(TIỂU LUẬN) đồ án tốt NGHIỆP THIẾT kế – CHẾ tạo MODULE tạo HÌNH ỐNG CHO máy uốn ỐNG CNC

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài

Hiện nay, ống là sản phẩm thiết yếu trong đời sống con người, từ các sản phẩm đơn giản như bàn, ghế, cổng, cửa sổ đến những sản phẩm phức tạp như ống xả xe ô tô, ống nước động cơ, sắt uốn làm cầu và ống dẫn hóa chất trong công nghiệp Việc sử dụng ống ngày càng phổ biến ở Việt Nam nhờ vào tính linh hoạt về hình dạng và cơ tính Mặc dù nhu cầu thị trường đối với ống rất lớn, nhưng phần lớn sản phẩm ống hiện có nguồn gốc từ nước ngoài với giá thành cao.

Ngành công nghiệp ống tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, nhưng phần lớn ống sản xuất trong nước vẫn phụ thuộc vào máy uốn thủ công và bán tự động, dẫn đến năng suất thấp và khả năng tạo hình hạn chế Để đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nước, cần nghiên cứu và chế tạo máy uốn ống với khả năng linh hoạt và năng suất cao, từ đó góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp trong nước.

Lý do chọn đề tài

Nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết của thị trường nội địa, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy uốn ống với khả năng linh hoạt trong tạo hình và năng suất cao là rất quan trọng Dưới sự hướng dẫn của Thầy Nguyễn Trọng Hiếu, nhóm chúng tôi đã quyết định thực hiện đề tài: “THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MODULE TẠO”.

HÌNH ỐNG CHO MÁY UỐN ỐNG CNC” làm đồ án tốt nghiệp của mình

1.3 Mục đích của đồ án:

Nghiên cứu tổng quan về công nghệ tạo hình ống và các hệ thống truyền động khác nhau nhằm đưa ra các phương án thiết kế cho module tạo hình, đảm bảo đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, công nghệ và tính kinh tế cao.

Sử dụng công nghệ máy tính tiên tiến kết hợp với động cơ servo giúp điều khiển uốn theo ba trục, nâng cao độ chính xác và khả năng uốn các chi tiết có hình dạng phức tạp.

Mục đích của đồ án

2.1 Cơ sở lý thuyết về máy uốn kim loại:

Uốn là quá trình gia công kim loại bằng cách áp dụng áp lực, nhằm biến đổi phôi hoặc phần của phôi thành các hình dạng cong hoặc gấp khúc, bao gồm dạng phẳng, dây, thanh định hình hoặc ống.

Phôi thường được uốn ở trạng thái nguội, trong quá trình này, dưới tác động của các chi tiết uốn, phôi sẽ bị biến dạng dẻo từng vùng để tạo ra hình dáng cần thiết.

2.1.2 Lịch sử phát triển của máy uốn ống:

Máy uốn là thiết bị quan trọng trong ngành cơ khí chế tạo, được sử dụng để uốn các phôi liệu thành sản phẩm hữu ích cho cuộc sống Thiết bị này giúp giảm đáng kể sức lao động của con người trong quá trình sản xuất, nâng cao hiệu suất làm việc.

Máy uốn có rất nhiều loại và được dùng phổ biến ở rất nhiều nước trên thế giới trong đó có cả Việt Nam chúng ta

Máy uốn ống có nhiều loại như máy uốn ống bằng thủy lực, máy uốn ống bằng điện, máy uốn ống bằng điện thủy lực…

Máy uốn đã trải qua một quá trình phát triển mạnh mẽ trong vài thập kỷ qua, từ việc uốn thủ công hoàn toàn đến việc sử dụng máy móc để giảm sức lao động Ngày nay, công nghệ uốn đã tiến xa với các hệ thống uốn bán tự động và tự động hóa, bao gồm cả khâu cấp phôi, mang lại hiệu suất và độ chính xác cao hơn.

2.1.3 Vật liệu làm phôi uốn:

Máy uốn hiện nay được thiết kế đa dạng, phù hợp với nhiều loại phôi uốn khác nhau như thanh rỗng, thanh đặc, thép hộp, thép cán, ống đặc và ống cán.

Hầu hết các kim loại phổ biến đều có khả năng uốn nguội nếu chúng có độ giãn đủ để đạt góc và bán kính mong muốn Các vật liệu dễ tạo hình bao gồm thép cacbon thấp, thép không gỉ, nhôm, đồng thau và đồng Ngoài ra, các kim loại như Magie, Titan, hợp kim đồng và niken cũng có thể được uốn bằng các thao tác đơn giản Đặc biệt, các dụng cụ và kỹ thuật uốn chuyên dụng cho phép uốn những kim loại exotic và vật liệu chịu lửa.

Tại Việt Nam, ống inox chủ yếu được sản xuất theo tiêu chuẩn ISO, với mác kim loại 3xx Trong đó, ống inox 304 là loại ống inox phổ biến, có giá thành hợp lý và được ưa chuộng trên thị trường.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ sở lý thuyết về máy uốn kim loại

Uốn là quá trình gia công kim loại bằng áp lực, biến phôi hoặc một phần của phôi thành các chi tiết có hình dạng cong đều hoặc gấp khúc Quá trình này có thể tạo ra các sản phẩm với dạng phẳng, dây, thanh định hình hoặc ống.

Phôi thường được uốn ở trạng thái nguội, trong quá trình này, các chi tiết uốn tác động lên phôi, khiến nó biến dạng dẻo theo từng vùng để tạo ra hình dáng cần thiết.

2.1.2 Lịch sử phát triển của máy uốn ống:

Máy uốn là thiết bị quan trọng trong ngành cơ khí chế tạo, giúp uốn phôi liệu thành các sản phẩm hữu ích cho cuộc sống Sản phẩm này không chỉ nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn giảm thiểu sức lao động của con người trong quá trình chế tạo.

Máy uốn có rất nhiều loại và được dùng phổ biến ở rất nhiều nước trên thế giới trong đó có cả Việt Nam chúng ta

Máy uốn ống có nhiều loại như máy uốn ống bằng thủy lực, máy uốn ống bằng điện, máy uốn ống bằng điện thủy lực…

Máy uốn đã trải qua sự phát triển mạnh mẽ trong vài thập kỷ qua, bắt đầu từ việc sản xuất uốn thủ công, sau đó chuyển sang uốn bằng máy để giảm thiểu sức lao động Tiếp theo, công nghệ uốn đã tiến hóa từ bán tự động đến tự động hoàn toàn, bao gồm cả quy trình cấp phôi.

2.1.3 Vật liệu làm phôi uốn:

Máy uốn hiện đại được thiết kế đa dạng để phù hợp với nhiều loại phôi uốn, bao gồm thanh rỗng, thanh đặc, thép hộp, thép cán, cũng như ống đặc và ống cán.

Hầu hết các kim loại phổ biến đều có khả năng uốn nguội nếu chúng đủ độ giãn để đạt góc và bán kính mong muốn mà không vượt quá ngưỡng chịu đựng Các vật liệu dễ tạo hình bao gồm thép cacbon thấp, thép không gỉ, nhôm, đồng thau và đồng Ngoài ra, các thao tác tạo hình đơn giản cũng có thể áp dụng cho magiê, titan, hợp kim đồng và niken Đặc biệt, các dụng cụ và kỹ thuật uốn chuyên dụng cho phép uốn những kim loại exotic và vật liệu chịu lửa.

Tại Việt Nam, ống inox chủ yếu được sản xuất theo tiêu chuẩn ISO, với mác kim loại 3xx Trong đó, ống inox 304 là loại ống inox phổ biến, có giá thành tương đối rẻ và được sử dụng rộng rãi trên thị trường.

2.1.4 Các phương pháp uốn phổ biến:

Phương pháp này có ba chi tiết quan trọng chính cần phải có để uốn là khối tạo hình uốn, khuôn kẹp và khuôn ép

Khối tạo hình uốn ống

Hình 2 1: Nguyên lý uốn hình – quay

Trong phương pháp uốn hình – quay, phôi được gắn chặt vào khối tạo hình uốn bằng khuôn kẹp Khi khối tạo hình cong quay, nó tạo hình ngược lại cho phôi thông qua khuôn ép Để ngăn chặn gãy phôi nếu cần thiết, có thể sử dụng trục gá bên trong Khuôn ép có thể được cố định hoặc di chuyển cùng phôi để giảm thiểu ma sát trượt.

Quá trình uốn ram sử dụng khuôn gắn trên thanh piston thủy lực, với rãnh khuôn được gia công theo đường viền mong muốn của ống và bán kính uốn Các khuôn hỗ trợ được thiết kế để phù hợp với bề mặt bên ngoài của ống, giúp duy trì sự hỗ trợ trong suốt quá trình uốn mà không cần kẹp.

Máy uốn ép lực dọc là phiên bản cải tiến của máy uốn kiểu ram đơn giản, hoạt động nhanh chóng và linh hoạt hơn Phôi ống được đặt trên hai khối đỡ dạng cánh, có độ cao đồng đều, cho phép hai khối tách rời quay cùng với ống Khi hoạt động, hai khối sẽ lệch nhau và với áp lực đẩy từ dưới, chúng tiếp xúc với búa dập phía trên để tạo ra đoạn uốn.

Hai khuôn dạng cánh duy trì mô men uốn không đổi, trong khi lực đẩy của xi lanh giúp giảm nếp nhăn khi uốn.

Ngoài ra, còn có thể thiết kế khuốn được gắn trên piston nhỏ lại sẽ làm giảm được nếp nhăn khi uốn ở đoạn uốn bị nén lại

Hình 2 3: Nguyên lý cơ bản của uốn ép dọc

Uốn cuộn là một kỹ thuật uốn đơn giản cho phép tạo ra nhiều bán kính uốn đồng thời trên mặt phẳng phẳng Nguyên lý hoạt động của ống uốn cuộn được minh họa trong Hình 1.4, trong đó ba con quay có đường kính giống nhau được sử dụng Các con quay này được bố trí theo hình chóp trong các mặt phẳng đứng hoặc nằm ngang.

Việc uốn cong trên máy uốn cuộn yêu cầu người vận hành phải có kỹ năng và hiểu biết về các bộ phận của máy Người mới có thể bắt đầu với máy đơn giản và bán kính lớn từ vật liệu đồng nhất, nhưng khi gặp khó khăn, cần có một nhà điều hành có khả năng xử lý các vấn đề phát sinh để đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu.

Tất cả các uốn cuộn đều dựa trên nguyên tắc cơ bản tương tự, áp dụng lực giữa ba con quay Ống con lăn được sử dụng để tạo hình hiệu quả và chính xác.

Hình 2 4: Nguyên lý uốn cuộn

Uốn vuốt trục đơn là phương pháp quan trọng để tạo hình các kim loại như hợp kim niken và coban nhiệt độ cao, cũng như các hợp kim tiên tiến của molypden, tantalum, columbium, vonfram và beryllium, mà khó có thể hình thành bằng các phương pháp truyền thống Phương pháp này cũng được áp dụng để chế tạo các vật liệu siêu mỏng, bao gồm titan và René 41, mà không dễ dàng hình thành qua bất kỳ quy trình nào khác.

Hình 2 5: Nguyên lý uốn vuốt

2.1.5 Những dữ kiện cần lưu ý khi thiết lập phép uốn:

• Bán kính đường tâm ống sau uốn:

Tổng quan về các thiết bị uốn trên thị trường

2.2.1 Thiết bị uốn bằng tay:

Thiết bị uốn bằng tay là phương pháp uốn phổ biến hiện nay, sử dụng kỹ thuật uốn hình – quay, chủ yếu dựa vào sức mạnh của con người Phương pháp này thích hợp cho việc uốn cong các ống kim loại có kích thước nhỏ và không yêu cầu lực ép lớn Mặc dù có chi phí thấp và tiết kiệm, nhưng tốc độ sản xuất, chất lượng, số lượng và tính tự động của nó không cao.

- Đây là phương pháp uốn linh hoạt và dễ uốn nhất

- Dễ vận hành, có thể cầm tay

- Có thể tạo các uốn cong lên đến 180°

- Kiểm soát chặt chẽ việc định hình vật liệu vì hình dạng uốn của nó uốn bám sát khối tạo hình uốn

- Có thể uốn được những bán kính nhỏ

- Đối với phương pháp uốn hình – quay bằng con lăn thì không thể uốn được ống với những bán kính nhỏ

- Không uốn được những hình dạng phức tạp

- Không thể tự động hóa

2.2.2 Máy uốn bán tự động:

Các lỗ để điều chỉnh bán kính uốn

Pít tông thủy lực Ống

Hình 2 8: Máy uốn ống bằng thủy lực

Máy uốn ống bằng thủy lực là thiết bị uốn ống bán tự động, sử dụng nguyên lý nén để thực hiện quá trình uốn Với động cơ điện hoặc thủy lực, loại máy này thích hợp cho ống có bề dày lớn nhưng không phù hợp cho ống có dung sai nhỏ và ống làm bằng vật liệu thép không gỉ.

Hai con lăn giữ ống và lực vừa đủ từ pít tông thủy lực tác động vào tâm phôi giúp tạo ra ống với đường cong mong muốn Chúng ta có thể điều chỉnh các con lăn tại các lỗ có sẵn để đạt được bán kính uốn chính xác.

Hình 2 9: Máy uốn ống bán tự động sử dụng 3 con lăn

Máy uốn cuộn 3 trục là thiết bị quan trọng trong ngành cơ khí và xây dựng, được sử dụng để uốn các loại vật liệu như sắt, thép, đồng, nhôm, inox và các khuôn ống với kích thước đa dạng Thiết bị này thường được áp dụng để uốn các ống có kích thước lớn, đáp ứng nhu cầu của nhiều dự án khác nhau.

Uốn cuộn sử dụng ba con quay có đường kính giống nhau, sắp xếp theo hình chóp trong các mặt phẳng thẳng đứng hoặc nằm ngang Nguyên lý hoạt động là ống được giữ giữa hai con lăn, với hai con lăn ở phía dưới và một ở phía trên Con lăn trên được điều chỉnh theo vị trí thẳng đứng, giúp tạo ra ống cong với bán kính mong muốn Ưu điểm của phương pháp này là

- Phù hợp để uốn các loại ống có kích thước lớn

- Không phụ thuộc hết vào con người như phương pháp uốn thủ công

- Yêu cầu người sử dụng phải có chuyên môn

- Hình dạng của sản phẩm sau khi uốn còn hạn chế

- Chưa tự động hóa toàn toàn trong quá trình uốn

Hình 2 10: Máy uốn ống CNC

Hình 2 11: Máy uốn ống 3D CNC của hãng Nissin

Máy uốn ống CNC được thiết kế để xử lý các biên dạng phức tạp, cho phép sản xuất ống với độ chính xác cao và khả năng tự động hóa cao Nhờ vào công nghệ máy tính hiện đại kết hợp với hệ thống cơ khí, máy uốn CNC kiểm soát quá trình uốn một cách hiệu quả, có khả năng uốn ống với các hình dạng phức tạp mà không cần sự can thiệp của con người.

Nhược điểm là chi phí sản xuất cao, yêu cầu người vận hành phải có chuyên môn

THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN MODULE TẠO HÌNH ỐNG

Ý tưởng thiết kế ban đầu

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát các cơ cấu dẫn động phổ biến để áp dụng vào module tạo hình ống theo hệ tọa độ Descartes Đồng thời, nhóm cũng tham khảo nguyên lý uốn của các loại máy uốn hiện có trên thị trường Từ những nghiên cứu này, nhóm đưa ra phương án thiết kế và tính toán cho mô hình bài toán một cách hợp lý.

3.2.1 Tham thảo cơ cấu dẫn động được sử dụng phổ biến hiện nay:

• Tham khảo hệ thống dẫn động của máy CNC:

Công nghệ CNC được sử dụng phổ biến với nhiều mẫu mã và loại máy khác nhau, mỗi loại máy có cấu trúc riêng biệt Tuy nhiên, nhìn chung, tất cả các loại máy CNC đều có những cấu tạo chung nhất định.

- Vít me – đai ốc bi:

Trục vít me – đai ốc bi là thiết bị truyền động cơ học tuyến tính, chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến với độ chính xác cao và lực ma sát thấp Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trên các máy CNC.

Động cơ là linh kiện thiết yếu trong máy CNC, đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động để thực hiện các hoạt động như chuyển động lên xuống và tịnh tiến Hai loại động cơ phổ biến được sử dụng cho máy CNC là động cơ servo và động cơ bước.

Ray trượt là linh kiện dẫn hướng, hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển động tịnh tiến giữa con trượt và ray trượt Với khả năng chịu tải tốt và độ chính xác cao, ray trượt giúp máy di chuyển theo hướng một cách chính xác.

Bộ điều khiển của máy CNC đóng vai trò là trung tâm điều khiển, quyết định khả năng tự động và hiệu suất hoạt động của máy Sự hoạt động trơn tru của máy CNC phụ thuộc hoàn toàn vào hiệu quả của bộ điều khiển này.

• Tham khảo hệ thống dẫn động khác:

Bàn trượt vít me TLM150-S là một thiết bị có khả năng chịu tải lớn, đảm bảo độ chính xác cao và hoạt động hiệu quả với tốc độ nhanh Hệ thống này bao gồm các linh kiện cơ khí đa dạng, cho phép ứng dụng và tùy biến linh hoạt trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Cụm dẫn động này thường được sử dụng trong các cơ cấu chấp hành của máy móc và hệ thống tự động hóa Việc kết hợp động cơ điện với bộ truyền vít me bi giúp đáp ứng nhu cầu chuyển động tịnh tiến một cách chính xác.

3.2.2 Tham khảo nguyên lý uốn:

Đầu uốn của máy uốn 3D CNC Nissin hoạt động dựa trên nguyên lý của phương pháp uốn linh hoạt (Freeform bending process), được phát triển từ nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn.

Nguyên lý uốn của máy được mô tả qua hình 2.3, trong đó ống được đẩy với vận tốc qua các cơ cấu giữ ống Gối đỡ trong đầu tạo hình có khả năng di chuyển theo trục Oxy, làm cho đầu uốn quay tự lựa Đầu tạo hình được giữ cố định trong suốt quá trình uốn và được thiết kế để điều chỉnh góc uốn Độ lệch tâm U giữa tâm của đầu uốn và bạc dẫn hướng ảnh hưởng đến bán kính uốn của ống; độ lệch tâm U nhỏ sẽ tạo ra bán kính uốn lớn, trong khi độ lệch tâm U lớn dẫn đến bán kính uốn nhỏ.

3.2.3 Kết luận, lên phương án thiết kế cho module tạo hình ống:

Bài viết này tham khảo cơ cấu dẫn động ba trục theo hệ tọa độ Descartes, đồng thời nghiên cứu hệ thống dẫn động bàn trượt vít me và ray trượt dẫn hướng, kết hợp với phương pháp uốn linh loạt đã được trình bày trước đó.

Nhóm đã đề xuất thiết kế module tạo hình ống với ba trục tọa độ X, Y và Z1, cho phép điều khiển độc lập nhằm thực hiện quá trình uốn linh hoạt cho ống.

Thiết kế, chọn phương án thiết cho trục Z1

Hình 3 4: Sơ bộ hành trình di chuyển Z1

Trục Z1 có nhiệm vụ đỡ các cơ cấu liên kết với bạc tạo hình theo phương

X và Y (như hình vẽ), đồng thời có vai trò tăng khoảng cách giữa 2 bạc cố định và bạc di động với hành trình ≤ 10mm

Việc áp dụng nguyên lý uốn theo hai bạc lệch tâm giúp tạo ra bán kính uốn cho ống Do đó, việc tăng khoảng cách giữa hai bạc tạo hình cùng với độ lệch tâm là rất quan trọng.

2 bạc giúp đạt được bán kính uốn lớn hơn

Thiết kế cơ cấu dẫn động ép ống chuyển động dọc tâm rất quan trọng trong việc tạo độ cứng vững, với bàn trượt Z1 đóng vai trò như tấm đế và mặt bích để liên kết các chi tiết của hai trục dẫn động X và Y Để đảm bảo máy hoạt động chính xác và tránh sai số không mong muốn, cần chú ý đến độ phẳng của bề mặt trục Z1, vì bề mặt này ảnh hưởng trực tiếp đến độ phẳng và độ vuông góc của hai trục X và Y.

Vít me θ25 Con trượt Đai ốc

Hình 3 5: Phương án thiết kế 1 của trục Z1 Ưu điểm:

- Đạt được độ chính xác cao khi sử dụng cơ cấu truyền động bằng vít me và đai ốc bi

- Dễ lắp đặt, bố trí các chi tiết

- Khó tinh chỉnh cho các ray trượt và vít me song song khi lắp đặt để đảm bảo độ phẳng của bàn trượt Z1

- Do ray trượt cố định thông qua 2 tấm cố định làm cho cơ cấu không chắc chắn dễ bị cong vênh do sức nặng của cụm X và Y

Ray trượt vuông Tấm đỡ

Tấm cố định hộp giảm tốc

Khung cố định hộp giảm tốc Động cơ servo

Vít me θ25 Con trượt vuông Đai ốc + áo vít me

Hình 3 6: Phương án thiết kế 2 của trục Z1 Ưu điểm:

Độ cứng vững cao của hệ thống được đảm bảo nhờ vào việc sử dụng các chi tiết tiêu chuẩn như gối đỡ và ray trượt, được cố định trên bề mặt phẳng Điều này giúp phân tán lực đều trên tấm đỡ, giảm thiểu sự biến dạng và tăng cường hiệu suất hoạt động.

- Độ chính xác, tỷ số truyền, độ cứng vững hướng trục cao khi sử dụng cơ cấu truyền động bằng vít me và đai ốc bi

- Trọng tác dụng lên bàn trượt Z1 được phân tán đều hơn khi được cố định trên mặt phẳng, tăng tuổi thọ cho các chi tiết tiêu chuẩn

- Bề rộng tấm đỡ tương đối lớn chiếm nhiều diện tích tăng chi phí cho việc chế tạo khung máy

So sánh hai phương án thiết kế cho trục Z1 cho thấy cả hai đều có khả năng cố định ray trượt và vít me đai ốc, chuyển đổi chuyển động quay của trục vít me thành chuyển động tịnh tiến Tuy nhiên, phương án 2 mang lại sự cứng vững hơn cho hệ thống liên kết với các chi tiết tiêu chuẩn Bên cạnh đó, quá trình lắp đặt và tinh chỉnh các chi tiết như gối đỡ, ray trượt, con trượt trong phương án 2 cũng dễ dàng hơn, nhờ vào việc lắp đặt trên mặt phẳng giúp căn chỉnh độ song song giữa ray trượt và vít me hiệu quả hơn so với phương án 1.

 Dựa theo những phân tích được trình bày ở trên nên nhóm em quyết định chọn phương án 2 làm phương án chế tạo và lắp ráp chính

3.4 Thiết kế, chọn phương án thiết kế cho trục X và trục Y:

Hình 3 7: Sơ bộ hành trình di chuyển của trục X và trục Y

Trục X, Y có nhiệm vụ quan trọng tạo chuyển động tịnh tiến theo phương

Cơ cấu đồng thời của X và Y liên kết với bạc tạo hình và bạc cố định theo nguyên lý uốn ống lệch tâm, giúp tạo ra bán kính uốn cho ống với hành trình tối đa ≤ 50mm ở cả hai trục X và Y.

Việc kết hợp hai trục X và Y cho phép tạo ra nhiều bán kính uốn với các hình dạng từ đơn giản đến phức tạp Cơ cấu chuyển động theo phương X và Y đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành bán kính uốn cho ống, do đó cần đảm bảo độ cứng vững cho cơ cấu Điều này là cần thiết vì ngoài trọng lực tác động lên cơ cấu, còn có các phản lực từ ống trong quá trình uốn.

❖ Thiết kế, chọn phương án thiết kế đối với trục X:

Tấm cố định Đai ốc Bàn trượt X

Trục vít me Khung đỡ trục

Hình 3 8: Phương án thiết kế 1 của trục X Ưu điểm:

- Đạt được độ chính xác, tỷ số truyền cao khi sử dụng cơ cấu truyền động bằng vít me và đai ốc bi

- Dễ bố trí lặp đặt các chi tiết

- Dễ chế tạo do phần lớn chi tiết dạng tấm

Việc điều chỉnh các ray trượt và vít me song song gặp khó khăn khi có sai lệch, ảnh hưởng đến độ phẳng của bàn trượt và độ vuông góc với mặt bàn trượt Z1.

Ray trượt cố định giữa hai tấm cố định khiến cho cơ cấu trở nên không chắc chắn, dễ bị cong vênh dưới tác động của trọng lực từ cụm Y và phản lực trong quá trình uốn ống.

Tấm gia cố Ray trượt

Con trượt Trục vít me

Khung đỡ trục Vít me bi và XY áo vít me

Hình 3 9: Phương án thiết kế 2 của trục X Ưu điểm:

- Độ cứng vững cao do các chi tiết tiêu chuẩn như gối đỡ, ray trượt được cố định trên bề mặt phẳng

- Do có các chi tiết tăng bền giúp tăng độ cứng vững cho cơ cấu

- Tốn nhiều chi phi do nhiều chi tiết phụ trợ

- Cần độ chính xác cao trong quá trình lắp đặt các chi tiết tiêu chuẩn như ray trượt, gối đỡ,…

Khi so sánh hai phương án thiết kế cho trục X, cả hai đều có khả năng cố định ray trượt và vít me đai ốc, giúp chuyển đổi chuyển động quay của trục vít me thành chuyển động tịnh tiến Tuy nhiên, phương án 2 mang lại sự cứng vững hơn cho hệ thống liên kết với các chi tiết tiêu chuẩn Quá trình lắp đặt và tinh chỉnh các chi tiết như gối đỡ, ray trượt, con trượt trong phương án 2 cũng dễ dàng hơn, mặc dù yêu cầu độ chính xác cao Hơn nữa, việc căn chỉnh độ song song giữa ray trượt và vít me trên mặt phẳng trong phương án 2 thuận lợi hơn so với phương án 1.

Đối với phương án 2, cần đảm bảo độ song song nghiêm ngặt với các chi tiết tiêu chuẩn như vít me và ray trượt Điều này không chỉ giúp duy trì sự dẫn hướng ổn định mà còn tăng cường tuổi thọ cho các chi tiết tiêu chuẩn.

❖ Thiết kế, chọn phương án thiết kế đối với trục Y:

Tấm cố định Tấm tạo hình Đai ốc

Hình 3 10: Phương án thiết 1 của trục Y Ưu điểm:

Sử dụng cơ cấu truyền động bằng vít me và đai ốc bi giúp đạt độ chính xác và tỷ số truyền cao, đồng thời khe hở giữa đai ốc và vít me được tối ưu, ít ảnh hưởng đến hiệu suất truyền động.

- Dễ bố trí lắp đặt các chi tiết

- Dễ chế tạo do phần lớn chi tiết là dạng tấm

Khi lắp đặt ray trượt và vít me song song, việc điều chỉnh để khắc phục sai lệch là rất khó khăn Điều này ảnh hưởng đến độ phẳng của bàn trượt và độ vuông góc, do đó cần chú ý để đảm bảo chính xác trong quá trình lắp đặt.

- Do ray trượt cố định thông qua 2 tấm cố định làm cho cơ cấu không chắc chắn dễ bị cong vênh do phản lực khi uốn ống

- Tấm tạo hình tương đối dài làm giảm độ cứng vững của kết cấu

Bạc tạo hình Tấm cố định

Tấm tạo hình Đai ốc và áo đai ốc

Hình 3 11: Phương án thiết kế 2 của trục Y Ưu điểm:

- Độ cứng vững cao do các chi tiết tiêu chuẩn như gối đỡ, ray trượt được cố định trên bề mặt phẳng

- Do có các chi tiết tăng bền giúp tăng độ cứng vững cho cơ cấu

- Tốn nhiều chi phi do nhiều chi tiết phụ trợ

- Cần độ chính xác cao trong quá trình lắp đặt các chi tiết tiêu chuẩn như ray trượt, gối đỡ,…

- Cần độ đồng tâm của bạc tạo hình với bạc cố định để đạt được độ chính xác cao khi uốn

So sánh và lựa chọn phương án thiết kế chính cho trục Y cho thấy cả hai phương án đều đảm bảo cố định ray trượt và vít me đai ốc, đồng thời truyền động với hiệu suất cao Tuy nhiên, phương án nào sẽ mang lại hiệu quả tối ưu hơn cần được xem xét kỹ lưỡng.

Quá trình lắp đặt và tinh chỉnh các chi tiết tiêu chuẩn như gối đỡ, ray trượt, và con trượt thường dễ dàng hơn so với phương án khác.

Phương án 2 yêu cầu đảm bảo độ song song nghiêm ngặt với các chi tiết tiêu chuẩn như vít me và ray trượt, nhằm duy trì sự dẫn hướng ổn định và kéo dài tuổi thọ của các chi tiết này.

3.5 Thiết kế, chọn phương án thiết kế đối với bộ phận cố định ống:

Thiết kế, chọn phương án thiết kế đối với bộ phận cố định ống

Phần cố định ống là bộ phận thiết yếu trong module tạo hình ống, giữ vai trò liên kết với bạc tạo hình để thực hiện uốn ống lệch tâm Yêu cầu đặt ra là khoảng cách từ tâm ống đến mặt đất phải lớn hơn 1500 mm.

Thiết kế của bộ phận trong module tạo hình ống cần đạt độ cứng vững tuyệt đối để ngăn chặn rung lắc và di chuyển trong quá trình tạo hình ống.

Chi tiết cố định ống

Hình 3 12: Phương án thiết kế 1 của bộ phận cố định ống Ưu điểm:

- Thiết kế đơn giản, dễ dàng chế tạo

- Dễ dàng lắp đặt, bố trí cho chi tiết

- Chi tiết quá dài, dẫn đến kết cấu yếu

- Khó thay thế khi bị hư hỏng

Bạc tạo hình (chi tiết cố định ống)

Hình 3 13: Phương án thiết kế 2 của bộ phận cố định ống Ưu điểm:

- Tấm đỡ tạo hình có độ cứng vững cao do được nhiều chi tiết gia cố cho tấm

- Bạc tạo hình là chi tiết cố định cho ống, dễ dàng tháo lắp và thay đổi chi tiết khác khi bị hư hỏng

- Các chi được thiết kế để dễ dàng chế tạo

- Vì là chi tiết lớn nhất của module tạo hình nên quá trình di chuyển tấm đỡ tạo hình còn gặp khó khăn

- Cần độ chính xác cao trong quá trình lắp đặt

- Cần độ đồng tâm của bạc tạo hình với bạc cố định để đạt được độ chính xác cao khi uốn

• So sánh, chọn phương án thiết kế chính cho bộ phận cố định ống:

Cả hai phương án đều đáp ứng yêu cầu về khoảng cách từ tâm ống đến mặt đất lớn hơn 1500 mm Tuy nhiên, phương án đầu tiên có thiết kế cố định ống đơn giản hơn, dễ chế tạo và lắp ráp hơn so với phương án hai Mặc dù vậy, thiết kế đơn giản này có nhược điểm là khi hoạt động lâu dài, nếu chi tiết bị hỏng sẽ gây khó khăn trong việc căn chỉnh độ đồng tâm của bạc tạo hình và chi tiết cố định ống mới, đồng thời độ cứng vững của chi tiết cũng không cao như ở phương án hai.

 Dựa theo những phân tích được trình bày ở trên nên nhóm em quyết định chọn phương án 2 làm phương án chế tạo và lắp ráp chính.

Thiết kế khung máy cho module tạo hình ống

Hình 3 14: Khung máy module tạo hình ống

Khung máy module tạo hình ống được thiết kế để hỗ trợ các trục dẫn động X, Y và Z1, đảm bảo khoảng cách từ tâm ống đến mặt đặt lớn hơn 1500 mm Khung được chế tạo từ thép hộp đen 80x80x50, được hàn chắc chắn để đảm bảo độ bền và ổn định cho máy.

Tính toán chiều dài thép hộp của module tạo hình ống:

Vậy tổng chiều dài thép hộp 80x80x5 là:

Tính toán hệ thống truyền động cho module tạo hình ống

• Phân tích chọn bộ truyền:

Hiện nay, việc truyền chuyển động qua các hệ thống truyền động được ứng dụng phổ biến trong máy móc, thiết bị, dây chuyền và chu trình sản xuất ở hầu hết các lĩnh vực.

Có ba loại bộ truyền chính là:

- Bộ truyền động cơ khí

Bộ truyền động khí nén và thủy lực là các hệ thống truyền cơ khí, có chức năng chuyển đổi chuyển động quay từ động cơ điện qua các bộ phận trung gian đến các thiết bị và máy móc.

Dựa trên nguyên lý làm việc, hệ thống truyền động cơ khí được chia làm hai nhóm chính là:

- Truyền động bằng ma sát: truyền động đai, truyền động bánh ma sát, truyền động xích,…

- Truyền động ăn khớp: truyền động bánh răng thẳng, nghiêng, truyền động trục vít – bánh vít, truyền động vít me – đai ốc,…

Hình 3 15: Một số bộ truyền phổ biến

Truyền động khí nén thủy lực là hệ thống sử dụng lực từ khí hoặc chất lỏng nén để tạo ra chuyển động, thông qua các cơ cấu trung gian chuyển đổi năng lượng nén thành chuyển động cho các bộ phận công tác Trong nhiều lĩnh vực hiện nay, truyền động cơ khí và truyền động khí nén thủy lực là hai phương pháp phổ biến, mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

Bảng 3 1: So sánh ưu nhược điểm của hai hệ thống truyền động

Hệ thống truyền động vít me – đai ốc bi Hệ thống truyền động khí nén thủy lực Ưu điểm

- Tổn thất do ma sát ít nên có hiệu suất cao khoảng 90%

- Đảm bảo truyền chuyển động chính xác, ổn định

- Hầu như không có khe hở trong mối ghép và có thể tạo ra lực căng ban đầu, đảm bảo độ cứng vững hướng trục cao

- Độ chính xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn, ít độ rơ

- Truyền động được công suất cao và áp lực lớn

- Dễ thực hiện tự động hóa theo điều kiện làm việc hay chương trình có sẵn

- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau

Nhờ vào quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, cùng với khả năng chịu nén của dầu, hệ thống này có thể hoạt động ở vận tốc cao mà không lo bị va đập mạnh.

- Dễ dàng phòng quá tải nhờ van an toàn

- Khó chế tạo do yêu cầu về độ chính xác, độ bóng bề mặt và bước vít tương đối cao

- Khả năng chịu tải không cao

- Sử dụng lâu dài ren dễ bị mòn làm giảm hiệu suất làm việc và độ chính xác

- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ dầu bên trong máy, làm giảm hiệu suất

- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn dầu

- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi

- Giá thành chế tạo, bảo dưỡng tương đối cao

Hệ thống truyền động bằng vít me đai ốc bi được ưa chuộng trong các máy CNC nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó Loại vít me này không chỉ đảm bảo độ chính xác cao mà còn mang lại hiệu suất làm việc ổn định Tuy nhiên, cũng cần lưu ý đến một số nhược điểm có thể phát sinh trong quá trình sử dụng.

Máy NC có độ chính xác cao, phù hợp cho các máy móc công nghiệp và máy công cụ, giúp chuyển đổi chuyển động quay của vít me đai ốc thành chuyển động tịnh tiến với hệ số ma sát nhỏ Sự chuyển đổi này từ ma sát trượt sang ma sát lăn nhờ vào sự hỗ trợ của các viên bi trong đai ốc, đảm bảo truyền động với tỷ số truyền, hiệu suất và độ chính xác tương đối cao.

Hình 3 16: Trục vít me – đai ốc bi

• Tính toán, chọn vít me:

❖ Tính toán vít me – đai ốc bi đối với trục X:

- Lực dọc trục tác dụng lên trục vít me: Fa = 5000 N

- Ta có thể tính toán được khối lượng của bàn máy bằng công thức: m = D*V Trong đó: m: là khối lượng của bàn máy (kg)

D: khối lượng riêng của thép C45 (7850 kg/m 3 )

V: thể tích cụm đầu tạo hình của trục X

V = (thể tích gia cố hộp giảm tốc) + (thể tích bàn trượt X) + (thể tích tấm tạo hình) + (thể tích bạc tạo hình) = 0.0005 + 0.001 + 0.002 + 0.0002 ≈ 0.004 m 3 m = D*V = 7850*0.004 = 31.4 kg

Vậy ta có khối lượng của bàn trượt X, tấm tạo hình, bạc tạo hình, gia cố hộp giảm tốc và các chi tiết phụ khác là m = 50 kg

- Trọng lượng tác dụng lên trục vít me: W = 500 N

- Vận tốc lớn nhất khi không có lực tác động : V1 = 600 mm/ph

- Vận tốc lớn nhất khi có lực tác dộng: V2 = 450 mm/ph

- Thời gian hoạt động: Lt = 14600 h (hoạt động 5 năm, một ngày hoạt động

- Tốc độ vòng của động cơ: 3000 vòng/phút

- Chọn hộp giảm tốc có tỉ số truyền: 1:20

- Số vòng quay lớn nhất: Nmax = 120 vòng/phút (với hiệu suất truyền động 80%)

- Hệ số ma sát bề mặt vít me: 𝜇 = 0,1

- Chiều dài trục vít me: L = 457 mm

 Chọn bước vít me p = 5 mm

- Lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên bộ truyền khi có lực tác động (khi uốn ống) là:

- Lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên bộ truyền khi không có lực tác động (khi không uốn ống):

Lực dọc trục trung bình:

F1max, F2max: lực dọc trục lớn nhất khi uốn ống và không uốn ống

N1max, N2max: tốc độ quay lớn nhất của trục khi uốn ống và không uốn ống T1, T2: thời gian máy hoạt động ở chế độ không tải và có tải

Bảng 3 2: Lực dọc trục và thời gian hoạt động

Lực dọc trục (N) Tốc độ quay (vòng/phút) Phần trăm thời gian (%)

Số vòng quay trung bình:

Co: tải trọng tĩnh cơ bản fs: hệ số an toàn, với máy công nghiệp nói chung, điều kiện làm việc va đập nhẹ: fs = 1 – 1,5 (chọn fs = 1,5)

Famax: lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vít me, Famax= 566 kgf

Nm: tốc độ quay trung bình của trục vít me, Nm = 114 vg/ph

Lt: tuổi thọ yêu cầu, Lt = 14600 h

Fm: lực dọc trục trung bình, Fm = 534 kgf fw: hệ số tải trọng, với tải trọng va đập nhẹ và trung bình fw = 1 – 1,5, chọn fw = 1

Khi chọn vít me và đai ốc bi, cần tính toán tải trọng tĩnh và động cũng như bước vít me sơ bộ Dựa trên các thông số này, ta có thể lựa chọn vít me và đai ốc phù hợp từ Catalog TBI Ball Screw, cụ thể là mã vít me đai ốc bi: SFU02505 – 4 (DIN).

Hình 3 17: Kích thước vít me – đai ốc bi của trục X

Bảng 3 3: Thông số kĩ thuật vít me – đai ốc bi của trục X d l Da

Kiểm nghiệm trục vít me:

.10 6 1 60.114 = 24749 (giờ) ≥ 14600 (giờ) (Catalog TBI Ball Screw 1-9-5)

Với: fw: hệ số tải trọng, với tải trọng va đập nhẹ và trung bình fw = 1 – 1,5, chọn fw = 1

Số vòng quay tới hạn: n = f.dr

457 2 10 7 = 26215 vg/ph < 70000 vg/ph (Catalog TBI Ball Screw 1-4-3)

Hệ số phụ thuộc vào cách lắp đặt ổ trục cho hai đầu vít me được xác định là f = 21,9, do hai đầu trục vít me là cố định Đường kính trục vít me được quy định là dr = 25 mm.

L: chiều dài trục vít me bi, L = 457 mm

Tải trọng giới hạn tác dụng lên trục vít me:

457 2 10 3 = 3872 kgf > F max = 566 kgf (Catalog TBI Ball Screw 1-4-2)

Trong đó: m là hệ số phụ thuộc vào cách lắp 2 đầu trục vít me Do 2 đầu trục vít me là kiều lắp cố đinh suy ra: m = 20,3

 Trục vít me đảm bảo an toàn

❖ Tính toán vít me – đai ốc bi đối với trục Y:

V = (thể tích tấm tạo hình) + (thể tích bạc tạo hình) = 0.002 + 0.0002 ≈ 0.0022 m 3 m = D*V = 7850*0.0022 = 17.27 kg

Khi chọn vít me và đai ốc bi, cần tính toán tải trọng tĩnh và động một cách chính xác Bước vít me sơ bộ sẽ giúp xác định loại vít me và đai ốc phù hợp Để tìm kiếm sản phẩm, bạn có thể tham khảo Catalog TBI Ball Screw với mã vít me đai ốc bi là SFU02505 – 4 (DIN).

Hình 3 18: Kích thước vít me – đai ốc bi trục Y Bảng 3 5: Thông số kỹ thuật vít me – đai ốc bi của trục Y d l Da

Hệ số phụ thuộc vào cách lắp đặt ổ trục cho hai đầu vít me được xác định là f = 21,9, do hai đầu trục vít me là cố định Đường kính trục vít me được quy định là dr = 25 mm.

 Trục vít me đảm bảo an toàn

❖ Tính toán vít me – đai ốc bi đối với trục Z1:

V = (tổng thể tích cơ cấu tạo hình theo trục X) + (tổng thể tích cơ cấu tạo hình theo trục Y) + (thể tích bàn trượt trục Z1) = 0.007 + 0.004 + 0.003 = 0.014 m 3 m = D*V = 7850*0.014 = 109.9 kg

Khi chọn vít me và đai ốc bi, cần tính toán tải trọng tĩnh và động để xác định bước vít me sơ bộ Dựa vào kết quả tính toán, chúng ta có thể lựa chọn vít me và đai ốc phù hợp từ Catalog TBI Ball Screw, cụ thể là mã vít me đai ốc bi SFU02505 – 4 (DIN).

Hình 3 19: Kích thước vít me – đai ốc bi của trục Z1 Bảng 3 7: Thông số kỹ thuật vít me – đai ốc bi của trục Z1 d l Da

Hệ số phụ thuộc vào cách lắp đặt ổ trục cho hai đầu vít me được xác định là f = 21,9, do hai đầu trục vít me là cố định Đường kính trục vít me được tính là dr = 25 mm.

 Trục vít me đảm bảo an toàn.

Tính toán, chọn động cơ

Động cơ servo và động cơ bước là hai loại động cơ thiết yếu cho các máy CNC tự động hóa cao, bao gồm máy chạm gỗ, máy khắc gỗ, máy CNC plasma và máy phay CNC Việc phân tích và lựa chọn động cơ phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong quá trình vận hành máy.

Bảng 3 8: So sánh ưu nhược điểm của hai loại động cơ Động cơ servo Động cơ bước Ưu điểm

- Tốc độ xử lý với độ chính xác cao gần như tuyệt đối

- Mạch điều khiển đều, nhanh

- khả năng làm việc êm

- Có thể hoạt động ở tốc độ cao

Khi sử dụng động cơ tăng, bộ điều khiển sẽ cung cấp dòng điện cho cuộn dây của động cơ, giúp duy trì sự quay liên tục và ngăn chặn hiện tượng trượt bước như ở động cơ bước.

- Có khả năng cung cấp moment xoắn lớn ở vận tốc trung bình và thấp

- Có thể điều chỉnh chính xác góc quay

- Có tuổi thọ lâu dài, hoạt động bền bỉ

- Dễ dàng lắp đặt, thay thế

- Động cơ servo có giá thành cao hơn

- Khi dừng lại, động cơ servo thường dao động tại vị trí dừng gây rung lắc

- Làm việc không đều ở tốc độ thấp

- Có hiện tượng bị trượt bước khi quá tải

- Động cơ bước sẽ ồn và nóng dần lên khi hoạt động

- Động cơ bước gây ra nhiều nhiễu và rung động hơn động cơ servo

Dựa vào những ưu điểm và nhược điểm đã được nêu, động cơ servo được lựa chọn vì nó mang lại hiệu suất cao, khả năng điều khiển chính xác về vị trí và tốc độ, cùng với khả năng vận hành mạnh mẽ và ổn định trong thời gian dài.

• Tính toán, chọn động cơ servo:

❖ Các thông số đầu vào:

Lực dọc trục tác dụng lên trục vít me: Fa = 5000 N

Ta có thể tính toán được khối lượng của bàn máy bằng công thức: m D*V

Trong đó: m: là khối lượng của bàn máy (kg)

V: thể tích cụm đầu tạo hình

Do khối lượng 3 trục tạo hình là khác nhau vì vậy ta tính toán chọn động cơ theo trục có khối lượng lớn nhất

V = (tổng thể tích cơ cấu tạo hình theo trục X) + (tổng thể tích cơ cấu tạo hình theo trục Y) + (thể tích bàn trượt trục Z1) = 0.007 + 0.004 + 0.003 = 0.014 m 3 m = D.V = 7850*0.014 = 109.9 kg

Khối lượng cụm tạo hình và các chi tiết phụ khác là m = 130 kg

Vậy trọng lượng cụm tạo hình: M = 1300N

Bước vít me: p = 5 mm Đường kính trục vít me: D = 25 mm

Khối lượng trục vít me: Ma = 5 kg

Hệ số ma sát giữa bi và vít me: μ = 0.1.

Hộp giảm tốc với tỷ số truyền: 1:20

Vận tốc trục vít me: V = 450 mm/s

❖ Moment quán tính sơ bộ:

Moment quán tính của trục vít me:

Ma : khối lượng trục vít me, Ma = 5 kg

D: đường kính trục vít me, D = 25 mm

M: trọng lượng cụm tạo hình, M = 130 kg p: bước vít me, p = 5mm

Moment chuyển đổi trục động cơ:

Moment xoắn với tác dụng của lực dọc trục:

F: ngoại lực tác động, F = 5000 N p: bước vít, p = 5 mm

Moment xoắn với tác dụng của lực ma sát:

2π 5.10 −3 = 0,1 N m Với: μ: hệ số ma sát trượt giữa bi và vít me, μ = 0.1

M: khối lượng cụm tạo hình, M = 130 kg g: gia tốc trọng trường, g = 9.8 m/s 2 Moment xoắn chuyển trục động cơ:

20.0,8(3,98 + 0,1) = 0,255 N m Với: i: tỉ số truyền, i = 1/20 η: hiệu suất truyền động của trục vít me, η = 0.85

❖ Tốc độ quay sơ bộ:

Tốc độ quay trục động cơ:

Dựa vào moment quán tính, moment xoắn và tốc độ quay của motor ta chọn động cơ servo motor ECMA-C20604RS delta có thông số như sau:

Số vòng quay: N = 1800 vòng/phút < 3000 vòng/phút

Moment quán tính định mức: J L = 1,18*10 -5 kg.m 2 < J M = 0.227*10 -4 kg.m 2

Chọn động cơ servo motor ECMA-C20604RS delta đối với cả ba trục của đầu tạo hình là trục X, Y và trục Z1

Gồm các thông số cơ bản như sau:

Bảng 3 9: Thông số cơ bản của động cơ

Tên sản phẩm Động cơ servo motor ECMA-C20604RS delta

Dòng định mức (V) 220 Đường kính trục (mm) 14

Tốc độ định mức (rpm) 3000

Moment quán tính rotor (kg.m 2 )

Hình 3 20: Động cơ servo AC

Tính toán, chọn ray trượt

• Phân tích chọn ray trượt:

Ray trượt là các thiết bị dẫn hướng, cấu tạo từ con trượt, thanh trượt, gối đỡ,… Giúp cơ cấu máy chuyển động tịnh tiến một cách chính xác

Bảng 3 10: So sánh hai loại thanh trượt sử dụng phổ biến hiện nay

Thanh trượt tròn Thanh trượt vuông

- Khả năng dẫn hướng chính xác kém hơn

Rail trượt được chế tạo từ thép SUJ2 với độ cứng bề mặt đạt 62±2 HRC, được mạ crom bên ngoài để tăng cường độ bền Thiết kế cơ cấu con trượt tròn không chuyên biệt giúp sản phẩm có khả năng chịu tải trọng cao, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong công nghiệp.

- Phát ra tiếng ồn nhỏ khi chuyển động

- Con trượt tròn có khả năng lắc ngang, hỗ trợ hiệu quả và phù hợp với cơ cấu lắp đặt có bề mặt không phẳng tuyệt đối

- Cơ cấu thay ray con trượt tròn được lắp đặt trên 2 gối đỡ ở 2 đầu thanh trượt Trong quá trình sử dụng quá

- Độ chính xác cao gấp 1.5 lần so với các thiết bị dẫn hướng tuyến tính khác

- Rail trượt được thiết kế gồm 4 rãnh bi hướng tâm 45 độ, tôi luyện độ cứng 58 – 62 HRC với cơ cấu chuyên dụng

- Đem lại những chuyển động trơn tru, êm ái hơn

- Giá thành cao hơn thanh trượt tròn

Con trượt vuông được thiết kế để ôm sát thanh trượt, chịu lực theo nhiều phương mà không có độ rơ hay lắc ngang, tuy nhiên, yêu cầu lắp đặt trên mặt phẳng là cần thiết Việc sử dụng thanh trượt dài có thể dẫn đến tình trạng cong võng, do đó cần tăng đường kính thanh trượt để đảm bảo khả năng chịu tải phù hợp.

- Chiều dài tối đa của thanh trượt tròn là 4 m và gặp khó khăn khi sử dụng thanh trượt dài hơn

- Độ bền, tuổi thọ thấp

- Kết cấu đơn giản, lắp đặt dễ dàng, thuận tiện trên mặt phẳng và 2 thanh trượt song song

- Cho phép cắt dây 2 đầu và nối lại với nhau dễ dàng trong trường hợp cần độ dài hơn 4 m

- Độ bền tuổi thọ cao hơn

Với những ưu điểm nổi bật của thanh trượt vuông, ray trượt vuông TBI (Linear motion) là lựa chọn lý tưởng cho các máy CNC chính xác, robot và thiết bị tự động hóa Sản phẩm này đáp ứng tốt các yêu cầu khắt khe như khả năng chịu tải nặng, tuổi thọ cao, độ chính xác tuyệt đối, cùng với việc dễ dàng lắp đặt và bảo trì cho máy uốn đang được thiết kế.

• Tính toán, chọn ray trượt:

❖ Tính toán ray trượt cho trục Z1:

Hình 3 21: Sơ đồ lực tác động lực trục Z1

Tải trọng tác dụng lên con trượt:

= = + − = + = = − + = − (Theo table 1.5.1, catalog TBI linear guide)

Do tải trọng tác dụng lên con trượt 1 và 2 chịu tải trong lớn nhất nên ta kiểm nghiệm tải trọng theo tải trọng tại vị trí 1 và 2

Tải trọng tác dụng: Q = 407 N

Tải trọng động tính toán:

Chỉ xét đến ảnh hưởng của tải trong và độ cứng đến tuổi thọ mà không xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ

1.731) 3 50 (table 1.3.1, catalog TBI linear guide)

Suy ra: Ctt = 1575 N ≈ 160 kgf < C = 2050 kgf => thỏa điều kiện tải trong động

L là tuổi thọ danh nghĩa, L = 500 km fh là hệ số ảnh hưởng do độ cứng, vật liệu có độ cứng 60 HRC, chọn fh 1

Q là tải trọng động tính toán fw là hệ số ảnh hưởng do tải, v = 0.5 m/phút, chọn fw = 1

Ctt là tải trọng động cơ sở m = 3 đối với con trượt có bi

Chọn con trượt, ray trượt có mã hiệu TRH20FN

Tải trọng động cơ sở: C = 2050 kgf

Tải trọng tĩnh cơ sở: C0 = 3696 kgf ≈ 3,6.10 4 N

731 = 49.2 > 3 (đối với máy công nghiệp với tải rung động và va đập nhẹ)

❖ Tính toán ray trượt cho trục X:

Hình 3 22: Sơ đồ lực tác động lực trục X

= = + = = = − = Ta kiểm nghiệm theo tải trọng có độ lớn lớn nhất

Tải trọng động cơ sở:

Chỉ xét đến ảnh hưởng của tải trọng và độ cứng đến tuổi thọ mà không xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ

(Table 1.3.1, catalog TBI linear guide)

Suy ra: Ctt = 4147 N ≈ 415 kgf < C = 2050 kgf => thỏa điều kiện tải trọng động

Q là tải trọng động tính toán fw là hệ số ảnh hưởng do tải, chọn fw = 1

Ctt là tải trọng động cơ sở m = 3 (đối với con trượt có bi)

Tải trọng động cơ sở: C = 2050 kg

Tải trọng tĩnh cơ sở: C0 = 3696 kg ≈ 3,6.10 4 N

1933 = 19.2 > 3 nên con trượt – ray trượt thỏa điều kiện an toàn

❖ Tính toán ray trượt cho trục Y:

Hình 3 23: Sơ đồ lực tác động lực trục Y

Do trọng tâm của lực tác dụng đặt tại tâm đối xứng

Ta kiểm nghiệm theo tải trọng có độ lớn lớn nhất

Tải trọng động cơ sở:

Chỉ xét đến ảnh hưởng của tải trọng và độ cứng đến tuổi thọ mà không cần xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ

1.2625) 3 50 (Table 1.3.1, catalog TBI linear guide)

Suy ra: Ctt = 5655 N ≈ 576,7 kgf < C = 2050 kgf => thỏa điều kiện tải trong động

Q là tải trọng động tính toán fw là hệ số ảnh hưởng do tải, chọn fw = 1

Ctt là tải trọng động cơ sở m = 3 (đối với con trượt có bi)

Tải trọng động cơ sở: C = 2050 kg

Tải trọng tĩnh cơ sở: C0 = 3696 kg

2625 = 13.7 > 3 nên con trượt – ray trượt thỏa điều kiện an toàn

• Thông số của ray trượt:

Hình 3 24: Kích thước ray trượt vuông và con trượt có tai Bảng 3 11: Bảng tra kích thước ray trượt vuông và con trượt có tai

Assembly (mm) Block (mm) Rail (mm)

Hình 3 25: Moment tĩnh cho phép tác dụng lên ray trượt theo các hướng Bảng 3 12: Bảng tra tải trọng moment tĩnh cho phép tác dụng lên ray trượt

Tải trọng (kg) Mômen tĩnh cho phép của tải Khối lượng

MX (kg.mm) MX (kg.mm) MZ (kg.mm) Con trượt Ray Con trượt đơn Đơn Đôi Đơn Đôi

Chọn các chi tiết tiêu chuẩn khác

• Chọn hộp giảm tốc cho động cơ:

Khi sử dụng động cơ servo trong sản xuất và đời sống, việc thêm hộp số giảm tốc là cần thiết để tăng lực mô-men và tải trọng cho động cơ Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, cần tính toán và chọn tỷ lệ hộp số chính xác, giúp tốc độ đầu ra của hộp số đáp ứng đủ yêu cầu cho ứng dụng cụ thể.

Để đáp ứng yêu cầu vận tốc lớn nhất của module tạo hình ống là 600 mm/phút, chúng tôi đã chọn hộp số giảm tốc với tỷ số truyền 1:20 cho cả ba trục X, Y và Z1.

Hình 3 26: Hộp giảm tốc VRSF sử dụng cho trục Z1 và trục X

Hình 3 27: Hộp giảm tốc bánh răng hành tinh dạng vuông góc cho trục

Hình 3 28: Kích thước hộp giảm tốc bánh răng hành tinh dạng vuông góc PGRH42 Bảng 3 13: Thông số hộp giảm tốc bánh răng hành tinh dạng vuông góc

Tốc độ đầu vào định mức (rpm) 5000

Tốc độ đầu vào tối đa (rpm) 10000

Moment quán tính (kg.cm 2 ) 0.06

• Chọn áo cho đai ốc vít me bi:

Ta sử dụng một loại áo cho vít me đai ốc bi cho cả ba trục X, Y và trục Z1

Hình 3 29: Kích thước áo của đai ốc vít me bi

Bảng 3 14: Thông số kích thước của áo vít me bi

• Chọn gối đỡ cho vít me: l

Hình 3 30: Kích thước gối đỡ UCP 204

Sử dụng gối đỡ UCP 204 với các kích thước như sau:

Bảng 3 15: Thông số kích thước gối đỡ

Mã gối đỡ D H1 B E L D3 E1 H2 H Trọng lượng

• Chọn khớp nối cho trục X, Y và Z1:

❖ Đối với trục Z1 và trục X:

Khớp nối mềm là loại khớp nối sử dụng đệm cao su đàn hồi, được lắp đặt giữa động cơ và trục vít me bi Thiết bị này có nhiều thông số kỹ thuật quan trọng, giúp cải thiện hiệu suất và độ bền của hệ thống truyền động.

Hình 3 31: Kích thước khớp nối mềm của trục Z1 và trục X Bảng 3 16: Thông số kích thước khớp nối mềm của trục Z1 và trục X

Ta sử dụng khớp nối ống thổi và có các thông số như sau:

Hình 3 32: Kích thước khớp nối ống thổi của trục Y Bảng 3 17: Thông số kích thước khớp nối ống thổi của trục Y

Hoàn thiện thiết kế module tạo hình ống

Dựa trên yêu cầu ban đầu, nhóm đã thiết kế phương án cho từng trục của cụm tạo hình, chọn lựa phương án tối ưu cho module tạo hình ống với ba trục dẫn động chính Z1, X và Y, nhằm tạo chuyển động uốn cho ống Sau đó, nhóm đã tính toán và lựa chọn các chi tiết theo tiêu chuẩn, tiến hành chỉnh sửa và hoàn thiện thiết kế.

Tấm đỡ tạo hình

Cơ cấu dẫn động trục Z1

Cơ cấu dẫn động trục X

Cơ cấu dẫn động trục Y

Hình 3 33: Module tạo hình ống sau khi hoàn thiện thiết kế

• Nguyên lý làm việc của module tạo hình ống:

Để tạo chuyển động uốn cho ống, cần điều khiển động cơ của trục X hoặc Y, hoặc cả hai, nhằm thay đổi vị trí của bạc tạo hình so với bạc cố định Việc này sẽ tạo ra sự lệch tâm giữa hai bạc, kết hợp với cụm đẩy ống, giúp ống uốn theo hình dạng mong muốn Để điều chỉnh bán kính uốn của ống, ta thay đổi hành trình di chuyển của Z1: di chuyển bạc tạo hình ra xa bạc cố định để có bán kính lớn, và ngược lại để có bán kính nhỏ.

Ta có thể uốn ống theo cà ba trục X, Y và Z1 cùng một lúc hoặc có thể uốn ống theo những trục riêng biệt

Hành trình di chuyển của trục Z1

Hình 3 34: Nguyên lý uốn của module tạo hình ống

Phân tích độ bền cho module tạo hình ống

• Phân tích độ bền của khung máy:

Trình tự thực hiện phân tích độ bền của khung máy gồm những bước sau:

- Đưa mô hình khung máy vào phần mềm ansys

- Chỉnh thông số vật liệu cho khung máy

- Chia lưới cho khung máy

- Thiết lập điều kiện làm việc cho mô hình bài toán

- Chọn kết quả mong muốn và đợi máy tính thực hiện các phép tính

- Với kết quả thu được ta tiến hành phân tích dữ liệu và đánh giá kết quả

❖ Đưa mô hình bài toán vào phần mềm:

Hình 3 35: Mô hình khung máy được đưa vào phần mềm ansys

Khi chọn thông số vật liệu cho khung máy module tạo hình ống, vật liệu thép kết cấu là lựa chọn tối ưu Các thông số cụ thể được trình bày trong bảng dưới đây.

Bảng 3 18: Thông số của thép kết cấu được lấy trong phần mềm ansys Đại lượng Thông số

❖ Chia lưới cho khung máy:

Việc chia lưới cho bài toán là yếu tố then chốt, vì một lưới không hợp lý có thể dẫn đến kết quả không chính xác Do đó, cần cân nhắc kỹ lưỡng trước khi thực hiện chia lưới cho mô hình, nhằm đạt được kết quả chấp nhận được và tiết kiệm thời gian mô phỏng.

Ta tiến hành chia lưới cho bài toán như sau:

- Đối với những vùng quan trọng của khung máy ta sử dụng phương pháp chia lưới “Body Sizing với Element Size là 15 mm”

- Còn đối với những vùng khác của khung máy ta sử dụng phương pháp chia lưới “Body Sizing với Element Size là 20 mm”

Hình 3 36: Những vùng được chia lưới với Element Size 15 mm

Hình 3 37: Những vùng được chia lưới với Element Size 20 mm

Hình 3 38: Kết quả chia lưới của khung máy

❖ Thiết lập điều kiện làm việc cho mô hình bài toán:

Trường hợp 1 (tải trọng khung máy phải chịu khi không làm việc):

Tổng khối lượng mà khung của module tạo hình phải chịu:

Khối lượng tổng của hệ thống tạo hình là khoảng 350 kg, bao gồm khối lượng tấm đỡ tạo hình (64.37 kg), tấm đế đỡ cụm tạo hình (70.65 kg) và tổng khối lượng của ba trục tạo hình được tính toán trong phần tính toán vít me.

Tổng tải trọng khung phải chịu khi đổi qua đơn vị là Newton: 3500 N

Trường hợp 2 (tải trọng khung máy phải chịu khi module tạo hình làm việc):

Khi module tạo hình hoạt động, các trục dẫn động X, Y và Z1 tác động vào ống, gây uốn ống và tạo ra phản lực ngược lại vào khung máy, với lực đẩy tối đa lên đến 500 kg, tương đương 5000 N.

 Từ hai trường hợp được phân tích ở trên, ta sẽ có tổng lực tác động lên khung máy là 8500 N

Thiết lập điều kiện làm việc trong ansys:

Ta chọn những bề mặt của khung máy tiếp xúc với mặt đất để cố định khung máy trong phần mềm ansys

Chọn các bề mặt tiếp xúc với mặt đất để cố định khung máy

Hình 3 39: Cố định cho khung máy

Sau khi cố định khung máy, tiến hành tác động lực 8500 N theo hướng trọng lực như hình dưới.

Hình 3 40: Đặt lực cho khung máy

❖ Đánh giá kết quả phân tích khung máy:

Tổng biến dạng của khung máy:

Hình 3 41: Biến dạng toàn phần của khung máy

Kết quả mô phỏng cho thấy khi áp dụng lực 8500 N, biến dạng lớn nhất của khung máy đạt 0.012759 mm, với biến dạng cao nhất xuất hiện ở những khu vực màu đỏ Đánh giá này cho thấy mức độ biến dạng rất thấp, đảm bảo khả năng chịu tải của khung máy trong quá trình vận hành Ứng suất tương đương của khung máy cũng được xác định trong nghiên cứu này.

Hình 3 42: Ứng suất tương đương của khung máy

Kết quả phân tích cho thấy ứng suất tương đương lớn nhất của khung máy đạt 11.294 MPa, với sự tập trung ứng suất lớn nhất ở các điểm liên kết giữa hai khung So sánh ứng suất này với giới hạn bền kéo của vật liệu, chúng ta nhận thấy khung máy đã đáp ứng điều kiện bền vững.

Phân tích độ bền của bạc tạo hình và bạc cố định là một bước quan trọng trong thiết kế Chúng tôi sẽ sử dụng phần mềm ANSYS để mô phỏng quá trình uốn của module tạo hình ống, từ đó đánh giá độ bền của cả hai chi tiết Việc này giúp xác định khả năng chịu lực và tính ổn định của bạc trong các ứng dụng thực tế.

Chúng tôi sẽ mô phỏng quá trình uốn cho trục X và trục Y của module tạo hình ống, vì đây là hai trục chính trong quá trình tạo hình của module.

Trình tự thực hiện phân tích độ bền của hai chi tiết bạc như sau:

- Đưa mô hình bài toán vào phần mềm ansys

- Thiết lập các thông số về vật liệu cho bài toán

- Chia lưới cho mô hình bài toán

- Thiết lập các điều kiện làm việc cho mô hình

- Chọn kết quả mong muốn và đợi máy tính thực hiện các phép tính

- Với kết quả thu được ta tiến hành phân tích dữ liệu và đánh giá kết quả

❖ Đưa mô hình bài toán vào phần mềm:

Hình 3 43: Mô hình bài toán khi đưa vào phần mềm ansys

❖ Chọn thông số vật liệu cho mô hình bài toán:

- Chọn vật liệu thép kết cấu cho bạc tạo hình và bạc cố định

- Chọn thộp khụng gỉ cho ống ỉ19 (đõy là loại ống được sử dụng khi uốn)

❖ Thiết lập các ràng buộc ban đầu cho mô hình bài toán:

Sau khi chọn vật liệu cho ba chi tiết của mô hình bài toán, ta thiết lập các ràng buộc ban đầu của mô hình như sau:

- Thiết lập điều kiện tiếp xúc giữa ống và bạc cố định

- Thiết lập điều kiện tiếp xúc giữa ống và bạc tạo hình

- Thiết lập chuyển động tịnh tiến của ống

❖ Chia lưới cho mô hình bài toán:

Ta tiến hành chia lưới như sau:

- Đối với hai chi tiết bạc ta chia lưới tự động

- Đối với chi tiết ống ta chia lưới bằng phương pháp “Body Sizing với Element Size là 5 mm”

Hình 3 44: Kết quả chia lưới của mô hình bài toán

❖ Thiết lập điều kiện làm việc cho mô hình bài toán:

Bảng 3 19: Bảng số liệu để thiết lập điều kiện làm việc của mô hình Đối với trục X Đối với trục Y

Chọn bạc cố định Chọn bạc cố định

Chọn bạc tạo hình Thiết lập khoảng dịch chuyển theo từng bước với X = 6 mm

Chọn bạc tạo hình Thiết lập khoảng dịch chuyển theo từng bước với Y = 6 mm

Thiết lập chuyển động tịnh tiến của ống theo từng bước với Z = 200 mm Thiết lập chuyển động tịnh tiến của ống theo từng bước với Z = 200 mm

❖ Đánh giá kết quả phân tích:

Hình 3.45 trình bày ứng suất tương đương của hai trường hợp khác nhau Bảng 3.20 cho thấy kết quả ứng suất tương đương lớn nhất trong hai trường hợp, với giá trị cao nhất được ghi nhận khi mô phỏng uốn theo trục X.

(MPa) Ứng suất tương đương lớn nhất khi mô phỏng uốn theo trục Y

Dựa trên kết quả mô phỏng, cả hai trường hợp tạo hình ống theo trục X và trục Y cho thấy sự chênh lệch không đáng kể Khi so sánh ứng suất với giới hạn kéo của vật liệu, bạc tạo hình được chứng minh là hoạt động ổn định trong quá trình uốn và đáp ứng các điều kiện bền.

CHỌN VẬT LIỆU VÀ LÊN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT

Chọn vật liệu cho phôi

Trên thị trường Việt Nam, hầu hết các máy móc được chế tạo từ thép hoặc gang Gang thích hợp cho những máy yêu cầu độ cứng cao như máy công cụ hay máy ép nhựa, nhưng có nhược điểm là chi phí cao và khó gia công Ngược lại, thép có nhiều ưu điểm như giá thành rẻ, dễ tìm kiếm, cơ tính ổn định và dễ gia công Do đó, nhóm quyết định chọn thép cacbon làm vật liệu chính cho sản xuất.

Thép cacbon là loại thép phổ biến nhất trên thị trường, được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và chế tạo máy nhờ vào giá thành rẻ và cơ tính tốt Dựa trên hàm lượng cacbon, thép cacbon được chia thành ba nhóm chính.

- Thép cacbon thấp: có hàm lượng cacbon từ 0.05-0.3%

- Thép cacbon trung bình: có hàm lượng cacbon từ 0.3-0.7%

- Thép cacbon cao: có hàm lượng cacbon 0.7-1.3%

Thép cacbon S45C, với ưu điểm nổi bật, là lựa chọn lý tưởng cho vật liệu chế tạo chi tiết máy Loại thép này thuộc nhóm thép cacbon trung bình, dễ gia công, sở hữu cơ tính tốt và độ cứng dao động từ 160 đến 220 HB.

Phương pháp cắt gió đá được sử dụng để cắt phôi tại xưởng phôi, mang lại nhiều lợi ích như dễ sử dụng, dung sai chấp nhận được và chi phí thấp Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là gây hại cho sức khỏe của người thực hiện do nhiệt độ tỏa ra trong quá trình cắt rất cao.

Bảng 4 1: Bảng cơ tính thép tấm S45C

Thép Độ bền cơ học (KG/mm 2 ) Độ cứng

HB Thành phần hóa học (%)

Hình 4 1: Phôi sau khi được cắt và cung cấp từ bên ngoài

Hình 4 2: Phôi được phân loại theo bản vẽ

Quy trình công nghệ gia công chi tiết

Nhóm em sẽ trình bày quy trình công nghệ gia công của những chi tiết quan trọng trong cụm tạo hình, nhằm tránh làm báo cáo đồ án tốt nghiệp quá dài do có nhiều chi tiết liên kết với nhau.

- Quy trình gia công tấm tạo hình (thuộc cụm Y)

- Quy trình gia công bàn trượt Z1 (thuộc cụm Z1)

- Quy trình gia công khung đỡ trục X (thuộc cụm X)

- Quy trình gia công bạc tạo hình

- Quy trình gia công bạc cố định

Chọn máy công cụ phù hợp là rất quan trọng, vì trong xưởng thực tập của trường ĐHSP TP.HCM, chỉ có hai loại máy chính được sử dụng để gia công các chi tiết.

• Máy phay đứng MANFORD 4KS:

- Công suất động cơ 3 kW, chọn động hiệu suất là 0.8 suy ra công suất máy là 2.4kW

- Phạm vi tốc độ trục chính: n = 31.5 – 1800 (vòng/phút)

- Sơ cấp tốc độ: 10 cấp tốc độ

- Kích thước bàn máy: 254 x 1270mm

Hình 4 3: Máy phay đứng manford 4ks

• Máy tiện ren vạn năng MASCUT MA1840:

- Công suất động cơ chính 5,5 kW suy ra công suất thức tế bằng 0,8.5,5=4,4kW.

- Số cấp tốc độ trục chính 18.

- Phạm vi tốc độ trục chính n = 39-2800 vòng/phút.

Hình 4 4: Máy tiện ren vạn năng mascut ma1840

4.2.1 Quy trình gia công tấm tạo hình:

• Phân tích chi tiết: Đọc bản vẽ chi tiết:

Hình 4 5: Bản vẽ chi tiết của tấm tạo hình

- Tấm tạo hình có nhiệm vụ là mặt bích đỡ bạc tạo hình, liên kết bạc với các cơ cấu dẫn động khác.

- Cỏc lỗ ỉ11 và lỗ ỉ7 cú chức năng tạo lắp với cỏc chi tiết tiờu chuẩn như áo đai ốc của vít me và con trượt.

• Thiết kế trình tự gia công:

Hình 4 6: Bản vẽ đánh số

Dựa vào giáo trình hướng dẫn thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy bảng 3.1 trang 38 giáo trình hướng dẫn đồ án

- Nguyên công 1: Phay bán tinh mặt 1,2 đạt độ nhám Rz20

- Nguyên công 2: Phay bán tinh măt 3,4 đạt độ nhám Rz20

- Nguyờn cụng 3: Khoan thụ 12 lỗ ỉ6,5 đạt độ nhỏm Rz20

- Nguyờn cụng 4: Phay thụ 12 lỗ bậc ỉ11 đạt độ nhỏm Rz20

- Nguyờn cụng 5: Khoan thụ 4 lỗ ỉ5 đạt độ nhỏm Rz20

- Nguyờn cụng 6: Cắt thụ bằng phương phỏp cắt giú đỏ lỗ ỉ95

- Nguyên công 7: Khoét lỗ đạt cấp chính xác 11 và đạt độ nhám bể mặt Ra2,5

- Nguyên công 8: Taro 4 lỗ M6x1 ở nguyên công 5

Bảng 4 2: Bảng tóm tắt chế độ cắt tấm tạo hình

Thiết bị Chế độ cắt

Gá Máy Dao Dụng đặt cụ đo

S (mm/vg) n (vg/ph) t (mm)

• Hình ảnh trong quá trình gia công:

Bảng 4 3: Một số hình ảnh trong quá trình gia công tấm tạo hình

Nguyên công Ảnh gia công

• Chi tiết tấm đỡ tạo hình sau khi hoàn thiện:

Hình 4 7: Chi tiết tấm đỡ tạo hình sau khi hoàn thiện

4.2.2 Quy trình gia công bàn trượt Z1:

Hình 4 8: Bản vẽ chi tiết bàn trượt Z1

- Chi tiết có dạng hộp tương đối đơn giản.

- Độ nhám bề mặt yêu cầu không quá cao có thể đáp ứng được bằng các phương pháp phay đơn giản.

Bề dày phôi được cán với kích thước chính xác giúp tiết kiệm thời gian gia công chi tiết, vì không cần thực hiện nguyên công phay mặt.

- Nguyờn cụng 4: Phay thụ 16 lỗ bậc ỉ11 đạt độ nhỏm Rz20

- Nguyờn cụng 6: Khoan thụ 8 lỗ ỉ10 đạt độ nhỏm Rz20

- Nguyên công 7: Taro 16 lỗ M10x1.25 ở nguyên công 4

Bảng 4 4: Bảng tóm tắt chế độ cắt bàn trượt Z1

Bảng 4 5: Một số hình ảnh trong quá trình gia công bàn trượt Z1

• Chi tiết bàn trượt Z1 sau khi hoàn thiện:

Hình 4 10: Chi tiết bàn trượt trục Z1 sau khi hoàn thiện

4.2.3 Quy trình gia công khung đỡ trục XY:

Chi tiết này bao gồm 4 phần được hàn lại với nhau Do tính chất công nghệ trong gia công và độ khó trong việc chế tạo từ phôi đặc, nhóm đã quyết định chia nhỏ chi tiết thành các phần nhỏ hơn để gia công Sau đó, các phần này sẽ được hàn lại để tạo thành chi tiết hoàn chỉnh.

Chi tiết chia làm 4 chi tiết nhỏ: Khung đỡ, đế đỡ, thanh ray ngắn, thanh ray dài

Tấm đế Gân tăng bền

Hình 4 11: Khung đỡ trục XY

❖ Quy trình gia công khung đỡ:

Hình 4 12: Bản vẽ chi tiết khung đỡ

- Độ nhám bề mặt yêu cầu không quá cao có thể đáp ứng được bằng các phương pháp phay.

Bề dày phôi được cán với kích thước chính xác giúp tiết kiệm thời gian gia công chi tiết, vì không cần thực hiện thêm nguyên công phay mặt.

- Nguyờn cụng 3: Mặt 5,6 khoan thụ 12 lỗ ỉ10 đạt độ nhỏm Rz20

- Nguyờn cụng 4: Mặt 5 khoan thụ 4 lỗ ỉ11 đạt độ nhỏm Rz20

- Nguyờn cụng 5: Mặt 7 khoan thụ 4 lỗ ỉ6,5 đạt độ nhỏm Rz20

- Nguyờn cụng 6: Mặt 8 khoan thụ 2 lỗ ỉ6,5 đạt độ nhỏm Rz20

- Nguyên công 8: Taro 6 lỗ ren M8x1.25 ở nguyên công 5 và 6

Bảng 4 6: Bảng tóm tắt chế độ cắt gia công khung đỡ

Thiết bị Chế độ cắt Gá đặt

Máy Dao Dụng cụ đo

S (mm/vg) n (vg/ph) t (mm) Đòn

Bảng 4 7: Một số hình ảnh trong quá trình gia công khung đỡ

• Chi tiết khung đỡ sau khi hoàn thiện gia công:

Hình 4 14: Chi tiết khung đỡ sau khi hoàn thiện gia công

• Cắt gió đá chi tiết:

Hình 4 15: Bản vẽ kích thước gia công

Hình 4 16: Ảnh thực hiện cắt gió đã chi tiết

Mục đích của nguyên công này là giảm khối lượng chi tiết mà không làm ảnh hưởng đến chức năng của nó Việc giảm khối lượng giúp quá trình lắp ráp trở nên thuận tiện hơn và tạo ra khoảng không gian thuận lợi để hàn các chi tiết liên quan lên tấm khung đỡ.

❖ Quy trình gia công thanh ray dài:

Hình 4 17: Bản vẽ chi tiết thanh ray dài

- Chi tiết có hình dạng tương đối đơn giản dễ dàng thực hiện bằng phương pháp phay bề mặt.

- Nguyên công 1: phay bán tinh đạt độ nhám Rz20

- Nguyên công 3: phay thô đạt độ nhám Rz40

- Nguyên công 4: phay thô độ nhám Rz40

- Nguyờn cụng 5: khoan 7 lỗ ỉ5 đạt độ nhỏm Rz20

Bảng 4 8: Bảng tóm tắt chế độ cắt gia công thanh ray dài

Phay mặt gắn mảnh hợp kim

Bảng 4 9: Một số hình ảnh trong quá trình gia công thanh ray dài

• Chi tiết thanh ray dài sau khi hoàn thiện:

Hình 4 19: Chi tiết thanh ray dài sau khi hoàn thiện gia công

❖ Quy trình gia công thanh ray ngắn:

Hình 4 20: Bản vẽ chi tiết thanh ray ngắn

- Chi tiết có hình dạng tương đối đơn giản dễ dàng thực hiện bằng phương pháp phay bề mặt.

- Nguyờn cụng 5: khoan 7 lỗ ỉ5 đạt độ nhỏm Rz20

Bảng 4 10: Bảng tóm tắt chế độ cắt gia công thanh ray ngắn

S (mm/vg) n (vg/ph) t (mm) 1,2 thô Manford

Phay mặt gắn mảnh hợp kim

Bảng 4 11: Một số hình ảnh trong quá trình gia công thanh ray ngắn

❖ Quy trình gia công chi tiết đế đỡ:

Hình 4 22: Bản vẽ chi tiết đế đỡ

- Độ nhám bề mặt yêu cầu không quá cao có thể đáp ứng được bằng các phương pháp phay, khoan thô đơn giản.

Bề dày phôi được cán với kích thước chính xác giúp tiết kiệm thời gian gia công chi tiết, vì không cần thực hiện thêm công đoạn phay mặt.

- Nguyên công 1: phay bán tinh mặt 1 đạt độ nhám Rz20

- Nguyên công 2: phay bán tinh mặt 2 đạt độ nhám Rz20

- Nguyên công 3: phay thô mặt 3,4 đạt độ nhám Rz40

- Nguyờn cụng 4: Khoan mồi 4 lỗ ỉ8

- Nguyờn cụng 5: khoan thụ 4 lỗ ỉ13 đạt độ nhỏm Rz20

Bảng 4 12: Bảng tóm tắt chế độ cắt gia công chi tiết đế đỡ

4.2.4 Quy trình gia công bạc tạo hình:

Hình 4 24: Bản vẽ chi tiết bạc tạo hình

- Bạc tạo hình có kích thước 19,5là kích thước quan trọng có vai trò tạo bán kính uốn cho ống.

- Các kích thước 100và 4 lỗ 6 có tác dụng định vị bạc lên tấm tạo hình, cố định vị trí của bạc trên tấm tạo hình.

- Nguyên công 1: Tiện bán tinh mặt 1,2 đạt độ nhám Rz20

- Nguyờn cụng 2: Mặt 3 khoan thụ lỗ ỉ10

- Nguyờn cụng 3: Mặt 4 tiện trụ ngoài ỉ125 đạt độ nhỏm Rz20

- Nguyờn cụng 4: Mặt 5 tiện trụ ngoài ỉ100 đạt độ nhỏm Ra6.3

- Nguyên công 5: Tiện bán kính R12.5 đạt độ nhám Ra6.3

Bảng 4 13: Bảng tóm tắt chế độ cắt gia công chi tiết bạc tạo hình

Tiện ngoài hợp kim cứng

Bảng 4 14: Một số hình ảnh trong quá trình gia công bạc tạo hình

4.2.5 Quy trình gia công bạc cố định:

Hình 4 26: Bản vẽ chi tiết bạc cố định

- Bạc cố định có kích thước 19,5là kích thước quan trọng cùng với bạc tạo hình tạo ra bán kính uốn cho ống.

- Các kích thước 100có dung sai lắp trung gian có độ dôi nhẹ để lắp với khung đỡ ống.

- Nguyên công 1: Tiện bán tinh mặt 1,2 đạt độ nhám Rz20

- Nguyờn cụng 2: Mặt 5 khoan thụ lỗ ỉ10

- Nguyờn cụng 3: Mặt 3 tiện trụ ngoài ỉ100 đạt độ nhỏm Ra6.3

- Nguyờn cụng 4: Mặt 5 tiện lỗ ỉ19,5 đạt đụ nhỏm Ra6.3

- Nguyên công 5: Vạt cạnh mặt 2x45 o mặt 2 và 4

Bảng 4 15: Bảng tóm tắt chế độ cắt gia công chi tiết bạc cố định

Gá đặt Máy Dao Dụng cụ đo

Tiện ngoài hợp kim cứng

LẮP RÁP, CHẠY THỬ VÀ KIỂM NGHIỆM HÀNH TRÌNH

Lắp ráp module tạo hình

Lắp ghép máy là bước quan trọng nhất, yêu cầu sự chính xác cao, đặc biệt đối với các chi tiết tiêu chuẩn như 2 ray trượt và vít me Độ đồng tâm của hộp giảm tốc và vít me cũng cần được đảm bảo để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

Quan trọng trọng nhất trong quá trình lắp vẫn là độ cứng vững của cụm tạo hình, điều này đã được chúng minh ở thiết kế máy

Yêu cầu có kinh nghiệm và kiến thức về lắp ghép máy

Bước 1: lắp tấm đỡ cụm tạo hình vào khung máy

Sau khi gia công xong chi tiết tấm đỡ cụm tạo hình, chúng ta tiến hành lắp vào khung máy và căn chỉnh vị trí Tiếp theo, hàn đính chi tiết vào khung máy và sử dụng máy khoan từ để khoan các lỗ bu lông, đảm bảo tọa độ chính xác Cuối cùng, sử dụng bu lông để siết chặt và cố định tấm đỡ cụm tạo hình với khung máy.

Tấm đỡ cụm tạo hình sau khi được lắp vào khung máy

Hình 5 1: Lắp tấm đỡ cụm tạo hình

Bước 2: lắp hai thanh ray trượt để đặt ray trượt cho trục Z1

Tiến hành sử dụng hai thanh ray của trục Z1 và căn chỉnh chúng theo kích thước trong bản vẽ Sau khi hàn đính hai thanh ray, cần đo đạc để đảm bảo đúng kích thước yêu cầu Nếu đạt yêu cầu, tiến hành hàn cứng chi tiết với tấm đỡ tạo hình; nếu không, tháo dỡ và thực hiện lại từ bước 2 Để dễ dàng hàn tấm đỡ và hai ray trượt, cần vát hai cạnh chuẩn bị hàn của ray trượt.

Hai thanh ray trượt sau khi hoàn thiện quá trình lắp

Hình 5 2: Lắp hai thanh ray trượt

Bước 3: lắp ráp các chi tiết cơ khí khác để hoàn thiện quá trình lắp trục Z1

Bàn trượt Z1 sau khi được lắp ráp

Ray trượt của trục Z1 sau khi hoàn thiện lắp ráp

Hình 5 3: Lắp ráp chi tiết còn lại của trục Z1

Bước 4: lắp ráp phần cơ khí của trục X, Y

Sau khi hoàn thiện lắp ráp phần cơ khí cho trục Z1, tiến hành hàn các chi tiết của khung đỡ trục XY theo kích thước trong bản vẽ lắp Tiếp theo, lắp ray và trượt con trượt của trục X, sau đó lắp bàn trượt trục X như hình minh họa dưới đây.

Khung đỡ trục XY sau khi lắp ráp

Bàn trượt X sau khi hoàn thiện lắp ráp

Hình 5 4: Lắp ráp khung đỡ trục XY và bàn trượt X

Bước 5: Hoàn thiện lắp các chi tiết quan trọng của cụm tạo hình Ở giai đoạn này, việc lắp ráp các chi tiết quan trọng là rất cần thiết Do đó, cần lưu ý một số điểm quan trọng để đảm bảo quá trình lắp ráp diễn ra suôn sẻ và hiệu quả.

Khi lắp ray trượt, cần đảm bảo rằng các bề mặt lắp của con trượt vào các cụm Z1, X và Y phải nằm trên cùng một mặt phẳng Để đạt độ chính xác cao, có thể sử dụng thước thủy để đo đạc.

- Phải đảm bảo độ vuông góc của khung đỡ trục XY với bàn trượt Z1 và tấm tạo hình với khung đỡ trục XY

Sau khi hàn các chi tiết lại với nhau, cần kiểm tra độ cong vênh để đảm bảo chất lượng sản phẩm Quá trình hàn cứng, đặc biệt là hàn kéo, dễ gây ra biến dạng cho các chi tiết, do đó việc kiểm tra này là rất quan trọng.

Bàn trượt Z1 Tấm tạo hình

Hình 5 5: Hoàn thiện lắp những chi tiết chính của cụm tạo hình

Bước 6 trong quy trình lắp đặt vít me là đo chiều dài và tiện 2 đầu để phù hợp với khớp nối và gối đỡ, đảm bảo sự kết nối với hộp giảm tốc Đây là bước quan trọng, yêu cầu dung sai hợp lý để lắp đặt chính xác Việc lắp đặt vít me cần chú ý để nó nằm giữa 2 ray trượt, đảm bảo cả 3 thành phần song song với nhau Nếu lắp không đúng, vít me có thể không di chuyển được, gây ràng buộc với con trượt và làm hỏng hệ thống dẫn hướng.

Tiện vít me theo những chiều dài phù hợp

Sau khi đã lắp vít me, tiến hành gắn đai ốc và áo đai ốc nhôm Tiếp theo, lắp cơ cấu đỡ hộp giảm tốc và kiểm tra độ đồng tâm giữa vít me và trục ra của hộp giảm tốc bằng khớp nổi Nếu đã đồng tâm, có thể tiếp tục; nếu chưa, cần thêm miếng chêm dưới gối đỡ hoặc tạo rãnh trên cơ cấu đỡ hộp giảm tốc để điều chỉnh.

Sau khi đã định vị vít me và hgt đồng tâm, cần xác định vị trí vít me giữa hai ray trượt bằng thước chính xác Đo khoảng cách giữa vít me và hai ray trượt, sau đó điều chỉnh cho chúng bằng nhau Cuối cùng, sử dụng nhiều kẹp chữ C để kẹp chặt gối đỡ và tiến hành khoan taro để cố định gối đỡ xuống.

Bước này rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến độ êm và hiệu suất của bộ truyền động Cần thực hiện cẩn thận, tránh làm nhanh và qua loa.

Hình 5 7: Lắp đặt vít me và đai ốc

Bước 7: hoàn thiện lắp các cơ cấu dẫn động của cụm tạo hình

Hình 5 8: Cơ cấu dẫn động của cụm tạo hình sau khi hoàn thiện việc lắp đặt

Bước 7: Lắp tấm đỡ tạo hình, chi tiết lớn nhất được kết nối với bạc cố định, cùng với các chi tiết gia cố ở phía trên và giữa tấm đỡ tạo hình để đảm bảo tính ổn định và độ bền cho cấu trúc.

Yêu cầu kỹ thuật của tấm rất quan trọng, vừa là điểm tựa cho ống, vừa đảm bảo độ cứng vững trong quá trình vận hành máy Các chi tiết hàn cần được thực hiện theo quy trình, bắt đầu bằng hàn đính tinh chỉnh trước khi chuyển sang hàn kéo.

Ta lắp tấm đỡ tạo hình và căn chỉnh để tâm lỗ của tấm đỡ trùng với tâm của cụm đẩy ống ở phía dưới máy uốn, sau đó tiến hành lắp đặt các chi tiết gia cố.

Tấm đỡ tạo hình

Các chi tiết gia cố cho tấm đỡ tạo hình

Hình 5 9: Lắp tấm đỡ tạo hình và các chi tiết gia cố khác

Bước 8: lắp đặt những linh kiện kiện tử khác, hoàn thiện cụm tạo hình

Hình 5 10: Cụm tạo hình sau khi hoàn thiện

Thử nghiệm chạy module, kiểm nghiệm cảm biến và hành trình đi được của module theo yêu cầu ban đầu

• Thử nghiệm chạy thử module trên phần mềm Mach3:

Chạy phần mềm Mach3 và chuyển sang Tab MDI để sử dụng chức năng chạy theo câu lệnh đơn nhằm thử nghiệm Để kiểm tra độ chính xác của vị trí tọa độ sau khi nhập câu lệnh, tiến hành vạch dấu tọa độ thứ hai sau khi cho trục X di chuyển lên một đoạn theo câu lệnh Sau đó, thực hiện vạch dấu thứ hai và đo để kiểm tra độ chính xác.

Bảng 5 1: Bảng thông số kiểm tra hoạt động của trục X

Tọa độ thực tế lần 1 24,5 -24,2 14 -14,5

Tọa độ thực tế lần 2 25 -25 15 -15

Tab MDI để điều khiển theo từng dòng lệnh

Hình 5 11: Thử nghiệm hoạt động của trục X

Chạy phần mềm Mach3 và chuyển sang Tab MDI để sử dụng chức năng chạy theo câu lệnh đơn nhằm thử nghiệm Để kiểm tra độ chính xác của vị trí tọa độ sau khi nhập câu lệnh, tiến hành vạch dấu tọa độ thứ hai sau khi cho trục Y di chuyển lên một đoạn theo câu lệnh Cuối cùng, đo đạc để xác nhận kết quả.

Bảng 5 2: Bảng thông số kiểm tra hoạt động của trục Y

Tọa độ thực tế lần 1 24 23 14 -14,5

Tọa độ thực tế lần 2 24,5 -25 14,2 -14

Hình 5 12: Thử nghiệm hoạt động của trục Y

Để kiểm tra độ chính xác của vị trí tọa độ trong phần mềm Mach3, chuyển sang Tab MDI và sử dụng chức năng chạy theo câu lệnh đơn Sau khi nhập câu lệnh, di chuyển trục Z1 (trục Z trên phần mềm) lên một đoạn và vạch dấu tọa độ thứ hai Cuối cùng, tiến hành đo khoảng cách để xác định độ chính xác.

Bảng 5 3: Bảng thông số kiểm tra hoạt động của trục Y

Hình 5 13: Thử nghiệm hoạt động của trục Z1

• Kiểm tra hoạt động của cảm biến tiệm cận:

Kiểm tra hoạt động của cảm biến bằng cách đặt một thanh kim loại cách đầu cảm biến từ 3-5 mm Khi cảm biến nhận tín hiệu, đèn đỏ sẽ sáng và động cơ sẽ ngừng hoạt động.

Khi kiểm tra cảm biến trục X, đèn cảm biến sẽ sáng đỏ khi cữ kim loại đi qua đầu dò của cảm biến, đồng thời động cơ sẽ ngừng quay.

Hình 5 15: Kiểm tra cảm biến trục Y

Hình 5 16: Kiểm tra cảm biến trục Z1

Tiêu đề	Thiết Kế – Chế Tạo Module Tạo Hình Ống Cho Máy Uốn Ống CNC
Tác giả	Phạm Minh Đức, Nguyễn Đức Thiên
Người hướng dẫn	ThS. Nguyễn Trọng Hiếu
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2017 – 2021
Thành phố	Tp Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	126
Dung lượng	7,37 MB