Đồ án Máy công cụ thiết Máy Khoan đứng dựa trên cơ sở máy khoan k135

Đồ án Máy công cụ thiết Máy Khoan đứng dựa trên cơ sở máy khoan k135. Máy công cụ đã có lịch sử phát triển từ lâu đời, nhưng mãi đến thế kỷ 18 mới có thể nói máy cắt kim loại đã ra đời. Những máy công cụ này chủ yếu dùng để gia công lổ. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, máy công cụ đã có những bước phát triển lớn đáp ứng được yêu cầu của sản xuất. Máy công cụ là thiết bị cơ bản để tạo nên các máy móc và dụng cụ của các ngành kinh tế khác nhau. Do đó mỗi quốc gia đều có chính sách nhằm phát triển về số lượng và chất lượng của máy cắt kim loại và cũng chính loại trang thiết bị kỹ thuật này được coi là một yếu tố đặc trưng cho trình độ sản xuất, trình độ phát triển của mổi nước. Máy khoan là máy cắt kim loại chủ yếu dùng để gia công lỗ. Ngoài ra, nó còn dùng để khoét, doa, cắt ren bằng tarô, hoặc gia công những bề mặt có tiết diện nhỏ, thẳng góc hoặc cùng chiều trục với lổ khoa. Tuỳ theo kích thước và phương pháp điều chỉnh mũi khoan đến vị trí gia công, máy khoan có thể phân thành các loại sau: máy khoan bàn, máy khoan đứng, máy khoan cần, máy khoa nhiều trục, máy khoan chuyên dùng . Việc thiết kế một cái máy khoan đứng là một quá trình rất phức tạp đòi hỏi người thiết kế phải vận dụng những kiến thức đã học để tính toán các thông số của máy , tìm phương án tối ưu trong việc thiết kế, chế tạo sao cho đảm bảo tính năng hoạt động và hiệu quả kinh tế của máy .

LỜI MỞ ĐẦU

Kính thưa thầy giáo

Máy công cụ đã có lịch sử phát triển từ lâu đời, nhưng mãi đến thế kỷ 18 mới có thểnói máy cắt kim loại đã ra đời Những máy công cụ này chủ yếu dùng để gia công lổ Cùngvới sự phát triển của khoa học kỹ thuật, máy công cụ đã có những bước phát triển lớn đápứng được yêu cầu của sản xuất

Máy công cụ là thiết bị cơ bản để tạo nên các máy móc và dụng cụ của các ngành kinh

tế khác nhau Do đó mỗi quốc gia đều có chính sách nhằm phát triển về số lượng và chấtlượng của máy cắt kim loại và cũng chính loại trang thiết bị kỹ thuật này được coi là mộtyếu tố đặc trưng cho trình độ sản xuất, trình độ phát triển của mổi nước

Máy khoan là máy cắt kim loại chủ yếu dùng để gia công lỗ Ngoài ra, nó còn dùng đểkhoét, doa, cắt ren bằng tarô, hoặc gia công những bề mặt có tiết diện nhỏ, thẳng góc hoặccùng chiều trục với lổ khoa Tuỳ theo kích thước và phương pháp điều chỉnh mũi khoanđến vị trí gia công, máy khoan có thể phân thành các loại sau: máy khoan bàn, máy khoanđứng, máy khoan cần, máy khoa nhiều trục, máy khoan chuyên dùng

Việc thiết kế một cái máy khoan đứng là một quá trình rất phức tạp đòi hỏi người thiết

kế phải vận dụng những kiến thức đã học để tính toán các thông số của máy , tìm phương

án tối ưu trong việc thiết kế, chế tạo sao cho đảm bảo tính năng hoạt động và hiệu quảkinh tế của máy

Sau một thời gian tìm tòi học hỏi và sự làm việc tận lực của cá nhân cùng với sự chỉ

bảo tận tình của thầy PGS.TS Trần Xuân Tùy và các thầy cô bộ trong bộ môn đã giúp

cho em hoàn thành đồ án này Do kiến thức và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏinhững sai sót trong quá trình tính toán thiết kế Kính mong thầy cô chỉ dẫn thêm cho em

để rút kinh nghiệm cho đồ án tiếp theo được tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Trần Xuân Tùy và các thầy cô bộ môn đã

tận tình hướng dẫn chỉ bảo cho em hoàn thành đồ án này

Đà Nẵng, ngày 10 / 11 / 2019

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thừa Hưng

THIẾT KẾ MÁY KHOAN ĐỨNG DỰA TRÊN CƠ SỞ

MÁY KHOAN K135

CHƯƠNG 1 : PHÂN TÍCH MÁY TƯƠNG TỰ

1.1 Tính năng kỹ thuật của máy : Máy K135 với các thông số như sau

Đặc tính kỹ thuật Máy khoan K135

Khoảng cách từ đường trục tâm chính tới trụ (mm) 300

Khoảng cách lớn nhất từ mút trục chính tới bàn máy (mm) 750

Kích thước bề mặt làm việc bàn máy (mm x mm) 450x500

Độ côn trục chính

Mooc N

4

Kích thước của máy :

hoặc cùng chiều trục với lỗ khoan Tùy theo kích thước và phương pháp điều chỉnh mũi khoan đến vị trí gia công, máy khoan có thể phân thành các loại sau: máy khoan đứng, máy khoan cần, máy khoan nhiều trục, máy khoan chuyên dùng vv

-Nhận xét chung về máy:

* Ưu điểm của máy : Độ cứng vững cao hơn các máy khoan đứng nhỏ hơn cũng như máy khoan cần do đó lỗ có độ chính xác cao hơn các máy này Có thể điều chỉnh tốc độ chạy dao tự động hoặc bằng tay Gá đặt chi tiết gia công đơn giản

* Nhược điểm của máy : Độ chính xác của lỗ không cao do ảnh hưởng từ kết cấu mũi khoan chưa hoàn thiện cũng như độ cứng vững của mũi khoan Không khoan được các lỗtheo chu vi tròn như máy khoan cần trong một lần gá đặt

+ Pmax của cơ cấu chạy dao: 15700 (N)

+ Công suất của động cơ chính: 6 Kw

+ Phạm vi bước tiến dao: 0,1 ÷ 1,4 (mm/vong)

+ Lực chạy cho > 1500 kg

- Sơ đồ động máy K135 được trình bày trên hình (Hình 1.1) sau:

Hình 1.1 Sơ đồ động toàn máy của máy khoan K135

1 Phân tích hộp tốc độ:

∗ Xác định hệ số công bội ϕv của hộp tốc đô :

Từ các số liệu ban đầu về tính năng kỹ thuật của máy ta có:

200011 11

min

n n

Tra chuổi giá trị ϕ tiêu chuẩn ta có: ϕv = 1,41

∗ Xác định các tỷ số truyền in của hộp tốc độ:

Theo sơ đồ động ta có phương án không gian (PAKG) là: 2 x 3 x 2

Giả sử ta chọn phương án thứ tự (PATT) là: II - I - III

Ta có chuổi số vòng quay trục chính như sau:

6 3 1 0

1 n i i i

n = n7 =n0.i1.i3.i7

6 4 1 0

2 n i.i i

n = n8 =n0.i1.i4.i7

6 5 1 0

3 n i i i

n = n9 =n0.i1.i5.i7

6 3 2 0

4 n i i i

n = n10 =n0.i2.i3.i7

6 4 2 0

5 n i i i

n = n11 =n0.i2.i4.i7

6 5 2 0

6 n i i i

n = n12 =n0.i2.i5.i7

Để xác dịnh mối quan hệ giữa các tỷ số truyền trong các nhóm truyền ta chia từng

vế của những số vòng quay tương ứng như sau:

2 1 4

20

=

=

So sánh với (1) ta được : i1 = 0.5; i2 = 1,4 thỏa mãn

Mối quan hê tỉ số truyền trong nhóm 2:

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3

Từ sơ đồ động ta có giá trị của tỷ số truyền nhóm 2:

Mối quan hệ tỷ số truyền nhóm 3:

So sánh với (3) trị số trên ta thấy các giá trị i6, i7 là thỏa mãn

Vậy giả thiết ban đầu chọn phương án thứ tự trên là đúng

∗ Phương án bố trí của hộp tốc đô :

7 8 9 10 11 12

PATT II-I-III

3 1 II

+ Các tia nghiêng sang phải biểu diễn tỉ số truyền i > 1

+ Các tia nghiêng sang trái biểu diễn tỷ số truyền i < 1

+ Các tia thẳng đứng biểu diễn tỷ số truyền i = 1

+ Các tia song song có giá trị như nhau

Tỉ số truyền i phải thoả mãn điều kiện:

Suy ra: iđ = 1440.0,985 0,7

995

â

dc n n

n

.

Vậy đường kính bánh đai nhỏ và lớn là: d = 140 (mm); D = 200 (mm)

Số nhóm truyền của hộp tốc đô: x = 3

Số trục của hộp tốc đô: Str = x + 1 = 4

Số bánh răng cả hộp: Sz = 2

14)313(21

=++

- Lượng chạy dao nhỏ nhất smin= 0,1 (mm/vòng)

- Lượng chạy dao lớn nhất smax = 1,4 (mm/vòng)

=> công bội :

3 , 1 1 , 0

4 , 1

Hình 1.4 lưới kết cấu hộp chạy dao

- Nhận xét về lưới kết cấu:

+Ưu điểm:

Lưới là một hình rẻ quạt đều như vậy :

• Số vòng quay giảm dần từ trục (1) đến trục (3) và ở miền có số vòng quay cao số lượng bánh răng làm việc nhiều hơn và điều này làm cho kích thước của các bánhrăng làm việc nhỏ gọn hơn do mômen xoắn bé

• Lượng mở giửa các tia của nhóm truyền bánh răng là thay đổi từ từ, các tỉ số truyền bố trí giảm từ từ, đây là điều kiện làm việc tốt nhất cho các bánh răng làm cho tuổi thọ của bánh răng và do đó tuổi thọ của hộp tốc độ cao

+ Nhược điểm :

Về mặt động học ta thấy đây là một lưới kết cấu tốt nhất

Xây dựng lưới đồ thị vòng quay của hộp chạy dao:

Từ những phân tích máy chuẩn ở chương I, tương tự việc xây dựng lưới đồ thị vòng quay hộp tốc độ của hộp chạy dao, ta xây dựng lưới đồ thị vọng quay của hộp chay dao như sau:

Hình 1.5 Lưới đồ thị vòng quay hộp chạy dao

8 7 6 5 4 3

1

PATT I-II

1 3

Về mặt động học ta thấy đây là một đồ thị số vòng quay tốt

Theo máy chuẩn thì hộp chạy dao dùng cơ cấu then kéo với một cặp bánh răng dùng chung Như vậy trong 12 cấp tốc độ trên thì sẽ có một cặp tốc độ trùng nhau

1.4 Phân tích kết cấu máy :

Để tạo nên các bề mặt gia công cần có các chuyển động tạo hình:

+ Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của dao

+ Chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến do dao thực hiện

Ngoài ra còn có chuyển động phụ là chuyển động tịnh tiến của bàn máy nhờ cơ cấutrục vitme

Như vậy để thiết kế máy khoan ta cần tạo ra chuyển động quay tròn của trục chính

(trục gá dao) và chuyển động lên xuống của trục dao tạo ra chiều sâu cắt Ngoài ra cần tạo

ra chuyển động tịnh tiến lên xuống của bàn gá phôi để tạo điều kiện cho dao thực hiện

các khả năng công nghệ đúng yêu cầu Để thực hiện các chuyển động ấy ta phải thiết kếmột xích tốc độ để tạo ra nhiều cấp tốc độ khác nhau cho trục chính và cho xích chạy dao

Sơ đồ kết cấu động học:

ĐCS

V

34

7

8910

34

5678

34

56789

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY

2.1 Tính toán và lựa chọn tính năng kỹ thuật :

- Số cấp tốc độ Z : Z = lnϕ

ln R

+ 1Với nmax= 2000 (vg/ph) ; nmin= 42 (vg/ph) ; Z = 12

* Máy ta cần thiết kế có đặc tính như sau:

- Số vòng quay nhỏ nhất của trục chính nmin= 42,5(vg/ph)

- Số vòng quay lớn nhất của trục chính nmax= 1900 (vg/ph)

- Số cấp tốc độ Z = 12

- Lượng mở

41 , 1

=

ϕ

.Với hộp chạy dao:

* Với máy chuẩn :

- Phạm vi bước tiến Z = 11

- Lượng chạy dao nhỏ nhất smin= 0,1 (mm/vg)

- Lượng chạy dao lớn nhất smax = 1,4 (mm/vg)

=> công bội :

3 , 1 1 , 0

4 , 1

- Lượng chạy dao nhỏ nhất smin= 0,1 (mm/vg)

- Lượng chạy dao lớn nhất smax = 1 (mm/vg)

=> công bội :

26 , 1 1 , 0

2.2.1 Thiết kế phương án không gian (PAKG) :

* Tính số nhóm truyền tối thiểu :

Gọi x là số nhóm truyền tối thiểu ta có :

Với b là bề rộng bánh răng còn f là bề rộng các khe hở , do các trục bánh răng bố trí

song song nhau nên cả ba phương án điều có kích thước hộp tốc độ như nhau

- Số lượng bánh răng trên trục cuối :

Hộp tốc độ có 3 nhóm truyền do đó có 3! = 6 Phương án thứ tự ( PATT) như sau :

- Phương án thứ tự : (I) (II) (III)

- Phương án thứ tự : (I) (III) (II)

- Phương án thứ tự : (II) (III) (I)

- Phương án thứ tự : (II) (I) (III)

- Phương án thứ tự : (III) (I) (II)

- Phương án thứ tự : (III) (II) (I)

- Phương án thứ tự : (I) (III) (II)

(1) đến trục (4) ,các tý số truyền bố trí giảm từ từ nên các trục trung gian có số vòng quaytới hạn cao ,kích thước sẽ nhỏ , hộp tốc độ bố trí gọn Số bánh răng làm việc ở các trục có

số vòng quay cao nhiều hơn nên kích thước nhỏ hơn

2.2.3 Chọn tỉ số truyền và vẽ lưới đồ thị số vòng quay :

- Khi tăng hay giảm tốc qua nhiều trục trung gian , nên chọn tỉ số truyền tăng hay giảm

từ từ

- Chọn tỉ số truyền sao cho số vòng quay tới hạn của trục trung gian càng lớn càng tốt Vì mômen xoắn tỉ lệ nghịch với số vòng quay , nên khi số vòng quay càng cao thì kích thước của các chi tiết máy sẽ nhỏ

- Các tỉ số truyền nên nằm trong giới hạn cho phép ,và nên chọn theo trị số tiêu chuẩn của dãy số Renard 40 , tức là :

Trên cơ sở lưới kết cấu đã được chọn và những phân tích trên ,ta vẽ đồ thị số vòng quay

để thể hiện mối quan hệ của số vòng quay với những trị số thực của tỉ số truyền Ở đồ thị này vòng quay và tỉ số truyền đều có giá trị thực

Với ϕ

= 1,41 và nmin= 42,5 ta có thông số của chuỗi tốc độ của trục chính là

(vg/ph ):42,5 – 60 – 85 – 118 – 170 – 235 – 335 – 475 – 670 – 950 – 1320 – 1900

Tốc độ n1 lớn gần bằng tốc độ của động cơ điện để puly của bánh đai nhỏ lại đảm bảo bộ

truyền bánh đai làm việc tốt Như vậy ta chọn n1 = 950(vg/ph)

Ta có đồ thì số vòng quay như sau :

5 , 42

i

2 950

1 ≤i≤

2.2.4 Tính toán số răng của bánh răng :

* Phân tích và tính toán số răng của các bánh răng :

Với khoảng cách trục chưa biết ta có :

A =

Z m Z

Z m Z

Z

2

1

) (

2

1 ) (

Với A là khoảng cách trục , m là môdul , Zi là số răng trên bánh chủ động và Z

'

i

là số răng trên bánh bị động

Đặt

}

Z Z

Z g

f

Z

Z

i i i

i i

f

i i

i ∑+

=

E K g f

f

i i

i

Z g f

g

i i

i ∑+

=

min.E Z K g f

g

i i

K f

g f E

K g

g f E

- Tỉ số truyền :

Dựa vào đồ thị số vòng quay ta tính được :

=> f1 + g1 = 1+ 1 =2

+ i2= 2

27

541

Dựa vào đồ thị số vòng quay ta thấy đường nghiêng trái của tỉ số truyền i3 là lớn nhất do

đó bánh răng có số răng nhỏ nhất Z3 là bánh răng chủ động

E

17 min

K f

g f E

3

= 4,25 => E = 5

Z3 =

20 5 12 3

Z2=

25 5 12 12

Z1= Z

'

1 =

30 5 12 2

5+g =

f

K f

g f E

=> E = 2

Z5=

18 2 34 34

Z4= Z

'

4 =

34 2 34 2

61

7 +g =

f

=> Bội số chung nhỏ nhất là K = 15

- Số răng :

Dựa vào đồ thị số vòng quay thì tỉ số truyền i7có đường nghiêng trái là lớn nhất điều đó

có nghĩa là bánh răng có số răng nhỏ Z7là bánh chủ động

E

17 min

K f

g f E

=> E = 6

Z7=

18 6 15 5

Z6=

60 6 15 3

Z

20

3 =

Z

40'3=

18 50

18 40

20 950

.

.

' '

Z

Z Z

Z Z

Z n i i i n

n

(vg/ph)

+

07 , 61 72

18 50

18 35

25 950

.

.

' '

Z

Z Z

Z Z

Z n i i i n

n

+

5 , 85 72

18 50

18 30

30 950

.

.

' '

Z

Z Z

Z Z

Z n i i i n

n

+

75 , 118 72

18 34

34 40

20 950

.

.

' '

Z

Z Z

Z Z

Z n i i i n

n

+

64 , 169 72

18 34

34 35

25 950

.

.

' '

Z

Z Z

Z Z

Z n i i i n

n

+

5 , 237 72

18 34

34 30

30 950

.

.

' '

Z

Z Z

Z Z

Z n i i i n

n

+

342 30

60 50

18 40

20 950

.

.

' '

Z

Z Z

Z Z

Z n i i i n

n

+

57 , 488 30

60 50

18 35

25 950

.

.

' '

Z

Z Z

Z Z

Z n i i i n

n

+

684 30

60 50

18 30

30 950

.

.

' '

Z

Z Z

Z Z

Z n i i i n

n

+

950 30

60 34

34 40

20 950

.

.

' '

Z

Z Z

Z Z

Z n i i i n n

+

14 , 1357 30

60 34

34 35

25 950

.

.

' '

Z

Z Z

Z Z

Z n i i i n n

+

1900 30

60 34

34 30

30 950

.

.

' '

Z

Z Z

Z Z

Z n i i i n n

- Sai số vòng quay :

Sai số vòng quay được tính theo công thức :

%100

tc

tc tt n

là số vòng quay tiêu chuẩn ( vg/ph) Từ đó

ta lập được bảng sai số vòng quay như sau :

n

∆ 0,58 1,75 0,58 -1,3 -0,21 1,05 2,05 2,78 2,05 0 2,74 0

± ϕ

=

1 , 4 ) 1 41 , 1 (

±

%[%]

n

∆

lg(n) n12

n11 n10 n9 n8 n7 n6 n5 n4 n3 n2

Trên đồ thị ta thấy sai số vòng quay hoàn toàn ở trong giới hạn của sai số cho phép Do

đó giá trị các số răng ta tính được ở trên là hợp lý

*Sơ đồ động hộp tốc độ:

3 2 1

Z' 7 =72 Z' 6 =30

Z' 5 =50 Z' 4 =34

Z' 2 =35 Z' 1 =30

- Lượng chạy dao nhỏ nhất smin= 0,1 (vg/ph)

- Lượng chạy dao lớn nhất smax = 1 (vg/ph)

=> công bội :

26 , 1 1 , 0

2.3.1 Thiết kế phương án không gian (PAKG) :

Ta thiết kế với Z = 12 nhưng sẽ có một cặp lượng chạy dao trùng nhau

Với Z = 12 ta có các PAKG sau :

- Phương án 1 : 3 x 2 x 2

Với hộp chạy dao máy khoan thì để kết cấu hộp đơn giản nhất ta dùng cơ cấu then kéo

.Và với yêu cầu số bánh ren lắp kế tiếp nhau trên một trục không nên vượt quá 3÷

5 , hơn nữa theo kinh nghiệm thì then kéo lắp trên trục bị động sẽ lâu mòn hơn so với lắp trên trục chủ động Do đó phương án 5 là hợp lý nhất

2.3.2 Thiết kế phương án thứ tự ( PATT ) :

Với PAKG Z = 3 x 4 ta có 2! = 2 PATT , ta so sánh PATT tối ưu qua lưới kết cấu sau :

- PATT : (I) (II)

- PATT: (II) (I)

Ta chọn PATT (I) (II) do có lưới kết cấu đối xứng và tỉ số truyền thay đổi từ từ hơn

=> Biện pháp khắc phục là các bánh răng dùng chung làm bằng vật liệu tốt.

Để thỏa mãn điều kiện dùng chung ta tính các tỉ số truyền:

Trường hợp dùng 2 bánh răng dùng chung:

Bánh răng dùng chung phải nằm tốt nhất trong 2 tia 1 7

i i

và 3 6

i i

do đó:

7 1' Z

Z + = +

)

1 1 ( ' )

111

1

i

i i

i

+

+

=++

=> 1 6 6 6 3

6 3 7

.)

1).(

1(

)

1(

i i i i i

i i i

−

−++

+

=

Vì chuỗi n của trục 3 phân bố theo qui luật cấp số nhân, nên ta có:

12 2

12 3

2

1 :n :n : n = 1 :ϕ:ϕ : ϕ

n

Dựa vào hệ thống 12 phương trình số vòng quay ở trên, ta tính các tỉ số truyền trong từng

nhóm với công bội

26 , 1

i

315,0/

1 5 4

min =i = ϕ =

i

Các giá trị trên điều thỏa mãn điều kiện :

8 , 2 5

1 ≤i≤

Phạm vi điều chỉnh tỉ số truyền :

1435,6315,0

2min

Đồ thị số vòng quay như sau:

7 6

5 4

3 2

1

2.3.4 Tính toán bánh răng:

@Tính số bánh răng của nhóm truyền 1:

Dựa vào đồ thị số vòng quay ta có:

i1 =

1

1 2

1 26 , 1

1 1

31 26

, 1

1 1

i3 =

3

3 5

4 26 , 1

1 1

Vậy Eminc =

f k

Suy ra : ∑.Z = k E = 81 x 1 = 81

⇒ Z1 =

f g

f

1 1

f

2 2

f

3 3

Nên : Z7 = 54 ⇒Z’7 =

7

4 7

54 27 1,26

5 +Z =

Z

2 5

526,1

1' =

Z Z

⇒Z5 = 31; Z’5 = 50

Z4 + Z’4 = 81

5 4

426,1

1' =

Z Z

⇒Z4 = 19; Z’4 = 62Vậy số răng tính ra được là :

2.3.5 Tính toán lượng chạy dao:

Để chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và giảm tốc độ cao xuống thấp tanối hộp chạy dao với bộ truyền trục vít – bánh vít và bánh răng – thanh răng