Chế tạo mô hình angle head phục vụ quá trình Đào tạo phay khoan lỗ 90 Độ

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp cơ khí chế tạo, nhất là trong các qui trình gia công cần các công cụ gia công chính xá

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp cơ khí chế tạo, nhất là trong các qui trình gia công cần các công cụ gia công chính xác và linh hoạt như Angle Head là rất cần thiết và có nhu cầu ngày càng tăng ,với đề tài của đồ án tốt nghiệp Angle head đáp ứng nhu cầu thực tế của thị trường và có tiềm lực sẽ phát triển và sử dụng rộng rãi trong tương lai ,việc nghiên cứu và phát triển Angle Head có thể cải thiện hiệu quả cho sản xuất và mở rộng khả năng gia công, tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, hỗ trợ hiệu quả năng suất hoạt động tốt hơn

Trước đây ,việc gia công các mặt mặt phẳng dọc hoặc các mặt nghiêng 90 ° của các chi tiết thường ta phải thêm một nguyên công như là thay đổi mặt gia công và thay đồ gá chuyên dụng khác hoặc thậm chí là thay đổi sang máy công cụ khác như là máy phay ngang (thường được sử dụng để gia công các bề mặt nghiêng, nhưng chỉ có thể gia công ở một số góc nhất định và không linh hoạt) hoặc máy mài và đánh bóng tay các bề mặt phức tạp hoặc chi tiết nhỏ thường phải được mài hoặc đánh bóng thủ công, đòi hỏi tay nghề cao,tỉ mỉ và cần nhiều thời gian Để gia công ở các góc độ khác nhau, người ta dùng đế các máy công cụ có nhiều hơn 3 trục thường phải thiết kế và sử dụng các đồ gá chuyên dụng cho chi tiết để gia công ở đúng góc độ Điều này làm tăng chi phí sản xuất và tốn rất nhiều thời gian mà phải đòi hỏi từ người thiết kế đến người gia công phải có kiến thức và tay nghề cao trong công việc, làm xảy ra các sai số chuẩn trong gia công khi phải thay đổi nhiều lần gá đặt

Tuy nhiên ngày nay, với sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là sự ra đời của các đầu chuyển hướng (Angle Head), việc gia công các chi tiết ở góc độ phức tạp đã trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn nhiều Nhờ khả năng gia công linh hoạt, đầu chuyển hướng giúp cố định chi tiết ở nhiều góc độ khác nhau mà không cần sử dụng các thiết bị gá phức tạp hay các máy công cụ 4 hay 5 trục Nhờ vậy giảm thiệu được sai số trong quá trình gia công cơ khí, tiết kiệm được chi phí sản xuất và rút ngắn thời gian chuẩn bị, góp phần nâng cao hiệu quả công việc.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Về mặt ý nghĩa khoa học thì nghiên cứu và chế tạo Angle Head đóng góp vào sự phát triển của công nghệ kĩ thuật gia công cơ khí đặt biệt là trong cơ khí chế tạo và sản xuất hiện đại, nâng cao trình độ chuyên môn và kĩ năng của các chuyên viên trong ngành, nhìn chung lại thì việc chế tạo ra một Angle Head góp phần nâng cao hiểu biết về việc gia công cơ khí cắt gọt và thiết bị ,việc phát triển tạo ra một Angle Head có thể ứng dụng rộng rãi trong nhiều trường hợp và các lĩnh vực khác nhau, có nhiều loại Angle Head được sử dụng trong gia công

2 chế tạo và sản xuất với nhiều bậc tự do khác nhau Việc trang bị kiến thức về Angle Head cho các sinh viên kỹ thuật khoa cơ khí chế tạo máy trường mình nói riêng và những người trong ngành cơ khí-chế tạo nói chung đều là rất quan trọng Việc chế tạo thành công Angle Head sử dụng trên các máy CNC sẽ giúp cho máy CNC gia công được nhiều góc độ khác nhau, hoạt động đuợc hết tính năng, công suất của máy, giúp cho việc học tập và làm việc được hiệu quả hơn

Về mặt ý nghĩa thực tiễn thì Angle Head giúp nâng cao hiệu quả trong việc sản xuất chế tạo sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như sản xuất ôtô, gia công khuôn mẫu, chi tiết máy trong cơ khí, hàng không vũ trụ, điện tử như gia công các bo mạch, v.v… đáp ứng được nhu cầu gia công phức tạp đòi hỏi sự chính xác mà phải nhanh gọn Việc ứng dụng Angle Head giúp nâng cao hiệu quả sản xuất bằng cách như : tăng năng suất quá trình gia công ,giảm thiểu sai số và sai lệch về độ chính xác giữa tương quan của các điểm ,đường ,hay bề mặt ,… Đồng thời giúp ta lựa chọn được máy công cụ và dụng cụ cắt và điều kiện gia công từ đó giúp tiết kiệm được chi phí nhân công và chi phí sản xuất ,thời gian gia công Về mặt đào tạo kỹ thuật giảng dạy ứng dụng Angle Head nhằm nâng cao chất lượng đào tạo cho cho các sinh viên tạo môi trường học tập đầy thú vị cho các sinh viên nhiều cảm hứng thỏa sức chế tạo từ đó nâng cao được chất lượng giảng dạy và đào tạo ,đồng thời ứng dụng mô hình Angle Head hiệu quả trong đào tạo giúp nâng cao tay nghề và kỹ năng của học viên và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường lao động,tạo ra lợi thế cạnh tranh so với các đối thủ khác trong việc đào tạo nhân lực.

Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Đề tài nghiên cứu “Chế tạo mô hình Angle Head” được dựa theo các mục tiêu sau:

- Thiết kế hình dạng phần nối trục với đầu côn có thể thay thế sử dụng các đầu côn đa dạng để phù hợp với bất kỳ trục máy CNC

- Lựa chọn sử dụng loại ổ lăn đỡ chặn siêu chính xác và bánh răng côn xoắn

- Thiết kế vòng kết nối trên cơ cấu chống xoay với thân hộp có thể điều chỉnh thủ công để thân hộp xoay quanh trục làm việc Z

- Thiết kế khoảng cách từ tâm đầu côn kẹp phay BT50 đến tâm cụm chống xoay phù hợp trên mặt bích của máy CNC được chọn để thử nghiệm

- Lựa chọn vật liệu thép có độ cứng tối đa cho thân vỏ mô hình để có thể đáp ứng điều kiện hoạt động ở giai đoạn thử nghiệm

- Mô hình hoạt động để gia công khoan lỗ và phay trên mặt phẳng vuông góc với bàn máy

- Kiểm tra độ chính xác trên các mặt gia công khoan/phay, đạt dung sai của lỗ và sai lệch vị trí đối với đường chạy dao phay

- Lựa chọn sử dụng mũi khoan ỉ8 mm và mũi dao phay ngún ỉ8 mm trong lỳc thử nghiệm

- Mô hình phải ở trạng thái êm ái khi hoạt động.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Các đối tượng cần được phân tích, nghiên cứu bao gồm:

- Nghiên cứu về công nghệ phay/khoan lỗ 90°

- Cấu tạo và thiết kế Angle Head

- Nghiên cứu về nguyên lý hoạt động của Angle Head

- Tính toán kiểm nghiệm lại các chi tiết máy bên trong Angle Head

- Tốc độ gia công và độ chính xác gia công trên các chi tiết

- Ứng dụng vào thực tiễn

- Thiết kế mô phỏng 3D mô hình Angle Head

- Lựa chọn và phân tích vật liệu phù hợp cho từng bộ phận của Angle Head

- Tính toán lực cắt chế độ cắt gia công cơ khí

- Thiết kế phân tích lựa chọn các chi tiết máy như bánh răng, trục, ổ lăn, vỏ hộp, và các chi tiết truyền động khác

- Chọn kiểu lắp và dung sai lắp ghép, độ nhám cho từng chi tiết

- Gia công từng chi tiết theo các bản vẽ đã thiết kế

- Lắp ráp các chi tiết và cụm chi tiết lại với nhau

- Tiến hành đem lên máy cho chạy và gia công

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

Phân tích và đánh giá các loại Angle Head đang hiện có trên thị trường từ các nhà hãng và công ty khác nhau khác nhau, xem xét và nghiên cứu cấu trúc các chi tiết máy, chức năng, vật liệu, năng suất làm việc và giá thành cụ thể của từng loại

Khảo sát thực tế, tham khảo thêm các tài liệu nghiên cứu cơ cấu máy dựa trên mô hình Angle Head có trên thị trường

Tìm hiểu các đề tài nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài của nhóm

Tham khảo các tài liệu trên các internet về kết cấu và nguyên lí hoạt động của Angle Head

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

Ngoài sự hướng dẫn tận tình của các giảng viên hướng dẫn thì các phương pháp nghiên cứu chủ yếu là:

- Tham khảo tài liệu: Cấu tạo của Angle Head gồm nhiều bộ phận, chi tiết ghép lại vì vậy cần phải tham khảo nhiều loại tài liệu kể cả tiếng việt và tiếng anh để có một nền tảng kiến thức về Angle Head hoàn chỉnh, có cái nhìn tổng quan chính xác về toàn bộ các chi tiết máy và lên ý tưởng quy trình chế tạo Angle Head

- Tham khảo các giáo trình tài liệu có sẵn trong thư viện và thư viện số của trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

- Truy cập mạng Internet: Internet là tài liệu phong phú và hữu ích cho con người Nó chứa đựng nhiều thông tin mới nhất, những tiến bộ của khoa học kỹ thuật được cập nhật hằng ngày

- Tự nghiên cứu: Sau khi đã tham khảo tài liệu, ý kiến của giảng viên hướng dẫn và tìm thông tin trên internet, nhóm nghiên cứu sẽ tự đưa ra phương pháp thiết kế, chế tạo phù hợp với khả năng của nhóm và hình thành một mô hình Angle Head phù hợp nhất.

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Phương hướng và các giải pháp

Chương 5: Tính toán thiết kế các chi tiết máy

Chương 6: Phân tích chức năng và Gia công chế tạo chi tiết

Chương 7: Lắp ráp thử nghiệm và đánh giá

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Giới thiệu sơ lược về Angle Head

Angle Head, hay còn gọi là đầu chuyển đổi góc, là một bộ phận quan trọng trong máy CNC, dùng để gia công và điều chỉnh hướng của dụng cụ cắt trong quá trình gia công chế tạo Angle Head được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như cơ khí, chế tạo, oto, xây dựng, khuôn mẫu, …

Chức năng chính của Angle Head:

- Thay đổi hướng của dụng cụ cắt để gia công các chi tiết phức tạp với nhiều góc cạnh

- Tiếp cận những vị trí khó gia công bằng các phương pháp truyền thống

- Tăng độ linh hoạt cho máy CNC, cho phép thực hiện nhiều thao tác gia công khác nhau

- Nâng cao hiệu quả và độ chính xác của quá trình gia công

Cấu tạo cơ bản của Angle Head:

- Vỏ thân: Được làm từ vật liệu cứng cáp như thép, nhôm, đảm bảo độ bền và chịu lực cao

- Bộ truyền động: Bao gồm động cơ của máy trục chính, trục dẫn, cặp bánh răng côn răng xoắn và trục bị dẫn, dùng để truyền chuyển động quay từ động cơ đến đầu dao

- Đầu kẹp dao (Holder): Dùng để kẹp và giữ cố định vào máy trục chính của dụng cụ cắt

- Bộ điều chỉnh góc: Cho phép điều chỉnh góc xoay của đầu dao theo một trục hoặc các trục khác nhau Ưu điểm của việc sử dụng Angle Head:

Tăng độ linh hoạt: Angle Head cho phép gia công các chi tiết phức tạp với nhiều góc cạnh mà các phương pháp truyền thống không thể thực hiện được

Nâng cao hiệu quả: Angle Head giúp rút ngắn thời gian gia công, tăng năng suất Cải thiện độ chính xác: Angle Head giúp gia công các chi tiết với độ chính xác cao hơn

Tiết kiệm chi phí: Angle Head giúp giảm thiểu hao mòn dụng cụ cắt và phôi gia công, tiết kiệm chi phí sản xuất

Nhược điểm của việc sử dụng Angle Head:

Tăng giá thành: Angle Head có giá thành cao hơn so với các bộ phận thông thường của máy CNC

Yêu cầu kỹ thuật cao: Việc vận hành và bảo trì Angle Head đòi hỏi kỹ thuật viên có chuyên môn cao

Kích thước cồng kềnh: Angle Head có thể làm tăng kích thước và trọng lượng của máy CNC

Lịch sử hình thành và phát triển:

Cuối thế kỷ 19: Các đầu góc thô sơ đầu tiên được phát triển để sử dụng trong các máy gia công kim loại bằng tay Đầu thế kỷ 20: Sự phát triển của máy CNC thúc đẩy sự phát triển của Angle Head với độ chính xác và hiệu suất cao hơn

Thập niên 1950: Các nhà sản xuất bắt đầu sản xuất Angle Head thương mại với nhiều tính năng và chức năng khác nhau

Thập niên 1960 và 1970: Angle Head trở nên phổ biến trong các ngành công nghiệp cơ khí, chế tạo và khuôn mẫu

Thập niên 1980: Sự phát triển của các vật liệu và công nghệ mới giúp cải thiện độ bền, độ chính xác và hiệu suất của Angle Head

Thập niên 1990 và 2000: Angle Head được tích hợp với các hệ thống điều khiển số tự động (CNC) tiên tiến, cho phép gia công các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao hơn

Ngày nay: Angle Head tiếp tục được phát triển với nhiều tính năng và chức năng mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các ngành công nghiệp

Sự phát triển của Angle Head cũng như cơ khí chế tạo gắn liền với những mốc thời gian sau:

Các ứng dụng của kỹ thuật cơ khí có thể được nhìn thấy trong suốt lịch sử được ghi lại của các xã hội cổ đại và trung cổ Ở Hy Lạp cổ đại, các tác phẩm của Archimedes (287 – 212 TCN) đã ảnh hưởng đến cơ học truyền thống của phương Tây, và Heron của Alexandria đã phát minh ra động cơ hơi nước đầu tiên Ở Trung Quốc đã phát minh ra một bánh xe với các bánh răng khác nhau

Trong Thời kỳ hoàng kim của Hồi giáo (thế kỷ 7-15), Al-Jazari đã viết một cuốn sách về kiến thức về cơ chế và trình bày một mô hình cơ khí chi tiết Ông cũng là người đầu tiên chế tạo các thiết bị như trục khuỷu

Trong thế kỷ 17, Isaac Newton đã đặt nền móng cho định luật về chuyển động và phát triển toán học vật lý Đến đầu thế kỷ 19, máy móc được phát triển ở nhiều nước ở Châu Âu giúp cho kỹ thuật cơ khí phát triển mạnh mẽ

Năm 1847, Viện Kỹ Sư Cơ Khí được thành lập tại Anh, là cơ sở đầu tiên chuyên về cơ khí Johann von Zimmermann đã thành lập nhà máy mài đầu tiên vào năm 1848

Ngành kỹ thuật cơ khí ngày càng được coi trọng và trở thành môn học chính thức tại các trường đại học

Hình 2.1 Gia công chế tạo hàn

Trong hoạt động sản xuất ngày nay, gia công cơ khí đa số là sử dụng trên những máy tự động CNC viết tắt của (Computer Numerical Control) Gia công CNC hay còn gọi là gia công cơ khí chính xác CNC, là một quá trình sản xuất sử dụng các máy móc ứng dụng công nghệ điều khiển số bằng máy tính nhằm tạo ra các sản phẩm đạt độ chính xác cao, với tốc độ làm việc nhanh chóng , cũng chính vì vậy mà đôi khi ta gặp thuật ngữ CNC trong những tài liệu tham khảo và giáo trình về gia công cơ khí chế tạo

Hình 2.2 Gia công cắt gọt kim loại

Phân loại các đầu Angle Head

Trong công nghiệp người ta sử dụng những đặc điểm khác nhau cơ bản của các hình dạng từng chi tiết để giúp cho việc gia công được thuận lợi và dễ dàng đối với từng chi tiết từ đó ứng dụng cho phù hợp với từng mục đích và nhiệm vụ của mỗi loại công việc của từng loại Angle Head, có rất nhiều loại Angle Head khác nhau trên thị trường, được phân loại khác nhau được tham khảo ở Catalog đầu chuyển góc Big Daishowa Angle Head Series như:

Loại thông dụng và thường gặp nhiều nhất là loại 90 độ dùng cho khoan, taro.

Hình 2.3 Dùng cho khoan-taro (HMC32) Loại thông dụng và thường gặp nhiều chuyên dùng cho phay mặt đầu

Hình 2.4 Dùng cho loại phay mặt đầu Loại thông dụng dùng cho khoan các chi tiết sâu dài

Hình 2.5 Dùng cho loại chi tiết sâu và dài Loại chuyên dùng cho khoan-taro chi tiết 45 độ

Hình 2.6 Dùng cho loại chi tiết cần khoan, taro 45 độ

Loại đa dùng có thể chuyển góc lên đến 180 độ

Hình 2.7 Dùng cho đa dạng các chi tiết phức tạp

Ứng dụng của Angle Head

Đầu Angle Head trong CNC có nhiều ứng dụng quan trọng, giúp tối ưu hóa quá trình gia công và mở rộng khả năng của máy CNC Dưới đây là một số ứng dụng cụ thể của Angle Head trong CNC:

Gia công các chi tiết phức tạp: Angle Head cho phép gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp mà không cần thay đổi vị trí của phôi hoặc sử dụng nhiều thiết lập khác nhau Điều này rất hữu ích trong các ngành công nghiệp như sản xuất khuôn mẫu và chế tạo máy

Gia công ở các góc độ khác nhau: Angle Head cho phép công cụ cắt hoạt động ở nhiều góc độ khác nhau, không chỉ giới hạn ở trục chính của máy CNC Điều này đặc biệt hữu ích khi cần gia công các bề mặt nghiêng, rãnh hoặc lỗ ở các góc không thông thường

Gia công trong không gian hẹp: Trong một số trường hợp, không gian gia công bị hạn chế và việc sử dụng các công cụ cắt tiêu chuẩn trở nên khó khăn Angle Head giúp tiếp cận các khu vực hẹp hoặc khó tiếp cận trên chi tiết

Tối ưu hóa quy trình sản xuất: Sử dụng Angle Head có thể giảm số lần thay đổi công cụ và thiết lập máy, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thời gian gia công

Gia công các bề mặt đa chiều: Angle Head cho phép gia công các bề mặt đa chiều mà không cần phải thay đổi vị trí của phôi Điều này rất hữu ích trong sản xuất các chi tiết yêu cầu độ chính xác cao và nhiều bề mặt gia công khác nhau Ứng dụng trong các ngành công nghiệp đặc thù: Angle Head được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, ô tô, y tế và điện tử, nơi yêu cầu gia công các chi tiết phức tạp và chính xác

Gia công các lỗ sâu hoặc các chi tiết bên trong: Angle Head cho phép gia công các lỗ sâu hoặc các chi tiết bên trong mà các công cụ tiêu chuẩn không thể tiếp cận dễ dàng

Nhờ vào những ứng dụng đa dạng và linh hoạt này, Angle Head trở thành một công cụ quan trọng trong ngành công nghiệp gia công CNC, giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng của quá trình sản xuất.

Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

2.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước Ở thị trường nước Đức, mamatic Tool Systems, trụ sở chính ở mimatic GmbH

Westendstraòe D-87488, Betzigau, Germany, là một trong những cụng ty cung cấp hệ thống công cụ đáp ứng nhu cầu cao nhất, trong đó Angle Head là một trong những sản phẩm của công ty trên Công ty đã phát triển và sản xuất các công cụ cắt và công cụ dẫn động cho CNC từ năm 1974 công cụ máy móc Sản phẩm của chúng tôi có trong một loạt các lĩnh vực ứng dụng cho sản xuất cắt kim loại cho khách hàng trong ngành công nghiệp ô tô

Các nhà cung cấp ô tô, kỹ thuật điện, chế tạo phương tiện, xưởng đúc, cơ khí và công nghệ y tế đều được sử dụng

Hình 2.8 Zentrale (Headquarter) Ở thị trường nước Ý, Gerardi S.p.A Company tọa lạc ở Via Giovanni XXIII, 10121015 Lonate Pozzolo (VA) – ITALY, là một trong những công ty có lích sử lâu dài về công cụ cơ khí, Angle head cũng là một trong những sản phẩm của công ty về cơ khí chính xác Gerardi S.p.A Co được thành lập bởi Ivano Gerardi Sr vào năm 1971 với bề dày 20 năm kinh nghiệm trong tất cả các loại cửa hàng máy móc trên khắp Canada và Hoa Kỳ Ngày nay, công ty chỉ cách Sân bay Quốc tế Milan Malpensa 2000 5 km Sản phẩm đầu tiên của công ty Gerardi thành lập một nhà máy mới sản xuất đầu góc ở LONATE POZZOLO và một công ty mới ở ẤN ĐỘ để sản xuất đồ gá cho thị trường Ấn Độ

Hình 2.10 Dựng lưới phần tử hữu hạn của đầu phay góc xoay cơ khí

Tối ưu hóa đầu phay bằng các vật liệu nhẹ Francesco và cộng sự đã thực hiện nghiên cứu về việc sử dụng các vật liệu nhẹ để thiết kế đầu phay, nhằm cải thiện hiệu suất gia công và giảm khối lượng của thiết bị Nghiên cứu này cho thấy việc áp dụng các vật liệu nhẹ không chỉ giúp giảm khối lượng mà còn tăng độ bền và độ chính xác của quá trình gia công (MDPI)

2.4.2 Các nghiên cứu trong nước Ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế đầu góc: Nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng công nghệ CAD/CAM để thiết kế và sản xuất các bộ phận của đầu góc Kết quả cho thấy việc sử dụng công nghệ này không chỉ giúp giảm thời gian thiết kế mà còn nâng cao độ chính xác và chất lượng của sản phẩm cuối cùng

Nghiên cứu về Angle Head trong CNC tại Việt Nam hiện chưa được phổ biến rộng rãi và còn đang trong giai đoạn phát triển Tuy nghiên tại công ty TNHH ALLIANCE GLOBAL SERVICES đã áp dụng và sử dụng rộng rãi trong quá trình gia công chi tiết

Hình 2.11 Ứng dụng Angle Head ngoài thực tế

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Phương pháp phay

Phay là phương pháp gia công kim loại được phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy, mặc dù phay không cho độ chính xác và độ bóng cao lắm, nhưng nó là một trong những phương pháp gia công đạt năng suất cao cũng như khả năng công nghệ rộng rãi

Hình 3.1 Một số dạng phay chủ yếu

Về độ bóng thì phạy thô có thể đạt độ bóng bề mặt cấp 3 + 4, độ chính xác 13-12 Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, phay hầu như hoàn toàn thay thế bào và một phần lớn của xọc

Khi phay tinh bằng dao có độ chính xác cao, máy phay có độ cứng vững tốt và khi chọn chế độ cắt hợp lý thì độ bóng có thể đạt cấp 7,8

Bảng 3.1 Độ nhám khi phay

Các dạng phay Độ chính xác Độ nhám

- Các yếu tố của lớp cắt [1]

Lượng chạy chạy dao phút Sf (mm/phút)

Lượng chạy chạy dao vòng S (mm/vòng)

Lượng chạy chạy dao răng Sz (mm/răng)

Trong đó n: số vòng quay của dao trong một phút (vòng/phút)

Trong đó Z: số răng của dao phay

Chiều sâu phay B: kích thước lớp kim loại bị cắt, đo theo phương chiều của trục dao phay

Góc tiếp xúc ψ góc tiếp xúc của dao chắn cung tiếp xúc l giữa dao và chi tiết (dao phay trụ, dao phay mặt đầu) n

 l a) SHình 3.2 Góc tiếp xúc của dao phay

U v , Y v , C v , X v , q v , p v , m: là hệ số mũ trong công thức tính tốc độ T: trị số tuổi bền trung bình của dao phay

K v : hệ số hiệu chỉnh chung về tốc độ cắt

K mv : hệ số ảnh hưởng của tính chất cơ học của vật liệu gia công đến tốc độ cắt

K nv : hệ số do chất lượng của phôi

K uv : hệ số do vật liệu phần cắt của dụng cụ

U v , Y v , C v , X v , q v , p v , m: là hệ số mũ trong công thức tính tốc độ T: trị số tuổi bền trung bình của dao phay

K mv : hệ số ảnh hưởng của tính chất cơ học của vật liệu gia công đến tốc độ cắt

K nv : hệ số do chất lượng của phôi

K uv : hệ số do vật liệu phần cắt của dụng cụ

Phương pháp khoan

Khoan thường sử dụng để gia công lỗ trên các phôi đặc (phôi chưa có lỗ từ trước), khoan có thể gia công các lỗ có đường kính từ 1÷80mm, nhưng phổ biến nhất là các lỗ có đường kính từ 35 mm trở xuống Độ chính xác gia công của khoan nói chung là thấp, chỉ đạt cấp chớnh xỏc 12 +13 và độ búng Ra = 3,2+12,5 àm (V3 - V4) Đối với cỏc lỗ cú yờu cầu độ chớnh xác cao thì khoan chỉ là bước gia công thô Khoan còn là bước chuẩn bị cho việc cắt ren lỗ tiêu chuẩn, tiện ren lỗ không tiêu chuẩn và tiện tỉnh các lỗ

3.2.2 Thông số hình học và chế độ cắt

Lỗ không thông (lỗ đặc): t = D

D - đường kính lỗ đang khoan d - Đường kính lỗ có sẵn

Hình 3.3 Thông số hình học phần cắt của mũi khoan

- Lượng chạy dao S (mm/vòng): lượng tịnh tiến của mũi khoan ứng với một vòng quay của dao hoặc chi tiết

Với mũi khoan 2 luỡi cắt thì mỗi luỡi cắt tính được Sz=S/2 [1]

- Chiều dày cắt a: [1] a=Sz.sinφ =S/2.sinφ (mm)

- Chiều rộng cắt b: [1] Đối với chi tiết đặc: b = t sinφ => b = D

Hình 3.4 Thông số hình học lớp cắt

S: bước tiến sau một vòng của mũi khoan, (mm/vòng) σ b : Giới hạn bền của vật liệu (kG/mm 2 )

C v : hệ số ảnh hưởng của điều kiện cắt đối với tốc độ cắt

Z v : số mũ biểu thị mức độ ảnh hưởng của đường kính đến tốc độ cắt m − Y v − X v : chỉ số mũ xét đến ảnh hưởng của tuổi bền trung bình, lượng chạy dao, chiều sâu cắt đối với vận tốc

K v : hệ số hiệu chỉnh chung về tốc độ cắt giống như tiện, xét thêm ảnh hưởng của chiều sâu lỗ khoan K lv

K mv : ảnh hưởng của vật liệu thépnđến tốc độ cắt khi gia công bằng mũi khoan HSS

K lv : ảnh hưởng của chiều sâu lỗ đối với vận tốc cắt T: trị số trung bình về tuổi bền của mũi khoan v: tốc độ cắt (m/phút)

Z p , Y p , C p : là hệ số mũ tính lực chiều trục

K mm , K mp : hệ số ảnh hưởng đến cơ lý của thép kết cấu và thép đúc

Z M , Y M , C M : là hệ số mũ tính momen xoắn

Lực cắt khi khoan chia làm 3 thành phần:

- Lực Pγ: Lực hướng kính Lực tác dụng lên 2 lưỡi cắt chính

- Lực P0: Lực chiều trục Lực này có khuynh hướng chống lại lực chạy dao:

+ Lực chiều trục Px tác dụng lên lưỡi cắt chinh, chiếm khoảng 40% lực P0

+ Lực chiều trục Px tác dụng lên lưỡi cắt phụ, chiếm khoảng 3% lực P0

+ Lực chiều trục Pn tác dụng lên lưỡi cắt ngang, chiếm khoảng 57% lực P0

Hình 3.5 Lực cắt khi khoan

Bánh răng côn xoắn

Truyền động bánh răng dùng để truyền động giữa các trục, thông thường có kèm theo sự thay đổi về trị số và chiều của vận tốc hoặc momen

Bánh răng côn là bánh răng chuyển động giữa 2 trục giao nhau Chúng có các mặt răng ăn khớp và xếp đều liên tiếp nhau Chúng thường được lắp trên trục lệch nhau 90 độ, nhưng cũng có thể được thiết kế để làm việc ở các góc khác

Bánh răng côn xoắn là loại bánh răng được cấu tạo với các răng cong về một góc Chúng dùng với hai trục giống nhau Khi hoạt động, bánh răng được tiếp xúc và truyền chuyển động từ từ Vì vậy, chúng ít rung và êm hơn loại côn thẳng (góc xoắn thường là β = 35°)

Hình 3.6 Bánh răng côn xoắn

3.3.2 Thiết kế bánh răng Để thiết kế truyền dộng bánh răng cần tiến hành theo các bước sau đây:

- Xác định ứng suất cho phép

-Tính toán sơ bộ một kích thước cơ bản của truyền động bánh răng, trên cơ sở đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ truyền rồi tiến hành kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn và về quá tải

- Xác định các kích thước hình học của bộ truyền.

Trục

Trục dùng để đỡ các chi tiết quay, bao gồm trục tâm và trục truyền Trục tâm có thể quay cùng với các chi tiết lắp trên nó hoặc không quay, chỉ chịu được lực ngang và momen uốn

Trục truyền luôn luôn quay, có thể tiếp nhận đồng thời cả momen uốn và momen xoắn Các trục trong Angle Head là những trục truyền

Chỉ tiêu quan trọng nhất đối với phần lớn các trục là độ bền, ngoài ra là độ cứng và đối với các trục quay nhanh là độ ổn định dao động

Các bước tính toán và thiết kế trục:

- Tính thiết kế trục và độ bền

- Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

- Trường hợp cần thiết tiến hành kiểm nghiệm trục về độ cứng Đối với trục quay nhanh còn kiểm nghiệm trục về độ ổn định dao động.

Ổ lăn đỡ chặn

3.5.1 Khái niệm Ổ lăn thường bao gồm bộ phận vành trong, vành ngoài cùng với các thành phần lăn và vòng cách định vị, các viên bi tại những khoảng cách cố định ở giữa cách rãnh của các viên bi Ổ lăn bao gồm 4 bộ phận chính: vòng trong, vòng ngoài, con lăn và vòng cách Để cho việc chọn lựa ổ lăn đạt được hiệu quả cao, bạn cần phải hiểu rõ chi tiết thiết kế và đặc điểm chính của từng loại ổ lăn khác nhau

- Tăng tuổi thọ hệ thống

- Giảm độ rung và tiếng ồn

- Đảm bảo độ chính xác

- Độ lớn tải trọng Độ lớn của tải trọng thông thường là một trong những yếu tố để quyết định kích cỡ ổ lăn cần sử dụng Ổ bi thông thường được sử dụng trong những ứng dụng có tải trọng nhẹ và trung bình (𝑃 ≤ 0,1𝐶) Ổ đỡ con lăn (ổ đũa) được sử dụng trong những ứng dụng có tải trọng cao hơn (𝑃 > 0,1𝐶), hoặc khi trục có kích thước lớn

Tải trọng hướng kính Ổ đũa, ổ kim và ổ lăn hình xuyến (ổ CARB) chỉ có thể chịu được tải trọng hướng kính Tất cả các loại ổ đỡ khác có thể chịu một phần tải trọng dọc trục bên cạnh việc chịu tải hướng kính

Tải dọc trục Ổ bi chặn và ổ bi tiếp xúc bốn điểm chỉ chịu tải dọc trục nhẹ và trung bình Ổ bi chặn một hướng chỉ có thể chịu được tải dọc trục ở một hướng Đối với tải dọc trục tác động cả hai hướng thì cần sử dụng ổ bi chặn hai hướng

Tải tổng hợp gồm có tải hướng kính và tải dọc trục tác động cùng một lúc Khả năng chịu tải dọc trục của một ổ lăn được xác dịnh bởi góc tiếp xúc a Góc tiếp xúc này càng lớn, khả năng chịu tải dọc trục của ổ lăn càng lớn

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP

Yêu cầu của đề tài

Những yêu cầu của máy đối với thực tiễn:

- Độ an toàn của máy

- Thao tác và vận hành dễ dàng

- Đáp ứng nhu cầu khoan, phay 90° với những chi tiết lớn khó gá đặt nhiều lần và những yêu cầu về dung sai kỹ thuật.

Phương hướng và giải pháp thực hiện

Hình 4.1 Đầu Angle Head (phương án 1) Ở phương án này đầu Angle Head được sử dụng các cơ cấu sau:

- Bánh răng côn để truyền chuyển động vuông góc

- Vỏ hộp dưới được gắn trực tiếp với mặt bích có Pin định vị chống xoay và được cố định bằng bulong với nhạu Sau đó gắn trực tiếp với trục chính của máy CNC

- Phần Holder sẽ nhận tốc độ tuyền của trục chính sau đó qua kết cấu nối với trục để có thể truyền tốc độ và momen cho trục, thông qua bánh răng côn và truyền tới đầu làm việc

- Phần trục làm việc được gắn với Baby Chuck để giữ dao

- Cố định vỏ hộp và mặt bích có Pin định vị bằng bulong sau đó cố định đầu Angle Head, gắn trực tiếp đầu Angle Head lên trục chính của máy CNC sao cho phần Pin ăn khớp chông xoay với mặt bích của trục chính Cấp tốc độ cho máy CNC máy sẽ truyền qua trục thông qua Holder và khớp nối tới bộ truyền bánh răng côn để chuyển hướng chuyển động sang 90°

- Phần Baby Chuck giữ dao và được nối với trục làm việc Ưu điểm:

- Sử dụng được nhiều loại dao kích cỡ lớn

- Không linh hoạt trong việc chuyển hướng gia công

- Sử dụng cố định cho một vài máy CNC có cùng cơ cấu

- Kích cỡ, và khối lượng lớn

Hình 4.2 Đầu Angle Head (phương án 2) Ở phương án 2 tối ưu hơn vì sử dụng các cơ cấu sau:

- Sử dụng bộ truyền bánh răng côn răng xoắn có tác dụng truyền chuyển động êm ái do cơ cấu góc xoắn răng và có thể chịu được momen xoắn và lực các tác động

- Thân hộp được gắn với mặt bích và bên ngoái có sử dụng thêm cơ cấu chống xoay gồm:

+ Cơ cấu Pin chống xoay, được nối với Torque Support và hộp

+ Space-block được cố định trên mặt bích của trục chính bằng bu long làm đệm cho Stop-block

+ Stop-block có lỗ Pin định vị và được gắn với Pin

- Vòng chia độ để linh hoạt chuyển mặt gia công

- Nắp cửa thăm để bôi mỡ và canh chỉnh bánh răng

- Phần Holder (BT50) được gắn trục tiếp lên trục chính

Phần Holder (BT50) được gắn trực tiếp trên trục chính của máy CNC, trên mặt bích của trục chính máy CNC có gắn sẵn Space và Stop-block giúp việc định vị và chống xoay Vòng chia độ giúp chúng ta điều chỉnh phương hướng gia công

Sau đó chúng ta cấp tốc độ cho máy CNC lập tức máy sẽ truyền tốc độ và momen qua trục thông qua Holder (BT50) có rãnh nối và bulong, trục dẫn sẽ truyền tốc độ và momen đến trục bị dẫn thông qua bộ truyền bánh răng côn xoắn chuyển hướng 90 độ Lúc đó dao sẽ quay và quá trình cắt gọt được tiến hành

Lưu ý: Để dao có thể quay cùng với góc xoắn dao ta nên cấp tốc độ M4 (G-Code), để khi quay dao sẽ quay đúng chiều me cắt của nó Ưu điểm:

- Linh hoạt trông việc đổi hướng và mặt gia công Bằng cảnh điều chỉnh vòng chia độ

- Bánh răng côn xoắn hạn chế tác động ăn khớp răng giúp bộ truyền bớt run lắc và bớt đảo dao Chịu được momen xoắn tốt

- Sử dụng linh hoạt ở nhiều máy CNC có Holder BT50

- Nhỏ gọn và nhẹ so với những đầu Angle Head khác

- Dễ dàng lắp đặt và sử dụng

- Có thể gia công ở những chi tiết có bề mặt phức tạp, và những chi tiết lớn khó gá đặt

- Không sử dụng được các dao phay, khoan có kích cỡ lớn.

Lựa chọn phương án

Dựa vào ưu điểm và nhược điểm của 2 phương án trên thì phương án 2 là phương án phù hợp và hiện đại Do đó nhóm sẽ tiến hành nghiên cứu và chế tạo module Angle Head theo phương án 2 để phù hợp với nhu cầu thị trường hiện nay

Trình tự công việc tiến hành

Xác định vật liệu gia công

Xác định chế độ cắt cho 2 nguyên công

Tính toán thông số làm việc

Xác định thông số đầu vào

Tính toán chọn bánh răng Kiểm nghiệm bánh răng Tính toán trục Kiểm nghiệm độ bền trục

ANGLE HEAD Điều kiện làm việc

Hình 4.3 Trình tự công việc

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY

Tính toán thông số làm việc

Sử dụng mũi khoan ỉ8 mm gia cụng lỗ cú chiều sõu 50 mm trờn mỏy CNC Mazak VQC- 20/50B Vật liệu thép C45 với Giới hạn bền của thép C45 được quy định theo các chỉ số sau:

• Độ bền đứt (σ b ): 610 MPa ~ 62 kG/mm 2

• Độ giãn dài tương đối (δ): 16%

Thép C45 có độ cứng HRC là 23 trong điều kiện thường Tuy nhiên, trong một số trường hợp đòi hỏi độ cứng cao hơn, phương pháp tôi Ram được sử dụng để tăng độ cứng của thép

Khi khoan lỗ đặc (lỗ không thông) ta có công thức: [2] t =D

D: đường kính lỗ khoan (mm) t: chiều sâu cắt (mm)

Theo sức bền của mũi khoan khi khoan thép ta có công thức: [2]

S: bước tiến sau một vòng của mũi khoan, (mm/vòng) σ b : Giới hạn bền của vật liệu (kG/mm 2 )

1 Khi khoan lỗ có chiều sâu l lớn hơn 3D trong điều kiện hệ thống cứng vững đã cho cần giảm bước tiến bằng cách nhân với hệ số hiệu chỉnh K ls ; khi L ≥ 5D ÷ 7D thì K ls = 0,8

2 Khi khoan lỗ với hệ thống cứng vững trung bình, với dung sai không vượt giá cấp chính xác (TCVN) và lỗ tiếp theo còn gia công khoan, khoét thì cần nhân với hệ số 0,75

Bảng 5.1 Bước tiến khi khoan thép Đường kính mũi khoan D (mm)

Vật liệu gia công Thép 𝛔 𝐛 < 𝟖𝟎 𝐤𝐆/𝐦𝐦 𝟐

C v : hệ số ảnh hưởng của điều kiện cắt đối với tốc độ cắt

Z v : số mũ biểu thị mức độ ảnh hưởng của đường kính đến tốc độ cắt m − Y v − X v : chỉ số mũ xét đến ảnh hưởng của tuổi bền trung bình, lượng chạy dao, chiều sâu cắt đối với vận tốc

K v : hệ số hiệu chỉnh chung về tốc độ cắt giống như tiện, xét thêm ảnh hưởng của chiều sâu lỗ khoan K lv

K mv : ảnh hưởng của vật liệu thép đến tốc độ cắt khi gia công bằng mũi khoan HSS

K lv : ảnh hưởng của chiều sâu lỗ đối với vận tốc cắt T: trị số trung bình về tuổi bền của mũi khoan

29 v: tốc độ cắt (m/phút) Bảng 5.2 Trị số trung bình tuổi bền của mũi khoan

Dụng cụ Vật liệu gia công Vật liệu phần cắt của dụng cụ

Tuổi bền T, (phút) khi đường kính của dụng cụ

Mũi khoan Thép kết cấu và thép đúc Thép gió 25

Bảng 5.3 Hệ số ảnh hưởng của vật liệu đến tốc độ cắt

Hệ số 𝐊 𝐦𝐯 khi trị số 𝛔 𝐛 𝐤𝐆/𝐦𝐦 𝟐

Bảng 5.4 Ảnh hưởng của chiều sâu lỗ đến tốc độ cắt

Chiều sâu lỗ gia công theo đường kính 5D

Bảng 5.5 Hệ số mũ trong công thức tính tốc độ cắt khi khoan

Vật liệu phần lưỡi cắt Điều kiện gia công

Hệ số chỉ số mũ

Thép kết cấu carbon, thép đúc σ b 75 kG/mm 2

- Số vòng quay trục chính: n = 1000 v π D 00.25,215 π 8 = 1003,28 vòng/phút

Chọn n = 1000 vòng/phút < n (máy) nên máy sẽ hoạt động bình thường

- Lực cắt và momen xoắn [2]

Z p , Y p , C p : là hệ số mũ tính lực chiều trục

K mm , K mp : hệ số ảnh hưởng đến cơ lý của thép kết cấu và thép đúc

Bảng 5.6 Công thức tính hệ số ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của thép

Hệ số 𝐊 𝐦𝐩 khi gia công vật liệu Thép xây dựng và thép đúc

Momen xoắn M và lực chiều trục 𝐏 𝟎 khi khoan

Chỉ số mũ 𝐧 𝐩 khi vật liệu phần cắt dụng cụ

Thép xây dựng thép đúc σ b > 60 kG/mm 2 0,6

Bảng 5.8 Hệ số và các chỉ số mũ trong công thức tính momen xoắn và lực chiều trục

Vật liệu gia công Nguyên công

Vật liệu phần cắt của dụng cụ

Hệ số và chỉ số mũ Momen Lực 𝐏 𝟎

Thép kết cấu và thép đúc Khoan Thép gió

Z M , Y M , C M : là hệ số mũ tính momen xoắn

→ So với công suất máy 7,5 kW thì máy làm việc đủ an toàn

Lực cắt khi phay bằng dao phay ngún cú đường kớnh ỉ8 mm trờn mỏy Mazak VQC- 20/50B, gia công trên vật liệu thép C45 với các đặc tính vật liệu như trên

Bảng 5.9 Lượng chạy dao khi gia công băng dao phay ngón thép gió

Chiều sâu cắt t, (mm) đến Đường kính, mm Số răng Z

Lượng chạy dao trên 1 răng

- Vận tốc cắt tính theo công thức: [2] v = C v

U v , Y v , C v , X v , q v , p v , m: là hệ số mũ trong công thức tính tốc độ

T = 60: trị số tuổi bền trung bình của dao phay

62) 0,9 = 1,18: hệ số ảnh hưởng của tính chất cơ học của vật liệu gia công đến tốc độ cắt

K nv = 0,95: hệ số do chất lượng của phôi

K uv = 0,3: hệ số do vật liệu phần cắt của dụng cụ

Bảng 5.10 Trị số của hệ số và trị số mũ trong công thức tính tốc độ cắt khi phay

Kiểu dao phay Vật liệu phần cắt của dao phay Nguyên công

Hệ số và các chỉ số mũ trong công thức tốc độ

Phay các mặt phẳng và các gờ lồi

- Số vòng quay trục chính: [2] n = 1000 v π D 00.44,5 π 8 = 1770 vòng/phút

→ Chọn n = 2000 vòng/phút vẫn nhỏ hơn tốc độ tối đa của máy nên máy sẽ hoạt động bình thường

U p , Y p , C p , X p , q p , ω p : hệ số mũ tính lực tiếp tuyến P z

Bảng 5.11 Hệ số và trị số mũ trong công thức tính lực tiếp tuyến khi phay

Kiểu dao phay Vật liệu lưỡi cắt Hệ số và chỉ số mũ

→ Với P = 0,13 kW nhỏ hơn công suất máy nên máy vẫn sẽ hoạt động bình thường khi thực hiện chế độ cắt trên

→ Vậy với chế độ cắt của phay và khoan bằng dao ỉ8 mm trờn mỏy Mazak VQC- 20/50B với vật liệu phôi là thép C45 thì ta có được chế độ cắt lớn nhất trong 2 nguyên công trên là

Bảng 5.12 Tổng hợp lực cắt khi khoan và phay n 𝐏 𝟎 , 𝐏 𝐳 M P công suất

Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền

5.2.1 Thông số đầu vào n lv = 2000 vòng/phút

5.2.2 Phân phối tỉ số truyền

- Công suất trên trục động cơ [3]:

P ctđc =P t η = 1,949 0,912473= 2,136 kW η = (η ol ) 2 η brc η kn = 0,912473 hiệu suất truyền toàn hệ thống [3] η ol = 0,99: hiệu suất truyền động 1 cặp ổ lăn η brc = 0,95: hiệu suất bộ truyền bánh răng côn (kín) η kn =0,98: nối trục

- Phân phối tỉ số truyền u sb = u brc tỉ số truyền sơ bộ

- Chọn sơ bộ u br = 1 tỉ số truyền bộ truyền bánh răng ([3], trang 49) u sb = 1

- Số vòng quay sơ bộ cần thiết n sb = u sb × n lv = 1.2000 = 2000 vòng/phút

→ Với máy Mazak VQC-20/50B ta có được thông số động cơ như sau

Bảng 5.13 Thông số động cơ máy CNC

Output power Speed Voltage Product code

5.2.3 Thông số kỹ thuật hệ thống truyền động

- Công suất trục công tác: [3]

- Số vòng quay trục 2 [3] n 2 = n 1 u br = 2000 rpm

- Số vòng quay trục công tác [3] n 3 = η 2 = 2000 rpm

- Momen trên trục các trục: [3]

Bảng 5.14 Thông số kỹ thuật hệ thống truyền động

Thông số Trục BT50 Trục 1 Trục máy công tác Pct

Tính toán bộ truyển bánh răng côn xoắn

Hình 5.1 Thông số kỹ thuật bánh răng

- Công suất trên trục bánh răng dẫn, P 1 = 2,072 kW

- Tốc độ quay trục bánh răng dẫn, n 1 = 2000 rpm

- Mô men xoắn trên trục bánh răng dẫn, T 1 = 9893 N mm

Chọn vật liệu bánh răng: (Tham khảo mục 6.1, [3])

Bảng 5.15 Vật liệu bánh răng

Giới hạn chảy σ ch , (MPa) Độ cứng (HB)

5.3.3 Xác định ứng suất cho phép

Chọn mua bánh răn côn xoắn

- Ứng suất tiếp xúc cho phép: (Công thức 6.1, [3])

[σ H1 ]: ứng suất tiếp xúc cho phép bánh răng dẫn [σ H2 ]: ứng suất tiếp xúc cho phép bánh răng bị dẫn σ Hlim o = 2 HB 1,2 + 70: ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở, (bảng 6.2 [3]) (nhóm vật liệu thép 40, 45, 40X, 40XL…thường hóa hoặc tôi cải thiện)

S H : hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc, (bảng 6.2 [3])

N HE mH : hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng thời gian phục vụ với N HO = 30 HB 2,4 : số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử tiếp xúc

N HE = 60 c n L H : số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương (bánh răng dẫn = bánh răng bị dẫn); c: số lần tiếp xúc/vòng quay; n: số vòng quay;

𝐿𝐻: thời gian phục vụ m H = 6: bậc đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc (sử dụng cho trường hợp độ cứng HB ≤ 350)

- Ứng suất uốn cho phép: (Công thức 6.2, [3])

S F Trong đó: σ Hlim o = 1,8 HB 1,2 : ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở, bảng 6.2 [3] (nhóm vật liệu thép 40, 45, 40X, 40XL…thường hóa hoặc tôi cải thiện)

[σ F1 ]: ứng suất uốn cho phép bánh răng dẫn [σ F2 ]: ứng suất uốn cho phép bánh răng bị dẫn

S F : hệ số an toàn khi tính về uốn, bảng 6.2 [3]

K FC : hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải (đặt tải một phía, quay một chiều

FE mF : hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng chế độ tải trọng với

N FO = 4.10 6 : số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử uốn (áp dụng cho tất cả các loại thép, trang 93 [3])

N FE = 60 𝑐 𝑛 L H : số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương (bánh răng dẫn = bánh răng bị dẫn); c: số lần tiếp xúc/vòng quay; n: số vòng quay;

LH: thời gian phục vụ m F = 6: bậc đường cong mỏi khi thử về uốn (HB ≤ 350)

- Chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử tiếp xúc

- Số chu kì thay đổi với ứng suất tương đương:

Ta thấy: N HE1 > N HO1 ; N HE2 > N HO2 nên lấy N HE1 = N HO1 ; N HE2 = N HO2

Ta thấy: N FE1 > N FO1 ; N FE2 > N FO2 nên lấy N FE1 = N FO1 ; N FE2 = N FO2

- Vì là bánh răng côn cung tròn, chọn [σ H ] = [σ H2 ] = 509,09(Mpa)

- Ứng suất cho phép khi quá tải: [σ H ]max (trong điều kiện nhiệt luyện thường hóa hoặc tôi cải thiện) theo công thức (6.13) [3]:

5.3.4 Xác định sơ bộ chiều dài côn ngoài

K R = 0,5K d : hệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh răng và loại răng

K Hβ : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng bánh răng côn, bảng 6.21 [3] với trình tự sau: Tính

K be : hệ số chiều rộng vành răng K be = 0,3 ; trị số lớn khi u ≤ 3

5.3.5 Xác định các thông số ăn khớp

- Đường kính chia ngoài tính theo công thức (6.52b) [3]:

- Tính lại: m nm = m tm cos(β m ) = 2,25 cos (35°) = 2,74 (mm) [3]

Bảng 5.16 Trị số tiêu chuẩn của môđun m

Chú thích: 1 - Đối với răng nghiêng và răng chữ V, môđun tiêu chuẩn là môđun pháp mn; 2 – Ưu tiên dãy 1

Nếu cùng đường kính vòng chia, m lớn → tăng đường kính vòng đỉnh, chiều cao răng dày răng, và bề rộng rãnh; Cùng đường kính vòng chia, m lớn → giảm số răng, tăng tổn thất ăn khớp, giảm hiệu suất; m nhỏ → tăng số răng, tăng hệ số trùng khớp ngang, giảm tiếng ồn giảm khối lượng cắt răng, hao phí vật liệu tuy nhiên giảm độ bền uốn; Nếu kiểm tra độ bền uốn không thõa → cần tăng m; Trong các bộ truyền truyền lực là chủ yếu, không nên lấy m < 1,5 ~ 2mm

- Tỷ số truyền thực tế: u tt =z 2 z 1

- Xác định góc côn chia: δ 1 = arctg (z 1 z 2 ) = arctg (20

- Xác định đường kính trung bình của bánh nhỏ và chiều dài côn ngoài: [3] d m1 = z 1 m tm = 20.2,74 = 54,8 (mm)

- Sai lệch tỉ số truyền bộ truyền bánh răng: [3] u brtt − u br u brtt 100% = 1 − 1

5.3.6 Sai lệch tỉ số truyền hệ thống

- Tính sai lệch tỉ số truyền hệ thống Điều kiện đầu bài Δu hệ thống ≤ 5% Δu hệ thống = n 3 −n lv n lv 100% = 0%

Trong đó: n 3 = n đc u brtt , số vòng quay trên trục máy công tác để đạt được năng suất đầu bài ubrtt = z 2 z 1, tỉ số truyền thực bộ truyền bánh răng

- Tính ứng suất tiếp xúc σ H , và kiểm tra điểu kiện bền tiếp xúc theo công thức (6.58) [3]: σ H = Z M Z H Z ε √2T 1 K H √u 2 + 1

Z M = 274 MPa 1 3 : hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp, bảng 6.5 [3];

Z H = 1,76: hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc, bảng 6.12 [3];

Z ε : hệ số kể đến sự trùng khớp của răng:

K H = K Hβ K Hα K Hv = 1.1,13.1,17588 = 1,3287: hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc;

K Hβ = 1 hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng,

K Hα = 1,13 hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp, tra bảng 6.14 [3];

K Hv : là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp

2T 1 K Hβ K Hα = 1,17588 v H = δ H g 0 v√d m1 (u + 1)/u = 6,096 tính theo công thức 6.40 [3]: v = πd m1 n 1 /60000 = 4,503; d m1 đường kính vòng lăn bánh nhỏ; n 1 là số vòng quay của bánh chủ động (vòng/phút) δ H = 0.002, δ F = 0.006 hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp, tra bảng 6.15 [3] g 0 = 73, hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng bánh 1 và

2, tra bảng 6.16 [3]; v Hmax = 700 xác định từ khả năng chịu tải trọng động lớn của bánh răng, bảng 6.17 [3]

- Tính ứng suất uốn σ F , và kiểm tra điều kiện bền uốn theo công thức (6.65) và (6.66) [3]: σ F1 =2 T 1 K F Y ε Y β Y F1

Y ε = 1 ε α = 0,7825 hệ số kể đến sự trùng khớp của răng;

Y β = 1 hệ số kể đến độ nghiêng của răng;

Y F1 , Y F2 hệ số dạng răng của bánh 1 và 2, tra bảng 6.18 [3] với z v1 = z 1 cosδ 1 = 28,284

K F = K Fβ K Fα K Fv = 1,06.1,4.1, = 2,15 hệ số tải trọng khi tính về uốn;

K Fβ = 1,06 hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về uốn, tra bảng 6.21 [3];

K Fα = 1,4 hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp khi tính về uốn, tra bảng 6.14 [3];

K Fv = hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn tính theo công thức (6.68) [3]

- Kiểm nghiệm về răng quá tải:

Với K qt = 1 σ Hmax = σ H √Kqt = 480,925 × √1 = 480,925 < [σ Hmax ] = 1260 (MPa) σ F1max = σ F1 K qt = 111,068 × 1 = 111,068 < [σ F1max ] = 464 (MPa) σ F2max = σ F2 K qt = 111,068 × 1 = 111,068 < [σ F2max ] = 464 (MPa)

5.3.8 Lực tác dụng khi ăn khớp

Bảng 5.17 Thông số kỹ thuật bộ truyền bánh răng

Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Công suất trục bánh răng dẫn P1 2,072 kW

Tốc độ quay của trục dẫn n1 2000 vòng/phút

Momen xoắn trên trục dẫn T1 9893 N.mm

Thời gian làm việc t 18000 giờ

Chiều dài côn ngoài Re 38,89087 mm

Module vòng ngoài mte 2,25 mm

Tỉ số truyền thực tế u tt 1

Chiều rộng vành răng b 11,66726 mm

Số răng bánh nhỏ Z1 20 răng

Số răng bánh lớn Z2 20 răng Đường kính trung bình bánh nhỏ d m1 54,8 mm Đường kính trung bình bánh lớn d m2 54,8 mm Đường kính vòng chia ngoài bánh nhỏ de1 55 mm Đường kính vòng chia ngoài bánh lớn de2 55 mm Đường kính đỉnh răng ngoài bánh nhỏ d ae1 57,67 mm Đường kính đỉnh răng ngoài bánh lớn d ae2 57,67 mm

Chiều cao đầu răng ngoài bánh nhỏ hae1 1,84 mm

Chiều cao đầu răng ngoài bánh lớn hae2 1,84 mm

Tính chọn nối trục

- Momen xoắn danh nghĩa cần truyền T = 9893 N mm

- Xác định momen xoắn tính toán

𝑇 mômen xoắn danh nghĩa trên trục

𝑘 hệ số an toàn làm việc, phụ thuộc vào loại máy công tác, tra bảng 9.1

Bảng 5.18 Hệ số an toàn làm việc

- Tính sơ bộ đường kính trục tại vị trí lắp nối trục, 𝑑(𝑚𝑚) d ≥ √ T t

𝑇 (𝑁 𝑚𝑚): momen xoắn cần truyền trên trục lắp nối trục [𝜏]: ứng suất trượt cho phép Giả sử chọn vật liệu làm trục là thép 45, [𝜏] = 15 … 30 𝑀𝑃𝑎 Với hộp giảm tốc, trị số nhỏ sử dụng cho trục dẫn – trục vào, trị số lớn sử dụng cho trục bị dẫn – trục ra

Chú ý: chọn đường kính trục theo dãy số tiêu chuẩn: 10, 10.5, 11, 11.5,

5.4.2 Lực tác dụng lên khớp nối

- Tính lực hướng tâm nối trục F rnt , sinh ra do sự không đồng tâm khi lắp hai nửa khớp nối lên các trục, giá trị F rnt có thể lấy gần đúng như sau:

D t = 131,9067 ÷ 197,86 (N) 𝑇: momen xoắn trục lắp nối trục

D t : đường kính qua tâm chốt nối trục đàn hồi

Lực Frnt⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ có điểm đặt nằm trên đường tâm trục, tại vị trí giữa nối trục Frnt⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ có chiều bất kỳ tùy vào sai số ngẫu nhiên khi lắp nối trục Tùy vào mục đích tính toán (tính trục, chọn ổ), chiều Frnt⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ có thể lấy ngược (tính trục) hay cùng chiều (chọn ổ) lực vòng trên bánh răng lắp trên trục.

Tính toán thiết kế trục, chọn then

Sơ đồ 5.1 Sơ đồ động của Angle Head

- F t = 361,05839 N, lực tiếp tuyến (lực vòng) bộ truyền bánh răng

- F r = 92,9241 N, lực hướng tâm bộ truyền bánh răng

- F a = 92,9241 N, lực dọc trục bộ truyền bánh răng

- d m1 = 54,8, d m2 = 54,8 mm đường kính trung bình bánh dẫn/bị dẫn (bánh răng côn răng xoắn)

Với hộp giảm tốc chịu tải nhỏ, trung bình, vật liệu làm trục thường dùng thép 45 thường hóa, tôi cải thiện, hoặc thép 40X tôi cải thiện

Bảng 5.19 Vật liệu làm trục

Vật Liệu Nhiệt luyện Độ cứng (HB) Giới hạn bền σb

Giới hạn chảy σch (MPa)

5.5.3 Tính toán, thiết kế trục theo điều kiện bền, chọn then

Xác định sơ bộ đường kính trục theo điều kiện bền cắt

𝑇 (𝑁 𝑚𝑚): momen xoắn cần truyền trên trục 𝑑(𝑚𝑚): đường kính trục

[𝜏]: ứng suất trượt cho phép Với vật liệu thép 45, 45X [𝜏] = 15 … 30 𝑀𝑃𝑎 Với hộp giảm tốc, trị số nhỏ sử dụng cho trục dẫn – trục vào, trị số lớn sử dụng cho trục bị dẫn – trục ra

50 d 2 = 12 (mm) Xác định chiều dài các đoạn trục, khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

Sử dụng sơ đồ tính khoảng cách hộp giảm tốc 1 cấp hình 10.10 (bánh răng côn) trong đó các thông số hình học:

- Bề rộng ổ, b0, chọn theo đường kính trục d 1 = 30 → b o = 16 (mm) d 2 = 25 → b o = 17 (mm)

ℓ 12 = khoảng cách từ gối đỡ 0 đến tiết diện 2 trên trục 1

ℓ 11 = khoảng cách giữa các gối đỡ 0 đến 1 trên trục 1

ℓ 13 = khoảng cách từ gối đỡ 0 đến tiết diện 3 (bánh răng) trên trục 1

- Kết quả tính toán trục 1:

ℓ 13 = 88,5 mm Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục:

Lực tác dụng lên bánh răng côn răng xoắn:

- Tính phản lực tại các gối:

- Tính momen uốn tổng M j các tiết diện j trên đoạn trục 1:

Hình 5.2 Biều đồ nội lực Trục 1

- Tính momen tương đương M tđj tại các tiết diện j trên đoạn trục 1:

- Chọn lại đường kính trục theo tiêu chuẩn

Kết quả tính toán trục 2:

ℓ 21 = 103,25 mm Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục:

Lực tác dụng lên bánh răng côn răng thẳng:

- Tính phản lực tại các gối:

Hình 5.3 Biểu đồ nội lực Trục 2

- Tính momen uốn tổng M j các tiết diện j trên đoạn trục 2:

- Tính momen tương đương M tđj tại các tiết diện j trên đoạn trục 2:

- Chọn lại đường kính trục theo tiêu chuẩn:

Chọn { d A = 25 mm d C = 35 mm d B = 25 mm d D = 32 mm Chọn then dựa trên thông tin đường kích trục tại các vị trí lắp bánh răng, bánh đai, đĩa xích, sử dụng then bằng TCVN 2261-77 bảng 9.1a [3], chọn then phù hợp Thực hiện các kiểm nghiệm bền dập, bền cắt theo công thức 9.1, 9.2 [3]

5.5.4 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi tại các tiết diện nguy hiểm theo công thức (10.19) [3]: Trong đó:

[𝑠]: hệ số an toàn cho phép Thông thường [𝑠] = 1,5 ÷ 2,5, khi cần tăng độ cứng lấy [𝑠] = 2,5 ÷ 3,0 khi đó có thể bỏ qua khâu kiểm nghiệm về độ cứng của trục s j = s σj s τj

- Xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện j: s σj = σ −1

K τdj τ aj + ψ τ τ mj Với σ −1 và τ −1 : giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng theo chu kì đối xứng σ −1 = 0,436σ b = 0,436.850 = 370,6 ( MPa), τ −1 = 0,58σ −1 = 0,58.370,6 = 214,95 ( MPa) σ aj , τ aj , σ mj , τ mj – biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j

- Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng:

- Vì trục quay 1 chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động nên: τ aj = τ mj =τ maxj

W j , W pj là momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện j của trục

Theo bảng 10.6(1), với trục có 1 rãnh then:

- ψ σ , ψ τ hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi tra theo bảng 10.7 [3]: ψ σ = 0,1, ψ τ = 0,05

Theo bảng 10.9 [3], trục nhẵn, tôi bằng điện tần số cao, K y = 1,4 ε σ và ε τ – hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của tiết diện trục đến giới hạn mỏi, tra bảng 10.10 [3]

Theo bảng 10.12(1), K σ = 2,01; K τ = 1,88 với trục có rãnh then, cắt bằng dao phay ngón

+ Chọn lắp ghép: các ổ lăn lắp trên trục theo K6, lắp bánh răng, bánh đai lắp trung gian H7/k6

+ Kích thước của then tra theo bảng 9.1a [3]

Bảng 5.20 Bảng kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục

Vị trí tiết diện d (mm) 𝐊 𝛔𝐝 𝐊 𝛕𝐝 𝐬 𝛔 𝐬 𝛕 s

Bảng 5.21 Bảng thông số làm việc của thiết bị

Chế độ gia công Vật Liệu Tốc độ quay tối đa, S (vòng/phút) Đường kính dao,

Chiều sâu lỗ tối đa, L (mm)

Chiều sâu cắt tối đa, t (mm)

Chọn ổ lăn

Hình 5.4 Thông số kỹ thuật ổ bi đỡ chặn 7206CTYN

Các yếu tố lựa chọn cơ bản

Bảng 5.22 Thông số ổ bi đỡ chặn NSK 7026CTYN:

Hình 5.5 Thông số kỹ thuật lỗ bi 6206

Hình 5.6 Góc tác động của các ổ bi

Hình 5.7 Thông số kỹ thuật ổ bi đỡ chặn 7207AW

Bảng 5.24 Thông số ổ bi đỡ chặn 7207AW:

Hình 5.8 Thông số kỹ thuật ổ bi đỡ chặn 7305A

Bảng 5.25 Thông số ổ bi đỡ chặn 7305AW:

Chọn vỏ hộp và các chi tiết phụ

Làm bằng vật liệu thép C45

Hình 5.9 Kích thước vỏ hộp

Bảng 5.26 Bảng kích thước vỏ hộp

A (mm) B (mm) C (mm) C1 (mm) D (mm) E (mm) F (mm) G (mm)

Bảng 5.27 Kích thước nắp cửa thăm

Hình 5.10 Kích thước nắp cửa thăm

5.7.3 Chọn bu-lông cho toàn bộ chi tiết

Hình 5.11 Thông số kỹ thuật Bulong DIN 912

Bảng 5.28 Thông số kỹ thuật bulong tiêu chuẩn DIN 912 d (mm) P (mm) b* (mm) dk (mm) k (mm) s (mm) Số lượng

Hình 5.12 Thông số kỹ thuật đai ốc hãm

Bảng 5.29 Bảng thông số kỹ thuật đai ốc hãm

Hình 5.13 Thông số kỹ thuật collet nut

Bảng 5.30 Thông số chọn Collet Nut ER25

Type Model D (mm) L (mm) Thread (mm) Wt

Hình 5.14 Thông số kỹ Collet Bảng 5.31 Thông số Collet ER25

PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG VÀ GIA CÔNG CHẾ TẠO CHI TIẾT

Phân tích các chi tiết gia công

Với mô hình chế tạo Angel Head, những chi tiết quan trọng cần được gia công với độ chính xác cao gồm:

- Bánh răng côn xoắn chủ động

- Bánh răng côn xoắn bị động

- Phân tích chức năng làm việc: Cụm chống xoay (thân ngoài cố định, pin định vị)

6.1.1 Phân tích vật liệu chi tiết gia công

Trục dẫn, trục bị dẫn, Bánh răng côn xoắn chủ động và bị động, thân hộp và Pin định vị Vật liệu thép C45:

Bảng 6.1 Thành phần vật liệu trong thép C45

Hàm lượng của các nguyên tố, %

Cacbon Silic Mangan Phot-pho Lưu huỳnh Crom Niken

0,36 0,5 – 0,8 0,04 0,04 0,25 0,25 Đặc điểm cơ tính của thép:

Bảng 6.2 Đặc điểm cơ tính của thép C45

Giới hạn chảy (σch ) Độ bền kéo (σb) Độ dãn dài tương đối (d5) Độ thắt tương đối (y) Độ dai va đập, kG (m/cm 2 ) Độ cứng sau thường hóa (HB) Độ cứng sau ủ hoặc Ram cao (HB) kG/mm 2

Cụm chống xoay: Thân ngoài cố định

Bảng 6.3 Thành phần vật liệu trong nhôm 6061-T6

Mác nhôm Si % Fe % Cu % Mn % Mg % Cr % Zn % Ti % Khác

- Đặc điểm cơ tính của nhôm 6061-T6:

+ Nhiệt độ sôi đạt khoảng 650 0 C

+ Hệ số dãn nỡ nhiệt: 23,4.10 −6 /K

+ Có độ đàn hồi khoảng 70 GPa

+ Áp suất để phá huỷ thấp nhất vào khoảng 240 Mpa

+ Độ ền kéo đứt nhỏ nhất đặt 260 MPa

6.1.2 Phân tích chức năng và điều kiện làm việc

- Trục dẫn và trục bị dẫn:

Chức năng truyền lực từ bộ phận quay này sang bộ phận khác do kết nối với bánh răng côn Và đầu trục dẫn có thể kết nối với bộ phận của máy CNC Trục dẫn và trục bị dẫn cần phải được gia công chính xác về các dung sai hình học và dung sai kích thước Trục bị dẫn và thân hộp phải đạt các kích thước như bản vẽ, để đảm bảo phần holder gắn dao có thể đạt được độ song song và vuông góc với máy phay CNC

Bảng 6.4 Phân tích chức năng của hai trục

Trục dẫn (1) Đầu ovan kết nối với BT để tạo momen xoay trục Khi kết nổi để giữ chặt trục dẫn với đầu BT được sử dụng ốc ren M12x1.75

(3) Phần thân để lắp ổ lăn

(6) Phần ren dùng đai ốc khoá M30x1,5

(8) Thân để lắp bánh răng

(9) Dùng ốc M8x1,25 để giữ bánh răng Trục bị dẫn

(1) Góc côn để gắn collet 25 Phần ren dùng đai ốc khoá collet (2) Collet nut

(3) Vai chăn ổ lăn kết hợp để tháo mở đai ốc

(5) Phần ren để dung đai ốc khoá M33x1,5

(7) Dùng ốc M6x1 để điều chỉnh ăn khớp bánh rang

(8) Phần thân lắp bánh răng và ổ lăn

Chức năng làm việc hỗ trợ hướng quay đươc vuông góc và tốc độ đạt được cao

Bảng 6.5 Phân tích chức năn làm việc của bánh răng côn

Bánh răng côn xoắn dẫn

(2) Vai để giữ chặt bánh rang với trục bởi vòng đệm và ốc M8x1,25

(3) Phần thân kết nối với trục

Bánh răng côn xoắn bị dẫn

(2) Phần thân kết nối với trục

(3) Dùng 2 ốc Ren M8x1,25 để cố định chặt bánh răng

Chức năng làm việc đỡ các cơ cấu chi tiết máy Việc gia công vỏ hộp chính xác còn góp phần đảm bảo các dung sai hình học như độ vuông góc, độ đồng tâm và độ song song khi ta lắp trục và các chi tiết máy vào hộp Đảm bảo được phần trục làm việc đạt được các dung sai cho phép (độ song song, vuông góc, đảo…) khi gia công

(1) Ren M6x1,0 dùng để cổ định mặt bích và thân hộp

Chức năng làm việc chính của toàn bộ cụm chống xoay là giữ yên 1 vị trí cho toàn bộ than ngoài khi trong điều kiện làm việc

Bảng 6.6 Phân tích chức năng từng chi tiết cụm chống xoay

(1) Dùng 4 ốc M5x0,8 để cố định cụm trên thân hộp

Hình 6.6 Cụm chi tiết chống xoay (3D)

(2) Thân ngoài được làm bằng vật liệu AL6061-T6

(3) Trụ hỗ trợ làm bằng vật liệu thép C45

(4) Pin định vị theo trục Z kết nối với pin vuông góc

(6) Ốc chìm khóa thanh chống xoay

(7) Lo xò hành trình chịu nén 9mm

Yêu cầu kỹ thuật

Khi chế tạo chi tiết trục cần đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật như sau:

Kích thước đường kính các lỗ lắp ghép yêu cầu cấp chính xác từ 7÷10 Độ chính hình dáng hình học như độ côn lắp collet nằm trong khoảng 0,25÷0,5 dung sai đường kính cổ trục

Dung sai mỗi bậc trục khoảng 0,05÷0,2mm Độ lệch tâm giữa các ổ trục than hộp khi lắp ghép không quá 0.01÷0.03mm Đô không song song của các rãnh then đối với tâm trục không quá 0.01÷100mm chiều dài Độ nhám bề mặt của các cỗ trục lắp ghép đạt Ra= 1,25÷0,63, các mặt đầu Rz= 40÷20, các mặt không lắp ghép Rz= 80÷40.

Xác định dạng sản xuất

Mô hình đầu phay/khoan chuyển góc Angel head là mô hình thử nghiệm của đề tài chế tạo và thiết kế, nghiên cứu cải thiện chức năng Tuy nhiên nếu hoàn thành sản lưởng ước tính trong 1 năm sẽ là 72 sản phẩm

Theo tài liệu hướng dẫn thiết kế đồ án công nghệ chế tao máy, ta có:

- Tổng sản lượng mà nhà máy phải thiết kế được tính theo công thức: [5]

N: Số chi tiết được sản xuất trong một năm

N 1 : Số sản phẩm (số máy) được sản xuất trong một năm m: số chi tiết trong một sản phẩm (một máy) β: Số chi tiết được chế tạo them để dự phòng (5-7%) α: Số chi tiết phế phẩm (3-6%)

Thay vào công thức ta có:

Khối lượng cho toàn bộ mô hình được mô phỏng trên phần mềm solidword là 15.14Kg Bảng 6.7 Bảng phân loại định dạng sản xuất

Q – Trọng lượng của chi tiết

Sản lượng hàng năm của chi tiết (chiếc) Đơn chiếc < 5 < 10 < 100

Từ kết quả tính được, kết hợp với bảng phân loại định dạng sản xuất Ta kết luận chi tiết được sản xuất ở dạng hang loạt nhỏ.

Chọn phôi và phương pháp tạo phôi

6.4.1 Chọn phôi Đối với các chi tiết cần gia công chính xác như bánh răng côn, các trục có kết cấu đơn giản, để giảm chi phí gia công thì ta chọn phôi làm bằng phôi dập Độ nhám bề mặt Rz = 40

Còn các chi tiết đặc thù như chi tiết dạng hộp, … ta lựa chọn phôi đúc Độ chính xác về hình dạng và kích thước cao nên có thể giảm thời gian khi gia công

Chọn phôi hợp lý sẽ đưa lại hiệu quả kinh tế cao, loại phôi được lựa chọn phụ thuộc vào kết cấu của chi tiết, vật liệu sử dụng, dạng sản suất và điều kiện sản xuất cụ thể của từng nhà máy, xí nghiệp, địa phương Chọn phôi tức là xác định phương pháp chế tạo phôi, kích thước và dung sai của phôi

Phôi thép thanh dùng để chế tạo các loại chi tiết như con lăn, chi tiết kẹp chặt, trục, bánh răng, …Trong sản xuất hàng loạt vừa, loạt lớn, hàng khối

Phôi đúc được dùng trong các loại chi tiết như: hộp, các loại càng, trục phức tạp Có 2 loại phương pháp đúc cơ bản:

- Đúc trong khuôn cát: Độ chính xác không cao, bền mặt vật đúc thấp, mất nhiều thời gian làm khuôn Nhưng đúc đưọc nhiều kim loại khác nhau, khối lượng lớn và có bề mặt phức tạp

- Đúc trong khuôn kim loại: Độ chính xác về hình dạng và kích thước cao, vật đúc mịn, chất lượng bề mặt cao Nhưng khuôn chế tạo khó, dễ bị nứt phôi giá thành khuôn cao, khó chế tạo để đúc chi tiết có bề mặt phức tạp.

Thiết kế quy trình công nghệ

6.5.1 Xác định đường lối công nghệ

Xác định các phương án gia công hợp lý nhàm đạt được các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết

Chi tiết gia công dạng trục thuộc dạng sản xuất hàng loạt nên ta chọn phương pháp gia công một vị trí, một dao và gia công tuần tự

6.5.2 Chọn phương án gia công các bề mặt Đối với dạng sản xuất hang loạt, để có thể đạt năng suất cao trong điều kiện sản xuất Việt Nam thì đường lối công nghệ thích hợp nhất là phân tán nguyên công (ít bước công nghệ trong một nguyên công) Ở đây ta cần dung các loại máy vạn năng kết hợp với đồ gá chuyên dùng để dễ chế tạo

Dựa vào kết cấu và điều kiện kỹ thuật của chi tiết gia công ta xác định các phương án gia công các bề mặt như sau: Đối với trục dẫn:

Bảng 6.8: Phương pháp gia công các bề mặt trục dẫn

Bề mặt gia công Phương pháp gia công Cấp chính xác Độ bóng

4 7 Đường kính ∅37 Tiện thô 5 3 Đường kính ∅20

Phay rãnh then (phay thô và phay tinh) 3 5

76 Đối với trục bị dẫn:

Bảng 6.9 Phương pháp gia công các bề mặt trục bị dẫn

Bề mặt gia công Phương án gia công Cấp chính xác Độ bóng

Mặt đầu Tiện thô 5 3 Đường kính ∅32 Tiện thô 5 3 Đường kính ∅45 Tiện thô

3 8 Đường kính ∅33 Tiện thô 5 3 Đường kính ∅30 Tiện thô 5 3 Đường kính ∅25

Phay rãnh then (phay thô và bán tinh) 4 7

6.5.3 Lập tiến trình công nghệ

Chi tiết có thể được gia công theo trình tự như sau:

Gia công chuẩn bị phôi: Cắt đứt phôi theo chiều dài và chừa lượng dư phù hợp ở cả hai đầu và đường kính Gá lên máy gia công phẳng hai mặt đầu và khoan lỗ tâm

Gia công trước nhiệt luyệt: Để đảm bảo độ cứng vững của trục, khi gia công người ta gia công các đoạn trục lớn trước, rồi gia công các đường kính nhỏ sau

+ Tiện thô và bán tinh các bề mặt trụ

+ Tiện tinh các mặt trụ

+ Mài thô mặt trụ để đỡ, kẹp chi tiết khi đưa vào nguyên công phay

Gia công sau nhiệt luyện

Gia công tinh sau nhiệt luyện

+ Mài thô và tinh các mặt lắp ghép

6.5.4 Thiết kế nguyên công, tính toán chế độ cắt

Hình 6.7 Trục dẫn Phương án gia công trục dẫn được chọn như sau:

Phương án được đưa ra:

Nguyên công 1: Vạt mặt, khoan tâm

Nguyờn cụng 2: Tiện thụ mặt trụ ỉ20, ỉ30, ỉ37

Nguyờn cụng 3: Trỡ đầu tiện thụ cỏc mặt trụ ỉ24, ỉ30

Nguyờn cụng 4: Tiện tinh mặt trụ ỉ30, vỏt mộp 0,5 x 45°, vỏt mộp 1x45°

Nguyên công 5: Khoan-Taro ren M12x1,75

Nguyờn cụng 6: Tiện tinh cỏc mặt trụ ỉ20, ỉ30, vỏt mộp 0,5x45°

Nguyên công 8: Khoan-Taro ren M8x1,25

Nguyờn cụng 9: Phay tinh mặt trụ hỡnh ovan ỉ24

Nguyờn cụng 10: Phay rónh then, phay bậc trờn ỉ30

Nguyờn cụng 11: Trở mặt phay bậc trờn ỉ30

Hình 6.8 Trục bị dẫn Phương án gia công trục bị dẫn được chọn như sau:

Nguyên công 1: Vạt mặt, khoan tâm

Nguyờn cụng 2: Tiện thụ cỏc mặt trụ ỉ25, ỉ30, ỉ33, ỉ35

Nguyờn cụng 3: Trỡ đầu tiện thụ cỏc mặt trụ ỉ32, ỉ45

Nguyờn cụng 4: Tiện tinh mặt trụ ỉ32, tiện ren mặt trụ ỉ32 M32x1,5

Nguyờn cụng 6: Tiện trong lỗ cụn ỉd16,6-ỉD26 (16°)

Nguyờn cụng 7: Tiện tinh cỏc mặt trụ ỉ25, ỉ30, ỉ33, ỉ35, tiện ren mặt trụ ỉ33 M33x1,5 Nguyờn cụng 8: Khoan lỗ ỉ5, khoan mở rộng lỗ ỉ16, taro ren M5x0,8

Nguyờn cụng 9: Phay rónh then trờn ỉ25

Phương án gia công bánh dẫn được chọn như sau:

Nguyên công 1: Khoan mở rộng lỗ ∅16

Nguyên công 2: Tiện lỗ suốt, mở rộng lỗ bậc

Nguyên công 3: Gia công then bằng phương pháp cắt dây

Hình 6.10 Bánh bị dẫn Phương án gia công bánh bị dẫn được chọn như sau:

Nguyên công 1: Khoan mở rộng lỗ ∅20

Nguyên công 2: Tiện lỗ suốt

Nguyên công 3: Gia công then bằng phương pháp cắt dây

Nguyên công 4: Khoan, taro lỗ

Hình 6.11 Vỏ hộp Phương án gia công vỏ hộp được chọn như sau:

Nguyên công 1: Phay mặt đáy

Nguyên công 2: Trở mặt phay 2 mặt bên

Nguyên công 3: Phay 2 mặt bên và phay mặt đầu

Nguyờn cụng 4: Khoan mồi lỗ ỉ10, ỉ20

Nguyờn cụng 5: Khoột -doa lỗ ỉ62

Nguyờn cụng 6: khoột-doa lỗ ỉ72

Nguyên công 7: Khoan-taro 4 lỗ M5x0.8

Nguyờn cụng 9: Khoột-doa lỗ ỉ58

Nguyên công 14: Phay bậc hình vuông 61x61

Nguyên công 15: Khoan-taro 4 lỗ trên bậc

NGUYấN CễNG 1: Tiện mặt đầu ỉ37, khoan tõm Định vị: Chi tiết được định vị bằng mâm cặp 3 chấu

Kẹp chặt: Mâm cặp 3 chấu tự định tâm

Công suất động cơ: P = 7,5 kW

Dao khoan lỗ thường T5K10 Bước gia công:

Hình 6.12 Tiện mặt đầu (trục dẫn) Thực hiện bước 1: Tiện thụ mặt đầu ỉ37

Lượng dư gia công: chọn 2a= 1,8 mm [6]

Lượng chạy dao: S = 0,38 mm/vòng [2]

Tốc độ cắt: Vb= 323 m/ph [2]

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chu kì bền của dao: 1,06 [2]

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào góc nghiêng chính: 0,82 [2]

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào trạng thái bề mặt phôi: 1 [2]

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào mác hợp kim cứng của dao:1 [2]

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào tỷ số các đường kính khi tiện ngang: 1 [2]

Số vòng quay trục chính: n = 1000.280

Thời gian gia công cơ bản T 0 = L+L1+L2

Hình 6.13 Khoan lỗ tâm (trục dẫn) Thực hiện bước 2: Khoan lỗ tâm

Lượng chạy dao: S = 0,05mm/vòng [2]

NGUYấN CễNG 2: Tiện thụ mặt trụ ỉ20, ỉ30, ỉ37 Định vị: Chi tiết được định vị bằng mũi chống tâm được gắn cố định trên mâm cặp, mũi chống tâm di động và cặp tốc dùng để truyền momen xoắn

Kẹp chặt: Mũi chống tâm di động xiết chặt bằng tay quay

+ Bước 1: Tiện mặt trụ ỉ20, l= 15 mm

+ Bước 2: Tiện mặt trụ ỉ30, l = 45,5 mm

BƯỚC 1: Tiện thô mặt trụ 20, l= 15 mm

Hỡnh 6.14 Tiện thụ mặt trụ ỉ20 (trục dẫn) Lượng dư gia công: chọn 2a= 2,5 mm [6]

L (mm) là chiều dài cần gia công = 15mm

L 2 = 0 mm i: số lần chuyển dao

0,45.1545 = 0,023 (phút) Thời gian nguyên công: T tc = T 0 + T p + T pv + T tn

T pv : gồm thời gian phục vụ kỹ thuật và tổ chức T pv = 10%.T 0 = 0,0023 (phút)

T tn : thời gian nghỉ ngơi tự nhiên của công nhân T tn = 5%.T 0 = 0,0015 (phút)

BƯỚC 2: Tiện thụ mặt trụ ỉ30, l = 45,5 mm

Hỡnh 6.15 Tiện thụ trụ ỉ30 (trục dẫn) Lượng dư gia công: chọn 2a= 2,5 mm [6]

Tốc độ cắt: Vb= 111 m/phút [2]

L (mm) là chiều dài cần gia công = 45,5mm

NGUYấN CễNG 3: Trở đầu tiện thụ cỏc mặt trụ ỉ24, ỉ30 Định vị: Chi tiết được định vị bằng mũi chống tâm được gắn cố định trên mâm cặp, mũi chống tâm di động và cặp tốc

Kẹp chặt: Mũi chống tâm di động xiết chặt bằng tay quay

+ Bước 2: Tiện mặt trụ ỉ30, l = 43 mm

BƯỚC 1: Tiện thụ mặt trụ ỉ24, l= 10 mm

Hỡnh 6.16 Tiện thụ trụ ỉ24 (trục dẫn) Lượng dư gia công: chọn 2a= 2,5 mm [6]

BƯỚC 2: Tiện thụ mặt trụ ỉ30, l = 43 mm

Hỡnh 6.17 Tiện thụ trụ ỉ30 đảo đầu (trục dẫn) Lượng dư gia công: chọn 2a= 2,5 mm [6]

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào mác hợp kim cứng của dao: 1 [2]

NGUYấN CễNG 4: Tiện tinh mặt trụ ỉ30, vỏt mộp 0,5x45°, vỏt mộp 1x45° Định vị: Chi tiết được định vị bằng mũi chống tâm được gắn cố định trên mâm cặp, mũi chống tâm di động và cặp tốc

Kẹp chặt: Mũi chống tâm

Chọn dao: Dao tiện tinh T30K4 [5]

Hỡnh 6.18 Tiện tinh trụ ỉ30 (trục dẫn) Lượng dư gia công: chọn 2a= 1,1 mm [6]

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào trạng thái độ bền vật liệu phôi: 0,75 [2]

NGUYÊN CÔNG 5: Khoan, taro ren M12x1,75 Định vị: Chi tiết được định vị bằng mâm cặp 3 chấu

Chọn dao: Dao khoan lỗ thường T5K10 [5]

Dao cắt ren sơ bộ T15K6 Bước gia công:

+ Bước 1: Dao khoan lỗ ỉ10,25 mm, l6 mm

BƯỚC 1: Dao khoan lỗ ỉ10,25 mm, l6 mm

Hình 6.19 Khoan taro ren M12x1,75 Chiều sâu cắt: t= 2 mm [2]

Lượng chạy dao: S= 0,08mm/vòng [2]

L (mm) là chiều dài cần gia công = 36 mm

Hình 6.20 Taro ren M12x1,75 Lượng dư gia công: chọn 2a= 0 mm [6]

Số vòng quay trục chính: n = 1000.27,75

NGUYấN CễNG 6: Trở đầu tiện tinh cỏc mặt trụ ỉ20, ỉ30, vỏt mộp 0,5x45° Định vị: Chi tiết được định vị bằng mũi chống tâm được gắn cố định trên mâm cặp, mũi chống tâm di động và cặp tốc

Kẹp chặt: Mũi chống tâm

+ Bước 1: Tiện mặt trụ ỉ20 mm, l= 15 mm

+ Bước 3: Tiện mặt trụ ỉ30, l= 45,5 mm

BƯỚC 1: Tiện tinh mặt trụ ỉ20 mm, l= 15 mm

Hỡnh 6.21 Tiện tinh mặt trụ ỉ20 (trục dẫn) Lượng dư gia công: chọn 2a= 1,1 mm [6]

BƯỚC 2, 3: Vỏt mộp 0,5x45°, Tiện tinh mặt trụ ỉ30, l= 45,5 mm

Hỡnh 6.22 Tiện tinh mặt trụ ỉ30 đảo đầu

NGUYÊN CÔNG 7: Tiện ren M30x1,5 Định vị: Chi tiết được định vị bằng mâm cặp 3 chấu

Chọn dao: Dao tiện ren T15K6 [5]

Chú ý: Tạo rãnh thoát dao 1-2 mm

Lượng dư gia công: 1,5 mm [6]

NGUYÊN CÔNG 8: Khoan, taro ren M8x1,25 Định vị: Chi tiết được định vị bằng mâm cặp 3 chấu

Lượng chạy dao: S= 0,08 mm/vòng [2]

Hình 6.25 Taro M8x1,25 Chiều sâu cắt:t= 1,25 mm [2]

Lượng chạy dao: S = 2 mm/vòng [2]

Vận tốc cắt: Vb = 1,1 m/phút [2]

Các hệ số hiệu chỉnh vận tốc: [2] k 1 = 1: Hệ số điều chỉnh phụ thuộc độ cứng k 2 = 0,8: Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chu kỳ bền của dao, vì muốn tuổi bền thực tế cao gấp 2 lần tuổi bền trong sổ tay k 3 = 1: Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào mác hợp kim cứng của dao k 4 = 0,82: Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào trạng thái bề mặt phôi k 5 = 1: Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào đường kính tiện ngang

L 2 = 0 mm i=2: số lần chuyển dao

2,35 2 = 0,63(phút) Thời gian nguyên công: T tc = T 0 + T p + T pv + T tn

T pv : gồm thời gian phục vụ kỹ thuật và thời gian phục vụ tổ chức T pv = 10%

NGUYấN CễNG 9: Phay tinh mặt trụ hỡnh ovan ỉ24

100 Định vị: Sử dụng khối V dài định vị mặt trụ ngoài, và 1 chốt tỳ hạn chế tịnh tiến Kẹp chặt: khối V kẹp bằng ren

Chọn máy: Máy phay đứng vạn năng 6H13Ƃ [5]

+ Mặt làm việc của bàn máy: 400 x 1600 mm

+ Công suất động cơ Nđc kW

+ Phạm vi tốc độ: 3000 vòng/ phút

Chọn dao: Dao phay ngón chuôi côn đường kinh 8 mm [5]

+ Bước 1: Phay theo hình ovan đã được lập trình, Dùng dao phay ngón phay l= 10(mm)

Hỡnh 6.26 Phay tinh mặt trụ hỡnh ovan ỉ24 Lượng dư gia công: 0,6 mm [6]

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào độ cứng chi tiết gia công k1: 0,9 [2]

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào trạng thái bề mặt k2:0,75 [2]

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào tuổi bền dao: 1 [2]

Thời gian gia công cơ bản T 0 = SMd h+1 + SMn L−D [6]

101,3 = 0,67 (phút) Thời gian nguyên công: T tc = T 0 + T p + T pv + T tn

NGUYấN CễNG 10: Phay rónh then, phay bậc trờn ỉ30 Định vị: Khối V dài và chốt tì

Kẹp chặt: khối V kẹp bằng ren

+ Mặt làm việc của bàn máy: 400 x 1600 (mm)

+ Công suất động cơ Nđc (kW)

+ Phạm vi tốc độ: 50 3000 (vòng/ phút)

Chọn dao: Dao phay ngón chuôi trụ đường kinh 8mm [5]

+ Bước 1: Phay rãnh then, dùng dao phay ngón phay l= 12 mm, t = Z = 4 mm + Bước 2: Phay bậc trờn ỉ30, dựng dao phay ngún phay t = Z = 1,7 mm

BƯỚC 1: Phay rãnh then, dùng dao phay ngón phay l= 12 mm, t = Z = 4 mm

Hình 6.27 Phay rãnh then Lượng dư gia công: 4 mm [6]

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào trạng thái bề mặt k2:0,75 [2]

101,3= 0,72 (phút) Thời gian nguyên công: T tc = T 0 + T p + T pv + T tn

BƯỚC 2: Phay bậc trờn ỉ30, dựng dao phay ngún phay t = Z = 1,7 mm

Hỡnh 6.28 Phay bậc ỉ30 (mặt 1) Lượng dư gia công: 1,7 mm [6]

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào trạng thái bề mặt k2: 0,75 [2]

NGUYấN CễNG 11: Trở mặt phay bậc trờn ỉ30

+ Mặt làm việc của bàn máy: 400 x 1600 mm

+ Công suất động cơ Nđc kW

+ Phạm vi tốc độ: 50 3000 (vòng/ phút)

BƯỚC 1: Phay bậc trờn ỉ30, dựng dao phay ngún phay t = Z = 1,7 mm

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào trạng thái bề mặt k2: 0,75 [2]

- Gia công trục bị dẫn

NGUYÊN CÔNG 1: Tiện mặt đầu, khoan tâm Định vị: Chi tiết được định vị bằng mâm cặp 3 chấu

Dao khoan lỗ thường T5K10 Bước gia công:

+ Bước 1: Tiện mặt đầu thứ nhất

BƯỚC 1: Tiện mặt đầu thứ nhất

Hình 6.30 Vạt mặt (trục bị dẫn)

BƯỚC 1: Tiện thụ mặt đầu ỉ45

Hình 6.31 Khoan lỗ tâm (trục bị dẫn) Thực hiện bước 2: Khoan lỗ tâm

NGUYấN CễNG 2: Tiện thụ cỏc mặt trụ ỉ25, ỉ30, ỉ33, ỉ35 Định vị: Chi tiết được định vị bằng mâm cặp 3 chấu

+ Bước 2: Tiện mặt trụ ỉ30, l P mm

+ Bước 4: Tiện mặt trụ ỉ35, l mm

Hỡnh 6.32 Tiện thụ mặt trụ ỉ25 (trục bị dẫn) Lượng dư gia công: chọn 2a= 2,5 mm [6]

0,45.1235 = 0.07 (phút) Thời gian nguyên công: T tc = T 0 + T p + T pv + T tn

BƯỚC 2: Tiện thụ mặt trụ ỉ30, l P mm

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào tỷ số các đường kính khi tiện ngang: 1[2]

BƯỚC 3: Tiện thụ mặt trụ ỉ33, l= 13,2 mm

BƯỚC 4: Tiện thụ mặt trụ ỉ35, l mm

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào tỷ số các đường kính khi tiện ngang: 1[2]

Thời gian nguyên công: T tc = T 0 + T p + T pv + T tn

T tn : thời gian nghỉ ngơi tự nhiên của công nhân T tn = 5%.T 0 = 0,00023 (phút) Suy ra: T tc = 0,56 (phút)

NGUYấN CễNG 3: Trở đầu tiện thụ cỏc mặt trụ ỉ32, ỉ45 Định vị: Chi tiết được định vị bằng mâm cặp 3 chấu

T tn : thời gian nghỉ ngơi tự nhiên của công nhân T tn = 5%.T 0 = 0,00175 (phút) Suy ra: T tc = 0,56 (phút)

BƯỚC 2: Tiện thụ mặt trụ ỉ45, l mm

NGUYấN CễNG 4: Tiện tinh mặt trụ ỉ32, tiện ren mặt trụ ỉ32 M32x1,5 Định vị: Chi tiết được định vị bằng mâm cặp 3 chấu

+ Bước 2: Tiện ren mặt trụ ỉ32 M32x1,5

BƯỚC 1: Tiện tinh mặt trụ ỉ32, l mm

Hỡnh 6.38 Tiện tinh mặt trụ ỉ32 (trục bị dẫn)

BƯỚC 2: Tiện ren mặt trụ ỉ32 M32x1,5, l= 13 mm

Hình 6.39 Tiện ren mặt trụ M32x1,5

Chú ý: Tạo rãnh thoát dao 1-2mm

Lượng dư gia công: 0 mm [6]

0,2.643 2 = 0,23 (phút) Thời gian nguyên công: T tc = T 0 + T p + T pv + T tn

NGUYấN CễNG 5: Khoan lỗ ỉ8 Định vị: Chi tiết được định vị bằng mâm cặp 3 chấu

+ Bước 1: Dao khoan lỗ ỉ8 mm, l@ mm

BƯỚC 1: Dao khoan lỗ ỉ8 mm, l@ mm

Hỡnh 6.40 Khoan lỗ ỉ8 (trục bị dẫn) Chiều sâu cắt: t= 2mm [2]

NGUYấN CễNG 6: Tiện trong lỗ cụn ỉd17,6-ỉD26 (16°), l0 mm Định vị: Chi tiết được định vị bằng mâm cặp 3 chấu

+ Bước 1: Tiện trong lỗ cụn ỉd16,6-ỉD26 (16°)

BƯỚC 1: Tiện trong lỗ cụn ỉd16,6-ỉD26 (16°), L0mm

Hình 6.41 Tiện lỗ côn trong (trục bị dẫn)

NGUYấN CễNG 7: Tiện tinh cỏc mặt trụ ỉ25, ỉ30, ỉ33, ỉ35, tiện ren mặt trụ ỉ33 M33x1,5 Định vị: Chi tiết được định vị bằng mâm cặp 3 chấu

+ Bước 2: Tiện mặt trụ ỉ30, l P mm

+ Bước 5: Tiện ren mặt trụ ỉ33, l ,2 mm

BƯỚC 1: Tiện tinh mặt trụ ỉ25, l= 40 mm

Hỡnh 6.42 Tiện tinh mặt trụ ỉ25 (trục bị dẫn) Lượng dư gia công: chọn 2a= 1,1 mm [6]

BƯỚC 2: Tiện tinh mặt trụ ỉ30, l P mm

BƯỚC 3: Tiện tinh mặt trụ ỉ33, l= 13,2 mm

BƯỚC 4: Tiện tinh mặt trụ ỉ35, l mm

BƯỚC 5: Tiện ren mặt trụ ỉ33 M33x1,5, l ,2 mm

Hình 6.46 Tiện ren mặt trụ M33x1,5

Chú ý: Tạo rãnh thoát dao 1-2mm

NGUYấN CễNG 8: Khoan lỗ ỉ5, khoan mở rộng lỗ ỉ16, taro ren M5x0,8 Định vị: Chi tiết được định vị bằng mâm cặp 3 chấu

Hỡnh 6.47 Khoan lỗ ỉ5 Chiều sâu cắt: t= 2mm [6]

Hỡnh 6.48 Khoan lỗ ỉ16 Chiều sâu cắt: t= 2mm [2]

Hình 6.49 Taro M5x0,8 Chiều sâu cắt: t= 0,8 mm [2]

2.56 2 = 0 54(phút) Thời gian nguyên công: T tc = T 0 + T p + T pv + T tn

NGUYấN CễNG 9: Phay rónh then trờn ỉ25 Định vị: Khối V dài và chốt tì

Kẹp chặt: khối V kẹp bằng ren

+ Mặt làm việc của bàn máy: 400 x 1600 (mm)

+ Công suất động cơ Nđc (kW)

+ Phạm vi tốc độ: 50-3000 (vòng/ phút)

+ Bước 1: Phay rãnh then, dùng dao phay ngón phay l= 18mm, t = Z = 5 mm

BƯỚC 1: Phay rãnh then, dùng dao phay ngón phay l= 18mm, t = Z = 5 mm

Hình 6.50 Phay rãnh then Lượng dư gia công: 1,7 mm [6]

- Gia công bánh răng dẫn

NGUYÊN CÔNG 1: Khoan mở rộng lỗ ∅16 Định vị: Chi tiết gá trên măm cập 3 chấu và định vị 2 bậc tự do hạn chế tịnh tiến chi tiết

Kẹp chặt: kẹp bằng măm cập 3 chấu tự định tâm, phương chiều như hình vẽ

Chọn máy: chọn máy tiện 1K62 [5]

Chọn dao: Mũi dao khoan ruột gà thép gió đuôi trụ: ∅16 [5]

Hình 6.51 Sơ đồ định vị nguyên công 1 Dụng cụ đo: thước kẹp cơ 1/150

Chia bước: Ta chia làm 1 bước, khoan mở rộng lỗ ∅16 suốt

Tra chế độ cắt và tính thời gian nguyên công

Tính thời gian gia công: T 0 = L+L1+L2

L (mm) là chiều dài cần khoan

Với góc nghiêng của lưỡi cắt chính φ = 60 0 , lấy L 1 = 5mm và L 2 = 2mm, ta có thời gian cơ bản như sau:

NGUYÊN CÔNG 2: Tiện lỗ suốt ∅20, lỗ bậc ∅26 Định vị: Chi tiết gá trên măm cập 3 chấu và định vị 2 bậc tự do hạn chế tịnh tiến chi tiết

Kẹp chặt: kẹp bằng măm cập 3 chấu tự định tâm, phương chiều như hình vẽ

Công suất động cơ: P = 7,5 Kw

Chọn dao: Tiện thô chọn dao tiện T15K6 [5]

Tiện tinh chọn dao tiện T15K6 [5]

+ Bước 1: Tiện thô mặt trụ ∅20, L = 24,17mm

+ Bước 2: Tiện thô mặt trụ bậc ∅26, L = 8mm

+ Bước 3: Tiện tinh mặt trụ ∅20, L = 24,17mm

Dụng cụ đo: thuớc kẹp cơ 1/150

Hình 6.52 Sơ đồ định vị nguyên công 2

BƯỚC 1: Tiện thô mặt trụ ∅20, L= 24,17 mm

Lượng dư gia công: chọn 2a= 2 mm [6]

0,5.3582,8 = 0.015 (phút) Thời gian nguyên công: T tc = T 0 + T p + T pv + T tn

BƯỚC 2: Tiện thô mặt trụ bậc ∅26, L=8mm

0,5.2756 2 = 0,04 (phút) Thời gian nguyên công: T tc = T 0 + T p + T pv + T tn

BƯỚC 3: Tiện tinh mặt trụ ∅20, L= 24,17, Rz40

Lượng chạy dao: S = 0,6.0,75 = 0,45 mm/vòng [2]

Hệ số hiểu chỉnh phụ thuộc vào độ bện của vật liệu gia công: 0,75 [2]

Tốc độ cắt: Vb = 110m/ph [2]

0,5.1751,6 3 = 0.07 (phút) Thời gian nguyên công: T tc = T 0 + T p + T pv + T tn

NGUYÊN CÔNG 3: Gia công then bằng phương pháp cắt dây Định vị: Đặt trên phiến tỳ 3 bậc tự do và dùng cơ cấu kẹp nhanh để cố định bánh răng Máy được sử dụng:

Bản vẽ và đường cắt dây

Hình 6.53 Biên dạng cắt dây

Hình 6.54 Mô phỏng cắt dây bánh dẫn (trên phần mềm Mastercam)

- Gia công bánh răng bị dẫn

NGUYÊN CÔNG 1: Khoan mở rộng lỗ ∅20 Định vị: Chi tiết gá trên măm cập 3 chấu và định vị 2 bậc tự do hạn chế tịnh tiến chi tiết Kẹp chặt: kẹp bằng măm cập 3 chấu tự định tâm, phương chiều như hình vẽ

Chọn dao: Mũi dao khoan ruột gà thép gió đuôi trụ: ∅20 [5]

Hình 6.55 Sơ đồ định vị nguyên công 1 (bánh bị dẫn) Dụng cụ đo: thước kẹp cơ 1/150

Chia bước: Ta chia làm 1 bước, khoan mở rộng lỗ ∅20 suốt

Tra chế độ cắt và tính thời gian nguyên công

Tính thời gian gia công: T 0 = L+L1+L2

L (mm) là chiều dài cần khoan

Với góc nghiêng của lưỡi cắt chính φ = 60 0 , lấy L 1 = 5mm và L 2 = 2mm, ta có thời gian cơ bản như sau:

NGUYÊN CÔNG 2: Tiện lỗ suốt

142 Định vị: Chi tiết gá trên măm cập 3 chấu và định vị 2 bậc tự do hạn chế tịnh tiến chi tiết Kẹp chặt: kẹp bằng măm cập 3 chấu tự định tâm, phương chiều như hình vẽ

Công suất động cơ: P = 7,5 Kw

Chọn dao: Tiện thô chọn dao tiện T15K6 [5]

Tiện tinh chọn dao tiện T15K6 [5]

+ Bước 1: Tiện thô mặt trụ ∅25, L = 26mm

+ Bước 2: Tiện tinh mặt trụ ∅25, L = 26mm

Dụng cụ đo: thuớc kẹp cơ 1/150

Hình 6.56 Sơ đồ định vị nguyên công 2 (bánh bị dẫn)

BƯỚC 1: Tiện thô mặt trụ ∅25, L= 26

0,5.2866,24 = 0.02 (phút) Thời gian nguyên công: T tc = T 0 + T p + T pv + T tn

BƯỚC 2: Tiện tinh mặt trụ ∅25, L= 26, Rz40

Lượng chạy dao: S = 0,6.0,75 = 0,45 mm/vòng [2]

Hệ số hiểu chỉnh phụ thuộc vào độ bện của vật liệu gia công: 0,75 [2]

Tốc độ cắt: Vb = 110m/ph [2]

L (mm) là chiều dài cần gia công = 26mmm

0,5.1401,27 2 = 0.08 (phút) Thời gian nguyên công: T tc = T 0 + T p + T pv + T tn

NGUYÊN CÔNG 3: Gia công then bằng phương pháp cắt dây Định vị: Đặt trên phiến tỳ 3 bậc tự do và dùng cơ cấu kẹp nhanh để cố định bánh răng Máy được sử dụng:

Bản vẽ và đường cắt dây

Hình 6.57 Biên dạng cắt dây (bánh răng bị dẫn)

Hình 6.58 Mô phỏng cắt dây bánh bị dẫn (trên phần mềm Mastercam)

NGUYÊN CÔNG 4: Khoan, taro lỗ M8x1,25 Định vị: Chi tiết định vị 5 bậc tự do

Sử dụng khối V ngắn định vị mặt trụ ngoài, và 1 phiến tỳ hạn chế tịnh tiến

Kẹp chặt: sử dụng cơ cấu kẹp nhanh kẹp bên trong lỗ trụ

Chọn máy: Chọn máy khoan K125, công suất 2,8 kW, 9 cấp tốc trục chính 97 ÷ 1360 vòng/phút, 9 cấp chạy dao 0,1 ÷ 0,81 mm/vòng [5]

Chọn dao: Mũi khoan ruột gà thép gió đuôi trụ: ∅6,5

Dụng cụ đo: sử dụng dưỡng đo ren Mitutoyo đo tiêu chuẩn M8x1,25

Chia bước: chia thành hai bước công nghệ

Tra chế độ cắt và tính thời gian gia công

Số vòng quay trục chính: n =1000.20,664

0,5.1012,4 = 0,03 (phút) Thời gian nguyên công: T tc = T 0 + T p + T pv + T tn

BƯỚC 2: Tra chế độ cắt khi taro M8x1,25

Phân tích chức năng làm việc cụm chống xoay

Thuyết minh: Cụm chống xoay là bộ phận quan trọng giúp phần thân giữ yên 1 vị trí cho toàn bộ thân ngoài khi trong điều kiện làm việc

Khi được gắn toàn bộ thân trên trục chính còn hai bộ phận quan trọng khác hỗ trợ cụm chống xoay được gọi là Stop – block và Space (Space là tấm gá cố định trên mặt bích không xoay)

Mô phỏng Angel head được gắn trên trục chính:

Hình 6.88 Angle Head được gắn trên trục chính máy CNC

Phân tích hoạt động cụm chống xoay:

- Khi mô hình Angel head không được gắn trên máy phay CNC, lò xo sẽ ở trạng thái không nén đưa các pin định vị lên vị trí cao nhất

- Thao tác quay đầu BT có cùng kết nối với vòng hỗ trợ cho đến khi khoảng trống trên vòng nằm trùng với pin định vị ngang thì khi đó pin định vị ngang làm chống xoay (vị trí như hình)

Hình 6.89 Các pin định vị chống xoay ở vị trí cao nhất Trường hợp khi mô hình Angel Head được gắn trên trục chính máy phay CNC:

- Stop – block và Space được cố định trên mặt bích trước đó

- Tâm pin định vị đứng trùng với tâm lỗ chính trên stop – block

- Khoảng hở pin định vị đứng với mặt lỗ trong stop – block là 1mm

- Hành trình làm việc của lò xo chịu nén là 8mm

- Pin định ngang và pin định vị đứng ở vị trí thấp nhất không chạm với đĩa khoá trên BT50

179 Hình 6.90 Hoạt động của cụm chống xoay khi mô hình gắn trên máy

LẮP RÁP THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ

Tổng quan mô hình

Hình 7.1 Tổng quan mô hình Angle Head

Các chi tiết chính của mô hình

Hình 7.2 Vỏ hộp được lắp với ổ lăn

182 Hình 7.3 Lắp ráp chi tiết trục 1, hộp và mặt bích

183 Hình 7.4 Lắp ráp bánh răng với cụm chi tiết 1

Hình 7.6 Cụm chi tiết trục 2 Bảng 7.1 Cụm chi tiết của cơ cấu chống xoay

Thiết kế trên phần mềm Gia công hoàn thiện

Hình 7.10 Space sau khi anode

Hình 7.11 Stop-block sau khi anode

Hình 7.12 Torque Support sau khi anode

Hình ảnh liên quan khác về cụm chống xoay:

Hình 7.13 Hình ảnh phân rã Pin chống xoay

186 Hình 7.14 Hình ảnh cụm Pin chống xoay

Hình 7.15 Hoàn tất lắp đặt mô hình Angle Head

Thử nghiệm

Dựng dao khoan và dao phay thộp giú cú đường kớnh ỉ8 mm Vật liệu chọn thử nghiệm là Aluminium T6061 có thành phần hóa học:

Bảng 7.2 Thành phần hóa học AL T6061:

Thành phần hóa học Tỷ lệ (wt.%)

Thuộc tính cơ khí của Aluminium T6061:

Bảng 7.3 Thuộc tính cơ khí của AL T6061: Độ cứng Ultimate Tensile

Bảng 7.4 Thông số gia công khoan

Kiểu gia công Đường kính dao

(mm) S (vòng/phút) f (mm/phút) L (mm)

Bảng 7.5 Thông số gia công phay

Kiểu da công Đường kính dao

S (vòng/phút) f (mm/phút) t (mm)

Hình 7.16 Mẫu thực nghiệm mô hình Angle Head

Sau khi có được mẫu thử nghiệm ta tiến hành dùng thước cặp (Caliper) để đo đạc kích thước vừa gia công Với cấp chính xác 13 (IT13) cho cả 2 nguyên công khoan và phay thô với dao cú đường kớnh ỉ8 mm

Hình 7.17 Tiến hành đo đạc kích thước của mẫu thử nghiệm Bảng 7.6 Bảng đo lỗ 1

Lần đo Giỏ trị đo xi (mm) Độ lệch vi (àm) vi 2 (àm)

Bảng 7.8 Bề rộng đường phay 1

Bảng 7.9 Bề rộng đường phay 2

Kiểm tra

Hình 7.18 Kiểm tra độ đảo dao

Bước 1: Sau khi gắn và cố định Angle Head lên trục chính máy CNC ta tiến hành đo kiểm độ đảo của dao bằng cách dùng đồng hồ so

Bước 2: Cho đồng hồ so tiếp xúc với phần cổ của dao set đồng hồ về một vạch mặc định bất kỳ

Bước 3: Cấp tốc độ cho trục chính máy CNC để dao có thể quay sau đó đọc và điều chỉnh thông số trên đồng hồ so sao cho đạt độ đảo cho phép

7.4.2 Độ song song và vuông góc

Hình 7.19 Kiểm tra độ song song và vuông góc theo phương X Bước 1: Sau khi gắn đầu Angle Head lên máy CNC ta nới lỏng bulong kẹp chặt phần vòng chống xoay và chỉnh góc xoay tương đối nhờ vào vòng chia độ sao đó ta tiến hành kiểm tra độ song song theo phương X (vuông góc với phương Z) theo tọa độ máy CNC

Bước 2: Gắn phần Pin tiêu chuẩn thay cho dao để do chính xác hơn Sau đó cho đồng hồ so tiếp xúc với mặt Pin tiêu chuẩn và set một vạch bất kì trên đồng hồ làm điểm chuẩn

Bước 3: Điều khiển bàn máy CNC tịnh tiến theo phương X từ phần đuôi tới phần đỉnh của Pin

Bước 4: Đọc kết quả và điều chỉnh đến khi đạt được dung sai độ song song và vuông góc cho phép Sau đó siết chặt bulong ở phần vòng chống xoay và tiến hành gia công

Hình 7.20 Kiểm tra độ song song và vuông góc theo phương Y

Bước 1: Sau khi gắn đầu Angle Head lên máy CNC ta nới lỏng bulong kẹp chặt phần vòng chống xoay và chỉnh góc xoay tương đối nhờ vào vòng chia độ sao đó ta tiến hành kiểm tra độ song song theo phương Y (vuông góc với phương Z) theo tọa độ máy CNC

Bước 2: Gắn phần Pin tiêu chuẩn thay cho dao để do chính xác hơn Sau đó cho đồng hồ so tiếp xúc với mặt Pin tiêu chuẩn và set một vạch bất kì trên đồng hồ làm điểm chuẩn

Bước 3: Điều khiển bàn máy CNC tịnh tiến theo phương Y từ phần đuôi tới phần đỉnh của Pin

Bước 4: Đọc kết quả và điều chỉnh đến khi đạt được dung sai độ song song và vuông góc cho phép Sau đó siết chặt bulong ở phần vòng chống xoay và tiến hành gia công

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận:

- Mô hình lựa chọn sử dụng đầu côn BT50 phù hợp với máy CNC MAZAK VQC- 20/50B được lựa chọn để thử nghiệm Khối lượng của mô hình thực tế là 15,6 kg, các chi tiết hỗ trợ mô hình không vượt quá 1 kg

- Sử dụng các ổ lăn đỡ chặn 1 dãy NSK thương hiệu đến từ Nhật Bản, ổ lăn loại này có thể đồng thời chịu được tải trọng dọc trục đáng kể (theo một chiều)

- Việc lựa chọn bánh răng côn xoắn giảm được tiếng ồn nhất định khi mô hình hoạt động ở các tốc độ

- Đạt được cấp chính xác 13 (IT13) khi gia công, độ nhám bề mặt Rz80

- Tâm trục máy đến tâm cơ cấu chống xoay thông qua khối dừng gắn cố định trên mặt bích đạt yêu cầu nhất định trên bản vẽ thiết kế

- Thao tác điều chỉnh trên vòng chống xoay để thay đổi các góc độ yêu cầu gia công xoay quanh trục Z được siết chặt bằng bulong và lực ma sát giữa vòng chống xoay và thân hộp đảm bảo lực ma sát có thể chống xoay khi gia công và chịu lực

- Các bản vẽ chi tiết được xuất theo tiêu chuẩn bằng phần mềm autocad 2021 (ngoài các chi tiết cần thể hiện nhiều hình chiếu để có đủ kích thước phục vụ trong quá trình gia công)

Hạn chế của đề tài

Tuy đạt được các chỉ số theo tính toán và lắp ghép dựa trên bản thiết kế, tuy nhiên đề tài vẫn phải đối mặt với hạn chế như sau:

- Trong lúc di chuyển mô hình lên bàn máy vì không có phần vai để đỡ mô hình lên nên đã tác động một phần trên đầu côn BT50 được nối trực tiếp với trục 1, từ đó làm biến đổi hình dạng của trục, dẫn đến trong lúc mô hình thử nghiệm thân hộp có sự rung lắc nhẹ Các khâu thiết kế đến lắp đặt do nhóm lên ý tưởng và thực hiện nên không tránh khỏi thiếu sót

- Ngoài ra quá trình thử nghiệm còn hạn chế về thời gian và điều kiện làm việc của máy CNC được chọn, nên các đường chạy dao được thao tác bằng tay thay vì theo chương trình lập trình sẵn Nhưng vẫn đảm bảo được trị số dung sai lỗ và sai lệch vị trí đường chạy dao phay cho phép, các phép tính và bảng số liệu đo đạc đã được cập nhật trước đó

- Mô hình máy được kết nối trực tiếp với trục chính máy CNC nên tốc độ cũng như bước tiến của dao cũng cần hạn chế để đảm bảo an toàn cho trục chính máy CNC

- Giảm tải trọng lượng mô hình cũng như thiết kế nhỏ gọn để thuận tiện lắp đặt

- Thiết kế hết hợp với hệ thống tưới nguội trực tiếp trên mô hình

- Mở rộng phát triển xoay quanh trục X, Y

- Tăng độ tin cậy gia công chính xác đạt dung sai yêu cầu

- Phát triển từng modular phù hợp cho từng yêu cầu của các doanh nghiệp

Tiêu đề	Chế tạo mô hình Angle Head phục vụ quá trình đào tạo phay/khoan lỗ 90 độ
Tác giả	Bùi Trung Kiên, Đặng Ngọc Thành Công, Lý Vĩ Đường
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Trọng Hiếu
Trường học	Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công nghệ kỹ thuật cơ khí
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	225
Dung lượng	12,9 MB