Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chi tiết trục chính máy khoan 2H125 - SV Trần Quốc Cường

Tài liệu đồ án thiết kế chi tiết trục chính máy khoan 2H125. Bao gồm thuyết minh, tính toán và quy trình công nghệ gia công chi tiết đầy đủ.

• Tác giả: Trần Quốc Cường
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Đồ án trục chính máy khoan 2H125: Thiết kế & Gia công
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp

Tóm tắt

I. Khái Quát Về Máy Khoan 2H125 Và Ứng Dụng

Máy khoan 2H125 là một thiết bị quan trọng trong lĩnh vực gia công cơ khí hiện đại. Đây là loại máy khoan cần được thiết kế để khắc phục những hạn chế của máy khoan đứng truyền thống. Máy khoan 2H125 có khả năng gia công những chi tiết lớn với độ chính xác cao nhờ vào cơ cấu trục chính tiên tiến. Công dụng chính của máy này là thực hiện các nguyên công khoan, khoét, doa và cắt ren trên các loại vật liệu kim loại khác nhau. Với điều khiển nhẹ nhàng và khả năng định vị chính xác, máy khoan 2H125 trở thành lựa chọn tối ưu cho các xưởng sản xuất cơ khí có nhu cầu gia công loạt lớn. Trục chính máy khoan 2H125 là bộ phận then chốt, chịu trách nhiệm truyền chuyển động quay và tịnh tiến để hoàn thành các công việc gia công.

1.1. Công Dụng Của Máy Khoan 2H125 Trong Sản Xuất

Máy khoan 2H125 được sử dụng rộng rãi để gia công lỗ chính xác trên các chi tiết cơ khí. Ngoài khoan, máy còn thực hiện các công việc như khoét, doa và cắt ren một cách hiệu quả. Khả năng gia công chi tiết lớn mà máy khoan đứng không thể làm được là ưu điểm nổi bật. Điều này giúp tăng năng suất sản xuất và giảm chi phí nhân công. Máy này đặc biệt hữu ích trong sản xuất loạt lớn, hàng khối.

1.2. Các Đặc Điểm Kỹ Thuật Nổi Bật

Trục chính máy khoan 2H125 được thiết kế với độ cứng nhắc cao và độ chính xác tương đối. Cơ cấu truyền động của máy sử dụng hộp tốc độ để điều chỉnh tốc độ quay của trục chính. Khả năng chịu tải lực tốt cho phép máy xử lý các công việc gia công nặng. Dung sai lắp ghép được thiết kế phù hợp để đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ của máy trong điều kiện làm việc liên tục.

II. Thiết Kế Trục Chính Máy Khoan 2H125 Các Yêu Cầu Kỹ Thuật

Thiết kế trục chính của máy khoan 2H125 yêu cầu tuân thủ nhiều tiêu chí kỹ thuật nghiêm ngặt. Bước đầu tiên là tính toán sơ bộ đường kính trục dựa trên điều kiện làm việc của máy, bao gồm lực cắt, momen xoắn và tốc độ quay. Vật liệu học đóng vai trò quan trọng trong lựa chọn vật liệu phù hợp để đảm bảo khả năng chịu lực và độ bền. Chi tiết máy phải được thiết kế để giảm thiểu dao động và nâng cao độ chính xác của quá trình gia công. Dung sai lắp ghép được xác định theo các tiêu chuẩn quốc tế để đảm bảo khả năng hoán lưỡng của các bộ phận. Bản vẽ chi tiết được lập dựa trên những tính toán này để hướng dẫn quá trình gia công và kiểm tra kỹ thuật.

2.1. Tính Toán Sơ Bộ Đường Kính Và Kích Thước Trục

Tính toán sơ bộ là bước quan trọng trong thiết kế trục chính. Dựa vào lực cắt và momen xoắn từ quá trình khoan, ta xác định đường kính tối thiểu của trục. Điều kiện làm việc của máy, bao gồm tốc độ quay và loại vật liệu gia công, ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước. Công thức tính toán cần xem xét hệ số an toàn để đảm bảo trục không bị gãy hay biến dạng quá mức. Chiều dài trục được xác định dựa trên cấu tạo máy và yêu cầu về độ cứng nhắc.

2.2. Chọn Vật Liệu Và Điều Kiện Gia công

Vật liệu chọn lựa cho trục chính thường là thép hợp kim có tính chất cơ lý tốt. Vật liệu học cho phép xác định độ cứng, độ bền kéo và khả năng chống đóng gãy. Điều kiện làm việc của máy quyết định các yêu cầu về độ mỏng dẻo và khả năng chịu mỏi của trục. Xử lý nhiệt như tôi cứng, tẩm carbon có thể cải thiện tính chất cơ học của vật liệu. Lựa chọn vật liệu đúng cách là chìa khóa để nâng cao tuổi thọ của trục.

III. Quy Trình Công Nghệ Gia Công Trục Chính 2H125

Lập quy trình công nghệ cho trục chính máy khoan 2H125 là một phần thiết yếu của đồ án. Quy trình này được xây dựng dựa trên điều kiện sản xuất loạt lớn để đảm bảo năng suất cao và chất lượng ổn định. Nguyên công gia công bao gồm các bước như tiện, khoan, khoét, doa và các công việc hoàn thiện khác. Mỗi nguyên công được lên kế hoạch chi tiết về thứ tự thực hiện, công cụ sử dụng, tốc độ cắt và độ sâu cắt. Máy công cụ được lựa chọn phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của mỗi công đoạn. Đồ gá được thiết kế để cố định chi tiết an toàn và chính xác trong quá trình gia công. Quy trình này giúp liên hệ với thực tế sản xuất và tạo cơ sở vững chắc cho thiết kế công nghệ hợp lý.

3.1. Các Nguyên Công Chính Trong Gia Công

Quy trình gia công bắt đầu với tiện thô để loại bỏ lớp dưới hoặc xác định đường kính cơ bản. Tiếp đó là tiện tinh để đạt được kích thước chính xác theo bản vẽ. Khoan lỗ được thực hiện để tạo các lỗ cần thiết trên trục. Doa được sử dụng để làm mịn bề mặt lỗ và cải thiện độ chính xác. Các nguyên công tiếp theo bao gồm khoét, cắt ren và các công việc hoàn thiện khác. Kiểm tra kích thước được thực hiện sau mỗi nguyên công để đảm bảo chất lượng.

3.2. Lựa Chọn Máy Công Cụ Và Đồ Gá

Máy công cụ như máy tiện, máy khoan, máy doa được lựa chọn dựa trên kích thước trục và yêu cầu về độ chính xác. Đồ gá chuyên dụng được thiết kế để cố định chi tiết với độ chính xác cao và bảo vệ an toàn cho người vận hành. Cỡ dao cắt phù hợp với tốc độ quay của máy công cụ. Chọn lựa hợp lý về máy công cụ và đồ gá giúp tăng năng suất và đảm bảo chất lượng ổn định trong sản xuất loạt lớn.

IV. Kiểm Tra Kiểm Tra Chất Lượng Và Hoàn Thiện

Kiểm tra chất lượng là bước quan trọng để đảm bảo trục chính máy khoan 2H125 đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật được quy định trong bản vẽ. Dung sai lắp ghép và các kích thước quan trọng phải được kiểm tra bằng dụng cụ đo lường chính xác như thước cơ, kính lúp, máy đo tọa độ. Độ chính xác hình dạng và độ chính xác vị trí của các bề mặt được kiểm tra để đảm bảo độ cứng nhắc và hiệu năng hoạt động của máy. Xử lý bề mặt cuối cùng bao gồm làm sạch, bôi trơn để bảo vệ chi tiết khỏi rỉ sét. Kiểm tra độ cứng của vật liệu sau xử lý nhiệt được thực hiện để xác nhận chất lượng vật liệu. Những sai sót phát hiện phải được phân tích nguyên nhân và thực hiện khắc phục trước khi giao sản phẩm.

4.1. Phương Pháp Kiểm Tra Và Đo Lường

Kiểm tra kích thước được thực hiện sử dụng thước cơ, calipers, micromet với độ chính xác cao. Dung sai lắp ghép được kiểm tra bằng phương pháp đo tọa độ để đảm bảo tính chính xác. Độ chính xác bề mặt được kiểm tra bằng kính lúp hoặc máy đo thô để phát hiện vết lỗ, vết cước. Kiểm tra cứng được thực hiện để xác nhận hiệu quả xử lý nhiệt. Kiểm tra độ lệch tâm giữa các bề mặt là quan trọng cho hiệu năng của trục.

4.2. Xử Lý Bề Mặt Và Hoàn Thiện Sản Phẩm

Xử lý bề mặt cuối cùng bao gồm làm sạch, loại bỏ các vết gia công. Bôi trơn được áp dụng để giảm ma sát và bảo vệ bề mặt. Phủ layer bảo vệ như sơn dầu hoặc dầu chống rỉ giúp bảo vệ chi tiết khỏi ăn mòn. Đóng gói sản phẩm được thực hiện cẩn thận để tránh hư hỏng khi vận chuyển. Lưu trữ trong điều kiện khô ráo, thông thoáng giúp duy trì chất lượng của sản phẩm đến khi sử dụng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 Giới thiệu 1.1 Khái quát về máy khoan.1 Công dụng máy khoan Máy khoan là máy cắt kim loại chủ yếu dùng để gia công lỗ. Ngoài ra nó còn dùng để khoét, doa, cắt ren bằng taro hoặc gia công những bề mặt có tiết diện nhỏ, thẳng góc hoặc cùng chiều trục với lỗ khoan. Chuyển động tạo hình chính của máy khoan là chuyển động chính quay vòng của dao & tịnh tiến của dao (trục chính). Cả hai chuyển động này đều do dao đảm nhiệm.2 Phân loại máy khoan Tuỳ theo kích thước và phương pháp điều chỉnh mũi khoan đến vị trí gia công, máy khoan có thể phân thành các loại sau: máy khoan bàn, máy khoan đứng, máy khoan cần, máy khoan nhiều trục, máy khoan chuyên dùng.

Máy khoan bàn: Đây là loại máy khoan nhỏ đặt trên bàn, dùng để gia công những chi tiết nhỏ với những lỗ khoan có đường kính không quá 16mm. Truyền chuyển động quay chính dùng puli – đai truyền có nhiều bậc và thường cho tốc độ cao. Loại máy này dùng rộng rãi trong ngành cơ khí. SVTK: Trần Quốc Cường Lớp K41ccm5 5 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn : KỸ THUẬT CƠ KHÍ B.

Máy khoan đứng: Chuyển động và kết cấu của máy khoan đứng rất khác nhau, phổ biến nhất là loại có trụ đứng. Những cỡ máy nhỏ thì có truyền động của trục chính đơn giản và chạy dao bẳng tay. Ở những máy có kích thước trung bình, lớn thì có hộp tốc độ, hộp chạy dao và thường có cơ cấu chạy dao tự động. Máy khoan đứng chủ yếu dùng để gia công những chi tiết có kích thước trung bình.

Trong máy khoan đứng hộp tốc độ được cố định, hộp chạy dao có thể chuyển động theo hướng thẳng đứng. Bên trong hộp chạy dao có trục chính thực hiện chuyển động chính quay n và chuyển động chạy dao s. Bàn máy có thể quay tròn hoặc di động thẳng đứng bằng tay. Nhược điểm của máy khoan đứng là phải luôn dịch chỉnh chi tiết gia công ở những vị trí khoan rất khác nhau.

Đối với chi tiết nặng, việc điều chỉnh vị trí gia công rất khó khăn, tốn nhiều thời gian. SVTK: Trần Quốc Cường Lớp K41ccm5 6 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn : KỸ THUẬT CƠ KHÍ C. Máy khoan cần: Máy khoan cần là loại máy khắc phục được nhược điểm của máy khoan đứng bằng cách gá chi tiết đứng yên và trục chính di động được đến vị trí khoan thích hợp khi gia công. Vì vậy máy khoan cần là loại máy khoan điều khiển rất nhẹ nhàng, khả năng làm việc được mở rộng và có thể gia công được những chi tiết rất lớn.

Máy khoan nhiều trục Máy khoan nhiều trục thường dùng để hoàn thành những nguyên công khoan (Khoan, khoét, doa, cắt ren) đồng thời hoặc lien tiếp nhau trên một chi tiết. Điều đó nâng cao đáng kể năng suất của máy khoan. Máy khoan nhiều trục có hai loại chính: máy khoan nhiều trục cố định và máy khoan nhiều trục cácđăng thay đổi. + Máy khoan nhiều trục cố định : Đây là loại máy khoan gồm nhiều máy khoan nhỏ (kiểu khoan bàn hoặc đứng) lắp đặt thành hàng với nhau trên một bàn, hoặc trên một bệ máy chung.

Mỗi trục chính của máy này có một động cơ riêng để thực hiện truyền động. Số trục chính của máy có thể từ 2 đến 6 xếp thành hàng với những khoảng cách bằng nhau và trên đó lắp những dao cắt khác nhau để có thể hoàn thành lần lượt các nguyên công trên một phôi. SVTK: Trần Quốc Cường Lớp K41ccm5 7 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn : KỸ THUẬT CƠ KHÍ + Máy khoan nhiều trục cácđăng: Đây là loại máy khoan nhiều trục có dạng như máy khoan đứng, nhưng ở đầu trục chính đặt nhiều trục khoan có lắp dao nối liền với trục chính bằng các trục cácđăng. Các trục khoan có thể điều chỉnh đến những vị trí khoan thích hợp và chúng có thể gia công cùng một lúc tất cả các lỗ khoan.

Máy khoan chuyên dùng. Trong các loại máy khoan chuyên dùng thì điển hình là máy khoan tâm dùng để khoan lỗ tâm ở hai đầu phôi; hoặc máy khoan sâu dùng để khoan những lỗ có chiều dài quá lớn so với đường kính như các lỗ trục chính, khoan nòng sung… Các kích thước đặc trưng cho máy khoan là đường kính lớn nhất của mũi khoan, độ côn moóc của lỗ trục chính, hoặc độ vươn dài của trục chính như ở máy khoan cần. Ký hiệu máy khoan: Theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ quy ước :  Chữ số đầu tiên chỉ kiểu máy : máy khoan – 7  Chữ số tiếp theo chỉ loại máy  Chữ số cuối cùng chỉ đường kính lớn nhất khoan được Dmax Theo tiêu chuẩn Việt Nam quy định chữ cái nhóm máy được ký hiệu bằng chữ cái đầu tiên tên máy : máy khoan – K ; về dạng máy và cỡ máy SVTK: Trần Quốc Cường Lớp K41ccm5 8 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn : KỸ THUẬT CƠ KHÍ cũng ký hiệu như Liên Xô, máy đã cải tiến thêm chữ cái A,B,C. đặt sau chữ số đầu tiên.

SVTK: Trần Quốc Cường Lớp K41ccm5 9 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn : KỸ THUẬT CƠ KHÍ 1. SVTK: Trần Quốc Cường Lớp K41ccm5 10 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn : KỸ THUẬT CƠ KHÍ Các xích truyền động: a. Xích chuyển động chính (xích tốc độ): SVTK: Trần Quốc Cường Lớp K41ccm5 11 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn : KỸ THUẬT CƠ KHÍ Máy khoan 2H125 có chuyển động trục chính gồm 12 cấp tốc độ n=45÷2000(vòng/phút). Chuyển động chính là chuyển động quay của trục chính mang dao được truyền động từ động cơ có công suất N=2,2 kW qua khớp nối – cặp bánh răng cố định cho một tỷ số truyền từ trục I sang trục II - khối bánh răng di trượt 3 bậc cho ba tỷ số truyền giữa trục II & III - Khối di trượt thứ hai cho hai tỷ số truyền giữa trục III & IV - Khối bánh răng di trượt hai bậc tạo hai tỷ số truyền từ trục IV sang trục V.

Chuyển động chạy dao: Chuyển động chạy dao của máy khoan truyền động từ trục chính V truyền đến cơ cấu bánh răng – thanh răng trên ống ngoài của trục chính. Lượng chạy dao của máy khoan được biểu thị bằng mm khi trục chính quay được một vòng. Thông qua hộp chạy dao tạo được 9 tốc độ chạy dao cho trục chính. Ở máy 2H125, động cơ được nối trực tiếp vào hộ tốc độ thông qua khớp nối mà không dùng đai nhằm giảm kích thước máy, vì động cơ đặt trên cao nên thiết kế như vậy máy sẽ gọn, độ cứng vững cao hơn.

SVTK: Trần Quốc Cường Lớp K41ccm5 12 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn : KỸ THUẬT CƠ KHÍ Lưới đồ thị vòng quay: Với máy khoan đứng 2H125 có 12 cấp tốc độ từ 45 (vòng/phhút) đến 2000 (vòng/phút), công bội φ = 1,4. Động cơ có công suất : 2,2 (Kw) Số vòng quay: 1.440 (vòng/phút) SVTK: Trần Quốc Cường Lớp K41ccm5 13 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn : KỸ THUẬT CƠ KHÍ Chương 2 Tính toán trục chính máy 2. Tính toán sơ bộ đường kính các đoạn trục liên quan và xác định kích thước chiều trục.Xác định công suất trên các trục và đường kính sơ bộ 2. Công suất trên các trục: Động cơ có Nđc = 2.

ηo1 Trong đó : ηk : là hiệu suất của khớp truyền Tra bảng (2 – 3 ) [ 1 ] chọn ηk = 1 η o1 : là hiệu suất của một cặp ổ lăn Tra bảng (2 – 3 ) [ 1 ] chọn ηo1 = 0.18 (Kw ) + Trục II : NII = N0 .ηBRT Trong đó : ηBRT : Là hiệu suất của bộ truyền bánh răng Tra bảng (2 – 3 ) [ 1 ] chọn ηBRT = 0. 0,97 = 2,09 (Kw ) + Trục III : NIII = N0 .0,972 = 2 (Kw) + Trục IV : SVTK: Trần Quốc Cường Lớp K41ccm5 14 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn : KỸ THUẬT CƠ KHÍ NIV = N0. Số vòng quay trên các trục : * Để tính mô men xoắn lớn nhất ta xác định số vòng quay n min trên các trục : + Trục I : nI = nđc = 1440 (v/ph) + Trục II : nII = nI. = 672 (v/ph) + Trục III : nIII = nII.

= 480 (v/ph) + Trục IV : nIV = nIII. = 171,4 (v/ph) + Trục V : nv = nIV. Mômen xoắn lớn nhất trên các trục : Theo công thức : Mj = 9,55.mm) SVTK: Trần Quốc Cường Lớp K41ccm5 15 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn : KỸ THUẬT CƠ KHÍ Trong đó : Mj : mômen xoắn trên trục thứ j.mm) Nj : công suất trên trục thứ j. (kW) nj : tốc độ vòng trên trục thứ j.mm) + Trục II : MII = 9,55.mm) + Trục III : MIII = 9,55.mm) + Trục IV : MIV = 9,55.mm) + Trục V : MV = 9,55.

Xác định đường kính sơ bộ trên các trục. Theo công thức: d ≥ (mm) (10 – 9) [1] Trong đó: M: Là mô men xoắn (N. Xác định kích thước chiều dài trục chính l 12 l 21 l 13 l 01 k3 hn l23 lm12 bo lm22 k1 b1 b2 b3 a0 hn 0 1 2 3 l12: Là khoảng công xôn và được tính theo công thức: l12 = 0,5.(lm12 + b0) + k3 + hn + b0 lm12: khoảng cần thiết để tạo lỗ côn lắp mũi khoan lm12 = 85 (mm) SVTK: Trần Quốc Cường Lớp K41ccm5 17 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn : KỸ THUẬT CƠ KHÍ b0: Là chiều rộng ổ lăn, b0 =25 (mm) – Theo bảng (10 – 2) [1] k3 : khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ. hn : chiều cao nắp ổ.(85+25) + 15 + 20 + 25 =100 (mm) Tương tự ta có: l21 = 2.( lm22) + b0 lm22 = 170 (mm) : chiều rộng mayơ vành thanh răng.b0 + hn Trong đó: k1 : khoảng cách từ mặt mút bánh răng cố định đến thành trong ổ.

k1 = 10 mm a0 : khoảng cách từ mặt mút bánh răng di trượt đến thành trong ổ. hn : chiều cao nắp ổ. SVTK: Trần Quốc Cường Lớp K41ccm5 18 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn : KỸ THUẬT CƠ KHÍ b2 , b3: Là chiều rộng của bánh răng ăn khớp với bánh răng di trượt trên trục V do đó : b2 = b3 = 42,5 (mm) b1 : Là bánh răng cố định của xích chạy dao: b1 = 20 (mm) l01 = 10 + 10 + 30 + 65 + 65 + 2.