đồ án kỹ thuật cơ khí Tính toán thiết kế trục chính máy tiện 1K62 theo quan điểm độ cứng.

Tính toán thiết kế trục chính máy tiện 1K62 đòi hỏi phải có kiến thức vững về vật liệu, độ bền… Việc nghiên cứu, tìm hiểu, sử dụng thành thạo INVENTER là công viêc hết sức cầnthiết nó hỗ

Trường ĐH KTCN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIẾT NAM

Khoa Cơ Khí Độc lập –Tự do-Hạnh phúc

Bộ Môn:KỸ THUẬT CƠ KHÍ

ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN CƠ KHÍ

Giáo viên hướng dẫn : KS-Lê Xuân Hưng

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Vượng

: Phan Đình Xuân

: Mai Tiến Vượng

Chuyên Ngành : Cơ khí chế tạo máy

Ngày giao đề tài :

Ngày hoàn thành :

Nội dung đề tài:

Tính toán thiết kế trục chính máy tiện 1K62 theo quan điểm độ cứng (có thể ứng dụng các phầm mềm hỗ trợ thiết kế)

Trưởng bộ môn Giáo viên hướng dẫn

(kí tên) (kí tên)_

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn đề tài

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát một cách nhanh chóng của khoa học khoa học kỹ thuật và côngnghệ thông tin( CNTT) đã kéo theo sự phát triển của các nghành nghề liên quan Đặc biệt với

sự ứng dụng các thành tựu đạt được trong lĩnh vực CNTT đã giúp cho quá trình tự động hóasản xuất trở lên ngày càng phổ biến, làm cho năng suất lao động được nâng cao gấp nhiều lần Đối với chuyên ngành cơ khí thì viêc áp dụng CNTT ngày càng cấp thiết và diễn raliên tục trong quá trình sản xuất nhằm nâng cao sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm Một số các phầm mềm mà các kỹ sư, các nhà thiết kế thường sử dụng trong lĩnh vực cơkhí hiện nay như: Autodesk Autocad, Autodesk Inventor, Soliwords, Top Solid, Catia,ProEngineer, Mastercam… Các phần mềm này hỗ trợ việc thiết kế hết sức thiết thực, các loạitrục đều được mô phỏng và tính toán các thông số một cách chi tiết cụ thể

Tính toán thiết kế trục chính máy tiện 1K62 đòi hỏi phải có kiến thức vững về vật liệu, độ

bền… Việc nghiên cứu, tìm hiểu, sử dụng thành thạo INVENTER là công viêc hết sức cầnthiết nó hỗ trợ việc tình toán nhanh chóng và đơn giản Đồng thời nó cũng là phần mềm quantrọng của những sinh viên chuyên nghành cơ khí Chế tạo máy như chúng em

Nhận thức rõ được tầm quan trọng đó, em đã quyết định tìm hiểu, nghiên cứu và chọn đề

tài ''Tính toán thiết kế trục chính máy tiện 1K62 theo quan điểm độ cứng (có thể ứng dụng các phầm mềm hỗ trợ thiết kế) " làm đề tài môn học Tiểu luận kỹ thuật cơ khí của

mình

Với sự hướng dẫn tận tình của Ks Lê Xuân Hưng em đã hoàn thành bài tiểu luận của mình.

Nhưng do thời gian có hạn cùng với sự hiểu biết còn hạn chế của bản thân nên trong bài Tiểuluận của em chắc còn nhiều sai sót Rất mong được sự hướng dẫn và góp ý của các Thầy côtrong bộ môn cũng như các bạn sinh viên để bài tiểu luận thêm hoàn thiên

Thái Nguyên, ngày 05 tháng 03 năm 2011

Sinh viên thực hiện

TÓM TẮT BÀI TIỂU LUẬN CƠ KHÍ

Nội dung chính của đề tài “ Tính toán thiết kế trục chính máy tiện 1K62 theo quan điểm

độ cứng (có thể ứng dụng các phầm mềm hỗ trợ thiết kế)”

Công việc được chia ra làm phần:

- Phần I: Giới thiệu chung về máy tiện và tìm hiểu chi tiết máy tiện 1K62

-Phần II: Tính toán thiết kế chi tiết,sử dụng phần mền RDM-FLEXION để xác địnhmômen và tìm đường kính của các đoạn trục bậc của trục chính

-Phần III:Kiểm tra độ cứng nhân biểu đồ venesagin và sử dụng phần mềm INVENTER đểkiểm nghiệm lại độ cứng

-Phần IV:Kết quả thu được (tổng hợp các kết quả , thảo luận và phân tích đưa ra nhậnxét

-Phần V :Kết luận về đề tài nghiên cứu

Phần “Tính toán thiết kế chi tiết”gồm các công việc sau:

+Tìm hiểu về máy 1K62 để nắm vững thông tin cơ bản về máy về chi tiết cần vẽ , tìm hiểuđôi nét về các loại máy tiện CNC

+Từ những thông tin cơ bản của máy ta bắt đầu đi tính toán sơ bộ và thiết kế trục

Phần III: Sử dụng phần mềm AUTODESK INVENTER để hổ trợ cho việc vẽ biểu đồ giúprút ngắn thời gian thiết kế giảm khối lượng công việc

Phần I:GIỚI THIỆU CHƯƠNG I Khái quát máy tiện ,sơ đồ động học 1.1 Khái quát máy tiện

*Máy tiện là loại máy cắt gọt kim loại phổ biến trong các cơ sở sản xuất cơ khí ,máy tiệnchiếm một tỷ lệ lớn số lượng trong máy công cụ nó chiến tới 35% tổng số máy các loại Tiện là một trong những phương pháp gia công phổ biến nhất tao ra hình dạng củachi tiết gia công bằng các chuyển động quay của trục chính và chuyển động tịnh tiến củadao.Hai chuyển động trên được gọi chung là chuyển động tạo hình

Máy tiện ren vít vạn năng 1K62 là loại máy tiện cỡ trung bình được sử dụng rấtrộng rãi Với khoảng tốc độ rộng (Zn=23) do vậy khả năng công nghệ của máy phù hợpvới nhiều loại dụng cụ cắt cũng như nhiều chủng loại chi tiết gia công khác nhau

Trong tình hình sản xuất cơ khí nước ta hiện nay còn lạc hậu so với thế giới ,loại hìnhsản xuất chủ yếu là loại vừa và nhỏ thì việc sử dụng những máy vạn năng như máy 1K62

là phù hợp với điều kiện thực tế Ngoài ra khi cần mở rộng khả năng công nghệ của máy

để sử dụng cho gia công những chi tiết đặc chủng thì máy có thể đáp ứng được nhu cầukhi sử dụng các đồ gá chuyên dùng

*Đặc điểm kĩ thuật

-đường kính lớn nhất của vật gia công : max=400 (mm)

-Khoảng cách giữa hai mũi tâm : 1000 (mm)

-Công suất của động cơ : 10Kw

-Kích thước phủ bì của máy (mm)

Với =0.96 là hiệu suất của bộ truyền đai

-Trên trục I của hộp tốc độ lắp các bánh răng lồng không Z=56 và Z=51 để truyềnchuyển động cho các trục tiếp theo Ngoài ra còn có bánh răng Z=50 và ly hợp ma sát đảochiềuM1

-Trên trục II của khối bánh răng di trượt Z=34 và Z=39 và bộ bánh răn cố định cóZ=29,Z=21,Z=38.Nhờ khối bánh răng di trượt (Z=34,Z=39) mà trục II có 2 tốc độ quayvới tỉ số truyền

39

51 , 34

56

-Trên trục III có khối bánh răng di trượt (Z=47,Z=55.Z=38) ăn khớp với bánh răngtrên trục II ,có 3 tỉ số truyền (

55

21 , 47

29 , 38

38

) -Trên trục IV có 2 tỉ số được truyền từ trục II là

45

45 28

28

và -Trên trục V có 2 tỉ số được truyền từ trục IV là

45

45 28

28

và ,vậy các cặp bánh răngZ88,Z45,Z22 và Z45 trên trục IV ; cặp Z22,Z45 trên trục III ,cặp Z88,Z45 trên trục V tạo

ra 3 tỉ số truyền (gọi là hộp biến tốc)

145

45

22.45

22.88

43

65(khối Z43,Z54gạt trái ) ở đường truyền chậm(qua hộp biến tốc) tớ trục chính ,tốc độ quay của trục chính

sẽ giảm so với trục II Số tốc độ quay là 2.3.3=18 tốc độ khác nhau

Ở đường truyền nhanh có 2.3=6 cấp tốc độ khác nhau Như vậy trục chính có 18+6=24tốc độ khác nhau Tuy nhiên ,do có một cấp độ bị trùng nên số cấp tốc độ của trục chính

là 24-1=23 cấp

*** MỘT SỐ HÌNH ẢNH VÀ CÁC LOẠI MÁY CÔNG CỤ HIỆN NAY

**HÌNH ẢNH MÁY TIỆN VẠN NĂNG

Có thể xem thêm một số hình ảnh của máy tiện :Web: http://forum.vinamech.com

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học – kĩ thuật đã cho ra đời các lại máycông cụ hoàn toàn thay thế sức lao động của con người và có năng suất và hiệu quả kinh thếrất cao

Các máy CNC này có những ưu điểm của điều khiển số so với các máy tiện truyền thống.Thêm vào đó, máy có thể được thiết kế với hai trục chính và/hoặc hai đầu rơ-vôn-ve để có thểthực hiện gia công đồng thời 2 dao hoặc sau khi gia công xong một đầu thì mâm cặp của trụcthứ 2 thực hiện việc kẹp chặt chi tiết để gia công tiếp (giống nhưtrở đầu) hoặc có thể gia côngcùng lúc hai chi tiết với 2 chương trình gia công khác nhau Trên máy còn có hệ thống tựđộng cấp và tháo chi tiết Các sự tích hợp này càng làm cho các trung tâm tiện CNC trở nênrất linh hoạt Các trung tâm tiện CNC cũng có thể được trang bị trong hệ thống sản xuất linhhoạt FMS.

Bảng 1 Một số đặc điểm tiêu biểu của máy tiện CNC

kính lớn

nhất(mm)

Chiều dàitiện lớnnhất(mm)

Lỗ trụcchính(mm) Công suấtđộng cơ

trụcchính(mm)

Sốtrục Số daolớn nhất Hệ thốngvận

chuyểnphôi

rô bốt nhỏTrung

Cấu hình máy

Các máy tiện CNC có nhiều cỡ khác nhau Có loại nhỏ để bàn dùng để giảng dạy trong trườnghọc nhưng cũng có những máy tiện có chiều dài rất lớn dùng trong công nghiệp nặng Đặc điểm của máy cũng thay đổi đáng kể theo quy mô của máy Số lượng trục chính và số đầu rơ-vôn-ve cũng như cỡ kích thước phủ bì của khu vực gia công được kết hợp để cho các máy được thiết kế có thể gia công một loại chi tiết, cấp độ chất lượng và năng suất gia công cụ thể.Trên bảng 1 trình bày một số thông số tiêu biểu của máy tiện CNC Trên hình 1 là hình dáng bên ngoài của một máy tiện CNC kiểu để bàn và hình 2 là một máy cỡ lớn

Kết cấu máy tiện CNC thay đổi đáng kể tùy thuộc vào lực cắt, lượng chạy dao và tốc độ cắt.Loại máy với kiểu thiết kế có bệ máy phẳng (flat-bed) truyền thống đã được thay thế bởi loại

bẹ máynghiêng (slant-bed) và thẳng đứng (vertical-bed) Các loại này đạt độ cứng vững caohơn và cũng cho phép một thể tích lớn phoi cắt đổ xuống bên dưới khu vực gia công tại hệ

thống thu gom phoi

Số lượng trục trên các máy tiện CNC từ 2-6 Theo quy ước thông thường cho máy tiện CNCthì:Trục Z: trùng với trục chính và chiều dương của nó hướng ra xa khỏi ụ trục chính

Hình 3 Các trục X,Z và C

Hình 1 Trung tâm tiện Meteor (kiểu để bàn) của hãng Denford

Hình 2 Máy tiện CNC TUR1550 cỡ lớn của hãng TOOLMEX.

Một số hình ảnh máy tiện CNC khác: www.hiendaihoa.com

Một số video về máy tiện CNC: http://www.youtube.com/watch?v=2Acoysgtw5Q http://www.youtube.com/watch?v=cRnlnWnnlh0

PHẦN II :TÍNH TOÁN TRỤC CHÍNH MÁY

2.1.Tính toán sơ bộ đường kính các trục liên quan và xác định kích thước chiều dài trụcchính :

2.1.1.Xác định công suất của các trục và đường kính sơ bộ

Công suất của các trục :Tính dựa trên công thức :

ηổ :hiệu suất của ổ lăn ,ta có ηổ=0,99

ηbr :hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ ,ta có ηbr=0,98

ηđai :hiệu suất bộ truyền đai,ta có ηđai=0,96

*Xác định mô mem soắn lớn nhất tại các trục

Hệ thức liên hệ giữa M và n là :M=9,55.10 6

n

N

(N.mm) (I)

Từ I ta thấy để xác định Mmax ta phải tính toán nmin

Theo sơ đồ động học ta xác định được nmin của các trục

+Trục I

n =min n dc

254

142.0.96=1450

254

142.0.96=778,2(v/p) +TrụcII

n =min n dc

254

142.0.96

39

51

= 1017,652(v/p)+Trục III

21

=388,56(v/p)+Trục IV

n =min n dc

254

142.0.96

39

51.88

22

=97,14(v/p)+Trục V

n =min n dc

254

142.0.96

39

51.88

22 88

22

=24.285(v/p)+Trục VI

n =min n dc

254

142.0.96

39

51.88

22 88

22

.54

504 , 9

=116632,23(N.mm)-Trục II

211 , 9

mm N

946 , 8

=219874,15(N.mm)-Trục IV

679 , 8

421 , 8

=3311531,81(N.mm)-Trục VI

169 8

=6425131,77(N.mm)

*Xác định sơ bộ đường kính trên các trục.

Đường kính sơ bộ của các trục được xác định theo mô mem xoắn.Từ điều kiện:

d 3  

2 ,

0 

M

Trong đó:M là mômen xoắn

  là ứng suất xoắn cho phép Với vật liệu là thép C45 thì   15  30Mpa

Chọn   =20 Mpa

-Trục I d I 30 78

20 2 , 0

23 , 116632

-Trục II d II 27 , 85

20 2 , 0

22 , 86439

-Trục III d III 38 , 02

20 2 , 0

15 , 219874

-Trục IV d IV 59 , 75

20 2 , 0

375 , 853247

-TrụcV d V 93 , 897

20 2 , 0

81 , 3311531

-Trục VI d VI 117 , 114

20 2 , 0

77 , 6423131

2.1.2 Xác định chiều dài chính và dựng kết cấu của hộp tốc máy 1K62:

Khoảng cách từ mặt cạnh chi tiết quay tớ thành trong hộp hoặc khoảng giữa các chi tiếtquay

Khoảng cách bề rộng an toàn khi trượt f=4(mm)

Khoảng cách giữa mặt đầu khối răng nhiều bậc lấy tối thiểu=10(mm) (khoảng thoát dao thichế tao dao bánh răng bậc) Bề rộng các vách đỡ ổ bi bên tronghộp ,lấydmin=30(mm);d2=dmin

-Xét khối bánh răng di trượt 3 bậc :Hình (2.3)

r

Các giá trị xác định tương tự như -L Bề rộng của bánh răng có dây phanh hãm quàng qua 1 B1

L là chiều dài phần quay lắp trên trục chính ở đây để xác định sức bền cho trục vì vậy cần

xác định các điều kiện nặng nề nhất ,tức là trên trục chính có lắp mân cặp và các chi tiết lắpghép L =115(mm)kích thước mân cặp và kích thước đĩa q

Từ(*) ta có : L = 80+115+20+20=195(mm) cx

0

b là chiều dài ổ chọn theo đường kính sơ bộ của trục VI chọn b =80(mm)0

*Xác định vị trí ăn khớp của các bánh răng

+Vị trí ăn khớp của Z60-Z60 (truyền chuyển động chạy dao)

Do yêu cầu về độ võng của đầu trục chính phải nhỏ (vì máy vừa là gia công thô ,gia công bántinh và gia công tinh ) Và bài toán về tối ưu không gian thì tao có chác bố trí bánh răng ănkhớp và các lực tác dụng như hình vẽ Từ đó ta có sơ đồ hóa trục chính như sau:

2.2 Tính toán đường kính trục chính :

2.2.1 Khái quát về trục chính máy tiện

Điều kiện làm việc của trục chính

Trục chính máy tiện là chi tiết quan trọng trong máy tiện nói riêng và trong máy công cụ nóichung Nó có nhiệm vụ truyền mô men xoắn và chuyển động quay cho chi tiết gia công Vìvậy yêu cầu đòi hỏi đối với trục chính là rất khe hơn so với những trục truyền động thôngthường khác Sai sô về hình dánh hình học ,vị trí tương quan và độ chính xác của trục chínhkhông những ảnh hưởng tới chi tiết gia công mà còn ảnh hưởng tới bản thân khi nó làm việc 2.2 Tính toán trục chính máy tiện

năng làm việc của trục chính ta tính toán cho điều kiện làm việc thường gặp nhất của trụcchính dựa trên những quan điểm về thiết kế máy công cụ đã có.Tính như vậy sẽ đảm bảo độbền cho cơ cấu chạy dao ,độ bền của dao cũng như khả năng sử dụng lâu dài của máy

Tốc độ n=160(v/p) là cấp tốc độ được sử dụng nhiều nhất dung trong nhóm tiện ren

F = F cos- r2 F sin t2 15 =118,31.cos0 15 -325,1 sin0 15 =30,14(N)0

Công suất truyền tới trục chính : n =1450 tc 142

254.0,96

65 24 65

43 55 43=668.508(v/p)

Chọn n =800(v/p) nhóm thường được sử dụng nhiều trong tiện trơn máy tiện 1K62 tc

Như vậy momen xoắn trên trục chính trong trường hợp này là:

800

z t

M F

F = F cos- r2 F sin t2 15 =25,14.cos0 15 -69,07 sin0 15 =6,41(N)0

2.2.2 Xác định đường kính trục bậc trục chính của máy.

Sử dụng phần mền RGD-FlEXION

FLEXION là mô đun tính toán dầm phẳng chịu uốn theo phương pháp phần tử hữa hạn

Cụ thể chương trình cho phép kể đến:

-Tải trọng tập trung

-Tải Trọng phân bố đều và tuyến tính

-Tải trọng bản thân của dầm,trục

-Gối tựa có di chuyển cho trước

-Gối tựa đàn hồi

*Đặt các điểm lên trục bằng các thông số sau:

FLEXIOM→NEW→NODE chọn 05(5 điểm đặt lực)

+Khi bánh răng Z27 ăn khớp

+Khi bánh răng Z43 ăn khớp

Xác định đường kính trục (bước xác định gần đúng trục )vị trí trục chịu trạng thái ứng suất phức tạp,nên áp dụng thuyết bền thứ 4,Và bằng các biến đổi rút ra

4 ( )0,1.[ ].(1- )

tdj J



Do đây là bước tính toán gần đúng trục ,ngoài kết cấu có xét đến vấn đề tháo,lắp,cố định định

vị các chi tiết máy và tính công nghệ trong kết cấu …Vậy ta chọn gần đúng đường kính các bậc trục của trục chính máy

1

D =70(mm) D2=82(mm) D =92(mm) 3 D =100(mm) 4

PHẦN III:

KIỂM TRA ĐỘ CỨNG NHÂN BIỂU ĐỒ VENESAGIN VÀ KIỂM NGHIỆM LẠI

DƯỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM ATODES INVENTER

3.1.KIỂM TRA ĐỘ CỨNG NHÂN BIỂU ĐỒ VENESAGIN

Nếu không đủ độ cứng uốn, trục bị biến dạng uốn lớn sẽ ảnh hưởng đến sự làm việc của trục

và của chi tiết máy lắp trên trục, ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác gia công Góc xoay củatrục tại chỗ lắp ổ trục quá lớn làm ngõng trục và ổ mòn không đều sinh nhiệt, tiếng ồn…

Ở đây điều kiện để trục đảm bảo cứng uốn là: f ≤ [f]; θ ≤ [θ]

Trong đó: [f]: độ võng cho phép

[θ]: góc xoay cho phép

Để xác định độ võng ta sử dụng phương pháp nhân biểu đồ Vê-Rê-sa-Ghin

3.1.1 Kiểm tra về độ võng:

Tại vị trí ăn khớp Z27-Z54 thì là đường truyền tốc độ chậm do vậy điều kiện làm việc nặng

nề hơn (biểu đồ Mx và My có giá trị lớn hơn) nên ta tính độ võng cho vị trí này

Đầu trục chính là vị trí quan trọng nhất về độ võng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chínhxác gia công cũng như độ chính xác làm việc của trục cũng như các chi tiết nắp trên nó Theo phương pháp này ta có hệ cơ bản bằng cách đặt lực Pk = 1 lên hệ, chuyển vị được xácđịnh theo biểu thức

(ΣΩi ηi)

Trong đó: Ωi là diện tích của biểu đồ nội lực

ηi tung độ ứng với trọng tâm cảu diện tích Ωi và lấy trên biểu đồ Mk do lựctập trung đơn vị gây ra

độ võng theo phương x

độ võng theo phương yMômen quán tính trung bình của mặt cắt ngang

 Tính chuyển vị theo phương y (Hình 2.10)

Ω1= 320.465790= 74526400

η1= 320 = 59(mm)