Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số đồ gá gia công cơ khí điển hình phục vụ giảng dạy và học tập

Cho nên: Bộ môn công nghệ chế tạo máy gợi ý nên nghiên cứu thiết kế và chế tạo một số đồ gá điển hình phục vụ cho việc dạy và học môn Công nghệ chế tạo máy và đồ án nhằm bù đắp lại phần

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MỘT SỐ ÐỒ GÁ

GIA CÔNG CƠ KHÍ ÐIỂN HÌNH PHỤC VỤ

GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP

MÃ SỐ: T2015 - 05

S 0 9

S KC 0 0 5 6 1 4

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MỘT SỐ ĐỒ GÁ

GIA CÔNG CƠ KHÍ ĐIỂN HÌNH PHỤC VỤ

GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP

MÃ SỐ: T2015 - 05

TP HCM, Tháng 10 Năm 2015

Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài :

- Chủ trì: GV Hồ Viết Bình

- Cố vấn: Đặng Minh Phụng, Phan Minh Thanh và các giáo viên bộ môn

- Tham gia chế tạo: Các sinh viên làm đồ án tốt nghiệp

Các đơn vị phối hợp chính:

- Bộ môn Công nghệ chế tạo máy

- Công ty tạo mẫu nhanh 3D Minh Thu

- Công ty Cơ khí CNC quận 9

MỤC LỤC

Mục lục 3

Thông tin kết quả nghiên cứu 4

Chương 1-Tổng quan đề tài 6

1-1 Đặt vấn đề 6

1-2 Mục tiêu đề tài 6

1-3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 6

1-4 Tính cấp thiết của đề tài 7

1-5 Phương pháp và trình tự nghiên cứu 7

1-6 Lựa chọn loại đồ gá để thiết kế và chế tạo 8

Chương 2- Thiết kế đồ gá phay 9

2-1 Đặt vấn đề 9

2-2 Thiết kế đồ gá phay chi tiết dạng hộp 9

2-3 Thiết kế đồ gá phay chi tiết dạng càng 18

Chương 3- Thiết kế đồ gá khoan-khoét-doa 25

3-1 Thiết kế đồ gá khoan có cơ cấu định vị phụ và kẹp phụ 25

3-2 Thiết kế đồ gá khoan khoét doa trên máy trục ngang 28

3-3 Thiết kế đồ gá khoan hai lỗ trên gối đỡ 32

3-4 Thiết kế đồ gá khoan hai lỗ trên dạng càng 35

Chương 4 – Kết quả chế tạo đồ gá 41

4-1 Đồ gá phay mặt đáy ụ động 41

4-2 Đồ gá phay hai mặt song song càng gạt 41

4-3 Đồ gá khoan hai lỗ có cơ cấu kẹp nhanh 42

4-4 Đồ gá khoan có cơ cấu kẹp phụ 42

4-5 Đồ gá khoan có cơ cấu kẹp liên động 43

4-6 Đồ gá khoan lỗ ngang 43

Kết luận và đề nghị 44

Tài liệu tham khảo 45

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt nam

TP HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Khoa Cơ khí Chế tạo máy -

Tp HCM, Ngày 20 tháng 10 năm 2015

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1.Thông tin chung:

-Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MỘT SỐ ĐỒ GÁ GIA CÔNG CƠ KHÍ ĐIỂN HÌNH PHỤC VỤ GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP

- Mã số: T2015 – 05

- Chủ nhiệm: Hồ Viết Bình

- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

- Thời gian thực hiện: tháng 1/2015 đến tháng 12/2015

4.Kết quả nghiên cứu:

- Bản thiết kế các loại đồ gá điển hình dùng tham khảo khi học tập

- Chế tạo được một số đồ gá bằng nhôm để làm phương tiện dạy học

5.Sản phẩm:

6 đồ gá điển hình + Tập thuyết minh kèm đĩa CD chứa kết quả nghiên cứu

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

Chuyển giao cho bộ môn CNCTM dùng làm phương tiện dạy học rất thiết thực

(ký, họ và tên) (ký, họ và tên)

Hồ Viết Bình

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

- Project title: STUDY AND DESIGN MANUFACTURING SOME

MECHANICAL PROCESSING FIXTURES FOR TEACHING AND LEARNING

- Code number: T2015 – 05

- Coordinator: Ho Viet Binh

- Implementing institution: HCMC University of Technical and Education

- Duration: January 2015 to December 2015

2 Objective(s)

- Serving teaching and learning to meet the mechanical engineering

learning outcomes of the curriculum

3 Creativeness and innovativeness:

- These fixtures use raw standard and flexibly position in benchmark crude to achieve outsourcing quality

4 Research results:

- The design of typical fixtures used for learning reference

- Produce some aluminum fixtures as teaching materials

5 Products:

- 6 typical fixtures, description notes and a CD including contents and research results

6 Effects, transfer alternatives of research results and applicability:

- Apply on Machinery Technology training courses

Chương 1- TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1-1 Đặt vấn đề

Thực trạng:

-Khoa cơ khí máy chưa có phòng thí nghiệm về công nghệ chế tạo máy, trong

đó thí nghiệm về đồ gá là một nội dung khá quan trọng

-Sinh viên cơ khí thực tập ở các xí nghiệp sản xuất lớn còn ít

Vì Vậy:

-Sinh viên thiếu kiến thức thực tế về gá đặt nói chung và đồ gá nói riêng

-Khả năng tư duy về thiết kế bị hạn chế

Cho nên:

Bộ môn công nghệ chế tạo máy gợi ý nên nghiên cứu thiết kế và chế tạo một số

đồ gá điển hình phục vụ cho việc dạy và học môn Công nghệ chế tạo máy và đồ án nhằm bù đắp lại phần nào các hạn chế nói trên

đồ gá 3 chiều…

Ở Việt nam việc nghiên cứu chế tạo các loại đồ gá phục vụ cho sản xuất được tiến hành tại các nhà máy cơ khí chế tạo như: nhà máy chế tạo dụng cụ số 1, công ty Vikino Biên hoà, Cơ khí Trần Hưng Đạo, cơ khí Sông Công, xí nghiệp máy kéo và máy nông nghiệp, các nhà máy cơ khí quân đội Z751, Z756

Các loại đồ gá đã được sử dụng trong sản xuất như:

- Đồ gá tiện méo piston

- Đồ gá tiện lệch tâm trục khuỷu

- Đồ gá khoan nhiều lỗ trên thân động cơ

- Đồ gá chuốt rãnh then trên bánh răng

- Đồ gá gia công tay biên

- Đồ gá 3 chiều mài nghiền xi lanh

- Đồ gá gia công trục chữ thập

- Đồ gá tiện xéc măng

- Đồ gá phay bánh răng côn cong

- Đồ gá tiện chép hình trục cam

Các loại đồ gá cũng phát triển theo xu hướng chung của thế giới là: đồ gá vạn năng;

đồ gá chuyên dùng; đố gá chuyên môn hoá; đồ gá tháo lắp nhanh

Ở các trường học, việc nghiên cứu chế tạo các đồ gá điển hình phục vụ giảng dảy

và học tập còn rất ít Hầu hết các trường đều có xu hướng xây dựng các đồ gá 3D trên máy tính Ở trường Bách khoa Hà nội đã có đề tài nghiên cứu chế tạo các đồ gá gia công bánh rang côn cong, các đồ gá gia công các chi tiết chính xác trong ngành chế tạo động cơ như đồ gá mài nghiền đế kim phun, đồ gá mài piston, đồ gá khoan lỗ dầu…

Ở trường Đại học sư phạm kỹ thuật đã có đề tài xây dựng thư viện 3D các đồ gá gia công cơ khí, đề tài thiết kế chế tạo các đồ gá chuyên dùng phục vụ giảng dạy môn đồ

án công nghệ

1-4 Tính cấp thiết và hướng thiết kế

Hiện nay sinh viên ngành công nghệ chế tạo máy, ngành kỹ thuật chế tạo cơ khí

và kỹ thuật công nghiệp chưa có phòng thực nghiệm công nghệ cho nên thiếu các kiến thức thực tế liên quan đến gá đặt khi gia công Việc nghiên cứu chế tạo một số đồ gá điển hình làm phương tiện dạy và và học là rất cần thiết, điều đó giúp sinh viên hiểu lý thuyết nhanh hơn và vận dụng dễ dàng hơn khi tiếp cận với thực tế sản xuất nhằm đáp ứng chuẩn đầu ra 1.3 và 2.2 trong chương trình đào tạo cơ khí chế tạo máy

Hướng thiết kế là các đồ gá chuyên dùng điển hình và sát với thực tế sản xuất

1-5 Phương pháp và trình tự nghiên cứu

-Tham khảo, nghiên cứu tài liệu :

 Các bản vẽ trong sổ tay và các tài liệu về đồ gá

 Phương pháp tính toán thiết kế đồ gá trong giáo trình

-Nghiên cứu, quan sát đồ gá thực tế ở các xí nghiệp cơ khí có quy mô lớn

-Tổng hợp kiến thức để thiết kế, chế tạo

Trình tự nghiên cứu:

-Lựa chọn một số chi tiết điển hình khó gá đặt

-Lập trình tự gia công

-Thiết kế một số đồ gá điển hình

-Lựa chọn một số đồ gá điển hình tương đối khó trong gá đặt để chế tạo, chú trọng đồ gá cho nguyên công đầu tiên

-Lấy ý kiến giáo viên và sinh viên

1-6 Lựa chọn loại đồ gá để thiết kế và chế tạo

Đồ gá có rất nhiều loại và kiểu, nếu phân loại theo tính chất sử dụng thì có các loại sau:

-Đồ gá vạn năng, thường trang bị kèm theo máy

-Đồ gá chuyên dùng, thường sử dụng trong sản xuất loạt lớn

-Đồ gá chuyên môn hóa, thường sử dụng trong gia công nhóm

-Đồ gá tổ hợp, thường sử dụng cho các máy CNC

Nếu phân loại theo máy cắt kim loại thì có các loại:

-Đồ gá Tiện, Đồ gá Phay, Đồ gá khoan, Đồ gá chuốt, Đồ gá mài

Để phù hợp với nội dung môn học Công nghệ chế tạo máy và đồ án, tác giả

chọn loại đồ gá chuyên dùng trên máy phay và máy khoan Các đồ gá này có các cơ

Chương 2- THIẾT KẾ ĐỒ GÁ PHAY

2.1 Đặt vấn đề

Đồ gá phay là loại đồ gá tương đối đơn giản, tuy nhiên ở nguyên công đầu tiên của các chi tiết dạng HỘP và CÀNG chúng ta sử dụng chuẩn thô nên việc gá đặt khó khăn kéo theo đồ gá khá phức tạp Nguyên công đầu tiên là gia công các mặt làm chuẩn định vị nên yêu cầu về vị trí tương quan giữa bề mặt không gia công và bề mặt

có gia công là rất quan trọng Chính vì vậy tác giả chọn thiết kế và chế tạo đồ gá phay cho nguyên công tạo chuẩn này

2.2 Thiết kế đồ gá phay chi tiết dạng HỘP

2.2.1 Chọn chi tiết: Thân ụ động

Hình 2-1 Chi tiết gia

công

2.2.2 Quy trình công nghệ gia công thân ụ động

Quy trình công nghệ chi tiết này có thể có nhiều phương án, nhưng có 2 phương

án phổ biến dễ thực hiện với việc chọn chuẩn tinh khác nhau, phương án 1 chọn lỗ chính và mặt đầu lỗ làm chuẩn tinh, còn phương án 2 chọn đáy và rãnh trên đáy làm chuẩn tinh

Phương án 1 Phương án 2

Với hai phương án gia công trên đây, phương án 1 chọn chuần tinh là lỗ chính của ụ động và mặt đầu, như vậy việc gá đặt khó khăn, phương án 2 chọn đáy và rãnh

trên đáy làm chuẩn tinh nên việc gá đặt dễ dàng hơn

Ở phương án 2 việc gá đặt để gia công mặt đáy và rãnh trên đáy tương đối khó

khăn nhưng rất điển hình cho chi tiết dạng hộp có trụ như ụ động này, vì thế chọn

nguyên công tạo chuẩn này để thiết kế đồ gá

Hình 2-3 Sơ đồ gá đặt gia

công mặt đáy qua 2 bước

Hình 2-2 Quy trình công nghệ gia công Ụ động

2.2.3 Thiết kế kết cấu đồ gá phay mặt đáy

Đồ gá phay mặt đáy và rãnh này có phương tiện định vị là 2 khối V ngắn hoặc một khối V dài định vị vào trụ thô khống chế 4 bậc tự do, định vị một bậc tự do chiều trục bằng một chốt tỳ, chống xoay quanh tâm trụ thô có 2 phương tiện:

Một là dùng chốt tỳ vào mặt bên, phương án này dễ chế tạo đồ gá nhưng gây ra

độ lệch của chiều dày đế ụ động do kích thước chiều rộng đế có dung sai lớn do đúc

Hai là dùng cơ cấu tự định tâm như hình 3D dưới đây, cơ cấu này cho phép gá đặt chi tiết ổn định và mặt đối xứng của ụ động không thay đổi vị trí so với dao đã điều chỉnh sẵn, như vậy chi tiết sẽ đạt được các yêu cầu sau:

-Mặt đáy gia công xong sẽ song song với thân trụ ụ động và mặt phẳng thô đối diện

-Rãnh dẫn hướng gia công xong sẽ vuông góc với thân trụ ụ động

Đồ gá có cơ cấu tự định tâm được thể hiện trong hình 2-4

Cơ cấu tự định tâm Rãnh dẫn hướng trên chi tiết

Hình 2-4 Đồ gá phay có cơ cấu tự định tâm

2.2.4 Tính toán đồ gá phay mặt đáy

2 Tính lực kẹp cần thiết khi phay

Tra bảng 5.42 có tỉ lệ giữa Py:Pz = ( 0,3 : 0,4 )

Vậy ta được: Py = 0,3xPz = 0,3 x 968 = 290,5 N

Phương trình cân bằng monmen:

Ta có phương trình cân bằng moment:

115 Py = 30Fms1.cos 45 + 30.Fms2 cos45 Với Fms1 = Fms2 = Fms = f Wct/(2sin45)

Hình 2-5 Sơ đồ tính lực kẹp cần thiết

115 .tan 45 115.290.tan 45

30 30.0, 4

y ct

P

N f

Sử dụng cơ cấu đòn kẹp liên động

Q1 = Wct (Trang 486 cuốn 2 tài liệu [4])

Kích thước đòn kẹp lấy theo bảng 8-38 Trang 438 cuốn 2 tài liệu [4]

Tỷ lệ chung của đòn kẹp là :   2

b

b a

Hệ số phụ thuộc vào ma sát: = 0,7 ÷ 0,8 Chọn = 0,8

Vậy lực kẹp trên Bulông sẽ là: W = 277,9.2.0,8= 444,6 (kG)

d = (mm) (Trang 79 tài liệu [2])

Trong đó: W: là lực kẹp yêu cầu

Moment quán tính tác dụng theo phương x:

Jx = 1,5.43/12 = 8 với 4cm là chiều rộng đòn kẹp , 1,5cm là chiều cao

Moment cực đại khi tác dụng lục kẹp:

M Y

N m J

J

N Y

6 Yêu cầu kĩ thuật

- Độ không song song giữa mặt đế và mặt phẳng gia công là 0,029 mm

- Độ không vuông góc rãnh và mặt đáy là 0,029 mm

2.3 Thiết kế đồ gá phay chi tiết dạng CÀNG

2.3.2 Quy trình công nghệ gia công CÀNG GẠT

Cả hai phương án gia công trên đây đều dùng mặt đầu và 2 lỗ làm chuẩn tinh thống nhất, gia công hai mặt đầu song song và đối xứng qua mặt đối xứng của chi tiết

là rất quan trọng Để đạt được điều đó việc chọn chuẩn thô rất quan trọng

Ở phương án 2 việc gia công 2 mặt phẳng song song chia thành 2 nguyên công,

vì thế hai mặt này không thể đối xứng qua mặt đối xứng của chi tiết Ở phương án 1 gia công 2 mặt đồng thời bằng hai dao phay dĩa và định vị vào mặt thô là phần thân càng thì tương quan vị trí giữa hai mặt gia công và mặt thô sẽ bảo đảm Tuy nhiên mặt

thô có kích thước không giống nhau ở mỗi chi tiết do dung sai đúc vì thế chọn nguyên

công tạo chuẩn này để thiết kế đồ gá

Theo sơ đồ gá đặt này, muốn cho hai mặt phẳng song song và đối xứng ngoài việc chọn phương án gá đặt như hình 2-8 thì còn phải giải quyết vấn đề về cơ cấu định

vị hai bậc tự do vào hai mặt bên A và B là cơ cấu gì?

Để loại trừ sai lệch do dung sai đúc rõ ràng ta phải dùng cơ cấu tự định tâm như hình 2-9

Hình 2-8 Sơ đồ gia công hai mặt song song

Hình 2-9 Cơ cấu tự định tâm

Chi tiết gia công

Cơ cấu tự định tâm

Hai mặt gia công

Hình 2-10 Đồ gá phay hai mặt song song dùng cơ cấu

tự định tâm vừa định vị vừa kẹp chặt

Theo sơ đồ phân tích lực ở hình 2-11 phương trình cân bằng mô men như sau:

115.Pz = 18,5.Fms Suy ra: Fms = 115.Pz /18,5 = 115 148/18,5 (lực cắt Pz nhân đôi vì phay hai mặt cùng lúc

Vậy Fms = 920, đây là lực ma sát do cơ cấu tự định tâm tạo ra trên hai mặt chi tiết để chống lại lực cắt

Với Fms = N.f (N là lực do cơ cấu kẹp tác dụng lên chi tiết, f là hệ số ma sát, thường lấy bằng 0,15)

Từ đó suy ra N = 920/0,15 = 615 KG

Vì kẹp hai bên nên mỗi bên cần 310 KG

Đây là cơ cấu kẹp tự định tâm, lực tác dụng hai phía mỗi phía cần N = 310 KG, theo sơ đồ trên hình 2-12 ta có:

Q.60 = N.30 suy ra Q = N.30/60 = 310/2 = 155 KG

Theo bảng 3-1, giáo trình Công nghệ chế tạo máy ta chọn bu lông M10

Theo cách phân tích lực này ta coi gần đúng lực bulong tạo ra bằng lực Q tác động lên đòn kẹp nghiêng

Chương 3- THIẾT KẾ ĐỒ GÁ KHOAN-KHOÉT-DOA

3.1 Thiết kế đồ gá khoan có cơ cấu định vị phụ và kẹp phụ

3.1.1 Chọn chi tiết

Chọn chi tiết là CÀNG GẠT như ở chương 2, và chọn nguyên công thiết kế đồ

gá là khoét và doa lỗ II, đặc điểm của nguyên công này là bề mặt gia công cách xa vị trí định vị và kẹp chặt do vậy chi tiết kém cứng vững dẫn đến rung động

Khi gá đặt, định vị và kẹp chặt tại vị trí I, gia công lỗ tại vị trí II, do vậy chi tiết

bị rung động nhiều dẫn đến sai số và chất lượng bề mặt thấp Rung động này không tính toán được về tần số và biên độ mà phải đo thực tế Muốn giảm bớt rung động thì tại vị trí III phải có cơ cấu định vị phụ và kẹp phụ

Vấn đề định vị phụ và kẹp phụ tương đối khó hiểu đối với rất nhiều sinh viên, trong quá trình giảng dạy giáo viên phải mất nhiều thời gian để giảng giải, vẽ minh họa v.v Chính vì vậy, thiết kế và chế tạo được loại đồ gá này sẽ giúp cho sinh viên tiếp cận vấn đề nhanh hơn, ít mất thời gian tưởng tượng

Cơ cấu định vị phụ không được tham gia hạn chế bậc tự do cho nên nó phải có kết cấu tự lựa theo mặt định vị thô sau đó, khi đã định vị chính và kẹp chính xong thì

cố định vị trí chốt định vị phụ lại

Cơ cấu kẹp phụ phải tác động lực vào mặt đối diện với chốt định vị phụ

Hình 3-1 Sơ đồ gá đặt khi khoét, doa lỗ càng

Cơ cấu kẹp phụ

Cơ cấu kẹp phụ

Cơ cấu định

vị phụ Bạc dẫn hướng tháo lắp nhanh

n= = = 1630 v/p Chọn theo máy 1000 v/p

Mô men khi khoét

Theo bảng 3-1 giáo trình công nghệ chế tạo máy, chọn bulong M12

3-Tính sai số chế tạo cho phép

Sai số chế tạo cho phép[ εct]