Thiết kế máy cắt kim loại

Việc tham gia làm đồ án môn học ” Thiết Kế Máy Cắt Kim Loại ” làmột cách giúp sinh viên ngành Chế tạo máy nắm đợc một cách tổng quan nhất vềmáy công cụ, phân tích máy và thiết kế máy, gắ

Lời nói đầu

Máy công cụ cắt gọt kim loại đóng vai trò hết sức quan trọng trong nền côngnghiệp nói chung và ngành Cơ Khí chế tạo máy nói riêng Nó là trang thiết bị chủchốt trong các nhà máy và phân xởng cơ khí để chế tạo ra các máy móc, khí cụ,dụng cụ và các sản phẩm khác dùng trong sản xuất và đời sống Trình độ cơ khí hóa

và tự động hóa ngày càng cao đòi hỏi càng nhiều máy công cụ về số lợng, chủngloại và mức độ hiện đại nhằm tăng năng suất lao động và phát triển nhanh nền kinh

đảo, đợc trang bị những kiến thức sâu rộng về máy công cụ

Việc tham gia làm đồ án môn học ” Thiết Kế Máy Cắt Kim Loại ” làmột cách giúp sinh viên ngành Chế tạo máy nắm đợc một cách tổng quan nhất vềmáy công cụ, phân tích máy và thiết kế máy, gắn liền giữa lý thuyết và thực tế sảnxuất, đáp ứng đợc xu thế phát triển chung

Trong phạm vi nghiên cứu của đồ án này, em chỉ đề cập tới một loại máycông cụ điển hình, đợc sử dụng nhiều trong thực tế sản xuất đó là máy phay vạnnăng.Nội dung đồ án bao gồm:

 Chơng 1: Phân tích động học máy chuẩn ( Máy 6H82)

 Chơng 2: Thiết kế máy mới

 Chơng 3: Tính toán sức bền và động lực học hộp chạy dao

 Chơng 4: Tính toán hệ thống điều khiển cho hộp chạy dao

Với những kiến thức đã học, các tài liệu tham khảo, cùng sự chỉ bảo tận tìnhcủa thầy Nguyễn Chí Cờng, em đã cố gắng trình bày các vấn đề trong đồ án mộtcách rành mạch và đầy đủ nhất.Tuy nhiên, do thời gian tính toán thiết kế đồ ánkhông nhiều, kiến thức hạn chế, tài liệu tham khảo ít… chắc chắn không thể tránhkhỏi những thiếu sót Rất mong đợc sự chỉ bảo của các thầy và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Chí Cờng đã hớng dẫn em hoànthành đồ án này

Ch ơng IPhân tích động học máy p623/ 6h82

I Năng tính kỹ thuật của máy 6H82:

- Bề mặt làm việc của 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

- Góc quay lớn nhất của bàn dao: ± 45o

- Số cấp tốc độ của trục chính: z = 18

- Phạm vi tốc độ trục chính: 31,5…1600 v/ph

- Phạm vi chạy dao:

+ Phạm vi chạy dao dọc: 25…1250 mm/ph+ Phạm vi chạy dao ngang: 25…1250 mm/ph+ Phạm vi chạy dao đứng: 8,3…400 mm/ph

- Công suất động cơ : N = 7 kw

- Số vòng quay của động cơ : n = 1440 v/ph

- Hiệu suất của máy :  = 0,75

- Động cơ của hộp chạy dao:

+ Công suất: N = 1,7 kW+ Số vòng quay : n = 1440 v/ph

- Kích thớc chung của máy: 2260 x 1745 x 1660 mm

đồ động của máy Cách bố trí này làm tăng độ cứng vững của kết cấu , chiều dài trụcnhỏ gọn

Hộp tốc độ có 3 nhóm truyền Nhóm a gồm 3 tỷ số truyền (Pa= 3), với các tỷ sốtruyền từ trục I sang trục II nh sau:

i1 = 16/38, i2 = 19/35, i3 = 22/32 Nhóm b có 3 tỷ số truyền (Pb= 3) với các tỷ số truyền từ trục II sang trục III nhsau:

i4 = 17/46, i5 = 27/37, i6 = 38/46 Nhóm c có 2 tỷ số truyền (Pc= 2) với các tỷ số truyền từ trục III sang trục IV(trục chính) nh sau:

i7 = 14/69, i8= 16/38

Nh vậy : Z = Pa x Pb x Pc = 3 x 3 x 2

b) Ph ơng án thứ tự của hộp tốc độ:

+ Đối với nhóm truyền I:

Từ trục I sang trục II qua 3 cặp bánh răng 16/38, 19/35, 22/32 Đây là nhómcơ sở bởi vì lợng mở [X0] = 1

+ Nhóm truyền II:

Từ trục II sang trục III qua 3 cặp bánh răng 17/46 ; 27/37 ; 38/26 Đây lànhóm mở rộng thứ nhất do [X1] = 3

+ Nhóm truyền III:

Từ trục III sang trục IV qua 2 cặp bánh răng 14/69, 16/38 Đây là nhóm mởrộng thứ 2 với [X2] = 9

Phơng án thứ tự: Z = 3 x 3 x 2

[X0] [X1] [X2]

1 3 9c) Đồ thị l ới kết cấu:

+ Đồ thị lới kết cấu:

Phơng án không gian : 3  3  2Phơng án thứ tự : [X0] [X1] [X2]

Để cho đơn giản ngời ta chọn n0 = 1000 v/ph khi vẽ đồ thị số vòng quay

+Tính độ xiên của các tia trên đồ thị vòng quay :

i = X

X : lợng mở giữa hai tia lân cận

i > 1 : Tia ngiêng sang phải (tăng tốc)

i < 1 : Tia ngiêng sang trái (giảm tốc)

2

II

IV 1 III I

13

i = 1 : Tia thẳng đứng

 Đối với nhóm truyền I:

Từ trục I sang trục II qua 3 cặp bánh răng 16/38, 19/35, 22/32:

i1 = 16/38 = 1/(1,26)4 = 1/4i2 = 19/35 = 1/(1,26)3 = 1/3i3 = 22/32 = 1/(1,26)2 = 1/2

 Nhóm truyền II:

Từ trục II sang trục III qua 3 cặp bánh răng 17/46 ; 27/37 ; 38/26

i4 = 17/46 = 1/(1,26)4 = 1/4 i5 = 27/37 = 1/(1,26) = 1/

Ngời ta dùng 2 môđun khác nhau cho 2 cặp bánh răng 14/69( ∑Z = 83) và

16/38 ( ∑Z = 54).

+ Đồ thị số vòng quay:

Phơng án không gian : 3  3  2Phơng án thứ tự : [X0] [X1] [X2]

2 Phân tích hộp chạy dao :

a) Ph ơng án không gian:

Cũng giống nh hộp tốc độ, với z = 18 ngời ta sử dụng phơng án không gian:

Z = 18 = 3 x 3 x 2b) Ph ơng án thứ tự :

+ Đối với nhóm truyền I:

Từ trục VI sang trục VII qua 3 cặp bánh răng 18/36, 36/18, 27/27 Đây lànhóm mở rộng thứ nhất bởi vì lợng mở [X0] = 3

[X1] [X0] [X2]

3 1 9c) Đồ thị l ới kết cấu :

Phơng án không gian : 3  3  2Phơng án thứ tự : [X1] [X0] [X2]

3 1 9

d) Đồ thị số vòng quay:

- Dãy tốc độ trục vít me:

nd = 4/ 5 / 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 : 3  3  2Phơng án thứ tự : [X1] [X0] [X2]

17 11

5 6 7 8 9 10 12 13 14 15 16 18

IV V VI VII

X XI

IX VIII

XII XIII

X XI

IX VIII

XII XIII

- Sơ đồ cấu trúc động học :

n vòng quay trục động cơ 2 S (mm)

- Phơng trình xích động:

nđc2 x is x tv = S(mm)

- Sơ đồ động xích chạy dao nhanh:

Ngời ta thực hiện nối tắt từ trục V sang trục VIII qua cặp bánh răng 50/67 đẻ tạo tốc

độ chạy dao nhanh cho các xích chạy dao Vì vậy sơ đồ động từ trục VIII giống sơ

đồ động của các xích chạy dao trên

Ch ơng II

Thiết kế máy mới

Dựa trên viêc phân tích máy phay vạn năng 6H82 ở chơng I , ta có thể thiết kế

đợc máy mới mang những đặc điểm u việt của máy chuẩn Máy mới thiết kế thíchhợp với công việc sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ ,có thể đạt cấp chính xác IT5 IT6.Công việc thiết kế máy mới đợc tiến hành theo trình tự sau:

I Phơng pháp tạo hình bề mặt của máy phay vạn năng:

Máy phay vạn năng có thể gia công các dạng bề mặt khác nhau nh: Mặt phẳng,mặt định hình, mặt lỗ, rãnh, mặt ren ngoài, trong, mặt răng

Nguyên lý hoạt động của máy phay là trục chính ( mang dao) quay tròn tạo ra tốc

độ cắt còn bàn máy ( gá phôi) chuyển động tịnh tiến tạo ra lợng chạy dao.Nh vậy, đểtạo hình bề mặt chi tiết cần có chuyển động quay (Q1), chuyển động tịnh tiến(T).Trong chuyển động tịnh tiến của bàn máy cần thực hiện có các loại chuyển

động:

+ Chuyển động tịnh tiến (T1) để thực hiện lợng chạy dao dọc

+ Chuyển động tịnh tiến (T2) để thực hiện lợng chạy dao ngang

+ Chuyển động tịnh tiến (T3) để thực hiện lợng chạy dao đứng

Ngoài 2 chuyển động tạo hình cơ bản, để gia công các rãnh kế tiếp của phôi máycần có chuyển động quay chu kỳ đi một góc tơng ứng với bớc ăn khớp Đó chính làchuyển động phân độ

Do đó, việc xây dựng phơng án động học cho máy phay phải đảm bảo nguyên lýtạo hình bề mặt ở trên

II Phân tích phơng án động học của máy:

1 Xác định ph ơng án động học:

Qua phân tích nguyên lý tạo hình bề mặt của máy phay ta thấy: Máy phay thuộccấu trúc động học đơn giản nhóm T Phần tạo hình của máy phay do dạng hình họccủa dao phay quyết định Cấu trúc động học của máy gồm 2 chuyển động đơn giản.Nhóm chuyển động tốc độ cắt (Q1) và nhóm chuyển động chạy dao (T) Do đó, ta

có thể có một số phơng án động học cho máy Cụ thể 2 phơng án điển hình sau:

 Phơng án 1: Dùng 1 động cơ dẫn động cả chuyển động trục chính và chuyển

động chạy dao

 Phơng án 2: Dùng động cơ 1 qua xích tốc độ truyền động cho trục chính

Dùng động cơ 2 qua xích chạy dao dẫn động các bộ truyền vít

me - đai ốc tạo ra chuyển động chạy dao Trong cấu trúc động học của máy phay không tồn tại liên kết giữa các nhóm Vìvậy ta chọn phơng án 2 ( Phơng án có các nguồn động lực riêng truyền dẫn cho từngnhóm động học) là phơng án đơn giản, tối u nhất

2 Xác định năng tính kỹ thuật của máy:

 Đối với hộp tốc độ:

+ Số vòng quay động cơ: nđc = 1440 v/ph+ Công suất động cơ: N = 7 kW

+ Tốc độ trục chính: nmax = 1600 v/ph

nmin = 31,5v/ph+ Số cấp tốc độ trục chính : z = 18

 Đối với hộp 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 dọc: Sdmin = 25 mm/ph

III Thiết kế truyền dẫn hộp tốc độ :

Số liệu cho trớc :

Số cấp tốc độ z = 18

nmin = 31,5 v/ph nmax = 1600 v/ph

Với những yêu cầu trên máy mới chuyển động chủ yếu bằng các cặp bánhrăng di trợt, nó đảm bảo mở rộng phạm vi tốc độ và kích thớc của hộp nhỏ gọn.+) Cách chọn PAKG :

Yêu cầu thiết kế hộp tốc độ có Z =18 cấp độ khác nhau của máy và để đảm bảokích thớc nhỏ gọn của hộp tốc độ với số răng của các cặp bánh răng là nhỏ nhất tỉ sốtruyền i đạt yêu cầu 1/4 ¿ [i ] ¿ 2, ta có thể có các PAKG theo công thức :

Z = ∑P i = p1.p2.p3 pi

Pi : Số tỷ số truyền trong 1 nhóm truyềnVậy ta có 9 phơng án không gian :

Z = 18 x 1 = 1 x 18 = 3  6 = 6  3 = 9  2 = 2  9 = 3  3 2 = 3  2 3 = 2  3 3 Vậy nên chọn số nhóm truyền của hộp tốc độ ít nhất là 3 nhóm Do đó ta loại đợc 6PAKG đầu, còn lại 3 phơng án sau Ta là phép so sánh đẻ chọn phơng án tối u

Bảng so sánh phơng án không gian

3  3 2 2  3 3 3  2

3Tổng số bánh răng 16 16 16

3 Ph ơng án thứ tự :

Một PAKG có nhiều phơng án thứ tự (PATT) thay đổi khác nhau Với z = 18 vàPAKG đã chọn ở trên ta có 6 PATT khác nhau Cụ thể:

Z= 3  3  2PATT(1) [0] [1] [2]

1 3 9PATT(2) [0] [2] [1]

1 6 3PATT(3) [1] [0] [2]

3 1 9PATT(4) [1] [2] [0]

2 6 1PATT(5) [2] [0] [1]

6 1 3PATT(6) [2] [1] [0]

18 10

5 3 2

1 4 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17

III

IV

III

18 10

5 3 2

1 4 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17

III

IV

II I

18 10

5 3 2

1 4 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17

Từ đồ thị lới kết cấu ta thấy PATT (1) đạt yêu cầu vì có hình rẻ quạt, các tia phân

bố đều có độ xiên vừa phải, đờng gấp khúc của các tia không lớn nên tốc độ biến đổi

+ Ta chuyển từ lới kết cấu biểu diễn đối xứng đợc tỉ số truyền cụ thể, các

trị số truyền cụ thể, các trị số vòng quay cụ thể của các trục

Ta có: nmin = n1 = 31,5

nmax = n18= 1600Giới hạn cho phép của TST 1/4 ¿ i ¿ 2

18 10

5 3 2

1 4 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17

III

IV

II I

18 10

5 3 2

1 4 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17

nđc : Số vòng quay của động cơ

i0 : TST từ trục động cơ đến trục đầu tiên của hộp tốc độ

 : Hệ số trợt của dây đai ,  = 1

Ta chọn n0min ¿ n0 ¿ n0max để đảm bảo TST 1/4 ¿ i ¿ 2

Chọn n0 = n16 = 1000 v/ph  Số vòng quay của trục trung gian cao, momenxoắn nhỏ, các trục có kích thớc nhỏ gọn, tiết kiệm đợc nguyên vật liệu

Với lợng mở [X1] = 3 ta chọn i4 =

1

ϕ4  i5 = 1/, i6 = 2+ Đối với nhóm truyền III :

7 Tính số răng của các bánh răng trong các nhóm truyền:

Chọn các bánh răng ăn khớp với nhau có cùng modun, theo công thức bội sốchung nhỏ nhất ta có :

{ Z x = f x

g x + f x .E.K ¿¿¿¿

(*)a) Đối với nhóm truyền I :

 Bội số chung nhỏ nhất của nhóm K = 54

Theo công thức Emin = Zmin

 Tổng số răng của 1 cặp bánh răng ăn khớp giữa trục I và II :

∑Z = E.K = 1 54 = 54

Thay vào (*) ta đợc :

III

I II IV

 Tæng sè r¨ng cña 1 cÆp b¸nh r¨ng ¨n khíp gi÷a trôc II vµ III :

Chän E = 6  Tæng sè r¨ng cña 1 cÆp b¸nh r¨ng ¨n khíp gi÷a trôc IIII vµ IV :

ni = n®c.i0.Z1/Z1’ Zi/Zi’Thay sè vµo ta lËp b¶ng sè vßng quay cña trôc chÝnh vµ sai sè cña nã víi sèvßng quay tiªu chuÈn nh sau :

24

tự này hoặc khác không ảnh hởng nhiều đến kích thớc hộp Mặt khác, để giảm bớtkích thớc hộp chạy dao ta dùng đờng truyền trực tiếp và đờng truyền phản hồi.

- Tơng tự hộp tốc độ ta có 6 PATT và qua bảng ta chọn đợc PATT:

Z= 3  3  2 [X1] [X0] [X2]

3 1 9 Chọn nhóm II làm nhóm cơ sở là phơng án tối u phù hợp với việc dùng đờngtruyền phản hồi có số tốc độ phản hồi là dày nhất

4 Vẽ đồ thị l ới kết cấu :

Phơng án không gian : 3  3  2Phơng án thứ tự : [X1] [X0] [X2]

3 1 9

5 Đồ thị số vòng quay:

- Để vẽ đồ thị vòng quay ta chọn TST trớc sau đó tính các tỉ số truyền khác theo quyluật đan lới của PATT tạo thành

5-1 Đối với xích chạy dao dọc:

Ta có trị số no của trục VI phải nằm trong giới hạn cho phép : nomin  no  nomax

nomin =

n d max i

x max3 = 208/23 = 26 v/ph  nomin = 26 v/phnomax =

n d min i

17 11

5 6 7 8 9 10 12 13 14 15 16 18

- Từ trục VIII đến trục XIV ta chọn các tỷ số truyền nh sau:

Trục VIII sang trục IX: i9 = 1

Trục IX sang trục X : i10 = 1/

Trục X sang trục XI : i11 = 1/2

Trục XI sang trục XII : i12 = 1/

Trục XII sang trục XIII: i13 = 

Trục XIII sang trục XIV: i14 = 1

5-2 Đối với xích chạy dao ngang, xích chạy dao đứng và xích chạy dao nhanh:

 Xích chạy dao ngang: thiết kế chung đờng truyền với xích chạy dao dọc cho

đến trục XII Từ trục XII sang trục XVI ta chọn tỷ số truyền i = 1

 Xích chạy dao đứng: Ta thiết kế từ trục XI cho đến trục XVIII.Cụ thể:

Từ trục XI sang trục XVII: i = 1/2

Từ trục XVII sang trục XVIII: i = 1/3

 Xích chạy dao nhanh: ta dùng đờng truyền nối tắt từ trục V sang trục VIII với

tỷ số truyền: i = 1/ nhằm tạo ra tốc độ chạy dao nhanh Từ trục VIII thiết kếhoàn toàn giống 3 xích trên

đồ thị số vòng quay của hộp chạy dao

IV V VI VII

X XI

IX VIII

XII XIII

VII VIII IX

X XI XII XVI

XVII XVIII

XIII

XIV

2

1  f3 + g3 = 2 + 1 = 3  f3 + g3 = 3

 Bội số chung nhỏ nhất của nhóm K = 18

Theo công thức Emin = Zmin

f x+g x

f x K

Zmin : Số răng tối thiểu dùng trong hộp tốc độ

Zmin = 17Emin =

17(1+2) 1.18 = 2,83 > 2

Chọn E = 3  Tổng số răng của 1 cặp bánh răng ăn khớp giữa trục V và VI :

∑Z = E.K = 18.3 = 54

Thay vào (*) ta đợc :

Z1 =

1 1+2 54 = 18  Z1 = 18 răng

Z1’ =

2 1+2 54 = 36  Z1’ = 36 răngZ2 =

1 1+1 54 = 27  Z2 = 27 răng

Z2’ =

2 1+2 54 = 27  Z2’ = 27 răngZ3 =

2 2+1 54 = 36  Z3 = 36 răng

Z3 =

1 2+1 54 = 18  Z3’ = 18 răngb) Đối với nhóm truyền II

Thay vào (*) ta đợc :

Z4 =

18 18+40 58 = 18  Z4 = 18 răng

Z4’ =

40 18+40 58 = 40  Z4’ = 40 răngZ5 =

21 21+37 58 = 21  Z5 = 21 răng

Z5’ =

37 21+37 58 = 37  Z5’ = 37 răngZ6 =

24 24+34 58 = 24  Z6 = 24 răng

Z6 =

34 24+34 58 = 34  Z6’ = 34 răng c) Đối với nhóm truyền III

8 phù hợp với các bánh răng chuyển động thuận từ trớc đã chọn cần

tận dụng đợc cặp 18/40 Riêng cặp 13/45 có số răng bánh chủ động là 13 thì phảigia công đặc biệt

d) Đối với các cặp bánh răng còn lại : Lấy theo máy chuẩn

i9 = 0 = 1 =40/40i10 =

- Xích chạy dao ngang từ trục XII sang trục XVI: i15 =  = 37/33

- Xích chạy dao đứng từ trục XI sang trục XVIII:

iXI-XVII = 1/2 = 22/33iXVII-XVIII = 1/3 = 23/46

- Xích chạy dao nhanh từ trục V sang trục VIII: i16 = 1/ = 50/67

ni = n®c.ic®1.ic®2.Z1/Z1’ Zi/Zi’Thay sè vµo ta lËp b¶ng sè vßng quay cña trôc chÝnh vµ sai sè cña nã víi sèvßng quay tiªu chuÈn nh sau :

B¶ng th«ng sè vßng quay cña hép ch¹y dao

28/35.18/33.33/37.18/16.18/18

13,53 12,5 -8,24n7 1420.26/50.26/57.36/18.18/40.13/45.18/40.40/40

28/35.18/33.33/37.18/16.18/18

27,07 25 -8,28n10 1420.26/50.26/57.18/36.18/40.40/40.28/35.18/33

33/37.18/16.18/18

33,18 31,5 -5,33n11 1420.26/50.26/57.18/36.21/37.40/40.28/35.18/33

33/37.18/16.18/18

41,85 40 -4,63n12 1420.26/50.26/57.18/36.24/34.40/40.28/35.18/33

33/37.18/16.18/18

52,05 50 -4,1n13 1420.26/50.26/57.27/27.18/40.40/40.28/35.18/33

33/37.18/16.18/18

66,36 63 -5,33n14 1420.26/50.26/57.27/27.21/37.40/40.28/35.18/33

33/37.18/16.18/18

83,7 80 -4,63n15 1420.26/50.26/57.27/27.24/34.40/40.28/35.18/33

33/37.18/16.18/18

104,1 100 -4,1n16 1420.26/50.26/57.36/18.18/40.40/40.28/35.18/33

33/37.18/16.18/18

132,72

125 -5,85n17 1420.26/50.26/57.36/18.21/37.40/40.28/35.18/33

33/37.18/16.18/18

167,4 160 -4,62n18 1420.26/50.26/57.36/18.24/34.40/40.28/35.18/33

33/37.18/16.18/18

208,19

200 -4,1