TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 70 TỰ ĐỘNG HOÁ NGUYÊN CÔNG GIA CÔNG MẶT CHUẨN CHI TIẾT DẠNG TRỤC MANUFACRURING THE MODEL OF AN AUTOMATIC MACHINE USED TO MILL FACES AND DRILL TWO CENTRE HOLES ON MOTORBIKE STARTING SHAFTS Phạm Đăng Phước Trường Đại học Phạm Văn Đồng Nguyễn Đức Thắng Trường CĐ Công nghiệp Huế TÓM TẮT Các chi tiết dạng trục là loại chi tiết thường được sản xuất hàng loạt, có yêu cầu cao về độ chính xác kích thước, độ đồng tâm giữa các bề mặt trụ làm việc để đảm bảo các yêu cầu đó, chi tiết được gá đặt trên hai lỗ tâm, làm chuẩn tinh thống nhất để gia công các bề mặt. Ở Việt Nam, việc gia công các bề mặt chuẩn của chi tiết trục hiện nay thường thực hiện thủ công nên năng suất thấp, có thể thiếu chính xác vì các yếu tố chủ quan, vì vậy cần tự động hoá nguyên công khoả mặt đầu và khoan hai lỗ tâm trong qui trình sản xuất chi tiết trục. Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị để tự động hóa nguyên công khỏa mặt đầu và khoan hai lỗ tâm trên chi tiết trục cần đạp xe máy. ABSTRACT Shafts are usually manufactured in series. They require high accuracy of dimensions and concentricity between cylinders of stepped shafts … To ensure these requirement, we need details located on two centre holes, used as united refining datum surfaces when cutting other surfaces. In Vietnam, the manufacture of datum surfaces of shafts is usually made by hand, so it has a low output and lacks accuracy due to some subjective factors. For this reason, it is necessary to automate the milling of faces and the drilling of centre holes in the process of manufacturing shafts. This article presents the results of a research on the design and manufacture of a model of an automatic machine used to mill the faces and drill two centre holes on the starting shafts of motorbikes. 1. Nguyên công gia công bề mặt chuẩn của chi tiết trục Với chi tiết dạng trục, chuẩn định vị là hai lỗ tâm, được chọn làm chuẩn tinh phụ thống nhất, do đó nguyên công đầu tiên thường được thực hiện đối với chi tiết trục là khoả hai mặt đầu và khoan hai lỗ tâm. Công việc này có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau; trong sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ thường phay hai mặt đầu của trục, sau đó lấy dấu và khoan hai lỗ tâm, cũng có thể gá trục trên mâm cặp, tiện mặt đầu, khoan tâm, sau đó đổi đầu để gia công phía còn lại; trong sản xuất hàng loạt và hàng khối, việc khỏa mặt đầu và khoan lỗ tâm được thực hiện trên các máy chuyên dùng hoặc sử dụng các thiết bị tự động. Để xây dựng mô hình thiết bị tự động hóa nguyên công này, chi tiết trục cần đạp xe máy được chọn làm chi tiết mẫu để nghiên cứu. Thiết bị được thiết kế nhằm mục đích tăng năng suất gia công và đảm bảo độ chính xác. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 71 Giới thiệu chi tiết gia công: Trục cần đạp xe máy có chức năng làm quay bánh răng dẫn động ly hợp, truyền động quay bánh răng trục sơ cấp hộp số, truyền động trục khuỷu quay khởi động động cơ. Chi tiết trục cần đạp xe máy cần đảm bảo các điều kiện kỹ thuật sau: - Kích thước các cổ trục lắp ghép yêu cầu cấp chính xác 6-7; - Bảo đảm dung sai chiều dài mỗi bậc trục trong khoảng 0,05 ÷ 0,2 mm. - Độ đảo của các cổ trục lắp ghép không quá 0,01 ÷ 0,03 mm. - Độ không song song của các rãnh then hoa đối với tâm trục không vượt quá 0,01 mm trên 100 mm chiều dài. - Độ nhám các cổ trục lắp ghép đạt R a = 1,25 ÷ 2,5 m, các mặt đầu R z = 20 m và bề mặt không lắp ghép R z = 40 m. - Độ cứng bề mặt 37- 42 HRC. Vật liệu để chế tạo chi tiết trục cần xe đạp máy bao gồm các loại thép cacbon như thép 35, 40, 45; thép hợp kim như 40X, 40Γ, 50Γ v.v Trong sản xuất nhỏ và đơn chiếc, trục được chế tạo từ phôi thanh, phôi được cắt đứt theo kích thước chiều dài trên máy nhiều trục hoặc máy cắt đứt tự động chuyên dùng, máy cưa, máy tiện v.v…Trong sản xuất hàng loạt, phôi của trục được chế tạo bằng cách dập nóng trên máy dập hoặc máy ép, ngoài ra cũng có thể rèn trên máy rèn ngang hoặc đúc. Hình 1. Bản vẽ chi tiết trục cần đạp xe máy Rãnh nghiêng Rãnh then hoa Rãnh then hoa I TL 4:1 II TL 4:1 Z = 10 Z = 32 Z = 32 A 1,25 1,25 1,25 1,25 TL 2:1 3 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 72 2. Thiết kế mô hình thiết bị 2.1. Nguyên lý hoạt động Trên hình 2, phôi 1 được cấp vào phễu 2, dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và nhờ vào cơ cấu piston-xilanh 3, theo cơ cấu dẫn hướng phôi được đưa đến khối V số 4 để định vị và kẹp chặt thông qua tay kẹp. Quá trình phay được thực hiện nhờ động cơ 5 dẫn động, thông qua bộ truyền vít me - đai ốc bi 6 đưa 2 động cơ mang dao phay mặt đầu đi xuống để cắt mặt đầu phôi. Khi đi hết hành trình như đã lập trình sẵn, động cơ 5 được điều khiển đi lên, phát tín hiệu điều khiển để thực hiện tiếp quá trình khoan lỗ tâm. Khi có tín hiệu, các động cơ 7, 9 sẽ khởi động. Các động cơ bước 7 thông qua bộ truyền vít me - đai ốc bi 8 sẽ dẫn động cơ khoan 9 tiến vào khoan hai lỗ tâm. Khi các động cơ 7 quay đúng số bước tương ứng với chiều sâu khoan theo yêu cầu thì nó được đảo chiều để dẫn động cụm khoan về vị trí ban đầu. Tín hiệu nhận được từ công tắc hành trình sẽ điều khiển piston lùi về để tháo sản phẩm và đồng thời phôi tiếp theo rơi xuống để tiếp tục một chu trình gia công mới. Hình 2. Sơ đồ nguyên lý khỏa mặt đầu và khoan hai lỗ tâm 1. Phôi 2. Phễu chứa phôi 3. Xylanh-Piston. 4. Khối V 5. Động cơ dẫn động phay 6. Vítme đai ốc bi 7. Động cơ bước dẫn động khoan 8. Trục vítme dẫn động khoan 9. Động cơ khoan 10. Động cơ phay 5 7 10 7 1 8 6 4 3 2 8 9 9 10 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 73 2.2. Dẫn động và điều khiển Thiết bị tự động khoả mặt đầu và khoan 2 lỗ tâm chi tiết trục cần đạp xe máy hoạt động dựa theo nguyên tắc sau (Hình 3): Cơ cấu dẫn hướng phôi được điều khiển bởi động cơ Đ1,chi tiết cần gia công được chứa trong máng chứa phôi, nhờ trọng lượng của bản thân nên chi tiết cần gia công có thể tự dịch chuyển trong máng dẫn và đưa chi tiết cần gia công đến vị trí gá đặt và kẹp chặt. Trên cơ cấu máng dẫn phôi, có đặt các công tắc hành trình C1, C2. Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công dùng xylanh khí nén XL được điều khiển bằng van điện từ. Sau khi chi tiết cần gia công được định vị và kẹp chặt tại vị trí gia công, cơ cấu khoả mặt đầu bắt đầu hoạt động. Trên cơ cấu khoả mặt đầu có các động cơ điện một chiều Đ2, Đ3, Đ4 và các công tắc hành trình C3, C4 giới hạn vị trí hoạt động của cơ cấu. Trên động cơ Đ2, Đ3 có lắp dao phay để gia công mặt đầu, động cơ điện Đ4 có nhiệm vụ mang cơ cấu khoả mặt đầu tiến vào khoả mặt đầu chi tiết cần gia công, sau khi thực hiện hết hành trình cắt gọt, cơ cấu khoả mặt đầu sẽ chạm vào công tắc hành trình C4, động cơ điện Đ4 sẽ mang cơ cấu khoả mặt đầu lùi về vị trí ban đầu cho đến khi chạm vào công tắc hành trình C3, động cơ điện Đ2, Đ3 sẽ ngưng hoạt động. Quá trình khoả mặt đầu hoàn thành thì cơ cấu khoan lỗ tâm hoạt động. Trên cơ cấu khoan lỗ tâm có các động cơ điện Đ5, Đ6, Đ7, Đ8 và các công tắc hành trình C5, C6, C7, C8. Sau khi cơ cấu khoả mặt đầu chạm vào công tác hành trình C3 thì động cơ điện một chiều Đ5, Đ6, Đ7, Đ8 đồng thời hoạt động, trên động cơ điện Đ7, Đ8 có lắp mũi khoan lỗ tâm, động cơ Đ4, Đ5 có nhiệm vụ đưa 2 cơ cấu khoan tâm đến vị trí cần gia công và chạy dao khi cắt gọt; khi đến hết hành trình cắt gọt cơ cấu khoan tâm sẽ chạm vào công tắc hành trình C7, C8 và sẽ đưa cơ cấu khoan tâm trở về lại vị trí ban đầu, đến khi chạm vào công tắc hành trình C5, C6 thì cơ cấu khoan tâm sẽ ngưng hoạt động. Khi quá trình khoả mặt đầu và khoan tâm hoàn thành, thì cơ cấu dẫn hướng phôi hoạt động, trên cơ cấu có gắn động cơ điện một chiều Đ1 và các công tắc hành trình C1, C2. Cơ cấu giữ phôi nhả chi tiết đã gia công đến vị trí chứa bán thành phẩm, đồng thời cơ cấu nhả và giữ phôi sẽ chạm vào công tắc hành trình C1 và đưa cơ cấu nhả và giữ phôi về lại vị trí ban đầu, lúc này cơ cấu sẽ chạm vào công tác hành trình C2. Tiếp theo đó cơ cấu xylanh khí nén hoạt động cấp phôi cho quá trình gia công. Quá trình đó được điều khiển theo chu trình đã lập sẵn để gia công sản phẩm thứ hai, thứ ba. Ta có sơ đồ điều khiển các tín hiệu vào, ra của thiết bị khoả mặt đầu và khoan tâm như hình 3: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 74 Hình 3. Sơ đồ điều khiển thiết bị khoả mặt đầu và khoan tâm C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 là các công tắc hành trình. Đ1, Đ2, Đ3, Đ4, Đ5, Đ6, Đ7, Đ8: động cơ điện một chiều. XL : Xy lanh khí nén. Với các yêu cầu điều khiển như nêu trên, mô hình sử dụng vi điều khiển AT89C51 để chế tạo mạch điều khiển. 3. Kết quả và thảo luận Hình 4. Mô hình thiết bị đã chế tạo Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình thiết bị « Tự động hóa nguyên công C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 Tín hi ệu v ào M ạch điều khiển Tín hi ệu ra Đ 1 Đ 2 Đ 3 Đ 4 Đ 5 Đ 6 Đ 7 Đ 8 XL TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 75 khỏa mặt đầu và khoan hai lỗ tâm chi tiết trục cần xe đạp máy » đã đạt được những kết quả sau: - Chế tạo hoàn chỉnh mô hình thiết bị tự động hóa nguyên công khỏa mặt đầu và khoan hai lỗ tâm chi tiết trục cần đạp xe máy, bao gồm: cơ cấu cấp phôi tự động, cơ cấu định vị và kẹp chặt tự động, cơ cấu gia công tự động (Hình 4); - Ứng dụng vi điều khiển để điều khiển thiết bị. Mô hình thiết bị tự động hóa nguyên công khỏa mặt đầu và khoan hai lỗ tâm chi tiết trục cần đạp xe máy đã hoạt động đúng yêu cầu thiết kế, kết quả nghiên cứu góp phần tạo ra những mô hình học tập và nghiên cứu cho các sinh viên tại các trường dạy nghề, trường đại học Kỹ thuật v.v… Vấn đề nghiên cứu có thể được tiếp tục hoàn chỉnh theo hướng: - Thay đổi được chế độ cắt khi phay và khoan hai lỗ tâm, thêm bộ phận tưới dung dịch trơn nguội khi gia công; - Mở rộng ứng dụng của thiết bị cho các sản phẩm khác. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Đăng Phước, Robot Công nghiệp, Nxb Xây dựng, Hà Nội - 2008. [2] Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Trần Xuân Việt, Công nghệ chế tạo máy, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội - 2003. [3] Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng, Cấu trúc và lập trình họ vi điều khiển 8051, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội - 2003. [4] Trần Doãn Tiến, Tự động điều khiển các quá trình công nghệ, Nxb Giáo dục, Hà Nội – 2003. . cần tự động hoá nguyên công khoả mặt đầu và khoan hai lỗ tâm trong qui trình sản xuất chi tiết trục. Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị để tự động hóa nguyên công. thiết bị tự động hóa nguyên công khỏa mặt đầu và khoan hai lỗ tâm chi tiết trục cần đạp xe máy, bao gồm: cơ cấu cấp phôi tự động, cơ cấu định vị và kẹp chặt tự động, cơ cấu gia công tự động (Hình. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 70 TỰ ĐỘNG HOÁ NGUYÊN CÔNG GIA CÔNG MẶT CHUẨN CHI TIẾT DẠNG TRỤC MANUFACRURING THE MODEL OF AN AUTOMATIC MACHINE USED TO