Thiết kế hệ thống khoan gỗ tự động cho DNTN Kim Long 2

THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG


LỜI CÁM ƠN

Chúng con xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến ba mẹ, người đã
sinh thành, nuôi dưỡng, chăm sóc và tạo mọi điều kiện để chúng con được cắp sách
đến trường.
Chúng tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Th.S Phạm Văn
Toản đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm thực tế và cung cấp tài liệu
tạo điều kiện cho chúng tôi thực hiệ
n đề tài nghiên cứu khoa học này.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, phòng đào tạo, ban chủ nhiệm
khoa Cơ Điện trường Đại học Lạc Hồng đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho
chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học này.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn tập thể giảng viên khoa Cơ Điện trường Đại
Học Lạc Hồng đã tận tình giảng dạy và truyề
n đạt những kiến thức quý báu cho chúng
tôi trong suốt quá trình học Đại Học.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG


MỤC LỤC

Trang
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................1
PHẦN NỘI DUNG ........................................................................................................2
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................................2
1.1 Mặt hàng thủ công mỹ nghệ .....................................................................................2
1.1.1 Nguyên vật liệu của mặt hàng thủ công mỹ nghệ .........................................2
1.1.2 Sản phẩm thủ công mỹ nghệ. ........................................................................2
1.2 Quy trình sản xuất sản phẩm: kệ hoặc vali...............................................................4
1.3 Quy trình khi người công nhân khoan gỗ bằng tay..................................................5
1.4 Kiến thức cơ bản về vật liệu gỗ................................................................................5
1.5 Quá trình cắt và các yếu tố cắt khi khoan.................................................................7
1.6 Lý thuyết về khí nén...............................................................................................13

1.6.1 Cấu trúc của hệ thống truyền động bằng khí nén........................................13
1.6.2 Các yêu cầu về khí nén................................................................................14
1.7 Hệ thống khí nén. ...................................................................................................15
1.7.1 Máy nén khí.................................................................................................15
1.7.2 Xilanh tác động đơn. ...................................................................................15
1.7.3 Xilanh tác động kép....................................................................................17
1.7.4 Van đảo chiều 5/2........................................................................................20
1.7.5 Van tiết lưu..................................................................................................21
1.8 Các thiết bị chỉ báo.................................................................................................23

CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG TẠI DOANH NGHIỆP.............................................24



THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
......................................................................................................................................28
3.1 Cơ sở thiết kế hệ thống khoan gỗ trong sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ.............28
3.2 Phương án thiết kế cơ khí.......................................................................................29
3.2.1 Phương án thiết kế cơ cấu cấp gỗ................................................................29
3.2.2 Phương án thiết kế cơ cấu kẹp gỗ................................................................34
3.2.3 Phươ
ng án thiết kế cơ cấu khoan gỗ............................................................36
3.2.4 Phương án thiết kế cơ cấu gạt gỗ.................................................................39

3.3 Lựa chọn thiết bị.....................................................................................................44
3.3.1 Xilanh đẩy gỗ ..............................................................................................44
3.3.2 Xilanh kẹp gỗ ..............................................................................................44

3.3.3 Xilanh đẩy dàn khoan..................................................................................45

3.3.4 Xilanh gạt gỗ ...............................................................................................46

3.3.5 Động cơ khoan ............................................................................................47
3.3.6 Động cơ kéo băng tải...................................................................................47
3.3.7 Cảm biến từ dùng cho xilanh và công tắc hành trình..................................48
3.4 Thiết kế phần điều khiển. .......................................................................................48
3.5 Ưu - nhược điểm khi khoan gỗ bằng máy khoan tự động......................................51
3.6 So sánh năng suất – hiệu quả kinh tế......................................................................52
3.7 Một số hình ảnh thực tế của hệ thống máy khoan gỗ tự

động................................53
PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..........................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................56





THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU
A. HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Nguyên vật liệu từ cây mây – tre – lá. ............................................................2
Hình 1.2 Các sản phẩm: kệ, vali....................................................................................3
Hình 1.3 Các sản phẩm: giỏ đựng hoa quả...................................................................3
Hình 1.4 Laptop có vỏ ngoài làm từ tre thiên nhiên .....................................................4
Hình 1.5 Sơ đồ khối các công đoạn chính hoàn thành sản phẩm kệ hoặc vali .............4
Hình 1.6 Sơ đồ khối các công đoạn khoan hai lỗ cho thanh gỗ bằng tay. ....................5
Hình 1.7 Nguyên liệu gỗ. ...............................................................................................
7
Hình 1.8 Các yếu tố của chế độ cắt khi khoan. .............................................................7
Hình 1.9 Lực cắt khi khoan............................................................................................9
Hình 1.10 Máy nén khí.................................................................................................15
Hình 1.11 Ký hiệu xilanh tác động đơn .......................................................................16
Hình 1.12 Tải trọng lên cần Piston..............................................................................19
Hình 1.13 Trạng thái 0 của van 5/2.............................................................................20

Hình 1.14 Trạng thái van 5/2 có tín hiệu tác động......................................................20
Hình 1.15 Cấu tạo van tiết lưu hai chiều có tiết diện thay đổi....................................21
Hình 1.16 Cấu tạo và ký hiệu van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay..................22

Hình 1.17 Hình dạng thực tế van tiết lưu một chiều của hãng Festo..........................22
Hình 2.1 Khoan gỗ bằng máy khoan bàn tại DNTN Kim Long...................................24

Hình 2.2 Các thanh gỗ có kích thước 20 x 20 x 300 mm.............................................25

Hình 2.3 Dùng máy khoan bàn hoặc khoan tay để khoan lỗ.......................................25

Hình 2.4 Người thợ mất nhiều thời gian canh chỉnh cữ. .............................................26

Hình 2.5 Thanh thép chữ U được bắt vào thanh gỗ ....................................................26



THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
Hình 2.6 Khung kệ hoàn chỉnh ....................................................................................27

Hình 2.7 Thợ thủ công đang thực hiện công đoạn đan lát. .........................................27

Hình 3.1 Thanh gỗ dùng làm khung kệ........................................................................28
Hình 3.2 Kích thước và các hình chiếu của thanh gỗ..................................................28
Hình 3.3 Cơ cấu cấp gỗ ...............................................................................................30
Hình 3.4 Bản vẽ tách chi tiết cơ cấu cấp gỗ. ...............................................................30
Hình 3.5 Kích thước của phễu cấp gỗ. ........................................................................31
Hình 3.6 Cơ cấu băng tải.............................................................................................31
Hình 3.7 Cơ cấu băng tải có gai dọ
c...........................................................................32
Hình 3.8 Xilanh đẩy gỗ................................................................................................32
Hình 3.9 Thanh dẫn hướng..........................................................................................32
Hình 3.10 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp gỗ .....................................................33
Hình 3.11 Cơ cấu kẹp gỗ .............................................................................................34

Hình 3.12 Bản vẽ lắp ráp các chi tiết của cơ cấu kẹp gỗ. ...........................................34

Hình 3.13 Hai thanh sắt vuông lồng vào nhau............................................................35

Hình 3.14 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu kẹp gỗ .....................................................35
Hình 3.15 Bộ khung của cơ cấu khoan........................................................................36
Hình 3.16 Cơ cấu khoan gỗ. ........................................................................................36
Hình 3.17 Bản vẽ tách chi tiết cơ cấu khoan gỗ. .........................................................37
Hình 3.18 Bộ phận khoan ............................................................................................37
Hình 3.19 Bản vẽ tách chi tiết bộ phận khoan.............................................................38
Hình 3.20 Nguyên lý hoạt động của c
ơ cấu khoan gỗ.................................................38
Hình 3.21 Cơ cấu gạt gỗ đã khoan..............................................................................39
Hình 3.22 Bản vẽ tách chi tiết cơ cấu gạt gỗ đã khoan ...............................................39
Hình 3.23 Rãnh dẫn hướng thanh gỗ...........................................................................40


THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
Hình 3.24 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu gạt gỗ......................................................40
Hình 3.25 Hệ thống máy khoan gỗ tự động hoàn chỉnh..............................................41
Hình 3.26 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống máy khoan gỗ tự động ................................41
Hình 3.27 Bản vẽ tách chi tiết hệ thống máy khoan gỗ tự động..................................42
Hình 3.28 Khung bàn đặt hệ thống..............................................................................42
Hình 3.29 Các hình chiếu và kích thước khung bàn đặt hệ th
ống...............................43
Hình 3.30 Xilanh đẩy gỗ. .............................................................................................44
Hình 3.31 Xilanh kẹp gỗ. .............................................................................................45
Hình 3.32 Xilanh đẫy dàn khoan. ................................................................................46
Hình 3.33 Xilanh gạt gỗ...............................................................................................46
Hình 3.34 Động cơ khoan............................................................................................47

Hình 3.35 Động cơ kéo băng tải..................................................................................47
Hình 3.36 Cảm biến từ dùng cho xilanh và công tắc hành trình.................................48
Hình 3.37 Biểu đồ trạng thái của hệ thống. ................................................................50
Hình 3.38 S
ơ đồ mạch khí nén.....................................................................................50
Hình 3.39 Sơ đồ mạch điều khiển. ...............................................................................51
Hình 3.40 Sơ đồ mạch động lực...................................................................................51
Hình 3.41 Hình ảnh thực tế của hệ thống đã được thiết kế.........................................53
Hình 3.42Xilanh đẩy gỗ...............................................................................................53

Hình 3.43 Phễu cấp gỗ ................................................................................................53

Hình 3.44 Thanh gỗ được đẩy vào vị trí kẹp ...............................................................53

Hình 3.45 Thanh gỗ được kẹp bởi Xylanh kẹp. ...........................................................53

Hình 3.46 Động cơ khoan lỗ........................................................................................54

Hình 3.47 Xilanh gạt gỗ ra thùng chứa.......................................................................54
Hình 3.48 Tủ điện điều khiển.......................................................................................54


THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG

B. BẢNG BIỂU
Bảng đơn vị thứ nguyên tính lực ..................................................................................16
Bảng mã màu VDI/ VDE 0113/57113.........................................................................23
- 1 -

THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG

PHẦN MỞ ĐẦU



Mặt hàng thủ công mỹ nghệ hiện nay đang rất phát triển tại Biên Hòa và nhiều
nơi khác có giá trị xuất khẩu cao. Trong đó để làm ra các sản phẩm như: kệ, vali, …
phải thông qua công đoạn làm khung. Trong công đoạn này phải tiến hành các bước
như cắt cây, khoan cửa, ghép khung…. Và hầu hết các doanh nghiệp đang sản xuất
dưới hình thức là thủ công. Vì vậy năng suất thấp đồng thời gây ra sai số lớn
đặc biệt
là công đoạn khoan cửa kệ hoặc vali. Khi khoan cửa người công nhân thường dùng
máy khoan bàn và tốn rất nhiều thời gian cho việc khoan, làm cử. Thiết kế hệ thống
máy khoan gỗ tự động từ khâu cấp liệu đến khoan hai lỗ cho thanh gỗ cung cấp cho
các công đoạn tiếp theo, hệ thống còn có thể thay đổi khoảng cách giữa hai lỗ một
cách nhanh chóng. Do đó việc tăng năng suất sản xuất, nâng cao
độ chính xác, giảm
tối thiểu các sai lệch trong quá trình khoan gỗ là yêu cầu cần thiết đối với các doanh
nghiệp sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ.
Được sự chấp thuận của Hội đồng khoa học và đào tạo khoa Cơ Điện trường
Đại học Lạc Hồng, đề tài được mang tên: “Thiết kế hệ thống máy khoan gỗ tự động”.
Đề tài được tiến hành dưới sự h
ướng dẫn của Th.S Phạm Văn Toản, các sinh
viên thực hiện: Nguyễn Thành Chung và Lưu Đăng Khoa.
Nội dung thực hiện của đề tài là ứng dụng tự động hóa để thực hiện công việc
khoan hai lỗ cho thanh gỗ cung cấp cho các doanh nghiệp sản xuất mặt hàng thủ công
mỹ nghệ. Hệ thống sẽ đảm bảo độ chính xác của hai lỗ khoan trên thanh gỗ cao hơn so
với các thanh gỗ sau khi được người công nhân ti
ến hành khoan bằng tay.
Mục đích của đề tài là nâng cao độ chính xác của hai lỗ khoan trên thanh gỗ và

nâng cao năng suất.
- 2 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG

PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Mặt hàng thủ công mỹ nghệ
1.1.1 Nguyên vật liệu của mặt hàng thủ công mỹ nghệ. [12]
Các làng nghề truyền thống ở nước ta rất đa dạng và phong phú, nổi bật nhất là
các ngành nghề chạm trổ, điêu khắc gỗ, đan mây - tre - lá … đang rất thịnh hành, đặc
biệt ở Biên Hòa, tạo ra nhiều sản phẩm như: kệ, vali, túi xách, bình hoa, bàn ghế, … từ
nguồn nguyên vật liệu dân dã nh
ư: lá bèo, dây chuối sứ, lục bình khô, dây đai, cói, tre
trúc, rơm rạ, … các nghệ nhân tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế và nghệ thuật cao,
được thị trường các nước: Mỹ, Pháp, Đức, Ý, Hàn Quốc, … rất ưa chuộng.
Hình 1.1 Nguyên vật liệu từ cây mây – tre – lá.
- 3 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
1.1.2 Sản phẩm thủ công mỹ nghệ. [12]
Sau khi nguyên liệu thô từ thân cây đay, lục bình được người dân thu hoạch, xử
lý sơ bộ trở thành nguyên liệu chính để sản xuất các mặt hàng thủ công mỹ nghệ.
Nguyên liệu được chuyển đến tay nghệ nhân để tạo ra các sản phẩm xuất khẩu.
Hình 1.2 Các sản phẩm: kệ, vali.

Hình 1.3 Các sản phẩm: giỏ đựng hoa quả.


- 4 -

THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG

Hình 1.4 Laptop có vỏ ngoài làm từ tre thiên nhiên .

1.2 Quy trình sản xuất sản phẩm: kệ hoặc vali. [13]
Để hình thành đươc một sản phẩm có giá trị cao về mặt kinh tế, doanh nghiệp
phải bắt tay vào việc làm chuẩn bị nguyên liệu gỗ để làm khung, từ khung đó người
nghệ nhân mới hình thành các loại mặt hàng. Làm sạch các thành phần dư thừa của sản
phẩm là công đoạn kế tiếp cuối cùng là hoàn thiện, đóng gói sản phẩm.

Hình 1.5 Sơ đồ khối các công đoạn chính hoàn thành sản phẩm kệ hoặc vali.

- 5 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
Trong các công đoạn được trình bày trên hình thì làm khung là một trong các
công đoạn quan trọng để có thể hình thành nên một sản phẩm đạt tiêu chuẩn, có chất
lượng mà khách hàng yêu cầu.
1.3 Quy trình khi người công nhân khoan gỗ bằng tay. [13]

Hình 1.6 Sơ đồ khối các công đoạn khoan hai lỗ cho thanh gỗ bằng tay.
Ưu điểm: - Chi phí đầu tư thấp.
- Phù hợp cho sản xuất đơn chiếc.
.Nhược điểm:
- Phế phẩm nhiều.
- Tốn khá nhiều thời gian cho việc canh chỉnh cử.
- Năng suất tương đối thấp.
1.4 Kiến thức cơ b
ản về vật liệu gỗ. [5]
Gỗ có các ưu điểm như: nhẹ, cường độ cao, đàn hồi, có thể chịu đựng va đập và
chấn động, lại có hoa văn đẹp. Gỗ là vật liệu không thể thiếu trong xây dựng kinh tế

và đời sống.

- 6 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG
Gỗ là vật liệu thiên nhiên, phân biệt gỗ một cách chính xác, sử dụng gỗ một
cách đúng đắn, tìm hiểu và nắm vững đặc trưng của gỗ là việc hết sức cần thiết.
Gọi vật liệu gỗ là để chỉ bộ phận thân cây có tác dụng trong công nghệ mộc sau
khi đã loại bỏ lá cành và rể.
Tính chất vật liệu của gỗ:
Nước và hàm lượng nước trong gỗ
, thành phần nước và hàm lượng nước trong
gỗ chiếm phần lớn trọng lượng gỗ. Thành phần nước này ảnh hưởng trực tiếp đến tính
chất của gỗ. Gỗ sẽ thay đổi theo sự tăng giảm của nước.
Phương pháp xác định hàm lượng nước:
Gỗ tươi: hàm lượng nước 50 – 100 %.
Gỗ ướt: gỗ vận chuyển dưới nước hoặc bảo quản dướ
i nước thường có hàm
lượng nước trên 100 %.
Gỗ tự nhiên: gỗ để khô tự nhiên hàm lượng nước khoảng 12 -18 %.
Gỗ sấy khô: gỗ sấy nhân tạo hàm lượng nước khoảng 4 – 15 %.
Phương pháp tính tỷ số nước:
Tỷ số nước là tỷ số giữa trọng lượng nước chứa trong gỗ so với trong lượng gỗ
gọi là tỷ số chứa nước.

%.100×
−
=
kho
khouot
G

GG
W

Trong đó: G
ướt
: là trọng lượng gỗ ướt (gam).
G
khô
: là trọng lượng gỗ khô hoàn toàn (gam).
W : tỷ số chứa nước của gỗ (%).
Các thanh gỗ dùng trong ngành sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ được lấy từ
các loại cây được trồng đại trà ở nước ta như: Thông, Điều, Xà Cừ, Tràm, …
- 7 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG



Hình 1.7 Nguyên liệu gỗ. [12]
Đây là những loại gỗ có cấu tạo và cơ tính không cứng chắc nên rất thuận lợi
cho việc chọn tốc độ và công suất của động cơ khoan.
1.5 Quá trình cắt và các yếu tố cắt khi khoan. [10]
Khi khoan, mũi khoan có chuyển động quay tròn, đồng thời chuyển động tịnh
tiến theo chiều trục mũi khoan.
t
s
o/2
t=D/2
S
0/
2

Hình 1.8 Các yếu tố của chế độ cắt khi khoan. [10]
Tốc độ cắt V :là tốc độ vòng ứng với đường kính lớn nhất của mũi khoan.
phm
nD
V /
1000
..
π
=

- 8 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG


Trong đó : D – đường kính của mũi khoan.
n – số vòng quay của mũi khoan trong một phút (vòng/phút).
Lượng chạy dao S: là khoảng di chuyển của mũi khoan sâu vào trong vật sau
một vòng quay của mũi khoan. Được tính bằng mm/vòng. Vì mũi khoan có hai lưỡi
cắt chính nên lượng chạy dao của một lưỡi là:
vòngmm
S
S
Z
/
2
=

Lượng chạy dao phút tính theo công thức:
nSS

ph
.=
mm/ph.
Chiều rộng cắt b, chiều dài cắt a và diện tích lớp cắt f. Khi tính bỏ qua không
tính đến ảnh hưởng của lưỡi cắt ngang:
Ta có:
ϕ
Sin
D
b
2
=
(mm) ;
ϕ
Sin
S
a
2
=
(mm).
Khi khoan lỗ ở vật đặc thì:
2
4
. mm
S
Dbaf ==

Khi khoan lỗ rộng thì:
2
4

).(
. mm
SdD
baf
−
==

Diện tích cắt ứng với một vòng quay của mũi khoan là: F = 2f = 2a.b (mm
2
). `
Lực cắt khi khoan:
Công cắt khi khoan là do lực tác dụng lên lưỡi cắt của mũi khoan sinh ra. Lực
tác dụng lên mũi khoan được phân thành ba thành phần lực theo các trục tọa độ ox, oy,
oz . Các thành phần đó là:
a- Lực P
y
còn gọi là lực hướng kính tác dụng trên hai lưỡi cắt chính, có trị số
bằng nhau và ngược chiều nhau nên cùng triệt tiêu lẫn nhau. Nếu chú ý cả hai lưỡi cắt
phụ thì phải kể cả hai lực P
y
’

nữa và chúng cũng triệt tiêu lẫn nhau.
b- Lực chiều trục P
0
có xu hướng chống lại lực chạy dao. Lực P
0
bằng tổng các
lực chiều trục P
x

tác dụng lên lưỡi cắt chính, lực chiều trục P
x
’ tác dụng lên lưỡi cắt
phụ và lực chiều trục P
n
tác dụng lên lưỡi cắt ngang.


- 9 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG


Lực P
x
chiếm khoảng 40% lực P
0
.
Lực P
x
’ chiếm khoảng 3% lực P
0
.
Lực P
n
chiếm khoảng 57% lực P
0
.
A
A
Pz

Px
Py
x
y
Pz
Py
Px
A
A
z

Hình 1.9 Lực cắt khi khoan. [10]
c- Lực tiếp tuyến P
z
gây ra mômen cắt chính. Thực nghiệm chứng tỏ rằng 80%
mômen là do lực tiếp tuyến tác dụng trên lưỡi cắt chính, 12% là do lực tiếp tuyến trên
lưỡi cắt phụ, còn lại 8% là do lực tiếp tuyến trên lưỡi cắt ngang.
Hiện nay chưa có công thức lý thuyết để tính mômen cắt và lực chiều trục. Người
ta nghiên cứu bằng thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu tố cắt và điều kiện gia công
đến mô men và l
ực cắt rồi từ đó lập nên các công thức thực nghiệm có dạng sau đây:
Mô men cắt : M
x
= C
m
.
Ds
xy
mm
.

K
m
(N.mm).
Lực chiều trục : P
0
= C
0
.
DsK
xy
p
pp
.
0
(N).
Trong đó : C
m
, C
0
- Hệ số phụ thuộc tính chất vật liệu gia công, hình dạng hình
học của mũi khoan và các điều kiện khác.

- 10 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG


D - Đường kính mũi khoan mm.
S - lượng chạy dao mm/vg.
Các gía trị của các hệ số C
m

,C
0
của các số mũ x
m
, y
m
, x
p
, y
p ,
các giá trị của hệ số
điều chỉnh K
m
, K
p0
có thể tra trong sổ tay về chế độ cắt.
Đối với mũi khoan đường kính nhỏ (D<10mm),để tăng độ bền và độ cứng vững
của chúng người ta chọn góc xoắn ω = 18-28
0
.
Ảnh hưởng của lượng chạy dao và đường kính mũi khoan đến lực hướng trục và
momen xoắn :
Khi khoan thép : y
m
=0,8 và y
p
= 0,7;
Khi khoan gang : y
m
= 0,8 và y

p
= 0,8;
Khi gia công thép các bon kết cấu ( ơ
b
= 750 N/mm
2
) thì C
m
= 33,8 và C
0
=
84,7; khi gia công gang xám thì C
m
= 23,3 và C
0
= 60,5.
Ảnh hưởng của vật liệu gia công:
Thay đổi tính chất cơ lý của vật liệu gia công cũng dẫn đến sự thay đổi lực
chiều trục và mô men xoắn.
Tốc độ cắt khi khoan và các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ cắt:
Tốc độ cắt khi khoan phụ thuộc vào lượng chạy dao s, đường kính mũi khoan D,
tuổi bền T, chiều sâu khoan lỗ l , các thông số hình học c
ủa bộ phận cắt, vật liệu chế
tạo mũi khoan , vật liệu gia công dung dịch trơn nguội.
Qua nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ cắt, ta lập được các công
thức thực nghiệm có dạng sau đây:
V=
CD
Ts
K

v
x
m
y
v
v
v
.
.
(m/ph).
Trong đó : C
v
: Hệ số tỉ lệ ứng với một loại vật liệu gia công nhất định.
K
v
: Hệ số điều chỉnh tốc độ đo do các điều kiện cắt khác nhau.
Dưới đây ta xét ảnh hưởng của các nhân tố đến tốc độ cắt khi khoan.

- 11 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG


a. Ảnh hưởng của lượng chạy dao: Khi tăng lượng chạy dao thì tốc độ cắt
phải giảm xuống. Mức độ giảm được biểu thị bằng số mũ y
v
. Trị số của só mũ này phụ
thuộc vào lượng chạy dao, vật liệu chế tạo mũi khoan và vật liệu gia công .
b. Ảnh hưởng của đường kính mũi khoan: Khi tăng đường kính mũi khoan
thì độ cứng vững của mũi khoan tăng, điều kiện truyền nhiệt cũng được cải thiện.
Nhưng khi tăng đường kính mũi khoan thì vì t = D/2 tăng nên hạn chế việc tă

ng tốc độ
cắt.
c. Ảnh hưởng của chiều sâu lỗ khoan l: chiều sâu lỗ khoan càng lớn (khoan
càng sâu) thì điều kiện cắt càng xấu. Vì lỗ khoan càng sâu thoát phoi càng khó. Do đó
khi khoan lỗ có chiều dài l >3D thì tốc độ cắt khi khoan phải nhân với hệ số điều
chỉnh tốc độ K
v
lỗ (tra trong các sổ tay kỹ thuật).
d. Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến tốc độ khi khoan: Ảnh hưởng của
vật liệu gia công đến tốc độ cắt được biểu thị bằng hệ số điều chỉnh K
VL

Giá trị gần đúng của hệ số K
vl
có thể tính theo công thức thực nghiệm sau đây:
K
vl
=
750
σ
b
n
v
⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟

Trong đó : σ
b
giới hạn bền của vật liệu N/mm
2
.
n
v
số mũ .
Nếu σ
b
< 550 N/mm
2
thì n
v
= -0,9
Nếu σ
b
> 550 N/mm
2
thì n
v
= 0,9
e. Ảnh hưởng của vật liệu làm mũi khoan đến tốc độ cắt .
Ảnh hưởng của vật liệu làm mũi khoan được biểu thị bằng hệ số điều chỉnh K
vd
.
Đối với mũi khoan thép gió P18 và P9 thì K
vd
=1 còn đối với mũi khoan chế tạo bằng
thép hợp kim dụng cụ 9XC có K

vd
= 0.65, mũi khoan bằng thép cac bon dụng cụ K
vd
=
0,5 và mũi khoan hợp kim cứng thì K
vd
= 2 - 3.


- 12 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG


Chọn chế độ cắt hợp lý khi khoan:
Để xác định chế độ cắt và các thông số hình học hợp lý của mũi khoan. phải
xuất phát từ các điều cơ bản sau :
a. Lượng chạy dao nên chọn lớn nhất, nhưng phải phù hợp với các điều kiện kỹ
thuật của lỗ gia công như độ bóng, độ chính xác, các nguyên công tiếp sau khi khoan.
b. Tốc độ cắt phải đảm bảo tu
ổi bền lớn nhất .
Cụ thể chế độ cắt được lựa chọn theo trình tự sau:
- Chọn mũi khoan: Mũi khoan có thể có nhiều hình dạng khác nhau tùy theo
công dụng và vật liệu chế tạo mũi khoan. Ở mũi khoan thép gió thì các thông số hình
học của phần cắt mũi khoan đã được tiêu chuẩn hoá, còn đối với mũi khoan gắn hợp
kim cứng tùy từng loại vật liệu gia công mà hình dáng hình học có thể khác nhau. Khi
chọn hình dáng hình học phải xét sao cho có lợi về mặt lực cắt, tốc độ cắt và tuổi bền
của dao.
- Với đường kính lỗ D<35mm thì khoan 1 lần, khi đó chiều sâu cắt là
t = D/2. với D > 35mm thì khoan 2 lần, lần đầu dùng mũi khoan có đường kính
D

1
= (0,5 -0,7 ) D
- Chọn lượng chạy dao tối đa cho phép .
Như đã biết lượng chạy dao phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố : điều kiện kỹ thuật,
độ bền của mũi khoan, độ bền và độ cứng vững của cơ cấu chạy dao, chiều sâu khoan.
Lượng chạy dao cho phép bởi độ bền của mũi khoan có thể tính theo công thức
sau:
Khoan thép s = 38,8
D
b
081
094
,
,
σ
(mm/vg)
Khoan gang s = 7,34
D
HB
081
075
,
,
(mm/vg)

- 13 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG


Trong đó : σ

b
giới hạn của vật liệu gia công .
HB Độ cứng của gang được gia công .
- Với D và s đã chọn cho trước tuổi bền T, tính chế độ cắt và số vòng quay .
- Xác định lực chiều trục P
0
, mômen xoắn M
x
và công suất cắt N
c
. Nếu như đã
chọn máy trước thì kiểm nghiệm P
0
, M
x
, N
c
theo D, s ,n ,v đã chọn.
- Tính thời gian máy. Thời gian máy T
0
được tính theo công thức:
T
0
=
L
ns.
(ph)
Trong đó : L - chiều dài hành trình của mũi khoan theo phương chạy dao (mm)
L = l + l
1

+ l
2

l - chiều dài (chiều sâu) khoan (mm)
l
1
- lượng ăn tới mm . Ta có : l
1
=
D
g
2
cot ϕ

l
2
- lượng vượt quá (mm).
Đối với mũi khoan tiêu chuẩn có thể lấy l
1
+l
2
= 0,3 D.
1.6 Lý thuyết về khí nén.
1.6.1 Cấu trúc của hệ thống truyền động bằng khí nén. [9]
Các thành phần trong hệ thống truyền động bằng khí nén dù đơn giản hay phức
tạp đều có thể được chia thành 4 nhóm cơ bản sau:
+ Nhóm cung cấp năng lượng, gồm các thiết bị cung cấp không khí nén như:
máy nén, bình chứa, bộ điều tiết áp suất và các thiết bị xử lý khí nén ( bộ lọc, bộ
sấy … ).
+ Nhóm các phần tử nhập, gồm có: van điều khiển hướng, chuyển mạch giới

hạn, nút nhấn và các cảm biến.
+ Nhóm các phần tử xử lý gồm: phần tử logic, van điều khiển áp suất, …
- 14 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG


+ Nhóm các phần tử điều khiển sau cùng và các phần tử tác động ( hay các
phần tử đầu ra ) trong đó:
- Các phần tử điều khiển sau cùng có các van điều khiển hướng.
- Các phần tử tác động gồm: xylanh khí nén, động cơ khí nén, các phần
tử chỉ báo (đèn chỉ thị …).
- Các phần tử trong hệ thống được biểu diển bằng các ký hiệu, các ký
hiệu cũng thể hiện một cách v
ắn tắt chức năng của phần tử. Sự kết hợp các phần
tử khí nén theo một logic sẽ thực hiện các chức năng điều khiển theo yêu cầu
tương ứng, sự kết hợp các ký hiệu của các phần tử sẽ tạo nên sơ đồ mạch của hệ
thống.
1.6.2 Các yêu cầu về khí nén. [9]
Không khí nén cung cấp cho hệ thống điều khiển và các phầ
n tử sinh công có
các yêu cầu cơ bản sau:
- Không khí nén phải sạch.
- Không khí nén phải khô.
- Áp suất của không khí nén phải đúng yêu cầu.
Không khí nén nếu chứa chất bẩn có thể gây rối loạn hoạt động trong mạch điều
khiển. Các chất bẩn từ xâm nhập vào khí nén gồm: hơi nước, bụi bẩn, dầu bôi trơn còn
sót lại của máy nén khí, các lớp vảy, rỉ sét, …
Do không khí nén sẽ tiếp xúc v
ới nhiều thiết bị làm việc khác nhau như: xilanh,
các phần tử điều khiển, các phần tử tạo tín hiệu, … nên nhất thiết phải loại trừ các chất

bẩn ra khỏi không khí nén. Không khí nén sạch sẽ làm tăng tuổi thọ của các thiết bị,
giảm đến mức tối thiểu thời gian ngừng hoạt động do hư hỏng .
Phải lưu ý đặc biệt đến lượng h
ơi nước có trong không khí nén. Do không khí
từ môi trường được hút vào máy nén rồi nén lại nên không khí nén cung cấp cho hệ
thống sẽ có hơi nước. Lượng hơi nước phụ thuộc chủ yếu vào độ ẩm tương đối, nghĩa
là phụ thuộc vào nhiệt độ và điều kiện thời tiết của môi trường. Nếu vượt qua điểm
bảo hòa của không khí nén, hơi ẩm sẽ ngưng tụ thành nước.

- 15 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG


Dầu bôi trơn còn sót lại ở máy nén khí cùng với không khí nén có thể tạo ra một
hỗn hợp gồm dầu dạng sương và không khí, đây là hỗn hợp khí cháy, nó có thể gây nổ
ở nhiệt độ cao ( trên 353
o
K ).
1.7 Hệ thống khí nén.
1.7.1 Máy nén khí. [4]
Nguyên tắc hoạt động.
Nguyên lý thay đổi thể tích: Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó
thể tích buồng sẽ nhỏ lại như vậy theo định luật Boyle – Mariotte áp suất trong
buồng chứa sẽ tăng lên. Các máy nén khí hoạt động theo kiểu này như máy nén
khí kiểu pittông, cánh gạt, bánh răng.
Nguyên lý động năng: Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp
suất khí nén đượ
c tạo ra bằng động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động
này tạo ra lưu lượng và công suất lớn. Các máy nén khí hoạt động theo kiểu này
là máy nén khí kiểu li tâm.

Hình 1.10 Máy nén khí. [12]
1.7.2 Xilanh tác động đơn. [3]
Trong xilanh tác động đơn, không khí nén chỉ đặt vào một phía của
Piston, phía còn lại thông với khí quyển. Xilanh chỉ tạo ra công theo một chiều,
chuyển động trở về của Piston là do tác động của lò xo nén hay của ngoại lực.
Lò xo nén được thiết kế sao cho phản lực do nó tạo ra đưa Piston ở trạng thái
không tải trở về vị trí ban đầu một cách nhanh chóng.

- 16 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG


(a)
(b)

(a): chiều tác động ngược lại do ngoại lực tác động.
(b): chiều tác động ngược lại do lực lò xo tác động.
Hình 1.11 Ký hiệu xilanh tác động đơn. [3]
Trong xilanh tác động đơn, với sự trở về vị trí ban đầu của Piston nhờ tác
dụng của lò xo, hành trình của Piston bị giới hạn bởi chiều dài tự nhiên ( chiều
dài ở trạng thái không bị nén ) của lò xo. Vì vậy loại xilanh này có hành trình
Piston xấp xỉ 80 mm.
Cầ
n Piston tạo ra lực đẩy F được tính bằng tích của diện tích bề mặt
Piston A và áp suất trong xylanh p
e
. Đơn vị thứ nguyên của lực được tính theo
bảng sau:
Bảng đơn vị thứ nguyên tính lực: [4]

Lực tác động lên Piston được tính theo công thức: [4]
F
z
= A . p
e
- F
R
- F
F
Trong đó :
F
z
[daN] : Lực tác động lên Piston
- 17 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG


A = D
2
. / 4 [cm
2
] : Diện tích Piston
D [cm] : Đường kính Piston
p
e
[bar] : Áp suất khí nén trong xilanh.
F
R
: Lực ma sát, phụ thuộc vào chất lượng bề mặt giữa Piston và

xilanh, vận tốc chuyển động của Piston, loại vòng đệm, trạng thái vận
hành bình thường, lực ma sát F
R
= 0,15 . A . p
F
F
: Lực lò xo
Xilanh tác động đơn có cấu tạo và hoạt động đơn giản nên vận hành chắc
chắn và với đặc điểm là hành trình Piston ngắn nên loại xilanh này được sử
dụng trong các ứng dụng như:
+ Kẹp chặt các chi tiết.
+ Các tác động cắt.
+ Các tác động nén, ép.
+ Nạp và nâng các chi tiết.
1.7.3 Xilanh tác động kép. [3]
Nguyên tắc cấu tạo của xilanh tác động kép tương tự như xilanh tác động
đơn. Tuy nhiên trong xilanh tác động kép không có lò xo tr
ở về và 2 cổng của
xilanh vừa có chức năng là cổng nạp vừa có chức năng là cổng thoát khí.
Ưu điểm của xilanh tác động kép là có thể sinh công ở cả hai chiều
chuyển động. Cần lưu ý rằng lực được truyền bởi thanh đẩy Piston trong hành
trình duổi ra hơi lớn hơn so với hành trình trở về. Sở dĩ có điều này vì bề mặt
tác dụng của Piston ở phía có thanh Piston bị
giảm do diện tích mặt cắt ngang
của thanh Piston.
Trong loại xilanh này, ở cả hai chiều chuyển động xilanh đều chịu sự
điều khiển bởi nguồn không khí nén cung cấp.
Về nguyên tắc, chiều dài hành trình của xilanh không bị giới hạn nhưng
khi thanh Piston (còn gọi là cán Piston) dài cần phải xem xét sự công vênh, sự
mất ổn định do uốn dọc trong hành trình duổi ra của Piston.

- 18 -
THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG


Cũng giống như xilanh tác động đơn, việc làm kín giữa Piston và xilanh
được thực hiện nhờ các vòng đệm kín hoặc các màng.
Xilanh tác dụng kép được chia làm 2 loại:
Xilanh tác dụng kép không có giảm chấn ở cuối hành trình.
Xilanh tác dụng kép có giảm chấn ở cuối hành trình.
Nguyên lý hoạt động của xilanh tác dụng hai chiều là áp suất khí nén
được dẫn vào cả hai phía của xilanh.
Các đặc tính kỹ thuật của xylanh. [4]
Các đặc tính kỹ thuật của xylanh có thể được xác
định bằng lý thuyết
hoặc bằng các số liệu do nhà sản xuất cung cấp. Cả hai phương pháp đều được
chấp nhận, nhưng một cách tổng quát thì các số liệu của nhà sản xuất có liên
quan với đặc điểm cấu tạo và ứng dụng cụ thể hơn.
Lực tác động của Piston.
Lực tác động của Piston phụ thuộc vào các yếu tố: áp suất không
khí nén, đường kính xylanh và sự ma sát của các bộ phận làm kín. Về
mặt lý thuyết lực Piston được tính gần đúng bằng công thức:

Trong đó: +
F
th

: Lực Piston (N).
+
A
: Diện tích tác dụng của Piston (m

2
).
+
p
: Áp suất hoạt động (Pa).
Lực tác động lên cần Piston của xylanh tác động kép.
Khi tính toán lực cần phải để ý đến chiều chuyển động của cần Piston.
Lực tác động khi cần Piston đi ra:
Trong đó: F
A
[daN] : Lực tác động khi cần Piston đi ra.
A
1
[cm
2
] : Diện tích mặt đáy Piston. A
1
=
π
. D
2
/ 4.


F
A
= A
1
. p
e2

.
η

F
th
= A . p