Báo cáo Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số đồ gá gia công cơ khí ðiển hình phục vụ giảng dạy và học tập (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số đồ gá gia công cơ khí ðiển hình phục vụ giảng dạy và học tập (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MỘT SỐ ÐỒ GÁ GIA CÔNG CƠ KHÍ ÐIỂN HÌNH PHỤC VỤ GIẢNG DẠY VÀS K C 0 0 3HỌC9 5 9 TẬP MÃ SỐ: T2015 - 05 S KC 0 0 5 6 1 4 Tp. Hồ Chí Minh, 2015
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH & CN CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MỘT SỐ ĐỒ GÁ GIA CÔNG CƠ KHÍ ĐIỂN HÌNH PHỤC VỤ GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP MÃ SỐ: T2015 - 05 Chủ nhiệm đề tài: GV. Hồ Viết Bình TP. HCM, Tháng 10 Năm 2015
3. Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài : - Chủ trì: GV. Hồ Viết Bình - Cố vấn: Đặng Minh Phụng, Phan Minh Thanh và các giáo viên bộ môn - Tham gia chế tạo: Các sinh viên làm đồ án tốt nghiệp Các đơn vị phối hợp chính: - Bộ môn Công nghệ chế tạo máy - Công ty tạo mẫu nhanh 3D Minh Thu - Công ty Cơ khí CNC quận 9 2
4. MỤC LỤC Mục lục 3 Thông tin kết quả nghiên cứu 4 Chƣơng 1-Tổng quan đề tài 6 1-1 Đặt vấn đề 6 1-2 Mục tiêu đề tài 6 1-3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 6 1-4 Tính cấp thiết của đề tài 7 1-5 Phƣơng pháp và trình tự nghiên cứu 7 1-6 Lựa chọn loại đồ gá để thiết kế và chế tạo 8 Chƣơng 2- Thiết kế đồ gá phay 9 2-1 Đặt vấn đề 9 2-2 Thiết kế đồ gá phay chi tiết dạng hộp 9 2-3 Thiết kế đồ gá phay chi tiết dạng càng 18 Chƣơng 3- Thiết kế đồ gá khoan-khoét-doa 25 3-1 Thiết kế đồ gá khoan có cơ cấu định vị phụ và kẹp phụ 25 3-2 Thiết kế đồ gá khoan khoét doa trên máy trục ngang 28 3-3 Thiết kế đồ gá khoan hai lỗ trên gối đỡ 32 3-4 Thiết kế đồ gá khoan hai lỗ trên dạng càng 35 Chƣơng 4 – Kết quả chế tạo đồ gá 41 4-1 Đồ gá phay mặt đáy ụ động 41 4-2 Đồ gá phay hai mặt song song càng gạt 41 4-3 Đồ gá khoan hai lỗ có cơ cấu kẹp nhanh 42 4-4 Đồ gá khoan có cơ cấu kẹp phụ 42 4-5 Đồ gá khoan có cơ cấu kẹp liên động 43 4-6 Đồ gá khoan lỗ ngang 43 Kết luận và đề nghị 44 Tài liệu tham khảo 45 3
5. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt nam TP. HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Khoa Cơ khí Chế tạo máy Tp. HCM, Ngày 20 tháng 10 năm 2015 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1.Thông tin chung: -Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MỘT SỐ ĐỒ GÁ GIA CÔNG CƠ KHÍ ĐIỂN HÌNH PHỤC VỤ GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP - Mã số: T2015 – 05 - Chủ nhiệm: Hồ Viết Bình - Cơ quan chủ trì: Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM - Thời gian thực hiện: tháng 1/2015 đến tháng 12/2015 2.Mục tiêu: Phục vụ dạy và học đáp ứng chuẩn đầu ra chƣơng trình đào tạo cơ khí chế tạo máy và chuẩn đầu ra học phần công nghệ chế tạo máy. 3.Tính mới và sáng tạo: Các loại đồ gá này sử dụng chuẩn thô và các phƣơng tiện định vị vào chuẩn thô một cách linh hoạt để đạt chất lƣợng khi gia công 4.Kết quả nghiên cứu: - Bản thiết kế các loại đồ gá điển hình dùng tham khảo khi học tập - Chế tạo đƣợc một số đồ gá bằng nhôm để làm phƣơng tiện dạy học 5.Sản phẩm: 6 đồ gá điển hình + Tập thuyết minh kèm đĩa CD chứa kết quả nghiên cứu. 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Chuyển giao cho bộ môn CNCTM dùng làm phƣơng tiện dạy học rất thiết thực Trƣởng đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) Hồ Viết Bình 4
6. INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: - Project title: STUDY AND DESIGN MANUFACTURING SOME MECHANICAL PROCESSING FIXTURES FOR TEACHING AND LEARNING - Code number: T2015 – 05 - Coordinator: Ho Viet Binh - Implementing institution: HCMC University of Technical and Education - Duration: January 2015 to December 2015 2. Objective(s) - Serving teaching and learning to meet the mechanical engineering learning outcomes of the curriculum 3. Creativeness and innovativeness: - These fixtures use raw standard and flexibly position in benchmark crude to achieve outsourcing quality 4. Research results: - The design of typical fixtures used for learning reference - Produce some aluminum fixtures as teaching materials 5. Products: - 6 typical fixtures, description notes and a CD including contents and research results 6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability: - Apply on Machinery Technology training courses 5
7. Chƣơng 1- TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1-1 Đặt vấn đề Thực trạng: -Khoa cơ khí máy chƣa có phòng thí nghiệm về công nghệ chế tạo máy, trong đó thí nghiệm về đồ gá là một nội dung khá quan trọng. -Sinh viên cơ khí thực tập ở các xí nghiệp sản xuất lớn còn ít Vì Vậy: -Sinh viên thiếu kiến thức thực tế về gá đặt nói chung và đồ gá nói riêng -Khả năng tƣ duy về thiết kế bị hạn chế. Cho nên: Bộ môn công nghệ chế tạo máy gợi ý nên nghiên cứu thiết kế và chế tạo một số đồ gá điển hình phục vụ cho việc dạy và học môn Công nghệ chế tạo máy và đồ án nhằm bù đắp lại phần nào các hạn chế nói trên. 1-2 Mục tiêu đề tài Phục vụ dạy và học đáp ứng chuẩn đầu ra chƣơng trình đào tạo cơ khí chế tạo máy và chuẩn đầu ra học phần công nghệ chế tạo máy. 1-3 Tình hình nghiên cứu trong & ngoài nƣớc Ngoài nƣớc: Ngành cơ khí chế tạo máy là một ngành then chốt, nó quyết định nƣớc đó có phải là một nƣớc công nghiệp phát triển hay không, trong đó lĩnh vực chế tạo đồ gá gia công cơ là một lĩnh vực hẹp giúp việc chế tạo chi tiết, lắp ráp, đo lƣờng nhanh và chính xác. Chính vì vậy các nƣớc công nghiệp phát triển đã nghiên cứu chế tạo các loại đồ gá chuyên dùng trên máy điều khiển cơ từ rất lâu, hiện nay ngƣời ta đã và đang phát triển đồ gá tổ hợp tháo lắp nhanh để sử dụng trên các máy điều khiển số. Theo tài liệu Mechanisms and Mechanical Devices Sourcebook thì xu hƣớng hiện nay là nghiên cứu chế tạo các loại đồ gá vạn năng lắp ráp nhanh để phù hợp với các dạng sản xuất khác nhau nhƣ: đơn chiếc, hàng loạt và hàng khối và nhƣ vậy nó phù hợp với cả máy điều khiển cơ và máy điều khiển số, một xu hƣớng khác là thiết kế chế tạo các loại đồ gá điều khiển số kết nối với máy CNC nhƣ các loại đồ gá quay, đồ gá phân độ, đồ gá 3 chiều Trong nƣớc: Ở Việt nam việc nghiên cứu chế tạo các loại đồ gá phục vụ cho sản xuất đƣợc tiến hành tại các nhà máy cơ khí chế tạo nhƣ: nhà máy chế tạo dụng cụ số 1, công ty Vikino Biên hoà, Cơ khí Trần Hƣng Đạo, cơ khí Sông Công, xí nghiệp máy kéo và máy nông nghiệp, các nhà máy cơ khí quân đội Z751, Z756 Các loại đồ gá đã đƣợc sử dụng trong sản xuất nhƣ: - Đồ gá tiện méo piston 6
8. - Đồ gá tiện lệch tâm trục khuỷu - Đồ gá khoan nhiều lỗ trên thân động cơ - Đồ gá chuốt rãnh then trên bánh răng - Đồ gá gia công tay biên - Đồ gá 3 chiều mài nghiền xi lanh - Đồ gá gia công trục chữ thập - Đồ gá tiện xéc măng - Đồ gá phay bánh răng côn cong - Đồ gá tiện chép hình trục cam Các loại đồ gá cũng phát triển theo xu hƣớng chung của thế giới là: đồ gá vạn năng; đồ gá chuyên dùng; đố gá chuyên môn hoá; đồ gá tháo lắp nhanh. Ở các trƣờng học, việc nghiên cứu chế tạo các đồ gá điển hình phục vụ giảng dảy và học tập còn rất ít. Hầu hết các trƣờng đều có xu hƣớng xây dựng các đồ gá 3D trên máy tính. Ở trƣờng Bách khoa Hà nội đã có đề tài nghiên cứu chế tạo các đồ gá gia công bánh rang côn cong, các đồ gá gia công các chi tiết chính xác trong ngành chế tạo động cơ nhƣ đồ gá mài nghiền đế kim phun, đồ gá mài piston, đồ gá khoan lỗ dầu Ở trƣờng Đại học sƣ phạm kỹ thuật đã có đề tài xây dựng thƣ viện 3D các đồ gá gia công cơ khí, đề tài thiết kế chế tạo các đồ gá chuyên dùng phục vụ giảng dạy môn đồ án công nghệ. 1-4 Tính cấp thiết và hƣớng thiết kế Hiện nay sinh viên ngành công nghệ chế tạo máy, ngành kỹ thuật chế tạo cơ khí và kỹ thuật công nghiệp chƣa có phòng thực nghiệm công nghệ cho nên thiếu các kiến thức thực tế liên quan đến gá đặt khi gia công. Việc nghiên cứu chế tạo một số đồ gá điển hình làm phƣơng tiện dạy và và học là rất cần thiết, điều đó giúp sinh viên hiểu lý thuyết nhanh hơn và vận dụng dễ dàng hơn khi tiếp cận với thực tế sản xuất nhằm đáp ứng chuẩn đầu ra 1.3 và 2.2 trong chƣơng trình đào tạo cơ khí chế tạo máy. Hƣớng thiết kế là các đồ gá chuyên dùng điển hình và sát với thực tế sản xuất. 1-5 Phƣơng pháp và trình tự nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu: -Tham khảo, nghiên cứu tài liệu :  Các bản vẽ trong sổ tay và các tài liệu về đồ gá  Phƣơng pháp tính toán thiết kế đồ gá trong giáo trình -Nghiên cứu, quan sát đồ gá thực tế ở các xí nghiệp cơ khí có quy mô lớn -Tổng hợp kiến thức để thiết kế, chế tạo Trình tự nghiên cứu: 7
9. -Lựa chọn một số chi tiết điển hình khó gá đặt -Lập trình tự gia công -Thiết kế một số đồ gá điển hình -Lựa chọn một số đồ gá điển hình tƣơng đối khó trong gá đặt để chế tạo, chú trọng đồ gá cho nguyên công đầu tiên -Lấy ý kiến giáo viên và sinh viên 1-6 Lựa chọn loại đồ gá để thiết kế và chế tạo Đồ gá có rất nhiều loại và kiểu, nếu phân loại theo tính chất sử dụng thì có các loại sau: -Đồ gá vạn năng, thƣờng trang bị kèm theo máy -Đồ gá chuyên dùng, thƣờng sử dụng trong sản xuất loạt lớn -Đồ gá chuyên môn hóa, thƣờng sử dụng trong gia công nhóm -Đồ gá tổ hợp, thƣờng sử dụng cho các máy CNC Nếu phân loại theo máy cắt kim loại thì có các loại: -Đồ gá Tiện, Đồ gá Phay, Đồ gá khoan, Đồ gá chuốt, Đồ gá mài Để phù hợp với nội dung môn học Công nghệ chế tạo máy và đồ án, tác giả chọn loại đồ gá chuyên dùng trên máy phay và máy khoan. Các đồ gá này có các cơ cấu sau: Đồ gá có cơ cấu tự định tâm dùng cho chuẩn thô Đồ gá có bạc dẫn tháo lắp nhanh Đồ gá có cơ cấu kẹp nhanh Đồ gá có tấm dẫn khoan lật Đồ gá có cơ cấu kẹp liên động Đồ gá có cơ cấu định vị phụ và kẹp phụ Đồ gá chuyên dùng là loại đồ gá căn bản nhất trong các loại đồ gá, nó ứng dụng các phƣơng pháp định vị, kẹp chặt, dẫn hƣớng Khi đã biết thiết kế các đồ gá chuyên dùng thì có thể mở rộng để thiết kế đồ gá chuyên môn hóa và đồ gá tổ hợp tháo lắp nhanh. 8
10. Chƣơng 2- THIẾT KẾ ĐỒ GÁ PHAY 2.1 Đặt vấn đề Đồ gá phay là loại đồ gá tƣơng đối đơn giản, tuy nhiên ở nguyên công đầu tiên của các chi tiết dạng HỘP và CÀNG chúng ta sử dụng chuẩn thô nên việc gá đặt khó khăn kéo theo đồ gá khá phức tạp. Nguyên công đầu tiên là gia công các mặt làm chuẩn định vị nên yêu cầu về vị trí tƣơng quan giữa bề mặt không gia công và bề mặt có gia công là rất quan trọng. Chính vì vậy tác giả chọn thiết kế và chế tạo đồ gá phay cho nguyên công tạo chuẩn này. 2.2 Thiết kế đồ gá phay chi tiết dạng HỘP 2.2.1 Chọn chi tiết: Thân ụ động Hình 2-1 Chi tiết gia công 9
11. 2.2.2 Quy trình công nghệ gia công thân ụ động Quy trình công nghệ chi tiết này có thể có nhiều phƣơng án, nhƣng có 2 phƣơng án phổ biến dễ thực hiện với việc chọn chuẩn tinh khác nhau, phƣơng án 1 chọn lỗ chính và mặt đầu lỗ làm chuẩn tinh, còn phƣơng án 2 chọn đáy và rãnh trên đáy làm chuẩn tinh. Phƣơng án 1 Phƣơng án 2 10
12. Hình 2-2 Quy trình công nghệ gia công Ụ động Với hai phƣơng án gia công trên đây, phƣơng án 1 chọn chuần tinh là lỗ chính của ụ động và mặt đầu, nhƣ vậy việc gá đặt khó khăn, phƣơng án 2 chọn đáy và rãnh trên đáy làm chuẩn tinh nên việc gá đặt dễ dàng hơn. Ở phƣơng án 2 việc gá đặt để gia công mặt đáy và rãnh trên đáy tƣơng đối khó khăn nhƣng rất điển hình cho chi tiết dạng hộp có trụ nhƣ ụ động này, vì thế chọn nguyên công tạo chuẩn này để thiết kế đồ gá. Hình 2-3 Sơ đồ gá đặt gia công mặt đáy qua 2 bƣớc 13
13. 2.2.3 Thiết kế kết cấu đồ gá phay mặt đáy Đồ gá phay mặt đáy và rãnh này có phƣơng tiện định vị là 2 khối V ngắn hoặc một khối V dài định vị vào trụ thô khống chế 4 bậc tự do, định vị một bậc tự do chiều trục bằng một chốt tỳ, chống xoay quanh tâm trụ thô có 2 phƣơng tiện: Một là dùng chốt tỳ vào mặt bên, phƣơng án này dễ chế tạo đồ gá nhƣng gây ra độ lệch của chiều dày đế ụ động do kích thƣớc chiều rộng đế có dung sai lớn do đúc. Hai là dùng cơ cấu tự định tâm nhƣ hình 3D dƣới đây, cơ cấu này cho phép gá đặt chi tiết ổn định và mặt đối xứng của ụ động không thay đổi vị trí so với dao đã điều chỉnh sẵn, nhƣ vậy chi tiết sẽ đạt đƣợc các yêu cầu sau: -Mặt đáy gia công xong sẽ song song với thân trụ ụ động và mặt phẳng thô đối diện -Rãnh dẫn hƣớng gia công xong sẽ vuông góc với thân trụ ụ động. Đồ gá có cơ cấu tự định tâm đƣợc thể hiện trong hình 2-4 Rãnh dẫn hƣớng trên chi tiết Cơ cấu tự định tâm Hình 2-4 Đồ gá phay có cơ cấu tự định tâm 14
14. 2.2.4 Tính toán đồ gá phay mặt đáy 1-Tính lực cắt : Pz = Ta có: Z = 16 răng, D = 200 mm Vì chi tiết là gang xám HB 200 nên ta chọn (trang 35-bảng 5-41) (2) = 54.5, số mũ: x=0.9, y=0.74, u=1,q=1,w=0. K=1 (bảng 5-9 trang 9)(2). Pz = = 968 (N) Hình 2-5 Sơ đồ tính lực kẹp cần thiết 2. Tính lực kẹp cần thiết khi phay Tra bảng 5.42 có tỉ lệ giữa Py:Pz = ( 0,3 : 0,4 ) Vậy ta đƣợc: Py = 0,3xPz = 0,3 x 968 = 290,5 N Phƣơng trình cân bằng monmen: Ta có phƣơng trình cân bằng moment: 115 Py = 30Fms1.cos 45 + 30.Fms2 cos45 Với Fms1 = Fms2 = Fms = f . Wct/(2sin45) 15
15. 115.Py .tan 45 115.290.tan 45 Wct 2779(N ) 30f 30.0,4  Trong đó: f: là hệ số ma sát, lấy f = 0.4 (Bảng 6.3 - trang 145 tài liệu [1]). Py =290 N Wct = 2779 N Chọn Wct = 2779 N = 277,9 kG 3. Chọn cơ cấu kẹp Chọn cơ cấu kẹp là mỏ kẹp liên động Tính toán đƣờng kính Bulông: Sử dụng cơ cấu đòn kẹp liên động Q1 = Wct (Trang 486 cuốn 2 tài liệu [4]). Kích thƣớc đòn kẹp lấy theo bảng 8-38 Trang 438 cuốn 2 tài liệu [4]. a b Tỷ lệ chung của đòn kẹp là : 2. b Hệ số phụ thuộc vào ma sát: = 0,7 ÷ 0,8. Chọn = 0,8. Vậy lực kẹp trên Bulông sẽ là: W = 277,9.2.0,8= 444,6 (kG). d = (mm). (Trang 79 tài liệu [2]). Trong đó: W: là lực kẹp yêu cầu C = 1.4 với ren hệ mét ứng suất kéo (nén) (kG/mm2 ). 훔 = 8 kg/mm2 ( Đối với bulông bằng thép C45, 훔 = 8 ÷ 10 kG/mm2 d = 10,4 mm Chọn bulông dbl = 12 (mm). Tra bảng 3.1 trang 215 tài liệu [2]: Lực kẹp Q1 đối với các loại đai ốc dùng cờ lê vặn bulông M12 có Chiều dài tay vặn: L = 140 mm. Lực vặn Q = 3,5 kG Lực kẹp: W = 530 (kG). 16
16. 4. Tính sức bền *Bu lông 2 W 444,6 d 5.2 144 5,2 73,63 mm2  [ ] 3,14 10 =>Vậy bulong M12 đủ bền. Kiểm nghiệm bền đòn kẹp: Moment quán tính tác dụng theo phƣơng x: Jx = 1,5.43/12 = 8 với 4cm là chiều rộng đòn kẹp , 1,5cm là chiều cao Moment cực đại khi tác dụng lục kẹp: Mx = Wct.7,75 = 2779.7,75 = 21537 ( N.cm) Ymax = h/2 = 3,6/2 = 2 cm MY. 21537.2 Ứng suất uốn là:  x max 5384(N/ cm22 ) 53,84Nm / m J x 8 Xét điều kiện bền: β ≤ [ζ] với [ζ] = 63 N/mm2([ζ]: ứng suất uốn cho phép đối với thép C45)(Sổ tay thiết kế máy) Thỏa mãn đk bền. Đòn chịu lục cực đại là: J x.  8.6300 Wct max 3251(N ) 7,75.Ymax 7,75.2 5. Xác định sai số chế tạo cho phép của đồ gá :   2  2  2  2  2 c k ct m đc Trong đó  gđ : sai số gá đặt  c : sai số chuẩn  k :sai số kẹp chặt  ct :sai số đo chế tạo đồ gá  m :sai số do mòn đồ gá  đc :sai số do điều chỉnh đồ gá m = . N ( trang 148 – TKDA ) dc : sai số điều chỉnh đồ gá 17
17. c=0 vì chuẩn định vị trùng với gốc kích thƣớc k = 60m (trang 85 TKDA) Ta chọn sai số điều chỉnh là : dc = 5m m = . N = 0,3. = 21,2m gd = /3, với : dung sai nguyên công  = 0,2 (mm) gd = 0,2/3 = 0,07 (mm) Vậy sai số chế tạo là:   2  2  2  2  2 c k ct m đc 2 2 2 2 2        dc Ct gd k m c  0,072 0,062 0,02122 02 0,0052 0,029mm Ct 6. Yêu cầu kĩ thuật - Độ không song song giữa mặt đế và mặt phẳng gia công là 0,029 mm - Độ không vuông góc rãnh và mặt đáy là 0,029 mm 2.3 Thiết kế đồ gá phay chi tiết dạng CÀNG 2.3.1 Chọn chi tiết: CÀNG GẠT C A B F D E G K Hình 2-6 Chi tiết gia công: CÀNG GẠT 18
18. 2.3.2 Quy trình công nghệ gia công CÀNG GẠT 19
19. Hình 2-7 Quy trình công nghệ gia công càng gạt 20
20. S K L 0 0 2 1 5 4