Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

Chương I

TỔNG QUAN
Tổng quan về chi tiết vát mép.
Nền kinh tế Việt Nam đã vượt qua giai đoạn khó khăn, tốc độ tăng trưởng
ngày càng cao, chất lượng hiệu quả, sức cạnh tranh của một số lĩnh vực và sản
phẩm có chuyển biến lớn.Danh mục các sản phẩm có khả năng cạnh tranh trên
thị trường ngày càng được mở rộng, một số sản phẩm thương hiệu Việt Nam đạt
tiêu chuẩn quốc tế.Trong cơ cấu nền kinh tế tỷ trọng nông nghiệp, tỷ trọng công
nghiệp tiếp tục tăng. Các ngành kinh tế chuyển dịch theo hướng tiếp cận công
nghệ tiên tiến hiện đại. Với tốc độ chuyển giao công nghệ của một số ngành có
bước tiến rõ rệt.
Trong những năm vừa qua, nhà nước đã và đang chuẩn bị xây dựng có chọn
lọc một số cơ sở quan trọng về công nghiệp cơ bản như năng lượng, chế tạo cơ
khí, cán thép, xi măng, nhất là công nghiệp cơ khí mỗi năm tăng 17,7%. Tổng
quan nền kinh tế Việt Nam phát triển trong những năm qua cho thấy việc đầu tư
cơ sở hạ tầng, đẩy nhanh sự phát triển của các ngành công nghiệp, cơ khí và các
ngành công nghiệp khác là tất yếu.
Hầu hết các sản phẩm cơ khí đều cần phải vát mép để đảm bảo tính rắp ráp,
an toàn và thẩm mỹ. Các sản phẩm vát mép được chia làm 2 loại: dạng ống, trụ
và dạnh tấm.
- Dạng ống thường dùng trong lĩnh vực năng lượng và sản xuấtvới các hệ
thống đường ống dẫn. Việc kết nối các ống lại với nhau cần độ chính xác và năng
suất cao. Do đó, cần có những máy chuyên dụng để vát mép và hàn các ống.
1.1

Hình 1.1 Vát mép dạng ống tròn

1


Luận án tốt nghiệp

-

Máy vát cạnh kim loại

Dạng trụ, tấm thường dùng trong lĩnh vực chế tạo máy,chế tạo khuôn mẫu,
đóng tàu và các thiết bị công nghiệp.

　　　　

Hình 1.2 Vát mép dạng trụ tấm
1.2 Tổng quan về máy vát mép.
1.2.1 Máy vát mép cầm tay.
Máy vát mép cầm tay có ưu thế trong việc vát mép các chi tiết có kích thước lớn.
Máy có thể vát mép dạng ống và dạng tấm. Ví dụ như máy LKF-200 của hãng
sản xuất Euroboor-Holland với các thông số kỹ thuật như sau:

Hình 1.3 Máy vát mép cầm tay
Thông số kỹ thuật

Đơn vị

LKF-200

Công suất động cơ


W

1100

Số vòng quay

vòng

2850

Góc cắt

˚

15˚-60˚
2


Luận án tốt nghiệp

-

Máy vát cạnh kim loại

Độ dày vát mép

mm

0-20


Kích thước máy

mm

420x300x300

Trọng lượng máy

kg

22

Nguồn điện

v

110/220

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật
Nguyên lý hoạt động: Dao cắt được gắn trực tiếp lên mô tơ, khi vát mép nắm
2 tay cầm điều chỉnh bàn máy tiếp xúc với chi tiết cần vát mép. Tùy theo biên
dạng của chi tiết cần vát mép mà quỹ đạo di chuyển là đường thẳng hay
đường tròn, kết hợp với chuyển động quay của dao cắt tạo ra quá trình vát
mép chi tiết. Khi cần thay đổi góc vát mép, thì xoay bộ phận điều chỉnh góc
và điều chỉnh thay đổi chiều sâu cắt.
Dao cắt
Mô tơ

Phôi


Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý máy
Ưu điểm:
+ Gọn nhẹ, dễ dàng vận chuyển.
+ Vát mép được nhiều biên dạng, kích thước khác nhau.
- Nhược điểm:
+ Năng suất không cao.
+ Không vát mép được chi tiết có độ dày vát mép trên 20mm.
+ Giá thành cao.
1.2.2 Máy vát mép tự động.
Máy vát mép cơ khí tự động model:SM20 của hãng sản xuất Simasv-Italia.
-

3


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

Hình 1.5 Máy vát mép bán tự động
Thông số kỹ thuật

Đơn vị

LKF-200

Công suất động cơ

Hp


3

Tốc độ

m/p

3

Góc cắt

˚

22˚30`-30˚-37˚31`45˚

Góc vát mép Max PE40 Kg/mm2

˚

20˚-30˚

Góc vát mép Max PE50 Kg/mm2

˚

16˚-30˚

Đường kính ống vát mép Max

mm


100

Độ dày vát mép

mm

8-50

Kích thước máy

mm

523x785x1110

Trọng lượng máy

kg

340

Nguồn điện

v

380v-50/60Hz
4


Luận án tốt nghiệp


-

Máy vát cạnh kim loại

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật
Nguyên lý hoạt động: Đá mài được gắn trực tiếp trên mô tơ, chi tiết cần vát
mép được cố định trên hệ thống bánh lăn. Khi hệ thống bánh lăn chuyển động
dẫn đến chi tiết chuyển động tịnh tiến, kết hợp chuyển động quay của đá mài
tạo ra quá trình vát mép. Khi cần thay đổi góc vát mép chi tiết, ta thay đổi góc
của đá mài. Điều chỉnh vít để thay đổi chiều sâu vát mép.
Mô tơ
Đá mài
Phôi

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý máy
Ưu điểm:
+ SM20 là là loại máy vát mép công nghiệp chuyên dụng, ứng dụng trong
nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: Cơ khí chế tạo kết cấu thép, đòng tàu…
và các sản phẩm khác
+ SM20 là dòng máy được sản xuất theo công nghệ tiên tiến, máy đạt các
chứng chỉ của Châu Âu như ISO 9001, CE và các chứng chỉ chất lượng trên thế
giới
+ Được trang bị động cơ công suất lớn đem lại hiệu quả làm việc cao.
+ Trang bị phần phụ tùng lựa chọn thêm giúp người sử dụng dễ dàng hơn
( không bao gồm trong tổng giá thành).
+ Máy được trang bị hệ thống bánh xe cơ động, giúp việc điều chỉnh máy dễ
dàng, hệ thống ổn định điện áp khi dòng điện thay đổi bất thường.
+ Máy có các kích cỡ đĩa mài vát mép khác nhau, để ứng dụng cho các độ
dày
vật liệu khác nhau.

+ Đặc biệt máy ngoài chức năng ứng dụng vát mép dạng thẳng còn có vát
mép dạng ống.
+ Bảng điều khiển điện tử, được trang bị hệ thống chống rung khi máy làm
việc.
- Nhược điểm:
+ Giá thành rất cao.
1.2.3 Máy vát mép ống.
- Máy sử dụng hệ thống kẹp phôi (ống) bằng cơ khí, với nguyên lý hoạt động là
-

5


Luận án tốt nghiệp

-

Máy vát cạnh kim loại

phôi đứng yên, dao phay quay tròn. Sau khi gia công bề mặt gia công mịn và
rất chính xác.
Máy có khả năng vát được mép ống trong và ngoài với các kiểu vát khác
nhau như vát côn, vát vuông…
Có khả năng gia công được các ống bằng thép cacbon, thép hợp kim, thép
không gỉ (inox), thép cường độ cao…
Hiệu suất hoạt động của máy cao.

Hình 1.7Máy vát mép ống

Thông số kỹ thuật


Đơn vị

PBM-4

Công suất động cơ

Kw

3.2

Tốc độ

v/p

195

Đường kính ống vát mép

mm

20-116

6


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại


Độ dày vát mép

mm

8-50

Kích thước máy

mm

900x740x1300

Trọng lượng máy

kg

700

Nguồn điện

v

400v-50Hz

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật
1.2.4 Máy vát mép CNC.
Trong những năm gần đây, các nhà sản xuất máy cắt CNC chuyên nghiệp đã cho
ra thị trường một dòng sản phẩm mới: Máy cắt và vát mép CNC với quy trình
cắt plasma. Mặc dù, ở thời điểm hiện tại, số tiền đầu tư một máy cắt vát mép
CNC là khá lớn và vượt quá khả năng của hầu hết các doanh nghiệp Việt nam,

nhưng dòng máy cắt này đã được ứng dụng nhiều trên thế giới và đặc biệt hiệu
quả trong một số ngành công nghiệp: đóng tàu, chế tạo nồi hơi, sản
xuất đường ống chất lượng cao, chế tạo kết cấu thép chính xác...
Thông thường, với các nhu cầu hàn với vật liệu có độ dầy lớn đòi hỏi phải có vát
mép mối ghép để đảm bảo độ ngấu của mối hàn. Tất cả các phương pháp vát mép
trước đây, dù là bằng cơ khí (máy phay, máy bào,...) hay cắt bằng quy trình nhiệt
(cắt ôxy, plasma,...), đều là các phương pháp cắt thủ công hay bán tự động, do đó
năng suất vát mép thấp. Với máy vát mép CNC-quy trình plasma, năng suất vát
mép tăng lên nhiều lần, đáp ứng rất hiệu quả cho các nhu cầu sản xuất hàng loạt.
So với các phương pháp vát mép trước đây, vát mép bằng máy CNC quy
trình plasma có một số lợi thế sau:
- Năng suất cắt-vát mép cao
- Chất lượng vát mép đồng đều
- Giảm thiểu biến dạng nhiệt ( đặc biệt là so với vát mép bằng mỏ cắt ôxy)
- Có thể vát mép với bất kỳ biên dạng nào (các phương pháp khác chủ yếu là
vát mép theo đường thẳng)
Điểm khác biệt giữa máy cắt plasma CNC thông thường với máy cắt-vát
mép plasma CNC là một số chức năng của bộ điều khiển số và mỏ cắt. Trong khi
với máy cắt CNC thông thường, bộ điều khiển số chỉ hỗ trợ các chuyển động cắt
theo hai chiều (2D) thì với máy cắt -vát mép còn hỗ trợ thêm các
chuyển động theo góc nghiêng và trục xoay của mỏ cắt. Theo đó, phần mềm cắt
(cutting software) cũng tích hợp hỗ trợ các chức năng này. Mỏ cắt-vát mép có thể
7


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

chuyển động với nhiều bậc tự do gần như đầu công tác của robot.


Hình 1.8 Máy vát mép CNC
Do đó, máy cắt vát mép plasma CNC có thể vát mép với biên dạng bất kỳ cho
các kiểu vát V,X,Y với các góc vát khác nhau.

Hình 1.9 Biên dạng vát mép
Với các máy cắt-vát mép CNC, có thể trang bị các hệ thống cắt plasma HPR-260,
HT-4001, HT-4400 của Hypertherm tùy theo độ dầy và loại vật liệu.
Air Liquide Welding, Messer, ProArc là các nhà sản xuất máy cắt CNC hàng đầu
thế giới đều có các dòng máy cắt- vát mép CNC với chất lượng tin cậy hàng đầu.
1.2.5 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy vát mép kim loại.
1

2
3

4
5
Hình 1.10 Cấu tạo máy vát mép kim loại
8


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

1.Công tắc
2.Mô tơ
3.Bàn máy
4.Bộ chỉnh góc vát mép

5.Điều chỉnh chiều sâu cắt
- Nguyên lý hoạt động: Dao cắt được gắn trực tiếp lên mô tơ, chi tiết trượt tịnh
tiến trên bàn máy, kết hợp chuyển động quay của mô tơ tạo ra quá trình vát mép
chi tiết. Khi cần thay đổi góc vát mép, thì xoay bộ phận điều chỉnh góc và điều
chỉnh thay đổi chiều sâu cắt.
Mô tơ
phôi

Dao cắt
Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý máy
Ưu điểm:
+ Vát mép được nhiều loại vật liệu khác nhau.
+ Dễ dàng thay đổi góc vát và chiều sâu vát mép.
+ Vận hành dễ dàng.
- Nhược điểm:
+ Máy vận hành thủ công.
+ Năng suất thấp.
+ Giá thành cao.
1.3 Một số nghiên cứu ứng dụng máy vát mép kim loại.
1.3.1 Nghiên cứu ứng dụng thiết bị vát mép tấm.
Sử dụng khí acetyle + oxy để thực hiện quá trình cắt kim loại. Mỏ hàn được gắn
trên cần theo 1 góc xác định, cần được gắn trên con chạy thực hiện quá trình vát
mép. Phương pháp này đơn giản dễ thao tác nhưng độ chính xác không cao, chất
lượng bề mặt kém, năng suất thấp.
-

Hình 1.12 Sử dụng khí acetyle + oxy vát mép
9



Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

Máy vát mép ống kiểu Y
Máy vát mép ống dạng cắt nguội được sử dụng để vát mép các loại ống trước
khi hàn, với đồ gá kẹp trong lòng ống máy có tính năng cơ động cao, nhanh và
chính xác. Các model sử dụng motor điện hoặc khí nén phù hợp với điều kiện
thực tế môi trường phòng chống cháy nổ.
Tính năng ưu việt:
Cơ
động,
gọn
nhẹ
Vát
nhanh
và
chính
xác
Cắt
nguội,
không
gây
ứng
suất
dư
- Lựa chọn nguồn động lực là điện (220V) hoặc khí nén
- Bền bỉ và ổn định.
Thông số kỹ thuật:
Kiểu

kẹp:
Kẹp
trong
lòng
ống
Chiều dày thành ống tối đa: 15 mm
Phạm vi làm việc:
Vát mép ống từ 65 đến 159 mm.
1.3.2

Hình 1.13 Máy vát mép ống kiểu Y
1.4 Tổng quan về ứng dụng thiết bị điều khiển tự động.
1.4.1 Tổng quan về ứng dụng khí nén trong điều khiển.
Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó
nguy hiểm, hay xảy ra cháy nổ, như các thiết bị phun sơn; các loại đồ gá kẹp chi
tiết nhựa, chất dẻo; hoặc là được sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện
tử, vì điều kiện vệ sinh môi trường tốt và an toàn cao. Ngoài ra hệ thống điều
khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động; trong các
thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao
bì và trong công nghiệp hóa chất.
 Ưu, nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén.
 Ưu điểm.
- Do khả năng chịu nén( đàn hồi ) lớn của không khí, nên có thể trích chứa khí
nén một cách thuận lợi
10


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại


- Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa, vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ
và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít.
- Đường dẫn khí nén (thải ra) không cần thiết.
- Chi phí để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén thấp, vì hầu như
trong các nhà máy, xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén đã có sẵn.
- Hệ thống bảo vệ quá áp suất được đảm bảo.
 Nhược điểm.
- Lực truyền tải trọng thấp
- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc truyền cũng thay đổi vì khả
năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện những chuyển đổng
thẳng hoặc quay đều.
- Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn ra gây tiếng ồn.
1) Máy nén khí.
Áp suất khí được tạo ra từ máy nén khí, ở đó ăng lượng cơ học của động cưo
điện hoặc của động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và
nhiệt năng.
※Nguyên lý hoạt động và phân loại máy nén khí
- Nguyên lý hoạt động
+ Nguyên lý thay đổi thể tích: không khí được đủa vào buồng chứa, ở đố thể tích
của bường chứa sẽ nhỏ lại. Theo định luật Boyle – Mariotte áp suất trong buồng
chứa sẽ tăng lên.Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý thể tích bao gồm: máy
nén khí kiểu pittong, bánh răng, cánh gạt .v.v..
+Nguyên lý động năng ( máy nén dòng): không khí được đưa vào bường chứa, ở
đó áp suất khí nén được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt
động này tạo ra lưu lượng và công suất lớn. Máy nén khí hoạt động theo nguyên
lí này bao gồm: máy nén khí kiểu ly tâm, máy nén khí dòng hỗn hợp.v.v..
- Phân loại:
- Theo áp suất:
+ Máy nén khí áp suất thấp

p < 15bar
+ Máy nén khí áp suất thấp
p ≥ 15bar
+ Máy nén khí áp suất thấp
p ≥300bar
- Theo nguyên lý hoạt động:
+ Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khi kiểu pittong,
máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít.
+ Máy nén khí theo nguyên lý động năng: máy nén khí ly tâm, máy nén theo
trục.
11


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

Máy nén pittông công nghiệp
Máy nén pittông áp suất thấp
Hình 1.14 Máy nén khí
2) Cơ cấu chấp hành.
- Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng
cơ học.
- Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xylanh) hoặc chuyển
động quay (động cơ khí nén).
 Xy lanh tác động 2 chiều (xy lanh tác động kép).
- Nguyên lý làm việc: Nguyên tắc hoạt động của xylanh tác động kép là áp suất
khí nén được dẫn vào cả 2 phía của xylanh.
- Ký hiệu:
+ Xylanh tác động 2 chiều không có giảm chấn.


Hình 1.15 Xylanh tác động 2 chiều không có giảm chấn
+ Xylanh tác động 2 chiều có giảm chấn: Nhiệm vụ của cơ cấu giảm chấn là
ngăn chặn sự va đập của pittông vào thành của xylanh ở vị trí cuối hành trình.
Người ta dùng van tiết lưu một chiều để thực hiện giảm chấn.

Hình 1.16 Xylanh tác động 2 chiều có giảm chấn điều chỉnh
12


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

Các phần tử khí nén.
 Van đảo chiều
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng, mở
hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng của dòng năng lượng
- Nguyên lí hoạt động
Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều: khi chưa có tín hiệu tác động vào
cửa (12) thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3). Khi có tín hiệu tác động
vào cửa (12), ví dụ tác động bằng dòng khí nén, nòng van sẽ dịch chuyển về phía
bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn. Trường hợp tín hiệu tác động
vào cửa (12) mất đi, dưới tác động của lực lò xo, nòng van sẽ trở về vị trí ban
đầu.
- Ký hiệu van đảo chiều
Chuyển đổi vị trí của nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau
với các chữ cái o,a,b,c… hay các chữ số 0, 1, 2, 3….
3)


a

0

b

a

b

Vị trí “ không” được ký hiệu là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu
ngoài vào. Đối với van có 3 vị trí, vị trí ở giữa là vị trí “ không”. Đối với van có
2 vị trí thì vị trí “ không” có thể là “a” hoặc là “ b “, thông thường vị trí “b” là vị
trí “ không”.
Cửa nối van được ký hiệu như sau: Theo t/c ISO5599 Theo t/c ISO1219
Cưa nối với nguồn khí:
1
P
Cửa nối làm việc
2,4,6,…
A,B,C,…
Cửa xả khí
3,5,7,…
R,S,T,…
Cửa nối với tín hiệu điều khiển
12,14,…
X,Y,…
Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biểu
diễn hướng chuyển động của dòng qua van.Trường hợp dòng van bị chặn được
biểu diễn bằn dấu gạch ngang.


13


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

Hình 1.17 Ký hiệu các cửa van nối của van đảo chiều
+ Van đảo chiều 5/2
Tác động bằng cơ – đầu dò

Hình 1.18 Van 5/2 tác động bằng cơ- đầu dò
Tác động bằng khí nén:

Hình 1.19 Van

5/2 tác động bằng khí nén

Một số hình ảnh của van đảo chiều 5/2

14


A

Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại


　　

Hình 1.20 Van đảo chiều 5/2


B

-

Van tiết lưu 1 chiều
Ký hiệu van tiết lưu một chiều

Hình ảnh van tiết lưu kèm van một chiều

Hình 1.21 Van tiết lưu
 Van điều chỉnh áp suất
a. Nguyên lý làm việc
Van điều chỉnh áp suất có nhiệm vụ giữ cho áp suất không đổi cả khi có sự
thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đầu ra hoặc sự dao động áp suất
ở đầu vào.
Nguyên lý làm việc: khi điều chỉnh trục vít, tức là điều chỉnh vị trí của đĩa
van. Trong trường hợp áp suất của đầu ra tăng so với áp suất được điều chỉnh,
khí nén sẽ qua lỗ thông tác dụng lên màng, vị trí kim van sẽ thay đổi, khí nén sẽ
qua cửa xả khí ra ngoài. Đến khi áp suất ở đầu ra giảm xuống bằng áp suất được
điều chỉnh thì kim van sẽ trở về vị trí ban đầu.
b. Ký hiệu van điều chỉnh áp suất
R
P
A
P

A
15

Van điều áp không có cửa xả khí

Van điều áp có cửa xả khí


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

Hình ảnh van điều chỉnh áp suất

　 　

Hình 1.22 Van điều chỉnh áp suất
Van điều áp có điều chỉnh áp suất to nhỏ bằng nút vặn to nhỏ có tác dụng tránh
hiện tượng quá áp trong hệ thông điều khiển.
 Các phần tử điện
a) Nút ấn.
- Nút ấn đóng- mở: Khi chưa tác động thì chưa có dòng điện chạy qua (mở),khi
tác động thì dòng điện sẽ đi qua.
- Nút ấn chuyển mạch sẽ chuyển trạng thái của mạch.

Nút ấn đóng – mở

Nút ấn chuyển mạch

Một số hình ảnh nút ấn


Hình 1.23 Nút ấn
b)
-

Công tắc hành trình
Nguyên tắc hoạt động: Khi con lăn chạm vào cữ chặn thì tiếp điểm 1 nối với
16


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

tiếp điểm 4. Cần phân biệt các trường hợp công tắc hành trình thường đóng và
công tắc hành trình thường mở.
- Cấu tạo và ký hiệu của công tắc hành trình.

Hình 1.24 Công tắc hành trình

Tổng quan về điều khiển cơ khí trong máy vát mép.
a) Chuyển động tịnh tuyến.
Sử dụng cơ cấu thanh trượt – bạc trượt để truyền chuyển động tịnh tuyến.
1.4.2

Hình 1.25 Thanh trượt và bạc trượt
Ưu điểm của bạc trượt bi cầu:
- Khả năng chịu tải cao do số lượng bi tiếp xúc với thanh trược nhiều.
- Giảm đáng kể lực ma sát tác dụng lên thanh trượt.
- Đơn giản, giá thành rẻ.

b) Chuyển động quay.
Sử dụng cơ cấu bánh răng.

17


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

Tổng quan về điều khiển tốc độ động cơ bằng biến tần.
a) Biến tầng nguồn áp:
Được sử dụng hầu hết trong các biến tần hiện nay.Tốc độ của động cơ không
đồng bộ tỉ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp. Do đó, nếu thay đổi tần số của
nguồn cung cấp cho động cơ thì cũng sẽ thay đổi được tốc độ đồng bộ, và tương
ứng là tốc độ của động cơ.
Tuy nhiên, nếu chỉ thay đổi tần số mà vẫn giữ nguyên biên độ nguồn áp cấp
cho động cơ sẽ làm cho mạch từ của động cơ bị bão hòa.Điều này dẫn đến dòng
từ hóa tăng, méo dạng điện áp và dòng điện cung cấp cho động cơ gây ra tổn hao
lõi từ, tổn hao đồng trong dây quấn Stator.Ngược lại, nếu từ thông giảm dưới
định mức sẽ làm giảm moment của động cơ.
Vì vậy, khi giảm tần số nguồn cung cấp cho động cơ nhỏ hơn tần số định
mức thường đi đôi với giảm điện áp cung cấp cho động cơ. Và khi động cơ hoạt
động với tần số định mức thì điện áp động cơ được giữ không đổi và bằng định
mức do giới hạn của cách điện của Stator cũng như của điện áp nguồn cung cấp,
moment của động cơ sẽ bị giảm.
b) Phương pháp điều khiển V/f:
 Phương pháp E/f
1.4.3


+ Với f : tần số hoạt động của động cơ.
+fdm : tần số định mức của động cơ.
Giả sử động cơ hoạt động dưới tần số định mức (a<1).Từ thông động cơ được
giữở giá trị không đổi. Do từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng từ hóa của
độngcơ, nên từ thông được giữ không đổi khi dòng từ hóa được giữ không đổi tại
mọiđiểm làm việc của động cơ.
Ta có phương trình tính dòng từ hóa tại điểm làm việc định mức như sau:
+Với Lm là điện cảm mạch từ hóa.
Tại tần số làm việc f:
18


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

Từ 2 phương trình trên suy ra điều kiện để dòng điện từ hóa không đổi:
Suy

ra

Như vậy từ thông động cơ được giữ không đổi khi tỉ lệ E/f được giữ không
đổi(E/f = const).
 Phương pháp V/f
Tuy nhiên trong thực tế, việc giữ từ thông không đổi đòi hỏi mạch điều khiển
rấtphức tạp. Nếu bỏ qua sụt áp trên điện trở và điện kháng tản mạch stator, ta có
Thể xem như U ≈ E. Khi đó nguyên tắc điều khiển E/f=const được thay bằng
phương pháp V/f=const.
Trong phương pháp V/f=const (gọi ngắn là V/f), như đã trình bày ở trên thì tỉ
sốV/f được giữ không đổi và bằng giá trị tỉ số này ở định mức.

Ta có công thức moment định mức ứng với sơ đồ đơn giản của động cơ:
Và moment cực đại ở chế độ định mức:
Khi thay các giá trị định mức bằng giá trị đó nhân với tỉ số a (aω dm, aVdm,aX), Ta
có được công thức moment của động cơ ở tần số f khác định mức.
Và moment cực đại ở tần số f khác định mức:
Dựa theo công thức trên ta thấy, các giá trị X1 và X2’ phụ thuộc vào tần số,
trong khi R1 lại là hằng số. Như vậy, khi hoạt động ở tần số cao, giá trị
(X1+X2’)>> R1/a, sụt áp trên R1 rất nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn đến từ
thông được giữgần như không đổi.Moment cực đại của động cơ gần như không
đổi.
Tuy nhiên, khi hoạt động ở tần số thấp thì giá trị điện trở R1/a sẽ tương đối
lớnso với giá trị của (X1+X2’), dẫn đến sụt áp nhiều ở điện trở stator khi moment
tải
lớn.
Điều này làm cho E bị giảm và dẫn đến suy giảm từ thông và moment cực đại.
Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp. Ta sẽ cung cấp thêm cho động cơ
một điện áp Uo để cung cấp cho động cơ từ thông định mức khi f=0.
Từ đó ta có quan hệ như sau:
U=Uo+K.f
19


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

Với K là một hằng số được chọn sao cho giá trị U cấp cho động cơ bằng Uđm
tạif=fđm.
Khi a>1 (f>fđm), Điện áp được giữ không đổi và bằng định mức.Khi đó động
cơ hoạt động ở chế độ suy giảm từ thông.

Điện áp

Moment

đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa moment và điện áp theo tần số trong phương
pháp điều khiển V/f=const.
1.5 Đề xuất nhiệm vụ nghiên cứu.
Hiện nay đa số các chi tiết được vát mép theo phương pháp thủ công làm ảnh
hưởng đến năng suất sản xuất, tiến độ hoàn thành đơn hàng. Các máy vát mép
ngoại nhập đắt tiền đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu rất cao. Mô hình này chưa phù
hợp với điều kiện nước ta hiện tại, khi vần đề vốn và nhân lực trình độ cao để
quản lý các hệ thông đó còn khan hiếm. Mặt khác các máy đó nếu xảy ra hư hỏng
dù nhỏ, chỉ có các hãng sản xuất nắm bí quyết công nghệ mói sửa chữa được, còn
lại hầu như chúng ta không thể can thiệp vào…
Từ những nhận xét trên, nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài gồm:
- Nghiên cứu điều khiển tốc độ quay của động cơ để có thể gia công nhiều loại
vật liệu khác nhau.
- Nghiên cứu điều khiển quá trình vát mép tự động.
- Ứng dụng kết quả nghiên cứu của quá trình vát mép tự động.

20


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

Chương 2

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nội dung nghiên cứu.
- Nghiên cứu điều khiển tốc độ quay của động cơ để có thể gia công nhiều loại
vật liệu khác nhau.
- Nghiên cứu điều khiển quá trình vát mép tự động.
- Ứng dụng kết quả nghiên cứu của quá trình chế tạo mô hình máy vát mép tự
động vào thực tế để vát mép các thép tấm trong công nghệ hàn.
2.2 Phương pháp nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy vát mép kim loại.
2.2.1 Yêu cầu thiết kế.
 Phạm vi sử dụng rộng: có thể vát cạnh nhiều loại kim loại và hợp kim có
chiều dày cần vát khác nhau.
 Các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng.
- Máy có thể điều khiển được tốc độ quay của trục chính và tốc độ lượng chạy
dao s theo yêu cầu các mức thí nghiệm khác nhau.
- Máy thiết kế phải có năng suất và hiệu suất tương đối cao, ít tốn năng lượng,
kích thước máy cố gắng thật nhỏ, gọn, chi phí đầu tư thấp, vận hành tương đối dễ
dàng …
- Để làm được điều này người thiết kế cần hoàn thiện về sơ đồ kết cấu của máy
đồng thời chọn các thông số thiết kế và các quan hệ về kết cấu hợp lý.
 Khả năng làm việc
- Máy có thể hoàn thành các chức năng đã định mà vẫn giữ được đồ bền, không
thay đổi kích thước cũng như hình dạng của máy, ngoài ra vẫn giữ được sự ổn
định, có tính bền mòn, chịu được nhiệt và chấn động.
- Để máy có đủ khả năng làm việc cần xác định hợp lý hình dạng, kích thước chi
tiết máy, chọn vật liệu thích hợp chế tạo chúng và sử dụng các biện pháp tăng
bền như nhiệt luyện, …
 Độ tin cậy
- Độ tin cậy là tính chất của máy vừa thực hiện chức năng đã định đồng thời vẫn
giữ được các chỉ tiêu về sử dụng (như năng suất, công suất, mức độ tiêu thụ năng
lượng, độ chính xác, …) trong suốt quá trình làm việc hoặc trong quá trình thực
21



Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

hiện công việc đã quy định.
- Độ tin cậy được đặc trưng bởi xác suất làm việc không hỏng hóc trong một
thời gian quy định hoặc quá trình thực hiện công việc.
 An toàn trong sử dụng
- Một kết cấu làm việc an toàn có nghĩa là trong điều kiện sử dụng bình thường
thì kết cấu đó không gây ra tai nạn nguy hiểm cho người sử dụng, cũng như
không gây hư hại cho thiết bị, nhà cửa và các đối tượng xung quanh.
Tính công nghệ và tính kinh tế
- Đây là một trong những yêu cầu cơ bản đối với máy để thỏa mãn yêu cầu về
tính công nghệ và tính kinh tế thì máy được thiết kế có hình dạng, kết cấu, vật
liệu chế tạo phù hợp với điều kiện sản suất cụ thể, đảm bảo khối lượng và kích
thước nhỏ nhất, ít tốn vật liệu nhất, chi phí về chế tạo thấp nhất kết quả cuối cùng
là giá thành thấp.
- Máy nên thiết kế với số lượng ít nhất các chi tiết, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
và lắp ráp, chọn cấp chính xác chế tạo cho phù hợp nhưng vẫn đảm bảo được
điều kiện và quy mô sản xuất cụ thể.
2.2.2 Thiết kế hệ thống động học của máy.
 Cơ sở lý thuyết của công nghệ cắt gọt kim loại.
a) Chiều sâu phay t (mm) và chiều rộng pháy B (mm).
Chiều sâu phay t và chiều rộng phay B là những định nghĩa gắn liền với lớp
kim loại của phôi cần được hớt bỏ đi khi phay. Trong tất cả các dạng phay trừ
phay mặt đầu, t được xác định bằng khoảng cách tiếp xúc của răng dao vào phôi
và được đo theo hướng vuông góc với đường tâm dao phay.
Chiều rộng phay B được xác định bằng chiều dài cắt của răng dao khi cắt, đo

theo hướng song song với trục dao.
b) Lượng chạy dao S
Khi phay cần phân biệt lượng chạy dao răng S z, lượng chạy dao vòng S và
lượng chạy dao phút Sph, chúng có quan hệ:
Sph=S.n= Sz.Z.n
Trong đó: n – số vòng quay của dao, vòng/phút.
Z – số răng của dao phay.
Lượng chạy dao đầu tiên khi phay thô là đại lượng cho dưới dạng S z, khi phay
tinh dưới dạng S, để từ đó tính ra Sz=S/Z.
c) Tốc độ cắt V (m/ph).
Tốc độ cắt V được tính theo công thức:
Cv; m; x; y; u; q và p – hệ số và các số mũ.
22


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

T- chu kỳ bền của dao.
Hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt phụ thuộc vào các điều kiện cắt cụ thể:
Kv=KMV.Knv.Kuv
Trong đó:
KMV – hệ số phụ thuộc vào chất lượng của vật liệu gia công.
Knv – hệ số phụ thuộc vào trạng thái bề mặt của phôi.
Kuv – hệ số phụ thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt.
d) Lực cắt Pz (N).
Lực cắt được tính theo công thức:
Trong đó:
Z- số răng dao phay.

n – số vòng quay của dao, vòng/phút.
Cp và các số mũ tra bảng
KMP – hệ số điều chỉnh cho chất lượng của vật kiệu gia công.
Giá trị các lực thành phần khác: lực ngang (lực chạy dao) P h, lực thẳng đứng Pv,
lực hướng kính PY, lực hướng trục PX được xác định từ quan hệ lực cắt chính Pz:
Lực thành phần Pyz để tính trục dao theo uốn.
e) Mô men xoắn Mx (N.m) trên trục chính của máy.
D – đường kính dao phay, mm.
f) Công suất cắt Ne ( kw).
Tính toán thiết kế hệ thống động lực học của máy.
a) Xác định chiều sâu cắt t :
- Phay t1 = 2mm
b)Lượng chạy dao S :
(bảng 5-33 trang 29 sổ tay CNCTM2)
-phay Sz = 0,04mm/vòng
Lượng chạy dao Sph.
Sph=S.n= Sz.Z.n=0,04.14.492,5=275,8 mm/ph
c) Tốc độ cắt V (m/ph):


v=

Cv D q
T m .t x s Z y . B u . Z P

kv

(sổ tay CNCTM2, trang 20)

Trong đó:

23


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

Cv = 68.5 (Bảng 5-39 trang 33 , sổ tay CNCTM2)
q = 0,25
x = 0,3
y = 0,2
u = 0,1; p=0,1
m = 0,2
T = 180 (bảng 5-30 trang 24 sổ tay CNCTM2)
Trong đó:
Kmv= 1 ảnh hưởng chất lượng bề mặt gia công (bảng 5-1 trang 6 sổ tay
CNCTM2)
Knv= 1 ảnh hưởng của trạng thái phôi (bảng 5-5 trang 8 sổ tay CNCTM2)
Kuv= 1 ảnh hưởng vật liệu phần cắt của dao (bảng 5-6 trang 8 sổ tay CNCTM2)
+ Phay thô
v=

68.5 × 50 0.25
×1 = 73m / ph
180 0.2 × 2 0,3 × 0,04 0, 2 × 20 0,1 ×14 0

- Số vòng quay
n =

1000v

πD

(trang 21 sổ tay CNCTM2)

Phay

thô

d) Lực cắt khi phay:
( trang 21 sổ tay CNCTM2)
Trong đó: Cp = 68.2 (bảng 5-41 trang 34 sổ tay CNCTM2)
q= 0,86; w =0
x= 0,86; u= 1
y = 0,72
KMp = 1 (bảng 5-9 trang 9 sổ tay CNCTM2)
+ phay thô

Tra bảng 5-42 trang 35 sổ tay CNCTM2
Ph=0,9Pz=0,9.505=455 (N)
e) Momen xoắn khi phay
24


Luận án tốt nghiệp

Máy vát cạnh kim loại

( trang 28 sổ tay CNCTM2)
Phay thô :
f) Công suất cắt của máy:

2.2.3 Thiết kế hệ thống kẹp phôi.
 Cơ sở lý thuyết của hệ thống kẹp phôi.
Việc tính toán lực kẹp được coi là gần đúng trong điều kiện phôi ở trạng thái
cân bằng tĩnh dưới tác dụng của ngoại lực. Các ngoại lực bao gồm: lực kẹp, phản
lực ở điểm tựa, lực ma sát ở các mặt tiếp xúc, lực cắt, trọng lực của chi tiết gia
công…
Giá trị lực kẹp lớn hay nhỏ tùy thuộc vào các ngoại lực tác dụng kể trên.
Lực cắt và mômen cắt được xác định cụ thể theo phương pháp cắt, trong thực tế
lực cắt không phải là hằng số. Ngoài ra có nhiều điều kiện khác không ổn định
như bề mặt phôi không bằng phẳng, nguồn sinh lực tác dụng vào cơ cấu kẹp để
sinh ra lực kẹp không ổn định…Để tính đến các yếu tố gây nên sự không ổn định
nói trên, khi tính lực kẹp người ta đưa thêm vào các hệ số:
Hệ số điều chỉnh chung để đảm bảo an toàn là:
K = Ko.K1.K2.K3.K4.K5
Trong đó:
- Hệ số an toàn trong mọi trường hợp
K0=1,5 - 2
- Hệ số phụ thuộc vào lượng dư không đều:
Khi gia công thô
K1=1,2
Khi gia công tinh
K1=1
- Hệ số phụ thuộc độ mòn dao làm tăng lực cắt, K2= 1 – 1,9
- Hệ số tăng lực cắt khi gia công gián đoạn
- Hệ số phụ thuộc vào nguồn sinh lực không ổn định:
Khi kẹp chặt bằng tay
K4=1,3
Khi kẹp chặt bằng khí nén hay dầu ép K4=1
- Hệ số phụ thuộc vào sự thuận lợi vị trí tay quay của cơ cấu kẹp khi kẹp
chặt bằng tay:

Góc quay < 90˚
K5=1
Góc quay > 90˚
K5=1,2
- Hệ số phụ thuộc vào mômen làm lật phôi quanh điểm tựa:
Khi định vị trên các chốt tỳ:
K6=1
Khi định vị trên các phiến tỳ
K6=1,5
Phải căn cứ vào từng điều kiện cụ thể để xác định từng hệ số K riêng biệt.
25