Bài viết này trình bày kết quả tính toán động học nhằm thiết kế máy ta-rô ren tự động, phục vụ sản xuất hàng loạt đai ốc trong các thiết bị điện.
ISSN: 1859-2171 e-ISSN: 2615-9562 TNU Journal of Science and Technology 208(15): 209 - 214 TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC MÁY TA-RƠ REN TỰ ĐỘNG Cao Thanh Long, Trần Văn Quân*, Hà Đức Thuận Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp - ĐH Thái Ngun TĨM TẮT Bài báo trình bày kết tính tốn động học nhằm thiết kế máy ta-rô ren tự động, phục vụ sản xuất hàng loạt đai ốc thiết bị điện Máy thực chức năng: định h ng cấp phôi, k p ch t, gia công l ren M4 ta-rô li n tục hồn tồn tự động Các thơng số động học đ c tính tốn thiết kế bao g m: xích tốc độ tốc độ quay trục chính, xích động học điều khiển nhằm đạt suất y u cầu Kết gia công thử nghiệm v i thông số xác định cho thấy suất gia cơng đạt đ c 35 đai ốc/phút Sản phẩm có khả ứng dụng tốt cho mơ hình sản xuất hàng loạt Từ khóa: Cơ khí chế tạo; ta-rơ ren; gia cơng tự động; ren lỗ thông; cấp phôi tự động Ngày nhận bài: 23/11/2019; Ngày hoàn thiện: 28/11/2019; Ngày đăng: 29/11/2019 KINEMATIC CALCULATION OF AN AUTOMATIC TAPPING MACHINE Cao Thanh Long, Tran Van Quan*, Ha Duc Thuan University of Technology - TNU ABSTRACT This paper presents the results of the kinetic design of an automatic tapping machine, which produces threading nuts for electrical devices The machine performs all functions of separating and feeding the workpieces, clamping and tapping the M4 nuts automatically The determined kinetic papameters includes cutting velocity, kinetic transmission chains, spindle speed and kinetic control with subject to demanded production rate The pilot operations showed that the production rate can reach 35 nuts per minute The machine designed is promising for mass producing of small nuts Keywords: Manufacturing; thread tapping; automation; through thread; automatic feeding Received: 23/11/2019; Revised: 28/11/2019; Published: 29/11/2019 * Corresponding author Email: tvquan@tnut.edu.vn http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn 209 Cao Thanh Long Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN Đặt vấn đề Gia công ren nguy n công quan trọng công nghiệp chế tạo Ren đ c sử dụng ho c để cố định chi tiết máy v i nhau, ho c để truyền tải, truyền chuyển động phận máy Gia công ren ta-rô trình gia cơng dùng tarơ để tạo ren l ti u chuẩn Bi n dạng ren đ c tạo giống bi n dạng ren ta-rơ Có hai dạng gia công ta-rô ta-rô tay ta-rô máy [1] Ta-rô máy đ c sử dụng sản l ng, suất y u cầu l n Điểm cần l u ý cắt ren ta-rô, nhiều l ỡi cắt đ ng thời tham gia cắt, dẫn đến điều kiện cắt gọt khắc nghiệt, điều kiện nhiệt, phoi khó khăn n n phát sinh mơmen xoắn l n, gây gãy ta-rơ Do vậy, gia công v i vận tốc cắt l n Nâng cao suất gia công ti u quan trọng gia công ren ta-rô Gia công đai ốc điện làng nghề Việt Nam đòi hỏi suất l n Chẳng hạn, tạo ren cho đai ốc cấy M4 dùng thiết bị điện dân dụng nh đế âm, phích cắm nhằm cung cấp cho nhà máy SINO LiOA theo số liệu điều tra nhóm nghi n cứu khoảng 15 triệu m i tháng Một số máy ta-rô tự động Nhật Bản sản xuất đ c sử dụng số làng nghề áp dụng nguy n lý cắt li n tục ta-rơ cong Các mẫu máy đạt suất gia công đai ốc đến 28 chiếc/phút Nhu cầu gia công mong (a) H nh Đai c 208(15): 209 - 214 muốn có máy ta-rơ ren chuy n dùng v i suất cao Đ ng thời, cần chủ động thiết bị khả mua sắm sửa chữa máy nhập Nhật Bản khó khăn, chi phí l n Bài báo trình bày tính tốn thiết kế động học máy ta-rô đai ốc nhằm đạt suất 35 chiếc/phút, nhằm giải nhu cầu thực tế nói tr n Hiện nay, tr n thị tr ờng có nhiều mẫu máy ta-rô bán tự động, chẳng hạn xem [2,3] Một số nghi n cứu đ c thực nhằm thiết kế chế tạo máy gia công bán tự động kết h p khoan ta-rô [4-6] Các mẫu máy thực đảo chiều quay trục sau cắt xong nhằm tháo ta-rơ khỏi chi tiết Quá trình m t làm giảm suất gia cơng, m t đòi hỏi bổ sung cấu đảo chiều xác, làm tăng giá thành máy Hệ thống k p chi tiết gia công ch a đ c tự động hóa, dẫn đến suất gia công không cao Các máy đ c phân tích đối chứng phần sau báo Cơ sở lý thuyết Để thực đ c q trình cắt ta-rơ ren đai ốc đòi hỏi phải có tối thiểu hai chuyển động chính, phơi gia cơng ho c ta-rơ phải quay tròn để tạo n n chuyển động cắt phải tịnh tiến chuyển động chạy dao dọc để gia công hết chiều dài ren tạo thành sản phẩm uất phát t đây, nghi n cứu lựa chọn ph ơng án dùng ta-rô chuôi cong chuyển động tịnh tiến phơi gia cơng thực chuyển động quay tròn (b) a v kết cấu ta-rơ chi cong (b) Hình 1a mơ tả kích đai ốc cần gia công ren Chi tiết cần tạo ren l hàng loạt có vật liệu đ ng (Copper), đ c gia công thành dạng trụ r ng chiều dài mm, đ ờng kính ngồi mm, xấn rãnh rộng 1,5 mm v i chiều sâu 0,5 mm Để gia cơng ren M4 ti u chuẩn có b c ren p 0,7mm, đ ờng kính l tạo tr c tr n phôi đ c lựa chọn 3,3 mm Các thông số đ c sử dụng cho q trình tính tốn động học máy sau Hình 1b mô tả kết cấu ta-rô chuôi cong, dụng cụ cắt đ c sử dụng tr n máy ta-rô tự động thiết kế, g m phần l ỡi cắt , phần cán phần chuôi cong Sau đ c tạo l s n, phôi cần ta-rô ren đ c cấp chuyển động 210 http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Cao Thanh Long Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN 208(15): 209 - 214 quay t ơng đối v i l ỡi cắt ta-rô Sau gia công xong, sản phẩm đai ốc đẩy dịch chuyển sang phần cán cuối đến phần chuôi cong R ràng, việc sử dụng ta-rô chuôi cong khơng đòi hỏi quay đảo chiều ta-rơ nhằm tháo đai ốc sau kết thúc trình cắt ren Điều làm giảm đáng kể thời gian chạy khơng, t tạo điều kiện để nâng cao suất gia công (a) (b) H nh đ nguyên l ta-rô tự động a v cấp phôi tự động v o uất phát t ý t ng đó, tr n Hình 2a, nghi n cứu đề xuất cần thực năm chuyển động g m S1, S2, S3, S4 n2 để hồn thành tiến trình ta-rô ren l M4 t lúc cấp phôi đến nhận đ c sản phẩm Tr c hết, phôi đ c cấp li n tục vào ổ tích phơi có chuyển động S1 t tr n xuống d i nhờ trọng lực Khi bắt đầu gia công, ty đẩy phôi 10 thực chuyển động S2 để đẩy phôi vào san-ga k p San-ga k p ch t phôi v i lực w đ ng thời thực chuyển động quay n2 quanh trục để tạo n n chuyển động cắt Trong đó, ta-rơ chi cong thực chuyển động tiến dao dọc S4 để gia công hết chiều dài đai ốc R ràng, trình cắt xảy t ơng tự nh trình ăn kh p c p vít me – đai ốc n n ta-rô tự động thực chuyển động chạy dao dọc S4 để cắt ren tr n tồn chiều dài đai ốc phải gia cơng Kết thúc q trình gia cơng, sản phẩm đai ốc lần l t tự đẩy thực chuyển động S3 đến phần chi cong có kích th c nhỏ ngồi Để cấp phơi tự động, sơ đ nguy n lý cấu tạo cấu cấp phơi tự động vào ổ tích phơi đ c nghiên cứu lựa chọn nh tr n Hình 2b Ph u chứa phơi có độ dốc, đáy đ c tạo rãnh có chiều rộng 4,5mm n n phơi ch a định h ng ln có xu h ng di chuyển phía rãnh Do kích th c phôi d x L x 4, http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn tích mm n n có phơi tự định h ng m i có khả rơi vào rãnh Để đảm bảo cấp đ c 35 phơi/ph đòi hỏi tay gạt định h ng phôi phải chuyển động lắc qua lại quanh chốt lề v i tần suất 35 chu k /ph, ngh a ứng v i m i hành trình lắc tay gạt có phơi gia cơng đ c rơi vào ổ tích phơi T nh to n đ n h h n đ đ ng h yt - n t đ ng Để máy tự động hồn tồn việc cấp phơi, ta-rơ ren thu h i sản phẩm đai ốc sau gia cơng phải tự động hồn tồn Để thực d dàng điều khiển chuyển động S1, S2 n2 sử dụng hai ph ơng án Ph ơng án dẫn động độc lập m i chuyển động tr n đ c thực động ri ng biệt Ph ơng án r ràng làm tăng chi phí máy giảm hiệu suất sử dụng đáng kể việc sử dụng nhiều động điện Trong nghi n cứu này, ph ơng án dẫn động chung đ c nhóm tác giả lựa chọn u điểm ph ơng án dẫn động chung sử dụng chung động M để thực đ ng thời chuyển động thông qua truyền kết cấu khí Ph ơng án dẫn động chung đ c thể b i sơ đ động học nh tr n Hình 3, iv xích tốc độ ic xích điều khiển 211 Cao Thanh Long Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN 208(15): 209 - 214 ic H nh đ động học máy ta-rô ren tự động Phôi định hướng; Ổ tích phơi; Phơi tarơ; ũi ta-rơ; (8) Phanh; (9) u v ng k p; an-ga; Ty đ y; Tr c Cam; Cam phanh tr c chính; Cam đ y phôi định hướng; Cam ty đ y Sơ đ động học máy ta-rô ren tự động đ c chia hai khối bản: i khối gia công đảm bảo k p ch t đ c phơi để thực chuyển động cắt chính; ii khối điều khiển thực chức cấp phơi vào ổ tích tr c vùng đẩy, đẩy phơi vào san-ga k p đ ng thời cấp tín hiệu điều khiển để nhả phôi khỏi san-ga ng h h i gi ng p ph i Trong q trình gia cơng, động M v i tốc độ nmotor truyền chuyển động đến trục máy ta-rơ thơng qua xích tốc độ iv để tạo n n chuyển động cắt n2 Ta có: n2 nmotor iv hay iv n2 nmotor (1) Theo [7], tốc độ quay trục tạo n n chuyển động ta-rô ren đ c xác định theo công thức sau: n2 97,028 vr 97,028 80 1940 (vg / ph) dtap (2) Trong đó, vr tốc độ cắt khuyến nghị, th ờng chọn khoảng 60 80 SFM (Surface feet per minute); dtap đ ờng kính ta-rơ, tính mm Vận tốc vr đ c chọn 80 212 SFM, đ ờng kính ta-rô dtap = mm đ dụng nh công thức c sử V i b c ren ta-rô p 0,7mm tốc độ quay n2 1940 vg/ph nh tr n, thời gian cần thiết để ta-rô đ c đai ốc là: t 60 (lnut ltap ) 60 (4 18) L 0,97 (s) (3) p n2 p n2 0,7 1940 Trong đó, lnut 4mm chiều dài đai ốc; ltap 18mm chiều dài phần có l ỡi cắt ta-rô Nh vậy, m t lý t ng, phút gia cơng đ c khoảng 62 đai ốc Tuy nhi n, trình thực tế cần phải có thời gian tháo chi tiết khỏi san-ga k p n n nghi n cứu lựa chọn số l ng sản phẩm ta-rô đ c phút 35 để tiến hành thiết kế tính tốn động học Thiết kế ích t c độ c t iv Chuyển động cắt t động đ c cấp đến trục máy đ c thực theo nhiều ph ơng án nh dùng c p bánh răng, dùng truyền đai cho xích tốc độ iv Trong đó, trục nhận đ c nhiều tốc độ khác Tuy nhi n, nghi n cứu này, máy ta-rô tự động đ c thiết kế v i mục ti u chuy n dùng để gia công cỡ đai ốc (Hình 1a) n n trục tạo chuyển động cắt cần cấp tốc độ Do tốc độ quay l n n n nhóm tác giả lựa chọn xích tộc http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Cao Thanh Long Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN độ g m truyền đai, có u điểm phù h p v i khoảng cách trục l n, làm việc m vận tốc cao Động điện sơ đ đ c lựa chọn loại pha có cơng suất 0,375kW, tốc độ quay 1450 vg/ph Sơ đ truyền động đ c thể nh tr n Hình Trong sơ đ này, động điện truyền chuyển động đến trục thơng qua ba truyền đai Bộ truyền đai thang có tỉ số truyền ibelt1; truyền đai thang có tỉ số truyền ibelt2 truyền đai d t có tỉ số truyền ibelt3 Trong truyền đai , pu-ly bị động đ c thiết kế thành hai khối, pu-ly lắp cố định v i trục pu-ly lắp v i trục ổ lăn Khi gia cơng, truyền đai truyền chuyển động cho pu-ly làm trục quay Khi gia cơng xong, tín hiệu điều khiển 10 tác động làm đai d t truyền chuyển động cho puly , đ ng thời phanh phanh trục lại (8) (6) T đó, xích tốc độ máy ta-rơ là: iv = × × 0,74 = 0,74 Động học cấu k p phôi v tháo n ph m kh i v ng k p Để tự động k p phôi vào san-ga ta-rô nhả sản phẩm sau gia công xong, nghi n cứu sử dụng cấu k p ch t phôi theo nguy n lý đòn bẩy (Hình vào lực ly tâm q trình quay trục Nh vậy, trục động phải đảm bảo xen kẽ chu làm việc tạo lực ly tâm để k p ch t phôi d ng chuyển động để tháo sản phẩm Để thực đ c trình này, pu-ly đai bị động tr n trục đ c thiết kế thành hai khối làm việc độc lập Trong đó, pu-ly đ c lắp l ng không v i trục chính, pu-ly đ c lắp cố định v i trục Hình 4) Dây đai t pu-ly chủ động đ c khối điều khiển gạt sang truyền chuyển động cho pu-ly bị động theo y u cầu làm việc Lực ly tâm k p phôi đ c xác định theo biểu thức R ràng, lực ly tâm l n đạt tốc độ cắt n2, ngh a phôi gia công đảm bảo đ c k p ch t trình ta-rơ (7) (9) (2) (10) (3) (5) 208(15): 209 - 214 (4) Pcent (1) H nh đ động học ích t c độ c a máy ta-rơ tự động Theo biểu thức sơ đ động học Hình ), ta có xác định đ c xích tốc độ nh sau: iv = ibelt1 × ibelt2 × ibelt3 (4) Tỉ số truyền truyền xích tốc độ đ c lựa chọn lần l t nh sau: ibelt1 nshaft1 1450 1; nmotor 1450 ibelt2 nshaft2 1450 1 ; nshaft1 1450 ibelt3 nshaft2 1450 0,747 n2 1940 http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn 2n2 mr m r 60 2 (5) Tuy nhi n, trục phải giảm nhanh tốc độ d ng hẳn n2 lực ly tâm k p m i triệt ti u hoàn tồn để tháo đ c sản phẩm sau ta-rơ xong khỏi vùng gia cơng Vì vậy, cần thiết phải tiến hành phanh trục Nghi n cứu sử dụng phanh dây đai thang để chống giật điều khiển trình phanh cấu cam thông qua khối điều khiển ng h h i hi n Để thực trình điều khiển chức nh cấp phơi vào ổ tích tr c vùng đẩy, đẩy phôi vào san-ga k p đ ng thời cấp tín hiệu điều khiển để nhả phơi khỏi san-ga cách hoàn toàn tự động li n tục, nghi n cứu này, cấu cam hệ đòn đ c kết h p sử dụng Theo Hình 3, chuyển động đ c truyền t trục động đến trục cam 14 , v i suất gia công lựa chọn 35 đai ốc/ph trục cam phải đảm bảo quay 213 Cao Thanh Long Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN v i tốc độ n3 35 vg/ph Nh vậy, xích động học điều khiển ic đ c xác định nh sau: n3 nmotor ic n 35 hay ic 0,024 nmotor 1450 (6) Sơ đ động xích điều khiển đ c thể Hình Trong đó, động truyền chuyển động đến trục cam thông qua truyền đai thang , dùng chung v i xích tốc độ, có tỉ số truyền ibelt1 = 1; qua hộp giảm tốc trục vít – bánh vít có tỉ số truyền iworm = 1/30 truyền bánh có tỉ số truyền igear = T đây, chuyển động đ c truyền đến trục cam qua truyền đai có tỉ số truyền ibelt4 Việc lựa chọn hộp giảm tốc trục vít - bánh vít khơng cho ph p giảm tốc độ nhanh mà giúp máy làm việc m, khơng n kể làm việc tốc độ cao (5) (6) (7) (1) (3) (4) (9) (2) (8) H nh đ động ích u n Nh vậy, t xích điều khiển xác định đ c tỉ số truyền cần thiết truyền đai nh sau: ic = ibelt1 × iworm × igear × ibelt4 (7) ibelt4 ic 0,024 30 0,72 ibelt1 iwomr igear 1 1 Tr n trục cam bố trí ba cam điều khiển , Cam đ c dùng để điều khiển đ ng thời dây đai d t phanh trục tr n sơ đ động học xích tốc độ, Hình Cam đ c dùng để đẩy phơi t ổ tích phơi vào vùng gia cơng sơ đ động học, Hình 2a Cam đ c dùng để điều khiển cấu cấp phơi tự động vào ổ tích phơi sơ đ cấu cấp phôi tự động, b , đảm bảo tạo chuyển động n1 v i tần suất 35 hành trình m i phút 214 208(15): 209 - 214 ết luận Sơ đ động học máy ta-rô ren tự động phục vụ sản xuất hàng loạt đai ốc dùng thiết bị điện đ c nghi n cứu, đề xuất tính tốn Máy đảm bảo thực chức định h ng cấp phôi, k p ch t, gia công l ren M4 v i chiều dài mm ta-rô li n tục hồn tồn tự động t khâu cấp phơi đến sản phẩm Các thông số động học tính tốn thiết kế đ c, bao g m: xích tốc độ iv 0,74 tốc độ quay trục n2 = 1940 vg/ph; xích động học điều khiển nhằm đạt suất y u cầu ic 0,024 Thời gian cắt ren tính cho sản phẩm đai ốc v i chiều dài 4mm t 0,97 s Kết chế tạo máy tarô tự động gia công thử nghiệm v i thông số xác định cho thấy suất ta-rô đạt đ c 35 đai ốc/ph Lời ảm ơn Nghi n cứu đ c Đại học Thái Nguy n tài tr kinh phí thơng qua đề tài mã số ĐH2018-TN01-01 T I LIỆU THAM KH O [1] H A Youssef and H El-Hofy, Machining Technology: Machine Tools and Operations: CRC Press, 2008 [2] 24h-Mechanical, “Automatic tapping machine”, available at http://maykhoanban.com/may-taro-tu-dong, accessed at 8/2019 [3] EminVN, “Automatic tapping machine”, available: https://emin.vn/ktkt-360-may-ta-ro-tudong-ktk-t-360-1252/pr.html, accessed at 8/2019 [4] N U Kakade, P Bhake, S Dandekar, et al., "Fabrication Of Combine Drilling And Tapping Machine," International Research Journal of Engineering and Technology, vol 4, pp 305-308, 2017 [5] N G Lokhande, V B Emche, V M Khanke, et al., "Fabrication Of Drilling Cum Tapping Machine," International Journal of Creative Research Thoughts, vol 5, pp 44-48, 2017 [6] N Venkatesh, G Thulasimani, S Naveenkumar, et al., "Combined Drilling and Tapping Machine by using Cone Mechanism," International Journal of Scientific & Engineering Research, vol 7, pp 11-15, 2016 [7] VikingDrill Tools, “How to Tap Effectively and Optimize Tool Life”, available at http://www.vikingdrill.com/viking-TapFeedandSpeed.php, accessed at 8/2019 http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn ... máy Gia công ren ta-rô q trình gia cơng dùng tarơ để tạo ren l ti u chuẩn Bi n dạng ren đ c tạo giống bi n dạng ren ta-rơ Có hai dạng gia công ta-rô ta-rô tay ta-rô máy [1] Ta-rô máy đ c sử dụng... muốn có máy ta-rô ren chuy n dùng v i suất cao Đ ng thời, cần chủ động thiết bị khả mua sắm sửa chữa máy nhập Nhật Bản khó khăn, chi phí l n Bài báo trình bày tính tốn thiết kế động học máy ta-rô. .. tích phơi sơ đ cấu cấp phôi tự động, b , đảm bảo tạo chuyển động n1 v i tần suất 35 hành trình m i phút 214 208(15): 209 - 214 ết luận Sơ đ động học máy ta-rô ren tự động phục vụ sản xuất hàng