thiết kế, chế tạo máy phay lăn răng điều khiển số cnc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THANH PHƯƠNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY PHAY LĂN RĂNG ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THANH PHƯƠNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY PHAY LĂN RĂNG ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ HIẾU GIANG Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2015 LÝ LỊCH KHOA HỌC (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) Hình 3x4 I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ tên: Nguyễn Thanh Phương Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 17/07/1982 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước học tập, nghiên cứu: Giáo viên khoa Cơ Khí – May – Xây Dựng trường Trung cấp nghề khu vực Cai Lậy Địa liên lạc: Ấp Bình Qưới, Xã Bình Phú, Huyện Cai Lậy, Tỉnh Tiền Giang Điện thoại quan: 0733919922 Di động: 01664600049 Fax: 0733.710.723 Email: phuongspkt2014@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ: 9/2000 đến 5/2005 Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ: 4/2012 đến 10/2014 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ Thuật Cơ Khí Tên luận văn: Thiết kế , chế tạo máy phay lăn điều khiển cnc Ngày nơi bảo vệ luận văn: 16/14/2015, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Hiếu Giang Trình độ ngoại ngữ: Anh văn trình độ B i III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Từ 11/2007 Trường Trung Cấp Nghề Khu đến Vực Cai Lậy Công việc đảm nhiệm Giáo viên dạy nghề cắt gọt kim loại thuộc Khoa Cơ Khí – May – Xây Dựng ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp.Hồ Chí Minh, ngày … tháng …năm 2015 (Ký tên ghi rõ họ tên) Nguyễn Thanh Phương iii LỜI CẢM ƠN Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Lê Hiếu Giang, Ths Lê Linh, Ths Đặng Minh Phụng tận tình hướng dẫn suốt trình thực luận văn Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể quí thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh giảng dạy, hướng dẫn tạo điều kiện, môi trường học tập tốt cho Xin cảm ơn anh em học viên lớp CKM2012A ngành Kỹ Thuật Cơ Khí chia sẽ, hỗ trợ, giúp đỡ suốt trình học tập Cảm ơn ba mẹ, anh chị em , vợ bạn bè động viên suốt thời gian học Xin kính chúc sức khỏe chân thành cảm ơn Học viên Nguyễn Thanh Phương iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Ở Việt Nam, trước năm 2011, PGS.TS Lê Hiếu Giang hướng dẫn KS Hồ Thế Ngọc Quang KS Trần Việt Dũng chế tạo thành công mô hình máy phay lăn CNC gia công bánh nhựa Tuy nhiên, đề tài chưa tính toán thiết kế cho máy thật mô hình sử dụng động bước Luận văn chế tạo thành công máy phay lăn CNC Máy gia công thành công bánh trụ thẳng, bánh trụ nghiêng nhựa, đồng thau ABSTRACT In Vietnam, before 2011, Prof Dr Le Hieu Giang has instructed Hồ Thế Ngọc Quang Trần Việt Dũng Engineer, successfully fabricated model CNC gear hobbing machine can machining plastic gears However, the thesis is not calculated design for a real and model only uses stepper motors This thesis is successfully fabricated CNC gear hobbing machine This machine used software Delphi and servo motors, working machine is machining success spur gears cylinder, worm gear cylinder of plastic, brass v MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan iii Cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vi Danh sách bảng x Danh sách chữ viết tắt x Danh sách hình xi Chương TỔNG QUAN 1.1 Ngoài nước 1.2 Trong nước 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.4 Nhiệm vụ đề tài 1.5 Mục đích đề tài 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Đối tượng, giới hạn đề tài Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.1 Phân loại bánh 2.1.2 Độ xác bánh 2.1.3 Vật liệu làm bánh 2.2 Lý thuyết gia công bánh phương pháp phay lăn 2.2.1 Nguyên lý phay lăn 2.2.2 Phay lăn thẳng 2.2.3 Phay lăn nghiêng 2.2.4 Khả công nghệ máy phay lăn 10 2.2.5 Phương pháp lăn 11 vi 2.2.6 Tìm hiểu máy phay lăn 5M324A 12 2.2.7 Kết luận 17 2.3 Máy phay lăn CNC 18 2.3.1 Cơ sở thiết kế máy phay lăn CNC 18 2.3.2 Kết cấu máy phay lăn 19 3.3 Nguyên lý máy phay lăn thông thường 20 2.3.4 Nguyên lý máy phay lăn có điều khiển theo chương trình số 21 2.3.5 Các máy phay lăn có trục dao nằm ngang 22 2.3.6 Các loại dao phay lăn 23 2.3.7 Chế độ cắt phay lăn 26 2.3.8 Bộ truyền vitme bi 29 Chương PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 30 3.1 Yêu cầu đề tài 30 3.2 Phương án thiết kế 31 2.1 Phương án 31 3.2.2 Phương án 32 3.3 Chọn phương án 32 Chương TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 33 4.1 Thiết kế động học 33 4.1.1 Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn CNC 33 4.1.2 Xích tốc độ 33 4.1.3 Xích bao hình 34 4.1.4 Xích chạy dao 35 4.2 Tính toán chế độ cắt 36 4.3 Tính toán động lực học 41 4.3.1 Chọn động servo 41 4.3.2 Tính toán chi tiết máy 42 vii Chương CHẾ TẠO MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC 55 5.1 Hình toàn máy chế tạo 55 5.2 Điều chỉnh máy 55 5.2.1 Gá đặt kẹp chặt phôi 56 5.2.2 Gá đặt dụng cụ cắt 56 5.2.3 Sử dụng bảo quản máy 57 Chương THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN 59 6.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 59 6.2 Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển 60 6.3 Tủ điện điều khiển 64 Chương CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 65 7.1 Lưu đồ giải thuật phay lăn bánh thẳng bánh nghiêng 65 7.2 Giao diện chương trình điều khiển 66 7.2.1 Giao diện chương trình điều khiển bánh trụ thẳng 66 7.2.2 Giao diện điều khiển phay bánh trụ xoắn trái (nghiêng trái) 67 7.2.3 Giao diện điều khiển phay bánh trụ xoắn phải (nghiêng phải) 70 Chương LẮP RÁP VÀ VẬN HÀNH 72 8.1 Mô hình thiết kế 3D 72 8.2 Máy lắp ráp hoàn thiện 73 8.3 Máy gia công 74 8.4 Sản phẩm gia công máy phay lăn CNC 74 8.4.1 Sản phẩm nhựa 75 8.4.2 Sản phẩm vật liệu đồng 76 8.5 Kiểm tra biên dạng sau gia công 77 viii Luận văn thạc sĩ GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang 7.2.2 Giao diện điều khiển phay bánh trụ xoắn trái (nghiêng trái) Giao diện ban đầu: Hình 7.3 Màn hình ban đầu gia công bánh trụ xoắn Hình 7.4 Màn hình ban đầu gia công bánh trụ xoắn trái HVTH: Nguyễn Thanh Phương Trang 68 Luận văn thạc sĩ GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang Hình 7.5 Màn hình nhập thông số gia công bánh trụ xoắn trái Hình 7.6 Màn hình nhập thông số gia công bánh trụ xoắn trái (tt) HVTH: Nguyễn Thanh Phương Trang 69 Luận văn thạc sĩ GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang 7.2.3 Giao diện điều khiển phay bánh trụ xoắn phải (nghiêng phải) Hình 7.7 Màn hình ban đầu gia công bánh trụ xoắn Hình 7.8 Màn hình ban đầu gia công bánh trụ xoắn phải HVTH: Nguyễn Thanh Phương Trang 70 Luận văn thạc sĩ GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang Hình 7.9 Màn hình nhập thông số gia công bánh trụ xoắn phải Hình 7.10 Màn hình nhập thông số gia công bánh trụ xoắn phải (tt) HVTH: Nguyễn Thanh Phương Trang 71 Luận văn thạc sĩ GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang Chương LẮP RÁP VÀ VẬN HÀNH 8.1 Mô hình thiết kế 3D Hình 8.4 Mô hình thiết kế 3D toàn máy HVTH: Nguyễn Thanh Phương Trang 72 Luận văn thạc sĩ GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang 8.2 Máy lắp ráp hoàn thiện Hình 8.5 Máy lắp ráp hoàn thiện HVTH: Nguyễn Thanh Phương Trang 73 Luận văn thạc sĩ GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang 8.3 Máy gia công Hình 8.3 Máy gia công bánh nghiêng đồng thau 8.4 Sản phẩm gia công máy phay lăn CNC 8.4.1 Sản phẩm nhựa Hình 8.4 Sản phẩm máy gia công vật liệu nhựa HVTH: Nguyễn Thanh Phương Trang 74 Luận văn thạc sĩ GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang 8.4.2 Sản phẩm vật liệu đồng Hình 8.5 Sản phẩm máy gia công vật liệu đồng – bánh trụ thẳng Hình 8.6 Sản phẩm máy gia công vật liệu đồng – bánh trụ nghiêng HVTH: Nguyễn Thanh Phương Trang 75 Luận văn thạc sĩ GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang 8.5 Kiểm tra biên dạng sau gia công Hình 8.7 Biên dạng bánh sau gia công HVTH: Nguyễn Thanh Phương Trang 76 Luận văn thạc sĩ GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang Hình 8.16 Biên dạng bánh sau gia công HVTH: Nguyễn Thanh Phương Trang 77 Luận văn thạc sĩ GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua trình nghiên cứu thực đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phay lăn điều khiển số CNC”, tác giả đạt số kết sau: Nghiên cứu nguyên lý hoàn thiện trình thiết kế tổng thể máy phay lăn điều khiển số CNC Tính toán tổng thể lực kiểm bền chi tiết chịu tải chính, mô hoạt động máy phần mềm Inventor Professional 12 Tiến hành gia công chế tạo chi tiết máy phay lăn CNC Viết chương trình điều khiển máy phần mềm Delphi Lắp ráp hoàn thiện, thử nghiệm gia công thành công bánh trụ thẳng, bánh trụ nghiêng nhựa, đồng thau Thông số máy phay lăn CNC: Số chuyển động máy 05 động servo Modul gia công lớn 0,2; 0,3; …; 2,5 mm Góc nghiêng lớn gia công 45 Độ Đường kính gia công bánh lớn Ø 200 mm Kích thước lớn dao phay trục vít Đường kính dao 250 mm Phạm vi chạy bàn máy theo phương X 120 mm HVTH: Nguyễn Thanh Phương Đạt 63 mm Phạm vi chạy dao theo phương thẳng đứng Dòng điện Kết xoay chiều 1pha, pha Trang 78 Luận văn thạc sĩ Điện tần số dòng điện GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang 220 V Kích thước máy Kích thước máy Dài x rộng x cao 1710 x1280 x 2015 HVTH: Nguyễn Thanh Phương Trang 79 Luận văn thạc sĩ GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang 9.2 Kiến nghị Nhóm tác giả xin đề xuất số ý tưởng để làm hướng nghiên cứu phát triển cho đề tài sau: - Mở rộng khả công nghệ máy sang lĩnh vực gia công bánh vít, bánh đai răng, bánh xích… - Nếu bổ sung thêm nguồn kinh phí từ dự án, nhóm nghiên cứu tiếp tục cải tiến, hoàn thiện phần thiết kế khí, tăng độ ổn định máy tối ưu điều khiển máy phay lăn CNC Kết đề tài mong muốn trở thành tài liệu khoa học phục vụ cho công tác nghiên cứu giảng dạy sau Tuy đạt kết khả quan nhóm nhận thấy để giải vấn đề tự động hóa gia công bánh phải đối mặt với nhiều vấn đề phức tạp liên quan đến hệ thống điều khiển, xử lý thông tin… Do đó, cần phải thực nghiêm túc, kiên trì liên tục mong đạt hiệu mong muốn HVTH: Nguyễn Thanh Phương Trang 80 Luận văn thạc sĩ GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thy Anh – Công Cụ Phát Triển Ứng Dụng Nhanh Trên Môi Trường Windows – NHÀ XUẤT BẢN TRẺ - 1999 [2] GS Nguyễn Ngọc Cẩn – MÁY CẮT KIM LOẠI – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM – 1991 [3] Phạm Đắp – Máy cắt kim loại – Đại học Bách Khoa Hà Nội [4] PGS TS Trần Văn Địch – Công nghệ chế tạo bánh – NXB Khoa học kỹ thuật [5] Nguyễn Trọng Hiệp – Chi tiết máy (Tập & 2) –Nhà xuất giáo dục – 1995 [6] Lê Phương Lan – Hoàng Đức Hải – Giáo Trình Lý Thuyết & Bài Tập BORLAND DELPHI – NXB GIÁO DỤC – 2000 [7] Bùi Xuân Liêm – Nguyên lý máy – Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hố Chí Minh – 1998 [8] Bùi Xuân Liêm – Lý thuyết ăn khớp bánh – Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hố Chí Minh – 1997 [9] Lại Khắc Liễm – Giáo trình học máy – Đại học Bách khoa Thành phố Hố Chí Minh – 1995 [10] PGS TS Nguyễn Hữu Lộc – Cơ sở Thiết kế máy (P1) – NXB Đại học Bách Khoa Thành phố Hố Chí Minh – 1997 [11] ThS Hồ Ngọc Thế Quang – Thiết kế chế tạo mô hình máy phay lăn – 2006 [12] Ngô Diên Tập – Lập Trình Ghép Nối Máy Tính Trong Windows – NXB Khoa Học Kỹ Thuật – HÀ NỘI 2001 [13] Motion & control NSK – NSK Ball serews [14] Industrial Brushless servomotors HVTH: Nguyễn Thanh Phương Trang 81 S K L 0 [...]... răng được gia công theo phương pháp lăn răng Các loại máy phay lăn răng đã được thiết kế và sản xuất (phân loại theo mức độ tự động hóa): máy phay lăn răng cổ điển và máy phay lăn răng CNC Máy phăn lăn răng cổ điển không có bộ điều khiển Để liên kết các xích truyền động với nhau, người vận hành phải tính toán và lắp đặt thêm vào các bộ bánh răng thay thế cho các bánh răng có số răng khác nhau Máy phay. .. bánh răng  Trên thế giới hiện có rất nhiều chủng loại về máy phay lăn răng CNC như: máy phay lăn răng gia công thô của hãng Gleason; Máy phay lăn răng E3C; Máy phay lăn răng CHO-200 … HVTH: Nguyễn Thanh Phương Trang 18 Luận văn thạc sĩ GVHD:PGS.TS Lê Hiếu Giang Hình 2.13 Máy lăn răng cnc của hãng Gleason  Hiện nay, ở nước ta máy phay lăn răng CNC đang được sử dụng nhưng chỉ sử dụng trong các nhà máy. .. tìm hiểu về loại máy này thuận lợi hơn thì việc có một mô hình mô phỏng lại những chuyển động chính của máy là hết sức cần thiết 2.3 Máy phay lăn răng CNC 2.3.1 Cơ sở thiết kế máy phay lăn răng CNC  Sau khi tìm hiểu các thiết kế gia công ra bánh răng với các máy công cụ hiện hành, đặc biệt là máy phay lăn răng Ta thấy máy có nhiều chuyển động phức tạp, đồng thời nếu muốn gia công bánh răng với modul... trở thành điều kiện với ngành cơ khí tự động Việc kết hợp máy tính – chương trình điều khiển (mạch điều khiển) – cơ khí nhỏ gọn – động cơ điều khiển (thay thế cho hệ bánh răng điều khiển kồng kềnh) đem đến việc ra đời của máy phay lăn răng CNC Việc ra đời máy phay lăn răng CNC đã làm thay đổi công nghệ gia công bánh răng, giúp chúng ta lựa chọn gia công đơn giản hơn, ta chỉ cần nhập thông số để gia... Nguyên lý của máy phay lăn răng thông thường 20 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý của máy PLR có điều khiển theo chương trình số 21 Hình 2.10 Sơ đồ dịch chuyển của dao phay 22 Hình 2.11 Dao phay lăn răng 23 Hình 2.12 Chiều dài ăn dao (l1) và thoát dao (l2) khi cắt răng 28 Hình 2.13 Bộ truyền vitme bi 29 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC 31 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC 32 Hình 4.1... đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC 32 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng 33 Hình 4.2 Xích tốc độ mô hình máy phay lăn răng điều khiển số 34 Hình 4.3 Kích thước dao phay lăn răng 38 Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy 41 xi Hình 4.5 Trục dao máy phay lăn răng CNC 42 Hình 4.6 Mô hình đặt điều kiện biên 42 Hình 4.7 Mô hình đặt điều kiện biên 44 Hình 4.8 Biểu đồ lực cắt 44 Hình 4.9 Biểu đồ... hữu công nghệ chế tạo máy móc thiết bị công nghiệp để gia công các chi tiết máy quan trọng nói riêng càng trở nên cấp thiết 1.4 Nhiệm vụ đề tài - Đề tài là một phần của đề tài cấp bộ mã số: B2012.22.02 “ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy phay lăn răng điều khiển số CNC ” do PGS.TS Lê Hiếu Giang chủ nhiệm , thời gian thực hiện: 04/2012 đến 10/2014 1.5 Mục đích đề tài - Thiết kế mô hình máy 3D, 2D, mô... phương pháp không vi sai để gia công bánh răng nghiêng 2.2.4 Khả năng công nghệ của máy phay lăn răng  Gia công bánh răng trụ răng thẳng  Gia công bánh răng trụ răng nghiêng  Gia công được bánh vít  Đối với máy thiết kế thì sẽ gia công được bánh răng thẳng và bánh răng nghiêng  Ưu nhược điểm của máy phay lăn răng  Ưu điểm Nhìn chung phương pháp phay lăn răng có rất nhiều ưu điểm như: + Độ chính... số răng khác nhau Máy phay lăn răng CNC về cơ bản có nguyên lý cấu tạo giống với máy phay lăn răng cổ điển nhưng sử dụng bộ điều khiển để điều khiển các động cơ của máy theo các mối quan hệ về truyền động nhất định và vì vậy không cần sử dụng hệ bánh răng thay thế Do sử dụng bộ điều khiển CNC nên máy có thể vừa gia công được các loại bánh răng, đĩa xích thông thường như máy cổ điển vừa gia công được... đã thiết kế máy dựa trên máy phay lăn răng 5M324  Các truyền động như: xích truyền động, xích phân độ, xích chạy dao, xích vi sai, xích chạy dao nhanh, xích di động bằng tay đều được thay thế bằng chương trình điều khiển và được tải bởi các động cơ servo motor 2.3.2 Kết cấu máy phay lăn răng Kết cấu máy được thiết kế dựa trên máy phay lăn răng 5M324 Đặc tính kỹ thuật  Module lớn nhất của bánh răng