Chương 2 : TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
e. Máy khoan phay kết hợp
Hình 2.5: Máy khoan phay kết hợp RF-45N2F
Máy khoan phay kết hợp là dòng máy khoan đa chức năng. Trên cùng một máy có thể vừa khoan vừa taro hoặc vừa phay mặt hoặc phay ngón.
Nếu xếp vào dịng máy phay thì đây có thể gọi là máy phay mini giá rẻ còn nếu xếp vào dịng máy khoan thì đây là dịng máy khoan đắt tiền, thường ứng dụng trong các nhu cầu gia công lỗ đa dạng và kết hợp.
20 f. Máy khoan lỗ sâu
Hình 2.6: Máy khoan lỗ sâu
Máy khoan lỗ sâu được thiết kế và chế tạo để tối đa hoá hiệu suất của mũi khoan sâu, để khoan lỗ sâu, chính xác trong hầu hết các vật liệu nào.
Máy khoan lỗ sâu là loại máy móc chun dụng tích hợp cơng nghệ có khả năng cần thiết cho công cụ hỗ trợ, áp suất làm mát, và sức mạnh của máy để xử lý các lỗ sâu một cách chính xác và hiệu quả.
Máy được xây dựng trên công nghệ đã được chứng minh và thường được cấu hình dựa trên kích thước và hình dạng phơi, u cầu tỉ lệ sản xuất và thơng số kĩ thuật chính xác.
21 Các bộ phận chính của máy khoan sâu:
Hình 2.7: Mơ phỏng máy khoan lỗ sâu
- Ống dẫn hướng Bushing: là một loại ống dẫn hướng khoan chính xác tiếp xúc với phơi để hướng dẫn mũi khoan sâu khi nó chuẩn bị khoan. Ống lót này cho phép cơng cụ bắt đầu ở vị trí thích hợp và đường kính lỗ chính xác, cả hai đều cần thiết cho việc khoan lỗ sâu chính xác. Ống dẫn hướng khoan cũng hoạt động để bít kín phơi để chứa chất làm mát trong quá trình khoan.
- Hộp phơi: là bộ phận quan trọng duy trì sự liên kết quan trọng giữa ống lót hướng dẫn khoan và đường trục tâm. Khi các phôi được xả ra khỏi khe hở bởi dịng chảy chất làm mát, một tính năng trong cấu trúc máy chuyển hướng các phơi và chất lỏng từ q trình khoan sâu, phơi sẽ được chứa trong hộp và không bị văng ra.
- Dẫn hướng Whip: là dẫn hướng hỗ trợ trong trường hợp mũi khoan sâu q dài, vì tốc độ cao và tính chất khơng cân bằng của các mũi khoan tạo ra lực ly tâm làm công vênh mũi khoan và làm sai số trong q trình gia cơng. Dẫn hướng rời là các thiết bị được trang bị vịng bi quay và chèn có tiếp xúc với
22
dụng cụ, và ổn định thân trong quá trình khoan. Các máy khoan sâu dài hơn có thể có sáu hoặc nhiều dẫn hướng di chuyển sát vào nhau khi di chuyển, trong khi các máy khoan ngắn chỉ có thể có một dẫn hướng cố định.
- Trục chính: Trục máy khoan sâu truyền năng lượng và momen xoắn từ động cơ với tốc độ cao, độ chính xác cao và độ rung thấp.
- Hệ thống làm mát: Độ tin cậy và hiệu suất của quá trình khoan sâu phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống làm mát máy. Một hệ thống thùng chứa được thiết kế hợp lý để chưa nước làm mát, và một nhóm bơm có áp lực cao hoạt động để phân phối chất lỏng cắt đến công cụ khoan sâu. Sau khi tham gia vào q trình cắt gọt, nó đi vào hệ thống lọc. Bộ lọc làm nhiệm vụ lọc phôi để tái sử dụng nước làm mát cho chu trình tiếp theo.
- Bộ trao đổi nhiệt nước mát: Các mũi khoan và hệ thống bơm làm mát tạo ra nhiệt, có thể có một tác động tiêu cực đến các yếu tố khoan như tuổi thọ dao động và độ chính xác cũng như các điểu kiện hoạt động xung quanh máy. Để quản lý nhiệt, một bộ trao đổi nhiệt hoặc máy làm lạnh được yêu cầu duy trì chất lỏng cắt ở nhiệt độ thích hợp.
Q trình gia cơng trên máy khoan sâu: Chất làm mát được bơm dọc thân của mũi khoan sâu, trong khi động cơ làm quay công cụ hoặc gia công → Một hệ thống truyền động cung cấp lực đẩy cho mũi khoan sâu tịnh tiến để bắt đầu quá trình khoan sâu. Dao được dẫn hướng chính xác vào phơi bằng ống lót → Trong khi khoan, phơi được xả dọc theo mũi khoan sâu bởi lực đẩy của nước làm mát với áp suất cao.
23
2.1.2 Máy khoan cầm tay (dân dụng)
Ngày nay, máy khoan cầm tay ngày càng phổ biến hơn khi dùng tại nhà, trong các công việc sửa chữa đơn giản do cấu tạo thon gọn, dễ sử dụng và hiệu quả tương đương với giá thành. Nó đã trở thành một cơng cụ hỗ trợ đắc lực trong nhiều công việc như bắt vít, tạo lỗ khoan bê tơng, hay trong cả những chi tiết nghệ thuật điêu khắc.
a. Cấu tạo của máy khoan cầm tay:
Hình 2.9: Cấu tạo máy khoan cầm tay
1- Tay cầm (nắm) cao su 2- Nguồn điện cấp cho máy
3- Bộ khởi động máy gồm: Điều chỉnh điện áp và chiều quay động cơ 4- Giá đỡ chổi than và chổi than
24
5- Rô to của động cơ (phần động cơ quay) 6- Stato của động cơ (phần động cơ đứng yên) 7- Quạt gió làm mát
8- Bánh răng truyền động 9- Trục khoan
10- Đầu kẹp mũi khoan gắn trên trục khoan của máy khoan cầm tay 11- Vòng bi trục động cơ
b. Các loại máy khoan cầm tay: - Máy khoan cầm tay sử dụng điện: - Máy khoan cầm tay sử dụng điện:
o Máy khoan xoay (Máy khoan thường)
Hình 2.10: Máy khoan thường
Là loai máy thường được sử dụng để khoan các chất liệu như gỗ, kim loại, tháo vặn vít mà khơng hề phức tạp.
Trọng lượng của máy nhỏ nhẹ, giá thành thấp phù hợp với nhu cầu sử dụng trong gia đình.
25 o Máy khoan động lực:
Hình 2.11: Máy khoan động lực
Giống với máy khoan xoay, máy khoan động lực có thể khoan trên các vật liệu như gỗ, kim loại, kính. Ngồi ra, máy cịn dùng để khoan tường, gạch, bê tơng mỏng với hai chế độ khoan được tích hợp là khoan xoay và khoan tịnh tiến ra vô.
Tuy nhiên do phải cầm nắm dây điện để sử dụng và máy có trọng lượng khá lớn nên ít nhiều sẽ gây khó khăn trong q trình sử dụng.
o Máy khoan búa:
26
Máy khoan búa, hay còn được gọi là máy khoan bê tơng có cơng suất cực mạnh. Máy có khả năng xử lý tốt những bề mặt có độ cứng cao như bê tơng, nền đá nhờ thiết kế vành hãm quay.
Trọng lượng của máy khá nặng, giá thành cao nên khó có thể phù hợp với nhu cầu sử dụng trong gia đình.
- Máy khoan cầm tay sử dụng pin:
Máy khoan loại pin hoạt động trên năng lượng cung cấp từ pin với cơng suất trung bình, hiệu quả làm việc trong thời gian dài, đáp ứng được nhu cầu sử dụng tại gia đình.
Sản phẩm thiết kế nhỏ, nhẹ, tiện lợi trong việc di chuyển sử dụng ở những khu vực khơng có nguồn điện, khơng lo chập cháy nổ do rị rỉ điện, khơng lo dây điện dài vướng víu để vấp ngã.
Với giá thành cao nên sẽ khó có thể đáp ứng được nhu cầu cơng việc với cường độ cao.
Tương tự như máy khoan cầm tay sử dụng điện, máy khoan cầm tay sử dụng pin cũng có các loại máy khoan như:
o Máy khoan vặn vít:
27
Máy khoan vặn vít sử dụng pin thiết kế nhỏ, gọn, độ bền cao có thể tiện lợi vặn/tháo các thể loại ốc vít tiện lợi. Ngồi ra cũng khoan được trên các vật liệu như thép, gỗ,…
Sản phầm có tích hợp đèn LED thơng minh giúp người dùng có thể khoan được ở nhưng nơi thiếu ánh sáng như góc nhà, chân cầu thang,…
Khi mua máy khoan vặn vít cần lưu ý đến thơng số Lực xoắn tối đa (hay còn gọi là lực siết ốc, siết vít) của máy. Đơn vị tính của lực xoắn tối đa trên máy khoan là Nm (Newton mét). Máy khoan vặn vít, bắt vít thường có lực xoắn tương đối lớn, để đảm bảo độ siết chặt của mũi khoan, mũi vít khi làm việc cũng như nhu cầu sử dụng máy đa năng.
o Máy khoan động lực dùng pin:
Hình 2.14: Máy khoan động lực dùng pin
Sản phẩm có cấu tạo vỏ từ chất liệu nhựa cao cấp, bền bỉ, có khả năng chịu va đập tốt và chịu được các điều kiện làm việc khắc nghiệt. Mũi khoan rắn chắc.
Máy khoan động lực dùng pin có ba chế độ: khoan xoay, bắt vít và khoan xoay tịnh tiến ra vào để khoan tường. Sản phẩm khoan được trên các vật liệu: tường, kim
28
loại, gỗ cho khả năng khoan nhanh, gọn đẹp mà không làm hư hại khu vực xung quanh điểm khoan.
c. Nguyên lý hoạt động của máy khoan cầm tay:
Máy khoan cầm tay có hoạt động khá giống với những dụng cụ điện khác.
Khi bắt đầu khởi động máy, đầu tiên bạn khởi động nguồn cấp điện cho mấy trước, sau đó điều chỉnh điện áp. Khi đó nguồn điện sẽ tạo ra dịng điện một chiều đi đến chổi than làm cho động cơ quay.
Khi động cơ quay sẽ truyền chuyển động qua bộ truyền động làm cho trục gắn với mũi khoan quay theo, khi đó máy khoan cầm tay sẽ thực hiện thao tác khoan của mình. Đồng thời khi động cơ quay cũng sẽ làm quay quạt gió có tác dụng làm mát động cơ của máy khoan cầm tay trong suốt quá trình hoạt động.
2.2. Ưu, nhược điểm của máy khoan tự động so với máy khoan thông thường
- Ưu điểm:
o Do là máy khoan tự động chuyên dùng, với đồ gá chuyên dùng nên cho năng suất cao hơn khi gia công trên máy khoan thông thường.
o Hệ thống tự động chia phơi giúp giúp ít tốn cơng sức nhân công hơn, cho phép một người dùng có thể vận hành nhiều máy cùng một lúc. o Hệ thống gá kẹp phôi tương đối nhỏ gọn.
o Có thể cải tiến gia cơng nhiều chi tiết cùng lúc. - Nhược điểm:
o Chỉ cho phép gia công một loại chi tiết nhất định ứng với một loại đồ gá chuyên dụng. Trừ khi thiết kế lại đồ gá khác cho loại chi tiết đó. o Độ chính xác của chi tiết gia cơng phụ thuộc nhiều vào đồ gá chế tạo.
Nên việc chế tạo đồ gá phải yêu cầu kĩ thuật cao dẫn đến tốn kém về mặt kinh tế.
29
2.3. Yêu cầu đối với máy cần thiết kế
- Các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng: Máy thiết kế phải có năng suất và hiệu suất tương đối cao, ít tốn năng lượng, kích thước máy cố gắng thật nhỏ gọn, chi phí đầu tư thấp, vận hành tương đối dễ dàng,…
- Khả năng làm việc: Máy có thể hồn thành các chức năng đã định mà vẫn giữ được độ bền, không thay đổi kích thước cũng như hình dạng của máy, ngồi ra vẫn giữ được sự ổn định, có tính bền mịn, chịu được nhiệt và chấn động. - Độ tin cậy:
o Độ tin cậy là tính chất của máy vừa thực hiện chức năng đã định đồng thời vẫn giữ được các chỉ tiêu về sử dụng (như năng suất, công suất, mức độ tiêu thụ năng lượng, độ chính xác, …) trong suất q trình làm việc hoặc trong q trình thực hiện cơng việc đã quy định.
o Độ tin cậy được đặc trưng bởi xác suất làm việc khơng hỏng hóc trong một thời gian quy định hoặc q trình thực hiện cơng việc.
- An toàn trong lao động: Một kết cấu làm việc an tồn có nghĩa là trong điều kiện sử dụng bình thường thì kết cấu đó khơng gây ra tai nạn nguy hiểm cho người sử dụng, cũng như không gây hư hại cho thiết bị, nhà cửa và các đối tượng xung quanh.
- Tính công nghệ và kinh tế:
o Đây là một trong những yêu cầu cơ bản đối với máy để thoả mãn yêu cầu về tính cơng nghệ và tính kinh tế thì máy được thiết kế có hình dạng, kết cấu, vật liệu chế tạo phù hợp với điều kiện sản xuất cụ thể, đảm bảo khối lượng và kích thước nhỏ nhất, chi phí về chế tạo thấp nhất, kết quả cuối cùng là giá thành thấp.
o Máy nên thiết kế với số lượng ít nhất các chi tiết, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp, chọn cấp chính xác chế tạo cho phù hợp nhưng vẫn đảm bảo điều kiện và quy mô sản xuất cụ thể.
30
2.4. Giải pháp
Có 2 giải pháp tổng quan mà cả nhóm đặt ra:
- Để làm được những điều trên người thiết kế cần hoàn thiện về sơ đồ kết cấu của máy đồng thời chọn các thông số thiết kế và các quan hệ về kết cấu hợp lý.
- Để máy có đủ khả năng làm việc cần xác định hợp lí hình dạng, kích thước chi tiết máy, chọn vật liệu thích hợp chế tạo chúng và sử dụng các biện pháp tăng bền như nhiệt luyện,…
31
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
3.1. Nghiên cứu thiết kế máy khoan tự động 3.1.1. Nghiên cứu lý thuyết 3.1.1. Nghiên cứu lý thuyết
Nghiên cứu, tổng hợp các tài liệu lý thuyết về: Thiết kế chi tiết máy; Công nghệ chế tạo máy.
Nghiên cứu lý thuyết q trình gia cơng khoan lỗ trên máy khoan làm cơ sở cho việc tính tốn, lựa chọn kết cấu, kích thước và đảm bảo khả năng làm việc của máy sau khi chế tạo và sử dụng. Sau khi nghiên cứu phương pháp lập trình gia cơng trên máy khoan, từ đó đưa ra được chương trình nghiên cứu của một số chi tiết cụ thể.
3.1.2. Nghiên cứu thực nghiệm
Sử dụng phần mềm vẽ kỹ thuật 2D, 3D, Solidworks để thiết kế các chi tiết máy và thiết kế toàn bộ hệ thống mơ hình của máy khoan tự động. Sử dụng phần mềm CIMCO EDIT 8 để viết Code điều khiển cho máy và phần mềm bCNC đề “giao tiếp” với máy bằng Arduino.
Chế tạo các chi tiết máy và tồn bộ mơ hình máy trên cơ sở thiết bị hiện có, với mục đích sử dụng mơ hình này trong việc gia công các vật liệu như: nhôm, nhựa và gỗ nhằm phục vụ cho quá trình thực hành, thực tập của sinh viên cơ khí và việc nghiên cứu của cán bộ chuyên môn.
3.2. Chọn vật liệu gia cơng
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại máy khoan, từ máy khoan bàn đến máy khoan bán tự động và tự động lớn cho đến nhỏ sử dụng cho từng mục đích và nhiều loại phơi như : gỗ, mica, nhơm, sắt,…. Với mơ hình máy khoan tự động này được sử dụng các loại phôi gia cơng như : gỗ và nhơm.
32
Hình 3.1: Phơi gỗ
33
3.3. Các thông số máy thiết kế
- Kích thước lỗ khoan: Ø2.5 – Ø8 mm - Số lỗ khoan: 1 – 4 lỗ
- Vật liệu phơi: Nhơm; Độ dày : 10 – 15 cm; Kích thước: 20x20 cm - Tốc độ trục chính: 15000 vịng/phút ở 12V – 28000 vịng/phút ở 24V - Tốc độ di chuyển của bàn máy: Vmax = 300 mm/s với n = 2250 vòng/phút - Tốc độ chạy dao: 41,19 m/phút
Hình 3.3: Mơ hình tổng thể máy
Mơ hình tổng thế của máy gồm có:
1: Mặt làm việc Y ; 2: Kẹp motor khoan ; 3: Ke nối ; 4: Chân đế ; 5: Giá chống trục Z ; 6: Giá đỡ cụm vít me X ; 7: Cụm vít me Y ; 8: Motor khoan ; 9: Động cơ bước (Step motor) ; 10: Cụm vít me Z ; 11: Giá đỡ cụm vít me Z ; 12: Cụm vít me X
34
Nguyên lý hoạt động của máy khoan tự động được thể hiện như hình:
Gá mũi khoan vào động cơ trục chính nhờ vào kết cấu kẹp mũi khoan. Phôi được cố định trên bàn máy khoan, tiến hành cần chỉnh phôi bằng các đồ gá để cố định phôi trên bàn máy. Xác định gốc tọa độ của phơi (X0,Y0,Z0) có thể sử dụng phần mềm điều khiển trên máy tính để điều khiển động cơ trục chính di chuyển theo phương X,Y,Z tương ứng. File G-code từ máy tính được truyền vào bộ điều khiển động cơ bước theo xung đã được nạp vào chương trình, tự động phân tích dữ liệu để đưa ra sơ