Chi tiết gia công thân bơm có dạng hình hộp, để hạn chế 6 bậc tự do của chi tiết khi gia công cần dùng một phiến tỳ, hai khối chữ V ngắn (một khối cố định, một khối chuyển động tịnh tiến) (theo [8, trang 30]) với bề mặt định vị là mặt phẳng (mặt 15) và hai mặt trụ ngoài (hai mặt cong hai bên chi tiết). Cụ thể:
• Phiến tỳ: hạn chế 3 bậc tự do của chi tiết (tịnh tiến theo trục z, xoay theo trục x và y (xem hình 3.1)).
• Khối chữ V cố định: hạn chế 2 bậc tự do của chi tiết (tịnh tiến theo trục y, xoay theo trục z).
• Khối chữ V di chuyển: hạn chế 1 bậc tự do của chi tiết (tịnh tiến theo trục x).
Hình 3.1. Các chiều chuyển động tịnh tiến và xoay của chi tiết 3.1.2. Xác định cơ cấu kẹp chặt, tính lực kẹp cần thiết
a) Xác định phương và chiều lực kẹp, chọn cơ cấu kẹp chặt
Cơ cấu kẹp chặt của đồ gá dùng để kẹp chặt và théo kẹp chi tiết gia công. Cơ cấu kẹp chặt phải đảm bảo chi tiết có vị trí cố định trên đồ gá và không bị xê dịch trong quá trình gia công.
Chọn cơ cấu kẹp chặt bằng ren vít. Kẹp chặt bằng ren vít được dùng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt. Ưu điểm của ren vít là kết cấu đơn giản, lực kẹp lớn và tính tự hãm tốt nhưng ren vít phải quay nhiều vòng khi kẹp cũng như khi tháo chi tiết gia công nên cho năng suất thấp, lực kẹp không ổn định và có khả năng làm xê dịch chi tiết do lực ma sát ở đầu ren.
Cơ cấu kẹp chặt bằng ren vít có một số chi tiết chính như sau:
• Bu lông (thường có đường kính tiêu chuẩn M5 đến M25, chiều dài 20 – 140 mm được chế tạo từ thép 45, thép 40X...).
• Miếng đệm.
• Bạc lót.
Sơ đồ nguyên lý của cơ cấu kẹp chặt bằng ren vít có sử dụng tay quay được thể hiện ở hình 3.2. Thực hiện việc kẹp chặt và tháo chi tiết bằng cách xoay tay quay để xiết hay mở ren vít.
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ tác dụng lực cơ cấu kẹp chặt ren vít có tay quay
b) Tính lực kẹp cần thiết
Hệ số an toàn K được xác định theo [8, trang 41, công thức 4.1] bằng công thức:
( ) 0 1 2 3 4 5 6 = K K K K K K K K trong đó, 0
K là hệ số an toàn trong tất cả các trường hợp gia công, K0 = 1,5.
1
K là hệ số làm tăng lực cắt khi lượng dư gia công và độ nhám bề mặt gia công không đồng đều, đối với gia công thô (khoan), K1 =1, 2.
2
K là hệ số làm tăng lực cắt khi dao bị mòn. Do chọn dao chất lượng tốt, ít bị mài mòn nên chọn K2 =1.
3
K là hệ số làm tăng lực cắt do quá trình gia công bị gián đoạn. Do quá trình khoan không gián đoạn nên K3 =1.
4
K là hệ số tính đến sai số của cơ cấu kẹp chặt. Do kẹp chặt bằng tay nên K4 =1,3
5
K là hệ số tính đến mức độ thuận lợi của cơ cấu kẹp chặt bằng tay, K5 =1.
6
K là hệ số tính đến moment làm quay chi tiết, khi định vị trên các phiến tỳ,
6 =1,5
K .
Từ đó, tính được hệ số an toàn K: K =1,5. 1, 2.1.1.1,3.1.1,5( )=3,51.
Trong quá trình gia công lỗ bằng phương pháp khoan, chi tiết chịu tác dụng của moment xoắn M và lực hướng trục P0. Thông thường, lực chạy dao và lực kẹp chặt tác dụng theo cùng một chiều, có xu hướng ấn chi tiết xuống mặt định vị (xem hình 3.3).
Theo [8, trang 54, công thức 4.17], lực kẹp khi kẹp bằng khối chữ V được tính bằng công thức: 1 sin 2 KM w f R fR = + trong đó, K là hệ số an toàn, K =3,51.
M là moment xoắn do lực cắt gây ra (hay còn gọi là moment cắt). Moment cắt
được tính theo công thức 2 0,4 0,8 2 0,4 0,8
1, 43 1, 43.5,5 .0, 25 .200 1722
= = =
M D S HB N.mm.
f là hệ số ma sát giữa bề mặt chi tiết và khối chữ V, f =0, 2.
1
f là hệ số ma sát giữa bề mặt chi tiết và mỏ kẹp, f1 =0, 2.
R là bán kính của chi tiết gia công, R=53 mm.
là góc của khối chữ V, = 90 .
Lực cắt tạo ra khi khoan P0 =1380N (xem hình 2.17). Từ đó, tính được lực kẹp cần thiết của ren vít 3,51.1722
334 90 0, 2.53 0, 2.53.sin 2 w= = + N.
3.1.3. Xác định các thông số cho các chi tiết của đồ gá
a) Các cơ cấu định vị
• Khối chữ V cố định và di động với góc = 90 .
• Phiến tỳ được lặp chặt với thân đồ gá bằng các vít lục giác M8, các cạch ở mặt phẳng trên của các phiến tỳ được vát mép tạo điều kiện thuận lợi cho việc đẩy chi tiết gia công và quét sạch phoi (góc vát mép 45).
b) Cơ cấu kẹp chặt
Đường kính ngoài danh nghĩa của ren vít (theo [8, trang 72, công thức 4.99]) có thể được xác định theo công thức:
0,5 k w d = trong đó, w là lực kẹp, w=334 N. k =60 MPa.
Từ đó tính được đường kính ngoài danh nghĩa của ren vít 334 9, 45 0,5.58
d = =
mm. Theo tiêu chuẩn, chọn ren vít M12.
c) Các chi tiết khác của đồ gá
• Bạc dẫn cố định: dùng để khoan. Sử dụng bạc có vai để dễ dàng thay thế khi bạc bị mòn. Chế độ lắp ghép của bạc với phiến dẫn là lắp chặt (H/n), chất lượng bề mặt đạt Ra 1,25.
• Phiến dẫn hướng khoan có thể tháo rời.
• Bu lông M12 để lắp đồ gá với bàn máy.
Sau khi xác định các thông số và các chi tiết cần thiết cho đồ gá, tiến hành thiết kế đồ gá như hình 3.3.
Hình 3.3. Bản vẽ lắp đồ gá nguyên công 5 3.1.4. Xác định sai số gá đặt
Sai số chế tạo đồ gá cho phép (theo [8, trang 22, công thức 2.29]) được tính theo công thức: 2 ( 2 2 2 2 ) = − + + + ct gd c k m dc trong đó,
gd là sai số gá đặt cho phép, gd = 0,012 mm (theo [9, trang 36, bảng 7.3]).
c
là sai số chuẩn, c =0 (theo [9, trang 39]).
k
là sai số kẹp chặt, k = ytncos =0,01.cos 90( ) =0,01 mm.
m là sai số mòn đồ gá, 0, 2 10000 0,002 1000 = = = m N mm (trong đó là
hệ số phụ thuộc vào cơ cấu định vị, N là số chi tiết được đặt trên đồ gá).
dc
là sai số điều chỉnh đồ gá, dc =0,001 mm (theo [8, trang 22]). Từ đó, tính được sai số chế tạo đồ gá cho phép:
2 ( 2 2 2 2)
0,012 0 0,01 0,002 0,001 0,005
= − + + + =
ct
mm
Ta có ct 0 nên giá trị này là hợp lý.
3.2. Tính toán và thiết kế đồ gá nguyên công 6
3.2.1. Xác định cơ cấu định vị
Chi tiết gia công thân bơm có dạng hình hộp, để hạn chế 6 bậc tự do của chi tiết khi gia công cần dùng hai phiến tỳ, một chốt trụ và một chốt trám (theo [8, trang 33]) với bề mặt định vị là mặt phẳng (mặt 15) và hai mặt trụ trong (lỗ 3 và 10). Cụ thể:
• Hai phiến tỳ: hạn chế 3 bậc tự do của chi tiết (tịnh tiến theo trục z, xoay theo trục x và y (xem hình 3.1)).
• Chốt trụ ngắn: hạn chế 2 bậc tự do (tịnh tiến theo trục x và y).
• Chốt trám: hạn chế 1 bậc tự do (xoay theo trục z).
3.2.2. Xác định cơ cấu kẹp chặt, tính lực kẹp cần thiết
a) Xác định phương và chiều lực kẹp, chọn cơ cấu kẹp chặt
Để kẹp chặt chi tiết, lực kẹp thường có phương hướng theo trọng lượng chi tiết (hướng xuống dưới) và tác dụng vào chỗ có độ cứng vững cao và trong diện tích của phiến tỳ.
Cơ cấu kẹp chặt của đồ gá dùng để kẹp chặt và théo kẹp chi tiết gia công. Cơ cấu kẹp chặt phải đảm bảo chi tiết có vị trí cố định trên đồ gá và không bị xê dịch trong quá trình gia công.
Chọn cơ cấu kẹp chặt ren vít – đòn kẹp, có tác dụng:
• Kết cấu đồ gá không cho phép dùng ren vít để kẹp trực tiếp lên chi tiết gia công mà phải kẹp từ xa.
Cơ cấu ren vít – đòn kẹp thiết kế với sơ đồ nguyên lý như hình 3.4. Khi xiết đai ốc thì đòn kẹp thực hiện việc kẹp chặt chi tiết.
Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu ren vít – đòn kẹp
b) Tính lực kẹp cần thiết
Hệ số an toàn K được xác định theo [8, trang 41, công thức 4.1] bằng công thức:
( ) 0 1 2 3 4 5 6 = K K K K K K K K trong đó, 0
K là hệ số an toàn trong tất cả các trường hợp gia công, K0 = 1,5.
1
K là hệ số làm tăng lực cắt khi lượng dư gia công và độ nhám bề mặt gia công không đồng đều, đối với gia công thô (khoan), K1 =1, 2.
2
K là hệ số làm tăng lực cắt khi dao bị mòn. Do chọn dao chất lượng tốt, ít bị mài mòn nên chọn K2 =1.
3
K là hệ số làm tăng lực cắt do quá trình gia công bị gián đoạn. Do quá trình khoan không gián đoạn nên K3 =1.
4
K là hệ số tính đến sai số của cơ cấu kẹp chặt. Do kẹp chặt bằng tay nên K4 =1,3
5
K là hệ số tính đến mức độ thuận lợi của cơ cấu kẹp chặt bằng tay, K5 =1.
6
K là hệ số tính đến moment làm quay chi tiết, khi định vị trên các phiến tỳ,
6 =1,5
K .
Từ đó, tính được hệ số an toàn K: K =1,5. 1, 2.1.1.1,3.1.1,5( )=3,51.
Trong quá trình gia công lỗ bằng phương pháp khoan, chi tiết chịu tác dụng của moment xoắn M và lực hướng trục P0. Thông thường, lực chạy dao và lực kẹp chặt tác dụng theo cùng một chiều, có xu hướng ấn chi tiết xuống mặt định vị (xem hình 3.3).
Theo [8, trang 55, công thức 4.19], lực kẹp khi kẹp bằng mỏ kẹp được tính bằng công thức:
KM w
fa
trong đó,
K là hệ số an toàn, K =3,51.
M là moment xoắn do lực cắt gây ra (hay còn gọi là moment cắt). Moment cắt
được tính theo công thức 2 0,4 0,8 2 0,4 0,8
1, 43 1, 43.5,5 .0, 25 .200 1722
= = =
M D S HB N.mm.
f là hệ số ma sát giữa bề mặt chi tiết và cơ cấu định vị, f =0, 2.
a là khoảng cách từ tâm mũi khoan đến tâm mỏ kẹp, a=38 mm. Lực cắt tạo ra khi khoan P0 =1380N (xem hình 2.17).
Từ đó, tính được lực kẹp mỗi bên đòn kẹp cần thiết 3,51.1722 796 0, 2.38
= =
w N.
3.2.3. Xác định các thông số cho các chi tiết của đồ gá
a) Các cơ cấu định vị
• Chốt trụ ngắn, chốt trám được lựa chọn đường kính thông qua giá trị trọng lượng của chi tiết. Chi tiết thân bơm có khối lượng 2,6 kg nên chọn chốt trụ ngắn và chốt trám có đường kính 10 mm (theo [8, trang 35]).
• Phiến tỳ được lặp chặt với thân đồ gá bằng các vít lục giác M8, các cạch ở mặt phẳng trên của các phiến tỳ được vát mép tạo điều kiện thuận lợi cho việc đẩy chi tiết gia công và quét sạch phoi (góc vát mép 45).
b) Cơ cấu kẹp chặt
Lực do bu lông tạo ra (theo [8, công thức 4.100]) được tính theo công thức:
(1 2) ( ) 1 796. 55 55 1990 0,8.55 + + = w l l = = Q l N
c) Các chi tiết khác của đồ gá
• Bạc dẫn cố định: dùng để khoan. Sử dụng bạc có vai để dễ dàng thay thế khi bạc bị mòn. Chế độ lắp ghép của bạc với phiến dẫn là lắp chặt (H/n), chất lượng bề mặt đạt Ra 1,25.
• Phiến dẫn hướng khoan có thể tháo rời.
• Bu lông M12 để lắp đồ gá với bàn máy.
Sau khi xác định các thông số và các chi tiết cần thiết cho đồ gá, tiến hành thiết kế đồ gá như hình 3.5.
Hình 3.5. Bản vẽ lắp đồ gá nguyên công 6 3.2.4. Xác định sai số gá đặt
Sai số chế tạo đồ gá cho phép (theo [8, trang 22, công thức 2.29]) được tính theo công thức: 2 ( 2 2 2 2 ) = − + + + ct gd c k m dc trong đó,
gd là sai số gá đặt cho phép, gd = 0,012 mm (theo [9, trang 36, bảng 7.3]).
c
là sai số chuẩn, c =0 (theo [9, trang 39]).
k
là sai số kẹp chặt, k = ytncos =0,01.cos 90( ) =0,01 mm.
m là sai số mòn đồ gá, 0, 2 10000 0,002 1000 = = = m N mm (trong đó là
hệ số phụ thuộc vào cơ cấu định vị, N là số chi tiết được đặt trên đồ gá).
dc
là sai số điều chỉnh đồ gá, dc =0,001 mm (theo [8, trang 22]). Từ đó, tính được sai số chế tạo đồ gá cho phép:
2 ( 2 2 2 2)
0,012 0 0,01 0,002 0,001 0,005
= − + + + =
ct
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Trung Thực, Đặng Văn Nghìn, Hướng dẫn đồ án Công nghệ Chế tạo máy, Nxb. Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2012.
[2] Bosch Rexroth, External gear pump High Performance AZPG Data Sheet, 2020. [3] International Standard, Geometrical product specifications (GPS) – ISO code system
for tolerances on linear sizes, Part 2 (ISO 286-2), 2010.
[4] Nguyễn Đắc Lộc, Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy, Tập 1, Nxb. Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2007.
[5] Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, Sổ tay thiết kế công nghệ chế tạo máy, Tập 1,
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 1970.
[6] Trần Văn Địch, Thiết kế đồ án Công nghệ Chế tạo máy, Nxb. Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2007.
[7] Nguyễn Đắc Lộc, Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy, Tập 2, Nxb. Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2007.
[8] Trần Văn Địch, Đồ gá, Nxb. Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2006.
[9] Trần Văn Địch, Sổ tay và Atlas Đồ gá, Nxb. Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2000. [10] Lê Khánh Điền, Vẽ kỹ thuật Cơ khí, Nxb. Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí
Minh, 2007.