Nguyên lý cấu tạo và giải pháp hoàn thiện máy tiện gỗ

Về nguyên lý chuyển động, trong tiện gỗ xoay tròn tại chỗ, dao chuyển động dọc trục tâm quay của gỗ tiện dọc hoặc chuyển động vuông góc với trục tâm quay của gỗ tiện ngang.. Tiện dọc trụ

Họ và tên: Trần minh Tới Lớp: CH06 CBG,G

Môn: Máy và thiết bị CBLS

-Chuyên đề: Nguyên lý cấu tạo và giải pháp hoàn thiện máy tiện gỗ.

Trong tiện sản phẩm tạo ra có dạng tròn xoay, mặt cắt dọc là dạng hình vuông, chữ nhật, hình nón, hình có mặt cong hoặc những mặt lồi lõm phức tạp Tiết diện ngang của sản phẩm bao giờ cũng có dạng tròn xoay (hình 8.1)

Về nguyên lý chuyển động, trong tiện gỗ xoay tròn tại chỗ, dao chuyển động dọc trục tâm quay của gỗ (tiện dọc) hoặc chuyển động vuông góc với trục tâm quay của gỗ (tiện ngang) Ngoài ra có trờng hợp tiện mà trong đó dao chuyển động xoay tròn, đứng tại chỗ, còn gỗ thực hiện chuyển động ăn dao, theo quỹ đạo thẳng hoặc quỹ đạo cong (tiện vô tâm) Thực chất tiện vô tâm là quá trình tiện dọc

Nh vậy đứng về mặt cắt gọt chúng ta có thể chia tiện gỗ thành hai dạng chủ yếu: tiện dọc trục, tiện ngang trục

1 Phân loại máy tiện theo dạng cắt gọt.

1.1 Tiện dọc trục (công trình của GS.TS Пижурин)

1.1.1 Nguyên lý, các thông số góc và độ dài

Trong tiện dọc trục, chuyển

động ăn dao theo chiều dọc trục tâm quay Phoi là phế liệu, phần còn lại của phoi là thành phẩm

Hình 1 Các dạng tiện gỗ

Tiện dọc trục có hai trờng hợp: tiện dọc trục phía trong và phía ngoài (hình 1a ữ 1đ), tiện vô tâm (hình 1 e,g) Về mặt công nghệ, tiện có thể chia ra hai loại: tiện thô (hình 1a) và tiện tinh (hình 1b) Về dạng cắt gọt ở đây

là cắt ngang thớ gỗ hoặc dạng trung gian giữa cắt ngang đến cắt bên Chuyển động ăn dao u

dọc trục tâm quay (hình 2b) quyết định chiều dày phoi h và

chiều hớng tâm quyết định chiều rộng B của phoi.

Khi đặt dao, giá trị của hai góc mặt bằng chính c và phụ p xác định vị trí dao, tơng quan với trục tâm quay.Các góc sau chính , phụ 1 và góc ở cạnh xiên ' xác

định vị trí dao trong mặt ngang Ngoài ra góc , góc tạo thành giữa cạnh cắt chính

1 với đờng thẳng nằm ngang đi qua mũi cắt, xét trong mặt phẳng đứng, quyết định trạng thái thoát phoi (hình 3), góc  = 3°ữ15 °

Hình 2 Tiện dọc trục

Đại lợng H độ sâu của lớp phoi đợc tính theo công thức sau (hình 2).

1 2

0

2

−

ở đây: D1, D2 - đờng kính và r, r0 bán kính của gỗ trớc và sau khi tiện một lớp phoi Chiều rộng phoi B là:

H B sin

=

Nếu gọi n (vg/ph) tốc độ quay của gỗ; u (m/ph), tốc độ ăn dao - lợng ăn dao trong

một vòng quay tính theo công thức sau

n

u

n

Vậy chiều dày của phoi là:

Trong trờng hợp tiện thô (hình 1), chiều dày phoi tính theo bán kính vòng trong mũi dao tiện r Ta có:

n n

57u H H

h u

ở đây:Θ - góc tiếp xúc của cạnh cắt giữa dao với gỗ

Công thức (1.4) cho ta thấy chiều dày phoi có liên quan đến góc ϕc Trong tiện ϕc

= 40 °ữ 50 là hợp lý Từ công thức (1.3) và (1.4), chúng ta có thể tính đ° ợc tốc độ

đẩy u Tốc độ cắt tính theo công thức sau:

2 1

Dn v

π

Góc ϕp = 2 °ữ 5 với tr° ờng hợp tiện tinh Từ đó chúng ta có góc đỉnh mũi dao tiện:

ε = 180 - (° ϕc + ϕp) (1.7) Trong trờng hợp đặt mũi dao thấp hơn mặt phẳng A - A chúng ta có góc sau:

Xét vị trí của dao tiện (hình 3) có ba trờng hợp

Trờng hợp 1 (hình 3a) góc không thay đổi

Trờng hợp 2 (hình 3b) các thông số góc thay đổi

Góc sau: d = ' - τ. Góc trớc : γd = γ' + τ (1.9)

ở đây: τ - góc tạo thành mặt phẳng nằm ngang đi qua mũi dao với tâm quay

Hình 3 Góc λ xác định vị trí dao tiện trong mặt phẳng đứng

sin

r

ở đây: Z - độ cao vị trí mũi cắt so với trục tâm quay; r - bán kính tức thời của gỗ.

Trờng hợp 3 (hình 3c) các góc cũng thay đổi

Góc: d = ' + τ. Góc : γd = γ'- τ (1.11) Nếu xét tại cạnh cắt chính, giá trị góc ϕc khác hơn, tính theo công thức sau:

tgT' = tgT.cosϕc (1.12)

Nh vậy, vị trí dao ảnh hởng đến thông số góc và tất nhiên cả các thông số độ dài Nếu đặt mũi dao cao hơn mặt phẳng A - A chiều dày phoi ngày càng nhỏ

Ng-ợc lại nếu đặt mũi dao thấp hơn A - A chiều dày phoi ngày càng tăng lên

Hình 4 Sự thay đổi góc sau và góc cắt với vị trí dao tiện so với tâm quay 1.1.2 Lực, tỷ suất lực, công suất trong tiện dọc

Trong tiện dọc tuỳ từng trờng hợp cụ thể của mối tơng quan giữa dao và gỗ

mà có dạng cắt gọt này hay dạng cắt gọt kia Nếu chiều thớ gỗ đặt song song với trục tâm quay, dạng cắt gọt là trung gian giữa cắt ngang và cắt bên Nếu thay đổi

ϕc, góc gặp thớ sẽ thay đổi Lực trong trờng hợp tiện dọc trục gồm hai vùng: vùng cạnh cắt chính và vùng cạnh cắt phụ Mỗi vùng gồm ba thành phần lực nh trong cắt gọt cơ bản: lực tác dụng lên mũi, mặt sau, mặt trớc (hình 5)

Vì vậy, trong thực tế để tính lực Px, Py ngời ta dùng hệ số so sánh chúng với lực Pz

Hình 5 Lực tác dụng giữa dao và gỗ

trong tiện dọc trục

Tiện dọc thờng là dạng cắt hở Về trị số lực tác dụng lên cạnh cắt phụ nhỏ, không đáng kể so với lực ở cạnh cắt chính, vì vậy có thể bỏ qua Các thành phần lực này nh trong cắt gọt cơ bản Chiếu các thành phần lực theo ba chiều của hệ trục tọa độ, chúng ta có:

- Phơng trục Z, P z trùng với chiều lực cắt, lớn hơn cả và là thành phần chủ yếu.

z m s t

P = P + + P P (1.13)

P x - Theo chiều trục x:

P x = (Q m + Q s + Q t ) sinϕ (1.14)

P y - theo chiều trục y:

P y = (Q m + Q s + Q t ) cosϕ (1.15) Lực P z dùng để tính công suất cắt.

y

m

+ + Từ đó: Py = Pzmy (1.16)

Đối với Px

x t

s m

t s m z

P P P

Q Q Q P

+ +

+ +

=( ).sinφ Từ đó Px = Pzmx (1.17)

Hệ số my = 0,4 ữ 0,5 và mx = 0,3 ữ 0,4 với các điều kiện δ = 45 , °  = 12 , tốc độ ° cắt v = 10 ữ 12m/s, độ ẩm gỗ W = 12% độ tù ρ = 10 k

Từ đó lực tổng hợp P trong tiện dọc trục là:

2 2 2

z x y

Để tính lực Pz chúng ta có thể dùng tỷ suất lực trong cắt gọt cơ bản ở đây:

2 0

K

Hệ số aϕc lấy theo bảng 1.1

Để tính tỷ suất lực K trong tiện dọc trục đối với gỗ Giẻ nh sau:

Bảng 1.1 Giá trị hệ số aϕc kể đến ảnh hởng gócϕc

aϕc 0,75ữ0,80 0,80ữ0,85 0,85ữ1,00 1,00ữ1,35 1,40ữ1,50 Tiện thô:

27,5

h

δ

Tỷ suất lực cắt K khi tiện tinh đối với gỗ Giẻ nh sau:

4,12

h

δ

Biết đợc k sẽ tính đợc lực và từ đó tính công suất cắt bằng công thức sau:

n

0

K.u H.V K.B.h.V

u n

102.60.9,81

(1.22)

Từ công thức (1.22) chúng ta dựng đợc đồ thị xác định công suất tiện

Ba thành phần lực P z, P y, P x có vai trò khác nhau Lực P z uốn, biến dạng vật cắt và dao cắt Trong một số trờng hợp P z quá lớn dao có thể bị gãy P z là lực cắt, dùng để tính toán công suất cắt, chế độ gia công, thiết kế máy P y - nén dao và uốn vật cắt dao theo phơng y Còn P x - nén trục và uốn dao theo phơng x.

1.1.3 Chất lợng tiện dọc trục

Chất lợng đợc biểu hiện qua ba đại lợng: độ nhẵn do kết cấu cơ học, độ nhẵn phần tử gỗ bị phá huỷ và độ chính xác gia công

Dạng thứ nhất, độ lồi lõm có dạng ren, bớc ren phù hợp với lợng ăn dao trong một vòng quay Độ sâu của ren đợc tính theo công thức:

n

c p

y u

≈

Giá trị y có ảnh hởng lớn đến độ nhẵn bề mặt gia công Các yếu tố có tính chất

quyết định đến y là lợng đẩy gỗ u n và thông số góc đặt trên mặt bằng ϕc và ϕp, (hình

6 và 7) Giả sử tăng góc ϕc từ 2 °ữ 10 , l° ợng y tăng từ 35 k ữ 176 k, tức là hạ từ

∇G8 ữ ∇G6

Độ nhẵn do các lớp gỗ bị xớc cho thấy: u n và chiều thớ gỗ có ảnh hởng lớn, có

ý nghĩa quyết định đến độ nhẵn bề mặt Chúng có mối liên hệ đồng biến:

Hmax = A + B.Un (1.24)

Độ chính xác tiện dọc, đáng lu ý nhất khi tiện chi tiết nhỏ, dài, dới tác dụng của lực P z và P y chi tiết bị võng, độ võng tính gần đúng theo công thức:

Hình 6 ảnh hưởng góc ϕ đến độ

nhẵn bề mặt trong tiện dọc trục

a độ nhấp nhô cơ học;

b độ nhấp nhô khi thay đổi góc ϕ.

Hình 7 ảnh hưởng góc ϕc đến lực cắt trong tiện dọc

3 2 2

y z

f 301,4.E.r

+

= (1.25)

ở đây: L - chiều dài chi tiết; E - hệ số đàn hồi của gỗ.

Công thức (1.25) cho chúng ta thấy với chi tiết có chiều dài L lớn và bán kính

không nhỏ rất dễ võng, dễ mất chính xác Vì vậy với trờng hợp này cần có biện pháp khắc phục nh: giảm các thông số kích thớc của phoi để giảm giá trị lực, làm các bộ đồ gá tốt, dùng dỡng…

1.1.4 ảnh hởng một số yếu tố đặc trng cho tiện dọc trục đến lực và chất lợng gia công

- Thông số góc ϕc : trong tiện dọc trục, thay đổi góc ϕc chính là thay đổi góc gặp thớ, vì vậy các dạng ứng lực thay đổi Sự thay đổi này hoàn toàn phù hợp với sự thay đổi lực trong khi xét về chiều thớ gỗ

Để kể đến ảnh hởng của góc ϕc ngời ta dùng hệ số aϕc (bảng 7.1) Mặt khác

ϕc sẽ làm cho tỷ số giữa các lực thay đổi (hình 7)

Điều này cũng dễ thấy từ công thức (1.37) và (1.38) Tất nhiên, khi thay đổi góc c quá trình tạo phoi cũng thay đổi

- ảnh hởng bề dày lớp phoi H Tăng chiều dày H, lực sẽ tăng, điều đó hoàn toàn

phù hợp với lý thuyết, thực tế có thể xem tăng H nh tăng chiều rộng phoi, vì vậy

lực gần nh tỷ lệ thuận với chiều dài H.

Khi giảm chiều dày H chất lợng bề mặt có xu hớng tăng lên, tuy lợng tăng

không lớn, sở dĩ nh vậy là do khi thay đổi H làm cho quá trình tạo phoi thay đổi

Nhất là phần gần mũi dao, tính biến dạng phoi, hiện tợng thoát phoi xảy ra khó hơn khi tăng H.

+ Chế độ gia công

Nội dung xác định chế độ gia công tiện dọc là xác định các thông số góc của dao, các thông số xác định vị trí tơng quan giữa dao và gỗ, tốc độ đẩy và tốc độ cắt

Thông số góc thích hợp nh sau: δ = 35°ữ45 , °  = 10°ữ12 , góc ° ϕc = 45 , góc°

ϕp = 2°ữ5 , góc xác định vị trí nghiêng của dao theo chiều ngang °  = 3°ữ5 Để° xác định tốc độ đẩy u tiến hành theo ba phơng pháp sau đây:

Theo công suất máy, từ công thức (1.21) và (1.22) chúng ta có:

ρ

Theo độ lõm động học:

φ φ

c b

u

+

=

Theo độ phá huỷ gỗ, từ công thức (1.27) chúng ta rút ra đợc phơng trình xác

định u Trong tiện dọc độ nhẵn từ ∇G5 ữ ∇G6 Dựa vào các công thức trên chúng

ta dựng đồ thị xác định tốc độ đẩy

1.2 Tiện ngang

1.2.1 Nguyên lý và các thông số trong tiện ngang

Tiện ngang có đặc điểm là phơng chuyển động ăn dao vuông góc với trục tâm quay, ở đây chi tiết thờng quay tròn thực hiện chuyển động cắt, còn dao thực hiện chuyển động ăn dao Quỹ đạo mũi dao trên tiết diện ngang của phôi có dạng xoắn

ốc, do đó chiều dày phoi thay đổi kể từ ngoài vào tâm trục quay (hình 8)

Theo đặc điểm trên, tiện ngang có: tiện định hình, tiện ngang chi tiết, tiện rà Cấu tạo dao tiện ngang khác với dao tiện dọc Xét hình 8, dao cắt có chiều rộng bằng chiều rộng phoi, cạnh cắt song song hoặc gần song song với tâm trục quay

Có nghĩa là  = 0 và ϕc = 0 Phơng trình quỹ đạo mũi dao trên tiết diện ngang của phôi theo công thức sau:

0 2 0

r

t arcSin

Ψ = ω +

Hình 8 Nguyên lý tiện ngang

Thời gian tính từ thời điểm dao tiếp xúc với gỗ đến thời điểm xét: 1 2

tb

t 2h

−

= Nh vậy,

chiều dày phoi sẽ thay đổi theo từng thời điểm của quá trình tiện.

Tại vòng cuối cùng chiều dày phoi có giá trị nhỏ nhất Chiều dày phoi tại thời điểm bất

kỳ có thể tính theo công thức sau:

ở đây: t v - thời gian tiện một vòng tính bằng giây (s) t v = 60/n

Chiều dày lớp phoi cuối cùng có ý nghĩa quan trọng, vì nó quyết định độ nhẵn bề mặt của sản phẩm, nhất là tiện tinh.

Chiều dày của lớp phoi đó đợc tính theo công thức sau:

v min

Chiều dày lớp phoi vòng đầu có giá trị lớn nhất, với chiều dày đó sẽ tạo ra lực cực đại Lực đó là đại lợng cần thiết dùng để tính toán thiết kế dao cắt và các chi tiết máy Chiều dày lớp phoi đó đợc tính theo công thức sau:

2

h

Chiều dày htb trung bình khi tiện một sản phẩm đợc tính theo công thức sau:

2 tb

0

h

Thờng trong trờng hợp tiện ngang này góc ϕc = 0, do đó quá trình cắt gọt ở

đây thực chất là quá trình cắt bên và cắt hở, thông số góc δ, , γ gần nh cắt gọt cơ bản Vị trí của dao cao hơn hoặc thấp hơn mức nằm ngang của trục tâm quay phôi

sẽ dẫn đến sự thay đổi nh ở phần tiện dọc trục Nếu trong mặt phẳng ngang, dao có cạnh xiên để tiện hình nón, phẳng, cong (hình 9) có thể chuyển sang dạng trung… gian giữa cắt ngang và cắt bên với góc gặp thớ ϕ

Hình 9 Các dạng tiện ngang

Nếu lớp phoi cuối cùng phù hợp với quỹ đạo xoắn ốc thì chi tiết đó có tiết diện ngang là hình bầu dục Để đạt độ tròn cần tiến hành tiện một lớp phoi có vòng tròn lệch tâm, chiều dày lớn nhất trong vòng lệch tâm đó là:

2 n tb 0

u h 8r

Để giảm lực va đập lúc đầu, nâng cao chất lợng bề mặt, thờng ngời ta đặt lỡi dao chếch một góc ε' so với trục nằm ngang Trong trờng hợp này, chiều dày phoi

có thay đổi và đợc tính theo công thức sau:

ε

n tb

0

u H h

u

2

=

Chiều dày cực đại lúc này là: φ

ε

n

u

tg

ở đây:

ϕmax = arctg r 0 ε

tg tg r

θ - góc đặt dao (hình 9)

1.2.2 Tỷ suất lực, công suất trong công nghệ tiện ngang

Trong tiện ngang, nếu dao có cạnh cắt song song với tâm trục quay, sẽ có hai thành phần lực: P z và P y (hình 9a) Trờng hợp cạnh cắt của dao tạo với đờng tâm trục quay trong mặt phẳng ngang góc ε Chi tiết đợc tạo ra có dạng hình nón (hình 9b) và trong mặt phẳng đứng một góc , sẽ có ba thành phần lực (hình 9c)

Trong trờng hợp thứ nhất:

Lực theo phơng trục z là: Pz = Pm + Ps + Pt (1.37) Lực theo phơng trục y là: Py = Qm + Qs + Qt (1.38) Trờng hợp thứ hai:

Lực theo phơng trục z là: Pz = Pm + Ps + Pt (1.39) Lực theo phơng trục y là: Py = (Qm + Qs + Qt) cos ε (1.40) Lực theo phơng trục x là: Px = (Qm + Qs + Qt) sin ε (1.41) Trờng hợp thứ ba:

Lực theo phơng trục z là: Pz = (Pm + Ps + Pt) cos (1.42) Lực theo phơng trục y là: Py = Qm + Qs + Qt (1.43) Lực theo phơng trục x là: Px = (Pm + Ps + Pt) sin (1.44)

Tỷ số lực y y

z

P

m

P = = 0,4 ữ 0,5; và x x

z

P m

P = = 0,3 ữ 0, 4, cho cả ba trờng hợp

Lực P z tính theo tỷ suất lực công thức (1.20) và (1.21)

Tỷ suất lực K trờng hợp thứ nhất theo công thức sau đối với gỗ Giẻ:

ρ δ λ ε 2

1,67

h

Các hệ số aρ, aδ, a (bài.10), còn các hệ số a, aε nh sau:

Bảng 7.2 Hệ số a và aε trong tiện ngang

Công suất cắt ở trờng hợp này có thể tính theo tỷ suất công suất cắt và khối lợng phoi sinh ra trong một đơn vị thời gian

K.

102.9,81

θ

θ - thể tích phoi sinh ra trong một đơn vị thời gian.

0

L

t

ở đây: L - chiều dài chi tiết (mm); t - thời gian cắt gọt (giây)

Công thức tổng quát hơn, thời gian t khi tiện ngang đợc tính theo công thức sau:

ε

2 2 0 n

t

u n

− +

Từ đó chúng ta có:

π

ε

2 2

0 n

2 2 0

N

−

=

Trờng hợp ε = 0 công suất cắt sẽ là:

N

60.102.9810

−

Hay là:

K .L.u n 2 r N

60.102.9810

ở đây: r tb - bán kính trung bình (mm)

Từ đó, tính đợc lực P

N.102.9,81 P

v

Từ công thức (1.50), (1.51) và (1.52) chúng ta dựng đồ thị công suất cắt trong tr-ờng hợp tiện ngang

1.2.3 Chất lợng tiện ngang

Trong tiện ngang, chất lợng bề mặt gia công đợc đánh giá chủ yếu vào độ lồi lõm các lớp gỗ bị xớc, yếu tố chính ảnh hởng đến đại lợng này là chiều dày phoi, loại gỗ Độ nhẵn có thể đạt là ∇G5 ữ ∇G10

1.2.4 Chế độ tiện ngang.

Cần chọn thông số góc dao, tốc độ đẩy phù hợp Để xác định chế độ tiện ngang thích hợp, dựa vào công suất tiêu hao và chất lợng gia công, về độ chính xác cần lu ý các chi tiết có kích thớc nhỏ và dài

Thông số góc thích hợp của dao nh sau: góc cắt δ = 25 ° ữ 35 khi chi tiết có°

đờng kính  40 mm và δ = 35 °ữ 45 khi > 40 mm Góc sau °  = 13 °ữ 15 , góc đặt°

là 3 ° ữ 5 Góc nghiêng °  = 50 ữ 20 , góc ° ε tuỳ theo độ côn có thể đạt đến 50 ° Theo công thức tính N, có thể rút ra công thức để tính tốc độ đẩy u n theo công suất cắt (công thức tính công suất (1.50), (1.51) và (1.52), với gỗ Giẻ

ρ

ε λ

ε φ π

2 2 0

0

1,67.a tg

u

6,67tg

−

Có thể xác định tốc độ đẩy theo chất lợng Giai đoạn hai u n = 0,1 ữ 0,2 mm Giai

đoạn đầu, tiện thô u n không quá 1,2 mm Tốc độ cắt V = 10 ữ 15 m/s

1.2.5 Dao cụ tiện

Dao cụ trong tiện gỗ có thể chia làm 4 loại chủ yếu: loại dao tiện cầm tay; loại dao tiện có giá đỡ; loại dao tiện bán tự động và tự động; loại dao tiện chuốt tròn

- Loại dao tiện cầm tay Dao tiện cầm tay đợc chia làm hai phần: phần cán và phần dao cắt Về hình dáng, kích thớc chúng có nhiều kiểu khác nhau phù hợp với công dụng: dao tiện thô, dao tiện tinh, tiện vát, tiện cắt Dao tiện thô có cạnh cắt hình thìa, còn dao tiện tinh có cạnh cắt là những đờng gấp khúc Chiều rộng của bản dao từ

6 ữ 50 mm; chiều dài không kể phần cán từ 110 ữ 265 mm, chiều dày 5 ữ 10 mm

- Loại dao tiện có giá đỡ Loại này cũng có nhiều kiểu và nhiều công dụng khác nhau, dao tiện thô, tiện tinh, tiện doa, dao để tiện ống rỗng Loại dao này có 2 phần: phần lỡi và phần thân gá Phần thân gá có hình chữ nhật, phần lỡi có nhiều hình thù: dạng cong, thẳng gấp khúc

- Loại dao dùng cho bàn máy tiện tự động và bán tự động loại dao này có điểm khác cơ bản về hình dạng và độ vững chắc Sở dĩ có yêu cầu nh vậy là vì trong quá trình tiện tự động sự h hỏng của dao sẽ dẫn đến việc h hỏng hàng loạt chi tiết, có khi cả máy Trong tiện tự động thực hiện nhiều thao tác: tề đầu, tiện ngang suốt cả chiều rộng của chi tiết cùng một lúc Vì vậy tổng lực lớn, dễ gây biến dạng đối với dao