Đồ án tốt môn Thiết kế máy khoan tự động

> 10 ÷ 12) thì dùng mũi khoan nòng súng. Sở dĩ khoan chỉ đạt độ chính xác thấp là vì: - Kết cấu mũi khoan chưa hoàn thiện. Luôn phải tồn tại lưỡi cắt ngang (vì không thể chế tạo mũi khoan có đường kính lõi bằng không), tại lưỡi cắt ngang góc trước γ < 0, cho nên lưỡi cắt ngang càng dài thì lực dọc trục càng lớn, mũi khoan càng nhanh mòn. Ngày nay, người ta cố gắng chế tạo mũi khoan sao cho lưỡi cắt ngang càng ngắn càng tốt. - Các sai số do chế tạo và mài mũi khoan sinh ra (độ không đồng tâm giữa phần cắt và chuôi côn) sẽ làm cho lỗ khoan bị lay rộng ra. Trên mũi khoan, phần cắt có độ côn ngược, khi mũi khoan mài lại càng nhiều thì kích thước lỗ sẽ nhỏ đi. - Lỗ khoan bị cong: sai số này do mài hai lưỡi cắt không đều, lực dọc trục của mũi khoan không đều làm cho lỗ khoan bị cong, loại này hay gặp khi khoan trên máy khoan hay máy phay (chi tiết đứng yên). Ngoài ra, khi khoan các vật liệu mà lỗ khoan gặp phải các rỗ khí hay pha cứng cũng bị sai số này. - Lỗ khoan bị lay rộng: khi tâm quay và tâm phần cắt của mũi khoan không trùng nhau sẽ làm cho lỗ khoan bị rộng ra. - Lỗ khoan bị tóp, loe: do khi ăn dao không đúng tâm, độ cứng vững mũi khoan kém sẽ làm cho tâm quay và tâm mũi khoan bị lệch đi một góc. - Lỗ bị thu hẹp: Trên mũi khoan, phần cắt có độ côn ngược, khi mòn thì ta sẽ mμi lại, nếu mũi khoan mài lại càng nhiều thì kích thước mũi khoan sẽ càng nhỏ so với ban đầu, do đó lỗ gia công sẽ nhỏ đi. Biện pháp khắc phục: Ngoài những biện pháp đảm bảo độ cứng vững và độ chính xác của hệ thống công nghệ như độ chính xác của máy, dao, đồ gá; kết cấu hợp lý của chi tiết; còn phải chú ý đến các biện pháp công nghệ sau đây: - Giảm bớt lực chiều trục và mômen cắt bằng cách giảm bớt chiều dài lưỡi cắt ngang khi mài sắc mũi khoan. - Khi khoan lỗ sâu, nên cho chi tiết quay tạo chuyển động cắt, còn mũi khoan thực hiện chuyển động tịnh tiến, chọn lượng chạy dao nhỏ để lực cắt bé, không ảnh hưởng đến quá trình cắt gọt (vì do mũi khoan kém cứng vững nên nếu nó vừa quay, vừa tịnh tiến thì sẽ dễ bị nghiêng hoặc lệch). - Dùng bạc dẫn hướng để đảm bảo độ chính xác. - Khoan lỗ nhỏ phải khoan mồi trước để định tâm bằng mũi khoan ngắn. - Dùng pointu để lấy dấu trước khi khoan. - Sử dụng dung dịch trơn nguội đúng và đủ. 2.Phân loại máy khoan: Tùy theo kích thước và phương phap điều chỉnh mũi khoan đến vị trí gia công máy khoan được phân thành các loại:máy khoan bàn, máy khoan đứng, máy khoan cần, máy khoan nhiều trục, máy khoan chuyên dùng. Máy khoan bàn a.Máy khoan bàn: là loại máy khoan cỡ nhỏ dung để gia công chi tiết cỡ nhỏ với những lỗ khoan có đường kính không quá 16mm.Truyền động quay chính nhờ puli-đai truyền có nhiều bậc và thường cho tốc độ cao.Loại này thường được dung rộng rãi trong cơ khí. b.Máy khoan đứng: Chuyển động và kết cấu của các máy khoan đứng rất khác nhau.phổ biến nhất là loại máy có trụ đứng.Những cỡ máy nhỏ thì thì có chuyển động của trục chính đơn giản và chạy dao bằn 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 dung để gia công chi tiết có kích thước trung bình.những bộ phận chính của máy là than máy hộp tốc đôh hộp chạy dao và bàn máy.Máy khoan đứng có hộp tốc độ được cố định, hộp chạy dao có thể di động theo phương thẳng đứng.Bên trong hộp chạy dao có trục chính thực hiện chuyển động chính quayn và chuyển động chạy dao s.Bàn máy có thể quay tròn hoặc di động thẳng đứng bằng tay. Nhược điểm của máy khoan đứng là phải luôn dịch chuyển chi tiết gia công ở những vị trí khoan khác nhau.đặc biệt khó khăn đối với chi tiết nặng. c.Máy khoan cần: Máy khoan cần :Là loại máy khắc phục dược nhược điểm của máy khoan đứng bằng cách gá chi tiết đứng yên và trục chính di động được đến vị trí khoan thích hợp khi gia công.Vì vậy máy khoan cần là loại máy điều khiển rất nhẹ nhàng.khả năng làm việc được mở rộng và gia công được những chi tiết lớn. 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 1 số máy hộp tốc độ có thể quay 1 góc nhất định cho phép gia công lỗ nghiêng. d.Máy khoan nhiều trục: Máy khoan nhiều trục Máy khoan nhiều trục thường được dung để hoàn thành những nguyên công khoan (khoan, khoét, doa, taro) đồng thời hoặc liên tiếp nhau trên 1 chi tiết.Điều đó nâng cao đáng kể năng suất của máy khoan. Có 2 loại chính: máy khoan nhiều trục cố định và máy khoan nhiều trục cacđăng thay đổi. Máy khoan nhiều trục cố định: bao gồm nhiều máy khoan nhỏ được lắp thành hang với nhau trên 1 bệ máy chung.Mỗi trục chính của máy có 1 động cơ riêng.để thực hiện chuyển động.Số trục có thể từ 2 – 6 và cho phép thực hiện nguyên công khác nhau với dao cắt khác nhau. Máy khoan nhiều trục cacđăng: đây là dạng máy khoan có dạng như máy khoan đứng nhưng ở đầu trục chính đặt nhiều trục khoan có lắp dao nối tiếp vứi trục chính bằng các trục cacđăng. Các trục khoan có thể điều chỉnh đến những vị trí khoan thích hợp và chunhs có thể gia công tất cả các lỗ khoan. e.Máy khoan chuyên dùng : Máy khoan lỗ sâu Máy điển hình là máy khoan tâm dung để khoan lỗ tâm ở 2 đầu phôi hoặc máy khoan sâu dung đẻ gia công những lỗ có chiều dài quá lớn so với đường kính như khoan lỗ trục chính khoan nòng súng. Các kích thước đặc trưng cho máy khoan chuyên dùng là đường kính lớn nhất của mũi khoan độ côn móc của trục chính hoặc độ vươn dai của trục chính như ở máy khoan cần. 3. Kết cấu & thông số hình học của mũi khoan: 3.1.Kết cấu: a.Chuôi: (Shank): Dùng để định vị mũi khoan vào trục chính của máy, truyền chuyển động và mômen cắt. Có hai dạng chuôi: - Chuôi dạng trụ: (Straight Shank) Dùng cho mũi khoan có đờng kính nhỏ hơn 12mm. Ưu điểm: đơn giản, dễ chế tạo. Nhợc điểm: khả năng định tâm kém, truyền đợc momen xoắn nhỏ. - Chuôi dạng côn mooc: (Taper Shank) Dùng cho mũi khoan có đòng kính lớn hơn 12mm. Ưu điểm: khả năng định tâm cao, truyền đợc mômen xoắn lớn hơn so với chuôi trụ, dễ đảm bảo độ đồng trục giữa phần cán và phần làm việc. Nhợc điểm: khó chế tạo hơn so với chuôi trụ. Trên phần chuôi côn có chuôi dẹt (Tang) b. Cổ dao : (Neck) Là phần nối tiếp giữa chuôi dao với phần làm việc, có tác dụng thoát đá khi mài phần cán dao và phần làm việc. Cũng là nơi thờng dùng để ghi nhãn hiệu mũi khoan (đờng kính, vật liệu và nhà máy sản xuất), kích thớc tra theo sổ tay phụ thuộc vào đờng kính của mũi khoan. c. Phần làm việc: (Body) Gồm phần cắt và phần định hớng ( Cutting and Orientation parts) *Phần cắt: trực tiếp thực hiện nhiệm vụ bóc tách phoi. Gồm 5 lỡi cắt: hai lỡi cắt chính, 2 lỡi cắt phụ và một lỡi cắt ngang. - Lưỡi cắt chính: là giao của mặt trớc và mặt sau. Mặt trớc của mũi khoan có dạng mặt xoắn còn mặt sau tuỳ theo phơng pháp mài mà có thể là mặt côn, mặt xoắn, mặt phẳng Thông thờng với mũi khoan tiêu chuẩn thờng sử dụng mặt sau là mặt côn. - Lỡi cắt phụ: là giao tuyến của mặt sau với cạnh viền nằm trên phần trụ ở hai me cắt. - Lỡi cắt ngang: là giao của hai mặt sau, có dạng đường cong không gian, nhng hỡnh chiếu của nó quy ớc là đờng thẳng. Phần cắt: (Cutting Part) 5 lưỡi cắt: hai lỡi cắt chính, 2 lỡi cắt phụ và một lỡi cắt ngang. Phần định hướng: (Orientation part) - Có tác dụng định hớng cho mũi khoan trong quá trỡnh cắt và là phần dự trữ mài lại phần cắt khi bị mòn. + Phần định hớng có dạng côn nguợc, đờng kính giảm dần từ phần cắt về phía cán dao tạo thành góc nghiêng phụ j1. Lợng giảm thờng lấy từ 0,03-0,1mm/100mm chiều dài. +Trên phần định hớng có hai rãnh xoắn (Two flutes) để thoát phoi và hai me cắt (Two lands).Dọc theo rãnh xoắn ứng với đòng kính ngoài có hai dải cạnh viền (Margins) làm nhiệm vụ định hớng cho mũi khoan khi làm việc. Để giảm ma sát với bề mặt đã gia công, phải hớt lng trên suốt chiều dài hai me cắt chỉ để lại cạnh viền với: f=0,3-2,6mm và chiều cao h=0,1-1,2mm. + Phần kim loại giữa hai rãnh xoắn đợc gọi là lõi mũi khoan (Core of Drill). Đường kính lõi đợc lấy lớn dần về phía cán. Đường kính lõi đợc tính theo công thức: d0 = (0,125 á 0,3) D Trong đó: D - đường kính mũi khoan. (Diameter of Drill) 3.2. Thông số hình học của mũi khoan: (Geometrical Parameters of Drills) Xét ở trạng thái tĩnh: + Mặt đáy tại một điểm trên lưỡi cắt chính là mặt phẳng tạo thành bởi điểm đó với trục mũi khoan. + Mặt cắt tại một điểm trên lỡi cắt chính là mặt phẳng chứa tiếp tuyến với lưỡi cắt chính và với vận tốc cắt . Góc trước: đo ở tiết diện chính tại một điểm A bất kỳ trên lỡi cắt chính ( coi nh không có lỡi cắt ngang và lỡi cắt chính đi qua tâm mũi khoan) được xác định theo công thức sau: Trong đó: DA - đường kính của mũi khoan xét tại điểm A, mm. D - đường kính ngoài của mũi khoan, mm. w - góc xoắn của rãnh phoi, độ. j - góc nghiêng chính, độ. (Geometrical Parameters of Drills) Góc sau: Góc nghiêng chính: ĐÓ ®¶m b¶o cho hai lìi c¾t ®èi xøng nhau qua trôc mòi khoan, gãc ë ®Ønh thêng x¸c ®Þnh gãc 2j. Khi gi¶m gãc j, cho phÐp mòi khoan dÔ ăn s©u vµo vËt liÖu, lìi c¾t dµi ra, nhiÖt dÔ tho¸t h¬n. Tuy nhiªn khi ®ã ®é bÒn cña nã gi¶m xuèng. Gãc j ®îc chän theo ®é bÒn vµ ®é cøng cña vËt liÖu gia c«ng. Víi mòi khoan tiªu chuÈn thêng chän 2j = 1160 ¸ 1200. Góc nghiêng phụ: Gãc nghiªng phô j1 ë mòi khoan ®îc hinh thµnh bëi ®é c«n ngîc cña phÇn ®Þnh híng. Thêng lÊy: j1 = 1’ ¸ 2’. Khi khoan lç s©u trªn vËt liÖu cøng, hoÆc khi khoan lç kh«ng cÇn chÝnh x¸c, gãc j1 cã thÓ chän tăng gÊp 2 lÇn so víi gãc j1 tiªu chuÈn. Góc nghiêng của rãnh xoắn: Gãc nghiªng cña r·nh xo¾n w lµ gãc hîp bëi gia ®êng th¼ng tiÕp tuyÕn víi ®êng xo¾n t¹i ®iÓm nµo ®ã víi trôc mòi khoan; cã thÓ cã híng xo¾n ph¶i hoÆc xo¾n tr¸i. Trong ®ã: DA - ®êng kÝnh mòi khoan t¹i ®iÓm A, mm. H - bưíc xo¾n cña mòi khoan, mm. Góc nghiêng của lỡi cắt ngang y : Góc nghiêng của lỡi cắt ngang y là góc hợp bởi hình chiếu của lỡi cắt ngang và hình chiếu của lỡi cắt chính trên mặt phẳng vuông góc với trục mũi khoan (lỡi cắt ngang hình thành do mài sắc- mài mặt sau mũi khoan). Mũi khoan tiêu chuẩn có thờng lấy y = 55o á 500 . Góc nâng l: Góc nâng l là góc hợp bởi lỡi cắt chính và hinh chiếu của nó trên mặt đáy. Góc nâng tại một điểm A bất kỳ trên lỡi cắt chính đợc tính bằng công thức: Trong đó: d0 - đờng kính của lưõi mũi khoan, mm. DA - đờng kính tại điểm A của mũi khoan, mm. j - góc nghiêng chính, độ. 3.3. Lực và mômen khoan ( Cutting Forces & Moment when drilling) + Lực khoan: - Lực hớng kính Py: Phân bố đối xứng trên các lỡi cắt. Chúng có trị số bằng nhau, cùng phơng nhưng ngược chiều nên tự triệt tiêu trong quá trinh cắt. -Lực chiều trục Px: Có xu hớng chống lại lực chạy dao, lực Px bằng tổng các lực chiều trục tác dụng lên lỡi cắt chính, tác dụng lên lỡi cắt phụ và tác dụng lên lỡi cắt ngang. Các thành phần lực Px tác dụng lên lỡi cắt ngang chiếm khoảng 57% lực Px. Các thành phần lực Px tác dụng lên lỡi cắt chính chiếm khoảng 40% lực Px. Các thành phần lực Px tác dụng lên lỡi cắt phụ chiếm khoảng 3% lực Px. - Lực tiếp tuyến Pz : Phân bố trên các lưỡi cắt và hỡnh thành các ngẫu lực. Tập hợp các ngẫu lực này tạo ra mômen xoắn có xu hớng cản trở chuyển động cắt chính. + Mô men khoan: Là tổng hợp mô men do các lực tiếp gây PZ gây ra: PZ – tác dụng lên 2 LCC (chiếm 80%); P’ Z – tác dụng lên 2 LCP ( 12%); PNZ – tác dụng lên LCN (8 %). 3.4.Sự mài mòn và tuổi bền của mũi khoan ( Tool Wear and Tool Life of Drill) a.Sự mài mòn: Mũi khoan thờng hay bị mòn ở các bộ phận sau: - Mòn theo mặt sau và mặt trớc: Xảy ra khi gia công thép. Mòn theo cạnh viền: Xảy ra khi gia công vật liệu dẻo hoặc thép có độ bền và độ dai lớn. Cạnh viền bị mòn làm tăng mômen xoắn M. - Mòn theo góc nối tiếp giữa lỡi cắt chính với cạnh viền: Xảy ra khi gia công vật liệu giòn, vật liệu kém dẻo. Dẫn tới cả PX và MX đều tăng. Mòn ở lỡi cắt ngang: Xảy ra khi lỡi cắt ngang quá dài và nhiệt luyện mũi khoan không đạt yêu cầu. Lỡi cắt ngang bị mòn dẫn tới lực chiều trục PX tăng lên rất nhanh. b.Tuổi bền: Cũng nh tiện, quan hệ gia tuổi bền và tốc độ cắt khi khoan đợc biểu thị bởi biểu thức sau: Với mũi khoan thép gió, chỉ số tuổi bền lấy bằng : m = 0,125 á 0,2 Với mũi khoan gắn mảnh hợp kim cứng : m = 0,25 á 0,4 Nói chung, tuổi bền T đợc chọn theo đờng kính mũi khoan. HSS: T = (1 á 1,5) D [ph] HKC: T = (1,5 á 2) D [ph] Trong đó: D - Đờng kính của mũi khoan, mm. A:hệ số phụ thuộc gia công 3.5.Các yếu tố của lớp cắt và chế độ cắt khi khoan: a.Chiều dày lớp cắt : Chiều dày lớp cắt đợc đo theo phơng vuông góc với lưỡi cắt chính. Khi khoan lỗ đặc hoặc lỗ rỗng, chiều dày cắt đợc tính theo công thức: b. Chiều rộng lớp cắt + Khi khoan lỗ đặc: +Khi khoan lỗ rỗng: c. Diện tích lớp cắt: + Khi khoan lỗ đặc: +Khi khoan lỗ rỗng: d.Chiều sâu cắt: + Khi khoan lỗ đặc: + Khi khoan lỗ rỗng: Lợng chạy dao: Lượng chạy dao khi khoan là luợng dịch chuyển của một điểm trên lỡi cắt chính theo phơng chuyển động chạy dao sau một vòng quay của mũi khoan. Ký hiệu: S [mm/vg]. Với mũi khoan có hai luỡi cắt chính, nên luợng chạy dao răng đuợc tính bằng: SZ = S/2 [mm/răng] Luợng chạy dao phút đuợc tính bằng: Sph = S . n [mm/ph] e. Tốc độ cắt: + Tinh vận tốc cắt theo công thức & tinh số vòng quay: + Tinh lại vận tốc cắt thực: f.Kiểm nghiệm chế độ cắt Chế độ cắt xác định trên phải bảo đảm các điều kiện sau: PX Ê Pmáy ; MX Ê Mmáy ; NC Ê Nmáy . h Chương II PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1. Yêu cầu đối với máy cần thiết kế 1.1. Các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng - Máy thiết kế phải có năng suất và hiệu suất tương đối cao, ít tốn năng lượng, kích thước máy cố gắng thật nhỏ, gọn, chi phí đầu tư thấp, vận hành tương đối dễ dàng - Để làm được điều này người thiết kế cần hoàn thiện về sơ đồ kết cấu của máy đồng thời chọn các thông số thiết kế và các quan hệ về kết cấu hợp lý. 1.2. Khả năng làm việc - Máy có thể hoàn thành các chức năng đã định mà vẫn giữ được đồ bền, không thay đổi kích thước cũng như hình dạng của máy, ngoài ra vẫn giữ được sự ổn định, có tính bền mòn, chịu được nhiệt và chấn động. - Để máy có đủ khả năng làm việc cần xác định hợp lý hình dạng, kích thước chi tiết máy, chọn vật liệu thích hợp chế tạo chúng và sử dụng các biện pháp tăng bền như nhiệt luyện, 1.3. Độ tin cậy - Độ tin cậy là tính chất của máy vừa thực hiện chức năng đã định đồng thời vẫn giữ được các chỉ tiêu về sử dụng (như năng suất, công suất, mức độ tiêu thụ năng lượng, độ chính xác, ) trong suốt quá trình làm việc hoặc trong quá trình thực hiện công việc đã quy định. - Độ tin cậy được đặc trưng bởi xác suất làm việc không hỏng hóc trong một thời gian quy định hoặc quá trình thực hiện công việc. 1.4. An toàn trong sử dụng Một kết cấu làm việc an toàn có nghĩa là trong điều kiện sử dụng bình thường thì kết cấu đó không gây ra tai nạn nguy hiểm cho người sử dụng, cũng như không gây hư hại cho thiết bị, nhà cửa và các đối tượng xung quanh. 1.5.Tính công nghệ và tính kinh tế: - Đây là một trong những yêu cầu cơ bản đối với máy để thỏa mãn yêu cầu về tính công nghệ và tính kinh tế thì máy được thiết kế có hình dạng, kết cấu, vật liệu chế tạo phù hợp với điều kiện sản suất cụ thể, đảm bảo khối lượng và kích thước nhỏ nhất, ít tốn vật liệu nhất, chi phí về chế tạo thấp nhất kết quả cuối cùng là giá thành thấp. - Máy nên thiết kế với số lượng ít nhất các chi tiết, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp, chọn cấp chính xác chế tạo cho phù hợp nhưng vẫn đảm bảo được điều kiện và quy mô sản xuất cụ thể. 2.CẤU TẠO MÁY: Máy được cấu tạo bao gồm 2 phần chính: -Hệ thống điều khiển trục chính -Hệ thống bàn máy gá kẹp phôi 2 1 1 Mô hình máy 5 3 4 Hệ thống điều khiển trục chính 6 Cơ cấu vít me đai ốc bi 7 11 Cơ cấu kẹp phôi 13 9 12 8 11 10 Đồ gá gia công : hệ thống cam cóc, đĩa chia phôi. Tên chi tiết trong mô hình STT Tên bộ phận Chức năng 1 Thân máy Đỡ bộ phận điều khiển (Động cơ , bộ vít me bi) 2 Bàn máy Lắp đồ gá gia công 3 Động cơ 1 Điều khiển vòng quay trục chính thông qua bộ truyền đai lắp vào culy 4 Động cơ 2 Điều khiển bước tiến trục chính trong hành trình taro, lên xuống trục chính trong hành trình khoan 5 Đài gá dao Gá mũi Khoan or mũi taro 6 Vít me – Đai ốc bi Nối trực tiếp với trục chính của servo 2 7 Đĩa kẹp phôi Đỡ và xác định vị trí phôi đưa từ máng trượt xuống 8 Trục chính Điều khiển cam, cóc, đĩa kẹp phôi 9 Thanh kẹp phôi Nhận lực từ xylanh kẹp chặt phôi khi gia công 10 Cơ cấu đỡ thanh kẹp phôi Xác định đúng vị trí thanh kẹp phôi 11 Xylanh khí nén Điều khiển cam theo góc độ đĩa phôi 12 Bánh răng cóc Cóc Số răng chia theo góc độ theo đĩa kẹp phôi : 8 phôi, gồm 2 cóc đặt ngược chiều 13 Cam Điều khiển trục chính quay điều khiển đĩa kẹp phôi. Hệ thống điều kiển trục chính bao gồm: 2 động cơ điều khiển. Trục vitme đai ốc bi Rãnh trượt bi Thân Hệ thống bàn máy gá kẹp phôi: Hệ thống cam cóc Đĩa chia phôi Trục gá. 3.Nguyên lí hoạt động: Phôi có đường kính 10mm, dài l = 12mm sau khi khi từ hệ thống cấp phôi, qua máng dẫn phôi vào đĩa kẹp phôi 7. Tại đây Phôi được xác định đúng vị trí nhờ góc độ chia trên Đĩa kẹp phôi 7. Chuyển động của máy bao gồm 3 chuyển động chính bao gồm: Chuyển động quay và tịnh tiến của đầu máy mang trục chính. Chuyển động tịnh tiến của xylanh để mang mỏ kẹp ra kẹp chặt phôi. Chuyển động tịnh tiến của xylanh để quay đĩa chia phôi. 3 chuyển động này có quan hẹ với nhau nhờ hệ thống điện khí nén và các công tắc hành trình. -Trục chính nhận chuyển động quay và tịnh tiến nhờ 2 động cơ. Bấm nút khởi động trục chính vừa quay vừa chuyển động tịnh tiến xuống phía dưới. Trục chính được giới hạn hành trình và đảo chiều nhờ hai công tắc hành trình. -Công tắc 1S1: Khởi tạo hành trình cho xylanh 11 đẩy hệ thống cam cóc quay 1 góc 45 độ. Lúc này 1 công tắc S2 được đặt ở cuối hành trình piston của xylanh 11. Khi piston duỗi ra hết thì chạm vào S2 .Xylanh đẩy cơ cấu kẹp phôi bắt đầu đi ra kẹp chặt Chi tiết cần gia công. Lúc này đài gá dao mang theo mũi khoan hoặc taro bắt đầu Khoan hoặc taro ren theo bước mà động cơ servo đã lập trình từ trước. Công tắc 2S3 : Sau khi Khoan hoặc taro xong thì trục chính chạm vào công tắc S3. Các xylanh chia phôi 11 và xylanh kẹp phôi bắt đầu co về. Chi tiết gia công xong sẽ được lưỡi gà gạt vào thùng chứa. Trên đây là mô tả Nguyên lý hoạt động của phần kết hợp điều khiển chuyển động của trục chính và đồ gá chuyên dùng của máy. 4.Ưu, nhược điểm của máy khoan tự động so với máy thông thường: a) Ưu điểm : -Do là máy khoan tự động là máy chuyên dùng, với đồ gá chuyên dùng nên cho năng suất cao hơn khi gia công trên máy vạn năng thông thường. -Hệ thống tự động chia phôi giúp cho việc tốn ít công sức của nhân công hơncho phép một công nhân có thể vận hành nhiều máy 1 lúc. - Hệ thống gá kẹp phôi tương đối nhỏ gọn. -Có thể cải tiến gia công nhiều chi tiết 1 lúc. b) Nhược điểm : Chỉ cho phép gia công 1 chloaij chi tiết nhất định ứng với 1 loại đồ gá chuyên dung. Trừ khi thiết kế lại đồ gá khác cho loại chi tiết đó. Độ chính xác của chi tiết gia công phụ thuộc nhiều vào đồ gá chế tạo. Cụ thể ở đây là góc độ của đĩa chia phôi. Nên việc chế tạo đồ gá phải yêu cầu kỹ thuật cao dẫn đến tốn kém về mặt kinh tế. 5.KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN KHÍ NÉN: a.Trong lĩnh vực điều khiển: Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó nguy hiểm, hay xảy ra các vụ nổ, như các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo, hoặc là được sử dụng cho lĩnh vực các thiết bị điện tử, vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao. Ngoài ra các hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động; trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hoá chất. b.Hệ thống truyền động: Các dụng cụ, thiết bị máy va đập. Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác, như khai thác đá, khai thác than, trong các công trình xây dựng như xây dựng hầm mỏ, đường hầm Truyền động quay: Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén giá thành rất cao. Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén và một động cơ điện có cùng một công suất, thì giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng giảm 30% so với động cơ điện có cùng một công suất. Những dụng cụ vặn vít từ M1 đến M300 : máy khoan, công suất khoảng 3,5KW; máy mài, công suất khoảng 2,5kw cũng như những máy mài có công suất nhỏ, nhưng với số vòng quay cao 100.000vòng/phút thì khả năng sử dụng động cơ truyền động bằng khí nén là phù hợp. Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt các chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng như trong hệ thống phanh hãm của ô tô. Trong các hệ thống đo và kiểm tra : Dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra chất lượng sản phẩm. c.ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐIỆN KHÍ NÉN: Ưu điểm: Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, cho nên có trích chứa khí nén một cách thuận lợi. Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén. Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít. Đường dẫn khí nén ra (thải ra) không cần thiết (ra ngoài không khí). Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí đã có sẵn. Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được bảo đảm. Nhược điểm: Lực truyền tải trọng thấp. Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện chuyển động thẳng hoặc quay đều. Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn. Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với cơ, hoặc với điện, điện tử. Cho nên rất khó xác định một cách chính xác, rõ ràng ưu, nhược điểm của từng hệ thống điều khiển. Tuy nhiên có thể so sánh một số khía cạnh, đặc tính của truyền động bằng điện khí nén đối với truyền động bằng cơ, bằng điện-cơ và thủy lực: Khi hệ thống đạt được áp suất làm việc tới hạn, thì truyền động vẫn an toàn, không có sự cố hay hư hỏng xảy ra. Tổn thất áp suất và giá đầu tư cho mạng truyền tải bằng khí nén tương đối thấp. Hệ thống điều khiển và truyền động bằng khí nén hoạt động tốt. Khi mạng đạt tới áp suất tới hạn và không gây nên ảnh hưởng đối với môi trường tuy nhiên hệ thống đòi hỏi rất cao vấn đề lọc chất bẩn của áp suất không khí trong hệ thống. Trong hệ thống truyền động bằng khí nén, khả năng thay thế những phần tử dễ dàng. Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nửa khả năng giản nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt được vận tốc rất cao. Truyền động bằng khí nén có khả năng điều chỉnh lưu lượng và áp suất một cách đơn giản. Tuy nhiên với sự thay đổi tải trọng tác động, thì vận tốc bị thay đổi. Vận tốc truyền tải và xử lý tín hiệu tương đối chậm. 6. Cơ cấu vitme đai ốc bi: Truyền động lên xuống của đầu trục chính mang mũi khoan được thực hiện nhờ cơ cấu vitme đai ốc bi. Truyền động vitme đai ốc bi Truyển động vít – đai ốc được dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu vít trượt hoặc cơ cấu vít lăn. Truyển động vít – đai ốc đượ sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kĩ thuật khác nhau: các dụng cụ chính xác, các thiết bị tải nặng của cơ cấu ép, cần trụcdi chuyển chính xác, tuy nhiên tổn thất về ma sát trong ren lớn, hiệu suất thấp, nguy hiểm về mòn tăng. Sơ đồ động của truyển động của chuyển động vít – đai ốc dựa vào yêu cầu sử dụng và bố trí kết cấu: vít quay, đai ốc tịnh tiến (vít chạy dao trong máy tiện), vít vừa quay vừa tịnh tiến, đai ốc cố định.Tùy theo ma sát trên ren mà người ta phân ra truyển động vít – đai ốc ma sát trượt gọi tắt là truyển động trượt và ma sát lăn gọi là chuyển động lăn. Truyển động trượt là loại vít me - đai ốc có tiếp xúc mặt. Truyển động lăn là loại vít me - đai ốc có tiếp xúc lăn. Vì vậy truyển động lăn có ma sát nhỏ, hoạt động êm được dùng trong các cơ cấu di chuyển chính xác, cơ cấu định lượng và điều chỉnh.vv Thường dùng nhất là chuyển động Vit – đai ốc bi Ưu điểm của Vít me – đai ốc bi: -Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần bằng 0.9. - Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ. -Có thể loại trừ khe hở và sức căng ban đầu nên đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao. - Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài Profin ren và vật liệu vít – đai ốc: Các loại Profin ren khác nhau trong đó thường dùng profin tròn và tam giác có góc tiếp xúc Để giảm ma sát, bán kính rãnh lăn r1 phải lớn hơn bán kính bi.khi đường kính bi db 8mm lấy r1 = 0,51 db khi db lấy r1 = 0,53 db Các loại Profin ren Mặt làm việc của cơ cấu vít bi cần được tôi độ rắn HRC 60 hoặc lớn hớn .Vít được chế tạo từ thép crom-vonfram-mangan(CrWMn) đó là 7CrMn2W.từ thép crom – molipden – vonfram 20Cr 3MoWV.Với đai ốc dung vật liệu :thép 18CrMnTi và 12CrNi3 Ưu điểm của truyền động vitme đai ốc bi 7.Động cơ bước và động cơ DC Chuyển động của trục điểm chính được được điều khiển chính xác nhờ động cơ DC và động cơ bước.Chúng ta hãy cùng so sánh ưu nhược của nó so với động cơ thường và động cơ bước. 7.1.Động cơ bước: Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết. Động cơ bước có thể được mô tả như là một động cơ điện không dùng bộ chuyển mạch. Cụ thể, các mấu trong động cơ là stator, và rotor là nam châm vĩnh cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở, nó là những khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính. Tất cả các mạch đảo phải được điều khiển bên ngoài bởi bộ điều khiển, và đặc biệt, các động cơ và bộ điều khiển được thiết kế để động cơ có thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào cũng như là quay đến bất kỳ vị trí nào. Hầu hết các động cơ bước có thể chuyển động ở tần số âm thanh,cho phép chúng quay khá nhanh, và với một bộ điều khiển thích hợp, chúng có thể khởi động và dừng lại dễ dàng ở các vị trí bất kỳ. Động cơ bước có thể được dùng trong hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản;những hệ thống này đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọng tĩnh, nhưng khi tải trọng thay đổi hoặc điều khiển ở gia tốc lớn, người ta vẫn dùng hệ điều khiển vòng kín với động cơ bước. Nếu một động cơ bước trong hệ điều khiển vòng mở quá tải, tất cả các giá trị về vị trí của động cơ đều bị mất và hệ thống phải nhận diện lại; servo motor thì không xảy ra vấn đề này. Dùng động cơ bước để điều khiển trong máy CNC Động cơ bước được chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu và biến từ trở (cũng có loại động cơ hỗn hợp nữa, nhưng nó không khác biệt gì với động cơ nam châm vĩnh cửu). Nếu mất đi nhãn trên động cơ, các bạn vẫn có thể phân biệt hai loại động cơ này bằng cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng. Động cơ nam châm vĩnh cửu dường như có các nấc khi bạn dùng tay xoay nhẹ rotor của chúng, trong khi động cơ biến từ trở thì dường như xoay tự do (mặc dù cảm thấy chúng cũng có những nấc nhẹ bởi sự giảm từ tính trong rotor). Bạn cũng có thể phân biệt hai loại động cơ này bằng ohm kế. Động cơ biến từ trở thường có 3 mấu, với một dây về chung, trong khi đó, động cơ nam châm vĩnh cửu thường có hai mấu phân biệt, có hoặc không có nút trung tâm. Nút trung tâm được dùng trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực. Động cơ bước phong phú về góc quay. Các động cơ kém nhất quay 90 độ mỗi bước, trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8 độ đến 0.72 độ mỗi bước. Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ điều khiển có thể điều khiển các phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước. Đối với cả động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc động cơ biến từ trở, nếu chỉ một mấu của động cơ được kích, rotor (ở không tải) sẽ nhảy đến một góc cố định và sau đó giữ nguyên ở góc đó cho đến khi moment xoắn vượt qua giá trị moment xoắn giữ (hold torque) của động cơ. Nếu motor của bạn có 3 cuộn dây, được nối như trong hình, với một đầu nối chung cho tất cả các cuộn, thì nó chắc hẳn là một động cơ biến từ trở. Khi sử dụng, dây nối chung (C) thường được nối vào cực dương của nguồn và các cuộn được kích theo thứ tự liên tục. Dấu thập trong hình là rotor của động cơ biến từ trở quay 30 độ mỗi bước. Rotor trong động cơ này có 4 răng và stator có 6 cực, mỗi cuộn quấn quanh hai cực đối diện. Khi cuộn 1 được kích điện, răng X của rotor bị hút vào cực 1. Nếu dòng qua cuộn 1 bị ngắt và đóng dòng qua cuộn 2, rotor sẽ quay 30 độ theo chiều kim đồng hồ và răng Y sẽ hút vào cực 2. Để quay động cơ này một cách liên tục, chúng ta chỉ cần cấp điện liên tục luân phiên cho 3 cuộn. Điều khiển đầy bước: Bằng việc điều khiển cờng độ dòng điện cung cấp lần lợt cho từng cuộn dây trên stato của động cơ bớc ta sẽ có đợc các vị trí chính xác tơng ứng của rôto (nam châm). Tốc độ quay của động cơ bớc phụ thuộc vào tần số xung điện cung cấp cho các cuộn dây. Động cơ bước đợc dùng nhiều nhất trong công nghiệp hiện nay là Hybrid stepping motor. - Động cơ bước Hybrid stepping motor có rôto từ trở thay đổi với nam châm vĩnh cửu gắn trong các rãnh từ của nó (từ Hybrid muốn chỉ đến sự kết hợp của hai nguồn từ trờng: từ trờng từ các cuộn dây stato và từ trờng của nam châm vĩnh cửu). - Hybrid stepping motor thường được dùng khi yêu cầu các bớc quay góc nhỏ. - Động cơ buớc với buớc góc 1.80 là động cơ tiêu chuẩn đợc dùng nhiều nhất trong công nghiệp tự động hóa 3600. Điều khiển không đầy bước (vi bước): Bằng việc điều khiển việc cung cấp cờng độ dòng điện đồng thời cho các cuộn dây stato ta có thể định vị trí của rôto ở các vị trí trung gian giữa các cuộn dây tuơng ứng, phơng pháp điều khiển động cơ bớc theo cách này đợc gọi là điều khiển vi buớc. Điều khiển vi buớc thuờng đợc sử dụng khi yêu cầu độ phân giải cao hơn, do vậy độ chính xác cao hơn. Tuy nhiên việc điều khiển phức tạp hơn. Các vi buớc thuờng đợc sử dụng là 1/10; 1/16; 1/32; 1/125. Một số ưu điểm của động cơ bước: Giá thành rẻ (low cost). Có thể điều khiển mạch hở (can work in an open loop, no feedback required). Duy trỡ mô men rất tốt (không cần phanh, biến tốc). Mô men xoắn cao ở tốc độ thấp. Chi phí bảo dỡng thấp (không có chổi quét) (low maintenance, brushless). Định vị chính xác. Không phải điều chỉnh các thông số điều khiển. Một số nhược điểm: Động cơ làm việc không đều, đặc biệt là ở tốc độ thấp (điều khiển đầy bớc). Tiêu thụ dòng điện không phụ thuộc vào tải. Kích cỡ hạn chế. Làm việc ồn. Mô men giảm theo tốc độ. Không có phản hồi nên có thể xảy ra các sai số. 7.2.Động cơ DC: * Động cơ DC : Động cơ DC là máy điện dung để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ.Giống như các loại động cơ khác,động cơ điện một chiều cũng gồm có stato và rôto. Stato: còn gọi là phần cảm gồm dây quấn kích thích được quấn tập trung trên các cực từ stato. Các cực từ stato được ghép cách điện từ các lá thép kỹ thuật điện được đạp định hình sẵn có bề mặt dày từ 0,5-1mm,và được gắn trên gong từ bằng thép đúc cũng chính là vỏ máy. Rôto : còn gọi là phần ứng, gồm lõi thép phần ứng và dây quấn phần ứng. lõi thép phần ứng có hình trụ, được ghếp bằng các lá thép kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau. Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử,được đặt vào các rãnh trên lõi thép rôto.Các phần tử dây quấn roto được nối tiếp với nhau thông qua các lá góp trên cổ góp.Lõi thép phần ứng và cổ góp được cố định trên trục rôto. Cổ góp và chổi điện : Làm nhiệm vụ đảo chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng. - Ưu điểm của động cơ: + Động cơ DC có mômen quay cao trọng lượng giảm, thời gian đáp ứng nhanh. + Giá thành không cao. + Cho phép điều khiển điện áp chính xác mà cần thiết với tốc độ và các ứng dụng điều khiển mô-men xoắn. + Động cơ DC hoạt động tốt hơn so với động cơ AC trên thiết bị kéo. + Động cơ DC được thuận tiện cầm tay và rất thích hợp cho các ứng dụng dặc biệt,chẳng hạn như các công cụ công nghiệp cầm tay. * Nhược điểm: + Khả năng tải hay mang tải thấp hơn so với hệ thống thủy lực. + Động cơ có chổi than có hiện tượng mòn chổi than do tiếp xúc ,phất sinh tia lửa điện. + Dòng và áp cấp bị giới hạn. + Động cơ thoát nhiệt khó. * Phương pháp điều khiển tốc độ và chiều động cơ - Điều chỉnh tốc độ động cơ sử dụng các bộ chỉnh lưu bán dẫn + Để thực hiện phương pháp điều chỉnh này cần phải có một nguồn cung cấp một điện áp của nó có thể thay đổi được để cung cấp cho phần cứng của động cơ.Các nguồn điện áp này thường được tạo ra bởi bộ chỉnh lưu bán dẫn có điều khiển hoặc không có điều khiển. + Điều chỉnh điện áp phần cứng bằng bộ điều chỉnh điện áp và bộ chỉnh lưu điôt Chương 3: THIẾT KẾ KỸ THUẬT MÁY 3.1.Tính toán chế độ cắt: - Vật liệu gia công. Chọn vật liệu gia công cho máy chủ yếu là thép. Đối với vật liệu thép ta có: + Đường kính dao gia công . D = 5 (mm) * Chiều sâu cắt t: * Lượng chạy dao S. (mm/vòng) = (mm/vòng) Chọn theo máy S = 0,1 (mm/vòng) Vận tốc cắt V. m/phút Theo bảng 3.3 (Chế Độ Cắt ) Cv= 7 ; xv= 0 ; yv= 0,7 ; zv= 0,4 ; m = 0,2 Bảng 4.3 ; T = 15(phút) Bảng 5.3 ; - hệ số phụ thuộc vào chất lượng của vật liệu gia công =1 Bảng 6.3 ; - hệ số phu thuộc vào tình trạng của bề mặt phôi 1 m/phút + Xác định số vòng quay (vòng/phút) Số vòng quay được xác định theo công thức. (vòng/phút) Chọn theo máy n = 670 (vòng/phút) * Tính lực cắt. Lực cắt khi khoan (Lực dọc trục) Theo bảng 7.3 Chế độ cắt gia công cơ khí. Ta xác định được các hệ số và chỉ số mũ như sau. Cp= 68 ;yp=0,7 ; zp= 1 ; Kp=Kmp=( Vậy: (N) * Mô men cắt. (KG.m) Bảng 7.3 ; ; ; (KG.m) = 5000(N.mm) * Công suất cắt gọt. (Kw) Theo công thức kinh nghiệm thì Nc chiếm 80 -90% Nđc Nên để đơn giản trong tính toán ta có thể tính gần đúng công suất động cơ điện theo công suất cắt như sau. Với: = 0,8 0,9 (Hiệu suất chung của truyền dẫn); chọn = 0,9 = 0,38 (Kw) * Tính toán lực kẹp khi khoan: Sơ đồ định vị chi tiết hình trụ khi khoan (H.vẽ) Mômen xoắn M do lực cắt gây ra (hay còn gọi là mômen cắt),có xu hướng làm xoay chi tiết xung quanh trục của nó. Mômen cắt M này bị mômen lực ma sát trên các bề mặt tiếp xúc của chi tiết gia công với đồ định vị và cơ cấu kẹp chặt gây ra chống lại. Phương trình cân bằng mômen được viết dưới dạng: Trong đó : K - là hệ số an toàn K =1,3. M - mômen cắt W - Lực kẹp f1 - hệ số ma sát giữa bề mặt chi tiết gia công và kẹp chặt f1 = 0,2 R- bán kính chi tiết gia công R = 5mm f2 - Hệ số ma sát giữa bề mặt chi tiết và mỏ kẹp f2 = 0,2 (N) * Chiều dài hành trình khoan: L = l + l1 +l2 l – Chiều sâu lỗ khoan: l = 10mm l1 – Lượng ăn tới (mm) l1 = = 5mm l2 – Lượng vượt quá (mm) l2 = 10mm Hành trình khoan L = l + l1 +l2 = 10 + 10+5 =25(mm) 3.2.Tính toán tốc độ vòng quay, momen, công suất trên các trục. * Công suất trên mỗi trục: Công suất làm việc : Plv = 0,34(Kw) Hiệu suất ổ lăn : = 0,995 - Công suất trục (Kw) Hiệu suất ổ lăn : = 0,995 Hiệu suất bộ truyền đai : = 0,96 - Công suất trục động cơ : (Kw) *Tính mômen trên mỗi trục: - Trục làm việc: (N.mm) - Trục động cơ: (N.mm) Bảng thống kê: Trục động cơ Trục I P (Kw) 0,356 0,341 N (vòng/phút) 3000 670 T(N.mm) 1135 5000 *Chọn động cơ điện: 3.3.TRUYỂN ĐỘNG ĐAI RĂNG Đai răng là loại đai dẹt được chế tạo thành vòng kín,có răng ở mặt trong.Khi vào tiếp xúc với bánh đai ,các răng của đai sẽ ăn khớp với các bánh răng trên bánh đai. Do truyền động bằng ăn khớp , bộ truyền đai răng có các ưu điểm : không có hiện tượng trượt, hiệu suất cao, không cần lực căng đai ban đầu, lực tác dụng lên trục nhỏ. a.Vật liệu : Đai răng được chế tạo từ cao su trộn với nhựa nairit hoặc được đúc từ cao su poliuretan (CKY-7).Lớp chịu tải chủ yếu là dây thép ,sợi thủy tinh hoặc poliamit. Đường kính dây thép bằng 0,3 - 0,4mm đối với đai có modul m = 2 ; 3 và bằng 0,65-0,8mm đối với m = 4 ; 5 thường dung đai răng cao su nhân tạo có cốt là dây kim loại.Nhờ lớp cốt cứng và bền mà bước của đai không bị thay đổi để năng cao độ bền ta thường dung phủ thêm lớp ngoài cùng lớp vải cao su. b.Xác định Modul và chiều rộng đai Modun m được xác định theo công thức. Với: P1: Công suất bánh đai chủ động ; P1= 0,4 (KW). n1: Số vòng quay của bánh đai chủ động.n1= 3000 (v/p) Vậy: (mm) Chọn m = 2. Chiều rộng đai b được xác định. ; là hệ số chiều rộng đai; chọn ( vì lấy m tiêu chuẩn lớn hơn m tính toán) (mm). Vậy chọn b=12.5 (mm) –Bảng 4.28 – TTTKHDĐCK tập 1 + Xác định các thông số còn lại của bộ truyền. -Số răng Z1 của bánh đai nhỏ: Dựa vào bảng 4.29 – TTTKHDĐCK tập 1 Với m = 2 ,nmax= 3000 (v/p) ta chọn Z1=18 (răng) Số răng bánh đai lớn Z2 = u.Z1 = 2.18 = 36 (răng) -Tính khoảng cách trục a: amin = 0.5m(Z1+Z2)+2m = 0,5.2(18+36)+2.2 = 58(mm) amax = 2m(Z1+Z2) = 2.2(18+36) = 192(mm) Vậy: amin ≤ a ≤ amax => 58 ≤ a ≤ 192 chọn sơ bộ a=180 (mm). -Tính số răng của đai: p là bước đai với m = 2, p tương ứng = 6,28 (mm) ( Bảng 4.27 - TTTKHDĐCK tập 1). Dựa vào bảng 4.30 – TTTKHDĐCK tập 1 với m=2; Zđ= 90 ta chọn Lđ= 565,2mm -Xác định lại khoảng cách trục (mm) 182(mm) - Xác định các thông số còn lại của bộ truyền. Đường kính vòng chia của các bánh đai: - Đường kính vòng chia của bánh đai nhỏ: d1 = m.Z1= 2.18 = 36(mm) - Đường kính vòng chia của bánh đai lớn: d2= m.Z2 = 2.36 = 72(mm) Đường kính ngoài của bánh đai: - Đường kính ngoài của bánh đai nhỏ: - Đường kính ngoài của bánh đai lớn: Với (mm) là khoảng cách từ đáy răng đến đường trung bình của lớp chịu tải(tương ứng với mô đun là 2) ( Bảng 4.27 - TTTKHDĐCK tập 1)) Số răng đồng thời ăn khớp trên bánh đai nhỏ: trong đó: góc ôm trên bánh đai nhỏ (răng) thoả mãn (răng) Các thông số của bánh đai răng Thông số Ký hiệu Kích thước(mm) Bánh nhỏ Bánh lớn Mô đun ăn khớp m 2 2 Số răng z 18 36 Đường kính đỉnh răng da 34,8 70,8 Chiều cao răng h 1,5 1,5 Đường kính vòng chia d 36 72 Chiều dài răng B 14,5 14,5 Kích thước profin rãnh Kích thước Chiều rộng nhỏ nhất của rãnh,mm S 1,8 Góc profin rãnh, độ 50 Bán kính góc lượn r1 0,4 r2 0,4 * Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng. Lực vòng riêng trên đai phải thỏa mãn điều kiện. Trong đó F1 Lực vòng được xác định qm: Khối lượng 1 m đai có chiều rộng 1 mm. Dựa vào bảng 4.30 – TTTKHDĐCK tập 1 với m = 2 và ta có qm= 0,0032 (kg). Kd: Hệ số tải trọng động. ta có Kd=1,1 [q]= [qo].Cz.Cu Với: [qo]: Lực vòng riêng cho phép . Dựa vào bảng 4.30 – TTTKHDĐCK tập 1 với m = 2 ta có [qo]=5 (N/mm). Cz: Hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đồng thời ăn khớp Zo; Cz=1 Cu: Hệ số kể đến ảnh hưởng của truyền động tăng tốc. Cu=1 [q]= [qo].Cz.Cu=5.1.1=5 Vậy: Thỏa mãn điều kiện về lực vòng. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục: = (1,1 1,3) 0,0032.12,5.10,22 = 32,4 38 (N) Lực tác dụng lên trục : N Hai thành phần lực tác dụng 3.4.THIẾT KẾ TRỤC VÀ CHỌN Ổ LĂN: A.Thiết kế trục: 1.Sơ đồ phân tích lực của hệ dẫn động - Lực cắt : Pz = 90 (N) - Lực tác dụng từ bộ truyền đai: Lực tác dụng lên trục: - Là lực vòng N Hai thành phần lực tác dụng 2- Tính sơ bộ đường kính trục: Theo công thức 10.9: T - Mômen xoắn (N.mm) - Ứng suất xoắn cho phép = 1530 Mpa Ta có (mm) Chọn d = 15mm Theo bảng 10.2 (TKHDĐCK- TẬP 1) 3.Xác định khoảng cách các gối đỡ - Chiều dài mayo bánh đai lm = (1,2.1,5).d = (1,21,5).15 =18.27 (mm) chọn lm = 25mm - Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực: + Khoảng cách từ mút của ổ lăn 1 tới gờ trục k1 = 15mm + Khoảng cách từ mút ổ lăn 2 tới gờ trục 2 k2 = 15mm + Khoảng cách từ mặt gối đỡ tới bánh đai k3 = 15mm + Chiều cao từ mặt gối đỡ tới nắp ổ h = 20mm mm Xác định các lực tác dụng lên trục: Phương trình cân bằng lực và mômen + Thử lại phương trinh cân bằng lực: (thỏa mãn) + Theo * Tính Mômen tại các vị trí; - Tại vị trí lắp bánh đai; - Tại vị trí B Tổng momen uốn tại vị trí B. Momen tương đương tại vị trí B. * Tính đường kính trục tại các tiết diện. Trong đó - Ứng suất cho phép của thép chế tạo trục (theo bảng 10.5 HTDĐCK- tập 1) Tại A: Chọn theo gia trị tiêu chuẩn Tại B: Chon theo giá tri tiêu chuẩn 5.Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi. Trục làm bằng thép C45 có giới hạn bền kéo sb= 600 (MPa). Giới hạn bền uốn s-1=0,436.sb = 0,436. 600 = 261,6 (MPa) Giới hạn bền xoắn t-1=0,58.s-1 = 0,58. 261,6 = 151,73 (MPa) Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện ; (10.19) Trong đó: - hệ số an toàn cho phép = (1,5 - hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp Theo công thức : (10.20) (10.21) Trong đó ; -biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp tại tiết diện i - Biên độ và trị số trung bình của ứng suất tiếp tại tiết diện i Đối với trục quay ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ smi= 0 ; sai= smaxi= Mi/Wi. Trục quay 1 chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động do đó: tmi = tai = tmaxi/2 = Ti/(2.Woi). + Mi ,Ti : là mômen uốn và mômen xoắn tại tiết diện i + Wi ,Woi : Là momen can uốn và moomen can xoắn tại tiết diện của trục, xác định theo bảng 10.6 ( HDĐCK- tập 1) + Hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi.theo bảng 10.7 (HDĐCK- tập 1) với sb=600 (MPa) => ys= 0,05, yt=0 +; Hệ số xác định theo công thức (10.25) và (10.26) Ksdi =( Ks/es+Kx -1)Ky Ktdi =( Kt/et+Kx -1)Ky Kx – Hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt Ra(2,5....0,63) với sb= 600 (MPa) => Kx=1,06. Ky – Hệ số tăng bền bề mặt trục => Ky=1,5 + - Hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi. *Kiểm nghiệm trục tại tiết diện A: Tiết diện tròn có 1 rãnh then: Suy ra sai= smaxi= Mi/Wi = tmi = tai = tmaxi/2 = Ti/(2.Woi) Ksdi =( Ks/es+Kx -1)Ky = 1,5 = 1,12 Ktdi =( Kt/et+Kx -1)K = 1,15 Ta có : (thỏa mãn) * Kiểm nghiệp trục tại tiết diện B: Tiết diện tròn : Suy ra sai= smaxi= Mi/Wi = tmi = tai = tmaxi/2 = Ti/(2.Woi) Ksdi =( Ks/es+Kx -1)Ky = 1,5 = 1,12 Ktdi =( Kt/et+Kx -1)K = 1,15 Ta có : = (2,5....3) (thỏa mãn) Tiết diện D es et A 12 1,18 1,15 B 15 0,95 0,92 3.5.Tính và kiểm nghiệm dầm và gối đỡ trục chính: A.Kiểm nghiệm gối đỡ: Đây là bài toán sức bền với gối đỡ là thanh chịu kéo nén đúng tâm. a.Biểu đồ Nz vẽ như hình trên. b.Kiểm tra bền: Gối làm bằng thép C45 với [d] = 160 N/mm2. Điều kiện bền : dmax = ≤ [d] = 160 N/mm2. F = p.(D2 - d2).1/4 = 1300 mm2. Þ : dmax = 0.07 Vậy gối đỡ đảm bảo điều kiện bền. B.Kiểm nghiệm dầm: Ta có thể coi dầm có tiết diện đều như hình: Do hình có 2 trục đối xứng nên gốc tọa độ đi qua trọng tâm của hình. Jx = Jy = J0 = S. Với S là tiết diện mặt cắt trên. S = 1605 mm2. Þ Jx = Jy = J0 = 1605 mm2. Dầm chịu uốn với F = 125N. Biểu đồ momen uốn. Ta có : Wx = Wy= xmax = 39 mm ymax = 22 mm. Dầm làm bằng thép C45 được tôi cải thiện với db = 850 N/ mm2. Điều kiện bền : dmax ≤ db dmax= .xmax với M = F.L L = 240 mm. dmax= .ymax dmax= .22 = 297 N/mm2 < [d] Vậy dầm đảm bảo an toàn. Sử dụng phần mềm solidwork mô phỏng ứng suất cho dầm ta có kết quả như sau : 1. File Information Model name: Gối đỡ trục 2. Materials No. Body Name Material Mass Volume 1 Gối đỡ trục Thép C45 6.40834 kg 815518 mm^3 3. Load & Restraint Information Fixture Fixed-1 on 1 Face(s) fixed. Load Force-1 on 1 Face(s) apply normal force -90 N using uniform distribution 4. Study Property Mesh Information Mesh Type: Solid Mesh Mesher Used: Standard mesh Automatic Transition: Off Smooth Surface: On Jacobian Check: 4 Points Element Size: 9.345 mm Tolerance: 0.46725 mm Quality: High Number of elements: 8807 Number of nodes: 14790 Time to complete mesh(hh;mm;ss): 00:00:01 Computer name: LEVANBAN Solver Information Quality: High Solver Type: FFEPlus 5. Results 5a. Stress Name Type Min Location Max Location Stress VON: von Mises Stress 1.75856e-005 N/mm^2 (MPa) (256.667 mm, -80.0001 mm, 60 mm) 3.01349 N/mm^2 (MPa) (235.214 mm, 7.45871 mm, -27.2192 mm) 5b. Displacement Name Type Min Location Max Location Displacement URES: Resultant Displacement 0 mm (240 mm, 7.5 mm, -7.5 mm) 0.0154017 mm (-23.2228 mm, 0.000382829 mm, 53.75 mm) 1-SimulationXpress Study-Displacement-Displacement 5c. Deformation 1-SimulationXpress Study-Displacement-Deformation 5d. Factor of Safety 6. Appendix Material name: 1023 Carbon Steel Sheet (SS) Description: Material Source: Material Model Type: Linear Elastic Isotropic Default Failure Criterion: Max von Mises Stress Application Data: Property Name Value Units Elastic modulus 2.05e+011 N/m^2 Poisson's ratio 0.29 NA Shear modulus 8e+010 N/m^2 Mass density 7858 kg/m^3 Tensile strength 4.25e+008 N/m^2 Yield strength 2.8269e+008 N/m^2 Thermal expansion coefficient 1.2e-005 /Kelvin Thermal conductivity 52 W/(m.K) Specific heat 486 J/(kg.K) Hardening factor (0.0-1.0; 0.0=isotropic; 1.0=kinematic) 0.85 NA 3.6.Tính toán bộ truyền động vít me đai ốc bi: Phương pháp tính toán thiết kế truyển động vit me - đai ốc bi. Xác định sơ bộ đường kính trong của ren theo độ bền kéo. Trong đó: Fa - Lực dọc trục Fa = 200 (N) = = là giới hạn chảy của vật liệu vít = 360 (Mpa) Suy ra : 2.Chọn các thông số của bộ truyền. Đường kính bi db = (0,08 0,15) = 0,14.0,25mm.Chọn db=0,2(mm) Bước vít p = db + (1..5) mm = 1,2..5,2mm .Chọn p = 3mm Bán kính rãnh lăn r1 = 0,51 0,53 mm chọn r1 = 0,52mm Khoảng cách từ tâm rãnh lăn đến tâm bi: = (0,52 –).= 0,3mm Trong đó - góc tiếp xúc nên chon khe hở hướng tâm sao cho như thế độ cứng dọc và khả năng tải của vít tăng Đường kính vòng tròn qua các tâm bi Dtb = d1 + 2.(r1 – c) = 1,65 + 2.(0,52- 0,3) = 2,09mm Đường kính trong của đai ốc D1 = Dtb + 2.(r1 – c) = 2,09 + 2.(0,52-0,3) = 2,53 mm Chiều sâu của profin ren h1 = (0,30,35).db = 0,060,07mm Đường kính ngoài của vít và đai ốc d = d1 + 2.h1 = 1,65 + 2.0,06 =1,77mm D = D1 – 2.h1 = 2,53 – 2.0,06 = 2,41mm Góc vít = 24,55o Số bi trên các vòng ren làm việc Z = -1= 64 k là số vòng ren làm việc k = 2 khe hở tổng cộng giữa các viên bi (0,71,2).db = 0,14.0,24 Khe hở hướng tân : Khe hở tương đối mm Góc ma sát lăn thay thế Hiệu suất khi biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Hiệu suất biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay Mômen quay đai ốc T = (Nmm) 3.Tính kiểm nghiệm về độ bền: Tải trọng riêng dọc trục được xác định theo công thức = = 97,65 Trong đó hệ số phân bố không đều tải trọng cho các viên bi Căn cứ đồ thị = 500Mpa đối với mặt làm việc của vít và đai ốc đạt độ rắn HRC và của bi HRC 3.7. Thiết kế khớp nối 1. Chọn kiểu loại nối trục Chọn nối trục chữ thập gồm hai nữa nối trục có rãnh ăn khớp với các gờ của đệm. Diện tích bề mặt tiếp xúc lớn.Đẹm vuông dước chế tạo bằng techtolit Cho phép nối trục có đường kính 15 - 150 mm.Các kích thước chủ yếu của nối trục được chọn theo trị số momen xoắn và đường kính trục. 3.3.7.2. Xác định mô men xoắn tính toán M = 9,55.106 Trong đó: N: Công suất cần truyền qua nối trục n: Tốc độ quay của trục, n = 1420, v/ph K: Hệ số tải trọng động, K = 1,45 3.3.7.3. Chọn và kiểm tra nối trục tiêu chuẩn Pmax = ≤ [p]. Pmax = = = 1,4 (MPa) Với [p] = 8÷10 Mpa.vậy nối trục đảm bảo điều kiện. Bảng 3.6: Đặc tính kỹ thuật của nối trục chữ thập đệm techtolit n d D L H a 17 8200 15÷20 70 84 20 35 Chương 4: Lập quy trình công nghệ gia công chi tiết điển hình Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 5.1.Thuận lợi: _Qua 1 tuần được kiến tập vầ máy khoan taro tự động tại cơng ty COSMOS, chúng em nhận được sự quan tâm, hướng dẫn và chỉ đạo sâu sát của Ban giám đốc. _Các tổ sửa chửa, bảo trì nhà máy luôn nhiệt tình giúp đỡ và truyền dạy kinh nghiệm. _Sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô trong khoa cơ khí. _Được sự giúp đỡ tận tình của anh Nguyễn Hữu Trung chủ xưởng có khí inox Sinh Thành Trung tại268 Nguyễn Xiển Thanh Xuân đã tạo điều kiện cho chúng em mượn xưởng cơ khí để tiến hành gia công. 5.2.Khó khăn: _ Kiến thức lý thuyết trong nhà trường và thực tế trong công ty cĩù rất nhiều khác biệt: thực tế hơn, phong phú hơn và hiện đại hơn. _ Môi trường làm việc và học tập thay đổi đột ngột. _ Tài liệu anh văn kỹ thuật khá nhiều nên việc tiếp thu kiến thức về máy móc trong nhà xưởng, xí nghiệp còn chậm.Các dây chuyền sản xuất rất hiện đại nên việc tiếp cận còn khó khăn. _ Thời gian tiếp xúc với máy vận hành còn hạn chế. _Quá trình đo kiểm khó khăn vì không có thiết bị đo. _Do thời gian hoàn thành đề tài tương đối ngắn nên chúng em chỉ có thể hoàn thành đề tài máy khoan tự động.Nếu điều kiện cho phép chúng em có thể phát triển đề tài lên thành máy khoan taro tự động.Cho phép máy tự động hóa cao hơn, vừa có thể khoan và taro. 5.3.Đề xuất: _ Tăng thời gian tiếp xúc với dây chuyền sản xuất lúc vận hành để hiểu một cách rõ ràng hơn về máy móc, thiết bị, cách hoạt động, điều khiển để từ đó có thể lập bản vẽ, quy trình chi tiết và cụ thể hơn. _ Chúng em mong muốn rằng nhà trường sẽ tạo điều kiện hơn nữa cho chúng em cũng như các sinh viên làm đồ án tốt nghiệp những khóa sau có điều kiện về máy, dụng cụ đo cũng như các trang thiết bị khác trong quá trình tiến hành gia công. Lời Cảm Tạ