Thiết kế máy cắt kim loại
MỤC LỤC
Trang
Chương 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ
THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI 5
1.1. Các chỉ tiêu cơ bản của máy cắt kim loại 5
1.1.1. Độ chính xác của máy 5
1.1.2. Độ cứng vững của máy 6
1.1.3. Độ tin cậy và tuổi thọ của máy 7
1.1.4. Độ bền và độ mòn của máy 8
1.1.5. Độ dao động và ảnh hưởng nhiệt 10
1.2. Cơ sở thiết kế máy cắt kim loại 10
1.2.1. Phạm vi điều chỉnh vận tốc cắt và lượng chạy dao 11
1.2.2. Chuỗi số vòng quay 14
1.2.3. Xác định các thông số động học cơ bản 19
1.2.4. Xác định công suất động cơ 23
Chương 2: THIẾT KẾ HỘP TỐC ĐỘ 27
2.1. Khái niệm 27
2.2. Thiết kế hộp tốc độ dùng cơ cấu bánh răng di trượt 27
2.2.1. Chọn phương án không gian 30
2.2.2. Xác định tỉ số truyền của hộp tốc độ 31
1. Mối quan hệ giữa các tỉ số truyền trong một nhóm bánh răng di trượt 31
2. Phương án thay đổi thứ tự 33
3. Lưới kết cấu 33
4. Đồ thị số vòng quay 36
2.2.3. Xác định số răng của bánh răng 55
2.2.3.1. Phương pháp tính toán 53
2.2.3.2. Phương pháp tra bảng 61
2.2.4. Sơ đồ động và sơ đồ truyền lực 67
2.2.5. Kiểm tra sai số vòng quay 69
2.3. Thiết kế các loại hộp tốc độ khác 71
2.3.1. Hộp tốc độ puli – đai truyền 71
2.3.2. Hộp tốc độ bánh răng thay thế 73
2.3.3. Hộp tốc độ dùng cơ cấu phản hồi 78
2.3.4. Hộp tốc độ có bánh răng dùng chung 81
2.3.5. Hộp tốc độ dùng động cơ nhiều cấp tốc độ 85
2.3.6. Hộp tốc độ có chuỗi số vòng quay hỗn hợp 892
Chương 3: THIẾT KẾ HỘP CHẠY DAO 95
3.1. Khái niệm 95
3.1.1. Đặc điểm 95
3.1.2. Yêu cầu 95
3.2. Phương pháp thiết kế hộp chạy dao thường 96
3.3. Phương pháp thiết kế hộp chạy dao chính xác 100
3.3.1. Sắp xếp bước ren thành bảng 101
3.3.2. Thiết kế nhóm cơ sở 102
3.3.2.1. Nhóm cơ sở dùng cơ cấu Norton 102
3.3.2.2. Nhóm cơ sở dùng cơ cấu bánh răng di trượt 105
3.3.3. Thiết kế nhóm gấp bội 107
3.3.3.1. Nhóm gấp bội dùng cơ cấu bánh răng di trượt 107
3.3.3.2. Nhóm gấp bội dùng cơ cấu Mêan 109
3.3.3.3. Nhóm gấp bội dùng cơ cấu then kéo 111
3.3.4. Thiết kế nhóm truyền động bù 112
3.3.5. Kiểm tra sai số bước ren 114
3.3.6. Thí dụ về thiết kế hộp chạy dao chính xác 114
Chương 4: THIẾT KẾ TRỤC CHÍNH VÀ Ổ TRỤC 129
4.1. Thiết kế trục chính 129
4.1.1. Yêu cầu đối với trục chính 129
4.1.2. Kết cấu của trục chính 130
4.1.3. Vật liệu của trục chính 131
4.1.4. Tính toán trục chính 131
4.2. Thiết kế ổ trục 141
4.2.1. Yêu cầu của ổ trục 141
4.2.2. Thiết kế ổ trượt 142
4.2.3. Thiết kế ổ lăn 149
Chương 5: THIẾT KẾ THÂN MÁY VÀ SỐNG TRƯỢT 156
5.1. Thiết kế thân máy 156
5.1.1. Yêu cầu của thân máy 156
5.1.2. Kết cấu của thân máy 156
5.1.3. Vật liệu thân máy 160
5.1.4. Tính toán thân máy 161
5.2. Thiết kế sống trượt 169
5.2.1. Yêu cầu của sống trượt 1693
5.2.2. Kết cấu sống trượt 169
5.2.3. Điều chỉnh sống trượt 171
5.2.4. Bảo vệ và bôi trơn sống trượt 173
5.2.5. Vật liệu sống trượt 175
5.2.6. Tính toán sống trượt 176
5.3. Thiết kế sống lăn 181
5.3.1. Kết cấu sống lăn 181
5.3.2. Tính toán sống lăn 184
Chương 6 : CƠ CẤU MÁY 186
6.1. Cơ cấu chuyển động thẳng 186
6.1.1. Cơ cấu bánh răng - thanh răng 186
6.1.2. Cơ cấu trục vít - thanh răng 189
6.1.3. Cơ cấu vít me - đai ốc trượt 191
6.1.4 Cơ cấu vít me - đai ốc bi 198
6.1.5 Cơ cấu vi động 200
6.2. Cơ cấu chuyển động không liên tục 202
6.2.1. Cơ cấu bánh cóc - con cóc 202
6.2.2. Ly hợp một chiều 204
6.2.3. Cơ cấu Maltit 205
6.3. Cơ cấu đảo chiều 208
6.3.1. Yêu cầu 208
6.3.2. Cơ cấu đảo chiều bằng cơ khí 209
6.3.3. Cơ cấu đảo chiều bằng điện 214
6.3.4. Cơ cấu đảo chiều bằng thủy lực 214
6.3.5. Tính mômen đảo chiều 215
6.4. Hệ thống điều khiển 216
6.4.1. Chức năng và yêu cầu 216
6.4.2. Các phần tử trong hệ thống điều khiển 218
6.4.3. Các cơ cấu điều khiển bằng cơ khí 221
6.4.3.1. Hệ thống điều khiển riêng rẽ 222
1. Cơ cấu qụat răng – thanh răng 222
2. Cơ cấu ngàm gạt 224
2. Cơ cấu vít me – đai ốc 225
6.4.3.2. Hệ thống điều khiển tập trung 225
1. Hệ thống điều khiển một tay gạt 225
2. Hệ thống điều khiển dùng cam thùng 227
3. Hệ thống điều khiển dùng cam mặt đầu 229
rình đặt ở cuối hành trình để tắt động cơ. Trường hợp cần yêu cầu chính xác cao (±0,02 đến ±0,03mm) để đảm bảo độ chính xác kích thước của chi tiết gia công, có thể sử dụng công tắc hành trình tế vi. Nếu kết hợp các cơ cấu cơ – điện, cơ – điện tử thì có thể đạt đến mức chính xác rất cao ±1µm. Nguyên lý làm việc của các cơ cấu hạn chế hành trình bằng cơ khí dùng cử hành trình và ly hợp (hình 6-57) như sau: Lắp chặt cử hành trình 1 tại một điểm xác định của phần cố định trên đường di chuyển của bộ phận di động 2. Bộ phận di động sẽ dừng lại khi đụng phải cử hành trình, trở lực tăng làm cho ly hợp ma sát hoặc ly hợp vấu 3 có hiện tượng trượt và tự động ngắt xích truyền động. Hiện tượng trượt này chỉ chấm dứt khi bộ phận di động thoát ra khỏi cử hành trình (chẳng hạn như khi đảo chiều động cơ). Hình 6-58a là cơ cấu hạn chế hành trình dùng trục vít rơi. Chuyển động chạy dao được truyền từ trục 2, qua bánh răng Z1 – Z2 , trục 3, khớp nối tự lựa và trục 4. Trên trục 4 có lắp lồng không trục vít 5 nhưng có thể truyền chuyển động sang bánh vít 9 nhờ ăn khớp với ly hợp phòng quá tải 6. Khi bàn trượt đụng vào cử hành trình 1, bánh vít và trục vít ngừng quay, mômen xoắn trên trục 4 tăng làm cho ly hợp vấu 6 có hiện tượng trượt. Khi đó, phần bên phải của ly hợp 6 di động sang phải, làm xoay hệ thống đòn 8 theo chiều mũi tên và bộ phận 7 mang trục vít bị rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực. Vì vậy, xích truyền động bị ngắt. Hình 6-57: Cơ cấu hạn chế hành trình dùng cử hành trình và ly hợp 237 Trong hình 6-58b, bánh vít 2 sẽ ngừng quay khi bàn trượt đụng vào cử hành trình, trong khi trục vít 1 vẫn tiếp tục quay. Mômen xoắn phát sinh thắng được lực lò xo và trục vít cùng với trục của nó sẽ vừa quay vừa tiến về bên phải theo chiều mũi tên do tác dụng ăn khớp với bánh vít đứng yên. Chuyển động này làm cho đòn 5 quay theo chiều mũi tên và dưới tác dụng của lò xo 3 sẽ mở ly hợp 4 làm ngắt xích truyền động. Trong hình 6-59, cử hành trình 5 được giữ chặt trên băng máy tiện nhờ tấm kẹp 6 có răng vào khớp với thanh răng 8 (đã được lắp cố định vào băng máy). Hai vít siết 7 bảo đảm vị trí cố định của cử hành trình 5. Vít tế vi 1 được đỡ bởi hai bạc 2 và 4, đồng thời bị khống chế chuyển động quay nhờ then lắp trong bạc 2. Đai ốc 3 được điều chỉnh thông qua các thang đo khắc trên mặt a để di chuyển vít 1 theo chiều trục. 6.5.3. Cơ cấu phòng quá tải Để đề phòng các chi tiết máy hay bộ phận máy bị hư hỏng do quá tải, trong các xích truyền động thường đặt cơ cấu phòng quá tải tại một vị trí thích hợp. Mục đích là Hình 6-58: Cơ cấu hạn chế hành trình dùng trục vít Hình 6-59: Cơ cấu hạn chế hành trình dùng vít điều chỉnh tế vi 238 để tự động dừng máy khi tải trọng vượt quá giới hạn thiết kế. Có thể nói đó là khâu yếu nhất trong xích truyền động. Các cơ cấu phòng quá tải có thể là các hệ thống bằng cơ khí, điện hay thủy lực. Việc lựa chọn cơ cấu phòng quá tải tuỳ thuộc vào mục đích chính của sự bảo vệ là máy, dụng cụ cắt hay động cơ điện. Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào yêu cầu của mức độ tự động, yêu cầu về độ nhạy, nhanh của cơ cấu. Trong một số trường hợp, việc ngắt xích truyền động khi quá tải cũng chưa thật sự đủ mà còn cần phải đảo chiều chuyển động để dao và máy không bị hư hỏng khi bắt đầu gia công lại (chẳng hạn như đối với máy khoan lỗ sâu ). Trong trường hợp này, cơ cấu phòng quá tải nên kết hợp với cơ cấu đảo chiều. Các cơ cấu phòng quá tải bằng cơ khí được sử dụng thông dụng trong máy công cụ là: 1. Chốt an toàn Chốt an toàn được lắp vào vị trí thích hợp trong xích truyền động, dùng để nối liền hai trục hoặc giữa trục với các chi tiết lắp trên trục như bánh răng, bánh vít, bánh cóc Chốt an toàn được thiết kế và tính toán sao cho khi mômen vượt quá giới hạn cho phép, chốt này sẽ bị cắt đứt để ngắt xích truyền động và bảo vệ các chi tiết quan trọng trong máy không bị hư hỏng. Kết cấu điển hình của các loại chốt an toàn cho trong hình 6-60a,b. Chốt 1 được lắp trong các bạc thép 2 (đã được tôi cứng) và các bạc này được lắp ép vào lỗ của chi tiết kết nối. Vì vậy, khi chốt bị cắt, các cạnh lỗ không bị biến dạng. Chi tiết 3 dùng để giữ chốt không rơi ra sau khi bị cắt. Độ lớn của lực tác động để làm cắt chốt phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu chốt, chế độ nhiệt luyện và đường kính tối thiểu của chốt. Vì vậy, lực này có thể thay đổi trong một phạm vi khá rộng mà không cần thay đổi đường kính cơ bản của chốt (thường chọn trong khoảng từ 4 ÷ 12mm). Để điều chỉnh lực cắt chốt, chỉ cần dùng chốt có rãnh cắt chữ V hay hình chữ nhật. Hình 6-60: Chốt an toàn a) b) 239 Vật liệu làm chốt có thể là thép 15, 20, 35, 45 hay các loại thép lò xo. Vật liệu của bạc thường là thép 40X, được tôi và ram đạt độ cứng đến 48 ÷ 53 HRC 2. Ly hợp an toàn Ly hợp an toàn có ưu điểm hơn so với chốt an toàn là không bị phá huỷ khi quá tải mà chỉ có hiện tượng trượt giữa các bề mặt tiếp xúc của ly hợp để ngắt xích truyền động. Khi tải trọng trở lại giá trị bình thường thì ly hợp cũng tự động hồi phục lại trạng thái ban đầu và nối lại xích truyền động. Ly hợp an toàn chỉ đòi hỏi việc điều chỉnh định kỳ và thay thế các chi tiết bị mòn quá giới hạn cho phép. Ly hợp ma sát được sử dụng chủ yếu cho mục đích này trong máy công cụ. Về mặt kết cấu, ly hợp ma sát an toàn cũng tương tự như các loại ly hợp ma sát bình thường, chỉ có điểm khác biệt là nó không cần cơ cấu điều khiển (hình 6-61). Nhờ có lớp vật liệu bố 1 ở hai mặt bên của đĩa 2 mà chuyển động có thể truyền từ trục I sang trục II. Tuổi thọ của ly hợp ma sát an toàn tăng đáng kể và bộ phận máy có thể dừng nhanh chóng nếu kết hợp ly hợp này với công tắc ngắt động cơ. Ly hợp vấu (hình 6-62) cũng có thể dùng như một ly hợp an toàn nếu góc nghiêng của các mặt bên của vấu và lực căng lò xo được chọn phù hợp. Ly hợp gồm có 2 phần có vấu 2 và 5 lắp cố định trên hai trục 1 và 7. Khi mômen truyền nằm trong giới hạn cho phép, các vấu ăn khớp nhau dưới tác dụng của lò xo 4. Để thay đổi mômen truyền, xoay ống điều chỉnh có ren 3 nhằm thay đổi lực căng của lò xo. Cần có ổ bi chặn 6 để khi quá tải, mặt đầu của lò xo 4 không trượt trên bề mặt của ống 3. Với ly hợp vấu an toàn, khi quá tải, cần có một nửa của ly hợp di chuyển dọc trục. Tuy nhiên, nhiều khi lực ma sát lớn giữa then và rãnh then làm cho nửa ly hợp đó khó di chuyển và ly hợp mất tác dụng an toàn. Để khắc phục nhược điểm này, Hình 6-61: Ly hợp ma sát an toàn Hình 6-62: Ly hợp vấu an toàn 240 người ta dùng thêm một ly hợp trung gian như trong ly hợp vấu an toàn máy phay giường (hình 6-63) Chuyển động truyền đến trục vít me 1 của xích chạy dao trên máy phay từ bánh răng 2, qua ly hợp vấu 3 (lắp lồng không trên trục 1). Ly hợp trung gian 4 có vấu bên phải là vấu nghiêng để ăn khớp với ly hợp vấu 3 và có vấu bên trái là vấu phẳng để ăn khớp với ly hợp vấu 5. Vì thế ở điều kiện làm việc bình thường, chuyển động truyền qua các ly hợp vấu 3, 4, 5 và đến trục 1 nhớ lắp ghép then giữa ly hợp vấu 5 với trục. Khi quá tải, ly hợp vấu trung gian 4 di chuyển sang trái dễ dàng mà không bị ngăn cản do hiện tượng ma sát của then. Hình 6-64 là loại ly hợp an toàn dùng bi. Chuyển động truyền từ bánh răng 1 đến trục 2 nhờ dãy bi 3 ăn khớp với dãy bi 4 dưới tác dụng của lò xo và ly hợp 5 lắp then với trục 2. Khi quá tải, có hiện tượng trượt giữa các dãy bi và ly hợp 5 di động sang phải để ngắt xích truyền động. Ngoài ra, trục vít rơi (hình 6-58) là một loại cơ cấu hạn chế hành trình nhưng vừa có tác dụng như một cơ cấu phòng quá tải. Hình 6-63: Ly hợp vấu an toàn có ly hợp trung gian Hình 6-64: Ly hợp an toàn dùng bi 241 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]– Nguyễn Ngọc Cẩn Thiết kế máy cắt kim loại Trường Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh, 1984. [2] – Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Đắp Thiết kế máy công cụ – Tập I, II Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 1983. [3]– Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm Thiết kế chi tiết máy Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 1979. [4]– Nguyễn Ngọc Cẩn Máy cắt kim loại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, 1991. [5] – Phạm Đắp, Nguyễn Đức Lộc, Phạm Thế Trường, Nguyễn Tiến Lưỡng Tính toán thiết kế máy cắt kim loại Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1971. [6] – N. Acherkan Machine tool design, Vol. 1 Mir Publisher Moscow, 1982. [7] – N. Acherkan Machine tool design, Vol. 2 Mir Publisher Moscow, 1982. [8] – N. Acherkan Machine tool design, Vol. 3 Mir Publisher Moscow, 1982. [9] – N. Acherkan Machine tool design, Vol. 4 Mir Publisher Moscow, 1982. [10]– htpp://www.Machine-tool.com
File đính kèm:
thiet_ke_may_cat_kim_loai.pdf
