4.1.1. Bàn máy.
Bàn máy là một trong những chi tiết có kích thước lớn và quan trọng nhất của máy cắt kính, toàn bộ các cụm chi tiết khác của máy đều được gá trực tiếp hoặc gián tiếp lên bàn máy. Độ cứng vững của bàn máy có ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác gia công. Bàn máy có kích thước 900mm x 1340mm, được hàn từ phôi thép hộp kích thước 60 x 60, với chiều cao 500mm. Các nhiệm vụ chính của bàn máy:
- Nâng đỡ toàn bộ hệ thống thông qua hai sống trượt trục X bắt ở hai bên thành máy.
- Khử bớt rung động sinh ra.
- Đỡ và giữ chặt tấm kính trong quá trình cắt.
4.1.2. Trục X
Cụm trục X có tác dụng dẫn hướng lưỡi cắt chuyển động tịnh tiến dọc theo một trục của hệ tọa độ máy. Bộ phận chính của cụm trục X là hai sống trượt được gắn ở hai bên thân máy. Toàn bộ hệ thống các hệ thống khác sẽ trượt trên hai sống trượt này thông qua hai con trượt. Để giảm ma sát trong quá trình dẫn hướng, ta sử dụng hai bạc lót bằng đồng. Chuyển động của máy theo trục X được duy trì nhờ một động cơ thông qua hệ thống truyền động đai răng. Trên trục động cơ có gắn encoder để có thể điều khiển chính xác góc quay của trục động cơ nhằm xác định tọa độ của đầu cắt trên trục X. Ngoài ra còn có 1 sensor để xác định vị trí “set 0” của đầu cắt trên trục X.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
Các chi tiết chính:
Sống trượt trục X
- Sống trượt trục X được chế tạo từ thép C45, đường kính ngoài Ø32mm, độ dài l= 1200mm, được mài đạt độ nhám Ra= 0,63 và được nhiệt luyện để tăng tính chống mòn.
- Sống trượt được gắn trên thân máy bằng 8 vít M10.
- Nhiệm vụ : định hướng chuyển động của bàn máy, nâng đỡ và giữ chặt bàn máy khi có lực cắt xuất hiện
Con trượt và bạc trượt
- Nhiệm vụ : con trượt trượt trên sống trượt mang theo toàn bộ các cụm chi tiết khác. Bạc trượt bằng đồng được lắp giữa con trượt và sống trượt, có tác dụng giảm bớt ma sát trong quá trình dẫn hướng.
Tấm đỡ sống trượt
- Tấm đỡ là chi tiết trung gian gắn sống trượt với khung máy. Mỗi sống trượt được gắn với khung máy thông qua 4 tấm đỡ. Tấm đỡ được chế tạo từ thép C45, trong đó rãnh trụ có đường kính bằng với đường kính của sống trượt và phải đảm bảo độ song song với mặt phẳng đáy.
- Nhiệm vụ: rãnh trụ có tác dụng định vị sống trượt giữa các lần tháo lắp.
4.1.3. Trục Y
Giống như trục X, trục Y dùng cơ cấu sống trượt trụ tròn. Hệ thống trượt gồm 2 sống trượt gá trên một mặt phẳng thẳng đứng để tăng khả năng chịu lực của hệ thống. Con trượt trục Y cũng được lót đồng để giảm mài mòn. Trục Y mang hệ thống lưỡi cắt.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn 1 2 3 4 5 Hình 4.1: Cụm chi tiết trục Y Các chi tiết chính: Sống trượt trục Y
- Sống trượt trục Y bao gồm hai thanh trượt hình trụ bằng thép C45 đường kính 32mm, dài L=900mm, được mài đạt độ nhám Ra=0,63 và được tôi để giảm độ mòn.
- Hai thanh trượt được lắp trên một mặt phẳng thẳng đứng.
- Nhiệm vụ: dẫn hướng cho hệ thống lưỡi cắt chuyển động dọc theo trục Y của hệ tọa độ máy.
- Để đảm bảo con trượt làm việc êm, chính xác thì sống trượt phải đạt được một số yêu cầu về tườn quan hinh dáng hình học, như độ tròn 0.03 ,độ trụ 0.03. Ngoài ra hai đầu trục còn phải đảm bảo độ vuông góc so với đường tâm của trục để khi lắp ráp cụm chi tiết 2 trục sẽ đảm bảo vuông góc với 2 tấm phẳng và song song với nhau.
- Mối ghép giữa sống trượt và con trượt thông qua bạc ( được lắp cố định vào con trượt) là mối ghép lỏng, voi mối ghép có khả năng di trượt nên ta chọn chế độ lắp giữa bạc và con trượt là Ø32 H8/h7.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
Con trượt: gồm các bộ phận sau:
+) Hai bạc đồng:
- Để đảm bảo trong quá trình máy làm việc con trượt làm việc êm, tránh dung động, hiện tượng mòn và dơ sau một thời gian làm việc thì ta phải lắp bạc cho con trượt. Bạc được chế tạo bằng vật liệu giảm sát và trong quá trình làm việc được bôi trơn bằng dầu nên ta chọn vật liệu gia công bạc là đồng.
- Mối ghép giữa bạc và 2 sống trượt như đã nói ở trên là mối ghép lỏng di trượt
được. Ta chọn lắp theo hệ thống H8/h7 nên ta có miền dung sai của bạc là: Ø32+0.04 và mối ghép giữa bạc và con trượt la mối ghép chặt để đảm bảo khi bạc di chuyển thì con trượt cũng phải di trượt. Dó đó ta chọn lắp chặt theo hệ thống lỗ Ø40 H8/e7 từ đó ta có miền dung sai đường kính ngoài của bạc là: Ø40e7.
Hình 4.2: bạc lót
+)Con trượt:
Con trượt được di trượt trên 2 sống trượt thong qua 2 bạc như đã nói ở phần trên. Ngoài ra con trượt còn phải mang theo hệ thống đầu cắt của máy cắt kính, nó có cấu tạo như sau:
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
- Con trượt là chi tiết dạng hộp có kích thước: 80x80x150, được làm từ vật liệu thép CT38. Để giảm khối lượng cho cụm chi tiết ta không chế tạo con trượt là khối đặc, mà ta dùng các tấm thép chiều dày từ 12mm đến 15mm được hàn lại với nhau thành khối hộp. Sau đó ta gia công các bề mặt của khối hộp cho đảm bảo kích thước và đảm bảo độ song song, vuông góc giữa các bề mặt của khối hộp.
- Trên khối ta gia công 2 lỗ lắp bạc dẫn hướng cho con trượt, con trượt được lắp với bạc theo hệ thống lỗ Ø40 H8/e7 nên đường kính lỗ trên con trượt là
Ø40+0.04. Khoảng giữa tâm 2 lỗ phải nằm trong dung sai cho phép khoảng cách
giữa 2 trục dẫn để con trượt có thể di trượt trên trục dẫn dễ dàng.
- Hệ thống đầu cắt sẽ được gắn trên con trượt nên trên mặt trước của con trượt được khoan các lỗ để bắt hệ thống đầu cắt.
- Con trượt có thể trượt trên 2 trục dẫn la nhờ chuyển đông của cơ cấu bánh răng đai răng thang. Vì vậy cần phải có cỏ cấu nối đai o hai bên sườn của con trượt.
4.1.4. Hệ thống đầu cắt
- Hệ thống lưỡi cắt được gắn chặt lên con trượt trục Y. Hệ thống này có thể cung cấp cho lưỡi cắt hai chuyển động: chuyển động lên xuống theo phương thẳng đứng(trục Z) và chuyển động quay xung quanh phương thẳng đứng( trục C). - Hệ thống lưỡi cắt bao gồm một xilanh khí nén gắn trực tiếp lên con trượt trục
Y. Đầu piston mang theo một động cơ encoder, và đầu cắt được gắn lên đầu của động cơ này. Do yêu cầu đặc biệt của quá trình cắt kính sử dụng lưỡi cắt, xilanh khí nén có tác dụng dịch chuyển đầu cắt từ từ theo phương thẳng đứng và giữ nó tiếp xúc với bề mặt kính dưỡi một áp lực ổn định trong suốt quá trình cắt còn động cơ encoder điều khiển đầu cắt xoay xung quanh phương thẳng đứng nhằm đảm bảo cho lưỡi cắt luôn ở phương tiếp tuyến với quỹ đạo cắt.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
- Để đảm bảo độ chất lượng vết cắt và tránh gây vỡ lưỡi cắt, hệ thống lưỡi cắt phải đảm bảo có độ cứng vững cao.
Các bộ phận chính:
Xilanh khí nén
- Xilanh khí nén có hành trình H=25mm, đường kính piston D=20mm, có tác dụng tạo chuyển động cho đầu cắt theo phương thẳng đứng. Áp lực sinh ra bởi xilanh khí nén, thông qua lưỡi cắt, sẽ tác dụng lên tấm kính và duy trì một cách ổn định trong suốt quá trình cắt.
- Việc sử dụng xilanh khí nén giúp giảm thiểu tối đa khả năng vỡ lưỡi cắt trong trường hợp áp lực sinh ra quá lớn.
Động cơ
- Động cơ được nối với đầu dao cắt kính thông qua áo dẫn dao, áo dẫn dao được lắp lỏng và có thể di chuyển lên xuống.
- Động cơ có tác dụng điều chỉnh góc xoay của đầu cắt quanh phương thẳng đứng, đảm bảo cho lưỡi cắt luôn ở phương tiếp tuyến với quỹ đạo cắt trong suốt quá trình cắt.
Cơ cấu dẫn hướng
- Thanh trượt là cơ cấu trung gian nối động cơ với đầu piston của xilanh khí nén. - Có tác dụng định hướng chuyển động của đầu cắt theo phương thẳng đứng. Tuy
nhiên tác dụng chính là tăng độ cứng vững cho hệ thống lưỡi cắt.
Đầu cắt và lưỡi cắt
- Lưỡi cắt có dạng bánh xe được chế tạo bằng kim cương có thể quay xung quanh trục nằm ngang gắn chặt với đầu cắt.
- Trong suốt quá trình cắt, đầu cắt được điều khiển để lưỡi cắt luôn ở phương tiếp tuyến với quỹ đạo cắt.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
4.1.5. Các cụm chi tiết phụ
Cơ cấu căng đai
- Sau khi máy hoạt động một thời gian, dưới tác dụng của lực căng, các dây đai bắt đầu bị giãn làm ảnh hưởng đến khả năng truyền động. Nếu dây đai bị giãn quá nhiều có thể gây ra hiện tượng tuột đai. Do đó cơ cấu căng đai có tác dụng đảm bảo cho đai luôn căng và góp phần tăng góc ôm của đai trên puli. Đối với bộ truyền bằng đai răng, việc tăng góc ôm có thể làm tăng số răng ăn khớp cùng lúc, qua đó tăng khả năng tải của đai lên nhiều.
- Cơ cấu căng đai trên trục X là một bánh lăn tì lên mặt sau của đai, độ căng ban đầu của đai có thể điều chỉnh được bằng cách điều chỉnh độ cao của bánh lăn thông qua một vít điều chỉnh.
- Trên trục Y thực hiện căng đai theo bước.
Cụm chi tiết đỡ
- Bao gồm 2 bánh xe tì vào mặt dưới của sống trượt trục X, đối diện với con trượt và chuyển động cùng với con trượt.
- Trục của các bánh xe được gắn vào các lò xo lắp theo phương thẳng đứng. - Nhiệm vụ:
+ Giữ cho con trượt không bị nhấc lên khỏi vị trí tiếp xúc với sống trượt dưới tác dụng của phản lực lớn sinh ra bởi bàn máy trong quá trình cắt.
+ Giữ cho khối chi tiết máy gắn trên con trượt trục X không bị lật dưới tác dụng của lực quán tính trong quá trình nội suy.
4.2. Thiết kế các cụm trục X,Y. 4.2.1. Phân tích chọn bộ truyền
Chuyển động của đầu cắt trên trục X và Y là chuyển động tịnh tiến khứ hồi, trong khi đó cơ cấu sinh lực là các động cơ điện, do đó yêu cầu phải có cơ cấu biến chuyển
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của con trượt một cách chính xác. Để thực hiện điều này, có thể sử dụng các bộ truyền sau:
- Bộ truyền đai
- Bộ truyền bánh răng- thanh răng - Bộ truyền vitme- đai ốc
- Bộ truyền xích
4.2.1.1. Bộ truyền đai
a, Nguyên lý hoạt động
Bộ truyền đai làm việc theo nguyên lý ma sát. Bộ truyền đai bao gồm hai bánh đai: bánh dẫn 1, bánh bị dẫn 2 được lắp lên hai trục và dây đai. Công suất được truyền từ bánh dẫn tới bánh bị dẫn thông qua dây đai nhờ ma sát giữa dây đai và bánh đai( đối với đai dẹt và đai thang), hoặc nhờ vào sự ăn khớp giữa dây đai và bánh đai( đối với đai răng). Bộ truyền đai cần phải có lực căng đai ban đầu.
Bộ truyền đai bao gồm các bộ phận chính sau:
+ Bánh đai dẫn, có đường kính d1, được lắp trên trục dẫn I, quay với số vòng quay n, công suất truyền chuyển động P1, mômen xoắn trên trục T1.
+ Bánh đai bị dẫn, có đường kính d2, được lắp trên trục dẫn II, quay với số vòng n2, công suất truyền chuyển động P2, mômen xoắn trên trục T2.
+ Dây đai, móc vòng qua hai bánh đai. + Bộ phận căng đai.
b, Phân loại
Theo tiết diện ngang dây đai, ta phân ra: - Đai dẹt (H 4.1a )
- Đai hình thang (H.4.1b) - Đai hình lược ( H.4.1c ) - Đai tròn (H.4.1c )
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
- Đai răng (H.4.2).
Hình 4.3 : Các dạng đai
Hình 4.4 : Bộ truyền đai răng
c, Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng
Bộ truyền đai là một trong những bộ truyền cơ khí được sử dụng sớm nhất và hiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi.
Ưu điểm:
- Có thể truyền động giữa các trục xa nhau( >15m).
- Làm việc êm và không ồn nhờ độ dẻo của đai, do đó có thể truyền động với vận tốc lớn.
- Tránh cho các cơ cấu không có sự dao động lớn sinh ra do tải trọng thay đổi nhờ vào tính chất đàn hồi của đai.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
- Đề phòng sự quá tải của động cơ nhò vào sư trượt trơn của đai khi quá tải (trừ đai răng).
- Kết cấu và vận hành đơn giản (do không cần bôi trơn), giá thành tương đối thấp so với các bộ truyền khác.
Nhược điểm:
- Kích thước bộ truyền lớn( kích thước lớn hơn khoảng 5 lần bộ truyền bánh răng nếu cùng công suất).
- Hiện tượng giãn của đai ảnh hưởng đến khả năng truyền động. Yêu cầu cần phải có cơ cấu căng đai.
- Khả năng tự hãm thấp.
- Tải trọng tác dụng lên trục và ổ trục lớn ( lớn hơn 2-3 lần so với bộ truyền bánh răng) do ta phải căng đai với lực căng ban đầu Fo.
- Tuổi thọ thấp ( từ 1000-5000 giờ).
Phạm vi sử dụng:
Bộ truyền đai thường sử dụng khi khoảng cách giữa hai trục tương đối xa. Công suất truyền không quá 50kW và thường đặt ở trục có số vòng quay cao. Tỉ số truyền đai dẹt u < 5, có bộ căng đai < 10, đai thang < 10, đai răng < 20-30.
4.2.1.2. Bộ truyền bánh răng- thanh răng
a, Nguyên lý hoạt động
Bộ truyền bánh răng- thanh răng bao gồm một bánh răng ăn khớp ngoài với một thanh răng thẳng. Bộ truyền có chức năng biến chuyển động quay của bánh răng thành chuyển động tịnh tiến của thanh răng nhờ vào sự ăn khớp của các răng trên bánh răng và thanh răng.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
Hình 4.5.Bộ truyền bánh răng- thanh răng
b, Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng
Ưu điểm:
- Khả năng tải lớn.
- Có thể hoạt động ở vận tốc lớn và công suất cao.
- Hiệu suất lớn, có thể lên tới 97÷99% do không xảy ra sự trượt trơn. - Tuổi thọ cao.
Nhược điểm:
- Tiếng ồn lớn khi làm việc ở vận tốc cao. - Khả năng tự hãm kém.
- Kết cấu phức tạp, khi cần hành trình lớn thì kích thước tương ứng của thanh răng cũng phải lớn.
- Giá thành đắt.
4.2.1.3.Bộ truyền vít me- đai ốc
a, Nguyên lý hoạt động
Bộ truyền vít me- đai ốc bao gồm một đai ốc lắp vào một trục vít, có chức năng biến chuyển động quay của trục vít me thành chuyển động tịnh tiến của đai ốc.
Trong các máy công cụ điều khiển số, người ta thường sử dụng hai dạng vít me đai ốc: