đồ án môn học cơ điện tử thiết kế hệ thống thay dao tự động cho máy phay CNC

Sinh viên thực hiện: Lê Huy LongLớp : cơ điện tử 1

MSSV: C1010043

I Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống thay dao tự động cho máy phay CNCII Số liệu cho trước :

1.Hệ thống thay dao cho máy phay đứng

2.Hệ thống tháo và kẹp dao: dùng xi lanh chuyển đổi khí nén – thủy lực3.Loại thay dao (TP): KTM (Không tay máy)

4.Nguồn lực di chuyển cụm chứa dao chạy đến trục chính (PO1): KN(Khí nén)5.Nguồn lực quay cụm chứa dao(PO2):ĐC(Động cơ điện)

6.Số lượng ổ chứa dao : N = 327.Loại côn gắn chuôi dao :BT308.Khối lượng một con dao:M=5 Kg

9.Đường kính lớn nhất của một con dao : Dmax = 80 mm10.Thời gian thay dao gần nhất : T1 = 5 s

11.Thời gian thay dao xa nhất : T 2 = 9s

1 Thiết kế động học và nguyên lý hoạt động của hệ thống2 Tính toán động học và nguyên lý hoạt động của hệ thống

3 Tính toán động lực học: cơ cấu Man, chọn xy lanh khí nén, tính chọn động cơ điện, thiết kếhộp giảm tốc, tính chọn vòng bi cho tấm đỡ.

4 Các bản vẽ: Bản vẽ lắp toàn hệ thống, bản vẽ nguyên lý hoạt động của hệ thống dẫn động bằng khí nén

Hà Nội ,ngày … tháng … năm 2013

Giáo viên hướng dẫn

Hoàng Vĩnh Sinh

MỤC LỤC

Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 1

1 1 Những đặc điểm chung của hệ thống thay dao tự động 1

1.1.1 Phân loại các cơ cấu cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động 1

1.1.2 Ổ chứa dao và vận chuyển dụng cụ khi cấp phát tự động……….2

1.1.3 Thay thế dụng cụ và kẹp chặt dụng cụ tự động trong cơ cấu công tác……….6

1.1.4 Một số trang bị ổ tích dụng cụ của một số nước……… 11

1.2.2 Nguyên lý hoạt động của bộ thay dao tự động………23

II: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG2.1: Thiết kế động học……….24

a.Kết cấu của thân máy và trục chính của máy CNC……….24

b Kích thước đài dao với chuôi BT30……… 25

2.2:Nguyên lí hoạt động của hệ thống thay dao……….26

2.3: XÁC ĐỊNH GỐC TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG THAY DAO………27

III:TÍNH TOÁN KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG3.1:Tính toán,thiết kế đài gá dao của hệ thống……… 28

3.1.1: Tính kích thước tang của đài chứa dao……… 29

3.1.2 Tính toán cơ cấu Man cho Tang chứa dao………34

3.1.3 Tính toán và lựa chọn ổ lăn [1] 43

3.1.4 Tính toán trục đỡ Tang [1]……… 45

3.2.1 Tính toán trục dẫn hướng [1……… 47

CHƯƠNG 4 SƠ ĐỒ KHÍ NÉN……… 55

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay khoa học kĩ thuật đang phát triển rất nhanh,mang lại nhưng lợi ích chocon người về tất cả những lĩnh vực vật chất và tinh thần.Để nâng cao đời sống nhân dânvà hòa nhập với sự phát triển chung của thế giới,Đảng và nhà nước ta đã đề ra những mụctiêu đưa đất nước đi lên thành một nước công nghiệp hóa hiện đại hóa.Để thực hiện điềuđó thì một trong những ngành cần quan tâm phát triển đó là ngành Cơ khí nói chung vàngành Cơ điện tử nói riêng vì nó đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bịcông cụ(máy móc,robot…) của mọi ngành kinh tế quốc dân.Muốn thực hiện việc pháttriển ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kĩ thuật có trình độ chuyên mônđáp ứng được yêu cầu của công nghệ tiên tiến,công nghệ tự động hóa theo dây chuyềntrong sản xuất.

Tính toán thiết kế hệ thống Cơ điện tử là nội dung không thể thiếu trong

thống hóa lại các kiến thức của môn học như : Chi tiết máy, Vẽkĩ thuật,Cơ học kĩ

thuật,Nguyên lý máy,Sức bền vật liệu,…Đồng thời cũng giúp chúng em học thêm một sốphần mềm cần thiết cho việc thiết kế ,mô phỏng cần thiết , ngoài ra giúpchúng em làm quen với công việc thiết kế và làm đồ án tốt nghiệp sau này.

Dù đã có cố gắng hoàn thành đồ án này với cường độ làm việc cao,cùng sự hướngdẫn nhiệt tình và cụ thể của các thầy trong bộ môn,nhưng do hiểu biết còn hạn chế cộngvới chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên chắc chắn đồ án này không tránh khỏi được khảnăng thiếu sót và bất cập.Vì vậy em rất mong sự sửa chữa và góp ý của các quý thầy côđể em rút kinh nghiệm và bổ sung thêm kiến thức cho mình.

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các thầy cô trong Viện Cơ

Khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt sự hướng dẫn tận tình của thầy HoàngVăn Sinh đã giúp em hoàn thành đồ án.

Sinh viên thực hi ện: Lê Huy Long

Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG1 1 Những đặc điểm chung của hệ thống thay dao tự động

1.1.1 Phân loại các cơ cấu cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động

Thông thường, quá trình gia công các chi tiết được thực hiên tuần tự bằng nhiều dụng cụ khác nhau Do đó,trên các thiết bị tự động hoá, yêu cầu dụng cụ tương ứng đã được lắp và điều chỉnh sẵn trong các đài dao hoặc chuôi côn chuyên dùng Việc gá đặt dụng cụ vào cơ cấu công tác của máy (trụcchính hoặc đài gá dao) kẹp chặt lấy dụng cụ và khi bị mòn có thể thực hiện thay bằng tay hoặc thay thế tự động Khi gá đặt bằng tay, quá trình điều chỉnh và lắp đặt dụng cụ phụ như chuôi côn, đài dao, bạc trung gian, mâm cặp được tiến hành trực tiếp trên máy Còn khi thay dụng cụ bằng phương pháp tự động, việc điều chỉnh và lắp đặt dụng cụ phụ được tiến hành bên ngoài máy nhờ các dụng cụ chuyên dùng, phương pháp này dùng phổ biến trên các máy điều khiển số CNC, bao gồm các giai đoạn chính sau :

- Ghép bộ và lắp ráp dụng cụ lấy ra từ kho dụng cụ

- Điều chỉnh kích thước của dụng cụ trên các thiết bị chuyên dùng.- Nhập kho các bộ dụng cụ đã lắp và điều chỉnh.

- Chọn dụng cụ phù hợp, thay thế và kẹp chúng tự động - Tháo kẹp dụng cụ và đưa nó về ổ dao.

- Đưa dụng cụ về kho sau khi đã gia công xong cả loạt chi tiết hoặc tháo dỡ để mài lại.

Quá trình chọn dụng cụ phù hợp trong ổ chứa để gia công chi tiết, gá đặt và kẹp chặt dụng cụ tự động tháo dụng cụ ra khỏi cơ cấu công tác và đưa về ổ chứa được thực hiện nhờ hệ thống cấp phát và kẹp chặt tự động

Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động bao gồm các bộ phận cơ bản sau:

- Ổ chứa dụng cụ, trên các máy tiện NC có thể có từ 1 đến 3 đầu rơvônve thực hiện chức năng của các ổ dụng cụ

- Tay máy để thay thế dụng cụ (trong trường hợp máy CNC_V30 không cơ cấu này).- Cơ cấu kẹp chuôi côn hoặc đài gá dao trong cơ cấu công tác.

Những yêu cầu cơ cấu cơ bản đối với cơ cấu cấp phát dụng cụ tự động (CPDCTĐ)

- ổ chứa phải có dung lượng đủ lớn

- Dụng cụ phải được giữ trong ổ với độ tin cậy cao - Thời gian thay thế dụng cụ là ít nhất

- Dụng cụ phải được giữ chặt trong tay máy khi thay thế tự động

- Chuôi dao và đài gá dao phải được định vị chính xác vào vị trí công tác.- Khoảng cách giữa ổ dụng cụ tới vị trí công tác là ngắn nhất.

- Hệ thống CPDCTĐ phải được thiết kế bố trí sao cho nó không chạm vào phôi khi thay thếdụng cụ.

- Hệ thống CPDCTĐ phải có độ tin cậy làm việc cao.

- Tránh làm bẩn các bề mặt lắp ráp của chuôi vào đài gá dụng cụ.- Sử dụng và bảo dưỡng tiện lợi, đáp ứng yêu cầu an toàn.

1.1.2 Ổ chứa dao và vận chuyển dụng cụ khi cấp phát tự động

Ổ chứa dao dùng để lưu giữ các dụng cụ cần thiết cho quá trình gia công các chi tiết nhất định của một máy cụ thể Khi thay thế dụng cụ bằng tay, ổ chứa được gắn cứng với máy ở vị trí thuận tiện cho người thao tác Còn khi thay thế dụng cụ tự động, người ta sử dụng nhiều loại ổ chứa dụng cụ khác nhau Với loại máy tiện thường, ổ chứa dụng cụ chính là các đầu rơvônve có 4, 6, 8 hoặc 16 vị trí gá đặt dụng cụ Có thể có đến 3 đầu rơvônve trên một máy.Trên các trung tâm gia công, người ta sử dụng các loại ổ chứa dạng đĩa, tang trống hoặc băng xích chứa từ 10140 dụng cụ.

a Chứa và vận chuyển dụng cụ bằng đầu rơvônve

Đầu rơvônve có thể đặt thẳng đứng, nằm ngang hay nghiêng.Thay dụng cụ được thực hiện nhờ quay đâu rơvônve tới vị trí yêu cầu rồi cố định nó lại.Thời gian thay dụng cụ trung bình khoảng 1 – 4 giây.

Đầu rơvônve chính là cơ cấu công tác tiếp nhận trực tiếp lực cắt của máy Do đó nó có độ bền, độ cứng vững và độ chính xác vị trí rất cao Các dụng cụ để gia công mặt ngoài và trong trên đầu rêvônve không được cản trở nhau Hai kiểu đầu rơvônve hay được sử dụng trên máy tiện CNC :

Hình 1.1 Kết cấu của đầu Rơvônvea_Kiểu đế dao 4 vị trí ; b_Kiểu sao

Trên các máy tiện CNC hiện đại ngày nay hay được sử dụng các đầu rơvônve gá trên bàn trượt nghiêng Cấu trúc tổng thể của các đầu rơvônve dạng này được thể hiện bằng hình sau :

Hình 1.2 Cấu trúc tổng thể của bàn dao nghiêng có đầu rơvônve

Trên máy tiện CNC có thể gia công nhiều loại bề mặt khác nhau như các mặt tiện khoan lỗ đồng tâm, song song, các lỗ không đồng tâm, hướng kính; phay các mặt cạnh, rãnh then Để thực hiện các công việc trên, các đầu rơvônve cần được trang bị các dụng cụ có chuyển động quay như mũi khoan, dao, phay v v Dẫn động quay cho các dụng cụ này được thực hiện nhờ một động cơ gá trong đầu rơvônve.

Kết cấu đầu rơvônve 1 và ổ chứa dụng cụ 3 của hãng Okuma (Nhật Bản).Tay máy 2 thực hiện thaydụng cụ trong đầu rơvônve 1.

Hình 1.3 Sơ đồ thay dao tự động trên đầu rơvônve của hãng Okuma1 Đầu rơvônve ; 2 Tay máy ; 3 Ổ chứa dụng cụ.

Trên một số máy phay CNC và trung tâm gia công khi số lượng dụng cụ không lớn, người ta sử dụng các ổ chứa dạng đầu rơvônve :

Hình 1.4 Trung tâm gia công với đầu rơvônvea Bàn máy chữ thập ; b Bàn máy treo

Các kết cấu này cho phép giảm thời gian thay dao.Tuy nhiên, chúng cũng có một số nhược điểm như mỗi vị trí cần một trục chính Độ chính xác vị trí của dụng cụ bị giảm khi quay và hãm đầu rơvônve.Số vị rtí trong đầu rơvônve tăng không chỉ làm phức tạp kết cấu, mà còn làm giảm chiều dài hành trình l1 của đầu như hình a và hình b :

Hình 1.5 Các kiểu đầu rơvônve trên máy phay CNC và trung tâm gia côngl1 : chiều dài hành trình của đầu rơvônve

Điều kiện gia công được cải thiện và kết cấu đơn giản hơn nếu sử dụng đầu với trục gá nghiêng như (hình c) Lúc này chỉ có một trục chính 3 được lần lượt nối với trục gá 4 của đầu tại vị trí công tác Chuyển động chạy dao thực hiện nhờ dịch chuyển ụ trục chính 2 cùng toàn bộ đầu rơvônve Tuy vậy hành trình l1 vẫn bị hạn chế.

Hình (d) là sơ đồ nguyên lý của ổ chứa dụng cụ kiểu đầu rơvônve của hãng Olivetti (Italy) Kết cấunày có ưu điểm là hành trình công tác l1 không bị hạn chế vì chuyển động chạy dao không do ụ trục chính thực hiện mà do ống đỡ dụng cụ của trục chính 3 thực hiện Khi ống đỡ dụng cụ hạ xuống, nó sẽ tóm lấy trục gá cùng dụng cụ và đẩy chúng tới khoảng cách l1 yêu cầu khi đầu 1 cố định Tuy nhiênkết cấu này có độ cứng vững thấp.

b Lưu giữ và vận chuyển dụng cụ trong ổ chứa

Các phương án cấu trúc của các ổ chứa dụng cụ :

Hình 1.6 Các phương án câu trúc của ổ chứa

a, b : Với tâm quay nằm ngang và thẳng đứng ;c : Dạng hình sao với trục quay thẳng đứng ;d, e : Dạng côn với trục quay thẳng đứng và nghiêng ;f, m : Dạng xích tải

n : Dạng thẳng

Các ổ chứa tang trống (hình a, b) có sức chứa từ 12 đến 40 dụng cụ rất thông dụng và hay được dùng hơn cả Chúng có kết cấu gọn, dễ gá trên trụ đứng hoặc trục tiếp trên ụ trục chính của máy Trường hợp này cho phép giảm thời gian thay dao,nhưng lại làm tăng trọng lượng của khối di động Thông thường phương án trên hình a được sử dụng với phương án gá bên cạnh, giữa trụ đứng :

Phương án trên hình b thường được sủ dụng trên máy CNC có trục chính nằm ngang.

Kết cấu ổ chứa dạng đĩa ( hình c) ít dùng, vì khi số lượng lớn sẽ kéo theo kích thước đường kính rất lớn Các ổ chứa hình côn (hình d và e) cho phép thay dao dễ dàng Các ổ chứa dạng xích tải (hình f) được sử dụng khi số dụng cụ chứa lớn (tới 140 dụng cụ)

1.1.3 Thay thế dụng cụ và kẹp chặt dụng cụ tự động trong cơ cấu công tác

Thay thế dụng cụ tự động trên các máy cắt CNCcó thể thực hiệntheo các phương pháp sau : 1 Thay thế vị trí (quay) ổ chứa dụng cụ (đầu rơvônve) ;

2 Chuyển dụng cụ từ ổ chứa chính vào các trục chính qua ổ phụ (quay đầu có 2 hoặc nhiều vị trí);

3 Thay thế trục tiếp dụng cụ từ ổ chứa vào trục chính; 4 Đưa dụng cụ từ ổ chứa vào trục chính nhờ tay máy

Với phương án thứ nhất, quá trình thay thế dụng cụ tự động được thực hiện nhờ quay đầu rơvônve tới vị trí yêu cầu, thời gian thay dao rất ít

Khi sử dụng đầu rơvônve nhiều vị trí, một trục chính trên các trung tâm gia công, quá trình thay thế dụng cụ được thực hiện nhờ quay đầu rơvônve Thời gian thay lớn hơn phương án thứ nhất vì phảithực hiện các công đoạn nhả kẹp trục gá dụng cụ 1 (hình a), lùi trục chính 2 ra (hình b), quay và hãm đầu 3 (hinh c,d), đưa trục chính 4 vào vị trí và kẹp dụng cụ mới (hình e).

Hình 1.7 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ trên trung tâmgia công một trục chính của hãng Mandelli

a, b : tháo kẹp trục gá 1 và lùi trục chính 2c, d :quay và hãm đầu rơvônve 3

e : đưa trục chính 4 vào vị trí và kẹp trục gá với dụng cụ mới

Thời gian thay thế bé (1- 2 giây) có thể đạt được với kết cấu phức tạp nhờ sử dụng phương pháp thứ 2 với các đầu quay 2 vị trí có ổ chứa dụng cụ kèm theo Trong trường hợp này, thời gian thay dao đúng bằng thời gian tháo kẹp, quay và hãm đầu Quá trình chọn dụng cụ trong ổ chứa, gá chúng vào vị trí chờ của đầu, được thực hiiện trong khi máy đang gia công như hình dưới :

Hình 1.8 Cơ cấu thay thế dụng cụ tự động trên máy tiệnCNC của hãng Heyligentaedt (Đức)

a Sơ đồ thay dụng cụ cho đầu quay; b Đầu quay hai vị trí 1.ổ chứa dao ; 2 đầu quay ; 3 tay máy

Các dụng cụ gá trong đế dao và trong ổ chứa dụng cụ 1 được đưa tuần tự vào đầu quay 2 nhờ tay máy 3 Khi bước công nghệ kết thúc, đầu 2 sẽ quay đi 180o Dụng cụ mới sẽ được lắp đặt trên vị trí công tác sau 1,5 giây Trong khi máy thực hiện gia công phôi, tay máy sẽ lấy dụng cụ đã sử dụng ra khỏi vị trí 2 đưa về ổ chứa và chọn dụng cụ mới theo chương trình để gá vào vị trí chờ.

Trên một số máy CNC người ta sử dụng phương án 3 khi thay thế dụng cụ cắt bằng phương pháp tự động :

Hình 1.9 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ trên trung tâmgia công của hãng Mandelli

a Đưa ụ trục chính tới ổ chứa và gá dụng cụ vào vị trí tháo dỡ

b Nhả kẹp trục gá, lùi trục chính, quay ổ chứa;c Lắp đặt trục gá mới vào trục chính ;

d Đưa ụ trục chính về vị trí gia công ;

Qúa trình thay thế dụng cụ thực hiện nhờ chuyển động tương đối có chu kỳ của ụ trục chính 2 so với ổ chứa dụng cụ 1 Mặc dù kết cấu của cơ cấu thay thế dụng cụ tự động được đơn giản hơn do không cần tay máy, nhưng thời gian thay thế lại tăng lên Do vậy trên các trung tâm gia công, phương pháp thay thế dụng cụ thứ 4 là thông dụng hơn cả Phương pháp này sử dụng tay máy, nên mặc dù kếtcấu phức tạp hơn, nhưng bù lại chúng có thời gian thay thế nhỏ nhờ dụng cụ đã được chọn sơ bộ từ ổ chứa dụng cụ khi máy đang gia công Cơ cấu thay thế dụng cụ có kết cấu và bố trí phụ thuộc vào vị trícủa ổ chứa dụng cụ trên máy.Để giảm thời gian thay thế dụng cụ, ổ chứa nên đặt gần trục chính, tốt nhất là đặt trực tiếp ttrên trục chính Tuy nhiên, phương án này sẽ làm tăng trọng lượng của trục chính Vì vậy, thường người ta bố trí ổ chứa dụng cụ bên hông phải hoặc trái của trụ đứng.

Tuy thuộc vào vị trí của ổ chứa dụng cụ trên máy, người ta sử dụng nhiều loại tay máy với chu kỳ chuyển động khác nhau Hình dưới là tuần tự của quá trình thay thế dụng cụ trong trục chính 3 bằng tay máy 2 từ ổ chứa dụng cụ 1

Hình 1.10 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ tự động vớiổ chứa đặt phía trên trụ đứng

a, b, c : trục gá có vị trí thẳng đứng ;d : trục gá có vị trí nằm ngang ;

ổ chứa dụng cụ 1 bố trí phía trên trụ đứng Máy có ụ trục chính nằm ngang, còn trục gá bố trí thẳngđứng.Kết cấu tay máy sẽ đơn giản hơn nếu trục gá có vị trí nằm ngang (hình d) Với ổ chứa dụng cụ bố trí bên cạnh ụ trục chính, trụ đứng máy hoặc có cấu trúc như một cụm riêng bên cạnh máy khi thaythế dụng cụ tự động, người ta sử dụng kết cấu như hình dưới :

Hình 1.11 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ khi ổ chứabố trí bên cạnh của máy

Trong giai đoạn đầu (hình a),tiến hành chọn dụng cục cần thiết 4 và đưa nó về vị trí thay thế bằng cơ cấu dịch chuyển dụng cụ trong ổ chứa Tiếp theo, tay máy quay 90o để tóm lấy dụng cụ 4 rồi chuyển động theo phương dọc trục để đưa dụng cụ ra khỏi lỗ chứa Sau khi dụng cụ 1 đã gia công xong, giá treo 2 của tay máy (hình b) sẽ quay và dùng bàn tay còn lại tóm lấy dụng cụ cần thay 1 nằm trong trục chính Nhờ chuyển động dọc trục của mình, tay máy 2 sẽ lấy dụng cụ 1 ra khỏi trục chính rồi quay 180o để đưa dụng cụ 3 vào lỗ lắp ráp của ụ trục chính Dụng cụ 3 sẽ được kẹp chặt lại Sau đótay máy sẽ quay 90o về vị trí ban đầu (hình a) rồi nhả dụng cụ vào lỗ chứa của ổ dụng cụ.

Sơ đồ thay thế dụng cụ trên các trung tâm gia công có trục chính thẳng đứng 3 và tay máy 2 từ ổ chứa dụng cụ 1 được trình bày ở hình dưới :

Hình 1.12 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ trên máy có trục chính thẳng đứnga, b : Tay máy 2 chọn dụng cụ trong ổ chứa 1 và đưa ra khỏi lỗ chứa của ổ dụng cụ; c, d, e : Tay máy lấy dụng cụ yêu cầu ra khỏi ổ trục chính 3;

f : Tay máy quay 180o;

m, n : Gá dụng cụ mới vào trục chính máy ;p, q, k : Đặt dụng cụ đã sử dụng vào ổ chứa ;h : Hồi vị trí tay máy về vị trí ban đầu ;

1.1.4 Một số trang bị ổ tích dụng cụ của một số nước

ổ tích dụng cụ ( magazin dụng cụ ) với cơ cấu thay dao tự động cho phép gia công nhiều bề mặt của chi tiết trong một hoặc một số lần gá đặt và do đó giảm được thời gian gia công

Những magazin dụng cụ đầu tiên đã được sử dụng trong các máy nhiều nguyên công Khi số

dụng cụ > 30 thì magazin dụng cụ được chế tạo dưới dạng băng xích Hiện nay các magazin dụng cụ được sử dụng trong hầu hết các loại máy công cụ và số lượng dụng cụ trong các magazin dụng cụ tăng lên đáng kể Hãng Ôlivetti ( ITALIA) đã chế tạo máy nhiều nguyên công “ horizon” với magazin dụng cụ dạng tang trống chứa 80 dụng cụ Hãng Sandstrand ( Hoa Kỳ ) đã chế tạo máy

nhiều nguyên công với số lượng dụng cụ trong magazin dụng cụ là125 Máy nhiều nguyên công của NGA có magazin chứa 80 dụng cụ

Magazin 1 có thể được thay thế bằng magazin khác có số lượng dụng cụ lớn hơn Thay đổi dụng được thực hiên bằng cơ cấu quay có cánh tay với 2 má kẹp Thời gian thay dao vào khoảng 8 - 10 giây

Khi tăng dung lượng của magazin dụng cụ thì kết cấu của máy cồng kềnh hơn giá thành của máy cũng tăng theo ( ví dụ , magazin dụng cụ và cơ cấu vệ tinh thay đổi của máy nhiều nguyên công của Nga có trọng lượng 1300 kg, kể cả các trục dao ), giảm tốc độ dịch chuyển của các xích động và tăngthời gian chọn dao cần thay thế Kinh nghiệm cho thấy số lượng dụng cụ tối ưu trong magazin là 60- 100.

Như vậy , magazin dụng cụ giảm được chức năng của con người và nó là một bước phát triển trongcông nghệ điều chỉnh linh hoạt.

1.1.5 Hệ thống dụng cụ dùng cho máy CNC

Hệ thống dụng cụ phù hợp với các máy công cụ CNC phải bảo đảm tính chất vạn năng và linh hoạt, phải thực hiện được mọi công việc gia công (cắt gọt) , phải có độ cứng vững cao , phải đạt năng suấtbóc phoi cao và phải có chi phí gia công có thể chấp nhận được

Năng suất của máy công cụ CNC chủ yếu là do khả năng cắt và độ tin cậy của các dụng cụ được dùng quyết định Khả năng cắt của dụng cụ được diễn đạt bằng các đại lượng ( khái niệm ) như : thông số cắt tối đa ( tốc độ cắt lượng tiến dao ) , tiết diện phoi cắt , thể tích phoi cắt , tuổi bền và chiêùdài cắt ứng với tuổi bền của dụng cụ cắt

Độ tin cậy của dụng cụ có cơ sở công nghệ và cơ sở hình học Cả hai cơ sở này là tiền đề để gia công tự động các chi tiết cơ khí và đạt hiệu quả kinh tế

Độ tin cậy công nghệ cho biết các thông số về khả năng cắt được đảm bảo thực tế ở mức độ như thế nào ; nghĩa là phải xác định được trước khi cắt ở những thông số nào không xảy ra hiện tượng vỡ dao và khối lượng phoi nào có thể bóc ra , mà không ảnh hưởng gì tới chất lượng gia công , tính đến khi phải thay đổi lưỡi cắt

Độ tin cậy về hình học của dụng cụ , xét về nguyên lý trong hệ thống chuyển động dụng cụ được điều khiển bằng số , là không thể thiếu vì : Các kích thước yêu cầu của dụng cụ cũng được hệ điều

khiển CNC xử lý giống như các chi tiết yêu cầu của chi tiết gia công Khi các kích thước thực của dụng cụ có các sai lệch so với kích thước yêu cầu , đã dược nhớ trong hệ điều khiển CNC thì có nghĩalà gia công có phế phẩm Vì vậy , hệ thống dụng cụ dùng cho máy CNC phải đảm bảo sao cho vị trí của lưỡi cắt , có tác động trực tiếp tới kích thước gia công , không thay đổi so với vị trí đã định trong quá trình cắt và sau mỗi lần thay đổi dụng cụ , lưỡi cắt lại có vị trí đó với độ chính xác cao Việc tính toán hiệu chỉnh (bù ) dao được các hệ thống điều khiển hiện đại thực hiện dễ dàng , luôn có tiền đề là tập hợp dữ liệu về kích thước thực Điều đó thực hiện trong quá trình gia công là tốn kém , mất thời gian và chỉ nên giới hạn trong các trường hợp cần thiết như trước khi tạo gia các mối lắp ghép theo chế độ lắp ghép nhất định

Ngoài độ tin cậy về công nghệ và độ tin cậy về hình học , nhiều người quan tâm đến các trung tâm gia công , còn xét đến tính linh hoạt của hệ thống dụng cụ Các hệ thống dụng cụ ở đây được xây dựng theo nguyên lý mô đun hoá , để từ chúng mà các linh kiện tiêu chuẩn hoá có thể được tổ hợp thành các dụng cụ phù hợp với công việc gia công như các đòn khoan đòn doa ….

Bên cạnh khả năng cắt , độ tin cậy của dụng cụ , còn có yêu cầu về khả năng cung ứng nhẹ nhàng của hệ thống dụng cụ , đảm bảo phù hợp với kỹ thuật điều khiển CNC và khả năng điều chỉnh nhanh theo nhiệm vụ thay đổi Về mặt lý thuyết , chi tiết gia công và dụng cụ cắt là một cặp tác động tương hỗ

Hệ thống dụng cụ tạo ra khâu nối giữa lưỡi cắt để tạo ra phoi và chịu tác động của các lực cắt , với máy công cụ thu nhận các lực cắt và đồng thời thực hiện những chuyển động giữa lưỡi cắt của dụng cụ và chi tiết gia công

Hệ thống dụng cụ được tạo lập phù hợp với phương pháp gia công ( ví dụ : Khoan , phay hoặc tiện) và các đặc điểm thiết kế của máy công cụ tương ứng

Hệ thống dụng cụ và hệ thống cung ứng dùng trên các máy khoan phay liên hợp.

Các máy khoan phay liên hợp thông thường đã được nối ghép với hệ điều khiển bằng số tạo thành trung tâm gia công đIũu khiển CNC Đặc điểm của trung tâm gia công là dụng cụ cũng được thay đổitự động Trong trường hợp cá biệt , vì lý do kinh tế , ở các máy khoan – phay liên hợp , dụng cụ vẫn thay đổi bằng tay ; nhưng các phần tử của nó vẫn phải thiết kế và chế tạo phù hợp với định hướng tự động hoá toàn bộ khâu cung ứng dụng cụ sau này

Những phần tử linh kiện cơ bản :

+ Phần tử tiếp nhận dụng cụ,để lắp dụng cụ vào trục chính của máy công cụ

+ Dụng cụ,được ghép nối và đo kiểm trước với phần tử tiếp nhận dụng cụ ở bên ngoài máy công cụ

+ ổ tích dụng cụ có chức năng lưu giữ các dụng cụ cần thiết cho quá trình gia công

+ Thiết bị ( đồ gá ) thay đổi dụng cụ có chức năng thay đổi dụng cụ , kể cả tiếp nhận ( gá đặt) dụng cụ , giữa vị trí làm việc và vị trí ổ tích dụng cụ

Phần tử tiếp nhận dụng cụ là phần tử quan trọng nhất của một hệ thống dụng cụ Tuy đã có nhiều cố gắng trên phạm vi quốc tế để tiêu chuẩn hoá dụng cụ , nhưng vẫn có nhiều hệ thống khác nhau , đặc biệt là các phần có rãnh khía để nắm , kẹp , cặp vào khi thay đổi dụng cụ , cũng như thiết bị ( đồ gá ) để kéo , rút dụng cụ vào trục chính của máy công cụ Cơ cấu để kéo , rút dụng cụ vào trục chính của máy thường là là trục vít và ngàm kẹp Được chuẩn hoá là kích thước chuôi côn theo kích thước danh nghĩa là ISO 40 ; ISO 50 ; ISO Phần cuối của chuôi côn còn được chế tạo khác nhau tuỳ theo hệ thống kéo , rút và thường là kết cấu tháo lắp được

Để thay đổi dụng cụ dùng trên một trung tâm gia công nhanh và an toàn cần phải đảm bảo sao cho các dụng cụ có phần tử tiếp nhận dụng cụ như nhau Kết cấu của phần tử tiếp nhận dụng cụ được tạo lập theo các hướng chính sau :

+ Tương ứng với lỗ côn thì tiếp nhận dụng cụ ở trục chính của máy công cụ

+ Tương ứng với các rãnh khía để ngàm , kẹp vào dùng cho cơ cấu thay đổi dụng cụ tự động , kể cả vạch chuẩn để định hướng dụng cụ

+ Tương ứng với loại hệ thống kẹp mà với nó phần tử tiếp nhận dụng cụ được giữ chặt bằng lực vào trục chính của máy công cụ , để truyền lực cắt an toàn

Để giảm chi phí về các phần tử tiếp nhận dụng cụ khi sử dụng nhiều trung tâm gia công cần phải dùng các phần tử tiếp nhận dụng cụ có kết cấu thống nhất

Các hệ thống dụng cụ dùng cho trung tâm gia công đã dược quy định trong tiêu chuẩn quốc gia củacác nước công ngiệp phát triển , ví dụ : DIN 69871 ( Đức ) được coi là bản khởi tạo của một tiêu chuẩn quốc tế ISO Trong thực tế cũng có nhiều giải pháp tổ hợp về trang bị phụ và dụng cụ dùng cho các trung tâm gia công CNC đứng hoặc ngang Hệ thống dụng cụ khoan có dùng các mảnh lưỡi

cắt có khả năng đảo cạnh (mảnh lưỡi cắt không mài sắc lại ) cũng đã được thiết kế và chế tạo cho sản xuất

Hình 1.13 Các kích thước chủ yếu của giá đơ dụng cụ (mm)theo tiêu chuẩn ISO 3110

Bảng 1.1 Các kích thước chủ yếu của giá đỡ dụng cụ (chuôi) theo tiêu chuẩn ISO

tối đa , tuổi bền ( tuổi bền còn lại ) , giới hạn cảnh báo trước khi hết tuổi bền , giới hạn vỡ dao ,vị trí cố định (thay đổi) , bán kính dao , bán kính lưỡi cắt , bán kính va đập , chiều dài dụng cụ chiều dài va đập , mã hiệu dụng cụ đặc biệt (phụ thuộc người dùng) , hiệu chỉnh (bù lượng mòn dao) ,hãm dụng cụ, mã hiệuvề sai số (nguyên nhân phải hãm dụng cụ ), lắp dụng cụ trên máy.

Số lượng các thông số đặc trưng của dụng cụ được đề cập trong mã hiệu dụng cụ còn có thể nhiềuhơn tuỳ theo khả năng của hệ CNC Từ đó có thể nhận định như sau :

+ Các dữ liệu phải được nạp và xuất tự động vì nếu không sẽ mất nhiều thời gian và dễ sai sót + Mã hoá dụng cụ theo cách cơ khí đơn giản , như dùng vòng mã hiệu ,sẽ không đáp ứng được nhu cầu

+ Dữ liệu phải được lưu giữ toàn vẹn , không lẫn lộn

+ Nạp , xử lý và xuất dữ liệu phải được đảm bảo ở nhiều vị trí trong xí nghiệp

+ Quản trị dữ liệu phải được đảm bảo với chỉ một lần nạp dữ liệu vào hệ CNC để không tốn thời gian

+ Hệ thống nhận dạng phải đảm bảo có khả năng sử dụng cho nhiều dụng cụ khác nhau

Ngày nay, các hệ thống nhận dạng dụng cụ điện tử là tốt nhất và có thành phần quan trọng nhất là con “ chip” nhớ dữ liệu điện tử được gắn cứng trên dụng cụ , dữ liệu được đọc nhờ đầu đọc phù hợp.

Quá trình trao đổi dữ liệu , giữa chip dữ liệu và hệ điện tử , trước đây được thực hiện thông qua các tiếp điểm Tiếp điểm bị mòn hoặc bẩn sẽ gây ra sai số đọc dữ liệu Ngày nay các thiết bị cảm ứng và không tiếp xúc được thực hiện về cơ bản đã nâng cao độ an toàn khi đọc dữ liệu

Hai nguyên lý khác nhau được ứng dụng ở đây là : hệ thống đọc và hệ thống đọc-ghi

Hệ thống đọc sử dụng vật mang tin với mã hiệu nhận dạng có 4 vị trí (ký tự), ví dụ : liên tục từ 0001 đến 9999 Các đầu đọc gắn ở khoang dụng cụ , ở máy điều chỉnh dụng cụ và ở máy gia công , hoạt động trong mối quan hệ với máy tính trung tâm dùng cho dụng cụ Máy tính này có chức năng lưu giữ và quản trị mọi dữ liệu về dụng cụ Vật mang mã hiệu chỉ cung cấp mã hiệu nhận dạng cho máy tính dụng cụ và máy tính này sẽ sắp xếp các dữ liệu cho trước theo dụng cụ ứng với các mã hiệu nhận dạng nhất định Các dữ liệu được hiển thị trên màn hình của máy tính Hệ CNC của máy gia công sẽ tự động nhận dữ liệu nếu mã hiệu nhận dạng được nhận biết nhờ đầu đọc khi dụng cụ được đưa vào ổ tích dao

Hệ thống đọc – ghi lại sử dụng vật mang tin có dung lượng nhớ lớn hơn và có thể lưu dữ tới 256”Byte” dữ liệu dụng cụ Dung lượng lớn đó đủ để lưu dữ những dữ liệu quan trọng nhất như : Số hiệu dụng cụ , kiểu dụng cụ , chiều dài ,đường kính , tuổi bền , nhóm trọng lượng… Các dữ liệu đó cóthể truy cập , bổ xung và thay đổi ở mọi thời điểm nhờ bộ đọc – ghi Nghĩa là có thể diễn đạt theo cách khác như sau: Dụng cụ luôn luôn mang mọi dữ liệu và vì vậy không cần phải có quan hệ với máy tính dùng cho dụng cụ khi dụng cụ được đưa vào máy gia công Khi một dụng cụ rời khỏi máy gia công thì các dữ liệu ở vật mang tin được cập nhật tự động , ví dụ: tuổi bền còn lại , hiệu chỉnh lượng mòn …

Nếu hệ CNC được nối với một máy tính DNC thì các dữ liệu sẽ được truyền dẫn tiếp khi có nhucầu cũng vẫn nhờ mối liên kết DNC đó , để quá trình quản trị tiếp theo được thuận lợi

Hệ thống nhận dạng dụng cụ điện tử có cấu tạo thông dụng sau :

+ Các vật mang mã hiệu , còn gọi là “ chip” với mã hoá cố định hoặc thay đổi + Các đầu đọc hoặc đầu đọc ghi có kèm theo bộ khuếch đại

+ Trạm đọc( hoạt động kết hợp với các đầu đọc và truyền tiếp mã hiệu nhận dạng tới một máy tinh hoặc một hệ CNC)

+ Máy tính dùng cho dụng cụ để lưu giữ và quản trị các dữ liệu dụng cụ

+ Hệ phần mềm tương ứng dùng để nhớ dữ liệu , quản trị dữ liệu , trao đổi dữ liệu và hiển thị với chế độ phù hợp và rõ rãng trên màn hình

Mọi thông số kỹ thuật về khoảng đọc , thời gian chạy chương trình, chu kỳ ghi, mạch điện …sẽ do các hãng sản xuất cung cấp

Các hệ thống nhận dạng dụng cụ điện tử có ưu điểm :

+ Lưu thông dữ liệu tự động giữa máy điều chỉnh, dụng cụ máy tính, hệ CNC và người sử dụng.

+ Đảm bao trao đổi dữ liệu an toàn hơn do tránh được sai số nạp dữ liệu và giám sát được sai số đọc và ghi xuất hiện ngẫu nhiên.

+ Có thời gian điều chỉnh máy gia công ngắn hơn + Tận dụng tốt hơn tuổi bền dụng cụ.

+ Hợp lý hoá về kho dụng cụ và chuẩn bị dụng cụ.

+ Không cần dùng phiếu dụng cụ trong sản xuất.+ Thống kê dụng cụ tốt hơn và tự động hoá.+ Hỗ trợ công việc lắp ráp và đo kiểm tra dụng cụ.+ Tạo điềù kiện quản trị dụng cụ tốt hơn.

1.1.7 Quản trị dụng cụ trong hệ CNC

Từng chương trình gia công NC , dù lập trình bằng tay hay bằng máy , đều dựa vào các dụng cụcó kích thước nhất định Khi các dữ liệu thực tế của dụng cụ có sai lệch so với giá trị chuẩn thì các chi tiết sau khi gia công sẽ có sai lệch về cơ về kích thước và có thể là phế phẩm Do vậy , việc chuẩnbị dụng cụ với nạp và quản trị các dữ liệu hiệu chỉnh (bù) tương ứng là rất quan trọng

Những dữ liệu được quản trị và sử lý trong hệ CNC có thể là :

+, Hiệu chỉnh (bù) chiều dài dao , nhằm so sánh giữa chiều dài thực và chiều dài chuẩn của dao (theo phương Z)

+, Hiệu chỉnh (bù) đường kính dao , còn gọi là hiệu chỉnh bán kính dao phay, để tính toán tđộng quỹ đạo tâm dao ứng với từng đường kính dao phay.

+, Hiệu chỉnh (bù) lượng mòn dao, để khử ảnh hưởng của độ mòn các lưỡi cắt của dao tới kích thước gia công mà không cần thay đổi giá trị gốc cho trước.

Những giải pháp hiệu chỉnh này được vận dụng đạt yêu cầu ở các thế hệ điều khiển bắng số trước đây.Các hệ CNC hiện đại hơn còn có các khả năng khác tạo điều kiện cho các tế bào gia công linh hoạt và các hệ thống gia công linh hoạt có khả năng vận hành tự động hoàn toàn Đó là những khả năng sau đây:

+ Giám sát tuổi bền dụng cụ, nghĩa là liên tục ghi nhận thời gian hiệu dụng của từng dụng cụ trong ổ tích dao, so sánh với giá trị chuẩn cho trước và khi giá trị chuẩn bị vượt quá thì đưa ra yêu cầu về dụng cụ thay thế Trong trường hợp này , hệ quản trị dụng cụ tự động sẽ chuẩn bị sẵn sàng một dụng cụ thay thế trong ổ tich dao Hệ này quản trị tới 9 dụng cụ dự bị để thay thếcho một dụng cụ có cùng một số hiệu và đưa lần lượt theo thứ tự từng dụng cụ thay thế vào sử dụng mỗi khi thời gian tuổi bên dao kết thúc.

+ Hệ CNC còn làm cho dụng cụ sử dụng hết tuổi bền, khi nó trở về ổ tích dao , sẽ không có khả năng nhận dạng điện tử nữa, như vậy chỉ còn dụng cụ dự bị thay thế là còn khả năng nhận dạng điện tử ứng với lệnh truy cập dụng cụ tiếp theo trong chương trình gia công NC.

Trạng thái của các dụng cụ trong ổ tích dao có thể kiểm tra ở bất kỳ thời điểm nào trên màn hình Do số lượng các vị trí dụng cụ trong một ổ tích dao bị giới hạn mà một vấn đề nảy sinh là thay đổi kịp thời những dụng cụ đã sử dụng hoặc không cần thiết nữa , có trong ổ tích dao , bằng ngững dụng cụ mới mà không cần phải dừng máy gia công Việc này sẽ được thực hiện nhờ phần mềm quảntrị dụng cụ Phần mềm này nhận biết được những đoạn chương trình dài hơn không có lệnh thay dao và chuẩn bị ổ tích dao trong thời gian đó sẵn sàng để thay dụng cụ bằng tay hoặc tự động Khi cần đến sự thay dao tiếp theo , chương trình con sẽ ngắt kịp thời ,để ổ tích dao sẵn sàng thích ứng với quá trình thay dụng cụ trên trục chính của máy gia công

Những đề án máy mới hơn có vận dụng các thiết bị điều khiển tương ứng hoặc người máy cho quá trình thay dụng cụ Với những dụng cụ mới cũng phải ghi nhận tự động các giá trị hiệu chỉnh và tuổi bền , lưu giữ đúng vị trí và quản trị tự động.

Dụng cụ dùng trong máy CNC có quan hệ chặt chẽ trong hệ thống gồm máy công cụ , phôi gia công và hệ điều khiển bằng số Những dụng cụ này phải đựoc chế tạo chính xác để đảm bảo tính lắp lẫn Ngoài ra , chúng phải có khả năng xác định trước những đặc tính tối ưu như thông sốc cắt , tuổi bền Mặt khác , việc thay dụng cụ tuỳ theo tiến trình gia công và độ mòn dao phải đựoc thực hiện nhanh và chính xác Những đặc điểm này của một hệ thống dụng cụ NC chỉ có giá trị thực sự khi các dụng cụ được lựa chọn , chuẩn bị cẩn thận và có hệ thống Tiền đề đầu tiên ở đây là điều chỉnh dụng cụ trước khi gia công ở bên ngoài máy gia công và tạo lập các catalô về dụng cụ

Tóm lại hệ thống dụng cụ bao gồm các dụng cụ được sử dụng trong hệ thống gia công và được tích hợp ở khâu tổ chức dụng cụ Dụng cụ được tập hợp và được xác nhận theo mã hiệu trên các bìa của hộp đựng dụng cụ

Một hệ thống dụng cụ dùng cho máy CNC gồm các thành phần sau:+ Cơ cấu tiếp nhận dụng cụ để lắp dụng cụ vào trục máy.

+ ổ tích dao để tiếp nhận dụng cụ tại máy.

+ Các dụng cụ , với khả năng điều chỉnh tự động hoặc bằng tay.

Trang bị thay đổi dụng cụ , để đưa dụng cụ từ ổ tich dao lắp vào trục máy và trả dụng cụ về ổ tích dao.

Dụng cụ cơ cấu tiếp nhận ,bạc lót và cơ cấu giữ dao phải đủ cứng vững , thích hợp với việc thaydao tự động , điều chỉnh được mã hoá được ở những hệ lập trình và những hệ điều khiển với cách nạpdữ liệu bằng tay ,mọi mã hiệu dụng với các kích thước và các thông số công nghệ phù hợp phải được chuẩn bị sẵn sàng để truy cập , lưu giữ trong bộ nhớ , sao cho có thể lựa chọn tự động dụng cụ cần thiết với giá trị cho trước về tốc độ quay của trục máy , chiều sâu cắt và lượng tiến dao

Thông thường phải cần ít nhất ba bộ dụng cụ cho một máy gia công NC Các bộ dụng cụ này được bố trí như sau :

+ Trong ổ tích dao tại máy gia công

+ Trong kho hoặc ở phòng kiểm tra điều chỉnh (đo kiểm trước khi gia công) + Trong xe cung ứng dùng cho chi tiết gia công tiếp theo.

Các hệ CNC hiện đại hơn được trang bị một phần mềm để quản trị dụng cụ trên máy và còn có :+ Các dụng cụ dự bị để thay thế trong ổ tích dao

+ Bộ nhớ gia trị hiệu chỉnh (bù) đối với chiều dài , đường kính , lượng mòn, tuổi bền của từng dụng cụ

+ Sự sắp xếp trật tự tương ứng giữa mã hiệu dụng cụ và mã hiệu vị trí trong ổ tích dao( mã hoá vị trí thay đổi)

+ Các vị trí để trống ở bên trái và bên phải.

ở những tay kẹp dùng để thay đổi dụng cụ thì các dụng cụ thay đổi liên tục vị trí của chúng trong ổ tích dao(mã hoá vị trí thay đổi).

ở các máy tiện thường là mã hoá vị trí , do đó người lập trình phải biết rõ từng dụng cụ có vị trí ở đâu.

ở các hệ CNC hiện đại , dữ liệu dụng cụ được đo kiểm ở ngoài ( chiều dài đường kính) có thể đượcnạp và đọc tự động vào hệ điều khiển nhờ vật mang tin hoặc hệ DNC.

Để đạt mức độ tự động hoá cao phải nghiên cứu để tạo lập các giải pháp cơ khí hoàn toàn mới để vận dụng vào máy công cụ , gồm cả ổ tích dụng cụ và thay dụng cụ tự động.

Giải pháp đầu tiên để thay dụng cụ dựa trên cơ sở các ổ dụng cụ quay có 6 hoặc 8 vị trí lắp dụng cụ ,được dùng trên các máy tiện , máy khoan RÊVÔNVE Tại đây mỗi dụng cụ có một vị trí cố định trong ổ quay mà không rời khỏi vị trí đó kể cả trong quá trình cắt Một bộ khởi động riêng cho ổ quayvà việc mã hoá các vị trí lắp dụng cụ trên ổ tạo điều kiện truy cập dụng cụ theo cách tuỳ chọn.ổ dụng cụ quay hiện vẫn được dùng trên các máy tiện.

Ổ dụng cụ quay có hạn chế về khă năng tiếp nhận dụng cụ ( thường là tối đa có 6 hoặc 8 dụng cụ) nhưng lại không cần có thêm cơ cấu tóm dụng cụ để thay đổi dụng cụ , do đó rẻ hơn song lại chậm hơn.

Ở các trung tâm gia công và các máy phay , số lượng dụng cần thiết nhiều hơn máy tiện Vì vậyở máy phay và trung tâm gia công thường sử dụng các ổ tích dạng băng xích , ổ tích dạng đĩa tròn , hoặc ổ tích dạng hộp Đã có những giải pháp hơn 100 dụng cụ chứa trong ổ tích dùng trên một máy Tại những giảI pháp như vậy , ổ tích dạng băng xích không phù hợp , bởi vì số dụng cụ càng nhiều thìổ tích băng xích càng dài , làm cho trọng lượng ổ tích tăng lên , như vậy thời gian hao phí để truy cập (chọn) dụng cụ tích hợp sẽ nhiều lên và công suất phát động cần thiết đối với ổ tích cũng lớn Do vậy, người ta phân chia trước hết các dụng cụ cần thiết trên hai ổ tích riêng biệt và lắp đặt 2 ổ tích này ở hai bên phải và trái trụ đứng của máy , cũng như phân số lượng dụng cụ đó trên ổ tích dạng đĩa với 2 hoặc 3 vòng tích bố trí lồng tâm và lồng nhau Cũng có thiết bị thay đổi dụng cụ có khă năng đưa lần lượt bốn ổ tích đĩa dụng cụ (đã được lắp đặt nghiêng 90o) vào vị trí làm việc

Giải pháp tốt nhất để chứa nhiều dụng cụ là giải pháp theo nguyên lý hộp dụng cụ Mỗi máy cóthể bố trí 4 tới 6 hộp dụng cụ , mỗi hộp chứa 20 tới 30 dụng cụ Ưu điểm của giải pháp dùng các hộp dụng cụ là thay đổi các hộp đó nhanh , không làm gián đoạn quá trình cắt Với cách này sẽ chuẩn bị dụng cụ cần thiết nhanh và thay thế nhanh các dụng cụ đã sử dụng Khâu vận chuyển dụng cụ tới máysẽ do một Rôbôt phẳng thực hiện Rôbôt này quét qua toàn bộ diện tích chứa dụng cụ và chuẩn bị sẵnsàng các dụng cụ được truy cập (gọi) tại vị trí thay đổi để cơ cấu tóm dụng cụ xử lý tiếp , cũng như thế Rôbôt này lấy dụng cụ từ vị trí đó đI

Quá trình thay đổi dụng cụ ,(dụng cụ trở về ổ tích và dụng cụ mới được lắp đặt vào máy ), có thể được thực hiện theo 3 cách sau:

+ Dụng cụ được thay đổi từ ổ tích bằng cơ cấu tóm dụng cụ

+ Dụng cụ được thay đổi từ 2 ổ tích bằng 2 cơ cấu tóm dụng cụ+ Dụng cụ được chuyển thẳng từ ổ tích vào trục máy

Cơ cấu tóm kép có ưu điểm là thời gian thay đổi dụng cụ ngắn , vì dụng cụ đã dùng và dụng cụ mới được thay đổi vị trí với nhau trong một nguyên công của cơ cấu này và ổ tích lại sẵn sàng thực hiện quá trình truy cập (chọn) dụng cụ tiếp theo

Để nhận dạng dụng cụ có thể vận dụng các phương pháp mã hoá như sau :

+ Mã hoá vị trí ; ở phương pháp này không lập trình số hiệu dụng cụ mà lập trình số hiệu vị trí của nó , nhưng như vậy lại rất bất lợi do sự chiếm lĩnh vị trí khác nhau ở trong quá trình gia công

+ Mã hoá dụng cụ : Trước đây bằng linh kiện cơ khí , ngày nay bằng linh kiện nhớ điện tử

+ Mã hoá vị trí biến đổi : ở phương pháp này , dụng cụ nhận một vị trí mới trong ổ tíchsau từng quá trình thay đổi dụng cụ và hệ điều khiển số dùng vi tính phải đảm nhận công việc quản trị cần thiết Số hiệu dụng cụ được lập trình , còn hệ CNC sẽ truy cập (tìm kiếm) vị trí (chỗ) dụng cụ

1.2 Tìm hiểu cơ cấu thay dao tự động của máy CNC_V30 của hãng LEADWELL1.2.1 Giới thiệu

- Bộ thay dao tự động của máy V-30 dùng ổ chứa hình tang trống với tâm quay thẳng đứng, tổng số dao đài dao có thể chứa 20/24 dụng cụ

- Trọng lượng mỗi đài dao và dao mi = 78 kg

- Dẫn động quay đài dao là động cơ : 5IK60GU-AWU của Đài Loan.

- Dẫn động toà bộ đài dao bằng máy nén khí thông qua cơ cấu dẫn động trực tiếp bằng xy lanh khí nén 50

- Cơ cấu thay dao tự động được bố trí bên trái của đầu trục chính (nhìn từ phía trước của máy) và có bộ phận cố định được gắn cứng với thân máy.

- Các dao gắn trên đài gá dao là các dao tiêu chuẩn Các chuôi dao là loại chuôi BT 40.

- Hệ thống thay dao của máy V-30 có kích thước nhỏ, khối lượng không quá lớn, phù hợp cho những trung tâm gia công trong sản xuất đơn chiếc và sản xuất loạt nhỏ có khả năng linh hoạt cao

trong sản xuất Dễ thay thế dụng cụ bằng cả hai phương pháp thay thế bằng tay và phương pháp thay thế tự động.

- Nhưng khả năng chứa dao là không lớn tổng số dao chứa chỉ trong khoảng 1240 dao Không thích hợp cho những dây truyền sản xuất yêu cầu số lượng dao lớn.

1.2.2 Nguyên lý hoạt động của bộ thay dao tự động

Trong quá trình chế tạo một sản phẩm thì không chỉ dùng một dụng cụ cắt có thể gia công hoàn toàn tất cả các bề mặt sản phẩm và trong quá trình gia công dụng cụ cắt bị mòn, cần phải mài lại vì thế thay thế dụng cụ là điều tất yếu trong quá trình gia công Để giảm thời gian và sự liên tục trong quá trình gia công thì thay dao tự động đáp ứng được những yêu cầu đó.

Trên máy CNC hoặc các trung tâm gia công (phay khoan) quá trình thay dao có thể thực hiện bằnghai cách:

Thay dao bằng tay do người công nhân đứng máy trực tiếp đảm nhận.

Thay dao tự động do bộ điều khiển phát lệnh thực hiện khi trong chương trình gia công có lệnh gọithay dao (ví dụ : M06 T05 ).

Qúa trình thay dao tự động trên máy CNC V–30 :

Khi chương trình gia công đọc đến dòng lệnh, thì bộ phận điều khiển lập tức phát lệnh dừng các chuyển động chạy dao X, Y và dừng động cơ trục chính.

Động cơ dẫn động trục ụ trục chính quay dao về vị trí thay dụng cụ đã được xác định (vị trí chốt của dao trên trục chính đúng hướng với chốt của đài dao).Trục chính dừng quay.Bộ điều khiển phát lệnh điều khiển cho trục Z cho ụ trục chính đi xuống vị trí thay dao (vị trí mà đài dao nằm ngang với cổ dao) Đài dao quay sao cho tay kẹp dụng cụ tới vị trí thay dao để chuẩn bị kẹp dụng cụ trên trục chính, ụ thay dao tiến từ trái sang phải hai tay kẹp mở ra và giữ chặt lấy dao lò xo nén bị nén kẹp chặt lấy dao trên ụ trục chính, bộ điều khiển phát lệnh cho thanh kéo trong ụ trục chính đi xuống nhả kẹp, đầu trục chính đi lên trả dao vào vị trí của dao đã được nhớ trong bộ điều khiển Bộ điều khiển phát lệnh cho động cơ dẫn động đài dao quay phân độ sao cho dao cần thay đến đúng vị trí thay dao.Đầu trục chính tiến xuống nhận dao cần thay thanh kéo đi lên kẹp chặt dao mới, ụ thay dao tiến từ phải quatrái kết thúc quá trình thay thế dao tự động.

II: THIẾT KẾ ĐÔNG HỌC VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG2.1: thiết kế động học

a.Kết cấu của thân máy và trục chính của máy CNC

Để thiết kế hệ thống thay dao tự động ta cần biết các thông số về đường kính trục chính ∅

trc=120mm,hành trình thay dao của trục chính máy là Ltrc=130mm, khoảng cách giữa đường tâm với

trục chính tới thân máy là L= 505mm, kích thước của thân máy là : a× b= 400×360mm

b Kích thước đài dao với chuôi BT30

2.2:nguyên lí hoạt động của hệ thống thay dao

Trong quá trình chế tạo một sản phẩm thì không chỉ dùng một dụng cụ cắt có thể gia công hoàn toàntất cả các bề mặt sản phẩm và trong quá trình gia công dụng cụ cắt bị mòn, cần phải mài lại vì thế thaythế dụng cụ là điều tất yếu trong quá trình gia công Để giảm thời gian và sự liên tục trong quá trình gia công thì thay dao tự động đáp ứng được những yêu cầu đó.

Trên máy CNC hoặc các trung tâm gia công phay/khoan thì quá trình thay dao có thể thưc hiện bằng 2cách:

-Thay dao bằng tay do người công nhân trực tiếp đứng và đảm nhận

-thay dao tự động do bộ điều khiển phát lệnh thực hiện khi trong chươngtrình gia công có lệnh gọi thay dao( ví dụ : M06 T05 )

Sau khi gọi lệnh Txx-M06 thì các hệ thống dao sẽ thực hiện các bước để thay dao sau : Lưu đồ 8 bước thay dao

Bước1 :Trục chính về mặt phẳng thay dao, xoay định hướng góc then.Bước2: Ổ chứa dao tự hành đi vào kẹp dao trục chính

Bước3: Hệ thống khí nén được kích hoạt để thực hiện xilanh mở chấu kẹp và đầy dao không mút vào mặt côn của trục chính

Bước4: Trục chính đi lên hết chiều cao của đài dao

Bước5: Ổ chứa dao quay phân độ đưa dao cần thay vào miệng trục chínhBước6: Trục chính đi xuống về mặt phẳng thay dao

Bước7: Giải phóng khí nén để hồi xilanh kẹp và kẹp dao của bằng lực đàn hồi của lò xoBước8: Ổ chứa dao về vị trí ban đầu

2.3: XÁC ĐỊNH GỐC TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG THAY DAO

Để đảm bảo cho quá trình thay dao với độ an toàn cao ta cần xác định một điểm chuẩn cho hệ thống thay dao đó là điểm trùng với điểm gốc của trục chính máy CNC trong quá trình thay dao Điểm này sao cho đường tâm của trục chính và đường tâm của dụng cụ được gọi ra thay phải trùng nhau và phải đảm bảo quá trình thay dao của trục chính Ltrc=130mm, và hành trình dẫn hướng của xylanh

Để tính toán cho hệ thống thay dao thì ta phải xác định một điểm gốc tính toán cho hệ thống.Từ điểmchuẩn thay dao và hành trình của xylanh là :Lxl=250mm vậy điểm gốc tính toán cho hệ thống thay dao cách điểm chuẩn thay dao là 250mm.

III:TÍNH TOÁN KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG3.1:Tính toán,thiết kế đài gá dao của hệ thống

Các thông số đầu vào để tính toán kết cấu cơ khí của hệ thống thay dao tự động:Dạng ATC : hình trống

-Số lượng ổ chứa dao N= 32 dao -loại côn gắn dao BT 30

-khối lượng 1 con dao tối đa M=5kg

-Đường kính lớn nhất của 1 con dao D=80mm -Thời gian thay dao gần nhất T1= 5s

-Thời gian thay dao xa nhất T2= 9s

3.1.1: Tính kích thước tang của đài chứa dao

Hình 2: sơ đồ tính toán kích thước hình học của tang chứa dao

Muốn tính toán bộ thay dao tự động với số dao là 32 dao loại BT30trong ổ chứa dao ta phải tính được bán kính từ tâm dao đến trục ổ chứa dao đến trục ổ chứa dao đảm bảo các dao hoặc các chuôi dao không chạm vào nhau khi bố trí trên một vòng tròn.

Để tránh va chạm dao khi ta cho dao vào ổ dao: R> C

2 π

R: Bán kính Từ tâm đến trục ổ chứa dao

C: Độ dài của vòng tròn bố trí dao khi coi các dao là xếp sát nhau

b: Xác định khoảng cách giữa các dao gần nhau trong tang:

Khoảng cách giữa 2 tâm của dao có thể xác định gần đúng:

L=CN=282632 = 88,31(mm)

Khoảng cách giữa các dao có đường kính lớn nhất có thể xác định gần đúng:L’=L-2Rmax= 88,31-2.40=8,31(mm)

+) Kiểm tra độ an toàn khi trục chính vào thay dao

Để đảm bảo an toàn trong quá trình thay dao ta cần kiểm tra xem khi trụcchính vào thay dao số 1 có bị va chạm với các đài dao số 2 và đài dao số 32 haykhông

Đường kính lớn nhất của trục chính :∅max= 120(mm)

Đường kính lớn nhất của độ côn đài dao BT30 là:∅C = 31,75(mm)

Ta đi xác định khoảng cách từ tâm đài dao số 1 đến độ côn của các đài dao số 2và đài dao số 32 la L

 Thỏa mãn điều kiện

c.Lựa chọn cơ cấu kẹp dao trên Tang

Để trục chính tham gia vào thay dao được chính xác thì dao cần có một vị trí xác định trên Tang chứa dao.Vậy ta cần hạn chế 5 bậc tự do của dao trên tang.

Để kẹp dao lên Tang ta có thể dùng hệ thống kẹp dao của hệ thống thay dao tự động của trung tâm gia công CNC V30 Hệ thống kẹp dao gồm: tay kẹp trái, tay kẹp phải, Chốt định vị và một lỗ tạo ra lực kẹp dao

Hình 4 Thông số hình học của tấm định vị

Dao sẽ có khoảng cách xác định so với đường tâm của Tang mang dao nhờtấm định vị hạn chế 1 bậc tự do theo phương ngang và cơ cấu kẹp tự định tâm.

Quá trình kẹp dao:

Tính toán khe hở giữa các tay kẹp dao

Ta có thể xác định gần đúng theo công thức hình họcC = N.(2r + 2h + L1)