Tài liệu Phần I: Máy công cụ docx

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa

Tập bài giảng

Môn học

Máy Công Cụ

Biên soạn theo đề cương môn học

chuyên ngành cơ khí ĐHBK ĐN

Người biên soạn : Bùi trương Vỹ

Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa

Đại học Đà nẵng.

Đà Nẵng - Năm 2007

2

Phần I: Máy công cụ

Mở đầu

Các loại sản phẩm cơ khí nói chung được tạo ra bằng các quá trình cơ bản sau

1. Đúc. Thiết bị có liên quan là các loại máy đúc, khuôn mẫu...

2. Gia công áp lực: gia công không phoi, tạo sản phẩm nhờ quá trình biến dạng dẻo

kim loại với các loại máy cán, ép, máy búa ...

3. Ghép nối: ví dụ hàn, các mối ghép...

4. Gia công cắt gọt kim loại: gia công có phoi, tạo sản phẩm bằng cách lấy đi lượng

kim loại dư thừa để đạt hình dáng và kích thước cũng như chất lượng kỹ thuật theo yêu

cầu. Máy công cụ cắt gọt kim loại được dùng cho quá trình nầy.

Ngoài ra, thường có các quá trình gia công tinh lần cuối, sơn mạ... trước khi đưa vào

xử dụng.

Quá trình gia công cắt gọt kim loại để tạo sản phẩm có ưu điểm:

– Đạt độ chính xác kích thước cao

– Hình dáng hình học đảm bảo, sắc cạnh.

– Kinh tế

Tuy vậy cũng có một số nhược điểm:

– Lãng phí vật liệu

– Tốn nhiều thời gian hơn một số quá trình khác

Do đó, khi thiết kế chế tạo sản phẩm, cần lựa chọn thích hợp cách gia công cũng như

luôn phải nghĩ đến biện pháp cải thiện chất lượng sản phẩm.

Các yếu tố có liên quan trong quá trình cắt:

1. Máy công cụ

2. Vật liệu kỹ thuật

3. Dụng cụ cắt

4. Chế độ cắt và kế hoạch sản xuất

5. Điều kiện gia công ( làm mát)

3

Chương 1: Chuyển động học trong máy công cụ

1. Các dạng bề mặt thường dùng cho sản phẩm cơ khí

Có thể phân thành 3 dạng bề mặt:

1.1. Dạng bề mặt tròn xoay: Tạo bởi đường chuẩn là đường tròn, và tùy theo loại

đường sinh ( thẳng, bất kỳ, gãy khúc...) có các dạng bề mặt sau (H1.1)

a. bề mặt trụ tròn xoay

c. bề mặt định hình tròn xoay d. bề mặt ren

H1.1: Các dạng bề mặt tròn xoay

C

S S

C S S

C

b. bề mặt nón

C

α

a. bề mặt phẳng

c. bề mặt cong phẳng

H1.2: Các dạng bề mặt phẳng

C

S

b. bề mặt răng thanh răng

C

S

C

S

d. bề mặt răng bánh răng

C

S

1.2. Dạng bề mặt phẳng: Có đường chuẩn là đường thẳng, và dạng bề mặt tạo ra

tùy thuộc vào loại đường sinh (H1.2)

1.3 Dạng mặt đặc biệt: bề mặt cam, cánh turbin...có đường sinh tuân theo quy

4

luật hình học nhất định.

Như vậy:

+ Bề mặt đươc tạo ra khi cho đường sinh chuyển động theo đường chuẩn:

∗ Với đường sinh và đường chuẩn là đường thẳng và tròn, cơ cấu máy chỉ

cần tạo ra các chuyển động đơn giản như thẳng và tròn đều .

∗ Với đường sinh có dạng hyperbol, ellip, xoắn lôga..., cơ cấu máy phải

thực hiện các chuyển động thẳng và tròn không đều: khó ứng dụng thực tế.

+ Các chuyển động của cơ cấu máy để tạo ra các đường sinh và đường chuẩn

cần thiết được gọi là chuyển động tạo hình của máy công cụ.

2. Chuyển động tạo hình của máy công cụ:

2.1 Định nghĩa: Chuyển động tạo hình bao gồm mọi chuyển động tương đối

giữa dao và phôi trực tiếp tạo ra bề mặt gia công.

Ví dụ: Q và T là chuyển động tạo hình (H1.3a)

Có các trường hợp : Q

T

H1.3a a) Tạo hình đơn giản: là chuyển động độc lập Q

( không phụ thuộc vào một chuyển động nào khác-H1.3b)

Q

H1.3b: Tạo hình đơn giản

b) Tạo hình phức tạp: gồm các chuyển động phụ thuộc Q&T (H1.3c)

tp

Q

T

H1.3c: Tạo hình phức tạp

c) Tạo hình vừa đơn giản vừa phức tạp-Q: chuyển động độc lập,T1&T2 là

chuyển động tạo hình phức tạp để phối hợp thành T (H1.3d)

Q T

T1 T2

H1.3d

Các chuyển động của các khâu chấp hành ( dao& phôi ) là các chuyển động tương

đối vì có thể được thực hiện bởi bất kỳ khâu nào, dao hoặc phôi. Ngoài chuyển động

tạo hình, trong máy còn có các chuyển động khác như tiến, lùi dao nhanh, chuyển

động phân độ..., đây là các chuyển động phụ cần thiết để hoàn tất quá trình tạo hình.

2.2 Các phương pháp tạo hình bề mặt trên máy công cụ. Bao gồm:

1. Phương pháp chép hình: Lưỡi cắt của dụng cụ cắt trùng với đường sinh của

bề mặt tạo hình. Trong quá trình cắt, lưỡi cắt luôn tiếp xúc với bề mặt tạo hình

5

(H1.4a,b). Phương pháp nầy có ưu điểm cho năng suất cao nhưng khó chế tạo dụng cụ,

ngoài ra lực cắt phát sinh lớn nên phải chọn chiều rộng lưỡi cắt thích hợp.

S(lưỡi cắt)

C

a) Bào định hình

c) Phay bao hình

S(hình bao của lưỡi

cắt chuyển động)

d)Nguyên lý tạo dạng răng bao hình

H1.4: Một số phương pháp tạo hình bề mặt

b)Phay mô đun

S(lưỡi cắt)

2. Phương pháp bao hình: Lưỡi cắt chuyển động tạo ra nhiều bề mặt, đường,

điểm hình học luôn tiếp xúc với bề mặt gia công. Tập hợp tất cả các vết lưỡi cắt nầy

chính là đường sinh của bề mặt tạo hình và nó không phụ thuộc vào hình dạng dụng cụ

cắt( H1.4c,d).

3. Phương pháp theo vết: Phương pháp nầy có đường sinh của bề mặt tạo hình

là tập hợp các chất điểm trùng với điểm cắt gọt trên dao khi chuyển động, chủ yếu

được ứng dụng cho các máy điều khiển chương trình số.

3. Sơ đồ kết cấu động học máy công cụ

3.1 Định nghĩa: Sơ đồ kết cấu động học là sơ đồ mô tả chuyển động tạo hình

của máy. Qua sơ đồ nầy có thể biểu diễn mối liên hệ chuyển động giữa nguồn động

lực và khâu chấp hành, hoặc giữa các khâu chấp hành với nhau.

Ví dụ: Sơ đồ kết cấu động học của máy tiện ren (H1.5).

– Chuyển động tạo hình theo sơ đồ: Q&T

– Mối liên hệ chuyển động giữa các khâu chấp hành

1. Động cơ đến phôi (tạo hình đơn giản):

nđ/c ⋅ iv = nt/c [v/ph] (1.1)

2. Phôi đến bàn dao (tạo hình phức tạp):

1vòng t/c ⋅ is ⋅ tx ⋅ k = tp [mm] (1.2)

• iv , is : cơ cấu điều chỉnh của Hộp Tốc độ và Hộp Chạy dao.

6

• k: hệ số chuyển đổi đơn vị.

H1.5: Sơ đồ kết cấu động học máy tiện ren

– Đường nối từ động cơ đến khâu chấp hành hoặc giữa 2 khâu chấp hành được

gọi là xích truyền động. Trên xích truyền động, ngoài cơ cấu điều chỉnh còn có các tỉ

số truyền cố định dùng làm nhiệm vụ nối đường truyền.

3.2 Phương pháp nghiên cứu và thiết kế:

– Phải xuất phát từ bề mặt gia công của sản phẩm cần chế tạo để phân tích các

chuyển động cần thiết.

– Xác định chuyển động tạo hình và các chuyển động phụ khác.

– Phân phối hợp lý các chuyển động tương đối cho các khâu chấp hành.

– Vẽ sơ đồ kết cấu động học máy và thiết lập các quan hệ chuyển động.

7

Chương 2: Các cơ cấu truyền động trong máy công cụ

1.Phân loại và ký hiệu máy:

2.1 Phân loại: Thường phân loại máy theo các cách:

– Theo công dụng: Có máy tiện, phay, bào...

– Theo mức độ vạn năng: Có máy vạn năng, máy chuyên dùng...

– Theo độ chính xác: máy cấp chính xác thường, máy cấp chính xác nâng

cao, cao....Cấp chính xác máy do TCVN 17-42-75 quy định.

– Theo trọng lượng máy: trung bình (≤ 10T), cỡ nặng (10 ÷30T)…

– Theo mức độ tự động hoá: Có máy tự động, bán tự động...

2.2 Ký hiệu: Mỗi nước có ký hiệu máy khác nhau. Tiêu chuẩn ngành cơ khí nước

ta TCVN-C1-63 đã quy định về cách ký hiệu các máy cắt kim loại (Bảng 9.1[4] ). Các

thông số và các kích thước cơ bản của chúng cũng đã được tiêu chuẩn.

Ví dụ : T620, K135, P82…

T: Nhóm máy tiện, 6: máy vạn năng.

20: Kích thước phôi lớn nhất gia công được trên máy theo bán kính tính bằng cm (hay

∅max = 400)

2.Các cơ cấu truyền động:

2.1 Các loại chuyển động: Phân theo mức độ tiêu thụ công suất, ta có:

– Chuyển động chính: Tiêu thụ công suất lớn (5÷10kW), dùng để tạo tốc

độ cắt.

+ Với chuyển động chính quay tròn: 1000

Dn V π = [m/ph] (2.1)

trong đó: D, đường kính chi tiết gia công [mm]; n, số vòng quay [v/ph].

+ Với chuyển động chính tịnh tiến:

1000

2Ln

V htk = [m/ph] (2.2)

L, chiều dài hành trình [mm]; nhtk, số hành trình kép [htk/ph].

– Chuyển động chạy dao: Tiêu thụ công suất bé( khoảng 5% công suất

truyền động chính), là chuyển động có ảnh hưởng đến năng suất và độ bóng bề mặt gia

công.

Ngoài ra cũng phải kể đến các chuyển động phụ cần thiết khác.

2.2 Các cơ cấu truyền động:

A. Hộp Tốc độ:

8

Yêu cầu đối với các cơ cấu truyền động trong hộp tốc độ máy công cụ:

– Truyền công suất lớn.

– Biến đổi được tốc độ trong 1 phạm vi nhất định.

– Có tính công nghệ.

Thường dùng các loại cơ cấu sau

1. Truyền động vô cấp: Các bộ truyền động puli hình nón, bộ biến tốc cơ

khí hoặc có thể dùng truyền động thủy lực, truyền động điện.... Loại truyền động nầy

có ưu điểm là biến đổi được vô cấp tốc độ nhưng phạm vi biến đổi nhỏ, công suất

truyền không lớn (H2.1).

Đ/C x

x

Rmax

Rmin

I

II

II

x

x

R1min

R1max

R2min R2max

Đ1

Đ2

I

III

°

°

x x I II

Dmax

Dmin

H2.1: Một số bộ biến tốc cơ khí

a. puli hình nón b. bộ biến tốc ma sát

mặt đĩa

c. bộ biến tốc ma sát

hình xuyến

2. Truyền động phân cấp (H2.2):

Mặc dù chỉ cho phép biến đổi phân cấp tốc độ, nhưng bằng cách sử dụng dãy số tốc

độ ra tuân theo quy tắc cấp số nhân, có thể hạn chế tổn thất nầy. Phạm vi biến đổi tốc

độ được mở rộng khi ghép nối tiếp các nhóm truyền (các khối bánh răng di trượt).

Truyền động phân cấp với các bộ truyền bánh răng được xử dụng rộng rãi.

Phạm vi biến đổi tốc độ: Rn =

min

max

n

n (2.3)

Số cấp tốc độ: z = ∏

n

1

pi (2.4)

trong đó

pi : số tỉ số truyền của nhóm truyền thứ i.

9

x

x

x

x

x

x

x

x

x x

x x x

x x x x

a. puli bậc

b. khối bánh răng di trượt 2 bậc

c. khối bánh răng di trượt 3 bậc d. khối bánh răng di trượt 4 bậc

D1 D2 D3

D4

D'

1

D'

2

D'

3

D'

4

I II

I

II

I

II

I

II

z1

z'

1

z2

z'

2

z1

z'

1

z2

z'

2

z3

z'

3

z1

z'

1

z2

z'

2

z3

z'

3

z4

z'

4

x x

I M

II

z1

z'

1

z2

z'

2

z2

x x

I M

II

z1

z'

1 z'

2

°

x x x

z1

z'

1

z2

z'

2

I

II

e.cơ cấu biến đổi tốc độ

với ly hợp vấu

f.cơ cấu biến đổi tốc độ

với ly hợp ma sát

H2.2: Một số cơ cấu biến đổi tốc độ

g.ly hợp vấu 2 phía h.ly hợp vấu và tay đòn

z1 M

x x

I

II

z'

1

z2

z'

2

B. Hộp Chạy dao

Yêu cầu đối với các cơ cấu truyền động trong hộp chạy dao máy công cụ:

– Truyền công suất bé, khoảng( 5 ÷ 10)% công suất truyền động chính

– Biến đổi được tốc độ trong 1 phạm vi nhất định

– Có tính công nghệ, ví dụ dễ lắp ráp, chế tạo, thay thế...

Thường dùng các loại cơ cấu sau : Các cơ cấu chạy dao trên các hình (H2.3 a,b,c,d)

như cơ cấu then kéo, bánh răng hình tháp, cơ cấu Mean, cơ cấu bánh răng thay thế...

10

x

xxxx

z1

z2

z3

z4

z'

1

z'

2

z'

3

z'

4

z4 z1

z2 z3

z0 z8

I

II

I

II

III

a.cơ cấu then kéo b.cơ cấu BR hình tháp c.cơ cấu Mean

d.cơ cấu BR thay thế

x x

x

x

a

c b

d

A0

A0

a b

d

c R

xxxx x x x

z1

z2

z3

z5

z6 z7

z0

z8

I

II

H2.3:Các cơ cấu chạy dao

C. Một số cơ cấu đặc biệt khác:

x

I

II III

z1 z2

z0

z'

1

z'

2

x x

I

II

III

z1

z0

z2

z3

I

z1 z2

z3

M

II

x

II

I

z3

k

x x

x x

x x

z2

z3

z4

z

giá 1

Tay 6

III

M

z1

z2

x

I

II

z1 z2

H2.4a. H2.4b. H2.4c.

H2.4d.

I

II z3

x

H2.4e.

H2.4f. H2.5: Cơ cấu vi sai

x

II

M

I

x x

III

z1

z0

z2

z3

z4

H2.4: Một số cơ cấu đảo chiều và tổng hợp chuyển động

1. Các cơ cấu đảo chiều (H2.4). Bao gồm:

− Các loại truyền động giữa các trục song song (H2.4a,b,c)

− vuông góc(H2.4d,e)

11

− truyền động bánh răng ăn khớp trong (H2.4f)…dùng đảo chiều

chuyển động cho trục ra.

2. Cơ cấu tổng hợp chuyển động (cơ cấu vi sai)

Các cơ cấu nầy thường dùng trong các máy gia công bánh răng khi cần phối hợp

chuyển động (H2.5).

2.3. Đồ thị phương trình tốc độ cắt và lượng chạy dao

H2.6: Đồ thị tia hình quạt H2.7: Đồ thị logarít

A Đồ thị tia hình quạt: Cơ sở thiết lập đồ thị tia hình quạt dựa trên phương

trình (2.1). Phương trình nầy có dạng 1 chùm đường thẳng đi qua gốc toạ độ khi cho n

thay đổi (H 2.6).

Đồ thị trên biểu diễn được mối liên hệ giữa tốc độ cắt V, đường kính chi tiết gia công

D và số vòng quay tương ứng n, tuy nhiên khi D tăng, khoảng cách giữa 2 tia lân cận

cách xa nhau, do vậy người ta còn dùng đồ thị logarít.

B Đồ thị logarít: Cũng dựa trên phương trình (2.1) nhưng mô tả theo tọa độ

logarít. Khi đó đồ thị có dạng 1 chùm đường thẳng song song, cách đều nhau và cắt 2

trục tọa độ dưới góc 450

(H2.7).

12

Câu hỏi và bài tập Chương 1 & Chương 2:

1. Đặc điểm tạo hình trên máy công cụ. Thế nào là chuyển động tạo hình?

2. Sơ đồ kết cấu động học máy công cụ?

3. Cho tốc độ trục vào (trục I) là nI . Tính toán các giá trị tốc độ trục ra (trục chính )

ở H2.2h.

4. Viết tất cả các giá trị tốc độ trục ra theo tốc độ trục vào nI trên các H2.3b,c (cơ

cấu bánh răng hình tháp và cơ cấu Mean). Có nhận xét gì về quy luật dãy số các giá trị

tốc độ nầy.

5. Ở H2.5 (Cơ cấu tổng hợp chuyển động), cho nI, nII. Tính tốc độ trục ra nIII

Chỉ dẫn : nIII và nI, nII có quan hệ xác định theo công thức:

1

z

z

. z

z

4

3

3

2

26

46

FA

LA = − = − ω

ω = ω

ω trong đó: 1

21 61

41 61

26

46 = − ω − ω

ω − ω = ω

ω

⇒ ω41 + ω21 = 2ω61

hay: nIII + nI = 2nII.

z

k

6. H2.6 trình bày 1 phần xích truyền động của 1 máy Tiện. Cho tốc độ đầu vào trục

I (qua puly) là nI. Hãy xác định tất cả các giá trị tốc độ của trục ra nIII.

H2.6

z22

H2.7

I

II

III

x x

x

x x

z26 z23 z17

z34

z25

z39

z33

z30

z41 z32

z46

3

z80

4

z120

x

x

x

x x

x

z60

1

2

z48

5

z60

6

z40

7

xoắn trái

k = 2

z80

8

9

z65

m5

10

Thanh răng

x

7. Trên H2.7, bánh răng 1 quay theo chiều mũi tên với tốc độ 240v/ph. Hãy xác

định tốc độ [v/ph]của bánh răng 9 và lượng chạy dao [m/ph] cũng như chiều tịnh tiến

của thanh răng 10.