Đồ án Thiết kế máy phay đứng công xôn

LỜI NÓI ĐẦU Chế tạo máy là một ngành công nghiệp then chốt , đóng vai trò quyết định trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá , từng bước đưa nền kinh tế đất nước hoà nhập vào nền kinh tế của khu vựcvà thế giới . Phát triển ngành chế tạo máy phải dựa vào sự phát triển nguồn nhân lực và đầu tư các trang thiết bị hiện đại , trong đó đào tạo và bồi dưỡng nguồn nhân lực trình độ cao là một nhiệm vụ trọng tâm và lâu dài . Nghành chế tạo máy là một trong ngành công nghiệp chủ yếu sản xuất ra những công cụ lao động quan trọng , là cơ sở vật chất của tiến bộ kỹ thuật . Một trong những yêu cầu và nhiệm vụ quan trọng của ngành chế tạo máy là sản xuất máy công cụ hay máy cắt kim loại để đáp ứng cho nền kinh tế quốc dân . Vấn đề quan trọng hiện nay là ứng dụng vào sản xuất một nền công nghiệp tiên tiến , mà các máy cắt và dụng cụ cắt có khả năng cơ khí hoá cao sẽ đóng một vai trò rất quan trọng . Trong các phân xưởng hay các nhà máy cơ khí , thì máy phay là một trong những máy cắt chiếm phần lớn trong tổng số máy cắt trong đó , thường từ 20 ( 30 % . Ưu điểm của máy phay là gia công được nhiều bề mặt khác nhau , đễ dàng nâng cao năng suất máy , mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ có thể tham gia vào quá trình tư động hoá và cơ khí của các chuyển động phụ . Một trong những máy phay được sử dụng nhiều nhất là máy phay đứng công xôn . Tính vạn năng của nó rất cần thiết cho việc phay . Là một sinh viên khoa cơ khí thuộc trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng , sau một thời gian học tập tại trường , được đi tham quan và thực tập tại các nhà máy , xí nghiệp bản thân em đã được giao nhiệm vụ thiết kế máy phay đứng công xôn độ chính xác nâng cao . Bằng kiến thức học tập được tại trường và qua quá trình thực tập tại nơi sản xuất cùng với sự hướng dẫn tận tình cúa thầy Trần Minh Chính em đã hoàn thành nhiệm vụ đã được giao. Tuy nhiên do khả năng còn hạn chế nên việc tính toán thiết kế máy chắc chắn còn rất nhiều thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ dẫn của các thầy cô và bạn bè . Em xin chân thành cảm ơn ! Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2004 Sinh viên thực hiện Phạm Vĩ Đoan PHẦN I: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG. 1.PHÂN LOẠI MÁY THEO CẤP CHÍNH XÁC , ĐẶC ĐIỂM CỦA MÁY CÓ ĐỘ CHÍNH XÁC NÂNG CAO . 1.1.Phân loại máy theo cấp chính xác Theo tiêu chuẩn TCVN 17-42-75, máy cắt kim loại được phân loại thành 5 cấp chính xác và được ký hiệu bằng các chữ ( theo thứ tự tăng dần độ chính xác ): E, D, C, B, A. Ngoài ra còn cho phép chế tạo máy cắt kim loại cấp chính xác G. Tỷ số các đại lượng sai lệch cho phép khi chuyển từ cấp chính xác này qua cấp chính xác khác là
1.2 . Đặc điểm của máy có độ chính xác nâng cao 1.2.1 Khái niệm về độ chính xác nâng cao: Mỗi nước đều có tiêu chuẩn về độ chính xác của máy.Thông thường phân thành các cấp chính xác sau: máy chính xác thường, máy chính xác nâng cao, máy chính xác cao, máy chính xác đặc biệt và siêu chính xác. - Cấp E - của máy công cụ cố độ chính xác thông thường, là cấp chính xác phổ biến nhất. - Cấp D - của máy công cụ có độ chính xác được nâng cao. Nó được chế tạo trên cơ sở máy có độ chính xác thông thường cấp E, song có chất lượng hơn. Việc lắp ráp và sử dụng cũng có những nét riêng biệt. - Cấp C - của máy công cụ có độ chính xác cao. Máy có kết cấu đặc biệt của các chi tiết và cụm máy. Do yêu cầu về điều kiện sử dụng đặc biệt, máy có thể gia công được các sản phẩm có độ chính xác cao. - Cấp B - của máy công cụ có độ chính xác đặc biệt cao. Máy cấp chính xác này cũng tương tự với máy cấp chính xác C, song được chế tạo với yêu cầu chặt chẽ hơn đối với cụm máy và chi tiết chủ yếu. - Cấp A - của máy công cụ siêu chính xác dùng để chế tạo chi tiết có độ chính xác cao nhất như: đĩa phân độ, bánh răng chuẫn, vít đo lường để dùng cho máy cấp B và cấp C. Trong tiêu chuẩn có quy định độ chính xác hình học cho máy công cụ và cả độ chính xác chi tiết gia công trên máy. Như vậy có tính đầy đủ các nhân tô khác nhau ảnh hưởng tới độ chính xác của máy khi có tác dụng của tải trọng Mặt khác cần chú ý đến độ chính xác tương ứng với kích thước giới hạn cho phép của phôi. Cùng một cấp chính xác, nhưng kích thước phôi giới hạn khác nhau đòi hỏi biện pháp công nghệ khác nhau và máy mới thiết kế ra sẽ có đặc trưng khác nhau . 1.2.2.Đặc điểm của máy có độ chính xác nâng cao: Độ chính xác của máy công cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công . Độ chính xác máy công cụ gồm độ chính xác hình học, động học của máy, độ biến dạng nhiệt, độ cứng vững của chi tiết và mối ghép, độ mòn tại các cặp ma sát chi tiết máy và khả năng khắc phục , lắp đặt điều chỉnh máy đúng, định vị, điều chỉnh cụm máy cũng như các phụ tùng kèm theo máy,... Trong quá trình cắt gọt có thể gây ra các sai số gia công sau đây: - Kích thước bề mặt gia côngvà kích thước xác định vị trí tương đối của các bề mặt gia công. -Hình dáng hình học của bề mặt gia công. -Vị trí tương đối của các bề mặt gia công. Độ chính xác hình học là cần thiết nhưng chưa phải là điều kiện đủ để đảm bảo độ chính xác gia công của máy vì còn có nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến độ chính xác gia công của máy như: ảnh hưởng của tải trọng, rung động, môi trường làm việc. Độ nhẵn bóng của bề mặt gia công phụ thuộc vào vật liệu phôi, vật liêu dao, chế độ gia công, rung động khi cắt,... Người thiết kế phải tímh toán kết cấu sao cho máy có độ chịu rung cao trong mọi điều kiện và chế độ làm việc của máy cho phép. 2 . CÔNG NGHỆ PHAY 2.1 . Khái niệm về máy phay , phân loại Máy phay là loại máy công cụ dùng để gia công một hay nhiều bề mặt chính xác trên một sản phẩm hoặc chi tiết gia công. Máy phay có thể thực hiện được nhiều công việc khác nhau như : gia công mặt phẳng , mặt định hình , lỗ , rãnh , cắt ren ngoài và ren trong , gia công bánh răng , rãnh then hoa khi có thêm đầu phân độ ... Máy phay là loại máy có chuyển động tạo hình đơn giản gồm hai chuyển động. - Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của trục chính mang dao phay. - Chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến được thực hiện nhờ bàn máy. * Ký hiệu : Theo tiêu chuẩn của Liên Xô (cũ) đã thống nhất các ký hiệu quy ước cho các máy sản xuất ở trong nước là : mỗi máy có một số hiệu riêng là : Số đầu tiên ký hiệu nhóm máy Số thứ hai ký hiệu loại máy Số thứ ba (đôi khi là số thứ tư) đặc trưng cho kích thước của máy. -Trong nhiều trường hợp giữa số thứ nhất và số thứ hai có thêm chữ cái tiếng Nga. Chữ viết đó cho biết là máy đã được cải tiến hoặc cải biên. Đôi khi chữ cái được ghi ở cuối để cho biết phạm vi sử dụng của máy đã được cải biên . * Phân loại. Máy phay được chia ra làm nhiều kiểu khác nhau. Trong mỗi kiểu người ta lại chia ra làm nhiều loại. * Kiểu máy phay ngang: máy phay ngang công xôn, máy phay ngang công xôn vạn năng :Đây là kiểu máy phay có trục chính nằm ngang. Chủ yếu dùng để gia công mặt phẳng và các bề mặt định hình phức tạp. Ngoài ra kiểu máy phay này còn dùng để gia công bánh răng, cắt ren, khoan, khoét, doa, xọc, ... * Kiểu máy phay đứng: máy phay đứng công xôn, máy phay đứng có bàn máy hình chữ thập, máy phay đứng công xôn có bàn quay: Máy phay đứng là kiểu máy phay mà trục chính của nó thẳng đứng ( vuông góc với bàn máy ). Máy phay này có mặt trong phần lớn các xưỡng máy, được dùng nhiều hơn máy phay nằm ngang. Máy phay đứng cũng dùng để gia công các bề mặt như máy phay nằm ngang. * Kiểu máy phay giường: máy phay giường nguyên công, máy phay giường một trụ và hai trụ: Kiểu máy phay này dùng để gia công các chi tiết dạng hộp hoặc các chi tiết lớn bằng gang, thép,kim loại màu và các hợp kim khác trong điều kiện sản xuất đơn chiếc và sản xuất hàng loạt. Kiểu máy phay này có công xuất lớn và độ cứng vững cao cho nên có thể gia công với tiết diện cắt lớn. Chiều rộng của bàn máy nằm trong khoảng 3200 ( 5000 (mm). Kiểu máy này rất hiện đại, đều có đặc điểm là sử dụng và bảo quản thuận lợi, có độ chính xác và năng xuất cao. Kiểu máy này có cần điều khiển từ xa, có cơ cấu kẹp chặt cơ khí các bộ phận di động, điều chỉnh vô cáp tốc độ và lượng chạy dao, ... * Kiểu máy phay chép hình: máy phay chép hình chuyên dùng, máy phay chép hình gia công đinh vít, ... Kiểu máy này được dùng trong sản xuất hàng loạt và hàng khối các chi tiết có hình dạng phức tạp như khuôn rèn , dập, khuôn ép, cánh quạt tua bin, ... Người ta phân biệt hai loại chép hình: chép hình biên dạng và chép hình thể tích. + Quá trình phay chép hình biên dạng : dao và chi tiết gia công đồng thời chuyển động theo chương trình đã định. + Quá trình phay chép hình thể tích : mặt định hình không gian phức tạp được gia công bằng từng hành trình của dao phay. Trong khi gia công mỗi hành trình như vậy tại mỗi tiết diện của chi tiết gia công , dao phay dịch chuyển prôfin theo phương x, y, z. Các máy phay chép hình đều có cơ cấu chủ động ( mẫu chép hình, dưỡng, chi tiết mẫu, bãn vẽ, mô hình,...) qua cơ cấu chép hình ( thước thăm dò, ngón chép hình, con lăn chép hình, tế bào quang điện) liên kết với bộ phận chép hình.Ngoài các kiểu máy phay trên còn có các kiểu máy phay khác nữa. 2.2 Tên gọi , các chuyển động và khả năng công nghệ của máy phay cần thiết kế 2.2.1. Tên gọi của máy cần thiết kế. Máy cần thiết kế là máy phay đứng công xôn độ chính xác nâng cao cỡ P11 ( theo tiêu chuẫn Liên Xô ( cũ )). 2.2.2. Các chuyển động của máy. Đây là kiểu máy phay đứng vạn năng , nên có các chuyển động sau : Chuyển động chính của máy : là chuyển động quay tròn của dao phay.Chuyển động này được thực hiện nhờ chuyển động quay tròn của trục chính thẳng đứng. -Chuyển động chạy dao : theo ba hướng: dọc, ngang và thẳng đứng được thực hiện nhờ bàn máy Máy phay đứng công xôn vạn năng có thể gia công được nhiều bề mặt khác nhau bằng các loại dao phay hình trụ, dao phay đĩa, dao phay mặt đầu, dao phay góc,dao phay ngón, dao phay định hình và nhiều loại dao phay khác trong điều kiện sản xuất đơn chiếc và sản xuất hàng loạt. Trên các máy phay này có thể gia công các chi tiết đa dạng với kích thước phù hợp ( phụ thuộc vào kích thước của bàn máy ) bằng thép, gang, hợp kim,chất dẽo, kim loại màu, ... Các bề mặt chủ yếu có thể gia công: - Mặt phẳng. - Các bề mặt định hình ( bề mặt cam, cối dập, khuôn ép, ...). - Cắt ren vít trong và ngoài. - Gia công bánh răng. - Gia công rãnh thẳng và xoắn. 2.2.3. Mỡ rộng phạm vi công nghệ của máy phay đứng. Ngoài khả năng có thể gia công các bề mặt như trên , với máy phay có bàn quay nếu sử dụng đầu phân độ ta có thể phay được những rãnh xoắn ở các dụng cụ cắt ( mũi khoan, mũi doa, ... ). Ta cũng có thể sử dụng đầu phân độ để gia công bánh răng thẳng hoặc bánh răng nghiêng bằng dao phay ngón, dao phay môđun, dao phay đĩa. 3.TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHỦ YẾU CỦA MÁY ĐỂ THIẾT KẾ 3.1. Đặc tính kỹ thuật. Các thông số kỹ thuật và kích thước chính phù hợp với tiêu chuẩn của nhà nước Liên Xô ( củ) . - Kích thước bàn may: N02 (TCVN)
( N01 (TC Nga) Chiều dài : 1000 (mm) Chiều rộng : 250 (mm) - Số lượng rãnh chữ T của bàn máy: 3. -Khoảng cách từ trục chính đến bề mặt làm việc của bàn máy : Nhỏ nhất : 50 (mm). Lớn nhất : 410 (mm). - Các sự dịch chuyển lớn nhất của bàn máy : Theo chiều dọc : 630 (mm). Theo chiều ngang : 200 (mm). Theo chiều đứng : 360 (mm). - Góc quay lớn nhất của bàn máy : ( 45( - Độ chia thang của bàn máy : 1( - Sự dịch chuyển của bàn máy khi tay quay quay một vòng: Theo chiều dọc và ngang là : 6 (mm). Theo hướng đứng là: 3 (mm). - Sự dịch chuyển của bàn máy khi tay quay quay một vạch: Theo chiều dọc và chiều ngang : 0,05 (mm). Theo hướng đứng: 0,025 (mm). - Khoảng cách từ mép sau của bàn đến mặt đầu của trục chính là :11(mm). - Khoảng cách từ trục chính đến sống trượt ngang là: 142 (mm). - Khoảng cách lớn nhất từ mặt đầu của trục chính đến trục của giá dẫn luôn ( 495 (mm). - Mép ở phía dưới của trục chính : 450 3.2. Sự dẫn động của máy. Dẫn động trong hộp tốc độ Vì máy thiết kế có kích thước bàn máy N02 nên sự dẫn động của máy được xác định dựa trên máy đã có . Cụ thể ở đây ta xác định dựa trên máy đã có là 6P11 (theo TC Nga ) - Động cơ điện 4A112 M4 M300 - Công suất : N = 5,5 (KW). - Số vòng quay : n = 1450 (v/ph). Dẫn động trong hộp chạy dao : - Động cơ điện 4AX80B4 - Công suất : N =1,5 (KW ). - Số vòng quay : n = 1400 (v/ph). Dẫn động bôi trơn và làm mát : -Động cơ điện X14_22M -Công suất : 0,12 (KW). -Số vòng quay : n = 2800 (v/ph). + Máng liệu : 22 (rad/ph). Khuôn khổ của bàn máy : - Khối lượng toàn máy : 2360 (Kg). - Kích thước phủ bì của máy: + Dài: 1480 (mm). +Rộng: 1990 (mm). + Cao: 1630 (mm). 3.3. Chọn chế độ cắt thử máy. Dựa vào các thông số kỹ thuật của máy chuẩn P11 ta chọn chế độ cắt gọt cơ bản V, S, t cho máy cần thiết kế. Chọn vật liệu chủ yếu cho máy gia công là thép: -
-
Máy phay đứng chủ yếu dùng dao phay ngón và dao phay mặt đầu. Theo sổ tay CNCTM1 ta chọn : - Dmax = 400 (mm). - Dmin = 40 (mm). * . Chế độ cắt gọt cực đại và cực tiểu. * Chiều sâu cắt t : - Chiều sâu cắt lớn nhất : được xác định theo công thức: tmax =C.
(thiết kế máy cắt kim loại). C : Độ cứng , đối với thép lấy C = 0,7, dmax : đường kính lớn nhất của chi tiết gia công thay vào công thức trên ta có: tmax = 0,7.
= 5,16 (mm). - Chiều sâu cắt nhỏ nhất : được tính theo công thức: tmin = (
(
) tmax ( thiết kế máy cắt kim loại). Chọn: tmin =
.tmax =
= 1,29 (mm). * Lượng chạy dao s - Lượng chạy dao lớn nhất: Smax =
tmax ( thiết kế máy cắt kim loại). Chọn: Smax =
.tmax =
=1,72 (mm/v). - Lượng chạy dao nhỏ nhất: Smin =
.S max ( thiết kế máy cắt kim loại). Chọn: Smin =
.Smax =
.1,72 (mm/v). * Vận tốc cắt v : - Vận tốc cắt lớn nhất: Vmax =
( thiết kế máy cắt kim loại). Theo sổ tay CNCTM2 ta có:
= 108. XV = 0,06. YV = 0,3. (
- Vận tốc cắt nhỏ nhất:
( thiết kế máy cắt kim loại). Theo sổ tay CNCTM2 ta có:
= 49,6. XV = 0,2. YV = 0,3. (
. 3.4. Xác định số vòng quay lớn nhất và nhỏ nhất. Số vòng quay được xác định theo công thức:
(
(
Sơ bộ ta có: n = 23,89 ( 1433,12 ( v/p ). Tuy nhiên để xác định phạm vi điều chỉnh trục chính thích hợp nhất trong điều kiên sử dụng thực tế ta tham khảo phạm vi điều chỉnh tốc độ của máy P11 ( theo tiêu chuẩn Liên Xô ( củ)) có n = 50 ( 1600 ( v/p ). Nên ta có thể chọn tốc độ của máy thiết kế: nmax = 1600 ( v/p). nmin = 50 ( v/p). ( Phạm vi điều chỉnh số vòng quay ( còn gọi là lượng mở hay phạm vi điều chỉnh ) sẽ là :
trong đó: Rn - phạm vi điều chỉnh số vòng quay giới hạn.
- phạm vi điều chỉnh vận tốc.
- phạm vi điều chỉnh đường kính dao. (
Từ công thức trên ta thấy phạm vi điều chỉnh số vòng quay của máy chỉ phụ thuộc vào giới hạn vận tốc cắt và đường kính của dao. ( Chuổi số vòng quay: Truyền động trong máy cắt kim loại có thể phân thành 2 loại: truyền động vô cấp và truyền động phân cấp. - Truyền động vô cấp: có thể chọn bất cứ số vòng quay nào trong phạm vi ( nmin ( nmax ) ( chọn được số vòng quay hợp lí để gia công ( ít tổn thất về tốc độ. - Truyền động phân cấp: chỉ chọn được một số tốc độ trong phạm vi ( nmin ( nmax ) nên không thể chọn đúng tốc độ cắt hợp lí nên phải chịu tổn thất về tốc độ. Hiện nay, không thể chế tạo một cách có kinh tế tất cả các trường hợp truyền động vô cấp. Do đó ta chọn truyền động cho máy thiết kế là truyền động phân cấp. Để tổn thất là hằng số nằm trong giới hạn nào đó:

(
thì chuổi số vòng quay phải phân bố theo cấp số nhân với công bội (. Chuổi số vòng quay phân bố theo cấp số nhân không những đảm bảo tốc độ tương đối không đổi mà cơ sở lí luận của nó còn cho phép thiết kế động học xích tốc độ phức tạp một cách chặt chẽ và thuận tiện. Như vậy, ta chọn truyền động cho máy thiết kế là truyền động phân cấp. Truyền động này được thực hiện nhờ các khối bánh răng di trượt. Chuổi số vòng quay là cấp số nhân xác định bỡi nmin, nmax, (, Z. + Công bội chuổi số vòng quay của xích tốc độ (: ( đã được tiêu chẩn hoá. Người ta dựa vào nguyên tắc gấp 10 và nguyên tắc gấp 2 để xác định công bội (. Các giá trị của công bội ( như sau: 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2 Máy phay ta thiết kế cỡ P11 ( theo tiêu chuẩn nhà nước Liên Xô (củ)) nên ta chọn công bội ( = 1,26. ( Phạm vi điều chỉnh chuổi số vòng quay của xích tốc độ Rn:
( Số cấp tốc độ của xích tốc độ ( Z ) : Ta có:
Trong đó: Z - số cấp tốc độ. ( Z = 1+
Tra bảng chuổi số vòng quay tiêu chuẩn ta có : chuỗi số vòng quay như sau : n1 = nmin = 50 (v/ph) n9 = 315 (v/ph) n2 = 63 (v/ph) n10 = 400 (v/ph) n3 = 80 (v/ph) n11 = 500 (v/ph) n4 = 100 (v/ph) n12 = 630 (v/ph) n5 = 126 (v/ph) n13 = 800 (v/ph) n6 = 160 (v/ph) n14 = 1000 (v/ph) n7 = 200 (v/ph) n15 = 1250 (v/ph) n8 = 250 (v/ph) n16 = nmax = 1600(v/ph). Trong máy phay thì ngoài chuyển động chính còn có chuyển động chạy dao. Ta có: Sphmin = nmin.Smin = 23,89.0,172 = 4,1 (mm/ph). Sphmax = nmax.Smax = 1433,12.1,72 = 2464,97 (mm/ph). Ta tham khảo lượng chạy dao của máy P11, ta chọn: Sd = 35 ( 1020 (mm/ph). Sn = 26 ( 790 (mm/ph). Sđ = 13 ( 340 (mm/ph). Snh = 2900 (mm/ph). ( Chọn công bộ chuổi số vòng quay của xích chạy dao: ( = 1,26 ( Phạm vi điều chỉnh chuổi số vòng quay của xích chạy dao Rs: Rs =

( Số cấp tốc độ của xích chạy dao Zs:
Để quá trình tính toán giống như khi thiết kế hộp tốc độ, các lượng chạy dao s1 s2 , s3 ..., sn cần chuyển thành số vòng quay của cơ cấu chấp hành ns1 , ns2 ,..., nsn . Muốn chuyển đổi cần phải biết trước cơ cấu chấp hành là cơ cấu gì. Ở hộp chạy dao này ta dùng cơ cấu vít me_đai ốc, với bước của vít me trong cơ cấu này là tx = 6 mm, ta có: sn = nsn.tx (
. ns1 =
ns2 = ns1.( = 5,9. 1,26 = 7,6 (v/ph). ns3 = ns2.( = 7,6. 1,26 = 9,6 (v/ph). ns4 = ns3.( = 9,6. 1,26 = 11,75 (v/ph). ns5 = ns4.( = 11,75. 1,26 = 15 (v/ph). ns6 = ns5.( = 15. 1,26 = 19,58 (v/ph). ns7 = ns6.( = 19,58. 1,26 = 23,8 (v/ph). ns8 = ns7.( = 23,8. 1,26 = 29,3 (v/ph). ns9 = ns8.( = 29,3. 1,26 = 37,05 (v/ph). ns10 = ns9.( = 37,05. 1,26 = 47,7 (v/ph). ns11 = ns10.( = 47,7. 1,26 = 56,7 (v/ph).