Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC PHỤC VỤ ĐÀO TẠO RESEARCHING DESIGN DEVELOPMENT AND MANUFACTURING THE GEAR HOBBING CNC MACHINE SERVED IN EDUCATION Đặng Minh Phụng, Lê Hiếu Giang, Lê Linh, Trương Nguyễn Luân Vũ, Trần Tiến Phát Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM phungdm@hcmute.edu.vn, gianglh@hcmute.edu.vn, linhle@hcmute.edu.vn vuluantn@hcmute.edu.vn, tienphat.tp@gmail.com TÓM TẮT Ngày nay, công nghệ gia công chi tiết máy có bánh nước phát triển đạt mức hoàn thiện cao nhờ máy điều khiển số CNC Dây chuyền gia công bánh gần khép kín từ khâu gia công phôi đến khâu cắt răng, cạo răng, mài răng,… sản phẩm bánh hoàn thiện Trong Việt Nam, công trình nghiên cứu máy gia công bánh chưa nhiều, đặc biệt nghiên cứu máy phay lăn CNC Bài báo trình bày số kết nghiên cứu phát triển thiết kế chế tạo máy phay lăn CNC phục vụ cho đào tạo Kết thử nghiệm cho thấy phay lăn CNC hoạt động ổn định hơn, độ cứng vững cải thiện Kết kết tham khảo tốt cho việc phát triển lên máy phay lăn CNC công nghiệp Việt Nam, giúp nâng cao trình tự động hóa suất gia công khí chế tạo máy Từ khóa: máy phay, lăn răng, CNC, thẳng, nghiêng ABSTRACT Nowadays, in the developed countries, technology of manufacturing machinery parts including gears has reached a high level of perfection thanks to computerized numerical control (CNC) machines and gear manufacturing is almost a closed line from the stages of manufacturing work pieces, cutting, hobbing and grinding gears to the end product Meanwhile, in Vietnam, there have not been many studies on gear cutting machines, especially on gear hobbing CNC machines This paper presents the results of the study of researching design development and manufacturing gear hobbing CNC machine served in education.Test results showed that the gear hobbing CNC machine worked more stably and manufacturing precision was improved The results will be a good reference to develop the first industrial gear hobbing CNC machine in Viet Nam, to improve the level of automation and productivity in machinery manufacturing Keywords: milling, hobbing, CNC, straight gear, hexlical gear GIỚI THIỆU Hiện nay, công nghiệp Việt Nam đà phát triển nhanh chóng, với phát triển vai trò ngành công nghiệp phụ trợ ngày tăng lên Các sản phẩm bánh răng, bánh vít hay bánh nhông sử dụng rộng rãi nhiều ngành sản xuất, nhiên phần lớn sản phẩm nhập về, sản xuất nước nhờ vào công nghệ nhập đại Công nghệ sản xuất bánh phương pháp phay lăn răng, đặc biệt máy phay lăn điều khiển máy tính (CNC) dần thay nhanh chóng phương pháp phân độ truyền thống nhờ vào ưu điểm vượt trội suất cao, độ xác cao, có khả tự động hóa toàn khâu,… 223 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Nhận thấy tầm quan trọng việc sở hữu công nghệ phay lăn CNC, nhóm nghiên cứu trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM nghiên cứu phát triển thiết kế chế tạo máy phay lăn CNC Sản phẩm bước đầu đáp ứng nhu vầu nghiên cứu, giảng dạy, học tập giảng viên sinh viên Sau thông qua trình kiểm nghiệm, nhóm nghiên cứu tiếp tục đánh giá cải tiến máy để đáp ứng nhu cầu sản xuất công nghiệp dần thay máy phay lăn CNC nhập Bài báo cáo trình bày kết nghiên cứu phát triển thiết kế chế tạo máy phay lăn CNC thực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CẤU CƠ KHÍ Hình Sơ đồ động máy phay lăn CNC Có phương án thiết kế cho máy lăn CNC: - Phương án 1: phần đầu dao giữ cố định phần gá phôi chuyển động tịnh tiến, phương án có ưu điểm nguyên lý hoạt động đơn giản, lắp đặt thay dễ dàng Tuy nhiên lại có nhược điểm độ xác không cao, dễ gây sai số trình gia công, khó thiết lập vị trí cho đặt chiều sâu cắt - Phương án 2: phần đầu dao di động phần trục gá phôi cố định, phương án có ưu điểm dễ lập trình điều khiển, độ xác suất cao Để thuận lợi cho việc lập trình điều khiển đạt độ xác gia công bánh răng, phương án thiết kế đề xuất theo phương án (hình 1) Mô hình thiết kế máy phay lăn CNC gồm phận sau: (1): Cụm chân đế máy; (2): Cụm bàn máy; (3): Cụm gá phôi; (4): Cụm chống tâm trục gá phôi; (5): Cụm dao; (6): Vỏ máy; (7): Thân máy Hình Máy phay lăn CNC 224 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 2.1 Cụm bàn máy Làm để lắp đặt phận máy thân máy, cụm gá phôi, chống tâm, đồng thời đảm bảo đường kính bánh lớn gia công 150mm (1): Bàn máy (2): Vitme trục X (3): Ray trượt (4): Con trượt bi (5): Tấm đế thân máy Hình Cụm bàn máy 2.2 Cụm gá phôi Cụm gá phôi có nhiệm vụ kẹp chặt phôi trình gia công nhằm đảm bảo tỷ số vòng quay dao phôi (1): Trục truyền động (2): Chân đỡ (3): Vòng trung gian (4): Đế mâm cập (5): Mâm cập Hình Cụm gá phôi 2.3 Cụm chống tâm trục gá phôi Cụm chống tâm trục gá phôi giúp đảm tăng độ cứng vững trục gá phôi, giúp cho trục không bị cong rung động trình gia công, đảm bảo độ xác gia công (1): Chân (2): Thân (3): Mũi tâm động (4): Tấm điều chỉnh (5): Ụ chống tâm Hình Cụm chống tâm trục gá phôi 225 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 2.4 Cụm dao Cụm bao gồm trục mang dao cấu phân độ đầu dao, đảm bảo tỷ số vòng quay dao phôi (1): Ổ đỡ trục dao (2): Dao phay lăn (3): Trục dao (8): Trục vít-bánh vít (4): Ổ đỡ trục dao (9): Chân đỡ (5): Servo trục C (10): Ổ đỡ trục vít (6): Tấm lắp trục dao (11): Servo trục A (7): Tấm lắp đầu phân độ Hình Cụm dao 2.5 Cụm thân máy Phần thân máy bao gồm hệ thống di trượt theo phương X đầu dao Đảm bảo hành trình gia công trục Z đạt 450mm (1): Thân (2): Ray trượt trục Z (3): Vitme trục Z (4): Con trượt bi (5): Đai ốc bi (6): Ổ đỡ (7): Bộ truyền đai (8): Bộ treo đối trọng (9): Servo trục Z Hình Cụm thân máy Thông số kỹ thuật máy: Đặc tính kỹ thuật Thông số Số động máy 05 động servo Modul gia công lớn 2,5 mm Góc nghiêng đầu dao phay ±45 độ Đường kính gia công lớn Ø150 mm Phạm vi hoạt động theo phương Z 250 mm Phạm vi hoạt động theo phương X 120 mm Điện 220 V xoay chiều pha pha Kích thước máy: dài x rộng x cao 1710 x 1280 x 2014 Vật liệu gia công Nhựa, đồng thau Độ xác gia công Cấp 8, 226 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển máy phay CNC lăn CNC 227 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 4.1 Mạch điện điều khiển Hình Mạch điện điều khiển 4.2 Mạch động lực Hình 10 Mạch động lực 228 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 4.3 Sơ đồ đấu dây Hình 11 Sơ đồ đấu dây máy phay lăn CNC Hình 12 Tủ điện máy phay lăn CNC Sử dụng nguồn xoay chiều 220V- 50Hz cho động servo Các nguồn chiều 24V 5V dùng để cấp nguồn cho hệ thống rờ le điện từ mạch điều khiển Mạch giao tiếp kết nối hệ thống điện với máy tính HỆ THỐNG GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN Sử dụng phần mềm Delphi để xây dựng giao diện điều khiển máy phay lăn CNC - Thực việc truy xuất liệu máy tính mạch điều khiển để tạo tín hiệu điều khiển động servo - Thiết lập thông số bánh thông số gia công thông qua giao diện điều khiển xuất thông số kiểm tra giao diện điều khiển 229 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình 13: Giao diện phay bánh trụ thẳng Hình 14: Giao diện phay bánh xoắn trái Hình 15 Giao diện phay bánh xoắn phải 230 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM Máy phay lăn CNC chế tạo thành công đạt kết sau: Hình 16 Máy phay lăn CNC chế tạo Hình 17 Sản phẩm máy gia công vật liệu nhựa - bánh thẳng a b c Hình 18 Sản phẩm máy gia công: a) vật liệu đồng bánh trụ thẳng; b) vật liệu đồng bánh nghiêng; c) vật liệu nhựa bánh nghiêng 231 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV KẾT LUẬN Bài báo trình bày số kết nghiên cứu phát triển thiết kế chế tạo máy phay lăn CNC Máy chế tạo chạy thử đạt kết tốt: - Gia công bánh thẳng, nghiêng vật liệu nhựa, đồng thau - Máy hoạt động ổn định, êm - Dễ vận hành, bảo trì, bảo dưỡng - Phục vụ tốt cho việc nghiên cứu, giảng dạy bậc đào tạo: trung cấp, cao đẳng, đại học sau đại học TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc Cẩn, Máy cắt kim loại, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, 1991 [2] Ngô Diên Tập, Lập trình Ghép nối máy tính, NXB KHKT, Hà Nội, 2002 [3] Lê Hiếu Giang, Nguyễn Trường Thịnh, Giáo trình Máy Điều khiển số NC, CNC, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, 2005 [4] Bùi Quý Lực, Hệ thống điều khiển số công nghiệp, NXB KHKT, Hà Nội 2006 [5] Lê Hiếu Giang, Hồ Ngọc Thế Quang, “Điều khiển số máy phay lăn răng“, Tạp chí khoa học công nghệ trường đại học kỹ thuật, ISSN 0868 – 3980, số 81, 2011 [6] Lê Hiếu Giang, Đặng Minh phụng, “Tính toán, đánh giá sai số tốc độ giải thuật nội suy cho hệ điều khiển theo kỹ thuật xung chuẩn“, Tạp chí khoa học công nghệ trường đại học kỹ thuật, ISSN 0868 – 3980, số 80, 2011 [7] SMG systems, Documentation Technique, Type: Servo Variateur RIMA, Model: MRJ2S-CP, Mitsubishi, Doc Version: SH(NA)030017-A (01/02) Anglais [8] Lê Hiếu Giang, Thái Bá Cần, Lê Linh, Lê Hồng Sơn, Đặng Minh Phụng, Hồ Thị Phụng, Đề tài cấp Bộ: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy phay lăn điều khiển số”, MS: B2012.22.02, bảo vệ 10/2014 [9] Lê Hiếu Giang, Trương Nguyễn Luân Vũ, Lê Linh, Đặng Minh Phụng, Võ Lâm Chương, Đường Minh Hiếu, Đề tài cấp Sở KHCN TP HCM: “Hoàn thiện thiết kế chế tạo máy phay lăn phục vụ đào tạo” [10] Suk-Hwan Suh, Seong-Kyoon Kang, Dae-Hyuk Chung, Ian Stroud, Theory and Design of CNC systems, Springer, 2008 THÔNG TIN TÁC GIẢ Đặng Minh Phụng, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM phungdm@hcmute.edu.vn, 0906814944 Lê Hiếu Giang, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM gianglh@hcmute.edu.vn, 0938308141 Lê Linh, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM linhle@hcmute.edu.vn, 0988548127 Trương Nguyễn Luân Vũ, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM vuluantn@hcmute.edu.vn, 0909011136 Trần Tiến Phát, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM tienphat.tp@gmail.com, 01659122811 232 ... hữu công nghệ phay lăn CNC, nhóm nghiên cứu trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM nghiên cứu phát triển thiết kế chế tạo máy phay lăn CNC Sản phẩm bước đầu đáp ứng nhu vầu nghiên cứu, giảng dạy,... nhóm nghiên cứu tiếp tục đánh giá cải tiến máy để đáp ứng nhu cầu sản xuất công nghiệp dần thay máy phay lăn CNC nhập Bài báo cáo trình bày kết nghiên cứu phát triển thiết kế chế tạo máy phay lăn. .. bánh nghiêng; c) vật liệu nhựa bánh nghiêng 231 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV KẾT LUẬN Bài báo trình bày số kết nghiên cứu phát triển thiết kế chế tạo máy phay lăn