Tự động hoá nguyên công gia công mặt chuẩn chi tiết dạng trục

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010<br /> <br /> <br /> <br /> TỰ ĐỘNG HOÁ NGUYÊN CÔNG<br /> GIA CÔNG MẶT CHUẨN CHI TIẾT DẠNG TRỤC<br /> MANUFACRURING THE MODEL OF AN AUTOMATIC MACHINE USED TO MILL<br /> FACES AND DRILL TWO CENTRE HOLES ON MOTORBIKE STARTING SHAFTS<br /> <br /> <br /> <br /> Phạm Đăng Phước Nguyễn Đức Thắng<br /> Trường Đại học Phạm Văn Đồng Trường CĐ Công nghiệp Huế<br /> <br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Các chi tiết dạng trục là loại chi tiết thường được sản xuất hàng loạt, có yêu cầu cao về<br /> độ chính xác kích thước, độ đồng tâm giữa các bề mặt trụ làm việc... để đảm bảo các yêu cầu<br /> đó, chi tiết được gá đặt trên hai lỗ tâm, làm chuẩn tinh thống nhất để gia công các bề mặt. Ở<br /> Việt Nam, việc gia công các bề mặt chuẩn của chi tiết trục hiện nay thường thực hiện thủ công<br /> nên năng suất thấp, có thể thiếu chính xác vì các yếu tố chủ quan, vì vậy cần tự động hoá<br /> nguyên công khoả mặt đầu và khoan hai lỗ tâm trong qui trình sản xuất chi tiết trục. Bài báo giới<br /> thiệu kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị để tự động hóa nguyên công khỏa mặt đầu và<br /> khoan hai lỗ tâm trên chi tiết trục cần đạp xe máy.<br /> ABSTRACT<br /> Shafts are usually manufactured in series. They require high accuracy of dimensions<br /> and concentricity between cylinders of stepped shafts … To ensure these requirement, we need<br /> details located on two centre holes, used as united refining datum surfaces when cutting other<br /> surfaces. In Vietnam, the manufacture of datum surfaces of shafts is usually made by hand, so<br /> it has a low output and lacks accuracy due to some subjective factors. For this reason, it is<br /> necessary to automate the milling of faces and the drilling of centre holes in the process of<br /> manufacturing shafts. This article presents the results of a research on the design and<br /> manufacture of a model of an automatic machine used to mill the faces and drill two centre<br /> holes on the starting shafts of motorbikes.<br /> <br /> 1. Nguyên công gia công bề mặt chuẩn của chi tiết trục<br /> Với chi tiết dạng trục, chuẩn định vị là hai lỗ tâm, được chọn làm chuẩn tinh phụ<br /> thống nhất, do đó nguyên công đầu tiên thường được thực hiện đối với chi tiết trục là<br /> khoả hai mặt đầu và khoan hai lỗ tâm. Công việc này có thể được thực hiện theo nhiều<br /> cách khác nhau; trong sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ thường phay hai mặt đầu của trục,<br /> sau đó lấy dấu và khoan hai lỗ tâm, cũng có thể gá trục trên mâm cặp, tiện mặt đầu,<br /> khoan tâm, sau đó đổi đầu để gia công phía còn lại; trong sản xuất hàng loạt và hàng<br /> khối, việc khỏa mặt đầu và khoan lỗ tâm được thực hiện trên các máy chuyên dùng hoặc<br /> sử dụng các thiết bị tự động.<br /> Để xây dựng mô hình thiết bị tự động hóa nguyên công này, chi tiết trục cần đạp<br /> xe máy được chọn làm chi tiết mẫu để nghiên cứu. Thiết bị được thiết kế nhằm mục<br /> đích tăng năng suất gia công và đảm bảo độ chính xác.<br /> 70<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010<br /> <br /> Giới thiệu chi tiết gia công: Trục cần đạp xe máy có chức năng làm quay bánh<br /> răng dẫn động ly hợp, truyền động quay bánh răng trục sơ cấp hộp số, truyền động trục<br /> khuỷu quay khởi động động cơ.<br /> Chi tiết trục cần đạp xe máy cần đảm bảo các điều kiện kỹ thuật sau:<br /> - Kích thước các cổ trục lắp ghép yêu cầu cấp chính xác 6-7;<br /> - Bảo đảm dung sai chiều dài mỗi bậc trục trong khoảng 0,05 ÷ 0,2 mm.<br /> - Độ đảo của các cổ trục lắp ghép không quá 0,01 ÷ 0,03 mm.<br /> - Độ không song song của các rãnh then hoa đối với tâm trục không vượt quá<br /> 0,01 mm trên 100 mm chiều dài.<br /> - Độ nhám các cổ trục lắp ghép đạt Ra = 1,25 ÷ 2,5 m, các mặt đầu Rz = 20<br /> m và bề mặt không lắp ghép Rz = 40 m.<br /> - Độ cứng bề mặt 37- 42 HRC.<br /> Vật liệu để chế tạo chi tiết trục cần xe đạp máy bao gồm các loại thép cacbon<br /> như thép 35, 40, 45; thép hợp kim như 40X, 40Γ, 50Γ v.v... Trong sản xuất nhỏ và đơn<br /> chiếc, trục được chế tạo từ phôi thanh, phôi được cắt đứt theo kích thước chiều dài trên<br /> máy nhiều trục hoặc máy cắt đứt tự động chuyên dùng, máy cưa, máy tiện v.v…Trong<br /> sản xuất hàng loạt, phôi của trục được chế tạo bằng cách dập nóng trên máy dập hoặc<br /> máy ép, ngoài ra cũng có thể rèn trên máy rèn ngang hoặc đúc.<br /> <br /> <br />  <br /> I II <br /> TL 4:1 TL 4:1 3<br /> <br /> <br /> <br />  <br /> <br /> <br /> <br /> 1,25 1,25 1,25 1,25<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> A<br /> <br /> <br /> Z = 10<br />  Z = 32 Z = 32<br /> <br /> TL 2:1<br /> Rãnh then hoa<br /> Rãnh nghiêng Rãnh then hoa<br /> Hình 1. Bản vẽ chi tiết trục cần đạp xe máy<br /> <br /> <br /> 71<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010<br /> <br /> 2. Thiết kế mô hình thiết bị<br /> 2.1. Nguyên lý hoạt động<br /> Trên hình 2, phôi 1 được cấp vào phễu 2, dưới tác dụng của trọng lượng bản<br /> thân và nhờ vào cơ cấu piston-xilanh 3, theo cơ cấu dẫn hướng phôi được đưa đến khối<br /> V số 4 để định vị và kẹp chặt thông qua tay kẹp. Quá trình phay được thực hiện nhờ<br /> động cơ 5 dẫn động, thông qua bộ truyền vít me - đai ốc bi 6 đưa 2 động cơ mang dao<br /> phay mặt đầu đi xuống để cắt mặt đầu phôi. Khi đi hết hành trình như đã lập trình sẵn,<br /> động cơ 5 được điều khiển đi lên, phát tín hiệu điều khiển để thực hiện tiếp quá trình<br /> khoan lỗ tâm. Khi có tín hiệu, các động cơ 7, 9 sẽ khởi động. Các động cơ bước 7 thông<br /> qua bộ truyền vít me - đai ốc bi 8 sẽ dẫn động cơ khoan 9 tiến vào khoan hai lỗ tâm. Khi<br /> các động cơ 7 quay đúng số bước tương ứng với chiều sâu khoan theo yêu cầu thì nó<br /> được đảo chiều để dẫn động cụm khoan về vị trí ban đầu. Tín hiệu nhận được từ công<br /> tắc hành trình sẽ điều khiển piston lùi về để tháo sản phẩm và đồng thời phôi tiếp theo<br /> rơi xuống để tiếp tục một chu trình gia công mới.<br /> <br /> <br /> 4 5 6<br /> <br /> 10 10<br /> <br /> 9 9<br /> <br /> 8 8<br /> <br /> 7 7<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1 2 3<br /> Hình 2. Sơ đồ nguyên lý khỏa mặt đầu và khoan hai lỗ tâm<br /> <br /> 1. Phôi 2. Phễu chứa phôi 3. Xylanh-Piston.<br /> 4. Khối V 5. Động cơ dẫn động phay 6. Vítme đai ốc bi<br /> 7. Động cơ bước dẫn động khoan<br /> 8. Trục vítme dẫn động khoan<br /> 9. Động cơ khoan 10. Động cơ phay<br /> <br /> <br /> 72<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010<br /> <br /> 2.2. Dẫn động và điều khiển<br /> Thiết bị tự động khoả mặt đầu và khoan 2 lỗ tâm chi tiết trục cần đạp xe máy<br /> hoạt động dựa theo nguyên tắc sau (Hình 3):<br /> Cơ cấu dẫn hướng phôi được điều khiển bởi động cơ Đ1,chi tiết cần gia công<br /> được chứa trong máng chứa phôi, nhờ trọng lượng của bản thân nên chi tiết cần gia<br /> công có thể tự dịch chuyển trong máng dẫn và đưa chi tiết cần gia công đến vị trí gá đặt<br /> và kẹp chặt. Trên cơ cấu máng dẫn phôi, có đặt các công tắc hành trình C1, C2.<br /> Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công dùng xylanh khí nén XL được điều khiển bằng<br /> van điện từ. Sau khi chi tiết cần gia công được định vị và kẹp chặt tại vị trí gia công, cơ<br /> cấu khoả mặt đầu bắt đầu hoạt động. Trên cơ cấu khoả mặt đầu có các động cơ điện một<br /> chiều Đ2, Đ3, Đ4 và các công tắc hành trình C3, C4 giới hạn vị trí hoạt động của cơ<br /> cấu. Trên động cơ Đ2, Đ3 có lắp dao phay để gia công mặt đầu, động cơ điện Đ4 có<br /> nhiệm vụ mang cơ cấu khoả mặt đầu tiến vào khoả mặt đầu chi tiết cần gia công, sau<br /> khi thực hiện hết hành trình cắt gọt, cơ cấu khoả mặt đầu sẽ chạm vào công tắc hành<br /> trình C4, động cơ điện Đ4 sẽ mang cơ cấu khoả mặt đầu lùi về vị trí ban đầu cho đến<br /> khi chạm vào công tắc hành trình C3, động cơ điện Đ2, Đ3 sẽ ngưng hoạt động.<br /> Quá trình khoả mặt đầu hoàn thành thì cơ cấu khoan lỗ tâm hoạt động. Trên cơ<br /> cấu khoan lỗ tâm có các động cơ điện Đ5, Đ6, Đ7, Đ8 và các công tắc hành trình C5,<br /> C6, C7, C8. Sau khi cơ cấu khoả mặt đầu chạm vào công tác hành trình C3 thì động<br /> cơ điện một chiều Đ5, Đ6, Đ7, Đ8 đồng thời hoạt động, trên động cơ điện Đ7, Đ8 có<br /> lắp mũi khoan lỗ tâm, động cơ Đ4, Đ5 có nhiệm vụ đưa 2 cơ cấu khoan tâm đến vị<br /> trí cần gia công và chạy dao khi cắt gọt; khi đến hết hành trình cắt gọt cơ cấu khoan<br /> tâm sẽ chạm vào công tắc hành trình C7, C8 và sẽ đưa cơ cấu khoan tâm trở về lại vị<br /> trí ban đầu, đến khi chạm vào công tắc hành trình C5, C6 thì cơ cấu khoan tâm sẽ<br /> ngưng hoạt động.<br /> Khi quá trình khoả mặt đầu và khoan tâm hoàn thành, thì cơ cấu dẫn hướng phôi<br /> hoạt động, trên cơ cấu có gắn động cơ điện một chiều Đ1 và các công tắc hành trình C1,<br /> C2. Cơ cấu giữ phôi nhả chi tiết đã gia công đến vị trí chứa bán thành phẩm, đồng thời<br /> cơ cấu nhả và giữ phôi sẽ chạm vào công tắc hành trình C1 và đưa cơ cấu nhả và giữ<br /> phôi về lại vị trí ban đầu, lúc này cơ cấu sẽ chạm vào công tác hành trình C2. Tiếp theo<br /> đó cơ cấu xylanh khí nén hoạt động cấp phôi cho quá trình gia công.<br /> Quá trình đó được điều khiển theo chu trình đã lập sẵn để gia công sản phẩm thứ<br /> hai, thứ ba.<br /> Ta có sơ đồ điều khiển các tín hiệu vào, ra của thiết bị khoả mặt đầu và khoan<br /> tâm như hình 3:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 73<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010<br /> <br /> <br /> C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tín hiệu vào<br /> Mạch điều khiển<br /> Tín hiệu ra<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Đ1 Đ2 Đ3 Đ4 Đ5 Đ6 Đ7 Đ8 XL<br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ điều khiển thiết bị khoả mặt đầu và khoan tâm<br /> <br /> C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 là các công tắc hành trình.<br /> Đ1, Đ2, Đ3, Đ4, Đ5, Đ6, Đ7, Đ8: động cơ điện một chiều.<br /> XL : Xy lanh khí nén.<br /> Với các yêu cầu điều khiển như nêu trên, mô hình sử dụng vi điều khiển<br /> AT89C51 để chế tạo mạch điều khiển.<br /> 3. Kết quả và thảo luận<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Mô hình thiết bị đã chế tạo<br /> Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình thiết bị «Tự động hóa nguyên công<br /> 74<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010<br /> »<br /> khỏa mặt đầu và khoan hai lỗ tâm chi tiết trục cần xe đạp máy đã đạt được những kết<br /> quả sau:<br /> - Chế tạo hoàn chỉnh mô hình thiết bị tự động hóa nguyên công khỏa mặt đầu và<br /> khoan hai lỗ tâm chi tiết trục cần đạp xe máy, bao gồm: cơ cấu cấp phôi tự động, cơ cấu<br /> định vị và kẹp chặt tự động, cơ cấu gia công tự động (Hình 4);<br /> - Ứng dụng vi điều khiển để điều khiển thiết bị.<br /> Mô hình thiết bị tự động hóa nguyên công khỏa mặt đầu và khoan hai lỗ tâm chi<br /> tiết trục cần đạp xe máy đã hoạt động đúng yêu cầu thiết kế, kết quả nghiên cứu góp<br /> phần tạo ra những mô hình học tập và nghiên cứu cho các sinh viên tại các trường dạy<br /> nghề, trường đại học Kỹ thuật v.v…<br /> Vấn đề nghiên cứu có thể được tiếp tục hoàn chỉnh theo hướng:<br /> - Thay đổi được chế độ cắt khi phay và khoan hai lỗ tâm, thêm bộ phận tưới<br /> dung dịch trơn nguội khi gia công;<br /> - Mở rộng ứng dụng của thiết bị cho các sản phẩm khác.<br /> <br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> <br /> [1] Phạm Đăng Phước, Robot Công nghiệp, Nxb Xây dựng, Hà Nội - 2008.<br /> [2] Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Trần Xuân Việt, Công nghệ<br /> chế tạo máy, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội - 2003.<br /> [3] Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng, Cấu trúc và lập trình họ vi điều khiển<br /> 8051, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội - 2003.<br /> [4] Trần Doãn Tiến, Tự động điều khiển các quá trình công nghệ, Nxb Giáo dục,<br /> Hà Nội – 2003.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 75<br />