Đồ án thiết kế đồ gá

Tài liệu tham khảo Đồ án thiết kế đồ gá

Mục lục

Lời nói đầu

I Thiết kế cơ cấu định vị

1 Phân tích sơ đồ định vị và các bề mặt chuẩn

2 Lựa chọn, thiết kế các chi tiết của cơ cấu định vị

II Phân tích, lựa chọn đồ gá theo năng suất

III Tính toán, thiết kế cơ cấu kẹp

1 Tính toán lực kẹp

2 Thiết kế cơ cấu kẹp

3 Kiểm tra bền

IV Phân tích, tính toán nguồn sinh lực

V Thiết kế tổng thể đồ gá

1 Các cơ cấu khác

2 Dạng tổng thể của đồ gá, kiểm tra bền

3 Chi tiết hoá các chi tiết phi tiêu chuẩn

VI Tính toán, xác định các chỉ tiêu về độ chính xác, bền, bền mòn

1 Xác định độ chính xác các kích thớc chế tạo đồ gá

2 Xác định ảnh hởng bền mòn đến độ chính xác gia công

IV AN TOàN lao động và môi trờng

Tài liệu tham khảo

Lời nói đầu

để góp phần vào công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc, ngành sản xuất cơ khí cần phải nhanh chóng nâng cao chất lợng và năng suất chế tạo, vì đó là một trong các ngành trọng điểm của nền công nghiệp quốc gia đặc biệt là chế tạo thiết bị và phụ tùng, cung cấp cho các ngành công nghiệp khác thiết bị sản xuất

Đồ gá gia công cơ góp phần không nhỏ vào nhiệm vụ đó, bởi máy móc, thiết bị

đều phải dùng đến đồ gá mới có thể gia công đợc

Một trong những nhiệm vụ chính của chuẩn bị sản xuất là thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ, có thể chiếm tới 80% khối lợng chuẩn bị sản xuất và 10-15% giá thành sản phẩm (giá thành máy) Chi phí cho thiết kế và chế tạo đồ gá chiếm một tỉ lệ lớn trong tổng chi phí cho trang bị công nghệ Vì vậy việc thiết kế

và tiêu chuẩn đồ gá cho phép giảm thời gian sản xuất, tăng năng suất lao động một cách đáng kể

Đồ án môn học: Cơ sở thiết kế đồ gá là hết sức cần thiết đối với sinh viên khoa cơ khí nói chung và sinh viên ngành Chế tạo máy nói riêng, giúp cho sinh viên nắm đợc những kiến thức cơ bản về đồ gá gia công cơ và cách thức thiết kế

đồ gá để gia công một chi tiết nhất định

Trong quá trình thực hiện đồ án môn học, em đã đợc sự chỉ bảo tận tình của

thầy giáo Tạ Đăng Doanh và các thầy giáo trong bộ môn Chế tạo máy, giúp em

hoàn thành đồ án môn học Tuy nhiên do khả năng và trình độ còn hạn chế nên đồ

án còn nhiều thiếu sót, em rất mong đợc sự chỉ bảo tận tình của các thầy và sự

đóng góp chân tình của các bạn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Tạ Đăng Doanh cùng các thầy trong bộ

môn Chế tạo máy đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Học viên thực hiện

Nguyễn Hồng Phong

I thiết kế cơ cấu định vị

1 Phân tích sơ đồ định vị và các bề mặt chuẩn

Chi tiết cần gia công là càng quay cong gồm có hai đầu: đầu lớn và đầu nhỏ Nối tiếp giữa hai đầu là phần thân cong có tiết diện hình chữ nhật Độ nhám của các bề mặt đầu ở hai đầu và của các lỗ đã gia công φ25H7, φ40H7 đều thấp:

Ra = 2,5 Do vậy ta cần sử dụng các bề mặt này làm chuẩn tỳ để định vị chi tiết trong khi gia công

Lỗ cần gia công nằm ngang trên phần đầu nhỏ của càng Kích thớc của lỗ là

φ13H8 và yêu cầu độ nhám của lỗ thấp Ra = 2,5 Do vậy để gia công đợc lỗ đạt đợc yêu cầu kĩ thuật đa ra cần phải thực hiện hai bớc nguyên công là khoan và khoét trên máy khoan đứng kiểu 2H125 Nh vậy trong quá trình gia công, chi tiết vừa chịu tác dụng của mô men cắt Mc, vừa chịu tác dụng của lực tiến dao P

Theo sơ đồ định vị của chi tiết cần gia công ta có:

+ Mặt đầu của đầu nhỏ hạn chế 3 bậc tự do, gồm 2 bậc tự do xoay và 1 bậc tự

do tịnh tiến

+ Mặt trụ trong φ25H7 trên đầu nhỏ hạn chế 2 bậc tự do, gồm 2 bậc tự do tịnh tiến

+ Mặt trụ trong φ40H7 trên đầu to hạn chế 1 bậc tự do, gồm 1 bậc tự do xoay

Nh vậy theo sơ đồ định vị này, chi tiết bị hạn chế cả 6 bậc tự do Mặt đầu của

đầu nhỏ do hạn chế số bậc tự do nhiều nhất nên là chuẩn chính

2 Lựa chọn, thiết kế các chi tiết của cơ cấu định vị

Cơ cấu định vị của đồ gá đợc dùng để xác định vị trí chính xác của chi tiết

gia công trên đồ gá Khi gá đặt, các mặt chuẩn của chi tiết gia công sẽ tiếp xúc với các bề mặt định vị của đồ gá Yêu cầu chung đối với các cơ cấu định vị:

+ Số lợng và phân bố các phần tử định vị đủ để định vị phôi theo yêu cầu, đảm bảo đủ độ cứng vững khi kẹp chặt

+ Kết cấu và kích thớc các chi tiết định vị phải chọn theo tiêu chuẩn Bề mặt làm việc của các chi tiết này phải có độ chống mòn lớn Vật liệu chế tạo các chi tiết định vị thờng là thép Y7A hoặc các loại thép 15, 20, 20X với các bề mặt đợc thấm cácbon có độ sâu 0,8 ữ 1,2 mm và nhiệt luyện đạt độ cứng HRC 50 ữ

55

+ Các chi tiết định vị chính và phụ phải có độ cứng vững nhất định, không bị biến dạng quá lớn Lắp ghép các phần tử định vị với thân đồ gá cần phải chắc chắn + Chi tiết định vị phải đợc chế tạo với diện tích mặt tỳ hạn chế để giảm bớt ảnh hởng của các nhấp nhô tới độ ổn định gá đặt

+ Các chi tiết định vị không đợc làm hỏng mặt chuẩn trên chi tiết gia công, nhất

là các bề mặt đợc sử dụng làm chuẩn tinh, không đợc gia công lại trong quá trình chế tạo chi tiết

Trên cơ sở các yêu cầu và sơ đồ định vị của chi tiết cần gia công ta chọn các phần tử định vị nh sau:

+ Sử dụng phiến tỳ để định vị mặt đầu của đầu nhỏ, hạn chế đợc 3 bậc tự do + Sử dụng chốt gá để định vị mặt trụ trong φ25H7 trên đầu nhỏ hạn chế đợc 2 bậc tự do

+ Sử dụng chốt trám để định vị mặt trụ trong φ40H7 trên đầu to hạn chế 1 bậc

tự do, trục dài của chốt trám phải vuông góc với đờng nối tâm hai đầu

Dựa vào kích thớc của chi tiết cần gia công, ta chọn kiểu phiến tỳ phi tiêu chuẩn, dạng đĩa tròn, kích thớc của phiến tỳ nh sau:

Kích thớc của chốt gá và chốt trám tra theo Sổ tay công nghệ chế tạo máy

Tập II

– ta sẽ đợc các kích thớc tiêu chuẩn nh sau:

- Kích thớc của chốt gá (theo bảng 8-9):

* Vật liệu: thép 20Cr thấm than, sâu 0,8 ữ 1,2 mm, HRC 50 ữ 55

- Kích thớc của chốt trám (theo bảng 8-9):

D(g6) l d(j6) L h1 c c b b1 B

* Vật liệu: thép 20Cr thấm than, sâu 0,8 ữ 1,2 mm, HRC 50 ữ 55

II phân tích, lựa chọn kiểu đồ gá theo năng suất

Đồ gá là trang bị công nghệ cần thiết và không thể thiếu đợc trong quá trình gia công cơ khí, nó góp phần đảm bảo tính chất lắp lẫn của sản phẩm, nâng cao trình độ cơ khí hoá và tự động hoá của quá trình sản xuất cơ khí Có rất nhiều kiểu

đồ gá khác nhau, tuỳ thuộc vào dạng sản xuất và yêu cầu chất lợng sản phẩm mà ta lựa chọn cho phù hợp Kiểu đồ gá vạn năng đợc sử dụng chủ yếu ở dạng sản xuất

đơn chiếc – loạt nhỏ, cho năng suất thấp và chất lợng sản phẩm không cao Ngợc lại kiểu đồ gá chuyên dùng chỉ đợc sử dụng cho một nguyên công nhất định đối với một chi tiết nhất định, nó cho phép gá đặt nhanh và độ chính xác gá đặt cao Đối với chi tiết cần gia công, ta phải thực hiện hai nguyên công khoan và khoét để tạo thành lỗ trụ φ13H8, dạng sản xuất là loạt lớn, do vậy ta chọn kiểu đồ gá chuyên dùng Để giảm giá thành của đồ gá ngời ta thờng dùng tối đa những chi tiết tiêu chuẩn Tuy nhiên để đảm bảo cho quá trình gá đặt chi tiết đợc thuận tiện, cho năng suất và chất lợng gá đặt cao, đảm bảo độ tin cậy, an toàn trong quá trình gia công chi tiết đáp ứng yêu cầu sản xuất dới dạng loạt lớn thì việc lựa chọn cơ cấu kẹp chặt là vô cùng quan trọng và là bớc khó khăn nhất đối với việc thiết kế đồ gá gia công cơ Trên cơ sở đó ta chọn cơ cấu kẹp chặt dạng xi lanh – pittong khí nén, vừa đảm bảo kẹp chi tiết nhanh, tin cậy, giảm thời gian phụ vừa giảm nặng nhọc cho công nhân và mang lại hiệu quả lớn Bên cạnh đó, cơ cấu kẹp chặt xi lanh – pittong khí nén còn cho phép đạt đợc lực kẹp rất lớn, điều chỉnh đợc lực kẹp theo yêu cầu làm việc và không phụ thuộc vào công nhân

III tính toán, thiết kế cơ cấu kẹp

1 Tính toán lực kẹp

Lực kẹp dùng để chống lại sự dịch chuyển của phôi so với các phần tử định vị của đồ gá dới tác dụng của trọng lợng phôi và lực phát sinh trong quá trình gia công nh lực cắt, lực quán tính, lực ly tâm…

Yêu cầu đối với lực kẹp đó là không phá vỡ định vị của phôi đã đợc xác lập

từ trớc, do đó cần phải lựa chọn hớng và điểm đặt một cách hợp lý; không gây biến dạng phôi gây h hỏng bề mặt; đảm bảo việc kẹp chặt và tháo kẹp không tốn thời gian Việc chọn hớng của lực kẹp phải đảm bảo vuông góc với mặt định vị chính,

đảm bảo sự tiếp xúc tốt của các mặt chuẩn trên định vị chính Căn cứ vào sơ đồ

định vị, hớng của lực cắt, ta chọn hớng của lực kẹp vuông góc với mặt đầu ở đầu nhỏ của càng, điểm đặt có thể coi nh đặt tại tâm của lỗ

Khi gia công, lực tác dụng lên chi tiết bao gồm: mô men cắt M, lực chiều trục P, lực kẹp chặt Q và lực ma sát tại mặt tỳ Fms (hoặc Mms) Phơng tác dụng và

điểm đặt của các lực đợc biểu diễn trên hình vẽ

a Xác định mô men cắt và lực dọc trục lớn nhất

Giá trị của mô men cắt M và lực dọc trục P phụ thuộc vào chế độ cắt và

ph-ơng pháp gia công cụ thể Giả sử để gia công đợc lỗ φ13 ta phải thực hiện qua hai bớc: khoan lỗ φ10 sau đó khoét thành lỗ φ13 Khi đó ta sẽ tính đợc các giá trị cụ thể của chúng

*) Khi khoan: Mx = 10.CM.Dq.Sy.kp ; P = 10.Cp.Dq.Sy.kp (1)

Theo bảng 5-32 (Sổ tay CNCTM – tập 2), đối với vật liệu gia công là thép cácbon, vật liệu dụng cụ là thép gió ta có:

CM = 0,0345; qM = 2; y = 0,8; Cp = 68; qp = 1; y = 0,7

Mặt khác tốc độ cắt tính ra vòng/phút là:

n=1000. . =10003,14..1030

D

v

Lợng chạy dao tính ra mm/vòng:

s =

955

20

= 0,021 (mm/vòng) Tốc độ cắt khi khoan:

v= 30 (m/ph)

Kp: hệ số tính đến các yếu tố gia công thực tế, theo bảng (5-9) ta có:

KP= KMP=

n

B 











750

σ

trong đó đối với nguyên công khoan ta có: n = 0,75; σB=750 MPa

Vậy ta có: KP = 1

Thay vào (1) ta đợc:

Mx = 10.0,0345.102.0,0210,8.1 = 1,57 (Nm)

P = 10.68.10.0,0210,7.1 = 455 (N)

*) Khi khoét: Mx = 10.CM.Dq.tx.Sy.kp ; P = 10.Cp.tx.Dq.Sy.kp

Theo bảng 5-32 (Sổ tay CNCTM – tập 2), đối với vật liệu gia công là thép cácbon, vật liệu dụng cụ là thép gió ta có:

Đối với M : CM = 0,09; qM = 1; x = 0,9; y = 0,8;

Đối với P : Cp = 67; x = 1,2; y = 0,7

Mặt khác tốc độ cắt tính ra vòng/phút là:

n=1000. . =10003,14..1325

D

v

Lợng chạy dao tính ra mm/vòng:

s =

612

15

= 0,0245 (mm/vòng) Tốc độ cắt khi khoan:

v= 25 (m/ph)

Chiều sâu cắt : t = 0,5(D1 – D2) = 0,5(13 –10) = 1,5 (mm)

Kp: hệ số tính đến các yếu tố gia công thực tế, theo bảng (5-9) ta có:

KP= KMP=

n

B 











750

σ

trong đó đối với nguyên công khoét ta có: n = 0,75; σB=750 MPa

Vậy ta có: KP = 1 Thay vào (1) ta đợc:

M = 10.0,09.131.1,50,9.0,2450,8.1 = 5,47 (Nm)

P = 10.67.1,51,2.130.0,2450,7.1 = 407 (N)

Để đảm bảo kẹp chặt chi tiết trong toàn bộ quá trình gia công, ta phải tính toán lực kẹp khi chi tiết chịu lực cắt tối đa Theo tính toán ở trên ta có :

Mmax = 5,47 (Nm) ; Pmax = 455 (N)

Công suất cắt:

Ne=

9750

.n

M x

Ne = 5,975047.612 = 0,343 (Kw)

Dựa vào công suất cắt chọn đợc máy khoan đứng kiểu máy Nga 2H125 (bảng 9-21 Sổ tay CNCTM Tập 3)

b Xác định lực kẹp chặt

*) Tính hệ số an toàn chung K để đảm bảo an toàn khi kẹp chặt chi tiết:

Sơ đồ tính lực kẹp đợc coi là gần đúng trong điều kiện ở trạng thái cân bằng tĩnh dới tác dụng của ngoại lực Giá trị của lực kẹp lớn hay nhỏ là tuỳ thuộc vào ngoại lực tác dụng Lực cắt thực tế không phải là hăng số Ngoài ra còn nhiều điều kiện không ổn định khác Để tính đến các gây nên không ổn định nói trên, khi tinh lực kẹp ta thêm vào các hệ số:

-K0: Hệ số an toàn trong mọi trờng hợp K0=1,5

-K1: Hệ số kể đến lợng d không đều K1=1,1

-K2: Hệ số kể đến dao cùn làm tăng lực cắt K2 =1,2

-K3: Hệ số về việc tăng lực cắt khi gia công các bề mặt không liên tục

K3=1,2

-K4 : Hệ số lực kẹp không ổn định K4 =1

-K5: Hệ số xét đến ảnh hởng của mômen làm chi tiết quay quanh trục của nó:

K5=1,0

-K6: Hệ số xét mômen làm phôi lật quanh điểm tựa K6=1,0

⇒Hệ số an toàn chung K: K=K0K1K2K3K4 K5K6

K=1,5.1,1.1,2.1,2.1.1,0.1,0 = 2,3

*) Để đơn giản cho việc tính toán lực kẹp Q mà vẫn bảo đảm kẹp chặt chi tiết

đợc tin cậy, ta coi tác dụng của mô men cắt M và lực chiều trục P là độc lập với nhau, mặt khác tác dụng của lực chiều trục P làm chi tiết quay quanh tâm lỗ đầu nhỏ và chuyển động tịnh tiến xuống dới cũng độc lập với nhau Khi đó lực kẹp chặt

sẽ là giá trị lớn nhất của bài toán tính lực kẹp trong ba trờng hợp trên

i - Khi chi tiết chịu tác dụng của mô men cắt, lực kẹp phải có giá trị sao cho chi tiết không bị quay quanh điểm A (nếu mũi khoan quay ngợc chiều kim đồng hồ) hoặc điểm B (nếu quay theo chiềukim đồng hồ) Tuy nhiên trờng hợp thứ nhất nguy hiểm hơn nên ta chọn trờng hợp này để tính toán Ta có phơng trình cân bằng mô men so với điểm A:

MA = Q AB K.M

2

46

1000 47 , 5 3 , 2 2

2

N AB

M K

=

=

ii Khi chi tiết chịu tác dụng của lực chiều trục làm quay chi tiết,– quanh tâm lỗ của đầu nhỏ Lực kẹp phải có giá trị sao cho ma sát tại mặt tiếp xúc của chi tiết với phiến tỳ chống lại chuyển động quay này

Ta có:

Q2 = 6187( )

25 46

25 46 25 , 0 3 1

) 15 42 ( 455 3 , 2

3 1

) 15 42 (

2 2

3 3 2

2

3

d D

d D f

P

−

−

−

=

−

−

−

iii Khi chi tiết chịu tác dụng của lực chiều trục làm chi tiết chuyển động–

tịnh tiến xuống dới, lực kẹp phải có giá trị sao cho lực ma sát tại mặt tiếp xúc với

phiến tỳ chống lại chuyển động quay này Ta có:

KP – f.Q3 = 0 ⇒ Q3 = 4186 ( )

25 , 0

455 3 , 2

N f

KP

=

=

Vậy lực kẹp lớn nhất là Qmax = 6187 (N)

2 Thiết kế cơ cấu kẹp

Trên cơ sở các phân tích lựa chọn đồ gá theo năng suất ở trên, ta chọn kiểu

đồ gá chuyên dụng trong đó dùng cơ cấu kẹp chặt có sử dụng nguồn sinh lực là khí nén Kết hợp với kích thớc của chi tiết và không gian bố trí đảm bảo cho kích thớc

đồ gá nhỏ gọn nhất ta chọn sơ đồ kẹp chặt nh sau:

Trên cơ sở sơ đồ này, ta thiết kế cụ thể từng chi tiết của cơ cấu kẹp Trong đó trụ đỡ mỏ kẹp ta chọn loại vít hai đầu M12 và bu lông M12 là chi tiết tiêu chuẩn, các chi tiết còn lại nh mỏ kẹp, trụ đẩy, nêm, con lăn ta đều chế tạo phi tiêu chuẩn

để đảm bảo cho quá trình gá kẹp đợc thuận lợi và không gây biến dạng, xây xớc bề mặt chi tiết

Các thông số của vít hai đầu M12:

d p l1 l lo

3 Kiểm tra bền

Từ sơ đồ kẹp chặt ta thấy chi tiết trụ đẩy là chịu lực nguy hiểm nhất dới tác dụng của lực dọc cán pittông làm nó bị uốn cong Ta có thể mô hình hoá trụ này thành một rầm công xôn bị ngàm tại phiến ke đứng

trong đó W’ tính theo điều kiện cân bằng của nêm: W’ = W.sinα , với α = 30o là góc nêm

Theo sơ đồ kẹp chặt ta có công thức tính lực kẹp (bảng 8-52.31 – Sổ tay CNCTM tập 2):

η

1

1

1  + + 



=

D

d tg tg

q l

l Q

trong đó: q – lực nén của lò xo, có thể chọn q = 20%Q = 0,2.6187 = 1237 (N)

η - hệ số phụ thuộc vào ma sát, chọn: η = 0,8

tgϕ1np: hệ số ma sát trên cần và lỗ dẫn hớng pittông, chọn tgϕ1np = 0,25

tgϕ1: hệ số ma sát trên mặt nghiêng, chọn tgϕ1 = 0,25

tgϕ2: hệ số ma sát trên cần pittông, chọn tgϕ2 = 0,25

d/D: tỷ số đờng kính trong và ngoài con lăn, chọn d/D = 0,5

l1/l = 1; η1 = f(l1/l) = 0,95

8 , 0

1 2

1 25 , 0 25 , 0 1

25 , 0 25 , 0 1273 95

, 0

1









−

+











=

⇒ W’ = 4876.sin300 = 2438 (N)

Khi đó ứng suất lớn nhất xuất hiện trên trụ tại vị trí ngàm và đợc tính theo công thức:

F

F W

l F x

2

1

+

=

σ

trong đó: F1 = W’sin30o = 1219 ( )

2

2438

N

=