Thiết kế cảI tạo máy tiện thành máy cắt rãnh xoắn.
I.2.8. Các cơ cấu điều khiển và các cơ cấu phụ khác.
Sử dụng bộ biến tần SE COMMANDER làm việc theo nguyên tắc thay đổi tần số của nguồn cấp cho động cơ, từ đó có thể thay đổi tốc độ và mômen của động cơ. Và nh vậy, có thể điều khiển vô cấp tốc độ động cơ để bảo vệ động cơ trong trờng hợp sự cố nh quá tải, ngắn mạch. Phạm vi điều chỉnh tốc độ của động cơ: 1500ữ2000 v/p.
Với sơ đồ kết cấu hộp tốc độ nh trên đã trình bày, hệ thống điều khiển sẽ có hai tay gạt để điều chỉnh. Một tay gạt điều chỉnh bộ ba bánh răng di trợt (Z3- Z4-Z5) ăn khớp với ba bánh răng (Z’3-Z’4-Z’5) để lựa chọn các cấp tốc độ chạy dao khác nhau. Một tay gạt điều chỉnh ly hợp dịch trái phải để chuyển đổi giữa hành trình làm việc và hành trình chạy không của bàn dao.
Cần có cầu dao điện để bảo vệ hệ thống trong trờng hợp có sự cố về điện.
II.1. Lựa chọn cơ cấu chép hình.
Nh đã phân tích ở trên, rãnh xoắn nòng pháo có cấu tạo đặc biệt đó là: dạng lỗ sâu, bớc xoắn lớn, yêu cầu về độ chính xác kích thớc không quá cao (sai lệch giới hạn đến 0,1 mm). Chỉ có yêu cầu về độ bóng, độ chính xác góc xoắn cao. Về mặt gia công thì cắt rãnh xoắn là bớc gia công khó và gần cuối (tiếp theo chỉ còn hai nguyên công là đánh bòng và mạ). Vì vậy bớc gia công rãnh xoắn không hợp lý sẽ không đạt đợc các yêu cầu kỹ thuật, thậm chí dẫn đến hỏng sản phẩm, sản phẩm phải huỷ bỏ, hao phí sức lực và kinh tế cho những nguyên công trớc đó.
Rãnh xoắn nòng pháo đạt đợc các yêu cầu kỹ thuật cần phải có sự kết hợp của nhiều yếu tố: chế độ công nghệ hợp lý, trang thiết bị đảm bảo khả năng gia công. Trong đó có đồ gá, dụng cụ, cơ cấu chép hình, cơ cấu truyền động, độ cứng vững của toàn bộ hệ thống công nghệ. Nếu một trong các yếu tố trên không đảm bảo đợc khả năng công nghệ của mình, rãnh xoắn nòng pháo sẽ không đảm bảo đợc yêu cầu kỹ thuật.
Trên cơ sở đó, đề tài đi sâu vào việc thiết kế phơng án của cơ cấu chép hình. Đây là bộ phận đặc biệt quan trọng trong máy gia công rãnh xoắn nòng pháo. Cơ cấu chép hình phải đảm bảo:
+ Đơn giản trong kết cấu.
+ Làm việc tin cậy, đảm bảo độ chính xác cao của rãnh xoắn.
+ Có thể gia công đợc nhiều loại rãnh xoắn có bớc xoắn khác nhau.
Theo sự phân tích ở Chơng I, ta chọn phơng án sử dụng cơ cấu chép hình cứng một phía, biến đổi chuyển động bằng ăn khớp giữa bánh răng và thanh răng.
II.2. Thiết kế cơ cấu chép hình.
Nh trên đã trình bầy, khơng tuyến nòng pháo 76 mm có bớc xoắn không đổi. Đồ thị đờng rãnh xoắn khơng tuyến của nòng pháo có dạng biến đổi tuyến tính bậc nhất theo sơ đồ triển khai sau đây:
Hình 2.1. Triển khai rãnh xoắn nòng pháo 76 mm. Trong đó:
+ Chiều dài phần rãnh xoắn: LRX = 2985 mm.
+ Chiều dài bớc xoắn: h = 1905 mm.
+ Chu vi lỗ nòng: C = π.d = 3,14x76,2 = 239,4 mm.
+ Góc xoắn: α = 7009’45”. Chiều dài của bớc xoắn đợc tính theo công thức:
)mm mm ( 1905 988 , 1904 " 45 ' 09 7 tg 2 , 76 . 14 , 3 tg d . h = 0 = ≈ α π = II.2.1. Bàn xe dao.
Bàn dao trên máy cắt rãnh xoắn nòng pháo 76 mm có cơ cấu dạng hộp trên đó mang trục chính, bàn trợt ngang và làm nền để lắp các chi tiết khác.
Chức năng của bàn dao là tiếp nhận sự truyền động từ trục vít me tạo cho đầu dao chuyển động tịnh tiến
Bàn xe dao đợc đúc từ gang GX 15-32. Mặt trợt của bàn xe dao trên băng máy đợc gia công đến độ nhám cấp 8 (Ra = 1,25). Trên bàn dao có hai thành đợc đúc liền để lắp hai ổ trục, dạng bạc mang trục cán dao. Phía dới bàn xe dao lắp hai đai ốc 1/2 ăn khớp ren với hai trục vít me để nhận chuyển động
tịnh tiến từ trục vít me. Hai đai ốc 1/2 này đợc bắt vào phía dới bàn xe dao bằng bulông M16.
Hai đai ốc 1/2 đợc cấu tạo nh sau:
Hình 2.2. Cấu tạo đai ốc 1/2.
Trong đó: đờng kính ren M100, bớc ren t = 20, ren hai đầu mối.
II.2.2. Bàn trợt ngang.
Bàn trợt ngang, có cấu tạo nh hình vẽ dới đây, đợc chế tạo từ thép cacbon trung bình có nhiệm vụ mang trên nó hai thanh răng và thực hiện chuyển động tịnh tiến theo chiều ngang băng máy một cách êm nhẹ và chính xác.
Hình 2.3. Kết cấu bàn trợt ngang.
Khi bàn dao chuyển động tịnh tiến, con lăn cơ cấu bám chuyển động theo bề mặt của thớc chép hình (đợc gá nghiêng một góc β so với chiều dọc băng máy) sẽ tạo cho bàn trợt chuyển động ngang. Trên bàn trợt lắp hai thanh răng
và do đó trong hành trình tịnh tiến của bàn dao dọc băng máy, thanh răng chuyển động ngang làm quay bánh răng lắp trên trục chính, tức là làm quay đầu dụng cụ. Kết quả là, trong hành trình làm việc của mình, đầu dụng cụ vừa chuyển động tịnh tiến, vừa chuyển động quay. Và với thông số xác định trớc của cặp bánh răng thanh răng, của góc gá đặt thớc chép hình, đầu dụng cụ sẽ cắt đợc rãnh xoắn theo đúng yêu cầu.
Một số điểm lu ý:
+ Bàn trợt ngang không có cấu tạo gì đặc biệt, chỉ có hai rãnh mang cá để lắp thanh răng là có yêu cầu chế tạo tơng đối cao, chiều dài bàn trợt ngang bằng chiều dài thanh răng, mặt trợt của bàn trợt đợc gia công đến độ nhám cấp 8 (Ra = 1,25).
+ Dung sai lắp ghép giữa bàn trợt ngang với thanh mang cá là + 0,1.
+ Dung sai lắp ghép giữa bàn trợt và thanh răng là - 0,1.
+ Hành trình trợt không có độ dơ, đảm bảo trợt êm, đều và chính xác.
II.2.3. Thanh mang cá.
Trên bàn dao, hai thanh mang cá đợc lắp cố định có nhiệm vụ dẫn hớng cho bàn trợt ngang chuyển động tịnh tiến theo phơng ngang băng máy. Thanh mang cá đợc bắt trên bàn dao bằng năm vít M10x0,75 nhằm cố định nó một cách chắc chắn, không bị cong vênh. Cấu tạo của thanh mang cá nh sau:
Vật liệu chế tạo là thép C35. Dung sai góc 450 là 5’. Mặt nghiêng và mặt± đáy đợc gia công chính xác đến độ nhám cấp 7 (Ra = 1,25).
II.2.4. Thớc chép hình.
Với mỗi loại rãnh xoắn nòng pháo có các thông số xác định (góc xoắn bớc xoắn), và do đó thớc chép hình cần phải có biên dạng phù hợp. Nếu rãnh xoắn của nòng pháo có góc xoắn không đổi trên suốt chiều dài nòng pháo thì thớc chép hình có dạng thẳng trên toàn bộ chiều dài thớc. Nếu rãnh xoắn nòng pháo có góc xoắn thay đổi trên chiều dài nòng thì thớc chép hình đợc thiết kế sao cho biên dạng của thớc không phải là đờng thẳng mà là dạng đờng cong phù hợp với tính toán góc xoắn của rãnh xoắn tại từng điểm theo chiều dài nòng pháo.
Theo sơ đồ triển khai trên đây, rãnh xoắn nòng pháo 76 mm có góc xoắn không đổi trên suốt chiều dài nòng (7009’45”) nên profin mặt làm việc của th- ớc chép hình cũng phải là một đờng thẳng và sẽ đợc gá sao cho profin mặt làm việc của thớc đồng phẳng với băng máy.
Nhằm giảm mòn trong quá trình làm việc, đảm bảo độ chính xác rãnh xoắn cần gia công, thớc chép hình đợc chế tạo từ thép C45, nhiệt luyện đạt độ cứng 30ữ32 HRC.
Chiều dài của thớc chép hình cũng phải đảm bảo gia công đợc toàn bộ chiều dài rãnh xoắn. Để thuận tiện cho việc tháo, lắp dụng cụ trong quá trình gia công, đồng thời khử độ dơ khi dụng bắt đầu cắt vào nòng. Cần thiết phải có một khoảng máy chạy không (mà dụng cụ cha cắt vào nòng pháo). Khoảng đó có đợc nhờ kéo dài biên dạng thớc chép hình ở phần đầu và cuối của đồ thị. Nh vậy, chiều dài thớc chép hình sẽ là chiều dài phần tơng ứng gia công rãnh xoắn cộng với chiều dài khoảng máy chạy không.
Mục tiêu cải tiến máy kéo rãnh xoắn là: không những chỉ gia công đợc rãnh xoắn nòng pháo 76 mm mà còn có thể gia công đợc rãnh xoắn nòng pháo khác cùng cấp và lớn hơn. Với băng máy dài 12 m, giả thiết rằng máy cắt rãnh xoắn nòng pháo 76 mm có thể đợc dùng để gia công rãnh xoắn của các loại
nòng pháo có chiều dài tới 4 m, góc gá đặt thớc chép hình β tới 100. Thế thì chiều dài phần thớc gia công đủ chiều dài rãnh xoắn (L1) đợc tính nh sau:
Hình 2.5. Sơ đồ tính chiều dài của thớc chép hình. ) mm ( 4061 10 cos 4000 cos L L 0 RX 1 = = β =
Chọn chiều dài khoảng máy chạy không và điều chỉnh: L2 = 439 (mm)
Nh vậy, toàn bộ thớc chép hình có chiều dài là:
L = L1 + L2 = 4061 + 439 = 4500 (mm)
Cần thiết phải có một tấm tăng cứng để trên đó bắt chặt thớc chép hình bằng bulông. Và do đó sẽ có các rãnh dọc thớc chép hình để bắt bulông.
Trên cơ sở phân tích và lựa chọn đó, thớc chép hình có cấu tạo nh sau:
Một số yêu cầu đối với thớc chép hình:
+ Độ không thẳng của bề mặt thớc chép hình so với chiều dọc và ngang băng máy: 0,05/1000 mm.
+ Độ nhám bề mặt làm việc của thớc chép hình là Ra = 1,25.
+ Sau khi xác định chính xác góc nghiêng cần gá đặt, thớc chép hình cần đợc bắt chặt trên nên đỡ bằng bu lông M16x1, không cho phép có độ dơ, độ xê dịch trong toàn bộ quá trình gia công.
+ Không đợc hàn cố định thớc chép hình trên nền đỡ để tránh hiện tợng thớc chép hình bị cong vênh khi hàn.
II.2.5. Bánh răng thanh răng.
II.2.5.1. Đặc điểm làm việc của cặp bánh răng thanh răng:
Trong cơ cấu chép hình, sự làm việc ổn định chính xác của cặp bánh răng thanh răng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, ảnh hởng trực tiếp tới độ chính xác của các thông số rãnh xoắn.
+ Do vận tốc và chiều sâu cắt không lớn, cặp bánh răng thanh răng làm việc trong điều kiện tải trọng tác dụng nhẹ.
+ Do có sự ăn khớp giữa các bề mặt răng, các bề mặt tiếp xúc của răng sẽ bị mòn. Điều này sẽ sinh ra độ dơ trong chuyển động tiến và lùi của bàn dao, làm giảm độ chính xác của rãnh xoắn.
+ Độ chính xác ăn khớp (đờng kính ăn khớp, môđun, biên dạng răng )… của cặp bánh răng thanh răng tơng đối cao. Điều này dẫn đến đòi hỏi khắt khe trong chế tạo và lắp đặt.
Từ những đặc điểm làm việc trên đây, vật liệu chọn làm cặp bánh răng thanh răng là thép 40X, tôi cải thiện đạt độ cứng 35ữ38 HRC.
II.2.5.2. Tính toán các thông số cho cặp bánh răng thanh răng.
Để đảm bảo cho cặp bánh răng thanh răng làm việc cho ra biên dạng rãnh xoắn theo đúng theo yêu cầu, tức là đúng về góc xoắn và bớc xoắn, cần phải có sự liên hệ giữa chiều dài bớc xoắn, góc gá đặt thớc chép hình và đờng kính
ăn khớp của bánh răng. Điều này là dễ hiểu bởi vì, khi bàn xe dao dịch chuyển dọc trên băng máy một quãng đờng bằng với chiều dài bớc xoắn thì thanh răng phải truyền động cho bánh răng (lắp trên trục cán dao) quay đợc đúng một vòng. Ta sẽ xét mối liên hệ này theo sơ đồ triển khai dới đây:
Hình 2.7. Sơ đồ tính toán. Trong đó:
+ h : chiều dài bớc xoắn. h = 1905 (mm)
+ β : góc gá đặt thớc chép hình.
+ X : quãng đờng mà thanh răng dịch chuyển khi bàn dao đi hết một bớc xoắn.
Khi bàn dao trợt dọc băng máy và đi đợc hết chiều dài một bớc xoắn, thanh răng sẽ dịch chuyển ngang một khoảng X. Và do có sự ăn khớp giữa bánh răng và thanh răng, quãng đờng X này sẽ biến thành chuyển động quay của bánh răng. Nếu giả sử bánh răng có môđun m, số răng z thì:
X = π.m.z Theo sơ đồ triển khai ở trên ta có:
X = h.tgβ. Từ đó suy ra: π.m.z = h.tgβ Hay: π = β h z . m . arctg
Nh vậy, với một bớc xoắn xác định, sẽ có sự ràng buộc giữa góc gá đặt thớc chép hình β và kích thớc của bánh răng (m,z).
Công thức trên có thể viết dới dạng khác nh sau:
d d . tg tgβ= α o Trong đó: + α : góc của rãnh xoắn.
+ d0 : đờng kính vòng chia của bánh răng.
+ d : cỡ calip nòng pháo.
Để đơn giản trong chế tạo, ta chọn bánh răng tiêu chuẩn với thông số nh sau: + Môđun: m = 3.
+ Số răng: z = 50. Từ đó tính đợc:
+ Góc gá đặt của thớc chép hình (so với trục dọc băng máy):
'53 53 13 894 , 13 1905 50 . 3 . 14 , 3 arctg h z . m . arctg = 0 = 0 = π = β 10”
+ Phần làm việc của thanh răng:
X = π.m.z = 3,14.3.50 = 471,234 (mm)
Để đảm bảo khoảng máy chạy không và điều chỉnh và gia công mốt số nòng pháo khác, ta lấy chiều dài thanh răng là:
X = 800 mm Số răng trên thanh răng:
z’ = 250
Các thông số còn lại của bánh răng đợc cho trong bảng sau:
STT Các thông số cơ bản. Ký hiệu Giá trị Đơn vị 1 Môđun m 3 2 Số răng z 50 3 Đờng kính ăn khớp Dw 150 mm 4 Đờng kính đỉnh răng da 156 mm 5 Đờng kính chân răng df 142,5 mm 6 Chiều rộng bánh răng b 80 mm 7 Hệ số dịch chỉnh x 0 8 Góc profin gốc α 200 TCVN 1065-71
Với các thông số của cặp bánh răng trên đây, khi gia công rãnh xoắn của một số nòng pháo khác, góc gá đặt thớc chép hình đợc tính toán cụ thể nh sau:
Bảng 3. Góc gá đặt thớc chép hình của một số nòng pháo khác. STT Tên pháo Đờng kính lỗ (mm) Chiều dài nòng (mm) Góc xoắn (độ) Bớc xoắn (mm) Góc gá đặt thớc (độ) 1 Pháo nòng dài 76 76,2 2985 7009’45” 1905 13053’10” 2 Pháo nòng dài 122 121,92 3458 7009’45” 3048 8047’20” 3 Pháo nòng ngắn 152 152,4 3527 3054’25” 7010,45 3050’44” Để đảm bảo ăn khớp đúng giữa bánh răng và thanh răng trong cả hai chuyển động tiến và lùi dao cần phải khử đợc độ dơ do mòn bề mặt biên dạng răng. Độ dơ này sẽ đợc khử bằng việc cơ cấu sử dụng hai thanh răng lắp song song. Hai thanh răng có thể điều chỉnh chuyển động tơng đối với nhau theo chiều dọc bằng vít. Cơ cấu cụ thể nh hình vẽ sau:
Hình 2.8. Cơ cấu điều chỉnh bánh răng thanh răng.
Khi vặn các vít điều chỉnh, hai bề mặt răng của thanh răng luôn tiếp xúc với hai bề mặt răng của bánh răng trong cả hai chuyển động thuận và nghịch. Tức là, khi bánh răng đảo chiều quay vẫn ăn khớp êm với một trong hai thanh răng, không có độ dơ trong quá trình làm việc.
Cấu tạo của vít điều chỉnh:
Hình 2.9. Vít điều chỉnh.
II.2.6. Cơ cấu bám.
Chức năng chung của cơ cấu bám là đảm bảo sự truyền động đúng giữa thớc chép hình và thanh răng, không cho phép có độ dơ trong quá trình hoạt động của cơ cấu. Nh vậy khi thiết kế sẽ lu ý đến việc bù và điều chỉnh độ dơ một cách dễ dàng cho cơ cấu và đơn giản khi cần thay đổi thớc chép hình.
Cũng nh thớc chép hình, cơ cấu bám cũng phải đảm bảo ít bị mòn trong quá trình làm việc. Trong hành trình làm việc của bàn dao, cơ cấu bám phải luôn tỳ vào bề mặt của thớc chép hình để đảm bảo không có độ dơ trong hành trình tiến và lùi dao.