Tính toán thiết kế trung tâm tiện cnc dựa theo kiểu máy x10 i

Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Chế Tạo máy Bộ giáo dục đào tạo Trờng ĐH Bách Khoa HN Cộng hòa xà hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Họ tên : Khóa Khoa Ngành : : : + Lê Hoàng Dũng - CTM7 + Nguyễn Văn Dũng - CTM7 + Nguyễn Thế Văn - CTM3 46 Cơ Khí Chế Tạo Máy Đề tài: Tính toán thiết kế trung tâm tiện CNC dựa theo kiểu máy X10-i Nội dung thuyết minh: Phần I: Đại cơng máy công cụ điều khiển theo chơng trình số Phần II: Tính toán thiết kế trung tâm tiện CNC dựa sở trung tâm tiện CNC - X10i Phần III: Lập trình gia công hệ thống dao cụ cho trung tâm tiện CNC X10-i Lời nói đầu Với phát triển ngày nhanh ngành khoa học kỹ thuật đà cho đời máy móc đại đáp ứng nhanh nhu cầu xà hội Sự xuất máy móc đại đà mang lại hiệu kinh tế rõ rệt có nhiều tính u việt sau: - Tăng suất, chất lợng sản phẩm - Giải phóng lao động chân tay - Cải thiện môi trờng làm việc SVTH: Lê Hoàng Dũng, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thế Văn Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Chế Tạo Máy Đối với Việt Nam, yêu cầu việc sản xuất mặt hàng có chất lợng cao nên ngành Cơ Khí năm gần đà đợc Nhà Nớc trọng đầu t phát triển mạnh Các máy móc đại đà đợc đa vào để phục vụ sản xuất Tuy nhiên, bớc đầu áp dụng cha khai thác đợc tối đa lợi ích kinh tế mà thiết bị đem lại nhiều hạn chế kỹ thuật trình độ chuyên môn ngời sử dụng Để sử dụng khai thác có hiệu máy móc thiết bị đại, đặc biệt máy điều khiển chơng trình số phải sâu nghiên cứu để sử dụng, khai thác mà cải tiến, thiết kế chế tạo Trong trình nghiên cứu tìm hiểu xung quanh lĩnh vực máy điều khiển số, dới hớng dẫn tận tình với phong cách làm việc khoa học thầy Nguyễn Chí Cờng, nhóm ba sinh viên chúng em đà chọn đề tài: Tính toán thiết kế trung tâm tiện CNC dựa theo kiểu máy X10-i cho đồ án tốt nghiệp Trong trình thiết kế đồ án, chúng em đà cố gắng vận dụng kiến thức đà đợc trang bị năm học trớc Đồng thời chúng em tham khảo, trích dẫn tài liệu chuyên ngành tác giả trờng ĐH Bách Khoa HN nh khai thác phần mềm tìm kiếm thông tin mạng Internet Tuy nhiên tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong đợc thầy bạn đóng góp thêm ý kiến cho đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Chí Cờng đà tận tình hớng dẫn giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án Chúng em xin chân thành cám ơn thầy môn Máy & Ma sát bạn học đà đóng góp ý kiến giúp chúng em hoàn thành đồ án đợc tốt Hà Nội, ngày 19 tháng năm 2006 Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Hoàng Dũng Nguyễn Văn Dũng Nguyễn Thế Văn SVTH: Lê Hoàng Dũng, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thế Văn Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Chế Tạo Máy Nhận xét giáo viên hớng dẫn SVTH: Lê Hoàng Dũng, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thế Văn Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Chế Tạo Máy Nhận xét giáo viên duyệt SVTH: Lê Hoàng Dũng, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thế Văn Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Chế Tạo Máy Phần I : đại cơng máy công cụ điều khiển theo chơng trình số Chơng I: Máy công cụ điều khiển số vai trò tác động I Tổng quan máy công cụ điều khiển theo chơng trình số điều khiển số (NC) 30 năm qua đà tác động mạnh tới ngành chế tạo máy, đà tạo hệ máy công cụ tự động hóa khí Ngày máy điều khiển số thành phần gia công linh hoạt Để đáp ứng đợc nhu cầu cao, máy điều khiển phải có khả đảm nhận chức điều khiển định Trong thời gian đầu cha có máy điều khiển số thích hợp, ngời ta cha biết đợc yêu cầu phụ phát sinh cài đặt hệ thống điều khiển số vào máy thờng phải thay đổi mặt kết cấu máy Do vậy, ngời ta máy phay tiện Những máy đà đợc chế tạo phù hợp với phơng thức điều khiển theo chơng trình số đợc trang bị cấu chép hình sở trang bị cho chúng hệ thống đo hệ khởi ®éng dïng cho chÕ ®é ®iỊu khiĨn sè Nhê ®ã, sau năm hệ máy đời Đó máy điều khiển số với nét đặc trng máy điều khiển theo chơng trình sè nh sau: - Tù ®éng hãa cao - Tèc độ dịch chuyển, tốc độ quay cao (> 103 vòng/phút) - Tốc độ xác cao (sai lệch kích thớc gia công đạt tới m ) SVTH: Lê Hoàng Dũng, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thế Văn Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Chế Tạo Máy - Năng suất gia công cao (gấp lần suất gia công máy thờng) - Tính linh hoạt cao (thích nghi nhanh với đối tợng gia công thay đổi, phù hợp với sản xuất loạt nhỏ) - Tập trung nguyên công cao (gia công nhiều bề mặt chi tiết lần gá phôi) - Chuẩn bị công nghệ để gia công chi tiết phải đợc lập trình để điều khiển máy theo ngôn ngữ mà hÃng chế tạo máy đà cài đặt cho hệ điều khiển NC, CNC - Máy gia công CNC có giá trị kinh tế lớn giá thành máy lại cao Mỗi máy công cụ đợc cấu tạo từ tổ hợp trục thẳng quay (linear and rotate axises) Để điều khiển trục chơng trình số phải có hai điều kiện: + Mỗi trục NC cần có hệ thống đo dịch chuyển điện tử + Mỗi trục NC cần có khớp trực tiếp với hệ điều khiển số Nhiệm vụ chơng trình NC so sánh giá trị cần đạt vị trí đà định trớc với giá trị thực tế vị trí hệ thống đo dịch chuyển thông báo Và có sai lệch hai giá trị phát tín hiệu điều chỉnh truyền đạt tới phận dẫn động trục để cân sai lệch Nguyên lý nạp xử lý thông tin hình học vòng điều khiển khép kín (Control Cycle) Bộ đọc băng đục lỗ Bộ nhớ chuơng trình X 1 Giá trị yêu cầu + Sai lệch Giá trị thục _ điều khiển theo quỹ đạo liên tục thông báo giá trị mà trục điều khiển phải đạt tới, nhờ đạt tới chuyển động liên tục theo quỹ Hệ đo Động đạo máy tiện, trục máy đợc xác lập trục điều khiển số sử Bàn máy phay dụng dụng cụ đợc phát động để khoan SVTH: Lê Hoàng Dũng, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thế Văn Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Chế Tạo Máy Phần lơn trung tâm gia công đợc trang bị bàn tròn quay điều khiển NC Bàn tròn quay theo nhịp ví dụ nh nhịp quay trung tâm tiện 4x900 12x300, không tính vào trục điều khiển NC Cấu trúc điện tử hệ điều khiển CNC ngày đà đợc thiết lập dựa sở sử dụng bé vi sư lý (microprocessors) 16 vµ 32 bit vµ mạng tích hợp IC (Integrate Circuit), số lợng vi sử lý đợc sử dụng cho hệ CNC thờng từ đến Máy NC máy có khả lập trình tự do, nghĩa chuyển động theo trục đợc định trớc thông qua chơng trình Những hệ điều khiển số ngày đợc thiết lập sở sử dụng máy vi tính đợc gọi hệ thống điều khiển CNC, tức điều khiển số vi tính Để nạp xuất liệu tự động, hệ điều khiển CNC đợc trang bị giao diện khác mạnh hữu hiệu Hệ điều khiển NC CNC dựa nguyên lý chung nên coi nh khái niệm NC CNC đồng nghĩa với phơng diện nguyên lý CNC hệ điều khiển số mà chức điều khiển đợc thực nhiều máy vi tính tích hợp với phần mềm phù hợp Những đặc điểm CNC so với NC là: - Có nhiều hình nhiều màu sắc - Phần lớn với đồ họa nhiều màu để lập trình thử nghiệm chơng trình - Có khả hiệu chỉnh chơng trình đợc lu trữ - Các lợng hiệu chỉnh dụng cụ (lơng bù dao) chiều dài, đờng kính, tuổi bền, đợc lu trữ - Có nhiều đến 10 phím mềm với chức thay ®ỉi - Cã thĨ c¾m mét phÝm bÊm ASCII tÝch hợp tùy chọn - Không có công tắc thập phân thờng công tắc xoay - Thể tích nhỏ phát sinh nhiệt - Có phạm vi chức rộng - Có phạm vi tùy chọn thích ứng theo nhu cầu sử dụng khách hàng có phạm vi dành để mở rộng - Có chu trình gia công đo kiểm có khả lu trữ - Có nhiều chức đợc bổ sung Các hệ CNC đợc chế tạo theo môđun có khả đáp ứng nhiều chức Bởi khách hàng phải kiểm tra xem nên dùng môđun cho phù hợp có hiệu SVTH: Lê Hoàng Dũng, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thế Văn Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Chế Tạo Máy Những hệ CNC có khả lập trình xởng có công cụ trợ giúp lập trình mạnh Các hệ CNC sử dụng nhiều nhớ đa dạng hoàn hảo cấu tạo cho mục sau: - Chơng trình sản xuất xí nghiệp - Các chơng trình gia công chi tiết lặp lại tự động - Các chu trình cố định thay đổi - Những dẫn tích hợp cho ngời vận hành - Phần mềm chuẩn đoán trợ giúp tìm lỗi - Những liệu máy công ty dẫn hiển thị sai số với văn rõ ràng - Các chuyển dịch điểm không, bù dao, liệu dụng cụ - Các thông số máy - Các giao diện liệu có ý nghĩa lớn để nối thiết bị ngoại vi cần thiết Đặc điểm đặc trng quan trọng tính nhanh nhạy hệ thống CNC tốc độ chuyển tiếp liệu, thời gian thực chu trình gia công, tốc độ phát triển SERVO thời gian chu kỳ hệ điều khiển PLC (Programable Logic Controller) Máy NC máy gia công tự động lập trình tự do, đặc biệt tự động để tự động hóa gia công sản phẩm hàng loạt vừa nhỏ u điểm máy NC khả điều chỉnh nhanh để thích nghi với chơng trình gia công thay đổi, mà không cần phải tác động thủ công thay đổi máy I.1 Ưu điểm gia công CNC Đối với sản xuất loạt nhỏ vừa, máy NC nhiều trờng hợp công cụ gia công có nét u điểm so với máy thờng điểm sau: - Gia công đợc chi tiết phức tạp - Quy hoạch thời gian sản xuất tốt - Thời gian lu thông ngắn tập trung nguyên công cao giảm thời gian phụ - Tính linh hoạt cao - Độ lớn loạt tối u nhỏ - Độ xác gia công ổn định - Chi phí kiểm tra giảm - Chi phí cho phế phẩm giảm SVTH: Lê Hoàng Dũng, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thế Văn Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Chế Tạo Máy - Hoạt động liên tục nhiều ca sản xuất - Một công nhân vận hành nhiều máy đồng thời - Hiệu suất cao - Tăng lực sản xuất - Một công nhân vận hành nhiều máy đồng thời - Hiệu suất cao - Tăng lực sản xuất - Có khả thích hợp gia công linh hoạt Những nét u việt máy NC không phụ thuộc vào kiểu máy, máy NC có khả lập trình xởng sản xuất, theo nhận xét nhà sản xuất có nhiều kinh nghiệm chúng có tính linh hoạt cao đồng thời tiết kiệm đợc thời gian Điều quan trọng ngời xởng sản xuất chấp nhận máy NC, vận hành đợc máy NC, đợc đào tạo tốt có khả khắc phục đợc cố nhỏ I.2 Độ xác gia công CNC Trong nhiều trờng hợp độ xác tuyệt đối độ xác lặp lại đạt đợc quan trọng để triển khai sử dụng máy NC Độ xác giảm nhiều hao phí cần thiết cho việc kiểm tra, sai lệch đợc xác định đợc hiệu chỉnh đơn giản Độ xác máy NC đợc đánh giá theo nhiều luận điểm khác nhau, thực tế có quy định quốc gia để vận dụng Tiền đề độ xác hình học, tức trục NC phải có vị trí xác so với Thân máy NC phải có độ cứng vững cao điều kiện đảm bảo trục dịch chuyển gia công độ xác đợc giữ vững Độ xác máy NC đợc đánh giá thêm theo sai lệch dịch chuyển vào (dựa sai lệch vị trí sai số hệ thống bề rộng phân bố vị trí sai số ngẫu nhiên) Đối với kiểu máy NC có quy định đánh giá theo chi tiết kiểm tra đơn giản Với chi tiết kiểm tra này, máy công cụ cần đợc khảo sát sai số điển hình Tính chất động học hƯ ®iỊu khiĨn sè dÉn ®Õn sai sè kÝch thíc Tại máy NC có gia tốc cao, với trị số gia tốc 10 m/giây cao xuất biến dạng động học Cuối hệ thống dao đợc sử dụng lắp đặt, phát động nguồn sai số thiết kế máy (nhiệt độ, rung động, dẫn hớng có vai trò quan trọng độ xác đạt đợc) SVTH: Lê Hoàng Dũng, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thế Văn Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Chế Tạo Máy Để đạt đợc độ xác cao theo yêu cầu, máy phải có độ xác cao, phải giảm chấn động Vì phải đảm bảo ổ đỡ trục vít me khe hở, phận truyền trục vít me cân tuyệt đối, sống trợt có độ cứng vững cao ma sát để tránh quay trợt hoạt động Ngày nay, kết cấu thông dụng trục vít me có ren hình thang đà đợc thay kết cấu trục vít me có chuỗi viên bi cầu chạy tuần hoàn trục ren có ma sát coi nh kh«ng cã khe hë KÕt cÊu vÝt me + đai ốc bi + bi có hiệu suất đạt tới 98%, nhờ có nhiệt, có độ xác bớc ren cao có khả truyền lực dịch chuyển lớn so với kết cấu thông thờng có kích thớc Muốn đạt đợc độ cứng vững chịu xoắn theo yêu cầu, trục vít me dài đờng kính phải lớn (tới 150mm) mô men quán tính khối lợng lớn Vì trờng hợp thờng không truyền ®éng tíi trơc vÝt me mµ trun ®éng vµo ®ai ốc có quán tính hơn, trục vít me bị ngàm chặt I.3 Độ an toàn gia công CNC Một máy phức tạp nh máy CNC đòi hỏi phải có độ an toàn cao, trớc hết ngời vận hành máy, sau tránh h hại máy, dụng cụ chi tiết gia công Nhiệm vụ phải hệ CNC PLC đảm nhận Nh ngời ta tìm cách: - Phát kịp thời nỗi nguy hiểm ngời vận hành tránh tác động chúng - Phát sớm lỗi chơng trình gia công thời điểm trớc vài câu lệnh dừng máy vị trí thích hợp - Giám sát cố hệ thống phép đo thích hợp, dừng máy kịp thời rõ nguyên nhân sai số - Nhớ rõ nguyên nhân sai số theo thứ tù xt hiƯn cđa chóng xt hiƯn ®ång thêi nhiều sai số sai số liên quan - Phát xử lý dụng cụ mòn vỡ để tránh phế phẩm Quan trọng độ an toàn dự phòng chống lại phát sinh sai số Điều đạt đợc nhiều biện pháp Ví dụ tao khả nhạy cảm cao điều khiển trờng hợp đứt mạch thời gian ngắn, thay đổi nhiệt độ tia gây nhiễu Tất nhiên phát đợc tất cố trớc xảy ra, nhng đủ khả xảy sai số quan trọng nguy hiểm I.4 Bảo dỡng dịch vụ CNC Để đạt đợc tốc độ sản xuất cao, biện pháp thay đổi dụng cụ nhanh chạy dao nhanh không cắt, giảm thời gian máy hỏng Hầu nh máy SVTH: Lê Hoàng Dũng, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thế Văn