3.5.1. Phân tích chi tiết gia công:
Cánh chân vịt là chi tiết đƣợc xếp vào loại những chi tiết phức tạp vì cánh chân vịt cong dạng xoắn ốc và có độ dày các điểm khác nhau, nên cần có phƣơng án gá đặt thích hợp khi gia công để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác. Đồng thời vì cánh chân vịt có độ dày giảm dần từ củ tới đầu cánh nên sẽ bị khó khăn khi gia công chân vịt, trong quá trình phay, lực của dao tác dụng lên cánh chân vịt sẽ gây rung động lớn và làm cho cánh chân vịt bị võng xuống gây ảnh hƣởng xấu đến độ chính xác và chất lƣợng bề mặt gia công.
Vì vậy cần thiết phải có đồ gá đảm bảo độ cứng vững cần thiết cho chân vịt. Khi gia công chân vịt trên máy phay CNC 3 trục, cần phải gia công từng mặt một, một số chỗ phức tạp nhƣ bề mặt bị chồng nhau giữa 2 cánh chân vịt (khi chân vịt có tỷ lệ mặt đĩa cao).
Khi gia công chân vịt có tỷ lệ mặt đĩa nhỏ, không bị chồng mặt giữa 2 cánh, thì gia công 2 mặt hút và đẩy thực hiện bình thƣờng bằng cách gá lên trục gá. Đối với chân vịt có tỷ lệ mặt đĩa lớn thì tại các chỗ bị chồng bề mặt giữa 2 cánh máy CNC 3 trục không thể gia công đƣợc do đó phải sử dụng bàn gá xoay đƣợc để hỗ trợ quá trình gia công.
3.5.2. Một số phƣơng án gá đặt thƣờng dùng:
Tùy thuộc vào loại máy phay CNC là 3 trục hay 5 trục và kích thƣớc của bàn
máy để có phƣơng án gá đặt thích hợp đối với từng loại chi tiết khác nhau nhằmphát huy đƣợc hết tính năng kỹ thuật của từng kiểu máy với mục tiêu đạt đƣợc hiệu quả kinh tế cao nhất, do đó qui trình công nghệ khi gia công chân vịt trên các máy khác nhau cũng khác nhau. Đối với các máy phay CNC nhiều trục, ví dụ nhƣ máy 5 trục, đồ gá sẽ đơn giản hơn nhiều so với các loại máy phay 3 trục do khả năng có thể gia công đƣợc chi tiết tại nhiều vị trí. Tuy nhiên, ở nƣớc ta hiện nay do các loại máy CNC nhiều trục chƣa đƣợc sử dụng rộng rãi vì giá thành còn cao nên thƣờng chỉ dùng máy phay 3 trục để gia công chế tạo chân vịt. Do loại máy phay 3 trục chỉ có thể gia công theo 3 chiều không gian và cũng không thể tự động gia công ở các vị trí đặc biệt nên rất khó gia công chi tiết phức tạp nhƣ chân vịt. Trƣờng hợp chân vịt có tỷ lệ mặt đĩa lớn, tức là xảy ra sự trùng lắp giữa 2 cánh liền kề, nếu sử dụng máy phay 3 trục để gia công thì cần phải sử dụng bàn gá đặt xoay ba chiều chuyên dùng cho máy phay CNC để xoay phần bị che khuất giữa hai cánh về mặt phẳng tiến của dao thì mới có thể gia công đƣợc những vị trí đặc biệt bị che khuất nói trên.
a) Sơ đồ nguyên lý đồ gá:
Hình dƣới trình bày phƣơng án lắp bằng đồ gá đối với chân vịt có tỷ số mặt
đĩa lớn. Kết cấu đồ gá gồm có chân đế của bàn gá xoay 1 có gia công hai đƣờng rãnh nằm hai bên nhằm mục đích lắp chặt đồ gá lên trên mặt bàn của máy phay CNC bằng các bulông kẹp. Các chi tiết nằm phía trên của bàn gá xoay ba chiều sẽ đƣợc liên kết chặt với đĩa số 3, trong đó đĩa cùng với những chi tiết nằm trên nó thể xoay xung quanh trục thẳng đứng. Trên đĩa 3 là đĩa xoay 2, thƣờng đã đƣợc tiêu chuẩn hóa để kẹp những chi tiết gia công và có bố trí những rãnh xẻ số 7 nhằm mục đích gá đặt các thiết bị kẹp chặtchi tiết gia công. Trong quá trình gá lắp, để điều chỉnh chi tiết phay cần
xoay bàn gá góc xoay thích hợp, sẽ đƣợc xác định nhờ có vạch chia độ 14 và đƣợc điều chỉnh chính xác nhờ vít chỉnh số 6.Khớp trụ 5 liên kết với tấm gá tròn 2 và có thể xoay đƣợc trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng bàn máy. Góc xoay này đƣợc điều chỉnh chính xác bằng vít chỉnh 4.
Hình 3.20. Đồ gá cho chân vịt gia công trên máy CNC 3 Trục.
Ngoài ra, để gia công chân vịt còn làm thêm các dụng cụ gá đặt chuyên dụng sau :
-Cụm trục gá côn:
Cụm trục gá côn gồm có ba chi tiết chính là trục côn 8, vòng đệm 9 và đai ốc 10. Một đầu của trục côn 8 sẽ đƣợc lắp chặt trên tấm gá tròn 2 của bàn gá xoay nói ở trên. Đoạn côn trục đƣợc chế tạo chính xác có tâm trục và độ côn giống nhƣ lỗ moayơ chân vịt Phần đầu trục có ren để lắp đai ốc 10. Tác dụng của vòng đệm 9 nhằm tăng lực siết của đai ốc và phân bố đều lực xiết trên moayơ.
-Cụm chi tiết phiến định vị:
Trong quá trình gia công, lực cắt của dao cụ tác động lên mặt cánh gây ra lực uốn, đồng thời sự tƣơng tác giữa dao cụ và phôi cũng sẽ làm xuất hiện hiện tƣợng dao động nên ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng bề mặt gia công, trƣờng hợp này là cánh chân vịt. Để khắc phục hiện tƣợng này, chế tạo cụm phiến định vị cấu tạo gồm đế phiến 13 có hai gờ hai bên để thuận lợi cho việc kẹp chặt chi tiết trên đĩa 3 của bàn xoay 3 chiều. Giữa đế 13 có tạo một rãnh trƣợt cho phiến 12 làm bằng thép rèn, có chiều dày đủ lớn để cứng vững khi gá đặt. Đầu phiến 12 đƣợc bo tròn để việc tiếp xúc giữa phiến và mặt cánh là tốt nhất và phiến 12 di chuyển đƣợc trong rãnh đế 13 nhờ vào trục vít 11 và khi gá phải vặn vít 11 để phiến ép lên cánh nhằm khử dao động sinh ra khi gia công
b) Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của đồ gá lắp để gia công các chân vịt có cánh chồng lên nhau đƣợc thực hiện theo trình tự sau :
- Lắp bàn gá xoay 3 chiều lên mặt bàn máy phay CNC, dùng bulông -đai ốc
siết chặt bàn gá xoay với bàn máy, sau đó lắp trục côn 8 lên bàn xoay và siết chặt vấu kẹp.
- Lắp moay ơ chân vịt vào trục côn số 8, sau đó lắp vòng đệm số 9 vào trục côn và siết chặt đai ốc 10.
- Cân chỉnh góc xoay và góc nghiêng của bàn gá xoay một cách chính xác nhờ các vít chỉnh số 4 và số 6.
- Lắp các cụm phiến tỳ trên bàn gá xoay và cố định chắc chắn nhờ các các chi
tiết kẹp chặt chuyên dụng, sau đó mới điều chỉnh vít 11để các phiến tỳ có thể ép chặt lên bề mặt cánh.
- Sau khi lắp đặt xong chân vịt lên bàn gá, tiến hành kiểm tra, vặn chặt lại các đai ốc và chuẩn bị gia công.
Hình dƣới mô tả phƣơng án gá đặt chân vịt trên bàn gá xoay để thực hiện quá trình gia công mặt đẩy và mặt hút các cánh chân vịt chồng lên nhau.
3.5.3. Đồ gá gia công chân vịt D 1200 (mm) Các thông số: Các thông số: - Đƣờng kính: 1200 (mm) - Số cánh: 3 - Bƣớc: 1000 (mm) - Tỷ lệ mặt đĩa: 0,55 - Vật liệu: Đồng.
Đối với chân vịt đƣờng kính 1200 mm, vì kích thƣớc vƣợt quá giới hạn bàn máy CNC nên bắt buộc phải gia công từng cánh một.
Khi phay xong một cánh thì xoay đồ gá để đƣa phần tiếp theo vào gia công. Sử dụng đồ gá phân độ để gia công từng cánh.
Hình 3.23. Cấu tạo đồ gá.
1. Trục gá côn 2. Đai ốc kẹp phôi. 3. Đĩa xoay phân độ. 4. Tấm đế.
5. Đai ốc kẹp đĩa xoay. 6. Đai ốc kẹp trục gá 7. Vít điều chỉnh lò xo 8. Lò xo
9. Bi
Phôi đƣợc lắp vào trục gá côn 1 và kẹp chặt bằng đai ốc 2. Sau đó lắp trục gá vào đĩa xoay 3 và kẹp chặt trục gá với đĩa xoay bằng đai ốc 6. Đĩa xoay đã đƣợc kẹp vào đế nhờ đai ốc 5. Đĩa xoay phân độ nhờ bi 9, lò xo 8 và vít điều chỉnh 7. - Khi muốn xoay cánh khác
vào gia công ta nới lỏng đai ốc 5 và xoay đĩa xoay đến khi viên bi rớt vào lỗ ( 3 lỗ đƣợc khoan trên đĩa xoay, cách đều 120o
).
- Khi đã gia công xong 1 mặt, tháo đai ốc 6, lật ngƣợc cả cụm trục gá + phôi lại và tiếp tục kẹp trục gá vào đĩa xoay bằng đai ốc 6.
- Trục gá côn 1 khống chế phôi 5 bậc tự do. 2 đầu trục gá có phần ren để kẹp chặt phôi nhờ đai ốc.
Đồng thời ở mỗi đầu có phần trụ dài 33mm đƣờng kính ∅70 mm. Đƣợc vát xuống 3mm nhƣ hình dƣới. Đoạn trục này yêu cầu độ chính xác kích thƣớc cao và dung sai độ đảo hƣớng kính nhƣ trong bản vẽ yêu cầu.
Hình 3.24. Mặt cắt trục đoạn định vị.
Sử dụng đoạn trục này để khống chế bậc tự do xoay của trục gá bởi vì phần đƣờng kính đoạn này của trục gá phải nhỏ để không gây đụng dao khi gia công. Do đó rất bất tiện khi sử dụng chốt trụ và chốt trám và phiến tỳ để khống chế đủ 6 bậc tự do.
Vì vậy, làm một đoạn ngắn 33mm trên trục với độ chính xác cao để khống chế 3 bậc tự do (nhƣ chốt trụ và chốt trám). 3 bậc tự do còn lại sẽ đƣợc khống chế bằng phần mặt của phôi áp vào mặt trên của đĩa xoay.
- Đĩa xoay đƣợc chế tạo khoan 3 lỗ đƣờng kính ∅10 cách đều 120o để phân độ đều để xoay khi gia công 3 cánh chân vịt.
Phần lỗ tròn đƣờng kính ∅70 của đĩa xoay cần chế tạo nhƣ hình dƣới, có thể sử dụng phƣơng pháp chuốt hoặc khoan đến lỗ ∅65, sau đó dùng phƣơng pháp gia công điện cực để gia công đạt yêu cầu. Dung sai vị trí bề mặt độ đồng trục đƣợc tra theo [6, tr59, bảng 3.3] và [6, tr197, bảng 9]
- Tấm đế đƣợc tiện lỗ ∅100H6 và khoan 1 lỗ ∅10 đế bỏ bi và lò xo phân độ. Cần đảm bảo độ song song giữa mặt trên và mặt đáy, độ vuông góc của lỗ ∅100H6 và mặt trên của tấm đế.
Trên tấm đế có phay 2 rãnh 2 bên để gá vào bàn máy CNC
Hình 3.26. Hình cắt đế.
3.5.4. Đồ gá gia công mô hình chân vịt D 150 (mm) Các thông số: Các thông số: - Đƣờng kính: 150 mm - Số cánh: 3 - Bƣớc: 150 mm - Tỷ lệ mặt đĩa: 0,35 - Vật liệu: Nhựa.
Hình 3.27. Trục gá định vị để gia công chân vịt trên máy CNC 3 Trục.
Cách sử dụng:
Bƣớc 1: Trục gá đƣợc gắn vào rãnh chữ T bàn máy phay CNC, sau đó kẹp chặt trục gá vào bàn máy bằng đai ốc M24 và đoạn ren M24 trên trục.
Bƣớc 2: Lắp then bằng vào rãnh then trên trục gá và lắp phôi (đã đƣợc khoan lỗ và xọc rãnh then) vào trục gá.
Bƣớc 3: Kẹp chặt phôi bằng đai ốc M16 và đoạn ren M16 trên trục gá, sử dụng thêm vòng đệm để kẹp chặt và đều hơn.
Bƣớc 4: Sau khi gia công xong một mặt thì tiến hành tháo đai ốc M16 ra, tháo phôi ra, lật ngƣợc lại và lắp vào đúng góc rãnh then, sau đó gia công tiếp.
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 1. KẾT LUẬN:
Quá trình thực hiện đồ án đã đạt đƣợc kết quả:
- Sử dụng Pro Engineer để mô hình hóa chân vịt tàu thủy có sự hỗ trợ tính toán của Excel. Sau đó có thể sử dụng mô hình 3D để gia công ra chi tiết chân vịt. - Sử dụng kết hợp Excel và Pro Engineer có thể rút ngắn thời gian mô hình hóa
chân vịt, dễ dàng thay đổi các thông số để tạo ra chân vịt khác.
- Gia công chân vịt với lập trình hỗ trợ của Pro Engineer góp phần tăng độ chính xác, chất lƣợng bề mặt của chân vịt. Hạn chế tối đa ảnh hƣởng của con ngƣời nhƣ tay nghề, sức khỏe vào sản phẩm đƣợc chế tạo.
Bài đồ án còn một số khuyết điểm:
- Trình bày phần tính toán trong trang tính Excel còn chƣa đƣợc khoa học. - Chƣa sản xuất chân vịt để thí nghiệm độ hiệu quả của chân vịt mà chỉ chế tạo
mô hình bằng nhựa. 2. ĐỀ XUẤT:
- Để tạo đƣợc chi tiết chân vịt tốt hơn nữa, có thể sử dụng mô hình chân vịt 3D đã vẽ để phân tích độ bền, độ hiệu quả hoạt động trong môi trƣờng làm việc của chân vịt. Sau đó tiếp tục điều chỉnh thêm các thông số trong bảng số liệu dùng để tra cứu.
- Rút gọn thời gian thiết kế chân vịt hơn bằng cách sử dụng Excel để thực hiện thêm phần hỗ trợ tra chế độ cắt tự động cho lập trình gia công, giá tiền vật liệu phôi, dao.
- Tiếp tục nghiên cứu sử dụng Pro Engineer 5.0 để chế tạo khuôn đúc, đúc phôi với hình dạng gần giống với chi tiết chân vịt để gia công nhanh hơn và tiết kiệm vật liệu hơn.
- Vì trong quá trình chế tạo mô hình gặp một số khó khăn do máy CNC 3 trục Bridgeport bị một số trục trặc nên đề xuất Trung tâm thí nghiệm thực hành trƣờng đại học Nha Trang có kế hoạch sửa chữa bảo trì để có thể khai thác đƣợc tốt nhất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Cảnh Thanh, (2007). Lý thuyết tàu thủy. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
2. Nguyễn Đăng Cƣờng (2000). Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủy. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
3. Nguyễn Đắc Lộc và các tác giả (2007). Sổ tay công nghệ chế tạo máy, Tập 2. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.
4. Nguyễn Văn Tƣờng (2010). Lập trình gia công với Pro/Engineer Wildfire 4.0 5. Nguyễn Xuân Mai và Võ Duy Bông (1983). Hướng dẫn thiết kế chân vịt tàu
thủy. Nhà xuất bản nông nghiệp Hà Nội.
6. Ninh Đức Tốn và Nguyễn Thị Xuân Bảy (2010). Dung sai lắp ghép và kĩ thuật
đo lường. Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam.
7. Trần Hữu Quế và Đặng Văn Cứ và Nguyễn Văn Tuấn (2003). Vẽ kĩ thuật cơ khí
tập hai. Nhà xuất bản giáo dục.
8. Weisstein, Eric W. "Helicoid." From MathWorld--A Wolfram Web Resource. http://mathworld.wolfram.com/Helicoid.html
9. Weisstein, Eric W. "Rotation Matrix." From MathWorld--A Wolfram Web