Đồ án: môn học thiết kế máy công cụ thiết kế máy phay vạn năng

Đồ án nghiên cứu môn học thiết kế máy công cụ thiết kế máy phay vạn năng, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Vũ Hữu Công
• Người hướng dẫn: TS. Trần Đức Toàn
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Chế Tạo Máy
• Đề tài: Thiết Kế Máy Phay Vạn Năng
• Loại tài liệu: Đồ Án Môn Học
• Năm xuất bản: K62
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Môn học Thiết kế Máy Công cụ

Môn học thiết kế máy công cụ là một trong những môn học chuyên ngành sâu quan trọng của sinh viên ngành chế tạo máy tại Đại học Bách Khoa Hà Nội. Đây là môn học thực hành bắt buộc giúp sinh viên trang bị những kiến thức cơ bản về kết cấu máy, nguyên lý hoạt động và công dụng của các loại máy cắt kim loại phổ biến trong các phân xưởng cơ khí. Thông qua đồ án thiết kế, sinh viên có cơ hội áp dụng các lý thuyết đã học vào thực tiễn, phát triển kỹ năng tính toán kỹ thuật và thiết kế cơ khí. Môn học này đặt nền tảng vững chắc về kỹ năng và kiến thức chuyên môn cho những kỹ sư chế tạo máy trong tương lai, giúp họ hiểu sâu về quy trình tính toán thiết kế máy cắt kim loại một cách hệ thống và khoa học.

1.1. Mục tiêu và ý nghĩa của đồ án

Đồ án môn học thiết kế máy công cụ nhằm mục đích giúp sinh viên hiểu rõ về động học máy và thiết kế chi tiết máy thông qua một dự án cụ thể. Sinh viên sẽ nắm vững cách tính toán các thông số kỹ thuật, lựa chọn phương án thiết kế tối ưu và thực hiện kiểm nghiệm sức bền cho các chi tiết điển hình. Đây là bước chuẩn bị quan trọng giúp sinh viên phát triển tư duy kỹ thuật và khả năng giải quyết các vấn đề thực tiễn trong ngành công nghiệp cơ khí.

1.2. Đối tượng và yêu cầu học tập

Môn học này dành cho sinh viên chuyên ngành chế tạo máy, yêu cầu có kiến thức nền tảng về cơ khí chế tạo, vẽ kỹ thuật và tính toán kỹ thuật. Sinh viên cần phát triển khả năng làm việc theo nhóm, tổ chức hoạt động hiệu quả và có tinh thần học hỏi chủ động. Các yêu cầu cụ thể bao gồm hiểu biết sâu về hộp tốc độ, hộp chạy dao và các hệ thống truyền động máy.

II. Nội dung Chính của Đồ án Thiết kế Máy Phay

Nội dung đồ án thiết kế máy phay vạn năng dựa trên cơ sở máy 6H82 bao gồm bốn chương chính. Chương I tập trung vào nghiên cứu nhóm máy có tính năng kỹ thuật tương đương để lựa chọn máy tham khảo phù hợp. Chương II thực hiện tính toán và thiết kế động học bao gồm thiết kế hộp tốc độ và hộp chạy dao, xác định chuỗi số vòng quay tiêu chuẩn. Chương III tập trung vào tính toán sức bền cho các chi tiết điển hình như trục chính và bánh răng. Chương IV trình bày về hệ thống điều khiển của hộp tốc độ, đảm bảo máy hoạt động an toàn và hiệu quả.

2.1. Chương I Nghiên cứu và lựa chọn máy tham khảo

Chương I yêu cầu sinh viên phân tích chi tiết các tính năng kỹ thuật của các máy tương tự như P80, P81, 6H82. Thông qua bảng so sánh, sinh viên xác định phạm vi điều chỉnh tốc độ, công suất động cơ, số cấp tốc độ và lượng chạy dao. Phân tích phương án máy 6H82 giúp sinh viên hiểu rõ về hộp chạy dao, các cơ cấu đặc biệt và kết cấu chung của máy.

2.2. Chương II Tính toán động học và thiết kế

Thiết kế động học máy phay bao gồm tính toán hộp tốc độ với số cấp Z=18, xác định chuỗi số vòng quay tiêu chuẩn theo công bội 1,26. Sinh viên phải lựa chọn phương án không gian tối ưu, vẽ lưới kết cấu, đồ thị vòng quay và tính toán số răng bánh răng cho các nhóm truyền động. Quá trình này đòi hỏi kỹ năng tính toán chính xác và khả năng phân tích kỹ thuật cao.

III. Phương pháp Tính toán Sức bền Chi tiết Máy

Tính toán sức bền chi tiết máy là một phần quan trọng của đồ án, giúp đảm bảo độ an toàn và độ tin cậy của máy. Sinh viên cần xác định chính xác các thông số làm việc của máy như chế độ cắt, công suất động cơ chính và mômen xoắn cực đại. Trên cơ sở đó, tiến hành tính toán bền cho các chi tiết điển hình như trục chính và cặp bánh răng. Phương pháp tính toán tuân theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, sử dụng công thức tính toán chuyên ngành. Quá trình này đòi hỏi sự hiểu biết sâu về lý thuyết sức bền vật liệu và khả năng ứng dụng các công thức toán học phức tạp vào thực tiễn.

3.1. Xác định các thông số làm việc của máy

Xác định thông số làm việc bắt đầu bằng việc lựa chọn chế độ cắt thử phù hợp với tính năng của máy. Sinh viên tính toán công suất động cơ chính dựa trên lực cắt và vận tốc cắt. Tiếp đó, xác định công suất, mômen xoắn tối đa và số vòng quay tối thiểu trên các trục của hộp chạy dao. Những thông số này là cơ sở quan trọng cho các bước tính toán sức bền tiếp theo.

3.2. Tính toán bền cho chi tiết điển hình

Tính bền cho trục chính bao gồm phân tích các lực tác dụng, xác định ứng suất và kiểm tra điều kiện bền. Tương tự, tính toán bền cho cặp bánh răng 19/76 của hộp tốc độ tuân theo tiêu chuẩn quốc tế. Sinh viên phải kiểm tra cả bền bề mặt và bền uốn của bánh răng, đảm bảo máy hoạt động an toàn và hiệu quả trong thời gian dài.

IV. Hệ thống Điều khiển và Công nghệ Ứng dụng

Hệ thống điều khiển máy phay đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hộp tốc độ và đảm bảo máy hoạt động an toàn, chính xác. Chương IV của đồ án tập trung vào việc lựa chọn kiểu và kết cấu điều khiển phù hợp. Hệ thống điều khiển phải đáp ứng các yêu cầu về chức năng điều khiển, độ an toàn và hiệu suất làm việc. Trên cơ sở phân tích các hệ thống điều khiển bằng cơ khí, sinh viên thực hiện các bước tính toán cụ thể cho máy phay. Công nghệ này không chỉ áp dụng cho máy phay mà còn có tính chất tổng quát cho nhiều loại máy cắt kim loại khác trong công nghiệp cơ khí hiện đại.

4.1. Chức năng và yêu cầu của hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển máy phay cần thực hiện các chức năng cơ bản như khởi động, dừng, điều chỉnh tốc độ và bảo vệ máy. Yêu cầu về độ an toàn bao gồm ngắt tự động khi có sự cố, không cho phép các thao tác nguy hiểm. Hiệu suất làm việc đòi hỏi hệ thống phải đáp ứng nhanh, chính xác và có độ tin cậy cao trong điều kiện làm việc khắc nghiệt.

4.2. Các hệ thống điều khiển cơ khí và tính toán

Hệ thống điều khiển bằng cơ khí sử dụng các cơ cấu cơ khí thuần túy để thực hiện các chức năng điều khiển. Các bước tính toán bao gồm xác định lực điều khiển, khoảng cách chuyển động và thời gian phản ứng của hệ thống. Sinh viên phải thiết kế các chi tiết cơ khí đảm bảo hệ thống hoạt động mãi mãi và đáng tin cậy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I:NGHIÊN CỨU NHÓM MÁY CÓ TÍNH NĂNG KỸ THUẬT TƯƠNG ĐƯƠNG ĐÃ CÓ.Tính năng kỹ thuật của máy cùng cỡ. Số liệu thiết kế: Hộp tốc độ: Z =18; nmin = 31.5 (v/ph) =1,26 ; Hộp chạy dao: Z=18; ; Sdọcmin=Sngangmin=3Sđứngmin= 18(mm/ph); Snhanh=2300(mm/ph); Động cơ chính: N c = 7 Kw; n= 1440 (v/ph); Động cơ chạy dao: N cd =1,7 Kw; n=1420 (v/ph); Xác định các thông số còn lại : Công bội n max=n mim .1,2618−1=1601( v / ph) Phạm vi điều chỉnh số vòng quay: nmax 1601 Rn = n = 31,5 =50,83 min Tính năng kĩ thuật của các máy tương tự. So sánh tính năng của một số máy tương tự như P80, P81, 6H82…để từ đó tìm ra được máy có tính năng nổi trội nhất để khảo sát. Ta có bảng sau: Bảng I.1 Thông số P80 P81 6H82 Công suất động cơ chính (kW) 2,8 4,5 7 Công suất động cơ chạy dao (kW) 0,6 1,7 1,7 Phạm vi điều chỉnh tốc độ (nmin ÷ nmax) 50÷2240 65÷1800 30÷1500 (vg/ph) Số lượng cấp tốc độ 12 16 18 Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao 35÷980 35÷980 23,5÷1800 (Smin÷Smax) (mm/ph) Xích chạy sao nhanh Snh (mm/ph) 2300 Số lượng chạy dao 12 16 18 Công bội 1,26 1,26 1,26 Từ bảng phân tích các đặc tính trên ta thấy máy cần thiết kế có rất nhiều đặc điểm tương đồng với máy phay 6H82.

Từ việc nghiên cứu cụ thể máy 6H82 là loại máy tiêu biểu để có thể biết được phương án không gian, kết cấu, động học, động lực học của máy để trên cơ sở đó thiết kế máy mới, kế thừa những ưu điểm của máy đã sản xuất.Phân tích phương án máy tham khảo (6H82). Công suất động cơ: N = 7 (kW). Số cấp tốc độ: Zn = 18. Phạm vi điều chỉnh tốc độ: nmin ÷ nmax = 30 ÷ 1500 (vg/ph).

Phạm vi điều chỉnh số vòng quay: Rn = = 50 Tốc độ của động cơ: nđc = 1440 (vg/ph). Phương trình xích tốc độ: 26 [ ][ ] 19 16 ¿ 36 39 ¿ ¿ ¿¿ n. tc Trục chính có 18 tốc độ khác nhau từ 30-1500( vg/ph). Chuỗi số vòng quay thực tế và tiêu chuẩn cùng sai số được thể hiện qua bảng: Bảng I.toán ) n Phương trình xích n = ntc nt.

i8 1500 1496,14 0,26 Ta có đồ thị sai số : Hình I.4 :Đồ thị sai số hộp tốc độ máy phay 6H82. Nhận xét: Sai số ∆ n là sai số thực tế giới hạn vòng quay so với tiêu chuẩn, theo như đồ thị trên ta thấy sai số đa phần nằm trong khoảng cho phép - 2,6 ÷ 2,6 % riêng có ở n1 là 2,83% và n4 là -2,85% vượt ngoài khoảng cho phép. Với n1 = 30 vòng / phút và n4 = 56 vòng / phút là hai tốc độ trục chính rất ít sử dụng trong quá trình gia công chi tiết do đó ta có thể chấp nhận được. Đồ thị vòng quay, lưới kết cấu của hộp tốc độ.

Để dễ vẽ ta lấy n0 = n15 = 750 (vg/ph) với  = 1. +) Nhóm 1: +)Nhóm 2 : 16 18 i1= 39 =1,26x  x1= - 4 i4= 47 = 1,26x  x4= - 4 19 28 i2= 36 = 1,26x  x2 = - 3 i5= 37 =1,26x  x5= - 1 22 39 i3= 33 =1,26x  x3= - 2 i6= 26 = 1,26x  x6 = 2 +)Nhóm 3 : 19 82 i7= 71 = 1,26x  x7= - 6 i8= 38 =1,26x  x8= 3 Đồ thị vòng quay của hộp tốc độ như sau n0 I i1 i3 3[1] i2 II i4 i6 3[3] i5 III i8 i7 2[9] n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 n11 n12 n13 n14 n15 n16 n17 n18IV Hình I. Từ đồ thị vòng quay, ta có thể suy ra đồ thị lưới kết cấu: n0 I i1 i2 i3 3[1] II i4 i6 i5 3[3] III i7 i8 2[9] n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 n11 n12 n13 n14 n15 n16 n17 n18IV Hình I.2 Từ 2 đồ thị lưới kết cấu và đồ thị vòng quay, ta có thể suy ra được phương án không gian, phương án thứ tự, đặc trưng nhóm để làm cơ sở thiết kế máy mới: PAKG: 3 x 3 x 2 = 18 PATT: I II III ĐTN: (1) (3) (9) I. Hộp chạy dao.

Công suất động cơ: N = 1,7 (kW). Số cấp tốc độ: Zn = 18. Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao: Sd,ng = 23,5 ÷ 1800 (mm/ph). Tốc độ của động cơ: nđc = 1420 (vg/ph).

Phương trình xích chạy dao: Gồm có chạy dao dọc ,chạy dao ngang và chạy dao đứng. - Xích chạy dao dọc: [] [] 18 18 36 40 26 24 ( II ). - Xích chạy dao ngang: 37 ( M 5). - Xích chạy dao đứng: 22 22.

* Xích chạy dao nhanh: 26 44 57 28 18 ( II ). (mm/ph) Ta cần chuyển lượng chạy dao thành vòng quay của trục: ni = b. Từ đó ta có bảng chuỗi số vòng quay thực tế và tiêu chuẩn cùng với sai số: Bảng I.3 ( ntc −ntính ) n ntc ntính n%= .100% n tc n1 4,0 4,03 -0,75 n2 5,0 5,08 -1,6 n3 6,3 6,32 -0,32 n4 8,0 8,06 -0,75 n5 10,0 10,17 -1,7 n6 12,5 12,64 -1,12 n7 16,0 16,12 -0,75 n8 20,0 20,33 -1,65 n9 25,0 25,28 -1,12 n10 31,5 31,00 1,59 n11 40,0 39,10 2,25 n12 50 48,62 2,76 n13 63,0 62,00 1,58 n14 80,0 78,19 2,26 n15 100 97,25 2,75 n16 125 124,00 0,8 n17 160 156,39 2,26 2,75 n18 200 194,50 Ta có đồ thị sai số: Hình I.7: Đồ thị sai số lượng chạy dao máy phay 6H82. Nhận xét: Sai số ∆ n là sai số thực tế giới hạn vòng quay so với tiêu chuẩn, theo như đồ thị trên ta thấy sai số đa phần nằm trong khoảng cho phép - 2,6 ÷ 2,6 % riêng có ở n12 n15 n18 là 2,76% và 2,75% vượt ngoài khoảng cho phép.

Do sai số trong quá trình tính toán và làm tròn số theo tiêu chuẩn dẫn tới sai số n12 n15 n18 vượt ra ngoài. Trong quá trình gia công ta thấy với n12 n15 n18 ứng với s12 s15 s18 là lượng chạy dao rất ít sử dụng gia công hay dùng để gia công thô với độ chính xác thấp lên ta vẫn chấp nhận được. Đồ thị vòng quay, lưới kết cấu hộp chạy dao. Với đường chạy dao thấp và trung bình.

Với đường chạy dao nhanh 26 n0 = nđc2. Với đường chạy dao thấp và trung bình. 18 Nhóm 1: i1 = 36 = 1,26x  x1= - 3; 27 36 i2 = 27 =1,26x  x2= 0 ; i3 = 18 = 1,26x  x3 = 3; 18 Nhóm 2: i4 = 40 = 1,26x  x4 = - 4; 21 24 i5 = 37 = 1,26x  x5=-3 ; i6= 34 =1,26x  x6=-2; 13 40 Nhóm 3: i7= 45 = 1,26x  x7=-5 ; i8= 18 = 1,26x  x8=4; Với đường chạy dao nhanh. Nhận xét: Qua đồ thị vòng quay của hộp chạy dao ở Hình I.6 ta thấy giữa trục (IV) và (V) có cơ cấu phản hồi chuyển từ 9 tốc độ cao về 9 tốc độ thấp.

Cơ cấu phản hồi này sẽ đảm bảo 9 tốc độ thấp cách đều nhau như 9 tốc độ cao trước đó, nhưng phải đảm bảo: - Đảm bảo 9 tốc độ thấp và 9 tốc độ cao không cùng nhau: có 18 tốc độ khác nhau. - Đảm bảo bộ các tốc độ cách đều nhau thì 2 tốc độ n9 và n10 cách đều nhau n10 31,5 một khoảng bằng 1 lượng mở giữa 2 tốc độc cao: n = 25 =1,26=φ. 9 Muốn như vậy, đường phản hồi phải có lượng mở bằng số tốc độ cao (9) để đảm bảo khoảng cách này. Do hộp chạy dao làm việc với tốc độ thấp không nhiều ảnh hưởng đến năng suất nên chỉ cần đều và đủ.

Do cùng Phương án không gian và Phương án thứ tự nên ta lấy đối xứng Đồ thị vòng quay ở Hình I.6 từ trục III đến trục V ta được đồ thị lưới kết cấu như sau: Hình I.7 Từ 2 đồ thị lưới kết cấu và đồ thị vòng quay, ta có thể suy ra được phương án không gian, phương án thứ tự, đặc trưng nhóm để làm cơ sở thiết kế máy mới: PAKG: 3 x 3 x 2 = 18 PATT: II I III ĐTN: (3) (1) (9) I. Cơ cấu đặc biệt trên máy 6H82.Cơ cấu hiệu chỉnh khe hở vít me.  Tính năng kỹ thuật:  Triệt tiêu khe hở giữa hai bề mặt ren vít me và đai ốc giúp làm chuyển động của bàn máy êm không bị giật cục (khi phay thuận) Hình 1.6 Sơ đồ phay thuận và phay nghịch  Nguyên lí làm việc: Hình 1.7 Cơ cấu hiệu chỉnh khe hở trục vít me 1 – Bàn trượt ngang 5 – Trục vít rỗng 2 – Đai ốc 6 – Đai ốc 3 – Đai ốc phụ 7 – Bạc 4 – Vít me  Nếu vít me quay theo chiều mũi tên (về phía bên trái), mặt bên trái của các ren vít me sẽ tỳ sát vào ren của đai ốc (2) và vít me sẽ chuyển sộng sang phải. Cùng lúc, trục vít rỗng (5) cũng có xu hướng quay cùng trục vít me (4).

Vì ren ngoài của trục vít rỗng là ren trái nên trục vít rỗng bị xê dịch về phía bên trái, ép khít vào mặt phải của ren vít me. Do đó nếu như có lực đẩy vít me về phía bên trái ( khi phay thuận), các vòng ren của đai ốc (2) sẽ ngăn cản sự chuyển vị của vít me. Còn các vòng ren của trục vít rỗng sẽ ngăn trở chuyển vị của vít me về phía bên phải.  Hiệu chỉnh:  Thực hiện chuyển động dọc của bàn máy, vít me (4) vừa quay trong đai ốc (2) vừa quay trong ren của trục vít rỗng (5) có ren trái ở mặt ngoài ghép với đai ốc phụ (3).

Ren trong của trục vít rỗng (5) ốp sát với ren của vít me (4), đầu mút bên trái của trục vít me rỗng có xẻ rãnh dọc. Dùng đai ốc (6) di động bạc (7) sẽ ép mặt côn làm cho ren của trục vít rỗng bó sát vào ren của trục vít me.Cơ cấu chọn trước tốc độ quay.8: Nguyên lý cơ cấu chọn trước tốc độ quay của máy phay 6H82.  Nguyên lý làm việc:  Cơ cấu chọn trước tốc độ quay hoặc lượng chạy dao bằng đĩa lỗ được dùng để di động các khối bánh răng di trượt tới các vị trí I, II, III. Càng gạt khối bánh răng di trượt chuyển động sang phải hoặc trái tuỳ thuộc vào vị trí chốt 1 và 2 có xuyên qua đĩa lỗ hay không xuyên qua đĩa lỗ 3 và 4 như trên Hình 1.9 Dạng tổng quát của cơ cấu đĩa lỗ trên máy phay 6H82  Núm vặn (2) dùng để chọn trược vận tốc hoặc lượng chạy dao.