Đồ án Thiết kế máy tổ hợp Khoan – Khoét – Doa

PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ MÁY TỔ HỢP Máy công cụ tổ hợp là loại máy đặc biệt được chế toạ từ các bộ phận tiêu chuẩn . Chúng được dùng trong các dây truyền sản xuất loạt lớn và hàng khối. Trong quá trình làm việu máy có thể gia côngđồng thời nhiều nguyên công khác nhau như tiện , khoan, khoét, doa , taro, phay và cắt ren . Trên các loại máy này thường gia công các chi tiết vỏ máy và trong suốt quá trình gia công chúng được gá cố định . Sử dụng máy công cụ tổ hợp cho phép giảm thời gian thiết kế và giảm nhẹ quá trình sản xuất , cho phép tạo ra các chi tiết đặc trưng , đơn giảm hoá công nghệ chế tạo chúng . Máy tổ hợp gồm 2 bộ phận chính là bộ phận truyền lực (đầu truyền lực )và bộ phận bàn quay (dùng để gá đặt chi tiết gia công ) . Máy được chia ra làm nhiều loại , mỗi loại được lắp ráp theo các sơ đồ khác nhau tuỳ theo cách bố trí đầu truyền lực hoặc bàn quay . Loại máy công cụ tổ hợp trục dạng trống thường dùng để gia công các chi tiết máy có các bề mặt đối xứng nên có thể gia công đồng thời hai mặt , loại máy này có trống quay thay cho bàn chia độ , tại phần mép trống quay được gá kẹp các chi tiết cần gia công. Loại máy công cụ tổ hợp kiểu chuyển đổi nhanh cũng gồm hai loại là : Loại có các đầu truyền lực bố chí dọc với bàn máy dạng chữ nhật và loại có bàn máy dạng tròn . Loại máy này có các đầu thao tác được lắp đặt trên các con lăn chuyên dụng và tất cả được lắp trên đế máy , khi thay đổi số lượng đầu công tác và bố cục của chúng trên đế máy , có thể nhanh chóng chuyển đổi sang gia công các loại chi tiết khác . Đế máy được trang bị hệ thống điều khiển bằng lập trình được lắp trong điều khiển . Máy tổ hợp khoan - khoét – doa là loại máy bao gồm 9 đầu thao tác và 1 bàn gá quay để gá kẹp chi tiết và quay phân độ , loại máy này dùng để khoan tiện , doa , cắt ren và bánh răng các vỏ máy . Mỗi đầu truyền lực từ 1 đến 9 dùng để xoay và gá 1 dụng cụ cắt , các chi tiết gia công trên máy được kẹp chặt vào bàn gá bằng hệ thống thuỷ lực nhờ không khí truyền từ bộ phận điều phối trung tâm . Máy chủ yếu được dùng để gia công tinh hoặc thô các lỗ hoặc gia công ren (ta rô) . Năng suất làm việc của nó rất cao bởi trong suốt thời gian gia công một chi tiết hầu như tất cả các đầu truyền lực đều làm việc và đóng vai trò như một máy vạn năng thông thường ... PHẦN II : TỔNG HỢP CẤU TRÚC ĐỘNG HỌC MÁY Cấu trúc động học máy là nghiên cứu những quy luật chung để xác định quan hệ giữa đối tượng gia công, dụng cụ gia công với cấu trúc động học máy . I / CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH TRÊN MÁY Trên máy tổ hợp khoan - khoét - doa, các phương pháp tạo hình bề mặt là thay đổi tuỳ theo dạng gia công . - Khi khoan, phương pháp tạo hình là phương pháp vết : Đường sinh là đường tròn tạo ra bằng phương pháp vết , đường chuẩn là đường thẳng được tạo bởi chuyển động tịnh tiến ăn sâu của dao . - Khi khoét và doa thì phương pháp tạo hình là phương pháp chép hình : Đường sinh là đường tròn tạo ra bởi chuyển độnh quay tròn của dao , đường chuẩn là đường thẳng được tạo ra bởi bề mặt lưỡi cắt của dao . I / CÁC CHUYỂN ĐỘNG TRONG MÁY Máy tổ hợp khoan - khoét - doa là loại máy tổng hợp nên có thể coi nó như là tổng thể của các loại máy riêng rẽ do vậy các chuyển động của máy có thể coi như chuyển động trong từng loại máy động lập . Nhưng nói chung các trường hợp gia công đều chỉ có hai loại chính là chuyển độmg tạo hình và chuyển động cắt gọt: - Chuyển động tạo hình là chuyển động cần thiết để vẽ ra đường sinh công nghệ và dịch nó theo đường chuẩn. Ở đây chuyển động cắt gọt trùng với chuyển động tạo hình nên ta có thể coi trên máy chỉ có một chuyển động là chuyển động tạo hình . III / CẤU TRÚC ĐỘNG HỌC MÁY Tập hợp một hay vài nhóm động học nối kết cấu hay nối động học lại với nhau tạo thành cấu trúc động học toàn máy . 1 / Cấu trúc động học cho đầu lực. Đầu lực là bộ phận tạo những chuyể động cắt chính trong máy , nó cung cấp chuyển động quay cho dao và chuyển động tịnh tiến ăn sâu của cả bàn máy . Chuyển động của đầu truyền lực là chuyển động chỉ với một cấp tốc độ cho đầu dao, đầu lực có hai loại chính là loại đầu lực truyền động thuỷ lực và loại đầu lực truyền động cơ khí . Loại truyền động thuỷ lực tương đối thông dụng và tiện lợi cho việc tự động hoá, loại đầu truyền động này các chuyển động chủ yếu bằng thuỷ lực nên khi thiết kế tương đối phức tạp, ở đây ta nghiên cứu thiết kế cho loại đầu truyền lực được chuyển động bằng cơ khí do các bộ truyền cơ khí đảm nhiệm . Đầu lực gồm hai chuyển động chính là chuyển động quay của đầu dao và chuyển động tịnh tiến của cả bàn máy. Để truyền động quay dao ta sử dụng các bộ truyền bánh răng để truyền truyển động từ động cơ tới đầu dao. Để bàn máy có chuyển động tịnh tiến ta sử dụng bộ truyền vít me - êcu. Để có chuyển động bàn dao nhanh ta bố trí thêm một động cơ riêng là động cơ M2 . Như vậy vít me sẽ nhận được một chuyển động quay n1 và n2 (của êcu ), n1 do động cơ M1 cung cấp và n2 do động cơ M2 cung cấp Sơ đồ cấu trúc đầu lực 1 2 31 41 51 itt Td n2 nd n1 61 71 M1 M2 81 Dựa trên sơ đồ ta có thể tính toán các tốc độ chạy dao Tốc độ quay của dao nđc1 . i12 = nd . Chuyển động tịnh tiến của bàn [1vgtđc1 . i34 . itt . is + 1vgtđc2 . i67] . tvm = Td . 2 / Cấu trúc động học bàn quay. Bàn quay là bộ phận được lắp trên đế máy , dùng bàn quay để gá kẹp chi tiết và quay phân độ , các chuyển động của bàn quay hầu hết là do các cơ cấu xi lanh thuỷ lực cung cấp thông qua các bộ truyền bánh răng thanh răng và các cặp bánh răng ăn khớp . Để cố định bàn quay khi đã quay phân độ xong ta cũng sử dụng cơ cấu bánh răng thanh răng thông qua 1 cơ cấu truyền động thuỷ lực. Ở đây, thanh răng là bộ phận truyền chuyển động chính (chủ động), làm bánh răng cùng với trục trung gian quay. Bàn quay nhận chuyển động từ trục trung gian thông qua một bộ truyền bánh răng. Sơ đồ cấu trúc động học của bàn quay. A BbB B x x 1 2 3 4 5 T1 b a c T2 nb Chuyển động quay của bàn nhận từ cơ cấu thuỷ lực A thông qua bộ truyền bánh răng - thanh răng và qua các bộ truyền có tỷ số truyền i23 làm quay bàn . Cơ cấu định vị bàn do cơ cấu xi lanh thuỷ lực B điều khiển . Từ xi lanh thuỷ lực B thông qua bộ truyền bánh răng - thanh răng làm bánh răng a quay, bánh răng b gắn trên trục bánh răng a quay làm thanh răng c tịnh tiến vào cố định bàn quay . Cấu tạo và các ký hiệu cơ cấu trên bàn quay được vẽ và ghi trên 2 bản vẽ số 6 và 7 trên tập bản vẽ đồ án tốt nghiệp . */ Nguyên lý làm việc của bàn quay (như trên bản vẽ số 6 và số 7): Ban đầu, xi lanh thuỷ lực 24 hoạt động làm xi lanh chuyển động tịnh tiến qua lại (Hành trình kép), xi lanh là 1 thanh răng đượcăn khớp với bánh răng số 1, bánh răng 1 nhận được chuyển động và quay lồng không trên trục trung gian. Muốn bàn làm việc được, cơ cấu xi lanh pistôn l8 hoạt động làm bánh răng 17 gắn trên trục 16 quay và làm trục này quay, bánh răng 20 gắn trên trục 16 truyền chuyển động cho thanh răng 19 có gắn cần gạt 4 làm cho cả hệ thống dịch chuyển lên xuống và dịch chuyển ly hợp 3. Khi ly hợp 3 dịch chuyển và ăn khớp với bánh răng 1 làm trục quay thông qua ly hợp (lắp trên rãnh then hoa của trục trung gian ) làm bánh răng 6 quay truyền chuyển động cho vành răng số 7 gắn trên bàn quay thông qua ổ đỡ số 9 và ống trượt số 8. Khi đã quay phân độ xong, ly hợp 3 được đưa ra vị trí ban đầu (không ăn khớp với bánh răng 1), bánh răng 1 quay lồng không trên trục và thanh răng chuyển động về vị trí ban đầu. Để định vị bàn quay, cơ cấu xi lanh thuỷ lực 18 hoạt động truyền chuyển động cho bánh răng 17 và trục 16 làm 2 bánh răng 26 và 14 lắp trên trục 16 quay làm 2 chốt định vị 13 và 25 (đóng vai trò là 2 thanh răng) chuyển động tịnh tiến vào cố định bàn. PHẦN III : ĐẶC TRƯNG KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA MÁY I . ĐẶC TRƯNG CÔNG NGHỆ Máy chủ yếu dùng gia công các loại lỗ ( tinh hoặc thô ) và có thể gia công ren (ta rô ) độ chính xác mà máy có thể đạt được : 1/ Khoan : Thông thường khoan những lỗ có Æ < 30 (mm ) để đảm bảo độ cứng vững cho các chi tiết máy đảm bảo công suất cắt cho máy không quá lớn và đảm bảo độ bền cho dụng cụ cắt , khoan thường cho độ chính xác thấp . 2/ Khoét Là phương pháp gia công các lỗ sau khi khoan , hoặc các lỗ đúc , rèn , dập sẵn. Các lỗ này có thể là trụ, côn hoặc lỗ bậc. Cấp chính xác khi khoét : Ccx 12 ¸ 10 ; Ra =12 – 10 3 / Doa : Là phương pháp gia công tinh lỗ đã qua khoan khoét . Doa đạt cấp chính xác từ 9 ¸ 7. Máy tổ hợp thích ứng cho quá trình sản suất loạt lớn và hàng khối . II / ĐẶC TRƯNG TỐC ĐỘ A / ĐẦU TRUYỀN LỰC CHO NGUYÊN CÔNG KHOAN: Đầu truyền lực cho chuyển động của đầu dao trên máy là chuyển động với một cấp tốc độ nên ta không cần phải tính toán cho hộp tốc độ . 1 / Tính toán tốc độ cắt . - Chiều sâu cắt lốn nhất khi khoan : tmax = Dmax/2 = 12,5 (mm). - Lượng chạy dao S : Tính cho khoan thép ,theo giáo trình dụng cụ cắt ta có công thức tính lượng chạy dao cho nguyên công khoan : Đường kính lớn nhất khi khoan :Dmax =25 (mm). Với vật liệu gia công là thép ta có : sb=75 (N/mm2) Suy ra: Tính tốc độ cắt khi khoan : Ta có công thức : Tra bảng X 34 trong sổ tay công nghệ chế tạo máy ta được Cv =7 ; Zv =0,4 ; Yv = 0.7 ; m =0,2 Tính được Kv =1,09. Tuổi bền của dao ; T =1,2.D =1,2 . 25 =30 (phút). (m/ph) Suy ra: 2 / Tính toán lực cắt . Mô men xoắn và lực chiều trục được tính theo công thức : (*) M = Cv . DZm . SYm . KmM . P = Cp . DZp . SYp . KmP . Với: KmM = KmP . Tra bảng X 22 và X23 (STCNCTM). Ta có công thức tính KmM. Tra bảng X23 ta có : Np = 1,3 Tra bảng X38 ta có các số mũ : Cm =0,034 ; Zm = 4,05 ; ym = 0,7 . Cp =68 ; Zp = 1 ; yp =0,7 . Thay vào (*) ta tính được : M= 0,034 . 254,05 . 1,120,7 . 1 = 16888,4 ( N.mm ) P = 68 . 251 . 1,120,7 . 1 = 1840 ( N ) Công suất cắt hữu ích được tính theo công thức : Với : Suy ra: 3/ Chọn động cơ Công suất truyền dẫn cho máy là : Ks: Hệ số kể đến công suất chạy dao ; Chọn Ks = 1,2. h : Hiệu suất của truyền dẫn : Chọn h = 0,8 . Suy ra: Như vậy ta chọn động cơ điện xoay chièu 3 pha có : Ký hiệu : 4A100L4Y3 Công suất : N = 4,0 (Kw) . Trị số vòng quay : nđc =1420 (Vg / ph). Động cơ này có công suất lớn lên ta chọn là động cơ công tác ( M1 ) , động cơ chạy dao nhanh chỉ có yêu cầu công việc dịch chuyển bàn dao nên ta chọn động cơ loại nhỏ ký hiệu DK.31-2 có công suất : N =1 (Kw). nđc = 2850 (v/ph ). 4 / Tính toán số răng cho các bộ truyền: a / Tính cho cặp bánh răng truyền dẫn cho đầu dao: Vì trên máy đầu dao chỉ có một tốc độ quay nên ta chọn tốc độ quay hợp lí của đầu dao khi khoan trên máy là nđc = 540 (Vg / ph). Khi đó ta có : nđc . i12 = ntc Suy ra : i12 = ntc/nđc =540/1420 = 27/71. Chọn cặp bánh răng có số răng tiêu chuẩn: Z1 = 28 (răng). Z’1 = 72 (răng). Tính lại tốc độ cho đầu dao : b / Tính cho các bộ truyền chạy dao: Phương trình điều chỉnh: 1vg/tđc1 . i34 . itt . i57 . tvm = S . Chọn bước vít me : Tvm 6 (mm ) Trong đó : i34 , i57 là tỷ số truyền của 2 bộ truyền trục vít bánh vít . Hai bộ truyền này là cố định nên ta chọn trước: Chọn : Số đầu mối của ren vít : K1 = K2 = 3 (đầu mối ). Số răng các bánh vít : Z1 = 26 (răng ). Z2 = 29 (răng ). c / Tính cho các bộ truyền chạy dao nhanh Từ phương trình điều chỉnh ta có: 1vg/tđc2 . i67 . tvm = Sd . Chọn tốc độ chạy dao nhanh: Sd = 1 (mm / vg ) Với tvm = 6 ( mm ) Ta có : Ta thiết kế hai bộ truyền bánh răng có: Chọn i6 = 1/2 ; i7 = 1/3 . + / Tính toán số răng: Ta có: Suy ra : a1 + b1 = 1+2 =3 Suy ra : a2 + b2 = 1+3 =4 Như vậy bội số chung nhỏ nhất của ( ai + bi ) là K =12 Tính Emin : Theo công thức : Zmin : Số răng tối thiểu cho một bánh răng . Chọn E = 5 Theo công thức tính số răng ta có : (Răng) (Răng) (Răng) (Răng) Suy ra :