MỞ ĐẦU
Hiện nay, cùng với sự phát triển của ngành cơ khí, môn học Đồ gá thực sự là hành trang mỗi kĩ sư trước khi tiến hành làm các đò án môn học khác. Môn Đồ gá được đem vào giảng dạy ở hầu hết các trường kĩ thuật và càng ngày không ngừng được cải tiến. Đối với mỗi sinh viên cơ khí, Bài tập lớn Đồ gá là môn học giúp sinh viên làm quen với việc giải quyết các vấn đề trang bị gá đặt để gia công. Khi làm bài tập lớn này ta phải làm quen với cách sử dụng tài liệu, cách tra sổ tay cũng như so sánh lý thuyết đã học với thực tiễn sản xuất cụ thể một đồ gá. Để hoàn thành được bài tập này, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy :…………… đã hướng dẫn em hoàn thành Bài tập lớn này.
……., ngày….tháng….năm 20…
Sinh viên thực hiện
………………….
PHẦN 1
LÝ THUYẾT
1. Kẹp chặt bằng ống kẹp đàn hồi.
Ống kẹp đàn hồi là cơ cấu kẹp đùng để định vị và kẹp chặt các mặt trụ ngoài của chi tiết gia công. Ngoài mặt trụ, ống kẹp còn có thể dùng để định vị và kẹp chặt nhiều dạng bề mặt khác nhau khi gia công trên các máy tiện, máy tự động và máy revônve. Các ống kẹp đàn hồi cho phép định tâm cao, đạt độ chính xác 0,02- 0,05mm, khi đó mặt chuẩn định vị của chi tiết cần được gia công đạt cấp chính xác 2 - 3.
Ống kẹp đàn hồi có hai loại loại đẩy và loại kéo. Trong ống kẹp đàn hồi, lực kéo hay lực đẩy cần thiết ở cán để xiết các vấu kẹp phụ thuộc vào lực kẹp chặt chi tiết gia công.
Ống kẹp đàn hồi còn được gọi là xăngga hay bạc bóp. Thực chất nó là các ống xẻ rãnh, tuỳ theo kích thước mà có 3, 4, 5 khác nhau để tạo thành các chấu đàn hồi được ống kẹp với nguyên lý tạo ra lực kẹp dựa vào sự biến dạng của các ống xẻ rãnh.
Với ống kẹp loại đẩy, khi đó dưới tác dụng của lực đẩy các chấu bóp lại khử khe hở f và kẹp chặt chi tiết lại. Các công thức tính:
Lực Q ở cán, trong trường hợp không có chốt tỳ mặt đầu để định vị chính xác chi tiết theo chiều dài, xác định theo:
Với:
w: Lực kẹp tổng cộng của tất cả các vấu kẹp.
w’: Lực kẹp sơ bộ của các vấu kẹp để khử khe hở giữa các vấu kẹp và bề mặt gia công.
a: Góc ở dỉnh ống kẹp: a = 300 - 400.
j: Góc ma sát giữa mặt côn của ống kẹp và bạc lót bên ngoài.
tgj = 0,1 - 0,15
Trong đó:
K: Hệ số an toàn K = 1,2 - 1.5
f: Hệ số ma sát giữa ống kẹp và chi tiết gia công, phụ thuộc vào dạng bề mặt làm việc của cơ cấu kẹp, f = 0,25 - 0,5.
M: Momen do ống kẹp tạo ra (kG.cm)
r: Bán kính phần bề mặt bị kẹp của chi tiết (mm).
Px: Lực tác dụng dọc trục chi tiết gia công (MPa).
Mỗi vấu kẹp ta coi là một chi tiết conxon do đó lực tác dụng w’ được tính theo công thức:
Trong đó:
E: Modul đàn hồi của vật liệu làm ống kẹp.
J: Momen quán tính của phần tiết diện mỏng của ống kẹp.
f1: Độ võng của vấu kẹp bằng một nửa khe hở đường kính giữa ống kẹp và mặt chuẩn của chi tiết gia công.
l: Chiều dài chuẩn của vấu kẹp tính từ đầu cuỗi của rãnh tới điểm giữa của phần côn ống kẹp.
n: Số lượng vấu kẹp.
2. Cơ cấu kẹp bằng dầu thuỷ lực.
Dầu thuỷ lực cũng là một hình thức truyền động hay được dùng trong đồ gá. Dầu thuỷ lực có áp suất cao nên dùng để kẹp chặt các chi tiết to và nặng có lực cắt lớn.
Trong trường hợp chi tiết gia công lớn mà dùng cơ cấu kẹp khác như khí nén chẳng hạn thì kết cấu kết cấu của cơ cấu kẹp sẽ rất cồng kềnh.
Dầu thuỷ lực có nhược điểm là luôn phải chịu áp suất nên cần có thiết bị kèm theo máy vì thế tốn kém và ít được sử dụng. Tuy nhiên trên các máy công cụ có hệ thống bơm thuỷ lực trung tâm thì có thể lấy một nhánh ra để dùng cho đồ gá.
Tuỳ thuộc vào công dụng truyền động mà có thể ứng dụng vào một hay nhóm 3 - 5 đồ gá cùng một lúc. Nhóm đồ gá dùng dầu thuỷ lực bao gồm các thiết bị chủ yếu sau đây: động cơ, xilanh công tác, bơm dầu, bể chứa dầu, thiết bị điều khiển, hệ thống đường ống dẫn.
Ví dụ như sơ đồ kẹp ở trên cơ cấu kẹp có các bộ phận chính như sau.
1: Bể chứa dầu.
2: Bơm bánh răng.
3: Van an toàn.
4: Pittông chính.
5: Xilanh chính
6: Các ống dẫn.
7: Cơ cấu điều khiển.
8: Đòn kẹp
9: Chi tiết cần kẹp.
Những số liệu cần thiết để tính toán cơ cấu kẹp chặt bằng dầu thuỷ lực là lực cán ở pittông Q(kG) phụ thuộc vào áp xuất dầu và diện tích của pittông, chiều dài hành trình của pittông L (m) và thời gian hành trình của pittong (phút).
Lực Q ở cán pittông của xilanh tác động một chiều.
- Loại đẩy:
- Loại kéo:
Đối với xilanh tác dụng hai chiều:
- Lực bền buồng không có cán pittông:
- Lực bên buồng có cán pittông:Với các ký hiệu:
D: Đường kính của pittông (cm);
p: áp suất dầu lên pittông (25 - 75 kG/cm2).
h: Hệ số có ích h = 0,85 - 0,9
q: Lực cản của lò xo ở vị trí căng nhất (kG).
d: Đường kính cán pittông (cm).
Khi chúng ta đã biết áp suất của dầu là p, diện tích tiếp xúc của pittông là F thì:
Từ đó đường kính của pittông là:
Năng xuất của máy bơm V (lít/phút).
Trong đó:
Q: Lực ở cán pittông (kG).
L: Chiều dài hành trình công tác của pittông (cm).
t: Thời gian hành trình của cán (phút).
p: áp suất của dầu (Mpa hay kG/cm2).
h1: Hệ số có ích của cơ cấu có tính đến hiện tượng rò rỉ dầu (h1=0,85).
Thời gian cho cán pittông chuyển động được xác đinh theo công thưc:
Công suất tiêu thụ:
Với
V: Năng suất máy bơm (lít/phút).
p: áp suất của dầu.
h2: Hiệu xuất của máy bơm.
3. Cơ cấu kẹp bằng từ điện từ.
Các truyền động bằng từ hay điện từ hay được dùng để kẹp chặt các chi tiết mỏng nếu như dùng các cớ cấu kẹp khác dễ làm cho chi tiết bị biến dạng.
Ở cớ cấu kẹp loại này ta có thể sử dụng từ tính vĩnh cửu hay điện từ.
+ Từ tính vĩnh cửu ít được sử dụng do lực kẹp yếu, mà sau một thời gian làm việc từ tính bị yếu đi do nhiệt độ và xung lực.
+ Điện từ được sử dụng nhiều hơn, nhất là trên các máy mài hoặc đôi khi trên các máy phay, máy khoan để gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp. Trên hình vẽ là các sơ đồ nguyên lý của đồ gá dùng điện từ và từ vĩnh cửu.
Kết cấu của đồ gá điện từ trên hình vẽ gồm:
Các cuộn dây 5.
Các tấm dẫn từ 3.
Tấm ngăn cách 2.
Lớp ngăn cách từ 4 và đế 7.
Chi tiết cần gia công 1.
Nguyên lý hoạt động của đố gá này như sau: Khi có dòng điện đi qua cuộn dây 5, trong cuộn dây tao ra một từ trường, hướng của từ thông F đi từ N tới S, tạo thành một mạch kín và sinh ra lực kẹp chặt chi tiết 1. Kết cấu của đồ gá dùng từ vĩnh cửu trên hình vẽ chỉ khác đồ gá điện từ là dùng nam châm vĩnh cửu 5 thay cho các cuộn dây (của đồ gá điện từ). Khi dùng từ vĩnh cửu thì từ thông F cũng tạo ra một mạch kín và sinh ra lực để kẹp chặt chi tiết 1.
Đồ gá từ hoặc điện từ dùng để kẹp chặt các chi tiết có tính dẫn từ cao. Những vật liệu có tính dẫn từ cao là thép không nhiệt luyện. Các loại gang thép nhiệt luyện thép hợp kim có tính dẫn từ kém, cho nên khi gia công các điện từ .
Khi thiết kế đồ gá điện từ cần có những dữ liệu ban đầu như: hình dáng và kích thước của chi tiết gia công, lực cắt, lực kẹp cần thiết. Những thông số cần xác định khi tinh đồ gá điện từ là:
R : Điện trở của cuộn dây.
L: Chiều dài của cuộn dây (m).
q: Tiết diện của cuộn dây (mm2).
p: Điện trở riêng của cuộn dây.
Sau khi tính được R ta dựa vào hiệu điện thế U và dòng công suất tính ra lượng nhiệt của cuộn dây và có các biện pháp làm nguội cơ cấu.
PHẦN 2
THIẾT KẾ ĐỒ GÁ
Thiết kế đồ gá gia công khoan lỗ F16 bên phải của chi tiết dạng càng số C1
I. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết dạng càng.
Càng là loại chi tiết có một hay hai lỗ cơ bản mà đường tâm của chúng có thể song song hay tạo với nhau một góc nào đó.
Các chi tiết dạng càng thường dùng để truyền chuyển động từ quay sang chuyển động tịnh tiến, hay làm nhiệm vụ gạt các bánh răng trong hộp số khi cần thay đổi tỷ số truyền.
Trên chi tiết dạng càng thì ngoài những lỗ cơ bản nó còn các lỗ dùng để kẹp chặt, bề mặt then, bề mặt định hình. Điều kiện làm việc của các chi tiết dạng càng đòi hỏi khá cao vì nó luôn chịu ứng suất thay đổi theo chu kì, luôn luôn chịu lực va đập tuần hoàn.
II. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết.
Bề mặt làm việc của càng gạt là các bề mặt trong của các lỗ. Cụ thể là ta phải đảm bảo các điều kiện kỹ thuật sau đây:
- Độ không song song giữa đường tâm các lỗ.
- Độ vuông góc của các lỗ với mặt đầu.
- Khoảng cách giữa các đường tâm lỗ cần được đảm bảo độ chính xác.
- Chi tiết dạng càng thường có dạng thanh dẹt, dài, yếu nên cần đảm bảo kết cấu của càng đủ cứng vững người ta thiết kế có thêm gân tăng cứng ở một phía của càng.
Với những yêu cầu kỹ thuật như trên ta có thể đưa ra một số nét công nghệ điển hình khi gia công chi tiết càng gạt như sau:
- Kết cấu của chi tiết phải đảm bảo được khả năng cững vững nên thiết kế càng có sử dụng thêm gân tăng lực cho càng.
- Với càng gạt, do kích thước không lớn lắm nên ta có thể chọn phôi dập để đảm bảo các điều kiện làm việc khắc nhiệt của chi tiết.
- Chiều dài các lỗ cơ bản nên lấy bằng nhau, các mặt đầu của chúng thuộc hai mặt phẳng song song với nhau. Càng C1 ta thiết kế đồ gá có các mặt đầu cùng nằm trên một mặt phẳng, hay trên các mặt phẳng song song với nhau nên trong quá trình gia công ta có thể gia công một lần trong cùng một nguyên công hay một lần chạy dao.
- Kết cấu của chi tiết nên đối xứng với mặt nào đó. Với chi tiết càng gạt mà ta cần gia công các lỗ vuông góc cần thuận lợi cho việc gia công các lỗ ren phụ
- Kết cấu của chi tiết cần thuận lợi cho việc chọn chuẩn thô, chuẩn tinh thống nhât khi gia công.
Với càng gạt C1, nguyên công đầu tiên là gia công mặt phẳng A, D, và E để làm chuẩn gia công các nguyên công sau, các nguyên công tiếp theo là:
- Nguyên công 2: Gia công mặt phẳng M, N và P.
- Nguyên công 3: Gia công lỗ 62.
- Nguyên công 4: Gia công lỗ 16 bên trái.
- Nguyên công 5: Gia công lỗ 16 bên phải.
- Nguyên công 6: Gia công cắt đứt rãnh 10.
Yêu cầu thiết kế đồ gá cho nguyên công 5: Gia công lỗ 16 bên phải. Vật liệu gia công: thép.
III. Thiết kế đồ gá cho nguyên công 5: Gia công lỗ 16 bên phải.
3.1. Phân tích:
Để gia công được lỗ 16 bên phải đạt được kích thước và cấp chính xác 6 , ta cần phải thực hiện theo 3 bước:
- Khoan lỗ.
- Khoét lỗ
- Doa lỗ.
Như vậy ta dễ dàng nhận ra rằng với bước khoan lỗ thì lực cắt xuất hiện là lớn nhất nên ta chỉ cần thiết kế đồ gá cho bước khoan là đủ.
3.2. Lập sơ đồ gá:
Gia công lỗ 16 cần đảm bảo độ vuông góc của tâm của lỗ với mặt dầu C, đảm bảo kích thước và cấp chính xác cần phải đạt được.
Để đảm bảo các yêu cầu về độ cững vững khi gá đặt cũng như trong quá trình gia công ta. Do vậy ta dùng phiến tỳ hạn chế 3 bậc tự do định vị vào mặt M, N và P thực chất ba mặt phẳng này chỉ là một mặt phẳng mà thôi do nó được tạo hình thông qua một lần chạy dao thẳng khi gia công, và dùng một chốt trụ ngắn định vị vào lỗ F42, một chốt trụ trám định vị vào lỗ F16.
- Mặt tỳ: Mặt M, N và P đã được gia công tinh, ta sử dụng một phiến tỳ cố định để định vị ba bậc tự do của chi tiết.
- Chốt trụ ngắn: Chốt trụ này này khống chế 2 bậc tự do của chi tiết. Chốt được làm từ vật liệu thép Y8A, có độ cứng HRC5060. Kích thước của chốt lắp với thân đồ gá theo chế độ lắp trung gian .
- Do lỗ F16 bên trái đã được gia công nên ta có thể dùng chốt trụ trám định vị vào mặt này. Kích thước của chốt được lắp lên thân đồ gá theo chế độ lắp trung gian
3.3 Chọn máy:
Chọn máy khoan 216A.
3.4 Chọn dao:
- Với bước 1: Ta dùng mũi khoan thép hợp kim.
- Với bước 2: Mũi khoét thép hợp kim.
- Với bước 3: Ta dùng dao doa, gia công tinh lần cuối.
3.5 Chế độ cắt:
a, Bước 1: Chế độ cắt của khoan lỗ 14: Còn khoảng kích thước còn lại do hai bước tiếp theo là khoét và doa đảm nhiệm.
- Ta dùng mũi khoan thép gió.
Chiều sâu cẳt khi khoan lỗ:
Với vật liêu chế tạo chi tiết càng gạt C1 là thép 45 có HB 240 - 300, với lượng chạy dao là S = 0,20 mm/vòng.
Khi đó tốc độ cắt khi khoan là:
Với:
D: Đường kính danh nghĩa của mũi khoan.
Các hệ số ta tra được ở bảng 5 - 28 (Sổ tay Công nghệ chế tạo máy - Tầp 2), với vật liệu làm lưỡi cắt là P6M5.
Cv = 7,0; q = 0,4; m = 0,2; y = 0,7
Tuổi thọ của mũi khoan tra được theo bảng 5 - 30 (Sổ tay công nghệ chế tạo máy - Tập 2): T = 20 (phút).
Hệ số: Kv = KMV. KHV. KLV
Trong đó:
KMV: Hệ số phụ thuộc vật liệu gia công. Tra bảng ta được:
KHV: Hệ số phụ thuộc vật liệu dụng cụ cắt, tra bảng 5-6 (Sổ tay công nghệ chế tạo máy- tập 2) ta có: KMV = 1,0.
KLV: Hệ số phụ thuộc vào chiều sâu khoan.
Với chiều sâu khoan khoảng 7mm tra bảng ta được: KLV = 1,0.
3.6 Lập sơ đồ tính lực:
Khi mũi khoan, hay mũi khoét hay doa tác dụng vào phôi một momen xoắn Mx và một lực Po hướng từ trên xuống. Để chống lại ảnh hưởng của momen Mx tới yêu cầu gia công ta phải tiến hành cân bằng chúng bằng momen ma sát, do cơ cấu kẹp sinh ra, nếu momen Mx quá lớn thì ta dùng thêm khối V tự lựa định vị thêm.
Tính lực cắt và momen xoắn khi khoan:
Mx = 10.CM.Dq.Sy.kp
P0 = 10.CP.Dq.Sy.kp
Các thông số ta tra được ở bảng 5 - 32 (Sổ tay công nghệ chế tạo máy- tập 2)
Với Mx: CM = 0,0345
q = 2,0
y = 0,8
Với Po: CP = 68
q = 1,0
y = 0,7
Thay số vào các công thức ta có:
Mx = 10.0,0345.142,0.0,20,8.1 = 18,66 Nm
P0 = 10.68.141.0,20,7.1 = 3085,7 N
3.7 Cơ câu kẹp chặt:
Cơ cấu kẹp chặt phải thoả mãn các yêu cầu sau: khi kẹp phải giữ đúng vị trí của chi tiết, lực kẹp phải đủ đồng thời không làm biến dạng phôi, kết cấu phải nhỏ gọn thao tác dễ dàng.
Do trong ba bước kể trên để gia công lỗ F16, ta dễ dàng nhận thấy rằng bước khoan là có momen xoắn lớn hơn. Do vậy ta chỉ cần tính lực kẹp cho bước khoan lỗ là đủ đảm bảo điều kiện kẹp cho cả bước khoét và doa.
Lực kẹp ở đây chủ yếu là để giữ cho chi tiết không xoay trong quá trình gia công dưới tác dụng của mômen cắt.
Vói k là hệ số an toàn:
Hệ số an toàn là k= k0 k1 k2 k3 k4 k5 k6=2,7
Trong đó :
- k0=1,5: Là hệ số an toàn cho tất cả các trường hợp.
- K1=1 : Là hệ số tính đến lực cắt thay đổi khi độ bóng thay đổi
- K2=1 : Là hệ số tính đến dao mòn.
- K3=1,2 : Là hệ số tính đến lực cắt thay đổi khi gia công gián đoạn.
- K4=1 : là khi kẹp bằng cơ khí.
- k5=1 : Là hệ số tính đến mức độ thuận lợi của đồ gá.
- k6=1: Là hệ số tính đến mô men làm quay chi tiết, trường hợp định vị trên các phiến tỳ k6 =1,5.
Vậy ta chỉ cần kẹp với lực kẹp là: W = 470N
Tra sách sổ tay công nghệ chế tạo máy tâp 2 chọn cơ cấu kẹp chặt kiểu thanh trượt (bảng 8-30 trang 434). Khi thiết kế tuỳ thuộc vào thân đồ gá ta chọn các khoảng cách l1 và l2 và các đường kính bulông cũng như là bề rộng của đòn kẹp phụ thuộc vào mặt được kẹp.
Với:
h = 0,95 : hệ số giảm lực kẹp do ma sát. Chọn l2/l1=1,5. Chọn đường kính bulông là: d=16 mm.
3.8 Cơ cấu dẫn hướng và các cơ cấu khác:
a. Cơ cấu dẫn hướng:
Với đồ gá khoan, khoét và doa thì cơ cấu dẫn hướng là một bộ phận quan trọng, đặc biệt là với lỗ khoan như nguyên công ta thiết kế ở đây. Cơ cấu dẫn hướng giúp xác định vị trí trực tiếp của mũi khoan, tăng độ cững vững của mũi khoan trong quá trình gia công.
Cơ cấu dẫn hướng ta thiết kế trong đồ gá này dùng phiến tỳ cố định, bạc dẫn được chọn là bạc thay nhanh.
b. Các cơ cấu khác:
Cơ cấu kẹp chặt đồ gá lên bàn máy là bulông và đai ốc.
Thân đồ gá được chọn theo kết cấu như trên bản vẽ lắp, thân đồ gá được chế tạo bàng gang.
3.10 Những yêu cầu kĩ thuật của đồ gá:
- Yêu cầu đối với thân đồ gá: Tất cả các thân đồ gá và đế đều phải được ủ để khử ứng suất.
- Kiểm tra đồ gá: Phải kiểm tra tất cả các kích thước chuẩn (kích thước của các chi tiết định vị), khoảng cách tâm của các bạc dẫn. Kích thước cơ bản của cơ cấu kẹp chặt và khả năng đưa được chi tiết gia công vào lúc kẹp chặt và rút chi tiết gia công ra khi tháo lỏng
- Kiểm tra chế độ lắp ghép của các chi tiết.
- Kiểm tra khả năng di trượt của các chi tiết di động trên đồ gá.
- Sơn đồ gá: Sau khi kiểm tra tất cả các bề mặt không gia công đều phải được sơn dầu.
- Các chi tiết như bulông đai ốc được nhuộm màu bằng phương pháp hóa.
3.12 Nguyên lý làm việc của đồ gá:
Sau khi thiết kế và gia công xong đồ gá để gia công chi tiết càng gạt C1 thì quá trình làm việc của đồ gá như sau:
- Lắp chốt trụ ngắn vào thân đồ gá.
- Nếu là khoan thì ta dùng phiến dẫn khoan còn khi khoét hay doa ta thay phiến dẫn khoan bằng phiến dẫn khoét hay doa tương ứng.
- Mang cả cụm thân đồ gá vừa lắp xong đạt lên bàn máy và xiết các bulông kẹp. Điều chỉnh đồ gá.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian làm Bài tập lớn, dưới sự hướng dẫn chỉ bảo của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn :………..….., đến nay em đã hoàn thành đúng thời hạn đảm bảo các nhiệm vụ được giao.
Qua quá trình làm bài tập lớn này, đã giúp em làm quen với những công việc cụ thể của người kỹ sư cơ khí trong tương lai, phương pháp làm việc độc lập, sáng tạo, khoa học, kỷ luật, đồng thời Bài tập lớn đã giúp bản thân em củng cố thêm các kiến thức đã được học cũng như học hỏi được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu. Do thời gian có hạn và kiến thức thực tế còn hạn chế nên trong quá trình làm Bài tập lớn của em không tránh được những thiếu sót. Kính mong quý thầy cô chỉ bảo để Bài tập lớn của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin cám ơn thầy giáo hướng dẫn :………………, cùng các thầy trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn !
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đồ gá cơ khí hoá và tự động hoá - Lê Văn Tiến 1999.
2. Sổ tay và Atlas đồ gá - Trần Văn Địch 2000
3. Sổ tay công nghệ chế tạo máy - Trần Văn Địch & Nguyễn Đắc Lộc.
4. Máy cắt kim loại
5. Cơ sở máy công cụ.
6. Dung sai - Ninh Đức Tốn 2000
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"