷ lệ chuyển động giữa các khâu chấp hành Nhằm thực hiện chức năng động học tạo hình, phân độ, đảo chiều chính xác theo chu kỳ, liên kết động học giữa hai nhóm động học có khâu chấp hành chung có chuyển động đồng thời

Liên kết ngoài: là liên kết tạo ra mối liên hệ dẫn động tốc độ cho một khâu chấp

hành nào đó trong các nhóm động học của máy công cụ (hình 1.7)

2

1

M 3 n

1

i v

Hình 1.7 Liên kết động học xích tốc độ Tuy nhiên, khái niệm phân loại liên kết động học trên chỉ mang tính tương đối vì liên kết động học trong của nhóm động học này có thể là liên kết động học ngoài của nhóm khác Có trường hợp để nhận được lượng chạy dao vòng quan hệ động học của liên kết ngoài lại tương tương tự liên kết trong Trên máy công cụ mọi liên kết để thực hiện chức năng động học nào đó đều gọi là nhóm động học, tên gọi của nhóm thường đặt theo chức năng động học của nó Ví dụ nhóm tốc độ, nhóm chạy dao cắt ren, nhóm bao hình, nhóm phân độ vv…

1.3 Cấu trúc động học máy công cụ

Tùy theo yêu cầu về chức năng động học của máy công cụ mà thiết kế cấu trúc động học máy Việc tổ hợp các nhóm động học để hình thành cấu trúc động học máy cũng phụ thuộc vào quan hệ chuyển động của các thành phần động học, các nhóm động học theo tương quan tỉ số truyền, thời gian, chu kỳ chuyển động hay phối hợp hoạt động giữa các cơ cấu máy

Nhóm động học có liên kết động học trong ở dạng một khớp động học (quay, tịnh tiến) gọi là nhóm động học đơn giản Ví dụ nhóm tốc độ cắt chính, nh

Nhóm động học có từ hai thành phần chuyển động trở lên, có liên kết động học trong để tạo ra mối tương quan tỉ lệ chuyển động, gọi là nhóm động học phức tạp

Hình 1.8 Nhóm động học và cấu trúc động học máy (Hình 1.8-a) nhóm động học tạo hình đường ren trên máy tiện (Hình 1.8-b) cấu trúc động học máy tiện ren (Hình 1.8-c) cấu trúc động học máy tiện ren côn (Hình 1.8-d) nhóm động học phân độ

1.4 Điều chỉnh động học máy công cụ

Điều chỉnh động học máy công cụ nhằm xác lập vận tốc chuyển động và tương quan tỉ lệ chuyển động giữa các khâu chấp hành của máy công cụ Điều chỉnh động học là tính toán, xác định tỉ số truyền của khâu điều chỉnh trong xích liên kết động học của nhóm động học theo yêu cầu công nghệ của máy

Điều chỉnh động học các xích liên kết từ nguồn chuyển động đến khâu chấp hành (trục chính, trục phôi, bàn máy, bàn dao), nhằm nhận được vận tốc cắt, vận tốc chạy dao, số vòng quay theo tính toán Lượng dịch chuyển của khâu chấp hành(vận tốc cắt, vận tốc chạy dao, số vòng quay…) sử dụng trong tính toán, điều chỉnh động học máy gọi là lượng di động tính toán

Điều chỉnh động học xích liên kết giữa các khâu chấp hành trong các nhóm động học tạo hình, phân độ, …lượng di động tính toán của các khâu xác định theo mối quan hệ tương quan tỉ lệ chuyển động của chúng theo yêu cầu cụ thể của từng xích điều chỉnh động học

Kết quả của điều chỉnh động học là dựa vào công thức điều chỉnh, xác định tỉ số truyền của khâu điều chỉnh để nhận được quan hệ động của các khâu chấp hành theo yêu cầu điều chỉnh máy

1.2 CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY CÔNG CỤ

Quá trình thiết kế máy cắt kim loại gồm có hai phần chính:

• Thiết kế phần động học của máy

• Xác định tính năng kỹ thuật của máy như hình dáng một tập hợp các chi tiết được gia công trên máy, kích thước giới hạn lớn nhất và nhỏ nhất có thể gia công được trên máy …

• Xác định các chuyển động của máy, chủ yếu là các chuyển động tạo hình

• Lựa chọn phương án thiết kế

• Lập sơ đồ kết cấu động học

• Lựa chọn các cơ cấu truyền động cụ thể

• Xác định các thông số động học cơ bản

• Lập sơ đồ động của máy

• Thiết kế phần động lực học của máy

• Xác định lực và mômen tác dụng

• Tính công suất động cơ

• Thiết kế động lực học của các chi tiết và bộ phận máy bao gồm xác định kết cấu, lựa chọn vật liệu, tính toán kích thước …

1.2.1 Phạm vi điều chỉnh số vòng quay và phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao

Khi gia công chi tiết, vận tốc cắt và lượng chạy dao của máy thay đổi tùy thuộc vào những yếu tố chủ yếu sau:

• Tính chất cơ lý của vật liệu gia công (độ bền, độ cứng …)

• Vật liệu làm dao cũng như các thông số hình học của dao cắt

• Yêu cầu và chất lượng của bề mặt chi tiết sau khi gia công (độ nhám bề mặt, độ chính xác về kích thước, hình dáng hình học và vị trí tương quan)

• Phương pháp gia công và điều kiện gia công

Tùy theo từng trường hợp gia công cụ thể để tính toán xác định vận tốc cắt và lượng chạy dao thích hợp sao cho đảm bảo chất lượng của chi tiết gia công trong điều kiện kinh tế nhất Trên cơ sở đó, điều chỉnh số vòng quay (hay số hành trình kép) và lượng chạy dao của máy

nR

n (1-1) Với n – số vòng quay lớn nhất của chi tiết hay của dao [v/ph]

1000.Vn

min

1000.Vn

V phạm vi điều chỉnh vận tốc cắt (1-6)

Rd = max

min

d

d – phạm vi điều chỉnh đường kính chi tiết (1-7)

Thông thường trị số trung bình của Rd = 4- 8

Đặc điểm của phạm vi điều chỉnh số vòng quay là chỉ phụ thuộc vào giới hạn của vận tốc cắt và đường kính chi tiết gia công

Với một số máy vạn năng hiện đại thường có phạm vi điều chỉnh số

vòng quay phù hợp với công dụng của máy (tham khảo Bảng 1-1)

Bảng 1.1 : Phạm vi điều chỉnh số vòng quay của máy

Máy Phạm vi điều chỉnh số vòng quay Rn

b Chuyển động chính của máy là chuyển động thẳng khứ hồi

Số vòng quay của trục chính được thay bằng số hành trình kép nhtk trong một phút Vận tốc của hành trình làm việc V thường chậm, còn vận tốc hành trình chạy không V0 thường nhanh hơn Tỷ lệ giữa V và V0 thường theo một

1000 [m/ph] (1-12)

Cách xác định phạm vi điều chỉnh số vòng quay Rn cũng tương tự như ở máy có chuyển động chính là chuyển động vòng

2 Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao Rs

Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao Rs được tính:

Có hai trường hợp liên quan đến hai loại lượng chạy dao:

• Trường hợp 1: Chuyển động chạy dao có quan hệ với chuyển động chính, lượng chạy dao được tính trên một vòng quay của trục chính bằng công thức:

S = 1 i0 is t [mm/ v] (1-14)

Trong đó: i0 – tỷ số truyền cố định trong xích chạy dao

is – tỷ số truyền thay đổi trong xích chạy dao

t – lượng di động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành khi trục cuối

cùng của xích chạy dao quay một vòng [mm/v]

Nếu dùng cơ cấu biến đổi từ chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến là vít me – đai ốc thì t = tx (tx là bước ren của vít me) Nếu dùng cơ cấu bánh răng – thanh răng thì t = πmZ (m là môđun, Z là số răng của bánh răng trong cơ cấu bánh răng – thanh răng)

Lượng chạy dao nhỏ nhất smin và lớn nhất smax tương ứng tỷ lệ với tỉ số truyền thay đổi ismin, ismax Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao Rs là:

Rs = max = s max

S i (1-15) Lượng chạy dao lớn nhất và nhỏ nhất được xác định tùy thuộc vào điều kiện công nghệ khi gia công Trị số thường dùng là smax = 2 ¸ 6 [mm/v], smin =

0,005 ¸ 0,05 [mm/v]

• Trường hợp 2: Chuyển động chạy dao độc lập với chuyển động chính (chuyển động chạy dao được thực hiện bằng động cơ riêng có số vòng quay là nđc [v/ph]), lượng chạy dao được tính bằng công thức:

Trong truyền động phân cấp, các giá trị số vòng quay không phân bố một cách bất kỳ mà tuân theo một qui luật nhất định để tạo nên chuỗi số vòng quay hợp lý trong phạm vi điều chỉnh số vòng quay Chuỗi số vòng quay dùng trong máy cắt kim loại thường gồm các loại sau:

1 Chuỗi số vòng quay cấp số nhân

Chuỗi số vòng quay cấp số nhân là chuỗi số vòng quay mà các giá trị của

nó là các số hạng của một cấp số nhân có công bội là j Nếu một hộp tốc độ có

Z cấp tốc độ từ số vòng quay nhỏ nhất nmin đến số vòng quay lớn nhất nmax.thì:

min

nR

• Tổn thất vận tốc cắt tương đối ∆v chỉ phụ thuộc vào công bội ϕ mà

A'B

c1000Nếu biểu thị chuỗi số vòng quay n trong hệ tọa độ [v-d] thì số vòng quay n sẽ

là những đường thẳng đi qua gốc tọa độ,có dạng như hình 1-2

Giả sử cần gia công phôi có đường kính d0.Dựa vào cá điiều kiện về công nghệ và yêu cầu kỹ thuật của hi tiết,ta xác định được vận tốc cắt hợp lý Vo

Qua đồ thị 1-2, xác định được số vòng quay hợp lý no Nhưng vì máy dung truyền động phân cấp nên hầu như không tìm được giá trị số vong quay nào

đó trùng với no mà thường no ở trong khoảng 2 giá trị nk và nk+1

(nk<no<nk+1).Tương ứng với nk và nk+1 là hai vận tốc cắt Vk và Vk+1

(Vk <Vo< Vk+1).Để đảm bảo tuổi bền của dao,thường chọn số vòng quay nk để gia công(khi đó vận tốc cắt Vk<Vo).như vậy sẽ có tổn thất về vận tốc cát ∆V được tính như sau:

Nếu chuỗi số vòng quay phân bố bất kỳ thì tổn thất tương đói về vận tốc cắt

∆Vmax cũng sẽ thay đỏi bất kỳ Từ (1-24), muốn giữ cho ∆Vmax luôn luôn

không đổi thì cần phải đảm bảo điều kiện :

n (1-25) Chỉ có chuỗi số vòng quay cấp số nhân mới thỏa mãn điều kiện (1-25),nghĩa

Để tạo thuận lợi cho người sử dụng khi tra số vòng quay n nếu đã biết

V và d,trên mỗi máy có vẽ một biể đồ thể hiện số vòng quay trong hệ tọa độ

loogarit của (V-d) như sau:

lgV=lgd+lgc (1-26)

d [mm] 2000 1000 8 6 4 200 100

8 6 4

2 10

Hi`nh 1-4:Biê?u dô` chuô~i sô´ vo`ng quay câ´p sô´ nhân trong hê? tru?c lôgarit

Hình 1.4: Biểu đồ chuỗi số vòng quay cấp số nhân trong hệ trục Logarit

2.Chuỗi số vòng quay cấp số cộng

Chuỗi số vòng quay cấp số cộng là chuỗi số vòng quay mà các giá trị của

nó là các số hạng của một cấp số cộng có công sai là a với số hạng đầu tiên là

nmin và số hạng cuối cùng là nmax

n1 = nmin

n2 = n1+1.a

n3 = n1+2.a

……

Nz = nz-1+a = n1+(Z-1).a Suy ra = −

3 Chuỗi số vòng quay hỗn hợp:

Có hai loại chuỗi số vòng quay hỗn hợp:

- Chuỗi số vòng quay kết hợp giữa chuỗi số vòng quay cấp số cộng và cấp số nhân,trong đó các giá trị số vòng quay thấp dùng cấp số cộng còn giá trị số vòng quay cao dùng cấp số nhân

- Chuỗi số vòng quay cấp số nhân có hai hệ số cấp vận tốc ϕ1 và ϕ2với ( ϕ1< ϕ2),trong đó các trị số vòng quay thấp dùng hệ số ϕ1 còn giá trị số vòng quay cao dùng trị số ϕ2 Để tạo ra chuỗi số vòng quay này,trước hết tạo ra chuỗi số vòng quay cấp số nhân có hệ số ϕ1,sau đó để các số vòng quay cao thưa hơn cứ sau mỗi số vòng quay thì bỏ đi một,Như thế các số vòng quay

cao có hệ số ϕ2 (hình 1-6) Xem them ví dụ minh họa về chuỗi số vòng quay

Hình 1.6 : Biểu đồ chuỗi số vòng quay hỗn hợp có hai hệ số cấp vận tốc

Kết luận: Trong các loại chuỗi số vòng quay kể trên, chuỗi số vòng

quay cấp số nhân có nhiều ưu điểm nhất nên thường được dùng để thiết kế các hộp tốc độ, hộp chạy dao của các máy vạn năng Riêng đối với máy chuyên dùng thì không nhất thiết phải dùng chuỗi số vòng quay cấp số nhân,

vì số vòng quay của máy chuyên dùng chỉ có một hoặc vài cấp số vòng quay phù hợp nhất đối với chi tiết gia công Hộp chạy dao của các máy dùng để cắt ren thì không sử dụng chuỗi cấp số nhân cũng như chuỗi cấp số cộng mà phải

có phương pháp thiết kế riêng (xem trong chương 3, phần thiết kế hộp chạy dao chính xác) nhằm đạt được các lượng chạy dao phù hợp với bước ren theo yêu cầu

1.2.3.Xác định các thông số động học cơ bản

Ba thông số động học cơ bản của chuỗi số vòng quay cấp số nhân là ϕ ,

Z và Rn, trong đó hệ số cấp vận tốc j đã được tiêu chuẩn hóa

1 Xác định trị số ϕ tiêu chuẩn

Để tạo ra chuỗi số vòng quay cấp số nhân với công bội j thì hệ số j không chọn một cách bất kỳ mà được tiêu chuẩn hóa dựa trên những nguyên tắc sau đây:

a Nguyên tắc gấp 10: là nguyên tắc mà một số hạng bất kỳ trong dãy số

đều có giá trị gấp 10 lần giá trị của số hạng khác ở cách nó x số hạng, nghĩa là nếu có chuỗi số n1 , n2 , n3 , …, nx , nx+1 , …, nZ thì nx+1 = 10 n1 (với x – là số nguyên)

Vì chuỗi số vòng quay là một dãy số cấp số nhân, nên: nx+1 = n1 ϕ x Suy ra: ϕ x = 10 hay ϕ = x

10 (1-28) Nguyên tắc này dựa trên thói quen gấp 10 trong chuỗi số tối ưu của kỹ thuật (chuỗi số Renard để tạo ra các giá trị kích thước tiêu chuẩn)

b Nguyên tắc gấp 2: là nguyên tắc mà một số hạng bất kỳ trong dãy số đều

có giá trị gấp 2 lần giá trị của số hạng khác ở cách nó y số hạng, nghĩa là nếu

có chuỗi số n1 , n2 , n3 , …, ny , ny+1 , …, nZ thì ny+1 = 2 n1 (với y – là số nguyên)

Vì chuỗi số vòng quay là một dãy số cấp số nhân, nên: ny+1 = n1 ϕ y Suy ra: ϕ y = 2 hay ϕ = y

2 (1-29) Nguyên tắc này dùng để thỏa mãn trong trường hợp dùng động cơ điện

có nhiều cấp vận tốc, trong đó các số vòng quay của động cơ nđc tuân theo qui luật cấp số nhân với công bội bằng 2

Vì trị số ϕ phải đồng thời thỏa mãn cả hai nguyên tắc trên, cho nên:

ϕ = x

10 = y 2 (1-30) Suy ra: y = x.lg2 = 0.30103x » 0,3x

Ngoài ra, ta còn có điều kiện về hệ số j:

1 < ϕ <=2 (1-31)

Lý do là vì:

• Chuỗi số vòng quay là cấp số nhân tiến nên ϕ > 1

• Máy thiết kế cần phải có tổn thất vận tốc cũng như tổn thất năng suất không đổi và không vượt quá giới hạn 50%

∆Vmax = − ≤

ϕ1(1 ).100% 50% (1-32)

Trong phạm vi điều kiện về hệ số ϕ (1-31), chọn các trị số x và tính trị

số y tương ứng, người ta xác định được các trị số j tiêu chuẩn cho trong bảng

Phạm vi sử dụng các trị số ϕ tiêu chuẩn như sau:

- ϕ = 1,06 : rất ít dùng vì các giá trị số vòng quay quá gần

- ϕ = 1,12 : dùng cho các máy cần điều chỉnh chính xác vận tốc cắt (nhằm giảm tổn thất về vận tốc và năng suất) trong gia công hàng khối hoặc hàng loạt lớn như máy tự động, bán tự động

- ϕ = 1,26 và 1,41 : dùng cho các máy công cụ vạn năng

- ϕ = 1,58 và 1,78 : dùng cho các máy có thời gian chạy không lớn (thời gian gia công không lớn hơn nhiều so với thời gian chạy không) và như thế không cần phải điều chỉnh chính xác vận tốc cắt

- ϕ = 2 : rất ít dùng, chỉ có ý nghĩa phụ để tính toán các cơ cấu truyền động của nhóm khuếch đại trong hộp tốc độ hoặc nhóm gấp bội trong hộp chạy dao

Mối quan hệ giữa các thông số cơ bản ϕ , Z và Rn đã biết ở công thức 18) Khi thiết kế máy, phạm vi điều chỉnh số vòng quay Rn được cho trước theo yêu cầu, vì vậy số cấp vận tốc Z tỉ lệ nghịch với hệ số ϕ Cần phải lựa chọn trị sốϕ và Z như thế nào để vừa có thể vừa đảm bảo giảm tổn thất vận tốc, vừa đảm bảo kết cấu của máy không qúa phức tạp, khó chế tạo, giá thành cao (Z càng lớn sự phân bố các cấp vận tốc càng dày, tổn thất vận tốc nhỏ,

(1-nhưng kết cấu của máy sẽ lớn, phức tạp hơn) Sau khi chọn được trị số ϕ thích hợp, sẽ dễ dàng xác định được số cấp vận tốc Z

Trong trường hợp thiết kế các hộp tốc độ có nhiều cấp vận tốc Z với trị

số j nhỏ, để đơn giản về mặt kết cấu của hộp, hiện nay người ta thường dùng động cơ điện có 2 hoặc nhiều cấp vận tốc

Số cấp vận tốc Z cần nên lấy bằng bội số của 2 và 3, vì truyền động trong hộp tốc độ thường do những khối bánh răng bậc có 2, 3 hoặc 4 = 2.2 bánh răng thực hiện Do đó, số cấp vận tốc thường dùng trong thực tế là: Z =

Trên cơ sở chuỗi số vòng quay đó, hình thành các giá trị số vòng quay tiêu chuẩn cho trong bảng 1-3 Các trị số vòng quay tiêu chuẩn khác, tùy theo yêu cầu lớn hay bé mà nhân hoặc chia các trị số trên với 10, 100, 1000

Bảng1-3: Bảng số vòng quay tiêu chuẩn

Ghi chú

- Căn cứ vào hệ số ϕ số cấp tốc độ Z và giá trị số vòng quay đầu tiên

n1 để tra bảng chuỗi số vòng quay danh nghĩa của máy

- Chuỗi số vòng quay tiêu chuẩn cho trong bảng 1-3 cũng dung làm chuỗi số hành trình kép của những máy có chuyển động chính là chuyển đọng tịnh tiến khứ hồi như máy bào, máy xọc Ngoài ra, nó còn dùng làm chuỗi số lượng chạy dao cho những lượng chạy dao không phụ thuộc vào một vòng quay của trục chính mà được tính bằng lượng chạy dao trên phút, tức là s[mm/ph]

- Cho phép lập một chuỗi số vòng quay mới gồm những trị số ở

chuỗi tiêu chuẩn bỏ cách quãng đều nhau Ví dụ lập chuỗi số vòng quay có hệ số ϕ =1.26 và n1=14(v/ph) Các giá trị của chuỗi số vòng quay đó lần lượt là n1 = 14v/ph, n3=22,4v/ph, n4=28, n5=33,5….các số vòng quay này cách nhau 4 khoảng cách Đó là hệ số cấp vận tốc của

chỗi số vòng quay này bằng giá trị ϕ cơ sở có lũy thừa bằng số

Nếu n1=14v/ph thì sẽ có chuỗi 14; 20; 28; 40…

1.2.4 Xác định công suất động cơ

Khi thiết kế máy,cần phải xác định công suất đọng cơ điện,để tạo

cơ sở cho việc tính toán động lực học của chi tiết máy và bộ phận máy trong máy Thường khó xác định chính xác công suất của một máy khi thiết kế mới

Lý do là vì:

- Chưa thể tính chính xác được lực cắt và lượng chạy dao của các quay trình cắt gọt khác nhau khi gia công trên máy, đặc biệt là trong quá trình khởi động và đảo chiều

- Chưa hiểu rõ các điều kiện sử dụng máy, đặc biệt là đói với máy vạn năng có nhiều công dụng

- Khó xác định chính xác các tổn thất ma sát trong các khâu truyền động , nhất là khi làm việc ở tốc độ cao

Vì vậy trong thực tế việc xác định công suất đọng cơ thường dựa vào kinh nghiệm hoặc so sánh với công suất hiện có

1 Xác định công suất động cơ truyền động chính

a Tính gần đúng: tính công suất đọng cơ theo công suất cắt Nc và hiệu suất tổng ή

Công suất cắt Nc được tính trên cơ sở lực cắt tới hạn Pz [N] và vận tốc cắt tới hạn V[m/ph]:

= z c

Công suất cắt Nc thường chiếm khoảng 78-80% công suất động cơ điện nếu có thể tính gần đúng công suất động cơ điện Nđ theo công thức sau:

Nđc=η

c

N[kW] (1-35) Trong đó : η=0,7-0,85 dùng cho máy có chuyển động chính quay tròn η=0,6-0,75 dùng cho máy có chuyển động chính tịnh tiến

Để xác định chính xác hơn trị số η, có thể tìm hiệu suất từ khâu ηI

nếu đã định xong được kết cấu máy, sau đó tính hiệu suất tong η của toàn xích truyền động

b Phương pháp chính xác: thường được sử dụng để tính lại Nđc

sau khi đã định xong được kết cấu máy:

Nđc=Nc+N0+Np [kW] (1-37) Với No là công suất chạy không và Np là công suất tiêu hao phụ do hiệu suất và các nguyên nhân ngẫu nhiên khác Công suất phụ Np có thể lấy gần đúng 10-15%Nc

Công suất chạy hông có thể tính theo công thức thực nghiệm sau:

Trong đó : Km là hệ số phụ thuộc chất lượng chế tạo các chi tiết và

điều kiện bôi trơn, thường chọn Km=3-6

dtb là đường kính trung bình của tất cả các ngõng trục của

máy [mm]

nI, nII….- số vòng quay của tất cả các trục (không kể trục chính)[v/ph]

dtc - đường kính của trục chính

ntc - là số vòng quay của trục chính [v/ph]

Ktc - hệ số tổn thất riêng tại trục chính(Ktc=1,5 nếu ổ trục chính là ổ

lăn,Ktc=2 nếu ổ trục chính là ổ trượt)

P P P

279*

35,7**

0,027 0,21

1 0,9 1,2

0,75 0,75 0,65

63,5*

51,4**

0,45 0,51

1 0,9 1,2

0,75 0,65 0,65

-

-

-

0,55 1,3 1,1

y

P P

1 1,75

1 1,2

1 0,75

-

-

0,55 1,3

1

2

0,75 0,7

0,6 0,6 Khoét doa P s= c t x s y (HB)n

0,7 0,8

-

1

0,75 0,7

920

3160

1,2 0,75

0,4 0,8

-

1

0,6 0,6 Phay trụ

s

P= c x n y z

z

t D s ZB 6800 0,86 0,74 1 -0,86 4800 0,83 0,65 1 -0,83 Phay mặt dầu

s

P= c x n y z

z

t D s ZB 8200 1,1 0,8 0,95 -1,1 7000 0,14 0,7 0,9 -1,14 Phay định hình

2 Xác định công suất động cơ chạy dao

Công suất động cơ điện dùng lượng chạy dao thường được xác định bằng hai Phương pháp:

a Phương pháp gần đúng: lấy công suất động cơ chạy dao nđcs tỉ lệ với công suất động cơ thực hiện chuyển động chính Nđc

Nđc=K.Nđc[kw] (1-39) Trong đó :K=0,04 dùng cho máy tiện, máy revolver, máy khoan

K=0.08 dùng cho máy tiện nhiều dao tự động

K=0,15 dùng cho máy phay

K=0 dùng cho máy bào máy mài

b Phương pháp chính xác: tính công suất động cơ từ lực chạy dao Q:

Nđcs=

η

s s

QV

[kW]

61200 (1-40) Trong đó:Vs -vận tốc chạy dao[m/ph], được tính từ lượng chạy dao lớn nhất

ηs- hiệu suất truyền cơ cấu chạy dao (thường ηs0.2)

Lực chạy dao Q được tính từ các công thức thực nghiệm tùy thuộc vào kết cấu của các loại sống trượt khác nhau

Q=k.Fx+Fms [N] (1-41) Với: k-hệ số làm tăng lực ma sát do Px tạo ra mô men lật

Hộp tốc độ là một trong những bộ phận quan trọng của máy công cụ dùng để thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Truyền chuyển động và công suất từ động cơ điện đến trục chính

- Có khả năng thay đổi tốc độ quay của trục chính hoặc trục cuối cùng của hộp tốc độ nhằm đạt các giá trị số vòng quay theo yêu cầu với công bội φ

và với số cấp vận tốc Z

Với các thông số cơ bản ban đầu là Rn, φ và Z, có thể có nhiều phương án thiết kế khác nhau về kết cấu hộp tốc độ Vì vậy, người thiết kế cần phải phân tích và lựa chọn phương án thích hợp dựa vào các yêu cầu sau:

- Đảm bảo thực hiện đầy đủ và tương đối chính xác các giá trị số vòng quay

từ n1- nZ theo yêu cầu

- Có xích truyền động ngắn, hiệu suất truyền động cao

- Kết cấu hộp tốc độ phải đơn giản, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chế tạo, lắp ráp

- Việc điều khiển phải nhẹ nhàng và đảm bảo an toàn

- Đáp ứng được tính kinh tế

2.2 Thiết kế hộp tốc độ dùng cơ cấu bánh răng di trượt

Cơ cấu bánh răng di trượt là cơ cấu dùng để thay đổi tốc độ quay giữa các trục bằng cách thay đổi sự ăn khớp của các cặp bánh răng trong nhóm di trượt

Số cấp tốc độ Z của hộp tốc độ dùng cơ cấu bánh răng di trượt được tính bằng công thức sau:

Z= Pa.Pb.Pc….Pm (2-1) Với Pa.Pb.Pc….Pm làtỉ số truyền trong các nhóm bánh răng di trượt a,b,c….Để tạo điều kiện cho từng cặp bánh răng ăn khớp trong quá trình di trượt dọc trục

mà không vướng lẫn nhau , pi<=3

Thông thường các cặp bánh răng trong nhóm di trượt có cùng moodun m Khi đó tổng số răng của từng cặp bánh răng ăn khớp trong 1 nhóm di trượt phải bằng nhau:

Z1+Z1’=Z2+Z2’=…= ∑Z =const (2-2)

Để tăng số cấp tốc độ Z của hộp tốc độ,có thể tăng tỉ số truyền trong các nhóm bánh răng di trượt hoặc tăng số nhóm bánh răng di trượt

- Dễ dàng đạt được tỉ số truyền và số vòng quay theo yêu cầu

- Có khả năng truyền được mô men và công suất lớn với kích thước tương đối nhỏ

- Chỉ có bánh răng đang làm việc (tham gia vào xích truyền động) thì mới ăn khớp với nhau,các bánh răng khác không ăn khớp nên ít bị mòn Vì vậy hiệu suất truyền động tăng và tong thất năng lượng giảm

Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm sau:

- Việc thay đổi tốc độ có khó khăn, đặc biệt là khi quay với vận tốc lớn Cơ cấu điều khiển phức tạp nếu số cấp tốc độ Z lớn

- Kích thước chiều trục của hộp tương đối lớn

- Chỉ dùng được bánh răng thẳng, rất khó dùng được bánh răng nghiêng và không dùng được bánh răng chữ V

Khi thiết kế hộp giảm tốc dùng bánh răng di trượt,trước tiên cần phải xác định các thông số cơ bản của hộp tốc độ:

- Các giá trị số vòng quay tiêu chuẩn n tc của trục cuối cùng (trục chính của hộp)

2.2.1 Chọn phương án kết cấu (PAKC)

Phương án kết cấu (không gian) là phương án lựa chọn và bố trí các nhóm truyền động của hộp tốc độ để đạt được các cấp tốc độ Z theo yêu cầu

- Ứng với mỗi số cấp tốc độ Z cho trước, có thể có nhiều PAKC khác nhau

- Các nhóm truyền động học có nhiều tỉ số truyền nên bố trí ở đầu xích truyền động,nhằm mục đích làm cho kích thước của hộp tốc đọ nhỏ gọn.đó là vì thông thường hộp tốc độ có khuynh hướng giảm tốc nên càng gần trục cuối cùng hay trục chính thì moomen càng lớn, làm cho các chi tiết truyền động có kích thước càng lớn

Pa> Pb> Pc…

2.2.2 Xác định các tỉ số truyền của hộp tốc độ

1 Mối quan hệ giữa các tỉ số truyền trong một nhóm bánh răng di trượt

Các tỉ số truyền của các cặp bánh răng trong một nhóm di trượt và giữa các nhóm di trượt có mối quan hệ ràng buộc Để tìm mối quan hệ này, hãy xét một hộp tốc độ dùng cơ cấu di trượt có Z =12 như hình 2-4

Hình 2.4: Sơ đồ động học của hộp tốc độ dùng bánh răng di trượt có Z= 12

Nếu thay đổi lần lượt vị trí ăn khớp của các bánh răng trong các nhóm

theo thứ tự từ trên xuống dưới, tức là đầu tiên thay đổi tỉ số truyền của

nhóm a, sau đó là nhóm b và cuối cùng là nhóm c, chuỗi số vòng quay của

trục chính được tính như sau:

- Chia từng vế của các phương trình tương ứng trong hệ 12 phương trình trên

- Nhóm thay đổi thứ nhất ( ký hiệu I) là nhóm a (được gọi là nhóm cơ sở):có các tỉ số truyền tuân theo qui luật cấp số nhân với công bội là φ xi = φ 1

=> nhóm a có lượng mở Xa = 1

- Nhóm thay đổi thứ hai(ký hiệu là II) là nhóm b(được gọi là nhóm khuếch

đại thứ nhất ):có các tỉ số truyền tuân theo qui luật cấp số nhân với công

bội là φxi = φ 3 => nhóm b có lượng mở Xb= 3

- Nhóm thay đổi thứ ba ( ký hiệu III) là nhóm C (được gọi là nhóm khuếch

đại thứ hai):có các tỉ số truyền tuân theo qui luật cấp số nhân với công bội là

φ xi = φ 6

=> nhóm c có lượng mở Xc = 6

Tổng quát: nếu trong một hộp tốc độ có w nhóm truyền động tỉ số truyền

trong mỗi nhóm thứ tự là pa , pb, pc … pm thì lượng mở của các nhóm truyền động là:

-nhóm cơ sở: có lượng mở Xi = 1

- nhóm khuếch đại thứ hai có lượng mở Xi= p × p

- nhóm truyền động pm được gọi là nhóm khuếch đại thứ (m-1)có lượng mở Xi= p a × p b ×….× p m-1

Nghĩa là lượng mở của một nhóm truyền động nào đó bằng tích của các tỉ

số truyền của các nhóm truyền động đã được thay đổi trước nó

2 Phương án thay đổi thứ tự (gọi là phương án thay đổi thứ tự PATT)

Phương án thứ tự là phương án thay đổi lần lượt vịt rí ăn khớp của các bánh răng trong các nhóm truyền động theo một thứ tự nào đó

- Trong hộp tốc độ có phương án không gian Z =3×2×2 cho trong hình (2-4),

với cách thay đổi thứ tự như trên:đầu tiên là nhóm a sau đó, là nhóm b và cuối

với m là số lượng nhóm truyền động có trong hộp tốc độ

- Công thức kết cấu của hộp tốc độ có dạng tổng quát sau:

- Vẽ các đường thẳng song song thẳng đứng (có thể cách đều hoặn không

cách đều): biểu thị cho các trục trong hộp tốc độ

- Vẽ các đường thẳng song song nằm ngang cách đều: biểu thì số vòng quay

Khoảng cách giữa các đường này là những quảng bằng nhau, có giá trị bằng

logφ (để đơn giản lấy những quảng đó bằng φ)

- Vẽ các tia nối liền giữa các trục: tượng trưng cho các tỉ số truyền giữa các

trục.Số lượng tia nối giữa các trục bằng số tỉ số truyền của nhóm truyền động giữa hai trục đó.khoảng cách mở ra giữa các tia bằng lượng mở xicủa nhóm truyền động

- Do lưới kết cấu được qui ước vẽ đối xứng nên số vòng quay n0 của trục I

được chọn vị trí giữa và các tia được vẽ đối xứng

Các dạng lưới kết cấu khác nhau tương ứng với các phương án thứ tự của hộp tốc độ có phương án không gian Z =3×2×2 cho trong hình 2-6

II-I-III:Z=3[1].2[3].2[6]

PATT I-III-II:Z=3[1].2[6].2[3] PATT I:Z=3[2].2[6].2[1]

III-II-I:Z=3[4].2[2].2[1]

Hình 2-6: Lưới kết cấu của các PATT khác nhau

Để đánh giá và lựa chọn phương án thứ tự cũng như lưới kết cấu hợp lý,cần phải:

Thứ nhất,kiểm tra phạm vi tỉ số truyền Ricủa từng nhóm truyền động

trong hộp tốc độ với phạm vi điều chỉnh tỉ số truyền cho phép [Ri](thực ra chỉ