Nội dung đề tài: THIẾT KẾ MÁY PHAY ĐỨNG 3 TRỤC CNC VỚI CÁC THÔNG SỐ SAU: nmin= 35vgph, nmax=8000 vgph với các hành trình dịch chuyển bàn máy: X=1150mm, Y=520mm, Z=505mm Khoảng cách tâm từ trục chính tới bàn máy là 505mm Kích thước bao của máy: LxBxH = 3040x2260x2800 Đường kính dao lớn nhất gá được dmax = 80mm Ổ chứ dao chứa được 22 dao cần thêm tài liệu có thể liên hệ : ngohung08091992gmail.com
Trang 1CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY CNC
I CÔNG DỤNG VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG.
1 CÔNG DỤNG.
1.1 Giới thiệu chung về máy CNC.
CNC – viết tắt cho Computer Numerical Control (điều khiển bằng máy tính)
đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục đích sảnxuất (có tínhlập lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp, bằngcách sử dụng các chươngtrình viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G
Máy CNC (Computer Numerical Controlled) là máy công cụ, điều khiển theo một chươngtrình định sẵn Các dữ liệu được cung cấp dưới dạng tập lệnh
1.1.1 Quá trình phát triển.
Điều khiển số NC (Numerical Control) là phương pháp tự động điều chỉnh các máycông tác (máy công cụ, Robot, băng tải vận chuyển phôi liệu, chi tiết gia công, sản phẩm, )trong đó các hành động bị điều khiển được sản ra trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng mãnhị phân Nó được biểu diễn dưới dạng các con số thập phân, các chữ cái và kí hiệu đặc trưngtạo thành một chương trình làm việc của thiết bị hay của hệ thống
Trước đây, cũng đã có những quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo chươngtrình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thuỷ lực, Ngày nay,với sự tiến bộ vượt bậc của KH- KT, nhất là trong lĩnh vực ĐKS và tin học đã tạo điều kiệnthuận lợi cho các nhà chế tạo máy nghiên cứu và ứng dụng đưa vào các máy công cụ truyềnthống các HTĐK tự động Biến các máy công này thành các máy điều khiên theo chươngtrình số, gọi là các máy CNC (Computrized Numerical Control)
Việc sử dụng các máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độchính xác gia công và hiệu quả kinh tế; đồng thời cho phép rút ngắn được chu kỳ sản xuất Do
đó, hiện nhiều nước trên thể giới đã và đang ứng dụng rộng rãi công nghệ mới này vào lĩnhvực cơ khí chế tạo Đặc biệt là chế tạo các khuôn mẫu chính xác, các chi tiết đòi hỏi độ chínhxác và độ phức tạp cao
Xuất phát từ ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp, liên tụcnhư các máy công cụ ĐKS ngày nay được thực hiện từ mãi thế kỉ XIV Khi ở châu Âu người
ta dùng các chốt hình trụ để điều khiển các chuyển động của các hình trang trí trên đồng hồlớn của nhà thờ
Năm 1808, Joseph M Jacquard dùng những tấm tôn đục lỗ để điều khiển tự động cácmáy dệt
Năm 1863, M Foumeaux phát minh ra đàn Piano nổi tiếng thế giới Với băng giấy đục
lỗ làm vật mang tin
Năm 1938, Claud E Shannon trong khi làm luận án tiến sĩ đã đi đến kết luận rằng việctính toán và truyền tải nhanh dữ liệu có thể thực hiện bằng mã nhị phân
Trang 2Từ năm 1949 đến 1952, Jonh Parsons và Học viện kỳ thuật Massachusett (MassachusettInstitute Of Technology) đã thiết kế “một hệ thống điều khiển dành cho máy công cụ, để điềukhiển trực tiếp vị trí của các trục thông qua dữ liệu đầu ra của một máy tính, làm bằng chứng
cho một chức năng gia công chi tiết”theo hợp đồng của Không lực Hoa Kỳ.
Cũng trong thời gian này, Parsons cùng với đồng nghiệp của ông đã đưa ra 4 tiên đề cơ bảnsau:
- Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng đụclỗ
- Các đục lỗ được đọc trên mảy một cách tự động
- Những vị trí đã được đọc ra được liên tục truyền đi và được bổ sung thêm tính toáncho các giá trị trung gian nội tại
- Các động cơ servo ( vô cấp tốc độ ) có thể điều khiển được chuyển động các trục.Năm 1952, chiếc máy phay ĐKS đầu tiên ra đời mang tên là “ Cincinnate Hydrotel” cótrục thẳng đứng do Học viện kỹ thuật Masssachusett cung cấp Đơn vị điều khiển được lắpbằng các bóng đèn điện tử chân không, điều khiển 3 trục nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ
mã nhị phân
Năm 1954, Bendix mua bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo được thiết bị điềukhiển NC công nghiệp đầu tiên, nhưng vẫn còn dùng bóng đèn điện tử chân không
Năm 1958, “công cụ lập trình tự động APT” (Automatically Programmed Tool) ra đời.
Đánh dấu một bước phát triển mới về lập trình cho máy
Rồi từ thập niên 80 trở đi, với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các mạng cục bộ vàliên thông đã tạo điều kiện cho các nhà chế tạo thực hiện việc nối kết giữa các máy CNC riêng
lẻ (CNC Machine Tools) lại với nhau tạo thành các trung tâm gia công DNC (DirecteNumerical Control) nhằm khai thác một cách có hiệu quả nhất như: cách bố trí, sắp xếp cáccông việc trên từng máy, tổ chức sản xuất, Và cũng dựa trên nền công nghiệp này, mộtchuỗi các loại thiết bị, phần mềm và hệ thống được phát triển không ngừng bởi các việnnghiên cứu và công nghệ khác nhau trên thế giới Nhằm thoả mãn về nhu cầu thiết kế và chếtạo đặc biệt
Đó là những phần mềm thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM(Computer Aided Desgin/ Computer Aided Manuíacturmg) theo hệ thống sản xuất linh hoạtFMS (Flexible Manufacturing System) và cao hơn là việc chế tạo và gia công chi tiết đượcthực hiện toàn bộ qua máy tính, người ta gọi là tổ hợp CIM (Computer IntergradedManufacturing)
Cho đến năm 2016 này, lịch sử phát triển của máy công cụ ĐKS đã được GẦN 70 năm tuổi
Nó đã được phát triên và ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Từ những ứng dụnggia công đơn giản như việc di chuyển từ điểm đến điểm của máy khoan đến những máy công
cụ điều khiển 2 trục như máy tiện, điều khiển 3 trục như máy phay, và cho đến những nhiệm
vụ tự động gia công nhiều trục và độ phức tạp cao như: các khuôn rèn dập, các khuôn đúc áplực, cánh tuabin và những chi tiết phức tạp của máy bay, tàu thuỷ,
Trang 3Ngoài ra, ngày nay máy CNC còn được dùng vào việc kiểm tra giám sát, điện báo điệntín và nhiều lĩnh vực khác đã đem lại chất lượng và hiệu quả kinh tế rất đáng kể Trong tươnglai, với lợi thế về sự ghép nối các hệ thống CNC riêng lẻ với nhau để tạo thành mạng sẽ đượcphát huy trong chiến lượt gia công toàn cầu Trong đó, dòng thông tin được thu phát, chuyêngiao bằng hệ thống vệ tinh, đảm nhiệm mối liên kết giữa nhu cầu thị trường đơn đặt hàng, nhàthiết kế, nhà chế tạo, nhà cung cấp, nhà tiêu thụ trong mạng liên thông toàn cầu WAR (WorldArea Netword).
1.1.2 Những đặc điểm cơ bản của máy CNC
- Khả năng tự động hoá cao
- Năng suất gia công cao, thời gian phụ (thay dao, chạy không,…) giảm
- Khả năng đạt độ chính xác cao, tính ổn định cao
- Có khả năng tập trung nguyên công cao, khả năng gia công nhiều bề mặt trong cùngmột lần gá
- So với máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (cam, cữ hành trình, trục gàibi…) máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm được thời gian điềuchỉnh máy đạt được tính chính xác cao ngay cả với sản xuất hàng loạt nhỏ
- Một ưu điểm nổi bậc khác chỉ có trong máy CNC đó là phương thức làm việc với hệthống xử lý thông tin “điện tử – số hóa” Phương thức này cho phép nối ghép với hệthống xử lý số trong phạm vi quản lý xí nghiệp Đồng thời cũng tạo điều kiện cho việcứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên kết cục bộ ( LAN) haymạng liên thông (WAN)
Máy công cụ CNC tuy có được nhiều ưu điểm so với máy vạn năng nhưng cũng còn có nhượcđiểm là:
- Không thích hợp với việc gia công những chi tiết đơn giản
- Chi phí cho việc mua sắm trang thiết bị quá cao
- Đòi hỏi người thợ đứng máy phải có một kiến thức tương đối rộng cả về cơ khí, lẫnđiện tử khi tiến hành gia công
1.2 Công dụng của máy CNC
- Độ chính xác gia công phụ thuộc vào độ chính xác của hệ thống đo
- Chất lượng gia công ổn định
- Có thể gia công những chi tiết phức tạp mà máy công cụ thường không gia công được
- Tháo và kẹp chi tiết một cách tự động
- Đem lại hiệu quả kinh tế rất cao
Ngày nay, các máy CNC chiếm phần lớn trong các dây chuyền sản xuất của phân xưởng, nhàmáy có quy mô lớn
Trang 41.3 Phạm vi sử dụng của máy CNC
Hiện nay máy công cụ CNC đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi vào nhiều lĩnhvực cuộc sống nhiều nước trên thế giới Cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ vi xử
lý, trung tâm điều khiển của máy CNC hiện đại được điều khiển bởi bộ vi xử lý Nhờ tốc độ
xử lý của các phần tử này mà nhịp độ làm việc của các máy CNC được ghép với chúng không
bị thay đổi Có thể coi sự ra đời của máy CNC là một cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực cơkhí chế tạo máy, đó là một phần tử vô cùng quan trọng trong hệ thống sản xuất linh hoạt Nógóp phần thúc đẩy quá trình tự động hóa nhằm dần dần thay thế vai trò của con người trongquá trình sản xuất
2 VAI TRÒ, VỊ TRÍ, VÀ TRÌNH ĐỘ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY TRONG THỰC TẾ 2.1 Vai trò
Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là rất xa lạ và ítngười biết đến nó
Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với nước
ngoài như: dự án “Chuyên giao công nghệ thiết kế, phát triển và chế tạo khuôn mẫu” Lúc
đó các công nghệ CNC như: máy phay CNC, máy tiện CNC, đo lường CNC, lần đầu tiênđược giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn cũng như của các doanhnghiệp trong nước và liên doanh với ngoài
Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang có những dự án đầu tư các dâychuyền sản xuất với phần lớn thiết bị trong dây chuyền là các máy CNC
2.2 Vị trí và trình độ phát triển của máy CNC
Hiện nay máy phay CNC được sử dụng rộng rãi ở các công ty sản xuất loạt lớn hàngkhối tại Việt Nam
Mặc dù, công nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong một thời gian ngắn nhưng có thểnói công nghệ này đã có một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc trong những năm tới đâycông nghệ này sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xưởng, nhà máy ở nước ta Vì nóđem lại hiệu quả kinh tế rất cao Đặc biệt trong điều kiện sản xuất hiện nay ở nước ta Do vậy,việc đấy mạnh ứng dụng công nghệ CNC là một nhu cầu cần thiết đối với các cơ sở sản xuấtnói chung và nghành chế tao máy nói riêng
3.TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ MÁY CÔNG CỤ VÀ CÁC CÔNG CỤ THIẾT KẾ HIỆN ĐẠI.
3.1 Phân tích yêu cầu thiết kế
Để thiết kế được máy phay CNC ta phải thực hiện theo các trình tự thiết kế sau :
- Đầu tiên ta phải phân tích, tìm hiểu kỹ về máy và nguyên lý hoạt động của máy
Trang 5- Sau khi phân tích cấu tạo máy ta chia ra từng bộ phận máy có chức năng , vai trò cụ thể Từđấy ta có thể lựa chọn thiết kế máy theo cấu tạo như : hệ thống bôi trơn , làm nguội ; hệ thốngđiều khiển ; hệ thống gia công …
- Sau khi tìm hiểu nguyên lý hoạt động máy ta có thể phân tích được các đường truyền , cơcấu hoạt động của bàn máy , bàn dao , bàn điều khiển … Từ đó ta thiết kế máy theo cácđường truyền dẫn cụ thể như sau : Trục vít me dọc , trục vit me ngang của bàn máy , chuyểnđộng chạy dao …
3.2 Tổng hợp thiết kế
Để thiết kế được một máy cụ thể ta phải thực hiên theo trình tự các bước thiết kế sau :
- Thiết kế cấu trúc động học máy
- Thiết kế đặc tính kỹ thuật máy
- Thiết kế động học máy
- Thiết kế động lực học máy
- Thiết kế kết cấu máy
- Thiết kế hệ thống bôi trơn ,làm nguội
- Thiết kế hệ thống điều khiển máy
- Ứng dụng lập trình gia công sản phẩm
3.3 Phương pháp thiết kế
3.4 Thiết kế có trợ giúp máy tính.
3.5 Các yêu cầu , nội dung thiết kế
Quá trình hoàn chỉnh một bản thiết kế không phải dễ dàng đạt được ngay ở lần đầu quacác giai đoạn phân chia như trên rõ rành như vậy Thường phải tiến hành song song một sốgiai đoạn, có khi phải lập bản vẽ trước khi tính toán và tính sức bền chi tiết để kiểm tra Trongquá trình thiết kế, giai đoạn trước phải ước tính tới những kết quả của giai đoạn sau Vì vậtđòi hỏi cán bộ thiết kế phải tích lũy kinh nghiệm phong phú về mọi mặt mới có thể hoànthành tốt một bản thiết kế
Trang 6CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ CẤU TRÚC ĐỘNG HỌC MÁY 2.1 CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY.
Một sản phẩm có thể thực hiện bằng những quy trình công nghệ khác nhau và tươngứng là những máy khác nhau Vì vật quy trình công nghệ gia công trên máy là yếu tố bậc nhấtảnh hưởng đến sơ đồ nguyên tắc máy
Công nghệ chủ yếu của máy phay CNC là để gia công các bề mặt định hình , gia côngbánh răng , rãnh thẳng , xoắn hình , gia công lỗ Máy có thể hiện được các loại chi tiết phứctạp mà máy vạn năng khó có thể thực hiện, là loại máy được dùng trong sản xuất loạt lớnhàng khối
2.2 BỀ MẶT CƠ BẢN ĐƯỢC TẠO HÌNH TRÊN MÁY
Bề mặt hình học của các chi tiết máy rất đa dạng có thể là: mặt phẳng, mặt trụ, mặt côn,mặt cầu, lỗ…Để tạo hình bề mặt trên máy công cụ có 4 phương pháp cơ bản sau đây:
2.1.2Phương pháp theo vết
Bề mặt gia công được hình thành do tổng hợp các vết chuyển động của lưỡi cắt tạo nên Nói một cách khác quỹ tích các vết chuyển động của mũi dao cắt là đường sinh của bề mặt giacông Máy cắt kim loại thực hiện phương pháp này là máy tiện , máy phay , máy khoan …
2.1.3 Phương pháp bao hình
Phương pháp bao hình là phương pháp tạo hình khi cho lưỡi cắt chuyển động , nó luônluôn tạo thành nhiều đường , nhiều bề mặt tiếp tuyến liên tục với bề mặt gia công Qũy tíchcủa những tiếp điểm này chính là đường sinh của bề mặt gia công Bề mặt tạo hình khi đó sẽphụ thuộc vào hình dáng của lưỡi cắt
2.1.4 Phương pháp tiếp xúc
Phương pháp tiếp xúc là phương pháp đường tạo hình bề mặt được hình thành theo quátrình gia công như là một đường chuẩn tiếp xúc với vô số các đường phụ là quỹ đạo chuyểnđộng của chất điểm trên lưỡi cắt của dụng cụ
Trang 72.3 SƠ ĐỒ GIA CÔNG ĐIỂN HÌNH
2.3.1 Phân tích sơ đồ gia công bề mặt định hình:
+T dc là chuyển động tịnh tiến lên
xuống theo trục Z của trục chính mang phôi
và cũng là chuyển động tạo tốc độ bao hình
khi gia công bề mặt 2,4
Xét về phương diện tạo hình thì
chuyển động T dc là nhóm tạo hình đường
chuẩn
+ T bmx: là chuyển động tịnh tiến theo
trục X của bàn máy mang phôi
+ T bmy: là chuyển động tịnh tiến theo trục Y của bàn máy mang phôi
Hình 1: Sơ đồ gia công bề măt định hình Xét về phương diện tạo hình thì hai chuyển động T bmx , T bmy là nhóm tạo hình đường sinh
2.3.2 Sơ đồ cấu trúc và điều chỉnh động học
- Các đặc điểm của máy công cụ điều khiển số:
Tất cả các chuyển động đến từng cơ cấu chấp hành của máy công cụ điều khiển số đềudùng nhưng nguồn động lực riêng.Liên kết động học trong máy điều khiển số chủ yếu là liênkết động học ngoài gọi tắt là liên kết ngoài là liên kết giữa khâu chấp hành và nguồn phátđộng.Các chuyển động đến từng cơ cấu chấp hành của máy công cụ điều khiển số đều dùngnhững nguồn động lực riêng Khả năng liên kết giữa các chuyển động trong máy được tínhtoán trong bộ vi sử lý và được bộ điều khiển phối hợp các chuyển động riêng biệt một cáchnhịp nhàng
Tập hợp các nguồn truyền động, các thành phần truyền dẫn trong máy công cụ, các liênkết động học để đảm bảo một chuyển động chấp hành được gọi là một nhóm động học.Têncủa nhóm động học tương ứng với tên gọi của chuyển động mà nhóm đó tạo nên Ví dụ nhưnhóm tạo hình, nhóm phân độ, nhóm cắt vào Trong máy gia công điều khiển số thường chỉbao gồm các xích động học đơn giản như:
Trang 8- Khi phối hợp các trục x ,y ,z sẽ có sơ đồ của máy như sau :
- Truyền động chạy dao trên máy công cụ CNC
Các hệ truyền động chạy dao chuyển đổi các lệnh điều chỉnh trong bộ điều khiển thành các chuyển động tinh tiến của trục chính mang điện cực hay của bàn máy
Các chuyển động tịnh tiến là các chuyển động thẳng theo của ba trục tọa độ của không gian ba chiều
Hệ truyền động chạy dao của máy công cụ CNC phải thể hiện được các tính chất sau:
- Có tính động học cao: nếu đại lượng biến đổi, bàn máy phải theo kịp sự biến đổi vớithời gian nhỏ nhất
- Có độ vững chắc số vòng quay cao: khi các lực cản chạy dao biến đổi cần hạn chế tớimức thấp nhấy ảnh hưởng của nó đến tốc độ chạy dao, tốt nhất là không ảnh hưởng gì.Ngay cả khi chạy dao với tốc độ nhỏ nhất cũng đời hỏi một quá trình tốc độ ổn định
- Phạm vi điều chỉnh số vòng quay cao nhất có thể từ 1 : 10000 đến 1 : 30000
- Phải giải quyết được cả những lượng gia tăng dịch chuyển nhỏ nhất
Cấu trúc có tính nguyên tắc của một hệ thông truyền động chạy dao như hình trên
Trang 9Hình 1: Truyền động chạy dao của một bàn máy trong máy CNC
Trong đó:
1- Cảm nhận số vòng quay 2- Động cơ chạy dao
3-Đai băng 4-Vitme / Đai ốc / Bi
5-Bàn máy 6-Truyền động đo
7- Cảm nhận góc quay
Hệ truyền động gồm một động cơ dẫn quay, qua một cặp truyền động nữa đi tới bộ vitme – đai ốc – bi, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến
→ Đó là dạng tiêu chuẩn của một hệ thống chạy dao hiện đại
Kết luận : Các chi tiết gia công trên máy rất đa dạng và phong phú và chúng được giới hạn bởicác bề mặt hình học khác nhau xuất hiện trong quá trình gia công
Với máy phay CNC chọn hệ thống điều khiển CNC điều khiển quá trình gia công không cần
có tác dụng thêm của người vận hành mà tự động thay đổi các thông số gia công.Ngoài ra nó còn đảm đảm điều khiển giới hạn các thông số cắt gọt và đồng thời đảm nhiệm vai trò tối ưu hóa quá trình gia công giảm thời gian gia công đồng nghĩa với việc giảm giá thành Nó có các chức năng bổ sung thêm vào hệ điều khiển CNC là khả năng tự động theo dõi điện cực và đo chi tiết trong quá trình gia công
2.4 THIẾT LẬP CẤU TRÚC ĐỘNG HỌC MÁY.
2.4.1 Điều khiển số
Khi gia công trên các máy công cụ thông thường các bước gia công chi tiết do người thợthực hiện bằng tay như: điều chỉnh số vòng quay, lượng chạy dao, kiểm tra vị trí của dụng cụcắt để đạt được kích thước cần gia công trên bản vẽ
Ngược lại trên các máy công cụ điều khiển theo chương trình số quá trình gia công đượcthực hiện một cách tự động Trước khi gia công người ta phải đưa vào hệ thống điều khiển
Trang 10một chương trình gia công dưới dạng một chuỗi các mệnh lệnh điều khiển Hệ thống điềukhiển số có khả năng thực hiện các lệnh này và kiểm tra chúng bằng hệ thống đo dịch chuyểncủa các bàn trượt của máy.
Như vậy điều khiển số là một hình thức đặc biệt của tự động hóa, mà cụ thể các máycông cụ tự động được lập trình để thực hiện một loạt các hoạt động ở một chế độ xác địnhtrước nhằm tạo ra một chi tiết có kích thước và thông số vật lý có thể hoàn toàn dự đoán được
Ưu điểm của điều khiển số là:
+ Điều khiển số hoàn toàn là do tính chất quyết định của các linh kiện số Các linh kiện
số cho phép thực hiện các thao tác phức tạp một cách đơn giản như: nội suy các đường biêndạng phức tạp của chi tiết, phôi hợp chuyển động giữa các trục thành phần riêng biệt, đo vàphản hồi trực tiếp vị trí của chi tiết và tốc độ chạy dao
+ Ngày này 80% các linh kiện trên thị trường là linh kiện số Do vậy xuất hiện một tràolưu trong kỹ thuật là chuyển từ kỹ thuật tương tự sang kỹ thuật số
+ Các chương trình phần mềm cho phép tối ưu hóa điều khiển và thay đổi các tính năngmong muốn Ví dụ như điều khiển mommen hoặc từ thông số không đổi có thể điều khiểnkiểu logic Nhưng trong trường hợp này giá thành sẽ đắt, phức tạp, tốn nhiều thời gian thựchiện, điều khiển số có thể đơn giản vấn đề này
+ Các chức năng điều khiển được thực hiện bằng phần mềm cho nên với cùng một thiết
bị phần cứng ( một bộ vi xử lý và các giao diện) được sử dụng cho mọi ứng dụng Điều nàylàm giảm chi phí dự phòng như mua sắm thêm các thiết bị công nghệ hay bảo dưỡng do đólàm giảm giá thành
+ Điều khiển số luôn nằm trong kế hoạch tự động hóa toàn bộ chu trình sản xuất với cácmức độ phân cấp tự động hóa khác nhau, tạo điều khiện thuận lợi để mở rộng quy mô sản xuất
Ưu điểm cơ bản của máy CNC
+ So với máy công cụ điều khiển bằng tay, kết quả làm việc của máy CNC không phụthuộc vào tay nghề thuần thục của người điều khiển Các thông số của quá trình gia công đượclập trình sẵn từ trước, cung với bộ điều khiển thích nghi các thông số gia công tự động thayđổi để đảm bảo quá trình gia công đạt được yêu cầu đề ra Người điều khiển máy chủ yêuđóng vai trò theo rõi và kiểm tra các chức năng hoạt động của máy
+ So với máy điều khiển hoạt động theo chương trình cứng (dùng cam, dưỡng, cữ chặn,trục gài bi, công tắc hành trình ) máy CNC có tính linh hoạt cao hơn trong công việc lậptrình, đặc biệt có sự trợ giúp của máy vi tính, tiết kiệm được thời gian chỉnh máy, thiết bị điềukhiển, chi phái bảo dưỡng, đạt được tính kinh tế cao ngay cả với loạt sản xuất nhỏ
+ Ưu điểm chỉ có trong máy CNC đó là phương thức làm việc với hệ thống xử lý thôngtin “điện tử - số hóa”, cho phép nối ghép với hệ thống xử lý số trong phạm vị quản lý toàn xínghiệp, tạo điều kiện mở rộng tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuậtquản lý hiện đại thông qua mạng liên thông cục bộ (LAN) hay mạng liên thông toàn cầu(WAN)
Trang 11Các yếu tố nói trên đã chứng tỏ việc lựa chọn điều khiển số được ứng dụng trongmáy điều khiển số vừa đáp ứng được nhu cầu của sản xuất đạt ra mà còn phù hợp với sự pháttriển chung của nền khoa học kỹ thuật hiện đại, làm cơ sở cho sự phát triển hệ thống điều khiển thôngminh
2.4.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC
Khái niệm hệ điều khiển số
Là hệ thống điều khiển đặc trưng bởi các đại lượng đầu vào là những tín hiệu số nhị phân,chúng được đưa vào hệ điều khiển dưới dạng một chương trình điều khiển có hệ thống.Trong hệ điều khiển số ứng dụng cho điều khiển máy công cụ,các đại lượng đầu vào
là những thông tin,dữ liệu hay số liệu nạp vào
Các dạng điều khiển số
Khi gia công các chi tiết khác nhau thì các bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏi sự chuyển động khác nhau giữa dao và chi tiết Qũy đạo của các chuyển động này được xác định chính xác thông qua các chỉ dẫn điều khiển Tuỳ dạng chuyển động của điểm đầu, điểm cuối và quãng đường dịch chuyển mà ta có các dạng điều khiển khác nhau Các dạng điều khiển đó được phân ra thành: điều khiển điểm, điều khiển đoạn hay đường thẳng và điểu khiển biên dạng phi tuyến
Dạng điều khiển theo điểm
Ở máy khoan, khoét, doa, cắt lỗ ren thì chi tiết gia công phải được định vị tại một điểm cố định trên bàn máy Trong quá trình định vị, dao không vào cắt mà chuyển động trên các trục riêng lẻ lúc này đều không rành buộc bởi các quan hệ hàm số, tốc độ của các chuyển động định vị không phụ thuộc vào các yếu tố công nghệ.
Quá trình như vậy cũng xảy ra ở các máy hàn điểm hay máy gấp cạnh lá tôn khi điểu khiển dịch động cho các mảng gá chặn, bàn gấp.
Điều khiển số thực hiện quá trình chuyển động này thuộc dạng điều khiển điểm
y
Ví dụ: khi gia công hai lỗ A,B có toạ độ (xA y A ) (x B
yB yB) trong hệ trục toạ độ XOY ta có thể điều khiển
theo 2 cách sau đây:
Trước hết di chuyển nhanh dụng cụ tới điểm A (x A y A ) sau đó thực hiện gia công lỗ A Sau đó di chuyển dụng cụ thoát ra khỏi lỗ gia công (đảm bảo
y A dịch chuyển dụng cụ an toàn, dịch chuyển đến điểm
B gia công lỗ B Quá trình dịch chuyển điểm B được thực hiện theo 2 cách như trên hình.
Điều khiển theo đường
Điều khiển theo đường là tạo ra các đường chạy song song với trục của máy Trong khi đó dao chạy liên tục tạo nên bề mặt gia công
Trang 12Điều khiển đường được sử dụng trong trường hợp gia công chi tiết hình trụ hoặc ở máy
phay biên dạng song song với trục y
Điều khiển contour ta có thể tạo ra các đường contour hoặc đường thẳng tuỳ ý trong không gian
a Điều khiển 2D
b Điều khiển 2,1/2D
Cho phép thực hiện đường contour của dụng cụ cắt trong một mặt phẳng gia công.Ví dụ như trên máy tiện dụng cụ sẽ dịch chuyển trên mặt phẳng XOZ để tạo nên các đường sinh trên bề mặt.Còn trên máy phay 2D dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển động trên mặt phẳng XOY để tạo nên đường rãnh hay mặt bậc bất kỳ
c Điều khiển 3D
Dạng điều khiển nàzy có khả năng thực hiện các chuyển động của dụng cụ cắt theo bề mặt gia công Thông qua chức năng G trong chương trình có thể chuyển xtừ mặt X-Y sang X- Z
Bằng điều khiển này ta có thể thực hiện các chuyển
động của dụng cụ trong không gian ba kích thước,khi đó
các trục của máy chuyển động đồng thời
Trang 13- 30 -
ụ
d Điều khiển 4D và 5D
Bề mặt gia công
Dụng c
Trên cơ sở của chuyển động 3D người ta còn bố trí thêm cho chi tiết hoặc dụng cụ thêm 1 chuyển động quay hoặc 2 chuyển động quay xung quyanh một trục nào đó theo quan hệ giành buộc của các trục khác trên máy 3DS
Hệ điều khiển CNC( Computer Numerical Control)
Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC
• Điều khiển NC (Numberical Control)
Đặc tính của hệ điều khiển này là “chương trình hoá các mối quan liên hệ” trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác định một nhiệm vụ nhất định, liên hệ giữa chúng phải thông qua dây nối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển.
Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng
• Điều khiến CNC(Computerized Numerical Control)
Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ Nó bao gồm một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý (microprocessor) kèm theo các bộ nhớ ngoại vi
Đa số các chức năng điều khiển đều được giải quyết thông qua phần mềm nghĩa là các chương trình làm việc có thể được thiết lập trước.
Nhờ các chương trình hệ thống CNC mà các máy tính có thể sử dụng để thực hiện những chức năng điều khiển theo yêu cầu.
Do các hệ điều khiển hiện đại có nguyên lý cấu trúc và xử lý dữ liệu theo dạng điều khiển CNC
Trang 14Đặc trưng cơ bản của điều khiển CNC
Nâng cao tính tự động
Các máy công cụ được trang bị bộ điều khiển CNC có tốc độ dịch chuyển lớn Do đó tăng được năng suất cắt gọt, giảm tối đa thời gian phụ Khi so sánh một máy công cụ không được trang bị bộ điều khiển CNC với máy được trang bị người ta nhận thấy năng suất tăng gấp 3 lần
Nâng cao tính linh hoạt
Máy CNC có khả năng thích nghi nhanh với chương trình gia công với các chi tiết khác nhau Do nguyên lý hoạt động và cấu trúc của nó đã tạo điều kiện giảm thời gian gia công và hiệu chỉnh công nghệ kỹ thuật.
Nâng cao tính tập trung nguyên công
Các máy công cụ CNC có khả năng thực hiện nhiều bước công nghệ hoặc nhiều bứơc nguyên công khác nhau trong một lần gá đặt phôi
Nâng cao tính chính xác và đảm bảo chất lượng gia công
Trong quá trình gia công độ chính xác luôn được đảm bảo ổn định Ngoài ra máy CNC còn có khả năng mô phỏng quá trình cắt gọt nên người vận hành có thể quan sát tổng thể trực tiếp các giai đoạn gia công, phát hiện kịp thời sai sót
Nâng cao hiệu quả kinh tế
Máy CNC vừa có khả năng điều khiển trực tiếp trên máy vừa có khả năng lập trình trên phần mềm nên máy CNC hữu dụng kinh tế ngay cả với xí nghiệp có quy mô trung bình và nhỏ Ngoài ra CNC có khả năng thay đổi một cách nhanh chóng công nghệ sản xuất nên nó đáp ứng kịp thởi với nhu cầu của thị trường
Trang 152.4.3.Cấu trúc phần cứng bộ điều khiển CNC
2.4.4 Cấu trúc dữ liệu bộ điều khiển CNC
-Chương trình điều khiển đưa vào chương trình từ đĩa mềm,DC hoặc từ bàn phím
Trang 16-Chương trình đưa vào bộ điều khiển CNC và được xử lý rồi qua bộ khuếch đại đưa đến cácmáy NC
- Giá trị thực về vị trí, vận tốc và gia tốc các bàn máy được giám sát bởi các cảm biến vàencoder
- Các giá trị thực được phản hồi về bộ điều khiển CNC để khử sai lệch
-Đây là điều khiển vòng kín
2.4.5 Sơ đồ hệ thống điều khiển máy phay CNC.
- Các phần tử trong hệ thống.
1.Máy tính và phần mềm điều khiển
2.Mạch điều khiển chuyển động AKZ250
3.Driver servo và động cơ servo
4.Biến tần, trục chính
5.Công tắc hành trình và cảm biến
6.Bộ phận thay dao tự động
Trang 17CHƯƠNG III: THIẾT KẾ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT MÁY CÔNG CỤ
3.1 ĐẶC TÍNH CÔNG NGHỆ.
Máy phay CNC có thể gia công các bề mặt phẳng định hình , phay răng , then hoa…Các nguyên công thực hiện trên máy phay là: Phay mặt phẳng ,phay mặt nghiêng, phay rãnh,phay định hình , … Ngoài ra nếu bố trí thêm đồ gá thì có thể mở rộng thêm phạm vi công nghệcủa máy như khoan , khoét
Các dụng cụ cắt được sử dụng trên máy phay thường là: Thép cacbon dụng cụ, thép gió,thép hợp kim dụng cụ, hợp kim cứng…
Phôi có thể gia công được trên máy là phôi thanh, phôi rèn hoặc đúc Vật liệu phôi chủ yếu làthép cabon, thép họp kim, gang… Ngoài ra còn có hợp kim màu và vật liệu phi kim loại
Tùy theo phương pháp đạt độ chính xác khi gia công mà chi tiết gia công có thể đạt được độchính xác và độ bóng bề mặt khác nhau
Chất lượng bề mặt khi gia công trên máy CNC
- Chất lượng bề mặt là một khái niệm tổng hợp, bao gồm :
+ Độ nhám bề mặt: Về độ nhám bề mặt, khi gia công thô sẽ có độ nhám lớn, tạo ra bề mặt thô,
xù xì.Khi gia công tinh sẽ nhận được bề mặt so độ nhám nhỏ, bề mặt tinh, nhẵn Bề mặt càngthô thì càng giảm đặc tính chống mài mòn cơ học và tăng nguy cơ bị ăn mòn hóa học
Để xác định độ nhám, người ta đo giá trị nhám cực đại R (tức là chiều cao lớn nhất maxgiữa các đỉnh và các thung lũng của đáy nhấp nhô bề mặt) và
độ nhám trung bình R ( tức giá trị trung bình số học của tất cả các nhấp nhô bề mặt Cần chú ý a
không bao giờ được nhầm lẫn giữa R và max R a
Để đạt được độ nhám của lớp bề mặt theo yêu cầu, khi gia công trên máy CNC nên sửdụng nhiều bước gia công kế tiếp nhau: gia công thô, bán tinh và tinh
Phay thô có thể đạt độ bóng bề mặt cấp 2 và 3 (khi chiều sâu cắt và lượng chạy dao rănglớn) Khi chế độ cắt, các thông số hình học của dao và điều kiện làm nguội được chọn một cáchhợp lý thì độ bóng bề mặt gia công có thể đạt cấp 4, 5 và 6.Còn độ bóng cấp 7, 8 vó thể đạtđược khi phay tinh bằng dao có độ chính xác cao, chế độ cắt hợp lý và máy có độ cứng vữngcao
Trang 18+ Độ chính xác gia công:
Dung sai ± 0,001 có thể đạt được trên máy CNC
Độ chính xác khi gia công trên máy CNC phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
Sai số gia công tổng cộng trên máy CNC xuất hiện trên các thống truyền động của máy,trong các hệ thống truyền động và kiểm tra và trong bản thân chi tiết gia công Các sai số giacông được ký hiệu và giải thích như sau:
δ1,δ2,δ3,δ4 – Sai số lập trình, nội suy, hiệu chỉnh nội suy và sai số của “ lệnh trở vềđiểm 0”
δ5 ,δ6 Sai số của các bước bên trong và sai số tích lũy của đatric
δ7- Sai số các cơ cấu chuyển đổi tín hiệu
δ8 - Sai số của dreipha đặc tính truyền động(sai số thời gian phát xung)
δ9,δ10,δ11 - Các sai số truyền động(lực, mômen, tốc độ)
δ12 - Sai số trục vít bi
δ13 - Sai số hình học của máy
δ14 ,δ15 - Biến ạng đàn hồi của máy và đồ gá
δ16- Sai số kích thước gá đặt dao
δ17 - Sai số do mòn dao
δ18 - Biến dạng đàn hồi của dao
δ19 - Sai số gá đặt chi tiết gia công
δ20 - Biến dạng đàn hồi của chi tiết gia công
δ21 - Biến dạng nhiệt của chi tiết gia công
Sai số tổng bằng tổng các sai số trên
- Về độ chính xác của máy, trước hết nhà chế tạo phải quan tâm tới bố trí máy cho tối ưu Điềunày nhà chế tạo chỉ có thể ảnh hưởng ở mức độ giới hạn vì phải quan tâm đến quan hệ về giáthành, công suất và độ chấp nhận được của máy.Người sử dụng cũng cần quan tâm những điềukiện phù hợp như nhiệt độ phòng và chú ý cần thiết trong quá trình sử dụng máy
- Người sử dụng phải chịu trách nhiệm về các thông số điều chỉnh
- Độ chính xác lập trình không chỉ phụ thuộc vào người sử dụng mà còn phụ thuộc vào nhà sảnxuất máy Ví dụ, khi lập trình cho gia công theo một đường cong nào đó, người lập trình phảitận dụng mọi khả năng điều khiển của máy để miêu tả đường cong đó đúng như nó có thể có
Trang 19được Mặt khác, nhiệm vụ của nhà chế tạo phải cung cấp một hệ điều khiển có khả năng thựchiện chính xác đường cong cho trước một cách hiệu quả.
3.2 ĐẶC TÍNH KÍCH THƯỚC.
Đối với máy phay CNC ta có bề mặt công tác của bàn máy ta chọn B x L là : 1150 x
520
3.3 ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC.
3.3.1 Vận tốc cắt và lượng chạy dao tới hạn
Để đảm bảo máy làm việc với năng suất cao đồng thời cũng đảm bảo chất lượng của chitiết gia công máy thiết kế phải có khả năng để lựa chọn vận tốc cắt và lượng chạy dao hợp lýnhất
Chuyển động chạy dao là chuyển động tương đối của dụng cụ và chi tiết gia công đượcthêm vào và tạo điều kiện đưa vùng gia công lan rộng ra toàn bề mặt gia công Chuyển độngchạy dao có thể liên tục hoặc gián đoạn
Tốc độ cắt là quãng đường mà một điểm trên lưỡi cắt chính ở cách trục xa nhất đi được trongmột phút
Sau một vòng quay của dao phay điểm của lưỡi cắt nằm trên đường tròn của dao có
đương kính d sẽ đi được một quãng đường mà chiều dài là chu vi của đường tròn tức là d p
Để xác định quãng đường mà điểm đó đi được trong một phút , cần phải nhân quãng
đường đi được sau một vòng với số vòng quay của dao trong một phút tức là : d p n Lúc đó tốc
độ cắt xác định theo công thức sau:
1000
dn
V = p
(m/ph)V: vận tốc (m/ph)
d: đường kính của dao (mm)
n : số vòng quay trục chính (v/ph)Đối với chi tiết gia công cùng chu vi nhưng cơ lí tính khác nhau thì cần phải gia công vớivận tốc khác nhau Trong trường hợp cần gia công chi tiết có đường kính dao khác nhau nhưngvận tốc như nhau thì số vòng quay phải được điều chỉnh từ nmin- n maxtức là dùng vận tốc vmin
để gia công đường kính d max thì số vòng quay cần thiết là :
Trang 20min min
ax
1000
m
v n
d p
=
(v/ph)Khi dùng vận tốc v để gia công chi tiết có đường kính dao max dmin thì số vòng quay cầnthiết là :
ax ax
min
1000 m
m
v n
d p
=
Phạm vi thay đổi vận tốc cắt trong 2 giới hạn trên gọi là phạm vi điều chỉnh.Phạm vi điềuchỉnh số vòng quay ký hiệu là Rn và được xác định theo công thức sau :
ax ax ax min min min
Đối với máy CNC thì ta có thể điều chỉnh được số vòng quay ở đầu ra của trục chính n 0
Do đó ứng với bất kỳ đường kính nào của chi tiết máy cũng có thể có khả năng đáp ứng được
số vòng quay mong muốn Từ đó tuổi bền của dao và hiệu suất gia công của máy sẽ được nângcao
Khi phay trên máy CNC thì lượng chạy dao ở máy độc lập với tốc độ trục chính và đượcthực hiện bằng động cơ điều khiển vô cấp ( động cơ bước) và được xác định bằng công thức :
S= n t i (mm/ph) d
Trong đó : n : số vòng quay của động cơ chạy dao (v/ph) d
i: tỉ số truyền từ động cơ đến cơ cấu chấp hành
t : lượng di động của cơ cấu chấp hành khi trục cuối cùng củatrục chạy dao quay 1 vòng ( mm/vg)
Lượng chạy dao nhỏ nhất Smin tương ứng với tỉ số truyền thay đổi i Lượng chạy daominSmax tương ứng với tỉ số truyền thay đổi i max trên cơ sở đó ta có thể xác định phạm vi điềuchỉnh lượng chạy dao Rs
Trang 21axmin
Sm S
Tóm lại , máy CNC thì phạm vi điều chỉnh Rn và Rs khá lớn Điều đó cho phép đáp ứngđược các thông số công nghệ một cách cao nhất và góp phần vào giải quyết được vấn đề tối ưutrong chế độ cắt
3.4 ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC
Đặc trưng động lực học của máy được xác định theo chế độ cắt tính toán có tải trọng vàcông suất lớn nhất Dựa vào máy chuẩn là máy phay CNC mazak ta có:
3.4.1 Chế độ cắt tính toán
- Đường kính dao D*= Dmax= (mm)
- Chiều sâu cắt t*= 0,1 Dmax = 0,1.80 =8(mm)
- Lượng chạy dao lớn nhất theo các phương X , Y , Z là(0-4)m/ph
- Lượng chạy dao nhanh theo các phương X ,Y ,Z là 7,5 m/ph
- Số răng dao : 12 dao
Công suất động cơ : 2,5 KW
3.4.4 Vùng làm việc của máy
- Khoảng cách dịch chuyển theo phương X : 1150 mm
- Khoảng cách dịch chuyển theo phương Y : 5200 mm
- Khoảng cách dịch chuyển theo phương Z : 505 mm
Trang 22CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY CÔNG CỤ
4.1 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC TRUYỀN DẪN CHÍNH
4.1.1 Phân tích thiết kế các truyền dẫn chính
Khi chọn kiểu truyền dẫn ta cần căn cứ vào phạm vi điều chỉnh, công suất truyền, trị sốtrượt, thuận tiện cho điều khiển, thay đổi tốc độ nhanh, tính công nghệ tốt
Với máy phay CNC chuyển động chính là chuyển động quay của dao, có công suấtđộng cơ bé thua 100 kw, theo ENIMS ta dùng truyền dẫn động cơ vô cấp tốc độ điều khiển số
4.1.2 Thiết kế truyền dẫn tốc độ
Với máy phay CNC dựa trên máy chuẩn PC MILL 155 thì ta chọn được động cơ nối vớitrục chính thông qua bộ truyền đai Vậy để thiết kế được đường truyền dẫn tốc độ ta phải chọnđộng cơ phù hợp với thiết kế bộ truyền đai cho máy
4.1.2.1 Chọn động cơ
Hầu hết trong các máy CNC hiện đại đều không có hộp tốc độ Trục chính của máyđược nối trực tiếp hoặc qua một bộ truyền cơ khí với động cơ Động cơ để tạo ra chuyển độngtrục chính thường là động cơ không đòng bộ 3 pha điều khiển vô cấp tốc độ Theo máy chuẩn
PC MILL155 thì động cơ nối với trục chính qua bộ truyền đai Căn cứ vào máy chuẩn ta chọn
động cơ A02 (A0 p 2) 32-4 (322/TKCTM)
Động cơ này có các thông số sau :
- Công suất định mức của động cơ 2,5kw
- Tốc độ đồng bộ 1500v/ph
- Tốc độ không đồng bộ 1430v/ph
- Số cặp cực 2
- Hệ số trượt s= 0,0467
Trang 23Để số vòng quay đầu ra của trục chính là vô cấp từ (35-8000)v/ph chúng ta dùng bộ biếntầng giãn tiếp để thay đổi f
Chọn tần số điều chỉnh f =50Hz
Khi đó ta có bước nhảy của tần số là :
ax 471
min
8000
1,12 35
m
qZ n n
351.228,6 28, 6
n
f = = = Hz lấy = 2 Hz
Tần số dòng điện hiệu chỉnh lớn nhất là :
ax ax
8000
279.7
28, 6 28, 6
m m
n
f = = = Hz lấy = 280Hz
Vậy phạm vi đều chỉnh tần số
ax min
280
1402
m f
f R
f
Ta chọn bộ biến tầng có phạm vi điều chỉnh f 140³
Trang 244.1.2.2 Chọn bộ truyền đai (chọn đai răng)
Bộ truyền đai trong trường hợp này chỉ có mục đích là truyền chuyển động từ trục động
cơ sang trục chính mà không tăng hoặc giảm (i d = ) Ngoài ra nó còn có tác dụng bảo vệ máy1khi xảy ra hiện tượng quá tải
*Đặc điểm của bộ truyền đai
-Ưu điểm:
+ Có khả năng truyền chuyển động và cơ năng giữa các trục xa nhau
+ Làm việc êm không ồn
+ Giữ được an toàn cho các chi tiết máy và động cơ khi bị quá tải nhờ hiện tượngtrượt trơn
+ Có thể truyền chuyển động cho nhiều trục
+ Kết cấu đơn giản, bảo quản dễ, giá thành hạ
- Nhược điểm
+ Khuôn khổ và kích thước lớn ( với cùng một điều kiện làm việc, đường kính bánhđai lớn hơn đường kích bánh răng khoảng 5 lần)
+ Tỷ số truyền không ổn định, hiệu suất thấp vỡ cú trượt đàn hồi
+ Lực tác dụng lên trục và ổ lớn do phải căng đai ( so với truyền động bánh rănglớn hơn gấp 2 ÷ 3 lần)
+ Tuổi thọ của đai thấp
Phạm vi sử dụng
+ Do thích hợp ở vận tốc cao nên thường được lắp ở đầu vào các hộp giảm tốc.+ Thường dung khi cần truyền động trên khoảng cách trục lớn, công suất truyềndẫn không quá 40 ÷ 50 kW , vận tốc vũng V = 5 ÷ 30 m/s
+ Tỷ số truyền của đai dẹt u ≤ 5
+ Tỷ số truyền của đai thang u ≤ 10
Trang 254.2 Thiết kế đường truyền chạy dao
4.2.1 Vài nét về động cơ bước
Động cơ bước làm việc theo nguyên tắc khi có một xung điện vào sẽ là động cơ quay mộtgóc xác định Số lượng xung tỉ lệ thuận với với độ dịch chuyển và thường được chọn sao chomột góc bước động cơ ứng với nhỏ nhất bằng một đơn vị lập trình = 0,01mm Như vậy , giá trịdịch chuyển cho trước được đưa vào số lượng xung và động cơ sẽ thực hiện số vòng quaytương ứng Không dùng đến hệ thống đo chuyển vị , không có hệ so sánh nên làm đơn giản cáctrang bị điều khiển kèm theo Tuy nhiên động cơ bước chỉ truyền được công suất nhỏ , thườngphải kèm theo các bộ phận khuếch đại
Chiều quay của động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy trong các cuộndây phần ứng , mà phụ thuộc vào thứ tự cuộn dây phần ứng được cung cấp xung điều khiển
Trang 264.2.2 Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của đường truyền chạy dao
+ Đảm bảo tốc độ chạy dao nhanh V=7,5 m/ph
+ Cả 3 đường truyền chạy dao đều giống nhau nên ta chỉ tính toán , thiết kế một lần
- Yêu cầu kỹ thuật
Hệ thống truyền động chạy dao của máy công cụ CNC phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuậtsau
+ Có tính động học cao : nếu đại lượng dẫn biến đổi thì bàn máy phải theo kịp sự thayđổi đó trong khoảng thời gian rất ngắn
+ Có độ vững chắc về số vòng quay : khi lực cắt thay đổi cần hạn chế tới mức thấp nhấtảnh hưởng của nó tới tốc độ chạy dao , tốt nhất là không ảnh hưởng gì cả Ngay cả khi daochạy với tốc độ nhỏ cũng đòi hỏi một tốc độ ổn định
+ Phạm vi điều chỉnh số vòng quay lớn
+ sai số dịch chuyển phải nhỏ £1,5 m m
Để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đó ngày nay người ta dùng động cơ điện vô cấp tốc độ đểthực hiện việc truyền động chạy dao
-Tính toán thiết kế truyền động chạy dao ( sử dụng động cơ bước)
+ Dữ liệu ban đầu: - Góc bước động cơ d=1,50
- Khoảng sai lệch [ ]D =s 1,5m m
- Tốc độ chạy dao nhanh Vnh =7,5 m/ph=125mm/s
-Lực kéo Q= 2500N
Trang 27- Phạm vi điều chỉnh tốc độ chạy dao dọc, ngang, đứng khi gia công
v ik
Chọn f= 84KHz
Số vòng quay động cơ thực hiện chế độ dao nhanh :
1,5/ 360 84000 350( / )
360
dc
Trang 28Đường truyền chạy dao
4.2.3 Tính chọn công suất động cơ chạy dao.(động cơ bước)
Công suất động cơ được xác định theo chế độ cắt cực đại của máy theo công thức:
4612.10 9,81
S QV N
h
=
Theo máy chuẩn ta có :
Q=2500N Lực chạy dao cực đại
Trang 29Thay vào công thức trên ta có
2 30,97 0,99 0,94 0,86
Từ đó ta có
3 4
2500.4.10
1,9( w)612.10 9,81.0,86
Vậy ta chọn công suất động cơ chạy dao là N= 2 Kw
Tóm lại ta chọn động cơ của 3 trục là như nhau với các thông số sau : Công suất định mức động cơ bước là N=2Kw
Góc bươc của động cơ bước là 0
1,5
d=
Trang 30CHƯƠNG 5 :THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC TOÀN MÁY.
Thiết kế động lực học toàn máy bao gồm việc xác định lực , lựa chọn vật liệu, dạng kếtcấu , kích thước của chi tiết và bộ phận máy
5.1 XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC GIỚI HẠN
Chế độ làm việc giới hạn của máy bao gồm chế độ cắt gọt , chế độ bôi trơn , làm nguội
an toàn … Một máy mới đã thiết kế chế độ xong phải quy rõ rang về chế độ làm việc của máytrước khi đưa vào sản xuất Hiện nay có nhiều phương pháp xác định chế độ cắt giới hạn khácnhau
Tính theo nguyên lý cắt ta có
5.1.1.1 Xác định tốc độ cắt
q V
Cv , m, x, y, q, p Hệ số và các số mũ được xác định ở bảng 5.31 st CNCTM2
T chu kỳ bền của dao bảng 5.40 stCNCTM2\
Trang 31Kv hệ số điều chỉnh xác định theo công thức
Kv=K K K
Trong đó : Kmv hệ số phụ thuộc vào chất lượng của vật liệu gia công bảng 5.1-5.4 stCNCTM2
Knv hệ số phụ thuộc vào trạng thái phôi bảng 5.5 st
Kuv hệ số phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt bang 5.6 st
5.1.1.2 Lượng chạy dao
Khi phay cần phân biệt lượng chạy dao răng Sx , lượng chạy dao vòng S và lượng chaydao phút , tất cả biểu diễn theo mỗi quan hệ sau
Sph= S.n=Sz.Sn
Trong đó : n số vòng quay của dao
Z số răng của dao phay
Lượng chạy dao xác định ở bảng 5.33+5.38 st CNCTM 2
5.1.1.3 Chiều sâu phay t(mm) và chiều rộng phay B(mm)
- Chiều sâu phay t và chiều rộng phay B được hiểu là lượng kim loại của phôi được bóc
đi khi phay Trong tất cả các dạng phay trừ dao phay mặt đầu , chiều sâu cắt được xác địnhbằng khoảng cách tiếp xúc của răng dao và phôi được đo theo hưởng vuông góc với đường tâmdao phay
- Chiều rộng phay B được xác định bằng chiều dài cắt của răng dao khi cắt theo hướngrăng dao song song với trục dao
5.1.2 Xác định lực tác dụng khi gia công
Trang 32thuộc vào quá trình tạo phoi , lực cắt P hình thành với các phần lực hướng trục Px , hướng kính
Trang 33- Lực Pz xác định tải trọng động chủa cơ cấu hộp tốc độ và tạo nên công suất cắt , thành phần lực cắt theo phương chiều sâu cắt t(mm)
- Lực Pv là lực ép dao vào chi tiết gia công là thành phần lực cắt , theo phương vận tốc v
- Lực Px,Py xác định tải trọng động của cơ cấu chạy dao là thành phần lực cắt theo phương chạy dao s.
5.1.3 Các phương pháp xác định thành phần lực
5.1.3.1 Phương pháp tính toán lực cắt theo lí thuyết đàn hồi
Pz=k(a+0,4c)b (N)Pn=k(0,4a+c)b (N)Trong đó Pn= Px2+Py2 lực pháp tuyến trên lưỡi cắt
a,b chiều sâu và chiều rộng lớp cắt
c chiều rộng tiếp xúc ở mặt sau của dao cắt
k hệ số phụ thuộc vào vật liệu
5.1.3.2 Phương pháp nguyên lý cắt
Gỉa sử dao phay mặt đầu bằng thép gió P18 có :
- Đường kính dao D= 63mm
- Cắt vật liệu thép 45 có s b=600(N/mm2)
- Chiều rộng của phôi B=45mm
- Khối lượng của bàn máy G=20kg
Dựa vào D và vật liệu của dao tra bảng 4.92 st CNCTM1 ta có
- Chiều dài phần làm việc của dao L=40mm
- Đường kính trục d=27mm
- Số răng dao Z=14 răng
Dựa vào các thông số đã chọn tra bảng 5.34 st CNCTM2 ta có Sz=0,06(mm/răng)
Tra bảng 5.35 st CNCTM 2 Ta có t=3mm
a Tốc độ cắt
Trang 34V= . ( / ) .
Cp t S B z
D n
=Trong đó tra bảng 5.5 st cnctm2 ta có :
- Lực chạy dao hướng kính Py= 0,35 Pz= 346,73(N)
- Lực chạy dao hướng trục Px= 0,52 Pz= 515,15(N)
Trang 35Pz V
CHƯƠNG 6 : THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY CÔNG CỤ
6.1 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CỤM TRỤC VÍTME BI TRỤC X.
6.1.1 Các thông số đầu vào
- Loại máy CNC : Phay
- Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT :
+ Phay mặt đầu
+ Dao có 8 lưỡi (z=8), đường kính D= 80mm
+ Tiêu chuẩn quốc gia : JIS
+ Vật liệu SUS440C
+ Grade 4040
+ Vận tốc : v= 100m/ph
+ Chiều sâu cắt : t= 0,8mm
+ Lượng chạy dao phút : F=900mm/ph
- Khối lượng lớn nhất của chi tiết : M=400KG
=> W=400kgf=4000N
- Trọng lượng bàn gá trục Y : Wx=2300N
- Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công : V1=18m/ph
- Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công : V2 = 12m/ph
- Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống : a=0,5g=5m/s2
- Thời gian hoạt động : Lt= 25000h ( khoảng 8,6 năm)