LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện, luận văn này được hoàn thành với sự hướng dẫn của
thầy NGUYỄN THANH NAM. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy để
em hoàn thành luận văn..
Xin chân thành cám ơn thầy cô bộ môn CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY – KHOA CƠ
KHÍ đã giảng dạy em trong suốt quá trình học tập để trang bò cho em có được kiến thức như
ngày hôm ngày và có thể hoàn thành tốt luận văn này, và có được kiến thức chuyên ngành
trước khi vào đời.
Xin chân thành cám ơn thầy cô trong trường đã giảng dạy em trong thời gian
qua để em có được kiến thức của các môn khác hổ trợ cho em hoàn tất luận văn và biết
thêm kiến thức của các ngành.
Cuối cùng em xin cảm ơn thầy phản biện, quý thầy cô trong hội đồng bảo vệ
luận văn đã bỏ nhiều thời gian quý báu để đọc, nhận xét và chấm luận án này.
TP HỒ CHÍ MINH, ngày 30 tháng 12 năm 2008
Sinh viên thực hiện:
Phạm Ngọc Trung.

ii


MỤC LỤC

Trang bìa ............................................................................................................... i
Lời cảm ơn ........................................................................................................... ii
Tóm tắt ................................................................................................................ iii
Mục lục ............................................................................................................... iv
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Tổng quan về tấm kim loại .............................................................................. 1
1.1.1 Giới thiệu chung ...................................................................................... 1
1.1.2 Tổng quan về sản phẩm cắt ..................................................................... 1
1.1.3 Tình hình thiết bị và các phương pháp cắt ............................................. 2

4.6 Mạch thuỷ lực ................................................................................................ 69
CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
5.1 Các phương án điều khiển tự động và lựa chọn phương án .......................... 70
5.1.1 Điều khiển bằng Rơle............................................................................ 70
v


5.1.2 Điều khiển bằng kỹ thuật số .................................................................. 70
5.1.3 Điều khiển bằng vi xử lí ....................................................................... 71
5.1.1 Điều khiển bằng máy tính ..................................................................... 71
5.1.2 Điều khiển bằng PLC ............................................................................ 72
5.2 Điều khiển quá trình cắt ................................................................................ 73
Kết luận .............................................................................................................. 76
Tài liệu tham khảo.............................................................................................. 77

vi


Chương 1: Giới thiệu chung

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Tổng quan về tấm kim loại
1.1.1 Giới thiệu chung
Nền cơ khí nước ta là nền cơ khí đang phát triển, còn non nớt so với các nước phát
triển. Chính vì lẽ đó, các xí nghiệp, cơ sở sản xuất gia công nhỏ lẻ rất nhiều.
Các xí nghiệp nhỏ, lẻ thường sản xuất các loại sản phẩm có sản lượng không lớn
lắm, đồng thời đa dạng về chủng loại, hình dáng. Do đó, nhu cầu về các loại máy đa năng,
giá cả hợp lý, chất lượng đòi hỏi không quá cao là rất lớn.
Các loại máy gia công kim loại cần cho các xí nghiệp có thể là: máy búa, máy
công cụ (tiện, phay, bào …), máy ép, máy dập, máy cắt các loại … Trong đó, máy cắt tấm

lại, sản phẩm có số lượng nhỏ, hình dáng phức tạp sẽ được sản xuất, gia công bằng các
máy đơn giản hơn, tự động hóa không cần cao lắm.
Để gia công tấm, người ta sử dụng nhiều phương pháp. Các phương pháp đó bao
gồm: chấn, dập, đột, cán... Trong đó cắt là phương pháp sử dụng khá phổ biến. Nó có thể
sử dụng trong sản xuất đơn chiếc hoặc hàng loạt vừa hoặc hàng khối.
1.1.3 Tình hình thiết bò và các phương pháp cắt
Hiện nay, trên thò trường có rất nhiều loại máy cắt tấm khác nhau. Các máy cắt
tấm từ đơn giản (vận hành bằng tay) đến tự động hoá (CNC), từ trọng tải nhỏ đến trọng tải
lớn đều có mặt trên thò trường. Tuỳ theo dạng sản xuất, người ta dễ dàng tìm thấy một loại
máy cắt tấm phù hợp cho công việc của mình.
1.1.3.1 Phương pháp cắt bằng máy cắt thủy lực
Thiết bò dựa trên nguyên lý cắt thông thường.
Thiết bò bao gồm các cơ cấu sau:


Cơ cấu giá đỡ giúp việc đặt phôi và điều chỉnh mép cắt



Một lưỡi cắt tònh tiến theo phương để cắt, cơ cấu này sử dụng thủy lực
để tạo lực cắt.

Cơ cấu kẹp chặt dùng cố đònh vò trí phôi và tránh hiện tượng gấp phôi khi cắt, cơ
cấu này sử dụng khí nén để tạo lực kẹp phôi.

-2-


Chương 1: Giới thiệu chung


thẳng.



Muốn cắt chính xác cao phải dựa vào người lắp phôi.



Khối lương máy rất lớn nên yêu cầu nền móng phải thiết kế đặc biệt.



Quá trình cắt gây rung động có thể ảnh hưởng đến công trình xây dựng
xung quanh.

1.1.3.2 Phương pháp cắt bằng máy lưỡi cắt
Đây là phương pháp thủ công dùng đá cắt (hoặc đá mài) cắt theo đường vẽ sẵn.
Ưu điểm:


Máy nhỏ gọn.

-3-


Chương 1: Giới thiệu chung



Năng suất rất cao nếu chi tiết cần cắt nhỏ và mỏng.


Hình 1.4 Cắt bằng tia nước
Nước từ vòi qua hệ thống lọc và đến bơm thủy lực, sau đó nước đến hệ thống tăng
áp suất và cuối cùng đến miệng phun.
Nước được tăng áp suất trong mạch kín từ áp suất 200 bar do bơm thuỷ lực cấp.
Nước được bơm xen kẽ vào bên trái hay bên phải của xilanh.
Trục của piston được lắp vào piston thủy lực của mạch thứ hai. Các valve một
chiều tương ứng cho cửa vào và cửa ra của nước điều khiển việc làm tăng và giảm áp
suất nước trong xilanh.

-5-


Chương 1: Giới thiệu chung

Nước sau khi được tăng áp sẽ đi đến miệng phun, tại đây có sự chuyển đổi từ áp
suất sang dạng tia vận tốc cao (có thể đạt 800 – 1000m/s).
Người ta có thể nâng cao hiệu quả của tia nước bằng cách thêm vào chất mài mòn.
Kó thuật cắt bằng nước có thể ứng dụng trong khoan lỗ, cắt các loại vật liệu khác
nhau như thép, đá và cả kính chống đạn.
Ưu điểm:


Vật liệu dùng để cắt rất nhiều và rẻ tiền.



Quá trình cắt diễn ra êm không gây ồn và gây rung, không gây ô
nhiễm môi trường do không sinh ra bụi hoặc khí độc.


nhỏ và đẹp.
Laser có thể nhìn thấy được hoặc không nhìn thấy được như tia cực tím hoặc tia
hồng ngoại.

-6-


Chương 1: Giới thiệu chung

Hình 1.5 Cắt bằng tia lazer
Ưu điểm:


Cùng một thiết bò có thể dùng cho cả cắt và hàn;



Năng lượng tập trung vào một vùng rất nhỏ (một luồng laser 3 kW có
thể tập trung vào một lỗ đường kính 0,2 mm, tạo nên mật độ năng
lượng 95 KW mm 2 ;



Tiếng ồn và khói ít;



Các góc cắt vuông có chất lượng cao;



1.1.3.7 Phương pháp cắt dây EDM

Hình 1.6 Cắt dây EDM
Phương pháp này dựa trên hiện tượng phóng điện ăn mòn, một cực nối với cuộn
dây, một cực nối với chi tiết cần cắt.
Phương pháp này có năng suất thấp khi cắt các vật liệu kim loại thông thường
nhưng có hiệu quả cao khi cắt vật liệu cứng như thép nhiệt luyện.
Yêu cầu phôi cắt phải dẫn điện.
Có thể gia công biên dạng phức tạp nhưng kích thước nhỏ không ứng dụng cho cắt
thép tấm.

-8-


Chương 1: Giới thiệu chung

1.1.3.8 Cắt bằng khí acetylene:
Thiết bò gồm: bình khí oxygen hóa lỏng, bình khí acetylene, bộ điều chỉnh áp suất
mỏ hàn.

Hình 1.7 Cắt khí axetylene
Việc điều chỉnh dòng khí sẽ do người công nhân thực hiện đảm bảo ngọn lửa đạt
nhiệt độ trên 30000 C .

Hình 1.8 Ngọn lửa khí axetylene
Mỏ cắt đặt vuông góc với mặt cần cắt và di chuyển đến vò trí bắt đầu cắt. Ngọn
lửa từ mỏ cắt sẽ nung nóng vò trí cần cắt đến nhiệt độ thổi bay vật liệu tại chỗ đó.

Hình 1.9 Tay cầm khi cắt bằng khí axetylene



Hình 1.10 Sơ đồ quá trình cắt vật liệu tấm bằng máy cắt
Moment M có xu hướng làm cho vật quay đi một góc nhỏ trước lúc bò cắt đứt. Hiện
tượng quay làm cho mặt cắt đứt xấu đi, để chống lại hiện tượng này, cần chặn vật liệu
bằng lực Q.
Yêu cầu đối với quá trình cắt
Hệ thống cắt cần được thiết kế sao cho làm việc phù hợp và thoả mãn các yêu cầu
sau:
+ Cắt đúng chiều dài tấm theo yêu cầu (với độ sai lệch cho phép).
+ Năng suất cắt cao, độ chính xác cao.
Để cắt đứt có thể có các loại dao cắt đứt dạng sau:
1.2.1.1 Cắt bằng lưỡi dao song song
Khi cắt hai lưỡi dao luôn luôn tiếp xúc với phôi trên cả chiều rộng cắt. Nó chỉ cắt
được các đường cắt thẳng, chiều rộng tấm cắt phải nhỏ hơn chiều dài lưỡi dao. Ưu điểm
cắt trên máy này là đường cắt phẳng đẹp, hành trình lưỡi dao nhỏ nhưng lực cắt tương đối
lớn. Lực cắt có thể tính theo công thức:
P  1,3.B.S . cp ( N )

B: chiều rộng cắt của phôi (mm)
S: chiều dày phôi cắt (mm)

 cp : giới hạn bền cắt của phôi (mm)  cp = (0,8  0,9).  b ( N / mm2 )

 b : giới hạn bền của phôi ( N / mm2 )

Hình 1.11 Cắt bằng lưỡi dao song song

-11-



thuộc chiều dày: khi S < 3mm, D = 60S; khi S = 3  10mm, D = (40  50); khi S > 10mm,
D = 30S
Máy này dùng để cắt các đường thẳng và đường cong chiều dài tuỳ ý. Máy cắt có
thể có nhiều cặp đóa dùng để cắt đồng thời nhiều dải song song. Máy cắt này thường dùng
để cắt các tấm mỏng.

Hình 1.14 Cắt bằng lưỡi dao đĩa
1.2.2 Phân loại máy cắt
Dựa vào phương thức truyền động để tạo ra lực, ta phân máy cắt làm hai loại.
Loại 1: Máy cắt cơ
Nguyên lý hoạt động:
Dựa trên nguyên lý truyền động của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, biến chuyển
động quay thành chuyển động tònh tiến. Dưới tác dụng quay của trục khuỷu truyền lực tác
động vào đầu dao, tạo áp lực cho đầu dao đi xuống thực hiện quá trình cắt.

-13-


Chương 1: Giới thiệu chung

Hình 1.15 Máy cắt cơ
Ưu điểm:
Truyền được công suất khá lớn.
Hoạt động với độ tin cậy cao.
Giá thành không quá cao.
Nhược điểm:
Chỉ gia công được chi tiết có bề dày nhỏ.
Không có thời gian dừng trong quá trình đầu dao tiếp xúc với bề mặt chi tiết, bởi vì
trục khuỷu hoặc cam quay có chu kỳ.
Khó điều chỉnh được vận tốc trong quá trình cắt.


Chương 2: CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY CẮT TẤM
2.1 Phân tích sơ bộ một máy cắt tấm dạng dao cắt:
2.1.1 Các thành phần chính của một máy cắt tấm:
Máy cắt tấm hiện có rất nhiều chủng loại, rất đa dạng về kích thước và mẫu mã.
Tuy nhiên, máy cắt tấm dù đơn giản hay hiện đại, cũng bao gồm một số thành phần chính
giống nhau. Các thành phần chính đó bao đó:
Nguồn dẫn động (nguồn tạo ra lực cắt): đây chính là yếu tố quan trọng khi nói đến
một máy cắt tấm. Yếu tố này gần như quyết đònh đến giá thành của máy. Đây cũng là
nhân tố giúp phân loại các dạng máy cắt tấm. Nguồn dẫn động của một máy cắt tấm có
thể là cơ hoặc thủy lực. Mỗi loại có những ưu nhược điểm riêng.

Hình 2.1 Máy cắt tấm có nguồn dẫn động cơ
Nguồn dẫn động cho máy cắt tấm có thể lựa chọn tùy theo mục đích chế tạo. Nếu
máy đòi hỏi công suất lớn, thì ta chọn thủy lực. Ngược lại, nếu máy không đòi hỏi công
suất lớn, ta nên chọn cơ. Như vậy, tính kinh tế sẽ cao.

-16-


Chương 2: Cơ sở thiết kế máy cắt tấm

1: Thân máy 2: Xilanh

3: Dao trên

Hình 2.2 Máy cắt thủy lực
Thân máy (1): là phần chòu lực chính của một máy cắt tấm. Kích thước thân máy
sẽ phụ thuộc vào tải trọng của máy. Thân máy có thể có nhiều dạng kết cấu khác nhau
tùy thuộc vào tính chất, yêu cầu, hình dáng, kích thước chi tiết cần gia công cũng như tính

Chương 2: Cơ sở thiết kế máy cắt tấm

trễ đó. Nói cách khác, nó giúp cho dao chuyển động đều ở 2 đầu dao trong quá trình dao
đi xuống hoặc đi lên.
Chỉ có máy cắt tấm thủy lực mới sử dụng bộ phận này, máy cắt trục khuỷu không
có bộ phận này. Để hiểu rõ thêm về bộ phận cân dao, ta xem hình sau.
n
F1

14

F2

15

3

2
F2

F1

3
2: Xilanh

3: Tấm dao trên

14: Trục khuỷu

15: Thanh truyền

9: Thanh răng

13: Tấm dao trên

Hình 2.6 Một vài dạng của bộ phận cân dao
Hệ thống đo (10): bên cạnh bộ phận cân dao, để có thể gia công chính xác trên
máy cắt tấm, máy còn đòi hỏi phải có một hệ thống đo tốt. Hệ thống đo có nhiệm vụ xác
đònh khoảng cách từ lưỡi cắt (là đường tiếp xúc giữa đỉnh dao và tấm kim loại khi gia

-20-


Chương 2: Cơ sở thiết kế máy cắt tấm

công) (28) cho đến mép trong tấm kim loại (B) cần gia công. Khoảng cách đó là a. Nó
giúp cho quá trình gia công tấm được chính xác.

10: Hệ thống đo

11: Thanh trượt

Hình 2.7 Một vài hệ thống đo

11

A

19

10