Tính toán thiết kế và chế tạo cụm trên bàn hút chân không phục vụ cho máy phay CNC (Vacuum Table)

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại đất nước, các ngành kinh tế
nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi các kỹ sư và các cán bộ kỹ thuật có
kiến thức tương đối rộng và phải biết vận dụng sáng tạo những kiến thức đã học
để giải quyết những vấn đề thường gặp trong thực tế.
Đồ án tốt nghiệp đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá trình đào tạo trở
thành người kỹ sư. Quá trình làm đồ án tốt nghiệp giúp cho sinh viên hiểu rõ
hơn về những kiến thức đã được tiếp thu trong quá trình học tập, đồng thời nâng
cao khả năng vận dụng sáng tạo những kiến thức này để làm đồ án cũng như
công tác sau này.
Được sự đồng ý của nhà trường và thầy cô giáo trong khoa em được giao
đề tài tốt nghiệp: “Tính toán thiết kế và chế tạo cụm trên bàn hút chân không
phục vụ cho máy phay CNC (Vacuum Table)’’. Được sự chỉ bảo tận tình của thầy
giáo hướng dẫn Dương Văn Ngụy, em đã hoàn thành được đồ án này.
Trong nội dung của đồ án gồm các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về bàn hút chân không.
Chương 2: Tính toán lựa chọn phương án thiết kế.
Chương 3: Thiết kế QTCN gia công chi tiết tấm trên.
Chương 4: Vận hành và bảo dưỡng.
Mặc dù đã cố gắng để hoàn thành đồ án này, tuy nhiên do kiến thức còn
hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhận
được sự góp ý của các thầy cô và các bạn để đồ án này được tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn y, cùng các thầy cô trong
bộ môn chế tạo máy, khoa cơ khí, đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án
này.


2

Sinh viên thực hiện


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÀN HÚT CHÂN KHÔNG.
1.1. Tổng quan về đồ gá.
1.1.1. Khái niệm trang bị công nghệ.
Trong toàn bộ các trang thiết bị máy móc trong ngành cơ khí chế tạo, ngoài
các máy công cụ ra thì toàn bộ các phụ tùng kèm theo máy gia công để trợ giúp
cho quá trình gia công một cách nhanh chóng và hiệu quả thì được gọi là trang
bị công nghệ. Thực tế các trang thiết bị công nghệ bao gồm:
+
+
+
+
+
+

Đồ gá trên các máy công cụ.
Đồ gá lắp ráp.
Đồ ga đo lường kiểm tra.
Các dụng cụ phụ tùng.
Các loại khuôn.
Các cơ cấu vận chuyển cung cấp phôi.

Trong quá trình chuẩn bị công nghệ cho sản xuất, việc thiết kế toàn bộ các
trang bị công nghệ để sản xuất một sản phẩm có thể chiếm tới 80% khối lượng
lao động, giá thành chế tạo có thể chiếm tới 15-20% giá thành các thiết bị.
Đồ gá là trang bị công nghệ cần thiết trong quá trình gia công, kiểm tra và

lắp ráp sản phẩm cơ khí, dùng để xác định vị trí của phôi so với dụng cụ cắt và
giữ chặt phôi ở vị trí dưới tác dụng của lực cắt trong khi gia công.
Đồ gá góp phần nâng cao mức độ cơ khí hóa và tự động hóa của quá trình
sản xuất cơ khí chính xác. Trên các máy công cụ để cắt gọt được đểu phải tiến
hành quá trình gá lắp chi tiết. Do đó đồ gá là một trang bị công nghệ không thể
thiếu trong quá trình gia công trên máy cắt kim loại.
Cấu tạo chung của đồ gá bao gồm:
−
−
−
−
−
−
−

Bộ phận định vị.
Bộ phận kẹp chặt.
Các cơ cấu truyền lực từ bộ phận tác động đến cơ cấu chấp hành kẹp chặt.
Các cơ cấu dẫn hướng dụng cụ cắt và cơ cấu so dao.
Các cơ cấu quay và phân độ.
Thân (đế) đồ gá.
Các cơ cấu định vị và kẹp chặt.


4

Vai trò và tác dụng của đồ gá:
−

Nâng cao năng suất và độ chính xác gia công vì vị trí của chi tiết so với

máy và dụng cụ cắt được xác định một cách nhanh chóng bằng các bộ phận

−

định vị của đồ gá mà không cần phải vạch dấu hay rà gá mất thời gian.
Mở rộng khả năng công nghệ của các máy công cụ cho phép gia công các
bề mặt phức tạp hay các nguyên công khác nhau trên các máy thông

−

thường.
Nhiều nguyên công đòi hỏi bắt buộc phải có đồ gá mới có thể gia công

−

nhanh chong và đặt được độ chính xác yêu cầu.
Giảm nhẹ điều kiện lao động của công nhân(do được cơ khí hóa), không
cần sử dụng thở bậc cao trong quá trình gia công.
Yêu cầu đối với đồ gá:
Đồ gá trên máy công cụ cần đảm bảo các yêu cầu sau:

−

Kết cấu phải đơn giản, gọn nhé, giá thành chế tạo thấp nhưng vẫn bảo đảm

−

được vai trò của nó trong quá trình gá tặt và gia công.
Đảm bảo được độ chính xác gia công đã cho. Sai số gia công của chi tiết
được gia công trên đồ gá phụ thuộc vào nhiều yếu tố của đồ gá do vậy

người thiết kế phải hiểu được các sai số nào ảnh hưởng nhiều đến sai số gia

−

công đẻ khống chế nó.
Thao tác và sử dụng dễ dàng, an toàn khi làm việc. Cụ thể là phải dễ dàng
thực hiện việc gá đặt chi tiết, kẹp chặt thuận tiện, dễ làm sạch phôi, các chi
tiết quay, các cạnh sắc và các bộ phận nhô ra phải được che chắn cẩn thận.

1.1.2. Phân loại đồ gá.
Đồ gá nói chung thường được chia làm các loại sau:
−
−
−

Đồ gá gia công.
Đồ gá lắp ráp.
Đồ gá đo lương kiểm tra.

Trong đồ án ta tập trung tìm hiểu về đồ gá gia công.
Đồ gá gia công cơ được phân loại như sau:
a) Phân loại theo nhóm máy.


5

Đồ gá theo nhóm máy công cụ bao gồm đồ gá trên máy tiện, máy phay,
máy khoan, máy doa, máy chuốt, máy mài... Tùy theo nhóm máy công cụ mà đồ
gá có các đặc điểm khác nhau.
b) Phân loại theo mức độ chuyên môn hóa.

Theo mức độ chuyên hóa đồ gá được chia thành các loại sau:
Đồ gá vạn năng thông dụng.
Loại đồ gá này dùng để định vị và kẹp chặt các chi tiết có kích thước và hình
dạng khác nhau trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ. Các loại đồ gá này
thường được chế tạo kèm theo các máy công cụ, ví dụ như mâm cặp vạn năng,
eto vạn năng, đầu phân độ vạn năng, bàn xoay...
Đồ gá vạn năng điều chỉnh.
Đồ gá vạn năng điều chỉnh được sử dụng trong sản xuất hàng loạt vừa khi
việc sử dụng đồ gá vạn năng thông dụng không mang lạihiệu quả kinh tế. Đồ gá
vạn năng điều chỉnh bao gồm bộ phận cố định và bộ phận thay đổi hoặc điều
chỉnh lắp ghép lại với nhau. Bộ phận cố định thường là thân đồ gá và các cơ cấu
truyền dộng, bộ phận thay đổi là các chi tiết của đồ gá sử dụng tùy theo hình
dáng và kích thước của chi tiêt cần gia công.
Đồ gá chuyên môn hóa điều chỉnh.
Đồ gá chuyên môn hóa điều chỉnh được hay còn được gọi là đồ gá gia công
nhóm, đây là loại đồ gá dùng để gá đặt các nhóm chi tiết có kích thước và hình
dạng, bề mặt định vị và phương pháp gia công gần như tương tự nhau. Đồ gá
chuyên môn hóa vạn năng cũng gồm hai bộ phận: bộ phận cố định và bộ phận
thay đổi. Bộ phận thay đổi được chế tạo phù hợp với hình dáng và kích thước
nhóm các chi tiết khác nhau và nó có thể dễ dàng lắp ghép lên thân đồ gá (bộ
phận vạn năng).
Đồ gá chuyên dùng.
Là đồ gá chỉ dùng cho một nguyên công nhất định và nó được thiết kế để gia
công một chi tiết nhất định. Các loại đồ gá này cho phép gá đạt nhanh và đạt


6

được độ chính xác gá đặt cao. Do chỉ dùng để chế tạo một chi nhất định nên cần
phải giảm giá thành chế tạo xuống đến mức thấp nhất bằng cách sử dụng các chi

tiết tiêu chuẩn. Nếu sản lượng chi tiết cần gia công nhiều thì giá thành chế tạo đồ
gá trên một đơn vị sản phẩm chi tiết gia công sẽ giảm xuống. Thời gian sử dụng
đồ gá chuyên dùng từ 3-5 năm và trong từng loạt chi tiết nhất định một số chi
tiết của đồ gá bị mòn sẽ được thay bằng các chi tiết tiêu chuẩn mới.
1.2. Đồ gá trên máy CNC.
1.2.1. Đặc điểm của đồ gá trên máy công cụ CNC.
Một trong những đặc điểm chính của máy CNC là độ chính xác của nó rất
cao. Đồ gá trên các máy đó ảnh hưởng rất lớn tới độ chính xác gia công bởi vì
sai số chuẩn khi định vị chi tiết trên đồ gá là một trong những thành phần của sai
số tổng cộng. Đồ gá trên máy CNC phải đảm bảo độ chính xác gá đặt cao hơn
các đồ gá trên máy vạn năng thông thường. Để đảm bảo độ chính xác gá đặt thì
phải chọn chuẩn sao cho sai số chuẩn bằng 0, sai số kẹp chặt phải có giá trị nhỏ
nhất, điểm đặt của lực kẹp phải tránh gây biến dạng cho chi tiết gia công.
Các máy CNC có độ cứng vững rất cao, do đó đồ gá trên các máy đó không
được làm giảm độ cứng vững của hệ thống công nghệ khi sử dụng máy với công
suất tối đa. Điều đó có nghĩa là đồ gá trên máy CNC phải có độ cứng vững cao
hơn các đồ gá thông thường khác. Vì vậy, đồ gá trên máy CNC phải được chế
tạo từ thép hợp kim với phương pháp tôi bề mặt.
Khi gia công trên máy CNC, các dịch chuyển của máy và dao được bắt đầu
từ gốc toạ độ, do đó trong nhiều trường hợp đồ gá phải đảm bảo sự định hướng
hoàn toàn của chi tiết gia công, có nghĩa là phải hạn chế tất cả các bậc tự do.
Điều đó cũng có nghĩa là phải hạn chế tất cả các bậc tự do khi định vị đồ gá trên
máy (phải định hướng đồ gá theo cả hai phương ngang và dọc của bàn máy).
Trên các máy CNC người ta cô gắng gia công được nhiều bề mặt chi tiết
với một lần gá đặt, do đó các cơ cấu định vị và kẹp chặt của đồ gá không được
ảnh hưởng đến dụng cụ cắt khi chuyển bề mặt dụng cụ gia công. Phương pháp
kẹp chặt có hiệu quả nhất là kẹp chặt ở bề mặt đối diện với bề mặt định vị.


7

Yêu cầu đối với chi tiết gia công trên máy CNC:
Chi tiết gia công trên máy CNC có ảnh hưởng đến kết cấu của đồ gá, do đó
nó phải đảm bảo được những yêu cầu sau đây:
+

Chi tiết gia công phải có những bề mặt chuẩn tốt đảm bảo độ chính xác và
độ ổn định gá đặt, đồng thời chi tiết phải có bề mặt thuận tiện cho việc kẹp

+

chặt, không gây biên dạng chi tiết.
Để không phải dùng đồ gá phụ thì chi tiết không nên có những bề mặt

+

nghiêng và góc nghiêng.
Để đảm bảo độ chính xác gá đặt cao, chi tiết cần phải được định vị theo 3
bề mặt. Trong trường hợp này có thể dùng các bề mặt đã qua gia công trên

+

các máy vạn năng để định vị.
Nếu chi tiết gia công không cho phép định vị theo 3 bể mặt thì định vị theo
một bề mặt và hai lỗ, khoảng cách các lỗ phải xa nhau và có độ bóng cấp 7.

Phân loại đồ gá trên máy công cụ CNC.
Cũng giống như cách phân loại đồ gá trên máy gia công cơ, trên máy công cụ
CNC đồ gá được chia thành các loại như sau:
+

+
+
+
+
+

Đồ gá vạn năng không điều chỉnh.
Đồ gá vạn năng điều chỉnh.
Đồ gá chuyên dùng điều chỉnh.
Đồ gá vạn năng lắp ghép.
Đồ gá lắp ghép điều chỉnh.
Đồ gá chuyên dùng.

Đồ gá vạn năng không điều chỉnh.
Loại đồ gá này có các chi tiết đã được điều chỉnh cố định để gá nhiều loại chi
tiết gia công khác nhau trong sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ. Đó là các loại mâm
cặp được dùng để truyền mômen xoắn cho chi tiết gia công.
Có 3 loại mâm cặp thường được dùng trên các máy tiện CNC (ngoài mâm
cặp 3 và 4 chấu thông dụng).


8

Mâm cặp ly tâm (mâm cặp quán tính): Loại mâm cặp này có hai hoặc ba
chấu kẹp. Các chấu kẹp là những chi tiết lệch tâm độc lập với nhau, khi quay
dưới tác dụng của lực ly tâm chúng kẹp chặt chi tiết và nhờ lực cản tự hãm mà
chi tiết gia công không bị xê dịch dù bị tác dụng của lực cắt.
Mâm cặp có chân mặt đầu cứng: Mâm cặp có chân mặt đầu cứng xác định
chính xác mặt đầu của tất cả các chi tiết gia công theo trục z. Lực kẹp chi tiết
sinh gia nhờ mũi tâm sau. Nếu mặt đầu của chi tiết không vuông góc với tâm

của nó thì các mặt đầu ăn vào chi tiết gia công không đều nhau, điều đó làm
giảm mômen xoắn được truyền từ trục chính của máy.

Hình 1.1. Mâm cặp có chân mặt đầu cứng.
1 – Thân; 2 – Lò xo; 3 – Mũi tâm; 4 – Chi tiết tỳ mặt đầu;
5 – Chân mặt đầu bằng hợp kim cứng; 6 – Chi tiết gia công.
Mâm cặp có chân mặt đầu tuỳ động: Các chân mặt đầu có hình dạng tròn
xoay và được lắp vào lỗ có chứa chất dẻo. Khi chi tiết gia công được kẹp chặt từ
mũi tâm sau, mặt đầu bên trái của chi tiết đẩy các chần mặt đầu về bên trái và
làm cho áp lực chất của dẻo tăng lên.
Như vậy, tất cả các chân mặt đầu đều tiếp xúc với mặt đầu của chi tiết gia
công và lực kẹp tác động lên các chân hầu như bằng nhau. Mâm cặp mặt .đầu có
chân tuỳ động tạo ra mômen xoắn lớn hơn so với mâm cặp có chân mặt đầu


9

cứng. Loại mâm cặp này có thể dùng để kẹp chi tiết khi gia công thô. Số chân
mặt đầu có thể là 8,10,12, v.v…

Hình 1.2. Mâm cặp mặt đầu có chân tùy động.
1 – Lò xo; 2 – Thân; 3 – Chất dẻo; 4 – Chân mặt đầu; 5 – Mũi tâm.
Đồ gá vạn năng điều chỉnh.
Kết cấu đồ gá vạn năng điều chỉnh gồm phần đồ gá cơ sở và phần chi tiết
thay đổi điều chỉnh. Các chi tiết thay đổi điều chỉnh có kết cấu đơn giản và giá
thành chế tạo không cao. Đồ gá vạn năng điều chỉnh được sử dụng trong sản
xuất hàng loạt nhỏ, đặc biệt là khi thực hiện gia công nhóm. Trên các máy tiện
CNC đồ gá vạn năng điểu chỉnh là các mâm cặp 3 chấu thay đổi điều chỉnh
(thay đổi các chấu kẹp).
Đồ gá chuyên dùng điều chỉnh.

Đồ gá chuyên dùng điều chỉnh cho phép gá đặt một số loại chi tiết điển hình
có kích thước khác nhau. Kết cấu của đổ gá gồm hai phần chính: phần đồ gá cơ
sở và phần chi tiết thay đổi.
Đồ gá loại này cho phép thay đổi chi tiết gia công ngoài vùng làm việc của
máy. Phạm vi ứng dụng có hiệu quả của đồ gá là trong sản xuất hàng loạt.


10

Hình 1.3. Đồ gá chuyên dùng điều chỉnh.
a) Các dạng chi tiết gia công: l – Kích thước điều chỉnh.
b) Sơ đồ gá đặt: 1 – Thân đế cơ sở; 2,4 – Trục gá;
3,5 – Chi tiết định vị;6 – Rãnh định hướng; 7 – Chốt.
Đồ gá trên hình 1.3 được dùng để gia công các chi tiết dạng càng, dạng chấu
kẹp, v.v…Đồ gá (hình 1.3b) gồm thân đế cơ sở 1, các chi tiết thay đổi: trục gá 2.
trục gá 4, các chi tiết định vị 3 và 5. Đồ gá được định vị trên bàn máy bằng một
đầu của trục gá 2 và chốt 7. Chi tiết gia công được định vị bàng mặt phẳng trên
các chi tiết định vị 3 và 5 với các mặt lỗ trên hai trục gá 2 và 4. Chi tiết được kẹp
chặt bằng hai mũ ốc. Các chi tiết thay đổi 4 và 5 được lắp đặt và điều chỉnh theo
rãnh định hướng 6 của đồ gá. Kích thước điều chỉnh là l (khoảng cách giữa các
tâm lỗ của chi tiết gia công).
Nếu dùng đồ gá để gá đặt chi tiết dạng chấu kẹp theo một lỗ và rãnh then thì
dùng trục gá 2 và chốt then.
Đồ gá vạn năng – lắp ghép.


11

Thành phần của đổ gá vạn năng – lắp ghép là những chi tiết chuẩn được chế
tạo với độ chính xác cao. Các chi tiết này có các rãnh then đế lắp ghép. Sau khi

gia công một loại chi tiết nào đó người ta tháo đồ gá ra và lắp ghép lại để gá đặt
chi tiết khác. Do độ chính xác của các chi tiết rất cao cho nên sau khi lắp ghép
không phải gia công bổ sung.

Hình 1.4. Đồ gá vạn năng lắp ghép.
a) Kết cấu; b) Sơ đồ; c) các chi tiết.
1 – Cơ cấu tỳ với chốt định vị; 2 – Cơ cấu định vị; 3 – Mỏ kẹp;
4 – Đai ốc kẹp; 5, 6, 7 – Phiến tỳ mặt bên, mặt đáy, mặt đầu.
Hình 1.4 là đồ gá vạn năng – lắp ghép. Để tạo thành đồ gá người ta đem các
chi tiết (hình 1.4c) lắp lại với nhau và lấy đế làm chi tiết cơ sở.
Trên các máy phay, máy khoan CNC người ta sử dụng đồ gá vạn năng – lắp
ghép cơ khí với các cơ cấu kẹp thuỷ lực.
Đồ gá vạn năng – lắp ghép được dùng trên các máy CNC trong điều kiện sản
xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ.
Đồ gá lắp ghép điều chỉnh.


12

Loại đồ gá này được dùng trên các máy phay CNC hoặc các máy khoan
CNC. Trên chi tiết cơ sở (đế đồ gá) người ta gia công các hệ lỗ đê lắp ghép các
chi tiết định vị và kẹp chặt khi muốn tạo thành đồ gá mới (trên đế đồ gá vạn
năng- lắp ghép có các rãnh để lắp ghép).

Hình 1.5. Đế đồ gá lắp ghép điều chỉnh.
Đồ gá chuyên dùng.
Thông thường loại đồ gá này được sử dụng trong sản xuất hàng loạt lớn và
hàng khối. Kết cấu của đổ gá chỉ được dùng để gia công một loại chi tiết nhất
định. Trên các máy CNC loại đồ gá này chỉ được dùng trong những trường hợp
không thể dùng được các loại đồ gá điều chỉnh. Kết cấu của đồ gá như vậy phải

thật đơn giản để nâng cao hiệu quả kinh tê khi sử dụng.


13

Hình 1.6. Đồ gá chuyên dùng.
1.2.2. Một số loại đồ gá thông dụng trên máy phay CNC.
a) Eto.
Eto: Ê tô là một dụng cụ kẹp dùng để giữ chặt các chi tiết trong gia công
sữa chữa và lắp ráp, giúp thợ cơ khí thực hiện công việc một cách dễ dàng hơn.
Ê tô có cấu tạo gồm hai hàm song song, một hàm cố định và một số khác có thể
di chuyển, được luồn vào và ra bằng một con vít và cần gạt hoặc cam. Ê tô xây
dựng cho phay, khoan, tạo hình, mài và nhiều ứng dụng máy khác.
Phân loại. Dựa theo các phương pháp tạo ra lực kẹp, êtô được chia thành nhiều
loại sau:
+
+
+
+

Ê tô thực hiện lực kẹp bằng tay quay.
Ê tô thực hiện lực kẹp bằng vít-đai ốc.
Ê tô thực hiện lực kẹp bằng khí nén.
Ê tô thực hiện lực kẹp bằng thủy lực.

Cấu tạo. Ê tô bao gồm cac bộ phận chính như sau:
+

Thân ê tô.
Hàm kẹp (hàm cố định và hàm di động) để giữ cũng như kẹp các chi tiết

+

gia công.
Cơ cấu sinh lực kẹp.

+

Đặc điểm của eto.


14

+
+

Tinh luyện từ thép hợp kim với độ cứng khoảng 50-60 RC.
Tay quay thường làm từ vật liệu Chromed, có khả năng chống gỉ sét.
Ê tô đa năng còn có thể quay được ngang hay thẳng đứng tạo ra nhiều góc

+

nghiêng rất thuận tiện trong việc gia công các bề mặt nghiêng của chi tiết.
Chi tiết được kẹp có thể dịch chuyển dọc theo hai trục Z và X.

+

Vai trò, công dụng: Ê tô là thiết bị công nghệ vạn năng được sử dụng trong gia
công các chi tiết đơn chiếc hoặc sản xuất loạt nhỏ. Ê tô là công cụ sử dụng phổ
biến trong gia công ngành cơ khí. Đối với các xưởng gia công cơ khí thì Ê tô

được dùng để kẹp các chi tiết cho các thợ sửa chữa nguội. Đối với các bàn máy
được kết hợp cùng với ê tô làm nhiệm vụ kẹp chặt chi tiết trong quá trình gia
công cơ.

Hình 1.7. Một số loại eto.
b) Bàn từ gá đặt phôi trên máy phay CNC.
Bàn kẹp từ cho máy CNC có từ tính rất manh, lực từ tạo ra tương đương
với áp lực 25kg/cm2 hoặc lớn hơn rất nhiều. Bàn từ được sử dụng rất nhiều trong
các máy phay CNC hoặc máy phay cơ và người vận hành máy muốn rút ngắn


15

thời gian gá đặc phôi, ngoài việc sử dụng trên các máy CNC còn có thể dùng để
gá trên các loại máy mài hay may khoan
Bàn từ cho máy phay hoạt động với một lực gá kẹp rất lớn không hề thua
kém gì so với thiết bị đồ gá thông thường. Đây là một sản phẩm cải thiện hiệu
suất đáng kể cho người vận hành máy CNC khi nó đảm bảo được: Tốc độ, dễ
dàng, liên tục, chính xác cao, đồng bộ.
Lực hút từ tường được tạo ra thông qua việc kết hợp những ô vuông cực từ.
Mật độ phân bố những ô vuông cực từ này rất dày đặc nên tạo ra một lực rất lớn
và đảm bảo được độ chính xác cao trong quá trình gá phôi lên bàn máy. Khi sử
dụng bàn từ để gá đặt hoàn toàn có thể gá bất kỳ tấm phôi nào có độ dày từ 2mm
trở lên.

Hình 1.8. Bàn kẹp từ.
Bàn kẹp phôi từ tính là một thiết bị được thiết kế với mục đích giảm thời
gian gá đăt phôi lên máy CNC, phù hợp sử dụng cho một số trường hợp đặt biệt
trong gia công cơ khí như:
+

Gia công hàng loạt và liên tục, số lượng lớn các chi tiết giống nhau: Sử
dụng bàn từ sẽ không cần phải tốn thời gian gá đặt theo kiểu truyền thống,

+

mà thay vào đó chỉ cần đặt phôi vào bàn từ và khóa lại là đã gá được phôi.
Gia công phay toàn bộ bề mặt phôi: Một số trường hợp gia công rất khó
khăn hoặc không thể gá được phôi lên bàn máy vì không có vị trí để đồ gá


16

kẹp vào. Việc sử dụng bàn từ sẽ giúp phôi cố định thông qua mặt đấy phôi
+

tiếp xúc với mặt bàn từ.
Không đủ diện tích để kẹp phôi: Trong khi gia công sẽ gặp một số trường
hợp diện tích mặt bên của phôi không đủ để kẹp Ê tô nên sử dụng bàn từ rất

+

thích hợp.
Sử dụng bàn từ sẽ tùy biến rât cao bằng cách kết hợp với nhiều loại đồ gá
khác, dụng cụ kẹp hay ê tô.

Ưu điểm của bàn kẹp từ tính:
+
+
+

+
+
+

Tạo ra lực từ rất lớn.
Không tiêu thụ điện, không sinh ra nhiệt.
An toàn cho người sử dụng và rất dễ dàng sử dụng.
Gá đặt chính xác và tiết kiệm thời gian.
Hoàn toàn không cần sử dụng đến điện nên rất an toàn.
Không cần phải sử dụng đến máy nén khí như bộ đồ gá sử dụng khí nén.
Tuy có nhiều ưu điểm như trên nhưng bàn kẹp từ lại có nhược điểm rất lớn

là chỉ phù hợp với vật liệu có từ tính, đối với các loại vật liệu không có từ tính
như nhôm, hợp kim nhôm và các kim loại màu khác thì bàn kẹp từ không thể
ứng dụng được.
1.3. Tính cấp thiết của đồ án.
Vấn đề đặt ra:
Hiện nay, với các loại đồ gá thông dụng ta có thể gá kẹp hầu hết các loại
chi tiết gia công với các kích thước, hình dạng khác nhau. Tuy nhiên, hiện nay
để có thể gá đặt và kẹp chặt các chi tiết dạng tấm mỏng, dẹt vẫn còn khá khó
khăn.
Các chi tiết có thành mỏng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực do
trọng lượng nhẹ, tiết kiệm vật liệu và cấu trúc nhỏ gọn của nó. Nhưng để gia
công CNC cho các chi tiết có thành mỏng tương đối khó, vì nó dễ biến dạng
trong quá trình tiện do độ cứng và độ bền kém, khiến cho việc duy trì chất lượng
gia công tốt trở nên khó khăn. Các yếu tố khiến các chi tiết có thành mỏng bị
biến dạng có thể kể đến như:


17

+

Lực: Do thành mỏng của phôi, dễ tạo ra biến dạng dưới lực kẹp, ảnh

+

hưởng đến độ chính xác kích thước và độ chính xác hình dạng của phôi.
Nhiệt: Vì phôi mỏng hơn, cắt nhiệt sẽ gây biến dạng nhiệt và làm cho kích

+

thước phôi khó kiểm soát.
Rung động: Dưới tác động của lực cắt (đặc biệt là lực cắt xuyên tâm), dễ
tạo ra rung động và biến dạng, ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước,
hình dạng, độ chính xác vị trí và độ nhám bề mặt của phôi.
Nếu sử dụng phương pháp kẹp thông thường để gia công các chi tiết có

thành mỏng, nó sẽ tạo ra biến dạng lớn và có thể đảm bảo độ chính xác gia công.
Vì vậy, đối với các chi tiết có thành mỏng, phương pháp kẹp thường như sau:
Tăng bề mặt đỡ và diện tích kẹp của phôi, hoặc tăng điểm kẹp để làm cho
lực đồng đều, và giảm ứng suất kẹp và ứng suất tiếp xúc. Nếu cần, thêm các đồ
gá phụ hỗ trợ để tăng cường độ cứng của phôi. Nhưng phương pháp này có
những hạn chế trong ứng dụng và sẽ gây lãng phí vật liệu.
Tăng điểm kẹp hoặc diện tích để giảm hoặc đồng nhất hóa biến dạng của
các chi tiết bằng cách tăng điểm kẹp hoặc diện tích. Chẳng hạn như: sử dụng
móng vuốt đặc biệt hoặc kẹp vòng chuyển tiếp mở. Sử dụng mâm cặp tự định
tâm bằng nhựa lỏng hoặc kẹp mâm cặp lò xo. Sử dụng kẹp chuyển lực, vv
Bằng cách thay đổi kẹp xuyên tâm sang kẹp dọc trục, lực kẹp tác động lên
trục với độ cứng lớn hơn, do đó tránh được biến dạng xuyên tâm lớn.
Giải pháp:

Để giải quyết những khó khăn gặp phải khi gá kẹp các chi tiết dạng tấm
dẹt, các chi tiết có thành mỏng, hiện nay có những loại đồ gá có thể đáp ứng yêu
cầu. Bàn kẹp từ tính là loại đồ gá có thể giải quyết được các khó khăn đó, tuy
nhiên bàn kẹp từ lại có nhược điểm rất lớn là chỉ phù hợp với vật liệu có từ tính,
đối với các loại vật liệu không có từ tính như nhôm, hợp kim nhôm và các kim
loại màu khác thì bàn kẹp từ không thể ứng dụng được. Do đó cần có một loại
đồ gá có thể giải quyết vấn đề đó. Một loại đồ gá có thể dễ dàng gá kẹp chi tiết
mà không biệt vật liệu từ tính hay phi từ tính.


18

Hình 1.9. Bàn hút chân không.
Bàn hút chân không là bàn gá kẹp lợi dụng lực hút chân không để ép vật
liệu vào bàn máy. Bàn hút chân không hiện nay được sử dụng nhiều trong gia
công cơ khí, đặc biệt trong việc gá kẹp các chi tiết dạng tấm dẹt, các chi tiết
dạng thành mỏng. Bàn hút chân không có thể gá kẹp được nhiều loại vật liệu
khác nhau kể cả các loại vật liệu từ tính hay phi từ tính, qua đó giải quyết được
nhược điểm của bàn kẹp từ.
1.4. Ứng dụng của bàn hút chân không.
Hệ thống hút chân không ra đời đem lại giải pháp mới cho việc gá kẹp chi
tiết trong gia công cơ khí đặc biệt là gia công các chi tiết mỏng bằng nhôm,
nhựa, gỗ,… đặc biệt là các chi tiết phi từ tính, mỏng, các chi tiết dễ biến dạng.
Với ứng dụng này, chi tiết có thể được gá kẹp nhanh hơn, lực hút khỏe
(1kg/cm2) và phân bố đều trên bề mặt bàn hút, đây cũng là hình thức kẹp an toàn
và không ảnh hưởng đến chi tiết cần gia công.
Hệ thống bàn hút chân không được sử dụng trên các loại máy công cụ,
máy CNC. Trên các loại máy phay CNC hiện nay bàn hút chân không được coi
là giải pháp tối ưu cho việc gá kẹp các chi tiết mỏng, dễ biến dạng hay các loại
vật liệu phi từ tính mà bàn kẹp từ không thể sử dụng được. Không chỉ được sử

dụng trên các máy công cụ gia công kim loại, hệ thống bàn hút chân không còn


19

được sử dụng rộng rãi trên các máy gia công vật liệu gỗ. Hiện nay bàn hút chân
không được chế tạo với nhiều chủng loại, kích thước khác nhau. Có những bàn
hút được chế tạo để phù hợp với việc gá đặt kẹp chặt một loại chi tiết nhất định.

Hình 1.10. Sử dụng bàn hút chân không trên máy phay CNC.
1.5. Một số dạng bàn hút chân không.
Hiện nay có 2 dạng bàn hút chân không phổ biến sau:
Bàn hút chân không dạng lỗ lưới.
Đây có một lưới các lỗ khoan được phân bố trong một khoảng cách nhất
định trên toàn bộ bề mặt của tấm chân không. Bơm chân không hoạt động ở đây
với một thể tích lớn với áp suất chênh lệch cao, đặt ra yêu cầu rất lớn đối với
hiệu suất của bơm chân không.

Hình 1.11. Bàn hút chân không lỗ lưới.


20

Bơm chân không có yêu cầu năng lượng lớn (tối thiểu 4kw / m 2). Lực giữ
lại nhẹ hơn do rò rỉ lớn hơn so với bàn hút chân không lưới. Tấm lót cao su đục
lỗ tương tự để đảm bảo rằng bề mặt bàn chân không không bị hư hại trong quá
trình phay qua phôi. Đồng thời, tấm lót cao su đục lỗ có tác dụng làm tăng hệ số
ma sát và cũng hoạt động như một miếng đệm giới hạn xung quanh phôi.
Bàn hút chân không rãnh lưới.
Bề mặt của bàn chân không rãnh lưới gồm các rãnh nhỏ để lắp gioang cao

su và các lỗ thông với khoang chân không. Khi lắp gioang cao su vào phần rãnh
có thể tạo ra một ranh giới hạn chế xung quanh các lỗ thông khí.

Hình 1.12. Bàn hút chân không rãnh lưới.
Với hệ rãnh thì việc xác định vùng gia công trở nên dễ dàng và thuận tiện
hơn so với bàn hút chân không lưới lỗ. Các lỗ khí được khoan thông với các
khoang chân không riêng biệt nên không cần sử dụng bơm chân không công
suất quá lớn. Khả năng rò rỉ chân không thấp hơn so với loại lưới lỗ, lực kẹp
cũng lớn hơn.


21

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT
KẾ.
2.1. Phân tích chọn phương án thiết kế.
Cơ sở lý thuyết:
Với máy phay CNC, bàn bút chân không là loại đồ gá được sử dụng để gá
kẹp các chi tiết dạng tấm mỏng dẹt, dễ biến dạng đây là những chi tiết mà với
phương pháp thông thường sẽ gặp rất nhiều khó khăn cho việc định vị, gá kẹp.
Bàn hút chân không là bàn gá kẹp lợi dụng lực hút chân không để ép vật
liệu vào bàn máy. Đây là một hệ thống để giữ phôi trong gia công, thiết bị này
bao gồm một đầu bàn đục lỗ có chứa buồng chân không và bơm chân không để
giữ cho buồng chân không dưới áp suất xung quanh. Chi tiết được đặt trên đỉnh
của buồng chân không và do đó được giữ bởi chênh lệch áp suất giữa buồng
chân không và không khí bên ngoài. Bàn hút hoạt động bằng cách điều khiển áp
suất khí quyển để cung cấp lực ép chặt phôi lên bề mặt cố định. Điều này làm
tăng ma sát tĩnh chống lại lực của máy cắt. Áp suất khí quyển là 1 bar cho phép
lực kẹp xấp xỉ 14 PSI. Để sử dụng bàn chân không, người ta phải đặt chi tiết lên
bàn và sử dụng các gioang cao su xung quanh vùng gia công để giảm thiểu việc

mất chân không đến áp suất khí quyển. Điều này tối đa hóa lực cho công việc
trong bất kỳ trạng thái nào mà bàn có thể được giữ.
2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
a) Cấu tạo:
Cấu tạo của hệ thống bàn hút chân không thường được cấu tạo gồm :
+
+
+
+

Động cơ hút.
Bàn hút.
Van đo áp.
Ống, van đóng mở.
Động cơ hút: Bộ phận này là nơi tạo áp lực để ép chặt chi tiết vào bàn máy.

Tuỳ các loại động cơ khác nhau để lựa chọn lực hút phù hợp. Hiện nay trên thị
trường có các loại động cơ hút như: bơm chân không vào dầu, bơm chân không


22

vào nước... tuỳ vào hiện trạng chi tiết mà chọn loại bơm cũng như công suất
máy phù hợp để vừa hiệu quả và tiết kiệm chi phí.
Van đo áp: Bộ phận này dùng để đo được áp suất mà động cơ hút tạo ra,
tuỳ vào từng kích thước chi tiết mà sử dụng áp suất cũng khác nhau. Van đo áp
là bộ phận hiển thị áp suất mà động cơ hút đạt được, từ đó mà điều chỉnh, kiểm
soát được áp lực phù hợp với chi tiết tránh các hiện tượng thừa hoặc thiếu áp.
Ống dẫn khí, van đóng mở: Để dẫn khí từ động cơ hút đến bàn hút thì
cần hệ thống ống hút cũng như van đóng mở. Tuỳ vào vùng gia công của chi tiết

để cấp khí vào đó, để làm được điều đó ta cần dùng các van đóng mở linh hoạt.
Bàn hút: Bàn hút là bộ phận để gá đặt chi tiết lên bề mặt, có yêu cầu cao
về độ phẳng cũng như độ nhám để có thể giữ chặt chi tiết, không chi khí thoát ra
ngoài. Bàn hút có thể làm bằng vật liệu nhôm hoặc thép tuỳ vào vật liệu gia
công. Nó được cấu tạo gồm 2 bộ phận chính là cụm trên và cụm dưới.
Cụm dưới được tạo ra các hốc cũng như có lỗ để dẫn khí từ máy hút đến
bàn hút và cũng là bộ phận để gá vào bàn máy.
Cụm trên người ta tạo ra các rãnh để cũng như khoan các lỗ có kích thươc
phù hợp để hút chi tiết kẹp chặt vào.khoảng cách giữa các mắt lưới tuỳ thuộc
vào độ dày vật liệu gia công. Rãnh đặt gioăng tuỳ thuộc vào kích thước gioăng
sử dụng, thông thường người ta hay chọn các loại gioăng silicol mềm để tăng độ
kín khít. Khi gá đặt tuỳ vào kích thước của chi tiết để sử dụng các gioăng cao su
khoanh vùng chi tiết, các gioăng cao su này để khí sẽ không thoát ra được trong
quá trình kẹp chặt.

Hình 2.1. Cấu tạo bàn hút chân không.


23

b) Nguyên lý hoạt động:
Hệ thống bàn hút chân không được dùng để gá kẹp các chi tiết phẳng,
mỏng, dễ biến dạng. Nguyên lý hoạt động của bàn hút dựa trên cơ cấu kẹp bằng
chân không là tạo ra một khoảng chân không phía dưới chi tiết để kẹp chặt nó.

Hình 2.2. Sơ đồ của cơ cấu kẹp chặt bằng chân không.
1 – Vỏ đồ gá; 2 – Chi tiết gia công; 3 – Miếng đệm cao su.

Hình 2.3. Sơ đồ tính miếng đệm cao su.
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu như sau: chi tiết gia công 2 được gá trên các

miếng đệm cao su 3, các miếng đệm cao su này được đặt trong các rãnh của vỏ
đồ gá 1 và nhô lên một lượng ∆H (hình 2.3). Khi hút hết không khí ở vùng A ra,
chi tiết gia công bị nén xuống do áp suất của không khí bên ngoài, làm cho các
miếng đệm cao su 3 bị biến dạng, khe hở ∆H bị triệt tiêu. Khả năng tiếp xúc của
chi tiết gia công 2 với vỏ đồ gá 1 phụ thuộc vào các yếu tố như độ biến dạng của
miếng đệm, độ bóng của bề mặt chi tiết, kích thước và hình dạng miếng đệm,
vật liệu miếng đệm, v.v...


24

Chi tiết gia công được gá đặt trên bề mặt của tấm trên. Bàn hút chân không
hoạt động khi động cơ hút chân không được bật, không khí được hút ra thông
qua các van khí nối với hốc khí của tấm dưới. Không khí lưu thông trong các
rãnh của tấm trên được rút ra, áp suất giảm dần về mức tối thiểu. Khi đó dưới tác
dụng của áp suất khí quyển chi tiết được ép chặt trên bề mặt tấm trên.

Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bàn hút chân không.
Để sử dụng bàn chân không phải đặt chi tiết lên bàn và sử dụng các gioang
cao su xung quanh vùng gia công để giảm thiểu việc mất chân không đến áp suất
khí quyển. Điều này tối đa hóa lực cho công việc trong bất kỳ trạng thái nào mà
bàn hút có thể được giữ.
Sau khi chi tiết được định vị trên mặt bàn hút, vùng gia công được xác định và
cố định bằng các giaong cao su đặt vào các rãnh của bàn hút, hệ thống hoạt động
không khí trong các khoang khí được rút ra theo các đường ống dưới tác dụng
của động cơ hút hay bơm chân không. Áp suất tại khoang khí và vùng gia công
được giới hạn giảm dần và thấp hơn so với áp suất khí quyển. Áp lực không khí
bên ngoài tác dụng vào chi tiết gia công, ép chặt nó xuống mặt bàn hút.
2.1.2. Yêu cầu đối với sản phẩm:
Nguyên lý hoạt động chính của bàn hút chân không là tạo ra một khoảng

chân không phía dưới chi tiết để kẹp chặt nó dưới tác dụng của áp suất không


25

khí bên ngoài chính vì vậy thì độ kín khít giữa chi tiết cần gia công và đồ gá là
yếu tố rất quan trọng.
Đảm bảo độ bóng bề mặt đạt yêu cầu để hai tấm khi lắp ghép lại với nhau
không để khí lọt ra bên ngoài. Đảm bảo hình dáng và độ biến dạng của gioăng
cao su đặt vào khe hở dưới chi tiết có độ biết dạng thích hợp để kín khí.
Diện tích bề mặt để gá kẹp chi tiết gia công phải đảm bảo phù hợp với
nhiều loại chi tiết với hình dáng khác nhau. Dễ dàng thao tác, gá kẹp chi tiết gia
công.
Bàn hút chân không khi đưa vào sử dụng cần được gá đặt chắc chắn trên
bàn máy để đảm bảo quá trình gia công chi tiết không bị xê dịch gây nguy hiểm
trong thao tác của người vận hành máy.
Hình dáng sản phẩm phải thuận lợi cho quá trình sản xuất lắp đặt cũng như
tiết kiệm được vật liệu.
Có thể tháo ra bảo dưỡng sửa chưa dễ dàng.
−

Công thức tính toán:

Lực kẹp được tính theo công thức sau:
w = ( pa − p0 ) .F − p y [ kG ]

(2.1)

Trong đó:
Pa – Áp suất không khí (4÷5 kG/cm2).

P0 – Áp suất dư trong buống chân không sau khi hút hết không khí
P0 = (0,01÷0,015 Mpa = 0,1÷0,15 kG/cm2).
F – Diện tích bên trong vùng giới hạn bởi các gioang cao su (cm2).
Py – Lực đàn hồi của gioang (kG).
Những dạng bàn hút chân không đang được sử dụng phổ biến hiện nay:
−
−

Bàn hút chân không rãnh lưới.
Bàn hút chân không lỗ lưới.

So với bàn hút chân không dạng lỗ lưới, thì dạng rãnh lưới có khả năng
tạo lực kẹp lớn hơn, yêu cầu bơm chân không công suất không quá lớn
nhưng vẫn cho hiệu suất cao.