CÁC CƠ CẤU SINH LỰC

Chương 5
CÁC CƠ CẤU SINH LỰC

Tuỳ theo nguồn năng lượng sử dụng, các cơ cấu sinh lực của đồ gá có thể chia ra: khí nén, dầu ép, chân không, từ, điện từ, diện-cơ khí, li tâm…So với cơ cấu kẹp bằng tay tuy chúng có một sổ nhược điểm như đòi hỏi các trang bị phụ kèm theo, phúc tạp, song chúng có những ưu điểm cơ bản như thời gian kẹp chặt giảm, giảm nhẹ sức lao động của công nhân, lực kẹp đủ lớn, ổn định…

5-1.Cơ cấu sinh lực bằng khí nén .

Khí nén được sử dụng khá rộng rãi trong sản xuất công nghiệp. Khí nén là không khí sạch được máy nén khí nén đến áp suất 6: 7atm để khi đi qua các ống dẫn đến đồ gá có áp suất làm việc 3-4 atm. Dùng khí nén có những ưu điểm sau :
– Nâng cao năng suất lao động, giảm bớt thời gian kẹp chặt và tháo chi tiết (0,5: 1,2) s, so với kẹp chặt bằng tay có thể giảm thời gian này từ (5: 10) lần.
– Giảm nhẹ sức lao động của công nhân ưong quá ưình kẹp chặt và tháo chi tiết. Nếu như kẹp bằng tay, lực tác dụng từ tay công nhân (70-Ỉ-100N) thì ổ các trang bị khí nén lực dễ điều khiển các ưang bị (cơ cấu) này chỉ khoảng (10: 15N)
– Lực kẹp đủ lớn, đều và có thể kiểm tra, điều chỉnh dễ dàng trong quá trình làm việc.
– Có thể kẹp chặt cùng một lúc nhiều điểm ưên chi tiết, có thể kẹp chặt nhiều chi tiết trên đồ gá, điều khiển thống nhất, từ xa dễ có khả năng tự động hoá.
Các nhược điểm của khí nén là :
– Khí nén dùng với áp lực thấp (4:6) atm. Độ cứng vững kẹp chặt không lớn, nên với các chi tiết hạng nặng ít dùng.
– Phải có thêm các trang bị phụ: Van, bình lọc khí, ổn định tốc độ và áp lực…chiếm không gian nhiều.
Hệ thống các trang bị khí nén được bó trí như hình 5 -1.
– Bình lọc khí 1, không khí nén từ trạm tới bình lọc 1 để khử các tạp chất và trộn dầu để bôi trơn.

– Van giảm áp 2, dùng để giảm áp lực khí nén từ nguồn vào đến áp lực làm việc yêu cầu để kẹp chặt chi tiết
– Van một chiều 3, có tác dụng bảo vệ an toàn, đề phòng việc cung cấp khí nén bị gián đoạn hoặc áp lực khí nén đột ngột bị giảm làm tháo lỏng cơ cấu kẹp.
– Van phân phối 4, khống chế khí nén vào và thải khỏi xi lanh.
– Van tiết lưu 5, điều tiết tốc độ của dòng khí nén di vào xi lanh để khống chế tốc độ dịch chuyển của piston.
– Lực kế 6, chỉ áp lực không khí nén có trong xi lanh.

– Xi lanh 7, dưới tác dụng của khí nén làm piston dịch chuyển, đẩy cơ cấu kẹp để thực hiện việc kẹp chặt chi tiết gia công.

Các cơ cấu sinh lực bằng khí nén có thể phân loại như sau:
– Theo dạng xi lanh dẫn lực: Loại xi lanh piston- xi lanh màng.
– Theo sơ dồ tác dụng: Loại xi lanh một chiều và loại xi lanh hai chiều.
– Theo dạng gá đặt: Loại cố định và loại quay.

5.1.1  Xi lanh piston.

Loại xi lanh piston thường sử dụng trong kết cấu các đồ gá cần đến lực kẹp và hành trình kẹp lón. Có thể chế tạo xi lanh một chiều, xi lanh hai chiều cho các đồ gá cố định (dồ gá khoan, phay, bào…) và cho dồ gá quay (đồ gá tiện, mải…). Lực sinh ra của các loại xi lanh phụ thuộc vào đường kính piston, áp suất khí nén và hành trình kẹp .
Xi lanh đã tiêu chuẩn hoá, làm rời bán ngoài thị trường hoặc có thể làm ngay trong  đồ gá.

Xi lanh piston có thể sinh ra lực kẹp Q>5000 kG. Đường kính tiêu chuẩn của piston là: D=50, 75, 100,150, 200, 250, 300…mm; đường kính cán piston d=16…80 mm; hành trình làm việc L 10…200mm.
Độ nhám mặt ưong xi lanh cần đạt Ra =0,634: 1,25 để giảm ma sát.
– Kết cấu xi lanh piston có thể tham khảo trong các sổ tay cơ khí.

5-1-2 Xi lanh màng.

Loại xi lanh màng có vỏ gồm hai nữa úp vào nhau, giữa hai nữa có một màng mỏng. Vật liệu của vỏ làm bằng gang đúc hoặc bằng thép ít các bon. Màng làm bằng cao su chịu dầu, lõi bằng vải, ngoài ép cao su hoặc bằng kim loại (thép 60).
Kết cấu xi lanh màng như hình 5-5a, b
Loại 5-5a là loại tác dụng một chiều, khi tắt nguồn khí nén thì màng mỏng 3 bị lò xo 5 dẩy về vị ưí tự do ban đầu. Màng được kẹp giũa hai nắp có đinh ốc bắt chặt. Ớ tâm màng 3 có đĩa 4 đường kính d đổ lấy màng và để đẩy màng, đĩa này gắn liền với cán.

Loại 5-5b là loại xi lanh màng tác dụng hai chiều, khí nén vào buồng trên để đẩy màng kẹp chặt. Khi tháo lỏng thì khí nén vào buồng dưới đẩy màng trỏ về vị trí tự do ban đầu mà không có lò xo.
Xi lanh màng có thể gồm các loại : Tác dụng một chiều hoặc hai chiều, cố định hoặc quay tròn, một màng, nhiều màng, màng hình phăng, màng hình bát….
Tính lực kẹp:

– Theo hình 5 -5 a
Diện tích làm việc của màng là hình tròn đường kính D. Nhưng áp lực khí nén tác dụng lên diện tích có đường kính d (đĩa kim loại đổ) sẽ truyền toàn bộ lên cán và bằng :(hình 5- 6).
Q,=pi/ 4 x d bình phương xp

Còn áp lực khí nén tác dụng lên diện tích hình vành khăn D-d không truyền toàn bộ lên cán, mà một phần tác dụng lên vồ xi lanh vì màng bị kẹp giữa hai vỏ, càng gần vỏ bao nhiêu áp lực tác dụng lên màng vào đĩa d càng ít đi bấy nhiêu.
Áp lực của bất kì hình vành khăn nào cách tâm là p (giữa D và d) diện tích

Để tăng lực Q mà không tăng đường kính D của xi lanh, ta có thể dùng loại xi lanh nhiều màng.
Ưu điểm của loại xi lanh màng so với xi lanh piston :
1- Xi lanh màng nhẹ, kết cấu xi lanh đơn giản, khối lượng gia công ít và độ chính xác kích thước thấp hơn nhiều so với xi lanh piston, do đó giá thành hạ.
2- Độ nhạy cao và khối lượng dịch chuyên ít, ma sát chỉ có giữa cán và vỏ.

3-Thôi gian sử dụng cao hơn. Trong điều kiện làm việc bình thường màng có thể chịu 5.10 mũ 5:  6.10 mũ 5 hành trình làm việc, còn xi lanh piston các gioăng mòn ổ 1,5.10 mũ 5 hành trình kép .
Nhược điểm của xi lanh màng là :
1- Lực kẹp và tháo không phải hằng sổ, vì khi tăng hành ưình làm việc, tăng lực biến dạng màng do đó lực kẹp giảm.
2- Hành ưình làm việc ngắn tuỳ thuộc vào hình dạng của màng, bề dày và vật liệu chế tạo màng. Thường hành trình làm việc của cán piston không lớn quá 1/3 đường kính của màng.

5-2. Cơ cấu sinh lực bằng dầu ép.

Trong tniòng hợp cần lực lớn, cơ cấu sinh lực bằng khí nén sè rất cồng kềnh, không hợp lí. Do dó có thể dùng cơ cấu sinh lực bằng dầu ép. Cơ cấu sinh lực bằng dầu ép có nhung ưu điểm sau :
1- Áp lực của dầu cao 10 4-30 lần so với khí nén, do đó với cùng một lực kẹp, kích thước của xi lanh dầu ép nhỏ, gọn hơn nhiều so với xi lanh khí nén. Độ cứng vững của đồ gá cao hơn, có thể nâng cao chế độ cắt.
2- Áp lực dầu lớn có thể truyền lực kẹp trực tiếp, không cần qua cơ cấu trung gian (để phóng đại lực kẹp), do đó kết cấu dồ gá đơn giản.
3- Dầu ép trong xi lanh đảm bảo khả năng bôi trơn, làm giảm độ mòn của các bỏ phận, nâng cao thôi gian sử dung.
4- Đồ gá dùng dầu ép làm việc êm , không ồn.
Hệ thống trang bị cần thiết để sử dụng cơ cấu sinh lực bằng dầu ép gồm : động cơ – bơm thuỷ lực, hệ thống đường ống, cơ cấu diều khiển, các cơ cấu phụ khác…Tất cả các cơ cấu đó làm việc dưới áp lực cao, nên yêu cầu chính xác cao, kín khít tốt, chế tạo khó và giá thành cao. Nếu trên các máy có hệ thống bơm dầu, có thể rút ra một nhánh dùng cho đồ gá thì chi phí cho việc dùng đồ gá đỡ tốn kém hơn.
Sơ đồ làm việc của một cơ cấu dầu ép như hình 5-7.
Bơm dầu ép dùng ưong đồ gá thường là các loại bơm bánh răng, bơm piston, bơm cánh gạt…Năng suất của bơm được chọn theo công thức:

Khi tính toán còn cần kiểm nghiệm độ bền (hoặc tính) chiều dày thành xi lanh thủy lực, tính toán ống dần, van tiết lưu , các cơ cấu thuỷ lực khác.

5-3. Cơ cấu sinh lục khí nén -dầu ép.

Đặc điểm :
– Khả năng sinh lực lớn hơn cơ cấu sinh lực bằng khí nén hoặc bằng dầu ép riêng biệt, có thể tạo ra dầu có áp suất cao đạt 9,6:10,6 Mpa, gấp 4 đến 8 lần cơ cấu sinh lực dầu ép và 30 đến 40 lần cơ cấu sinh lực khí nén .
– Do áp lực tạo ra rất cao, không những dùng làm cơ cấu phóng đại lực mà còn làm đơn giản kết cấu của đồ gá và nâng cao hiệu suất truyền động.
– Có thể chế tạo riêng thành một cơ cấu tăng lực để lắp trong đồ gá hoặc có thể lắp trên bàn máy tạo cơ hội thực hiện việc tổ hợp hoá dồ gá.
Hê thống sinh lực khí nén- dầu ép như hình 5-8.
Không khí nén có áp lực Pj đi vào buồng bên trái của xi lanh từ A dẩy piston sang phải, cán piston dịch chuyển và nén dầu làm cho áp lực dầu tăng đến áp lực p2. Dầu ép có áp lực p2 chạy vào xi lanh dầu kẹp chặt có đường kính D1 (xi lanh dầu một chiều), cuối cùng dẩy cơ cấu kẹp để kẹp chặt chi tiết. Để bổ sung tổn hao dầu ép, người ta dùng thêm bình dầu phụ 2. Khi dầu bị nén, thông qua van một chiều tự động dóng kín lại đề phòng dầu chảy ngược vào bình dầu phụ.

Rất rõ là khi D/d càng tăng, hệ số tăng lực ip càng tăng. Nhưng theo sơ dồ hình 5-8, nếu như đường kính của xi lanh có trị số nhất định, thì việc giảm đường kính của cán piston không có thể quá nhỏ, nếu không sự ảnh hưởng của độ cứng vững và độ bền đến cán piston rất lớn. Thường người ta lấy D/d= 3-5-5.

5-4. Cơ cấu sinh lực bằng cơ khí- điện.

Cơ cấu sinh lực loại này gồm: động cơ điện 1, hộp giảm tốc 2, tới các cơ cấu kẹp như vít – đai ốc, các cơ cấu phối hợp (hình 5- 9).
Lực sinh ra được xác định theo công thức :

5-5. Cơ cấu sinh lực bằng điện từ
5-5-1 Nguyên tắc làm việc :

Chuyển động bằng điện từ rất hay dùng để kẹp chặt chi tiết mỏng phăng, vì trong trường hợp này các cách kẹp khác đều làm chi tiết biến dạng và kẹp không chặt. Có thể dùng từ vĩnh cửu hoặc diện từ. Nhưng từ vĩnh cửu ít dùng ví lực kẹp có hạn và sau một thời gian từ trường yếu đi vì nhiệt độ thay đổi hoặc vì xung lực. Còn điện từ dùng nhiều hơn, nhất là trên bàn máy mài, cũng có khi dùng cả trên máy khoan, phay dễ gia công các chi tiết hình dáng phức tạp.

Gồm cuộn dây 6 cuốn quanh lõi 2, lớp cách tử 5 ngăn cách vơi lõi  4 với tấm dẫn từ 3 để đại đa số đường sức sau khi thông qua chi tiết có thể về tấm dẫn  từ 3, chứ không từ lỏi 4 qua tấm dần từ 3 chuyển về vỏ 1 làm từ thông yếu đi. Khi dòng điện một chiều qua cuộn dây 6, chi tiết 7 sẽ được hút chặt xuống tấm dẫn từ 3.
Sự phân bó lỏi tuỳ thuộc theo kết cấu chi tiết (phân bó hình bầu dục, phân bó ngang, phân bó dọc, phân bó hình sao…).
Chú ý : Điện từ phải dùng điện một chiều. Chất cách từ thường dùng đồng , nhôm hoặc hợp kim babít.

5-5-2. Trình tự tính toán

8-  Kiểm tra cuộn dây phát nhiệt:
Cho phép trên cuộn dậy công suất phát nhiệt, bình quân 1 Watt phân bổ trên 10 cm2 của bề mặt làm lạnh.
Tính điện trỏ R của cuộn dây: R = ρ. 1/S; từ R và điện áp V tìm cường độ dòng điện I và công suất w là cỏ thể kiểm nghiệm vấn dề phát nhiệt của cuộn dây.
Chi tiết gia công trên bàn từ trường thường nhiễm từ, việc khử từ có thể thực hiện trong trường từ thay đổi.
Cơ cấu sinh lực bằng điện từ, so với các cơ cấu sinh lực khác, có những ưu điểm sau : Lực tác dụng nhanh, không làm hỏng bề mặt kẹp chặt của chi tiết ổ những nguyên công cuối, lực kẹp phân bó đều trên mặt tiếp xúc, có thể kẹp chặt nhiều chi tiết nhỏ cùng một lúc, sử dụng thuận tiện, không cần nhiều các trang bị phụ (nhất là đối với đồ gá từ ).
Nhược điểm cơ bản của diện từ là : Lực kẹp không lớn so với các cơ cấu cơ khí khác, không kẹp được các chi tiết bằng vật liệu không dẫn từ, có khả năng gây ra sự cổ khi nguồn năng lượng cung cấp cho các cuộn dậy diện từ bị mất điện đột ngột.

5-6.Cơ  cấu sinh lục bằng lực li tâm.

Cơ cấu sinh lực dựa vào lực li tâm của những khói nặng khi quay sinh ra.
Ưu điểm của nó: Không cần một nguồn động lực bên ngoài, tự nó sinh ra lực kẹp, gọn, nhanh, có khả năng tự động hoá quá ưình kẹp chặt và tháo chi tiết. Nhược điểm của nó là không diều chỉnh được lực kẹp cho các chế độ cắt khác nhau, cho các chi tiết khác nhau.

Trong đó: P- Lực li tâm (N); R- Khoảng cách từ tâm quay đến trọng tâm của khối năng (m); ω- Tổc độ góc của khối nặng đối với tâm quay (Rad/s); n- số vòng quay trong một phút của đồ gá; g- Gia tốc trọng trường (m/s2).
Vỏ 2 được lắp chặt ổ đuôi trục chính 3, khi vỏ 2 quay theo trục chính thì viên bi 1 (3-Ỉ-6 viên) nhờ lực li tâm mà văn ra và dây miếng chắn 4 về phía sau, miếng chắn 4 bắt chặt với đôn rút 5, đòn 5 luồn qua lỗ trục chính vã nối liền vói cơ cấu kẹp. Khi trục chính dừng lại thì các viên bi 1 lại tụt vào tâm lồ, lò xo dẩy miếng 4 và đòn nít 5 về phía trước để tháo lỏng chi tiết.
Lực kẹp trong trường hợp này dược xác định theo công thức :

kính đường tròn phân bó bi (m); a- góc chêm của viên bi (độ); Φ và Φ1 – Góc ma sát (Φ=Φ1= 5° 43’).

5-7. Cơ cấu sinh lực bằng chân không.

Nguyên lí làm việc của truyền động bằng chân không là dựa vào áp suất khí quyển dể kẹp chặt chi tiết. Khi dó giữa mặt tiếp xúc của phôi và dồ gá tạo ra một khoảng kín chân không.
Đồ gá chân không được ứng dụng để gia công tinh các chi tiết kém cúng vững, để biến dạng dưới tác dụng của lực kẹp.
Hình 5-13 là sơ đồ sử dụng xi lanh khí nén (a) và bơm chân không (b).
Lực kẹp chặt phôi được xác định theo công thúc :
W = F.P.K (N).
Trong dó:
F- diện tích mặt tiếp xúc (bịt kín) (m2).
P= 1 -Pd, Pd-áp suất còn lại trong khoảng chân không của đồ gá (N/m2).

Để kẹp chặt đều chi tiết, trên mặt phăng của phiến gá thường bổ trí các hàng lồ nhỏ, sổ lượng lồ nhiều (hình 5-13b).
Vật liệu đảm bảo độ kín khoảng chân không thường làm bằng cao su B-14.

5-8. Cơ cấu sinh lục và định tâm bằng chất dẻo.

Dùng sức căng của chất dẻo để định tâm và kẹp chặt chi tiết gia công là một thành tựu trong kĩ thuật đồ gá rất có hiệu quả. Nó có độ chính xác định tâm rất cao (có thể đạt tới 0,001: 0,03mm) có thể ưiệt tiêu hoàn toàn khe hở giữa chi tiết và chi tiết định vị đồng thời kẹp chặt với lực kẹp chặt khá lớn.
ưu điểm của dồ gá dùng chất dẻo là : kết cấu nhỏ , gọn, thao tác nhanh và độ chính xác định tâm cao, lực kẹp phân bó rất đều (đến 80% chiều dài của bạc mỏng)
Hình 5-14 là một đồ gá dùng chất dẻo để định tâm bằng mặt ưong chi tiết. Khi vặn vít 1, dầu vít sẽ chiếm vào khói chất dẻo 3 làm nó căng ra và ép ống bạc mỏng 2 bao bọc xung quanh khói chất dẻo sát vào mặt lồ định vị của chi tiết khiến chi tiết được định tâm và kẹp chặt.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.