Tải bản đầy đủ

GIÁO TRÌNH MÁY CÔNG CỤ

CHƯƠNG 1
ĐỘNG HỌC MÁY CÔNG CỤ
Trước khi bắt đầu việc nghiên cứu các tính năng và cấu tạo cụ thể của từng máy, ta
cần biết một số khái niệm về động học, tức là về chuyển động, về sự hợp thành chuyển
động, về mối liên hệ chuyển động trong từng máy cắt kim loại.
Như ta đã biết: Máy cắt kim loại là loại khí cụ hoạt động theo các nguyên tắc cơ học,
dùng làm thay đổi hình dáng và kích thước của các vật thể bằng kim loại với phương
pháp cắt. Nói cách khác: Máy cắt kim loại là loại máy dùng để tạo nên các dạng bề mặt
của chi tiết gia công. Để tạo thành các bề mặt khác nhau, máy phải có cơ cấu mang dao
và phôi được gọi là cơ cấu chấp hành, và máy phải truyền đến cơ cấu chấp hành những
chuyển động tương đối theo những quy luật nhất định. Những chuyển động tương đối
này phụ thuộc vào kích thước và hình dáng bề mặt gia công, và cùng với các phương
pháp gia công, nó xác định cấu trúc động học của máy. Vì thế, muốn tạo thành một cấu
trúc động học, sau đó hình thành sơ đồ động của máy, trước tiên ta phải nghiên cứu các
phương pháp hình thành các bề mặt hình học.
Nhà bác học Xô Viết G.M.Gôlôvin là người đầu tiên đề ra các định luật cơ bản về
nguyên lý điều chỉnh chuyển động trong máy. Ông chỉ ra rằng: Tất cả các chuyển động
tương đối được truyền đến dao và phôi ở bất kỳ chiếc máy cắt kim loại nào, cũng đều có
thể quy về những chuyển động của một vài cơ cấu cơ bản.
Nhiệm vụ cơ bản của động học trong máy cắt kim loại là căn cứ vào chuyển động
hình thành bề mặt mà tiến hành phân tích cấu trúc động học của máy. Từ đó, tổng hợp

thành những quy luật, đề ra các phương pháp tổng quát về điều chỉnh chuyển động, đồng
thời đề ra các phương pháp xác định độ chính xác truyền động của máy. Ta sẽ lần lượt đề
cập một vài vấn đề cơ bản về động học trong máy cắt kim loại.
1.1 PHÂN TÍCH MỘT SỐ BỀ MẶT TẠO HÌNH SẢN PHẨM
Bề mặt hình học của những chi tiết máy rất đa dạng và chế tạo các bề mặt này trên
các máy cắt kim loại có rất nhiều phương pháp khác nhau. Để có thể xác dịnh các chuyển
động cần thiết, tức là chuyển động của các cơ cấu chấp hành của máy tạo ra bề mặt đó, ta
cần nghiên cứu các dạng bề mặt thường gia công trên máy cắt kim loại. Các dạng bề mặt
thường gặp là:
1.1.1 Bề mặt tròn xoay
Các loại bề mặt tròn xoay được tạo thành do một đường sinh chuyển động tương đối
với một đường chuyẩn (H.1.1).

1


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 hoặc đường gấp khúc, ta sẽ có mặt tròn xoay theo
hình 1.1c,d.
1.1.2 Mặt phẳng
Các dạng mặt phẳng được tạo thành bởi đường sinh là đưòng thẳng, đường cong hoặc
đường gấp khúc di động trên đường chuẩn là đường thẳng được trình bày trên hình 1.2

Hình 1.2: Các dạng mặt phẳng

1.1.3 Bề mặt đặc biệt
Hình 1.3 trình bày các dạng mặt trụ, mặt nón không tròn xoay và mặt cam. Ngoài ra,
bề mặt đặc biệt còn có dạng thân khai, arsimet, cánh turbin, mái chèo v.v..

Hình 1.3: Dạng bề mặt đặc biệt

2


Tóm lại, từ các dạng hình học của các bề mặt nói trên, ta có thể tạo ra chúng bởi hai
loại đường sinh sau đây:


1- Đường sinh do các chuyển động đơn giản: thẳng và quay tròn đều của máy tạo nên
như: đường thẳng, đường tròn hay cung tròn, đường thân khai, đường xoắn ốc…
2- Đường sinh do các chuyển động thẳng và quay tròn không đều của máy tạo nên
như: đường parabol, hyperbol, ellip, xoắn lôgarit…kết cấu máy để thực hiện các chuyển
động này 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 ra được bề mặt gia
công phải truyền co cơ cấu chấp hành (dao và phôi) các chuyển động tương đối để tạo ra
đường sinh và đường chuẩn.
Những chuyển động cần thiết tạo nên đường sinh và đường chuẩn gọi là chuyển động
tạo hình của máy cắt kim loại.
1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH BỀ MẶT
Để hình thành các dạng bề mặt của các chi tiết bằng kim loại, người ta dùng rất nhiều
phương pháp chế tạo như: Đúc, cán, ép, cắt gọt v.v… Máy cắt kim loại tạo hình các chi
tiết gia công bằng cách cắt phôi với các phương pháp sau:
1.2.1 Phương pháp chép hình
Chép hình là phương pháp tạo hình bằng cách để lưỡi dao cắt trùng với đường sinh
của bề mặt gia công (H.1.4a). Ở đây lưỡi dao cắt mới chỉ hình thành một đường sinh,
muốn hình thành bề mặt gia công, ta phải cho đường sinh chuyển động theo đường
chuẩn.

Hình 1.4: Các phương pháp tạo hình

- 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.

3


1.2.2 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.1.4b). Nói
một cách khác: Quỹ tích các vết chuyển động của dao cắt là đường sinh của bề mặt gia
công.
Theo hình 1.4b, để tạo nên đường sinh là tổng của các vết chuyển động A, người ta
có thể dùng xích dao, dùng thước chép hình v.v… Đây là phương pháp tạo hình của máy
tiện, phay định hình, mài, khoan.
1.2.3 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 1.4c 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.
Hình dáng của bề mặt gia công không những bị ảnh hưởng của hình dáng đường sinh
và phương pháp tạo hình, mà còn phụ thuộc vào vị trí tương đối của đường sinh với
đường chuẩn. Ví dụ: nếu thay đổi vị trí ban đầu của đường sinh so với đường chuẩn, ta sẽ
có mặt trụ, nếu đường sinh song song với trục xoay; sẽ có mặt côn, nếu đường sinh cắt
trục xoay, và hình hyberboloid (hình yên ngựa), nếu đường sinh chéo nhau với trục xoay
(H.1.5)

Hình 1.5: Vị trí tương đối của đường sinh với đường chuẩn

1.3 CHUYỂN ĐỘNG TẠO HÌNH CỦA MÁY CÔNG CỤ
1.3.1 Chuyển động tạo hình
Chuyển động tạo hình 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 vòng quay tròn và chuyển động thẳng.
Vận tốc của những chuyển động này quan hệ với nhau theo một tỷ lệ nhất định. Trong
chuyển động tạo hình có thể bao gồm nhiều chuyển động, mà vận tốc của chuyển động
này phụ thuộc vào vận tốc của những chuyển động kia. Các chuyển động như thế được
gọi là chuyển động thành phần. Do đó, một chuyển động tạo hình gồm một hay nhiều
chuyển động thành phần. 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.1.6.)

4


Hình 1.6: Các chuyển động tạo hình đơn giản

Chuyển động tạo hình có hai loại: đơn giản và phức tạp
a) Chuyển động tạo hình đơn giản (H.1.6) là chuyển động do một chuyển động thành
phần (chuyển động thẳng hay vòng) thực hiện. Ví dụ: ở hình 1.6b chuyển động tạo hình
để tạo nên mặt trụ có thể chỉ do chuyển động thành phần I thực hiện (lúc này phôi quay
và dao đứng yên) hoặc do chuyển động thành phần II thực hiện (lúc này phôi đứng yên
và dao quay).
b) Chuyển động tạo hình phức tạp là do nhiều chuyển động thành phần tạo thành. Ví
dụ: chuyển động tạo hình đường xoắn ốc ở hình 1.6a, phôi quay 1 vòng thì yêu cầu dao
phải tịnh tiến một bước ren t. Ở hình 1.6b, chuyển động tạo hình mặt côn có chuyển động
tịnh tiến II song song với đường sinh của mặt côn là tổng hợp của hai chuyển động thẳng
I và II.

Hình 1.7: Các chuyển động tạo hình phức tạp

Chuyển động tạo hình còn gồm bao chuyển động thành phần hoặc nhiều hơn, nhưng
trên máy cắt kim loại không dùng số chuyển động thành phần lớn hơn 4, vì cơ cấu này sẽ
rất phức tạp.
Chuyển động tạo hình là chuyển động quan trọng nhất trong máy cắt kim loại nên
phải phân tích, bố trí chuyển động này đến các cơ cấu chấp hành (phôi và dao) cho thích
hợp, mới có thể bảo đảm máy làm việc chính xác, năng suất cao và kết cấu đơn giản.
1.3.2 Chuyển động tạo hình của máy công cụ
Để thực hiện nhiệm vụ gia công, tức là hình thành các bề mặt cần thiết trên chi tiết
gia công, máy cắt kim loại cần có những chuyển động tương đối giữa dao và phôi theo
một quy luật nhất định được gọi là chuyển động tạo hình. Đứng về mặt công nghệ,
chuyển động tạo hình có hai dạng cơ bản:

5


a) Chuyển động chính: Là chuyển động tạo ra vận tốc cắt để thực hiện quá trình cắt.
Trong bất kỳ phương pháp cắt nào, nó là vận tốc lớn nhất. Chuyển động chính có thể là
chuyển động vòng hay chuyển động thẳng. Ký hiệu: v.
b) Chuyển động chạy dao: Là chuyển động đảm bảo quá trình cắt được thực hiện
liên tục. Ký hiệu: s.
Cả hai chuyển động chính và chuyển động chạy dao đều có thể do dao hay phôi thực
hiện, và cả hai đều có thể là chuyển động liên tục hoặc chuyển động gián đoạn. Hai
chuyển động này gọi là chuyển động cơ bản của máy. Ngoài ra, trên máy cắt kim loại còn
có các chuyển động phụ, không tham gia trực tiếp vào quá trình cắt như chuyển động
phân độ, tiến dao, lùi dao v.v…
Vì chuyển động chính của máy cắt kim loại có thể là chuyển động vòng hay chuyển
động thẳng, nên máy cắt kim loại cũng có thể phân làm hai nhóm chính:
Nhóm thứ nhất, gồm những máy có những chuyển động chính là chuyển động vòng
như máy tiện, máy revôle, máy khoan, máy phay v.v…
Nhóm thứ hai, gồm những máy có chuyển động chính là chuyển động thẳng như máy
bào, máy xọc, máy truốt v.v…

Hình 1.8 Chuyển động chính và chuyển động chạy dao trong máy cắt kim loại

Chuyển động chính và chuyển động chạy dao được thực hiện trên một số máy cắt kim
loại được trình bày trên hình 1.8.
Hình 1.8 a là các dạng chuyển động của máy tiện. Ở đây phôi thực hiện chuyển động
chính (chuyển động cắt), còn dao thực hiện chuyển động chạy dao.
Hình 1.8 b là chuyển động của máy khoan. Ở đây chuyển động chính và chuyển động
chạy dao đều do dao thực hiện. Ở máy phay (H.1.8c), chuyển động chính do dao, chuyển
động chạy dao do phôi lắp trên bàn máy thực hiện. Ở máy mài tròn ngoài (H.1.8d),
chuyển động chính do dao (đá mài) thực hiện. Phôi thực hiện hai chuyển động chạy dao
là chuyển động vòng s1 và chuyển động thẳng s2.
Ở máy bào ngang (H.1.8e), chuyển động chính do dao thực hiện với chuyển động
thẳng, chuyển động chạy dao cũng là chuyển động thẳng do phôi thực hiện.
Chuyển động chính và chuyển động chạy dao của máy cắt kim loại được biểu thị
bằng vận tốc cắt và lượng chạy dao (hay còn gọi là lượng tiến dao). Đối với những máy
thuộc nhóm thứ nhất, tức là những máy có chuyển động chính là chuyển động vòng, vận
tốc cắt (vận tốc chuyển động chính) là:

6


v=
và lượng chạy dao:

s=

π .dn
1000

, [mm/phút]

L
, [mm/vòng]
nT

Ở đây:

d - đường kính của phôi hay dao cắt , [mm]
n - số vòng quay của trục chính [v/f]
L - độ dài chuyển động của dao [mm]
T - thời gian cần thiết để gia công chi tiết, [phút]
Vận tốc cắt có khi còn dùng [m/s] và của lượng chạy dao dùng [mm/phút].
Đối với những máy ở nhóm thứ hai, thì vận tốc cắt là: Vs =
và lượng chạy dao:

s=

B
nT

L
, [m/f]
10 3 T

, [mm/htk]

Ở đây:

L- độ dài chuyển động của dao, [mm]
B - chiều rộng của bề mặt gia công , [mm]
n - số hành trình kép trên một phút, [mm/htk]
Các đại lượng biểu thị chuyển động chính và chuyển động chạy dao nói trên thường
được xác định bằng đồ thị.
1.4 SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC MÁY CÔNG CỤ
Để biểu thị cách bố trí tương đối của tất cả các thành phần trong xích truyền động,
biểu thị các đường truyền động từ khâu đầu tiên của xích đến tất cả các thành phần còn
lại, người ta dùng một loại sơ đồ gọi là sơ đồ động. Hình dáng các chi tiết dùng trong sơ
đồ động có thể vẽ dưới dạng phối cảnh, nhưng phần lớn người ta dùng các ký hiệu quy
ước được trình bày trong bảng 1.1.

7


Bảng 1.1 (Tiếp theo)

8


Bảng 1.1 (Tiếp theo)

Các ký hiệu này được sử dụng để hình thành sơ đồ động dưới dạng khai triển trên mặt
phẳng các chi tiết và bộ phận gần giống như vị trí thật. Khi thật cần thiết, các bộ phận
máy có thể để cách xa với thực tế hoặc đặc trưng cao độ (trục có thể vẽ cong để bánh
răng có thể ăn khớp nhau), nhưng phải đảm bảo nguyên tắc sáng rõ và dễ hiểu. Hình 1.9
mô tả sơ đồ động của một hộp tốc độ máy tiện.

9


Hình 1.9: Sơ động hộp tốc độ máy tiện

Ở sơ đồ động này, xích truyền được thực hiện từ động cơ qua các bánh răng cố định
và ly hợp với vấu L để đến trục chính.
Ta sẽ dùng loại sơ đồ này để nghiên cứu truyền động của máy trong những phần sau.

10


CHƯƠNG 2
CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN TRONG MÁY CÔNG CỤ
2.1 ĐỘNG HỌC CÁC NHÓM TRUYỀN DẪN
2.1.1 Các nhóm truyền dẫn

a) Cơ cấu truyền dẫn trong hộp tốc độ
1- Cơ cấu truyền dẫn vô cấp được dùng trong hộp tốc độ bao gồm cặp puli côn đai
dẹt, cặp bánh ma sát, xilanh – pittông, động cơ servo…
a. Cơ cấu dùng puli côn

Hình 2.1: Cơ cấu truyền dẫn vô cấp dùng puli côn

Trong cơ cấu dùng puli côn hình 2.1 muốn có tỷ số truyền theo yêu cầu chỉ cần điều
khiển gạt đai truyền sang các vị trí tương ứng.
b. Cơ cấu dùng bánh ma sát

Hình 2.2: Cơ cấu truyền dẫn vô cấp dùng bánh ma sát

Trong cơ cấu dùng bánh ma sát hình 2.2 muốn thay đổi tỷ số truyền chỉ cần quay hai
con lăn số 2, khi đó đường kính tiếp xúc của các bánh ma sát thay đổi sẽ làm thay đổi tỷ
số truyền i.
c. Cơ cấu dùng xilanh – pittông

11


Hình 2.3: Cơ cấu truyền dẫn vô cấp dùng xilanh – pittông

Trong hình 2.3 trình bày sơ đồ của cơ cấu truyền dẫn vô cấp thuỷ lực là xylanh (4) và
pitiông (5). Trong sơ đồ này muốn thay đổi tốc độ tịnh tiến của pittông chỉ cần thay đổi
lưu lượng dầu bằng van tiết lưu (3).
d. Cơ cấu truyền dẫn vô cấp trực tiếp sử dụng động cơ điện servo

Động cơ servo
Hình 2.4: Cơ cấu truyền dẫn vô cấp dùng ĐC servo, có số vòng quay thay đổi theo yêu cầu ĐK

Cơ cấu truyền dẫn vô cấp dùng động cơ servo hiện được ứng dụng rộng rãi trong điều
khiển CNC. Để có số vòng quay của trục chính theo yêu cầu chỉ cần thay đổi các thông
số điều khiển của động cơ điện servo (hình 2.4).
2- Các cơ cấu truyền dẫn phân cấp
a. Cơ cấu truyền dẫn phân cấp dùng puli nhiều bậc

Hình 2.5: Truyền dẫn phân cấp dùng puli nhiều bậc

12


Cơ cấu truyền dẫn loại này thường được sử dụng trong hộp tốc độ của máy tiện đơn
giản, nó được trình bày trên hình 2.5
Từ động cơ điện truyền chuyển động qua đai truyền có tỷ số truyền i1, tới trục I. Từ
trục I truyền qua puli 3 bậc xuống puli 3 bậc lồng không trên trục chính II. Muốn truyền
chuyển động quay cho trục chính II có thể theo hai đường:
- Chạy trực tiếp (còn gọi là chạy một đầu máy), đóng chốt làm cho chuyển động quay
từ puli lồng không trên trục II truyền qua chốt làm quay bánh răng Z4 và quay trục chính
II, được tốc độ cao tính như sau:
(2.1)
nTC = nĐC.i1.i2
Trong đó: i2 - Tỷ số truyền của puli ba bậc
nĐC - Số vòng quay của động cơ
Trục II còn gọi là trục “Hance”, khi chạy trực tiếp sẽ quay trục III sao cho hai cặp
bánh răng

Z
Z1
và 3 không ăn khớp với nhau.
Z2
Z4

- Chạy gián tiếp (còn gọi là chạy hai đầu máy): rút chốt ra, chuyển động từ puli lồng
không trên trục II qua cặp bánh răng

Z
Z1
(i3) tới trục III, qua cặp 3 (i4) tới trục II ta
Z2
Z4

được 3 tốc độ thấp tính như sau:
(2.2)
nTC = nĐC.i1.i2.i3.i4
Loại hộp tốc độ này đơn giản nhưng tốc độ thấp, chỉ phục vụ sửa chữa nhỏ, không
phù hợp với trình độ kỹ thuật hiện đại.
b. Cơ cấu dùng bánh răng di trượt
Hình 2.6 trình bày sơ đồ động của loại hộp tốc độ máy tiện dùng bánh răng di trượt.

Hình 2.6: Truyền dẫn dùng bánh răng di trượt

Chuyển động quay truyền từ trục I -> II -> III qua hai nhóm bánh răng di trượt:
- Nhóm thứ nhất gồm khối bánh răng di trượt hai bậc Z1, Z2 và hai bánh răng cố định
Z1’, Z2’ lần lượt ăn khớp với nhau cho hai tỷ số truyền khác nhau

Z1
Z
và 2 nối chuyển
Z1 '
Z2 '

động giữa trục I và II.
- Nhóm thứ hai gồm khối bánh răng di trượt ba bậc gồm Z3, Z4 và Z5 và ba bánh răng
cố định Z3’, Z4’ và Z5’ lần lượt ăn khớp với nhau cho ba tỷ số truyền khác nhau

13


nối chuyển

Z3 Z4
Z
,
và 5 nối chuyển động giữa trục II và III.
Z3 ' Z4 '
Z5 '

Nếu thay đổi lần lượt các cặp bánh răng ăn khớp giữa hai nhóm bánh răng di trượt
trên thì một trị số tốc độ vòng quay của trục I (n1) sẽ cho 6 trị số tốc độ khác nhau trên
trục III: nTC1, nTC2, …., nTC6 tính như sau:
nTC1 = n1.
nTC2 = n1.

Z1 Z 3
.
Z1 ' Z 3 '

Z2 Z3
.
Z2 ' Z3 '

nTC3 = n1.

Z1 Z 3
.
Z1 ' Z 3 '

nTC4 = n1.

Z2 Z4
.
Z2 ' Z4 '

nTC5 = n1.

Z1 Z 5
.
Z1 ' Z 5 '

nTC6 = n1.

Z1 Z 5
.
Z1 ' Z 5 '

Từ đó rút ra công thức tính số tốc độ trong máy:
(2.3)
Z = p1.p2....pi
Trong đó:
Z - số tốc độ của máy
pi - số tỷ số truyền trong một nhóm truyền (bánh răng di trượt) thứ i.
Ví dụ, với hộp tốc độ trên hình 2.6 có Z = p1.p2 = 2.3=6 cấp tốc độ.
Loại cơ cấu bánh răng di trượt này được dùng rộng rãi trong các máy cắt kim loại vạn
năng cần thay đổi tốc độ liên tục và yêu cầu nhiều tốc độ khác nhau.
c. Cơ cấu dùng bánh răng thay thế
Trên hình 2.7 trình bày sơ đồ hộp tốc độ của máy tiện dùng bánh răng thay thế.

Hình 2.7: Hộp tốc độ dùng bánh răng thay thế

Xích truyền động nối từ động cơ điện qua đai truyền hình thang tới cặp bánh răng
thay thế

a
tới cặp bánh răng côn làm quay trục chính.
b

Phương trình xích động:

a
b

nTC = nĐC.iđai. .icôn

Muốn thay đổi tốc độ nTC chỉ cần thay đổi tỷ số truyền

14

a
b

(2.4)


Trong mỗi loại này đã có sẵn nhiều bánh răng thay thế khác nhau để đáp ứng yêu cầu
thay đổi tốc độ cắt. Loại hộp tốc độ này dùng nhiều trong máy tự động và máy chuyên
dùng.
b) Cơ cấu truyền dẫn trong hộp chạy dao
1- Cơ cấu Norton (còn gọi là khối bánh răng hình tháp)
Trên hình 2.8 trình bày xích chạy dao của máy tiện dùng cơ cấu Norton. Xích truyền
động được nối liền từ trục chính qua bánh răng a, b, c, d tới cơ cấu Norton và tới trục vít
đai ốc rôồ truyền tới dao. Chuyển động từ trục I -> II có khoảng cách A0 cố định (hình
2.9). Bánh răng Za di trượt trên trục II được gạt lần lượt tới các vị trí ăn khớp với các
bánh răng Z1, Z2,... Zi của khối bánh răng hình tháp trên trục I cho các tỷ số truyền:
Z
Z1 Z 2
, ..., i
Za Za
Za

Bánh răng
thay thế

Hình 2.8: Hộp chạy dao dùng cơ cấu Norton

Hình 2.9: Cơ cấu Norton

15


Trong cơ cấu Norton bánh đệm Z0 sẽ làm nhiệm vụ nối truyền động giữa trục I và II:
từ bánh răng Zi qua Z0 đến Za, khi bánh răng Zi thay đổi (lớn lên hoặc bé đi) thì bánh đệm
Z0 phải quay hành tinh xung quanh trục bánh răng Za bảo đảm sao cho ba bánh răng lúc
nào cũng ăn khớp với nhau.
2- Cơ cấu then kéo
Cơ cấu then kéo thường được sử dụng trong hộp chạy dao của máy khoan. Khối bánh
răng hình tháp trên trục I cố định, khối bánh răng hình tháp trên trục II lồng không. Khi
trục I quay sẽ truyền cho bốn bánh răng trên trục II quay nhưng chưa làm quay trục II.
Muốn trục II quay phải rút then kéo để ở vị trí 1, 2, 3 hay 4 (hình 2.10a). Then kéo có tác
dụng như một chốt cố định bánh răng với trục (hình 2.10b). Trục I có một trị số vòng
quay nI sẽ được 4 trị số vòng quay nII của trục II.
Hình 2.10b trình bày kết cấu của cơ cấu then kéo, trong đó 1 là then kéo, 3 là lò xo là
luôn đẩy cho then kéo chui vào rãnh then của bánh răng, quay bánh răng 2 ăn khớp với
thanh răng sẽ kéo cho then kéo lần lượt ăn khớp với bánh răng trong khối hình tháp trên
trục II.

Hình 2.10: Cơ cấu then kéo

3- Cơ cấu Meandr (Mêan)
Cơ cấu Mêan thường được dùng trong hộp chạy dao của máy tiện, phay... Có hai loại
cơ cấu Mêan trực tiếp và cơ cấu Mêan gián tiếp.

16


Hình 2.11: Cơ cấu Mê-an

- Loại thứ nhất
Trên trục I có 3 khối bánh răng hai bậc như nhau. Một khối cố định với trục, còn hai
khối lồng không. Trên trục II có 4 khối bánh răng hai bận như nhau, lắp lồng không.
Bánh răng Z5 trên trục III di trượt lần lượt ăn khớp với 4 bánh răng lớn trên trục II cho 4
tỷ số truyền khác nhau. Truyền dẫn từ trục I, III theo đường zích zắc.
- Loại thứ hai
Về lắp ghép và đường truyền cũng giống như loại 1, nhưng có thêm bánh răng đệm
Z0. Trục bánh răng Z0 quay hành tinh xung quanh trục bánh răng Z5 (giống cơ cấu
Norton) bảo đảm cho bánh răng Z0 ăn khớp lần lượt với mọi bánh răng to nhỏ trên trục II
cho ta nhiều tỷ số truyền hơn so với cơ cấu loại 1.
4- Cơ cấu bánh răng thay thế (còn gọi là chạc đầu ngựa)
Để đảm bảo việc thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu bánh răng thay thế được linh hoạt
khi khoảng cách giữa hai trục truyền động cố định, người ta thường dùng cơ cấu bánh
răng thay thế chạc đầu ngựa (hình 2.12)
Đường truyền từ trục chủ động I qua bánh răng thay thế a, b, c, d đến trục III. Tỷ số
truyền là:

ithay thế =

a c
.
b d

Khi thay đổi ithay thế có nghĩa là thay đổi số răng a, b, c, d thì đường kính bánh răng sẽ
thay đổi theo. Khoảng cách giữa trục I và II là A0 cố định. Do đó sử dụng chạc điều chỉnh
có hình đầu ngựa để đảm bảo ăn khớp của 4 bánh răng a, b, c, d.
Nguyên tắc điều chỉnh và kết cấu
Bánh răng b và c lồng không trên chốt 2 lắp và chạc 1. Hai bánh răng này có thể điều
chỉnh được dọc theo rãnh 4 và bản thân chạc 1 có thể quay điều chỉnh xung quanh trục
bánh răng d (nới lỏng bulông 3 ra). Như vậy bánh răng b, c điều chỉnh được vị trí trục
nên bảo đảm ăn khớp khi số răng a, b, c, d thay đổi (trong phạm vi đã thiết kế).

17


Hình 2.12: Cơ cấu truyền dẫn dùng bánh răng thay thế

5- Cơ cấu truyền dẫn vô cấp với động cơ điện:
Trên hình 2.13 trình bày hệ thống chạy dao vô cấp sử dụng động cơ điện servo. Hệ
thống này hiện nay được sử dụng rộng rãi trong chuyển động chạy dao của máy điều
khiển theo chương trình số, nó cho phép cung cấp lượng chạy dao bất kỳ trong phạm vi
cho phép.

Hình 2.13: Truyền dẫn chạy dao vô cấp với động cơ điện servo

2.1.2 Các loại động cơ điện truyền dẫn
Trong máy công cụ nói chung động cơ điện là một phần rất quan trọng. Động cơ làm
nhiệm vụ biến đổi năng lượng từ các dạng năng lượng khác nhau thành chuyển động cơ
học. Hiện nay có các loại động cơ điện từ không điều chỉnh được tốc độ động cơ đến

18


động cơ dùng trong các máy điều khiển kỹ thuật số (CNC) có khả năng thay đổi và tự
động điều chỉnh tốc độ như động cơ thủy lực, động cơ bước, động cơ một chiều DC hoặc
động cơ xoay chiều điều khiển tần số.
Do đòi hỏi về chất lượng gia công và khả năng điều khiển mà động cơ điện thông
thường không có khả năng thay đổi tốc độ ít được quan tâm hơn, ở đây chỉ giới thiệu một
số loại động cơ điện phục vụ cho các máy điều khiển tự động.
2.1.2.1 Động cơ bước
Động cơ bước là một cơ cấu chấp hành Cơ – Điện dùng để biến đổi năng lượng điện
thành chuyển động cơ học. Đặc tính chuyển động của động cơ bước là rời rạc, trái ngược
với đặc tính chuyển động quay liên tục và trơn của động cơ DC và AC. Mỗi xung dòng
cấp cho cuộn dây stato, trục động cơ thực hiện quay một góc gọi là bước góc. Đặc điểm
của độgn cơ bước là tốc độ góc tỷ lệ với tần số xung vào. Động cơ bước có thể điều khiển
cả về vị trí và tốc độ mà không cần mạch phản hồi nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác về
vị trí. Độ chính xác vị trí của động cơ bước vào khoảng 1 đến 5% bước góc. Với công
nghệ hiện nay, công nghiệp đã sản xuất động cơ bước với công suất lớn nhất là 2kW.
Một số thông số cơ bản của động cơ bước:
1- Bước góc: là góc quay của trục động cơ tương ứng với một xung điều khiển. Bước
góc của động cơ được xác định bởi kiểu điều khiển (cả bước, nửa bước) và cấu trúc động

2- Độ chính xác bước góc: Được đánh giá bằng giá trị phần trăm tăng hoặc giảm của
bước góc so với bước góc danh nghĩa.
3- Mô men tĩnh: là mô men ngoại lực mà mô men này giữ cho trục không quay. Để
động cơ quay được cần cấp điện cho động cơ, vì vậy roto quay liên quan tới dòng trong
động cơ
4- Mô men hãm: hay còn gọi là mô men dư. Mô men hãm là tổng các mô men hiện
tại trên roto khi động cơ không được cấp điện. Mô men tĩnh phải nhỏ hơn mô men hãm
10%.
5- Điện trở cuộn dây: Điện trở cuộn dây pha liên quan đến dòng điện trong động cơ
Dòng trong cuộn dây liên quan tới mômen, dòng lớn, mômen động cơ lớn, dòng nhỏ
mômen động cơ nhỏ.
6- Độ tự cảm trên cuộn dây: Độ tự cảm trên cuộn dây pha xác định bởi tốc độ tự cảm
đến bão hòa khi cấp điện cho cuộn pha. Giá trị tự cảm nhanh hay chậmh tùy thuộc vào
dòng chảy trên cuộn dây. Cần phải tính toán dòng cấp cho cuộn pha phù hợp khi động cơ
quay ở tốc độ cao
7- Mô men quán tính của rôto: mô men quán tính dùng để tính toán gia tốc của động
cơ, đơn vị đo kG.cm2
8- Mô men khởi động: là mô men điện từ sinh ra khi cấp điện cho động cơ để nó có
thể tự khởi động và chạy đồng bộ.
9- Mô men kéo: Mô men chạy là mô men tải cực đại có thể đặt lên trục động cơ khi
nó đang quay mà không gây ra dừng động cơ.
10Tần số khởi động cực đại: Tần số khởi động cực đại là tần số lớn nhất mà ở
tần số này động cơ ở trạng thái không tải có thể tự khởi động được.
Tốc độ quay của động cơ được tính theo tần số cấp xung:
2.5
ω = fS.S.60/360 = fS.S/60

19


Trong đó: fS: Tần số xung cấp cho cuộn pha ( xung/s)
ω: Tốc độ góc của trục động cơ ( vòng/phút)
S: Bước góc, tính bằng độ
3600: hệ số chuyển đổi 3600/vòng
60: hệ số chuyển đổi 60s/phút
Khoảng cách dịch chuyển của trục động cơ tính theo số xung cấp và bước góc dịch
chuyển của động cơ theo công thức:
2.6
θ = nX.S/360
Trong đó: θ: góc quay của trục động cơ, đơn vị tính theo vòng
nX: số xung cấo cho động cơ
S: Khoảng cách tiến khi dịch chuyển một bước góc của trục động cơ, tính
0
theo mm ( milimét độ)
2.1.2.2 Động cơ secve một chiều ( DC Servo )
Dẫn động chạy dao máy công cụ điều khiển số NC/CNC đòi hỏi hệ điều khiển phải
có khả năng điều khiển đồng thời cả tốc độ và vị trí. Mặc dù với sự phát triển của công
nghiệp điện tử. động cơ xoay chiều điều khiển tốc độ bằng biến tần ngày càng phát triển
mạnh mẽ nhưng động cơ một chiều Dcservo vẫn được sử dụng phổ biến trong các máy
công cụ điều khiển số.
Động cơ DCServo có hai loại: Động cơ một chiều secvo có chổi than và động cơ một
chiều secvo không chổi than
Mô men tác động lên trục roto được biểu diễn theo phương trình:
2.7
Tm = Ke.φ.Ie.sinφ
Trong đó: Te : mô men động cơ;
Ke : hệ số động cơ;
Ia : dòng phản ứng
φ : góc giữa véc tơ từ trường cố định và véc tơ dòng
2.1.2.3 Động cơ secvo xoay chiều ( AC Servo )
Nhờ sự phát triển vượt bậc của công nghệ điều khiển điện, hiện nay chuyển động
chạy dao trong máy công cụ điều khiển số dùng khá phổ biến động cơ AC Servo.
Nhược điểm của động cơ AC Servo là hệ điều khiển tốc độ động cơ phức tạp và đắt
tiền hơn so với động cơ DC. Hệ điều khiển động cơ AC dựa trên cơ sở biến đổi tần số.
Tốc độ động cơ được xác định theo tần số nguồn. Một trong những phương pháp điều
khiển tốc độ động cơ AC là biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều nhờ bộ chỉnh
lưu ba pha, sau đó biến đổi dòng một chiều thành dòng xoay chiều nhưng ở tần số đã
được lựa chọn.
2.1.2.4 Lựa chọn động cơ:
Khi lựa chọn động cơ thiết kế phải xem nhiều yếu tố và các đặc trưng về dải tốc độ,
sự biến đổi mô men tốc độ, tính thuận nghịch, chu kỳ làm việc, mô men khởi động và
công suất yêu cầu.

20


Đường cong mô men tốc độ

Đặc biệt lưu ý tới đường cong mô men tốc độ động cơ bởi vì các đường cong này cho
ta những thông tin quan trọng. Đường cong chỉ ra tốc độ khác nhau với điện áp tiêu thụ
tương ứng.
Để lựa chọn động cơ, chúng ta cần xem xét các vấn đề sau:
• Mô men khởi động động cơ:
Mô men ở tốc độ quay bằng không được gọi là mô men khởi động của động cơ. Để
động cơ tự khởi động được, động cơ phải sinh ra mô men lớn hơn mô men ma sát và mô
men tải đặt lên trục của nó. Nếu gọi a là gia tốc góc của động cơ và được đo bằng rad/s2.
Tm là mô men động cơ, Ttải là mô mentải đặt lên trục động cơ và j là mô men quán tính
của rôto và tải ta có quan hệ:
2.8
a = ( Tm - Ttải )/J
• Tốc độ cực đại của động cơ:
Nhìn vào đồ thị quan hệ mô men tốc độ, tại điểm mô men bằng không xác định tốc độ
cực đại của động cơ. Cần phải nhớ rằng tại tốc độ này động cơ không cho mô men và tốc
độ này được gọi là tốc độ không tải.
• Công suất yêu cầu của tải
Công suất yêu cầu đặc biệt quan trong với động cơ, vì vậy người thiết kế phải chọn
động cơ có công suất tương ứng với công suất yêu cầu trong chu kỳ làm việc
• Nếu hệ dẫn động yêu cầu điều chỉnh tốc độ, tốt nhất là chọn động cơ đồng
bộ hoặc là động cơ một chiều
• Nếu hệ yêu cầu điều khiển cả vị trí lẫn tốc độ
Trogn trường hợp vị trí góc thực hiện theo vị trí rời rạc hoặc gia số, tốt nhất sử dụng
động cơ bước. Động cơ bước có thể điều khỉển tốc độ bằng cách thay đổi tần số cấp xung
và chỉ dùng trong các mạch điều khiển hở có nghĩa là không có mạch phản hồi. Động cơ
bước chỉ dùng trong trường hợp tải trọng nhỏ và không thể dùng trong trường hợp đòi hỏi
tốc độ quá cao. Trong trường hợp đòi hỏi cả vị trí và tốc độ, ví dụ như trong các thiết bị
chuyển động theo chương trình số, người ta thường sử dụng động cơ secvo. Động cơ
secvo là động cơ AC hoặc DC hoặc động cơ một chiều không chổi than có mạch phản
hồi vị trí. Động cơ secvo đắt hơn động cơ bước.

21


• Hệ thống cần hay không cần giảm tốc
Thông thường tải được điều khiển ở dải tốc độ thấp và mô men lớn. Đặc tính của
động cơ ở tốc độ cao là mô men thấp, vì vậy cần hộp tốc độ để giảm tốc độ đầu ra. Khi
dùng hộp tốc độ quán tính tải cũng thay đổi theo và sự thay đỏi này thể hiện trong công
thức:
2.9
Jc = Jtải (ωtải/ωđ)
Trong đó: ωtải : tốc độ góc của tải (rad/s)
ωđ : tốc độ góc của động cơ (rad/s).
Việc tính chính xác công suất động cơ điện là một vấn đề khó khăn vì khó xác định
đúng điều kiện làm việc và hiệu suất của máy, điều kiện chế tạo cũng như những ảnh
hưởng khác. Có hai cách thường dùng để xác định công suất động cơ điện. Xác định công
suất động cơ gần đúng theo hiệu suất tổng và tính chính xác khi đã chế tạo xong máy,
bằng thực nghiệm có thể đo được công suất động cơ tại các số vòng quay và chế độ cắt
gọt khác nhau.
@, Xác định công suất động cơ truyền dẫn chính
(2.10)
Công suất động cơ gồm có:
Nđc = Nc + No + Np
Nc - Công suất cắt
No - công suất chạy không
Np – Công suất phụ tiêu hao do hiệu suất và do những nguyên nhân ngẫu nhiên
ảnh hưởng đến sự làm việc của máy.
Công suất động cơ điện phải khắc phục ba thành phần công suất trở lên, bảo đảm cho
máy làm việc ổn định. Lần lượt tính các thành phần công suất trên như sau:
a) Tính công suất cắt:
Nc =

Pz .v
(kW)
60.102.9,81

(2.11)

Pz lực cắt chọn
(N)
v - tốc độ cắt chọn (m/phút)
Thường Nc chiếm 70 – 80% Nđc , cho nên có thể tính gần đúng công suất động cơ
điện theo công suất cắt:

Nđc =

Nc

η

(kW)

(2.12)

Trong đó:

η - hiệu suất chung của truyền dẫn
η = 0,70 ÷ 0,85 với các máy có chuyển động chính quay tròn
η = 0,60 ÷ 0,75 với các máy có chuyển động chính thẳng
b) Công suất chạy không
No = Km -

d tb
(Σn + K1ntc)
10 6

(2.13)

Trong đó
Km - hệ số phụ thuộc chất lượng chế tạo các chi tiết và điều kiện bôi trơn, thường lấy
Km = 3 ÷ 6
Đtb - đường kính trung bình của tất cả các ngỗng trục của máy (mm) khi thiết kế
máy phải tính sơ bộ các trục.

22


n – (v/ph) tổng số vòng quay của tất cả các trục (trừ trục chính)
K1 - hệ số tổn thất công suất riêng tại trục chính, K1 = 1,5 nếu ổ trục chính là ổ lăn,
K1 = 2 nếu ổ trục chính là ổ trượt.
ntc – (v/ph) số vòng quay của trục chính
c) Công suất phụ

Np = Nđc

k

∑i

k

(1-ηk)

(2.14)

1

Trong đó: ηk - hiệu suất các bộ truyền cùng loại (đai, xích, bánh răng v.v…)
ik - số lượng các bộ truyền cùng loại
Tóm lại công suất động cơ điện bằng:

Nđc =

Nc + No
k

∑i

k

(1 − η k )

1

@. Xác định công suất chạy dao bằng hai phương pháp:
a) Tính theo tỷ lệ với công suất động cơ chính (với các máy dùng chung động cơ như
máy tiện, khoan v.v…)
2.15
Nđcs= KNđcv
K = 0,04 với các máy tiện, rơ vòn ve, khoan
K = 0,08 với các máy tiện nhiều dao tự động, nửa tự động
K = 0,15 với các máy phay
K = 0 với máy bào; mài
Phương pháp này chỉ nên dùng để tính ước lượng sơ bộ công suất chạy dao. Khi tính
động lực học các chi tiết máy trong hộp chạy dao nên dùng phương pháp sau:
b) Tính theo lực chạy dao

Nđcs =

Q.Vs
612.10 3η cd .9,81

2.16

vs - tốc độ chạy dao (mm/phút)
ηcd - hiệu suất chung của cơ cấu chạy dao, thường rất thấp , ηcd ≤ 0,15 ÷ 0,2
Q - lực kéo (N)
2.2 CÁC BỘ PHẬN HỢP THÀNH CỦA MÁY CÔNG CỤ

Hình 2.14 Hình dáng chung của máy tiện renvit vạn năng

23


Hình 2.14 trình bày hình dáng và vị trí của những bộ phận cơ bản của máy tiện renvit
vạn năng. Nó gồm có thân máy 1, hộp tốc độ 2, mâm cặp 3, ụ động 4, giá đỡ 5, bàn dao
6, hộp chạy dao 7, hộp xe dao 8, trục vitme 9, trục trơn 10 và trục điều khiển 11 dùng để
đóng mở máy. Các cơ cấu (a, b, d, e) là các tay gạt để di động các khối bánh răng bên
trong hộp tốc độ. Tay gạt (c) dùng để đóng mở ly hợp, trên cơ sở đó đóng, mở máy và
đảo chiều trục chính.
Sau đây, ta lần lượt xét một số bộ phận chính yếu của máy tiện renvit.
2.2.1 Thân máy
Thân máy là một chi tiết quan trọng, trên đó lắp tất cả những bộ phận chính yếu của
máy. Bộ phận quan trọng nhất của thân máy là sống trượt. Trên sống trượt lắp những bộ
phận máy có thể di động như ụ động, giá đỡ, hộp xe dao. Kết cấu thân máy rất đa dạng.
Dạng thông thường có mặt cắt được trình bày trên hình 2.15.

Hình 2.15 Mặt cắt ngang của thân máy tiện

2.2.2 Hộp trục chính
Hộp trục chính của phần nhiều máy tiện bao gồm cả hộp tốc độ để thực hiện tất cả
các cấp vận tốc cần thiết của trục chính. Ở một số máy tiện, hộp tốc độ được hình thành
một hộp riêng và đặt dưới thân máy. Trong trường hợp này, hộp trục chính chỉ còn lại các
cơ cấu trục chính gọi là ụ trục chính.
Bộ phận quan trọng nhất của hộp trục chính là trục chính và những ổ trục của trục
chính. Kết cấu trục chính ở hình 2.16 có ổ trục phía trước là ổ trượt và ổ trục phía sau
dùng ổ lăn.

Hình 2.16: Trục chính của máy tiện

Nhiệm vụ của trục chính là định tâm, định vị chi tiết gia công, đồng thời truyền lực từ
động cơ điện, qua hộp tốc độ đến chi tiết gia công, để tạo nên vận tốc cắt. Trục chính

24


thường rỗng để có thể đưa phôi thanh qua trục chính. Đầu trước của trục có phần ren để
lắp mâm cặp và bên trong có lỗ côn để đặt mũi tâm.
2.2.3 Mâm cặp
Mâm cặp là một bộ phận của máy tiện lắp trên phần có ren ở đầu trước trục chính,
dùng để kẹp chặt và truyền mômen xoắn cho phôi. Mâm cặp của máy tiện có thể phân
thành hai loại chính: loại không tự định tâm và loại tự định tâm.
a) Mâm cặp không tự định tâm: loại này có bốn vấu cặp, mỗi vấu có thể di động
độc lập nhau. Mâm cặp không tự định tâm chủ yếu dùng để kẹp chặt những chi tiết gia
công có hình dạng không đối xứng hay khi cần gia công chi tiết lệch tâm. Kết cấu của nó
được thể hiện trên hình 2.24a.
Khi ta vặn vít 1, cơ cấu truyền động vit-đai ốc sẽ di chuyển các vấu 3 theo hướng tâm
một cách độc lập nhau.

Hình 2.17: Mâm cặp máy tiện

b) Mâm cặp tự định tâm: thường có ba vấu cặp di động hướng tâm hay ra xa tâm
cùng một lúc với nhau. Loạ mâm cặp này thường dùng để kẹp những vật hình trụ xoay.
Một loại kết cấu của nó được trình bày trên hình 2.17b.
Khi ta quay bánh côn 3, đĩa 4 cùng quay theo làm cho các vấu cặp 5 cùng một lúc
chuyển động hướng tâm hoặc xa tâm nhờ những đường xoắn ốc.
2.2.4 Ụ động
Ụ động máy tiện dùng để đỡ những chi tiết gia công tương đối dài; ngoài ra còn dùng
để kẹp mũi khoan, mũi doa, tarô v.v... (H.2.18).

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×