Đồ án thiết kế máy tiện ren vít vạn năng 1K62 - ĐH Bách Khoa Hà Nội

Tài liệu đồ án thiết kế máy tiện ren vít vạn năng trọn bộ gồm thuyết minh tính toán chi tiết và bản vẽ kỹ thuật đầy đủ cho sinh viên cơ khí.

• Tác giả: Trần Văn Ngọc
• Người hướng dẫn: TS. Lê Đức Bảo
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Chế tạo máy
• Đề tài: Thiết kế máy tiện ren vít vạn năng
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án thiết kế máy tiện ren vít vạn năng

Đồ án thiết kế máy tiện ren vít vạn năng là nhiệm vụ quan trọng trong đào tạo kỹ sư ngành chế tạo máy, giúp sinh viên vận dụng kiến thức chuyên môn vào thực tế sản xuất. Máy tiện ren vít vạn năng thuộc nhóm máy công cụ phổ thông, có khả năng gia công nhiều loại bề mặt như tròn xoay, ren, mặt đầu nhờ hệ thống truyền động đa dạng. Bản vẽ thuyết minh đi kèm cung cấp chi tiết cấu trúc, kích thước và nguyên lý hoạt động của máy. Dự án này kế thừa thiết kế máy 1K62 (T620) – loại máy phổ biến trong các phân xưởng cơ khí nhờ tính linh hoạt và độ tin cậy cao. Quá trình thiết kế bao gồm khảo sát máy tương tự, tính toán động học, động lực học và hệ thống điều khiển, đảm bảo máy đáp ứng yêu cầu gia công ren hệ mét, Anh và mođun.

1.1. Chức năng và ứng dụng của máy tiện ren vít vạn năng

Máy tiện ren vít vạn năng được thiết kế để gia công các chi tiết cơ khí có ren, bao gồm ren hệ mét (bước ren 1,5–16mm), ren Anh (48–4 ren/inch) và ren mođun (m=0,75–8mm). Ngoài ra, máy còn thực hiện các thao tác tiện trơn, tiện mặt đầu và gia công bề mặt trụ nhờ hộp chạy dao đa chức năng. Hệ thống điều khiển linh hoạt cho phép thay đổi tốc độ cắt và bước tiến dao nhanh chóng. Máy phù hợp sử dụng trong sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ và dạy nghề nhờ khả năng gia công linh hoạt, độ chính xác cao và chi phí đầu tư hợp lý.

1.2. Cấu trúc cơ bản của đồ án thiết kế

Đồ án bao gồm bốn chương chính: khảo sát máy tương tự (máy 1K62), thiết kế động học (hộp tốc độ, hộp chạy dao), thiết kế động lực học (tính toán lực cắt, công suất động cơ) và hệ thống điều khiển. Bản vẽ thuyết minh thể hiện đầy đủ kết cấu máy, lưới kết cấu, sơ đồ truyền động và chi tiết quan trọng như trục chính, bánh răng, cơ cấu noocton. Tài liệu tham khảo cung cấp cơ sở lý thuyết cho quá trình tính toán, đảm bảo độ tin cậy của thiết kế.

II. Phân tích vấn đề trong thiết kế máy tiện ren vít vạn năng

Thiết kế máy tiện ren vít vạn năng đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật, đặc biệt trong việc cân bằng giữa tính linh hoạt và độ chính xác. Máy phải đáp ứng đa dạng các loại ren trong khi duy trì độ cứng vững của hệ thống truyền động. Vấn đề chính bao gồm lựa chọn tỷ số truyền tối ưu cho hộp tốc độ, thiết kế cơ cấu noocton khử khe hở ren, và phân bố lực cắt hợp lý trên trục chính. Ngoài ra, hệ thống điều khiển cần đảm bảo khả năng thay đổi tốc độ nhanh chóng và an toàn vận hành. Máy tham khảo 1K62 có những ưu điểm nhất định nhưng vẫn tồn tại hạn chế về khả năng gia công ren bước nhỏ do hạn chế của nhóm cơ sở Norton.

2.1. Hạn chế của máy tiện truyền thống trong gia công ren

Máy tiện truyền thống gặp khó khăn khi gia công ren bước nhỏ do hạn chế về số lượng bánh răng trong nhóm cơ sở Norton, dẫn đến khoảng cách giữa các bước ren không đều. Cơ cấu noocton truyền thống cũng có nhược điểm về độ cứng vững khi số bánh răng tăng lên, gây rung động trong quá trình cắt. Ngoài ra, hệ thống truyền động bằng bánh răng di trượt tiêu tốn nhiều năng lượng và khó đảm bảo độ chính xác khi thay đổi tốc độ cắt.

2.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với máy tiện ren vít vạn năng hiện đại

Máy cần đáp ứng các yêu cầu: gia công được tối thiểu 16 loại ren hệ mét, 48 loại ren Anh và 8 loại ren mođun với bước ren chính xác. Hộp chạy dao phải có ít nhất 36 tốc độ tiến dao khác nhau, đảm bảo khả năng gia công linh hoạt. Hệ thống truyền động cần có độ cứng vững cao, chống rung lắc trong quá trình cắt ren bước nhỏ. Ngoài ra, máy phải tích hợp cơ cấu an toàn tự động ngắt khi quá tải.

III. Phương pháp thiết kế máy tiện ren vít vạn năng

Quy trình thiết kế bắt đầu bằng khảo sát máy tương tự (1K62) để xác định các thông số kỹ thuật cơ bản. Tiếp theo, thiết kế lưới kết cấu với tỷ số truyền hợp lý cho hộp tốc độ, sử dụng phương pháp cấp số nhân công bội φ=2 cho nhóm gấp bội. Hộp chạy dao được thiết kế theo cơ cấu noocton cải tiến, đảm bảo khử khe hở ren và tăng độ cứng vững. Tính toán động lực học bao gồm xác định lực cắt, công suất động cơ và kiểm tra bền trục chính. Cuối cùng, hệ thống điều khiển được thiết kế với bảng điều khiển chung, tích hợp cơ cấu ly hợp siêu việt để thay đổi tốc độ nhanh chóng.

3.1. Thiết kế lưới kết cấu và nhóm truyền động

Lưới kết cấu được xây dựng dựa trên nguyên tắc sắp xếp bước ren thành nhóm cơ sở (Norton) và nhóm gấp bội. Nhóm cơ sở Norton sử dụng 8 bánh răng để tạo ra 8 bước ren cơ bản, trong khi nhóm gấp bội với tỷ số truyền 1, 2, 4, 8 mở rộng phạm vi gia công. Tỷ số truyền nhóm gấp bội tuân theo cấp số nhân công bội φ=2, đảm bảo sự phân bố đều giữa các bước ren. Tính toán số răng bánh răng dựa trên môđun tiêu chuẩn, đảm bảo khả năng truyền động mượt mà và độ bền cao.

3.2. Tính toán động lực học và kiểm tra bền chi tiết

Lực cắt được xác định dựa trên vật liệu gia công (thép, gang) và chế độ cắt (tốc độ, bước tiến). Công suất động cơ được tính toán đảm bảo đủ lực cắt trong mọi chế độ hoạt động, kể cả khi gia công ren bước nhỏ. Trục chính được kiểm tra bền theo tiêu chuẩn chịu xoắn và uốn, đảm bảo không biến dạng quá mức trong quá trình gia công. Các cặp bánh răng quan trọng (ví dụ cặp 27/54) được tính toán bền theo ứng suất tiếp xúc và uốn, sử dụng phương pháp AGMA.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế của đồ án thiết kế

Đồ án thiết kế máy tiện ren vít vạn năng đã hoàn thành đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật, từ khảo sát máy tương tự đến tính toán động học, động lực học và hệ thống điều khiển. Máy được thiết kế có khả năng gia công đa dạng các loại ren với độ chính xác cao, đáp ứng nhu cầu sản xuất trong các phân xưởng cơ khí. Bản vẽ thuyết minh cung cấp đầy đủ thông tin kỹ thuật, phục vụ cho quá trình chế tạo và lắp ráp. Đồ án không chỉ củng cố kiến thức chuyên ngành mà còn rèn luyện kỹ năng giải quyết vấn đề và tổ chức công việc nhóm.

4.1. Đánh giá hiệu quả kỹ thuật của thiết kế

Thiết kế đạt được mục tiêu gia công 16 bước ren hệ mét, 48 bước ren Anh và 8 bước ren mođun với độ chính xác bước ren ≤0,02mm. Hộp chạy dao cung cấp 36 tốc độ tiến dao khác nhau, đảm bảo linh hoạt trong gia công. Hệ thống điều khiển tích hợp cơ cấu ly hợp siêu việt cho phép thay đổi tốc độ nhanh chóng (≤2s). Độ cứng vững của máy đạt 500N/μm, đảm bảo gia công ổn định ngay cả khi cắt ren bước nhỏ.

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng trong thực tế

Máy có thể được cải tiến bằng cách tích hợp hệ thống điều khiển số (CNC) để tăng cường độ chính xác và tự động hóa. Ngoài ra, việc sử dụng vật liệu nhẹ (hợp kim nhôm) cho vỏ máy và chi tiết chuyển động có thể giảm trọng lượng máy xuống 30%. Đồ án có thể ứng dụng trong giảng dạy ngành chế tạo máy, cung cấp mô hình thực tế cho sinh viên nghiên cứu. Máy cũng phù hợp sử dụng trong các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ, nơi nhu cầu gia công ren đa dạng nhưng vốn đầu tư hạn chế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I KHẢO SÁT MÁY TƯƠNG TỰ. Những tính năng kĩ thuật của máy tiện cùng cỡ. Máy tiện là máy công cụ phổ thông, chiếm 40 – 50% số lượng máy công cụ trong các nhà máy, phân xưởng cơ khí. Dùng để tiện các mặt tròn xoay ngoài và trong 3 SVTH: Trần Văn Ngọc – KTCK-03-K61 Đồ án thiết kế máy GVHD: Ts.

Lê Đức Bảo (mặt trụ, mặt côn, mặt định hình, mặt ren) xén mặt đầu, cắt đứt. Có thể khoan, khoét, doa trên máy tiện. Trong thực tế, chúng ta có các loại máy tiện vạn năng, máy tiện tự động, bán tự động, chuyên môn hoá và chuyên dùng, máy tiện revolve, máy tiện CNC. Tuy nhiên do thực tế yêu cầu thiết kế máy tiện vạn năng hạng trung, vì vậy ta chỉ xem xét, khảo sát nhóm máy tiện ren vít vạn năng hạng trung (đặc biệt là máy 1K62).

Máy 1K62 1A62 T616 cần Chỉ tiêu so sánh thiết kế Công suất động cơ (Kw) 10 7 4,5 10 Chiều cao tâm máy (mm) 200 200 160 Khoảng cách lớn nhất giữa hai mũi tâm 1400 1500 750 (mm) Số cấp tốc độ 23 21 12 23 Số vòng quay nhỏ nhất nmin (v/p) 12,5 11,5 44 12,5 Số vòng quay lớn nhất nMax (v/p) 2000 1200 1980 Lượng chạy dao dọc nhỏ nhất 0,07 0,082 0,06 0,08 Sdmin (mm/v) Lượng chạy dao dọc lớn nhất SdMax 4,16 1,59 1,07 (mm/v) Lượng chạy dao ngang nhỏ nhất Snmin 0,035 0.04 (mm/v) Lượng chạy dao ngang lớn nhất SnMax 2,08 0,52 0,78 (mm/v) Các loại ren tiện được Ren quốc tế, ren Anh, ren mô đun, ren pitch 4 SVTH: Trần Văn Ngọc – KTCK-03-K61 Đồ án thiết kế máy GVHD: Ts. Lê Đức Bảo Bảng 1: Bảng so sánh máy tương tự và máy cần thiết kế Nhận xét: trên đây chưa phải là tất cả các loại máy trong nước ta có nhưng do hạn chế về tài liệu và kinh nghiệm nên ta mới chỉ phân tích được 4 loại máy trên. Nhận thấy đề tài thiết kế với các loại máy trên ta thấy máy tiện ren vít vạn năng1K62 có đặc tính tướng tự và có tài liệu tham khảo đầy đủ nhất → ta lấy máy 1K62 để khảo sát cho việc thiết kế máy mới. Phân tích máy tiện ren vít vạn năng 1K62.

Đặc tính kĩ thuật của máy tiện ren vít vạn năng 1K62. • Đường kính lớn nhất của phôi gia công: 400(mm) trên băng máy, 200(mm) trên bàn máy. • Số cấp tốc độ trục chính : Z = 23 (cấp) • Giới hạn vòng quay trục chính: ntc = 12,5  2000(vg/ph) • Tiện trơn: + Lượng chạy dao dọc Sd : 0,07  4,16(mm/vg) + Lượng chạy dao ngang Sng: 0,035  2,08 (mm/vg) • Tiện ren: + Ren Hệ mét: tp = 1  192(mm) + Ren Anh: n=25,4/ tp = 24  2  tp = 25,4/ n(mm) + Ren Module: m=tp/ = 0,5 48  tp = .m(mm) + Ren Pitch hướng kính: Dp=25,4/ tp = 96 1  tp = 25,4./ Dp(mm) • Động cơ điện: + Công suất động cơ chính : Nđc1 = 10(kW) + Số vòng quay động cơ chính: nđc1 = 1450(vg/ph) + Công suất động cơ chạy nhanh : Nđc2 = 1(kW) + Số vòng quay động cơ chạy nhanh: nđc2 = 1410(vg/ph) 5 SVTH: Trần Văn Ngọc – KTCK-03-K61 Đồ án thiết kế máy GVHD: Ts. Lê Đức Bảo Hình1: Sơ đồ động máy 1k62 Hình 2: Sơ đồ cấu trúc động học 6 SVTH: Trần Văn Ngọc – KTCK-03-K61 Đồ án thiết kế máy GVHD: Ts.

Lê Đức Bảo 1. Thông số hộp tốc độ: Số cấp tốc độ trục chính : Z = 23 (cấp) Giới hạn vòng quay trục chính: ntc = 12,5  2000(vg/ph) Công suất động cơ chính : Nđc1 = 10(kW) Số vòng quay động cơ chính: nđc1 = 1450(vg/ph) 1. Tính trị số công bội φ Từ các thông số của máy. Suy ra công bội  là:  = Z −1 nMax = 23−1 2000 = 1,259 =1,26 nmin 12,5 1.

Phương trình xích tốc độ: 1. Xích tốc độ: +Phân tích: Đường truyền tốc độ thấp : Từ động cơ 1→ bộ truyền đai →(I)→(II)→(III)→(IV)→(V)→(VI)→Trục chính + Đường tốc độ thấp có 24 cấp tốc độ: 2x3x2x2 Ta thấy từ trục (IV) tới trục (V) có khối bánh răng di trượt hai bậc có khả năng tạo ra 4 tỷ số truyền nhưng thực tế chỉ có 3 tỷ số truyền 1, 1/4, 1/16.  Số cấp tốc độ thấp: Z1 = 2x3x(2x2-1) = 18(cấp) từ n1n18 = 12,5 630 (vg/ph) Đường truyền tốc độ cao: 7 SVTH: Trần Văn Ngọc – KTCK-03-K61 Đồ án thiết kế máy GVHD: Ts. Lê Đức Bảo Từ động cơ 1→ bộ truyền đai →(I)→(II)→(III)→(VI)→Trục chính + Đường tốc độ cao có 6 cấp tốc độ: Z2 = 2x3 từ n19n24 = 630 2000(vg/ph).

Xác định số vòng quay thực của máy và so sánh số vòng quay chuẩn với số vòng quay thực tế. Để tính được sai số của các tốc độ trục chính ta lập bảng so sánh, với sai số cho phép [n] = 10.( nlý thuyết - ntính ) / nlý thuyết + Các thông số: nmin = 12,5 (vg/ph), nmax = 2000 (vg/ph) và Z = 23(cấp) + Trị số công bội  = 1,26: + Tỉ số bộ truyền đai: iđ = 142/254 0,56 + Hiệu suất bộ truyền đai  = 0,985  Số vòng quay của trục I: n0 = nđc1 .0,985 = 800 (vg/ph) Ta có bảng như sau: ntính nlý thuyết n Phương trình xích tốc độ n% (vg/ph) (vg/ph) n1 n0× 51 × 21 × 22 × 22 × 27 12,46 12,5 0,32 39 55 88 88 54 n2 n0× 56 × 21 × 22 × 22 × 27 15,72 16 1,75 34 55 88 88 54 n3 n0× 51 × 29 × 22 × 22 × 27 20,17 20 -0,85 39 47 88 88 54 n4 n0× 56 × 29 × 22 × 22 × 27 25,41 25 -1,64 34 47 88 88 54 n5 n0× 51 × 38 × 22 × 22 × 27 32,69 31,5 -3,78 39 38 88 88 54 n6 n0× 56 × 38 × 22 × 22 × 27 41,18 40 -2,95 34 38 88 88 54 n7 n0× 51 × 21 × 45 × 22 × 27 49,93 50 0,14 39 55 45 88 54 8 SVTH: Trần Văn Ngọc – KTCK-03-K61 Đồ án thiết kế máy GVHD: Ts. Lê Đức Bảo n8 n0× 56 × 21 × 45 × 22 × 27 62,88 63 0,19 34 55 45 88 54 n9 n0× 51 × 29 × 45 × 22 × 27 80,69 80 -0,86 39 47 45 88 54 n10 n0× 56 × 29 × 45 × 22 × 27 101,63 100 -1,63 34 47 45 88 54 n11 n0× 51 × 38 × 45 × 22 × 27 130,77 125 -4,62 39 38 45 88 54 n12 n0× 56 × 38 × 45 × 22 × 27 164,71 160 -2,94 34 38 45 88 54 n13 n0× 51 × 21 × 45 × 45 × 27 202,37 200 -1.19 39 55 45 45 54 n14 n0× 56 × 21 × 45 × 45 × 27 251,55 250 -0,62 34 55 45 45 54 n15 n0× 51 × 29 × 45 × 45 × 27 323,51 315 -2,70 39 47 45 45 54 n16 n0× 56 × 29 × 45 × 45 × 27 406,51 400 -1,63 34 47 45 45 54 n17 n0× 51 × 38 × 45 × 45 × 27 523,07 500 -4,61 39 38 45 45 54 n18 n0× 56 × 38 × 45 × 45 × 27 658,82 630 -4,57 34 38 45 45 54 n19 n0× 56 × 21 × 65 760,50 800 4,94 34 55 43 n20 n0× 51 × 29 × 65 975,75 1000 2,43 39 47 43 n21 n0× 56 × 29 × 65 1228,98 1250 1,68 34 47 43 n22 n0× 51 × 38 × 65 1581,39 1600 1,16 39 38 43 N23 n0× 56 × 38 × 65 1991,79 2000 0,41 34 38 43 Bảng 2: Bảng so sánh số vòng quay chuẩn và số vòng quay thực tế. 9 SVTH: Trần Văn Ngọc – KTCK-03-K61 Đồ án thiết kế máy GVHD: Ts.

Lê Đức Bảo % 6.00 Hình 3: Đồ thị sai số vòng quay Kết luận: Từ đồ thị vòng quay ta nhận thấy tại máy cơ sở có các cấp tốc độ có sai số vòng quay vượt quá ± 2,6% ( Sai số cho phép ) như: +n5 = -3.94% Với các giá trị sai số vượt quá giá trị cho phép này sẽ ảnh hưởng đến khả năng làm việc, độ chính xác, hiệu xuất của máy khi gia công. Nhưng vẫn dùng bới vì khả năng ảnh hưởng của nó là nhỏ nhất. 10 SVTH: Trần Văn Ngọc – KTCK-03-K61 Đồ án thiết kế máy GVHD: Ts. Lê Đức Bảo 1.

Đồ thị vòng quay thực tế của máy 1K62 Lưới kết cấu: Hình 4 : Lưới kết cấu của máy 1k62 *Nhận xét: - Có 2 đường truyền - Từ trục (IV) sang (V) có sự thu hẹp lượng mở do trùng tốc độ. 11 SVTH: Trần Văn Ngọc – KTCK-03-K61 Đồ án thiết kế máy GVHD: Ts. Lê Đức Bảo Ta có đồ thị vòng quay của máy 1K62 như hình vẽ dưới: n0 I i2=2 i1=1 II i3=−4 i4=−2 i5=0 III i6=−8 i7=0 IV i8=−8 i9=0 V i10=3 i11=2 VI n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 n11 n12 n13 n14 n15 n16 n17 n18 n19 n20 n21 n22 n23 Hình 5: Đồ thị vòng quay Ta suy ra phương pháp tính: Tính lượng mở [X]: • Nhóm 1 từ trục I – II: i1 = 51/ 39  1,31 = X1 x1  1,17  Tia i1 lệch sang phải 1 khoảng: 1,17. lg i2 = 56/ 34  1,65 = X2 x2  2,17  Tia i2 lệch sang phải 1 khoảng : 2,17.

lg i  1,17 Lượng mở giữa hai tia của nhóm 1:  x = 1 = =  1  [X] = 1 i2  2,17 12 SVTH: Trần Văn Ngọc – KTCK-03-K61 Đồ án thiết kế máy GVHD: Ts. Lê Đức Bảo • Nhóm 2 từ trục II – III: i3 = 21/ 55  0,38 = X3 x3  - 4,19  Tia i3 lệch sang trái 1 khoảng: 4,19.lg i4 = 29/ 47  0,62 = X4 x4  - 2,07 Tia i4 lệch sang trái 1 khoảng: 2,07.lg i5 = 38/ 38  1 = X5 x5  0  Tia i5 thẳng đứng i  −4,19 Lượng mở giữa hai tia của nhóm 2:  x = 3 = =  −2,12  [X] = 2 i4  −2,07 • Nhóm 3 từ trục III – IV: i6 = 22/ 88  0,25 = X6 x6  - 6  Tia i6 lệch sang trái 1 khoảng : 6.lg i7 = 45/ 45  1 = X7  x7  0  Tia i7 thẳng đứng i  −6 Lượng mở giữa hai tia của nhóm 3:  x = 6 = =  −6  [X] = 6 i7 0 • Nhóm 4 từ trục IV – V: i8 = 22/ 88  0,25 = X8 x8  - 6  Tia i8 lệch sang trái 1 khoảng : 6.lg i9 = 45/ 45  1 = X9 x9  0  Tia i9 thẳng đứng.