Hướng dẫn Đồ án công nghệ chế tạo máy - Chương 5: Thiết kế nguyên công - Nguyễn Quang Tuyến

CHƯƠNG 5
THIẾT KẾ NGUYÊN CÔNG
TRÌNH T< THIẾT KẾ MỘT NGUYÊN CÔNG
Chọn sơ đổ định vị và kẹp chặt
Chọn máy
Chọn dụng cụ cắt gọt phù hợp
Tính chế độ cắt
Tính lực cắt và mômen cắt, kiểm tra cong cuất máy
Xác định cơ cấu kẹp chặt phù hợp
Tính thời gian gia công
CHỌN SƠ Dổ ĐỊNH VỊ VẢ KẸP CHẶT
Tuỳ theo yêu cầu cuả nguyên công mà sơ đổ kẹp chăt có thể khống chế 3,5 hay đủ 6 bậc tự do. Thông thường với các nguyên công phay mặt phẳng tạo chuẩn tinh chỉ cần khống chế 3 bậc tự do, các nguyên công khoa tạo chuẩn tinh cũng có khi chỉ cầ khống chế 5 bậc tự do. Các trường hợp còn lại đổi hỏi phải khống chế đủ sáu bậc tự do.Khi chọn chuẩn phải xác định đau là chuẩn định vị chính, phụ và chuẩn năng suất. Các bề mặt chọn làm chuẩn phải tuân thủ theo các nguyên tắc chọn chuẩn trong giáo trình công nghệ chế tạo máy.
Lực kẹp thông thường chọn sao cho nó có xu hướng vuông gocs với chuẩn định vị chính nhằm hạn chế tối đa các biến dạng và sai số không cần thiết. Điều này không phải lúc nào cũng thực hiện được nhưng phải cố gắng đạt được ở mức cao nhất.
CHỌN MÁY
Máy được chọn căn cứ theo, phương pháp gia công, kích thước chi tiết và kích thước bề mặt cân gia công sao cho đảm bảo năng suât và chất lượng cao nhất. Thông thường trong đổ án để nâng cao kỹ năng cuả học sinh nên thường chọn các loại máy vạn năng, sau khi chọn máy cần ghi lại tất cả các thông số cuả máy như: Kích thước bàn máy, công suất động cơ, các giá trị bước tiến dao cũng như số vòng quay trục chính,
CHỌN DAO
Dao được chọ theo phương pháp gia công và máy đã chọn, Ngoài ra dao còn được chọn theo vật liệu cuả chi tiết gia công để đảm bảo năng suât cũng như chất lượng bề mạt cần gia công, Chú ý khi chọn dao cũng cần ghi lại các hệ số điều chỉnh cho từng trường hợp cụ thể,
TÍNH CHÊ ĐỘ CẮT
Việc tính chế độ cắt thông thường qua các bước sau:
Chọn lượng dư gia công và chiều sâu cắt gọt theo yêu cầu về chất lượng bề mặt cần gia công,
Chọn bước tiến dao theo bảng tra và thông số cuả máy,
Chọn tốc dộ cắt gọt theo bảng tra,
tính số vòng quay trục chính theo tốc dộ đã chọn, chọn số vòng quay phù hợp với số vòng quay tính được,
tính lại vận tốc gia công thực theo máy,
Tính lực cắt gọt và momen cắt gọt theo các thông số tốc độ, bước tiến và chiếu sâu cắt gọt thực, Tính công suất cuả máy,
So sánh công suất cần thiết đẻ gia công so với công suất cuả máy có tính đến hiệu suất làm việc cuả mỗi loại máy, nếu công suất cần thiết để gia công nhỏ hơn công suất máy là dạt yêu cầu, trong trường hợp khác cần phải thay đổi chế độ cắt theo xu hướng giảm các giá trị tra bảng và tính được,
Lưạ chọn kết cấu lực kẹp cho hợp lý,
TÍNH THỜI GIAN GIA CÔNG
Thời gian gia công được tính theo sơ đổ gia công và chạy dao cụ thể. Nếu quá trình gia công gổm nhiều bước thì thời gian gia công là tổng thời gian cuả mỗi bước. Chú ý thời gian gia công tính được là thời gian gia công máy, còn các thời gian khác phục vụ cho quá trình sản xuất không nằm trong phạm vi tính toán cuả đổ án.
Một số ví dụ điển hình
7.1 Ví dụ 1
Nguyên công IV:
Tiện khoả mặt đầu B và tiện f 50
2.7, Phương pháp đinh vỉ: Đầu A hạn chế 5 bậc tự do trong đớ mặt bích hạn chê ba bậc và khối trụ ngắn hạn chế 2 bậc:
Tịnh tiến dọc trục Ox, Oy và Oz.
Xoay quanh trục Oy và Oz
Phương pháp kep chăt: Lực kẹp w được đặt như hình vẽ.
Kẹp chặt được thực hiện bằng mâm cặp ba chấu tự định tâm.
Chon máy: Máy tiện 1A62 có N = 7,8 kw, hiệu suất h = 0,75
Chon dung, cu cắt: Chọn dao tiện có gắn hợp kim cứng T15K6.
+, Chế đô cắt và thời gian gia công tiên khoả măt đầu :
Dùng dao tiện mặt đầu T15K6 có B = 15; H = 25; L = 140 (mm)
* Khi gia công thô: dùng dao tiện mặt đầu T15k6 B = 16 H = 25 L = 140mm
Chiều sâu cắt t = 2 (mm).
Bước tiến Stb = 0,54 (Bảng 5 - 64 STCNCTM tập II)
Chọn SM = 0,48 (mm/vòng)
Vận tốc cắt: V = Vb . kx . k2. k3 . k4 . k5
Tra bảng 5 - 64 (STCNTM tập II) có:
Vb = 188 (m/phút)
k1 = 1; k2 = 0,92; k3 = 1; k4 = 1; k5 = 1
^V = 188 . 1.0, 92.1 . 1 . 1
= 172 (m/phút)
Số vòng quay trục chính:
1000.172 „„	
_ ' ' = 1101 (v/phút) 3,14.50	( p )
1000V
n = —-=
P.D
Chọn nm = 955 (v/phút)
Vận tốc cắt gọt thực tế:
(m/phút)
n.D.na 3,14.50.955 ,
Tra bảng (5-1 STCNCTM tập II) có hệ số điều chỉnh KmP = 1
Tra bảng (5-22 STCNCTM tập II) ta có các hệ số:
Kjp
0,94
Kp
1
Krp
0,93
Kip
1
^Kp/ _ Kmp • Kjp • Kgp • Krp • Klp
= 1 • 0,94 • 1 • 0,93 • 1 = 0,87
Vậy lực cắt gọt là:
Pz = Cpz.tXpz .SYpz Vnz .Kpz
= 300.21 ■ o,480’75 .1490,15.0,87 = 142 (kg)
P‘ = 142 (kg) < [P/]máy = 350 kg đảm bảo điều kiện làm việc an toàm
- Công suất cắt gọt:
Ncg < Nmáy đảm bảo công suất cắt gọt
- Thời gian gia công thô:
L =	= 50/" = i0(mm)
2	2
2	2
L2 = (0,5 + 5) = 2mm
* Khi gia công tinh:
Chiều sâu cắt t = 0,5 (mm)
Bước tiến Stb = 0,25 (bảng 5 -64 STCNCTM tập II).
Chọn SM = 0,2 (mm/vòng)
Vận tốc cắt: V = Vb • kx • k2^ k3 • k4 • k5
Tra bảng (5-64 STCNCTM tập II) có:
Vb = 287 (m/phút)
k1 = 1; k2 = 0,92; k3 = 1; k4 = 1; k5 = 1
V = 287.1.0,92.1 . 1 . 1 = 260 (m/p)
- Số vòng quay của trục chính:
1000.V
P.D
1000.260
3,14.50
= 1655(v/p)
Chọn nm = 1200 (v/p)
- Vận tốc cắt gọt thực tế:
Vtt-pDn-
1000
3,14202200 = 188(m / p)
1000
- Lực cắt gọt:
Pz - Cpz.tXpz .SYpz Vnz .Kpz
= 300.0,5* . 0,20’75 . 188-0’15.0,87
= 18 (kg) < [P]máy bảo đảm đủ điều kiện làm việc an
toàn
- Công suất cắt gọt:
A.	PzVtt
188.18
Ncg -	=
102.60
.	- 0,6(M
102.60
Công suất đảm bảo cho cắt gọt.
- Thời gian gia công tinh:
10 + 2 + 3
0,2.1200
- 0,15 (phút)
L + L1 + L2
Tn, =	1	2
tinh
S .n
thời gian chạy máy:
To = (Tothô + Totinh) X 2 = (0,03 + 0,15) X 2 = 0,4 (phút)
b, Chế đô gia công và thời gian gia công khi tiên đường kính ngoài f 80
* Khi tiện thô
Chiều sâu cắt t = 2 (mm).
Bước tiến Stb = 0,54 (Bảng 5 - 64 STCNCTM tập II)
Chọn SM = 0,5 (mm/vòng)
- Vận tốc cắt: V = Vb . k, . k2. k3 . k4 . k5 Tra bảng 5 - 64 (STCNTM tập II) có: Vbảng = 182 (v/phút)
k = 1; k2 = 0,92; k3 = 1; k4 = 1; k5 = 1
^V = 182.1.0, 92.1 . 1 . 1
= 167 (m/phút)
- Số vòng quay trục chính:
1000V
n =	_
P.D
1000.167	
7) 777 = 1063 (v/phút)
3,14.50	(v/pilúl)
Chọn nm = 955 (v/phút) - Vận tốc cắt gọt thực tế: vtt=piDnM
1000
3,14.50.955 ,
1000	=149 (m/phút)
- Lực cắt gọt:
Pz = Cpz.tXpz .SYpz vnz Kpz
= 300.21.0,50’75 . 149-0’15.0,87
= 147 (kg)
Pz < [P]M= 350 kg đảm bảo điều kiện làm việc an toàn.
- Công suất cắt gọt:
Ncg =	= 147149 = 3’6(ĂW)
102.60	102.60
Ta thấy Ncg < Nmáy = 7,8.0,75 = 5,85 (kw)
đảm bảo đủ cho công
suất cắt gọt.
- Thời gian gia công thô:
L + L + L2
Tothô =	*	2
o	S nm
55 + 2 + 2
= 0,12 (phút)
0,5.955	(p t)
* Khi gia công tịnh:
- Chiều sâu cắt t = 0,5 (mm)
- Bước tiến Stb = 0,25 (mm/v) (Bảng 5 -64 STCNCTM tập II).
Chọn SM = 0,25 (mm/vòng)
- Vận tốc cắt: V = Vb .	. k2. k3 . k4 . k5
Tra bảng (5-64 STCNCTM tập II) có:
Vb = 260 (m/phút)
k = 1; k2 = 0,92; k3 = 1; k4 = 1; k5 = 1
V = 260.1.0,92.1 . 1 . 1 = 239 (m/p)
- Số vòng quay của trục chính:
1000.V 1000.239
n =	— = _ _ .'	= 1523(v / p)
p.D	3,14.50
Chọn nM = 1200 (v/p)
3,14.50.1200
1000
= 188(m / p)
- Tốc độ cắt gọt thực tế:
Vtt=pDn'M
1000
- Lực cắt gọt:
Pz = Cpz.tXpz .Srpz Vnz .Kpz
= 300.0,51.0,250,75 . 188-0,15.0,87
= 21 (kg)
- Công suất cắt gọt:
PzVtt
102.60
21'188 = 0,65(^w)
102.60
- Thời gian gia công tinh:
L + L1 + L2	55 + 2 + 2
°tinh~	S.n	~ 0,25.1200 " , (phút)
thời gian gia công khi tiện f 50 là:
To = (Tothô + Totinh) X 2 = (0,2 + 0,12) X 2 = 0,64 (phút)
7.2 Ví dụ 2:
Nguyên công 4 : Phay mặt đáy. a/ Định vị: Chi tiết được khống chế 5 bậc tự do. Sử dụng phiêh tỳ khía nhám khống chế được 3 bậc tự do và má tĩnh của ê tô khống chế được 2 bậc tự do.
b/ Kẹp chặt: Sử dụng ê tô.
c/ Chọn máy : Máy phay đứng vạn năng 6H12.
Mặt làm việc bàn máy: 400x1600(mm).
Công suất động cơ Nđc = 7 KW
Hiệu suất h = 0,75.
Số cấp tốc độ : 18.
Phạm vi tốc độ 30 Ạ 1500 v/phút.
d/ Chọn dao:
Dao phay mặt đầu gắn hợp kim cứng BK8. Dựa vào Bảng 4- 95 STCN có:
D = 100 mm B = 50 mm d(H7) = 32 mm z = 8 răng.
e/ Lượng dư gia công: 2,5 mm.
g/ Chế độ cắt.
* Phay thô.
- Chiều sâu cắt t = 2 mm
Lượng chạy dao : Sz = 0.26 (mm/răng).
Vận tốc cắt : Vb = 158 m/ph (bảng 5 - 127 STCNII).
Vận tốc cắt thực : Vt = Vk. Kv
Kv = K1. K2. K3
K1: Hệ số phụ thuộc đêh chất lượng vật liệu làm dao = 0.83(bảng 5 - 6 STCN II).
K2: Hệ số phụ thuộc vào tình trạng bề mặt phôi = 0.8(bảng 5-5 STCNII).
K3:Hệ số phụ thuộcvào chất lượng vật liệu gia công(bảng 5-1 Ý 5- 4 STCNII)
K3 =
190 Ỵ
190) =1
Kv = K1. K2. K3=0,83.0,8.1 = 0.66
=>Vận tốc cát thực là:Vt=158.0,66=104(m/ph)
Tuổi bền: T=180(ph) (bảng5-40 STCNII)
Số vòng quay thực của trục chính:
(1000.W
nt= I P.D
(1000.104ì
\ 314 100 ) =332(v/ph)=>chon nmáy=315(v/ph)
nm315.3,14.100	....	, .
'v'	1000 =	1000	= 99(m/p)
Lượng chạy dao phút :
Sph =Sz.Z.n = 0,26.8.315 = 655 (mm/p)
Chọn theo máy :Sm =630(mm/p) - Lực cắt Pz tính theo công thức:
■Mp
10.c„ .1 .S7y .Bu .Z
p —	p	z	 T.T
z	Dq .nw	. 1
+ Trong đó: Z - số răng dao phay
n - số vòng quay của dao
KMp - hệ số điều chỉnh chất lượng của vật liệu gia công ( tra bảng 5-9.STCNII) có Ktp = ^55
C7và các số mũ tra bảng5-41 STCNĨI: Cp	X y u w q
54,5 0,9 0,74 1	0	1
=2729(N)
10.54,5.20,9.0,260,74.50.8
100.3150.0,55
- Mô men xoắn trên trục chính:
Pz.D	2729.100
M X = 2 100 = 200	=1365(N-m)
- Công suất cắt:
Ne	= ạ72999 = 4,4 (KW)
e 1020.60	1020.60	(	•
- Nghiệm công suất cắt gọt: Nđc. h =7.0,75 =5,25(KW) mấy đủ công suất cắt gọt
Phay tinh : Các thông số tương tự như phay thô chỉ thay đổi chiều sâu cắt
t=0,5 mm
NC
Máy
dao
t (mm)
Sp(mm/p)
n(v/p)
V(m/p)
Phay thô
6H12
BK8
2
630
315
99
Phaytinh
6H12
BK8
0,5
630
315
99
* Thời gian gia công
Tính theo công thức : To =
L + L1 + L2
Sn
.i
Trong đó L : chiều dài mặt gia công (mm)
L1 : khoảng ăn doa (mm)
Li = 0,5 .( D - 7/r -4B) +(0,5ữ3) = 0,5 .(100 - Tĩõõ2 -450 +2 = 8,7 mm
L2 : khoảng thoát dao (mm)
L2 = (1ữ6) chọn L2 =3 mm
Sn : lượng chạy dao trong 1 phút (mm/p)
có : Sn =630 (mm/p)
i : số hành trình của dao
=> To =
242 + 8,7 + 3
630
.4 =1,6 (ph)
Ví dụ 3
* Nguyên công 5 & 6 : khoan lỗ f 18 sâu 30 & 44mm.
Nguyên công 5: Khoan lỗ *18
A - A
Nguyên công 6: Khoan lỗ f 18
A - A
Định vị: chi tiết được định vị theo một mặt phẳng đáy khử 3 bậc tự do, phiến tỳ chéo của má êtô tĩnh khử 2 bậc tụe do và mọt chốt chặn khử i bậc tự do.
Chọn máy : máy khoan đứng K125 máy khoan có đường kính khoan lớn nhất khi khoan thép có độ bền trung bình là dmax= 25mm.
Công suất máy Nm= 2,8 KW
Chọn dao : Mũi khoan ruột gà, chuôi trụ, thép gió
Lượng dư gia công z = 9mm
* Chế độ cát:
Chiều sâu cát t = —
2
Lượng chạy dao Sv = 0,36 mm/v
Hệ số điều chỉnh tốc độ khi khoan Kv = Knv . Kuv . Klv = 1,:
Với Knv = 1,2 ( B5 - 1, 5- 2 STCN)
Kuv = 1 (B5 - 6)
Klv = 1 (B5 - 31)
Tốc độ cắt tra bảng Vb = 24m/p
® Tốc độ cắt tính toán Vt = Vb . Kv = 24.1,2 = 28,8 m/p
Tốc độ trục chính tính theo tốc độ cắt:
	 1000Ví _ 1000.28,8
nt =	p =	= 509’55 v/p
p	p.18
Tốc độ trục chính theo máy nm= 392 m/p
® Tốc độ cắt thực tế là :
Vtt = p*. = p.18-392 = 22,16 m/p
1000	1000
* Mômen xoắn:	Mx= 10 CM. Dq. Svy. Kp
Các hệ số cho trong bảng 5 - 32 STCN khi tính mô men xoắn
V'M
q
y
Kp =KMP (B5 - 9 TCNII)
0,0345
2,0
0,8
0,94
Mx= 10. 0,0345. 182.0,360,8. 0,94 = 46,4 (N.m)
* Lực chiều trục khi khoan : Po = 10. Cp. . Dq. Svy. Kp Các hệ số cho trong bảng 5 - 32 STCN khi tính lực chiều trục
Cp
q
y
68
1,0
0,7
® Po = 10. 68. 181. 0,360,7. 0,94 = 5627,57 ( N)
* Công suất cắt :
M n 46.4.392
N = M^n =	= 1,8 KW
9750	9750
* Nghiệm công suất cắt : 1,8 < 2,8.0,8.
Công suất cắt N = 1,8 đạt yêu cầu.
NC
Máy
Dao
nm
(v/p)
Vtt
(m/p)
sv
(mm/v)
t
(mm)
5
K125
Mũi khoan ruột gà, thép gió
392
22,16
0,36
9
6
K125
Mũi khoan ruột gà, thép gió
392
22,16
0,36
9
* Thời gian khoan :
T L + Lỵ + L2
0 S.n
L1= d cotg j + (0,5 T 2) mm = 18 cotg550 + (0,5 T 2) = 7,5 mm
L2 = (1^ 3) mm = 2 mm
- Thời gian NC5: L = 30 ® To5 = 30 + 7,5 +2 = 0,28’
05	0,36.392
	 .	.. m	44 + 7.5 + 2
- Thời gian NC6: L = 44 ® To6 = + 7:1 2 = 0,38’.
o3 0,36.392
T L + Lỵ + L2
0 S.n
L1= d cotg j + (0,5 Ạ 2) mm = 18 cotg550 Ạ (0,5 ữ 2) = 7,5 mm
L2 = (1Ạ 3) mm = 2 mm
- Thời gian NC5: L = 30 ® To5 = 30 + 7,5 +2 = 0,28’ o5 0,36.392
	 .	.. m	44 + 7.5 + 2
- Thời gian NC6: L = 44 ® To6 = + 7:1 2 = 0,38’.
o6 0,36.392