Hiện nay để đánh bóng trục cam xe máy, một số công ty có nhà máy sản xuất xe máy tại Việt Nam nhƣ Honda, Yamaha, Suzuki sử dụng máy đánh bóng trục cam nhập khẩu từ Thái Lan. Đây đƣợc chọn là máy tham khảo để tính toán máy mới
Hình 3.1. Sơ đồ động máy đánh bóng trục cam nhập khẩu từ Thái lan
Nguyên lý hoạt động:
Trục cam đƣợc gá trên hai mũi chống tâm và đƣợc dẫn động quay thông qua động cơ điện 3 pha và bộ truyền giảm tốc tới trục cam. Dây đánh bóng đƣợc gá sẵn trên hệ thống dẫn hƣớng đƣợc đƣa vào tỳ lên bề mặt cam để thực hiện quá trình đánh bóng. Sau khoảng thời gian đặt trƣớc thì quá trình đánh bóng kết thúc, cụm gá dây đánh bóng lùi ra xa trục cam, trục cam dừng lại và kết thúc quá trình đánh bóng.
Do tính chất không đối xứng của bề mặt cam nên máy sử dụng phƣơng án dẫn động trục cam quay với tốc độ thấp, dây đánh bóng không dịch chuyển mà có cơ cấu tì dây đánh bóng lên bề mặt gia công, đảm bảo cho dây đánh bóng luôn tiếp xúc với bề mặt cam trong quá trình đánh bóng. Để di chuyển cụm gá dây đánh
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 77
bóng đi vào gia công và lùi về, trên máy sử dụng hệ thống xylanh khí nén dẫn động trực tiếp cụm gá dây.
Nhược điểm trên máy đánh bóng của Thái Lan:
- Chỉ gia công đƣợc một chi tiết trong một lần gá
- Do dây đánh bóng đứng yên trong quá trình đánh bóng nên sau một thời gian gia công dây sẽ bị mòn và cần phải dịch chuyển đến đoạn dây đánh bóng mới. Trên máy dây đƣợc cung cấp thành từng cuộn dài, sau mỗi khoảng thời gian gia công, dây đƣợc tua đi một một lƣợng nhất định để đoạn đoạn dây mới vào vùng gia công, thay thế cho đoạn dây đánh bóng cũ bị mòn. Tuy nhiên việc tua dây đánh bóng đƣợc thực hiện bằng tay thông qua hệ thống chốt và đĩa lỗ. Điều này dẫn tới chất lƣợng của quá trình đánh bóng không đƣợc đảm bảo khi ngƣời công nhân quên không tua dây hoặc tua dây quá ngắn không hết phần dây đã bị mòn hoặc chiều dài dây đánh bóng tua đi quá dài gây lãng phí dây đánh bóng.
Từ các phân tích và sơ đồ động của máy đánh bóng trục cam nhập khẩu từ Thái lan, máy thiết kế cần có các chuyển động cơ bản sau:
- Chuyển động chính : chuyển động quay của chi tiết. - Chuyển động kẹp chặt chi tiết.
- Chuyển động chạy dao : chuyển động của dây đánh bóng vào vùng gia công.
- Chuyển động tua dây đánh bóng.
3.1.2. Lựa chọn phương án bố trí trục cam
Chi tiết cam có biên dạng không đều và lệch tâm, do đó chuyển động quay của chi tiết không thể quá cao sẽ dẫn tới hiện tƣợng rung động, mất ổn định cho toàn bộ máy cũng nhƣ quá trình tiếp xúc của dây đánh bóng với bề mặt cam sẽ không ổn định nên không thể nâng cao tốc độ trục chính để nâng cao năng suất gia công. Để tăng năng suất gia công , tiến hành gia công đồng thời hai trục cam thay vì gia công một trục trong một lần gá đặt.
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 78
Với việc gia công đồng thời 2 trục cam trong một lần gá đặt, có hai phƣơng án gá đặt nhƣ sau:
- Phƣơng án a: bố trí 2 trục cam gá song song trên máy
Hình 3.2. Gá hai trục cam song song trên máy
- Phƣơng án b: bố trí 2 trục cam gá thẳng hàng trên một đƣờng tâm
Hình 3.2. Gá hai trục cam thẳng hàng
Từ hai sơ đồ bố trí trục cam (hình 3.1; hình 3.2) nhận thấy
- Ở phƣơng án a gặp khó khăn là lực tỳ vào mặt cam để đánh bóng khó đảm bảo vì biên dạng cam có bán kính thay đổi, do đó khi cam quay sẽ làm các lò xo nén các con lăn dùng để căng dây đánh bóng bị nén lại khác nhau, dẫn đến lực tỳ lên
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 79
cam sẽ thay đổi một lƣợng ΔN nào đó và làm cho chất lƣợng các mặt cam không đều nhau.
- Ở phƣơng án b sử dụng 4 dây đánh bóng kết hợp với 4 vật tỳ để đánh bóng 4 bề mặt cam, các vật tỳ có thể điều chỉnh trọng lƣợng để thay đổi lực tỳ của dây đánh bóng lên bề mặt gia công.
Nhƣ vậy ở phƣơng án b, chất lƣợng các bề mặt cam đƣợc đảm bảo đều nhau, do đó chọn phƣơng án b gá đặt trục cam.
Mặt khác, để khắc phục hạn chế của máy nhập khẩu từ Thái Lan, dây đánh bóng có thể đƣợc thiết kế thực hiện quá trình tua dây tự động thông qua một động cơ bƣớc để có thể dễ dàng điều khiển chiều dài tua dây.
Hình 3.4. Sơ đồ động cụm tua dây tự động
Hình 3.4 là sơ đồ cụm tua dây tự động. Dây đánh bóng đƣợc kẹp giữa hai bánh răng, bánh răng đƣợc dẫn dẫn động bởi một động cơ bƣớc thông qua bộ truyên đai sẽ quay thực hiện tua dây sau mỗi khoảng thời gian đánh bóng nhất định.
3.1.3. Xây dựng sơ độ động máy đánh bóng trục cam
Tổng hợp từ các phân tích trên, sơ đồ động đánh bóng trục cam đƣợc xây dựng nhƣ sau:
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 80
Hình 3.5. Sơ đồ động máy đánh bóng trục cam
Trong đó
- Chuyển động quay trục cam đƣợc dẫn động từ động cơ điện điều khiển vô cấp bằng biến tần thông qua bộ truyền đai có tỷ số truyền bằng 1, tốc truyền gắn với rãnh then trục cam
- Quá trình kẹp chặt đƣợc thực hiện nhờ 2 xylanh khí nén
- Sử dụng 2 xy lanh khí nén để nâng hạ cụm dẫn hƣớng dây đánh bóng
3.2. Tính toán chọn động cơ cho thống truyền động trục cam
Hệ thống truyền động có chức năng truyền động cho chi tiết trong cam trong điều kiện chi tiết quay với tốc độ không lớn, khoảng 140 vong/phút do đặc thù biên dạng của cam không đều.
Từ đặc điểm làm việc của trục chính là hoạt động liên tục ở dải tốc độ thấp, có yêu cầu thay đổi tốc độ trong phạm vi nhất định, ta chọn động cơ dẫn động cho trục chính là động cơ không đồng bộ 3 pha, điều khiển bằng biến tần.
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 81
Xuất phát từ chế độ công nghệ : áp lực tỳ của dây đánh bóng 0,2 ÷ 0,5 kg/cm2 , tốc độ đánh bóng 100 ÷ 300 vòng/phút. Sơ đồ phân bố lực cắt đƣợc thể hiện nhƣ sau:
Hình 3.6. Sơ đồ phân bố lực cắt
Tham khảo ở máy trƣớc, đánh bóng bằng dây đánh bóng có hạt mài nhỏ (độ hạt 10 ÷ 6) kết hợp với phun dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công nên hệ số ma sát sơ bộ đƣợc chọn là µ = 0,15. Trong quá trình đánh bóng do tính chất không đều của biên dạng cam dẫn tới diện tích tiếp xúc của dây đánh bóng và bề mặt cam liên tục thay đổi theo từng vị trí trên bề mặt cam. Do đó xác định công suất của động cơ dẫn động trục chính tại vị trí dây đánh bóng và bề mặt cam có diện tích tiếp xúc lớn nhất ( ½ vòng tròn)
Momen cản của ma sát trên bề mặt chi tiết
(3.1)
Với µ = 0,15; đƣờng kính cơ sở của cam d = 28mm, thay vào công thức trên tính đƣợc momen cản của ma sát lên một trục cam là Mmax = 0,7Nm
Tổng momen lớn nhất đặt lên trục chính: Mtc = 2.Mmax = 2 . 0,7 = 1,4 Nm Với tốc độ trục chính lớn nhất khoảng 300 vòng/phút, công suất có ích lớn nhất cần thiết dẫn động cho trục chính là:
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 82
Với phƣơng án truyền động từ động cơ truyền trực tiếp sang trục chính bằng bộ truyền đai với tỷ số truyền 1 :1, trục chính đƣợc đỡ trên hai gối đỡ, hai ụ động kẹp chặt chi tiết, ụ động đƣợc đỡ trên một gối đỡ, do đó kết cấu cụm trục chính khi gia công bao gồm 4 ổ bi đỡ.
Tra bảng 2.3 [5] chọn hiệu suất bộ truyền đai ηđ = 0,96; hiệu suất truyền động của ổ lăn ηol = 0,99.
Công suất dẫn động của động cơ là Nđc = N/(ηđ. ηol2
) = 40/ (0,96 . 0,992) = 43 (W) (3.3) Công suất có ích của động cơ dẫn động khi trục chính quay với tốc độ 1500 vòng/phút là
Đối với các động cơ điện 3 pha thông thƣờng hiệu suất động cơ là ηđc = 0,8. Khi đó công suất của động cơ điện là
Tra bảng P1.3 [5] chọn động cơ 4AA63A4Y3 có các thông số sau: Công suất: 0,37 kw
Tốc độ động cơ: 1370 vòng/phút Điện áp : 220/380 V
3.3. Nghiên cứu thiết kế kết cấu cụm gá trục cam
Cụm gá có nhiệm vụ định vị và kẹp chặt chi tiết trong một lần gia công. Vì vậy cụm gá cần đảm bảo cho tháo lắp nhanh, kết hợp với tự động hóa.
3.3.1. Điều kiện làm việc và yêu cầu của cụm gá kẹp
Cụm gá kẹp chi tiết trục cam trong điều kiện chi tiết gia công quay với tốc độ không lớn, làm việc trong điều kiện không va đập hoặc va đập nhẹ.
Làm việc liên tục thời gian dài (3ca/ngày).
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 83
sẵn hai lỗ chống tâm, có rãnh then. Yêu cầu của cụm gả kẹp:
Nguyên công đánh bóng là nguyên công gia công tinh lần cuối. Mục đích là lấy đi những nhấp nhô tế vi để tạo độ bóng cao (Đánh bóng có thể đạt độ bóng cấp 14). Do đó cần đảm bảo một số yêu câu;
Cụm gá kẹp cần đảm bảo tháo lắp dễ dàng, lực kẹp ổn định trong suốt quá trình gia
công. Chính vì vậy cần mức độ cơ khí hóa cao, giảm thời gian phụ, giảm mức độ nặng nhọc cho công nhân, đảm bảo độ chính xác cho chi tíểt....
Sự rung động của cơ cấu sẽ tạo ra chuyển động tƣơng đối có chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công dẫn đến thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công. Sai lệch này làm chuyển động không ổn định và tăng lực cẳt, tốc độ cắt cao. Cần đảm bảo giảm rung bằng cách:
. Nâng cao độ cứng vững của cơ cấu.
. Có cơ cấu giảm rung nối với nền móng giảm rung cách ly với bên ngoài. . Dùng dung dịch bôi trơn trong quá trình gia công. Chế độ bôi trơn trong quá trình gia công đảm bảo thoát phoi đễ dàng, loại bỏ các hạt mài bóng thoát ra trong quá trình gia công để tránh các hạt này ảnh hƣởng đến bề mặt gia công, đồng thời hạ nhiệt cho quá trình gia công nên giảm sự mất hạt mài trên dụng cụ. Hệ thống bôi trơn này cũng cung cấp dung dịch đánh bóng cho quá trình gia công. Nhờ đó chi tiết đạt độ chính xác cao.
3.3.2. Lựa chọn cơ cấu định vị
Chi tiết trục cam có thể đƣợc gá trên máy bằng một số phƣơng pháp nhƣ Dùng mâm cặp ba chấu cặp một đầu trục gá. Đầu còn lại dùng mũi tâm tùy động. Phƣơng án này định vị 5 bậc tự do
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 84
Hình 3.7. Gá trục cam bằng mâm cặp kết hợp mũi chống tâm
Dùng chống tâm ở 2 đầu trục cam: Phƣơng án này có ƣu điểm là trục cam khi đƣa vào đánh bóng đã có sẵn hai lỗ chống tâm ở 2 đầu do nguyên công trƣớc để lại. Một đầu mũi tâm đƣợc nối với động cơ thông qua cơ cấu truyền động. Đồng thời sừ dụng tốc kẹp để truyền động cho trục cam trong quá trình gia công.
Hình 3.8. Gá trục cam bằng hai mũi chống tâm
Ta lựa chọn phƣơng án gá chi tiết trên 2 mũi chống tâm. Phƣơng án này đảm bảo tốt hơn cho độ chính xác cho các bề mặt cam. Phƣơng án này cũng phù họp với các quá trình gia công trƣớc đó. Trong chế tạo cam chuẩn thống nhất đƣợc chọn là 2 mũi tâm. Bời lẽ khi dùng hai lỗ tâm làm chuẩn và đƣợc định vị trên hai lỗ tâm để gia công mặt ngoài thì không có sai số chuẩn cho kích thƣớc đƣờng kính. Ngoài ra một mũi tâm còn lại đƣợc thiết kế tùy động để tránh sai số chuẩn cho hƣớng trục vì trong quá trình chế tạo hai lỗ tâm có sai số về chiều sâu của lỗ tâm. Việc chọn cách gá với hai mũi tâm cũng thuận lợi cho tự động hoá quá trình gia công.
3.3.3. Cơ cấu kẹp chặt
Trong việc chọn cơ cấu kẹp để đảm bảo có thể cơ khí hóa cao ta nghiên cứu một số hệ thống kẹp bằng thủy lực và khí nén:
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 85 a) Từ đƣờng chính Từ đƣờng chính b) c)
Hình 3.9. Sơ đồ cơ cấu sinh lực bằng khí nén dạng xylanh – piston
a) xylanh – piston một chiều; b) xylanh – piston hai chiều; c) xylanh- piston hai chiều (hai buồng)
Kẹp bằng khí nén có ƣu điểm :
+ Giảm nhẹ sức lao động khi kẹp chặt chi tiết, thao tác nhẹ nhàng thuận tiện. + Rút ngắn thời gian kẹp chặt.
+ Tạo đƣợc lực kẹp lớn đều và có thể điều chỉnh đƣợc. + Dễ tự động hóa và có thể điều khiển từ xa.
Nhƣợc điểm của cơ cẩu kẹp bằng khí nén:
+ Do khí nén có tính đàn hồi nên độ cứng vững kẹp chặt không cao. Vì vậy nó ít đƣợc dùng để kẹp chi tiết nặng.
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 86
lọc, bộ điều hòa tốc độ.. .cồng kềnh và tốn một chi phí nhất định. - Kẹp bằng khí nén kết hợp thủy lực
Hình 3.10. Cơ cấu kẹp phối hợp khí nén – thủy lực
Kẹp bằng khí nén- thủy lực có ƣu điểm phóng đại lực kẹp hoặc làm ổn định tốc độ chuyển động. Dùng khí nén đẩy piston, rồi piston này tác dụng vào một buồng kín chứa dầu thủy lực để phóng đại lực kẹp lên nhiều lần. Do dùng thêm cơ cấu khí nén nên rẻ tiền. Không cần trang thiết bị đặc biệt nhƣ chỉ dùng dầu thủv lực mà lực kẹp vẫn lớn.
- Kẹp bằng cơ khí kết hợp thủy lực.
Dùng cơ cấu này để tạo lực kẹp lớn. Dùng tay quay đẩy chốt nén dầu về bể dầu. Bể dầu thay đổi thể tích lên đẩy pittông. Thông qua một số cơ cấu trung gian để kẹp chi tiết.
Hình 3.11. Cơ cấu kẹp cơ khí – thủy lực
Yêu cầu của thiết bị là sử dụng cơ cấu kẹp đê đảm bảo cơ khí hóa cao quá trình điều khiển kẹp chặt phôi, tháo lắp nhanh giảm thời gian phụ, giảm việc nặng nhọc cho thợ.. .từ đó tăng năng suất công việc. Chi tiết bé lên lực kẹp không cần lớn. Cho nên sử dụng cơ cấu khí nén là hợp lý nhất.
Học viên : Nguyễn Đức Nam Lớp:11BCTM.KH 87
Chọn xylanh
Hình 3.12. xylanh nâng hạ cơ cấu
Hình 3.13. Sơ đồ lực tác dụng lên trục cam
Tham khảo máy trƣớc, cơ cấu tác dụng lên chi tiết ở đây là cơ cấu dẫn dây đánh bóng và đối trọng với trọng lƣợng của cơ cấu nâng và các con lăn là 50 N, trọng lƣợng của đối trọng là 20 N, xylanh đƣợc sử dụng với áp suất khí là 5 bar, tỷ lệ đƣờng kính giữa cần xylanh và piston là d : D = 1 : 2
Trọng lƣợng tổng hợp của một cơ cấu tỳ vào một chi tiết là (50 + 20).2 = 140N → phản lực theo phƣơng hƣớng tâm của một đầu mũi tâm là F1 = 70 N
→ F2 = F1 . tg30o = 37,2 N (3.4)
Khi xylanh đẩy lên, áp suất trong khoang trên P1 bằng áp suất không khí nên có thể bỏ qua, áp suất khoang dƣới P2 = 5 bar = 5. 105 Pa. Khi đó đƣờng kính trong xylanh D nhỏ nhất là
P2 . S2 = F2 = 37,2 N → S2 = 7,34. 10-5 m2 (3.5)