Thiết kế máy cắt kim loại

Lời nói đầu Máy công cụ cắt gọt kim loại đóng vai trò quan trọng công nghiệp nói chung ngành Cơ Khí chế tạo máy nói riêng Nó trang thiết bị chủ chốt nhà máy phân xởng khí để chế tạo máy móc, khí cụ, dụng cụ sản phẩm khác dùng sản xuất đời sống Trình độ khí hóa tự động hóa ngày cao đòi hỏi nhiều máy công cụ số lợng, chủng loại mức độ đại nhằm tăng suất lao động phát triển nhanh kinh tế quốc dân Ngày với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ giới, công nghệ nớc ta bớc phát triển không ngừng Bên cạnh việc nhập thiết bị toàn thiết bị lẻ máy công cụ để xây dựng nhà máy phân xởng khí; mặt khác, trọng phát triển ngành chế tạo máy công cụ thực tế đà sản xuất hàng loạt máy công cụ với nhiều chủng loại khác trang bị nớc xuất Khi kỹ thuật phát triển, số lợng máy móc ngày nhiều đỏi hỏi cần phải có đội ngũ khoa học kỹ thuật đông đảo, đợc trang bị kiến thức sâu rộng máy công cụ Việc tham gia làm đồ án môn học Thiết Kế Máy Cắt Kim Loại cách giúp sinh viên ngành Chế tạo máy nắm đợc cách tổng quan máy công cụ, phân tích máy thiết kế máy, gắn liền lý thuyết thực tế sản xuất, đáp ứng đợc xu phát triển chung Trong phạm vi nghiên cứu đồ án này, em đề cập tới loại máy công cụ điển hình, đợc sử dụng nhiều thực tế sản xuất máy phay vạn năng.Nội dung đồ án bao gồm: Chơng 1: Phân tích động học máy chuẩn ( Máy 6H82) Chơng 2: Thiết kế máy Chơng 3: Tính toán sức bền động lực học hộp chạy dao Chơng 4: Tính toán hệ thống điều khiển cho hộp chạy dao Với kiến thức đà học, tài liệu tham khảo, bảo tận tình thầy Nguyễn Chí Cờng, em đà cố gắng trình bày vấn đề đồ án cách rành mạch đầy đủ nhất.Tuy nhiên, thời gian tính toán thiết kế đồ án không nhiều, kiến thức hạn chế, tài liệu tham khảo chắn tránh khỏi thiếu sót Rất mong đợc bảo thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Chí Cờng đà hớng dẫn em hoàn thành đồ án Chơng I Phân tích động học máy p623/ 6h82 I Năng tính kỹ thuật máy 6H82: - Bề mặt làm việc máy : 320 x 1250 mm - Hành trình bàn máy: + Hành trình chạy dao dọc: 700 mm + Hành trình chạy dao ngang: 240 mm + Hành trình chạy dao đứng: 380 mm Gãc quay lín nhÊt cđa bµn dao: ± 45o Sè cÊp tèc ®é cđa trơc chÝnh: z = 18 Phạm vi tốc độ trục chính: 31,51600 v/ph Ph¹m vi ch¹y dao: + Ph¹m vi ch¹y dao däc: 25…1250 mm/ph + Ph¹m vi ch¹y dao ngang: 25…1250 mm/ph + Phạm vi chạy dao đứng: 8,3400 mm/ph - Công suất động : N = kw - Số vòng quay động : n = 1440 v/ph - HiƯu st cđa m¸y :  = 0,75 - Động hộp chạy dao: + Công suất: N = 1,7 kW + Sè vßng quay : n = 1440 v/ph - KÝch thíc chung cđa m¸y: 2260 x 1745 x 1660 mm II Phân tích phơng án máy 6H82 : Phân tích hộp tốc độ : a) Phơng án không gian hộp tốc độ : máy phay 6H82 với số tốc độ z = 18 ngời ta bố trí phơng án không gian nh sau: - i ∏ Pi Z= =3x3x2 Trong ®ã Pi tỷ số truyền nhóm truyền thứ i tạo thành xích tốc độ sơ đồ động máy Cách bố trí làm tăng độ cứng vững kÕt cÊu , chiỊu dµi trơc nhá gän Hép tèc ®é cã nhãm truyÒn Nhãm a gåm tû sè trun (P a= 3), víi c¸c tû sè trun tõ trôc I sang trôc II nh sau: i1 = 16/38, i2 = 19/35, i3 = 22/32 Nhãm b cã tû sè trun (P b= 3) víi c¸c tû sè trun tõ trơc II sang trơc III nh sau: i4 = 17/46, i5 = 27/37, i6 = 38/46 Nhãm c cã tû sè trun (Pc= 2) víi c¸c tû sè trun tõ trơc III sang trơc IV (trơc chÝnh) nh sau: i7 = 14/69, i8= 16/38 Nh vËy : Z = Pa x Pb x Pc = x x b) Phơng án thứ tự hộp tốc độ: + Đối với nhóm truyền I: Từ trục I sang trục II qua cặp bánh 16/38, 19/35, 22/32 Đây nhóm sở lỵng më [X0] = + Nhãm trun II: Tõ trục II sang trục III qua cặp bánh 17/46 ; 27/37 ; 38/26 Đây nhóm mở rộng thø nhÊt [X1] = + Nhãm truyÒn III: Tõ trôc III sang trôc IV qua cặp bánh 14/69, 16/38 Đây nhóm mở rộng thứ với [X2] = Phơng án thứ tự: Z = x x [X0] [X1] [X2] c) Đồ thị lới kết cấu: + TÝnh c«ng béi  : 18−1 √50 = =1,26  =1,26 Đối với máy 6H82, = 1,26, Z = 18 cã d·y tèc ®é cđa trơc chÝnh nh sau: nTC = 31,5/ 40/ 50/ 60/ 80/ 100/ 125/ 160/ 200/ 250/ 315/ 400/ 500/ 630/ 800/ 1000/ 1250/ 1600 (v/ph) + Đồ thị lới kết cấu: Phơng án không gian : Phơng án thø tù : [X0] [X1] [X2] 1 3 9 Ta cã Rn = 50 = z-1 Líi kÕt cÊu cđa máy I II III d) Đồ thị số vòngIV quay: + TÝnh sè vßng quay 1trơc I: 10 11 12 13 14 15 16 17 Từ trục động sang trục I qua cặp bánh 27/53 có tốc độ : 18 27 n0 = 1440 53 = 733,6  n0 = 733,6 v/ph Để cho đơn giản ngời ta chọn n0 = 1000 v/ph vẽ đồ thị số vòng quay +Tính độ xiên tia đồ thị vòng quay : i = X X : lợng mở hai tia lân cận i > : Tia ngiêng sang phải (tăng tốc) i < : Tia ngiêng sang trái (giảm tốc) i = : Tia thẳng đứng Đối với nhóm truyền I: Từ trục I sang trục II qua cặp bánh 16/38, 19/35, 22/32: i1 = 16/38 = 1/(1,26)4 = 1/4 i2 = 19/35 = 1/(1,26)3 = 1/3 i3 = 22/32 = 1/(1,26)2 = 1/2  Nhãm trun II: Tõ trơc II sang trục III qua cặp bánh 17/46 ; 27/37 ; 38/26 i4 = 17/46 = 1/(1,26)4 = 1/4 i5 = 27/37 = 1/(1,26) = 1/ i6 = 38/26 = (1,26)2 = 2 Trong nhãm nµy ngêi ta sử dụng cặp bánh có môđun Tuy nhiên tổng số cặp lại chênh lệch răng( chấp nhận với sai số nhỏ) Nhãm trun III: Tõ trơc III sang trơc IV qua cặp bánh 14/69, 16/38 i7 = 14/69 = 1/(1,26)7 = 1/7 i8 = 2(để đảm bảo lợng mở 9) Ngời ta dùng môđun khác cho cặp bánh 14/69( Z = 83) 16/38 ( Z = 54) + Đồ thị số vòng quay: Phơng án không gian : Phơng án thø tù : I   [X0] [X1] [X2] đồ thị vòng quay no = 1000 v/ph II III e) Sơ đồ động hép tèc ®é : IVcÊu tróc ®éng häc : - Sơ đồ n vòng quay trục động - Phơng trình xích ®éng: 10 11 12 13 14 15 16 17 18 n vòng quay trục nđc x iv = nTc - Sơ đồ động hộp tốc độ : 19/35 n®c(1440 v/p) 27/53(I) 22/32 16/38 (II) 27/37 17/46 38/26 46/38 (III) (IV) 14/69 Ph©n tÝch hộp chạy dao : a) Phơng án không gian: Cũng gièng nh hép tèc ®é, víi z = 18 ngêi ta sử dụng phơng án không gian: Z = 18 = x x b) Phơng án thứ tù: + §èi víi nhãm trun I: Tõ trơc VI sang trục VII qua cặp bánh 18/36, 36/18, 27/27 Đây nhóm mở rộng thứ lỵng më [X0] = + Nhãm trun II: Tõ trục VII sang trục VIII qua cặp bánh 24/34, 18/40, 21/37 Đây nhóm sở [X1] = + Nhãm trun III: Tõ trơc VIII sang trục IX qua cặp bánh 40/40, đờng truyền phản hồi qua cặp bánh 13/45, 18/40, 40/40 Đây nhóm mở rộng thứ với [X2] = Phơng án thứ tự: Z = x x [X1] [X0] [X2] 3 1 9 c) §å thị lới kết cấu: Phơng án không gian : Phơng án thứ tự : [X1] [X0] [X2] 3 1 9 VI VII VIII d) §å thị số vòng quay: - DÃy tốc độ trụcIX vít me: 10 11 12 13 14 15 16 17 18 nd = 4/ / 6,3/ 8/ 10/ 12,5/ 16/ 20/ 25/ 31,5/ 40/ 50/ 63/ 80/ 100/ 125/ 160/ 200/ 250/ 315/ 400/ 500/ 630/ 800/ 1000/ 1250/ 1600 - Công bội : = 1,26 Phơng án không gian : Phơng án thứ tự : [X1] [X0] [X2] Đồ thị vòng quay IV V VI VIII IX X XI XII XIII XIV n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n9 n11 n13 n15 n17 n19 n21 n23 n25 n27 n8 n10 n12 n14 n16 n18 n20 n22 n24 n26 e) Sơ đồ động hộp chạy dao: e-1 Xích chạy dao dọc: - Sơ đồ cấu trúc động học : n vòng quay trục động S (mm) dọc - Phơng trình xích động: nđc2 x is x tv = Sd (mm) - Sơ đồ động xích chạy dao däc: 18 36 26 26 36 n®c2(1420v/ph) x 50 (V)x 57 (VI)x 18 24 34 40 [C1-ph¶i] 40 18 (VII)x 40 (VIII)x (IX) 27 27 21 37 13 18 [C 1-tr¸i] 45 x 40 40 x 40 28 18 33 18 18 ( XII )x ( XIII )x ( XIV ) x(t v =6 ) 16 18 [C-tr¸i]x 35 (X)x 33 (XI)x 37 = Sd (mm) e-2 XÝch ch¹y dao ngang: - Sơ đồ cấu trúc động học : n vòng quay trục động Sngang (mm) - Phơng trình xích động: nđc2 x is x tv = Sng (mm) - Sơ đồ động xích chạy dao ngang: 18 36 26 26 36 n®c2(1420v/ph) x 50 (V)x 57 (VI)x 18 24 34 40 [C1-ph¶i] 40 18 (VII)x 40 (VIII)x (IX) 27 27 21 37 13 18 [C 1-tr¸i] 45 x 40 40 x 40 28 18 33 37 ( XII )x ( XIV ) x(t v =6 ) 33 [C-tr¸i]x 35 (X)x 33 (XI)x 37 = Sd (mm) e-3 Xích chạy dao đứng: - Sơ đồ cấu trúc động học : n vòng quay trục động Sđứng (mm) - Phơng trình xích động: nđc2 x is x tv = Sđ (mm) - Sơ đồ động xích chạy dao đứng: 18 36 26 26 36 nđc2(1420v/ph) x 50 (V)x 57 (VI)x 18 24 34 40 [C1-ph¶i] 40 18 (VII)x 40 (VIII)x (IX) 27 27 21 37 13 18 [C 1-tr¸i] 45 x 40 40 x 40 28 18 22 23 ( XVII ) x ( XVIII )x (t v =6 ) 46 [C-tr¸i]x 35 (X)x 33 (XI)x 33 = Sd (mm) e-3 XÝch ch¹y dao nhanh: - Sơ đồ cấu trúc động học : n vòng quay trục động S (mm) - Phơng trình xÝch ®éng: n®c2 x is x tv = S(mm) - Sơ đồ động xích chạy dao nhanh: Ngời ta thực hiƯn nèi t¾t tõ trơc V sang trơc VIII qua cặp bánh 50/67 đẻ tạo tốc độ chạy dao nhanh cho xích chạy dao Vì sơ đồ động từ trục VIII giống sơ đồ động xích chạy dao Chơng II Thiết kế máy Dựa viêc phân tích máy phay vạn 6H82 chơng I , ta thiết kế đợc máy mang đặc điểm u việt máy chuẩn Máy thiết kế thích hợp với công việc sản xuất đơn loạt nhỏ ,có thể đạt cấp xác IT5 IT6 Công việc thiết kế máy đợc tiến hành theo trình tự sau: I Phơng pháp tạo hình bề mặt máy phay vạn năng: Máy phay vạn gia công dạng bề mặt khác nh: Mặt phẳng, mặt định hình, mặt lỗ, rÃnh, mặt ren ngoài, trong, mặt Nguyên lý hoạt động máy phay trục ( mang dao) quay tròn tạo tốc độ cắt bàn máy ( gá phôi) chuyển động tịnh tiến tạo lợng chạy dao.Nh vậy, để tạo hình bề mặt chi tiết cần có chuyển động quay (Q 1), chuyển động tịnh tiến (T).Trong chuyển động tịnh tiến bàn máy cần thực có loại chuyển động: + Chuyển động tịnh tiến (T1) để thực lợng chạy dao dọc + Chuyển động tịnh tiến (T2) để thực lợng chạy dao ngang + Chuyển động tịnh tiến (T3) để thực lợng chạy dao đứng Ngoài chuyển động tạo hình bản, để gia công rÃnh phôi máy cần có chuyển động quay chu kỳ góc tơng ứng với bớc ăn khớp Đó chuyển động phân độ Do đó, việc xây dựng phơng án động học cho máy phay phải đảm bảo nguyên lý tạo hình bề mặt II Phân tích phơng án động học máy: Xác định phơng án động học: Qua phân tích nguyên lý tạo hình bề mặt máy phay ta thấy: Máy phay thuộc cấu trúc động học đơn giản nhóm T Phần tạo hình máy phay dạng hình học dao phay định Cấu trúc động học máy gồm chuyển động đơn giản Nhóm chuyển động tốc độ cắt (Q1) nhóm chuyển động chạy dao (T) Do đó, ta có số phơng án động học cho máy Cụ thể phơng án điển hình sau: Phơng án 1: Dùng động dẫn động chuyển động trục chuyển động chạy dao Phơng án 2: Dùng động qua xÝch tèc ®é trun ®éng cho trơc chÝnh Dïng ®éng qua xích chạy dao dẫn động truyền vít me - đai ốc tạo chuyển động chạy dao Trong cấu trúc động học máy phay không tồn liên kết nhóm Vì ta chọn phơng án ( Phơng án có nguồn động lực riêng truyền dẫn cho nhóm động học) phơng án đơn giản, tối u Xác định tính kỹ thuật máy: Đối với hộp tốc độ: + Số vòng quay động cơ: nđc = 1440 v/ph + Công suất động cơ: N = kW + Tèc ®é trơc chÝnh: nmax = 1600 v/ph nmin = 31,5v/ph + Sè cÊp tèc ®é trơc chÝnh : z = 18  §èi víi hép chạy dao: + Số vòng quay động cơ: nđc = 1440 v/ph + Công suất động cơ: N = 1,7 kW + Lợng chạy dao: - Lợng chạy dao däc: Sdmin = 25 mm/ph Sdmax = 1250 mm/ph - Lợng chạy dao ngang: Snmin = 25 mm/ph Snmax = 1250 mm/ph - Lợng chạy dao đứng : Sđmin = 8,3 mm/ph S®max = 400 mm/ph + Sè cÊp tèc ®é: z = 18 III ThiÕt kÕ trun dÉn hép tèc ®é : Sè liƯu cho tríc : Sè cÊp tèc ®é z = 18 nmin = 31,5 v/ph nmax = 1600 v/ph TÝnh c«ng béi : Ta cã: √ z−1 nmax 18−1 1600 √ nmin 31,5 = 1,26 = = Víi  = 1,26 ta cã d·y tốc độ trục đợc xác định nh sau: n1 = nmin = 31,5 mm/ph n2 =  n1 n3 =  n2 = 2 n1 ………………… nz =  nz-1 = z-1 n1 z = 18  D·y tèc ®é trôc chÝnh: nTC = 31,5/ 40/ 50/ 60/ 80/ 100/ 125/ 160/ 200/ 250/ 315/ 400/ 500/ 630/ 800/ 1000/ 1250/ 1600 (v/ph) Chọn phơng án không gian - Chọn phơng án không gian (PAKG) có hớng rút ngắn xích động ,giảm số lợng bánh truyền độ lớn tỉ số truyền , hạn chế thành phần truyền đẫn nh đai truyền ly hợp ma sát - Chọn phơng án có độ xác cao xích động - Chọn phơng án có hiƯu st cao nhÊt cho xÝch trun ®éng chÝnh Những xích lại tiêu thụ lợng ít, hiệu suất thấp nhng tổn hao không đáng kể so với xích truyền dẫn Với yêu cầu máy chuyển động chủ yếu cặp bánh di trợt, đảm bảo mở rộng phạm vi tốc độ kích thớc hộp nhỏ gọn +) Cách chọn PAKG : Yêu cầu thiết kế hộp tốc ®é cã Z =18 cÊp ®é kh¸c cđa m¸y để đảm bảo kích thớc nhỏ gọn hộp tốc độ với số cặp bánh nhỏ tỉ số truyền i đạt yêu cầu 1/4 ¿ [i ] ¿ 2, ta cã thÓ cã PAKG theo công thức : Z = Pi = p p p p i Pi : Sè tû sè truyÒn nhãm truyÒn VËy ta có phơng án không gian : Z = 18 x = x 18 =36 = 63 =92 =29 =  2 =  3 =  3 VËy nên chọn số nhóm truyền hộp tốc độ nhóm Do ta loại đợc PAKG đầu, lại phơng án sau Ta phép so sánh đẻ chọn phơng án tối u Bảng so sánh phơng án không gian Tổng số bánh Tổng số trục Số bánh trªn trơc chÝnh 2  3 16 16 3  3 16 Qua bảng ta thấy PAKG có số bánh trục Số bánh chịu mômen xoắn nhất, dung động, truyền động xác đảm bảo ®é bỊn trơd; ®ã ta chän PAKG nµy cho máy Phơng án thứ tự : Một PAKG có nhiều phơng án thứ tự (PATT) thay đổi khác Với z = 18 PAKG đà chọn ta có PATT khác Cụ thể: Z=   PATT(1) [0] [1] [2] 1 3 9 PATT(2) [0] [2] [1] 1 6 3 PATT(3) [1] [0] [2] 3 1 9 PATT(4) [1] [2] [0] 2 6 1 PATT(5) [2] [0] [1] 6 1 3 PATT(6) [2] [1] [0] 6 2 1 ViÖc lùa chän PATT tối u phụ thuộc vào hình dáng đồ thị lới kết cấu phơng án Đồ thÞ líi kÕt cÊu:  PATT(1): Z=   [0] [1] [2] 1 3 9 I II III