Chuyển động học trong máy cắt kim loại - Chương 4

Máy là tất cả như ng công cụ hoạt động theo nguyên tắc cơ học dùng làm thay đổi một cách có ý thư c về hình dáng hoặc vị trí của vật thể.

MÁY TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG IX MÁY TỰ ĐỘNG

I Định nghĩa:

 Máy tiện tự độïng là loại máy thực hiện tồn bộ tất cả các chu trình gia công để tạo nên hình dáng của chi tiết mà không cần có sự tham gia của con người

 Nguyên công gá lắp phôi: đối với phôi trụ thanh dài, máy dùng cơ cấu đẩy phôi và kẹp chặt tự động không cần con người

- Đối với phôi có hình dáng phức tạp thì nguyên công gá lắp phôi cần đến con người

- Người công nhân có nhiệm vụ: điều chỉnh kích thước,dung sai yêu cầu

- Dao gá lắp phôi theo từng chu kì ( nếu là phôi có hình dáng phức tạp)

- Trên máy tiện tự động có nhiều loại dao để thực hiện gia công các bề mặt phức tạp

- Trên máy có sử dụng cơ cấu cấp phôi tự động

- Các cơ thể bằng cơ khí, điện, khí nén, thủy lực, hay tổng hợp các cơ cấu đó -Ví dụ: khi bàn dao ngang đưa dao vào cắt đứt chi tiết xong, chạm vào cử hàng trình và tác động cho máy tự động lui về (nhờ vào cơ cấu điều khiển bằng điện ), đồng thời tác động cho cơ cấu cấp phôi đẩy phôi tới một đoạn đã được cài đặt trước ( cơ cấu bằng thủy lực)

II.2 Các hệ thống điều khiển

Có 3 loại:

- Hệ thống điều khiển bằng gối tựa

- Hệ thống điều khiển bằng hình mẫu

- Hệ thống điều khiển bằng trục phân phối

* Đặt điểm:

- Đảm bảo độ chính xác về sự lập lại tự động chu kì gia công

- Gia công những chi tiết như nhau chu kì gia công tương đối chính xác, tlv

và tck thay đổi trong phạm vi nào đó

- Vì trên máy tiện có hệ thống điều khiển theo kế hoạch đã định trước

- Có 2 loại hệ thống điều khiển: + hệ thống điều khiển tập trung

+ hệ thống điều khiển không tập trung

- Hệ thống điều khiển tập trung: là hệ thống điều khiển duy nhất phối hợp các hoạt động của máy, có thời gian gia công cố định

- Hệ thống điều khiển không tập trung: là hệ thống không có hệ thống điều khiển duy nhất, tín hiệu được phát ra ở từng cơ cấu chấp hành khác nhau trong máy, vì vậy thời gian chu kỳ gia công phụ thuộc vào tổng sai số hoạt động của các cơ cấu chấp hành

- Có thể trực tiếp hoặc gián tiếp thực hiện nhiệm vụ điều khiển các cơ cấu + Trực tiếp: hạn chế hành trình các cơ cấu máy

+ Gián tiếp: nhận lệnh từ bộ phận trước rồi phát ra hiệu lệnh điều khiển bộ phận tiếp theo, đóng mở động cơ điện, nam châm ly hợp điện từ …

- Gối tựa: điều khiển đổi chiều chuyển động (hình: a); (3,4)- gối tựa;

(5,6)- cử hành trình

- (Hình:b) gối tựa(1); bàn máy (2); 4- van trượt; 5- xilanh thủy lực

- Gối tựa điều khiển qui trình gia công

+ Hình vẽ: 2– gối tựa,3,4,5,6: thứ tự chu kì gia công (công tắc điều khiển)

- Có thể điều khiển tập trung hoặc phân tán

trên máy

- Ưu điểm: đơn giản dể điều chỉnh, sự hoạt

động dựa trên cơ sở: cơ khí, điện cơ, dầu

ép, khí nén …

- Nhược điểm: không thống nhất hóa khi

dùng cho các máy, không linh hoạt

- Mỗi máy có hệ thống điều khiển riêng

bằng cơ khí

- Là hệ thống tự động chép hình dùng điều

khiển dụng cụ theo một quỷ tích nào đó,

trong quá trình gia công

- Hình dáng chi tiết giống như hình mẫu

-Nếu i = 1, kích thước chi tiết giống và bằng kích thước hình mẫu

- i  1, kích thướt chi tiết khác kích thước mẫu

+ Để thực hiện phương pháp chép hình, cần bộ phận dò hình:

- Hệ thống chép hình cơ khí thường dùng cho các máy tiện, hoặc phay …

- Có hai nhiệm vụ: điều khiển và truyền lực

-Nhược điểm: hình mẫu tiếp thu tồn lực

tác dụng giữa phôi và dụng cụ gia công, nên hình mẫu mau mòn, dẩn đến mất độ chính xác

- Hình a) 1- phôi, 2- dụng cụ cắt,3- mẫu, 4-đầu dò, 5- đối trọng, có nhiệm vụ luôn đưa bàn máy về bên phải ép sát chốt dò (4) vào hình mẫu (3)

- Để đảm bảo độ chính xác đường kính chốt dò (4), bằng đường kính dụng cụ cắt

H IX.1 Hệ thống điều khiển bằng gối tựa

H IX.2 Hệ thống điều khiển bằng hình mẫu

- Hình b): 1- phôi, 2- dụng cụ cắt, 3- cam mẫu, 4- con lăn (đầu dò), bàn dao chuyển động dọc dưới tác dụng của trọng lượng (5)

- (Hình c): Phôi 1 và hình mẩu 3, quay cùng tốc độ, 2-dụng cụ cắt tạo đường cong kín, hình dáng đường cong kín tùy thuộc vào hình dáng mẫu

- Hình d: con lăn (4) ép sát mẫu (3) nhờ trọng lượng đầu trục chính, mẫu (3) và chi tiết (1) quay cùng vận tốc

- (Hình e, g): hình mẫu và phôi lắp cùng trục

- – (Hình g) trục phôi có 2 chuyển động, chuyển động quay tròn và chuyển động dọc trục, dao phay cùng chốt dò xê dịch từng bước sau mỗi vòng quay

của phôi.- Hệ thống chép hình điện cơ: Các chuyển động dò, chuyển thành tín

hiệu điều khiển các chuyển động tương đối giữa dụng cụ cắt và phôi

- Có 2 loại: - Tín hiệu điều khiển gián đoạn

- Tín hiệu điều khiển liên tục

- Hình a): Sơ đồ nguyên lý chép hình điện cơ trên máy phay với tín hiệu gián đoạn

- Bàn máy chạy dọc liên tục qua chốt dò đòn bẩy – điều khiển a hoặc b

- Ly hợp điện từ la: nâng bàn máy

- Ly hợp điện từ lb: hạ bàn máy

- Tín hiệu của chốt dò không liên tục, nên bề mặt gia công là đường gấp khúc ( hình:b)

- Tín hiệu điều khiển liên tục: sử dụng các loại chuyển đổi tín hiệu điện từ tạo ra tín hiệu liên tục để điều khiển cơ cấu truyền dẩn với động cơ điện 1 chiều

- Hình bên: Trình bài cơ cấu dò hình với tín hiệu liên tục

(1): Phần ứng di chuyển giữa hai lỏi biến thế, (2) gắn với chốt dò hình qua hệ thống đòn bẩy

- w1, w2: cuộn sơ cấp; w3, w4: cuộn thứ cấp, cuộn sơ cấp nối tiếp nhau chịu tác dụng của dòng điện xoay chiều

- Khi (1) nằm giữa (2) điện áp đầu ra của cuộn thứ cấp bằng không, khi (1) nằm lệch, đầu ra cuộn thứ cấp có điện, điện áp này tỉ lệ thuận với độ lệch

- Điện áp và độ lệch pha cuộn thứ

là tín hiệu biến đổi liên tục, qua hệ khuếch đại làm thay đổi chiều quay và tốc độ quay của động cơ, thực hiện

chuyển động chép hình

+ Ưu điểm: quán tính bé, hoạt động nhanh, không có khe hở giữa các khâu truyền động, độ bền tốt, độ chính xác gia công cao

H IX.3 Hệ thống chép hình theo đầu dò

H IX4 sơ đồ tín hiệu đầu dò bằng điện

- Ngày nay hệ thống chép hình thủy lực được phổ cập cho nhiều loại máy tự động, nửa tự động v…v., nhằm nâng cao năng suất những máy tự động có sẳn

- Các phương án đơn giản dùng trong

máy phay chép hình,

- (hình: a), 1- đầu dao, 2- ống dẩn phải,

3- đầu dò, 4- van trượt; 5,6,7: các cửa van điều khiển, 8- lo xo đẩy, 9- ống dẩn trái

- Vị trí 6 cân bằng, vị trí 5, và 7 là 2 vị trí không cân bằng, van trược (4) di chuyển sang phải để điều khiển xi lanh

- Hình b): van chỉ phan phối buồng bên trái của xi lanh, dầu theo (4) và (5) vào xilanh (6), lượng di động xi lanh (6), tùy thuộc vào cửa (3)

- Hình c): van trượt chỉ có một mép công tác

- Dầu theo ống (3) và van tiết lưu (4) vào hai bên xi lanh

- Khi van trượt xê dịch sang trái (2) không thông với (1), áp suất bên trái tăng, đẩy xi lanh về bên phải

- Khi van trượt xê dịch sang phải, (1) thông với (2) xi lanh di chuyển sang trái

áp suất buồng trái giảm xuống, đến một mức nào đó, van trượt đứng yên, nên

xi lanh không xê dịch,

 Hệ thống chép hình dò ảnh:

-Hình mẫu là bản vẽ chi tiết cần chế tạo

-Độ chính xác gia công phụ thuộc vào độ chính xác của nét

vẽ ( độ chính xác trên bản vẽ gấp 10 lần chi tiết gia công)

-Nguyên lý chép hình dò ảnh: (Hình a:)

(1)nguồn sáng, (2)hệ thống kính, (3)lăng kính ( hội tụ thành

chùm sáng trên nét vẽ chi tiết gia công,(4) hình vẽ: phản chiếu

qua mặt parabol,(5) gương soi:,(6) tế bào quang điện, (tín hiệu

do tế bào quang điện tạo ra phụ thuộc vào độ sáng phản chiếu từ

nét vẽ)

- Nếu nét vẽ có độ sáng cân bằng: (hình b, (nửa sáng và tối bằng

nhau thì trị số cường độ dòng điện của tế bào quang điện cân

bằng)

-Nếu nét vẽ bị lệch: tín hiệu dò hình sẽ giảm hoặc tăng

 Tín hiệu này được khuếch đại và đưa vào điều khiển

chuyển động dò hình của bàn máy, sao cho tín hiệu luôn cân bằng

 Về nguyên lý: có thể đảm bảo tốt chuyển động dò hình

* Nhược điểm: - Độ chính xác không cao

-Khó khăn trong việc tạo bản vẽ

 Nên ít được phát triển và dùng rộng rãi

- Trục phân phối bao gồm nhiều cam ghép chung trên một trục, chuyển động của trục có thể điều khiển mọi chuyển động phức tạp của chu kì gia công, theo qui luật cho trước, trên trục có

các loại cam:

(Hình bên): 1- cam đĩa, 2- cam thùng,

H IX.5 Hễ thống chép hình thủy lực

H IX.6 Hệ thống đầu dò không tiếp xúc

3 –cam mặt đầu, 4- cam vấu….

- Trong một chu kì hoạt động của máy có 3 loại chuyển động chuyển động làm việc, chuyển động chạy không và chuyển độngđiều khiển

- Trục phân phối quay 1 vòng tương ứng với 1 chu kỳ gia công,

- Chuyển động chậm để làm việc

- Chuyển động nhanh để chạy không và điều khiển

- Mỗi máy chỉ có một trục phân phối, trường hợp gia công phức tạp trên máy

có thể có nhiều trục phân phối, hoạt động độc lập nhau

- Ngồi trục phân phối, còn có trục phụ: trục phụ thực hiện 2 chuyển động, chuyển động chạy không và điều khiển

- Hệ thống điều khiển bằng trục phân phối được ứng dụng trong các lĩnh vực: cắt kim loại, rèn dập, hàn, in, chế biến thực phẩm…

Máy tự động khác với máy thường ở chỗ các chuyển động chạy không được thực hiện chính xác trong chu kỳ tự động Thực hiện các chuyển động chạy không

ấy như thế nào là một điều quan trọng, vì tốc độ chạy không có liên quan chặt chẽ đến vấn đề năng suất, quy trình công nghệ, độ bền của máy … Máy tự động khác nhau trước hết là ở chỗ này Cho nên phân nhóm máy tự động phại dựa vào nguyên tắc thực hiện chuyển động chạy không

Trên quan điểm ấy có thể chia các máy tự động điều khiển bằng trục phân phối thành ba nhóm cơ bản Chỗ khác nhau chủ yếu giữa chúng thể hiện trong tính chất hoạt động của trục phân phối

III 1 Máy tự động nhóm 1:

Nhóm này gồm có một số máy tự động cắt kim loại một trục chính để gia công những chi tiết không phức tạp và máy tự động các ngành khác như thực phẩm, dệt, hóa chất, in, nông nghiệp, v,v …

Đặc điểm thứ nhất của nhóm máy này là trong chu kỳ gia công một sản phẩm trục phân phối PP quay với tốc độ không đổi để thực hiện chuyển động làm việc, chuyển động chạy không và chuyển động điều khiển Khi gia công sản phẩm khác, thời gian chu kỳ và tốc độ trục phân phối có thể khác với trước, nhưng trong chu kỳ mới này tốc độ quay của trục phân phối vẫn không đổi Thay đổi tốc độ trục phân phối khi gia công sản phẩm khác nhau nhờ cơ cấu điều chỉnh Y

Chú ý là xích truyền động từ động cơ đến trục PP có thể thiết kế độc lập qua

cơ cấu điều chỉnh Y hay thiết kế nối tiếp một phần với xích trục chính qua hai cơ cấu điều chỉnh X và Y Về phương tiện sử dụng máy, để dễ điều chỉnh và điều chỉnh chính xác nhằm đạt năng suất cao, nên làm xích truyền động cho trục PP với cơ cấu điều chỉnh độc lập thì tốt hơn

Đặc điểm thứ hai của nhóm máy này là khi gia công sản phẩm khác nhau, những cam thực hiện các chuyển động chạy không (lắp trên trục phân phối) đòi hỏi trục PP phải quay những góc khác nhau, nhưng cố định : 1 , 2 , 3 , … (hình 3.13a)

; cho nên tổng số của chúng cũng cố định

H IX.7.Hệ thống điều khiển bằng trục phân phối

 1 = 2 + 2 + 3 + … = I = const

Trong khi đó các cam thực hiện chuyển động làm việc đòi hỏi trục phân phối quay những góc khác nhau, không cố định , 1 , 2 , 3 , … tùy theo tính chất gia công của mỗi sản phẩm, nhưng tổng số của chúng luôn luôn không đổi vì :

 = 1 + 2 + 3 + …  1 = 2 -  1 = 2  - I = const

Từ đặc điểm trên thấy rằng tổng số thời gian chạy không tckI tỷ lệ với thời gian chu kỳ T

tckI = T





2

Khi thay đổi sản phẩm gia công, T sẽ khác nhau, nên thời gian chạy không

tckI cũng khác nhau : tckI ≠ const

Mặt khác, trong mỗi chu kỳ tỷ số giữa tlv và tckI không đổi

I lv

ckI

t

t

















2 Trong công thức (3.3), thay tlv =

K

1

vào ta có :

tckI = (2 I)

I



 Theo công thức (1.13), chương I, có thể tính năng suất của máy nhóm I(1)

I I

ckI

K K

K K

K t

K

K

















2 1 ( ) 2

( 1

1

1

(3.5)

Như vậy năng suất QI của nhóm máy I bằng tích số năng suất công nghệ K

và hệ số năng suất 

Vì I = const nên I = 1 -





2 = const Khi gia công sản phẩm khác nhau, hệ số năng suất I không thay đổi, và năng suất QI của máy nhóm I tỷ lệ với năng suất công nghệ K của máy (hình 3.14b)

X A

`Y B

TC PP







H IX 8 Sơ đồ kết cáu động học MTĐ nhóm I

H IX.9.Đồ thị năng suất MTĐ nhóm I

Chú ý rằng, trong thực tế, năng suất công nghệ K nằm trong giới hạn nào đó : Kmin < K < Kmax

tx

T

Qx

K

T min T max

Q max

Q min

K min K max

Nếu K < Kmin tức là năng suất công nghệ hay năng suất nói chung quá thấp, sử dụng máy tự động như vậy không hợp lý

Nếu K > Kmax , tức là năng suất quá cao, thời gian làm việc và thời gian chạy không (tỷ lệ với tlv) quá ngắn (tlv <

max

1

K ), các bộ phận trong máy chuyển động quá nhanh, tải trọng động quá lớn, độ cứng vững và độ bền của máy có thể không đủ, máy hỏng

Vì thế, năng suất QI của máy cũng nằm trong phạm vi Qmin - Qmax nào đó (hình 3.14b), tương ứng với Kmin - Kmax

Nhược điểm chủ yếu của nhóm máy này la thời gian chạy không tckI tỷ lệ thuận với thời gian chu kỳ T Khi gia công chi tiết phức tạp tckI tăng đồi thời với T và đạt đến những trị số lớn quá mức cần thiết, không kinh tế

Vì lẽ ấy máy tự động thuộc nhóm I chỉ để gia công những chi tiết đơn giản,

có T bé

III 2 Máy tiện tự động nhóm 2:

Nhóm này gồm đa số máy tự động và một số máy nửa tự động cắt kim loại một và nhiều trục chính để gia công các chi tiết phức tạp

Đặc điểm của máy nhóm II là trong chu kỳ gia công một sản phẩm, trục phân phối không quay với tốc độ cố định (như ở nhóm I), mà với hai tốc độ khác

PP

TC B

Y A X

H IX.10 Sơ đồ kết cấu động học MTĐ nhónII

nhau : quay chậm khi thực hiện chuyển động làm việc, quay nhanh khi thực hiển chuyển động chạy không

Vì thế, từ động cơ đến trục phân phối có 2 xích truyền động : xích chạy chậm và xích chạy nhanh Xích chạy chậm có cơ cấu điều chỉnh Y để thay đổi tốc

độ trục phân phối PP khi gia công sản phẩm khác nhau Xích chạy nhanh không cần

cơ cấu điều chỉnh vì tốc độ quay nhanh của trục phân phối là cố định mặc dù đối tượng gia công thay đổi, cho nên tckII = const

Để dễ so sánh với nhóm máy I, cần nói rõ thêm rằng, tổng số các góc quay

 cho các chuyển động làm việc và  cho các chuyển động chạy không của trục phân phối ở đây cũng là cố định, nhưng tốc độ quay các góc ấy không giống nhau như trong nhóm I Nhờ vậy mới có thể khống chế thời gian chạy không trong phạm vi hợp lý nhất : gia công sản phẩm đơn giản hay phức tạp, tổn thất chạy không trong nhóm II như nhau Do tải trọng động quyết định, nên không thể rút ngắn quá mức thời gian chạy không được

Năng suất của máy nhóm II : áp dụng phương pháp chứng minh ở phần

Q I, với điều kiện tckII = const , tlv =

K

1

và không kể các tổn thất ngồi chu

kỳ, ta có công thức :

ckII ckII

lv

K Kt

K t

t

1 1

1











Năng suất ở đây cũng bằng tích số năng suất công nghệ K với hệ số năng suất II

Tuy tckII = const, nhưng :

Kt ckII

1

1

const

Là vì II có chứa K, mà như đã biết, khi thay đổi sản phẩm

K =

lv

t

1

cũng thay đổi

Chú ý rằng trong nhóm máy I, I = const.

0 0

K max

K min K



K

Q

H IX.11 Đồ thị năngsuất máy nhóm II

Hình trên biểu diễn mối quan hệ giữa II và K

Trị số II nằm trong giới hạn tương ứng với Kmin < K < Kmax

Nếu K < Kmin thì tăng năng suất của máy QII quá thấp mặc dù II lớn, sử dụng máy tự động như vậy không hợp lý

Nếu K > Kmax thì năng suất của máy QII cũng thấp tuy rằng năng suất công nghệ K cao, vì hệ số II lại quá bé, hạn chế năng suất sử dụng máy tự động

Trong máy nhóm II, quan hệ giữa năng suất QII và năng suất công nghệ K là một đường cong, không phải là một đường thẳng như ở nhóm máy I

So với máy nhóm I, máy tự động nhóm II có cơ cấu truyền động phức tạp hơn, nhưng hạn chế được nhiều tổn thất chạy không khi gia công chi tiết phức tạp

III 3 Máy tiện tự động nhóm 3:

3.2.3 Máy tự động nhóm III

Nhóm này chủ yếu gồm những máy tự động không đổi (như ở nhóm máy I) trong chu kỳ gia công một sản phẩm để thực hiện tất cả các chuyển động làm việc và phần lớn những chuyển động chạy không Ngồi ra, trên trục phân phối còn có những cam điều khiển khác để đóng mở một số cơ cấu đặc biệt trong máy Nhờ có trục phân phối những cơ cấu này thực hiện những chuyển động chạy không còn lại như kẹp phôi, mở phôi, phóng phôi, quay đầu revônve, … Cơ cấu điều chỉnh Y để thay đổi tốc độ trục phân phối khi gia công các sản phẩm khác nhau Trục phân phối phụ quay với tốc độ nhanh và không đổi khi gia công sản phẩm khác nhau (như ở nhóm máy II) để điều khiển những cơ cấu đặc biệt trong máy Xích trục phân phối phụ không có cơ cấu điều chỉnh tốc độ

Như thế nhóm máy III là nhóm máy mà các chuyển động chạy không của chúng được thực hiện theo hai cách : cách trục phân phối quay chậm và đều như trong máy nhóm I và cách treục phân phối (phụ) quay nhanh như trong nhóm máy II Vì lẽ đó, nhóm máy III được xem là nhóm máy trung gian của hai nhóm trên

Cho nên thời gian chu kỳ gia công T một sản phẩm bằng :

T = tlv + tckI + tckII

X A Y B

TC PP PPP

H IX.12 Sơ đồ kết cấu động học MTĐ nhóm III