TRƯỜNG�ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán thiết kế trục thứ 4 cho máy mài phẳng CNC và lập trình gia công các chi tiết dạng�răng PHAN DUY YÊN yen pd167042sis hust edu vn TRẦN�VĂN�NGỌ.
T Ổ NG QUAN V Ề MÁY CÔNG C Ụ CNC
Khái quát v ề máy công c ụ CNC
Lịch sửphát triển máy công cụCNC
Hình 1 1 Hình h ọ a gia công CNC
CNC (Computer Numeric Controlled) là thuật ngữ chỉ hoạt động của máy công cụ dưới sự điều khiển số của máy tính Các loại máy CNC phổ biến bao gồm máy tiện, máy phay, máy xung, máy cắt dây tia lửa điện, máy cắt laser, máy cắt tia nước có hạt mài và máy đột dập Những máy này thường được sử dụng tại các nhà máy cơ khí chính xác, xưởng cơ khí, trường kỹ thuật và viện nghiên cứu, phản ánh sự phát triển công nghệ trong ngành công nghiệp hiện đại.
Máy điều khiển số cổ điển được phát triển dựa trên công trình của John Parsons từ những năm 1940 Ông đã sáng chế ra phương pháp sử dụng phiếu đục lỗ để ghi lại dữ liệu về vị trí tọa độ, giúp điều khiển máy công cụ Nhờ vào việc điều khiển chuyển động theo từng tọa độ, máy đã tạo ra bề mặt cần thiết cho cánh máy bay.
Năm 1948, J Parson đã trình bày những hiểu biết của mình cho không lực Hoa Kỳ, dẫn đến việc cơ quan này tài trợ cho nhiều nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Servomechanism thuộc trường Đại học Kỹ thuật Massachusetts (MIT).
Công trình đầu tiên tại MIT liên quan đến việc phát triển mẫu máy phay NC, điều khiển chuyển động của đầu dao theo ba trục tọa độ Mẫu máy NC đầu tiên được giới thiệu vào năm 1952 và khả năng của nó đã được chứng minh từ năm 1953.
Một thời gian sau, các nhà chế tạo máy đã bắt đầu sản xuất máy NC để bán ra thị trường Các nhà công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực chế tạo máy bay, đã ứng dụng máy NC để tạo ra các chi tiết cần thiết cho sản phẩm của họ.
Mỹ tiếp tục phát triển NC thông qua việc tài trợ cho MIT nghiên cứu ngôn ngữ lập trình điều khiển máy NC, dẫn đến sự ra đời của ngôn ngữ APT (Automatically Programmed Tools) vào năm 1959 Mục tiêu của APT là cung cấp một phương tiện cho lập trình viên nhập lệnh vào máy NC Mặc dù APT bị chỉ trích là ngôn ngữ quá phức tạp cho nhiều máy tính, nó vẫn là công cụ quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hiện nay, với nhiều ngôn ngữ lập trình mới phát triển dựa trên APT.
Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin từ bộ nhớ chương trình máy tính Bộ điều khiển hỗ trợ nhân viên lập trình trong việc tăng tốc độ sử dụng máy.
Từ những máy công cụ sơ khai, hiện nay máy CNC đã phát triển mạnh mẽ với hệ điều hành lập trình tinh vi, cho phép thực hiện nhiều chức năng chuyên biệt Các loại máy như phay đứng, phay ngang, máy tiện và các máy gia công 3 trục, 5 trục có khả năng xử lý các bề mặt phức tạp Ngoài ra, công nghệ hiện đại còn bao gồm máy cắt dây EDM, máy cắt khắc laser kim loại và đột dập liên hoàn Các Trung tâm gia công hiện nay có thể thực hiện nhiều nguyên công như tiện, phay, khoan và mài trên một máy chỉ với một lần gá đặt, tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Hình 1 2 L ị ch s ử phát tri ể n máy CNC
Các máy CNC thông thường hiện nay gồm có cấu tạo chung như trong hình vẽ dưới đây.
Hình 1 3 C ấ u t ạ o chúng c ủ a các máy CNC
Máy CNC sử dụng các cụm trục chính được bố trí theo các trục tọa độ X, Y, Z, cho phép xác định chính xác chiều chuyển động của các cơ cấu và dụng cụ cắt Các trục quay tương ứng được ký hiệu là A, B, C, với chiều dương theo quy tắc bàn tay phải, tức là quay theo chiều kim đồng hồ khi nhìn từ phía dương của các trục X, Y, Z Hệ tọa độ này là nền tảng quan trọng trong hoạt động của máy CNC, mang lại nhiều ưu điểm cho quá trình gia công.
Máy móc giúp giảm thiểu sức lao động và tăng năng suất, từ đó tiết kiệm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả làm việc.
- Lúc vận hành sẽ đạt được độchính xác cao về kích thước Độ chính xác được được xem gần như tuyệt đối.
- Ưu điểm chỉ có trong máy CNC: đó là phương thức làm việc với hệthống xử lý thông tin“điện tử –số hóa”.
- Lúc vận hành máy CNC không phụ thuộc quá nhiều vào tay nghềcủa người thợso với gia công cơ khí truyền thống.
Máy CNC với độ ổn định cao mang lại hiệu quả kinh tế vượt trội, đặc biệt trong việc gia công các sản phẩm có hình dạng phức tạp và kích thước lớn.
Trước đây, gia công vật liệu dày thường tốn nhiều thời gian và không đảm bảo độ chính xác Tuy nhiên, với máy CNC, chỉ cần nhập bản thiết kế và ra lệnh, máy sẽ thực hiện công việc một cách nhanh chóng và chính xác.
Máy CNC có khả năng di chuyển với tốc độ lớn, mang lại năng suất cao trong gia công chính xác Nhờ vào mức độ tự động hóa vượt trội, máy CNC tối ưu hóa thời gian sản xuất, giúp nâng cao hiệu quả công việc.
Máy CNC đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong thời đại công nghệ phát triển, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí Loại máy này được sử dụng rộng rãi để gia công các sản phẩm đa dạng, từ gỗ, đá cho đến kim loại, mang lại hiệu quả và độ chính xác cao trong sản xuất.
- Trong lĩnh vực sản xuất đồgỗ, máy CNC được sửdụng đểgia công các hoa văn,chạm khắc các chi tiết một cách nhanh chóng.
Máy CNC được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất đồ gia dụng và lắp ráp xe, đồng thời cũng được sử dụng để gia công các khuôn đúc với thiết kế tinh xảo.
T ổ ng quan v ề công ngh ệ mài
Lịch sửphát triển công nghệmài
Việc ứng dụng mài, một quy trình gia công cuối cùng, đã có từ khoảng 2 triệu năm trước với các dụng cụ thời tiền sử được sản xuất qua quá trình mài Cho đến những năm 1980, các hạt mài tự nhiên đã được thay thế bởi hạt mài nhân tạo, như Al2O3 và SiC, nhờ vào việc phát hiện và khai thác quặng Hạt mài nhân tạo có nhiều ưu điểm vượt trội, bao gồm khả năng kiểm soát tạp chất và chất lượng trong sản xuất, cho phép điều chỉnh kích thước và độ bền của hạt mài để phù hợp với các ứng dụng khác nhau trong ngành công nghiệp.
Trong Thế chiến thứ II, sự gián đoạn trong việc cung cấp kim cương tự nhiên cho đá mài đã kích thích nghiên cứu và phát triển các vật liệu thay thế.
1955, rất nhiều phát kiến trong việc phát triển vật liệu mài đã đưa đến thành công chếtạo kim cương nhân tạo
Nitrit Bor lập phương (CBN) được phát triển nhanh chóng và được biết đến như một loại siêu mài mòn cùng với kim cương CBN và kim cương nhân tạo sở hữu những tính chất vượt trội như độ cứng cao, khả năng chịu mài mòn tốt, độ bền nén và hệ số dẫn nhiệt hiệu quả, làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng trong các ứng dụng công nghiệp.
Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật và ngành chế tạo máy đã dẫn đến sự ra đời của nhiều loại vật liệu mới, đáp ứng các yêu cầu cao về cơ lý tính và các đặc tính đặc biệt Tuy nhiên, tính gia công của các vật liệu này thường rất thấp, gây khó khăn trong quá trình chế tạo, trong khi các chi tiết ngày càng đòi hỏi chất lượng và độ chính xác cao hơn.
Phương pháp mài đang ngày càng được áp dụng rộng rãi, đặc biệt trong ngành chế tạo máy hiện đại Hiện tại, máy mài chiếm khoảng 30% tổng số máy cắt kim loại, cho thấy vai trò quan trọng của nó trong sản xuất Đặc biệt, trong ngành chế tạo ổ bi, công đoạn mài đóng góp tới 60% trong toàn bộ quy trình công nghệ.
Với yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác và chất lượng gia công, quá trình mài đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi hơn so với các phương pháp gia công cơ khí khác Điều này khiến cho mài trở thành một lĩnh vực được chú trọng và phát triển liên tục trong ngành công nghiệp.
Hình 1 7 Minh h ọ a nguyên công mài
Mài là phương pháp gia công kim loại tốc độ cao, sử dụng nhiều lưỡi cắt nhỏ từ hạt mài Các hạt mài này được cố định trong đá mài nhờ vào chất kết dính.
Mài là một phương pháp gia công cắt gọt đặc biệt, khác biệt với các kỹ thuật khác nhờ vào việc sử dụng đá mài, một dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt không liên tục Các lưỡi cắt này được hình thành từ những hạt mài nhỏ, có hình dạng đa dạng và phân bố ngẫu nhiên trong chất kết dính Hầu hết các hạt mài đều sở hữu nhiều lưỡi cắt, với góc lượn ở đỉnh và góc cắt không thuận lợi cho quá trình cắt gọt.
Góc trước thường âm và góc cắt thường lớn hơn90 , có bán kính ở các lưỡi cắt.
Tốc độcắt khi mài rất cao, thường Vđ = 30 - 35 m/s, tốcđộcó thểlên tới
Do góc cắt không hợp lý, tốc độcắt cao nên nhiệt độ ởvùng cắt khi mài rất lớn (1000 ÷ 15000 C) làm thay đổi cấu trúc tếvi lớp kim loại bềmặt.
Trong quá trình mài, mỗi hạt mài tạo ra những phoi rất nhỏ, với số lượng lớn lên đến hàng nghìn phoi trong một phút Do đó, mài có thể được xem như là quá trình cào xước tế vi bề mặt gia công.
Hạt mài có độ cứng cao và khả năng cắt gọt không liên tục, cho phép gia công các vật liệu cứng như thép tôi, hợp kim cứng và thép bền nhiệt Tuy nhiên, hạt mài không thích hợp để gia công những vật liệu mềm.
Lực cắt trong quá trình mài thường không lớn, với giá trị trung bình khoảng 300N - 400N, do tiết diện của phoi hạt mài rất nhỏ Thông thường, lực Py chiếm từ 1,5 đến 3 lần lực Pz, trong khi đó, lực Px lại nhỏ hơn nhiều so với lực Pz.
Tuy nhiên công suất tiêu hao khi mài rất lớn vì tốc độcắt khi mài rất cao Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tựmài sắc:
Dưới tác động của tải trọng cơ và nhiệt, các hạt mài sẽ mòn và bật ra khỏi bề mặt đá, tạo điều kiện cho những hạt mài mới tham gia vào quá trình cắt Bên cạnh đó, một số hạt mài bị vỡ cũng hình thành nên những lưỡi cắt mới.
Do hiện tượng tự mài sắc, việc thay đổi hình dáng và vị trí của hạt mài trong đá mài là không thể chủ động, dẫn đến những khó khăn trong nghiên cứu và điều khiển quá trình mài Các quy luật của quá trình mài vẫn chưa được nghiên cứu một cách toàn diện Đá mài có thành phần cấu tạo đặc biệt, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của quá trình mài.
Đá mài là một dụng cụ cắt đặc biệt với nhiều lưỡi cắt có kích thước và hình dáng khác nhau Chúng được tạo thành từ các hạt mài và chất dính kết, trong đó hạt mài là thành phần chính, đóng vai trò như lưỡi cắt Các hạt mài được chế tạo từ nhiều loại vật liệu như kim cương, cacbit silic (SiC), oxit nhôm (Al2O3) và cacbit bo (B4C).
Hạt mài được sản xuất theo các kích cỡhạt khác nhau (từ 5micromet đến 3200micromet) đểchếtạo các loại đá khác nhau.
Kích thước hạt phụthuộc vào kích thước rây đểsàng và phân loại độlớn của hạt.
Chất kết dính dùngđểliên kết các hạt mài và tạo nên hình dáng của đá mài.
Chất dính kết quyết định độcứng và độbền của đá mài.
Chất dính kết trong đá mài bao gồm chất kết dính vô cơ như keramit và chất kết dính hữu cơ như bakelit, caosu Độ cứng hoặc độ mềm của đá mài không phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo hạt mài mà vào khả năng tách rời các hạt mài khi có lực cắt tác động, tạo ra lớp hạt mài mới trên bề mặt đá Đá cứng khó tách hạt mài và thường được sử dụng để gia công vật liệu mềm, trong khi đá mềm dễ tách hạt mài, tạo ra lưỡi cắt sắc bén hơn, phù hợp cho việc gia công vật liệu cứng.
T ổ ng quan máy mài CNC
Ứng dụng máy mài CNC trong sản xuất cơ khí
Máy công cụ gia công điều khiển số bằng máy tính (máy CNC) đã được nghiên cứu và phát triển trên thếgiới từnhững năm 1970.
Máy CNC đã trở thành một phần thiết yếu trong các nhà máy và ngành cơ khí, nhờ vào sự phát triển lâu dài và ứng dụng thành công các thành quả của khoa học công nghệ trong tự động hóa và công nghệ thông tin.
Máy CNC với khả năng gia công linh hoạt, độ chính xác cao và sự ổn định ngày càng được ứng dụng rộng rãi Chúng đang dần thay thế các máy vạn năng và máy chuyên dùng trong nhiều lĩnh vực sản xuất.
Máy mài CNC đang ngày càng trở nên phổ biến trong các nhà máy cơ khí, bên cạnh các loại máy CNC thông dụng như máy phay và máy tiện Sự phát triển này cho thấy vai trò quan trọng của máy mài CNC trong quy trình sản xuất hiện đại.
Trước đây, máy mài CNC ít được sử dụng vì công nghệ mài đòi hỏi độ chính xác cao trong gia công tinh cuối Lượng kim loại bị hớt đi khi mài thường không khớp với tiến dao của máy, buộc người thợ phải kiểm tra kích thước liên tục trong quá trình gia công để đảm bảo đạt được kích thước mong muốn.
Máy mài CNC mang lại hiệu quả cao nhất khi gia công các bề mặt định hình phức tạp Nhờ vào sự phát triển công nghệ, độ chính xác và năng suất gia công của máy mài CNC ngày càng được cải thiện.
Vì vậy, các máy mài CNC ngày càng được sửdụng rộng rãi hơn trong nên công nghiệp cơ khí.
Một sốmáy mài CNC 4 trục trên thị trường
Hiện nay, thị trường máy mài CNC rất đa dạng với nhiều loại máy khác nhau, bao gồm máy mài tròn, máy mài phẳng, máy mài răng sử dụng điều khiển số, cùng với các trung tâm gia công nhiều trục.
Dưới đây là một sốmẫu máy mài CNC tiêu biểu trên thị trường.
Máy mài vô tâm CNC JAGUAR CLG6020
Hình 1 13 Máy mài vô tâm CNC JAGUAR CLG6020
Máy mài Jaguar CLG6020 là lựa chọn lý tưởng cho trung tâm mài với năng suất cao, có kích thước đĩa mài lớn lên đến 610mm Thiết bị được trang bị các thành phần tiên tiến nhằm tối ưu hóa quy trình tự động hóa, phù hợp cho việc mài các chi tiết như van động cơ và các chi tiết dạng xoắn.
Thông sốkỹthuật chính của máy mài CNC JAGUAR CLG6020 Đường kính đá mài lớn nhất: 610mm
Bề dày đá mài lớn nhất: 200mm Đường kính đá dẫn lớn nhất: 305mm
Bề dày đá dẫn lớn nhất: 200mm Đường kính phôi: 3-120mm
Công suất trục chính: 20kW
Máy mài tròn CNC SWIFT
Hình 1 14 Máy mài tròn CNC SWIFT
Máy mài tròn SWIFT CNC là sản phẩm mới nhất của hãng HI-LIFE đến từ Ấn Độ, sở hữu thiết kế 2 trục hiện đại Với khả năng hoạt động đồng thời trên cả hai trục, máy đạt tốc độ cắt tối đa lên đến 45m/s, giúp nâng cao hiệu suất gia công Đặc biệt, ổ trục chính được chế tạo chính xác, giảm thiểu ma sát trong quá trình làm việc, tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của máy.
Thông sốkỹthuật chính của máy mài tròn SWIFT CNC:
Chiều dài phôi tối đa:1000m
Tốc độbàn máy: 7000mm/ph
Bước tiến nhỏnhất: 0,001mm Đường kính đá lớn nhất: 500mm
Bề dày đá lớn nhất: 80mm
Mô tơ trục chính: 11.2x6 KWxP
Mô tơ trục đứng: 0.375x4 KWxP
Mô tơ bơm dầu thủy lực: 11x6 KWxP
Kích thước lắp đặt: 6000x3360 mm
Máy mài bềmặt CNC FS 4080M
Hình 1 15 Máy mài b ề m ặ t CNC FS 4080 M
Khung đúc khoáng sản có khả năng giảm rung nhanh gấp 6 lần so với gang (GG25) và gấp 10 lần so với thép Máy này không chỉ hoạt động yên tĩnh mà còn đạt độ chính xác tối đa và tích lũy nhiệt thấp, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội.
Thiết kếnày cho phép sự đồng đều của bềmặt đất và độ ổn định kích thước không thể đạt được với các thiết kế máy thông thường
Ngoài độrắn chống rung của nó, vật liệu này cũng cung cấp độ ổn định nhiệt tuyệt vời
Hướng dẫn con lăn tuyến tính trên tất cả các trục đảm bảo độ chính xác cao và phân phối tải tối ưu, mang lại hiệu suất hoạt động vượt trội Hệ thống sử dụng ổ đĩa servo mạnh mẽ và vít bóng được tải sẵn, đảm bảo nguồn cấp dữ liệu đồng nhất cho các ứng dụng.
Một vít bi được chọn lựa cẩn thận mang lại độ chính xác cao hơn (C2) và hỗ trợ quy mô tuyến tính đọc thủ công cho ổ trục dọc.
Tất cả các trục có thể được định vị chính xác nhờ vào bánh xe điện tử Đầu trục chính có trọng lượng nặng và độ cứng cao, đi kèm với vòng bi góc cực, đảm bảo hiệu suất tối ưu mà không cần bảo trì.
Tự động bôi trơn trung tâm giảm thiểu bảo trì Điều khiển 828D của Siemens với gói mài, chu kỳthực sựvà chức năng mài hồ sơ Điểm nổi bật
CNC dựa trên bảng điều khiển nhỏgọn, mạnh mẽ, không cần bảo trì
Chương trìnhthoải mái và tham số đầu vào qua bàn phím QWERTY
Mức độchính xác gia công tối đa biến đổi động học thông minh đểgia công các bộphận hình trụ, và cho các cấp độphôi góc cạnh
SINUMERIK MONDYNAMICS với tính năng bềmặt tiên tiến mới: Đối với bềmặt một phần hoàn hảo và thời gian gia công ngắn nhất trong các ứng dụng làm khuôn
Thông sốkỹthuật chính của máy mài bềmặt FS 4080M:
Kiểu mài: Bềmặt, góc cạnh Đặc điểm khác : 4 trục
Hình 1 16 Máy mài CNC MR 401
Cỗ máy độc quyền trên thị trường đồng hồ có khả năng mài đồng thời cả hai cặp vấu và mặt đồng hồ, mang lại hiệu suất vượt trội cho mọi loại vật liệu.
4 trục kỹthuật số đồng thời
Trục xoay công cụ kép đểgia công giữa các cạnh đồng và đồng hồ đồng thời Khoan lỗlò xo
Tự động mài bánh xe Đặc thù
Thớch hợp cho phụi từứ20 80 mm
Lập trình ISO với sựhỗtrợ vĩ mô
Thông sốkỹthuật chính của máy mài MR 401:
Từ năm 1993, máy công cụ CNC đã được ứng dụng lần đầu tiên tại Việt Nam thông qua dự án CAD/CAM do UNIDO tài trợ, giúp các công ty khuôn mẫu ở TP Hồ Chí Minh tiếp cận công nghệ này bằng cách sử dụng máy second-hand từ Đài Loan và Nhật Bản Việc này đã cho phép sản xuất nhiều khuôn ép nhựa trong nước, thay thế hàng nhập khẩu như két bia và vỏ ti vi, mặc dù chất lượng sản phẩm còn hạn chế Đến những năm 1997-1998, sự phát triển mạnh mẽ hơn diễn ra khi các công ty trong và ngoài nước đầu tư vào máy CNC thế hệ mới và phần mềm CAD/CAM, từ đó sản xuất được nhiều loại khuôn nhựa phục vụ cho ngành điện tử và xe máy, cũng như các linh kiện kim loại có độ chính xác cao.
Công nghệ CNC đang trở thành tiêu chuẩn trong ngành cơ khí chế tạo máy tại Việt Nam, mở ra nhiều thách thức và cơ hội cho kỹ sư và công nhân Việc áp dụng công nghệ này giúp họ nâng cao trình độ chuyên môn và thăng tiến trong sự nghiệp.
K ế t lu ậ n
Mục đích, yêu cầu của đồán tốt nghiệp:
- Xây dựng mô hình máy mài CNC phục vụcho giảng dạy, học tập trong các trường dạy nghề, các nhà máy…
- Tạo cơ sởtừng bước cho việc thiết kếvà chếtạo máy mài CNC.
- Xuất phát từnhu cầu đào tạo nguồn nhân lực biết sửdụng máy CNC.
- Tận dụng các máy công cụhiện có đểCNC hóa.
TÍNH TOÁN THIẾ T K Ế H Ệ TH ỐNG CƠ KHÍ TRỤ C TH Ứ 4
Máy mài ph ẳ ng CNC 3 tr ụ c
Các tính năng của máy mài phẳng CNC 3 trục
Hình 2 1 Máy mài ph ẳ ng CNC 3 tr ụ c
Máy mài phẳng CNC là thiết bị sử dụng công nghệ CNC để mài phẳng bề mặt các loại vật liệu Điểm đặc biệt của máy là viên đá mài được cố định ở một vị trí nhất định và có khả năng điều chỉnh độ cao so với mặt bàn làm việc Với nhiều ưu điểm vượt trội, máy mài phẳng CNC ngày càng được ưa chuộng trong ngành công nghiệp.
Máy mài CNC có khả năng xử lý nhiều loại vật liệu, từ thép cứng và hợp kim cứng cho đến các vật liệu giòn như thủy tinh và đá granit.
Khả năng xử lý chính xác cao không chỉ nâng cao hiệu quả sản phẩm mà còn hỗ trợ sản xuất các sản phẩm công nghiệp tinh vi Điều này giúp công nhân thực hiện dễ dàng nhiều nhiệm vụ vất vả, từ đó rút ngắn chu kỳ sản xuất và tăng tốc độ đưa sản phẩm ra thị trường.
Chức năng của máy mài CNC
• Làm nhẵn mịn, mài mòn bề mặt của vật liệu
• Loại bỏ các chất thừa bám trên bề mặt vật liệu
• Đánh bóng bề mặt các loại đá, kim loại…
Nghiên cứu sơ đồ động học máy CNC 3 trục có trước
Các chuyển động của trục X, Y, Z như sau:
Chuyển động trục Z của đá được thực hiện bởi cụm trục chính, sử dụng động cơ bước để dẫn động Động cơ trục Z này hoạt động thông qua bộ truyền vít me và đai ốc, đồng thời được điều khiển bởi bộ điều khiển số thông qua máy tính.
Bàn máy được điều khiển chuyển động trục X nhờ vào động cơ bước, sử dụng hai cặp bánh răng để truyền động vào bộ truyền thanh răng-bánh răng Toàn bộ quá trình này được quản lý bởi bộ điều khiển số thông qua kết nối với máy tính.
Chuyển động trục Y của bàn máy được điều khiển bởi động cơ bước, sử dụng bộ truyền vít me – đai ốc, và được quản lý thông qua bộ điều khiển số kết nối với máy tính.
Hình 2 2 Sơ đồ độ ng máy CNC 3 tr ụ c
- Các kết cấu dẫn động:
• Thanh răng-bánh răng cho trục X
•Trục vitme -đai ốc cho trục Y,Z
• Đường dẫn hướng cho trục X,Y,Z
-Động cơ dẫn động cho các trục X, Y và Z với
Lượng chạy dao : Sx = 45 mm/s; Sy = 16.5 mm/s; Sz = 3.5 mm/s
Lượng di chuyển nhỏnhất : Trục X, Y : 0.07 mm
Nguyên c ứ u thi ế t k ế sơ đồ độ ng tr ụ c th ứ 4
Một số phương án sơ đô động trục thứ4
Máy mài CNC đang ngày càng trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp phát triển Để thiết kế hiệu quả, các kỹ sư cần tiến hành nghiên cứu và tìm hiểu kỹ lưỡng nhằm lựa chọn các kết cấu phù hợp.
Bài viết này trình bày các phương án thiết kế dựa trên sự thay đổi kết cấu của các trục và bàn máy Chúng tôi sẽ phân tích chi tiết từng phương án, nêu rõ ưu và nhược điểm để từ đó lựa chọn phương án tối ưu cho thiết kế sơ đồ động của máy.
Phương án 1 sử dụng bàn máy có khả năng di chuyển phôi, với trục quay được gọi là trục A và đá mài dạng đĩa Hệ thống động cơ và các cơ cấu truyền động tương tự như loại bàn máy đứng yên, nhưng điểm khác biệt là bàn máy có thể tịnh tiến theo hai trục X và Y Trong khi đó, trục chính di chuyển dọc theo trục Z, được cố định trên bàn máy và tách biệt với hai trục X và Y.
Hình 2 3 Sơ đồ độ ng c ủa phương án 1
Chuyển động trục Z của dao được thực hiện bởi cụm trục chính, với động cơ bước (Đ/c trục Z) dẫn động thông qua bộ truyền bánh răng và vít-me-đai ốc Quá trình này được điều khiển bởi bộ điều khiển CNC.
Chuyển động trục X được dẫn động bằng động cơ bước (Đ/c trục X) thông qua bộtruyền bánh răng và được điều khiển bởi bộ điều khiển CNC
Chuyển động trục Y được dẫn động bằng động cơ bước (Đ/c trục X) thông qua bộtruyền vít me – đai ốc và được điều khiển bởi bộ điều khiển CNC
Trục quay là trục A được dẫn động bằng động cơ bước thông qua bộtruyền trục vít –bánh vít và bộtruyền bánh răng, trục A song song trục X.
Phương án 2: Bàn máy mang phôi chuyểnđộng, trục quay là trục B, đá mài dạng đĩa
Phương án này tương tự phương án 2, chỉkhác là phôi quay tròn theo trục B chứkhông phải trục A
Hình 2 4 Sơ đồ độ ng c ủa phương án 2
Chuyển động trục Z của dao được thực hiện bởi cụm trục chính, được dẫn động bởi động cơ bước thông qua bộ truyền bánh răng và vít me-đai ốc, đồng thời được điều khiển bởi bộ điều khiển CNC.
Chuyển động trục X được dẫn động bằng động cơ bước (Đ/c trục X) thông qua bộtruyền bánh răng và được điều khiển bởi bộ điều khiển CNC
Chuyển động trục Y được dẫn động bằng động cơ bước (Đ/c trục X) thông qua bộtruyền vít me – đai ốc và được điều khiển bởi bộ điều khiển CNC
Trục quay là trục B được dẫn động bằng động cơ bước thông qua bộtruyền trục vít –bánh vít và bộtruyền bánh răng, trục B song song trục X.
So sánh và lựa chọn phương án thiết kế, phương án 1 với trục A song song trục X có ưu điểm là trục chính chỉ di chuyển lên xuống theo trục Z cố định trên bệ máy, trong khi bàn máy mang phôi thực hiện chuyển động theo hai phương X và Y Điều này giúp tăng độ cứng vững cho trục chính Hơn nữa, việc trục quay là trục A tạo điều kiện thuận lợi cho quan sát trong quá trình gia công, đồng thời mặt phẳng chuyển động của đá mài song song với trục Y, đảm bảo an toàn hơn khi có sự cố vỡ đá mài trong quá trình gia công.
Nhược điểm: Do bàn máy phải chuyển động nên kích thước bàn máy nhỏ, chỉphù hợp với gia công chi tiết vừa và nhỏ.
Phương án 2: Trục B song song trục Y
Phương án này tương tự như phương án 1, nhưng gặp một số hạn chế, bao gồm việc quan sát máy làm việc khó khăn do vị trí không thuận lợi Thêm vào đó, mặt phẳng chuyển động của đá mài song song với trục X, dẫn đến nguy cơ cao hơn cho người điều khiển nếu xảy ra sự cố vỡ đá mài trong quá trình gia công.
Kết luận: Sau khi phân tích các phương án, phương án thứ nhất là lựa chọn tối ưu nhất, đáp ứng đầy đủ các tiêu chí về kỹ thuật, có kết cấu cứng vững, năng suất cao và chất lượng bề mặt tốt Phương án này cũng đảm bảo an toàn và thuận tiện cho người điều khiển máy trong quá trình sử dụng.
Phân trích xích động học cho cụm trục thứ4
Truyền động bằng bánh răng
Hình 2 5 B ộ truy ề n bánh r ă ng Ưu điểm:
- Khả năng tải lớn do đó kích thước nhỏgọn.
- Tuổi thọcao, làm việc tin cậy.
- Hiệu suất cao, có thể đạt 0,97 0,98 trong một cấp.
- Công nghệcắt răng phức tạp, yêu cầu cao về độchính xác chếtạo.
- Có nhiều tiếng ồn khi vận tốc lớn.
Mặc dù có một số nhược điểm, truyền động bánh răng vẫn giữ được ưu thế vượt trội so với các loại truyền động khác nhờ vào sự đơn giản trong cách sử dụng, độ tin cậy cao và kích thước gọn nhẹ.
Truyền động vít – đai ốc
Hình 2 6 B ộ truy ề n vít- đ ai ố c Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, gọn, dễchếtạo.
- Khả năng tải cao, làm việc tin cậy.
- Làm việc êm, không ồn.
- Có thểthực hiện được các di chuyển chậm, chính xác.
- Hiệu suất thấp do mát sát trên ren lớn.
- Ren bịmòn nhanh do ma sát lớn.
Truyền động vít-đai ốc là một phương pháp phổ biến được áp dụng trong các thiết bị cần tạo ra lực lớn, chẳng hạn như vít kích và vít ép Nó cũng được sử dụng trong các cơ cấu yêu cầu độ chính xác cao, như cơ cấu chạy dao trong máy cắt, các dụng cụ đo lường, cùng với các thiết bị định vị và điều chỉnh.
Truyền động trục vít –bánh vít
Hình 2 7 B ộ truy ề n tr ụ c vít- bánh vít Ưu điểm:
- Làm việc êm, không kêu như bộtruyền bánh răng và xích.
- Thực hiện tỉsốtruyền lớn trong một cấp.
- Có khả năng tựhãm.Với ưu điểm vượt trội trên ta chọn phương án này cho máy mài CNC 4 trục mà ta cần thiết kế.
- Bộtruyền bánh răng với hiệu suất cao, tỉsốtruyền không thay đổi
"Chọn làm bộtruyền truyền động trực tiếp cho trục A quay.
- Bộtruyền trục vít- bánh vít thực hiện tỉsốtruyền lớn, êm
"Chọn làm bộtruyền nối với động cơ.
Với kết luận trên, nhóm em lựa chọn kết cấu xích động học cho trục thứ4 như hình vẽ:
Hình 2 8 Xích độ ng h ọ c tr ụ c th ứ 4
Tính toán thi ế t kê h ệ thông cơ khí trụ c A
-Đảm bảo hành trình dịch chuyển 0° -∞
-Đảm bảo độbền: độbền mỏi, độbền tĩnh.
-Đảm bảo độcứng: độcứng uốn, độcứng xoắn
- Khối lượng tối đa của chi tiết có thểmang là 5Kg
- Chiều dày tối đa của thôi là 40 mm
Tính lực cắt khi mài
Kích thước của lớp kim loại bị loại bỏ bởi hạt mài rất nhỏ, dẫn đến lực cắt trong quá trình mài không cao Tuy nhiên, do số lượng hạt mài tham gia vào quá trình cắt là rất lớn, nên tổng lực cắt trở thành một giá trị đáng kể.
Pz- lực có phương tiếp tuyến với đá mài, Pz là thành phần lực được dùng để tính công suất của động cơ cần thiết cho quá trình mài.
Lực Py có phương trùng với phương hướng tâm của đá mài và có xu hướng đẩy chi tiết ra xa đá mài Vì vậy, lực Py là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến độ chính xác trong gia công.
Px - lực dọc trục còn được gọi là lực chạy dao Nó thực hiện dịch chuyển ụ đá hoặc chi tiết dọc theo hướng chạy dao.
Lực Pz được xác định theo công thức:
Pz= Cp.Vct 0,7.S 0,7 t 0,6 10 (N) (2.1) Trong đó : Vct : Tốc độcủa chi tiết mài
S : Lượng chạy dao bàn của chi tiết (mm/vg) t : Chiều sâu mài (mm/ hành trình kép)
Cp : Hệsốphụthuộc vào vật liệu
Với Thép đã tôi: Cp=2,2
Vct là vận tốc lớn nhất của chi tiết khi gia công = Sxmax= 45 mm/s = 2,7m/ph
S là lượng chạy dao bàn của chi tiết Sdọc=(0,4 ÷ 0,85) B khi mài thô
Sdọc=( 0,2 ÷ 0,4) B khi mài tinh Trong đó B là chiều dày đá
Như vậy trong trường hợp Bmax ta chọn Bmax= 20mm
Suy ra Sdọc= 0,85.20mm/hành trình
Thay số(2.1) vào ta có:
Thực nghiệm đãchứng minh rằng, lực hướng kính (Py) lớn hơn lực cắt gọt
Pz của mài trong phạm vi:
Lựa chọn kết cấu cho cụm trục thứ4
Chiều rộng bề răng (mm) 10 Vật liệu Đồng
Xửlý nhiệt Cảm ứng cứng Modun 1
Sốlần bắt đầu 1 Góc trước 3°11’
Số răng 60 Đường kớnh trục A (ỉ) 10 mm
Cụm bánh răng ăn khớp Z100 –Z24
Hình 2 11 C ụm bánh răng ăn khớ p Z100-Z24
Thông sốkỹthuật Bánh răng Z100 Bánh răng Z24
Vật liệu C45 C45 Đường kính trục khoan
Modun 1 1 Đường kính đỉnh răng(mm) 102 26 Đường kính vòng chia (mm) 100 24 Đường kính chân răng (mm) 97,5 21,5
B ả ng 2 3 Th ố ng s ố c ụm bánh răng Z100 -Z24
• Cụm bánh răng ăn khớp Z64 –Z32
Hình 2 12 C ụm bánh răng ăn khớ p Z64-Z32
Thông sốkỹthuật Bánh răng Z64 Bánh răng Z32
Vật liệu C45 C45 Đường kính trục khoan
Dung sai lô khoan trục H7 H7 ề ộ ề răng B
Modun 1 1 Đường kính đỉnh răng 66 34 Đường kính vòng chia 64 32 Đường kính chân răng 61,5 29.5
B ả ng 2 4 Thông s ố c ụm bánh răng ăn khớ p Z64-Z32
Khớp nối động cơ –trục vít
Hình 2 13 Kh ớ p n ối động cơ – tr ụ c vít
Hình 2 17 Mũi chố ng tâm 1
Vật liệu vòng trong/ngoài SUVJ2 Equiv d (mm) 25
B ả ng 2 5 Thông s ố vòng bi Ụ động
Tính chọn đông cơ dẫn đông cho trục A a) Yêu cầu thiết kế
+ Đảm bảo công suất cắt gọt, tốc độcắt gọt
+ Độchính xác truyền động cao (độchính xác dịch chuyển 0,005mm) + Làm việc êm, giá thành thấp.
+ Vận tốc lớn nhất khi không gia công: 1000vg/ph
+ Vận tốc lớn nhất khi gia công : 30vg/ph
+ Khối lượng lớn nhất của chi tiết : 5kg.
+ Thời gian hoạt động: Lt= 17520h (khoảng 5-7 năm)
Ta có bảng so sánh giữa động cơ bước và động cơ Servo: Động cơ bước Động cơ Servo
Mạch driver Đơn giản, người dùng có thể chế tạo chúng
Mạch phức tạp Thông thường người sử dụng phải mua mạch driver từcác nhà sản xuất.
Nhiễu và rung động Ít Rất ít
Tốc độ Chậm (tối đa 1000 –
Nhanh hơn (tối đa 3000 – 5000 vòng/ph)
Có thể xảy ra nếu tải quá lớn
Khó xảy ra (động cơ vẫn chạy trơn tru nếu tải tăng)
Vòng hở (không có encoder)
Công suất động cơ Nhỏ(tối đa là 2 kW) Lớn
Thấp Cao Độphân giải 2 pha PM: 7,5º (48 ppr)
2 pha HB: 1,8º (200 ppr) hoặc 0,9º (400 ppr)
5 pha HB : 0,72º (500 ppr) hoặc 0,36º (1000 ppr)
Phụ thuộc độ phân giải của encoder
(1000 ppr) –0,036º (10000 ppr) (ppr : xung/vòng)
B ả ng 2 6 So sánh 2 lo ại động cơ
Do yêu cầu về tốc độvà tải trọng không cao, cũng như để đáp ứng việc tối ưu vềgiá thành nên ta chọn động cơ bước cho máy.
Hình 2 23 Động cơ bướ c b) Thông sốkỹthuật
- Thời gian cho quá trình có gia tốc là rất ngắn,do đó ở đây ta chỉ tính cho quá trình chạy đều ( chiếm phần lớn thời gian gia công ).
- Thời gian hoạt động: Lt= 25000h (khoảng 8,6 năm).
- Chọn động cơ bước để điều khiển quỹ đạo chuyển động theo trục. c) Tính mô men ma sát hiệu suất của bộtruyền
Khối lượng phần đầu dịch chuyển : m = 5 (kg)
Tính mô men thắng trọng lực của kết cấu:
Tính vận tốc dài: với đường kích trục vít được chọn là 10mm ax =
Hệsố ma sát trượt giữa thép và gang ta chọn μ = 0,12 ach= ax
Chọn động cơ bước Step 86BYGH450B có momen xoắn tối đa là 8N.m
Step Angle: 1.8 degree (+-5%) Dòng tối đa:5A/phase
Momen xoắn: 8 Nm Khối lượng: 3.5 Kg
Tổng chiều dài: 115 mm Đường kính trục: 14 mm
Chiều dài trục: 37 mm Sốcuộn dây: 2
B ả ng 2 7 Thông sô k ỹ thu ật động cơ bướ c
Kết luận vềhệthống cơ khí
Từmục tiêu và yêu cầu đã đềra, ta phân tích, tính toán, lựa chọn được:
- Phương án thiết kếhợp lý
- Sơ đồ động cho máy
- Kết cấu dẫn động trục A: trục vít – bánh vít, bánh răng- bánh răng, bánh răng-bánh răng
- Tính toán thiết kế được động cơ dẫn động cho trục A với
Góc quay 0° -∞Lượng di chuyển nhỏnhất : ° = 1′18′′
Hình 2 26 B ả n v ẽ máy hoàn ch ỉ nh
CHƯƠNG 3.THIẾT KẾHỆ THÔNG ĐIỀU KHIỂN CHO CỤM TRỤC
Thi ế t k ế h ệ th ống điề u khi ể n tr ụ c A trên máy mài CNC 3 tr ục có trướ c 56 Sơ đồ điề u khi ể n t ổ ng quan máy
Sơ đồ điều khiển tổng quan máy
Hình 3 1 Sơ đồ kh ối điề u khi ể n máy
Hệ thống điều khiển bao gồm nhiều thành phần kết nối qua khối điều khiển trung tâm, với tất cả thiết bị được cấp nguồn từ khối nguồn Bo mạch điều khiển đảm nhiệm vai trò xử lý tín hiệu và gửi tín hiệu điều khiển từ máy tính đến các thành phần khác như driver động cơ và biến tần Ngoài ra, nó còn nhận tín hiệu từ các công tắc hành trình và nút dừng khẩn cấp để dừng máy khi vượt quá giới hạn làm việc.
Nguyên lý mạch điều khiển
Các máy công cụ CNC hiện đại thường được trang bị bộ điều khiển chu trình kín, giúp kiểm soát vị trí dịch chuyển của dụng cụ một cách chính xác hơn, từ đó nâng cao chất lượng gia công chi tiết.
Điều khiển theo chu trình hở vẫn được áp dụng cho các máy CNC có độ chính xác vị trí thấp, cũng như cho các máy có mô men cản nhỏ trên động cơ dẫn động bàn máy Phương pháp này giúp duy trì giá trị ổn định và giảm chi phí sản xuất.
Như đã phân tích ởtrên, các máy CNC hiện nay có 4 phương án điều khiển điển hình là:
-Điều khiển chu trình hở.
-Điều khiển chu trình nửa kín.
-Điều khiển chu trình kín.
-Điều khiển chu trình hỗn hợp. a) Điều khiển chu trình hở
Bộ điều khiển vòng hở là loại điều khiển không sử dụng hồi tiếp để xác định liệu đầu ra có đạt được mục tiêu đầu vào hay không Loại điều khiển này thường được áp dụng cho các hệ thống có mối quan hệ rõ ràng giữa đầu vào và trạng thái kết quả, có thể được mô tả bằng các công thức toán học.
Bộ điều khiển vòng hở không sử dụng hồi tiếp để xác định xem đầu ra có đạt được mục tiêu đầu vào hay không, điều này có nghĩa là hệ thống không giám sát đầu ra của quá trình mà nó điều khiển.
Hệ thống vòng hở thực sự không thể áp dụng trong máy móc, đồng thời cũng không thể điều chỉnh các sai số có thể phát sinh Ngoài ra, nó cũng không có khả năng bù đắp nhiễu trong hệ thống.
- Không thể áp dụng cho các máy CNC có độchính xác cao hoặc có lực cắt gia công lớn.
- Thường sửdụng động cơ bước, động cơ một chiều Độchính xác gia công chủyếu phụthuộc vào truyền động của động cơ bước, vitme và hệthống truyền động.
Khi moment quay nhỏ và ít biến đổi, độ chính xác trong dịch chuyển sẽ cao Vì lý do này, nhiều máy CNC hiện nay, mặc dù không yêu cầu độ chính xác cao, vẫn sử dụng chu trình điều khiển hở.
- Độ chính xác điều khiển phụthuộc vào khả năng điều chỉnh và độ tin cậy điều chỉnh của thiết bị.
Điều khiển vòng hở là phương pháp thích hợp cho các hệ thống có mối quan hệ rõ ràng giữa đầu vào và trạng thái kết quả, có thể được mô tả bằng công thức toán học.
- Chịu ảnh hưởng lớn từcác yếu tố tác động bên ngoài (nhiễu).
- Đáp ứng chậm (thời gian đáp ứng dài).
Bộ điều khiển vòng hở là lựa chọn phổ biến cho các quá trình đơn giản nhờ vào tính đơn giản và chi phí thấp Loại bộ điều khiển này đặc biệt thích hợp trong các hệ thống mà không yêu cầu phản hồi.
Hình 3 2 H ệ th ống điề u khi ể n theo chu trình h ở b) Hệthống chương trình nửa kin Ưu điể m:
- Độ chính xác điều khiển cao.
- Thiết bị kiểm tra vị trí được lắp vào trục của động cơ servo và tiến hành việc kiểm tra góc quay.
- Độ chính xác cuối cùng (chuyển động của bàn máy) phụ thuộc khá lớn vào độchính xác của trục vitme.
- Một sốhệ máy CNC còn cho phép bù trừsai sốcủa bước vitme và khe hởcủa trục vitme để tăng độchính xác.
Hình 3 3 B ộ điề u khi ể n chu trình n ử a kín
Bù trừ sai số bước vitme thông qua việc hiệu chỉnh chỉ thị đến hệ dẫn động servo giúp loại bỏ sai số tích lũy Đồng thời, khi chiều chuyển động đổi dấu, một lượng xung tương ứng sẽ được gửi đến hệ điều khiển động cơ servo để thực hiện hiệu chỉnh sai số khe hở.
Mặc dù bộ điều khiển có khả năng bù trừ sai số bước và khe hở vitme, nhưng việc đạt được độ chính xác cao vẫn gặp khó khăn do ảnh hưởng của khe hở thay đổi theo khối lượng của chi tiết gia công.
- Độmòn của vitme tại các vịtrí sẽkhác nhau.
- Khe hởcủa vime thay đổi theo nhiệt độ.
Do vậy, điều khiển chu trình kín sẽkhắc phục được sai sốcủa vitme. c) Hệthống chu trình kín
Thiết bịgiám sát vị trí có độ chính xác cao được lắp đặt trên bàn máy và vị trí thực của bàn máy được hồi tiếp vềhệ điều khiển.
Hình 3 4 H ệ th ống điề u khi ể n theo chu trình kín (có h ồ i ti ế p v ị trí và t ốc độ )
Nguyên lý điều chỉnh vịtrí kiểu chu trình kín trên máy CNC
Từbộnội suy, mỗi giá trịvịtrí cần đạt đến được bộ điều khiển đưa vào mạch điều chỉnh vịtrí.
Trong bộ điều chỉnh vị trí, giá trị vịtrí thực được nhận biết qua hệ thống đo vịtrí.
Lấy giá trịvịtrí thực này trừ đi giá trịvịtrí cần sẽ được một sai lệch điều chỉnh.
Sai lệch điều chỉnh là đại lượng điều chỉnh và đối tượng điều chỉnh là động cơ servo.
Bộ điều chỉnh vị trí phải liên tục gửi lệnh cho động cơ servo di chuyển cho đến khi tín hiệu từ bộ điều khiển và tín hiệu hồi tiếp vị trí đạt được sự đồng nhất, tức là sai số điều chỉnh bằng không.
- Giảm tác động và ảnh hưởng của nhiễu.
- Tốc độ đáp ứng nhanh.
- Tăng được bềrộng dãi tần cóđáp ứng tốt.
- Có khuynh hướng tạo ra bộ dao động do quán tính của sựso sánh tín hiệu.
Hình 3 5 Sơ đồ kh ối điề u khi ển chu trình kín trên động cơ servo d) Hệthống chu trình hỗn hợp
Khi gặp khó khăn trong việc duy trì độ ổn định của máy CNC hạng nặng do khối lượng chi tiết gia công lớn hoặc hiện tượng dính, trượt chuyển động, bộ điều khiển chu trình hỗn hợp được sử dụng để đảm bảo độ chính xác vị trí mà vẫn giữ được tính ổn định trong quá trình điều khiển.
Trong chu trình hỗn hợp, có hai vòng lặp điều khiển: vòng nửa kín giám sát chuyển động của động cơ và vòng kín dùng thước quang để theo dõi vị trí của bàn máy Vòng nửa kín cho phép sử dụng thuật toán điều khiển nhạy cao, không bị ảnh hưởng bởi khung máy Ngược lại, vòng kín nâng cao độ chính xác điều khiển thông qua phương pháp bù trừ sai số, điều mà vòng nửa kín không thực hiện được Vòng kín chỉ bù trừ sai số liên quan đến vị trí, hoạt động hiệu quả ở chế độ nhạy thấp hơn Sự kết hợp giữa hai vòng lặp này đảm bảo độ chính xác điều khiển trong mọi tình huống.
Hình 3 6 B ộ điề u khi ể n chu trình h ỗ n h ợ p e) Kết luận chọn nguyên lý mạch điều khiển
Sau khi xem xét việc sử dụng động cơ bước để dẫn động các trục, tôi đã quyết định chọn phương án điều khiển theo hệ thống hở cho bàn máy mang phôi cố định Phương án này đáp ứng yêu cầu gia công với độ chính xác từ 0.03 đến 0.05 mm, đồng thời tối ưu hóa tính kinh tế cho sinh viên.
Nguyên cứu thiết kếhệthống điều khiển cho máy a) Động cơ truyền động cho các trục
Từ chương II, nhóm đã lựa chon động cơ bước để truyền chuyển động cho các trục tịnh tiến
-Động cơ bước là một thiết bị cơ-điện dùng đểbiến đổi xung điện một chiều thành chuyển động quay cơ học rời rạc
- Góc quay và tốc độ quay tương ứng với số xung và tần số xung điện cấp cho động cơ
Thi ế t k ế h ệ th ống điề u khi ể n tr ụ c A - m ột đầu phân độ điề u khi ể n s ố
Sơ đồ điều khiển tổng quan
Hình 3 48 Sơ đồ kh ối điề u khi ể n tr ụ c A
Hệ thống điều khiển bao gồm nhiều thành phần tương tác thông qua khối điều khiển trung tâm, với tất cả thiết bị được cung cấp năng lượng từ khối nguồn.
Khối điều khiển là trung tâm xử lý tín hiệu cho các thành phần của hệ thống Nó gửi tín hiệu điều khiển đến driver chuyển tín hiệu động cơ và biến tần điều khiển trục chính Đồng thời, khối điều khiển cũng nhận tín hiệu từ các công tắc hành trình và nút dừng khẩn cấp để thực hiện tín hiệu dừng máy khi vượt quá giới hạn làm việc.
Lựa chọn phần tử điều khiển
Driver điều khiển động cơ
Động cơ bước mặt bích 86BYG450B-8Nm của Đài Loan được sử dụng để điều khiển trục X, Y và Z trong hệ thống Hình 3.49 minh họa driver điều khiển cho động cơ bước này, với thiết kế 4 dây.
Máy biến áp là thiết bị điện tĩnh hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ, có chức năng biến đổi điện áp và dòng điện trong hệ thống điện xoay chiều từ đầu vào sơ cấp (U1, I1, fi) sang đầu ra thứ cấp (U2, I2, fi).
Máy biến áp cách ly 2 KW được sử dụng để cung cấp nguồn cho Driver, đảm bảo hiệu suất và an toàn trong quá trình vận hành.
• Điện áp cuộn sơ cấp: 220 VAC
• Điện áp cuộn thứcấp: 24 VAC
Bộ điều khiển một động cơ bước ST-PMC1
Các chức năng của PLC được kết hợp đểlàm nổi bật điều khiển chuyển động
Lập trình đơn giản với đầu vào và đầu ra linh hoạt, được ứng dụng phổ biến trong các máy tự động như máy đóng gói, máy thực phẩm, thiết bị hàn và các hệ thống tự động hóa khác Hướng dẫn sử dụng bao gồm các loại máy như máy làm túi tự động, máy rạch tự động và máy đóng gói bột, giúp người dùng dễ dàng thao tác và vận hành.
Hình 3 52 B ộ điề u khi ể n ST-PMC1
• Máy công suất tiêu thụ: ít hơn 4 W
• NPN đầu ra mở cống công suất: 200mA/30VDC
• Tín hiệu đầu vào điện áp: mức thấp ≤ 2 V cấp cao ≥ 4 V
• Nhiều chế độ điều khiển khác nhau
• Tần số tối đa: 40KHz
• phân chia tần số đầu ra: 1HZ
• Đầu vào: 6 (cách ly quang điện)
• Đầu ra: 3 (cách ly quang điện)
• Phạm vi di chuyển liên tục:-7999999 ~ + 7999999
• các trạng thái hoạt động: Chạy tự động, chạy thông qua điều khiển bằng tay, chỉnh sửa chương trình, cài đặt thông số
• Đường cong tốc độ tăng vào giảm: 2 (đã tối ưu hóa)
Mã chức năng hiển thị gồm 8 ký tự số, cho phép người dùng theo dõi trạng thái hoạt động hiện tại, bao gồm chế độ tự động hoặc bằng tay, trạng thái chạy hoặc dừng, và bước giá trị đếm của chương trình Ngoài ra, người dùng có thể chỉnh sửa chương trình, xem thông số hiện tại, cũng như trạng thái đầu vào và đầu ra, cùng với việc hiển thị xung và hướng.
• Chức năng chạy tự động: Chỉnh sửa, start và stop của chức năng tự động có thể được điều khiển thông qua các phím điều khiển
• Chức năng điều khiển bằng tay: Điều chỉnh vị trí (Thiết lập manual jog speed và jog steps)
• Chức năng chỉnh sửa thông số
• Điện áp hoạt động AC100V –250V
Hình 3 53 Kích thước cơ bả n c ủ a b ộ điề u khi ể n ST-PMC1
Hình 3 54 Các chân k ế t n ố i c ủ a ST-PMC1
1-Com: nguồn điện của các thiết bị đầu vào và đầu ra bên ngoài, nguồn điện này là DC24V
2-In2, 3-In1: Thiết bị đầu cuối đầu vào tín hiệu chuyển mạch Đầu vào tín hiệu chuyển mạch In1 và In2
"Operation A" và "Operation B" là những tính năng quan trọng của bộ điều khiển Đối với động cơ bước, việc điều khiển định vị định lượng thường liên quan đến việc kiểm soát độ dịch chuyển của động cơ với tốc độ không đổi Phương pháp này khá đơn giản, chỉ cần lập trình lượng và tốc độ dịch chuyển là có thể thực hiện hiệu quả.
Có nhiều phương pháp điều khiển động cơ bước mà không cần định vị trước, chẳng hạn như điều khiển động cơ chạy theo một chiều từ điểm xuất phát đến khi chạm công tắc, sau đó quay ngược lại Một ví dụ khác là yêu cầu động cơ chạy qua lại giữa hai công tắc hành trình nhiều lần Trong những trường hợp này, giá trị dịch chuyển của động cơ không được biết trước, và cần lập trình phù hợp Bộ điều khiển sẽ thực hiện các hoạt động ngắt, được gọi là "A operation" và "B operation" Cụ thể, trong "A operation", khi chương trình đang chạy và nhận tín hiệu "A operation", động cơ sẽ giảm tốc để dừng lại, gián đoạn chương trình và ghi nhớ các giá trị tọa độ bị gián đoạn, sau đó chương trình sẽ nhảy đến địa chỉ mục nhập "A operation" để tiếp tục thực hiện các chương trình đã chỉ định.
6-Stop:Chương trình tạm dừng được chạy tự động, Chức năng tương tự như
“Pause” của bảng điều khiển, Sau khi bắt đầu lại, chương trình tiếp tục chạy;
7-Run: Bắt đầu chạy chương trình, Chức năng tương tự như “Run” của bảng điều khiển
9-Out 3, 10-Out 2, 11-Out 1: Tín hiệu đầu ra
Tín hiệu RUN, STOP, A, B, IN1, IN2 là tín hiệu đầu vào chung mạch giao diện, trong khi OUT1, OUT2, OUT3 là tín hiệu đầu ra với cùng mạch giao diện đầu ra Mạch cách ly quang cho cả đầu vào và đầu ra giúp đảm bảo rằng bộ điều khiển bên trong và bên ngoài không gây nhiễu lẫn nhau.
Trạng thái tín hiệu đầu vào và đầu ra được hiển thị rõ ràng trên bảng điều khiển Khi đầu vào ở mức thấp (công tắc đóng), đèn báo sẽ sáng Ngược lại, nếu tín hiệu đầu ra là 0 (mức thấp), đèn sẽ tắt, và khi tín hiệu đầu ra thay đổi, đèn sẽ sáng lên.
Tổng cộng có 10 nút và hầu hết các nút là các nút tổng hợp, chúng có các chức năng khác nhau ởcác trạng thái khác nhau
B ả ng 3 5 Công d ụ ng và cách s ử d ụ ng các nút b ấ m trên b ộ điề u khi ể n ST-PMC1
Thiết lập bộ điều khiển 1 trục ST-PMC1:
G-LEN: Sốxung phát ra + hoặc - sẽthayđổi hướng quay
DELAY: Thời gian trễ(mili giây)
JUMP: Chuyển đến chỉmục dòng chương trình.
LOOP: Vòng lặp tại dòng xác định:
2 chữsố đầu tiên là sốdòng (Phải nhỏ hơn dòng hiện tại)
5 chữsốcuối là chu kỳ(0 là vòng lặp vô hạn)
GOTO: Chạy đến vị trí xác định (sốxung) = 0 là trởvềvịtrí 0
Out: 3 chữsố đầu tiên tương đương với đầu ra 1-3 Có 3 tùy chọn cài đặt là 0, 1, n:
0: Ngõ ra cao, không tải, đèn báo tắt
1: Đầu ra ởmức thấp, đang tải và đèn báo sáng. n: Giữtrạng thái cuối cùng
Chữsốcuối cùng là báo động đến bộ điều khiển:
0: Một âm thanh ngắn được phát ra
1: Phát ra âm thanh dài n: Không có âm thanh
J-BIT: 2 chữsố đầu tiên là sốdòng, chỉvị trí bước nhảy Chữsốtiếp theo là cổng đầu vào (1-2) Tiếp theo là điều kiện bước nhảy là 0 hoặc 1
J-CNT: Lệnh truy cập, 2 chữsố đầu tiên là sốdòng, chỉvị trí bước nhảy 5 chữsố cuối cùng là giá trị cài đặt
Lệnh GO-AB là lệnh dịch chuyển có cách thức hoạt động tương tự như lệnh HH_G- LEN ± ×××××××××× Tuy nhiên, điểm khác biệt chính là phần bù của lệnh GO-AB không phải là một hằng số cố định mà là một biến Biến này được tạo ra trong quá trình hoạt động ngắt, và giá trị tọa độ tại thời điểm ngắt cuối cùng của bộ điều khiển, khi động cơ bước dừng ở tốc độ giảm, chính là giá trị của biến này.
Do có hai phép toán ngắt A và B, lệnh sẽ sử dụng bit thứ tám để biểu diễn các biến được tạo ra từ hai phép toán này Biến C thể hiện độ dịch chuyển còn lại của lệnh ngắt khi lệnh shift bị gián đoạn Sự gián đoạn cuối cùng sẽ xảy ra, và biến này là một số có dấu Bit thứ bảy của biến này là bit dấu, trong đó 0 có nghĩa là tham số và biến giống nhau, trong khi -1 biểu thị rằng mọi tham số và biến có dấu hiệu ngược nhau.
CNT-1: Bộ đếm CNT-0: Xóa bộ đếm
CLR: Thực hiện một sốlệnh, tọa độvà hiển thịhiện tại sẽbị xóa và động cơ sẽsử dụng các vị trí này làm điểm 0 mới
┥┝ Hiển thị: Cài đặt trạng thái
Xây dựng hệthống điều khiển
Hình 3 55 Sơ đồ kh ối điề u khi ể n tr ụ c A
Hệ thống điều khiển bao gồm nhiều thành phần kết nối qua khối điều khiển trung tâm (ST-PMC1), được cấp nguồn 220V từ điện dân dụng Nguồn điện này cũng cung cấp cho máy biến áp, chuyển đổi điện 220V xoay chiều thành 24V xoay chiều, phục vụ cho driver điều khiển động cơ bước Khối điều khiển đóng vai trò trung tâm trong việc xử lý tín hiệu đến các thành phần của hệ thống.
Hình 3 56 Sơ đồ m ạ ch điề u khi ể n
Hình 3 57 Sơ đồ m ạch điệ n
Ki ểm tra độ chính xác
Pha đầu ra: A,B và Z Đường kính trục: 6mm Đường kính thân: 40mm Điện áp hoạt động: 5-24VDC
Dòng tiêu thụ: max 80mA
Tần số đáp ứng: 100 KHz.
Nhiệt độ làm việc:-10 ~ 70C Độ ẩm làm việc(% RH): 35%-85%
Loại ngõ ra: NPN cực thu hở (cần mắc trở kéo lên VCC để tạo mức cao (High))
Hình 3 59 Sơ đồ đấ u n ố i Encoder
Các bước kiểm tra độlặp lại vịtrí của trục A:
Bước 1: Set góc phôi vềgiá trị0,
Bước 2: ở chế độ điều khiển bằng tay MDI, ta nhập lệnh điều khiển phôi quay một lần lượt 1, 2, 3 vòng
Bước 3: Dùng encoder đểkiểm tra sựlặp lại vịtrí của trục A
Bước 4: Lặp lại phép đo 3 lần đểlấy 3 kết quả đo
Sốlần quay Kết quả đo ( xung)
B ả ng 3 6 K ế t qu ả đo trên trụ c A
Nhận xét kết quả đo:
- Sai số tăng lên khi tăng sốvòng quay lên
- Sai sốcủa sốliệu đo được so với lý thuyết đạt yêu cầu đã đặt ra là:
Sai sốlặp lại vịtrí trục A cần đạt: ± 0,3
Kết quả đo cho thấy hệ thống điều khiển hoạt động tương đối chính xác, tuy nhiên, sai số trong kết quả đo chủ yếu do sự mất bước của động cơ trong quá trình hoạt động và sai số của dụng cụ đo.
K ế t lu ậ n v ề h ệ th ống điề u khi ể n
- Tìm hiểu, nghiên cứu và đề ra phương án nguyên lý điều khiển cho máy
- Thiết kế, tính toán hệthống điều khiển cho máy sửdụng các phần tử điều khiển và phần mềm Mach3 cho máy mài CNC 4 trục
- Cài đặt đầy đủ các thông số vận hành máy CNC 4 trục trên phần mềm Mach3
- Thiết kếhệthống điều khiển trục A dưới dạngđầu phân độ điều khiển số
LẬ P TRÌNH GIA CÔNG CÁC CHI TI Ế T D ẠNG RĂNG
Tìm hi ề u chi ti ế t d ạng răng
Truyền động bánh răng là phương pháp hiệu quả để truyền và biến đổi chuyển động, đồng thời thay đổi vận tốc hoặc mô men Sự ăn khớp giữa các răng bánh răng hoặc thanh răng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Theo vịtrí tương đối giữa các trục phân ra:
- Truyền động giữa các trục song song: Bánh răng trụ ăn khớp ngoài răng thẳng ( Hình 4.1a ), răng nghiêng (Hình: 4.1b). a) b)
Hình 4 1 Bánh r ă ng tr ụ th ẳ ng và nghiêng
Theo dạng profile phân ra:
Vật liệu chế tạo bánh răng cần phải đảm bảo độ bền tiếp xúc và độ bền uốn, đồng thời dễ cắt răng để đạt độ chính xác và độ nhẵn cần thiết Thép, gang và chất dẻo là những vật liệu thường được sử dụng, trong đó thép là lựa chọn phổ biến nhất.
Thép chếtạo bánh răng được chia làm 2 nhóm chính khác nhau về độ rắn, công nghệchếtạo, khảnăng tải và khảnăng chạy mòn:
- Nhóm I: vật liệu cóđộrắn HB 350, nhiệt luyện: thường hóa hoặc tôi cải thiện;
- Nhóm II: vật liệu cóđộrắn HB 350, nhiệt luyện: tôi, thấm C, thấm N hoặc thấm C-N;
Vật liệu nhóm I có độ rắn thấp cho phép cắt răng chính xác sau quá trình nhiệt luyện mà không cần sử dụng các phương pháp tu sửa tốn kém như mài hay nghiền Nhóm I được ứng dụng phổ biến trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ, đặc biệt trong các bộ truyền tải nhẹ và tải trung bình.
Vật liệu nhóm II có độ rắn thường được đo bằng đơn vị HRC (1HRC tương đương 10HB) Qua các phương pháp nhiệt luyện như tôi, thấm Carbon (C), Nitơ (N), có thể đạt được độ rắn từ 50 đến 60 HRC Đặc biệt, quá trình thấm Carbon hiệu quả nhất khi sử dụng với thép có hàm lượng Carbon từ 0.1 đến 0.2%.
% , sau khi tầm thường phải mài Thép thấm C có độ chịu mòn tốt, độ bền cao, dùng nhiều trong ngành vận tải, hàng không.
Tìm hi ều phương pháp mài bánh răng
Các phương pháp mài bánh răng:
Mài bánh răng là một kỹ thuật gia công tinh nhằm đạt được độ chính xác cao và bề mặt nhẵn mịn tuyệt đối cho bánh răng, thường được áp dụng sau quá trình nhiệt luyện.
Mài răng dùng khi cần thiết gia công những dụng cụcắt bánh răng, các bánh răng mẫu, bánh răng trong máy cóyêu cầu kỹthuật cao…
Hình 4 2 Các ph ương pháp mài bánh r ă ng
Mài răng được thực hiện theo 2 nguyên lý cơ bản: định hình vàbao hình bằng
Dựa trên nguyên lý ăn khớp giữa thanh răng và bánh răng, thanh răng cần có cùng môđun và góc ăn khớp với bánh răng gia công Trong quá trình mài răng bao hình, thường sử dụng các loại đá mài chuyên dụng.
- Mài răng bằng đácóprofin hình thang của 1 răng thanh răng
Mặt làm việc của đá có hình côn chỉ tiếp xúc với bánh răng gia công tại một điểm duy nhất Để mài, có thể sử dụng một đá profin hình thang của một răng thanh răng hoặc áp dụng hai đá đĩa đặt nghiêng một góc phù hợp, sao cho hai mặt côn của hai đá tạo ra profin hình thang của một răng thanh răng.
- Mài răng bằng 2 đá đĩa nghiêng góc bằng góc ăn khớp
Hai đám mái đĩa được bố trí tại một góc ăn khớp, tạo ra một thanh răng tưởng tượng với mặt bên của răng Bánh răng gia công sẽ lăn theo thanh răng này.
• Đácómặt côn vàchỉmài được bằng mép của mặt đầu Mặt làm việc của đá làmặt phẳng nên tiếp xúc giữa đá vàmặt răng bánh răng là tiếp xúc đường.
- Mài răng bằng 2 đá đĩa cótrục quay vuông góc với trục bánh răng
• 2 đámài đĩa được đặt song song vàcótrục quay vuông góc với trục bánh răng gia công.
- Mài răng bằng đámài dạng trục vít:
• Có năng suất cao do quá trình gia công liên tục và đồng thời trên 1 số răng Ta cóthểgia công bánh răng trụ hay răng nghiêng.
Quá trình gia công răng bánh được thực hiện nhờ đámài có profin giống như profin rãnh răng Đámài thực hiện chuyển động cắt quay tròn và di chuyển dọc theo trục của bánh răng, giúp cắt hết chiều dày răng nhờ vào sự phân độ chi tiết gia công Có thể gia công mỗi lần một bên hoặc cả hai bên răng cùng một lúc bằng một hoặc hai đá.
Khi mài, sai số hình dạng của đá ban đầu và sự mài mòn trong quá trình mài sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của vật mài Do đó, việc sửa đá mài một cách chính xác bằng dưỡng hoặc sử dụng bộ phận sửa đá tự động là cần thiết sau khi hoàn thành gia công một rãnh.
Kết luận phương pháp mài
Chúng tôi đã thiết kế máy mài CNC 3 trục với trục thứ 4, sử dụng phương pháp mài định hình bằng một đá Điều này nhằm mục đích thử nghiệm quá trình mài dạng răng, phù hợp cho sinh viên trong việc học tập và thực hành.
L ậ p trình gia công chi ti ế t b ằ ng MasterCam 2017
Giới thiệu phần mềm MasterCam2017
Mastercam là phần mềm hỗ trợ gia công, chủ yếu được sử dụng trong ngành cơ khí Phần mềm này cho phép người dùng tạo mã code gia công trên CNC thông qua giao diện đồ họa, bao gồm các thiết lập về phôi, dao cắt, tọa độ, biên dạng và chu trình gia công Ngoài việc lập trình gia công, Mastercam cũng cung cấp tính năng thiết kế mô hình chi tiết 2D và 3D, tuy nhiên, khả năng thiết kế không mạnh mẽ, nên nhiều người dùng thường lựa chọn phần mềm khác cho công việc thiết kế.
CNC Software, Inc được thành lập tại Massachusetts vào năm 1983 và là một trong những nhà phát triển phần mềm CAD/CAM lâu đời nhất Công ty này tiên phong trong việc giới thiệu phần mềm CAD/CAM cho cả thiết kế và gia công Mastercam, phần mềm CAM chủ lực của họ, cung cấp các công cụ CAD giúp lập trình viên thiết kế các chi tiết ảo trên máy tính và hỗ trợ máy CNC gia công các chi tiết đó Nhờ vào sự phát triển vượt bậc, Mastercam đã trở thành gói CAD/CAM phổ biến nhất trên toàn cầu Hiện tại, CNC Software, Inc có trụ sở tại Tolland, Connecticut.
Tóm tắt vềkhả năng của phần mềm Mastercam trong gia công cơ khí và một số lĩnh vực khác
Các ứng dụng và các modul tương ứng của phần mềm Mastercam:
• Design:Tạo các hình học 3D, lên kích thước, nhập và xuất các file không phải của Mastercam CAD ( như AutoCAD, SolidWorks, Solid Edge, Inventor, Parasolid,…).
• Mill Entry: bao gồm Design, và thêm một số loại đường chạy dao Toolpath, Posting, Backplot, Verify.
Mill, Level 1 bao gồm các tính năng như Mill Entry, công cụ tạo mặt, và một số đường chạy dao bổ sung Nó hỗ trợ gia công cao tốc, hiệu chỉnh đường dao, cũng như di chuyển và sao chép đường dao Ngoài ra, định nghĩa phôi cũng là một phần quan trọng trong cấp độ này.
• Mill, Level 2: Gồm Mill, Level 1, thêm một sốloại đường dao, chiếu Toolpath, Surface Rough và gia công tinh, Surface Pocketing, gia công giới hạn, kiểm tra mặt.
• Mill, Level 3: Gồm Mill, Level 2, gia công khung dây 5-axis, gia công thô và tinh mặt nâng cao, đường chạy dao nhiều trục (Multiaxis Toolpaths)
• 5-Axis add-on—5-Axis Roughing, Finishing, Flowline Multisurface, Contour, Depth cuts, Drilling, Kiểm tra va chạm nâng cao
• Lathe Entry: Tạo các hình học 3D, lên kích thước, nhập và xuất các File không phải của Mastercam CAD ( như AutoCAD, SolidWorks,Solid Edge, Inventor, Parasolid, …).
• Lathe, Level 1: gồm Lathe Entry, thêm các công cụ tạo mặt, Tiện trục C, khai báo phôi, các công cụxem phôi.
Router Entry enables the creation of 3D geometries, scaling, and the import and export of non-Mastercam CAD files, such as AutoCAD, SolidWorks, Solid Edge, Inventor, and Parasolid It also supports various toolpaths, toolpath movements, Backplot, Verify, and Posting functionalities.
Router bao gồm các loại như Router Entry, cùng với các tính năng như tạo mặt, nesting hình học chữ nhật, hỗ trợ các đường chạy dao, gia công cao tốc, hiệu chỉnh đường dao, di chuyển đường dao và khai báo phôi.
• Router Plus: Gồm Router, và thêm một số đường dao khác, Toolpath Projection, Surface Rough và Finish, Surface Pocketing, Containment Boundaries, Check Surfaces.
• Router Pro: Gồm Router Plus, True Shape Geometry Nesting, 5- axis Toolpath, Multiple Surface Rough và Finish, Multiaxis Toolpaths, Toolpath Nesting.
• Wire: Tạo hình học 2D và 3D, ghi kích thước, đường cắt dây 2-axis và 4-axis, thư viện tùy chỉnh, Tabs.
Art cung cấp dịch vụ thiết kế nhanh 3D, giúp chuyển đổi các file thiết kế nghệ thuật 2D thành các hình khối có thể gia công Chúng tôi sử dụng công nghệ Shape Blending để tạo ra các mô hình 3D chất lượng cao Bên cạnh đó, chúng tôi cũng hướng dẫn cách tạo dao nhanh, xây dựng chiến lược chạy dao thô và tinh, cùng với việc mô phỏng quá trình gia công và Cutting hiệu quả.
Các bước lập trình a) Gia công chi tiết bánh răng trụthẳng
Hình 4 3 Gá đặ t phôi trên tr ụ c
Chọn gốc 0 của chi tiết:
Để gia công chi tiết, chúng ta chọn dao Milling Tool-T Cutter với đường kính 37,4 mm và chiều dày 17 mm Hình 4.5 minh họa quá trình chọn dao mài bánh răng thẳng, cùng với chương trình sửa đá mài phù hợp.
Hình 4 6 Biên d ạ ng s ửa đá
Nhập thông sốcắt gọt cho quá trình mài:
Lượng chạy dao F0 mm/ph
Nhập thông sốcắt gọt cho quá trình mài:
Lượng chạy dao F0 mm/phChiều sâu cắt t=0,01 mm
Hình 4 7 Đườ ng ch ạ y dao
Xuất code và mô phỏng quá trình gia công trên MasterCam
% b) Gia công chi tiết bánh răng trụ răng nghiêng
Hình 4 2 Gá đặ t chi ti ế t
Chọn gốc 0 cho chi tiết: ố ủ ế
Hình 4 4 Ch ọ n dao Đểgia công bánh răng trên, ta lựa chọn dao có D mm, chiều dày dao là 6mm. o Chương trình sửa đá mài:
Hình 4 5 Biên d ạ ng s ửa đá
Nhập thông sốcắt gọt cho quá trình mài:
Lượng chạy dao F0 mm/ph Chiều sâu cắt t=0,05 mm
- Xuất code:( Phụlục trang 132) Thông sốcắt
Nhập thông sốcắt gọt cho quá trình mài:
Lượng chạy dao F0 mm/ph Chiều sâu cắt t=0,01 mm
Hình 4 6 Đườ ng ch ạ y dao
Xuất code và mô phỏng quá trình gia công trên Mastercam
L ập trình đầu phân độ điề u khi ể n s ố
Đầu phân độ điều khiển số là một loại đồ gá quan trọng, được sử dụng để chia vòng tròn thành các phần đều hoặc không đều nhau Thiết bị này không chỉ áp dụng trên máy phay mà còn trên các máy cắt gọt khác như máy tiện và máy mài Khác với đầu phân độ truyền thống sử dụng đĩa phân độ, đầu phân độ điều khiển số sử dụng bộ điều khiển một động cơ bước để lập trình phân độ Điều này cho phép đầu phân độ có khả năng phân độ liên tục và không liên tục, mang lại sự linh hoạt và chính xác trong quá trình gia công.
- Phân độliên tục là đầu phân độsẽquay liên tục trong khi gia công chi tiết Ví dụ như phay rãnh xoắn.
Phân độ không liên tục là quá trình gia công mà trong đó các bước gia công được lặp lại cho đến khi hoàn thành chi tiết Ví dụ điển hình của phân độ không liên tục bao gồm phay hình nhiều cạnh và cắt rãnh thẳng, như phay trục then hoa và bánh răng trụ răng thẳng.
Kết luận: Phân độ liên tục yêu cầu sự chuyển động đồng thời của bốn trục X, Y, Z và A để đảm bảo độ chính xác trong quá trình gia công Do đó, việc điều khiển bốn trục này trên cùng một hệ thống điều khiển là rất quan trọng Trong phần này, tôi sẽ xem xét phân độ không liên tục.
Tính toán phạm vi phân độ Đầu phân độ điều khiển sô là một loại đồgá dùng đểchia vòng tròn ra n phần đều hay không đều nhau
83: Tỷsốtruyền của hộp giảm tốc
1,8°: Góc dịch chuyển nhỏnhất của động cơ bước
Với nmax600 ta có thể gia công được con lăn nhám có bước nhỏ và số răng lớn
Bước 1:cấp nguồn cho bộ điều khiển ST-PMC1và máy biến áp.
Hình 4 7 Màn hình kh ới độ ng
Bước 2: Nhấn phím Insert chọn chế độ cài đặt trạng thái.
Hình 4 8 Màn hình tr ạng thái cài đặ t
Bước 3: Nhấn phím Edit đểnhập chương trình
• Cấu trúc chương trình phân độ:
00 Speed 00000000 ( tốc độquay của động cơ )
01 G-len 00000000( sốxung cấp cho diver để điều khiển động cơ )
02 End ( kết thúc chương trình )
Bước 4: chọn 00 Speed nhấn Enterđểnhập tốc độquay của động cơ, sau khi nhập tốc độquay của động cơ nhấn Enterđể lưu
Hình 4 9 Màn hình nh ậ p t ốc độ
Ví dụ: chọn tốc độquay của động cơ là 10000Hz tại 00 Speed nhấn Enter nhập 10000, nhấn Enter
Bước 5: chọn 01 Glen nhấn Enter để nhập xung cấp cho động cơ, sau khi nhập xung cấp cho động cơ nhấn Enterđể lưu.
Hình 4 10 Màn hình nh ậ p xung
• Tính toán xung để phân độtrục A
Trong đó α: là góc cần phân độ(°)
83: tỷsốtruyền của hộp giảm tốc
X: số xung cài đặt trên driver điều khiển động cơ bước
Ví dụ: Số xung cài đặt trên driver là 10000, yêu cầuphân độ30°
00 Speed 00001000 ( tốc độchỉ định là 1000hz)
Z: là số răng của chi tiết
83: tỷsốtruyền của hộp giảm tốc
X: số xung cài đặt trên driver điều khiển động cơ bước
Ví dụ: Số xung cài đặt trên driver là 10000, yêu cầu phân độcho tiết tiết dạng răng có 83 răng
00 Speed 00001000 ( tốc độchỉ định là 1000hz)
Bước 6: chọn 02 End nhấn Resetđể lưu chương trình và quay về màn hình chính.
Hình 4 11 L ệ nh k ết thúc chương trình
Bước 7: Nhấn Runchương trình băt đầu chạy, bộ điều khiển phát xung driver nhận tín hiệu điều khiển động cơ bước quay.
Hình 4 12 Chương trình đang chạ y
Bước 8: Khi chương trình kết thúc, trục A sẽ quay một góc α Để tiếp tục phân độ, nhấn phím Run để chương trình chạy lại từ vị trí hiện tại với góc 0 Cuối cùng, trục A sẽ quay thêm một góc α nữa.
Hình 4 13 Chương trình kế t thúc
Ví dụ: lập trình phân độ83 phần bằng nhau bằng đầu phân độ điều khiển số với số xung cài đặt trên driver là 10000
Bước 1:cấp nguồn cho bộ điều khiển ST-PMC1và máy biến áp.
Bước 2: Nhấn phím Insert chọn chế độ cài đặt trạng thái.
Bước 3: Nhấn phím Edit đểnhập chương trình
Bước 4: chọn 00 Speed nhấn Enterđể chọn lệnh, nhấn Enter nhập 10000, sau khi nhập tốc độquay của động cơ nhấn Enterđể lưu
Bước 5: chọn 01 Glen nhấn Enterđểchọn lệnh, nhấn Enternhập 10000 sau khi nhập xung cấp cho động cơ nhấn Enterđể lưu.
Bước 6: chọn 02 End nhấn Resetđể lưu chương trình và quay về màn hình chính.
Bước 7: Nhấn Runchương trình băt đầu chạy, bộ điều khiển phát xung driver nhận tín hiệu điều khiển động cơ bước quay.
Sau khi hoàn thành chương trình, trục A sẽ quay một góc α là 360° Để tiếp tục phân độ, nhấn phím Run để chương trình chạy lại với gốc 0 tại vị trí hiện tại Khi kết thúc chương trình, trục A sẽ tiếp tục quay thêm một góc α.
Trong đồ án "Tính toán thiết kế trục thứ 4 cho máy mài phẳng CNC và lập trình gia công các chi tiết dạng răng", tôi đã hoàn thành các nhiệm vụ được giao một cách hiệu quả.
- Nghiên cứu máy mài CNC
Kết nối với máy mài CNC 3 trục Làm đầu phân độ điều khiển sốvới nmax600 (phần)
- Hiểu được quy trình gia công trong mài CNC
- Lập trình mô phỏng gia công các chi tiết dạng răng
- Lập trình điều khiển đầu phân độ Định hướng phát triển:
- Xây dựng thư viện gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp
Đề tài “Tính toán thiết kế trục thứ 4 cho máy mài phẳng CNC và lập trình gia công chi tiết dạng răng” là một nghiên cứu mới, và trong quá trình thực hiện, tôi đã gặp không ít khó khăn Do đó, tôi rất mong nhận được sự đóng góp từ quý thầy cô và các bạn để hoàn thiện đề tài này hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo trong bộ môn Máy và ma sát học, đặc biệt là TS Lê Đức, người đã hỗ trợ và hướng dẫn em trong quá trình học tập.
Bảođã tận tình hướng dẫn, chỉbảo em hoàn thành đồán.
[1] Nguyễn Quang Hùng, Trần Ngọc Bình-Động Cơ Bước - KỹThuật Điều Khiển Và Ứng Dụng, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹthuật, 6/2013
[2] TạDuy Liêm - Hệthống điều khiển sốcho máy công cụ, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹthuật, 2001
[3] Nguyễn Anh Tuấn - Cơ sở kĩ thuật CNC,NXB TPHCM, 2005
[4] TạDuy Liêm - Máy công cụ,Nhà xuất bản Khoa học và Kỹthuật, 1999
[5] Phạm Đắp, Trần Xuân Tùy -Điều khiển tự động trong các lĩnh vực cơ khí,1998
[6] Nguyễn Ngọc Cẩn–Thiết kếmáy công cụ, NXB ĐHBK TPHCM, 2001
GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiến, PGS.TS Ninh Đức Tốn, và PGS.TS Trần Xuân Việt đã cùng nhau biên soạn cuốn "Sổ tay công nghệ chế tạo máy" tập 1, được xuất bản bởi NXB Khoa học và Kỹ thuật vào năm 2001.
GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiến, PGS.TS Ninh Đức Tốn và PGS.TS Trần Xuân Việt đã cùng nhau biên soạn cuốn "Sổ tay công nghệ chế tạo máy" tập 2, được xuất bản bởi NXB Khoa học và Kỹ thuật vào năm 2002.
GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiến, PGS.TS Ninh Đức Tốn, và PGS.TS Trần Xuân Việt đã cùng nhau biên soạn cuốn "Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 3", xuất bản bởi NXB Khoa học và Kỹ thuật vào năm 2003.
[10] PGS.TS Ninh Đức Tốn-Dung sai và lắp ghép, NXB giáo dục, 2002
Chươngtrình sửađámài bánh răng thẳng:
(PROGRAM NAME - MAI DA BANH RANG THANG)
Chương trình sửa đá màibánh cóc:
Bảng giá trịG-len theo Z với sốxung cài đặt trên driver là X000
Bảng giá trịG-len theo độ(°) với số xung cài đặt trên driver là X000
