đồ án máy cắt thiết kế máy tiên ren vít vạn năng trên cơ sở dựa theo máy chuẩn 16k20

Nếu sử dụng thêm các đồ gá chuyên dùng thì có thể mở rộng thêm khả năng công nghệ của máy để thựchiện các nguyên công khác như khoan, khoét, doa, tiện các bề mặt định hình, mặtphẳng, cắt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐAI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -o0o -

MỤC LỤC

Phân I: Tổng hợp cấu trúc động học máy 1-8

Phần VI: Tính toán hệ thống bôi trơn và làm mát 81-85

PHẦN I : TỔNG HỢP CẤU TRÚC ĐỘNG HỌC MÁY

I CÔNG DỤNG CỦA MÁY TIỆN REN VÍT VẠN NĂNG.

Máy tiện ren vít vạn năng là máy công cụ được dùng phổ biến nhất trong cácnhà máy, phân xưởng cơ khí của các xí nghiệp Nó được dùng để gia công các bềmặt tròn xoay, bề mặt ren Phù hợp với loại hình sản xuất đơn chiếc loạt nhỏ, thínhhợp với sửa chữa,chế tạo các chi tiết thay thế

Ngày nay do tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, máy tiện ren vít vạnnăng được cải tiến nhiều cho phù hợp với nhu xu hướng phát triển của thời đại Đặcbiệt là các máy được điều khiển theo chương trình số (CNC), ứng dụng công nghệmới CAD/CAM/CNC

Ngoài việc gia công các bề mặt tròn xoay, bề mặt ren Nếu sử dụng thêm các

đồ gá chuyên dùng thì có thể mở rộng thêm khả năng công nghệ của máy để thựchiện các nguyên công khác như khoan, khoét, doa, tiện các bề mặt định hình, mặtphẳng, cắt đứt có độ chính xác cao

Những công việc chủ yếu của máy tiện ren vít vạn năng là để tiện trơn và tiệnren Máy có thể tiện được các loại ren hệ mét, ren hệ Anh, ren nhiều đầu mối, renkhuếch đại, ren tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn, ren trái và ren phải

II TẠO HÌNH BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG.

1 Sơ đồ gia công.

Máy tiện ren vít vạn năng chủ yếu dùng để gia công các bề mặt tròn xoay (Trụtrơn) và bề mặt ren Chọn hai nguyên công đặc trưng này của máy để xác định sơ đồgia công

a Nguyên công tiện trụ trơn.

Bề mặt này được hình thành nhờ hai chuyển động: chuyển động quay tròn của trụcchính mang phôi Q1 và chuyển động tịnh tiến của bàn máy mang dao T2 nhằm tạo ralượng chạy dao

Vậy có hai chuyển động tạo hình là:

+ S(Q1): Chuyển động tạo hình đường sinh 1

+ c(T2): Chuyển động tạo hình đường chuẩn 2

phương pháp tạo hình bề mặt là vết ( quỹ tích)

b Nguyên công tiện ren.

mang dao phải dịch chuyển một lượng bằng bước ren t hay bước xoắn H (đối với ren

nhiều đầu mối) Vậy có hai chuyển động tạo hình là :

S (Q1) : Chuyển động tạo hình đường sinh 1

c (Q1, T2) : Chuyển động tạo hình của đường chuẩn 2

2 Các chuyển động cần thiết của máy.

a Chuyển động tạo hình (ký hiệu )

Chuyển động tạo hình là chuyển động cần thiết để tạo ra đường sinh và đườngchuẩn Số lượng các chuyển động tạo hình được xác định qua biểu thức:

N = Ns+ Nc- 1/2 NT

Trong đó:

Ns : Số lượng thành phần chuyển động tạo hình đường sinh

Nc : Số lượng thành phần chuyển động tạo hình đường chuẩn

NT : Số chuyển động trùng

Trong đó : Ns=0 ; Nc =2 ; NT =0 (Tiện ren)

Ns=1 ; Nc=1 ; NT =0 (Tiện trơn)Như vậy trong cả hai trường hợp tiện thì N=2 nghĩa là chuyển động tạo hìnhgồm có 2 thành phần (Q1,T2)

b Chuyển động cắt gọt.

Chuyển động căt gọt là chuyển động cần thiết để thực hiện và duy trì quá trìnhbóc phoi, ở đây chuyển động cắt gọt trùng với chuyển động tạo hình do đó cấu trúcđộng học máy đơn giản nhưng nó lại hạn chế công suất cắt gọt Ngoài các chuyểnđộng chạy dao dọc của bàn máy, chuyển động phụ còn có chuyển động chạy daongang để thực hiện một số nguyên công khác như : Xén mặt đầu, tiện cắt đứt

c Chuyển động phân độ.

Chuyển động phân độ là chuyển động cần thiết để dịch chuyển tương đối giữadao và phôi sang vị trí mới, khi trên chi tiết gia công có nhiều bề mặt gia công cănbản giống nhau Ví dụ như : Tiện ren nhiều đầu mối

d Chuyển động định vị.

Chuyển động định vị là chuyển động nhằm khống chế kích thước gia công củachi tiết gia công, nó có nhiệm vụ xác định hướng của tọa độ phôi và dao với nhau,tức là xác định vị trí tương đối của đường sinh và đường chuẩn với nhau trong các

trục toạ độ của máy Chuyển động định vị có thể là chuyển động ăn dao nếu tronglúc thực hiện có tiến hành cắt gọt và có thể là chuyển động điều chỉnh nếu trong lúcthực hiện không có quá trình cắt gọt.

e Chuyển động điều khiển.

Là chuyển động nhằm đảm bảo máy hoạt động theo một tiến trình công nghệxác định, chuyển động này của máy là chuyển động cần thiết để cho máy trở thànhmáy tự động hay bán tự động Ví dụ các chuyển động thực hiện đóng mở lý hợp haykhống chế hành trình

g Các chuyển động phụ khác.

Là chuyển động thực hiện dịch chuyển dao hay phôi với tốc độ lớn mà không thamgia cắt gọt, các chuyển động này cần thiết khi kết thúc một lượt gia công để chuyểnsang lượt gia công khác

3 Liên kết đông học và nhóm động học.

a Liên kết động học.

Để thiết lập một chuyển động chấp hành hoàn toàn xác định cần phải thựchiện một liên kết về chuyển động giữa các khâu chấp hành với nhau và với nguồnchuyển động, liên kết đó gọi là liên kết động học Có hai loại liên kết động học là:

+ Liên kết trong: Có nhiệm vụ nối giữa các khâu chấp hành với nhau đảm bảm

chuyên động chấp hành đi theo quỹ đaọ đã cho và bản thân nó nếu không có nguồnchuyển động thì không thể chuyển động được

+ Liên kết ngoài: Là liên kết nối các khâu chấp hành với nguồn chuyển động đảm

bảo thực hiện các thông số gốc, hướng tốc độ và hành trình của chuyển động chấphành đã cho

- Các thành phần tạo nên một liên kết là: khâu cố định đưa vào có tỷ số truyền

cố định vì lý do kết cấu và để cân bằng động học, ký hiệu trên sơ đồ bằng nét

((- - - -))khâu điều chỉnh có tỷ số truyền điều chỉnh được tuỳ theo các thông chuyển độngchấp hành, ký hiệu trên sơ đồ bằng hình thoi ((  )) hay dấu ((- x -))

b Nhóm động học.

Liên kết trong và liên kết ngoài hợp lại tạo thành nhóm động học và thực hiệnmột chuyển động chấp hành xác định Liên kết ngoài và liên kết trong không nhấtthiết phải tại khâu chấp hành mà có thể nối vào bất kỳ một khâu cố định nào

( gọi là khâu bị động) của liên kết trong.Tên của nhóm sẽ mang tên của chuyển độngchấp hành mà nó thực hiên như :

+ Nhóm tạo hình

+ Nhóm phân độ

II THÀNH LẬP SƠ ĐỒ CẦU TRÚC ĐỘNG HỌC MÁY.

Tập hợp một hay vài nhóm động học nối kết cấu hay nối động học với nhau,tạo thành cấu trúc động học toàn máy Vì vậy muốn xây dựng cấu trúc động họcmáy cần nắm vững nguyên tắc nối động và nguyên tắc bố trí các khâu điểu chỉnh.Biết rằng ngoài chuyển động chạy dao dọc T2 máy còn có chuyển động chạy daongang T3 để tiện mặt phẳng, tiện mặt đầu và tiện căt đứt Do đó liên kết của máy

phải có vít me ngang.Khi thực hiện tiện trơnchuyển động tịnh tiếncủa bàn xe dao T2 sẽ do+ +

cơ cấu bánh răng thanh răng đảm nhận khi cắt ren sử dụng vít me dọc để chạy dạodọc.

Theo yêu cầu máy chế tạo ra phải gia công được các loại phôi có kích thứckhác nhau nằm trong phạm vi cho phép, nhằm thoả mãn tính công nghệ khi chọn chế

độ cắt hợp lý Vì vậy trục chính phải có nhiều tốc độ tương ứng với chế độ cắt Đểbảo đảm điều đó ta phải thiết kế hộp tốc độ(iv) và cơ cấu điều chỉnh tốc độ cho trụcchính Để tạo ra các lượng chạy dao khác nhau (dọc, ngang) trong máy cần bố tríhộp chạy dao (is) khi này sơ đồ cấu trúc động học máy và điều chỉnh động học máyđược thể hiện như hình vẽ

9

H 4 : Tổng hợp cấu trúc động học toàn máy

M1

is5 6

M 2

iv 32 1

* Xích chạy dao tiện trơn.

- Từ trục chính mang phôi đến bộ truyền bánh răng thanh răng.Trục chính – 4 – 5 – is – 6 – 8 – BR – TR

is= Cs2 t

* Xích chạy dao ngang

- Từ trục chính đến bộ truyền vít me đai ốc ngang (tvmn)Trục chính – 4 – 5 – is – 6 – 9 – tvmn

+ chạy dao ngang

- Từ động cơ dao nhanh M2đến bộ truyền vít me ngang

M2 – 10 – 9 – tvmn

- Phương trình điều chỉnh

nđ/c (M 2 ) i 109tvmn = Sng (mm)

PHẦN II : ĐẶC TRƯNG KỸ THUẬT CỦA MÁY

- Các dụng cụ cắt được sử dụng trên máy tiện thường là : Thép cacbondụng cụ, thép gió, thép hợp kim dụng cụ, hợp kim cứng

- Phôi có thể gia công được trên máy là phôi thanh, phôi rèn hoặc đúc.Vật liệu phôi chủ yế là thép cacbon, thép hợp kim , gang Ngoài ra còn cóhợp kim mầu và vật liệu phi kim loại

- Tuy theo phương pháp đạt độ chính xác khi gia công mà chi tiết giacông có thể đạt được độ chính xác và độ bóng bề mặt khác nhau

Cấp chính xác Độ bóng Rz(m) phương pháp gia công

- Máy này phù hợp với sản xuất loạt vừa và phục vụ sửa chữa thay thế

II ĐẶC TRƯNG KÍCH THƯỚC MÁY.

Đặc trưng kích thước là khả năng thích ứng của máy đối với việc gia công cácchi tiết về mặt kích thước

- Chiều cao tâm máy: H=200 (mm)

- Đường kính chi tiết lớn nhất có thể gia công được trên băng máy:

Dmax = 2H =2.200 = 400 (mm)

- Đường kính chi tiết lớn nhất có thể gia công trên bàn dao, là đườngkính gia công hiệu quả nhất mà ta dùng để tính toán các đặc trưng kỹ thuật là:

D1max = (1,21.4) HChọn D1max = 1,3H = 1,3.200 = 260 (mm)Chọn theo máy có trước 16K20 lấy D1max = 220 (mm)

- Đường kính bé nhất của phôi có thể gia công được trên máy

max 1 min

1

1

D R

Chọn theo máy có trước kiểu 16K20 lấy dmax =50 (mm)

- Khoảng cách xa nhất giữa hai mũi tâm : Lấy theo kiểu máy có trước

L= 710(mm) ; 1000(mm) ; 1400 (mm) ; 2000 (mm)L= (3,57).200 =7001400 (mm)

Chọn L= 1000(mm)

- Số tốc độ quay của trục chính : 24 (22 cấp khác nhau).

- Giới hạn tốc độ quay của trục chính:

nmin =12,5 (vòng/phút) ; nmax= 1600 (vòng/phút)

- Giới hạn bước tiến dao:

+ Dọc: Sd= 0,052,8 (mm/vòng)+ Ngang: Sng= 0,0251,4 (mm/vòng)

về mặt kết cấu và vật liệu dụng cụ cắt

+ Chuỗi số vòng quay tới hạn của trục chính

Theo đề tài thiết kế ta có:

nmin= 12,5 (v/ph) ; nmax= 1600 (v/ph)+ Số cấp tốc độ là zn= 22

+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ

128 5

, 12

Với  = 1,26 ta được số vòng quay của trục chính như sau:

- Chiều sâu cắt tmax được lấp bằng lượng dư hạ thấp, khi gia công cơ, theobảng 6[1], với kích thước phôi là: 2001000 (mm) có lượng dư 2 phía là a=14(mm)

2

142

t   

- Chiều sâu tmin được tính gần đúng theo biểu thức sau:

max min

4

12

7

tmax

- Lượng chạy dao Smax tra theo tmaxkhi tiện thô ngoài

- Lượng chạy dao Smin tra theo chất lượng bề mặt gia công cụ thể

Bởi vì hộp chạy dao tiện ren dùng cả tiện trơn Nên phạm vi điều chỉnh bướcren và lượng chạy dao phải đảm bảo giống nhau Rt = Rs

Chạy dao dọc: Sd =0,052,8 (mm/v)Chạy dao ngang: Sng= 0,0251,4 (mm/v)

IV.ĐẶC TRƯNG ĐỘNG LỰC HỌC MÁY.

- Để thiết kể truyền dẫn nhỏ gọn kích thước phù hợp mà máy vẫn đủ bềnkhi làm việc ở mọi tốc độ vì vậy phải chọn chế độ cắt phù hợp Đặc trưngđộng lực học của máy được xác định theo chế độ cắt tính toán có tải trọng vàcông suất lớn nhất

1 Chế độ cắt tính toán.

Chiều sâu cắt tính toán: Được xác định theo biểu thức:

3 max 1

* 0 , 7 D

Với D1max=220 (mm) thay số

226 , 4 220 7

S t

K C

093 , 29 )

39 , 1 (

) 226 , 4 (

09 1 2 ,

50

66 , 0 25

, 0

max 1 max

60

093 , 29 10820 10

*

s c d

N K

trong đó: Ks=(1,021,2) là hệ số kể đến công suất chạy dao chọn Ks=1,2

) 85 , 0 75 , 0

249,5.2,1

N d c  

Vậy ta chọn sơ bộ động cơ không đồng bộ 3 pha có

N= 10(Kw) ; n=1460(v/ph)

PHẦN IV: THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC MÁY

I XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY.

Chế độ làm việc của máy bao gồm chế độ cắt gọt, chế độ bôi trơn làm lạnh, àntoàn Một máy mới đã thiết kế, chế tạo song phải quy định rõ ràng về chế độ làmviệc của máy trước khi đưa vào sản xuất

Trong phạm vi máy được thiết kế ở đây xác định chế độ cắt gọt tới hạn của máy làm

cơ sở tính toán động lực học của máy Chế độ cắt gọt bao gồm: Chế độ cắt gọt cựcđại, chế độ cắt gọt tính toán, chế độ cắt gọt thử máy

1.Chế độ cắt gọt cực đại.

Theo kinh nhiệm tính toán S, v, t bằng các công thức sau:

)(226,4220.7,0

max 1

trong đó: C= 0,7 ( chọn vật liệu gia công bằng thép)

max min )

4

12

13

10

15

1

chọn 1,409 0,1409( / )

10

110

S t

K C

v

max max

min min

S t

K C

v

min min

max max

409 , 1 (

) 226 , 4 (

09 , 1 6 ,

31

66 , 0 25

, 0

) / ( 125 )

1409 , 0 (

) 0565 , 1 (

09 , 1 6 ,

31

66 , 0 25

, 0

2.Chế độ cắt gọt tính toán.

Chuỗi số vòng quay n của máy biến đổi từ nmin đến nmax với z cấp tốc độ khácnhau Chuyển lượng chạy dao S biến đổi từ Smin đến Smax , z cấp độ khác nhau Tại

các trị số nmin , Smin máy làm việc với Mxmax Vì vậy phải xác định trị số ntính , Stính

min

max min

n

n n

Thử máy theo chế độ cắt gọt với mục đích kiểm tra máy làm việc có ổn định và

400.115.14,31000

ph m n

D

Khi thiết kế cho phép đưa Pmax , Mmax quá tải đến 25% trong thời gian chophép.

II TÍNH LỰC CẮT.

Lực cắt gồm 3 thành phần Px , Py , Pz đó là các thành phần lực theo phươngx,y,z và được xác định theo công thức ở bảng 9[1]

1.Theo phương Z ( 0Z ).

ypz xpz pz

với : Cpz = 2000 ; xpy =1 ; ypz = 0,75 ;

t =4,226 (mm) ; S = 1,409 (mm/v)thay số được Pz =20004,22611,4090,75  11082 (N)

2.Theo phương y ( 0y ).

ypy xpy py

với : Cpy =1250 ; xpy =0,9 ; ypy = 0,75 ;

t =4,226 (mm) ; S = 1,409 (mm/v)thay số được Py =12504,2260,91,4090,75  5965 (N)

3.Theo phương y ( 0x ).

ypx xpx px

với : Cpx = 650 ; xpx =1,2 ; ypx = 0,65 ;

t =4,226 (mm) ; S = 1,409 (mm/v)thay số được Px =6504,22601,21,4090,65  4580 (N)

III TÍNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ.

Hiện nay tính chính xác công suất động cơ điện là một vấn để khó khăn vì khóxác định đúng điều kiện làm việc và hiệu suất của máy, điều kiện chế tạo cũng nhưnhững ảnh hưởng khác Có hai cách thường dùng để tính công suất động cơ điện.Xác định công suất động cơ điện gần đúng theo hiệu suất tổng và tính chính xácsong khi chế tạo máy, bằng thực nghiệm có thể đo được công suất động cơ tại các sốvòng quay và chế độ cắt gọt khác nhau.

1.Xác định công suất truyền dẫn chính xác.

Công suất động cơ gồm có:

Nđc = Nc + N0 + Np

Trong đó :

Nc : công suất cắt

N0 : công suất chạy không

Np : công suất phụ tiêu hao do hiệu suất và do những nguyên nhân ảnhhưởng tới sự làm việc của máy

a.Xác định công suất cắt.

Công suất cắt được xác định theo biểu thức

3

10 60

106

0 km dtb n ki ntc

Trong đó :

km: hệ số phụ thuộc chất lượng chế tạo các chi tiết và điều kiện bôi trơn, thườnglấy k = 3  6 , lấy k = 5

dtb : đường kính trung bình các ngõng trục của máy trừ trục chính

n : tổng số vòng quay của các trục trừ trục chính

ki : hệ số tổn thất công suất riêng tại trục chính ổ trục chính là ổ lăn ki = 1,5

ntc : số vòng quay của trục chính tại đó xác định nghiệm

4 min

max min n

n n

n

N C d

t

SB 

C: hệ số : C = 110  160

Chọn C = 130

V IV

III II

I TB

d d

d d

72 47 34 27 30

ik:só lượng bộ truyền cùng loại

V Q

Trong đó :

cđ : hệ số chạy dao cđ = 0,15  0,2 lấy cđ = 0,15

Q : lực chạy dao được tính theo công thức:

Q = kpx + f(P8 + G)Trong đó : k : hệ số tăng lực ma sát lấy k = 1,5

f= 0,18 hệ số ma sát giữa sống trượt và băng máy

G : trọng lượng bàn máy : G = 200 (kg)

Px , Pz : lực ma sát

Px = 4580 (N) = 458 (KG)

Pz = 11082 (N) = 1108,2 (KG)Thay số được:

Q = 1,5.458 + 0,18(1108,2 + 200) = 922,476 (KG)

VS là vận tốc chạy dao tính theo công thức

VS = S.nTheo chế độ cắt thử thì : n = 400 (v/ph) ; S = 1,4

 VS = 1,4.400 = 56 (m/ph)

Thay số được : 0 , 563 ( )

15 , 0 10000

612

56 476 , 922

,01

565,0249,5

2.Tính công suất chạy dao nhanh.

Để tạo điều kiện thuận lợi khi gia công , giảm thời gian phụ dẫn tới tăng năngsuất gia công Ta bố trí thêm một động cơ khác để chạy dao nhanh

Theo kinh nhiệm vận tốc chạy dao được khống chế : 2 < v < 12 (m/ph)

Vì vậy cần phải đảm bảo chạy dao nhanh sau khi hết hành trình làm việckhông phải tắt máy ( tắt động cơ chính) nếu ta lắp thêm li hợp siêu việt

Chọn vận tốc chạy dao nhanh:

Vcn = 4m/ph = 4000 (mm/ph)Công suất động cơ chạy dao nhanh phải đảm bảo dịch chuyển được bàn xedao nặng 200 kg

)(65,015,0.10.621

v G