BÀI BÁO CÁO THIẾT KẾ MÁY KHOAN TỰ ĐỘNG

Phân loại máy khoan Tùy theo kích thước và phương pháp điều chỉnh mũi khoan đến vị trí gia côngmáy khoan được phân thành các loại máy: máy khoan bàn, máy khoan đứng, máykhoan cần, máy kh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TIỂU LUẬN CUỐI KỲ

MÔN CÔNG NGHỆ THỦY LỰC – KHÍ NÉN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ

MÁY KHOAN

Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2021

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM VÀ Ý TƯỞNG THIẾT KẾ

1.1. Tổng quan về sản phẩm

1.1.1.Giới thiệu:

Máy khoan tự động là một trong rất nhiều loại máy khoan thông dụng khácđược sử dụng khá phổ biến hiện nay Đây là thiết bị hỗ trợ lao động vô cùng quantrọng và không thể thiếu thường dùng trong các công việc khoan lỗ trên các vật liệunhư sắt, thép, nhôm hoặc các vật liệu hỗn hợp khác, có thể ăn phôi một cách tự động

Máy khoan tự động dùng khí nén, còn hành trình gia công được điều khiển bởi

hệ thống khí nén Hệ thống khí nén vừa cung cấp phôi, cố định phôi, tiến hành khoan

và đưa thành phẩm vào hộp để vận chuyển

1.1.2. Công dụng máy khoan

Máy khoan là một trong những phương pháp phổ biến và cơ bản nhất để gia công

lỗ trên vật liệu đặc Ngoài ra nó còn dùng để khoét, doa, cắt ren, taro hoặc gia công các

bề mặt có tiết diện nhỏ thẳng góc hoặc cùng chiều trục với lỗ khoan

Hình 1: Phạm vi sử dụng của máy khoan

Chuyển động tạo hình của máy khoan là chuyển động chính quay tròn vàchuyển động chạy dao cả 2 chuyển động này đều do dao thực hiện

Khoan có thể gia công được các loại lỗ thông và không thông với đường kính từ0,25 80 mm; độ chính xác gia công thấp, chỉ đạt cấp 10, 11 (cao nhất chỉ là 7 đối vớikhoan nòng súng); độ nhám bề mặt Ra= 20 40 m Do vậy, khoan chỉ dùng để gia công

các lỗ bắt bulông, lỗ làm ren, các lỗ có yêu cầu không cao và nguyên công thô cho cácnguyên công tinh sau nó.

Kích thước lỗ gia công bằng phương pháp khoan phụ thuộc vào kích thước mũikhoan Đối với lỗ thông nhỏ, trung bình thường dùng mũi khoan ruột gà; lỗ lớn, chiềudày nhỏ và thông thì dùng mũi khoan vành; còn đối với lỗ sâu (1/d > 10 12) thì dùngmũi khoan nòng súng

1.1.3. Phân loại máy khoan

Tùy theo kích thước và phương pháp điều chỉnh mũi khoan đến vị trí gia côngmáy khoan được phân thành các loại máy: máy khoan bàn, máy khoan đứng, máykhoan cần, máy khoan nhiều trục, máy khoan chuyên dùng

a Máy khoan bàn: là loại máy khoan cỡ nhỏ dùng để gia công chi tiết cỡ nhỏ

với những lỗ khoan có đường kính không quá 16 mm Truyền động quay chính nhờpuli – đai truyền có nhiều bậc và thường cho tốc độ cao Loại máy thường được dùngrộng rãi trong cơ khí

Hình 2: Máy khoan bàn

b Máy khoan đứng:

Chuyển động và kết cấu của các máy khoan đứng khác nhau Phổ biến nhất làloại máy có trụ đứng Những cỡ máy nhỏ thì có chuyển động của trục chính đơn giản

và chạy dao bằng tay Ở những máy có kích thước trung bình hoặc lớn thì có hộp tốc

độ và chạy dao và thường có cơ cấu chạy dao tự động Máy khoan đứng dùng để giacông chi tiết có kích thước trung bình, những bộ phận chính của máy là than máy hộptốc độ hộp chạy dao và bản máy Máy khoan đứng có hộp tốc độ được cố định, hộp

chính thực hiện chuyển động chính quay và chuyển động chạy dao s Bàn máy có thểquay tròn hoặc di động thẳng đứng bằng tay

Nhược điểm của máy khoan đứng là phải luôn dịch chuyển chi tiết gia công ởnhững vị trí khoan khác nhau, đặc biệt khó khăn đối với chi tiết nặng

Hình 3: Máy khoan đứng

c Máy khoan cần:

Là loại máy khắc phục được nhược điểm của máy khoan đứng bằng cách gá chitiết đứng yên và trục chính di động được đến vị trí khoan thích hợp khi gia công Vìvậy máy khoan cần là loại máy điều khiển rất nhẹ nhàng, khả năng làm việc được mởrộng và gia công được những chi tiết lớn

Hình 4: Máy khoan cần

Chuyển động cơ bản của máy khoan cần gồm:

- Chuyển động tạo ra tốc độ cắt gọt n là chuyển động quay tròn của trục chính

- Chuyển động chạy dao s là chuyển động thẳng đứng của trục chính.

- Chuyển động điều chỉnh của cần khoan

- Chuyển động hướn kính của hộp tốc độ

Ngoài những chuyển động trên trong một số máy hộp tốc độ có thể quay mộtgóc nhất định cho phép gia công lỗ nghiêng

d Máy khoan nhiều trục

Máy khoan nhiều trục thường được dùng để hoàn thành những nguyên côngkhoan (khoan, khoét, doa, taro) đồng thời hoặc liên tiếp nhau trên 1 chi tiết Điều đónâng cao đáng kể năng suất của máy khoan

Hình 5: Máy khoan nhiều trục

Có 2 loại chính: máy khoan nhiều trục cố định và truy khoan nhiều trụccacđăng thay đổi

- Máy khoan trục cố định: bao gồm nhiều máy khoan nhỏ được lắp thành hàngvới nhau trên 1 bệ máy chung Mỗi trục chính của máy có 1 động cơ riêng để thực hiệnchuyển động Số trục có thể từ 2 - 6 và cho phép thực hiện nguyên công khác nhau vớidao cắt khác nhau

- Máy khoan nhiều trục cacđăng: đây là dạng máy khoan có dạng như máykhoan đứng nhưng ở đầu trục chính đặt nhiều trục khoan có lắp dao nối tiếp với trụcchính bằng các trục cacđăng Các trục khoan có thể điều chỉnh đến những vị trí khoanthích hợp và chúng có thể gia công tất cả các lỗ khoan

e Máy khoan chuyên dùng:

Máy điển hình là máy khoan tâm dùng để khoan lỗ tâm ở 2 đầu phôi hoặc máykhoan sâu dùng để gia công những lỗ có chiều dài quá lớn so với đường kính nhưkhoan lỗ trục chính khoan nòng súng

Các kích thước đặc trưng cho máy khoan chuyên dùng là đường kính lớn nhấtcủa mũi khoan độ côn móc của trục chính hoặc độ vươn dai của trục chính như ở máykhoan cần

Hình 6: Máy khoan lỗ sâu

1.2. Đặc tính của sản phẩm

Máy khoan động lực là một trợ thủ đắc lực của con người trong kỹ thuật khoa

lỗ, bắt vít trên nhiều chất liệu khác nhau Trên thị trường hiện nay, máy khoan độnglực hết sức đa dạng và phong phú mang nhiều tính ứng dụng rộng rãi Để có thể giúpbạn đọc có thể lựa chọn và sử dụng sản phẩm này an toàn nhất, Vật giá xin đưa ra một

số thông tin có thể tham khảo sau đây:

Cơ chế hoạt động:

Máy khoan động lực dựa trên nguyên lý mô men xoắn Với thiết kế đặc biệt,khi hoạt động máy khoan sẽ tạo một lực vuông góc với trục khoan Lực này giống khibạn dùng tô vít để vặn vít và cần sự trợ lực lên cờ lê xung để vặn vít

Hai cơ chế hoạt động chính: khoan xoay và khoan động lực Khoan xoay được sử dụngyêu cầu các mũi khoan mềm mượt, chính xác trong ngành cơ khí, nội thất, … Khoanđộng lực nhờ các bánh răng lệch tạo ra các mũi khoan va đập liên tục phù hợp khikhoan tường, bê tông, … trong các ngành xây dựng.

Giá trị lực tác động:

Để lựa chọn loại máy khoan phù hợp cần có cơ sở dựa trên giá trị lực tác động.Với cùng cách tác dụng lực như nhau nhưng máy khoan động lực tác dụng một lực lớnhơn hẳn so với các loại máy khoan thông thường Máy khoan thông thường thì sửdụng trong các ngành nội thất còn những máy khoan động lực thì sử dụng cho cácngành cơ khí nặng và xây dựng

Kích thước:

Tùy theo thương hiệu và dòng máy mà máy khoan động lực có những kích cỡ

đa dạng để khách hàng có thể lựa chọn tùy theo mục đích Tuy nhiên thì máy khoanđộng lực có thiết kế nhỏ gọn hơn hẳn so với máy khoan động lực thuận lợi cho việc sửdụng dễ dàng

Máy khoan bàn tự động vừa mang những đặc điểm của máy khoan thông thường vừamang những đặc điểm riêng của máy khoan tự động Cụ thể:

- Kiểu dáng thiết kế có hệ thống cấp phôi tự động và có mũi khoan hoạt độngtheo chu kỳ và sử dụng hệ thống điện khí nén và bộ phận cấp khí nén riêng

- Cho phép sử dụng hai chế độ vận hành được điều khiển trực tiếp từ Panel điềukhiển: điều khiển Bằng tay (Manual) và điều khiển Tự động (Automatic – Nútnhấn chạy 1 chu kỳ và/hoặc Công tắc điều khiển chạy liên tục nhiều chu kỳ)

- Có nút dừng khẩn cấp và khôi phục lại hệ thống điện khí nén khi quá trình vậnhành bị lỗi

- Áp lực khí nén cung cấp thông thường từ

- Tích hợp sẵn xi lanh khí nén trong khâu cấp phôi, cố định phôi, khoan khôi vàhoàn tất thành phẩm để vận chuyển

- Có sử dụng bộ đếm Counter và Timer trong hệ thống khí nén để có thể lựa chọnchu kỳ khoan phôi và tạo thời gian trễ cung cấp phôi

- Máy khoan tự động ứng dụng hiệu quả thanh trượt khi lắp đặt và vận hành, đemlại khả năng ăn phôi đều, chính xác, hiệu quả cao, các lỗ khoan cũng đạt độthẩm mỹ cao

- Thông qua ngưỡng hành trình, máy khoan tự động cho phép thiết lập trước độsâu cần khoan

1.3. Mục tiêu nghiên cứu

Mục đích của việc nghiên cứu đề tài là thiết kế được máy có chất lượng,năng suất cao nhưng giá thành thấp phục vụ trong nước và có thể xuất khẩu ra nướcngoài

1.4. Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu hệ thống điện khí nén, các cơ cấu chấp hành

- Tìm hiểu những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của bánh (nhiệt độ, thànhphần bột, nhân,…)

- Tìm hiểu cơ cấu cấp phôi tự động

- Tìm hiểu cấu tạo máy

1.5. Giới hạn vấn đề và phương pháp nghiên cứu

Với những loại máy khoan đã được liệt kê ở phần 1.1 nhóm đã quyết định chọnmáy khoan đứng gồm 4 xi – lanh làm đề tài nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu là tìm hiểu rõ nguyên lý hoạt động, phân tích cấu tạo

cơ khí, hệ thống mạch điện, hệ thống điểu khiển của máy khoan đứng

1.6. Tính mới và tính sáng tạo của dự án

Sự sáng tạo của nhóm trong đề tài này là máy khoan đứng được kết hợp thêmvới hệ thống khí nén được hoạt động tự động có thể sản xuất phôi với chu kỳ là 1 lần

và với chu kỳ N lần mà không cần tới thủ công Nhưng máy vẫn có sử dụng thủ côngcho từng giai đoạn trong một số trường hợp cần thiết

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

2.1.Nguyên lý thực hiện thủ công/máy hiện nay

Khi cấp nguồn cho động cơ, trục quay sẽ quay, và do đó ròng rọc bước gắn với

nó cũng quay theo Ở đầu kia, người ta gắn thêm một ròng rọc có bậc và chuyển độngngược chiều để tăng hoặc giảm tốc độ của chuyển động quay

Bây giờ, một dây đai chữ V được đặt ở giữa các puli bước để truyền lực Ở đây,đai chữ V được sử dụng thay vì đai dẹt, để tăng hiệu quả sử dụng điện

Bây giờ mũi khoan cũng quay được đặt trong mâm cặp và được kết nối với trụcchính Khi Pulleys quay, trục xoay cũng quay theo đó có thể xoay mũi khoan

Bây giờ, nhờ chuyển động quay của bánh xe quay tay, trục quay sẽ di chuyểnlên xuống theo phương thẳng đứng nhằm cung cấp lượng ăn cần thiết cho công việc vàmũi khoan này được sử dụng để tạo các lỗ trên linh kiện đặt trong máy gia công

Cơ chế truyền động của máy khoan

Cơ chế truyền động này dựa trên Cơ chế Rack và Pinion

Hình 7: Cơ cấu giá đỡ và bánh răng trong máy khoan

Khi quay tay quay, nó sẽ chuyển chuyển động quay sang chuyển động thẳngnhờ thanh răng và bánh răng

Thiết lập bao gồm Rack (có rãnh nhỏ), Pinion, Chuck và mũi khoan Mũi khoan

đã được đặt trong mâm cặp và mâm cặp được kết nối với giá và khi tay quay quay,Thanh răng được lắp vào các rãnh của Rack [thể hiện trong hình dưới đây] và do đó

chuyển động quay được chuyển thành chuyển động thẳng và vì cơ chế này đang chạybằng Rack và Pinion được gọi là cơ chế Rack và Pinion.

2.2.Các phương án đề xuất

Phương án đề xuất của nhóm là tích hợp khí nén vào máy khoan đứng để máy

có thể hoạt động tự động, sản xuất phôi với chu kỳ là 1 lần và với chu kỳ N lần màkhông cần tới thủ công

2.3.Xác định và phân tích nguyên lý được chọn

Phôi được các xylanh đẩy theo đường đi của rãnh

Bộ phận khoan có tích hợp xylanh đẩy trục chính xuống để mũi khoan khoan phôi.Motor có tác dụng tạo ra chuyển động xoay tròn cho mũi khoan

*4 Xylanh:

+Xylanh A: đẩy phôi từ nơi để phôi đầu vào xuống rãnh

+Xylanh B: đẩy phôi xuống vị trí để khoan đồng thời kẹp chặt 2 đầu của phôi

+Xylanh C: dùng để đẩy mũi khoan xuống để khoan lỗ phôi

+Xylanh D: Vừa có định phôi để khoan, đồng thời cũng đẩy phôi đã khoan xuống hộp đựng phôi

2.4.Phân tích các nguyên công thực hiện

Chuyển động của máy bao gồm các chuyển động chính:

Phôi có chiều rộng r = 40mm, dài l = 50mm, cao h = 20mm được đựng tronghộp đựng phôi, sau khi từ hệ thống cấp phôi gắn với xylanh A đẩy phôi từ hộp đựngvào rãnh sau đó được xylanh B đẩy tiếp trên rãnh dẫn phôi và cùng xylanh D, vách giữ

cố định phôi tại vị trí khoan

Chuyển động quay của mũi khoan và tịnh tiến của trục chính đưa mũi khoan lênxuống liên tục 3 lần ở giữa hành trình của xylanh C khi chạm công tắc S6 và S7 để cho

lỗ đạt được độ chính xác cao Trục chính nhận chuyển động quay từ motor và tịnh tiếnnhờ xylanh C Bấm nút khởi động trục chính vừa quay vừa chuyển động tịnh tiến lênxuống Trục chính được giới hạn hành trình và đảo chiều nhờ 3 công tắc hành trình S5,S6, S7

Công tắc S1: Khởi tạo hành trình cho xylanh A đẩy phôi vào rãnh Lúc này 1công tắc S2 được đặt ở cuối hành trình piston của xylanh A Khi piston duỗi ra hết thìchạm vào S2 lúc này đẩy phôi vào rãnh Đồng thời xylanh B đang ở công tắc S3 bắtđầu duỗi ra đẩy phôi theo rãnh dẫn phôi tới vị trí khoan (công tắc S4) và cùng giữ cốđịnh phôi với xylanh D để khoan

Công tắc S8: Sau khi khoan xong thì trục chính chạm vào công tắc S5 Xylanh

B bắt đầu co về và xylanh D ban đầu ở công tắc S8 bắt đầu duỗi ra chạm tới công tắcS9 đồng thời đẩy phôi xuống hộp đã đặt trước

2.5.Mô hình hóa và thiết kế hệ thống cơ khí:

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN

3.1. Tính toán xylanh A (đẩy ra)

Tải trọng đáp ứng

Hành trình xilanh

Vận tốc: trong 1s xilanh XL1 đi được 500 mm => v = 5 m/s

Áp suất tiêu chuẩn 6 bar

Vận tốc: trong 1s xilanh XL2 đi được 500 mm => v = 5 m/s

Vận tốc: trong 1s xilanh XL1 đi được 500 mm => v = 5 m/s

Áp suất tiêu chuẩn 6 bar

Vận tốc: trong 1s xilanh XL2 đi được 150 mm => v = 1,5m/s

Áp suất tiêu chuẩn 6 bar

Vận tốc: trong 1s xilanh XL1 đi được 500 mm => v = 50 m/s

Áp suất tiêu chuẩn 6 bar

5 m/s3.5. Tính toán van

*Đối với xilanh XLA, XLB, XLD:

Hay V = 0,2412 (m3/ph)

- Áp suất làm việc 6 bar

- Hệ số sử dụng cao nhất 77 % (XL1: 37%; XL2: 77%; XL4: 15%)

- Tổng lưu lượng yêu cầu: 2*77%*0,2412 = 3,71448* (m3/ph)

(có sử dụng van tiết lưu 50%)

- Máy có độ rò rỉ dưới 10%: 10% * 9,8*10-4 = 9,8*10-5 (m3/ph)

 Chọn máy nén khí có công suất: 11 kW (15 HP) với áp suất tuyệt đối 7 bar

- Lưu lượng khí nén máy có thể cung cấp: 2,16 (m3/ph)

- Tổng lưu lượng yêu cầu: 2*62%*4,42* = 5,48*10-3 (m3/ph)

(có sử dụng van tiết lưu 50%)

- Máy có độ rò rỉ dưới 10%: 10% * 9,8*10-4 = 9,8*10-5 (m3/ph)

 Chọn máy nén khí có công suất: 11 kW (15 HP) với áp suất tuyệt đối 7 bar

- Lưu lượng khí nén máy có thể cung cấp: 2,16 (m3/ph)

- Thể tích bình chứa 1 lit

3.6. Tính toán nguồn khí, máy nén khí, bình chứa, van điều áp

4.2. Thiết kế hệ thống điều khiển

4.3 Kết quả mô phỏng trên Fluid-Sim

* Phương pháp kết hợp dùng valve 5/2 2 solenoid

E1 = Start ^ S8 E2 = S4 E3 = S7 E4 = S5 ^ N E5 = S9 A+ = Y1 = L1 A- = Y2 = L1

C+ = Y5 = L2 V (L3 ^ S6 ^ N) D+ = Y7 = L4 ^ S3

* Phương pháp tầng dùng valve 5/2 2 solenoid

E1 = Start ^ S8 E2 = S4 E3 = S7 E4 = S5 ^ N E5 = S9 A+ = Y1 = L1 A- = Y2 = L1

B+ = Y3 = L1 ^ S2 B- = Y4 = L4

C+ = Y5 = L2 V (L3 ^ S6 ^ N) C- = Y6 = L3 ^ S7 ^ N

D+ = Y7 = L4 ^ S3 D- = Y8 = L5

* Phương pháp tầng dùng valve 5/2 1 solenoid, 1 lò xo

E1 = Start ^ S8 E2 = S4 E3 = S7 E4 = S5 ^ N E5 = S9 A+ = Y1 = L1 B+ = Y3 = L1 ^ S2

C+ = Y5 = L2 V (L3 ^ S6 ^ N) D+ = Y7 = L4 ^ S3

* Phương pháp nhịp dùng valve 5/2 2 solenoid

* Phương pháp nhịp dùng valve 5/2 1 solenoid, 1 lò xo

Nhịp 1: A+=Start ^ S8 ^ A7

Nhịp 2: B+=S2 ^ A1

Nhịp 3: C+=S4 ^ A2

Nhịp 6: D+ = S3 ^ A5

CHƯƠNG 5: BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG

5.1. Kế hoạch bảo dưỡng hệ thống khí nén/thủy lực

ĐỘNG CƠ

1 Kiểm tra chất lượng dầu động cơ, các nút, nắp đậy dầu, các phin lọc và thay theo giờ hoạt động

50h đầuSau 200h

2 Trước khi làm bảo dưỡng dùng khí nén làm sạch 1 lần (Lưu ý khi sử dụng máy nén khí làm sạch các bộ phận, không để động cơ hoạt động mà chưa lắp phin lọc)

3 Kiểm tra nước làm mát Hằng ngày

4 Vệ sinh là sạch két làm mát Sau 600h

5 Để động cơ chạy không tải 3-5 phút sau khi làm

MÁY NÉN

KHÍ 1 Kiểm tra thùng chức dầu và sả nước cặn

2 Vệ sinh và làm sạch từng bộ phận một theo đúng quy trình

Sau 200h