nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy cắt phôi tự động có file mô phỏng full

P
P
Q
L
Z
2
/2
h
Z
2
/2
a
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

1
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, ngành công nghiệp phát triển mạnh đòi hỏi quy trình làm việc nhanh và
hiệu quả, trong các nhà máy không còn các cơ cấu làm việc thô sơ hay kém hiệu quả
nữa,trong việc cắt phôi cũng vậy, đòi hỏi phải có những máy cắt phôi tự động nhằm
giảm chi phí thuê nhân công và nâng cao năng suất .
Đề tài “nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy cắt phôi tự động” mà nhóm được giao, thật
sự là một thử thách rất khó khăn đối với chính bản thân mình. Quy trình công nghệ cắt
phôi tự dộng chúng em thực hiện dưới đây chỉ là một phần rất nhỏ trong thời đại
công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay. Có nhiều cách để thiết kế một mô hình cắt
phôi khác nhau, ở đây chúng em thiết kế mô hình cắt phôi tự động điều khiển bằng hệ
thống khí nén.
Trong quá trình thực hiên đồ án mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức nhưng chắc chắn
sẽ không thiếu những sai sót. Vì vậy, chúng em rất mong những ý kiến đóng góp của
quý thầy cô và các bạn.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lưu Vũ Hải đã giúp đỡ chúng em hoàn thành
đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 03 tháng 03 năm 2013
Sinh viên thực hiện:
Vũ Văn Khởi
Nguyễn Huy Tiến
Trần Thanh Tùng
2
Mục lục
Hình 2.1 Sử dụng mỏ cắt plasma với robot………………………………………… 4
Hình 2.2 Máy cắt dây CNC ……………………………………………………………5
Hình 2.3 Máy cắt phôi thủy lực dạng tấm…………………………………………… 5
Hình 2.4 Máy cắt phôi dạng trụ……………………………………………………… 6
Hình 2.5 Sơ đồ cắt kim loại bằng khí…………………………………………………7
Hình 2.6 Sơ đồ cắt kim loại bằng chùm tia laser………………………………………9
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý cắt bằng plasma………………………………………… 10
Hình 2.8 Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế………………………………… 10
Hình 2.9 Các giai đoạn của quá trình cắt…………………………………………….11
Hình 2.10 Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép……………………………………… 12
Hình 2.11 Nguyên lý cắt dao thẳng song song…………………………………… 13
Hình 2.12 Sơ đồ thời kỳ cặp……………………………………………… ……….14
Hình 2.13 Thời kỳ cắt……………………………………………………………… 15
Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý máy cắt đĩa…………………………………………… 16
Hình 2.15 Nguyên lý cắt thép tấm dao nghiêng………………………………… 17
Hình 2.16 Hình dạng lưỡi cắt……………………………………………………… 18
Hình 3.1 Bản vẽ mô hình cơ khí…………………………………………………….38
Hình 4.1 Khung máy……………………………………………………………… 41
3
Hình 4.2 Thùng đựng phôi………………………………………………………… 42
Hình 4.3 Bàn trượt……………………………………………………………………43
4
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Giới thiệu
Máy cắt phôi tự động là một chiếc máy thông minh có thể tự hành cắt phôi mà
chúng ta không cần phải tốn quá nhiều công sức như cắt bằng phương pháp thủ công.
Với sự ra đời của máy cắt phôi tự động đã tạo sự phát triển mạnh mẽ trong nghành
công nghiệp cơ khí cũng như trong công tác giảng dạy ở các trường đại học kỹ thuật.
Những lợi ích mà máy cắt phôi tự động cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như:
-Với một chiếc máy tự động như vậy, việc thực hiện cắt có thể diễn ra bất cứ
thời gian nào, trong điều kiện làm việc với tần suất cao.
-Những sản phẩm thu được có độ chính xác cao phức tạp và đa dạng về chủng
loại(gia công được những phôi có ứng suất lớn,kích thước lớn,nhiều loại như dạng tấm
hoặc ống,thanh…)
- Có năng suất và hiệu suất tốt, ít tốn nhân công …
-Gia công dễ dàng, điều khiển thuận tiện.
-Đem lại lợi ích về kinh tế lớn đối với các xưởng, các doanh nghiệp công ty,tập
đoàn sản xuất cơ khí.
Từ nhu cầu thực tiễn và lợi ích của xã hội ta thấy máy cắt phôi tự động là rất cần thiết
trong một xã hội phát triển nhất là đối với nước chúng ta đang trong công cuộc công
nghiệp hóa hiện đại hóa đưa công nghê tự động hóa vào quá trình sản xuất để thay thế
con người.
Máy cắt phôi tự động có rất nhiều chủng loại như các máy cắt bằng ngọn lửa hàn khí,
cắt bằng chùm tia laser, plasma,thủy lực,khí nén…Trong đề tài này, chúng em đi vào
nghiên cứu,thiết kế và chế tạo máy cắt phôi tự động thuần khí nén.
1.2 Các vấn đề đặt ra
Các máy cắt phôi tự động được bán trên thị trường đã đạt độ hoàn thiện trong kết
cấu cũng như trong tính năng. Nhưng đó là những chiếc máy được phát triển bởi
những công ty đã có kinh nghiệm trong việc chế tạo những sản phẩm dạng này. Với
một đồ án môn học, việc thiết kế và chế tạo mô hình chiếc máy, nhóm gặp nhiều vấn
đề cần giải quyết.
Trong việc thiết kế và chế tạo được hệ thống cơ khí :
- Phải chính xác, đảm bảo cho máy chạy êm, không bị kẹt trong quá trình hoạt

động.
5
- Tối ưu hóa kích thước cho máy, cơ cấu chấp hành là hệ thống các xilanh phải
được bố chí một cách hợp lý cân đối,vững chắc để hoạt động chính xác.
-Lựa chọn dao cắt phù hợp với kết cấu.
Đối với hệ thống điều khiển:
-Việc xây dựng được thuật toán điều khiển và phương pháp điều khiển cho máy
cũng gặp nhiều vấn đề khó khăn, vừa phải đảm bảo điều khiển cho máy hoạt động
được chính xác, dự phòng được các lỗi xảy ra khi máy hoạt động, vừa phải làm sao
cho việc lập trình đơn giản nhất có thể.
-Lựa chọn và thử độ chính xác các công tắc hành trình,nút nhấn, PLC trước khi
mua.
1.3 Phương pháp nghiên cứu
Máy cắt phôi tự động thủy lực là một sản phẩm đã được phát triển trên thị trường,
và là một sản phẩm cơ điện tử nên trong quá trình làm đồ án, nhóm đã áp dụng phương
pháp nghiên cứu sau:
- Quá trình làm việc được thực hiện theo một trình tự logic, theo trình tự thời gian
xác định. Do đó, để thiết kế ta sử dụng phương pháp nghiên cứu cơ điện tử,mô hình
hóa hệ thống,thiết kế tuần tự.
- Tham khảo tài liệu : bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp trí về tự động
hóa , mạng internet.
- Quan sát một số máy cắt phôi tự động đã có trên thị trường
- Từ lý thuyết nghiên cứu được tiến hành viết chương trình điều khiển và mô
phỏng trên máy tính, sau đó thử nghiệm các modul điều khiển các chương trình trên cơ
cấu cơ khí thật.
1.4 Phạm vi nghiên cứu
Vì điều kiện thời gian và chi phí hạn chế, mặt khác do nghiên cứu về máy cắt phôi
tự động là một đề tài lớn. Trong phạm vi đồ án môn học nhóm đề tài chúng em
chuyên nghiên cứu về một mảng điều khiển của máy cắt phôi tự động cắt được
loại phôi tấm với các đặc tính sau:

- Máy có công suất nhỏ.
- Sử dụng để cắt tấm có kích thước vừa hoặc nhỏ:
+chiều dày<=20mm
+chiều rộng<=40mm
+chiều dài <=500mm
6
-Năng suất máy: 100-150 sản phẩm/ ngày.
-Máy có thể hoạt động liên tục 8h/ngày, tổng thời gian làm việc có thể đạt được 12000
giờ.
7
CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT PHÔI TỰ ĐỘNG
2.1 Máy cắt phôi tự động
Cùng với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay các thiết bị
truyền dẫn, điều khiển bằng thủy lực – khí nén sử dụng trong máy móc trở nên rộng rãi
ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển,
máy dập, máy uốn, máy ép phun, dây chuyền chế biến thực phẩm,…thì hiện nay ,trên
thế giới máy cắt phôi tự động đuợc sử dung ngày càng nhiều đặc biệt là ở các nước có
nền công nghiệp phát triển tiên tiến và hiện đại như Mỹ, Nga, Nhật Bản…
Ở Việt Nam những dây chuyền cắt phôi tự động được sử dụng rộng rãi ở hết các tập
đoàn, công ty sản xuất lớn như cắt phôi dạng tấm trong dây chuyền sản xuất vỏ
ôtô,phôi dạng ống như đuờng ống dẫn dầu khí, sản xuất phôi hàn. Lâu nay trong lĩnh
vực tự động hóa, máy cắt kim loại chỉ giải quyết được đường cắt theo quy luật: tròn
đều, ellip, thẳng, cong… còn chuyển động không theo quy luật để cắt kim loại theo
đường cong bất kỳ, đường gấp khúc, theo không gian 2D, 3D… thì máy không giải
quyết được. Ngày nay người ta dùng công nghệ điều khiển tự động hóa bằng máy vi
tính - CNC (Computer numerical controller) để giải quyết vấn đề nan giải nói trên.
Riêng ở Bình Định, Trung tâm Kỹ thuật tự động ATC (Trung tâm) lần đầu tiên cũng đã
ứng dụng thành công công nghệ CNC để sản xuất máy cắt plasma CNC – để cắt kim
loại; máy khắc, khoan CNC dùng trong điêu khắc, khắc được mẫu vật theo hình không
gian 3 chiều…

Một số hình ảnh về máy cắt phôi tự động:
8
Hình 2.1 Sử dụng mỏ cắt plasma với robot
Hình 2.2 Máy cắt dây CNC
Hình 2.3 Máy cắt phôi thủy lực dạng tấm
9
Hình 2.4 Máy cắt phôi dạng trụ
Tùy theo nhu cầu của người sử dụng về kích thước hình dạng chi tiết mà có nhiều
loại máy gia công khác nhau.
Qua thời gian nghiên cứu thực hiện đề tài chúng em thấy rằng máy cắt tấm kim loại
trên thị trường hiện nay phân lớn sử dụng cơ cấu khí nén, thủy lực, dao sử dụng là dao
định hình nhờ tác dụng của cơ cấu khí nén, thủy lực tạo lực dập cắt chi tiết. Trong đề
tài này nhóm tập trung nghiên cứu và chế tạo một máy cắt phôi tự động bằng khí nén .
Về cơ bản, một máy cắt phôi tự động bằng khí nén bao gồm có các bộ phận như cơ
cấu chấp hành là hệ thống các xilanh dùng để kẹp, đưa,dữ và cắt phôi, các thiết bị hiển
thị, có thể là màn hình led hoặc màn hình cảm ứng. Các nút bấm, các cơ cấu con lăn
bộ điều khiển và các cảm biến…
Trong chương này, nhóm sẽ giới thiệu lý thuyết các công nghệ, các nguyên lý, các
thiết bị mà nhóm sử dụng trong đề tài.
2.2 Phân tích và lựa chọn phương pháp cắt
Để thực hiện công việc cắt vật liệu, trong thực tế có nhiều phương pháp, công nghệ
khác nhau như: Phương pháp cắt thủ công, cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng chùm
tia laser, plasma hay các phương pháp dập tấm (dập cắt và đột lổ), cắt bằng máy cắt
thép tấm, Tùy theo hình dạng, kích thước vật liệu cũng như qui mô sản suất mà ta có
thể áp dụng phương pháp cắt khác nhau cho hợp lý.
10
2.2.1 Phương pháp thủ công
Cắt thép bằng các phương pháp thủ công có nhiều cách, chẳng hạn như phương
pháp chặt bằng ve, tốn nhiều thời gian, các vết cắt không được thẳng và sản phẩm tạo
ra không đảm bảo yêu cầu về độ chính xác. Phương pháp này chỉ áp dụng cho những

phân xưởng thủ công, cắt các thép tấm có chiều dày bé và tiết diện nhỏ.
Máy cắt thép thủ công: gồm hai lưỡi cắt và một cơ cấu cánh tay đòn và đòn bẩy
để tạo lực cho lưỡi cắt. Máy này cũng chỉ áp dụng cắt những tấm thép có chiều dày và
diện tích bé, chủ yếu dùng trong các xưởng sản xuất vừa và nhỏ.
2.2.2 Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí
Cắt đứt bằng hồ quang điện: là quá trình nóng chảy hoặc cắt đứt kim loại bằng
nhiệt lượng hoặc hồ quang điện, điện cực hồ quang có thể là than hoặc kim loại.
Phương pháp này không kinh tế, khó thuận tiện khi chiều dày tấm thép lớn, đường cắt
không đều.
Cắt bằng khí là phương pháp cắt sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốt cháy
khí cháy trong dòng oxy để nung kim loại tạo thành các oxit và thổi chúng ra khỏi mép
cắt tạo thành rãnh cắt.
Hình 2.5 Sơ đồ cắt kim loại bằng khí
Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt
độ của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng oxy thổi qua, kim loại bị oxy hoá mãnh liệt tạo
thành oxit. Sản phẩm cháy bị nung chảy và được dòng oxy thổi khỏi mép cắt, tiếp theo
11
do phản ứng cháy của kim loại toả nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếp theo bị nung nóng
nhanh và tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt.
Để cắt bằng khí, kim loại cắt phải thoả mãn một số yêu cầu sau :
+ Nhiệt độ cháy của kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy.
+ Nhiệt độ nóng chảy của oxit kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim
loại.
+ Nhiệt toả ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để nung mép cắt tốt đảm bảo quá
trình cắt không bị gián đoạn .
+ Oxit kim loại nóng chảy phải loãng tốt, dễ tách khỏi mép cắt.
+ Độ dẫn nhiệt của kim loại không quá cao, tránh sự toả nhiệt nhanh dẫn đến mép
cắt bị nung nóng kém, làm gián đoạn quá trình cắt.
Thép các bon có nhiệt cháy 1350°C, nhiệt độ nóng chảy trên 1500°C, nhiệt cháy đạt
tới 70% lượng nhiệt cần để nung nóng nên rất thuận lợi khi cắt bằng khí. Thép cacbon

cao do nhiệt độ chảy thấp nên khó cắt hơn, khi cắt thường nung nóng trước tới 300°-
600°C. Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạo thành oxit crôm nhiệt
độ chảy tới 2000°C phải dùng thuốc cắt mới cắt được , mặt khác để đảm bảo chất
lượng phôi, nâng cao năng suất và hạ giá thành cắt cần phải chọn các chế độ cắt hợp lý
khác nhau như áp suất khí cắt, lượng tiêu hao khí cắt, tốc độ cắt, khoảng cách cần
khống chế từ mỏ cắt tới vật cắt do đó việc dùng phương pháp này để cắt thép tấm
không mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như năng suất thấp, khó chuyển sang tự
đông hóa.
2.2.3 Cắt bằng chùm tia laser
Trong những năm gần đây người ta đã bắt đầu sử dụng laser để cắt tất cả các vật
liệu với bất kỳ độ cứng nào.
Nguyên lý chung về cắt bằng laser là một phương pháp tạo rãnh cắt hoặc lỗ nhờ
vào nguồn nhiệt bức xạ rất lớn của laser làm vật liệu vùng cắt cháy lỏng và bốc hơi đi
ra ngoài.
Nguồn bức xạ laser (1) tạo ra chùm tia laser (2) đi thẳng hoặc đổi hướng nhờ
gương phẳng (3) và được hội tụ nhờ thấu kính hội tụ có tiêu cự f trong (4). Nguồn
năng lượng laser tập trung trên một diện tích rất nhỏ với mật độ dòng nhiệt tạo vùng
tiếp xúc bề mặt rất cao làm vật liệu (5) nóng chảy và bốc hơi tạo thành rãnh cắt hoặc lỗ
khoan.
12
Cắt bằng chùm tia laser có nguồn nhiệt tập trung với một mật độ nhiệt cao, vì vậy
nó có thể cắt tất cả các loại vật liệu và hợp kim của nó. Rãnh cắt hẹp, sắc cạnh và độ
chính xác cao, ngoài ra nó còn có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong và có thể
cắt theo các hướng khác nhau nhờ quá trình cắt không tiếp xúc.
Hình 2.6 Sơ đồ cắt kim loại bằng chùm tia laser
Cắt thép bằng chùm tia laser cho năng suất cao, có thể cơ khí koá và tự động hoá
dễ dàng nhưng phương pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt nhỏ hơn 20
mm, thiết bị tạo tia laser cũng như các thiết bị điều khiển chương trình số CNC có giá
thành cao.
2.2.4 Cắt bằng chùm tia PLASMA

Để tạo nên dòng các ion người ta sử dụng sự phóng điện với khoảng cách lớn giữa
hai điện cực. Hồ quang sẽ cháy trong một rảnh trụ kín cách điện với điện cực và đầu
mỏ phun, đồng thời nó được làm nguội mảnh liệt và bị ép bởi áp lực của dòng khí nén
(khí trơ). Nhờ có hệ thống như vậy mà nhiệt độ có thể tăng lên 10.000 20.000
o
C.
13
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý cắt bằng plasma.
a. Sơ đồ nguyên lý máy cắt bằng plasma.
b. Sơ đồ cấu tạo đầu cắt plasma (9)
1- Van nước làm mát, 2 - Bình chứa khí để vận chuyển bột kim loại, 3, 6 - van giảm
áp,
4 - Thiết bị chuyển tải bột kim loại đắp, 5- Bình chứa khí ổn định , 7- Van, 8- Thiết bị
kích thích hồ quang, 9- Đầu cắt hoặc đầu phun, 10, 11, 12 các công tắc, 13 nguồn
điện.
Hình 2.8 Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế.
14
2.2.5 Phương pháp cắt thép tấm bằng áp lực lưỡi cắt
Thực chất của quá trình cắt kim loại bằng áp lực lưỡi cắt là sự biến dạng dẻo sau
đó đến phá huỷ kim loại. Quá trình cắt đứt vật liệu chia thành 3 giai đoạn liên tục:
+ Giai đoạn 1: Biến dạng dẻo tập trung ở mép của dao cắt (hình 2.9a). Ứng suất
tập trung làm phát sinh dòng chảy kim loại tạo thành vùng kim loại bị chèn ép bao
quanh lưỡi cắt, sự chèn ép cục bộ đó sẽ phát triển đến khi toàn bộ chiều dày của kim
loại đạt đến ứng suất dư để làm xuất hiện đường trượt.
z z z
h
2
θ
h
a b c

Hình 2.9 Các giai đoạn của quá trình cắt.
+ Giai đoạn 2: Lực cắt tăng lên bắt đầu có sự dịch chuyển tương đối giữa phần
này với phần kia của tấm (hình 2.9b). Ở giai đoạn này tạo ra bề mặt nhẵn sáng bóng và
được san phẳng bởi lực ma sát F hướng dọc theo bề mặt bên của lưỡi dao. Những
đường trượt này tạo ra đường dẻo hẹp hình bình hành, do đó biến dạng dẻo kèm theo
uốn và kéo các thớ kim loại cho đến khi bắt đầu xuất hiện các vết nứt. Theo kinh
nghiệm giai đoạn này dao cắt ăn sâu h
2
= 20 đến 80% chiều dày h của phôi tùy thuộc
vào cơ tính của vật liệu và chiều dày của tấm, vật liệu càng dẽo thì h càng lớn.
+ Giai đoạn 3: Dao tiếp tục đi xuống, mưc độ biến dạng tăng lên và khi đó tính
dẽo của kim loại bị mất bắt đầu giai đoạn 3. Các vết nứt xuất hiện, phát triển va phá
hủy kim loại cho đến khi kết thuc quá trình tách vật liệu (hình 2.9c). Sự phá hủy kim
loại xẩy ra trước mép làm việc của lưỡi dao trong tấm, vì thế các vết nứt được gọi là
các vết nứt phá vở trước.
Tùy thuộc vào khe hở giửa các lưỡi cắt Z và độ lún sâu của lưỡi dao vào chiều dày
tấm h tại thời điểm bắt đầu phá hủy, các vết nứt vở xuất phát từ các mép làm việc của
lưỡi dao trên và dưới có thể song song với nhau (hình 2.10a) hoặc gặp nhau (hình
2.10b). Khi các vết nứt ở mép làm việc của các lưỡi cắt gặp nhau thì trị số khe hở Z là
tối ưu vì khi đó chất lương mặt cắt là tốt nhất, mặt cắt phẳng và nhẵn.
15
Trị số khe hở tối ưu được xác định nếu biết được giá trị của h và
θ
:
Z
tối ưu
= (h – h
2
)tg
θ

.
Theo kinh nghiệm của hãng ERFURT khi cắt trên máy cắt tấm dao nghiêng
Z
tối ưu
= 1/30 h.
Có các loại máy cắt thép tấm dưới áp lực lưỡi cắt như máy cắt dao thẳng song
song, máy cắt dao nghiêng, máy cắt dao đĩa,
Phương pháp cắt thép tấm bằng áp lực lưỡi cắt có ưu điểm : có năng suất cao, có
thể tạo lực cắt bằng các phương pháp khác nhau, giá thành rẻ, dễ tiến hành cơ khí hoá
và tự động hoá, phương pháp này phù hợp với ngành cơ khí nước ta hiện nay.
Để hiểu thêm về phương pháp này ta sẽ phân tích các loại kết cấu máy và dao để
chọn phương án sử dụng cho máy cắt thép tấm dưới áp lực lưỡi cắt.
a, Máy cắt dao thẳng song song
- Công dụng và các thông số cơ bản
+ Công dụng: Máy cắt dao thẳng song song dùng để cắt các loại phôi và sản phẩm
có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn máy thường đặt sau máy cán phôi, cán phá, cán
hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản. Máy có nhiệm vụ cắt bỏ phần đầu, phần
đuôi vật cán và dùng để cắt phân đoạn vật cán theo kích thước qui định. Khi làm việc
mặt phẳng chuyển động của dao không đổi.
16
2
7
8
4
6
1
S
L
H
∆

h
3
5
σ
Hình 2.11 Nguyên lý cắt dao thẳng song song
1. Bàn kẹp 5. Con lăn dẫn động.
2. Bàn trượt trên 6. Phôi thép
3. Cữ cắt 7. Lưỡi dao trên
4. Bàn trượt dưới 8. Lưỡi dao dưới
+ Các thông số cơ bản của máy theo trên hình 2.5:
H: Chiều cao vận hành dao
L: Chiều dài sản phẩm
S: Chiều cao lưỡi cắt
σ: Chiều dày lưỡi cắt
35.2
÷=
σ
S
h: Chiều dày vật cắt
b: Chiều rộng vật cắt
∆
: Độ trùng dao,
∆
= (10
÷
20) mm
l : Chiều dài lưỡi cắt
l = (3
÷
4 ) b cho các máy có p = (60

÷
260 ) tấn
l = (2
÷
2.5) b cho các máy có p = (1000
÷
1600 ) tấn
Góc cắt 90°, bốn góc đều cắt được.
Vật liệu làm bàn trượt: Thép CT6
17
Vật liệu làm dao : Thép 6XHM,5X2BC, 55XHB, 55XH2∅
Theo kết cấu của máy, người ta phân ra làm hai loại: Loại có dao trên di động và
loại có dao dưới di động.
- Phương pháp xác định lực cắt
Ngày nay các máy cắt được chế tạo theo tiêu chuẩn. Khi thiết kế máy mới ta tính lực
cắt sao cho máy làm việc đảm bảo an toàn và không xảy ra các sự cố đáng tiếc. Dù
dùng loại máy cắt nào thì quá trình cắt cũng chia ra làm ba thời kỳ đó là :
-Thời kỳ cặp
-Thời kỳ cắt
-Thời kỳ đứt
*. Thời kỳ cặp:
Đây là thời kỳ mà lưỡi dao ăn vào kim loại, lúc này lực cắt của dao từ từ
tăng lên (P
cặp
tăng từ P
0
→P
max
). Để đặc
trưng cho độ nhanh chậm của quá trìnhnày

người ta đưa ra thông số tỷ số chiều sâu cắt
tương đối ε
1
:
ε
1
=
h
Z
1
(2.1)
Trong đó :
Z
1
: chiều sâu kim loại được cắt
h : chiều dày vật cắt
Hình 2.13 Thời kỳ cắt.
*. Thời kỳ cắt:
Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm
dần xuống theo tiết diện của vật cắt.
P giảm dần từ P
max
→ P
min
.
*. Thời kỳ đứt:
18
P
Z
1

/2
c
a
Z
1
/2
h
T
T
P
Q
Hình 2.12 Sơ đồ thời kỳ cặp.
Đây là thời kỳ kim loại tự đứt. Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của thời kỳ đứt,
người ta đưa ra khái niệm độ sâu đứt tương đối ε
2
và được đặc trưng bởi tỷ số sau:
ε
2
=
h
Z
2
(2.2) Trong đó:
Z
2
: là chiều sâu kim loại ở cuối hành trình cắt để sang thời kỳ tự đứt.
h: là chiều dày ban đầu của vật cắt.
Qua thực tế và thí nghiệm, người ta thấy rằng lực cắt lớn nhất P
max
là ở cuối thời

kỳ cặp và đầu thời kỳ cắt và P
max
được tính theo công thức sau:
P
max
=
FkF
b

1max
στ
=
Trong đó:
k
1
=
b
σ
τ
max
= 0,6
÷
0,7 (1)
k
1
= 0,7 đối với thép mềm; k
1
= 0,6 đối với thép cứng.
F: diện tích tiết diện được cắt, F = F
1

= h
1
.b
b : chiều rộng vật cắt
h
1
: chiều dày còn lại: h
1
= h - z
1
= h (1- ε
1
) ( 2)
Thay các giá trị trên vào ( 1 ), ta có:
P
max
=k
1
.k
2
.k
3
.
( )
1
1
εσ
−
hb
b

(3)
Trong đó:
k
2
: Hệ số kể đến sự tăng lực khi dao bị cùn.
k
2
= (1,1
÷
1,2 ) cho cắt nóng và k
2
= (1,15
÷
1,25 ) cho cắt nguội.
k
3
: Hệ số xét đến ảnh hưởng về khe hở của hai lưỡi dao.
k
3
= (1,15
÷
1,25 ) cho cắt nóng và k
3
= (1,2
÷
1,3 ) cho cắt nguội.
Trị số
1
ε
,

2
ε
tra trong bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với
1
ε
,
2
ε
Khi dao ăn vào kim loại thì phôi có chiều hướng dịch xuống hướng, khi ấy từ các
cạnh của dao sinh ra một lực trượt T, lực trượt T do dao dịch xuống dưới sinh ra một
momen có trị số M
t
= P.a (Hình 2.12 ).
19
Lực T và P có hướng ngược chiều nhau và có tương quan độ lớn:
T = ( 0,15
÷
0,25 ) P.
Để giảm lực trượt T và cắt sản phẩm cho chính xác, người ta dùng lực kẹp Q để
giữ vật cắt. Khi ấy T = ( 0,1
÷
0,15) P Và Q = ( 0,03
÷
0,05)P.
b, Máy cắt bằng lưỡi dao đĩa
Quá trình cắt kim loại tấm dày trên máy cắt dao đĩa được thực hiện bằng những
đĩa dao quay tròn, đĩa dao trên và đĩa dao dưới được quay ngược chiều nhau cùng một
tốc độ góc (
ω
), vật liệu cắt được chuyển dịch nhờ lực ma sát giữa kim loại và dao đĩa.

Vị trí và kích thước đĩa dao được xác định phụ thuộc vào chiều dày vật liệu cắt. Công
việc cắt được thực hiện lấy dấu bằng tay hay đồ gá chuyên dùng. Khi cắt dọc tôn tấm
năng suất máy dao đĩa lớn hơn năng suất máy dao nghiêng nhưng có nhược điểm là
dao thường bị uốn cong và thường phải uốn lại. Để khắc phục hiện tượng này người ta
thường đặt lệch trục đĩa dao trên so với dao dưới một đoạn e không lớn lắm.
Máy cắt đĩa áp dụng cắt mép, dãi hẹp cắt dọc theo chiều dài tấm thẳng vô hạn.
Máy cắt này dùng để cắt viền và cắt mép những băng thép có chiều rộng lớn, cắt
những tấm thép có kích thước nhất định theo tiêu chuẩn khi xuất xưởng. Để cắt được
thẳng và không bị ba via người ta làm dao có lưỡi hình tròn theo chiều của bán kính.
Máy cắt đĩa thường có hai loại: loại một cặp đĩa và loại nhiều cặp đĩa.
- Sơ đồ nguyên lý
Nguyên lý của quá trình cắt bằng lưỡi dao đĩa là nhờ vào hai đĩa quay tròn ngược
chiều nhau với cùng một tốc độ quay, còn vật liệu cắt ( phôi ) được chuyển dịch nhờ
ma sát giữa kim loại và dao. Vị trí và kích thước của đĩa xác định theo chiều dày của
vật liệu cần cắt.
20
Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý máy cắt đĩa
a) Loại một cặp đĩa cắt; b) Loại nhiều cặp đĩa cắt.
- Đặc điểm kỹ thuật
+ Máy có độ trùng dao
∆
=(1
÷
3)mm, khi chiều dày h tăng thì
∆
giảm. Khi cắt thép
tấm có chiều dày h>10mm thì khe hở biên y = (0,05
÷
0,08).h, khi h < 0,2mm thì y =0.
+ H: là chiều dày đĩa cắt, H =(0,06

÷
0,12 )D.
+ D : Đường kính đĩa cắt.
- Khi chiều dày H < 3mm thì D =60H.
- Khi H= (3
÷
10)mm thì D = (40
÷
50)H.
- Khi H > 10mm thì D =30 H
Vật liệu làm dao là các loại thép hợp kim: 5XBC, 9XC, 6XHM, 55XHHB.
Dao có độ cứng HRC =60
÷
64, góc cắt của dao là
0
90
.
c, Máy cắt kiểu chấn động
Dùng cắt tấm có dạng đường thẳng hoặc đường cong bất kỳ theo dấu. Loại này có
hai lưỡi dao tạo thành một góc ϕ = (21 ÷ 30
0
) số lần lưỡi cắt lên xuống: 850÷1300
lần /phút.
d, Máy cắt thép tấm dao nghiêng
Để giảm lực trong quá trình cắt của máy cắt dao song song, người ta dùng máy cắt
thép tấm lưởi dao được đặt nghiêng một góc ϕ. Khác với máy cắt dao song song, máy
này có lưởi cắt chỉ một phần xác định có trị số phụ thuộc vào góc nghiêng không đổi.
Do đó trên một chiều dài hành trình lưởi dao trên khi dao ăn sâu vào kim loại, lực cắt
21
không thay đổi và không phụ thuộc vào chiều rộng tấm thép. Lực này nhỏ hơn rất

nhiều so với lực cắt yêu cầu khi cắt cùng tấm vật liệu đó trên máy cắt dao song song.
1
3
2
L
b
h
∆
H
α
1
2
3
4
Z
δ
β
γ
ϕ
v
Hình 2.15 Nguyên lý cắt thép tấm dao nghiêng
1. Dao dưới. 3.Dao trên.
2. Phôi. 4. Rảnh trượt.
Loại máy này lưỡi dao dưới nằm ngang, lưỡi dao trên nghiêng một góc ϕ = 2
÷
6
o
,
lực cắt không lớn lắm, cắt được các tấm dày, cắt được các đường cong, đường cắt
không thẳng và nhẵn.

Khi cắt dao tiếp xúc dần với vật cắt từ trái sang phải, lực cắt thực hiện không đồng
thời trên toàn chiều rộng cắt B. Do lực cắt giảm nên có thể cắt được những tấm thép
dày hơn 6.
Hình 2.16 Hình dạng lưỡi cắt
Các thông số của lưỡi dao trên:
22

γ
- Góc trước.
α
- Góc sau = 1,5 ÷ 3
0
δ
- Góc cắt = 65 ÷ 68
0

β
- Góc sắc =
αδ
−
Tổng tiêu hao khi cắt phụ thuộc vào lực cắt, chiều dày cắt và góc nghiêng
ϕ
của
dao.
Lực cắt:
[ ]
Nh
tg
kkkP
b

2
2
2
321max

2
2/3

ε
ϕ
ε
σ
−
=
:
2
ε
độ sâu tương đối của vật cắt:
k
1
: Hệ số phụ thuộc độ cứng vật liệu: k
1
= 0,7÷0,75=
b
στ
/
max
.
k
2

: Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ mòn dao: k
2
= 1,2
÷
1,3
k
3
: Hệ số xét đến ảnh hưởng về khe hở của hai lưỡi dao.
k
3
= (1,15
÷
1,25 ) cho cắt nóng và k
3
= (1,2
÷
1,3 ) cho cắt nguội.
h và
b
σ
là chiều day và giới hạn bền của vật cắt.
>>> Kết luận
Ở trên là một số công nghệ (phương án) cắt thép tấm được sử dung hiện nay.
Thông qua ưu, khuyết điểm đánh giá các phương án ta có nhận xét như sau:
- Phương pháp cắt bằng cặp dao song song thì mép cắt đẹp, thời gian mỗi nhát cắt
nhanh nhưng lực cắt quá lớn, hơn nữa để cắt thép tấm có chiều dày h
max
= 20mm, lúc
này lực cắt sẽ rất lớn nên yêu cầu về độ bền của dao cũng như thân máy cao, rung
động mạnh, vì vậy ta không sử dụng phương pháp này để thiết kế.

- Phương pháp cắt bằng cặp dao đĩa, phương pháp này tuy lực cắt nhỏ nhưng tốc độ
cắt chậm hơn, năng suất thấp khi cắt thép tấm có chiều dày lớn, do đó phương pháp
này không hiệu quả.
23
- Phương pháp cắt bằng dao có lưỡi nghiêng: Phương pháp này tuy mép cắt không
được thẳng và đẹp nhưng lực cắt cần thiết không yêu cầu lớn, có thể cắt theo những
đường cắt cong, do đó không yêu cầu kết cấu máy phải cồng kềnh, máy ít rung động
đến xung quanh, do vậy ta dùng phương án lưỡi dao cắt nghiêng để thiết kế máy.
2.3 Xi lanh khí nén
2.3.1 Cấu tạo, phân loại
Sau đây là cấu tạo của một số xilanh khí nén thông dụng .
1 Miếng đệm đầu trục
2 Nam châm
3 Đệm ống ngoài
4 Vỏ ngoài
5 Ống dân thanh
6 Miếng đệm
7 Vỏ bọc mặt trước
8 Mặt dẩn khí
9 Công tắc từ
10 Cần pittong
11 Vòng chống mòn
12 Đệm pittong
Một vài lọai xilanh thông dụng :
- Xilanh tác dụng đơn bằng lò xo :
- Xylanh tác dụng hai chiều, không có bộ phận giảm chấn :
- Xilanh tác dụng hai chiều, có có bộ phận giảm chấn ở cuối khoang chạy .
24
- Xilanh tác dụng hai chiều, dùng công tắc từ .
Ký hiệu

- Xilanh kép có cần piston hai phía ( gọi là xilanh đồng bộ), vì diện tích hai mặt
piston bằng nhau nên lực tác dụng sinh ra cũng bằng nhau .
- Xilanh quay điều khiển bằng van 4/2; 5/2 hay 5/3
2.3.2 Lựa chọn xilanh cho đề tài
Trong hệ thống, ta có hai loại cơ cấu chấp hành, bao gồm hai xilanh tác động
kép và hai xilanh tác động đơn có lò xo tự phục hồi.
a,Lựa chọn xilanh hai trạng thái:
Với xilanh B là xilanh đưa cơ cấu A và phôi vào vị trí, ta cần một xilanh khỏe
nhưng không cần quá nhanh và mạnh, tránh quá trình đưa phôi vào mạnh quá, va
chạm với thành làm hỏng phôi và không bền. Vì vậy, đặt giả thiết là phôi không quá
nặng và cơ cấu A không quá nặng, tổng cộng chừng 150 kg (~ 1500 N), ta chọn loại
cơ cấu đẩy lớn hơn 2000N và không quá 3500 N. Mặc định quãng đường đưa phôi là
400 mm.
25