2.3.1. Các phương án thiết kế 2.3.1.1. Phương án 1
Hình 2.8. mơ hình máy khoan gỗ theophương án 1
Hoạt động: Ở phương án này chúng em sử dụng bàn dao di chuyển theo 2 trục đĩ
là truc Y-trục dọc theo băng tải, trục Z- trục lên xuống của bàn dao. Ở phương án này trục dao chỉ căn chỉnh được theo chiều doc chi tiết tức là nĩ chỉ khoan theo 1 đường dọc chạy theo đúng tâm chi tiết. Bàn nâng cĩ thể nâng lên ha xuống 1 khoảng nhỏ cho phép khoan thủng chi tiết
Ưu điểm:
- Dễ gia cơng chế tao, độ cứng vững cao.
- Việc lắp ráp căn chỉnh dễ dàng hơn do khoảng cách bàn dao di chuyển ngắn. - Cơ cấu gọn nhẹ, tiện điều khiển.
Nhược điểm:
- Ít cĩ tính thẩm mỹ.
- Chỉ di chuyển được theo 2 trục nên hạn chế khơng gian gia cơng, chỉ khoan trên 1 đường thẳng giữa chi tiết.
- Phụ thuộc nhiều vào vật liệu gia cơng : cĩ kích thước nhất định, chiều dài tối thiểu > 25cm
2.3.1.2. Phương án 2:
Hình 2.9. mơ hình máy khoan gỗ theophương án 2
Hoạt động: Băng tải dẫn động chi tiết theo trục Y. Ở phương án này chúng em sử
dụng bàn dao di chuyển theo 3 trục đĩ là trục X- vuơng gĩc với băng tải, truc Y- trục dọc theo băng tải, trục Z- trục lên xuống của bàn dao. Bàn nâng giống phương án 1.
Ưu điểm:
- Kết cấu gọn nhẹ, chắc chắn.
- Dễ dàng trong quá trính chế tạo và lắp ráp
- Cĩ thể canh, chỉnh độ đồng tâm của trục vít là nhờ vào cơ cấu dữ trục dẫn hướng.
- Tăng thể tích gia cơng của máy vì thêm 1 trục X-vuơng gĩc băng tải - Gia cơng chi tiết với kích thước bất kì
Nhược điểm:
- Hiệu suất làm việc thấp.
- Địi hỏi cần phải cĩ động cơ cĩ mơmen lớn.
- Vì trục Y chuyển sang lắp ở 1 phía nên độ rơ khi di chuyển khá cao
2.3.1.3. Phương án 3:
Hình 2.10. mơ hình máy khoan gỗ theophương án 3
Hoạt động: tương tự phương án 2 xong ở đây chi tiết bàn nâng bị bỏ đi thay vào
đĩ là 1 tấm lĩt khoảng cách của 2 băng tải. trục Y được chuyển vào giữa chứ ko nằm về 1 phía như ở phương án 2 nữa. Thêm cơ cấu chặn gỗ để khử độ rơ của băng tải.
Ưu điểm:
- Kết cấu gọn nhẹ, chắc chắn.
- Dễ dàng trong quá trính chế tạo và lắp ráp
- Cĩ thể canh, chỉnh độ đồng tâm của trục vít là nhờ vào cơ cấu dữ trục dẫn hướng.
- Tăng thể tích gia cơng của máy vì thêm 1 trục X-vuơng gĩc băng tải - Gia cơng chi tiết với kích thước bất kì
- Chi tiết gia cơng sẽ được chặn lại tại cơ cấu chặn của băng tải nên đảm bảo được điểm gốc khi gia cơng.
Nhược điểm:
- Hiệu suất làm việc thấp.
- Địi hỏi cần phải cĩ động cơ cĩ mơmen lớn.
2.3.1.4. Kết luận, lựa chọn phương án thiết kế:
Theo ưu và nhược điểm của các phương án trên. Phương án 3 là phương án được khắc phục từ nhược điểm của phương án 1 và 2. Phương án 3 là phương án được lựa chọn và thiết kế trong đồ án này của chúng em.
2.3.2 Lựa chọn thiết kế cơ khí cho hệ thống chấp hành dây chuyền máy khoan gỗ tự động
2.3.2.1 Lựa chọn động cơ truyền động cho trục X, Y, Z, động cơ khoan và các động cơ kéo băng tải, cơ cấu kẹp: động cơ kéo băng tải, cơ cấu kẹp:
a. Động cơ truyền động cho trục X, Y, Z: động cơ sử dụng truyền động cho các
cho trục X, Y , Z phải đảm bảo yêu cầu về điều khiển vị trí, tốc độ quay. Động cơ bước là lựa chọn tối ưu đảm bảo các yêu cầu nĩi trên.
Hình 2.12.. Một số loại động cơ bước
Ưu điểm:
- Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác và đơn giản. - Khơng cần mạch phản hồi.
Nhược điểm:
- Giá thành cao. - Momen xoắn nhỏ.
- Kết luận: tại 3 trục chính X, Y, Z ta lựa chon động cơ bước để đáp ứng những nhu cầu nêu trên. Loại động cơ được chọn ở đây mang kí hiệu C6794- 9212K cĩ các thơng số sau:
- Điện áp làm việc: 12V. - Dịng điện lớn nhất: 2A.
- Loại động cơ đơn cực, hai pha.
Hình 2.13: Động cơ bước sử dụng tại 3 trục x, y, z
b. Động cơ khoan và các động cơ kéo băng tải, cơ cấu kẹp: động cơ sử dụng cho
các loại truyền động trên khơng cần yêu cầu về độ chính xác cao, hoạt động trên nguyên tắc on/off là chủ yếu. Lực dẫn động tại các trục này tương đối cao nên địi hỏi động cơ phải cĩ momen xoắn lớn. Vì vậy dẫn động ở đây ta chon động cơ DC cĩ hộp giảm tốc
Ưu điểm:
- Momen xoắn lớn. - Giá thành rẻ. - Dễ điều khiển
Nhược điểm:
- Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển lại phức tạp. - Phải cĩ mạch phản hồi thì mới cĩ thể nâng cao độ chính xác.
Kết luận:
- Động cơ được dẫn động kéo băng tải phải cĩ momen xoắn cao, tốc độ quay trung bình chậm tạo sử ổn định khi kéo puli băng tải sử dụng động cơ kéo gương
Hình 2.15. động cơ kéo gương
+ Điện áp làm việc: 12-24VDC. + Dịng điện lớn nhất: 3A.
+ Tốc độ quay qua hộp giảm tốc: 200 vịng/phút
- Động cơ khoan và cơ cấu kẹp: địi hỏi momen xoắn cao, tốc độ quay cao sủ dụng động cơ DC loại cĩ hộp giảm tốc cĩ tốc độ quay cao
Hình 2.16 động cơ khoan
+ Điện áp làm việc: 12-24VDC. + Dịng điện lớn nhất: 3A.
+ Tốc độ quay qua hộp giảm tốc: 300 vịng/phút
Để thuận tiện cho việc lắp ráp ta sử dụng động cơ DC cĩ hộp giảm tốc trục ngang cĩ các thơng số như sau:
+ Điện áp làm việc: 12-24VDC. + Dịng điện lớn nhất: 3A.
+ Tốc độ quay qua hộp giảm tốc: 250 vịng/phút
2.3.2.2. Bộ truyền, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến a. Bộ truyền trục vít – đai ốc: a. Bộ truyền trục vít – đai ốc:
Ưu điểm:
Trong đồ án chúng em dùng trục vít_đai ốc ren hình tam giác, giống như bulong_đai ốc.
– Giá thành rẻ, dễ chế tạo. – Truyền động chậm, chính xác.
– Độ cứng vững dọc trục tương đối cao.
– Khả năng tải lớn, lợi nhiều về lực, làm việc êm và khơng ồn. – Cĩ nhiều trên thị trường, dễ tìm.
– Cĩ kích thước nhỏ gọn hơn trục vít_đai ốc bi.
Nhược điểm:
– Ứng suất tiếp xúc lớn.
– Ma sát lớn (bơi trơn liên tục thì cĩ thể giảm bớt ma sát ) – Hiệu suất thấp.
b. Bộ truyền động xích ( sử dụng trong cơ cấu kẹp)
Hình 2.20 bộ truyền động xích tại cơ cấu kẹp
Ưu điểm:
– Giá thành rẻ, dễ chế tạo. – Truyền động chậm, chính xác. – Cĩ nhiều trên thị trường, dễ tìm.
– Cĩ kích thước nhỏ gọn hơn trục vít_đai ốc.
Nhược điểm:
– Hiệu suất thấp – Độ cứng vững thấp.
2.3.2.3. Bộ truyền chuyển động quay cho puli băng tải
Để truyền chuyển động quay từ động cơ cho băng tải cĩ 2 cách đĩ là nối trục trực tiếp từ động cơ sang puli, thứ 2 đĩ là truyền thơng qua một hệ truyền động xích.
Ở cách thứ nhất khi nối trục địi hỏi phải cĩ độ chinh xác cao thêm nửa trục động cơ phải đủ dài vì vậy cách này khá phức tạp. Vậy ta chọn phương án 2 là thơng qua 1 hệ truyền động xích cách này sẽ khắc phục được 2 điều trên và nếu như lắp ráp chính xác thì truyền động xích cĩ khả năng khử được độ rơ của puli.
Hình 2.21. líp truyền động Hình 2.22. bộ truyên động xích
2.3.3. Thiết kế, chế tạo phần cơ khí
2.3.3.1. Vật liệu chế tạo máy khoan gỗ tự động a.Thép a.Thép
Khung máy được chế tạo bởi các thép hình hộp vuơng cĩ kích thước 30x30 mm, được hàn cố dịnh với nhau tao thành các khung .
Hình 2.23. Thép hình hộp
Khung bàn kẹp, bàn đỡ được làm bằng thép hộp chữ nhật kích thước 10x20mm
Thép là vật liệu điển hình thuộc nhĩm vật liệu kim loại, được sử dụng nhiều trong các cơng trình cầu, đường sắt và cơng trình xây dựng. Chúng cĩ ưu điểm là cường độ chịu lực cao, lớn nhất trong các vật liệu xây dựng, nhưng dễ bị tác dụng ăn mịn của mơi trường. Thép là hợp kim sắt - các bon, hàm lượng các bon < 2%.
Theo hàm lượng các bon chia ra:
– Thép các bon thấp : hàm lượng các bon ≤ 0,25%.
– Thép các bon trung bình : hàm lượng các bon 0,25 - 0,6%. – Thép các bon cao : hàm lượng các bon 0,6 - 2%.
– Khi tăng hàm lượng các bon, tính chất của thép cũng thay đổi: Độ dẻo giảm, cường độ chịu lực và độ giịn tăng. Để tăng cường các tính chất kỹ thuật của thép cĩ thể cho thêm những nguyên tố kim loại khác như: mangan, crơm, niken, nhơm, đồng...
Theo tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại thêm vào chia ra:
– Thép hợp kim thấp: Tổng hàm lượng nguyên tố kim loại khác ≤ 2,5%. – Thép hợp kim vừa: Tổng hàm lượng nguyên tố kim loại khác 2,5-10%. – Thép hợp kim cao: Tổng hàm lượng nguyên tố kim loại khác > 10%.
Vì khung máy cũng ít chịu lực, tải trọng nặng nên ta chọn thép các cacbon trung bình làm vật liệu chế tạo khung máy khoan tự động.
Ta sử dụng trục inox để làm phần cố định và bắt ổ bi trượt
b. Trục inox :
Trong ngành luyện kim, thuật ngữ thép khơng gỉ (inox) được dùng để chỉ một dạng hợp kim sắt chứa khoảng 10.5% chrom (cr). Tên gọi là "thép khơng gỉ" nhưng thật ra nĩ chỉ là hợp kim thép khơng bị biến màu hay bị ăn mịn dễ dàng như là các loại thép thơng thường khác. Vật liệu này cũng cĩ thể gọi là thép chống ăn mịn. Cĩ bốn loại thép khơng gỉ chính:
Austenitic Ferritic
Austenitic-Ferritic (Duplex) Martensitic
- Austenitic là loại thép khơng gỉ thơng dụng nhất. Thuộc dịng này cĩ thể kể ra các mác thép SUS 301, 304, 304L, 316, 316L, 321, 310s… Loại này cĩ chứa tối thiểu 7% nickel, 16% Chrom, C 0.08% max. Thành phần như vậy tạo ra cho loại thép này cĩ khả năng chịu ăn mịn cao trong phạm vi nhiệt độ khá rộng, khơng bị nhiễm từ, mềm dẻo, dễ uốn, dễ hàn. Loai thép này được sử dụng nhiều để làm đồ gia dụng, bình chứa, ống cơng nghiệp, tàu thuyền cơng nghiệp, vỏ ngồi kiến trúc, các cơng trình xây dựng khác…
- Ferritic là loại thép khơng gỉ cĩ tính chất cơ lý tương tự thép mềm, nhưng cĩ khả năng chịu ăn mịn cao hơn thép mềm (thép đen). Thuộc dịng này cĩ thể kể ra các mác thép SUS 430, 410, 409,… Loại này cĩ chứa khoảng 12% - 17% Chrom. Loại cĩ chứa khoảng 12% Chrom thường được ứng dụng nhiều trong kiến trúc. Loại cĩ chứa khoảng 17% Chrom được sử dụng để làm đồ gia dụng, nồi hơi, máy giặt, các kiến trúc trong nhà …
- Austenitic-Ferritic (Duplex): Đây là loại thép cĩ tính chất “ở giữa” loại Ferritic và Austenitic cĩ tên gọi chung là DUPLEX. Thuộc dịng này cĩ thể kể ra LDX 2101, SAF 2304, 2205, 253MA. Loại thép duplex cĩ chứa thành phần Nickel ít hơn nhiều so với loại Austenitic. DUPLEX cĩ đặc tính tiêu biểu là độ bền chịu lực cao và độ mềm dẻo.. được sử dụng nhiều trong
ngành cơng nghiệp hố dầu, sản xuất giấy, bột giấy, chế tạo tàu biển… Trong tình hình giá thép khơng gỉ leo thang do nickel khan hiếm thì dịng DUPLEX đang ngày càng được ứng dụng nhiều hơn để thay thế cho một số mác thép thuộc dịng thép Austenitic như SUS 304, 304L, 316, 316L, 310s…
- Martensitic: Loại này chứa khoảng 11% đến 13% Chrom, cĩ độ bền chịu lực và độ cứng tốt, chịu ăn mịn ở mức độ tương đối. Được sử dụng nhiều để chế tạo cánh tuabin, lưỡi dao.
Hình 2.25. trục vít inox đường kính 10- 16mm
c. Que hàn
Que hàn nĩng chảy là loại điện cực mà lõi làm bằng kim loại (thép, gang, dồng, nhơm,...) bên ngồi cĩ một lớp thuốc bọc. Khi hàn que hàn sẽ bổ sung kim loại và tăng cường một số tính chất đặc biệt cho mối hàn. Que hàn nĩng chảy cĩ nhiều loại như que hàn thép các bon, que hàn thép inĩc, que hàn thép hợp kim, que hàn đồng, que hàn nhơm,...
Yêu cầu:
Đảm bảo cơ tính của mối hàn, Đảm bảo thành phần hố học cần thiết của mối hàn; Cĩ tính cơng nghệ tốt dể gây hồ quang, hồ quang cháy ổn định, nĩng chảy đều, cĩ khả năng hàn ở tất cả các vị trí trong khơng gian, mối hàn khơng cĩ rổ, khơng nứt, xỷ nổi đều và dễ bong ra, khơng bắn toé nhiều. Hệ số đấp cao. Khơng sinh khí độc hại ảnh hưởng đến sức khoẻ của cơng nhân. Dễ dàng chế tạo & giá thành rẻ;
Tác dụng của lớp thuốc bọc que hàn Kích thích hồ quang và làm cho hồ quang cháy ổn định; Tạo khí & tạo xỷ để bảo vệ mối hàn. Lớp xỷ cĩ tác dụng làm cho muối hàn nguội chậm tránh hiện tượng tơi của mối hàn. Khử ơxy hồn nguyên kim loại. Tăng cơ tính và một số tính chất đặc biệt của mối hàn.
d. Bulơng – Đai ốc
Hình 2.28. Các loại bulơng – đai ốc
Ưu điểm:
– Dễ tháo lắp, khơng làm hỏng các chi tiết lắp ghép.
– Thuận tiện cho quá trình thay thế, sửa chữa nhanh chống, ít tốn thời gian. – Cĩ thể lắp ghép được nhiều chi tiết với nhau.
Nhược điểm:
– Lắp ghép nặng nề, nhất trong trường hợp dùng nhiều bulơng.
e. Ổ bi
Dùng để đỡ các trục quay, nhận tải trọng từ trục truyền đến giá đỡ. Ổ lăn được tiêu chuẩn hĩa rất cao. Dạng ma sát trong ổ lăn là ma sát lăn.
Ưu điểm
– Hệ số ma sát nhỏ (0.0012 ÷ 0.0035) đối với ổ bi. – Ít sinh nhiệt trong quá trình làm việc.
– Mức tiêu chuẩn hĩa và tính lắp lẫn cao, do đĩ thay thế thuận tiện. – Hiệu suất làm việc cao.
Nhược điểm
– Tháo, lắp hơn phức tạp. – Khả năng giảm chấm kém. – Giá thành tương đối cao.
Hình 2.29. Kết cấu ổ lăn
Hình 2.30. ổ lăn và mặt cắt ổ lăn
f. Ổ trượt (bạc trượt bi): trong mơ hình thiết kế của chúng em tại các trục trượt
dẩn hướng bọn em sử dụng ổ trượt làm thiết bị đỡ và dẫn hướng cho trục. Mơ hình bao gồm 3 cơ cấu trượt, mỗi cơ cấu gồm 2 trục trượt.
Hình 2.31: Một số loại ổ trượt
Hình 2.33 : mặt cắt và bảng tra kích thước các loại bạc trượt bi
2.3.3.2. Thiết kế, chế tạo máy khoan gỗ tự động : a. Các khung chính của máy khoan gỗ tự động : a. Các khung chính của máy khoan gỗ tự động :
- Khung chính : Phần khung chính được làm bằng thép hộp vuơng 30x30mm. Các thanh thép được hàn lai với nhau tạo thành khung như hình vẽ
khung trên cĩ kết cấu khá vững chắc đỡ tồn bộ trọng lượng của kết cấu cũng như khối lượng chi tiết cần gia cơng.
Hình 2.34. bản vẽ 3D khung chính
- Khung trượt: Được làm bằng thép hộp vuơng 30x30mm, phần khung trượt là phần liên kết bàn dao với khung chính. Nĩ giúp bàn dao di chuyển theo trục Y- trục dọc theo chiều chuyển động của băng tải. Phần khung trượt đỡ tồn bộ trọng lượng của bàn dao.