Đồ Án Tốt Nghiệp Máy Và Hệ Thống Điều Khiển Số Theo Chương Trình 150 tc (CDIO) CHƯƠNG 1 ( Sách Giáo Trình)

Đồ Án Tốt Nghiệp Máy Và Hệ Thống Điều Khiển Số Theo Chương Trình 150 tc (CDIO) GỒM CÓ TỔNG CỘNG 12 CHƯƠNG: Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại. Chương 2: Máy tiện Chương 3: Máy khoan - doa Chương 4: Máy Phay Chương 5: Máy gia công bánh răng Chương 6: Máy mài Chương 7: Máy chuyển động thẳng Chương 8: Thiết kế máy cắt kim loại Chương 9: Máy điều khiển theo chương trình số Chương 10: Hệ thống tín hiệu mã hiệu Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC và CNC Chương 12: Nội suy trong hệ thống máy điều khiển số. Sau đây là chương đầu tiên: Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CẮT KIM LOẠIMục tiêu chương 1:1. Trình bày được khái niệm về máy cắt kim loại:2. Phân tích được cấu tạo bề mặt gia công;3. Phân tích được các phương pháp tạo hình;4. Phân biệt được các chuyển động tạo hình;5. Phân tích và xây dựng được sơ đồ kết cấu động học;6. Phân tích ý nghĩa ký hiệu của một số loại máy cắt kim loại thông dụng.Cuối chương còn có phần câu hỏi ôn tập. Giúp sinh viên hệ thống lại kiến thức của chương, giúp nhớ lâu hơn, kỹ hơn và vận dụng vào thực tiễn.

CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CẮT KIM LOẠI

Mục tiêu chương 1: Sau khi học xong chương này, sinh viên có khả năng:

1 Trình bày được khái niệm về máy cắt kim loại;

2 Phân tích được cấu tạo bề mặt gia công;

3 Phân tích được các phương pháp tạo hình;

chuyển động tạo hình phức tạp và chuyển động tạo hình vừa đơn giản vừa phức tạp;

5 Phân tích và xây dựng được sơ đồ kết cấu động học;

6 Phân tích ý nghĩa ký hiệu của một số loại máy cắt kim loại thông dụng.

1.1 KHÁI NIỆM VỀ MÁY CẮT KIM LOẠI

Máy là tất cả những công cụ hoạt động theo nguyên tắc cơ học, dùng làm thay đổi một cách có ý thức về hình dáng hoặc vị trí của vật thể

Cấu trúc, hình dáng và kích thước của máy rất khác nhau Tuỳ theo đặc điểm sử dụng của nó, có thể phân thành hai nhóm lớn:

- Máy dùng để biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác cho thích hợp với việc sử dụng được gọi là máy biến đổi năng lượng;

- Máy dùng để thực hiện công việc gia công cơ khí được gọi là máy công cụ

Những máy công cụ dùng để biến đổi hình dáng của các vật thể kim loại bằng cách lấy đi một phần thể tích trên vật thể ấy với những dụng cụ và chuyển động khác nhau được gọi là máy cắt kim loại

Theo tiêu chuẩn Việt Nam, máy công cụ bao gồm năm loại: Máy cắt kim loại, máy gia công gỗ, máy gia công áp lực, máy hàn, máy đúc

Vật thể cần làm biến đổi hình dạng gọi là phôi hay chi tiết gia công Phần thể tích được lấy đi của vật thể gọi là phoi Dụng cụ dùng để lấy phoi ra khỏi chi tiết gia công gọi là dao cắt

1.2 CẤU TẠO BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG

Bề mặt hình học của chi tiết máy rất đa dạng Nó được hình thành từ việc phối hợp các đường (đường chuẩn và đường sinh) lại với nhau:

- Đường sinh tạo nên từ chuyển động cắt chính

- Đường chuẩn tạo nên từ chuyển động chạy dao

Để xác định các chuyển động cần thiết cho cơ cấu chấp hành của máy để hình thành các bề mặt đó, người ta thường nghiên cứu các dạng bề mặt gia công

1.2.1 Dạng trụ tròn xoay

1.2.1.1 Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh là đường thẳng

Bề mặt gia công được hình thành khi cho đường sinh là đường thẳng chuyển động tương đối xung quanh đường chuẩn là đường tròn

a) b)

Hình 1 1-Đường chuẩn tròn, đường sinh thẳng;

1-Đường sinh; 2-Đường chuẩn Hình 1.1a, b bề mặt chi tiết cấu tạo bởi với vô số đường sinh (1) là đường thẳng chạy

theo đường chuẩn (2) là đường tròn.

1.2.1.2 Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh là đường gãy khúc

Hình 1 2-Đường chuẩn tròn, đường sinh gãy khúc;

1-Đường chuẩn; 2-Đường sinh

1.2.1.3 Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh là đường cong

Hình 1 3-Đường chuẩn tròn, đường sinh cong;

1-Đường sinh; 2-Đường chuẩn

1.2.2 Dạng mặt phẳng

1.2.2.1 Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh là đường thẳng

Hình 1 4-Đường chuẩn thẳng, đường sinh thẳng;

1-Đường sinh; 2-Đường chuẩn Hình 1.4a, b mô tả về cấu tạo bề mặt chi tiết, đường sinh (1) là đường thẳng chạy

theo đường chuẩn (2) là đường thẳng tạo ra bề mặt có dạng mặt phẳng.

1.2.2.2 Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh là đường gãy khúc

Hình 1 5-Đường chuẩn thẳng, đường sinh gãy khúc;

1-Đường sinh; 2-Đường chuẩn

1.2.2.3 Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh là đường cong

Hình 1 6-Đường chuẩn thẳng, đường sinh cong;

1-Đường sinh; 2-Đường chuẩn

1.2.3 Các dạng đặc biệt

Các dạng bề mặt đặc biệt trình bày các dạng mặt trụ, mặt nón không tròn xoay và mặt cam Ngoài ra bề mặt đặc biệt còn có dạng thân khai, arsimet, cánh turbin, máy chèo,…

Hình 1 7-Dạng bề mặt thân khai;1-Đường sinh;2-Đường chuẩn

Hình 1.7a mô tả về cấu tạo bề mặt răng thân khai, đường sinh (1) là đường thẳng

chạy theo đường chuẩn (2) hoặc ở Hình 1.7b, đường sinh (1) là đường cong chạy theo đường chuẩn (2) là đường thẳng để hình thành bề mặt gia công.

Những đường sinh nói trên chuyển động tương đối với một đường chuẩn sẽ tạo ra bề mặt của các chi tiết gia công Do đó, một máy cắt kim loại muốn tạo được bề mặt gia công phải truyền cho cơ cấu chấp hành (dao và phôi) các chuyển động tương đối để tạo ra đường sinh và đường chuẩn

Những chuyển động cần thiết để tạo nên đường sinh và đường chuẩn gọi là chuyển động tạo hình của máy cắt kim loại

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH

1.3.1 Phương pháp theo vết

Bề mặt gia công được hình thành do tổng hợp các vết chuyển động của lưỡi cắt, hay

là quỹ tích các vết chuyển động của mũi dao cắt tạo thành đường sinh của bề mặt gia công

Hình 1 8-Phương pháp gia công theo vết

1.3.2 Phương pháp định hình

Phương pháp định hình là phương pháp tạo hình bằng cách cho cạnh lưỡi cắt trùng với đường sinh của bề mặt gia công

Hình 1 9-Phương pháp gia công định hình;

1-Đường sinh; 2-Đường chuẩn Hình 1.9a mô tả phương pháp định hình bằng việc sử dụng dao phay ngón modul để

gia công bánh răng Phương pháp này tạo ra đường sinh là đường cong (1) chạy dọc theo đường chuẩn (2) như Hình 1.9b.

1.3.3 Phương pháp bao hình

Phương pháp bao hình là phương pháp dao cắt chuyển động hình thành các đường điểm, quĩ tích các đường điểm hình thành đường bao và đường bị bao, đường bị bao chính

là đường sinh chi tiết gia công

Hình 1 10-Phương pháp gia công bao hình;

1-Đường bao; 2-Đường bị bao

1.4 CÁC CHUYỂN ĐỘNG TẠO HÌNH

1.4.1 Định nghĩa

Chuyển động tạo hình bao gồm mọi chuyển động tương đối giữa dao và phôi để hình thành bề mặt gia công

Chuyển động tạo hình thường là chuyển động vòng và chuyển động thẳng Trong chuyển động tạo hình có thể bao gồm nhiều chuyển động mà vận tốc của chúng phụ thuộc lẫn nhau Các chuyển động như thế gọi là chuyển động thành phần

1.4.2 Phân loại chuyển động tạo hình

Dựa vào mối quan hệ các chuyển động, có các loại chuyển động tạo hình sau:

1.4.2.1 Chuyển động tạo hình đơn giản

Là chuyển động có các cơ cấu chấp hành không phụ thuộc lẫn nhau

Hình 1 11-Chuyển động tao hình đơn giản

Hình 1.11a mô tả các chuyển động tạo hình khi tiện trơn Chuyển động cắt chính là

chuyển động quay tròn của phôi, chuyển động phụ là chuyển động chạy dao Hai chuyển động này hoàn toàn không phụ thuộc vào nhau

Ví dụ: Khi tiện trơn, ta có thể thay đổi lượng chạy dao mà không cần phụ thuộc vào

số vòng quay

1.4.2.2 Chuyển động tạo hình phức tạp:

Là chuyển động có các cơ cấu chấp hành phụ thuộc lẫn nhau

Hình 1 12-Chuyển động tạo hình phức tạp

Hình 1.12a mô tả chuyển động tạo hình khi tiện ren Chuyển động chính cắt chính là

chuyển động quay tròn của phôi, chuyển động chạy dao – bàn máy mang dao tịnh tiến Để tiện ren, hai chuyển động này phải có mối quan hệ: khi phôi quay một vòng thì dao phải tịnh

tiến một đoạn t p.

Hình 1.12b mô tả chuyển động khi tiện côn Chuyển động cắt chính là chuyển động

quay tròn của phôi, chuyển động chạy dao gồm 2 chuyển động chạy dao dọc (1) và chạy dao ngang (2) Hai chuyển động này kết hợp với nhau tạo nên mặt côn Nếu ta thay đổi một

trong hai chuyển động chạy dao nói trên thì mặt côn sẽ thay đổi

1.4.2.3 Chuyển động tạo hình vừa đơn giản vừa phức tạp:

Là chuyển động có các cơ cấu chấp hành phụ thuộc và không phụ thuộc lẫn nhau

Hình 1 13-Chuyển động tạo hình vừa đơn giản vừa phức tạp

Hình 1.13 mô tả chuyển động tạo hình khi mài ren Có 3 chuyển động cơ bản: phôi

quay, dao quay, dao tịnh tiến Chuyển động quay của phôi và tịnh tiến của dao phụ thuộc

nhau: khi phôi quay được 1 vòng thì dao tịnh tiến theo phương ngang 1 đoạn t p , nhưng chuyển động quay của phôi và chuyển động quay của dao không phụ thuộc lẫn nhau

1.5 SƠ ĐỒ KẾT CẤU ĐỘNG HỌC

Sơ đồ kết cấu động học là một loại sơ đồ quy ước, biểu thị những mối quan hệ về các chuyển động tạo hình và các ký hiệu cơ cấu nguyên lý máy, vẽ nối tiếp hình thành sơ đồ về

đường truyền động của máy Hình 1.14 cho chúng ta khái quát được các thành phần của một

sơ đồ kết cấu động học

Trong một sơ đồ kết cấu động học có nhiều xích truyền động để thực hiện các chuyển động tạo hình

Hình 1 14-Sơ đồ kết cấu động học máy tiện

Trong đó:

i s – Tỉ số truyền của hộp chạy dao;

i 2-3 , i 3-4 , i 3-5 , i 6-7 – Tỉ số truyền cố định trong các đường truyền;

s – Lượng chạy dao, mm;

n – Tốc độ trục chính, v/ph.

1.5.1 Phân loại sơ đồ kết cấu động học

1.5.1.1 Sơ đồ kết cấu động học đơn giản

Sơ đồ kết cấu động học đơn giản thực hiện các chuyển động tạo hình đơn giản, bao gồm các xích truyền động, thực hiện các chuyển động độc lập không phụ thuộc vào nhau: máy phay, máy khoan, máy mài,…

Hình 1 15-Sơ đồ kết cấu động học máy phay

Hình 1.15 mô tả sơ đồ kết cấu động học máy phay, khi phay có 2 chuyển động cơ

bản là chuyển động cắt chính - dao phay quay tròn và chuyển động chạy dao - bàn máy mang phôi chuyển động tịnh tiến

Chuyển động cắt chính được cung cấp từ động cơ số 1, qua hộp tốc độ i v đến trục chính Vì vậy, ta có phương trình cơ bản của chuyển động cắt chính:

Chuyển động chạy dao được cung cấp thông qua động cơ 2, qua hộp chạy dao, đến

cơ cấu vít me đai ốc, đến bàn máy Vì vậy, ta có phương trình chuyển động cơ bản của chuyển động chạy dao:

1.5.1.2 Sơ đồ kết cấu động học phức tạp

Sơ đồ kết cấu có các chuyển động tạo hình phức tạp, bao gồm việc tổ hợp hai hoặc một số chuyển động hình phụ thuộc vào nhau hình thành bề mặt gia công

Hình 1 16-Sơ đồ kết cấu động học máy tiện ren

Chuyển động chạy dao được hình thành từ 1 vòng trục chính, qua hộp chạy dao is, qua cơ cấu vít me đai ốc đến bàn dao Vì vậy, ta có phương trình chuyển động cơ bản của chuyển đông chạy dao:

1.5.1.3 Sơ đồ kết cấu động học hỗn hợp

Sơ đồ kết cấu động học hỗn hợp bao gồm xích tạo hình vừa đơn giản vừa phức tạp: máy phay ren vít, máy gia công răng,…

Hình 1 17-Sơ đồ kết cấu động học máy phay ren vít

a) Xích phân độ

Ngoài các xích thực hiện chuyển động tạo hình trong máy cắt kim loại còn có xích phân độ Nó không thực hiện chuyển động tạo hình nhưng lại cần thiết để hình thành các bề mặt gia công theo yêu cầu kỹ thuật như: gia công bánh răng, ren nhiều đầu mối …

Trong xích phân độ người ta chia ra làm hai loại: Phân độ bằng tay và phân độ tự động bằng máy

Hình 1 18-Phân loại xích phân độ;

a-Phân độ bằng máy; b-Phân độ bằng tay

 Phôi quay phân độ

Hình 1.19: Phôi quay phân độ

 Dao tịnh tiến phân độ

Hình 1 20-Dao tịnh tiến phân độ

 Phôi quay phân độ và dao tịnh tiến phân độ

Hình 1 21-Phôi quay phân độ và dao tịnh tiến phân độ b) Xích vi sai

Một số MCKL cần xích truyền động tổng hợp để bù trừ một số chuyển động truyền đến khâu chấp hành

Cơ cấu tổng hợp chuyển động thường dùng nhất là cơ cấu vi sai và xích truyền động

thực hiện tổng hợp chuyển động gọi là xích vi sai.

Chuyển động vi sai được dùng trong trường hợp cần truyền đến khâu chấp hành một chuyển động phụ thuộc chu kỳ, khi không cần ngừng chuyển động các khâu chấp hành Có khi người ta dùng xích vi sai để thực hiện một chuyển động không đều

Hình 1 22-Sơ đồ kết cấu động học xích vi sai

Hình 1.22 Thể hiện sơ đồ kết cấu động học xích vi sai Trục cam nhận hai nguồn

chuyển động từ cơ cấu điều chỉnh i x và i y Cơ cấu vi sai (VS) thực hiện việc tổng hợp hai

chuyển động này thành một chuyển động đã được bù trừ chuyển đến cam

1.6 PHÂN LOẠI VÀ KÝ HIỆU MÁY

1.6.1 Phân loại máy

Theo phương pháp công dụng bao gồm các nhóm máy cắt kim loại sau: máy tiện,

máy phay, máy khoan, máy bào, máy mài, máy doa,

Theo trình độ vạn năng bao gồm ba nhóm máy cắt kim loại sau: máy vạn năng, máy

chuyên môn hóa và máy chuyên dùng,

Theo mức độ chính xác có các nhóm máy cắt kim loại: máy chính xác thường, máy

chính xác nâng cao, máy chính xác cao và máy chính xác đặc biệt cao,

Theo mức độ tự động hóa có máy vạn năng, máy bán tự động, máy tự động,

Theo khối lượng có máy loại nhẹ ( 1 tấn), máy loại trung bình ( 10 tấn), máy loại

trung bình nặng (10  30 tấn), máy loại nặng (30  100 tấn), máy loại đặc biệt nặng (> 100 tấn)

1.6.2 Ký hiệu

Máy thường được ký hiệu bằng các số và các chữ cái Ở mỗi nước có ký hiệu khác nhau

Ký hiệu máy cắt kim loại của Việt Nam như sau:

- Chữ cái để chỉ loại máy như: chữ T chỉ loại máy tiện, P - máy phay, B - máy bào,

K - máy khoan, M - máy mài,…

- Các chữ số khác để chỉ mức độ vạn năng, kích thước cơ bản của máy

Ví dụ: Máy T620

T : Máy tiện; 6 : Loại máy tiện vạn năng thông thường; 20 : Một phần mười

của chiều cao từ băng máy đến đường tâm máy (200 mm).

Ví dụ: Máy K135

K : Máy khoan; 1 : Loại máy khoan đứng; 35 : Đường kính mũi khoan lớn

nhất gia công được trên máy (mm).

Ký hiệu máy cắt kim loại của Liên Xô trước đây thể hiện bằng ba hay bốn chữ số

- Chữ số thứ nhất chỉ loại máy (như tiện -1, khoan -2, mài -3, phay -6, bào -7 )

- Chữ số thứ hai chỉ kiểu máy (như tự động, revolver, máy thường)

- Chữ số thứ ba và thứ tư chỉ một trong những thông số quan trọng nhất của máy (đường kính lớn nhất của phôi mà máy có thể gia công, chiều cao mũi tâm trục chính đến băng máy…)

- Đôi khi có chữ cái ở đầu hay giữa những chữ số kể trên chỉ máy mới được cải tiến từ máy cơ sở

Ví dụ: Máy 2A150

Số 2 : Máy khoan; Số 1: Máy khoan đứng; Số 50 : Đường kính mũi khoan

lớn nhất là 50 mm - Trong điều kiện khoan thép C45; Chữ A : Sự cải tiến của máy so

với máy trước đó

Ví dụ: Máy 1K62

Số 1 : Máy tiện; Số 6 : Máy tiện thường; Số 2: Khoảng cách của mũi tâm trục chính đến băng máy là 200 mm; Chữ K: Sự cải tiến của máy

Bảng 1.1: Ký hiệu máy cắt kim loại tiêu chuẩn Liên Xô

Bảng 1.2: Ký hiệu các cơ cấu nguyên lý máy

_

8 Vít me đai ốc

+ Đai ốc liền

+ Đai ốc hai nửa

2 Khớp

nối

+ Cố định

+ Đàn hồi

+ Li hợp vấu 1 chiều + Li hợp hai chiều + Li hợp côn

+ Li hợp đĩa

+ Li hợp

1 chiều + Li hợp điện từ

3 Chi tiết

lắp trên trục

+ Lồng

không

+ Cố định

+ Di trượt

+ Then kéo

4 Ồ trục

+ Ồ trượt

+ Ổ lăn

+ Ổ côn

10 Cam

+ Cam dĩa

+ Cam thùng

11 Phanh

+ Phanh côn

+ Phanh guốc

+ Phanh dĩa

5 Bộ truyền đai

+ Đai thang

+ Đai dẹp

12 Cơ cấu chuyển động gián đoạn + Cơ cấu con cóc

+ Cơ cấu man

6 Bộ

truyền xích

13 Động cơ

7 Bộ

truyền bánh

răng

+ Bánh

răng trụ

+ Bánh

răng côn

+ Bánh

răng xoắn

+ Trục vít

-bánh vít

+ Thanh

răng - bánh

răng

14 Trục chính + Máy tiện

- Mũi tâm

- Măm cặp

- Ống kẹp + Máy khoan + Máy phay + Máy mài

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Trình bày khái niệm máy cắt kim loại.

2 Có thể phân loại dạng bề mặt gia công thành những loại nào? Cho ví dụ bằng hình

vẽ và giải thích.

3 Dựa vào mối quan hệ chuyển động, có bao nhiêu loại chuyển động tạo hình? Cho ví

dụ một dạng chuyển động tạo hình vừa nêu.

4 Định nghĩa phương pháp gia công theo vết và vẽ hình minh họa.

5 Định nghĩa phương pháp gia công định hình và vẽ hình minh họa.

6 Định nghĩa phương pháp gia công bao hình và vẽ hình minh họa.

7 Sơ đồ kết cấu động học là gì? Cho sơ đồ kết cấu động học máy tiện (Hình 1.14), hãy

phân tích những chuyển động tạo hình cần thiết để thực hiện việc tiện trơn.

8 Giải thích ý nghĩa ký hiệu của những máy cắt kim loại sau: 1K62, 2A150, T616.