Bài giảng Máy công cụ - Phạm Văn Trung

ĐH Phạm Văn Đồng
BÀI GIẢNG MÁY CÔNG CỤ
ThS. Phạm Văn Trung
ThS. Trần Văn Thùy
5/2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG
KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
ThS. Phạm Văn Trung
ThS. Trần Văn Thùy
BÀI GIẢNG
MÁY CỒNG CỤ
Quảng Ngãi, tháng 5/2016
(Dùng cho bậc ĐH)
MỤC LỤC
Lời nói đầu	Trang 01
CHƯƠNG 1: ĐỘNG HỌC MÁY CÔNG CỤ
CHƯƠNG 6: NHƯNG VẤN ĐÈ CHUNG VÈ THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI
Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật	84
Khả năng công nghệ của máy	84
Năng suất của máy	84
Độ chính xác và độ tin cậy của máy	85
Mức độ tự động hóa của máy	86
Giá thành máy	87
Trình tự thiết kế máy công cụ	87
Nguyên tắc thiết kế	87
Trình tự thiết kế máy công cụ	88
Chế tạo thử	90
CHƯƠNG 7: Cơ SỞ THIẾT KẾ MÁY CÔNG CỤ
Các đặc tính kỹ thuật của máy	91
Vận tốc cắt và lượng chạy dao tới hạn	91
Chuỗi số vòng quay	94
Xác định các thông so cư bản	 100
Nguyên tắc gấp 10	100
Nguyên tắc gấp 2	101
Xác định số vòng quay tiêu chuẩn	103
Lựa chọn các thông số cơ bản	103
Xác định chế độ làm việc tới hạn	105
Chế độ cắt cực đại	105
Chế độ cắt thử máy	107
Xác định lực tác dụng khi gia công	107
Xác	định lực cắt	107
Xác	định lực chạy dao	111
Xác định	công suất động cơ điện	112
Xác	định công suất động cơ truyền động chính	112
Xác	định công suất động cơ chạy dao	113
CHƯƠNG 8: THIẾT KÉ ĐỘNG HỌC MÁY
Công dụng và yêu cầu	115
Xác định tỷ số truyền của hộp tốc độ	115
Xác định tỷ số truyền bằng phương pháp giải tích	116
Xác định tỷ số truyền bằng phương pháp đồ thị giải tích	120
Lưới kết cấu	120
Đồ thị số vòng quay	125
Nguyên tắc chọn tỷ số truyền	127
Sơ đồ truyền lực	128
Những cấu trúc đặc biệt	129
Trùng tốc độ	130
Thêm trục không gian	132
Truyền động phức tạp	133
 Nguyên tắc lập hệ thong truyền động	139
Xích truyền động đơn giản	139
Bố trí tỷ số truyền thích hợp	140
Số bánh răng ít nhất	141
Xác định so răng của bánh răng	142
Modul như nhau	143
Modul khác nhau	149
CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ Cơ CẤU ĐIÈU KHIÊN VÀ AN TOÀN
Chức năng và yêu cầu đối với cơ cấu điều khiển	150
Điều khiển được nhanh	150
Điều khiển được nhẹ nhàng	150
Bố trí cơ cấu điều khiển phù hợp theo cảm giác	153
Điều khiển an toàn	153
Điều khiển chính xác	154
Ket cấu cơ cấu điều khiển	154
Bộ phận điều khiển	154
 Bộ phận truyền động	154
 Bộ phận chấp hành	154
Cơ cấu điều khiển bằng cơ khí	155
Cơ cấu điều khiển riêng rẽ	156
Cơ cấu điều khiển một tay gạt	158
Cơ cấu điều khiển bằng cam	160
Cơ cấu điều khiển bằng đĩa xuyên lỗ	163
Cơ cấu chọn truớc vận tốc	164
Cơ cấu điều khiển bằng khớp tùy	động	165
Cơ cấu an toàn	166
Cơ cấu khóa lẫn	166
Cơ cấu hạn chế hành trình	168
Cơ cấu phòng quá tải	169
TÀI LIỆU THAM KHẢO	174
LỜI NÓI ĐẦU
Máy công cụ của ngành chế tạo máy phần lớn là các máy cắt kim loại. Máy công cụ là loại thiết bị cơ bản để tạo nên các máy móc và dụng cụ của nhiều ngành khác nhau. Do đó, mỗi quốc gia đều có chính sách nhằm phát triển về số lượng và chất lượng của máy công cụ nói chung và máy cắt kim loại nói riêng và cũng chính loại trang thiết bị kỹ thuật này được xem là một yếu tố đặc trưng cho trình độ sản xuất, trình độ phát triển của mỗi nước.
Bài giảng Máy công cụ được biên soạn theo nội dung phân phối chương trình do Trường Đại học Phạm Văn Đồng xây dựng. Nội dung được xây dựng theo tinh thần ngắn gọn, dễ hiểu và trên cơ sở kế thừa những nội dung được giảng dạy ở các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiêp hóa, hiện đại hóa.
Nội dung của bài giảng Máy công cụ bao gồm 9 chương với thời lượng 45 tiết, sẽ giới thiệu cho sinh viên các kiến thức tổng quát về động học của máy cắt kim loại, nguyên lý làm việc và cấu tạo của các cơ cấu truyền dẫn thường dùng trong máy. Bài giảng cũng cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về nguyên lý hoạt động, ký hiệu, các chuyển động trong máy, các xích truyền động, sơ đồ động học, cấu tạo và khả năng công nghệ của các loại máy cắt kim loại như: Máy tiện, máy phay.... Đồng thời cũng rèn luyện cho sinh viên các kĩ năng tính toán, thiết kế trong kỹ thuật.
Tuy nhóm tác giả có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng bài giảng chắc không tránh khỏi những sai sót. Nhóm tác giả mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp, xây dựng của bạn đọc và đồng nghiệp để nội dung bài giảng được hoàn thiện hơn. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn.
Mọi ý kiến đóng góp xin liên hệ qua email: tvthuy@pdu.edu.vn
Quảng Ngãi, tháng 5/2016
Nhóm biên soạn
Chương 1
ĐỘNG HỌC MÁY CÔNG CỤ
ĐẠI CƯƠNG VÈ MÁY CÔNG CỤ
Khái niệm về máy
Máy là tất cả những khí cụ hoạt động theo nguyên tắc cơ học dùng để biến đổi năng lượng hoặc làm thay đổi một cách có ý thức về hình dáng hoặc vị trí của vật thể
Cấu trúc, hình dáng và kích thước của máy rất khác nhau. Tùy theo đặc điểm sử dụng của nó, ta có thể phân thành hai nhóm lớn:
Máy dùng để biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác để sử dụng thích hợp hơn được gọi là máy biến đổi năng lượng
Máy dùng để thực hiện một công việc nhất định được gọi là máy công cụ
Khái niệm về máy công cụ
Máy công cụ là loại máy dùng để thay đổi hình dáng và kích thước của các vật thể cho phù hợp với nhu cầu sử dụng. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, máy công cụ bao gồm năm loại:
Máy cắt kim loại
Máy gia công gỗ
Máy gia công áp lực
Máy hàn
Máy đúc
Khái niệm về máy cắt kim loại
Những máy công cụ dùng để biến đổi hình dáng của các vật thể kim loại bằng cách lấy đi một phần thể tích trên vật thể ấy với những dụng cụ và chuyển động khác nhau, được gọi là máy cắt kim loại. Vật thể cần làm biến đổi hình dáng gọi là phôi hay chi tiết gia công. Lớp kim loại bị cắt bỏ khỏi chi tiết gọi là phoi cắt. Dụng cụ trực tiếp cắt bỏ lớp lượng dư gia công ra khỏi chi tiết gọi là dao cắt.
Toàn bộ quá trình làm thay đổi hình dáng của vật thể bằng phương pháp cắt như trên gọi là quá trình gia công cắt và những máy công cụ thực hiện quá trình gia công cắt gọi là máy cắt kim loại.
Ngoài phương pháp gia công cắt, người ta còn dùng nhiều phương pháp gia công khác như: gia công cán nguội, cán nóng, rèn, dập, hàn,...Thực hiện các phương pháp gia công này, ta có các loại máy cắt kim loại tương ứng.
Môn học này lấy máy cắt kim loại làm đối tượng nghiên cứu vì đây là loại máy có sự phối hợp nhiều chuyển động phức tạp nhất, đặt trưng nhất, có yêu cầu rất cao về thiết kế và yêu cầu khắt khe trong chế tạo.
Phân loại máy cắt kim loại
Phân loại máy cắt kim loại có thể được tiến hành theo nhiều phương pháp sau:
Phân loại theo phương pháp cắt
Máy tiện
Máy phay
Máy khoan
Máy doa.
Phân loại theo trình độ vạn năng
Máy vạn năng
Máy chuyên môn hóa
Máy chuyên dùng
Phân loại theo độ chính xác
Máy chính xác thường
Máy chính xác nâng cao
Máy chính xác cao
Máy chính xác đặc biệt cao
Phân loại theo mức độ tự động hóa
Máy tự động
Máy bán tự động
Máy tổ hợp
Phân loại theo khối lượng
Máy loại nhẹ (< 1 tấn)
Máy loại trung bình (< 10 tấn)
Máy loại trung bình nặng (10 v30 tấn)
Máy loại nặng (30 v100 tấn)
Máy loại đặc biệt nặng (>100 tấn)
Ký hiệu máy cắt kim loại
Đe xác định các loại máy theo sự phân loại trên, người ta đặt tên cho máy bằng các ký hiệu. Các ký hiệu máy ở mỗi nước đều khác nhau.
Ở nước ta, Máy cắt kim loại được ký hiệu như sau : Dùng chữ cái để chỉ loại máy như chữ T để chỉ máy tiện, B (bào), P (phay)... và các chữ số khác để chị mức độ vạn năng, kích thước chính.
Ví dụ 1 :	Máy T620
T : máy tiện
6 : loại máy tiện vạn năng thông thường
20 : một phần mười của chiều cao từ băng máy đến đường tâm máy
Ví dụ 2 : Máy K135
K : máy khoan
1 : Loại khoan đứng
35 : đường kính mũi khoan lớn nhất gia công được trên máy (mm)
CHUYÊN ĐỘNG TẠO HÌNH CỦA MÁY CẮT KIM LOẠI
Phương pháp hình thành bề mặt gia công
Bề mặt hình học của những chi tiết máy rất đa dạng và chế tạo các bề mặt này có rất nhiều phương pháp khác nhau. Tuy nhiên, ta chỉ nghiên cứu phương pháp hình thành các dạng bề mặt thường gia công trên máy cắt kim loại. Các dạng bề mặt thường gặp là:
Bề mặt tròn xoay
Các loại bề mặt tròn xoay được tạo thành do một đường sinh chuyển động tương đối với một đường chuẩn
Hình 1.1: Các dạng bề mặt tròn xoay
Hình 1.1a thể hiện mặt trụ được hình thành do đường sinh là một đường thẳng quay chung quanh đường chuẩn là vòng tròn.
Nếu đường sinh không song song với trục quay sẽ cho ra mặt côn (H. 1.1b)
Nếu đường sinh là đường cong hay đường gấp khúc, ta sẽ có mặt tròn xoay (H.1.1c,d)
Mặt phẳng, mặt cong và mặt gấp khúc
Các dạng mặt phẳng, mặt cong, gấp khúc được tạo thành bởi đường sinh là đường thẳng, đường cong, hoặc đường gấp khúc di động trên đường chuẩn là đường thẳng (H.1.2)
a)	b)	c)
Hình 1.2: Các dạng mặt phẳng
Bề mặt đặc biệt
Các dạng mặt đặc biệt cũng được hình thành bởi một đường sinh chuyển động tương đối với một đường chuẩn. Tuy nhiên việc phân biệt đường sinh và đường chuẩn chỉ có tính chất tương đối.
Hình 1.3 trình bày các dạng mặt trụ, mặt nón không tròn xoay. Ngoài ra bề mặt đặc biệt còn có dạng thân khai , arsimet, cánh turbin, mái chèo...
a) 1	b) I
Hình 1.3: Các dạng bề mặt đặc biệt
Tóm lại, từ phương pháp hình thành các dạng bề mặt nói trên, nếu xét trong lĩnh vực chế tạo máy thì có thể chia đường sinh ra làm hai nhóm:
- Đường sinh do các chuyển động thẳng và quay tròn đều của máy tạo nên như: Đường thẳng, đường tròn hay cung tròn, đường thân khai, đường xoắn ốc.
Đường sinh do các chuyển động thẳng và quay tròn không đều của máy tạo nên như: Đường parabol, hyperbol, ellip, xoắn logarit... Kết cấu máy để thực hiện các chuyển động này rất phức tạp.
Những đường sinh nói trên chuyển động tương đối với một đường chuẩn sẽ tạo ra bề mặt của các chi tiết gia công. Do đó, một máy cắt kim loại muốn tạo được bề mặt gia công phải truyền cho cơ cấu chấp hành các chuyển động tương đối để tạo ra đường sinh và đường chuẩn
Những chuyển động cần thiết để tạo nên đường sinh và đường chuẩn được gọi là chuyển động tạo hình của máy cắt kim loại
Chuyển động tạo hình của máy cắt kim loại
Khái niệm
Chuyển động tạo hình là bao gồm mọi chuyển động tương đối giữa dao và phôi để hình thành bề mặt gia công.
Chuyển động tạo hình gồm có chuyển động quay tròn và chuyển động thẳng. Trong đó, mỗi chuyển động quay tròn hay chuyển động thẳng gọi là chuyển động thành phần của chuyển động tạo hình.
Chuyển động tạo hình có thể do dao thực hiện hoặc do phôi thực hiện, hoặc đồng thời cả dao và phôi cùng thực hiện.
Ví dụ : Chuyển động tạo hình để tạo nên mặt trụ của chi tiết gia công gồm có hai chuyển động thành phần I và II (H.1.4)
Hình 1.4: Các chuyển động tạo hình bề mặt
Phân loại
Căn cứ vào mối quan hệ giữa các chuyển động thành phần, người ta chia chuyển động tạo hình ra làm hai loại :
Chuyển động tạo hình đơn giản
Chuyển động tạo hình phức tạp
Chuyển động tạo hình đơn giản : là chuyển động tạo hình do các chuyển động thành phần (chuyển động thẳng hay vòng) độc lập thực hiện, không phụ thuộc vào chuyển động khác theo bất kì qui luật nào.
Ví dụ :
Ở hình 1.5a chuyển động tạo hình để cắt đứt mặt trụ. Phôi thực hiện chuyển động quay, dao tịnh tiến theo phuong huớng kính. Hai chuyển động của dao và phôi đuợc thực hiện độc lập.
Ở hình 1.5b chuyển động tạo hình để tạo nên mặt trụ có thể chỉ do chuyển động thành phần I thực hiện hoặc do chuyển động thành phần II thực hiện.
a)	b)
Hình 1.5: Chuyển động tạo hình đơn giản
Chuyển động tạo hình phức tạp: là chuyển động tạo hình do hai hay nhiều chuyển động thành phần phối hợp tạo nên. Các chuyển động này liên hệ với nhau theo một qui luật nhất định.
Ví dụ :
Chuyển động tạo hình đuờng xoắn ốc. Phôi chuyển động quay, dao chuyển động tịnh tiến. Hai chuyển động này bị ràng buộc nhau: Khi phôi quay một vòng thì yêu cầu dao phải tịnh tiến một buớc ren t (H. 1.6a)
Chuyển động tạo hình mặt côn. Chuyển động tịnh tiến II của dao song song với đuờng sinh của mặt côn là tổng hợp của hai chuyển động thẳng 1 và 2 (H.1.6b)
Hình 1.6: Chuyển động tạo hình phức tạp
Chuyển động tạo hình có khi còn gồm ba chuyển động thành phần hoặc nhiều hon, nhung trong máy cắt kim loại hiếm khi dùng số chuyển động thành phần lớn hon 4, vì co cấu này rất phức tạp.
PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH
Để hình thành các dạng bề mặt của các chi tiết bằng kim loại, nguời ta dùng rất nhiều phuong pháp chế tạo nhu: Đúc, cán, ép, cắt gọt... Máy cắt kim loại tạo hình chi tiết gia công bằng cách cắt phoi với các phuong pháp sau:
Lưỡi cát
Dao định hình
a)	b)	c)
Hình 1.7: Các phương pháp tạo hình
Phương pháp định hình
Định hình là phương pháp tạo hình bằng cách để lưỡi dao cắt trùng với đường sinh của bề mặt gia công (H1.7a). Ở đây lưỡi dao mới chỉ hình thành một đường sinh. Muốn hình thành bề mặt gia công, ta phải cho đường sinh chuyển động theo đường chuẩn.
Nếu đường chuẩn là đường thẳng, ta sẽ có bề mặt gia công là mặt định hình. Máy thực hiện là máy bào định hình hoặc phay chép hình.
Nếu đường chuẩn là đường tròn, ta sẽ có mặt tròn xoay định hình. Máy thực hiện là máy tiện chép hình.
Nếu đường chuẩn là đường cong, bề mặt gia công sẽ có dạng cam.
Các đường chuẩn này có thể được hình thành bằng mẫu chép hình, bằng cam, hoặc điều chỉnh và phối hợp các xích truyền động của máy.
Phương pháp theo vết
Phương pháp theo vết còn gọi là phương pháp quỹ tích là phương pháp hình thành bề mặt gia công do tổng cộng các vết chuyển động của lưỡi dao tạo nên (H.1.7b). Nói một cách khác: Quỹ tích các vết chuyển động của dao cắt là đường sinh của bề mặt gia công.
Theo hình 1.7b, để tạo nên đường sinh là tổng của các vết chuyển động A, người ta có thể dùng xích chạy dao , dùng thước chép hình.. .Đây là phương pháp tạo hình của máy tiện, phay định hình, mài, khoan.
Phương pháp bao hình
Phương pháp bao hình là phương pháp tạo hình do lưỡi dao chuyển động tạo thành nhiều bề mặt phụ, tiếp tuyến liên tục với bề mặt gia công. Quỹ tích của những điểm tiếp tuyến này chính là đường sinh của bề mặt gia công (hay còn gọi là hình bao của lưỡi cắt). Hình 1.7c giới thiệu phương pháp bao hình trên máy xọc răng. Ở đây dạng thân khai của răng chính là hình bao của các mặt cắt do các lưỡi cắt hình thành ở các điểm 1, 2, 3.
Trên máy cắt kim loại, mỗi máy không chỉ thực hiện một phương pháp tạo hình, mà thường được dùng các phương pháp phối hợp với nhau như trên máy tiện có thể dùng phương pháp chép hình và phương pháp theo vết.
Sơ ĐỒ KẾT CẤU ĐỘNG HỌC
Khái niệm
Sơ đồ kết cấu động học là một loại sơ đồ qui ước, biểu thị vắn tắt những kết cấu cơ bản thực hiện chuyển động, biểu thị những mối liên hệ về chuyển động và tổ hợp các chuyển động của máy
Ví dụ: Để biểu thị các kết cấu cơ bản thực hiện chuyển động, mối liên hệ và sự tổ hợp chuyển động của máy tiện, người ta dùng sơ đồ kết cấu động học (H.1.8)
Hình 1.8: Sơ đồ kết cấu động học của máy tiện
Xích truyền động
- Chuỗi nối liền nguồn chuyển động với các cơ cấu chấp hành hay nối liền giữa các cơ cấu chấp hành với nhau gọi là xích truyền động
Trong xích truyền động có các cơ cấu điều chỉnh hay các cơ cấu chấp hành gọi là các khâu của xích truyền động
Ví dụ: Theo hình 1.8, ta có:
iv: là bộ phận biến đổi vận tốc của trục chính
is: là bộ phận biến đổi luợng chạy dao
=> iv , is là những khâu điều chỉnh của xích truyền động. Trị số của iv , is gọi là chạc điều chỉnh của máy. Nó biểu thị tỉ số truyền cần điều chỉnh trong xích tru ... u ở hình ... nên cách vẽ các rãnh cam cũng tương tự.
Tương tự như cam mặt đầu, ta có thể dùng cam đĩa với những đường điều khiển là biên dạng theo chu vi của cam.
Nếu như cam mặt đầu hoặc cam đĩa chỉ dùng hệ thống đòn bẩy có hai tay đòn a và b [H9.9b], ta có độ nâng của cam:
h =R1 - R2 = a/b.L	(9.4)
Tùy theo không gian của vỏ hộp mà xác định tâm O. Với lượng di động L đã biết, ta chọn các trị số a và b, và tính được độ nâng h của cam.
Cơ cấu điều khiển bằng đĩa xuyên lỗ
Một loại cơ cấu điều khiển có mức độ tập trung cao, kết cấu nhỏ gọn là cơ cấu điều khiển bằng đĩa xuyên lỗ. Loại này được dùng để điều khiển các khối bánh răng di trượt trong hộp tốc độ máy phay ngang 6H62. Nguyên lý làm việc của nó được trình bày trên hình 9.10
(íl*	(tư	ÍC1
Hình 9.10: Sơ đồ cơ cấu điều khiển bằng đĩa xuyên lỗ
Đặc điểm của cơ cấu này là hai đĩa tròn (1) và (2) đặt song song và được cố định trên trục (3) và có thể quay và di động theo chiều trục với trục (3). Trên mỗi đĩa có nhiều lỗ xuyên thủng trên những vòng tròn đồng tâm.
Khi điều khiển, ta dùng tay vặn kéo trục (3) mang theo hai đĩa ra khỏi các chốt (4) và (5), và quay đĩa với một góc nhất định. Sau đó, đẩy hai đĩa về vị trí cũ (đẩy sang trái). Tùy thuộc vào mặt đĩa khi ấy có lỗ hay không, các chốt có thể xuyên hoặc không xuyên qua đĩa (1) hoặc cả đĩa (2). Kết quả là các chốt bị đẩy tuơng đối với nhau, qua thanh răng, làm quay bánh răng (6) và (7). Thanh răng (8) khi ấy sẽ tịnh tiến , mang ngàm gạt đẩy khối bánh răng (9) di động.
Tùy theo vị trí tuơng đối của các lỗ trên mặt đĩa, trên hình a, khối bánh răng (9) di động về phía bên trái; Hình (9.10b) di động về bên phải và hình (9.10c) ở vị trí trung gian.
Nếu luợng di động của các chốt là h, hành trình cần gạt là L, số răng của các bánh răng trên hình 9.10 là Z1 và Z2, ta có mối quan hệ hình học của cơ cấu điều khiển bằng đĩa xuyên lỗ là:
(9.5)
Nếu hai bánh răng (6) và (7) có kích thuớc nhu nhau, ta có cơ cấu điều khiển không có tỷ số khuếch đại , tức là h = L. Hành trình điều khiển không có tỷ số khuếch đại có thể thực hiện bằng cách không dùng cặp bánh răng - thanh răng (7) và (8), và ngàm gạt đuợc lắp trực tiếp vào thanh răng (4) hoặc (5).
Cơ cấu chọn trước vận tốc
Trong những máy phải thay đổi thường xuyên vận tốc, thời gian dành cho việc điều khiển lớn. Để rút ngắn thời gian phụ này, người ta thường dùng cơ cấu chọn trước vận tốc. nguyên lý làm việc của loại cơ cấu này là:Trong thời gian gia công đã tiến hành điều chỉnh sơ bộ số vòng quay của nguyên công kế tiếp, và chỉ có thời gian đóng cơ cấu chọn trước được tính là thời gian phụ.
Ta xét cơ cấu chọn trước vận tốc của máy revolver theo sơ đồ hình 9.11:
Hình 9.11: Cơ cấu chọn trước vận tốc
Trên đĩa điều chỉnh (1) có ghi các trị số vòng quay của trục chính. Khi máy đang làm việc, nguời công nhân quay đĩa này để chọn truớc số vòng quay cần thiết cho nguyên công kế tiếp. Nhờ cặp bánh răng côn (2) ta điều chỉnh hai đĩa cam mặt đầu (3) vào một vị trí nhất định.
Những phần lồi của đĩa này nằm đối với phần lõm của đĩa kia. Các đĩa cam này lắp then truợt trên trục (4) và đuợc tách rời nhau bởi lò xo (5). Để di động khối bánh răng (6), ta dùng cần gạt (7). Một đầu của cần gạt nằm giữa hai cam điều khiển (3). Mỗi vị trí của đĩa điều chỉnh (1) cũng là mỗi vị trí của cam (3) và tuơng ứng với một số vòng quay của trục chính. Khi quay đĩa điều chỉnh (1). Các cam (3) không chạm vào đầu cần gạt (7). Nếu quay tay quay (8), qua hệ thống bánh răng và thanh răng vòng (9), hai đĩa cam (3) ép vào nhau. Tùy thuộc vào dạng lồi lõm của cam (3), cần gạt (7) sẽ bị đẩy sang trái hoặc phải , làm dịch chuyển khối bánh răng (6) để thực hiện một vận tốc tuơng ứng.
Nhiều cơ cấu chọn truớc vận tốc đã đuợc hoàn thiện với việc dùng dầu ép, khí ép và điện.
Cơ cấu điều khiển bằng khớp tùy động
Cơ cấu điều khiển với tay gạt có khớp tùy động (khớp cầu) có thể quay trong một hoặc nhiều mặt phẳng. Hình 9.12. Giới thiệu loại cơ cấu này dùng trong hộp tốc độ của máy bào.
ì
Hình 9.12: Cơ cấu điều khiển bằng khớp tùy động ở hộp tốc độ máy bào
Hai khối bánh răng (1) và (2) ăn khớp với 4 bánh răng khác đuợc hai ngàm gạt (3) và (4) lắp trên hai đòn (5) và (6) song song nhau và có thể di chuyển sang trái hay sang phải. Đòn (5) và (6) mang hai ngàm gạt cùng di chuyển nhờ tay gạt (7) lắp trên thân máy với khớp tùy động hình cầu (8). Đầu tay gạt có dạng hình cầu (9) có thể ăn khớp vào rãnh (10) và (11). Do đó khi quay tay quay (7), các đòn tuong ứng mang ngàm gạt di chuyển sang phải hay sang trái.
Khi hai đòn (5) và (6) nằm ở vị trí giữa, tức là hai khối bánh răng nằm ở vị trí trung gian, hai rãnh (10) và (11) sẽ nằm đối diện với nhau. Khi đó, đầu hình cầu (9) có thể gạt vào rãnh (10) hay rãnh (11) để di chuyển đòn (6) hay (5). Trái lại, khi một khối bánh răng ở vị trí làm việc, đầu hình cầu (9) không thể dịch từ rãnh này sang rãnh kia. Do đó, giữa các bánh răng trong hai khối (1) và (2) chỉ có một bánh có thể ăn khớp với một bánh khác.
Với một tay gạt có khớp cầu nhu trên, ta có thể thực hiện nhiều xích điều khiển và do đó có thể thay đổi nhiều cấp vận tốc hoặc luợng chạy dao.
Cơ CẤU AN TOÀN
Khi thiết kế máy, cần chú ý đến vấn đề bảo vệ thân thể, giảm nhẹ lao động nặng nhọc cho công nhân, cũng nhu phải bảo vệ máy, bảo vệ dụng cụ cắt, chi tiết gia công, tránh khỏi những khả năng đua đến hu hỏng. Việc đảm bảo an toàn cho co cấu máy đặc biệt quan trọng đối với máy tự động hoặc đuờng dây tự động.
Các co cấu an toàn trong máy công cụ có thể chia làm 3 loại:
Co cấu khóa lẫn
Co cấu hạn chế hành trình
Co cấu phòng quá tải
Co' cấu khóa lẫn
Chức năng của co cấu khóa lẫn là :
Ngăn cản việc thực hiện cùng một lúc hai hoặc nhiều tỷ số truyền trong một nhóm truyền động.
Ngăn cản không cho thực hiện cùng một lúc hai chuyển động riêng lẻ nhu: Chuyển động của trục tron và trục vitme của bàn dao máy tiện, chuyển động của trục chính và chuyển động của cần khoan o máy khoan cần...
Bảo đảm thứ tự điều khiển máy nhu: Khi phanh ở, bột ly hợp mới có thể đóng; khi đã ngừng luợng chạy dao, trục chính mới có thể dừng nhu ở máy phay.
Bảo đảm thứ tự, đồng thời bảo đảm từng quãng thời gian nhất định của chu kỳ gia công
Cơ cấu khóa lẫn bằng cơ khí được nối liền với các bộ phận tương ứng của cơ cấu điều khiển. Ta xét một vài cơ cấu thường dùng:
Khóa có trục song song
Hình 9.13 trình bày trường hợp cơ cấu khóa lẫn có hai trục song song, điều khiển hai tay gạt chỉ cho phép một khối bánh răng vào khớp.
Hình 9.13: Cơ cấu khóa lẫn có 2 trục song song
Khi khối bánh răng (1) vào khớp, khối bánh răng (2) bị khóa ở vị trí ra khớp, do đầu nêm của chốt (3) khóa chặt tay gạt (4). Nếu khoảng cách giữa hai trục không lớn thì có thể dùng hai đĩa khóa ở hình b.
Hai đĩa khóa (5) và (6) được lắp trên hai trục điều khiển tay gạt. Ở vị trí này, một trong hai tay quay (7) đều có thể quay. Ở vị trí theo hình (c), thì chỉ có đĩa (5) quay được, còn đĩa (6) bị khóa.
Khóa có trục thẳng góc [H 9.14]
Hình 9.14: Cơ cấu khóa lẫn có 2 trục vuông góc
Hai đĩa khóa (1) và (2) có xẻ rãnh (3) được lắp trên hai trục thẳng góc nhau. Ở vị trí trên hình vẽ, chỉ có đĩa (1) quay được, đĩa (2) bị khóa. Đĩa (2) chỉ có thể quay hki tay quay của đĩa (1) ở vị trí (b)
Cơ cấu khóa lẫn còn có thể là cơ cấu dầu ép, điện, hoặc tổ hợp điện - cơ khí, điện - dầu ép hoặc dầu ép -cơ khí
Cơ cấu hạn chế hành trình
Tùy thuộc vào nhiệm vụ cần thực hiện, vào lượng chính xác cần thiết của lượng di động, cơ cấu hạn chế hành trình trên máy công cụ có thể phân tích thành hai loại: Hạn chế giới hạn và hạn chế kích thước.
Cơ cấu hạn chế giới hạn
Cơ cấu hạn chế giới hạn dùng để đảm bảo các chi tiết di động phải ngừng lại ở một giới hạn nào đó.
Đặc điểm của loại cơ cấu này là không cần độ chính xác cao, bộ phận di động cần dừng ở cách vị trí nguy hiểm ít nhất là 3 -Cnini. Do đó, độ chính xác hành trình có thể từ ± 0.5 1mm, có khi lớn hơn.
Biện pháp thực hiện thường dùng là: Nếu bộ phận di động là bàn dao, bàn máy.. .do động cơ quay, thì dùng phương pháp ngắt điện khi bộ phận ấy đến vị trí giới hạn. Bộ phận di động sẽ chạm vào cữ, vấu tùy làm ngắt mạch động cơ.
Nếu bộ phận di động không phải do một động cơ quay, thì phải dùng phương pháp ngắt xích truyền động .
Cơ cấu hạn chế kích thước
Ở loại cơ cấu này, cần phải hạn chế một cách chính xác lượng di động, vì độ chính xác kích thước của chi tiết gia công phụ thuộc vào độ chính xác của hành trình di động.
Độ chính xác của cơ cấu hạn chế kích thước tùy thuộc vào dung sai của chi tiết gia công, vào kết cấu, hành trình, quán tính của bộ phận di động. Hạn chế kích thước chính xác thường được tiến hành với công tắc cuối hành trình. Trường hợp này có thể đạt được độ chính xác ± 0.02 v0.03 mm. Nếu dùng công tắc hành trình tế vi, kết hợp với việc sử dụng tổng hợp các cơ cấu cơ - điện, điện - dầu ép, độ chính xác có thể đạt được ±1pm.
Nguyên lý làm việc của cơ cấu hạn chế hành trình chính xác bằng cơ khí: Hạn chế vận tốc của bộ phận di động đến một giá trị nhất định trước khi gặp vấu tùy lắp chặt trên phần cố định của máy. Chuyển động bị chặn lại cho đến khi xích truyền động của máy bị cắt. Nhiều cơ cấu được thực hiện với nguyên tắc trên. Hình 9.15 giới thiệu một vài cơ cấu hạn chế hành trình thường dùng trên máy công cụ.
Hình (a), khi bàn máy (2) va vào vấu tùy cứng (1) thì dừng lại, ly hợp ma sát
bắt đầu trượt cho đến khi nào bàn trượt thoát khỏi vấu tùy .
Hình (b) giống như hình (a), nhưng thay ly hợp ma sát bằng ly hợp vấu .
Hình (c) là truyền dẫn bằng trục vít rời: Vấu tùy (1) lắp trên bàn trượt khi va vào vấu tùy (2), đẩy vấu tùy xuống dưới, mang theo cả ổ trục của trục vít, làm cho trục vít tách rời khỏi thanh vít, cắt đứt xích truyền động.
Hình 9.15: Cơ cấu hạn chế hành trình bằng cơ khí
Cư cấu phòng quá tải
Đe đề phòng các chi tiết máy hay bộ phận máy bị hư hỏng do quá tải, trong các xích truyền động thường đặt những cơ cấu phòng quá tải để tự động làm ngừng máy khi tải trọng vượt quá giá trị thiết kế.
Các cơ cấu phòng quá tải thường dùng trong máy công cụ là các hệ thống bằng điện, dầu ép hay cơ khí. Việc lựa chọn cơ cấu phòng quá tải phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trước tiên là phụ thuộc vào các yêu cầu nhạy, nhanh, mức độ tự động để có thể bảo vệ có hiệu quả máy , dụng cụ và động cơ điện.
Các cơ cấu phòng quá tải bằng cơ khí được dùng rộng rai4trong máy công cụ là:
Chốt an toàn
Ly hợp an toàn
Trục vít rời
Chốt an toàn
Chốt an toàn có vai trò như một chi tiết nối được lắp vào vị trí tương ứng trong xích truyền động, dùng để nối liền hai trục hoặc để nối liền trục với bánh răng, bánh xích, bánh cóc. Các chốt an toàn cần được thiết kế thế nào để khi momen truyền vượt quá giới hạn cho phép thì nó bị cắt đứt, xích truyền động bị cắt đứt, các chi tiết quan trọng trong máy đuợc bảo vệ.
Chốt an toàn thuờng dùng đuợc trình bày trên hình 9.16
Trên hình (a), chốt (1) đuợc lắp trong bạc thép (2), và bạc này đuợc lắp ép vào lỗ các chi tiết đuợc nối. Do đó, khi chốt bị cắt không làm cho lỗ bị hỏng.
bỉ
Hình 9.16: Chốt an toàn
Lực cắt chốt phụ thuộc vào vật liệu, vào chế độ nhiệt luyện cũng nhu vào đuờng kính nhỏ nhất của chốt. Đe có thể điều chỉnh đuợc lực cắt, ta dùng chốt cắt rãnh chữ V theo hình (b). Lực điều chỉnh đuợc xác định bằng đuờng kính nhỏ nhất của chốt.
Vật liệu của chốt có thể là thép 45, thép dụng cụ Y10A thép 15, 20, 35 hay các loại thép lò xo. Vật liệu của bạc thuờng là thép 40X tôi và ram đến độ cứng HRC =48-53.
Đuờng kính cần thiết của chốt an toàn đuợc xác định theo công thức sau đây:
Nếu dùng một chốt:
7ĩd2
M'
(9.6)
4
 x
Rt
Nếu dùng hai chốt:
7ĩd2
1 M' x
(9.7)
4
2 Rt
d - đuờng kính của chốt an toàn
M’x - momen xoắn tính toán. Ở giá trị của momen này, chốt an toàn sẽ bị cắt. Nó đuợc lấy với 20 -25% trị số an toàn so với momen xoắn truyền lớn nhất Mx.
R - khoảng cách giữa đuờng tâm chốt và đuờng tâm trục
r - ứng suất cắt.
Nếu ta lấy ứng suất cắt tuơng ứng với ứng suất bền ơb theo tỷ lệ nào đó, tức là: r = Kơb thì từ công thức trên ta có thể viết:
d = a^ R
(9.8)
_4_ \ kft
1.13
4k
Đối với trường hợp dùng một chốt:
- Đối với trường hợp dùng 2 chốt:
Theo kết quả thực nghiệm, ta có thể lấy:
a = 1.2 ^1.35 cho trường hợp một chốt
a = 0.85 VŨ.95 cho trường hợp 2 chốt
Trên máy công cụ đường kính chốt an toàn thường dùng d = 4 v12mm. Theo tiêu chuẩn liên xô, nếu vật liệu của chốt là thép 45 thì: d = 1.5 + 10mm.
Ly hợp an toàn
Cơ cấu phòng quá tải bằng chốt an toàn có nhược điểm là khi chống quá tải xong thì bị hỏng, phải thay cái khác, tốn nhiều thời gian. Khắc phục nhược điểm này, người ta dùng ly hợp an toàn. Khi quá tải, các mặt tiếp xúc của ly hợp trượt lên nhau , cắt xích truyền động tương ứng. Sau đó tự động nối lại xích truyền động khitai3 trọng trở về trạng trái bình thường.
Các loại ly hợp an toàn được dùng nhiều trên máy công cụ hiện đại được trình bày trên hình 9.17.
Hình (a) là ly hợp ma sát an toàn. Khi quá tải, bánh răng (1) sẽ trượt lên chi tiết (2). Đứng về mặt kết cấu, nó hoàn toàn giống ly hợp ma sát nhưng ở đây không cần cơ cấu điều khiển ly hợp.
Hình (b) là ly hợp vấu an toàn. Nó gồm có phần (2) và (5) trên trên hai trục (1) và (6). Khi momen truyền nằm trong giới hạn cho phép,lò xo (4) ép các vấu nghiêng ăn khớp với nhau. Điều chỉnh lực lò xo, qua đó điều chỉnh momen truyền được thực hiện bằng ống có ren (3).
Hình 9.17: Ly hợp an toàn
Nhiều khi lực ma sát giữa then và rãnh then làm cho bạc (5) khó di động theo hướng trục, làm cho ly hợp mất tác dụng an toàn. Đe khắc phục nhược điểm này, người ta dùng thêm một ly hợp trung gian như ly hợp vấu an toàn ở bàn máy phay giường được trình bày trên hình (c).
Ở đây, bộ ly hợp vấu có nhiệm vụ nối bạc (2) của bánh răng với vitme (1) làm di động bàn máy. Giữa ly hợp vấu cảu bạc (4) và ly hợp vấu của bạc (2) người ta lắp thêm ly hợp vấu trung gian (3). Vấu bên trái của ly hợp vấu trung gian là vấu nghiêng và ăn khớp với vấu của bạc (2). Vấu bên phải của ly hợp vấu trung gian và vấu của bạc
gồm có 4 vấu lớn ăn khớp với nhau. Như thế, khi quá tải ly hợp vấu trung gian dễ di động sang phải vì ma sát ở rãnh then trên trục không làm cản trở chuyển động của nó.
Ngoài những loại ly hợp an toàn nói trên, trên máy công cụ cũng thường dùng ly hợp an toàn bằng bi, hoặc ly hợp an toàn ma sát đĩa. Những loại ly hợp an toàn này đều có thể điều chỉnh được momen truyền bằng lò xo ép các bề mặt tiếp xúc lại với nhau.
CẲU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 9
Trình bày chức năng và yêu cầu đối với cơ cấu điều khiển.
Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cơ cấu điều khiển bằng quạt răng - thanh rang.
Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cơ cấu điều khiển bằng trục vít.
Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cơ cấu điều khiển bằng ngàm gạt.
Vẽ sơ đồ cơ cấu điều khiển bằng đĩa xuyên lỗ và trình bày nguyên lý làm việc.
Trình bày cơ cấu ly hợp ma sát an toàn và cơ cấu ly hợp vấu an toàn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Trần Minh Chính, Bài giảng Máy công cụ 2, 2009
- Nguyễn Ngọc Cẩn, Máy cắt kim loại, Trường ĐHSP-KT TP.HCM, 1991
- Nguyễn Ngọc Cẩn, Thiết kế máy cắt kim loại, NXBĐHQG TP.HCM, 2000
- Nguyễn Tiến Lưỡng, Cơ sơ kỹ thuật cắt gọt kim loại, NXBGD, 2006
- Phạm Văn Hùng, Nguyễn Phương, Cơ sở máy công cụ, NXBKHKT, 2007