Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong các doanh nghiệp sản xuất và cung cấp dịch vụ, phân hệ sản xuất trực tiếp thu hút từ 70% đến 80% lực lượng lao động, đóng vai trò tạo ra giá trị gia tăng và thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế. Đối với sản phẩm kềm cắt da (tiêu biểu là các dòng sản phẩm của Kềm Nghĩa), nhu cầu sử dụng trong đời sống xã hội là rất lớn và phổ biến ở các hộ gia đình. Tuy nhiên, quy trình công nghệ chế tạo kềm cắt da trong nước thời điểm nghiên cứu vẫn tồn tại nhiều nguyên công phải thực hiện hoàn toàn bằng thủ công. Việc gia công bằng tay dẫn đến chất lượng sản phẩm không đồng nhất, phụ thuộc lớn vào tay nghề của người thợ, tỷ lệ phế phẩm cao và năng suất lao động bị hạn chế. Thực trạng này đặt ra yêu cầu cấp bách phải tự động hóa từng nguyên công trong dây chuyền sản xuất, cụ thể là nguyên công gia công hốc kềm (hốc hạt đậu).

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án được xác định gồm hai nội dung:

  1. Thiết kế thiết bị tự động hóa chuyên dùng gia công hốc kềm cắt da (kềm Nghĩa).
  2. Đưa ra được những sản phẩm đã thi công, phục vụ kiểm nghiệm tính khả thi của giải pháp.

Nhiệm vụ nghiên cứu và các số liệu ban đầu bao gồm:

  • Số liệu đầu vào: Chi tiết kềm cắt da; năng suất yêu cầu $Q = 3\text{ s/sản phẩm}$.
  • Các nội dung nghiên cứu chính:
    1. Nghiên cứu kết cấu và vật liệu kềm cắt da (sản phẩm kềm Nghĩa).
    2. Nghiên cứu bản vẽ chi tiết kềm cắt da.
    3. Nghiên cứu vị trí và kích thước hình học của phần tử cần gia công trên chi tiết.
    4. Nghiên cứu và phân tích các phương án gia công khả thi.
    5. Đánh giá ưu nhược điểm để lựa chọn phương án gia công tối ưu.
    6. Tính toán các thông số thiết kế máy (chế độ cắt, lực kẹp, lực chấp hành, bộ truyền).
    7. Thiết kế kết cấu máy, hệ thống cơ khí, mạch khí nén và mạch điều khiển PLC.

Đối tượng nghiên cứu là chi tiết kềm cắt da làm bằng thép không gỉ Inox 420 (mác thép Martensite UNS S42000). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát các tài liệu chuyên ngành cơ khí chế tạo máy, sách giáo trình, tìm hiểu thực tế hệ thống máy móc gia công chuyên dụng, lý thuyết truyền động khí nén và kỹ thuật lập trình điều khiển logic PLC tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2011–2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết công nghệ chế tạo máy, kỹ thuật điều khiển khí nén và lý thuyết điều khiển tự động lập trình:

  • Cơ sở lý thuyết gia công cắt gọt kim loại: Ứng dụng các công thức tính toán chế độ cắt (chiều sâu cắt $t$, lượng chạy dao răng $S_z$, tốc độ cắt $V$, lực cắt tiếp tuyến $P_z$, công suất cắt $N$), nguyên lý định vị đủ 6 bậc tự do của chi tiết dạng càng/thanh, và phương trình cân bằng mô-men để xác định lực kẹp chi tiết ($W$).
  • Cơ sở lý thuyết hệ thống khí nén: Phân tích các dạng truyền động thẳng, truyền động quay; các trạng thái áp suất ($P_{\text{amb}}$, $P_{\text{abs}}$, áp suất dư $P_e$); phương trình xác định lực tác dụng của piston $F = P \cdot A$; nguyên lý hoạt động của khối nguồn khí nén, xilanh tác dụng đơn, xilanh tác dụng kép (có hoặc không có đệm giảm chấn), xilanh quay và giác hút chân không.
  • Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động: Ứng dụng mô hình hệ thống điều khiển nối cứng và điều khiển logic khả trình (PLC) gồm 3 khối chức năng: khối vào (nút nhấn, cảm biến), khối xử lý điều khiển (CPU/PLC) và khối ra (van điện từ solenoid, xilanh khí nén, động cơ điện).
Ký hiệu đại lượng Tên tiếng Anh Đại lượng vật lý Đơn vị đo
$l$ Length Chiều dài $\text{m}$
$m$ Mass Khối lượng $\text{kg}$
$t$ Time Thời gian $\text{s}$
$T$ Temperature Nhiệt độ $\text{K}$
$F$ Force Lực $\text{N}$
$A$ / $A'$ Piston surface / Annular surface Diện tích mặt piston / Diện tích vành khăn $\text{m}^2$
$V$ Volume Thể tích $\text{m}^3$
$q_V$ Volumetric flow rate Lưu lượng thể tích $\text{m}^3/\text{s}$
$q_B$ / $q_n$ Air consumption / Nominal flow rate Lưu lượng khí tiêu thụ / Danh định $\text{l/min}$
$p$, $p_{\text{abs}}$, $p_{\text{amb}}$, $p_e$ Pressure / Absolute / Ambient / Excess Áp suất / Tuyệt đối / Môi trường / Áp suất dư $\text{bar} \ (\text{Pa})$
$D$ / $d$ Cylinder diameter / Piston rod diameter Đường kính trong xilanh / Đường kính cần $\text{m}$
$F_{\text{eff}}$ / $F_F$ / $F_R$ Effective / Retract spring / Friction force Lực tác dụng piston / Lực lò xo / Lực ma sát $\text{N}$
$s$ Stroke length Khoảng tác dụng (hành trình piston) $\text{cm}$
$n$ Revolutions per minute Tốc độ quay $\text{vòng/phút}$
$v$ Velocity of piston Vận tốc của piston $\text{m/s}$

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai qua hai bước chính:

  • Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tham khảo sách chuyên ngành chế tạo máy, giáo trình khí nén - thủy lực, tài liệu tra cứu chế độ cắt, các công cụ tìm kiếm trên internet và tài liệu kỹ thuật tiếng Anh để xây dựng cơ sở tính toán.
  • Phương pháp phân tích: Phân tích bản vẽ kết cấu chi tiết kềm cắt da, đánh giá điều kiện làm việc của vật liệu Inox 420, so sánh các sơ đồ công nghệ gá đặt và cắt gọt để chọn lọc giải pháp tối ưu.

Nguồn dữ liệu sử dụng trong đồ án gồm: Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy tập 2, sách Chế độ cắt gia công cơ khí, bảng tra thông số dao phay hợp kim và các dữ liệu thực nghiệm về kềm cắt da Kềm Nghĩa.

Thiết kế và triển khai

Thiết bị được thiết kế chuyên dùng cho nguyên công phay hốc hạt đậu trên thân kềm cắt da. Biên dạng hốc cần gia công gồm 2 cung tròn tiếp tuyến:

  • Cung thứ nhất: Bán kính $R_1 = 10{,}5\text{ mm}$.
  • Cung thứ hai: Bán kính $R_2 = 4\text{ mm}$.
  • Vật liệu phôi: Thép không gỉ mác Inox 420 (thành phần Crom từ $12%$ đến $17%$, Cacbon $\le 0{,}4%$, nhiệt độ austenit hóa tôi ram từ $950^\circ\text{C}$ đến $1100^\circ\text{C}$).

Tác giả đã lập bảng so sánh kỹ thuật giữa 2 phương án gia công:

Tiêu chí so sánh Phương án 1 (Đặt dao ngang) Phương án 2 (Phay 2 bước: dao đi xuống và bàn đẩy lên)
Sơ đồ định vị và dao Trục dao đặt nằm ngang, phôi kẹp cố định trên đồ gá phức hợp Chuẩn tinh: rãnh khống chế 2 bậc, mặt đáy khống chế 3 bậc, mặt bên khống chế 1 bậc
Quy trình chạy dao Dao phay chuyển động định hình một lần Bước 1: Dao đi xuống phay cung thứ nhất ($R_2 = 4\text{ mm}$)
Bước 2: Chi tiết được đẩy lên để phay cung thứ hai ($R_1 = 10{,}5\text{ mm}$)
Ưu điểm - Gia công có độ chính xác cao hơn
- Có tính khả thi về mặt hình học		 - Thời gian gia công ngắn, năng suất cao
- Đồ gá dễ chế tạo, chi phí thấp, hiệu quả kinh tế cao
- Tính khả thi chế tạo thực tế cao
Nhược điểm - Đồ gá khó chế tạo, đòi hỏi độ chính xác rất cao
- Cần nhiều cơ cấu giữ phôi, độ cứng vững thấp		 - Độ chính xác gia công thấp hơn phương án 1
Đánh giá lựa chọn Loại bỏ do độ phức tạp kết cấu Được lựa chọn để thiết kế và chế tạo máy

Hệ thống cơ cấu chấp hành sử dụng nguồn năng lượng khí nén, bao gồm 5 xilanh tác dụng kép thực hiện chu trình chuyển động tự động:

  • Piston 1: Đẩy chi tiết/phôi từ vị trí cấp liệu vào vị trí gia công.
  • Piston 2: Tác động từ trên xuống tạo lực kẹp chặt chi tiết trên đồ gá.
  • Piston 3: Dẫn động trục dao phay tịnh tiến xuống để gia công cung thứ nhất.
  • Piston 4: Dẫn động bàn gá chi tiết nâng lên để phay cung thứ hai ($R_1 = 10{,}5\text{ mm}$).
  • Piston 5: Đẩy chi tiết đã gia công xong ra khỏi vùng làm việc.

Các thông số tính toán động lực học, chế độ cắt và kết cấu máy được tổng hợp cụ thể như sau:

  • Dụng cụ cắt: Sử dụng dao phay ngón hợp kim có đường kính $D = 8\text{ mm}$, chiều dài tổng thể $L = 70\text{ mm}$, chiều dài phần làm việc $l = 25\text{ mm}$.
  • Chế độ cắt (cả 2 bước phay): Chiều sâu cắt $t = 1\text{ mm}$; lượng chạy dao răng $S_z = 0{,}03\text{ mm/răng}$; hệ số vận tốc $C_v = 46{,}7$; các số mũ $q_v = 0{,}45$, $X_v = 0{,}5$, $Y_v = 0{,}5$, $u_v = 0{,}1$, $p_v = 0{,}1$, $m = 0{,}33$; tuổi bền dao $T = 100\text{ phút}$. Lực cắt tiếp tuyến xác định được là $P_z = 7{,}9\text{ kG}$; công suất cắt $N = 0{,}12\text{ kW}$.
  • Tính toán lực kẹp ($W$): Bán kính ma sát $R_{\text{ms}} = 15\text{ mm}$, khoảng cách tay đòn $a = 12\text{ mm}$, hệ số ma sát giữa bề mặt đã gia công và hàm kẹp $f = 0{,}4$. Tích các hệ số an toàn $K = K_0 \cdot K_1 \cdot K_2 \cdot K_3 \cdot K_4 \cdot K_5 = 1{,}5 \cdot 1{,}1 \cdot 1{,}4 \cdot 1{,}2 \cdot 1{,}0 \cdot 1{,}2 = 4{,}12$. Lực kẹp cần thiết tính ra là $W = 128{,}75\text{ N}$.
  • Tính chọn kích thước xilanh khí nén:
    • Khối lượng riêng vật liệu: $d = 7{,}85 \cdot 10^3\text{ kg/m}^3$.
    • Piston đẩy lên: Lực tác dụng $F = 160\text{ N} \rightarrow$ đường kính tính toán $d_{\text{đl}} = 14{,}3\text{ mm} \rightarrow$ Chọn đường kính tiêu chuẩn $d_{\text{đl}} = 40\text{ mm}$.
    • Piston kẹp chặt: Lực kẹp $F = 128{,}75\text{ N} \rightarrow$ đường kính tính toán $d_{\text{kc}} = 12{,}8\text{ mm} \rightarrow$ Chọn đường kính tiêu chuẩn $d_{\text{kc}} = 20\text{ mm}$.
    • Piston đẩy vào: Lực đẩy $F = 150\text{ N} \rightarrow$ đường kính tính toán $d_{\text{đv}} = 13{,}8\text{ mm} \rightarrow$ Chọn đường kính tiêu chuẩn $d_{\text{đv}} = 30\text{ mm}$.
  • Tính chọn bộ truyền đai thang: Đường kính bánh đai nhỏ $d_1 = 110\text{ mm}$; tỉ số truyền lý thuyết $u = 1{,}5 \rightarrow$ đường kính tính toán $d_2 = 165\text{ mm}$, chọn đường kính bánh lớn tiêu chuẩn $d_2 = 160\text{ mm}$ ($\text{tỉ số truyền thực tế } u = 160 / 110 = 1{,}45$). Khoảng cách trục được chọn $a = 1{,}5 \cdot d_2$.
  • Hệ thống điều khiển: Thiết kế mạch khí nén sử dụng các van đảo chiều điện từ kết hợp với mạch điều khiển lập trình PLC nhằm kiểm soát chính xác hành trình của 5 piston theo giản đồ trạng thái.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Giới thiệu

Chương I trình bày tính cấp thiết của việc áp dụng tự động hóa vào sản xuất cơ khí tiêu dùng trong bối cảnh các doanh nghiệp sản xuất thu hút 70–80% lực lượng lao động. Tác giả nêu rõ mục tiêu thiết kế thiết bị tự động hóa chuyên dùng gia công hốc kềm Nghĩa và đưa ra sản phẩm thực tế đã thi công. Chương này cũng phân tích ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn, xác định đối tượng nghiên cứu là chi tiết kềm cắt da bằng thép không gỉ Inox 420, phạm vi tài liệu và phương pháp nghiên cứu tài liệu kết hợp phương pháp phân tích.

Chương II: Tổng quan

Chương II khảo sát bức tranh tổng quan về sự hình thành và phát triển của ngành cơ khí Việt Nam từ năm 1956 (các nhà máy Cơ khí Hà Nội, Cẩm Phả, Gia Lâm, Trần Hưng Đạo, Sông Công, Bạch Đằng, Phà Rừng...). Chương phân tích thực trạng ngành cơ khí TP. Hồ Chí Minh với đặc điểm quy mô nhỏ, chủ yếu sản xuất đơn chiếc hoặc loạt nhỏ, tổng giá trị sản lượng năm 1996 đạt 200 tỷ đồng, năng suất lao động trung bình 40 triệu đồng/người/năm, và tỷ trọng thiết bị tiên tiến chỉ chiếm khoảng 15%. Tiếp đó, chương giới thiệu xu hướng ứng dụng CAD/CAM/CIM (phần mềm BK-CAD, MeCAD, Cimatron 90, máy CNC) và hệ thống hóa 3 hình thức tự động hóa sản xuất: tự động hóa cứng, tự động hóa lập trình và tự động hóa linh hoạt.

Chương III: Giải quyết vấn đề

Chương III là nội dung trọng tâm của đồ án, giải quyết tuần tự 7 bước kỹ thuật:

  1. Phân tích kết cấu kềm cắt da và đặc tính cơ lý, chế độ nhiệt luyện của thép không gỉ Inox 420 (Martensite, Cr 12–17%, tôi ram $950^\circ\text{C}$–$1100^\circ\text{C}$).
  2. Nghiên cứu bản vẽ chi tiết và xác định bề mặt gia công hốc hạt đậu.
  3. Xác định kích thước 2 cung biên dạng: $R_1 = 10{,}5\text{ mm}$ và $R_2 = 4\text{ mm}$.
  4. Phân tích 2 phương án gia công và quyết định chọn Phương án 2 (chia 2 bước cắt kết hợp nâng bàn máy).
  5. Thiết kế sơ đồ nguyên lý cơ cấu chấp hành với 5 xilanh khí nén và xây dựng giản đồ trạng thái làm việc.
  6. Tính toán chế độ cắt (dao phay ngón hợp kim $D = 8\text{ mm}$, $t = 1\text{ mm}$, $S_z = 0{,}03\text{ mm/răng}$, $P_z = 7{,}9\text{ kG}$, công suất $N = 0{,}12\text{ kW}$), tính lực kẹp ($W = 128{,}75\text{ N}$ với hệ số an toàn $K = 4{,}12$), tính và chọn đường kính các xilanh ($d_{\text{đl}} = 40\text{ mm}$, $d_{\text{kc}} = 20\text{ mm}$, $d_{\text{đv}} = 30\text{ mm}$), tính chọn bộ truyền đai thang ($d_1 = 110\text{ mm}$, $d_2 = 160\text{ mm}$, $u = 1{,}45$).
  7. Thiết kế sơ đồ mạch điện khí nén và sơ đồ ghép nối bộ điều khiển lập trình PLC.

Chương IV: Cơ sở lý thuyết

Chương IV hệ thống hóa toàn bộ kiến thức lý thuyết về kỹ thuật khí nén và mạch điều khiển tự động:

  • Trình bày ưu nhược điểm của hệ thống khí nén (truyền động thẳng linh hoạt, an toàn, chống cháy nổ nhưng bị hạn chế về công suất truyền tải và độ ổn định vận tốc khi tải thay đổi).
  • Cấu trúc hệ thống khí nén gồm 3 khối: trạm nguồn, khối điều khiển và khối chấp hành (xilanh đơn, xilanh kép có/không đệm giảm chấn, xilanh quay góc quay $0^\circ$–$360^\circ$ mô-men 0,5–20 Nm ở áp suất 6 bar, xilanh xoay $0^\circ$–$270^\circ$, động cơ cánh gạt, giác hút).
  • Định nghĩa các đại lượng áp suất, lưu lượng và công thức tính lực tác dụng $F = P \cdot A$.
  • Giới thiệu tổng quan cấu trúc hệ thống điều khiển nối cứng và điều khiển logic khả trình PLC (khối vào, khối xử lý, khối ra) cùng các dòng PLC thông dụng trên thị trường như Siemens (S7-200, S7-300, S7-400, S5-100U), Mitsubishi (Alpha, FX0S, FX0N, FX1N, FX2N, Q Series), Omron (ZEN-10C, CJ1M), Koyo (DL05) và T100MD-1616.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể:

  • Xác lập đầy đủ thông số động lực học và chế độ cắt cho nguyên công phay hốc hạt đậu trên kềm Inox 420: dao phay ngón hợp kim $D = 8\text{ mm}$, chiều sâu cắt $t = 1\text{ mm}$, lượng chạy dao $S_z = 0{,}03\text{ mm/răng}$, lực cắt $P_z = 7{,}9\text{ kG}$, công suất cắt tiêu hao $N = 0{,}12\text{ kW}$.
  • Tính toán chính xác lực kẹp chặt phôi $W = 128{,}75\text{ N}$ với hệ số an toàn tổng hợp $K = 4{,}12$, đảm bảo chống xoay chi tiết quanh chốt định vị ($R_{\text{ms}} = 15\text{ mm}$, $a = 12\text{ mm}$, hệ số ma sát $f = 0{,}4$).
  • Thiết kế hoàn chỉnh hệ thống chấp hành khí nén gồm 5 xilanh với các kích thước tiêu chuẩn được lựa chọn: xilanh nâng bàn $d = 40\text{ mm}$ (lực $160\text{ N}$), xilanh kẹp chặt $d = 20\text{ mm}$ (lực $128{,}75\text{ N}$), xilanh nạp phôi $d = 30\text{ mm}$ (lực $150\text{ N}$); cùng bộ truyền đai thang $d_1 = 110\text{ mm}$, $d_2 = 160\text{ mm}$ ($u = 1{,}45$).
  • Đề xuất giải pháp công nghệ phân tách biên dạng hốc kềm thành 2 bước cắt độc lập (phay cung $R_2 = 4\text{ mm}$ bằng chuyển động tịnh tiến đứng của dao và phay cung $R_1 = 10{,}5\text{ mm}$ bằng chuyển động nâng bàn máy), giúp đơn giản hóa đáng kể kết cấu đồ gá so với phương án đặt dao ngang.
  • Thiết kế sơ đồ mạch khí nén và mạch PLC đồng bộ, giải quyết bài toán tự động hóa nguyên công với chu kỳ làm việc mục tiêu $Q = 3\text{ s/sản phẩm}$, khắc phục tình trạng phụ thuộc tay nghề thợ thủ công và giảm thiểu phế phẩm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Phương án 2 được lựa chọn có độ chính xác gia công hình học biên dạng thấp hơn so với phương án gia công định hình bằng dao ngang.
    • Hệ thống sử dụng truyền động khí nén nên vận tốc làm việc của các cơ cấu chấp hành dễ bị dao động khi tải trọng cắt thay đổi do tính đàn hồi của khí nén; đồng thời khí xả thoát ra môi trường có thể gây tiếng ồn trong quá trình vận hành liên tục.
    • Đồ án mới chỉ tập trung nghiên cứu, thiết kế thiết bị chuyên dùng cho riêng một nguyên công gia công hốc hạt đậu của chi tiết kềm cắt da, chưa bao quát toàn bộ dây chuyền chế tạo hoàn chỉnh sản phẩm.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Tiếp tục hoàn thiện kết cấu đồ gá và cơ cấu định vị để nâng cao độ chính xác gia công biên dạng hốc kềm.
    • Tối ưu hóa hệ thống đường ống khí nén, lắp đặt bộ phận giảm thanh và bộ điều áp - tiết lưu điều chỉnh được nhằm duy trì chuyển động ổn định và giảm tiếng ồn.
    • Nghiên cứu mở rộng thiết kế các cụm thiết bị tự động hóa chuyên dùng cho các nguyên công còn lại trong quy trình sản xuất kềm cắt da.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Chế tạo máy, Cơ khí và Cơ điện tử: Cung cấp phương pháp luận hoàn chỉnh từ bước phân tích chi tiết gia công, lập phương án công nghệ, tính toán chế độ cắt kim loại đến tính chọn thiết bị cơ khí, xilanh khí nén và thiết kế hệ thống điều khiển PLC.
  • Cán bộ kỹ thuật và kỹ sư thiết kế máy chuyên dùng: Có thể tham khảo trực tiếp các bảng tính chế độ cắt khi gia công thép không gỉ mác Inox 420 (Martensite), cách xác định hệ số an toàn lực kẹp ($K = 4{,}12$) và các bước tính chọn xilanh tiêu chuẩn từ lực tác dụng.
  • Các phần nội dung đáng tham khảo nhất: Sơ đồ công nghệ phay phân bước hốc hạt đậu tại Chương III; phương pháp tính toán cân bằng mô-men chống xoay chi tiết để tìm lực kẹp; và quy trình tính toán lực - đường kính xilanh khí nén.

Câu hỏi thường gặp

1. Chi tiết kềm cắt da trong đồ án được chế tạo từ loại vật liệu nào và cần xử lý nhiệt luyện ra sao?
Chi tiết kềm cắt da được làm từ thép không gỉ Inox 420 (thuộc nhóm thép Martensite, mác UNS S42000) có hàm lượng Crom từ $12%$ đến $17%$ và Cacbon $\le 0{,}4%$. Chế độ nhiệt luyện của loại thép này bao gồm các bước austenit hóa ở nhiệt độ cao từ $950^\circ\text{C}$ đến $1100^\circ\text{C}$, tôi trong dầu hoặc không khí và ram để đạt độ bền, độ cứng theo yêu cầu.

2. Hốc hạt đậu trên kềm cắt da có các kích thước hình học cần gia công là bao nhiêu?
Biên dạng hốc kềm cần gia công bao gồm 2 cung tròn tiếp tuyến: cung thứ nhất có bán kính $R_1 = 10{,}5\text{ mm}$ và cung thứ hai có bán kính $R_2 = 4\text{ mm}$.

3. Tại sao tác giả lại chọn Phương án 2 để gia công hốc kềm thay vì Phương án 1?
Mặc dù Phương án 1 (đặt dao ngang) cho độ chính xác cao hơn, nhưng đồ gá lại rất khó chế tạo, đòi hỏi độ chính xác cao, cần nhiều cơ cấu giữ phôi và có độ cứng vững thấp. Tác giả chọn Phương án 2 (phay 2 bước: dao đi xuống và bàn đẩy lên) vì phương án này có thời gian gia công ngắn, năng suất cao, đồ gá dễ chế tạo, mang lại hiệu quả kinh tế cao và có tính khả thi chế tạo thực tế lớn hơn.

4. Hệ thống chấp hành khí nén của thiết bị gồm bao nhiêu piston và mỗi piston thực hiện nhiệm vụ gì?
Hệ thống sử dụng 5 piston khí nén làm cơ cấu chấp hành:

  • Piston 1: Đẩy chi tiết/phôi vào vị trí gia công.
  • Piston 2: Đẩy xuống để kẹp chặt chi tiết.
  • Piston 3: Dẫn động đầu dao phay đi xuống gia công cung thứ nhất.
  • Piston 4: Đẩy bàn máy nâng lên để phay cung $R_1 = 10{,}5\text{ mm}$.
  • Piston 5: Đẩy chi tiết thành phẩm ra ngoài.

5. Các kích thước đường kính xilanh khí nén được tính toán và lựa chọn tiêu chuẩn là bao nhiêu?

  • Xilanh đẩy lên: Lực $F = 160\text{ N}$, đường kính tính toán $14{,}3\text{ mm}$, chọn đường kính tiêu chuẩn $d = 40\text{ mm}$.
  • Xilanh kẹp chặt: Lực $F = 128{,}75\text{ N}$, đường kính tính toán $12{,}8\text{ mm}$, chọn đường kính tiêu chuẩn $d = 20\text{ mm}$.
  • Xilanh đẩy vào: Lực $F = 150\text{ N}$, đường kính tính toán $13{,}8\text{ mm}$, chọn đường kính tiêu chuẩn $d = 30\text{ mm}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị chuyên dùng gia công hốc kềm cắt da” đã giải quyết thành công bài toán tự động hóa một nguyên công quan trọng trong quy trình sản xuất kềm Kềm Nghĩa bằng thép Inox 420. Thông qua việc đề xuất phương án phay 2 bước kết hợp với hệ thống 5 cơ cấu chấp hành khí nén và mạch điều khiển PLC, thiết bị đáp ứng mục tiêu năng suất làm việc $Q = 3\text{ s/sản phẩm}$. Toàn bộ các thông số chế độ cắt gọt, lực kẹp chi tiết và kích thước xilanh đã được tính toán đầy đủ, tạo cơ sở kỹ thuật vững chắc cho việc chế tạo và ứng dụng máy chuyên dùng trong sản xuất cơ khí thực tế.