GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
- Từ xƣa đến nay, gỗ là một loại nguyên vật liệu không thể thiếu trong đời sống
Ngày xưa, gỗ chủ yếu được sử dụng làm vật liệu xây dựng, nhiên liệu đốt, và đồ dùng dân dụng như bàn, tủ, ghế Tuy nhiên, do các sản phẩm này chỉ được chế tạo bằng tay, năng suất gia công không cao và độ chính xác của sản phẩm cũng hạn chế.
Ngày nay, trong bối cảnh công nghiệp hóa – hiện đại hóa và sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc gia công gỗ thủ công đang dần được thay thế bởi máy móc hiện đại Việc sử dụng máy móc không chỉ tăng năng suất mà còn nâng cao độ chính xác của sản phẩm Tuy nhiên, quá trình này vẫn tốn nhiều thời gian do phải sử dụng nhiều loại máy khác nhau như máy tiện và máy khoan Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao và rút ngắn thời gian gia công, nhóm chúng tôi đã thiết kế và chế tạo mô hình máy khoan và máy tiện gỗ chuyên dụng, tích hợp hai chức năng trên một máy, nhằm thay thế việc sử dụng nhiều máy cho gia công gỗ đơn chiếc.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Trong bối cảnh phát triển của nền kinh tế thị trường và hội nhập quốc tế, ngành công nghiệp nặng đóng vai trò quan trọng trong xã hội Tự động hóa sản xuất ngày càng trở nên phổ biến, kết hợp với ứng dụng công nghệ thông tin, giúp nâng cao hiệu suất, chất lượng và độ chính xác của quá trình sản xuất Sự đa dạng và phổ biến của máy móc hiện đại không chỉ đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu mà còn giảm bớt sức lao động cho con người với giá cả hợp lý Do đó, thiết kế máy khoan và tiện gỗ trở thành nhu cầu thiết yếu trong ngành công nghiệp này.
- Đề tài được thực hiện đầy đủ các bước theo một trình tự của quy trình thiết kế chế tạo một sản phẩm mới
- Hạn chế đƣợc số lƣợng lao động, tăng năng suất
- Góp phần tạo điều kiện phát triển kinh tế nước nhà
So sánh với những nghiên cứu trước thì máy có những ưu điểm nổi bật:
- Giảm bớt số lƣợng lao động
=> Giá thành hạ, giúp tăng lợi nhuận.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Thiết kế mô hình 3D bằng phần mềm Autodesk Inventor
- Tính toán và hoàn chỉnh thiết kế cho máy khoan và tiện gỗ
- Gia công, lắp ráp mô hình máy khoan và tiện gỗ.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Thiết kế, tính toán và chế tạo thử nghiệm máy khoan và máy tiện gỗ chuyên dùng
- Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor trong thiết kế.
Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận :
- Dựa vào nhu cầu sử dụng gỗ
- Dựa vào khả năng công nghệ có thể chế tạo đƣợc máy khoan và tiện gỗ chuyên dùng
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể : Để thực hiện đề tài này, chúng em sử dụng một số phương pháp sau:
Phương pháp nghiên cứu tài liệu bao gồm việc tham khảo các nguồn tài liệu văn bản như sách, giáo trình, tài liệu tham khảo, và các bài viết từ những nguồn tin cậy trên Internet Điều này giúp xác định phương án điều khiển và gia công tối ưu cho máy.
Phương pháp phân tích là bước quan trọng sau khi đã tham khảo và nghiên cứu tài liệu cùng với việc thu thập số liệu cần thiết Việc phân tích các số liệu và tài liệu liên quan giúp đưa ra những kết luận chính xác và có cơ sở.
Phương pháp mô hình hóa là mục tiêu chính của đề tài, giúp chúng em ôn lại kiến thức và tích lũy kinh nghiệm thực tiễn Việc chế tạo mô hình cho phép kiểm nghiệm lý thuyết và phát hiện những sai sót mà phương pháp lý thuyết không thể nhận diện.
Yêu cầu cơ bản đối với máy
-Khả năng thực hiện quá trình công nghệ tiên tiến
-Hiệu quả kinh tếkỹ thuật cao
-Giá thành hạ ,máy có kết cấu đơn giản, vật liệu chế tạorẻ tiền, dễkiếm, chi tiết tiêu chuẩn hóa
-Sữa chữa, bảo dƣỡng dễ dàng, thuận lợi
-Làm việc ổn định, tin cậy, đảm bảo môi trường làm việc an toàn, ít bụi, ít tiếng ồn
-Tuổi thọ làm việc cao
-Vốn đầu tƣ và chế tạo không lớn
-Ít tiêu hao năng lƣợng.
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
- Chương 3: Cơ sở lý thuyết
- Chương 4: Phương hướng và các giải pháp
- Chương 5: Tính toán, thiết kế các thông số của máy
- Chương 6: Chế tạo, thử nghiệm
- Chương 7: Kết luận và kiến nghị
TỔNG QUAN
Giới thiệu
2.1.1 Tổng quan về ngành gỗ Việt Nam:
Rừng không chỉ là nền tảng cho sự phát triển kinh tế - xã hội mà còn đóng vai trò sinh thái quan trọng, tham gia vào việc điều hòa khí hậu, chu chuyển ôxy và các nguyên tố thiết yếu, duy trì độ ổn định và màu mỡ của đất, hạn chế thiên tai như lũ lụt và hạn hán, cũng như bảo tồn nguồn nước và giảm ô nhiễm không khí Việt Nam, với địa hình đa dạng và khí hậu phong phú từ nhiệt đới ẩm đến á nhiệt đới, sở hữu hệ sinh thái phong phú, bao gồm nhiều loại rừng như rừng cây lá rộng thường xanh, rừng nửa rụng lá, rừng rụng lá, rừng trên núi đá vôi, rừng hỗn giao lá rộng và lá kim, rừng lá kim, rừng tre nứa, rừng ngập mặn, rừng tràm và rừng ngập nước ngọt.
( nguồn :http://maxreading.com/sach-hay/viet-nam-moi-truong-va-cuoc-song/rung- viet-nam-truoc-va-nay-11351.html)
Bảng 2.1Thống kê về hiện trạng rừng của Việt Nam vào thời điểm cuối năm 1999
TT Vùng địa lí tự nhiên Diện tích đất đai tự nhiên (ha)
Tổng diện tích rừng (ha)
Diện tích rừng trồng (ha)
Diện tích rừng tự nhiên (ha) Độ che phủ rừng trên đất đai tự nhiên %
3 Đồng bằng Sông Hồng (9 tỉnh)
5 Duyên hải miền Trung (6 tỉnh)
Theo thống kê năm 2003, diện tích rừng Việt Nam đã đạt 35,8% tổng diện tích tự nhiên vào cuối năm 2002, cho thấy sự tăng trưởng khả quan trong độ che phủ rừng Mặc dù chúng ta vui mừng với sự gia tăng này trong những năm gần đây, nhưng chất lượng rừng lại giảm sút đáng kể, điều này đang gây ra những lo ngại về tình trạng rừng hiện nay.
Bảng 2.2 Diễn biến diện tích rừng qua các thời kỳ Đơn vị tính: 1.000.000ha
Tổng diện tích 14,300 11,169 10,608 9,892 9,175 9,302 10,995060 11,784589 Rừng trồng 0 0,092 0,422 0,584 0,745 1,050 1,524323 1,919569 Rừng tự nhiên 14,300 11,076 10,186 9,3083 8,4307 8,2525 9,470737 9,865020 Độ che phủ (%) 43,0 33,8 32,1 30,0 27,8 28,2 33,2 35,8
2.1.2 Phân loại nhóm gỗ tại VN a Dựa vào tỉ trọng:
Tỉ trọng đƣợc đo lúc độ ẩm của gỗ là 15%, gỗ càng nặng thì tính chất cơ lý càng cao
- Gỗ thật nặng: Tỷ trọng từ 0,95 – 1,40
- Gỗ nặng: Tỷ trọng từ 0,80 – 0,95
- Gỗ nặng trung bình: Tỷ trọng từ 0,65 –0,80
- Gỗ nhẹ: Tỷ trọng từ 0,50 – 0,65
- Gỗ thật nhẹ: Tỷ trọng từ 0,20 – 0,50
- Gỗ thật nhẹ: Tỷ trọng từ 0,04 – 0,20
Nhóm I bao gồm những loại gỗ quý nổi tiếng cả trong nước và quốc tế, được biết đến với vân gỗ đẹp, màu sắc óng ánh, độ bền cao và hương thơm đặc trưng Một số loại gỗ tiêu biểu trong nhóm này là Lát hoa, Cẩm lai và Gõ.
- Nhóm II: Nhóm gỗ nặng, cứng bao gồm các loài có tỷ trọng lớn, sức chịu lực cao nhƣ: Đinh, Lim, Nghiến, Táu, Sến…
- Nhóm III: Nhóm gỗ nhẹ và mềm hơn, nhƣng sức bền cao, độ dẻo dai lớn, sức chịu lực cao nhƣ: Sao đen, Chò chỉ, Huỷnh…
- Nhóm IV: Nhóm gỗ có màu tự nhiên, thớ mịn, tương đối bền, dễ gia công chế biến nhƣ: Gội, Mỡ, Re…
- Nhóm V: Nhóm gỗ trung bình, có tỷ trọng trung bình, dùng rộng rãi trong xây dựng, đóng đồ đạc nhƣ: Sồi Dẻ, Trám, Thông…
- Nhóm VI: Nhóm gỗ nhẹ, sức chịu đựng kém, dễ bị mối mọt, dễ chế biến nhƣ: Rồng rồng, Kháo, Chẹo…
- Nhóm VII: Nhóm gỗ nhẹ, sức chịu lực kém, sức chống mối mọt thấp nhƣ: Côm, Sổ, Ngát, Vạng…
- Nhóm VIII: Nhóm gỗ nhẹ, sức chịu lực rất kém, khả năng bị mối mọt cao nhƣ: Sung, Côi, Ba bét, Ba soi…
2.1.3 Ngành chế biến gỗ Việt Nam - tiềm năng và lợi thế phát triển
Ngành gỗ Việt Nam hiện đứng thứ 4 trong khu vực Đông Nam Á về xuất khẩu đồ gỗ, chỉ sau Malaysia, Indonesia và Thái Lan Sản phẩm gỗ Việt Nam đã được xuất khẩu tới 120 quốc gia, với thị trường tiêu thụ lớn nhất bao gồm EU, Mỹ và Nhật Bản, chiếm hơn 70% tổng kim ngạch xuất khẩu đồ gỗ của cả nước.
Theo Hiệp hội gỗ và lâm sản Việt Nam, nhu cầu đồ gỗ toàn cầu vẫn đang tăng cao, nhưng thị phần đồ gỗ của Việt Nam hiện chỉ chiếm chưa đến 1% thị trường thế giới Sau khi gia nhập WTO, ngành chế biến gỗ xuất khẩu của Việt Nam đã được hưởng lợi từ việc giảm thuế nhập khẩu gỗ nguyên liệu và thuế xuất khẩu sản phẩm, tạo ra lợi thế cạnh tranh trên thị trường quốc tế.
2.1.4 Các sản phẩm gỗ ngoài thực tế:
Hình 2.1 : Gỗ nguyên liệu đã được sơ chế
Làm đồ nội thất trong gia đình
Hình 2.2 : Gỗ dùng làm bàn ghế
Hình 2.4 : Làm đồ mỹ nghệ
Các tồn tại của máy
Trên thị trường toàn cầu, có nhiều loại máy tiện với đa dạng mẫu mã và kích thước, được thiết kế tối ưu để nâng cao năng suất Tuy nhiên, việc nhập khẩu máy móc sản xuất từ nước ngoài vào Việt Nam vẫn gặp phải một số nhược điểm.
-Chi phí nhập khẩu từ nước ngoài về quá lớn
-Khó vận hành và bảo trì
-Hạn chế về kích thước đường kính khi khoan
-Qui mô sản xuất ở Việt Nam chủ yếu là đơn lẻ và đầu tƣ thấp
Dựa trên yêu cầu kỹ thuật của máy và cách khắc phục những nhược điểm của máy nhập khẩu để phù hợp với thị trường Việt Nam, chúng tôi đề xuất các phương án cải tiến máy như sau:
-Thiết kế máy tiện và khoan gỗ chuyên dùng
-Giảm giá thành máy cho phù hợp với nhu cầu sử dụng
- Ụ trục chính có thể chuyển động tịnh tiến
-Thiết kế và chế tạo ở Việt Nam
-Thuận tiện, an toàn khi sử dụng
Mục tiêu nghiên cứu
-Thiết kế nguyên lý máy tiện và khoan gỗ chuyên dùng
-Chế tạo mô hình máy tiện và khoan gỗ chuyên dùng.
Giới hạn đề tài
Do thời gian có hạn nên đề tài chỉ nghiên cứu:
-Tìm hiểu nguyên lý khoan gỗ
-Thiết kế chi tiết máy và thực hiện xây dựng bản vẽ chi tiết
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp phân tích tài liệu:
-Tham khảo tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau nhƣ sách, báo, tạp chí, các trang web
-Tham khảo, tìm hiểu các loại máy tiện gỗ đã có trên thực tế
-Trên cơ sở các thông tin có trên thực tế, tiến hành xây dựng nguyên lý tiện và khoan gỗ
-Thiết kế và tính toán một số cụm bộ phận chính của máy
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Vật liệu dao cắt
Thép Các bon là hợp chất của sắt (Fe) với carbon và một số chất phụ gia, trong đó carbon chiếm tỷ lệ lớn nhất Thép được chia thành hai loại: loại chất lượng cao và loại chất lượng trung bình, với sự khác biệt chủ yếu là độ tinh khiết của các tạp chất như lưu huỳnh và phốt pho Tỷ lệ các thành phần trong thép ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất của nó.
- Các bon (C) Lƣợng C tăng sẽ giảm độ dẻo, tăng độ cứng và dòn Vì vậy thép công cụ cắt gọt gỗ chỉ giới hạn C 1,09% (trường hợp Y10A)
- Phốt pho (P) Sự có mặt của Phốt pho không có lợi, thường làm cho thép bị dòn ngay cả trong nhiệt độ không cao Tỷ lệ Phốt pho P < 0,03%
- Lưu huỳnh (S) Cũng như Phốt pho sự có mặt của (S) làm cho thép bị dòn ở nhiệt độ cao Tỷ lệ Lưu huỳnh S < 0,03%
Mangan (Mn) trong thép có khả năng giảm lưu huỳnh và tăng mật độ phân tử, từ đó cải thiện tính cơ lý của thép Tuy nhiên, nồng độ mangan cao có thể làm thép bị rắn trong quá trình nhiệt luyện, vì vậy tỷ lệ mangan nên được giới hạn ở mức ≤ 0,3%.
Silic (Si) là một nguyên tố quan trọng trong thép, giúp tăng cường độ cứng và một số tính chất cơ lý khác, đặc biệt là khả năng chống rỉ và độ đàn hồi Tuy nhiên, việc thêm silic vào thép cũng có thể làm tăng độ dòn và giảm tính dẻo Lượng silic tối ưu trong thép thường không vượt quá 3,5%.
Bảng.3.1 Thép Cácbon dùng để chế tạo công cụ gia công gỗ
Loại thép Ký hiệu Thành phần hóa học
Không quá % Chất lƣợng trung bình
Thép dùng cho công cụ chế biến gỗ thường chứa một lượng nhỏ Crom (Cr) và Niken (Ni), những thành phần này có lợi cho chất lượng thép Sự hiện diện của chúng giúp tạo liên kết với các tạp chất khác, từ đó cải thiện tính cơ lý của thép.
Bảng 3.1 trình bày các ký hiệu và tỷ lệ các chất của thép Cacbon phổ biến để chế tạo dao cụ dùng trong ngành chế biến gỗ
Thép hợp kim là loại thép có thành phần chính là sắt (Fe) và carbon (C), cùng với các nguyên tố khác được bổ sung theo tỷ lệ nhất định Tùy thuộc vào thành phần và tỷ lệ của các chất phụ gia, thép hợp kim sẽ có những tính chất khác nhau, nâng cao độ bền, độ dẻo và khả năng chống ăn mòn Việc nghiên cứu vai trò của các nguyên tố này là rất quan trọng để cải thiện chất lượng và ứng dụng của thép hợp kim trong công nghiệp.
Crom (Cr) đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường giới hạn bền vững, đàn hồi và độ cứng của kim loại, đồng thời làm tăng kích thước các hạt kim loại Sự có mặt của Crom tạo ra các Carơbít, giúp tăng độ cứng, giảm nhạy cảm với nhiệt độ cao và tăng khả năng chống rỉ, rất hữu ích trong chế tạo dao cụ Tuy nhiên, nó cũng có thể làm cho thép trở nên dòn và giảm tính dẻo, gây bất lợi trong việc chế tạo công cụ Tỷ lệ Crom trong các loại công cụ có thể khác nhau; ví dụ, trong chế tạo lưỡi cưa, lượng Crom thường không vượt quá 1%, trong khi trong chế tạo máy, lượng Crom có thể lên tới 12%.
Vonfram (W) là một yếu tố quan trọng trong việc cải thiện độ cứng và giới hạn bền vững của thép mà không làm giảm tính dẻo Sự hiện diện của Vonfram giúp làm nhỏ kích thước hạt của kim loại, từ đó nâng cao khả năng chống mài mòn và kéo dài tuổi thọ của công cụ cắt gọt Hàm lượng Vonfram thường được sử dụng trong khoảng 1% đến 2%.
- Thiếc (Sn) Thiếc làm giảm độ cứng, song tăng độ mềm dẻo của thép, vì vậy cần chọn một tỷ lệ thích hợp, thông thường Cn = 1,01,5%
Vanađi (V) là một nguyên tố quan trọng trong sản xuất thép công cụ, giúp cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu Việc bổ sung Vanađi vào thép không chỉ tăng cường độ cứng mà còn nâng cao độ dẻo và độ đàn hồi Đối với thép chế tạo dao cụ, lượng Vanađi tối ưu nên đạt khoảng 0,3%.
Môlípđen (Mo) có khả năng giảm hiện tượng rạn nứt trong quá trình luyện thép, tương tự như tác dụng của Vonfram Tuy nhiên, Môlípđen còn đặc biệt tăng cường khả năng chống mài mòn cho dao cụ, làm cho nó trở thành một thành phần quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo.
Coban (Co) là một thành phần quan trọng trong thép, giúp cải thiện các tính chất cơ học như độ cứng và tính dẻo, đồng thời tăng khả năng chống hao mòn, từ đó nâng cao hiệu suất cắt gọt của dao cụ Tuy nhiên, cần lưu ý rằng sự hiện diện của Coban cũng làm tăng tính nhạy cảm với nhiệt độ, do đó cần thận trọng khi sử dụng.
Bảng 3.2 cung cấp thông tin về thành phần hóa học, ký hiệu và tính chất của thép hợp kim, đặc biệt là thép dùng trong luyện dao cụ Để tìm hiểu chi tiết về tỷ lệ các chất có trong thép luyện, vui lòng tham khảo bảng 3.2.
Tên Kí hiệu C Mn Si Cr W V Mo Ni
Thép cao tốc, hay còn gọi là thép gió, được sử dụng trong các quá trình cắt gọt với tốc độ cao mà không làm hỏng các thành phần của nó, đồng thời có khả năng chịu nhiệt tốt Thành phần chính của thép cao tốc là Vonfram, với tỷ lệ từ 6% đến 18%.
Thép cao tốc nổi bật với khả năng chống mài mòn vượt trội, độ cứng và độ bền cao hơn so với thép carbon và thép luyện, cho phép tăng tốc độ cắt lên gấp 3 đến 4 lần.
Bảng.3.3 Thành phần hoá học, ký hiệu và tỷ lệ các chất của thép cao tốc
Tên Kí hiệu Thành phần hóa học
Cr C W V Mn Sn Mo Co Tốc độ thường P9 3,85,4 0,850,95 8,510,0 2,02,6 0,4 0,4 0,3
Thép gió thường có giá cao hơn, do đó trong nhiều ứng dụng như dao tiện, dao phay và dao bóc, người ta chỉ sử dụng thép gió cho phần tiếp xúc cắt gọt Các phương pháp như hàn, gá hoặc đắp được áp dụng để gắn thép gió, trong khi các phần khác của dụng cụ thường được làm từ các loại thép có giá thành thấp hơn.
Kim loại cứng là hợp kim chủ yếu gồm Vonfram và Coban với tỷ lệ lớn, nổi bật với độ cứng và khả năng chống mài mòn cao Thời gian làm việc giữa hai lần mài của kim loại cứng kéo dài gấp 40 đến 60 lần so với thép dao cụ thông thường, điều này đặc biệt quan trọng trong gia công gỗ cứng và các loại ván nhân tạo như ván dán và ván dăm.
Bảng.3.4 Thành phần, tỷ lệ, ký hiệu và các tính chất của kim loại cứng
Kí hiệu Thành phần Tính chất cơ lí
(gam/cm 3 ) Độ cứng HRC Ứng suất nénu
(N/mm 2 ) Ứng suất va đập (N/mm 2 )
Mô đun đàn hồi (N/mm 2 )
BK6M 94 6 14,615,0 Trong giới hạn từ 45.000 đến 55.000
Nguyên lý khoan lỗ
( Trích theo Chương 5, Nguyên lí cắt gọt gỗ và vật liệu gỗ)
Khoan là quá trình tạo ra lỗ tròn, sử dụng dao cắt dạng mũi khoan có hình xoắn ốc hoặc dẹt, với cạnh cắt chính nằm ở đầu Dao cụ thường quay tròn, tạo ra tốc độ cắt V, trong khi tốc độ ăn dao song song với tâm trục mũi khoan Trong gia công gỗ, phôi thường đứng yên so với mũi khoan, và tốc độ cắt tối đa Vmax được tính theo công thức π max.
60 (3.1) Tốc độ cắt trung bình là: π tb
Nếu dao có z cạnh tham gia cắt gọt thì lƣợng ăn dao của một cạnh cắt sẽ là: z
1000.u u n.z (3.3) Lƣợng dao ăn trong vòng quay là:
Nếu cạnh cắt vuông góc với tâm quay mũi khoan thì h = uz Nếu cạnh cắt tạo với tâm quay mũi khoan một góc 90
Bề rộng phoi đƣợc tính theo công thức sau Khi không có mũi khoan định vị:
Khi có mũi khoan định vị: φ φ c d D d b sin / 2 2 sin / 2
Thông số góc tại mỗi vị trí trên cạnh mũi cắt sẽ có sự thay đổi Đường quỹ đạo của các điểm này tạo thành một hình xoắn ốc Do đó, góc sau được xác định là: α α α α π n t c t arctg u.
2 r (3.8) và r thay đổi thì thông số góc cũng thay đổi
Hình 3.1: Các góc mũi khoan
Phần cắt của dao khoan gồ 5 lƣỡi cắt:
+ 2 lưỡi cắt phụ 25, 46: 2 lưới cát phụ chỉ tham gia cắt 1 đoạn ngắn bằng 1/2 lƣợng chạy dao
Lưỡi cắt ngang 13 không tham gia vào quá trình cắt, với mặt trước được thiết kế dạng xoắn Mặt sau của lưỡi cắt có thể được chế tác thành nhiều hình dạng khác nhau, bao gồm mặt xoắn, mặt phẳng hoặc mặt trụ tùy thuộc vào phương pháp mài.
Các góc độ dao bao gồm:
- Góc 2: là góc hợp bởi hình chiếu của hai lƣỡi cắt chính trên mặt phẳng cơ bản, mũi khoan tiêu chuẩn 2 = (116 ÷ 120) 0
- Góc nghiêng phụ 1 : là góc côn ngược thông thường 1 = (2 ÷ 4) 0
- Góc nghiêng Ψ: là góc giữa hình chiếu lưới cắt ngang và lưỡi cắt chính trên mặt phẳng vuông góc với trục mũi khoan, mũi khoan tiêu chuẩn Ψ = 55 0
Góc nâng lưỡi cắt chính () là góc tạo thành giữa lưỡi cắt chính và pháp tuyến với véc tơ tốc độ cắt được đo trong mặt phẳng cắt Để tính toán góc này, ta sử dụng công thức: sin(x) = sin().
D h h: đường kính lõi mũi khoan
Dx đường kính đỉnh đang xét do đó có trị số thay đổi dọc lưỡi cắt
Nếu tại điểm ngoài Dx=D ,28 0 ,h=0,15D thì =7 0 20’
- Góc xoắn ω :là góc hợp bởi đường tâm và đường thẳng tiếp tuyến với đường xoắn của rãnh
Góc ω là một thông số quan trọng của mũi khoan, ảnh hưởng đến quá trình cắt, sự thoát phoi, lực cắt và độ bền tuổi thọ của mũi khoan Do đó, việc lựa chọn góc ω phù hợp là cần thiết, tùy thuộc vào loại vật liệu gia công.
Khi gia công gang thép : ω = (25÷30) 0
Khi gia công đồng thanh,đồng thau :ω= (8÷12) 0
Góc thoát γ được đo trên mặt phẳng NN, vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt phẳng cơ bản Mặt phẳng này đi qua một điểm lưỡi cắt chính và tâm mũi khoan.
Qua đó ta thấy tg γx=f(ω) khi đường kính mũi khoan D cố định, Dx giảm dần
19 γ giảm dần từ ngoài vô tâm γ ngoài cùng≈ω
Góc sắc α được đo trên mặt phẳng A-A, song song với trục mũi khoan, tạo bởi đường thẳng tiếp tuyến với mặt sát và đường thẳng nằm trên mặt phẳng cắt gọt đi qua điểm x trên lưỡi cắt Trị số α tăng dần từ ngoài vào tâm.
Khi dao tiện hoạt động, chuyển động của dao làm thay đổi vết cắt của mặt phẳng cắt và mặt đáy, dẫn đến sự thay đổi của các góc γ và α một lượng nhất định là μ.
DA: đường kính điểm xét
Hình 3.2: Các góc ở lưỡi cắt mũi khoan
Lực trong quá trình khoan lỗ:
Lực trong khoan lỗ có thể tính theo công thức sau:
20 từ đó công suất cắt là: N K.D.u V z
408 (3.10) Lực đẩy gỗ có thể tính theo giá trị lực cắt:
Tỷ suất lực cắt K thay đổi tùy thuộc vào dạng cắt, với công thức tính K áp dụng cho gỗ Giẻ Đối với mũi khoan ruột gà, tỷ suất K lớn hơn 1,5 so với mũi khoan xoắn ốc Ngoài ra, tỷ suất lực cũng biến đổi theo chiều dày phoi h ở các đường kính khác nhau Khi tính toán K, cần xem xét ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau.
Tuỳ theo công nghệ mà sử dụng những mũi khoan khác nhau
Mũi khoan định tâm là loại mũi khoan có thiết kế mũi định tâm với tải trọng không cân đối, tạo ra lực dọc lớn và khó thoát phoi Để tránh xước thớ gỗ, mũi khoan này được trang bị cạnh xén ở vòng ngoài với các thông số góc δ từ 40° đến 50°, β từ 20° đến 25° và α từ 20° đến 25° Kích thước mũi khoan Unmax cho phép lượng ăn dao cực đại tương ứng với mỗi vòng quay của mũi khoan.
Bảng 3.5 Công thức tính tỷ suất lực cắt khi khoan lỗ Đường kínhD mm
Mũi khoan tròn và mũi khoan nhóm là loại mũi khoan có khả năng tạo lỗ tròn với phần giữa cũng hình tròn, dễ dàng lấy ra và độ sâu khoan không lớn Phần giữa hai phần này sẽ tạo thành phoi Mũi khoan có cạnh cắt ở giữa cao hơn bề mặt cạnh cắt khoảng 0,5 mm, với đường kính từ 10 đến 100 mm, uzmax không vượt quá 1 mm và tốc độ khoan V là 2 m/s.
Mũi khoan có trục đẩy ở tâm là một loại mũi khoan được thiết kế với bộ phận đẩy vật xén ở giữa, giúp nâng cao năng suất khoan Đường kính trục đẩy dao động từ 20 đến 60mm, với các thông số góc cạnh xén là α = 30°, β = 60° và góc vát là 25°.
Mũi khoan kiểu thìa có thiết kế dạng thìa với cạnh cắt ở cả đầu và bên, kèm theo rãnh dẫn phoi, rất thích hợp để khoan ở mặt đầu các chi tiết Đường kính của mũi khoan này dao động từ 6 đến 59 mm.
Mũi khoan xoắn ốc là loại mũi khoan có rãnh thoát phoi và cạnh cắt theo hình dạng xoắn ốc, mang lại nhiều ưu điểm như giảm sai số trong quá trình mài dao cụ Đường kính của mũi khoan này dao động từ 1 đến 20 mm, và đặc biệt, với đường kính dưới 5 mm, không cần thiết phải định vị hoặc khoan dẫn.
21 thông số góc là góc m = 60 80 0 , góc nghiêng của đường xoắn ốc22 0 30, α = 20 0 30 Trường hợp mũi khoan có gắn kim loại cứng m = 116 120 0
Mũi khoan ruột gà là loại mũi khoan có rãnh thoát phoi, cạnh cắt chính ở đầu và mũi định vị, cho phép khoan các lỗ nông sâu tùy ý với độ sâu tối đa lên đến 1000 mm.
Khoét
( Trích theo Chương 8, Nguyên lí cắt và dụng cụ cắt)
Cấu tạo của mũi khoét rất giống mũi khoan chỉ khác là chúng có rất nhiều răng hơn và không có lưỡi cắt ngang,lưỡi khoét thường có (3,4 răng)
Hình 3.3: Kết cấu mũi khoét thông thường
Mũi khoét gồm có các phần: phần làm việc,cạnh viền cổ dao, cán,rãnh thoát phoi…
Mũi khoét đƣợc phân loại theo hình dang bên ngoài của nó
Mũi khoét liền cán chế tạo lỗ có nhỏ
Mũi khoét cán rời lắp thỏi hợp kim cứng để gia công lỗ có lớn
Góc độ của mũi khoét:
Khi gia công gang thép = (45 ÷ 60) 0
Góc lệnh phụ : là góc côn ngƣợc có đơn vị là 0,04 ÷ 0,1/100
Góc trước γ: Đo trong tiết diện chính NN,khi gia công thép bằng dao có lưỡi cắt bằng thép hợp kim có độ cứng trung bình thì γ=( 8÷12) 0
Gia công kim loại màu: γ = (25 ÷30) 0
Mũi khoét hợp kim cứng: γ = 10 0
Góc sau α: đo trong tiết diện AA thực tế α =(8 ÷ 10) 0
Góc sau phụ α 1:hình chiếu của nó trên lƣỡi cắt chính bằng α ,hình chiếu trên mặt phẳng N1N1 là α =00
Góc xoắn ω: ω có thể bằng 0 hoặc khác 0
Khi ω =0 0 (rãnh thẳng) dùng cho mũi khoan hợp kim cứng để gia công thép cứng,thép tôi còn lại thường ω 0 ÷25 0
Ta có quan hệ sau : tg ω = tg γ.sin
Mặt phẳng (OO) được xác định bởi lưỡi cắt và mặt phẳng cơ bản, đi qua giao điểm của lưỡi cắt chính và phụ dọc theo tâm mũi khoét Đối với mũi khoét thép gió, góc λ nằm trong khoảng từ 5 đến 15 độ Khi cần thoát phôi về đầu dao (khoét lỗ thẳng hàng), yêu cầu góc λ phải nhỏ hơn 0, trong khi để thoát phôi ở cán dao thì góc λ cần lớn hơn 0.
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP
Yêu cầu của đề tài
Máy có 3cấp tốc độ gồm: n1= 1000 vòng/phút, n2= 750vòng/phút,n3P0 vòng/phút
Truyền động giữa các bộ truyền êm, ít gây tiếng ồn Đầu máy và bàn máy có thể di chuyển độc lập với nhau
Tuổi thọ của máy cao
Các bộ phận của máy có vị trí tương quan với nhau (song song và vuông góc)
Các chi tiết của máy được gia công đạt độ chính xác tương đối cao
Kích thước gỗ khoan được là ( 350 – 450) x 2000mm
Kích thước gỗ tiện được là ( 400 – 600) x 1200mm
Năng suất 10 cây/ngày (8 tiếng)
Phương hướng và giải pháp thực hiện
Hình 4.1: Máy tiện gỗ thông thường
Gia công đƣợc tất cả các loại gỗ
Kết cấu nhỏ gọn, làm việc êm, tuổi thọ cao
Chi phí sản xuất thấp
Các bộ truyền của máy làm việc tốt, ít bị hƣ hỏng khi gia công
Dùng trong tất cả các nhà máy chế biến gỗ
Quá trình gia công một chi tiết bằng máy tiện gỗ tốn nhiều thời gian, vì máy chỉ thực hiện được chức năng tiện duy nhất.
Công nhân cần có tay nghề cao, tốn nhiều thời gian
Hình 4.2: Máy khoan gỗ đứng
Lỗ khoan chuẩn, bóng không bị Oval
Lỗ khoan không bị lệch tâm dù khoan sâu
Bước tiến cắt phôi đều
Dãy cấp tốc độ rộng tùy theo cấp Pully
Dùng Motor lồng sóc nên hạn chế tiếng ồn
Có dòng sản phẩm tốc độ cao khi khoan mũi nhỏ
Không cần dùng lực người sử dùng nhiều
Xác suất xảy ra an toàn lao động thấp
Máy có hình dáng lớn cồng kềnh, khó di chuyển
Đường kính khoan nhỏ phụ thuộc vào đường kính mũi khoan
4.2.3 Kết hợp tiện và khoan trên cùng một trục làm việc:
Hình 4.3: Máy khoan và máy tiện gỗ kết hợp trên 1 trục làm việc
Kết cấu đơn giản, dễ sửa chữa và bảo hành
Hộp trục chính làm việc có thể di trƣợt tiến hoặc lùi dễ dàng thuận lợi cho việc gia công khoan
Kết hợp tiện và khoan trên cùng 1 máy làm giảm đƣợc giá thành sản xuất
Tiện và khoan được nhiều kích thước khác nhau
Khi khoan cần phải gia công dao chuyên dùng.
Lựa chọn phương án
Dựa trên các phương án đã nêu và phân tích ưu nhược điểm, nhóm em đã quyết định chọn phương án kết hợp tiện và khoan trên cùng một trục làm việc Phương án này không chỉ đáp ứng nhu cầu công nghệ trong gia công mà còn có khả năng sử dụng và lắp ráp đơn giản Hơn nữa, chi phí chế tạo thấp giúp phát triển sản xuất theo hướng thương mại với quy mô lớn.
4.4 Trình tự công việc tiến hành :
- Lắp ráp và mô phỏng trên máy tính
- Tính toán và thiết kế các thông số của máy
- Chế tạo và thử nghiệm.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY
Thiết kế hệ thống dẫn động của máy khoan và máy tiện chuyên dùng
Hình 5.1: Sơ đồ dẫn động
Các thông số đầu vào:
- Yêu cầu các cấp tốc độ quay của trục chính: 500 vòng/phút, 750 vòng/phút và
- Tải trọng va đập nhẹ
- Thời gian làm việc: 1 ngày 8 tiếng ( 1 ca/ngày ), 1 năm làm việc 300 ngày
- Tỉ số truyền cho cặp bánh răng cố định: u = 2
5.1.1 Tính toán chọn công suất động cơ:
Ta xét đến lực cắt lớn nhất khi khoan để chọn đọng cơ và tránh quá tải
Chọn tốc độ quay của trục chính khi khoan: n = 1000 vòng/phút
Lƣợng chạy dao khi khoan 3 mm/vòng
z u z u (mm/răng) (Dao khoan 3 lƣỡi cắt)
Lực cắt trong quá trình khoan gỗ:
Công suất cắt cần thiết:
Với là hiệu suất của bộ truyền đƣợc tính theo công thức:
Trong đó trị số hiệu suất các loại bộ truyền và ổ là:
nt = 1 : Hiệu suất nối trục
o = 0,995 : Hiệu suất một cặp ổ lăn
br = 0,98 : Hiệu suất một cặp bánh răng trong hộp giảm tốc
đ = 0,96 : Hiệu suất bộ truyền đai
P = 13,39 (kW) Chọn loại động cơ: 4A160S4Y3 n đc = 1460 (vòng/phút)
5.1.2 Tính toán thiết kế bộ truyền đai: a Chọn đai
Do yêu cầu đai hình thang và có: Pđc = 15 kW; nđc = 1460 vòng/phút
Theo bảng 4.13 và hình 4.1 trang 59: Ta chọn tiết diện đai kí hiệu là B
- Chọn đường kính đai dẫn theo bảng 4.13: Chọn d1 = 280 (mm)
Vận tốc bánh đai dẫn: n1 = 730 ( / )
- Kiểm tra vận tốc đai:
60000 = 10,7( 𝑚 𝑠 ) < 𝑉 𝑚𝑎𝑥 = 25 (𝑚 𝑠 ) Chon tỷ số truyền đai thỏa mãn tốc độ quay của trục chính khi khoan là
- Theo công thức 4,2: Đường kính đai lớn :
𝑑 2 = 𝑑 1 𝑢 (1 − 𝜀) = 0,73.280(1 − 0,02) = 200,3 (mm) Theo bảng 4.21 trang 63: chọn đường kính tiêu chuẩn d2 = 200(mm)
Vậy tỷ số truyền thực tế:
Sai lệch tỷ số truyền ∆𝑢 = 𝑢 𝑡 −𝑢
𝑢 × 100 = 1 % Sai lệch tỷ số tỷ số truyền: ∆𝑢 = 1% < 3% thỏa mãn điều kiện b Chọn khoảng cách trục và chiều dài đai:
Chọn khoảng cách trục sơ bộ: a = 1,2𝑑 1 = 336 (mm)
Chiều dài đai l:Từ công thức (4.4)
4.33600 = 1430 (𝑚𝑚) Theo bảng 4.13 chọn chiều dài giới hạn l = 1400 (mm)
Theo công thức 4.15, kiểm nghiệm đai về tuổi thọ:
- Tính lại khoảng cách trục a theo chiều dài tiêu chuẩn l= 1400 (mm) theo công thức 4.6 trang 54:
Góc ôm 𝛼 1 trên bánh đai nhỏ đƣợc tính bằng công thức 4.7 trang 54
Chọn 1 165 c Xác định số đai z:
- Số đai z đƣợc tính bằng công thức 4.16 trang 60
𝑧 = 𝑃 đ𝑐 𝐾 đ [𝑃 𝑜 𝐶 𝛼 𝐶 𝑙 𝐶 𝑢 𝐶 𝑧 Theo bảng 4.7 trang 55: với đặc tính làm việc va đập nhẹ và quay một chiều làm việc trong 1 ca: với 𝐾 đ = 1,1
𝐶 𝛼 hệ số kể đến góc ôm của 𝛼 1 : = 0,95
Cu hệ số kể đến ảnh hưởng tỷ số truyền: bảng 4.17 u = 0,73 => Cu = 1
Công suất cho phép [Po] tra bảng 4.19: => [Po]= 5,75 (kW)
Cz hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai: bảng 4,18 z ' =1,4 => Cz = 1
Chiều rộng bánh đai B : theo công thức 4.17 và bảng 4.21:
𝐵 = 3 − 1 25,5 + 2.17 = 85 (mm) Đường kính ngoài đai: công thức 4.18 và bảng 4.21:
31 d Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:
𝑉 𝐶 𝛼 𝑧 + 𝐹 𝑣 Lực căng do lực ly tâm sinh ra Fv:
𝐹 𝑣 = 𝑞 𝑚 𝑉 2 = 0,3.10,7 2 = 34,3 qm khối lƣợng 1 mét chiều dài đai, bảng 4.22: qm = 0,3; V = 10,7 m/s
10,7.0,925.3 + 34,3 = 463 (𝑁) Lực tác dụng lên trục Fr:
Bảng 5.1 Thông số bộ truyền đai
Thông số Giá trị Đường kính bánh đai d1 (mm) 280 Đường kính bánh đai d2(mm) 200
Chiều rộng bánh đai B (mm) 85
Lực tác dụng lên trục Fr (N) 2754
5.1.3 Thiết kế trục: a Chọn trục:
Dựa vào đặc điểm và tải trọng tác dụng lên trục, chọn thép C45 có σb = 600
MPa Ứng suất xoắn cho phép [τ] = 15÷30 MPa
Xác định sơ bộ đường kính trục Đường kính trục được xác định nhờ vào momen xoắn theo công thức (10.9) dk ] [ 2 0
=> Tk = 12784 N.mm n1 = 1000 vòng/phút [τ] = 15 MPa
Do dk = 35 mm => bo = 21mm ( bo : bề rộng ổ lăn )
Chiều dài mayơ bánh đai, theo công thức (10.10 lm = 1.5 dk = 52.5mm Puly đai 3 bậc: lm = 157.5mm
Chiều dài nối trục: Chọn nối trục đàn hồi lmnt = 1.4 dk = 1,4.35 = 49mm Theo bảng 10.3 có các hệ số:
33 b Khoảng cách gối đỡ trong tới mặt cắt thứ I trên trục:
Hình 5.2: Khoảng cách gối đỡ trong tới mặt cắt thứ I trên trục lc12 = 0.5( lm + bo ) + K3 + hn
= 119.25mm (chọn giá trị âm) l11 = bo + lm11 +2K1 + 2K2 = 361mm l13 = l11 + hn + K3 + 0.5( lmnt + bo) = 426mm lc13 = l13 – l11 = 65mm lt = lc13 = 65mm
Để giảm khối lượng trục và tăng cường độ cứng vững mà vẫn đảm bảo độ bền, việc sử dụng trục rỗng là một giải pháp hiệu quả Thiết kế này cho phép phần vật liệu bên trong của trục chịu tải trọng xoắn và tải trọng uốn nhỏ hơn, từ đó tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu trọng lượng.
Thiết kế lại trục, họn trục rỗng với các kích thước
Chọn d1 = 65 mm, d2= 42mm ( Đường kính trong của trục) Cho dk ` mm (Đường kính ngõng trục lắp ổ lăn) d3 = 59 mm (Đường kính ngõng trục lắp puly) l11 = 540mm l13 = 605mm
Kiểm nghiệm trục: (theo bảng 1.11 Sổ tay TKCK Tập 2, trang 31 )
J d d (Khi độ bền của các trục bằng nhau Wt = W)
2 d d = 0,9. Để đảm bảo độ bền của trục, ta có thể giảm đường kính d2 theo hệ số an toàn:
2 d d giảm theo hệ số an toàn K = 1,2:
42 = 0,7 ( Thỏa mãn điều kiện) Xác định trị số và chiều lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục:
Hình 5.3: Chiều lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục a= 119.25 (mm) b= 540 (mm) ce(mm) Với : Ft = Rx51,4(N)
Phản lực tại các gối đỡ trong mặt phẳng yoz:
Phản lực tại các gối đỡ trong mặt phẳng xoz:
Hình 5.4: Sơ đồ đặt lực và biểu đồ momem của hộp trục chính
Tính ứng suất uốn tại tiết diện nguy hiểm
Tiết diện A có Mu28414,5 (N.mm) là momen lớn nhất
5.1.4 Tính toán thiết kế chọn then
Trục nối với khớp nối ta chọn các loại then có kích thước
Chọn then bằng có các kích thước ứng với đường kính trục d = 60 (mm) tra bảng ( 9.1a TTTKHDĐCK Tập 1 )
Dài l= 50 mm b: Chiều rộng then h : Chiều cao rãnh then t1,t2: chiều sâu rãnh then trên trục và trên lỗ
Kiểm nghiệm sức bền dập theo công thức
Kiểm nghiệm sức bền cắt ngang
Với yêu cầu thiết kế ta cho ̣n ổ bi đỡ chă ̣n
Với cấu trúc trục và đường kính ngõng trục d = 60mm, chúng ta chọn ổ bi đỡ chặn cỡ nhẹ hẹp 46212 (bảng P.2.12, phụ lục) có đường kính trong d = 60 mm và đường kính ngoài phù hợp.
D = 110 mm , bề rộng b = 22mm, khả năng tải động C= 45,4 kN , khả năng tải trọng tĩnh C0= 36,8 kN
Kiểm nghiệm khả năng tải của ổ:
Lực tác dụng lên ổ lăn gồm:
Nhƣ vậy tiến hành tính nghiệm cho ổ chịu tải lớn nhất FrB774 (N)
Theo công thức (11.3) với 𝐹 𝑎 =0, tải trọng quy ƣớc
Trong đó với ổ lăn chỉ chịu lực hướng tâm X=1,V=1(vòng trong quay), 𝐾 đ = 1 (tải trọng tỉnh), 𝐾 𝑡 = 1 ( nhiệt độ chân máy đủ chịu lực
5.2.2 Kiểm nghiệm sức bền đế máy tiện:
Hình 5.11: Sơ đồ đặt lực và tiết diện mặt cắt đế máy tiện
Vẽ biểu đồ momen: Mmax = 1577 KN.Tính đặc trƣng hình học của tiết diện
Wx = Jx/ymax Trong đó : Jx = Σ
Với 1,2,3 là hình ký hiệu nhƣ trên:
Các giá trị J1 và J3 của các hình được tính dựa trên các giá trị tương ứng với trục đối xứng của chúng Để chuyển về trọng tâm của tiết diện, cần nhân với diện tích và bình phương khoảng cách so với trục đối xứng.
Wx = Jx/ymax = 1,47.10 14 /150 = 9,8.10 11 mm 3 Ứng suất lớn nhất khi thanh chịu uốn: σ = 1 , 6 10 ( / )
3 max daN mm mm mm N da mm mm
= 1,6.10 -7 (da.N/mm 2 ) ≤ [σ] (với [σ] = 450 (daN/mm 2 ) )
=> chân máy đủ chịu lực
5.2.3 Lực kẹp chặt cần thiết khi khoan:
Hình 5.12: Sơ đồ đặt lực kẹp chặt khi khoan
- Điều kiện chống trƣợt dọc trục
- Điều kiện chống xoay (Nếu xem chi tiết quay quanh mũi khoan) ta có phương trình cân bằng momen
CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM
Hình 6.3: Nắp bích chặn ổ bi hộp trục chính
Hình 6.4: Ống nối trục_cán dao
Hình 6.5: Nắp bích chặp ổ bi trục tay quay
Hình 6.8: Đế máy tiện gắn thanh trượt, thanh răng
Hình 6.10: Đế gá gỗ khoan
Hình 6.11: Hộp trung gian bàn xa dao
Hình 6.13: Tấm trung gian bắt tay quay hộp trục chính
Hình 6.14: Tấm trung gian bắt tay quay bàn xa dao
