GIÁO TRÌNH THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI

MỤC LỤC

Trang

Chương 1:   NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ

THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI                                                           5

1.1.  Các chỉ tiêu cơ bản của máy cắt kim loại                                                                    5

1.1.1.  Độ chính xác của máy                                                                                       5

1.1.2.  Độ cứng vững của máy                                                                                     6

1.1.3.  Độ tin cậy và tuổi thọ của máy                                                                         7

1.1.4.  Độ bền và độ mòn của máy                                                                               8

1.1.5.  Độ dao động và ảnh hưởng nhiệt                                                                   10

1.2.  Cơ sở thiết kế máy cắt kim loại                                                                                 10

1.2.1.  Phạm vi điều chỉnh vận tốc cắt và lượng chạy dao                                         11

1.2.2.  Chuỗi số vòng quay                                                                                        14

1.2.3.  Xác định các thông số động học cơ bản                                                         19

1.2.4.  Xác định công suất động cơ                                                                            23

 

Chương 2:  THIẾT KẾ HỘP TỐC ĐỘ                                                                        27

2.1.  Khái niệm                                                                                                                  27

2.2.  Thiết kế hộp tốc độ dùng cơ cấu bánh răng di trượt                                                 27

2.2.1. Chọn phương án không gian                                                                            30

2.2.2. Xác định tỉ số truyền của hộp tốc độ                                                               31

1. Mối quan hệ giữa các tỉ số truyền trong một nhóm bánh răng di trượt        31

2. Phương án thay đổi thứ tự                                                                           33

3. Lưới kết cấu                                                                                                 33

4. Đồ thị số vòng quay                                                                                     36

2.2.3. Xác định số răng của bánh răng                                                                       55

2.2.3.1. Phương pháp tính toán                                                                        53

2.2.3.2. Phương pháp tra bảng                                                                         61

2.2.4. Sơ đồ động và sơ đồ truyền lực                                                                       67

2.2.5. Kiểm tra sai số vòng quay                                                                                69

2.3.  Thiết kế các loại hộp tốc độ khác                                                                              71

2.3.1. Hộp tốc độ puli – đai truyền                                                                        71

2.3.2. Hộp tốc độ bánh răng thay thế                                                                    73

2.3.3. Hộp tốc độ dùng cơ cấu phản hồi                                                               78

2.3.4. Hộp tốc độ có bánh răng dùng chung                                                         81

2.3.5. Hộp tốc độ dùng động cơ nhiều cấp tốc độ                                                85

2.3.6. Hộp tốc độ có chuỗi số vòng quay hỗn hợp                                                89

Chương 3:  THIẾT KẾ HỘP CHẠY DAO                                                                  95

3.1.  Khái niệm                                                                                                                  95

3.1.1. Đặc điểm                                                                                                          95

3.1.2. Yêu cầu                                                                                                            95

3.2.  Phương pháp thiết kế hộp chạy dao thường                                                             96

3.3.  Phương pháp thiết kế hộp chạy dao chính xác                                                        100

3.3.1. Sắp xếp bước ren thành bảng                                                                         101

3.3.2. Thiết kế nhóm cơ sở                                                                                       102

3.3.2.1. Nhóm cơ sở dùng cơ cấu Norton                                                      102

3.3.2.2. Nhóm cơ sở dùng cơ cấu bánh răng di trượt                                    105

3.3.3. Thiết kế nhóm gấp bội                                                                                    107

3.3.3.1. Nhóm gấp bội dùng cơ cấu bánh răng di trượt                                 107

3.3.3.2. Nhóm gấp bội dùng cơ cấu Mêan                                                     109

3.3.3.3. Nhóm gấp bội dùng cơ cấu then kéo                                                 111

3.3.4. Thiết kế nhóm truyền động bù                                                                       112

3.3.5. Kiểm tra sai số bước ren                                                                                114

3.3.6. Thí dụ về thiết kế hộp chạy dao chính xác                                                    114

 

Chương 4:  THIẾT KẾ TRỤC CHÍNH VÀ Ổ TRỤC                                              129

4.1.  Thiết kế trục chính                                                                                                   129

4.1.1. Yêu cầu đối với trục chính                                                                             129

4.1.2. Kết cấu của trục chính                                                                                   130

4.1.3. Vật liệu của trục chính                                                                                   131

4.1.4. Tính toán trục chính                                                                                       131

4.2.  Thiết kế ổ trục                                                                                                          141

4.2.1. Yêu cầu của ổ trục                                                                                         141

4.2.2. Thiết kế ổ trượt                                                                                              142

4.2.3. Thiết kế ổ lăn                                                                                                  149

 

Chương 5:  THIẾT KẾ THÂN MÁY VÀ SỐNG TRƯỢT                                      156

5.1.  Thiết kế thân máy                                                                                                    156

5.1.1. Yêu cầu của thân máy                                                                                    156

5.1.2. Kết cấu của thân máy                                                                                     156

5.1.3. Vật liệu thân máy                                                                                           160

5.1.4. Tính toán thân máy                                                                                        161

5.2.  Thiết kế sống trượt                                                                                                  169

5.2.1. Yêu cầu của sống trượt                                                                                  169

5.2.2. Kết cấu sống trượt                                                                                         169

5.2.3. Điều chỉnh sống trượt                                                                                    171

5.2.4. Bảo vệ và bôi trơn sống trượt                                                                        173

5.2.5. Vật liệu sống trượt                                                                                         175

5.2.6. Tính toán sống trượt                                                                                      176

5.3.  Thiết kế sống lăn                                                                                                      181

5.3.1. Kết cấu sống lăn                                                                                             181

5.3.2. Tính toán sống lăn                                                                                          184

 

Chương 6 : CƠ CẤU MÁY                                                                                          186

6.1.  Cơ cấu chuyển động thẳng                                                                                      186

6.1.1. Cơ cấu bánh răng - thanh răng                                                                       186

6.1.2. Cơ cấu trục vít - thanh răng                                                                           189

6.1.3. Cơ cấu vít me - đai ốc trượt                                                                           191

6.1.4 Cơ cấu vít me - đai ốc bi                                                                                 198

6.1.5 Cơ cấu vi động                                                                                                200

6.2.  Cơ cấu chuyển động không liên tục                                                                        202

6.2.1. Cơ cấu bánh cóc - con cóc                                                                             202

6.2.2. Ly hợp một chiều                                                                                           204

6.2.3. Cơ cấu Maltit                                                                                                 205

6.3.  Cơ cấu đảo chiều                                                                                                     208

6.3.1. Yêu cầu                                                                                                          208

6.3.2. Cơ cấu đảo chiều bằng cơ khí                                                                        209

6.3.3. Cơ cấu đảo chiều bằng điện                                                                           214

6.3.4. Cơ cấu đảo chiều bằng thủy lực                                                                     214

6.3.5. Tính mômen đảo chiều                                                                                   215

6.4.  Hệ thống điều khiển                                                                                                216

6.4.1. Chức năng và yêu cầu                                                                                    216

6.4.2. Các phần tử trong hệ thống điều khiển                                                          218

6.4.3. Các cơ cấu điều khiển bằng cơ khí                                                                221

6.4.3.1. Hệ thống điều khiển riêng rẽ                                                             222

1. Cơ cấu qụat răng – thanh răng                                                     222

2. Cơ cấu ngàm gạt                                                                           224

2. Cơ cấu vít me – đai ốc                                                                 225

6.4.3.2. Hệ thống điều khiển tập trung                                                          225

1. Hệ thống điều khiển một tay gạt                                                  225

2. Hệ thống điều khiển dùng cam thùng                                          227

3. Hệ thống điều khiển dùng cam mặt đầu                                       229

4. Hệ thống điều khiển dùng khớp tùy động                                    230

5. Hệ thống điều khiển dùng đĩa lỗ                                                  231

6.5 Cơ cấu an toàn                                                                                                           233

6.5.1 Cơ cấu khóa lẫn                                                                                          234

6.5.2. Cơ cấu hạn chế hành trình                                                                         236

6.5.3. Cơ cấu phòng qúa tải                                                                                 237

Tài liệu tham khảo                                                                                                                                                             

Chương 1              NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT KẾ

                                         MÁY CẮT KIM LOẠI

1. CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN CỦA MÁY CẮT KIM LOẠI   

1. Độ chính xác của máy

1. Khái niệm

        Độ chính xác là một chỉ tiêu quan trọng của máy cắt kim loại, quyết định chất lượng chi tiết gia công từ độ chính xác kích thước đến sai lệch hình dạng và sai lệch vị trí tương quan giữa các bề mặt trên chi tiết.

        Độ chính xác của máy ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công. Sai số của máy sẽ chuyển toàn bộ hoặc một phần đến chi tiết gia công và biểu thị qua các dạng:

• Sai số ban đầu của máy bao gồm sai số hình học và động học.
• Sai số do chế độ làm việc của máy bao gồm sai số đàn hồi, sai số động lực học và sai số nhiệt.
• Sai số do thời gian và điều kiện sử dụng máy như sai số do mòn, biến dạng ứng suất dư trong kết cấu.
• Sai số do dụng cụ cắt và sai số tạo hình.

        Theo TCVN 1742–75, máy cắt kim loại được phân thành 5 cấp chính xác và được ký hiệu bằng các chữ cái E, D, C, B, A với mức độ chính xác tăng dần, trong đó cấp chính xác E là cấp chính xác thông thường và được sử dụng phổ biến nhất.

2. Biện pháp nâng cao độ chính xác gia công trên máy

• Chọn qui trình công nghệ gia công sao cho độ chính xác của máy ảnh hưởng đến chi tiết gia công là ít nhất.
• Trang bị hệ thống đo lường tự động để kiểm tra tích cực, khống chế kích thước, giảm độ sai lệch gia công.
• Sử dụng hệ thống điều chỉnh và bù trừ sai số tự động.
• Hạn chế ảnh hưởng xấu của biến dạng đàn hồi như tăng cường độ cứng vững, dùng đỡ phụ.
• Khử khe hở trong hệ thống đỡ và cơ cấu truyền động quan trọng.
• Giảm tác dụng xấu của biến dạng nhiệt bằng cách giảm việc sinh nhiệt và lan truyền nhiệt.
• Giảm ma sát trong ổ đỡ và trong những cơ cấu truyền động quan trọng như cơ cấu dịch chuyển tế vi, cơ cấu định vị chính xác.

1. Độ cứng vững của máy

1. Khái niệm

        Độ cứng vững của một hệ thống công nghệ (hay của máy) là khả năng chống lại ngoại lực làm cho nó biến dạng. Độ cứng vững là tỷ số giữa tải trọng với biến dạng tại vị trí chịu tải:

                                      J =                                                                                       (1-1)

        Trong đó:  P – tải trọng tại vị trí kiểm tra [KG].

                         W – biến dạng tại vị trí chịu tải [m].

        Tăng độ cứng vững là một trong hai phương pháp cơ bản nhằm làm giảm rung động của máy (ngoài tăng độ giảm chấn).

2. Phân loại

        Có 4 cách phân loại độ cứng vững:

• Theo dạng biến dạng đàn hồi: độ cứng vững tịnh tiến (chuyển vị tịnh tiến dưới tác dụng của lực F) và độ cứng vững xoay(chuyển vị xoay dưới tác dụng của mômen M_x).
• Theo cách xác định độ cứng vững riêng cho từng chi tiết máy: độ cứng vững bộ phận và độ cứng vững tổng cộng.
• Theo phương pháp đo sự biến dạng bộ phận so với chi tiết cơ sở của máy như móng máy, thân máy: độ cứng vững tương đối (đo sự biến dạng tương đối giữa hai chi tiết) và độ cứng vững tuyệt đối (đo sự biến dạng giữa chi tiết với chi tiết cơ sở được xem là vật rắn tuyệt đối).
• Theo tính chất tải trọng: độ cứng vững tĩnh (nếu tải trọng không đổi theo thời gian) và độ cứng vững động lực học (nếu tải trọng thay đổi có qui luật hoặc ngẫu nhiên theo thời gian).
• Biện pháp nâng cao độ cứng vững

        Việc xác định độ cứng vững cho một chi tiết máy, một bộ phận máy hoặc cả máy là một vấn đề rất phức tạp. Việc tính toán độ cứng vững của một chi tiết máy như trục chính máy, thân máy, sống trượt … được giải quyết cụ thể ở các chương sau. Tuy nhiên thường chỉ có thể tính gần đúng với việc cho thêm những giả thiết ban đầu. Trong thực tế, để xác định độ cứng vững thường dùng phương pháp đo lường thực nghiệm với hai thông số đánh giá là tải trọng và biến dạng.

        Tăng độ cứng vững luôn đi đôi với phí tổn lớn và nhiều khi chỉ có thể đạt được kết quả với sự thay đổi kết cấu của máy. Các biện pháp chính để nâng cao độ cứng vững của máy:

• Bảo đảm cân bằng hợp lý về độ cứng vững của cả hệ thống, tránh dùng các chi tiết có độ biến dạng lớn hoặc ngược lại có độ cứng vững quá lớn. Thường độ cứng vững tiếp xúc của các mối ghép quá kém so với độ cứng vững của vỏ hộp, thân máy.
• Phân bố các ổ trục hợp lý về số lượng, chủng loại, khoảng cách.
• Dùng vật liệu chế tạo chi tiết có môđun đàn hồi cao như thép, gang graphít cầu …
• Chọn hình dạng tiết diện ngang của chi tiết hợp lý, tính toán kích thước đảm bảo độ cứng vững.
• Cố gắng sử dụng kết cấu chi tiết sao cho có khả năng chịu kéo và nén, có độ cứng vững cao hơn nhiều so với trường hợp phải chịu uốn và xoắn.

1. Độ tin cậy và tuổi thọ của máy

1. Khái niệm

        Độ tin cậy đặc trưng cho khả năng của máy chế tạo ra những thành phẩm liên tục với số lượng  và chất lượng quy định trong một thời hạn làm việc nhất định. Độ tin cậy bao gồm tính không hỏng hóc, tính sửa chữa, tính bảo quản và tuổi thọ.

        Tuổi thọ của máy là sự duy trì khả năng làm việc trong một khoảng thời gian hay hoàn thành một khối lượng công việc nào đó trước khi đến trạng thái tới hạn để bảo dưỡng và sửa chữa.

        Tuổi thọ của máy chủ yếu có liên quan đến hiện tượng mài mòn của những mối ghép động, hiện tượng mỏi do tác dụng của tải trọng động …, trong đó độ mòn là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới khả năng duy trì độ chính xác ban đầu và hạn chế tuổi thọ của máy.

2. Các nhân tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của máy
   • Môi trường làm việc và tải trọng tác động lên máy.
   • Quá trình hao mòn của máy ảnh hưởng đến độ tin cậy của máy.
   • Sự biến động các chỉ tiêu chất lượng của máy theo thời gian.
3. Các biện pháp bảo đảm độ tin cậy của máy

• Nâng cao độ tin cậy sử dụng của máy, bằng cách:

• Bảo dưỡng máy theo đúng qui trình và thời gian.
• Kiểm tra về độ chính xác của máy theo định kỳ để kịp thời điều chỉnh và sửa chữa thích hợp.
• Công nhân đứng máy phải qua đào tạo sử dụng máy, tuân thủ đúng các qui định về sử dụng và thao tác máy.
• Vị trí đặt máy và tổ hợp máy phải phù hợp với công dụng, cấp chính xác và chế độ làm việc …

• Nâng cao độ tin cậy của hệ thống thủy lực trong máy, bằng cách:

• Bảo đảm chất lỏng trong hệ thống thủy lực phải đủ độ sạch.
• Giữ cho dầu sử dụng trong hệ thống không bị lão hóa.
• Giữ cho nhiệt độ dầu không vượt quá chế độ nhiệt cho phép.

• Nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện trong máy, bằng cách tuân thủ các nguyên tắc cơ bản khi thiết kế hệ thống điện:

• Giảm số lượng thiết bị trong sơ đồ điện, tiêu chuẩn hóa và thống nhất hóa sơ đồ điều khiển.
• Dùng rơle tự động dòng điện yếu,  thiết bị báo hiệu hỏng hóc điện có độ tin cậy cao.
• Dùng các thiết bị điện đủ chất lượng, bảo vệ đường dây dẫn.

1. Độ bền và độ mòn của máy

1. Độ bền của máy

        Độ bền là một trong những chỉ tiêu chủ yếu để đảm bảo trong suốt thời gian sử dụng máy không bị hư hỏng.

        Các dạng hư hỏng có liên quan với độ bền của chi tiết máy gồm có:

• Phá hủy mỏi: phát sinh do điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ. Tùy theo trạng thái ứng suất, có sự phá hủy mỏi và phá hủy bề mặt của các chi tiết chịu tải trọng lớn như trục, bánh răng, ổ lăn …
• Biến dạng dẻo: phát sinh do chi tiết bị quá tải sinh ra biến dạng dẻo toàn bộ như hiện tượng cong trục, kéo dài trục … hoặc biến dạng dẻo bề mặt như móp thành hốc trên đường lăn ổ bi, sống trượt …
• Từ biến: là quá trình chi tiết có biến dạng và ứng suất thay đổi theo thời gian dưới tác dụng lâu dài của tải trọng không đổi. Các chi tiết bằng chất dẻo và phi kim loại cần phải chú ý đến hiện tượng này.
• Phá hủy giòn: thường xảy ra với chi tiết bằng vật liệu giòn có ứng suất dư lớn, ứng suất tập trung hoặc chịu tải trọng va đập. 

        Các biện pháp nâng cao độ bền gồm có:

• Thiết kế kết cấu có độ bền như nhau trong suốt chiều dài chi tiết.
• Bảo đảm ứng suất phân bố đều trên tiết diện ngang (khi bị uốn thì nên dùng chi tiết có đáy dày, thành cao còn khi bị xoắn nên dùng ống thành mỏng và khép kín).
• Giảm ứng suất tập trung ở những điểm có độ bền mỏi thấp.
• Cố gắng phân bố lực và công suất được truyền đều trên toàn chi tiết.
• Sử dụng chi tiết có cấu trúc lớp bề mặt chịu ứng suất tốt và được nâng cao độ bền để tránh bị phá hủy từ bề mặt.

2. Độ mòn của máy

        Mòn là kết quả của sự thay đổi dần kích thước bề mặt làm việc của chi tiết trong quá trình ma sát.

        Quá trình mòn xảy ra do sự tương tác giữa hai bề mặt, xuất hiện sự phá hủy bằng những hạt rất nhỏ và tăng nhiệt độ tại một số điểm tiếp xúc làm thay đổi cấu trúc và tích chất cơ lý hóa của lớp bề mặt tiếp xúc.

        Các dạng mòn chủ yếu

• Mòn ôxi hóa: là quá trình phá hủy dần bề mặt chi tiết chịu ma sát dưới sự tương tác giữa lớp bề mặt kim loại với ôxi trong không khí hay trong dầu bôi trơn.
• Mòn hạt mài: là quá trình phá hủy dần bề mặt chi tiết do có hạt mài trong vùng ma sát.
• Mòn do mỏi lớp bề mặt: là kết quả tác động của ứng suất thay đổi theo chu kỳ khi ứng suất này vượt quá giới hạn đàn hồi.
• Mòn do biến dạng dẻo (hiện tượng tróc dính). Do có biến dạng dẻo, tình trạng bề mặt của chi tiết sẽ thay đổi, màng ôxit và màng bôi trơn bị phá hủy, trên bề mặt của chi tiết hình thành mối liên kết kim loại cục bộ. Khi ma sát trượt với tốc độ nhỏ và áp suất riêng vượt quá giới hạn chảy, mối liên kết kim loại ấy bị phá hủy làm bong tách hoặc bám dính các hạt kim loại lên bề mặt tiếp xúc.
• Mòn do sự ăn mòn điện hóa: là quá trình phá hủy bề mặt của chi tiết dưới tác dụng hoá và điện hoá của môi trường.
• Mòn tróc gỉ: là quá trình phá hủy bề mặt ma sát khi đồng thời có tác dụng của hiện tượng ăn mòn và sự di động tương đối của chi tiết tiếp xúc, sinh ra dao động với biên độ nhỏ tại bề mặt tiếp xúc.

        Hình 1-1 mô tả quá trình ăn mòn hóa học trên bề mặt chi tiết: Các chất hóa học sẽ ăn mòn theo sườn dốc của các nhấp nhô theo chiều mũi tên. Các biện pháp làm giảm độ mòn gồm có:

• Bộ ma sát cần được che kín để bảo vệ.
• Phân bố đều áp suất trên bề mặt ma sát, tránh ứng suất tập trung, tăng độ cứng vững của chi tiết lắp ghép.
• Giảm tải trọng cho những bề mặt bị mòn.
• Bảo đảm tuổi thọ như nhau cho tất cả các chi tiết có khả năng bị mòn.
• Giảm bớt công ma sát đối với những cơ cấu ứng dụng sự ma sát (dùng bộ ly hợp ma sát nhiều đĩa).
• Chọn độ nhám tối ưu cho bề mặt chịu ma sát tương ứng với dạng ma sát.
• Dùng vật liệu phù hợp với điều kiện làm việc.
• Bề mặt ma sát nên tạo đứt quãng hoặc xẻ rãnh để dễ làm nguội.

1. Độ dao động và ảnh hưởng nhiệt

1. Độ dao động

        Khi gia công những vật liệu khó cắt gọt hay cắt gọt với tốc độ cắt cao, máy cắt kim loại thường xảy ra hiện tượng dao động.

        Sử dụng các biện pháp đơn giản trên những máy đã có sẵn nhằm làm tăng độ giảm chấn. Thí dụ: Làm gối đỡ giảm chấn bằng dầu ép trên trục chính máy tiện có thể tăng năng suất cắt lên gấp đôi mà không gây ảnh hưởng lớn bởi dao động, đổ cát vào các hộc trống ở thân máy nhằm làm giảm chấn v.v…

2. Ảnh hưởng nhiệt

        Trong quá trình gia công, sự thay đổi hoặc chênh lệch nhiệt độ quá lớn giữa các bộ phận máy làm ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác hình học, độ chính xác chuyển động, độ cứng vững …

        Nguồn phát nhiệt thông thường là ổ trục, hộp tốc độ, hệ thống dầu ép, sống trượt, phoi nóng, động cơ điện … Để giảm bớt biến dạng nhiệt người ta đưa các nguồn phát nhiệt ra ngoài máy, sử dụng gối đỡ khí ép hoặc dầu ép thay cho sống trượt, đặt nghiêng sống trượt để dễ thoát phoi …

1. CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI

        Quá trình thiết kế máy cắt kim loại gồm có hai phần chính:

• Thiết kế phần động học của máy

• Xác định tính năng kỹ thuật của máy như hình dáng một tập hợp các chi tiết được gia công trên máy, kích thước giới hạn lớn nhất và nhỏ nhất có thể gia công được trên máy …
• Xác định các chuyển động của máy, chủ yếu là các chuyển động tạo hình.
• Lựa chọn phương án thiết kế ® Lập sơ đồ kết cấu động học.
• Lựa chọn các cơ cấu truyền động cụ thể.
• Xác định các thông số động học cơ bản.
• Lập sơ đồ động của máy.

• Thiết kế phần động lực học của máy

• Xác định lực và mômen tác dụng.
• Tính công suất động cơ.
• Thiết kế động lực học của các chi tiết và bộ phận máy bao gồm xác định kết cấu, lựa chọn vật liệu, tính toán kích thước …

1. Phạm vi điều chỉnh số vòng quay và phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao

        Khi gia công chi tiết, vận tốc cắt và lượng chạy dao của máy thay đổi tùy thuộc vào những yếu tố chủ yếu sau:

• Tính chất cơ lý của vật liệu gia công (độ bền, độ cứng …).
• Vật liệu làm dao cũng như các thông số hình học của dao cắt.
• Yêu cầu và chất lượng của bề mặt chi tiết sau khi gia công (độ nhám bề mặt, độ chính xác về kích thước, hình dáng hình học và vị trí tương quan).
• Phương pháp gia công và điều kiện gia công.

        Tùy theo từng trường hợp gia công cụ thể để tính toán xác định vận tốc cắt và lượng chạy dao thích hợp sao cho đảm bảo chất lượng của chi tiết gia công trong điều kiện kinh tế nhất. Trên cơ sở đó, điều chỉnh số vòng quay (hay số hành trình kép) và lượng chạy dao của máy.

1. Phạm vi điều chỉnh số vòng quay R_n
   1. Đối với máy có chuyển động chính là chuyển động vòng (quay tròn)

        Chuyển động quay được thể hiện bởi số vòng quay trong một phút.

        Phạm vi điều chỉnh số vòng quay R_n được tính:

                                      R_n = ....                                                                               (1-1)

        Với          n_max – số vòng quay lớn nhất của chi tiết hay của dao [v/ph]

            n_min – số vòng quay nhỏ nhất của chi tiết hay của dao [v/ph]

        Ta đã biết công thức tính vận tốc cắt V:

                                      V =  .....    [m/ph]                                                              (1-2)

        Số vòng quay lớn nhất và nhỏ nhất của chi tiết được tính từ  công thức trên.

• Khi dùng vận tốc v_min  để gia công chi tiết có đường kính d_max thì số vòng quay cần thiết là n_min :

                                      n_min =                                                                   (1-3)

• Khi dùng vận tốc v_max để gia công chi tiết có đường kính d_min thì cần số vòng quay cần thiết là n_max :

                                      n_max =                                                                    (1-4)

        Từ (1-1), phạm vi điều chỉnh số vòng quay R_n:

                                      R_n =  = R_V . R_d                                  (1-5)

        Với : R_V = ­­­­­  – phạm vi điều chỉnh vận tốc cắt.                                           (1-6)

                    R_d = ­­­­­  – phạm vi điều chỉnh đường kính chi tiết.                             (1-7)

        Thông thường trị số trung bình của R_d = 4 ¸ 8.

        Đặc điểm của phạm vi điều chỉnh số vòng quay là chỉ phụ thuộc vào giới hạn của vận tốc cắt và đường kính chi tiết gia công.

        Với một số máy vạn năng hiện đại thường có phạm vi điều chỉnh số vòng quay phù hợp với công dụng của máy (tham khảo Bảng 1-1).

.MÁY

	Phạm vi điều chỉnh số vòng quay Rn
Máy tiện	50 ¸ 200
Máy phay	20 ¸ 100
Máy tiện đứng	25 ¸ 40
Máy khoan cần	20 ¸ 100
Máy bào	5 ¸ 40

2. Chuyển động chính của máy là chuyển động thẳng khứ hồi

        Số vòng quay của trục chính được thay bằng số hành trình kép n_htk trong một phút. Vận tốc của hành trình làm việc V thường chậm, còn vận tốc hành trình chạy không V₀ thường nhanh hơn. Tỷ lệ giữa V và V₀ thường theo một hệ số k nhất định, tức là:

                                      V₀  = k V       với (k >1)                                                           (1-8)

        Tổng thời gian T của một hành trình kép bao gồm thời gian thực hiện hành trình làm việc t và thời gian của hành trình chạy không t₀ và bằng:

                                      T = t + t₀ =                                          (1-9)

        Trong đó: L – chiều dài hành trình cắt gọt [m].

        Số hành trình kép trong 1 phút:

                                      n_htk =                                                                  (1-10)

        Phạm vi điều chỉnh số hành trình kép sẽ là:

                                      R  =                                         (1-11)

        n_{htk max} , n_{htk min} là số hành trình kép giới hạn, được xác định tương tự  như ở công thức (1-3) và (1-4).

3. Đối với những máy có chuyển động chính là chuyển động thẳng không đổi hướng (như máy cưa dây, máy đánh bóng thẳng)
4. ..........................................................

Vận tốc cắt của nó được xác định bằng số vòng quay n[v/ph] và đường kính D[mm] của đĩa, puli, hoặc tay quay thực hiện truyền động, tức là:

                                      V =       [m/ph]                                                              (1-12)

        Cách xác định phạm vi điều chỉnh số vòng quay R_n cũng tương tự như ở máy có chuyển động chính là chuyển động vòng.

1. Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao R_s

        Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao R_s được tính:

                                      R_s =                                                                                  (1-13)

        Có hai trường hợp liên quan đến hai loại lượng chạy dao:

• Trường hợp 1: Chuyển động chạy dao có quan hệ với chuyển động chính, lượng chạy dao được tính trên một vòng quay của trục chính bằng công thức:

                                      S = 1. i₀ . i_s . t       [mm/ v]                                                      (1-14)

        Trong đó: i₀ – tỷ số truyền cố định trong xích chạy dao.

                         i_s – tỷ số truyền thay đổi trong xích chạy dao.

                          t – lượng di động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành khi trục cuối cùng của xích chạy dao quay một vòng [mm/v].

        Nếu dùng cơ cấu biến đổi từ chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến là vít me – đai ốc thì t = t_x (t_x là bước ren của vít me). Nếu dùng cơ cấu bánh răng – thanh răng thì t = pmZ (m là môđun, Z là số răng của bánh răng trong cơ cấu bánh răng – thanh răng).

        Lượng chạy dao nhỏ nhất s_min và lớn nhất s_max tương ứng tỷ lệ với tỉ số truyền thay đổi i_smin, i_smax. Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao R_s là:

                                      R_s =                                                                    (1-15)

        Lượng chạy dao lớn nhất và nhỏ nhất được xác định tùy thuộc vào điều kiện công nghệ khi gia công. Trị số thường dùng là s_max = 2 ¸ 6 [mm/v], s_min = 0,005 ¸ 0,05 [mm/v].

• Trường hợp 2: Chuyển động chạy dao độc lập với chuyển động chính (chuyển động chạy dao được thực hiện bằng động cơ riêng có số vòng quay là n_đc [v/ph]), lượng chạy dao được tính bằng công thức:

                                      s = n_đc . i_s . t       [mm/ph]                                                        (1-16)

        Trong đó: i_s – tỉ số truyền từ động cơ đến cơ cấu chấp hành (xích chạy dao).

                          t – lượng biến đổi từ chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến.

        Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao R_s là:

                                      R_s =                                                                     (1-17)

1. Chuỗi số vòng quay

        Trong truyền động phân cấp, các giá trị số vòng quay không phân bố một cách bất kỳ mà tuân theo một qui luật nhất định để tạo nên chuỗi số vòng quay hợp lý trong phạm vi điều chỉnh số vòng quay. Chuỗi số vòng quay dùng trong máy cắt kim loại thường gồm các loại sau:

1. Chuỗi số vòng quay cấp số nhân

        Chuỗi số vòng quay cấp số nhân là chuỗi số vòng quay mà các giá trị của nó là các số hạng của một cấp số nhân có công bội là j. Nếu một hộp tốc độ có Z cấp tốc độ từ số vòng quay nhỏ nhất n_min đến số vòng quay lớn nhất n_max.thì:

..................................

Kết luận: Trong các loại chuỗi số vòng quay kể trên, chuỗi số vòng quay cấp số nhân có nhiều ưu điểm nhất nên thường được dùng để thiết kế các hộp tốc độ, hộp chạy dao của các máy vạn năng. Riêng đối với máy chuyên dùng thì không nhất thiết phải dùng chuỗi số vòng quay cấp số nhân, vì số vòng quay của máy chuyên dùng chỉ có một hoặc vài cấp số vòng quay phù hợp nhất đối với chi tiết gia công. Hộp chạy dao của các máy dùng để cắt ren thì không sử dụng chuỗi cấp số nhân cũng như chuỗi cấp số cộng mà phải có phương pháp thiết kế riêng (xem trong chương 3, phần thiết kế hộp chạy dao chính xác) nhằm đạt được các lượng chạy dao phù hợp với bước ren theo yêu cầu.

1. Xác định các thông số động học cơ bản

         Ba thông số động học cơ bản của chuỗi số vòng quay cấp số nhân là j, Z và R_n, trong đó hệ số cấp vận tốc j đã được tiêu chuẩn hóa.

1. Xác định trị số j  tiêu chuẩn

Để tạo ra chuỗi số vòng quay cấp số nhân với công bội j thì hệ số j không chọn một cách bất kỳ mà được tiêu chuẩn hóa dựa trên những nguyên tắc sau đây:

1. Nguyên tắc gấp 10: là nguyên tắc mà một số hạng bất kỳ trong dãy số đều có giá trị gấp 10 lần giá trị của số hạng khác ở cách nó x số hạng, nghĩa là nếu có chuỗi số n₁ , n₂ , n₃ , …, n_x , n_x+1 , …, n_Z thì n_x+1 = 10 n₁  (với x – là số nguyên).

        Vì chuỗi số vòng quay là một dãy số cấp số nhân, nên: n_x+1 = n₁ . j^x

        Suy ra: j^x  = 10 hay j  =                                                                              (1-28)

Nguyên tắc này dựa trên thói quen gấp 10 trong chuỗi số tối ưu của kỹ thuật (chuỗi số Renard để tạo ra các giá trị kích thước tiêu chuẩn).

2. Nguyên tắc gấp 2: là nguyên tắc mà một số hạng bất kỳ trong dãy số đều có giá trị gấp 2 lần giá trị của số hạng khác ở cách nó y số hạng, nghĩa là nếu có chuỗi số n₁ , n₂ , n₃ , …, n_y , n_y+1 , …, n_Z thì n_y+1 = 2 n₁  (với y – là số nguyên).

        Vì chuỗi số vòng quay là một dãy số cấp số nhân, nên: n_y+1 = n₁ . j^y

        Suy ra: j^y  = 2 hay j  =                                                                                 (1-29)

        Nguyên tắc này dùng để thỏa mãn trong trường hợp dùng động cơ điện có nhiều cấp vận tốc, trong đó các số vòng quay của động cơ n_đc tuân theo qui luật cấp số nhân với công bội bằng 2.

        Vì  trị số j  phải đồng thời thỏa mãn cả hai nguyên tắc trên, cho nên:

                                          j  =                                                        (1-30)

        Suy ra: y = x.lg2 = 0.30103x » 0,3x

        Ngoài ra, ta còn có điều kiện về hệ số j:   

                                           1 < j  £ 2                                                                          (1-31)

        Lý do là vì:

• Chuỗi số vòng quay là cấp số nhân tiến nên j > 1.
• Máy thiết kế cần phải có tổn thất vận tốc cũng như tổn thất năng suất không đổi và không vượt quá giới hạn 50%.

                                         DV_max =                                        (1-32)

        Từ đó suy ra:           j  £ 2                                                                                   (1-33)

        Trong phạm vi điều kiện về hệ số j (1-31), chọn các trị số x và tính trị số y tương ứng, người ta xác định được các trị số j tiêu chuẩn cho trong bảng 1 – 2.

      Ở bảng này có những trị số j  = 1,41 và j = 2 không thỏa mãn nguyên tắc gấp 10, trị số j = 1,58 và j = 1,78 không thỏa mãn nguyên tắc gấp 2, vì x và y không phải là số nguyên. Nhưng trên thực tế cần thiết những trị số này, để khoảng cách giữa các trị số không quá xa.

 

j	1,06	1,12	1,26	1,41	1,58	1,78	2
x =	40	20	10	20/3	5	4	2/6
y =	12	6	3	2	3/2	6/5	1
Dvmax [%]	5	10	20	30	40	45	50

        Phạm vi sử dụng các trị số j tiêu chuẩn như sau:

• j = 1,06 : rất ít dùng vì các giá trị số vòng quay quá khít.
• j = 1,12 : dùng cho các máy cần điều chỉnh chính xác vận tốc cắt (nhằm giảm tổn thất về vận tốc và năng suất) trong gia công hàng khối hoặc hàng loạt lớn như máy tự động, nửa tự động.
• j = 1,26 và 1,41 :  dùng cho các máy công cụ vạn năng.
• j = 1,58 và 1,78 : dùng cho các máy có thời gian chạy không lớn (thời gian gia công không lớn hơn nhiều so với thời gian chạy không) và như thế không cần phải điều chỉnh chính xác vận tốc cắt.
• j = 2 : rất ít dùng, chỉ có ý nghĩa phụ để tính toán các cơ cấu truyền động của nhóm khuếch đại trong hộp tốc độ hoặc nhóm gấp bội trong hộp chạy dao.

        Mối quan hệ giữa các thông số cơ bản j, Z và R_n đã biết ở công thức (1-18). Khi thiết kế máy, phạm vi điều chỉnh số vòng quay R_n được cho trước theo yêu cầu, vì vậy số cấp vận tốc Z tỉ lệ nghịch với hệ số j.       Cần phải lựa chọn trị số j và Z như thế nào để vừa có thể vừa đảm bảo giảm tổn thất vận tốc, vừa đảm bảo kết cấu của máy không qúa phức tạp, khó chế tạo, giá thành cao (Z càng lớn sự phân bố các cấp vận tốc càng dày, tổn thất vận tốc nhỏ, nhưng kết cấu của máy sẽ lớn, phức tạp hơn). Sau khi chọn được trị số j thích hợp, sẽ dễ dàng xác định được số cấp vận tốc Z.

        Trong trường hợp thiết kế các hộp tốc độ có nhiều cấp vận tốc Z với trị số j nhỏ, để đơn giản về mặt kết cấu của hộp, hiện nay người ta thường dùng động cơ điện có 2 hoặc nhiều cấp vận tốc.

        Số cấp vận tốc Z cần nên lấy bằng bội số của 2 và 3, vì truyền động trong hộp tốc độ thường do những khối bánh răng bậc có 2, 3 hoặc 4 = 2.2 bánh răng thực hiện. Do đó, số cấp vận tốc thường dùng trong thực tế là: Z = 3, 4, 6, 8, 12, 18, 24, 36.

2. Xác định các giá trị số vòng quay

        Từ giá trị j tiêu chuẩn, người ta xác định chuỗi số vòng quay tiêu chuẩn. Chuỗi số vòng quay cơ sở được lấy với số vòng quay đầu tiên là 1, tức là n₁ = 1 v/ph với trị số j = 1,06. Số vòng quay tiêu chuẩn bất kỳ nào cũng sẽ bằng n_Z = n_1. j^Z–1 = j^Z–1.

        Chuỗi số vòng quay cơ sở sẽ có các giá trị sau:

1  –  1,06  –  1,12  –  1,18  –  1,25  –  1,32  –  1,41  –  1,5  –  1,6  –  1,7  –  1,8  –  1,9  –  2  – 2,12  –  2,24  –  2,36  –  2,5  –  2,65  –  2,8  –  3  –  3,15  –  3,35  –  3,55  –  3,75  4  –  4,25  – 4,5  –  4,75  –  5  –  5,3  –  5,6  –  6  –  6,3  –  6,7  –  7,1  –  7,5  –  8  –  8,5  – 9  –  9,5.

        Trên cơ sở chuỗi số vòng quay đó, hình thành các giá trị số vòng quay tiêu chuẩn cho trong bảng 1-3. Các trị số vòng quay tiêu chuẩn khác, tùy theo yêu cầu lớn hay bé mà nhân hoặc chia các trị số trên với 10, 100, 1000 …

Bảng1-3: Bảng số vòng quay tiêu chuẩn

Chương 2                  THIẾT KẾ HỘP TỐC ĐỘ

1. KHÁI NIỆM

Hộp tốc độ là một trong những bộ phận quan trọng của máy cắt kim loại dùng để thực hiện các nhiệm vụ sau:

• Truyền chuyển động và công suất từ động cơ điện đến trục chính.
• Có khả năng thay đổi tốc độ quay của trục chính hoặc trục cuối cùng của hộp tốc độ nhằm đạt các giá trị số vòng quay theo yêu cầu với công bội j và với số cấp vận tốc Z.

Với các thông số cơ bản ban đầu là R_n, j và Z, có thể có nhiều phương án thiết kế khác nhau về kết cấu hộp tốc độ. Vì vậy, người thiết kế cần phải phân tích và lựa chọn phương án thích hợp dựa vào các yêu cầu sau:

• Đảm bảo thực hiện đầy đủ và tương đối chính xác các giá trị số vòng quay từ n₁- n_Z theo yêu cầu.
• Có xích truyền động ngắn, hiệu suất truyền động cao.
• Kết cấu hộp tốc độ phải đơn giản, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chế tạo và lắp ráp.
• Việc điều khiển phải nhẹ nhàng và đảm bảo an toàn.
• Đáp ứng được tính kinh tế.

Trong phạm vi chương này, chúng ta chỉ nghiên cứu phương pháp thiết kế hộp tốc độ dùng trong truyền động phân cấp.

1. THIẾT KẾ HỘP TỐC ĐỘ DÙNG CƠ CẤU BÁNH RĂNG DI TRƯỢT

Cơ cấu bánh răng di trượt là cơ cấu dùng để thay đổi tốc độ quay giữa các trục bằng cách thay đổi sự ăn khớp của các cặp bánh răng trong nhóm di trượt.

..........................................................................................................

Chương 3                                THIẾT KẾ HỘP CHẠY DAO

 

1. KHÁI NIỆM

1. Đặc điểm

Hộp chạy dao cũng là một bộ phận quan trọng của máy công cụ, dùng để thực hiện chuyển động chạy dao và đảm bảo quá trình cắt được thực hiện liên tục. So với hộp tốc độ, hộp chạy dao có những đặc điểm như sau:

• Có công suất truyền động nhỏ, khoảng 5 ÷ 10% công suất truyền động chính.

• Có tốc độ làm việc chậm hơn nhiều so với hộp tốc độ. Do đó, trong hộp chạy dao dùng các cơ cấu giảm tốc nhiều và hiệu suất thấp như vít me – đai ốc, trục vít – bánh vít … hoặc phải dùng nhiều cặp bánh răng nối tiếp nhau để giảm tốc.

• Có thể thực hiện chuyển động liên tục, đồng thời với chuyển động chính (đối với máy có chuyển động chính là chuyển động vòng như: máy tiện, máy phay …); hoặc có thể thực hiện chuyển động chạy dao gián đoạn, không cùng lúc với chuyển động chính (đối với máy có chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến khứ hồi như: máy bào, xọc).

• Lượng chạy dao và tỉ số truyền của hộp không phụ thuộc vào kích thước của chi tiết gia công, nên không cần giữ công suất không đổi khi thay đổi vận tốc. Vì vậy có thể sử dụng động cơ điện một chiều điều chỉnh vô cấp có tác dụng đảm bảo mômen xoắn không đổi.

1. Yêu cầu

Tuỳ theo công dụng của máy mà hộp chạy dao cần có những yêu cầu khác nhau, bao gồm:

• Đảm bảo số cấp chạy dao Z_s theo yêu cầu của thiết kế.
• Đảm bảo phạm vi giới hạn của tỷ số truyền   £ i_s £ 2,8 ; cũng như phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao R :

                             R  =                                                                                                   (3-1)

• Đảm bảo độ chính xác cần thiết của chuyển động chạy dao. Trong xích cắt ren của máy tiện, xích bao hình máy phay lăn răng …, không thể dùng các cơ cấu truyền động như đai truyền, ly hợp ma sát. Với xích cắt ren chính xác, đường truyền động cần phải càng ngắn càng tốt, vì sai số của từng tỉ số truyền sẽ dẫn đến sai số lớn của lượng chạy dao, ảnh hưởng đến độ chính xác của bước ren.
• Phải đảm bảo đủ công suất để thắng thành phần lực cắt dọc trục P_x, truyền động êm, có khả năng đảo chiều. Ngoài ra, trong một số trường hợp cần phải có xích chạy dao nhanh để giảm thời gian phụ và công sức của công nhân trong quá trình điều chỉnh.
• Đảm bảo các yêu cầu về công nghệ đối với hộp chạy dao (tương tự như với hộp tốc độ). Đa số các hộp chạy dao không có mặt chuẩn để xác  định vị trí tương hỗ giữa dao và chi tiết gia công. Do đó các sai số về mặt chế tạo và lắp ráp không phản ánh trực tiếp đến độ chính xác gia công như độ côn, ôvan, độ nghiêng … Độ chính xác để chế tạo hộp chạy dao chỉ ảnh hưởng đến tuổi thọ của nó và ảnh hưởng đến độ bóng bề mặt gia công khi vận tốc của chuyển động chạy dao không đều.

        Phương pháp thiết kế hộp chạy dao sẽ rất khác nhau với các loại hộp chạy dao khác nhau. Trong phạm vi chương này chỉ đề cập đến phương pháp thiết kế hộp chạy dao dùng truyền động phân cấp. Các loại hộp chạy dao vô cấp dùng truyền động điện, khí nén hoặc thủy lực sẽ được trình bày trong các giáo trình tương ứng.

 

1. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỘP CHẠY DAO THƯỜNG

Hộp chạy dao thường là loại hộp chạy dao đảm bảo sự di động của dao hay của phôi trong quá trình cắt với một giá trị lượng chạy dao cho trước nhưng không đòi hỏi đạt độ chính xác cao cho giá trị này. Có thể có sai số nhất định giữa lượng di động thực tế và lượng chạy dao cho trước. Ví dụ: hộp chạy dao của máy khoan, máy phay …

Để tận dụng khả năng cắt hợp lý, dãy các giá trị lượng chạy dao của hộp chạy dao này tuân theo qui luật cấp số nhân. Thứ nguyên của lượng chạy dao có thể là [mm/ph] nếu chuyển động chạy dao độc lập và là [mm/v] nếu chuyển động chạy dao phụ thuộc vào chuyển động chính. Cơ cấu truyền động trong hộp chạy dao thường là cơ cấu bánh răng di trượt. Do đó, cách thiết kế hộp chạy dao thường được tiến hành tương tự như cách thiết kế hộp tốc độ dùng cơ cấu bánh răng di trượt (đã trình bày ở chương 2).

Lưu ý: Trước khi thiết kế loại hộp chạy dao này, cần chuyển các giá trị lượng chạy dao s₁, s₂, …, s_n thành chuỗi số vòng quay của cơ cấu chấp hành n_s1, n_s2, …, n_sn để bài toán thiết kế giống với quá trình thiết kế hộp tốc độ. Tùy thuộc vào cơ cấu biến đổi ở cuối xích chạy dao mà có cách tính toán khác nhau.

Xét xích chạy dao của máy phay vạn năng (hình 3-1). Hộp chạy dao có tỉ số truyền i_s truyền chuyển động từ động cơ chạy dao đến bàn máy. Cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến ở đây là cơ cấu vít me – đai ốc, có bước t_x [mm]. Phương trình xích chạy dao có dạng:

                             n_đc . i_s . t_x = s [mm/ph]                                                                                                                 (3-2)

Trong trường hợp này, hộp chạy dao được xem như là hộp tốc độ có số vòng quay n₀ của trục vào (trục I) là số vòng quay của động cơ n_đc [v/ph] và số vòng quay n_s của trục ra được tính:

............................................................................

1. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỘP CHẠY DAO CHÍNH XÁC

Hộp chạy dao chính xác là loại hộp chạy dao đảm bảo tỷ số truyền chính xác giữa dao và phôi như hộp chạy dao của máy tiện ren vít vạn năng. Giá trị lượng chạy dao ở đây chính là các bước ren cần tiện (đã được tiêu chuẩn hóa). Vì thế dãy số lượng chạy dao không phải là cấp số cộng, cũng không phải là cấp số nhân. Nếu tỷ số truyền thực tế của hộp chạy dao có sai số so với tỷ số truyền tính toán, sai số đó sẽ phản ảnh trực tiếp tới độ chính xác của bước ren được cắt. Do đó, tỷ số truyền của hộp chạy dao loại này yêu cầu phải thật chính xác.

Hãy xem xét hộp chạy dao của máy tiện ren vít vạn năng. Mặc dù máy tiện có hai chức năng: tiện trơn và tiện ren nhưng khi thiết kế hộp chạy dao, người ta chỉ chú trọng đảm bảo chức năng tiện ren. Khi thiết kế xong, người ta tính lại các giá trị lượng chạy dao để tiện trơn. Các giá trị này có thể trùng nhau, gần khít nhau hoặc hơi bị cách quãng xa nhau. Tuy nhiên trên thực tế, điều này không quan trọng lắm vì các lượng chạy dao này nói chung là khá dày đặc nên những chỗ cách quãng hầu như ít gây ra tổn thất về năng suất gia công.

Nếu máy chỉ dùng để cắt một loại ren thì việc chọn tỉ số truyền sẽ đơn giản hơn nhiều. Thực tế máy tiện thường được thiết kế để cắt nhiều loại ren khác nhau (ren Quốc tế, ren Anh, ren mođun, ren Pitch …). Trong trường hợp đó, nếu bước ren được cắt và bước vít me nằm trong hai hệ thống đo lường khác nhau thì trong phép tính tỉ số truyền xuất hiện một thừa số đặc biệt và việc tính toán trở nên phức tạp hơn.

Phương trình cơ bản của xích cắt ren như sau:

                             1 vtc . i_b . i_s . t_x = t_p

                             hay                                                                                                                                    (3-7)

với:  t_x – bước ren của trục vít me.

     t_p – bước ren cần cắt trên phôi.

     i_b – tỉ số truyền của nhóm truyền động bù, bao gồm tỉ số truyền của bộ bánh răng thay thế i_tt và tỉ số truyền cố định i_cđ để bù trừ cho sự sai khác giữa hai hệ thống đo lường vào xích truyền động.

                             i_b = i_tt . i_cđ

     i_s – tỉ số truyền của hộp chạy dao.

Hộp chạy dao của máy tiện thường được chia thành hai nhóm sau:

• Nhóm cơ sở (có tỉ số truyền i_cs): dùng để gia công một dãy các bước ren cơ sở. Nhóm cơ sở thường sử dụng các cơ cấu sau:

• Cơ cấu Norton như trong máy tiện T620.
• Cơ cấu bánh răng di trượt như trong máy tiện T616.

• Nhóm gấp bội (có tỉ số truyền i_gb): dùng để khuếch đại khi gia công các bước ren khác có tỉ lệ gấp 2, 4, 8 lần dãy các bước ren cơ sở. Nhóm gấp bội thường sử dụng các cơ cấu sau:

• Cơ cấu bánh răng di trượt như trong máy tiện T620.
• Cơ cấu Mê an như trong máy tiện T616.
• Cơ cấu then kéo như trong máy tiện 1330.

        Về nguyên tắc, nhóm cơ sở và nhóm gấp bội có thể đổi chỗ cho nhau và có thể nằm tại một vị trí bất kì trên xích chạy dao. Tuy nhiên, thường nhóm cơ sở được bố trí phía trước và nhóm gấp bội nằm liền kề theo sau trong hộp chạy dao. Do đó, tỉ số truyền i_s của hộp chạy dao gồm:

                                    i_s = i_cs . i_gb                                                                                                                                     (3-8)

        Để gia công các loại ren hệ mét (ren Quốc tế, ren môđun), sử dụng đường truyền chủ động của xích chạy dao (tức là nhóm cơ sở ở trạng thái chủ động). Ngược lại, khi gia công các loại ren hệ inch (ren Anh, ren Pitch), sử dụng đường truyền bị động của xích chạy dao (tức là nhóm cơ sở ở trạng thái bị động)

Quá trình thiết kế động học hộp chạy dao chính xác của máy tiện có thể theo các bước sau:

• Bước 1: Sắp xếp bước ren cần cắt thành bảng để tạo thành nhóm cơ sở và nhóm gấp bội.
• Bước 2: Thiết kế nhóm cơ sở.
• Bước 3: Thiết kế nhóm gấp bội.
• Bước 4: Thiết kế nhóm truyền động bù.
• Bước 5: Kiểm tra bước ren.

Sau khi xác định được sơ đồ động của hộp chạy dao, cần tính toán phần động lực học để xác định kích thước cụ thể các chi tiết truyền động trong hộp.

1. Sắp xếp bước ren thành bảng

Dựa vào yêu cầu tiện được các loại ren khác nhau và giá trị các bước ren cần cắt mà sắp xếp các bước ren cần cắt thành bảng. Tuỳ thuộc vào số loại bước ren, cần có số lượng bảng tương ứng. Trường hợp phức tạp nhất là máy có khả năng tiện được cả 4 loại ren (ren Quốc tế, ren Anh, ren môđun, ren Pitch). Khi sắp xếp, cần tuân theo các nguyên tắc sau:

• Số hàng: biểu thị số lượng tỉ số truyền của nhóm cơ sở. Tuỳ thuộc vào số lượng các bước ren cần cắt mà quyết định số hàng, thường không quá 10 hàng. Số hàng càng ít càng tốt. Nếu số hàng quá lớn, số bánh răng trong nhóm cơ sở sẽ nhiều, khoảng cách giữa hai gối đỡ sẽ lớn, làm cho độ cứng vững của nhóm này kém.
• Số cột: biểu thị số lượng tỉ số truyền của nhóm gấp bội. Vì nhóm gấp bội chỉ nên có 4 tỉ số truyền nên thường sắp xếp các bước ren theo 4 cột. Do tỉ số truyền nhóm gấp bội tuân theo quy luật cấp số nhân với công bội j_gb = 2 nên giá trị bước ren trong các cột của cùng một hàng cũng phải tuân theo quy luật cấp số nhân với công bội j_gb = 2.
• Ren Quốc tế (có bước t_p) được sắp xếp theo thứ tự giá trị tăng dần từ trên xuống dưới và từ trái qua phải.
• Ren Anh (có số ren n trong 1 inch) được sắp xếp theo thứ tự giá trị giảm dần từ trên xuống và từ trái qua phải.
• Ren môđun (có môđun m) được sắp xếp theo qui luật như ren Quốc tế.
• Ren Pitch (có đường kính Pitch D_P) được sắp xếp theo qui luật như ren Anh.

        Lưu ý: Để đảm bảo số lượng bánh răng trong nhóm cơ sở là ít nhất, các ô có vị trí tương ứng trong các bảng phải tỉ lệ với nhau theo một hằng số cố định.

1. Thiết kế nhóm cơ sở

1. Nhóm cơ sở dùng cơ cấu Norton:

.........................................

Cơ cấu Norton gồm khối bánh răng hình tháp có số răng khác nhau Z₁, Z₂ … Z_n lắp cố định trên trục I. Chuyển động được truyền từ trục I đến trục II nhờ bánh răng trung gian Z_0,  có thể ăn khớp với bất kỳ bánh răng nào của khối bánh răng hình tháp và cùng di động với bánh răng Z_A trên trục II. Để đảm bảo độ cứng vững cần thiết, số lượng bánh răng của khối hình tháp không nên quá 10. Số răng của các bánh răng trong khối bánh răng hình tháp thường là Z_N = 24 ÷ 60 (trường hợp đặc biệt có thể lấy Z_N = 18 ÷ 75).

        Ưu điểm

• Vì dùng bánh răng trung gian Z₀, nên tổng số răng của bánh răng chủ động và bị động (để thực hiện các tỉ số truyền khác nhau) không cần là một hằng số. Do đó, sự lựa chọn số răng Z_N sẽ dễ dàng hơn khi khoảng cách giữa hai trục không đổi.
• Số lượng bánh răng cần thiết trong cơ cấu ít, nếu cần n tỷ số truyền thì chỉ cần (n + 2) bánh răng. Kích thước hộp tương đối nhỏ, vì các bánh răng đặt khít nhau.
• Tổn thất công suất nhỏ do không có những bánh răng chạy không.

        Nhược điểm

• Độ cứng vững kém do dùng bánh răng trung gian.
• Khó dùng được bánh răng nghiêng.
• Các bánh răng trong khối bánh răng hình tháp cần mỏng để hạn chế kích thước về chiều dài.

Nhiệm vụ thiết kế là phải tính toán số răng Z_N của các bánh răng trong khối bánh răng hình tháp sao cho hộp chạy dao cắt được nhiều loại ren khác nhau. Hãy xét các trường hợp cụ thể sau:

...............................................

• Tâm của các trục nhóm gấp bội nên lấy trùng với tâm của các trục của nhóm cơ sở. Do đó, khi tính nhóm cơ sở và nhóm gấp bội cần lưu ý tới việc chọn khoảng cách trục A.

1. Nhóm gấp bội dùng cơ cấu Mêan

        a.  Cấu tạo:

        Mêan là một cơ cấu truyền động có ba trục I, II và III. Trên hai trục I và II lắp những khối bánh răng 2 bậc Z₁-Z₂ giống nhau, trong đó chỉ có khối bánh răng đầu ở trục chủ động I được lắp cố định vào trục còn các khối khác lắp lồng không và luôn ăn khớp với nhau. Chuyển động truyền đến trục III nhờ bánh răng trung gian Z₀  và bánh răng di trượt Z_A. Tuỳ theo vị trí của bánh răng di trượt trên trục III mà cơ cấu Mêan thực hiện những tỉ số truyền khác nhau (hình 3-10).

• Ưu điểm  

• Kích thước theo chiều trục nhỏ.
• Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao lớn.
• Chế tạo đơn giản vì các khối bánh răng đều giống nhau.

• Nhược điểm

• Hiệu suất truyền động kém vì tất cả các bánh răng đều quay.
• Bánh răng trung gian làm cho cơ cấu kém cứng vững, công suất truyền không lớn. Tuy nhiên, do nhóm gấp bội chỉ cần 4 tỉ số truyền nên trong thực tế người ta bỏ bánh răng trung gian (hình 3-11). Khi đó, bánh răng di trượt Z_A chỉ có thể ăn khớp với các bánh răng lớn trong khối bánh răng 2 bậc.
•