Đồ án môn học : Máy công cụ
THIẾT KẾ MÁY KHOAN ĐỨNG DỰA TRÊN CƠ SỞ
MÁY KHOAN K135

Phần 1 : PHÂN TÍCH MÁY CHUẨN
1.1 Máy chuẩn : máy K135 với các thông số như sau :
Đặc tính kỹ thuật Máy khoan K135
Đường kính lớn nhất khoan được (mm) 35
Khoảng cách từ đường trục tâm chính tới trụ (mm) 300
Khoảng cách lớn nhất từ mút trục chính tới bàn máy (mm) 750
Kích thước bề mặt làm việc bàn máy (mm x mm) 450x500
Độ côn trục chính Mooc N

4
Dịch chuyển lớn nhất của trục chính (mm) 170
Số cấp tốc độ trục chính 12
Phạm vi tốc độ trục chính (vg/ph) 42 - 2000
Số cấp bước tiến 11
Phạm vi bước tiến ( mm/vg) 0,1 – 1,4
Lực tiến dao (kG) 1600
Mômen xoắn (kG.cm) 4000
Công suất động cơ chính (kW) 6
Khối lượng máy (kg) 1300
Kích thước của máy :
- Dài 1245
- Rộng 815
- Cao 2690
1.2 Đánh giá máy chuẩn :
1.2.1 Nhận xét về mặt động học của máy chuẩn :
* Hộp tốc độ :
Từ sơ đồ động học của máy chuẩn ta có chuỗi số vòng quay trục chính là: 42 – 60

(4)
42
87
173 338 696 1390
60 122 250 482 995 2000
i
3
i
2
i
1
i
5
i
4
i
6
i
7
- Nhận xét về đồ thị số vòng quay:
+Ưu điểm:
*Khi tăng hay giảm tốc qua nhiều trục trung gian , ta thấy các tỉ số truyền đều
tăng hay giảm từ từ, điều này làm cho bộ truyền làm việc tốt nhất.
*Trên đồ thị ta thấy có các cặp tỉ số truyền bằng 1 như vậy nó góp phần làm
giảm kích thước của hộp tốc độ.
+Nhược điểm:
Một nhược điểm của đồ thị số vòng quay là giới hạn tỉ số truyền
83,8
min
max

≈
1,41.
Với công bội
41,1=
ϕ
thì ta chọn từ chuỗi số vòng quay tiêu chuẩn được chuỗi số
vòng quay là : 42,5 – 60 – 85 – 118 – 170 – 235 – 335 – 475 – 670 – 950 – 1320 –
2000 (vg/ph).
* Hộp chạy dao :
Máy chuẩn K135 có :
- Phạm vi bước tiến Z = 11
- Lượng chạy dao nhỏ nhất s
min
= 0,1 (vg/ph)
- Lượng chạy dao lớn nhất s
max
= 1,4 (vg/ph)
=> công bội :
3,1
1,0
4,1
10
≈=
ϕ
Chuỗi số lượng chạy dao theo máy chuẩn là :0,1 – 0,13 – 0,17 – 0,22 – 0,28 – 0,38
– 0,5 – 0,63 – 0,82 – 1,05 – 1,4 .
Từ sơ đồ động học ta có lưới kết cấu và đồ thị số vòng quay như sau :
@Lưới kết cấu:
i
6

@Đồ thị số vòng quay:
i
6
i
7
i
4
i
5
i
1
i
2
lnϕ
i
3
(3)
(2)
(1)
n
1
n
2
n
4
n
3
n
6
n

- Phạm vi bước tiến Z = 11
- Lượng chạy dao nhỏ nhất s
min
= 0,1 (vg/ph)
- Lượng chạy dao lớn nhất s
max
= 1 (vg/ph)
=> công bội :
26,1
1,0
1
10
≈=
ϕ
Chuỗi số lượng chạy dao tra theo chuỗi số vòng quay cơ sở ta có: 0,1 – 0,125 –
0,16 – 0,2 – 0,315 – 0,4 – 0,5 – 0,63 – 0,8 – 1

SVTH : Nguyễn Xuân Hải – Lớp 09C1LT Trang : 6
Đồ án môn học : Máy công cụ
Phần 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY
2.1 Tính toán các thông số động học cơ bản của máy :
2.1.1 Thông số động học
@Với hộp tốc dộ::
* Với máy chuẩn :
- Phạm vi điều chỉnh vận tốc : R =
min
max
n
n
=

max
= 2000 (vg/ph) ; n
min
= 42 (vg/ph) ; Z = 12
=>
ϕ
=
11
42
2000

≈
1,42
* Máy ta cần thiết kế có đặc tính như sau:
- Số vòng quay nhỏ nhất của trục chính n
min
= 42,5(vg/ph)
- Số vòng quay lớn nhất của trục chính n
max
= 1900 (vg/ph)
- Số cấp tốc độ Z = 12
- Lượng mở
41,1=
ϕ
.
@Với hộp chạy dao:
* Với máy chuẩn :
- Phạm vi bước tiến Z = 11
- Lượng chạy dao nhỏ nhất s
min

Chuỗi số lượng chạy dao tra theo chuỗi số vòng quay cơ sở ta có: 0,1 – 0,125 –
0,16 – 0,2 – 0,315 – 0,4 – 0,5 – 0,63 – 0,8 – 1.
2.2 Thiết kế động học hộp tốc độ :
2.2.1 Thiết kế phương án không gian (PAKG) :
* Tính số nhóm truyền tối thiểu :
Gọi x là số nhóm truyền tối thiểu ta có :
x
4
1

≤

đc
n
n
min
; với n
min
= 42,5(vg/ph) còn n
đc
= 1450 (vg/ph)
=> x
≥
log







= 2.( 2 + 3 + 2 ) = 14
+ Phương án 3 : S
br
= 2.( 2 + 2 + 3 ) = 14
- Kích thước chiều dài hộp sơ bộ : L =
∑
b
+
∑
f
= L
h
Với b là bề rộng bánh răng còn f là bề rộng các khe hở , do các trục bánh răng bố
trí song song nhau nên cả ba phương án điều có kích thước hộp tốc độ như nhau .
- Số lượng bánh răng trên trục cuối :
+ Phương án 1 : 2 bánh răng
SVTH : Nguyễn Xuân Hải – Lớp 09C1LT Trang : 8
Đồ án môn học : Máy công cụ
+ Phương án 2 : 2 bánh răng
+ Phương án 3 : 3 bánh răng
Ta lập bảng so sánh các phương án không gian như sau :
Z = 3 x 2 x 2 Z = 2 x 3 x 2 Z = 2 x 2 x 3
Số trục trong HTĐ 4 4 4
Số bánh răng 14 14 14
Kích thước HTĐ
L
h
L
h
L

(4)
n
1
n
12
SVTH : Nguyễn Xuân Hải – Lớp 09C1LT Trang : 10
Đồ án môn học : Máy công cụ
- Phương án thứ tự : (2) (1) (3)
(1)
(2)
(3)
(4)
n
1
n
12
- Phương án thứ tự : (2) (3) (1)
(1)
(2)
(3)
(4)
n
1
n
12

SVTH : Nguyễn Xuân Hải – Lớp 09C1LT Trang : 11
Đồ án môn học : Máy công cụ
- Phương án thứ tự : (3) (1) (2)
(1)

bị động gần bằng nhau , điều kiện ăn khớp tốt hơn , kích thước nhỏ gọn hơn
.Nhưng hộp tốc độ thông thường là giảm tốc , nếu chọn i
≈
1 thì xích truyền động
sẽ dài , kích thước toàn hộp sẽ lớn .Cho nên nguyên tắc nầy chỉ dùng cho những
nhóm truyền động ở các trục đầu tiên .
- Khi tăng hay giảm tốc qua nhiều trục trung gian , nên chọn tỉ số truyền tăng hay
giảm từ từ
- Chọn tỉ số truyền sao cho số vòng quay tới hạn của trục trung gian càng lớn
càng tốt .Vì mômen xoắn tỉ lệ nghịch với số vòng quay , nên khi số vòng quay
càng cao thì kích thước của các chi tiết máy sẽ nhỏ .
- Các tỉ số truyền nên nằm trong giới hạn cho phép ,và nên chọn theo trị số tiêu
chuẩn của dãy số Renard 40 , tức là :
i = 1,06
E
( E là số nguyên âm hay dương )
Trong các máy công cụ thì giới hạn của tỉ số truyền thường dùng là :
+ Đối với hộp tốc độ :
4
1
≤
i
≤
2
+ Đối với hộp chạy dao :
5
1
≤
i
≤

i
2
i
1
i
5
i
4
i
6
i
7
Kiểm tra điều kiện động học:

4
1
170
5,42
min
==i

2
950
1900
max
==i
Thỏa mãn điều kiện
2
4
1

}
ZZZ
g
f
Z
Z
i
i
i
i
i
i
∑=+





=
'
/
;
Ta suy ra : Z
i
=
Z
gf
f
ii
i

i
≥
+

Để không bị hiện tượng cắt chân răng thì Z
min
=17 ; để Z
i
và Z
'
i
là những số
nguyên thì K là “bội chung nhỏ nhất” của các tổng ( f
i
+ g
i
) và E là số nguyên bất
kì thỏa mãn biểu thức :
E
17.
.
min
Kf
gf
E
i
ii
+
=≥
Với bánh nhỏ là bánh chủ động

+ i
2
=
2
2
7
5
41,1
1
g
f
=≈
=> f
2
+ g
2
= 5 + 7 = 12
+ i
3
=
3
3
2
2
1
41,1
1
g
f
=≈

12.1
3
= 4,25 => E = 5
SVTH : Nguyễn Xuân Hải – Lớp 09C1LT Trang : 15
Đồ án môn học : Máy công cụ
Z
3
=
205.12.
3
1
=
; Z
'
3
=
405.12.
3
2
=
Z
2
=
255.12.
12
5
=
; Z
'
2

=+ gf
+ i
5
=
5
5
3
25
9
41,1
1
g
f
=≈
=>
34
55
=+ gf
=> Bội số chung nhỏ nhất là K = 34
- Số răng :
Dựa vào đồ thị số vòng quay thì i
5
là tỉ số truyền có đường nghiêng trái lớn nhất
nghĩa là bánh răng có số răng nhỏ nhất Z
5
là bánh chủ động .
E
17.
.
min

= Z
'
4
=
342.34.
2
1
=
@Nhóm 3 :
- Tỉ số truyền :
+ i
6
=
2
41,1
6
6
1
2
g
f
=≈
=>
3
66
=+ gf
+ i
7
=
7

i
ii
+
=≥
=
6,517.
15.1
5
=
=> E = 6
Z
7
=
186.15.
5
1
=
; Z
'
7
=
726.15.
5
4
=
Z
6
=
606.15.
3

18
5
=Z
50'
5
=Z
60
6
=Z
30'
6
=Z
18
7
=Z
72'
7
=Z
*Tính số vòng quay thực tế , sai số vòng quay và vẽ đồ thị sai số :
- Số vòng quay thực tế của trục chính :
+
75,42
72
18
.
50
18
.
40
20

7
5
5
2
2
075202
====
Z
Z
Z
Z
Z
Z
niiinn
+
5,85
72
18
50
18
.
30
30
.950
'''
7
7
5
5
1

Z
Z
Z
Z
Z
Z
niiinn
+
64,169
72
18
34
34
.
35
25
.950
'''
7
7
4
4
2
2
074205
====
Z
Z
Z
Z

342
30
60
.
50
18
.
40
20
.950
'''
6
6
5
5
3
3
065307
====
Z
Z
Z
Z
Z
Z
niiinn
+
57,488
30
60

.
30
30
.950
'''
6
6
5
5
1
1
065109
====
Z
Z
Z
Z
Z
Z
niiinn
+
950
30
60
.
34
34
.
40
20

4
4
2
2
0642011
====
Z
Z
Z
Z
Z
Z
niiinn
+
1900
30
60
34
34
.
30
30
.950
'''
6
6
4
4
1
1

tt
n
42,75 61,07 85,5 118,75 169,64 237,5 342 488,57 684 950 1357,
14
1900
[%]
n
∆
0,58 1,75 0,58 -1,3 -0,21 1,05 2,05 2,78 2,05 0 2,74 0
- Vẽ đồ thị sai số vòng quay :
Trên cơ sở bảng sai số vòng quay được thiết lập ở trên ta vẽ được đồ thị sai số
vòng quay như sau :
Sai số vòng quay cho phép là :

[%]
n
∆
=
)1(10 −±
ϕ
=
1,4)141,1(10 =−±
%
[%]
n
∆
SVTH : Nguyễn Xuân Hải – Lớp 09C1LT Trang : 18
Đồ án môn học : Máy công cụ
lg(n)
n

1
Trên đồ thị ta thấy sai số vòng quay hoàn toàn ở trong giới hạn của sai số cho
phép. Do đó giá trị các số răng ta tính được ở trên là hợp lý .
*Sơ đồ động hộp tốc độ:
4
3
2
1
Z'
7
=72
Z'
6
=30
Z'
5
=50
Z'
4
=34
Z'
2
=35
Z'
1
=30
Z'
3
=40
Z

= 1 (vg/ph)
=> công bội :
26,1
1,0
1
10
≈=
ϕ
Chuỗi số lượng chạy dao tra theo chuỗi số vòng quay cơ sở ta có: 0,1 – 0,125 –
0,16 – 0,2 – 0,315 – 0,4 – 0,5 – 0,63 – 0,8 – 1.
2.3.1 Thiết kế phương án không gian (PAKG) :
Ta thiết kế với Z = 12 nhưng sẽ có một cặp lượng chạy dao trùng nhau.
Với Z = 12 ta có các PAKG sau :
- Phương án 1 : 3 x 2 x 2
- Phương án 2 : 2 x 2 x 3
- Phương án 3 : 2 x 3 x 2
- Phương án 4 : 4 x 3
- Phương án 5 : 3 x 4
- Phương án 6 : 6 x 2
- Phương án 7 : 2 x 6
Với hộp chạy dao máy khoan thì để kết cấu hộp đơn giản nhất ta dùng cơ cấu then
kéo .Và với yêu cầu số bánh ren lắp kế tiếp nhau trên một trục không nên vượt quá
3
÷
5 , hơn nữa theo kinh nghiệm thì then kéo lắp trên trục bị động sẽ lâu mòn hơn
so với lắp trên trục chủ động .Do đó phương án 5 là hợp lý nhất
Vậy PAKG là : Z = 3 x 4 .
Ưu nhược điểm của loại cơ cấu then kéo :
=>Ưu điểm :
Nhỏ gọn , không có bánh răng di trượt và ly hợp , các bánh răng đặt kề nhau

(3)
(2)
(1)

- PATT (3) (1) :
SVTH : Nguyễn Xuân Hải – Lớp 09C1LT Trang : 21
Đồ án môn học : Máy công cụ
i
6
i
7
i
4
i
5
i
1
i
2
ln
ϕ
i
3
(3)
(2)
(1)
Ta chọn PATT (1) (3) do có lưới kết cấu đối xứng và tỉ số truyền thay đổi từ từ
hơn .
2.3.3 Đồ thị số vòng quay :
Để rút ngắn khoảng cách chiều trục, giảm chiều cao của hộp chạy dao ta dùng

4
4
'Z
Z
i =
5
5
5
'Z
Z
i =
;
6
6
6
'Z
Z
i =
;
7
7
7
'Z
Z
i =
Để kích thước nhỏ thì tích của 2 tỉ số truyền do bánh răng dùng chung ở 2 nhóm
truyền nên bằng 1 hay gần bằng 1.
Trường hợp dùng 2 bánh răng dùng chung:
Bánh răng dùng chung phải nằm tốt nhất trong 2 tia
71

1
i
Z
i
Z +=+
=>
6
3
7
1
1
1
1
1
1
1
i
i
i
i
+
+
=
+
+
=>
36661
63
7
.)1).(1(

1
:n
2
:n
3
= 1:ϕ:ϕ
2
⇒ i
1
:i
2
:i
3
=1:ϕ:ϕ
2
chọn i
3
= 1/ϕ ⇒ i
2
= 1/ϕ
2
⇒ i
1
= 1/ϕ
3
n
1
:n
7
= i

6
= ϕ ⇒ i
7
= ϕ
4

n
1
:n
4
= i
4
:i
5

n
1
:n
4
= 1:ϕ
3
⇒ i
4
:i
5
=1:ϕ
3
SVTH : Nguyễn Xuân Hải – Lớp 09C1LT Trang : 23
Đồ án môn học : Máy công cụ
⇒ i

≤===
i
i
R
i

Vậy đồ thị số vòng quay được chọn là thỏa mãn.
Đồ thị số vòng quay như sau:
i
2
i
3
i
7
i
6
i
5
i
4
10 11 12
1
i
987654321
2.3.4 Tính toán bánh răng:
@Tính số bánh răng của nhóm truyền 1:
Dựa vào đồ thị số vòng quay ta có:
i
1
=

=≈=
ϕ
⇒ f
2
+ g
2
= 31+50 = 81= 3
4

i
3
=
3
3
5
4
26,1
11
g
f
=≈=
ϕ
⇒ f
3
+ g
3
= 4+5 = 9 = 3
2

Vậy bội chung nhỏ nhất là K=81 , ta thấy tia

Suy ra : ∑.Z = k . E = 81 x 1 = 81
⇒ Z
1
=
fg
f
11
1
+
x ∑Z =
3
1
. 81 = 27
⇒ Z'
1
= ∑Z - Z
1
= 81 - 27 = 54
⇒ Z
2
=
fg
f
22
2
+
x ∑Z =
81
31
. 81 = 31

6
.
Nên : Z
7
= 54 ⇒Z’
7
=
7
4
7
54
27
1,26
Z
i
= =
SVTH : Nguyễn Xuân Hải – Lớp 09C1LT Trang : 25