Giáo trình Máy cắt và Máy điều khiển theo chương trình số - CĐ Công nghiệp và Thương mại

Giáo trình Máy cắt và máy cnc ngành kỹ thuật cơ khí biên soạn theo chương trình đào tạo chuẩn, phù hợp sinh viên ngành cơ khí hiện nay

• Trường học: Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Máy cắt và máy điều khiển theo chương trình số
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Vĩnh Phúc

Tóm tắt

I. Khái niệm và Vai trò của Giáo trình Máy cắt và Máy CNC

Giáo trình Máy cắt và Máy CNC là môn học chuyên ngành quan trọng trong chương trình đào tạo Kỹ thuật Cơ khí cấp Cao đẳng. Môn học cung cấp kiến thức toàn diện về các loại máy công cụ hiện đại, từ máy tiện truyền thống đến máy điều khiển theo chương trình số (CNC). Vai trò của giáo trình là trang bị cho sinh viên những kỹ năng thiết yếu trong vận hành, điều chỉnh và bảo trì các thiết bị gia công cơ khí. Thông qua nội dung này, học sinh hiểu rõ hơn về các chuyển động học, cơ cấu truyền dẫn và nguyên lý hoạt động của máy, từ đó có thể áp dụng vào thực tiễn sản xuất.

1.1. Vị trí và Tầm quan trọng

Giáo trình Máy cắt và Máy CNC được bố trí dạy song song với các môn học liên quan như vẽ kỹ thuật, dung sai kỹ thuật và công nghệ chế tạo máy. Đây là tiền đề để sinh viên học tập môn Công nghệ chế tạo máy nâng cao. Tầm quan trọng nằm ở việc kết nối lý thuyết cơ bản với ứng dụng thực tiễn trong ngành cơ khí chế tạo, giúp sinh viên nắm vững kiến thức chuyên sâu.

1.2. Mục tiêu Đào tạo

Sau khi hoàn thành giáo trình, sinh viên phải nắm vững các cơ cấu điển hình của thiết bị máy công cụ, hiểu rõ nguyên lý hoạt động và có khả năng vận hành máy. Sinh viên cũng học cách tính toán phân độ, điều chỉnh tốc độ cắt, cắt ren và gia công các sản phẩm khác nhau. Ngoài ra, môn học rèn luyện tính chính xác, kỷ luật và trách nhiệm trong công việc.

II. Các Loại Máy Công Cụ trong Giáo trình

Giáo trình bao gồm các loại máy cắt kim loại phổ biến được sử dụng trong ngành cơ khí hiện đại. Các máy này được phân loại theo công dụng và nguyên lý hoạt động khác nhau. Nội dung giáo trình đề cập chi tiết đến máy tiện rèn vít, máy khoan, máy doa, máy phay, máy bào-xọc-chuốt, máy mài và máy gia công răng. Mỗi loại máy được trình bày kỹ lưỡng về cấu tạo, sơ đồ động, các cơ cấu truyền dẫn và phương pháp điều chỉnh. Ngoài ra, giáo trình còn đề cập đến máy CNC hiện đại, đại diện cho xu hướng phát triển công nghệ gia công tự động.

2.1. Máy Tiện và Máy Khoan

Máy tiện 1K62 và máy khoan cần ngang 2B56 là những thiết bị cơ bản trong gia công kim loại. Máy tiện được sử dụng để gia công bề mặt tròn, cắt ren vít và các công việc tiện chính xác. Máy khoan được dùng để tạo lỗ với độ chính xác cao. Giáo trình cung cấp hướng dẫn chi tiết về cách điều chỉnh, tính toán tốc độ và cách làm việc an toàn.

2.2. Máy Mài và Máy Gia công Răng

Máy mài bao gồm máy mài tròn ngoài 315, máy mài vô tâm và máy mài phẳng, dùng để hoàn thiện bề mặt với độ nhám thấp. Máy gia công räng sử dụng các phương pháp như cắt, doa, mài để tạo các dạng răng khác nhau. Những máy này rất quan trọng trong sản xuất các bánh răng và gia công tinh chế.

III. Các Cơ cấu Điển hình và Nguyên lý Hoạt động

Các cơ cấu điển hình trong máy cắt là nền tảng của toàn bộ máy công cụ. Giáo trình tập trung vào các cơ cấu truyền dẫn sử dụng trong hộp tốc độ và hộp bước tiến, các cơ cấu vi sai, cơ cấu truyền động thẳng-chu kỳ và cơ cấu đảo chiều. Những cơ cấu này giúp chuyển đổi chuyển động, điều chỉnh vận tốc và thay đổi hướng quay của các bộ phận máy. Hiểu rõ về các tỉ số truyền, công thức tính bánh răng thay thế và phương trình xích truyền động là rất cần thiết để vận hành máy hiệu quả.

3.1. Hộp Tốc độ và Hộp Bước Tiến

Hộp tốc độ sử dụng các cơ cấu bánh răng để tạo ra các tỉ số truyền khác nhau, cho phép điều chỉnh vận tốc cắt theo yêu cầu. Hộp bước tiến dùng để thay đổi bước tiến của dụng cụ cắt. Cả hai đều sử dụng các cơ cấu truyền dẫn phức tạp để đạt được độ chính xác cao.

3.2. Cơ cấu Vi sai và Đảo chiều

Cơ cấu vi sai cho phép phân chia độc lập các chuyển động khác nhau. Cơ cấu đảo chiều dùng để thay đổi chiều quay của trục, rất cần thiết trong các công việc tiện ren hay gia công hai chiều. Giáo trình giải thích chi tiết nguyên lý hoạt động và cách tính toán các cơ cấu này.

IV. Máy Điều khiển Theo Chương trình Số CNC và Tương lai

Máy CNC (Máy điều khiển theo chương trình số) đại diện cho bước tiến công nghệ trong gia công cơ khí hiện đại. Giáo trình cung cấp kiến thức cơ bản về các thành phần cơ học của máy CNC, các loại máy CNC thông dụng như máy tiện CNC, máy phay CNC và các ứng dụng của chúng. Máy CNC cho phép tự động hóa quy trình gia công, tăng độ chính xác, giảm thời gian sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm. Học viên sẽ hiểu được lợi thế của công nghệ CNC so với máy truyền thống, từ đó chuẩn bị sẵn sàng cho tương lai công nghiệp 4.0.

4.1. Đặc trưng Cơ bản của Máy CNC

Máy CNC hoạt động dựa trên chương trình điều khiển số được lập sẵn. Các đặc trưng cơ bản bao gồm độ chính xác cao, khả năng lặp lại tốt, thời gian thiết lập ngắn và khả năng gia công các hình dạng phức tạp. Máy CNC tích hợp hệ thống điều khiển tự động, giảm phụ thuộc vào kỹ năng của người vận hành.

4.2. Ứng dụng và Xu hướng Phát triển

Máy CNC được ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất từ cơ khí, điện tử đến hàng không vũ trụ. Giáo trình giúp sinh viên nhận thức được tầm quan trọng của công nghệ tự động hóa trong sản xuất hiện đại, chuẩn bị kỹ năng cần thiết để làm việc trong môi trường sản xuất số hóa và thông minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Giới thiệu: Nội dung của chương giới thiệu về ký hiệu, phân loại một số loại máy cắt kim loại và các chuyển động trong máy, công thức tính tỷ số truyền và bánh răng thay thế trong máy cắt kim loại. Mục tiêu: + Phân loại được máy công cụ theo tiêu chuẩn Việt Nam và ISO. + Giải thích được các ký hiệu máy. + Trình bày được các chuyển động trên máy công cụ.

+ Viết được phương trình xích truyền động. + Tính được bánh răng thay thế. + Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập. Kí hiệu phân loại máy cắt kim loại 1.

Kí hiệu máy cắt kim lọai 1. Kí hiệu máy của VN 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. 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 Ømax = 400) 1. Kí hiệu máy cắt kim lọai của Nga. Nga cũng ký hiệu tương tự như Việt Nam.

Nhưng không dùng chữ cái đầu tiên mà thay bằng số. 2 – Máy khoan, doa, tổ hợp. Phân lọai máy cắt kim lọai. Thường phân loại máy theo các cách: – Theo công dụng: Có máy tiện, phay, bào.

7 – 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. Các loại chuyển động trong máy cắt kim loại 2.1 Chuyển động cơ bản a.

Chuyển động chính Tiêu thụ công suất lớn (5÷10kW), dùng để tạo tốc độ cắt. + Với chuyển động chính quay tròn: Dn V= m/ph 1000 Trong đó: D: Đường kính chi tiết gia công [mm]. n: Số vòng quay [v/ph]. + Với chuyển động chính tịnh tiến: Trong đó 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. 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 (H1.1a) Có các trường hợp : a) Tạo hình đơn giản: là chuyển động độc lập Q (không phụ thuộc vào một chuyển động nào khác - H1.Các chuyển động tạo hình trong máy cắt kim loại b) Tạo hình phức tạp: gồm các chuyển động phụ thuộc Q&T (H1.1c) 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 (H1.1d) 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. Chuyển động phân độ 2.2 Chuyển động phụ Các chuyển động còn lại 3 .Đặc tính kỹ thuật của máy cắt kim loại 4.Đặc tính kích thước Thông số đặc trưng này ở mỗi máy khác nhau: Máy phay: Kích thước bàn máy Máy tiện: Đường kích Dphôi max, Chiều dài gá dao 4. Chuỗi số vòng quay và lượng chạy dao 4.2 Đặc tính vận tốc 5 Cấu trúc nhân truyền dẫn 5.1 Công thức cấu trúc nhân Mặc dù chỉ cho phép biến đổi phân cấp tốc độ, nhưng bằng cách sử dụng dãy tốc độ ra tuân theo quy tắc cấp số nhân, có thể hạn chế tổn thất này.

Phạm vi biến tổi tốc độ được mở rộng khi ghép nối các nhóm truyền (các khối bánh răng di trượt). i Số cấp tốc độ: z   pi 1 φ: công bội của chuỗi cấp số nhân .Giá trị này được tiêu chuẩn hóa Dãy cấp số nhân từ n1 = nmin ÷ nn = nmax vòng/ phút. Vậy các giá trị vòng quay 9 n2 = φ .2 Phạm vi điều chỉnh Truyền động phân cấp với các bộ truyền bánh răng được sử dụng rộng rãi. nmax Phạm vi biến đổi tốc độ: R  nmin 6.

Phương pháp tính bánh răng thay thế. Các phương pháp phân tích bánh răng thay thế Điều chỉnh máy để cắt ren có bước tp: Theo sơ đồ ta có: – Lượng di động tính toán: 1vòng trục chính → tp – Phương trình xích động: 1vòng t/c .icđ – Công thức điều chỉnh: Với các yếu tố đã biết : tp, icđ , tx ta tính được trị số x từ đó phân tích thành các bánh răng a,b hoặc a,b,c,d. Để các bánh răng lắp vào không chạm trục chúng cần thoả mãn điều kiện: a + b ≥ c + ( 15 ÷ 20 ) c + d ≥ b + ( 15 ÷ 20 ) Các bánh răng thay thế a,b,c,d phải được chọn trong bộ bánh răng thay thế của máy như sau: Bộ 4: 20,24,28.120 Các bánh răng đặc biệt: 47,97,127,157. Khi tính toán điều chỉnh có thể phải chuyển đổi đơn vị khi bước ren cần cắt khác hệ với bước vít me, khi đó phải chọn giá trị gần đúng của 1" hoặc π.

Phương pháp phân tích thành thừa số nguyên tố Phân tích chính xác: => thừa số nguyên tố X = A/B (không giản ước được) VD: X = 299 / 396 X =13.2 Biến thành bộ 4: x =13.4 X = a/b x c/d = 52/72 x 92/88 ĐKĂK: a+b>c+20; c+d>b+20 Phân tích gần đúng: PP chia ngược Khi không phân tích chính xác như trên A/B = ao dư C, B/C= a1 dư D, C/D= a2 dư E…=>an => độ chính xác 10 Tuỳ vào độ CX chọn x’ = a/b  Kiểm nghiệm sai số thay vào PT : 1vòng. tx = tp’  s=tp – tp’ = tp – icđ. tx  Sai số bước ren tích lũy trên 1000mm: sM= 1000.s/tp < [sM] Ví dụ: Ph©n tÝch: x= A/B = 40/103 6. Phương pháp phân tích gần đúng 6.

Phương pháp dùng bảng tra 6. Điều kiện lắp bánh răng thay thế a + b > c + 20 răng c + d > b + 20 răng CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Hãy nêu ký hiệu và phân loại máy cắt gọt kim loại? Câu 2: Trình nêu các loại chuyện động cơ bản trong máy cắt gọt kim loại? Câu 3: Trình các tỷ số truyền của một số cơ cấu truyền dẫn điển hình? 11 CHƯƠNG 2: CÁC CƠ CẤU ĐIỂN HÌNH Giới thiệu: Để vận hành máy công cụ có hiệu quả cần hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các cơ cấu truyền dẫn sử dụng trong hộp tốc độ. Mục tiêu: + Trình bày được các cơ cấu truyền dẫn thường dùng trong máy công cụ. + Giải thích được nguyên lí hoạt động, đặc điểm của các bộ phận và các cơ cấu chủ yếu.

+ Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập. Các cơ cấu truyền dẫn sử dụng trong hộp tốc độ. Hộp tốc độ dùng cơ cấu truyền dẫn vô cấp. - Puly côn: Hình 2.1: Bộ truyền dùng puly côn - Bánh ma sát: Hình 2.2: Bộ truyền dùng bánh ma sát 12 - Truyền dẫn dầu ép.

Ngày nay cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghiệp điện, điện tử dạng truyền dẫn này có vai trò quan trọng trong truyền động và tự động điều khiển như rôbốt và lĩnh vực hàng không. Thay đổi tốc độ: + Thay đổi lưu lượng bơm 2. + Thay đổi tiết diện trên tiết lưu 3.3: Bộ truyền dùng thủy lực + Ưu điểm của cơ cấu này là chuyển động êm nhẹ, dễ tạo ra được truyền dẫn vô cấp, kích thước, trọng lượng nhỏ tạo ra được công suất lớn, dễ tự động hóa, dễ phòng quá tải. + Nhược điểm là chế độ làm việc thay đổi khi nhiệt độ môi trường thay đổi - Dùng động cơ Servo.4: Bộ truyền dùng động cơ servo 1.

Hộp tốc độ dùng cơ cấu truyền dẫn phân cấp. Hộp tốc độ dùng bánh răng di trượt. Bánh răng trụ, răng thẳng dùng để truyền động giữa hai trục song song nhau. Bánh răng trụ, răng nghiêng có thể truyền chuyển động giữa hai trục song song và chéo nhau.

Truyền động bánh răng trụ răng nghiêng ít dùng để thay đổi tốc độ bằng 13 cách di trượt vì khi đó ra vào khớp rất khó. Truyền dẫn bánh răng ăn khớp ngoài - chiều quay bánh răng chủ động và bị động ngược nhau, ăn khớp trong – chiều quay bánh răng chủ động và bị động cùng chiều nhau. Trục I  trục III qua hai nhóm bánh răng di trượt + Di trượt 2 bậc: Z1/Z1’ – Z2/Z2’ + Di trượt 3 bậc: Z3/Z3’ – Z4/Z4’ – Z5/Z5’ a- Khối bánh răng di trượt 2 bậc b- Khối bánh răng di trượt 3 bậc c- Khối bánh răng di trượt 4 bậc d Hình 2.5: Bộ truyền dùng bánh răng di trượt + nCT1 = nl.pi Trong đó pi - là tỷ số truyền ở nhóm thứ i. 14 Hộp tốc độ sử dụng bánh răng di trượt có ưu điểm là thay đổi tốc độ nhanh.

Nhược điểm của bánh răng di trượt là hiệu suất thấp vì nhiều bánh răng chạy không và không dùng được bánh răng nghiêng. Hộp tốc độ dùng ly hợp vấu a- Cơ cấu biến đổi tốc độ với b- Cơ cấu biến đổi tốc độ với ly hợp vấu ly hợp ma sát b- Ly hợp vấu 2 phía c- Ly hợp vấu và tay đòn Hình 2.6: Bộ truyền dùng ly hợp vấu 1. Hộp tốc độ dùng bánh răng thay thế. Trong trường hợp ít khi phải thay đổi tốc độ như các máy tự động hay các máy chuyên dùng, sau một loạt sản phẩm mới phải thay đổi tốc độ để gia công loạt sản phẩm khác cần tốc độ khác phù hợp, để đơn gian ta dùng bánh răng thay thế.ic = nTC + Thay đổi tốc độ  thay tỷ số truyền a/b.

+ Bộ truyền thường sử dụng trong máy tự động và máy chuyên dùng. + Trong máy thường có bánh răng thay thế đi kèm.6: Bộ truyền dùng bánh răng thay thế 1. Hộp tốc độ dùng pu-li bậc. Động cơ  đai  trục I  puly Hình 2.7: Bộ truyền dùng puly bậc + Đường truyền trực tiếp: Đóng chốt  trục II quay + Đường truyền gián tiếp: Mở chốt  trục trung gian  trục III  trục II quay.