Phần I : NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 1.Cơ cấu so dao của đồ gá .2.Cơ cấu kẹp dao trên máy tiện .3.Phương pháp tính hiệu quả kinh tế của đồ gá. Phần II : BÀI TẬP 1.Nhiệm vô:Tính toán thiết kế đồ gá chuyên dùng gia công chi tiết càng C15 với nguyên công phay đồng thời các mặt A , B và E.2.Cơ sở thiết kế :Bản vẽ chi tiết .Bản tiến trình công nghệ gia công chi tiết .Bản vẽ sơ đồ nguyên công cần tính toán thiết kế đồ gá .3.Nội dung các công việc cần làm :Lập sơ đồ gá đặt để gia công bề mặt A , B và E .Chọn chiều sâu cắt t hợp lý và tra lượng chạy dao S .Tính tốc độ cắt V .Tính lực cắt P hoặc mômen cắt MC .Viết phương trình tính lực kẹp cần thiết và tính lực kẹp W .Thiết kế đôg gá để gia công bề mặt A , B và E ( vẽ 3 hình chiếu trên khổ A3 ).Tính sai số chuẩn , sai số kẹp chặt và sai số chế tạo cho phép của đồ gá .Nêu những yêu cầu kỹ thuật của đồ gá .Trình bày nguyên lý làm việc của đồ gá .
Trang 1BÀI TẬP LỚN ĐỒ GÁ
* * * * * * *
ĐỀ BÀI :
Phần I : NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
1 Cơ cấu so dao của đồ gá
2 Cơ cấu kẹp dao trên máy tiện
3 Phương pháp tính hiệu quả kinh tế của đồ gá.
Phần II : BÀI TẬP
1 Nhiệm vô:
Tính toán thiết kế đồ gá chuyên dùng gia công chi tiết càng C15 với nguyên công phay đồng thời các mặt A , B và E.
2 Cơ sở thiết kế :
- Bản vẽ chi tiết
- Bản tiến trình công nghệ gia công chi tiết
- Bản vẽ sơ đồ nguyên công cần tính toán thiết kế đồ gá
3 Nội dung các công việc cần làm :
- Lập sơ đồ gá đặt để gia công bề mặt A , B và E
- Chọn chiều sâu cắt t hợp lý và tra lượng chạy dao S
- Tính tốc độ cắt V
- Tính lực cắt P hoặc mômen cắt M C
- Viết phương trình tính lực kẹp cần thiết và tính lực kẹp W
- Thiết kế đôg gá để gia công bề mặt A , B và E ( vẽ 3 hình chiếu trên khổ A 3 ).
- Tính sai số chuẩn , sai số kẹp chặt và sai số chế tạo cho phép của đồ
gá
- Nêu những yêu cầu kỹ thuật của đồ gá
- Trình bày nguyên lý làm việc của đồ gá
NỘI DUNG THIẾT KẾ :
Phần I : NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT :
1 Cơ cấu so dao của đồ gá :
Cơ cấu so dao là một bộ phận của đồ gá được dùng để xác định chính xác vị trí của dụng cụ cắt so với đồ gá Cơ cấu này được dùng ở đồ gá phay , bào , tiện và
Trang 2chuốt mặt ngoài Cơ cấu so dao rất quan trọng vì trong sản xuất hàng loạt và hàng khối khi dao bị mòn phải mài lại , kích thước làm việc của dao thay đổi , do đó cần phải điều chỉnh lại vị trí của dao so với đồ gá , việc điều chỉnh đó phải nhờ vào cơ cấu so dao để đỡ tốn thời gian Đối với dạng sản xuất hàng loạt nhỏ cũng cần cơ cấu so dao nhằm điều chỉnh nhanh khi lắp đồ gá lên máy để gia công từng loạt chi tiết Ngoài ra cữ so dao cũng rất cần khi phay các mặt định hình
Hình 1 là cơ cấu so dao phay khi gia công các bề mặt khác nhau
Trong cơ cấu so dao , chi tiét tiếp xúc với dao được gọi là căn , chóng thường được làm bằng thép dụng cụ và thép hợp kim , nhiệt luyện đạt độ cứng HRC 55
60
Các bề mặt làm việc của nó phải được mài đạt R a 0,32 (m).
Sau khi so dao xong , cất bỏ miếng căn để khi gia công dao không tiếp xúc với cữ
so dao , tránh được hiện tượng mòn của cữ so dao và đảm bảo vị trí tương đối của
nó cho những lần so dao tiếp theo
Dao
C¨n
Dao
s
C¨n
Dao
s
r
a Dao
C¨n
d)
a
r
e)
Dao
C¨n
Dao C¨n
C¨n
f)
r
Hình 1 : Các loại có cấu so dao phay.
a) một mặt phẳng ; b) hai mặt phẳng ; c,d,e,f) gia công các mặt định hình Hình 2 là một ví dụ dùng cữ so dao trên đồ gá phay
Vị trí chính xác của dao phay theo chiều cao được xác định nhờ cữ so dao 1 và miếng căn 2
Trang 3Hình 2 Cữ so dao trên đồ gá phay
1 cữ so dao ; 2 miếng căn
2 Cơ cấu kẹp dao trên máy tiện
Cơ cấu kẹp dao trên máy tiện thông dụng nhất là các bàn xe dao Để giảm thời gian gia công trên máy tiện người ta dùng bàn xe dao quay chuyên dùng (hình 3) Trên các bàn xe dao này có thể gá được nhiều dao cùng lúc để thực hiện các bước công nghệ khác nhau
Khi điều chỉnh máy , người ta dùng các cữ chặn để dừng bàn xe dao đúng vị trí
Trong sản xuất hàng loạt , do sản phẩm có nhiều loại khác nhau cho nên đối với mỗi loại máy thường phải dùng nhiều bàn xe dao để thay thế Mỗi bàn xe dao được dùng để gia công một loại chi tiết nhất định
Ngoài bàn xe dao , trên các máy tiện người ta còn dùng các loại trục gá , các ống côn để kẹp chặt dao khi tiện lỗ hoặc khi khoan , khóêt , doa và tarô
Hình 3 Bàn xe dao chuyên dùng trên máy tiện
a) tiện bậc ; b) tiện phối hợp.
3 Phân tích tính hiệu quả kinh tế của đồ gá
Trang 4
Hiệu quả kinh tế của đồ gá được xác định bằng cách so sánh chi phí hàng năm với hiệu quả kinh tế hàng năm cho các phương án gia công chi tiết Chi phí hàng năm bao gồm các khoản : chi phí khấu hao và các chi phí cho chế tạo và sử dụng
đồ gá Hiệu quả hàng năm đạt được nhờ giảm khối lượng lao động để chế tạo chi tiết , nghĩa là giảm chi phí tiền lương của công nhân và giảm các chi phí của phân xưởng
Sử dụng đồ gá chỉ có lợi khi hiệu quả kinh tế hàng năm lớn hơn chi phí hàng năm ( do sử dụng đồ gá ) Hiệu quả kinh tế của đồ gá cũng được xác định bằng thời gian hoàn vốn , có nghĩa là trong khoảng thời gian nào đó chi phí cho đồ gá
sẽ được hoàn lại do giảm giá thành gia công chi tiết
Tuy nhiên , còng cần nhớ rằng trong một số trường hợp để đạt độ chính xác cao của chi tiết gia công người ta sử dụng đồ gá mà không cần tính đến hiệu quả kinh
tế của nã
Khi tính toán hiệu quả kinh tế cần phải so sánh các phương pháp đồ gá khác nhau Giả sử , chi phí cho : dụng cô , khấu hao máy , điện , nước của đồ gá là như nhau thì giá thành gia công để so sánh hai phương án ( sử dụng hai đồ gá khác nhau ) được xác định theo các công thức sau:
Trong đó :
S a – giá thành chế tạo đồ gá theo phương án a (đồng);
S b – giá thành chế tạo đồ gá theo phương án b (đồng) ;
C a – chi phí gia công khi sử dụng đồ gá theo phương án a (đồng) ;
C b – chi phí gia công khi sử dụng đồ gá theo phương án b (đồng) ;
L a – chi phí tiền lương (cho mét chi tiết gia công) của phương án a (đồng) ;
L b – chi phí tiền lương (cho mét chi tiết gia công) của phương án b (đồng) ;
z – tỷ lệ phần trăm của chi phí phân xưởng so với tiền lương (%) ;
q – tỷ lệ phần trăm của chi phí cho sửa chữa , điều chỉnh đồ gá so với giá thành của đồ gá (%) ;
i – thời gian hoàn vốn của đồ gá (năm) ;
n – Sản lượng hàng năm của chi tiết gia công (số lượng chi tiết) ;
S a ’ và S b ’ – chi phí cho thiết kế đồ gá theo phương án a và b (đồng) ;
n’ – số lượng chi tiết được gia công trên đồ gá trong thời gian cần thiết để ổn định
sản phẩm
Trong thực tế S a ’ và S b ’ đã được thanh toán trước khi bắt đầu sản xuất , do đó khi
so sánh hiệu quả kinh tế của đồ gá theo phương án a và b có thể thấy S a ’ = S b ’ = 0.
Trang 5Vì vậy số lượng chi tiết n mà theo đó cả hai phương án sử dụng đồ gá có hiệu quả kinh tế nh nhau được xác định theo công thức sau đây (khi giải hai phương trình 1
và 2) :
Nếu sản lượng hàng năm của chi tiết lứon hơn số lượng chi tiết được tính theo công thức (3) thì hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn khi sử dụng đồ gá phức tạp và ngược lại (hình 4 )
Ca
n
C
Hình 4 Đồ thị thay đổi giá thành C phụ thuộc vào số lượng chi tiết.
C a – chi phí gia công khi sử dụng đồ gá theo phương án a;
C b – chi phí gia công khi sử dụng đồ gá theo phương án b;
Theo sơ đồ trên hình 4 thì điểm K là điểm mà theo hai phương án đồ gá có giá thành như nhau (số lượng chi tiết gia công n = 1800) Như vậy , nếu n > 1800 thì nên chọn phương án a (phương án đồ gá phức tạp) còn nếu n < 1800 thì nên chọn phương án b (phương án đồ gá đơn giản)
Để xác định chi tiết n phải biết S a và S b Giá trị của S (S a hoặc S b ) có thể được xác định theo công thức sau :
S = C 0 K (4)
Ở đây :
S – gioá thành chế tạo đồ gá (đồng) ;
K – số lượng chi tiết của đồ gá ;
C 0 – hệ số phụ thuộc vào độ phức tạp của đồ gá (đồ gá đơn giản : C 0 = 15 ; đồ gá trung bình : C 0 = 30 ; đồ gá phức tạp : C 0 = 45)
Giá trị i trong công htức (3) được lấy bằng số năm sử dụng đồ gá để gia công số lượng chi tiết n Đối với đồ gá đơn giản và trung bình : i = 2 3 năm , còn đối với đồ gá phức tạp : i = 4 5 năm Giá trị q = 20 % (công thức 3)
Trang 6Để xác định n phải biết thời gian từng chiếc T tc của nguyên công sử dụng đồ gá
và chi phí tiền lương trong một phót A Như vậy , L được xác định theo công thức sau :
L = T tc A (5) Các giá trị T tc và A phụ thuộc vò chất lượng của đồ gá Khi sử dụng đồ gá tốt T tc
và A giảm nhờ giảm thời gian cơ bản và thời gian phô , đồng thời cải thiện được điều kiện làm việc của công nhân
Tính số lượng chi tiết n theo công thức (3) cần được thực hiện với điều kiện S a >
S b và L b > L a hoặc S a < S b và L b < L a Với các điều kiện khác (S a > S b và L a > L b
hoặc S a < S b và L a < L b ) cần sử dụng đồ gá theo phương án b hay a cho mọi giá trị của n (để cho giá trị n > 0) theo công thức (3)
Trang 7Phần II : THIẾT KẾ ĐỒ GÁ CHUYÊN DÙNG :
1 Phân tích sơ đồ gá đặt phôi, yêu cầu công nghệ của nguyên công và chọn cơ cấu định vị thích hợp :
a Phân tích sơ đồ gá đặt phôi
Yêu cầu cần phay đồng thời 3 mặt A , B và E nh trên hình vẽ với độ nhẵn bóng sau gia công là R Z 20 Để gia công được đồng thời cả 3 mặt ta sử dụng máy phay ngang với yêu cầu đảm bảo gia công 3 mặt này song song với nhau và đảm bảo song song với các mặt D , C và F đã được gia công ở nguyên công trước(có nghĩa là vuông góc với đường tâm của các lỗ) Chi tiết làm bằng gang xám 15-32 được gia công trên máy phay ngang nên chi tiết được đặt trên đồ gá và lắp lên bàn máy thông qua các rãnh chữ T Ta thấy nguyên công là phay mặt phẳng nên ta lấy mặt phẳng làm mặt chuẩn , chọn mặt D làm chuẩn vì mặt D đã được gia công ở nguyên công trước nên chuẩn là tinh Chuẩn định vị là mặt D và các mặt trụ ngoài do đó ta chọn cơ cấu định vị là phiến tỳ cộng với hai chốt và khối V tự lùa :
- Phiến tỳ hàn chế hai bậc tự do của chi tiết là chuyển động tịnh tiến dọc trục 0Z , xoay quanh 0X và quay quanh 0Y
- Hai chốt hạn chế hai bậc tự do của chi tiết là chuyển động tịnh tiến dọc trục 0X và 0Y
- Khối V tự lùa hạn chế một bậc tự do của chi tiết là chuyển động quay quanh trục 0Z.
Kẹp chặt chi tiết được thực hiện bằng bu lông Các chốt tỳ phụ có tác dụng tăng độ cứng vững của chi tiết gia công
Vị trí của dao phay được xác định bằng cữ so dao Đồ gá được định vị trên bàn máy bằng các then dẫn hướng
Chuyển động cắt gọt là chuyển động quay tròn của dao và chuyển động chạy dao
là chuyển động tịnh tiến của bàn máy
Cô thể các kích thước , độ chính xác và độ nhám bề mặt chuẩn định vị , mặt gia công được thể hiện trên hình vẽ :
Trang 8D Rz20
Rz20
Rz20
B 0,03 C
Ø 10
E
Rz20
Rz20
R3 R3
Ø 12
Ø 6 +0,03
+0,035 +0,035 +0,035
90 ± 0,1
Ø 40
Ø 25
b Các cơ cấu định vị
Phiến tú.
Mặt D đã được gia công tinh có kích thước nh
ở hình trên là một mặt tròn bán kính R=20 (mm)
Sử dụng một phiến tỳ có phần trên là một mặt
phẳng biên dạng tròn bán kính R = 20 (mm) để
định vị 3 bậc tự do của chi tiết Phiến tỳ này được
lắp trên thân đồ gá bằng thân trụ của chính nó có
bán kính 10 (mm) chiều cao phần lắp với thân đồ
gá h = 22 (mm)với kiểu lắp ghép H7/js6
và kẹp chặt bằng vít M 4
Phần trụ này cũng chính là phần định vị của
phiến đối với thân đồ gá Sử dụng phiến tỳ
đơn giản, dễ chế tạo và có độ cứng vững tốt
và dễ cho việc quét dọn
Phiến tỳ được làm bằng thép 20X , được thấm
than và sau nhiệt luyện đạt độ cứng HRC = 50 60
với chiều sâu líp thấm là 0,5 0,8 (mm)
Phiến tỳ có hình dạng và các kích thước như trong hình vẽ :
Hai chốt định vị tiếp xúc với bề mặt trô :
Trang 9Chốt trụ đường kính 10 (mm), có chiều cao phần định vị 40 (mm) với phần chân lắp xuống thân đồ gá là phần trụ đường kính 9 (mm) có chiều cao 20 (mm)
Khối V tự lùa :
Khối V tự lùa để hạn chế 1 bậc tự do , đó là bậc xoay chi tiết quanh trục 0Z Khối V tự lùa được lắp ở đầu bu lông và là chi tiết trung gian cho việc kẹp chặt chi tiết Vật liệu chế tạo khối V tự lùa là thép 20 X được thấm than đạt chiều sâu líp thấm 0,8 1,2 (mm) và sau nhiệt luyện đạt độ cứng HRC 55 60.
Khối V tự lùa có kết cấu nh hình vẽ :
8
A A
R0.6 R1.5
7
7 1x45°
50
1x 45
°
A - A
2 Chế độ cắt.
a Chiều sâu cắt t (mm) :
Trang 10Chiều sâu cắt t khi phay được xác định bằng khoảng cách tiếp xúc của răng dao và phôivà được đo theo hướng vuông góc với đường tâm dao phay.
Ta chọn chiều sâu cắt t chính bằng lượng dư gia công tức là t = 2 (mm)
b Lượng chay dao S (mm/vòng):
Vì ta phải phay đồng thời 3 mặt A , B và E nên máy lắp 3 dao phay vậy công suất máy phải lớn Để phay được mặt phẳng ta dùng dao phay trụ có gắn các mảnh hợp kim cứng
Với công suất máy N > 10 (kw) , vật liệu là gang xám và chọn mảnh hợp kim BK6
ta tra trong “sổ tay công nghệ chế tạo máy” bảng 5-33 ta có lượng chạy dao răng
S Z = 0,25 (mm/răng)
c Tốc độ cắt V (m/phút) :
Tốc độ cắt V được xác định theo công thức: V =
Trong đó:
C V ; m ; x ; y ; u ; q và p – hệ số và số mũ cho trong bảng 5-39.
Với t = 2 (mm) ; S Z = 0,25 (mm/răng) ta tra được C V = 588 ; q = 0,37 ;
x = 0,13 ; y = 0,47 ; u = 0,23 ; p = 0,14 ; m = 0,42
T – chu kỳ bền của dao
Với dao phay trụ lắp dao có đường kính dao (daophay có đường kính lớn nhất) D = 125 (mm) ta ta theo bảng 5-40 được T = 180
Hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt phụ thuộc vào các điều kiện cắt cụ thể :
k V = k MV K nv k uv
Trong đó :
k MV – hệ số phụ thuộc vào chất lượng của vật liệu gia công được tra trong bảng 5-1 có k MV = với n V tr trong bảng 5-2 được
n V = 1,25 k MV = 1,3
k nv – hệ số phụ thuộc vào trạng thái bề mặt của phôi
Theo bảng 5-5 ta có với gang đúc có vỏ cứng thông thường ta có
k nv = 0,8
k uv – hệ số phụ thuộc vào viật liệu của dụng cụ cắt
Theo bảng 5-6 ta có k uv = 1,0
k V = 1,3 0,8 1,0 = 1,04
Thay các trị số vừa tra được vào công thức tính V ta được:
Trang 113 Tớnh lực cắt P Z (N):
Lực cắt P Z được tớnh theo cụng thức :
P Z = Trong đú :
Z – số răng dao phay (dao phay lớn) ; Z = 12 (răng).
n – số vũng quay của dao n = = = 619 (v/p).
C P và cỏc số mũ khỏc cho trong bảng 5-41.
C P = 58 ; x = 0,9 ; y = 0,8 ; u = 1,0 ; q = 0,9 ; w = 0
k MP – hệ số điều chỉnh cho chất lượng của vật liệu gia cụng tra trong bảng 5-9 ta cú k MP = với n = = 1,818
k MP = 0,65
Thay số ta tớnh được trị số của lực cắt:
4 Mụmen xoắn M X (Nm):
Mụmen xoắn trờn trục chớnh của mỏy : M X = = = 785(Nm).
5 Cụng suất cắt N e (kw) :
N e = = 50 (kw).
6 Viết phương trỡnh tớnh lực kẹp cần thiết và tớnh lực kẹp W
6.1 Phương và chiều của lực kẹp.
- Cơ cấu định vị gồm phiến tỳ , hai chốt (nh 1 khối Vcố định) và khối V tự lựa.
Vỡ phiến tỳ định vị để tạo ra chuẩn kớch thước , khi gia cụng lực cắt khụng tạo ra
xờ dịch chi tết chủ yếu theo phương vụng gúc với phiến tỳ , mà tạo ra xờ dịch chủ yếu theo phương vụng gúc với trục của dao (cú hiện tượng trượt trờn phiến tỳ ) Vậy phương của lực kẹp chống lại sự xờ dịch đú
cú nghĩa là vụng gúc với mặt định vị là hai chốt
- Chiều của lực kẹp hướng vào mặt định vị
(hai chốt ) cú lợi thế về lực và kết cấu đơn giản
- Điểm đặt của lực kẹp được chọn tại vị trớ
12
Phiến tỳ
Dao phay
Điểm đặt lực
Chiều lực kẹp
Trang 12sao cho độ cứng vững của phôi và đồ gá
lớn nhất để phôi Ýt bị biến dạng khi kẹp chặt
còng nh khi gia công Trong đồ gá chuyên dùng
này ta sử dụng phương pháp kẹp chặt bằng ren vít
nên điểm đặt của lực kẹp có vị trí cách phiến tỳ từ
dưới lên khoảng 10(mm) có vị trí đối xứng với hai
cạnh tiếp xúc của hai chốt và mặt trụ của chi tiết
Ngoài các cơ cấu trên ta còn sử dụng thêm hai
chốt tỳ phụ nó có tác dụng làm tăng độ cứng vững
cho chi tiết gia công
Kẹp chặt bằng bu lông (dạng ren vít) có kết cấu
đơn giản , lực kẹp lớn đặc biệt có tính tự hãm tốt
Tuy nhiên phải quay nhiều vòng khi kẹp chặt còng nh
khi tháo kẹp chi tiết gia công , cho nên năng suất thấp ,
lực kẹp không ổn định và vẫn có khả năng làm xê dịch
chi tiết do lựcma sát ở đầu ren vít
6.2 Phương pháp tính lực kẹp
Lực kẹp là cơ sở để thiết kế các cơ cấu kẹp chặt Việc tính lực kẹp được coi là gần đúng trong điều kiện chi tiết gia công ở trạng thái cân bằng tĩnh dưới tác dụng của các ngoại lực như : lực kẹp , phản lực của mặt tú , lực ma sát ở các bề mặt tiếp xóc , lực cắt và trọng lượng của chi tiết Trong thực tế lực cắt không ổn định , lực ma sát cũng không ổn định do đó lực kẹp cũng không ổn định
Trị số của lực kẹp : trị số của lực kẹp phôi trên đồ gá phải đảm bảo sao cho phôi cân bằng, ổn định, không bị xô lệch trong suốt quá trình gia công dưới tác dụng của ngoại lực, trong đó chủ yếu là lực cắt, mômen xoắn, trọng lượng của bản thân phôi và các lực loại 2 sinh ra trong qua trình gia công nghĩa là có thể xác định được lực kẹp gần đúng bằng cách giải bài toán cân bằng tĩnh tuỳ theo sơ đồ
gá đặt cụ thể với quan hệ :
= 0 W M = (k, M c , f )
= 0 W P = (k, P c , f )
Trong đó :
W : lực kẹp chặt phôi cần thiết
f : hệ số ma sát giữa mặt chuẩn định vị và mặt làm việc của đồ định vị ,
thường lấy f = 0,1
k : hệ số xét đến yêu cầu đảm bảo an toàn khi gia công
M c : mômen cắt
P c : lực cắt.