Đồ án thiết kế cơ khí về hệ thống thay dao tự động của máy phay CNC.Bao gồm file thuyết minh, bản word, và bản vẽ. Hệ thống thay dao tự động trong máy phay CNC được dùng nhiều trong kĩ thuật.Trong các máy CNC phục vụ cho cơ khí chế tạo thì việc sử dụng hệ thống thaydao tự động có tác dụng làm giảm thời gian thay dao nâng cao hiệu quả kinh tế của nhà máy là một yếu tố quan trọng góp phần vào quá trình tự động hóa sản xuất do đó việc đi sâu vào tìm hiểu hệ thống thay dao tự động cho phép ta có thể chế tạo hệ thống thay dao tự động riêng cho máy phù hợp với quá trình sản xuất của nhà máy, góp phần tăng năng suất của nhà máy.
Trang 1MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 2
1.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 2
1.1.1 Phân loại các cơ cấu cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động 2
1.1.2 Ổ chứa dao và vận chuyển dụng cụ khi cấp phát tự động 5
1.1.3 Thay thế dụng cụ và kẹp chặt dụng cụ tự động trong cơ cấu công tác 9
1.1.4 Một số trang bị ổ tích dụng cụ của một số nước 14
1.1.5 Hệ thống dụng cụ dùng cho máy CNC 14
1.1.6 Nhận dạng dụng cụ 17
1.1.7 Quản trị dụng cụ trong hệ CNC 19
1.2 CÁC HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG TRÊN MÁY PHAY CNC 24
1.2.1 Ổ chứa dao kết hợp tay kẹp dụng cụ 24
1.2.2 Ổ chứa dao tự hành 25
1.3 KẾT LUẬN 26
CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THAY DAO 27
2.1 LẬP QUY TRÌNH TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 27
2.1.1 Sơ đồ kết cấu của hệ thống thay dao tự động 27
2.1.2 Sơ đồ thiết kế hệ thống thay dao tự động 27
2.1.3 Kích thước đài dao 29
2.1.4 Các bước thay thế dụng cụ trên máy 29
2.1.5 Xác định gốc tính toán cho hệ thống thay dao 30
2.2 TÍNH TOÁN TANG CHỨA DAO 30
2.2.1 Xác định các thông số hình học của Tang 30
2.2.2 Tính toán cơ cấu Man cho Tang chứa dao 35
2.2.3 Tính toán và lựa chọn ổ lăn 41
2.2.4 Tính toán trục đỡ tang 43
2.3 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CHO CƠ CẤU TRỤC THAY DAO 45
2.3.1 Tính toán trục dẫn hướng 45
2.3.2 Tính toán và lựa chọn động cơ cho hệ thống dẫn động thay dao 46
2.4 KẾT LUẬN 51
CHƯƠNG 3: BẢN VẼ VÀ KIỂM BỀN MỘT SỐ KẾT CẤU 53
3.1 KIỂM BỀN MỘT SỐ KẾT CẤU 53
3.2 BẢN VẼ MỘT SỐ KẾT CẤU 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO 59
Trang 2DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Sơ đồ sử dụng dụng cụ cắt bằng phương pháp thay thế tự động 2
Hình 1.2 Sơ đồ phân loại hệ thống thay dao tự động 4
Hình 1.3 Kết cấu của đầu Rơvônve 5
Hình 1.4 Cấu trúc tổng thể của bàn dao nghiêng có đầu rơvônve 6
Hình 1.5 Sơ đồ thay dao tự động trên đầu rơvônve của hãng Okuma 6
Hình 1.6 Trung tâm gia công với đầu rơvônve 7
Hình 1.7 Các kiểu đầu rơvônve trên máy phay CNC và trung tâm gia công 7
Hình 1.8 Các phương án câu trúc của ổ chứa 8
Hình 1.9 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ trên trung tâm gia công một trục chính của hãng Mandelli 9
Hình 1.10 Cơ cấu thay thế dụng cụ tự động trên máy tiện 10
Hình 1.11 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ trên trung tâm gia công của hãng Mandelli 11
Hình 1.12 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ tự động với ổ chứa đặt phía trên trụ đứng 12
Hình 1.13 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ tự động với ổ chứa đặt phía trên trụ nằm ngang 12
Hình 1.14 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ khi ổ chứa bố trí bên cạnh của máy 12
Hình 1.15 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ trên máy có trục chính thẳng đứng 13
Hình 1.16: Ổ chứa dao kết hợp tay quay dụng cụ 24
Hình 1.17: Ổ chứa dao tự hành 25
Hình 1.18: Trình tự quá trình thay dao của ổ chứa dao tự hành 25
Hình 2.1: Sơ đồ kết cấu của hệ thống thay dao tự động 27
Hình 2.2 Bản vẽ đài dao 29
Hình 2.3 Mô hình đài dao BT30 29
Hình 2.4 Sơ đồ tính toán kích thước hình học của Tang 31
Hình 2.5 Các thông số của tay kẹp 32
Hình 2.6 Thông số hình học của tấm định vị 33
Hình 2.7 Quá trình kẹp dao 33
Hình 2.8 Sơ đồ tính toán cơ cấu Man 35
Hình 2.9 Cơ cấu Mantit 35
Trang 3Hình 2.10 Biểu đồ phụ thuộc vận tốc góc và gia tốc góc của đĩa Man vào góc ψ 39
Hình 2.11 Sơ đồ động lực học cơ cấu Man 40
Hình 2.12 Sơ đồ bố trỉ ổ lăn trên hệ thống thay dao 42
Hình 2.13 Sơ đồ phân bố lực 42
Hình 2.14 Sơ đồ bố trí lực trên trục đỡ Tang 44
Hình 2.15: Bố trí trục dẫn hướng trên hệ thống thay dao 45
Hình 2.16 Biểu đồ Momen 46
Hình 2.17 Mô hình cơ cấu sin 47
Hình 2.18 Mô hình bài toán vận tốc 48
Hình 2.19 Mô hình bài toán gia tốc 48
Hình 2.20 Bài toán lực tác dụng 49
Hình 2.21 Ổ bi trượt LMK25 50
Hình 2.22: Thông số kích thước của động cơ-HGT 51
Trang 4LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay khoa học kĩ thuật đang phát triển rất nhanh, mang lại những lợi ích cho
con người về tất cả những lĩnh vực vật chất và tinh thần Đóng góp vào sự phát triển
nhanh chóng của khoa học công nghệ trong thời gian gần đây, tự động hóa sản xuất có
một vai trò rất quan trọng Nhận thực được điều đó, trong chiến lực công nghiệp hóa
và hiện đại hóa, công nghệ tự động được ưu tiêu đầu tư và phát triển Để thực hiện
được điều đó thì một trong những ngành cần quan tâm phát triển đó là ngành Cơ khí
Một trong những vấn đề quyết định của tự động hóa ngành cơ khí chế tạo là kỹ thuật
điều khiển số và công nghệ trên các máy điều khiển số như máy NC và CNC
Trong các máy CNC phục vụ cho cơ khí chế tạo thì việc sử dụng hệ thống thay
dao tự động có tác dụng làm giảm thời gian thay dao nâng cao hiệu quả kinh tế của
nhà máy là một yếu tố quan trọng góp phần vào quá trình tự động hóa sản xuất do đó
việc đi sâu vào tìm hiểu hệ thống thay dao tự động cho phép ta có thể chế tạo hệ thống
thay dao tự động riêng cho máy phù hợp với quá trình sản xuất của nhà máy, góp phần
tăng năng suất của nhà máy
Dù đã cố gắng hoàn thành đồ án này, cùng với sự nhiệt tình và hướng dẫn cụ thể
của các thầy trong bộ môn, nhưng do hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn kém nên
không tránh khỏi sai sót Rất mong được sự góp ý và giúp đỡ của các thầy cô trong bộ
môn để trang bị thêm được nhiều kiến thức
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các thầy cô trong
viện và đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy TS Lê Đức Bảo đã giúp em hoàn thành đồ
án này
Hà nội ngày … tháng … năm 2017 Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn xxxx
Trang 51 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG
1.1 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 (trục chính 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:
Cơ cấu công tác
Máy CNC hoặc máy tự động
-Thả dao đã mòn ra khỏi trục chính -Tách dụng cụ chính ra khỏi dụng cụ phụ -Mài lại dụng cụ hoặc thay thế
Hình 1.1: Sơ đồ sử dụng dụng cụ cắt bằng phương pháp
thay thế tự động
Trang 6• 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
• Cơ cấu chọn dụng cụ cần thiết từ ổ dụng cụ để chuẩn bị dụng cụ thay thế
• 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 thế dụng 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
Trang 7Ổ chứa dụng cụ cho các đầu nhiều trục chính
có trục chính tại mỗi vị trí
Đầu rơvônve chỉ có trục chính tại
vị trí công tác
Với hai
và nhiều đầu rơvônve
Với tay máy
Không có tay máy
Có đầu quay nhiều vị trí
Có ổ chứa dụng cụ và tay máy
Chuyển động cấp thực hiện với
cả đầu rơvônve
Chuyển động cấp chỉ thực hiện với trục chính
Hình 1.2 Sơ đồ phân loại hệ thống thay dao tự động
Trang 81.1.2 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
1.1.2.1 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 1.3 Kết cấu của đầu Rơvônve
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:
Trang 9Hình 1.4 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, 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 thay dụng cụ trong đầu rơvônve 1
Hình 1.5 Sơ đồ thay dao tự động trên đầu rơvônve của hãng Okuma
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:
Trang 10Hình 1.6 Trung tâm gia công với đầu rơvônve
a 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 trí 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 1.7 Các kiểu đầu rơvônve trên máy phay CNC và trung tâm gia công
l1: 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 cấu này có ưu điểm là hành trình công tác l1 không bị hạn chế vì
Trang 11chuyển 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 nhiên kết cấu này có
độ cứng vững thấp
1.1.2.2 Lưu giữ và vận chuyển dụng cụ trong ổ chứa
Các phương án cấu trúc của các ổ chứa dụng cụ:
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)
Hình 1.8 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
Trang 12f, m: Dạng xích tải
n: Dạng thẳng
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 hiện theo các phương pháp sau:
• Thay thế vị trí (quay) ổ chứa dụng cụ (đầu rơvônve)
• Chuyển dụng cụ từ ổ chứa chính vào các trục chính qua ổ phụ (quay đầu có 2 hoặc nhiều vị trí)
• Thay thế trục tiếp dụng cụ từ ổ chứa vào trục chính
• 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 phải thực 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 1.9 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ trên trung tâm gia công một trục
chính của hãng Mandelli
a, b: tháo kẹp trục gá 1 và lùi trục chính 2
c, d: quay và hãm đầu rơvônve 3
e: đưa trục chính 4 vào vị trí và kẹp trục gá với dụng cụ mới
Trang 13Thời 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 1.10 Cơ cấu thay thế dụng cụ tự động trên máy tiện
a) Sơ đồ thay dụng cụ cho đầu quay
b) Đầu quay hai vị trí
Trên một số máy CNC người ta sử dụng phương án 3 khi thay thế dụng cụ cắt bằng phương pháp tự động:
Trang 14Hình 1.11 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ trên trung tâm gia công của
d Đưa ụ trục chính về vị trí gia công
Quá 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 kết cấu 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 trí của 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 dưỡi là tuần tự của quá trình thay thế dụng cụ trong trục chính 3 bằng tay máy 2 từ ổ chứa dụng cụ 1
Trang 15Hình 1.12 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ tự động với ổ chứa đặt phía trên
cụ tự động, người ta sử dụng kết cấu như hình dưới:
Hình 1.14 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ khi ổ chứa bố trí bên cạnh của
máy
Trang 16a: Sơ đồ chọn dụng cụ trong ổ chứa
1,4.dụng cụ; 2.giá treo tay máy; 3.tay máy
b: Sơ đồ thay thế dụng cụ trong trục chính
1,3.dụng cụ; 2 tay 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 90
độ 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
đó tay 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 1.15 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ trên máy có trục chính thẳng
đứng
a, 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 180 độ;
Trang 17m, 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 lượng dụng cụ <=30 thì các magazin dụng cụ được chế tạo dưới dạng tang trống, còn khi số lượng 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 là 125 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 tăng thời 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 trong công 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 suất bóc phoi cao và phải có chi phí gia công có thể chấp nhận được
Trang 18Năng 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 lưọng tiến dao), tiết diện phoi cắt, thể tích phoi cắt, tuổi bền và chiêù dài 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 thứoc 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 nghĩa là 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 giứi 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 cắ, 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 vàkhả năng diều 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
Trang 19Hệ 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: Khoa, 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 đổi tự 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 cơ cấu cơ bản:
+ Cơ cấu 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
Cơ cấu 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
Trang 20+ Tương ứng với các rãnh khía để ngàm, kẹp vào dùng cho cơ cấu thay đổi dụng
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
1.1.6 Nhận dạng dụng cụ
Chức năng quản trị dụng cụ quan trọng không những ở chỗ nhận dạng các dụng cụ một cách tin cậy mà còn cung cấp các dữ liệu ứng với từng dụng cụ một cách chính xác và không nhầm lẫn giữa các dụng cụ Tuỳ theo khả năng của hệ CNC mà phải nạp các dữ liệu cần thiết sau đây : Kiểu dụng cụ , số hiệu dụng cụ , dụng cụ dự bị để thay thế , vị trí dụng cụ trong ổ dao , dụng cụ tiêu chuẩn (hàng loạt ) chuyên dùng ,đầu khoan (đầu tiện , trọng lượng dụng cụ , lượng tiến dao tối đa và mômen quay 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 nhiều hơn 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
Trang 21+ 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 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 25 “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 có thể 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 …
Trang 22Nếu hệ CNC được nối với một máy tính DNC thì các dữ liệu sẽ được truyền dẫn tiếp khi có nhu cầu 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
+ 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 cụ có 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 chuẩn bị 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:
Trang 23➢ 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 thế cho 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 quản trị 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
Trang 24Những 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 thay dao tự động, điều chỉnh được mã hoá được ở những hệ lập trình và những hệ điều khiển với cách nạp dữ 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
Trang 25Các 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 được nạp 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 quay và 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 vậy ở 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 thì ổ tích băng xích càng
Trang 26dài, 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 có thể 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 máy sẽ do một Rôbôt phẳng thực hiện Rôbôt này quét qua toàn bộ diện tích chứa dụng cụ và chuẩn bị sẵn sàng 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 tích sau từng quá trình thay đổi dụng cụ và hệ điều khiển số dùng vi tính phải đảm
Trang 27nhận 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 CÁC HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG TRÊN MÁY PHAY CNC
Hệ thống thay dao tự động trên máy phay CNC có hai dạng cơ bản là ổ chứa dao kết hợp tay kẹp dụng cụ kép và ổ chứa dao tự hành
1.2.1 Ổ chứa dao kết hợp tay kẹp dụng cụ
Hình 1.16: Ổ chứa dao kết hợp tay quay dụng cụ
Khi chương trình gọi một dụng cụ mới thì bộ điều khiển CNC điều khiển ổ chứa dao (1) quay đưa dao được gọi vào vị trí sẵn sàng thay dao đồng thời điều khiển cụm trục chính (2) chuyển động lùi về vị trí thay sao, tay kẹp dụng cụ (3) quay 90o đồng thời kẹp cả hai dụng cụ trên trục chính và trên ổ chứa dao, quá trình tháo 2 dao ra khỏi cụm trục chính và ổ chứa dao được thực hiện bởi sự phối hợp của hệ thống tháo lỏng dụng cụ khi tay kẹp đi xuống, sau đó tay kẹp quay 180o đổi vị trí của hai dụng cụ, rồi chuyển động đi lên đưa 2 dụng cụ vào cụm trục chính và ổ chứa dao
Trang 281.2.2 Ổ chứa dao tự hành
Hình 1.17: Ổ chứa dao tự hành
Nguyên lý thay dao tự động của ổ chứa dao tự hành:
Khi chương trình gọi một dao mới thì bộ điều khiển sẽ điều khiển cụm trục chính (1) chuyển động về mặt phẳng thay dao, đồng thời ổ chứa dao (2) chuyển động tịnh tiến hướng vào cụm trục chính kẹp dao cần được thay (3) trên trục chính Hệ thống kẹp dao trong trục chính được điều khiển tháo lỏng, trục chính chuyển động đi lên tháo hoàn toàn khỏi cụm trục chính Ổ chứa dao quay, đưa dao được gọi bởi chương trình vào vị trí thay dao nằm bên dưới trục chính, khi đó trục chính chuyển động đi xuống kẹp chặt dụng cụ, và ổ chứa dao tịnh tiến lùi về vị trí ban đầu
Hình 1.18: Trình tự quá trình thay dao của ổ chứa dao tự hành
Trang 29Ổ chứa dao tự hành thường dùng 16, 18, 20, 22, 32… dao
1.3 KẾT LUẬN
Trong đồ án này em lựa chọn ổ chứa dao tự hành để tìm hiểu và tính toán
Với các số liệu cho trước:
➢ Số lượng dao lưu trữ Z: 18
➢ Đài dao: BT30
➢ Trọng lượng tối đao 1 dao m: 5(kg)
➢ Tổng trọng lượng tối đa của các dao M: 132 (kG)
➢ Đường kính lớn nhất của gá dao D: 55 (mm)
➢ Thời gian max thay dao gần nhất Tg: 3 (s)
➢ Thời gian max thay dao xa nhất Tx: 7 (s)
Và tìm hiểu các nội dung sau:
➢ Tính toán thiết kế động học hệ dẫn động thay dao
➢ Tính toán động lực học cơ cấu Man, chọn động cơ điện, vòng bi
➢ 1 bản vẽ lắp hệ thống dẫn động thay dao tự động
Trang 302 CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THAY
DAO
2.1 LẬP QUY TRÌNH TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 2.1.1 Sơ đồ kết cấu của hệ thống thay dao tự động
Hình 2.1: Sơ đồ kết cấu của hệ thống thay dao tự động
2.1.2 Sơ đồ thiết kế hệ thống thay dao tự động
Trang 31Các dữ liệu đầu vào
Tính toán đĩa tích dao Tính toán hệ dẫn động cho cơ cấu
thay dao Xác định các thông số hình học
của đĩa tích dao
a) Bán kính từ tâm dao đến tâm
đĩa tích dao RTD
b) Khoảng cách giữa các dao gần
nhau trong đĩa tích dao
c) Kiểm tra độ an toàn khi trục
chính vào thay dao
d) Lựa chọn cơ cấu kẹp trên Đĩa
d) Tính toán và lựa chọn động cơ
Tính toán và lựa chọn ổ lăn