Tính toán độ cứng vững của máy tiện khi gia công trục có độ dài lớn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CHU MINH NHẬT ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN ĐỘ CỨNG VỮNG CỦA MÁY TIỆN KHI GIA CƠNG TRỤC CÓ ĐỘ DÀI LỚN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS – HÀ MINH HÙNG GS.TS – TRẦN VĂN ĐỊCH HÀ NỘI - NĂM 2013 Luận văn thạc sỹ Bộ môn chế tạo máy PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: I Nâng cao chất lượng sản phẩm, suất cắt gọt đồng thời cạnh tranh giá chế thị trường vấn đề cấp thiết, sống cịn sở sản xuất khí nước giới Việc nghiên cứu độ cứng vững máy cơng cụ gia cơng khí nói chung nghiên cứu độ cứng vững máy tiện tiện trục dài nói riêng góp phần vào việc nâng cao chất lượng sản phẩm khí phát huy tính tối ưu q trình gia cơng cắt gọt Hiện phải có nhiều sở sản xuất linh kiện ô tô, chi tiết tàu thủy quan tâm nhiều tới việc nâng cao độ cứng vững máy góp phần phát triển công nghệ gia công cắt gọt Đặc biệt gia cơng trục có độ dài lớn Việc nghiên cứu độ cứng vững máy tiện gia công trục có độ dài lớn để tạo sản phẩm đạt yêu cầu, điều kiện nước ta u cầu quan trọng Chính lý nêu mà tơi chọn đề tài “Tính tốn độ cứng vững máy tiện gia cơng trục có độ dài lớn” làm đề tài nghiên cứu Nội dung nghiên cứu: II Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, luận văn có nội dung sau đây: - Tổng quan độ cứng vững hệ thống công nghệ (HTCN) - Giới thiệu máy tiện ren vít vạn T616 - Tính tốn độ cứng vững máy tiện ren vít vạn T616 gia cơng trục có độ dài lớn III Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là: Tính tốn độ cứng vững máy tiện gia cơng trục có độ dài lớn Việc nghiên cứu tính tốn nhằm: - Bổ xung, hồn thiện kiến thức cơng nghệ thiết bị - Củng cố rèn luyện nâng cao kỹ nghề nghiệp - Rèn luyện ý thức, tác phong làm việc nghiêm túc, có kỷ luật, có kỹ thuật, biết phấn đấu mục tiêu suất, chất lượng hiệu công việc Học viên: Chu Minh Nhật Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ IV Bộ môn chế tạo máy Phương pháp nghiên cứu: Dùng phương pháp nghiên cứu tài liệu kết hợp với phương pháp thực nghiệm - Nghiên cứu tính tốn độ cứng vững máy tiện gia cơng trục có độ dài lớn - Nghiên cứu tổng quan độ cứng vững hệ thống công nghệ - Máy tiện ren vít T616, độ cứng vững máy tiện gia cơng chi tiết có độ dài lớn V Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học Bằng việc nghiên cứu tính tốn độ cứng vững máy tiện gia cơng trục có độ dài lớn đưa vào thực tiễn sản xuất tạo sản phẩm đạt yêu cầu, nâng cao suất điều kiện nước ta yêu cầu quan trọng Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu đề tài sở để đưa việc tính tốn vào sản xuất nhà máy khí Việt Nam Học viên: Chu Minh Nhật Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ Bộ môn chế tạo máy CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘ CỨNG VỮNG CỦA HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ 1.1 Biến dạng đàn hồi hệ thống công nghệ Hệ thống công nghệ bao gồm: Máy - dao - đồ gá - chi tiết gia công hệ thống đàn hồi Sự thay đổi giá trị biến dạng đàn hồi tác dụng lực cắt gây sai số kích thước sai số hình học chi tiết gia cơng Lực cắt thay đổi lượng dư gia công không cố định, tính chất lý vật liệu gia cơng khơng cố định (Độ cứng, thành phần hóa học vật liệu khơng đồng đều) lượng mịn dao Biến dạng đàn hồi hệ thống công nghệ phụ thuộc vào lực cắt độ cứng vững thân hệ thống 1.1.1 Ảnh hưởng biến dạng đàn hồi hệ thống công nghệ MGDC Hệ thống công nghệ MGDC (Máy, đồ gá, dao, chi tiết gia công) hệ thống tuyệt đối cứng vững mà ngược lại chịu tác dụng ngoại lực bị biến dạng đàn hồi biến dạng tiếp xúc Trong trình cắt gọt biến dạng gây sai số kích thước sai số hình dạng hình học chi tiết gia cơng Trong thực tế, mặt lực cắt tác dụng lên chi tiết gia cơng, sau thơng qua đồ gá truyền đến bàn máy, thân máy, mặt khác lực cắt tác dụng lên dao cát thông qua cán dao, bàn dao truyền đến thân máy Bất kỳ chi tiết cấu máy, đồ gá, dụng cụ chi tiết gia công chịu tác dụng lực cắt nhiều bị biến dạng Vị trí xuất biến dạng không giống biến dạng trực tiếp gián tiếp làm cho dao cắt rời khỏi vị trí tương đối so với mặt cần gia công điều chỉnh sẵn gây sai số gia công Khi cắt, tác dụng lực cắt hệ thống công nghệ MGDC xuất lượng chuyển vị trí tương đối dao chi tiết gia công, giả sử ta gọi lượng chuyển vị  Lượng chun vị trí  hồn tồn phân tích thành ba lượng chuyển vị x, y z theo ba trục tọa độ hệ tọa độ vng gốc, chuyển vị y có ảnh hưởng tới kích thước gia cơng nhiều (vì y chuyển vị theo phương Học viên: Chu Minh Nhật Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ Bộ môn chế tạo máy pháp tuyến bề mặt gia cơng), cịn lượng chuyển vị x khơng ảnh hưởng nhiều đến kích thước gia cơng Ví dụ:: Khi tiện (sơ đồ hình - 1) Khi dao tiện có lượng dịch chuyển  bán kính chi tiết gia cơng tăng từ R đến R + R (đường vòng tròn nét đậm tăng kích thước đến vịng trịn nét đứt) Ta có: R + R = ( R + y)2 + z  z  = ( R + y) = ( R + y) +    R+ y (1.1) 2  z  Vì z nhỏ so với R nên   đại lượng nhỏ khơng đáng kể Do  R+ y  tính gần ta có: R + R  R + y R  y Nếu dao nhiều lưỡi dao định hình (tiện, phay, bào) có trường hợp ba lượng chuyển vị x, y, z có ảnh hưởng đến độ xác gia cơng, lúc cần có phân tích cụ thể Hình 1.1 Ảnh hưởng lượng chuyển vị  đến kích thước gia công (khi tiện) Đứng mặt học, tính tốn biến dạng (lượng chuyển vị) hệ thống công nghệ MGDC vấn đề phức tạp khơng phải biến dạng chi tiết mà biến dạng hệ thống gồm nhiều chi tiết lắp ghép với Học viên: Chu Minh Nhật Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ Bộ môn chế tạo máy Vì cần phải xác định ảnh hưởng tổng hợp chúng vị trí tương quan chi tiết gia công dao Trong thực tế, để xác định ảnh hưởng người ta phải dùng phương pháp thực nghiệm Phân lực cắt tác dụng lên hệ thống công nghệ MGDC Phân lực cắt tác dụng lên hệ thống công nghệ MGDC thành ba thành phần Px, Py Pz, sau đo biến dạng hệ thống theo ba thương x, y, z Gọi Py thành phần lực pháp tuyến thẳng góc với mặt gia công y lượng chuyển vị tương đối dao chi tiết gia cơng theo hướng Thơng thường Py y tỷ lệ với tỷ số Py/y gọi độ đứng cững hệ thống công nghệ ký hiệu J J = Py MN/mm (kG/mm) y (1.3) Như trị số biến dạng y có quan hệ với lực tác dụng theo hướng với độ cứng vững hệ thống cơng nghệ MGDC Từ ta định nghĩa độ cứng vững sau: "Độ cứng vững hệ thống công nghệ khả chống lại biến dạng có ngoại lực tác dụng vào" Lượng chuyển vị y dao chi tiết gia công tổng hợp chuyển vị chi tiết phận chịu lực hệ Do đó: n n i =1 i =1 y =  y1 =  Py Ji (1.4) Trong đó: yi - lượng chuyển vị chi tiết hay phận thứ i theo hướng pháp tuyến Ji - độ cứng vững chi tiết hay phận thứ i Nhưng theo định nghĩa y = Py Py n Py = nên ta có: J  i = Ji J (1.6) n P Py = y J  i =1 J i (1.7) n 1 = hay J  i =1 J i Học viên: Chu Minh Nhật (1.5) Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ Nếu ta gọi  = Bộ môn chế tạo máy độ mềm dẻo, ta có định nghĩa độ mềm dẻo sau: J "Độ mềm dẻo hệ thống công nghệ khả biến dạng đàn hồi hệ thống công nghệ tác dụng ngoại lực" Lúc ta có: n   =  i (1.8) i =1 Thông thường độ cứng vững hệ thống công nghệ viết dạng: 1 1 = + + J  J m J d J ctgiacong (1.9) Cần lưu ý quan hệ lượng chuyển vị y hệ thống công nghệ ngoại lực tác dụng thường không theo quy luật đường thẳng mà đường cong Vì có khái niệm độ cứng vững thực điểm độ cứng vững trung bình khoảng định (ví dụ hình - 4) Nếu điểm A đặc trưng trị số ngoại lực tác dụng lên hệ thống công nghệ (AN) gây biến dạng ON động cứng vững trung bình Jtb = AN = tg NO (1.10) Hình 1.2 Quan hệ lượng chuyển vị y ngoại lực Py Học viên: Chu Minh Nhật Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ Bộ mơn chế tạo máy Cịn độ cứng vững thực điểm A1 đặc trưng tg1, 1, góc kẹp tiếp tuyến với đường cong A1 trục hoành Ngoài quan hệ Py y tăng giảm ngoại lực Py khơng trùng ngồi biến dạng đàn hồi cịn có biến dạng tiếp xúc ma sát bề mặt tiếp xúc Để phân tích độ cứng vững hệ thống cơng nghệ ảnh hưởng đến độ xác gia cơng người ta thường sử dụng trị số trung bình chúng Jtb 1.1.2 Độ cứng vững hệ thống công nghệ Độ cứng vững hệ thống công nghệ khả chống lại biến dạng có ngoại lực tác động vào Độ cứng vững hệ thống công nghệ biểu diễn định lượng mối liên hệ sau: J= Py y (1.11) Ở J - Độ cứng vững (KN/m KG/mm) Py - Lực tác dụng theo phương hướng kính bề mặt gia công (KN KG) y - Lượng dịch chuyển mũi dao theo phương tác dụng lực (mm) Độ cứng vững hệ thống cơng nghệ biểu diễn qua số gia: J= Py y (1.12) Ở đây: Py; y - Số gia lực tác dụng lượng dịch chuyển (hay biến dạng) có đơn vị đo cơng thức (1.1) Đơi người ta cịn dùng khái niệm độ mềm dẻo (khả biến dạng đàn hồi hệ thống công nghệ tác dụng ngoại lực) để biểu diễn giá trị đảo ngược độ cứng vững Độ mềm dẻo hệ thống công nghệ xác định mối quan hệ = y Py (1.13) Ở đây: Học viên: Chu Minh Nhật Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ Bộ môn chế tạo máy  - độ mềm dẻo (m/KN mm/KG) Py - lực tác dụng (KN KG) Hoặc:  = J (1.14) Ở đây: J - Độ cứng vững Trong ba thành phần lực cắt: Px - Lực hướng trực Py - Lực hướng kính Pz - Lực tiếp tuyến Thì Py (lực hướng kính) có ảnh hưởng lớn đến lượng biến dạng đàn hồi Vì vậy, để đơn giản tính tốn ta cần giới hạn lực Py Bây ta nghiên cứu ảnh hưởng lực Pz tới độ xác gia cơng Ảnh hưởng không lớn Ta giả sử rằng, tiện chi tiết dạng trục dao bị biến dạng theo phương tiếp tuyến lượng z (hình 1) Hình 1.3 Ảnh hưởng biến dạng dao theo phương tiếp tuyến đến bán kính chi tiết gia cơng Từ tam giác ABC xác định lượng tăng bán kính y biến dạng dao z theo phương pháp tiếp tuyến y  z.tg Học viên: Chu Minh Nhật Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ Bộ môn chế tạo máy Từ tam giác vng OAC ta có: tg = 2.z D Do đó: y = z (1.15) (z ) 2.z = D D (1.16) Ở đây: D đường kính chi tiết gia công (mm) Do biến dạng đàn hồi dao có giá trị khơng lớn, lượng thay đổi bán kính y chi tiết gia công nhỏ Ảnh hưởng thành phần lực Px (thành phần lực dọc trục chi tiết) tới biến dạng hệ thống cơng nghệ theo phương hướng kính cịn nhỏ nhiều 1.1.3 Ảnh hưởng độ cứng vững hệ thống công nghệ Để sáng tỏ ảnh hưởng độ cứng vững hệ thống công nghệ MGDC đến độ xác gia cơng, ta khảo sát trình tiện trục trơn gá hai mũi tâm máy tiện Lúc vị trí tương đối chi tiết gia công dao phụ thuộc vào vị trí tương đối ụ trước, ụ sau bàn dao Do trường hợp này, ta khảo sát chuyển vị phận nói tổng hợp lại chuyển vị hệ thống cơng nghệ mà từ biết sai số gia cơng Hình 1.4 Sơ đồ tiện trục trơn gá hai mũi tâm máy tiện - Sai số chuyển vị hai mũi tâm gây Giả sử ta xét vị trí mà dao cắt cách mũi tâm sau khoảng x (hình 1.4) Lực cắt pháp tuyến điểm đang�ộ sâu thực tế cắt Học viên: Chu Minh Nhật 45 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội ... cứu tính tốn độ cứng vững máy tiện gia cơng trục có độ dài lớn - Nghiên cứu tổng quan độ cứng vững hệ thống cơng nghệ - Máy tiện ren vít T616, độ cứng vững máy tiện gia công chi tiết có độ dài lớn. ..u tính tốn độ cứng vững máy tiện quan trọng độ cứng vững máy tiện ảnh hưởng lớn đến độ xác gia cơng đặc biệt gia cơng trục có độ dài lớn Để góp phần nâng cao độ xác gia công cần phải nâng cao đ... tiện ren vít vạn T616 - Tính tốn độ cứng vững máy tiện ren vít vạn T616 gia cơng trục có độ dài lớn III Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là: Tính tốn độ cứng vững máy tiện gia