Chế thử máy cắt tấm kim loại khổ rộng không dưới 6m điều khiển CNC

1 BKHVCN VMVDCCN Bộ công nghiệp Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp 46- Láng Hạ- Đống Đa- Há Nội Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Dự án Chế thử máy cắt tấm kim loại khổ rộng không dới 6 mét điều khiển CNC PGS.TS : Trơng Hữu Chí 6951 14/8/2008 Hà nội, 02- 2006 Bản quyền 2006 thuộc VMVDCCN Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Viện trởng VNVDCCN, trừ trờng hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu. 2 BKHVCN VMVDCCN Bộ công nghiệp Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp 46- Láng Hạ- Đống Đa- Há Nội Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Dự án : Chế thử máy cắt tấm kim loại khổ rộng không dới 6 mét điều khiển CNC PGS.TS : Trơng Hữu Chí Hà nội, 02- 2006 Bản thảo viết xong tháng 02 năm 2006 Tài liệu này đợc chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện đề tài cấp nhà nớc mã số KC.05.DA 08 3 Danh sách những ngời thực hiện TT Họ và tên Chức danh và đơn vị công tác Tham gia vào mục A Chủ nhiệm đề tài PGS. TS Trơng Hữu Chí Viện trởng : Viện máy và Dụng cụ Công nghiệp (viết tắt là : IMI -Holding) Chỉ đạo thực hiện B Cán bộ tham gia nghiên cứu 1 Kĩ s cơ khí: Trần Kim Quế Giám đốc: Trung tâm Cơ khí chính xác và máy CNC, Viện IMI-Holding 1.1; 1.3; 1.4; 1.5; 2; 3; 2 Kĩ s tự động hoá : Nguyễn Tiến Hùng Phó Giám đốc: Trung tâm Cơ khí chính xác và máy CNC, Viện IMI-Holding 1.1; 1.2; 1.6; 1.7; 2 3 Kĩ s cơ khi: Đặng Văn Tuấn Kỹ thuật viên : Trung tâm Cơ khí chính xác và máy CNC, Viện IMI-Holding 1.1; 1.2; 1.3; 1.4; 1.5; 4 4 Kỹ s tự động hoá : Lê Điệp Anh Kỹ thuật viên : Trung tâm Cơ khí chính xác và máy CNC, Viện IMI-Holding 1.1;1.2; 1.6 5 Kĩ s cơ khi: Nguyễn Quốc Viên Kỹ thuật viên : Trung tâm Cơ khí chính xác và máy CNC, Viện IMI-Holding 1.1; 1.2; 1.3; 1.4; 1.5; 4 6 Kĩ s cơ khí Nguyễn sĩ Hiển Kỹ thuật viên : Trung tâm Cơ khí chính xác và máy CNC, Viện IMI-Holding 1.1; 1.2; 1.3; 1.4; 1.5; 4 4 Bài tóm tắt 1. Lựa chọn thiết kế kiểu dáng công nghiệp cho máy cắt gas- plasma CNC 2. Hoàn thiện thiết kế, tối u hoá các cụm máy và tổng thể máy trên cơ sở tính toán tối u về động học và động lực học 3. Hoàn thiện công nghệ chế tạo khung máy 4. Công nghệ chế tạo và lắp ráp thanh răng, bánh răng, đờng ray 5. Qui trình công nghệ chế tạo, lắp ráp, đo lờng và kiểm tra phù hợp với điều kiện Việt Nam 6. Điều khiển đồng vị 7. ứng dụng khả năng mở rộng CAD/CAM để chuyển đổi dữ liệu thiết kế sang các chơng trình CNC cho máy cắt. 5 Mục Lục Trang Trang bìa 1 Trang nhan đề 2 Danh sách những ngời thực hiện 3 Bài tóm tắt 4 Mục lục 5 1. Các nội dung khoa học 7 1.1. Lựa chọn thiết kế kiểu dáng công nghiệp cho máy cắt gas- plasma CNC: 7 1.1.1 Phân tích một số máy cắt gas-plasma CNC trên thế giới 7 1.1.2 Các mục tiêu khi lựa chọn mẫu máy 10 1.1.3 Chọn lựa chọn kiểu dáng cho máy cắt CNC. 11 1.2. Hoàn thiện thiết kế, tối u hoá các cụm máy và tổng thể máy trên cơ sở tính toán tối u về động học và động lực học 12 1.2.1 Tính toán động học. 1.2.2 Tính toán động lực học 12 13 1.3. Hoàn thiện công nghệ chế tạo khung máy. 15 1.3.1 Giải pháp thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo khung máy. 15 1.3.2 Tính toán kiểm nghiệm giá trị độ võng của xà 17 1.4. Công nghệ chế tạo và lắp ráp thanh răng, bánh răng, đ ờng ray 19 1.4.1 Công nghệ xọc răng trên máy xọc răngvới bộ đồ gá xọc răng chuyên dùng để nâng cao độ chính xác và đồng nhất của bớc thanh răng 19 1.4.2 Hoàn thiện công nghệ xử lý nhiệt thanh răng bằng cách tôi qua 2 giai đoạn: tôi cải thiện và tôi cao tần. 20 1.4.3 Thiết kế, chế tạo đồ gá xọc thanh răng trên máy xọc răng. 21 1.4.4 Thiết kế, chế tạo bộ đồ gá tôi cao tần thanh răng 21 1.5. Qui trình công nghệ chế tạo, lắp ráp, đo lờng và kiểm tra phù hợp với điều kiện việt nam. 21 1.5.1 Hệ thống đồ gá và công nghệ lắp ráp ray X. 21 6 1.5.2 Hệ thống đồ gá và công nghệ lắp ráp ray Y. 22 1.5.3 Các đồ gá, thiết bị kiểm tra chuyên dùng và phơng pháp kiểm tra các thông số của máy 22 1.6. Điều khiển đồng vị 24 1.6.1. Các nguyên lý điều khiển đồng vị 1.6.2. Lựa chọn kỹ thuật cho máy. 1.7. ứng dụng khả năng mở rộng CAD/CAM để chuyển đổi dữ liệu thiết kế sang các chơng trình CNC cho máy cắt. 24 26 27 2. Kết quả thu đợc của đề tài 28 3. kiến nghị 29 4. các tài liệu tham khảo 29 7 1 . Các nội dung khoa học 1.1. Lựa chọn thiết kế kiểu dáng công nghiệp cho máy cắt Gas-Plasma CNC 1.1.1 Phân tích một số máy cắt Gas - Plasma CNC trên thế giới. a, Đặc điểm chung máy cắt dạng CNC (Computer Numeric Control) - Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học đã tạo tiền đề cho sự phát triển của hàng loạt các ngành kỹ thuật khác nhau.Trong chế tạo máy ,nhờ ứng dụng kỹ thuật CNC ngành chế tạo máy công cụ CNC đã xuất hiện và phát triển nh vũ bão, và nhu cầu ứng dụng nó vào trong sản xuất ngày càng tăng. - Trớc tình hình đó ,máy cắt kim loại tấm, có sự tích hợp của các công nghệ CAD/CAM/CNC đã nổi lên nh một cuộc cách mạng trong công nghiệp đóng tàu vào những năm 80 của thế kỷ 20,với sự tham gia của các nhà sản xuất máy công cụ hàng đầu trên thế giới, nh hãng AMADA(Nhật bản); hãng KOIKE (Nhật bản); SHARP (Pháp); FARLEY(Mỹ) v.v.và những nhà sản xuất bộ điều kiển hàng đầu nh: HEIDENHAIN(Đức); ANILAM (Mỹ); FANUC (Nhật bản); FAGO(Tây ban nha) v.v. - Ưu điểm của thế hệ máy này là: biên dạng chi tiết cắt đợc lập trình mềm nên rất linh hoạt trong sản xuất .nó phù hợp với mọi loại hình sản xuất ,từ sản xuất đơn chiếc,sản xuất loạt nhỏ,đến sản xuất loạt lớn. Độ chính xác theo yêu cầu cao ; Thay đổi biên dạng chi tiết cắt linh hoạt,dễ dàng; Dễ dàng tạo ra đợc ngân hàng dữ liệu các chi tiết cắt; Dễ dàng xắp xếp hình tối u, tiết kiệm đợc vật liệu; Dễ cơ khí hoá, tự động hoá. Chất lợng vết cắt và năng suất cao ,không phụ thuộc tay nghề . Năng suất cắt cao; Nhợc điểm: Đòi hỏi có đội ngũ cán bộ kỹ thuật cao,cập nhật thờng xuyên với những thay đổi của công nghệ tin hoc. Giá thành cao; Khó áp dụng cho quy mô sản xuất nhỏ. 8 b, Một số loại máy cắt trên thế giới. Máy cắt Master ( Sản phẩm của hãng ProArc, Đài Loan ) Đặc điểm : - Kết cấu truyền động theo phơng dọc theo nguyên lý đồng vị. Kết cấu này sử dụng hai động cơ hai bên và đợc bộ điều khiển CNC điều khiển tốc độ động cơ. - Kết cấu truyền động theo phơng ngang sử dụng công nghệ UBD (Unique Belt Drive) với phơng pháp này các đầu cắt đợc truyền động bằng đai mà không sử dụng kết cấu truyền động bánh răng thanh răng.Bằng phơng án này kết cấu truyền động rất gon nhẹ đồng thời chi phí chế tạo máy sẽ đợc giảm đáng kể do không phải chế tạo thanh răng và lắp ráp thanh răng lên khung máy. - Kết cấu dẫn động theo phơng ngang bằng thanh dẫn hớng bi. - Bề rộng lớn nhất máy có thể cắt đợc 7,6 m. - Độ chính xác lặp lại và động chính xác vị trí là 0,1 mm. - Mỏ cắt Gas có lắp bộ điều khiển chiều cao bằng điện dung. - Tốc độ lớn nhất của máy 24 m/ph. 9 Máy cắt Farley Trident ( Sản phẩm của hãng Farley, Autrania ). Đặc điểm : - Kết cấu dẫn hớng chuyển động của máy theo phớng dọc dùng kết cấu dầm với chiều cao thấp nên có độ ổn định và độ cớng vững rất cao. - Kết cấu dẫn hớng chuyển động của đầu cắt bằng thanh dẫn hớng bi đặt năm ngang nên giảm đợc bụi cho thanh dẫn hớng. - Tốc độ lớn nhất của máy là 30 m/ph. - Độ chính xác của máy là : 0.3 mm. - Máy có thể cắt vát mép biên dạng tròn bằng đầu cắt Plasma - Bề rộng lớn nhất máy có thể cắt đợc là 10 m. - Chiều dài lớn nhất máy có thể cắt đợc là 50 m. - Máy có hệ thống hút bụi để giảm ô nhiễm môi trờng cũng nh độc hại cho ngời sử dụng máy. - Khi cắt bằng Plasma có thể đợc cắt bằng bàn cắt ớt không gây hại cho nguời sử dụng máy. 10 Máy cắt Mastergraph II Millennium series ( Sản phẩm của hãng Koike, Nhật Bản ) Đặc điểm : - Bộ điều khiển KAR CNC chạy trên nên Windows XP, rất thuận tiện cho thao tác khi cài đặt và khi sử dụng. - Kết cấu dẫn động theo phơng ngang bằng một thanh dẫn hớng bi do vậy việc công khung máy đơn giản. - Kết cấu truyền chuyển động theo phơng dọc của máy dùng bánh răng thanh răng và hộp số bánh răng hành tinh, nên có kết cấu nhỏ gọn mà vấ đảm bảo công suất. - Bề rộng lớn nhất máy có thể cắt đợc là 3,6 m. - Tốc độ lớn nhất của máy là 18 m/ph. - Độ chính xác vị trí 0.17 mm. 1.1.2 Các mục tiêu khi chọn mẫu máy. - Máy có thể cắt khổ tôn rộng lớn hơn 6 x 12 m. - Đạt độ chính xác định vị và lặp lại 0,2 mm. - Tốc độ chạy không tải ( chạy nhanh ) với trục X là 8000 mm/ph, trục Y là 6000 mm/ph. - Tự động điều khiển chiều cao mỏ cắt bằng cơ khí khi sử dụng nguồn cắt Gas, - Tận dụng tôi đa các công nghệ trong nớc để chế tạo máy. - Máy có kiểu dáng công nghiệp đẹp. [...]... điều khiển dựa trên cơ sở của phơng pháp điều khiển vòng kín (Điều khiển Servo) Khác với phơng pháp điều khiển vòng kín, phơng pháp điều khiển đồng vị sẽ điều khiển từ hai động cơ điện trở lên sao cho vị trí tơng đối giữa chúng không thay đổi Đối với máy cắt Gas Plasma CNC cỡ lớn, phơng pháp điều khiển đồng vị sẽ điều khiển hai động cơ của trục Y sao cho khi máy chuyển động trên hai thanh ray sẽ có... hồi vị trí Bộ điều khiển CNC ANILAM Phản hồi vị trí Bàn máy Trục vít me Máy phát xung Động cơ servo Dây đai Bộ điều khiển độngcơ Điện áp phần ứng Phản hồi tốc độ (Máy phát tốc) Vòng tốc độ Hình 1.6.1a: Hệ điều khiển Servo dùng rotary encoder Hệ thống điều khiển vòng kín gồm có một mạch vòng điều khiển tốc độ động cơ và một vòng điều khiển vị trí Mạch vòng tốc độ (còn gọi là mạch vòng điều khiển tốc độ... điểm, nói một cách khác khi máy cắt Gas Plasma dịch chuyển theo phơng Y thì khung máy sẽ luôn vuông góc với hai thanh ray của Y Nếu phân loại điều khiển đồng vị theo phơng pháp đo vị trí phản hồi sẽ có hai loại sau: - Điều khiển đồng vị gián tiếp - Điều khiển đồng vị trực tiếp Điều khiển đồng vị gián tiếp là phơng pháp điều khiển đồng vị trong đó thiết bị phản hồi vị trí là các máy phát xung (rotary encoder)... trong các máy cắt Gas Plasma CNC cỡ lớn, các cầu trục Do khoảng cách giữa hai thanh ray trục Y lớn (từ 3 mét đến 9 mét) nên muốn nâng cao độ chính xác gia công, nâng cao tốc độ của máy thì sử dụng nguyên lý điều khiển đồng vị là một giải pháp tối u a, Điều khiển đồng vị gián tiếp Để nghiên cứu nguyên lý điều khiển đồng vị, trớc hết nghiên cứu hệ điều khiển Servo dùng trong các bộ điều khiển CNC Vòng... cách cắt tự động bằng động cơ điện và cơ khí cho phép thao tác, điều chỉnh lên xuống một cách dễ dàng - Bộ ly hợp ma sát trong hệ thống định vị khoảng cách đảm bảo an toàn cho các động cơ khi đầu cắt gặp các sự cố nh: va chạm giữa đầu cắt với tấm kim loại quá cong vênh khi cắt - Bộ chân tỳ cơ khí đảm bảo khoảng cách từ đầu cắt tới phôi không đổi, khắc phục đợc sự cố cong vênh của tấm kim loại khi cắt, ... kiểu dáng cho máy cắt CNC : - Chiều rộng cắt lớn nhất: 6600 mm - Chiều dài cắt lớn nhất:12000 mm - Khoảng cách tâm đờng ray: 7100mm - Máy đợc cấu tạo dạng khung kín đảm bảo chuyển động chắc chắn theo - Phơng án sử dụng đồng vị - Truyền động thanh răng ,bánh răng 2 bên , dẫn hớng bi 2đầu,đảm bảo truyền động êm,chính xác - Máy có 4 đầu cắt ,trong đó có 3 đầu cắt gas,1 đầu cắt plasma - Đầu cắt ga sử dụng... Ngoài chức năng trên, bộ điều khiển động cơ còn giữ cho mô men của động cơ không thay đổi Vòng điều khiển vị trí sẽ thu nhận thông tin về vị trí thực của máy (các trục, bàn máy) thông qua máy phát xung (rotary encoder) hoặc thớc điện tử (linear 35 encoder), sau đó so sánh với vị trí đặt trong chơng trình, và lấy tín hiệu sai số giữa hai đại lợng này làm đầu vào cho bộ điều khiển động cơ Chừng nào sai... vênh của tấm kim loại khi cắt, đảm bảo quá trình cắt ổn định - Khi cắt bằng Plasma sử dụng hệ thống định vị khoảng cách cắt tự động điện, đảm bảo khoảng cách hồ quang luôn không đổi trong quá trình cắt - Kiểu dáng máy và màn hình điều khiển mang tính mỹ thuật công nghiệp cao - Truyền động giữa hai bên đờng ray đợc sử dụng hai động cơ truyền động đợc điều khiển theo nguyên lý đông vị.cho phép hai bên chuyển... thoả mãn yêu cầu của máy CP66120 -CNC 1 3 hoàn thiện công nghệ chế tạo khung máy 1.3.1 Giải pháp thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo khung máy 1.3.1.1 Sửa đổi kết cấu nh bản vẽ thiết kế ( phục lục 1) Trên cơ sở những thiết kế khung máy đã đợc sử dụng trớc đây, việc đảm bảo độ cứng vững và ổn định là một yếu tố rất quan trọng để đảm bảo chất lợng cho máy. với những khung máy đã đợc chế tạo sau một thời... encoder sẽ phát ra một số lợng xung bằng hằng số, Bộ điều khiển CNC căn cứ vào số lợng xung thu đợc từ rotary encoder sẽ biết đợc động cơ quay đợc bao nhiêu vòng, dựa vào tỉ số truyền cơ khí bộ điều khiển CNC sẽ biết đợc máy đã dịch chuyển đợc quãng đờng là bao nhiêu đơn bị dài Sở dĩ gọi là phơng pháp điều khiển đồng vị gián tiếp vì vị trí thực của máy đợc chuyển đổi từ vòng quay của động cơ sang đơn . Nội Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Dự án Chế thử máy cắt tấm kim loại khổ rộng không dới 6 mét điều khiển CNC PGS.TS : Trơng Hữu Chí 6951 14/8/2008 Hà nội,. Đa- Há Nội Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Dự án : Chế thử máy cắt tấm kim loại khổ rộng không dới 6 mét điều khiển CNC PGS.TS : Trơng Hữu Chí Hà nội, 02- 2006. toàn cho các động cơ khi đầu cắt gặp các sự cố nh: va chạm giữa đầu cắt với tấm kim loại quá cong vênh khi cắt. - Bộ chân tỳ cơ khí đảm bảo khoảng cách từ đầu cắt tới phôi không đổi, khắc phục