Trên cơ sở đó, người thiết bế phải bioL su dụng các phương pháp tính toán để xúc định các truyền động cần thiết: xác định kịch thước, kết cấu của các chỉ tiết, các bộ phận máy phù hợp uớ
THIET KE MAY CAT KIM LOAI
Nguyên tắc thiết kế
Một chỉ tiết hay một bộ phận máy thiết kế ra cần phải thỏa mãn các yêu cầu về kết cấu, phù hợp về hình đáng và tính năng công nghệ
- Phù hợp về kết cấu: Là chi tiết thiết kế ra phải đảm bảo các yêu cầu về truyền động, an toàn và tuổi thọ của máy
- Phù hợp về hình đáng: Là chỉ tiết, cơ cấu sản xuất ra phải có hình dáng và màu sắc bể ngoài thích ứng với thị hiếu, trang nhã
- Phù hợp về công nghệ: Là chỉ tiết cần thiết kế để có thể chế tạo với các phương pháp thông dụng nhất, tổn phí ít nhất Muốn thế, người thiết kế cần là người giỏi về công nghệ Để đảm bảo các yêu cầu nói trên, khi thiết kế cần tiến hành theo các nguyên tắc sau đây: a) Nguyên tắc cơ bản:
Là xác định thực chất của nhiệm vụ thiết kế, dựa trên cơ sở các điều kiện ban đầu để tiến hành thiết kế như:
- Công dụng của máy: là những yêu cầu về gia công kích thích và trọng lượng của chỉ tiết gia công; vật liệu, đặc điểm cua bé mặt gia công; dạng chế tạo và số lượng sản xuất
- Phương pháp gia công: Dựa trên cơ sở phân tích quá trình công nghệ để gia công bé mặt chỉ tiết đã cho, đồng thời phải tính đến sự ảnh hưởng của dạng sản xuất như đơn chiếc, hàng loạt nhỏ, trung, lớn hoặc hàng khối
- Độ chính xác, năng suất, giá thành: là những chỉ tiêu cơ bản để xác định các đặc tính kỹ thuật của máy và việc định ra các chế độ gia công
- Chế độ gia công: Bao gồm vận tốc, lượng chạy dao, lực cắt lớn nhất và nhỏ nhất b) Nguyên tắc hết cấu:
Trên cơ sở nhiệm vụ thiết kế, phải để ra các phương án giải quyết với việc lựa chọn các kết cấu và tổ hợp các cấu trúc một cách hợp lý
Tiến hành phân tích các ưu, nhược điểm của từng phương án Tổng hợp các nhược điểm, tìm phương pháp để hạn chế tác dụng của các nhược điểm, hoặc hạn chế nó đến mức thấp nhất d) Nguyên tắc chọn:
Phân tích và lựa chọn một phương án tối ưu: ít nhược điểm nhất.
Các bước thiết kế
Những giai đoạn cần thiết để tiến hành thiết kế một máy mới gồm có: a) Xác định nhiệm uụ kỹ thuật:
Mục đích cơ bản của việc xác định nhiệm vụ kỹ thuật là nắm vững tính hợp lý và nhụ cầu cần thiết để thiết kế máy mới, và từ đó đề ra những số liệu ban đầu cho việc thiết kế,
Máy được thiết kế cần phải có năng tính kỹ thuật và đặc điểm sử dụng cao hơn máy hiện có; nó biểu hiện ở các mặt: có độ chính xác và năng suất cao, kích thước nhỏ, cấu trúc đơn giản, trình độ vạn năng hoặc mức độ tự động cao, chế độ cắt lớn v.v
Thông thường, khi tiến hành xác định các năng tính kỹ thuật, ta cần tập hợp năng tính kỹ thuật của những máy tốt nhất cùng loại Trên cơ sở đó, tiến hành phân tích những ưu nhược điểm của máy định thiết kế so với những máy đó
Trong nhiệm vụ kỹ thuật cần để ra các đặc điểm cấu trúc, các phương án về truyền động, sơ đô điện, hệ thống điều khiến Khi bắt đầu phác họa các nhiệm vụ kỹ thuật cần tiến hành một số công việc chuẩn bị sơ bộ như:
- Nghiên cứu các kiểu máy hiện có để xem xét loại nào thay thế được cho máy định thiết kế
- Nói chuyện với những người đã sử dụng những máy tương tự về những ưu, nhược của máy, về những khả năng tự động hóa và hiện đại hóa Nếu có thể, tự tay người thiết kế sử dụng máy để xác định những điều trên
- Tập hợp và nghiên cứu các tài liệu, tạp chí, hình ảnh về kiểu máy tương tự
- Nghiên cứu thị trường, tính kinh tế: Nếu mua máy khác đắt hơn hay đồng giá v.v b) Thiết kế sơ bộ
Rhi thiết kế sơ bộ, cần phải tiến hành lựa chọn phương án thích hợp nhất về cách bố trí các bộ phận máy, tiến hành tính toán sơ bộ các bộ phận cơ bản; quyết định cuối cùng về sơ đề động, sơ đồ điện và hệ thống bôi trơn Ở bước này, cần nghiên cứu một số phương án của các bộ phận máy cùng loại (bàn đao, trục chính v.v ) và hàng loạt các phương án về cách bố trí máy: so sánh về kích thước, sự đơn giản và hợp lý, độ cứng vững của các khâu truyền động Chỉ khi nào chọn xong phương án về cách bố trí các bộ phận máy, mới chuyển qua bước thiết kế chính thức ©) Thiết kế kỹ thuật
Thiết kế kỹ thuật bao gồm việc tính toán về sức bên, độ cứng vững, lựa chọn vật liệu v.v của tất cả các chỉ tiết máy, tiến hành bố trí các chỉ tiết và bộ phận máy trên các bản vẽ lắp ghép, xác định các đặc tính kỹ thuật cuối cùng
Khi thiết kế kỹ thuật cân chú ý sử dụng các loại tiêu chuẩn nhà nước và tiêu chuẩn của ngành Cố gắng sử dụng đến mức tối đa các chỉ tiết đã tiêu chuẩn hóa và thống nhất hóa
Khi thiết kế kỹ thuật xong, các bản vẽ lắp ghép và các tài liệu kỹ thuật của máy thiết
13 kế phải thông qua cấp tương ứng (thông thường là Hội đồng kỹ thuật của nhà máy hoặc Viện thiết kế) Sau khi sửa đổi, trên cơ sở ý kiến đóng góp, ta chuyển sang bước thiết kế kế tiếp d) Thiết bế chế tạo
Thiết kế chế tạo là giai đoạn cuối cùng của công việc thiết kế, nó bao gồm việc lập các bản vẽ chi tiết các bộ phan máy với các điều kiện kỹ thuật của chúng Các bản vẽ ấy bao gồm toàn bộ các số liệu về kích thước, về bê mặt, dung sai và chế độ lắp ghép của chúng
Nó là những tài liệu kỹ thuật để thiết kế qui trình công nghệ và kiểm tra chỉ tiết
Trong ngành chế tạo máy, bản vẽ của bất kỳ loại máy nào cũng được ký hiệu bằng con số theo các nhóm sau đây:
0: bản vẽ chung, các tài liệu liên quan đến chi tiết chế tạo thân, bệ máy bộ phận thực hiện truyền động của phôi
: bộ phận thực hiện truyền động của dao đỗ gá chỉ tiết và các thiết bị kẹp chặt phôi dụng cụ cắt và thiết bị lắp dao
: hệ thống bôi trơn và làm nguội
: trang bị điện và đầu ép
: thiết bị điều khiển trung ương (điều khiển bằng trục phân phối, bằng dầu ép v.v ) Trong mỗi nhóm có nhiều bộ phận (có thể đến 9 bộ phận) Thí dụ: ở nhóm 3 của máy ie) tiện là truyền động của dụng cụ cắt gồm các bộ phận của hộp chạy dao (NŸ1), hộp xe đao (N22) và bàn giao (N*3) Trong mỗi bộ phận có các chỉ tiết được ký hiệu với các số tương ứng Số ký hiệu toàn phần của bản vẽ một chỉ tiết được ghi với 6 con số Thí dụ: bản vẽ Số 623176 có ý nghĩa sau đây: 2 số đầu chỉ kiểu máy (ở đây là ký hiệu của máy tiện ren vít vạn năng T620) số thứ 3 là chỉ số của nhóm (Nhóm truyền động của dao cắt); số thứ 4 là hộp chạy dao và hai số sau cùng là số thứ tự của chỉ tiết có trong bộ phận
Sau khi đã có các bản vẽ chi tiết, cần vẽ lại một bản vẽ lắp ghép khác trên cơ sở những số liệu đã cho trên bản vẽ chỉ tiết Công việc này nhằm kiểm tra lại các kích thước của những chỉ tiết đã được chỉ tiết hóa
Thiết kế chế tạo còn bao gồm việc lập thuyết minh của máy: hướng dẫn đóng gói, vận chuyển, lắp đặt, điều chỉnh, vận hành, thuyết minh về truyền động, về những cấu trúc đặc biệt và các hệ thống bôi trơn, làm nguội v.v Đồng thời phải dựa vào tiêu chuẩn để lập cách nghiệm thu máy
Sau khi đã hoàn thành việc thiết kế, cần tiến hành chế tạo thử vài chiếc làm mẫu để kiểm tra và thí nghiệm Trên cơ sở đó, tiến hành điều chỉnh lại bản thiết kế chế tạo cho thích hợp
Trong quá trình chế tạo các chỉ tiết, đặc biệt là khi lắp ráp máy, nhiều thiếu sót về kết cấu và công nghệ sẽ được phát hiện Do đó, cần phải sửa đổi lại các kích thước của các chỉ tiết cho thích hợp
CHE TAO MAY CAT KIM LOAI CUA VIET NAM
Trong hoàn cảnh đất nước vừa giải phóng, ta chưa có những số liệu cụ thể về tình hình phát triển của ngành sản xuất máy cắt kim loại của Việt Nam Nhưng qua một vài số liệu của miền Bắc, ta có thể hình dung được triển vọng phát triển khi nước nhà được hoàn toàn thống nhất
Ngành chế tạo máy cắt kim loại của nước ta được đánh dấu bằng sự ra đời của nhà máy cơ khí Hà Nội năm 1957 tức là nhà máy chế tạo máy công cụ số 1 ngày nay Từ đó đến nay, tuy phải trải qua bao thử thách ác liệt của chiến tranh, nhà máy vẫn đứng vững và không ngừng sản xuất nhiều loại máy cung cấp cho nhu cầu của đất nước Về máy cắt kim loại, nhà máy đã sản xuất ra các loại máy tiện ren vít vạn năng như T616, T630, T620 v.v và sản phẩm gần đây nhất là máy tiện T6M20 đạt được cấp chính xác bậc 1
Nha may đã chế tạo máy phay P82, P12: khoan đứng 2A125, K61; khoan cần K550; máy bào B365; máy mài M120
Tuy khả năng của nhà máy chỉ sản xuất được hơn 10 loại máy cỡ nhỏ và vừa với độ chính xác cấp 2, số lượng chưa lớn lắm, nhưng cũng đã góp một phần đáng kể vào việc trang bị các nhà máy cơ khí địa phương, bổ sung thêm thiết bị cho các nhà máy trung ương
Ngoài nhà máy chế tạo máy công cụ số 1, nhà máy Cơ khí Giải Phóng cũng bắt đầu sản xuất máy cắt kim loại Ta còn có nhà máy Dụng cụ cắt số 1, trong năm 1975 cũng đã sản xuất hơn 100 tấn dụng cụ cắt gồm trên 7 loại; nhà máy đá mài cũng đã sản xuất 60 tấn đá mài, b) Phương hướng và nhiệm vụ:
Trong thời gian tới, ngành chế tạo máy cắt kim loại của Việt Nam phải đóng góp một phần quan trọng trong việc trang bị và cải tạo các nhà máy cơ khí ở trong nước Ngoài sự cố gắng để đạt được các tiêu chuẩn quốc tế như đã nêu ở phần phương hướng phát triển chung nói trên, ta cần phấn đấu để đạt các chỉ tiêu sau đây:
- Nâng cao sản lượng máy cắt kim loa: lên trên 10 lần
- Xây dựng thêm một số nhà máy chuyên môn hóa để chế tạo máy phay, máy mài, máy doa Xây dựng nhà máy công cụ hạng nặng để sản xuất các loại máy tiện đứng, tiện
15 cụt, bào giường, phay giường trên 10 tấn
- Mở rộng và xây dựng thêm nhà máy chế tạo các cơ cấu đầu ép, nhà máy dụng cụ cắt và nhà máy đá mài
- Nghiên cứu và bắt đầu chế tạo một số phần tử chính của may NC/CNC
- Xây dựng và phát triển hệ thống đào tạo công nhân cơ khí, công nhân ngành máy dụng cụ, công nhân sửa chữa cơ điện
- Xuất cảng được một số máy nhằm kích thích sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm c) Thiết kế máy của ta:
Trong bước đầu phát triển, lực lượng thiết kế của ta chủ yếu tập trung ở các cơ sở sản xuất Hình thức phổ biến nhất là thiết kế theo mẫu Đặc điểm của loại thiết kế này là chọn những máy hiện có thích hợp với yêu cầu sử dụng và điều kiện chế tạo, tháo rời từng bộ phận, đo các kích thước, lập các bản vẽ theo các mẫu chi tiết đã có Đối với máy hoàn toàn thích hợp, các bản vẽ được rập khuôn theo những kích thước đã có Đối với những máy còn có một số nhược điểm, trong quá trình thiết kế cần thay đổi, cải tiến một số kích thước và hình đáng của chỉ tiết mẫu Các loại máy tiện ren vít vạn năng T616, T630 và T620 được chế tạo trên cơ sở thiết kế theo mẫu
Do nhu cầu sản xuất và lực lượng thiết kế đã lớn mạnh, đi đôi với hình thức thiết kế theo mẫu, chúng ta đã tiến hành thiết kế máy mới hoàn toàn Đặc điểm của loại thiết kế này là phải dựa vào qui trình công nghệ của sản phẩm, sử dụng những thành quả mới nhất của khoa học, thông qua kinh nghiệm sản xuất để tính toán và lựa chọn những cơ cấu thích hợp nhất
Từ khi Viện thiết kế máy công cụ đã hình thành, công tác thiết kế đã trở nên có qui củ và chất lượng thiết kế được cải tiến hơn Các nhà máy không nhất thiết phải thiết kế, mà chỉ cân sản xuất theo những bản thiết kế đã có
Trong tương lai, để tăng nhanh nhịp độ phát triển, ta có thể mua những bản thiết kế của nước ngoài, mua lại các tài liệu kỹ thuật, các quy trình công nghệ Vì thế, cần tăng cường mối liên hệ với các cơ sở ở nước ngoài, trao đổi cán bộ kỹ thuật với nước ngoài, để có thể tiếp cận nhanh với những thành tựu mới của khoa học kỹ thuật, đưa ngành thiết kế, chế tạo mấy của Việt Nam tiến lên những bước phát triển mới
CO SO THIET KE MAY CAT KIM LOAI
VAN TOC CAT VA LUGNG CHAY DAO GIGI HAN
Để đảm bảo máy làm việc với năng suất cao nhất, đồng thời cũng đảm bảo chất lượng của chỉ tiết gia công, máy thiết kế cần phải có khả năng để lựa chọn vận tốc cắt và lượng chạy dao thích hợp nhất
Vận tốc cắt và lượng chạy dao thích hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chủ yếu là:
- Đặc tính cơ lý của vật liệu gia công (sức bền, chất lượng bể mặt thô)
- Yêu cầu và chất lượng đối với bề mặt gia công (thô, tỉnh)
- Vật liệu, kích thước hình học cũng như trạng thái của dao cắt
- Các phương pháp gia công cũng như tiết diện của phoi cắt
Tùy thuộc vào các yếu tố trên, ta có thể tính toán một vận tốc cắt và lượng chạy dao hợp lý nhất từ những giản đô, công thức, bảng số đã biết ở môn học “Công nghệ Chế tạo máy” Trên máy gia công, cần phải đảm bảo lựa chọn được vận tốc cắt và lượng chạy dao hợp lý này Muốn thế, máy phải có một số cấp vận tốc trong một giới hạn từ Vmax £ Vmịn và một số cấp lượng chạy dao trong giới hạn từ Smax + Smin - Ở chuyển động vòng, vận tốc cắt là tốc độ chu vi của chỉ tiết gia công hoặc của dao cắt Nếu đường kính của chỉ tiết gia công là d [mm] và số vòng quay của trục chính trong một phút là n [v/, thì vận tốc cắt được biểu thị bằng công thức:
Vv 100002 ] đI-1) Đối với chỉ tiết gia công có cùng một đường kính, nhưng cơ lý tính của nó khác nhau, thì cần phải gia công với vận tốc khác nhau Trong trường hợp gia công chỉ tiết có đường kính khác nhau, nhưng vận tốc như nhau, thì số vòng quay cũng cần phải điều chỉnh Do đó, khi đường kính thay đổi từ day đến dua, thì số vòng quay cũng phải được điều chỉnh từ Min GEN nạyạy, tức là khi dùng vận tốc vụịy để gia công chỉ tiết có đường kính đmay, thì số vòng quay cần thiết là:
TL max | ©, ĐỌC | lar HON | tone 17
LEAT
CHUỖI SỐ VÙNG QUAY
Như ta đã biết, truyền động trong máy cắt kim loại có thể phân thành hai loại: truyền động vô cấp và truyền động phân cấp Truyền động vô cấp là loại truyền động mà bất cứ số vòng quay nào trong phạm vi từ n„ị„ đến nmạy cũng đều có thể điều chỉnh được
Như thế, với bất kỳ chi tiết gia công nào có đường kính d đã cho, ta cũng có thể điều chỉnh được số vòng quay hợp lý để gia công Ở truyền động phân cấp, trong phạm vi điều chỉnh chỉ có một số vòng quay nhất định, và nó chỉ có thể xác định trong giới hạn của đường kính phôi và vận tốc cắt đã cho Ở đây, một vấn đề được đặt ra: làm thế nào để tạo nên chuỗi số vòng quay hợp lý nhất trong phạm vi điều chỉnh số vòng quay của trục chính máy cắt kim loại có truyền động phân cấp, để với một chỉ tiết gia công có đường kính d đã cho, ta có thể điều chỉnh được số vòng quay phù hợp nhất?
Ta sẽ xét đến một số vấn đề nhằm giải đáp câu hỏi này
9.9.1 Chuỗi số vòng quay cấp số nhân
Trong truyền động phân cấp, số vòng quay của trục chính (hoặc trục cuối cùng của hộp tốc độ) chỉ có một số cấp nhất dinh tir n,j, đến nạ„, ta gọi là z cấp vân tốc, tức là:
Ny =Dypin Ng Ng, Ok Ok+1+ Wg = Omax -
Các trị số vòng quay này cần phải phân bố như thế nao cho có lợi nhất? Ta hãy xét các vấn dé sau đây:
Từ công thức (TI-1), ta có thể viết: rn v= (II-10)
1000 Nếu ta biểu thị số vòng quay n trong hệ thống tọa độ v-d, thì số vòng quay n sẽ là những đường thẳng đi qua gốc tọa độ (hình II-1):
"rời ⁄ No Vai L—-——-L— —————— nụ vẹọ F†r E —-
Hình II.1: Biểu đô chuỗi số uòng quay
Giả sử ta cần gia công chi tiết có đường kính d, Dựa vào các điều kiện công nghệ và yêu cầu kỹ thuật gia công, ta xác định được vận tốc cắt hợp lý là vạ Dựa vào biểu đỗ trên ta xác định được số vòng quay hợp lý nạ (đường nối liền gốc tọa độ với giao điểm A cla v, và dạ) Vì máy có truyền động phân cấp, nên nụ rất ít khi trùng với một số vòng quay nào đó trên máy, mà thông thường nó ở vào một vị trí nào đó có: nạ Smax ; thì ở các trị số nmịa và sm¡a máy làm việc với Mxymay Trong trường hợp này, ta cần phải xác định số vòng quay tính toán nạ (hay còn gọi là số vòng quay tới hạn) và lượng chạy dao tính toán s, để làm cơ sở tính toán động lực học các chỉ tiết máy:
Ne =Dmin 4 “max (II-31) min
Trị số n¿ nằm ở khoảng 1⁄4 của chuỗi số vòng quay tính từ n„¡, Với số vòng quay từ n„¡ạ +n¿, máy chỉ làm việc với mô men xoắn giới hạn, không làm việc hết công suất N
Với những số vòng quay lớn hơn n, máy làm việc với mô men xoắn nhỏ đần và với hết công suất N (hình II-6) um x ˆ tN
Hình II-6: Biểu đồ mômen xoắn uò công suất máy công cụ
Công thức (II-31) cũng dùng để xác định số vòng quay tính toán của các trục trung gian
2.4.2 Chế độ cắt thử máy
Chế độ cắt thử máy do người thiết kế hoặc nhà máy sản xuất quy định để nghiệm thu máy do mình chế tạo ra Chế độ cắt thử máy thường có tải trọng lớn để kiểm tra khả năng làm việc của các cơ cấu và bộ phận máy
Do đó, người thiết kế có thể chọn chế độ cắt thử máy để tính toán động lực học các chi tiết máy mới tương tự với máy đã sản xuất (xem phu luc ID.
XÁC ĐỊNH LỰC TÁP DỤNG KHI GIA CONG
Lực tác dụng lên dao và phôi khi gia công chủ yếu là lực cắt và lực chạy dao Độ lớn và hướng của lực cắt có ảnh hưởng quyết định đối với kết cấu của máy thiết kế Tùy thuộc vào quá trình tạo phoi, lực cắt P hình thành với các phân lực hướng trục P„, hướng kính
Py và tiếp tuyến P¿ với độ lớn và hướng khác nhau (hình II-7)
Thông thướng phân lực P„ xác định tải trọng động của các cơ cấu hộp tốc độ và tạo nên công suất cắt chủ yếu Phân lực Py ép dao cắt vào chỉ tiết gia công, do đó cần phải nâng cao độ cứng vững của cơ cấu máy (bàn dao) trong hướng này Phân lực P„ xác định tải trọng động của cơ cấu chạy dao Để tính các thành phần lực nói trên, ta tiến hành bằng hai phương pháp: phương pháp tính theo nguyên lý cắt và phương pháp tính theo lý thuyết đàn hồi
31 Để tính chính xác theo nguyên lý cắt, phải chọn chế độ cắt theo chế độ thử máy hoặc chế độ công nghệ cao (gia công thô)
Các công thức tính dựa theo bảng (TI-3) trên cơ sở các sơ đồ hình thành lực cắt ở hình (II-7)
Các công thức tính lực và các hệ số ở bảng (II-3) được xác định theo thực nghiệm trong trường hợp gia công chỉ tiết có ứng suất bên ơp u0N/mmẺ (như thép 45,40X) với đao cắt tiêu chuẩn
Tùy thuộc vào vật liệu gia công, lực cắt thay đổi trong phạm vi rất lớn Thí dụ như khi gia công hợp kim nhôm, hợp kim magnêzi, lực cắt nhỏ hơn từ 5+8 lần khi gia công thép 45; khi gia công thép tôi, thép chịu nhiệt lại lớn hơn 2+ 2,5 lần
Lực cắt còn phụ thuộc vào thông số hình học và độ mòn của dao cắt đ) aay we’ siằ te PL 11,7 fe d) ! L \ LẺ I Z/
Hình 11-7: Sơ đô hình thành lực cắt khi gia công jwu] Avyd Buds notys — g
(83°ae'0*d ° iar [wu] ovp yury Suong — q dứ0+ d
Cy ita prs oo Og ony £eqd (a
Apu oO TA ‘yUlg 8un41 192 3251 043 2nu1 8009 292) z89 xh +)" yoiusu
“d "JOYY CYS BuNp os gy oD 80 0áI xhổyE9W (J) BOp
s [uw] of Yury suonp — p 038 cFypo=
[ d “upp g 2 Z 8001 911 OSE Tà lw (9) utotM
09 ony ‘royd yRoYyT YURI oo Bugyy nvs OF JON] IY 000E = 0002 z xsp2 =d ()) đua yond,
“Bugs BIổ 191 149 12A onx dary BuRI OG — Zz zqiso=
"a (p) Igo8u YONA, *d Ẩ£ '10ur] 162 8uộa nại -g