Phần I: Máy công cụ Mở đầu Các loại sản phẩm cơ khí nói chung được tạo ra bằng các quá trình cơ bản sau 1. Đúc. Thiết bị có liên quan là các loại máy đúc, khuôn mẫu... 2. Gia công áp lực: gia công không phoi, tạo sản phẩm nhờ quá trình biến dạng dẻo kim loại với các loại máy cán, ép, máy búa ... 3. Ghép nối: ví dụ hàn, các mối ghép... 4. Gia công cắt gọt kim loại: gia công có phoi, tạo sản phẩm bằng cách lấy đi lượng kim loại dư thừa để đạt hình dáng và kích thước cũng như chất lượng kỹ thuật theo yêu cầu. Máy công cụ cắt gọt kim loại được dùng cho quá trình nầy. Ngoài ra, thường có các quá trình gia công tinh lần cuối, sơn mạ... trước khi đưa vào xử dụng. Quá trình gia công cắt gọt kim loại để tạo sản phẩm có ưu điểm: – Đạt độ chính xác kích thước cao – Hình dáng hình học đảm bảo, sắc cạnh. – Kinh tế Tuy vậy cũng có một số nhược điểm: – Lãng phí vật liệu – Tốn nhiều thời gian hơn một số quá trình khác Do đó, khi thiết kế chế tạo sản phẩm, cần lựa chọn thích hợp cách gia công cũng như luôn phải nghĩ đến biện pháp cải thiện chất lượng sản phẩm. Các yếu tố có liên quan trong quá trình cắt: 1. Máy công cụ 2. Vật liệu kỹ thuật 3. Dụng cụ cắt 4. Chế độ cắt và kế hoạch sản xuất 5. Điều kiện gia công ( làm mát)
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Tập bài giảng Môn học Máy Công Cụ Biên soạn theo đề cương môn học chuyên ngành cơ khí ĐHBK ĐN Người biên soạn : Bùi trương Vỹ Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Đại học Đà nẵng. Đà Nẵng - Năm 2007 2 Phần I: Máy công cụ Mở đầu Các loại sản phẩm cơ khí nói chung được tạo ra bằng các quá trình cơ bản sau 1. Đúc. Thiết bị có liên quan là các loại máy đúc, khuôn mẫu 2. Gia công áp lực: gia công không phoi, tạo sản phẩm nhờ quá trình biến dạng dẻo kim loại với các loại máy cán, ép, máy búa 3. Ghép nối: ví dụ hàn, các mối ghép 4. Gia công cắt gọt kim loại: gia công có phoi, tạo sản phẩm bằng cách lấy đi lượng kim loại dư thừa để đạt hình dáng và kích thước cũng như chất lượng kỹ thuật theo yêu cầu. Máy công cụ cắt gọt kim loại được dùng cho quá trình nầy. Ngoài ra, thường có các quá trình gia công tinh lần cuối, sơn mạ trước khi đưa vào xử dụng. Quá trình gia công cắt gọt kim loại để tạo sản phẩm có ưu điểm: – Đạt độ chính xác kích thước cao – Hình dáng hình học đảm bảo, sắc c ạnh. – Kinh tế Tuy vậy cũng có một số nhược điểm: – Lãng phí vật liệu – Tốn nhiều thời gian hơn một số quá trình khác Do đó, khi thiết kế chế tạo sản phẩm, cần lựa chọn thích hợp cách gia công cũng như luôn phải nghĩ đến biện pháp cải thiện chất lượng sản phẩm. Các yếu tố có liên quan trong quá trình cắt: 1. Máy công cụ 2. Vật liệu kỹ thuật 3. Dụng cụ cắt 4. Chế độ cắt và kế hoạch sản xuất 5. Điều kiện gia công ( làm mát) 3 Chương 1: Chuyển động học trong máy công cụ 1. Các dạng bề mặt thường dùng cho sản phẩm cơ khí Có thể phân thành 3 dạng bề mặt: 1.1. Dạng bề mặt tròn xoay: Tạo bởi đường chuẩn là đường tròn, và tùy theo loại đường sinh ( thẳng, bất kỳ, gãy khúc ) có các dạng bề mặt sau (H1.1) a. bề mặt trụ tròn xoay c. bề mặt định hình tròn xoay d. bề mặt ren H1.1: Các dạng bề mặt tròn xoay C S S C S S C b. bề mặt nón C α a. bề mặt phẳng c. bề mặt cong phẳng H1.2: Các dạng bề mặt phẳng C S b. bề mặt răng thanh răng C S C S d. bề mặt răng bánh răng C S 1.2. Dạng bề mặt phẳng: Có đường chuẩn là đường thẳng, và dạng bề mặt tạo ra tùy thuộc vào loại đường sinh (H1.2) 1.3 Dạng mặt đặc biệt: bề mặt cam, cánh turbin có đường sinh tuân theo quy 4 luật hình học nhất định. Như vậy: + Bề mặt đươc tạo ra khi cho đường sinh chuyển động theo đường chuẩn: ∗ Với đường sinh và đường chuẩn là đường thẳng và tròn, cơ cấu máy chỉ cần tạo ra các chuyển động đơn giản như thẳng và tròn đều . ∗ Với đường sinh có dạng hyperbol, ellip, xoắn lôga , cơ cấu máy phải thực hiện các chuyển động th ẳng và tròn không đều: khó ứng dụng thực tế. + Các chuyển động của cơ cấu máy để tạo ra các đường sinh và đường chuẩn cần thiết được gọi là chuyển động tạo hình của máy công cụ. 2. Chuyển động tạo hình của máy công cụ: 2.1 Định nghĩa: Chuyển động tạo hình bao gồm mọi chuyển động tương đối giữa dao và phôi trực tiếp tạo ra bề mặt gia công. Ví dụ: Q và T là chuyển động tạo hình (H1.3a) Có các trường hợp : Q T H1.3a a) Tạo hình đơn giản: là chuyển động độc lập Q ( không phụ thuộc vào một chuyển động nào khác-H1.3b) Q H1.3b: Tạo hình đơn giản b) Tạo hình phức tạp: gồm các chuyển động phụ thuộc Q&T (H1.3c) t p Q T H1.3c: Tạo hình phức tạp c) Tạo hình vừa đơn giản vừa phức tạp-Q: chuyển động độc lập,T 1 &T 2 là chuyển động tạo hình phức tạp để phối hợp thành T (H1.3d) Q T T 1 T 2 H1.3d Các chuyển động của các khâu chấp hành ( dao& phôi ) là các chuyển động tương đối vì có thể được thực hiện bởi bất kỳ khâu nào, dao hoặc phôi. Ngoài chuyển động tạo hình, trong máy còn có các chuyển động khác như tiến, lùi dao nhanh, chuyển động phân độ , đây là các chuyển động phụ cần thiết để hoàn tất quá trình tạo hình. 2.2 Các phương pháp tạo hình bề mặt trên máy công cụ. Bao gồm: 1. Phương pháp chép hình: Lưỡi cắt của dụng c ụ cắt trùng với đường sinh của bề mặt tạo hình. Trong quá trình cắt, lưỡi cắt luôn tiếp xúc với bề mặt tạo hình 5 (H1.4a,b). Phương pháp nầy có ưu điểm cho năng suất cao nhưng khó chế tạo dụng cụ, ngoài ra lực cắt phát sinh lớn nên phải chọn chiều rộng lưỡi cắt thích hợp. S(lưỡi cắt) C a) Bào định hình c) Phay bao hình S(hình bao của lưỡi cắt chuyển động) d)Nguyên lý tạo dạng răng bao hình H1.4: Một số phương pháp tạo hình bề mặt b)Phay mô đun S(lưỡi cắt) 2. Phương pháp bao hình: Lưỡi cắt chuyển động tạo ra nhiều bề mặt, đường, điểm hình học luôn tiếp xúc với bề mặt gia công. Tập hợp tất cả các vết lưỡi cắt nầy chính là đường sinh của bề mặt tạo hình và nó không phụ thuộc vào hình dạng dụng cụ cắt( H1.4c,d). 3. Phương pháp theo vết: Phương pháp nầy có đường sinh của bề mặt tạo hình là tậ p hợp các chất điểm trùng với điểm cắt gọt trên dao khi chuyển động, chủ yếu được ứng dụng cho các máy điều khiển chương trình số. 3. Sơ đồ kết cấu động học máy công cụ 3.1 Định nghĩa: Sơ đồ kết cấu động học là sơ đồ mô tả chuyển động tạo hình của máy. Qua sơ đồ nầy có thể bi ểu diễn mối liên hệ chuyển động giữa nguồn động lực và khâu chấp hành, hoặc giữa các khâu chấp hành với nhau. Ví dụ: Sơ đồ kết cấu động học của máy tiện ren (H1.5). – Chuyển động tạo hình theo sơ đồ: Q&T – Mối liên hệ chuyển động giữa các khâu chấp hành 1. Động cơ đến phôi (tạo hình đơn giản): n đ/c ⋅ i v = n t/c [v/ph] (1.1) 2. Phôi đến bàn dao (tạo hình phức tạp): 1vòng t/c ⋅ i s ⋅ t x ⋅ k = t p [mm] (1.2) • i v , i s : cơ cấu điều chỉnh của Hộp Tốc độ và Hộp Chạy dao. 6 • k: hệ số chuyển đổi đơn vị. H1.5: Sơ đồ kết cấu động học máy tiện ren – Đường nối từ động cơ đến khâu chấp hành hoặc giữa 2 khâu chấp hành được gọi là xích truyền động. Trên xích truyền động, ngoài cơ cấu điều chỉnh còn có các tỉ số truyền cố định dùng làm nhiệm vụ nối đường truyền. 3.2 Phương pháp nghiên cứu và thiết kế: – Phải xuất phát từ bề mặt gia công của sản phẩm cần chế tạo để phân tích các chuyển động cần thiết. – Xác định chuyển động tạo hình và các chuyển động phụ khác. – Phân phối hợp lý các chuyển động tương đối cho các khâu chấp hành. – Vẽ sơ đồ kết cấu động học máy và thiết lập các quan hệ chuyển động. 7 Chương 2: Các cơ cấu truyền động trong máy công cụ 1. Phân loại và ký hiệu máy: 2.1 Phân loại: Thường phân loại máy theo các cách: – Theo công dụng: Có máy tiện, phay, bào – Theo mức độ vạn năng: Có máy vạn năng, máy chuyên dùng – Theo độ chính xác: máy cấp chính xác thường, máy cấp chính xác nâng cao, cao Cấp chính xác máy do TCVN 17-42-75 quy định. – Theo trọng lượng máy: trung bình (≤ 10T), cỡ nặng (10 ÷30T)… – Theo mức độ tự động hoá: Có máy tự động, bán tự động 2.2 Ký hiệu: Mỗi nước có ký hiệu máy khác nhau. Tiêu chuẩn ngành cơ khí nước ta TCVN-C1-63 đã quy định về cách ký hiệu các máy cắt kim loại (Bảng 9.1[4] ). Các thông số và các kích thước cơ bản của chúng cũng đã được tiêu chuẩn. Ví dụ : T620, K135, P82… T: Nhóm máy tiện, 6: máy vạn năng. 20: Kích thước phôi lớn nhất gia công được trên máy theo bán kính tính bằng cm (hay ∅ max = 400) 2. Các cơ cấu truyền động: 2.1 Các loại chuyển động: Phân theo mức độ tiêu thụ công suất, ta có: – Chuyển động chính: Tiêu thụ công suất lớn (5÷10kW), dùng để tạo tốc độ cắt. + Với chuyển động chính quay tròn: 1000 Dn V π = [m/ph] (2.1) trong đó: D, đường kính chi tiết gia công [mm]; n, số vòng quay [v/ph]. + Với chuyển động chính tịnh tiến: 1000 Ln2 V htk = [m/ph] (2.2) L, chiều dài hành trình [mm]; n htk , số hành trình kép [htk/ph]. – Chuyển động chạy dao: Tiêu thụ công suất bé( khoảng 5% công suất truyền động chính), là chuyển động có ảnh hưởng đến năng suất và độ bóng bề mặt gia công. Ngoài ra cũng phải kể đến các chuyển động phụ cần thiết khác. 2.2 Các cơ cấu truyền động: A. Hộp Tốc độ: 8 Yêu cầu đối với các cơ cấu truyền động trong hộp tốc độ máy công cụ: – Truyền công suất lớn. – Biến đổi được tốc độ trong 1 phạm vi nhất định. – Có tính công nghệ. Thường dùng các loại cơ cấu sau 1. Truyền động vô cấp: Các bộ truyền động puli hình nón, bộ biến tốc cơ khí hoặc có thể dùng truyền động thủy lực, truy ền động điện Loại truyền động nầy có ưu điểm là biến đổi được vô cấp tốc độ nhưng phạm vi biến đổi nhỏ, công suất truyền không lớn (H2.1). Đ/C x x R max R min I II II x x R 1min R 1max R 2min R 2max Đ 1 Đ 2 I III ° ° x x I II D max D min H2.1: Một số bộ biến tốc cơ khí a. puli hình nón b. bộ biến tốc ma sát mặt đĩa c. bộ biến tốc ma sát hình xuyến 2. Truyền động phân cấp (H2.2): Mặc dù chỉ cho phép biến đổi phân cấp tốc độ, nhưng bằng cách sử dụng dãy số tốc độ ra tuân theo quy tắc cấp số nhân, có thể hạn chế tổn thất nầy. Phạm vi biến đổi tốc độ được mở rộng khi ghép nối tiếp các nhóm truyền (các khối bánh răng di trượt). Truyền động phân cấp với các bộ truyền bánh răng đượ c xử dụng rộng rãi. Phạm vi biến đổi tốc độ: R n = min max n n (2.3) Số cấp tốc độ: z = ∏ n 1 i p (2.4) trong đó p i : số tỉ số truyền của nhóm truyền thứ i. 9 x x x x x x x x xx x x x x x x x a. puli bậc b. khối bánh răng di trượt 2 bậc c. khối bánh răng di trượt 3 bậc d. khối bánh răng di trượt 4 bậc D 1 D 2 D 3 D 4 D ' 1 D ' 2 D ' 3 D ' 4 III I II I II I II z 1 z ' 1 z 2 z ' 2 z 1 z ' 1 z 2 z ' 2 z 3 z ' 3 z 1 z ' 1 z 2 z ' 2 z 3 z ' 3 z 4 z ' 4 x x M I II z 1 z ' 1 z 2 z ' 2 z 2 x x M I II z 1 z ' 1 z ' 2 ° xx x z 1 z ' 1 z 2 z ' 2 I II e.cơ cấu biến đổi tốc độ với ly hợp vấu f.cơ cấu biến đổi tốc độ với ly hợp ma sát H2.2: Một số cơ cấu biến đổi tốc độ g.ly hợp vấu 2 phía h.ly hợp vấu và tay đòn Mz 1 x x I II z ' 1 z 2 z ' 2 B. Hộp Chạy dao Yêu cầu đối với các cơ cấu truyền động trong hộp chạy dao máy công cụ: – Truyền công suất bé, khoảng( 5 ÷ 10)% công suất truyền động chính – Biến đổi được tốc độ trong 1 phạm vi nhất định – Có tính công nghệ, ví dụ dễ lắp ráp, chế tạo, thay thế Thường dùng các loại cơ cấu sau : Các cơ cấu chạy dao trên các hình (H2.3 a,b,c,d) như cơ cấu then kéo, bánh răng hình tháp, cơ cấu Mean, cơ cấu bánh răng thay thế 10 x xxxx z 1 z 2 z 3 z 4 z ' 1 z ' 2 z ' 3 z ' 4 z 4 z 1 z 2 z 3 z 0 z 8 I II I II III a.cơ cấu then kéo b.cơ cấu BR hình tháp c.cơ cấu Mean d.cơ cấu BR thay thế xx x x a b c d A 0 A 0 a b d c R xxxx xx x z 1 z 2 z 3 z 5 z 6 z 7 z 0 z 8 I II H2.3:Các cơ cấu chạy dao C. Một số cơ cấu đặc biệt khác: x I II III z 1 z 2 z 0 z ' 1 z ' 2 xx I II III z 1 z 0 z 2 z 3 I z 1 z 2 z 3 M II x II I z 3 k xx xx xx z 2 z 3 z 4 z giá 1 Tay 6 III M z 1 z 2 x I II z 1 z 2 H2.4a. H2.4b. H2.4c. H2.4d. I II z 3 x H2.4e. H2.4f. H2.5: Cơ cấu vi sai x II M I x x III z 1 z 0 z 2 z 3 z 4 H2.4: Một số cơ cấu đảo chiều và tổng hợp chuyển động 1. Các cơ cấu đảo chiều (H2.4). Bao gồm: − Các loại truyền động giữa các trục song song (H2.4a,b,c) − vuông góc(H2.4d,e) [...]... gia công thô (gia công trước nhiệt luyện) và gia công tinh (sau nhiệt luyện) Nhóm máy dùng cho gia công thô: – phay lăn – xọc răng – bào răng (gia công bánh răng côn) Nhóm máy dùng cho gia công tinh – mài răng – cà răng – nghiền răng Thông số kỹ thuật chính của các máy gia công bánh răng là đường kính lớn nhất của phôi bánh răng gia công được trên máy Sau đây là một số các loại máy gia công bánh răng... do bàn máy thực hiện theo 3 phương: ngang, dọc, đứng 2 Máy phay: Được phân thành 2 loại theo công dụng: – Máy phay vạn năng: ngang, đứng – Máy phay chuyên dùng: gia công được 1 số loại chi tiết nhất định, ví dụ máy phay ren vít, phay chép hình Thông số chính của máy phay là kích cỡ bàn máy xác định kích thước lớn nhất của phôi gia công được trên máy (TCVN 268-68) 2.1 Các bộ phận chính của máy phay... Phay rãnh xoắn: Tính toán tương tự 4 Các loại máy phay chuyên dùng: Ngoài các máy phay vạn năng, trong sản xuất còn gặp các loại máy phay có chế độ gia công nâng cao nhằm khai thác dụng cụ cắt vật liệu mới, máy phay giường dùng cho gia công các chi tiết dạng hộp có kích thước lớn, máy phay ren để gia công ren trong sản xuất loạt và khối Câu hỏi và bài tập chương 4 1 Đọc sơ đồ động máy 6H81 và liệt kê... của 1 máy gia công bánh răng Các cơ cấu chấp hành là dao A và phôi B Phôi bánh răng B được lắp đồng trục và cùng quay với bánh vít 9 a Nếu phôi bánh B quay theo chiều kim đồng hồ, hãy xác định hướng xoắn của trục vít A b Xác định tỉ số tốc độ góc ω7 khi cắt phôi bánh răng B có số răng z = 72 ω5 13 Chương 3 : Máy tiện 1 Phương pháp gia công tiện và phân tích động học Tiện là 1 phương pháp gia công cắt... 39-44-45-47-49-51-54 – Vít me bàn máy có bước tx = 6mm 31 H4.5: Sơ đồ động máy phay ngang 6H81 32 H4.6: Sơ đồ động máy phay đứng 6H12Πb 33 Chương 5 : Máy gia công bánh răng hình trụ 1 Các phương pháp hình thành dạng răng và phân tích động học – Các bộ truyền bánh răng hình trụ được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật nhờ độ chính xác truyền động cao, truyền được công suất lớn, kết cấu gọn Nhược điểm chính... Câu hỏi và bài tập Chương 1 & Chương 2: 1 Đặc điểm tạo hình trên máy công cụ Thế nào là chuyển động tạo hình? 2 Sơ đồ kết cấu động học máy công cụ? 3 Cho tốc độ trục vào (trục I) là nI Tính toán các giá trị tốc độ trục ra (trục chính ) ở H2.2h 4 Viết tất cả các giá trị tốc độ trục ra theo tốc độ trục vào nI trên các H2.3b,c (cơ cấu bánh răng hình tháp và cơ cấu Mean) Có nhận xét gì về quy luật dãy...− truyền động bánh răng ăn khớp trong (H2.4f)…dùng đảo chiều chuyển động cho trục ra 2 Cơ cấu tổng hợp chuyển động (cơ cấu vi sai) Các cơ cấu nầy thường dùng trong các máy gia công bánh răng khi cần phối hợp chuyển động (H2.5) 2.3 Đồ thị phương trình tốc độ cắt và lượng chạy dao H2.6: Đồ thị tia hình quạt A H2.7: Đồ thị logarít Đồ thị tia hình quạt: Cơ sở thiết lập đồ thị tia hình quạt dựa... loại: – Máy tiện vạn năng: gia công được nhiều chủng loại chi tiết – Máy tiện chuyên dùng: gia công được 1 số loại chi tiết nhất định Các thông số chính của máy tiện là đường kính lớn nhất của phôi gia công được bên trên thân máy và khoảng cách lớn nhất giữa 2 mũi tâm xác định chiều dài lớn nhất của phôi gia công (TCVN 267-68) 2.1 Các bộ phận chính của máy tiện A Các bộ phận đứng yên – Thân máy – Hộp... 20)mm, số răng z = (10 ÷ 500), ở máy công cụ thường xử dụng m = (1 ÷ 5)mm, z = (12 ÷ 300) – Các phương pháp chế tạo: Nguyên công công nghệ chủ yếu khi gia công bánh răng là tạo biên dạng răng của nó, chiếm khoảng (50 ÷ 60 )% khối lượng gia công cơ chung của bánh răng Có 2 phương pháp tạo biên dạng răng thân khai 1 Phương pháp chép hình: Biên dạng lưỡi cắt của dụng cụ cắt (dao phay ngón, dao phay đĩa... bao hình là quá trình gia công nhắc lại sự ăn khớp của một cặp bánh răng-thanh răng hoặc của một cặp bánh răng trong đó 1 đóng vai trò là dao, 1 là phôi Phương pháp bao hình cho năng suất cao, độ chính xác tạo biên dạng cao hơn phương pháp chép hình, ngoài ra với cùng 1 dao có thể gia công bánh răng có số răng tùy ý Tuy nhiên dao khó thiết kế và chế tạo Các máy gia công bánh răng thường được phân loại