THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG LỜI CÁM ƠN
Chúng con xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến ba mẹ, người đã
sinh thành, nuôi dưỡng, chăm sóc và tạo mọi điều kiện để chúng con được cắp sách
đến trường.
Chúng tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Th.S Phạm Văn
Toản đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm thực tế và cung cấp tài liệu
tạo điều kiện cho chúng tôi thực hiệ
n đề tài nghiên cứu khoa học này.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, phòng đào tạo, ban chủ nhiệm
khoa Cơ Điện trường Đại học Lạc Hồng đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho
chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học này.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn tập thể giảng viên khoa Cơ Điện trường Đại
Học Lạc Hồng đã tận tình giảng dạy và truyề
n đạt những kiến thức quý báu cho chúng
tôi trong suốt quá trình học Đại Học.
CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG TẠI DOANH NGHIỆP.............................................24
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
......................................................................................................................................28
3.1 Cơ sở thiết kế hệ thống khoan gỗ trong sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ.............28
3.2 Phương án thiết kế cơ khí.......................................................................................29
3.2.1 Phương án thiết kế cơ cấu cấp gỗ................................................................29
3.2.2 Phương án thiết kế cơ cấu kẹp gỗ................................................................34
3.2.3 Phươ
ng án thiết kế cơ cấu khoan gỗ............................................................36
3.2.4 Phương án thiết kế cơ cấu gạt gỗ.................................................................39
3.3 Lựa chọn thiết bị.....................................................................................................44
3.3.1 Xilanh đẩy gỗ ..............................................................................................44
3.3.2 Xilanh kẹp gỗ ..............................................................................................44
3.3.3 Xilanh đẩy dàn khoan..................................................................................45
3.3.4 Xilanh gạt gỗ ...............................................................................................46
3.3.5 Động cơ khoan ............................................................................................47
3.3.6 Động cơ kéo băng tải...................................................................................47
3.3.7 Cảm biến từ dùng cho xilanh và công tắc hành trình..................................48
3.4 Thiết kế phần điều khiển. .......................................................................................48
3.5 Ưu - nhược điểm khi khoan gỗ bằng máy khoan tự động......................................51
3.6 So sánh năng suất – hiệu quả kinh tế......................................................................52
3.7 Một số hình ảnh thực tế của hệ thống máy khoan gỗ tự
Hình 1.17 Hình dạng thực tế van tiết lưu một chiều của hãng Festo..........................22
Hình 2.1 Khoan gỗ bằng máy khoan bàn tại DNTN Kim Long...................................24
Hình 2.2 Các thanh gỗ có kích thước 20 x 20 x 300 mm.............................................25
Hình 2.3 Dùng máy khoan bàn hoặc khoan tay để khoan lỗ.......................................25
Hình 2.4 Người thợ mất nhiều thời gian canh chỉnh cữ. .............................................26
Hình 2.5 Thanh thép chữ U được bắt vào thanh gỗ ....................................................26
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
Hình 2.6 Khung kệ hoàn chỉnh ....................................................................................27
Hình 2.7 Thợ thủ công đang thực hiện công đoạn đan lát. .........................................27
Hình 3.1 Thanh gỗ dùng làm khung kệ........................................................................28
Hình 3.2 Kích thước và các hình chiếu của thanh gỗ..................................................28
Hình 3.3 Cơ cấu cấp gỗ ...............................................................................................30
Hình 3.4 Bản vẽ tách chi tiết cơ cấu cấp gỗ. ...............................................................30
Hình 3.5 Kích thước của phễu cấp gỗ. ........................................................................31
Hình 3.6 Cơ cấu băng tải.............................................................................................31
Hình 3.7 Cơ cấu băng tải có gai dọ
c...........................................................................32
Hình 3.8 Xilanh đẩy gỗ................................................................................................32
Hình 3.9 Thanh dẫn hướng..........................................................................................32
Hình 3.10 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp gỗ .....................................................33
Hình 3.11 Cơ cấu kẹp gỗ .............................................................................................34
Hình 3.35 Động cơ kéo băng tải..................................................................................47
Hình 3.36 Cảm biến từ dùng cho xilanh và công tắc hành trình.................................48
Hình 3.37 Biểu đồ trạng thái của hệ thống. ................................................................50
Hình 3.38 S
ơ đồ mạch khí nén.....................................................................................50
Hình 3.39 Sơ đồ mạch điều khiển. ...............................................................................51
Hình 3.40 Sơ đồ mạch động lực...................................................................................51
Hình 3.41 Hình ảnh thực tế của hệ thống đã được thiết kế.........................................53
Hình 3.42Xilanh đẩy gỗ...............................................................................................53
Hình 3.43 Phễu cấp gỗ ................................................................................................53
Hình 3.44 Thanh gỗ được đẩy vào vị trí kẹp ...............................................................53
Hình 3.45 Thanh gỗ được kẹp bởi Xylanh kẹp. ...........................................................53
Hình 3.46 Động cơ khoan lỗ........................................................................................54
Hình 3.47 Xilanh gạt gỗ ra thùng chứa.......................................................................54
Hình 3.48 Tủ điện điều khiển.......................................................................................54 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
B. BẢNG BIỂU
Bảng đơn vị thứ nguyên tính lực ..................................................................................16
Bảng mã màu VDI/ VDE 0113/57113.........................................................................23
- 1 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
nâng cao năng suất.
- 2 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Mặt hàng thủ công mỹ nghệ
1.1.1 Nguyên vật liệu của mặt hàng thủ công mỹ nghệ. [12]
Các làng nghề truyền thống ở nước ta rất đa dạng và phong phú, nổi bật nhất là
các ngành nghề chạm trổ, điêu khắc gỗ, đan mây - tre - lá … đang rất thịnh hành, đặc
biệt ở Biên Hòa, tạo ra nhiều sản phẩm như: kệ, vali, túi xách, bình hoa, bàn ghế, … từ
nguồn nguyên vật liệu dân dã nh
ư: lá bèo, dây chuối sứ, lục bình khô, dây đai, cói, tre
trúc, rơm rạ, … các nghệ nhân tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế và nghệ thuật cao,
được thị trường các nước: Mỹ, Pháp, Đức, Ý, Hàn Quốc, … rất ưa chuộng.
Hình 1.1 Nguyên vật liệu từ cây mây – tre – lá.
- 3 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
1.1.2 Sản phẩm thủ công mỹ nghệ. [12]
Sau khi nguyên liệu thô từ thân cây đay, lục bình được người dân thu hoạch, xử
lý sơ bộ trở thành nguyên liệu chính để sản xuất các mặt hàng thủ công mỹ nghệ.
Nguyên liệu được chuyển đến tay nghệ nhân để tạo ra các sản phẩm xuất khẩu.
Hình 1.2 Các sản phẩm: kệ, vali.
Hình 1.3 Các sản phẩm: giỏ đựng hoa quả. - 4 -
và đời sống.
- 6 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
Gỗ là vật liệu thiên nhiên, phân biệt gỗ một cách chính xác, sử dụng gỗ một
cách đúng đắn, tìm hiểu và nắm vững đặc trưng của gỗ là việc hết sức cần thiết.
Gọi vật liệu gỗ là để chỉ bộ phận thân cây có tác dụng trong công nghệ mộc sau
khi đã loại bỏ lá cành và rể.
Tính chất vật liệu của gỗ:
Nước và hàm lượng nước trong gỗ
, thành phần nước và hàm lượng nước trong
gỗ chiếm phần lớn trọng lượng gỗ. Thành phần nước này ảnh hưởng trực tiếp đến tính
chất của gỗ. Gỗ sẽ thay đổi theo sự tăng giảm của nước.
Phương pháp xác định hàm lượng nước:
Gỗ tươi: hàm lượng nước 50 – 100 %.
Gỗ ướt: gỗ vận chuyển dưới nước hoặc bảo quản dướ
i nước thường có hàm
lượng nước trên 100 %.
Gỗ tự nhiên: gỗ để khô tự nhiên hàm lượng nước khoảng 12 -18 %.
Gỗ sấy khô: gỗ sấy nhân tạo hàm lượng nước khoảng 4 – 15 %.
Phương pháp tính tỷ số nước:
Tỷ số nước là tỷ số giữa trọng lượng nước chứa trong gỗ so với trong lượng gỗ
gọi là tỷ số chứa nước.
%.100×
−
=
kho
khouot
G
Hình 1.8 Các yếu tố của chế độ cắt khi khoan. [10]
Tốc độ cắt V :là tốc độ vòng ứng với đường kính lớn nhất của mũi khoan.
phm
nD
V /
1000
..
π
=
- 8 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNGTrong đó : D – đường kính của mũi khoan.
n – số vòng quay của mũi khoan trong một phút (vòng/phút).
Lượng chạy dao S: là khoảng di chuyển của mũi khoan sâu vào trong vật sau
một vòng quay của mũi khoan. Được tính bằng mm/vòng. Vì mũi khoan có hai lưỡi
cắt chính nên lượng chạy dao của một lưỡi là:
vòngmm
S
S
Z
/
2
=
Lượng chạy dao phút tính theo công thức:
nSS
).(
. mm
SdD
baf
−
==
Diện tích cắt ứng với một vòng quay của mũi khoan là: F = 2f = 2a.b (mm
2
). `
Lực cắt khi khoan:
Công cắt khi khoan là do lực tác dụng lên lưỡi cắt của mũi khoan sinh ra. Lực
tác dụng lên mũi khoan được phân thành ba thành phần lực theo các trục tọa độ ox, oy,
oz . Các thành phần đó là:
a- Lực P
y
còn gọi là lực hướng kính tác dụng trên hai lưỡi cắt chính, có trị số
bằng nhau và ngược chiều nhau nên cùng triệt tiêu lẫn nhau. Nếu chú ý cả hai lưỡi cắt
phụ thì phải kể cả hai lực P
y
’
nữa và chúng cũng triệt tiêu lẫn nhau.
b- Lực chiều trục P
0
có xu hướng chống lại lực chạy dao. Lực P
0
bằng tổng các
lực chiều trục P
x
Px
Py
x
y
Pz
Py
Px
A
A
z
Hình 1.9 Lực cắt khi khoan. [10]
c- Lực tiếp tuyến P
z
gây ra mômen cắt chính. Thực nghiệm chứng tỏ rằng 80%
mômen là do lực tiếp tuyến tác dụng trên lưỡi cắt chính, 12% là do lực tiếp tuyến trên
lưỡi cắt phụ, còn lại 8% là do lực tiếp tuyến trên lưỡi cắt ngang.
Hiện nay chưa có công thức lý thuyết để tính mômen cắt và lực chiều trục. Người
ta nghiên cứu bằng thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu tố cắt và điều kiện gia công
đến mô men và l
ực cắt rồi từ đó lập nên các công thức thực nghiệm có dạng sau đây:
Mô men cắt : M
x
= C
m
.
Ds
xy
mm
.
,C
0
của các số mũ x
m
, y
m
, x
p
, y
p ,
các giá trị của hệ số
điều chỉnh K
m
, K
p0
có thể tra trong sổ tay về chế độ cắt.
Đối với mũi khoan đường kính nhỏ (D<10mm),để tăng độ bền và độ cứng vững
của chúng người ta chọn góc xoắn ω = 18-28
0
.
Ảnh hưởng của lượng chạy dao và đường kính mũi khoan đến lực hướng trục và
momen xoắn :
Khi khoan thép : y
m
=0,8 và y
p
= 0,7;
Khi khoan gang : y
m
= 0,8 và y
v
x
m
y
v
v
v
.
.
(m/ph).
Trong đó : C
v
: Hệ số tỉ lệ ứng với một loại vật liệu gia công nhất định.
K
v
: Hệ số điều chỉnh tốc độ đo do các điều kiện cắt khác nhau.
Dưới đây ta xét ảnh hưởng của các nhân tố đến tốc độ cắt khi khoan.
- 11 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG a. Ảnh hưởng của lượng chạy dao: Khi tăng lượng chạy dao thì tốc độ cắt
phải giảm xuống. Mức độ giảm được biểu thị bằng số mũ y
v
. Trị số của só mũ này phụ
thuộc vào lượng chạy dao, vật liệu chế tạo mũi khoan và vật liệu gia công .
b. Ảnh hưởng của đường kính mũi khoan: Khi tăng đường kính mũi khoan
thì độ cứng vững của mũi khoan tăng, điều kiện truyền nhiệt cũng được cải thiện.
Nhưng khi tăng đường kính mũi khoan thì vì t = D/2 tăng nên hạn chế việc tă
Trong đó : σ
b
giới hạn bền của vật liệu N/mm
2
.
n
v
số mũ .
Nếu σ
b
< 550 N/mm
2
thì n
v
= -0,9
Nếu σ
b
> 550 N/mm
2
thì n
v
= 0,9
e. Ảnh hưởng của vật liệu làm mũi khoan đến tốc độ cắt .
Ảnh hưởng của vật liệu làm mũi khoan được biểu thị bằng hệ số điều chỉnh K
vd
.
Đối với mũi khoan thép gió P18 và P9 thì K
vd
=1 còn đối với mũi khoan chế tạo bằng
thép hợp kim dụng cụ 9XC có K
1
= (0,5 -0,7 ) D
- Chọn lượng chạy dao tối đa cho phép .
Như đã biết lượng chạy dao phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố : điều kiện kỹ thuật,
độ bền của mũi khoan, độ bền và độ cứng vững của cơ cấu chạy dao, chiều sâu khoan.
Lượng chạy dao cho phép bởi độ bền của mũi khoan có thể tính theo công thức
sau:
Khoan thép s = 38,8
D
b
081
094
,
,
σ
(mm/vg)
Khoan gang s = 7,34
D
HB
081
075
,
,
(mm/vg)
- 13 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG Trong đó : σ
+ l
2
l - chiều dài (chiều sâu) khoan (mm)
l
1
- lượng ăn tới mm . Ta có : l
1
=
D
g
2
cot ϕ
l
2
- lượng vượt quá (mm).
Đối với mũi khoan tiêu chuẩn có thể lấy l
1
+l
2
= 0,3 D.
1.6 Lý thuyết về khí nén.
1.6.1 Cấu trúc của hệ thống truyền động bằng khí nén. [9]
Các thành phần trong hệ thống truyền động bằng khí nén dù đơn giản hay phức
tạp đều có thể được chia thành 4 nhóm cơ bản sau:
+ Nhóm cung cấp năng lượng, gồm các thiết bị cung cấp không khí nén như:
máy nén, bình chứa, bộ điều tiết áp suất và các thiết bị xử lý khí nén ( bộ lọc, bộ
sấy … ).
+ Nhóm các phần tử nhập, gồm có: van điều khiển hướng, chuyển mạch giới
bẩn ra khỏi không khí nén. Không khí nén sạch sẽ làm tăng tuổi thọ của các thiết bị,
giảm đến mức tối thiểu thời gian ngừng hoạt động do hư hỏng .
Phải lưu ý đặc biệt đến lượng h
ơi nước có trong không khí nén. Do không khí
từ môi trường được hút vào máy nén rồi nén lại nên không khí nén cung cấp cho hệ
thống sẽ có hơi nước. Lượng hơi nước phụ thuộc chủ yếu vào độ ẩm tương đối, nghĩa
là phụ thuộc vào nhiệt độ và điều kiện thời tiết của môi trường. Nếu vượt qua điểm
bảo hòa của không khí nén, hơi ẩm sẽ ngưng tụ thành nước.
- 15 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNGDầu bôi trơn còn sót lại ở máy nén khí cùng với không khí nén có thể tạo ra một
hỗn hợp gồm dầu dạng sương và không khí, đây là hỗn hợp khí cháy, nó có thể gây nổ
ở nhiệt độ cao ( trên 353
o
K ).
1.7 Hệ thống khí nén.
1.7.1 Máy nén khí. [4]
Nguyên tắc hoạt động.
Nguyên lý thay đổi thể tích: Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó
thể tích buồng sẽ nhỏ lại như vậy theo định luật Boyle – Mariotte áp suất trong
buồng chứa sẽ tăng lên. Các máy nén khí hoạt động theo kiểu này như máy nén
khí kiểu pittông, cánh gạt, bánh răng.
Nguyên lý động năng: Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp
suất khí nén đượ
c tạo ra bằng động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động
này tạo ra lưu lượng và công suất lớn. Các máy nén khí hoạt động theo kiểu này
là máy nén khí kiểu li tâm.
Lực tác động lên Piston được tính theo công thức: [4]
F
z
= A . p
e
- F
R
- F
F
Trong đó :
F
z
[daN] : Lực tác động lên Piston
- 17 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG A = D
2
. / 4 [cm
2
] : Diện tích Piston
D [cm] : Đường kính Piston
p
e
[bar] : Áp suất khí nén trong xilanh.
F
R
: Lực ma sát, phụ thuộc vào chất lượng bề mặt giữa Piston và
- 18 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNGCũng giống như xilanh tác động đơn, việc làm kín giữa Piston và xilanh
được thực hiện nhờ các vòng đệm kín hoặc các màng.
Xilanh tác dụng kép được chia làm 2 loại:
Xilanh tác dụng kép không có giảm chấn ở cuối hành trình.
Xilanh tác dụng kép có giảm chấn ở cuối hành trình.
Nguyên lý hoạt động của xilanh tác dụng hai chiều là áp suất khí nén
được dẫn vào cả hai phía của xilanh.
Các đặc tính kỹ thuật của xylanh. [4]
Các đặc tính kỹ thuật của xylanh có thể được xác
định bằng lý thuyết
hoặc bằng các số liệu do nhà sản xuất cung cấp. Cả hai phương pháp đều được
chấp nhận, nhưng một cách tổng quát thì các số liệu của nhà sản xuất có liên
quan với đặc điểm cấu tạo và ứng dụng cụ thể hơn.
Lực tác động của Piston.
Lực tác động của Piston phụ thuộc vào các yếu tố: áp suất không
khí nén, đường kính xylanh và sự ma sát của các bộ phận làm kín. Về
mặt lý thuyết lực Piston được tính gần đúng bằng công thức:
Trong đó: +
F
th
: Lực Piston (N).
+
A
: Diện tích tác dụng của Piston (m
.
η
F
th
= A . p
Copyright: Tài liệu đại học ©