MỤC LỤC Chương 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI Trang 1.1 Các tiêu máy cắt kim loại 1.1.1 Độ xác máy 1.1.2 Độ cứng vững máy 1.1.3 Độ tin cậy tuổi thọ máy 1.1.4 Độ bền độ mòn máy 1.1.5 Độ dao động ảnh hưởng nhiệt 5 10 1.2 Cơ sở thiết kế máy cắt kim loại 1.2.1 Phạm vi điều chỉnh vận tốc cắt lượng chạy dao 1.2.2 Chuỗi số vòng quay 1.2.3 Xác định thông số động học 1.2.4 Xác định công suất động 10 11 14 19 23 Chương 2: THIẾT KẾ HỘP TỐC ĐỘ 27 2.1 Khái niệm 27 2.2 Thiết kế hộp tốc độ dùng cấu bánh di trượt 2.2.1 Chọn phương án không gian 2.2.2 Xác định tỉ số truyền hộp tốc độ Mối quan hệ tỉ số truyền nhóm bánh di trượt Phương án thay đổi thứ tự Lưới kết cấu Đồ thị số vòng quay 2.2.3 Xác định số bánh 2.2.3.1 Phương pháp tính toán 2.2.3.2 Phương pháp tra bảng 2.2.4 Sơ đồ động sơ đồ truyền lực 2.2.5 Kiểm tra sai số vòng quay 27 30 31 31 33 33 36 55 53 61 67 69 2.3 Thiết kế loại hộp tốc độ khác 2.3.1 Hộp tốc độ puli – đai truyền 2.3.2 Hộp tốc độ bánh thay 2.3.3 Hộp tốc độ dùng cấu phản hồi 2.3.4 Hộp tốc độ có bánh dùng chung 2.3.5 Hộp tốc độ dùng động nhiều cấp tốc độ 2.3.6 Hộp tốc độ có chuỗi số vòng quay hỗn hợp 71 71 73 78 81 85 89 Chương 3: THIẾT KẾ HỘP CHẠY DAO 95 3.1 Khái niệm 3.1.1 Đặc điểm 3.1.2 Yêu cầu 95 95 95 3.2 Phương pháp thiết kế hộp chạy dao thường 96 3.3 Phương pháp thiết kế hộp chạy dao xác 3.3.1 Sắp xếp bước ren thành bảng 3.3.2 Thiết kế nhóm sở 3.3.2.1 Nhóm sở dùng cấu Norton 3.3.2.2 Nhóm sở dùng cấu bánh di trượt 3.3.3 Thiết kế nhóm gấp bội 3.3.3.1 Nhóm gấp bội dùng cấu bánh di trượt 3.3.3.2 Nhóm gấp bội dùng cấu Mêan 3.3.3.3 Nhóm gấp bội dùng cấu then kéo 3.3.4 Thiết kế nhóm truyền động bù 3.3.5 Kiểm tra sai số bước ren 3.3.6 Thí dụ thiết kế hộp chạy dao xác 100 101 102 102 105 107 107 109 111 112 114 114 Chương 4: THIẾT KẾ TRỤC CHÍNH VÀ Ổ TRỤC 129 4.1 Thiết kế trục 4.1.1 Yêu cầu trục 4.1.2 Kết cấu trục 4.1.3 Vật liệu trục 4.1.4 Tính toán trục 129 129 130 131 131 4.2 Thiết kế ổ trục 4.2.1 Yêu cầu ổ trục 4.2.2 Thiết kế ổ trượt 4.2.3 Thiết kế ổ lăn 141 141 142 149 Chương 5: THIẾT KẾ THÂN MÁY VÀ SỐNG TRƯT 156 5.1 Thiết kế thân máy 5.1.1 Yêu cầu thân máy 5.1.2 Kết cấu thân máy 5.1.3 Vật liệu thân máy 5.1.4 Tính toán thân máy 156 156 156 160 161 5.2 Thiết kế sống trượt 5.2.1 Yêu cầu sống trượt 169 169 5.2.2 Kết cấu sống trượt 5.2.3 Điều chỉnh sống trượt 5.2.4 Bảo vệ bôi trơn sống trượt 5.2.5 Vật liệu sống trượt 5.2.6 Tính toán sống trượt 169 171 173 175 176 5.3 Thiết kế sống lăn 5.3.1 Kết cấu sống lăn 5.3.2 Tính toán sống lăn 181 181 184 Chương : CƠ CẤU MÁY 186 6.1 Cơ cấu chuyển động thẳng 6.1.1 Cơ cấu bánh - 6.1.2 Cơ cấu trục vít - 6.1.3 Cơ cấu vít me - đai ốc trượt 6.1.4 Cơ cấu vít me - đai ốc bi 6.1.5 Cơ cấu vi động 186 186 189 191 198 200 6.2 Cơ cấu chuyển động không liên tục 6.2.1 Cơ cấu bánh cóc - cóc 6.2.2 Ly hợp chiều 6.2.3 Cơ cấu Maltit 202 202 204 205 6.3 Cơ cấu đảo chiều 6.3.1 Yêu cầu 6.3.2 Cơ cấu đảo chiều khí 6.3.3 Cơ cấu đảo chiều điện 6.3.4 Cơ cấu đảo chiều thủy lực 6.3.5 Tính mômen đảo chiều 208 208 209 214 214 215 6.4 Hệ thống điều khiển 6.4.1 Chức yêu cầu 6.4.2 Các phần tử hệ thống điều khiển 6.4.3 Các cấu điều khiển khí 6.4.3.1 Hệ thống điều khiển riêng rẽ Cơ cấu qụat – Cơ cấu ngàm gạt Cơ cấu vít me – đai ốc 6.4.3.2 Hệ thống điều khiển tập trung Hệ thống điều khiển tay gạt Hệ thống điều khiển dùng cam thùng Hệ thống điều khiển dùng cam mặt đầu 216 216 218 221 222 222 224 225 225 225 227 229 Hệ thống điều khiển dùng khớp tùy động Hệ thống điều khiển dùng đóa lỗ 6.5 Cơ cấu an toàn 6.5.1 Cơ cấu khóa lẫn 6.5.2 Cơ cấu hạn chế hành trình 6.5.3 Cơ cấu phòng qúa tải 230 231 233 234 236 237 Tài liệu tham khảo 241 Chương NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI 1.1 CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN CỦA MÁY CẮT KIM LOẠI 1.1.1 Độ xác máy Khái niệm Độ xác tiêu quan trọng máy cắt kim loại, định chất lượng chi tiết gia công từ độ xác kích thước đến sai lệch hình dạng sai lệch vị trí tương quan bề mặt chi tiết Độ xác máy ảnh hưởng trực tiếp đến độ xác gia công Sai số máy chuyển toàn phần đến chi tiết gia công biểu thị qua dạng: − Sai số ban đầu máy bao gồm sai số hình học động học − Sai số chế độ làm việc máy bao gồm sai số đàn hồi, sai số động lực học sai số nhiệt − Sai số thời gian điều kiện sử dụng máy sai số mòn, biến dạng ứng suất dư kết cấu − Sai số dụng cụ cắt sai số tạo hình Theo TCVN 1742–75, máy cắt kim loại phân thành cấp xác ký hiệu chữ E, D, C, B, A với mức độ xác tăng dần, cấp xác E cấp xác thông thường sử dụng phổ biến Biện pháp nâng cao độ xác gia công máy − Chọn qui trình công nghệ gia công cho độ xác máy ảnh hưởng đến chi tiết gia công − Trang bị hệ thống đo lường tự động để kiểm tra tích cực, khống chế kích thước, giảm độ sai lệch gia công − Sử dụng hệ thống điều chỉnh bù trừ sai số tự động − Hạn chế ảnh hưởng xấu biến dạng đàn hồi tăng cường độ cứng vững, dùng đỡ phụ − Khử khe hở hệ thống đỡ cấu truyền động quan trọng − Giảm tác dụng xấu biến dạng nhiệt cách giảm việc sinh nhiệt lan truyền nhiệt − Giảm ma sát ổ đỡ cấu truyền động quan trọng cấu dịch chuyển tế vi, cấu định vị xác 1.1.2 Độ cứng vững máy Khái niệm Độ cứng vững hệ thống công nghệ (hay máy) khả chống lại ngoại lực làm cho biến dạng Độ cứng vững tỷ số tải trọng vớiø biến dạng vị trí chịu tải: J= P W (1-1) Trong đó: P – tải trọng vị trí kiểm tra [KG] W – biến dạng vị trí chịu tải [m] Tăng độ cứng vững hai phương pháp nhằm làm giảm rung động máy (ngoài tăng độ giảm chấn) Phân loại Có cách phân loại độ cứng vững: − Theo dạng biến dạng đàn hồi: độ cứng vững tịnh tiến (chuyển vị tịnh tiến tác dụng lực F) độ cứng vững xoay(chuyển vị xoay tác dụng mômen Mx) − Theo cách xác định độ cứng vững riêng cho chi tiết máy: độ cứng vững phận độ cứng vững tổng cộng − Theo phương pháp đo biến dạng phận so với chi tiết sở máy móng máy, thân máy: độ cứng vững tương đối (đo biến dạng tương đối hai chi tiết) độ cứng vững tuyệt đối (đo biến dạng chi tiết với chi tiết sở xem vật rắn tuyệt đối) − Theo tính chất tải trọng: độ cứng vững tónh (nếu tải trọng không đổi theo thời gian) độ cứng vững động lực học (nếu tải trọng thay đổi có qui luật ngẫu nhiên theo thời gian) Biện pháp nâng cao độ cứng vững Việc xác định độ cứng vững cho chi tiết máy, phận máy máy vấn đề phức tạp Việc tính toán độ cứng vững chi tiết máy trục máy, thân máy, sống trượt … giải cụ thể chương sau Tuy nhiên thường tính gần với việc cho thêm giả thiết ban đầu Trong thực tế, để xác định độ cứng vững thường dùng phương pháp đo lường thực nghiệm với hai thông số đánh giá tải trọng biến dạng Tăng độ cứng vững đôi với phí tổn lớn nhiều đạt kết với thay đổi kết cấu máy Các biện pháp để nâng cao độ cứng vững máy: − Bảo đảm cân hợp lý độ cứng vững hệ thống, tránh dùng chi tiết có độ biến dạng lớn ngược lại có độ cứng vững lớn Thường độ cứng vững tiếp xúc mối ghép so với độ cứng vững vỏ hộp, thân máy − Phân bố ổ trục hợp lý số lượng, chủng loại, khoảng cách − Dùng vật liệu chế tạo chi tiết có môđun đàn hồi cao thép, gang graphít cầu … − Chọn hình dạng tiết diện ngang chi tiết hợp lý, tính toán kích thước đảm bảo độ cứng vững − Cố gắng sử dụng kết cấu chi tiết cho có khả chịu kéo nén, có độ cứng vững cao nhiều so với trường hợp phải chịu uốn xoắn 1.1.3 Độ tin cậy tuổi thọ máy Khái niệm Độ tin cậy đặc trưng cho khả máy chế tạo thành phẩm liên tục với số lượng chất lượng quy định thời hạn làm việc định Độ tin cậy bao gồm tính không hỏng hóc, tính sửa chữa, tính bảo quản tuổi thọ Tuổi thọ máy trì khả làm việc khoảng thời gian hay hoàn thành khối lượng công việc trước đến trạng thái tới hạn để bảo dưỡng sửa chữa Tuổi thọ máy chủ yếu có liên quan đến tượng mài mòn mối ghép động, tượng mỏi tác dụng tải trọng động …, độ mòn yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới khả trì độ xác ban đầu hạn chế tuổi thọ máy Các nhân tố ảnh hưởng đến độ tin cậy máy − Môi trường làm việc tải trọng tác động lên máy − Quá trình hao mòn máy ảnh hưởng đến độ tin cậy máy − Sự biến động tiêu chất lượng máy theo thời gian Các biện pháp bảo đảm độ tin cậy máy − Nâng cao độ tin cậy sử dụng máy, cách: • Bảo dưỡng máy theo qui trình thời gian • Kiểm tra độ xác máy theo định kỳ để kịp thời điều chỉnh sửa chữa thích hợp • Công nhân đứng máy phải qua đào tạo sử dụng máy, tuân thủ qui định sử dụng thao tác máy • Vị trí đặt máy tổ hợp máy phải phù hợp với công dụng, cấp xác chế độ làm việc … − Nâng cao độ tin cậy hệ thống thủy lực máy, cách: • Bảo đảm chất lỏng hệ thống thủy lực phải đủ độ • Giữ cho dầu sử dụng hệ thống không bị lão hóa • Giữ cho nhiệt độ dầu không vượt chế độ nhiệt cho phép − Nâng cao độ tin cậy hệ thống điện máy, cách tuân thủ nguyên tắc thiết kế hệ thống điện: • Giảm số lượng thiết bị sơ đồ điện, tiêu chuẩn hóa thống hóa sơ đồ điều khiển • Dùng rơle tự động dòng điện yếu, thiết bị báo hiệu hỏng hóc điện có độ tin cậy cao • Dùng thiết bị điện đủ chất lượng, bảo vệ đường dây dẫn 1.1.4 Độ bền độ mòn máy Độ bền máy Độ bền tiêu chủ yếu để đảm bảo suốt thời gian sử dụng máy không bị hư hỏng Các dạng hư hỏng có liên quan với độ bền chi tiết máy gồm có: − Phá hủy mỏi: phát sinh điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ Tùy theo trạng thái ứng suất, có phá hủy mỏi phá hủy bề mặt chi tiết chịu tải trọng lớn trục, bánh răng, ổ lăn … − Biến dạng dẻo: phát sinh chi tiết bị tải sinh biến dạng dẻo toàn tượng cong trục, kéo dài trục … biến dạng dẻo bề mặt móp thành hốc đường lăn ổ bi, sống trượt … − Từ biến: trình chi tiết có biến dạng ứng suất thay đổi theo thời gian tác dụng lâu dài tải trọng không đổi Các chi tiết chất dẻo phi kim loại cần phải ý đến tượng − Phá hủy giòn: thường xảy với chi tiết vật liệu giòn có ứng suất dư lớn, ứng suất tập trung chịu tải trọng va đập Các biện pháp nâng cao độ bền gồm có: − Thiết kế kết cấu có độ bền suốt chiều dài chi tiết − Bảo đảm ứng suất phân bố tiết diện ngang (khi bị uốn nên dùng chi tiết có đáy dày, thành cao bị xoắn nên dùng ống thành mỏng khép kín) − Giảm ứng suất tập trung điểm có độ bền mỏi thấp − Cố gắng phân bố lực công suất truyền toàn chi tiết − Sử dụng chi tiết có cấu trúc lớp bề mặt chịu ứng suất tốt nâng cao độ bền để tránh bị phá hủy từ bề mặt Độ mòn máy Mòn kết thay đổi dần kích thước bề mặt làm việc chi tiết trình ma sát Quá trình mòn xảy tương tác hai bề mặt, xuất phá hủy hạt nhỏ tăng nhiệt độ số điểm tiếp xúc làm thay đổi cấu trúc tích chất lý hóa lớp bề mặt tiếp xúc Các dạng mòn chủ yếu − Mòn ôxi hóa: trình phá hủy dần bề mặt chi tiết chịu ma sát tương tác lớp bề mặt kim loại với ôxi không khí hay dầu bôi trơn − Mòn hạt mài: trình phá hủy dần bề mặt chi tiết có hạt mài vùng ma sát − Mòn mỏi lớp bề mặt: kết tác động ứng suất thay đổi theo chu kỳ ứng suất vượt giới hạn đàn hồi − Mòn biến dạng dẻo (hiện tượng tróc dính) Do có biến dạng dẻo, tình trạng bề mặt chi tiết thay đổi, màng ôxit màng bôi trơn bị phá hủy, bề mặt chi tiết hình thành mối liên kết kim loại cục Khi ma sát trượt với tốc độ nhỏ áp suất riêng vượt giới hạn chảy, mối liên kết kim loại bị phá hủy làm bong tách bám dính hạt kim loại lên bề mặt tiếp xúc − Mòn ăn mòn điện hóa: trình phá hủy bề mặt chi tiết tác dụng hoá điện hoá môi trường − Mòn tróc gỉ: trình phá hủy bề mặt ma sát đồng thời có tác dụng tượng ăn mòn di động tương đối chi tiết tiếp xúc, sinh dao động với biên độ nhỏ bề mặt tiếp xúc Hình 1-1 mô tả trình ăn mòn hóa học bề mặt chi tiết: Các chất hóa học ăn mòn theo sườn dốc nhấp nhô theo chiều mũi tên Nhấp nhô cũ Nhấp nhô Hình 1- : Quá trình ăn mòn hóa học bề mặt chi tiết Các biện pháp làm giảm độ mòn gồm có: − Bộ ma sát cần che kín để bảo vệ − Phân bố áp suất bề mặt ma sát, tránh ứng suất tập trung, tăng độ cứng vững chi tiết lắp ghép − Giảm tải trọng cho bề mặt bị mòn − Bảo đảm tuổi thọ cho tất chi tiết có khả bị mòn − Giảm bớt công ma sát cấu ứng dụng ma sát (dùng ly hợp ma sát nhiều đóa) − Chọn độ nhám tối ưu cho bề mặt chịu ma sát tương ứng với dạng ma sát − Dùng vật liệu phù hợp với điều kiện làm việc − Bề mặt ma sát nên tạo đứt quãng xẻ rãnh để dễ làm nguội 1.1.5 Độ dao động ảnh hưởng nhiệt Độ dao động Khi gia công vật liệu khó cắt gọt hay cắt gọt với tốc độ cắt cao, máy cắt kim loại thường xảy tượng dao động Sử dụng biện pháp đơn giản máy có sẵn nhằm làm tăng độ giảm chấn Thí dụ: Làm gối đỡ giảm chấn dầu ép trục máy tiện tăng suất cắt lên gấp đôi mà không gây ảnh hưởng lớn dao động, đổ cát vào hộc trống thân máy nhằm làm giảm chấn v.v… Ảnh hưởng nhiệt Trong trình gia công, thay đổi chênh lệch nhiệt độ lớn phận máy làm ảnh hưởng lớn đến độ xác hình học, độ xác chuyển động, độ cứng vững … Nguồn phát nhiệt thông thường ổ trục, hộp tốc độ, hệ thống dầu ép, sống trượt, phoi nóng, động điện … Để giảm bớt biến dạng nhiệt người ta đưa nguồn phát nhiệt máy, sử dụng gối đỡ khí ép dầu ép thay cho sống trượt, đặt nghiêng sống trượt để dễ thoát phoi … 1.2 CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI Quá trình thiết kế máy cắt kim loại gồm có hai phần chính: – Thiết kế phần động học máy • Xác định tính kỹ thuật máy hình dáng tập hợp chi tiết gia công máy, kích thước giới hạn lớn nhỏ gia công máy … 10 Các cách liên kết gạt với chi tiết điều khiển hình 6-37 1– chi tiết điều khiển 2– gạt 3– ngàm gạt 4– vòng gạt Hình 6-37: Các loại liên kết gạt với chi tiết điều khiển 6.4.3 Các hệ thống điều khiển khí Hệ thống điều khiển khí hệ thống sử dụng chi tiết, phận, khâu điều khiển khí Thông thường khâu đầu xích điều khiển hệ thống điều khiển khí có chuyển động vòng vô lăng, tay quay, tay gạt truyền chuyển động đến chi tiết cần điều khiển ly hợp, khối bánh di trượt … có chuyển động thẳng cấu đòn bẩy, răng, trục vít, cam, bánh răng… Trên máy công cụ thường sử dụng số hệ thống điều khiển khí như: 221 6.4.3.1 Hệ thống điều khiển riêng rẽ Cơ cấu quạt – Khi quay quạt 1, tịnh tiến theo chiều mũi tên (hình 6-38a) Chi tiết cần điều khiển lắp cố định thông qua ngàm gạt nên di chuyển theo chiều tương öùng 3 1 Hình 6-38: Cơ cấu điều khiển quạt – Để cấu dễ chế tạo, dễ thay hơn, người ta thay cánh quạt có chốt (hình 6-38b) Các tính toán cần thiết cấu là: Bước 1: Xác định chiều dài hành trình gạt L (tức lượng di chuyển cần thiết chi tiết điều khiển) Bước 2: Tính góc quay α gạt theo công thức: L = Rsinα ⇒ α = arcsin L R (6-44) với R – bán kính gạt (được chọn theo không gian bố trí cấu điều khiển) 222 L b c α L R b) a) α R L = 3(b + c) L = 2(b + c) Hình 6-39: Xác định chiều dài hành trình gạt L Nếu tay gạt bố trí truyền động trực tiếp với gạt α góc quay tay gạt Tuy nhiên, nhiều trường hợp để giảm lực điều khiển tay gạt, góc quay tay gạt đủ lớn chi tiết điều khiển cách xa tay gạt, người ta bố trí truyền bánh có tỉ số truyền giảm tốc igt tay gạt gạt (hình 6-40) Tỉ số truyền igt tính sau: igt = α cg a c = b d α tg (6-45) với αcg – góc quay gạt αtg – góc quay tay gạt Để dễ tính số bánh răng, chọn trước tỉ số truyền igt tính lại góc quay tay gạt αtg αcg c d a αtg b Hình 6-40: Bộ bánh giảm tốc cấu điều khiển 223 Cơ cấu ngàm gạt Hình 6-41 loại cấu ngàm gạt dùng trường hợp chiều dài hành trình gạt L ngắn Khi L lớn, cần dùng thêm truyền bánh – Bánh lắp trục tay gạt lắp vào sống trượt mà sống trượt cố định vào thân máy Ngàm gạt lắp cố định với di chuyển với (hình 6-41b) b) a) c) Hình 6-41: Cơ cấu ngàm gạt Cơ cấu ngàm gạt tập trung (hình 6-42) sử dụng tay gạt lắp trục độc lập với để di chuyển khối bánh theo hướng tương ứng Hình 6-42: Cơ cấu ngàm gạt tập trung 224 Cơ cấu vít me – đai ốc Hình 6-43: Cơ cấu điều khiển dùng trục vít me có bước lớn Cơ cấu vít me – đai ốc dùng để điều khiển chuyển động xác Nếu kết hợp với truyền giảm tốc khác trục vít – bánh vít, bánh hành tinh … cấu thực chuyển động điều chỉnh nhỏ đến phần ngàn mm Lượng di động nhỏ dùng để điều chỉnh lượng chạy dao máy mài máy xác khác Ưu điểm cấu vít me – đai ốc có khả tạo lực lớn cuối xích truyền động nên dùng để dịch chuyển phận máy nặng Trong trường hợp cần lượng dịch chuyển lớn yêu cầu độ xác cao, người ta dùng trục vít me có bước ren lớn (hình 6-43) 6.4.3.2 Hệ thống điều khiển tập trung Hệ thống điều khiển riêng rẽ có nhược điểm sau: không thuận tiện hoạt động, chiếm không gian nhiều thời gian điều khiển lớn Để khắc phục, người ta sử dụng hệ thống điều khiển tập trung (thường có tay gạt) có khả điều khiển nhiều phận máy Nhược điểm cấu điều khiển tập trung kết cấu phức tạp, chế tạo lắp ráp khó khăn, giá thành đắt Hệ thống điều khiển có tay gạt Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển có tay gạt (hình 6-44) sau: Tay gạt quay mặt phẳng nằm ngang với trục quay mặt phẳng thẳng đứng chung quanh chốt 225 Khi tay gạt quay mặt phẳng nằm ngang, bánh 10 (được chế tạo liền với trục 4) ăn khớp với có ngàm gạt 11 di chuyển khối bánh ba bậc 12 sang phải trái dọc theo trục Nếu tay gạt quay mặt phẳng thẳng đứng, trục chuyển động lên xuống làm vòng quay bánh với trục Ngàm gạt 14 lắp cố định trục đẩy khối bánh hai bậc 13 di trượt trục Sáu rãnh dẫn hướng tương ứng với cấp tốc độ đạt khối bánh ba bậc khối bánh hai bậc Khi tay gạt vị trí (không lọt vào rãnh nào), hai khối bánh vị trí trung gian (không ăn khớp) Hình 6-44: Hệ thống điều khiển có tay gạt 226 Hệ thống điều khiển dùng cam thùng 53 47 I a b 58 II a) 41 35 III 70 64 30 52 23 c 52 74 L IV 102 d 35 Ngàm gạt Trục trượt b) Cam thùng a b c s d Hình 6-45: Sơ đồ động hệ thống điều khiển dùng cam thùng n0 Theo sơ đồ động, hộp tốc độ máy phay có số cấp tốc độ Z = 4.2.2 = 16 Để thay đổi tốc độ trục chính, cần điều khiển khối bánh di trượt a, b, c ly hợp d Muốn vẽ rãnh điều khiển cam thùng, cần phải dựa vào lưới kết cấu (hình 6-46) để xác định vị trí khối bánh di trượt thực số vòng quay từ n1 đến n16 Khối a i1 i2 Khối c i5 i4 Khoái b i3 i6 Khoái d i7 n1 i8 Hình 6-46: Lưới kết cấu n16 227 N Tỉ số truyền n1 35 70 30 23 74 102 n2 41 64 30 74 30 74 30 74 23 102 23 102 23 102 52 52 52 52 47 52 58 52 23 102 23 102 23 102 47 58 53 52 n3 n4 n5 n6 35 70 41 64 n7 n8 n9 n10 35 70 41 64 47 58 53 52 n11 n12 n13 35 70 n14 41 64 n15 n16 53 52 23 52 52 102 30 74 74 51 30 74 74 51 30 74 30 74 52 52 74 51 74 51 74 51 52 23 52 102 47 52 74 58 52 51 53 52 74 52 52 51 Vị trí khối di trượt Khai triển rãnh điều khiển a b c d a Trái Phải Phải P P P T P P P P P T T P P T P T T P P T P T P T P P T T P T P P T T T T P T T T T T P T T b c d Các kích thước x, y, z chọn theo đường kính bề rộng lăn Độ nâng cam h với hành trình gạt, nghóa : h = L (6-46) 228 Hình 6-47: Kết cấu hệ thống điều khiển dùng cam thùng Hệ thống điều khiển dùng cam mặt đầu Người ta thay cam thùng cam mặt đầu có kích thước bề dày nhỏ, đồng thời hai mặt cam chế tạo thành rãnh cam khép kín (hình 6-48) Theo hình 6-49, phương án không gian hộp tốc độ Z = 4.2.1.2 = 16 cấp tốc độ Cam điều khiển hai khối bánh di trượt c d với hai rãnh cam hai mặt bên đóa Cam điều khiển hai khối bánh di trượt a b rãnh cam với hai lăn a b đặt lệch góc 1800 Cách vẽ biên dạng cam tương tự trường hợp dùng cam thùng Hình 6-48: Kết cấu hệ thống điều khiển dùng cam đóa 229 Độ nâng cam h tính công thức: h = r1 – r2 = a L b (6-47) với a b chiều dài cánh tay đòn L a h b r1 r2 b) Hình 6-49: Hệ thống điều khiển dùng cam mặt đầu a) Hệ thống điều khiển dùng khớp tùy động Tay gạt có khớp tùy động quay hay nhiều mặt phẳng Ưu điểm loại thay đổi tốc độ không cần phải qua tốc độ trung gian Hình 650 minh hoạ nguyên lý làm việc loại Hai khối bánh di trượt ăn khớp với bánh cố định trục bị động 12 Hai khối bánh di chuyển dọc trục qua hai ngàm gạt 9, ngàm gạt lắp trục ngàm gạt lắp trục 10 Hai trục với ngàm gạt di chuyển nhờ tay gạt lắp thân máy với khớp tùy động hình cầu 230 Đầu tay gạt có bi cầu để vào khớp rãnh khối 11 Khi tay gạt quay, mang trục với ngàm gạt di chuyển sang phải hay trái điều khiển khối bánh di trượt tương ứng Hệ thống có tính khoá lẫn, nghóa cho hai cặp bánh ăn khớp đồng thời Khi tay gạt vị trí trung gian (các bánh khớp), hai trục 10 vị trí hai rãnh 11 nằm đối diện Khi đó, viên bi vào rãnh hay 11 để điều khiển trục hay trục 10 di chuyển Nhưng có cặp bánh ăn khớp hai rãnh lệch (do có trục di chuyển) nên đầu tay gạt dịch từ rãnh sang rãnh khác Muốn sang rãnh khác, có cách đưa tay gạt vị trí trung gian để hai rãnh 11 nằm đối diện Vì vậy, cho cặp bánh ăn khớp mà Hình 6-50: Hệ thống điều khiển dùng khớp tùy động Hệ thống điều khiển dùng đóa lỗ Nguyên lý làm việc hệ thống (hình 6-51) sau: Khi kéo tay gạt 26 theo chiều mũi tên a, chuyển động truyền qua cấu quạt 25 – ngàm gạt 24 đẩy trục 23 theo chiều c làm cho đóa lỗ 21, 22 rời khỏi hai trục 20 Sau quay vô lăng đến tốc độ cần thiết cho bảng Chuyển động truyền qua bánh côn – 10, trục làm quay hai đóa lỗ góc định Tiếp theo, đẩy tay gạt 26 theo chiều mũi tên b để đóa lỗ di chuyển vào theo chiều mũi tên d Do vị trí lỗ thay đổi nên đóa lỗ đẩy trục 20 di chuyển dọc trục Chuyển động truyền qua trục 11 – 18, bánh 17 – 16, 12 tới ngàm gạt 15 làm cho khối bánh bậc 14 di chuyển dọc trục 13 đến vị trí ăn khớp cần thiết 231 Hình 6-51: Hệ thống điều khiển dùng đóa lỗ Za Za a) Zb Z3 h Zb Z2 Z1 b) Za Z2 c) Zb Z3 Z '3 ' Z1 L Z '2 Z '2 Z '3 Hình 6-52: Nguyên lý gạt hệ thống điều khiển dùng đóa lỗ 232 Nguyên lý gạt đóa lỗ giải thích hình 6-52: − Hình 6-52a: Khối bánh bậc vị trí bên trái, Z1 ăn khớp với Z’1 − Hình 6-52b: Khối bánh bậc vị trí giữa, Z2 ăn khớp với Z’2 − Hình 6-52c: Khối bánh bậc vị trí bên phải, Z3 ăn khớp với Z’3 Chiều dài hành trình gạt L chuyển từ vị trí sang vị trí khác tính: h Za = L Zb (6-48) Nếu Za = Zb h = L ⇒ Hệ thống điều khiển không khuếch đại Trường hợp không cần bánh Zb 5, ngàm gạt lắp trực tiếp vào Một số dạng khác hệ thống điều khiển cho hình 6-53 Hình 6-53: Các dạng khác hệ thống điều khiển dùng đóa lỗ 6.5 CƠ CẤU AN TOÀN Khi thiết kế máy, cần ý đến vấn đề bảo vệ an toàn cho công nhân bảo vệ máy trình hoạt động 233 Các cấu an toàn máy công cụ chia làm ba nhóm chính: − Cơ cấu khoá lẫn − Cơ cấu hạn chế hành trình − Cơ cấu phòng ngừa tải 6.5.1 Cơ cấu khoá lẫn Cơ cấu khoá lẫn cần đảm bảo: − Tránh việc ăn khớp đồng thời hai hay nhiều cặp bánh nhóm truyền động bánh di trượt − Tránh thực đồng thời hai chuyển động xung đột mặt động học Ví dụ cần ngăn cản thực đồng thời chuyển động trục trơn trục vít me dọc máy tiện vạn Với máy khoan cần, cần ngăn cản thực đồng thời chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng trục chuyển động ngang hộp trục dọc theo cần − Hoạt động điều khiển thực theo trình tự xác định số trường hợp, cần phải có quãng thời gian định bước trình tự Cơ cấu khoá lẫn hoạt động theo nguyên lý khác khí, điện, thủy lực kết hợp nguyên lý Cơ cấu khí sử dụng rộng rãi có kết cấu đơn giản Cơ cấu khoá lẫn hai trục song song (hình 6-54) Cả hai đóa khoá không tròn mà có cung lõm Ở vị trí a, đóa quay tay quay tương ứng Ở vị trí b, đóa quay làm cho trục I quay để điều khiển ngàm gạt di chuyển đóa bị khóa nên trục II xoay Ở vị trí c ngược lại Hình 6-54: Cơ cấu khóa lẫn hai trục song song Cơ cấu khoá lẫn hai trục vuông góc (hình 6-55) Các đóa khoá có xẻ rãnh nên cho phép hai đóa quay 234 Hình 6-55: Cơ cấu khoá lẫn hai trục vuông góc Cơ cấu khoá lẫn chuyển động tịnh tiến (hình 6-56) Hình 6-56a cho phép hai ngàm gạt di chuyển theo phương song song ăn khớp với bánh Hình 6-56b cho phép chi tiết chuyển động hai phương vuông góc a) b) Hình 6-56: Cơ cấu khoá lẫn chuyển động tịnh tiến 235 ... phụ − Khử khe hở hệ thống đỡ cấu truyền động quan trọng − Giảm tác dụng xấu biến dạng nhiệt cách giảm việc sinh nhiệt lan truyền nhiệt − Giảm ma sát ổ đỡ cấu truyền động quan trọng cấu dịch chuyển... tiết hình thành mối liên kết kim loại cục Khi ma sát trượt với tốc độ nhỏ áp suất riêng vượt giới hạn chảy, mối liên kết kim loại bị phá hủy làm bong tách bám dính hạt kim loại lên bề mặt tiếp xúc... cắt gọt với tốc độ cắt cao, máy cắt kim loại thường xảy tượng dao động Sử dụng biện pháp đơn giản máy có sẵn nhằm làm tăng độ giảm chấn Thí dụ: Làm gối đỡ giảm chấn dầu ép trục máy tiện tăng