Nghiên cứu, mô hình hóa, mô phỏng chuyển động của bàn máy hai trục CNC

B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI - NGUN PHI LONG TI: NGHIấN CU, Mễ HèNH HểA, Mễ PHNG CHUYN NG CA BN MY HAI TRC CNC LUN VN THC S NGNH: CễNG NGH CH TO MY NGI HNG DN KHOA HC: NGUYN TRNG DANH H NI 2010 mục lục Trang phụ bìa Danh mục hình vẽ đồ thị .1 Mở đầu Chơng Khai thác công cụ mô hình hóa mô điều khiển Hệ 1.1 Khái quát công cụ mô hình hóa mô điều khiển hệ .6 1.1.1 Các khái niệm mô hình hóa mô điều khiển hệ 1.1.2 Lựa chọn công cụ mô hình hóa mô điều khiển hệ 1.2 Công cụ SimMechanics 1.2.1 Giới thiệu chung SimMechanics 1.2.2 ý nghĩa số khối SimMechanics 10 1.2.3 Các bớc xây dựng mô hình SimMechanics .27 1.2.4 Thiết lập cấu hình chạy mô hình SimMechanics 28 1.3 Công cụ SimMechanics CAD Translation 29 1.3.1 Xuất cụm lắp ghép môi trờng CAD sang định dạng XML .30 Hình 1.15 Mô hình tạo file XML 33 1.3.2 Chuyển đổi file XML sang mô hình SimMechanics 33 1.4 Công cụ Simulink .36 1.5 Công cụ Solid Works 36 Chơng - Xây dựng mô hình hệ truyền động chạy dao 37 máy CNC 37 2.1 Kết cấu khí hệ thống truyền động chạy dao máy CNC 37 2.2 Động điện thiết bị điều khiển máy CNC 38 2.3 Xây dựng mô hình CAD hệ truyền động chạy dao máy CNC 45 2.4 Xây dựng mô hình điều khiển hệ thống truyền động dới dạng mô hình SimMechanics 45 2.4.1 Mô hình hệ truyền động đơn giản 46 2.4.2 Mô hình lực ma sát 47 2.4.3 Mô hình lực cắt tác động lên bàn máy .49 2.4.4 Mô hình mô men xoắn giảm trấn 50 2.4.5 Mô hình hoàn chỉnh hệ truyền động bàn máy phay CNC 51 Chơng - Mô để khảo sát đặc trng 53 động lực học hệ thống 53 3.1 Chuyển động bàn máy trạng thái lý tởng 53 3.1.1 Các giả thiết 53 3.1.2 Kết khảo sát 53 3.2 Chuyển động bàn máy dới tác động lực ma sát .54 3.2.1 Các giả thiết 54 3.2.2 Kết khảo sát 54 3.3 Chuyển động bàn máy dới tác động lực cắt .55 3.3.1 Các giả thiết 55 3.3.2 Kết khảo sát 56 3.4 Chuyển động bàn máy trục vít me bị biến dạng đàn hồi .56 3.4.1 Các giả thiết 56 3.4.2 Kết khảo sát 57 3.5 Chuyển động bàn máy hệ thống chịu ảnh hởng tổng hợp yếu tố ma sát, lực cắt, biến dạng đàn hồi 57 3.5.1 Các giả thiết 57 3.5.2 Kết khảo sát 58 Chơng - Phân tích để xác định nguồn quy luật 59 phát sinh sai số gia công (theo quan điểm động lực học máy) 59 4.1 Phân tích để xác định nguồn phát sinh sai số gia công 59 4.1.1 Lực ma sát 60 4.1.2 Lực cắt 62 4.1.3 Biến dạng đàn hồi rung động .67 4.2 Phân tích để xác định quy luật phát sinh sai số gia công 68 4.2.1 Xét quy luật ảnh hởng lực ma sát đến quỹ đạo chuyển động bàn máy 69 4.2.2 Xét quy luật ảnh hởng lực cắt đến quỹ đạo chuyển động bàn máy70 4.2.3 Xét quy luật ảnh hởng biến dạng đàn hồi đến quỹ đạo chuyển động bàn máy 71 Chơng - Kiến nghị giải pháp hạn chế sai số gia công 73 5.1 Giảm sai số hình học máy, dao, đồ gá .73 5.2 Nâng cao độ cứng vững hệ thống công nghệ .74 5.3 Giảm rung động phát sinh trình cắt 75 5.4 Khắc phục biến dạng nhiệt hệ thống công nghệ 76 5.5 Giải pháp gá kẹp chi tiết 77 5.6 Chế độ cắt 77 Kết luận .81 Tài liệu tham khảo .83 Danh mục hình vẽ đồ thị Mở đầu Trong chiến lợc phát triển khoa học công nghệ Việt Nam đến năm 2010 viết: Đảng nhà nớc ta khẳng định phát triển khoa học công nghệ (KH&CN) với phát triển giáo dục đào tạo quốc sách hàng đầu, tảng động lực đẩy mạnh công nghiệp hóa (CNH), đại hóa (HĐH) đất nớc KH&CN có đóng góp đáng kể vào phát triển kính tế-xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh Tuy nhiên, trình độ KH&CN nớc ta nhìn chung thấp so với nớc giới khu vực; lực sáng tạo công nghệ hạn chế, cha đáp ứng đợc yêu cầu nghiệp CNH, HĐH đất nớc KH&CN nớc ta đứng trớc nguy tụt hậu ngày xa, trớc xu phát triển mạnh mẽ KH&CN kinh tế tri thức giới .T tởng chiến lợc phát triển KH&CN nớc ta đến năm 2010 tập trung xây dựng KH&CN theo hớng đại hội nhập, đa KH&CN thực trở thành tảng thúc đẩy CNH, HĐH đất nớc Các nhiệm vụ trọng tâm nghiên cứu khoa học tự nhiên là: Trong giai đoạn đến năm 2010, nghiên cứu khoa học tự nhiên cần đợc tiến hành có trọng điểm theo số hớng chủ yếu sau đây: Nghiên cứu định hớng ứng dụng nhằm hỗ trợ cho trình lựa chọn, tiếp thu, thích nghi cải tiến công nghệ tiên tiến nhập từ nớc vào Việt Nam tiến tới sáng tạo công nghệ đặc tính Việt Nam, lĩnh vực công nghệ tự động hóa, - điện tử Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hóa, điện tử nhằm nâng cao chất lợng, hiệu sản xuất, góp phần nâng cao sức cạnh tranh doanh nghiệp kinh tế Tự thiết kế, xây dựng phần mềm, lắp ráp, bảo trì vận hành hệ thống điều khiển, giám sát, thu thập xử lý số liệu; Nghiên cứu, chế tạo số sản phẩm điện tử, đặc biệt số lĩnh vực khí trọng điểm (máy công cụ, máy động lực, thiết bị điện-điện tử, ); ứng dụng phát triển công nghệ thiết kế, chế tạo hệ điều khiển điện tử (bao gồm phần cứng phần mềm), đặc biệt hệ điều khiển chúng; u tiên phát triển phần mềm ứng dụng giải pháp thiết kế Phát triển kỹ thuật mô phỏng, nhằm tối u hóa sản phẩm công nghệ cao ứng dụng lĩnh vực: rô bốt, máy xác, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiên tiến công nghiệp khí chế tạo máy, phát triển ngành khí chế tạo máy đủ sức trang bị số thiết bị, máy móc đáp ứng nhu cầu nớc, tiến tới xuất Với công nghệ gia công cơ: với việc nâng cấp, đại hóa thiết bị, máy móc có, cần áp dụng rộng rãi công nghệ mới; kết hợp khí điện tử phục vụ tự động hóa thiết kế trình điều khiển, kiểm tra, đo lờng Trớc bối cảnh đó, việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng, điều khiển để khảo sát, đa biện pháp nâng cao chất lợng gia công, chất lợng sản phẩm, suất gia công hớng nghiên cứu đắn Nh ta biết công nghệ mô dần chiếm vị trí quan trọng trình sản xuất Bởi sau trình tính toán thiết kế mong đợi cách xem hệ thống hoạt động có nh mong đợi không, tránh việc vào sản xuất mà chẳng may gặp lỗi thiết kế, tính toán gây lãng phí lớn vật chất lẫn thời gian Vì với trình tính toán thiết kế kết hợp với công cụ mô mô hệ thống để khảo sát hệ thống, xem hệ thống hoạt động nh nh mong đợi cha Qua rút ngắn thời gian giảm chi phí nghiên cứu phát triển sản phẩm cách đáng kể Điều đặc biệt có ý nghĩa sản phẩm hệ thống thiết bị kỹ thuật phức hợp với giá trị kinh tế cao Cùng với phát triển công nghệ điện tử tin học Công nghệ mô phát triển nhanh với hớng ứng dụng tin học Nhiều nớc tiên tiến giới nghiên cứu cho đời phần mềm mô mạnh với dao diện đồ hoạ khả hoạt động nh thật Một phần mềm phần mềm Matlab, công cụ mạnh cho phép mô khảo sát đối tợng, hệ thống hay trình kỹ thuật vật lý vv Matlap công cụ tuyệt vời để mô hình hóa mô hệ thống khí thông qua mô đun SimMechanics, SimMechanics CAD Translator, Simulink Hiệu trình mô hình hóa mô đợc nâng lên ta kết hợp Matlap với SolidWorks Bằng công cụ phần mềm Matlab SolidWorks, với hớng dẫn, giúp đỡ tận tình TS Nguyễn Trọng Doanh, tiến hành nghiên cứu, mô hình hoá, mô truyền động chạy dao máy CNC, nguyên nhân chủ yếu ảnh hởng đến độ xác gia công Trên sở mô hình CAD hệ truyền động, xây dựng mô hình sơ đồ khối điều khiển hệ truyền động Và liên kết tín hiệu lấy từ mô hình sơ đồ khối với mô hình hình học CAD để mô trình truyền động hệ thống, từ khảo sát yếu tố ảnh hởng đến độ xác gia công Qua xin đợc bầy tỏ lòng biết ơn sâu xắc đến TS Nguyễn Trọng Doanh - Ngời tận tình hớng dẫn suốt trình viết luận văn Cũng xin đợc cảm ơn thầy giáo thuộc môn Cơ khí chế tạo máy, khoa Cơ khí trờng ĐHBKHN cho nhiều ý kiến quý báu giúp hoàn thành luận văn Do thời gian có hạn nh hạn chế kiến thức thân, hẳn thiếu sót mong góp ý, lời nhận xét bổ sung thầy bạn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2010 Học viên: Chơng Khai thác công cụ mô hình hóa mô điều khiển Hệ 1.1 Khái quát công cụ mô hình hóa mô điều khiển hệ 1.1.1 Các khái niệm mô hình hóa mô điều khiển hệ Mô phơng pháp thí nghiệm với mô hình chi tiết hệ thống thực để xác định xem hệ thống phản ứng, thay đổi nh ta thay đổi cấu trúc, môi trờng giả thiết Mô cho phép thí nghiệm với mô hình hệ thống để hiểu rõ trình xẩy ra, nhằm nâng cao hiệu suất chất lợng hệ thống Mô hình hóa mô kết hợp đầu vào biến đổi với hệ thống, cung cấp phơng pháp đánh giá, thiết kế lại đo Mô trợ giúp việc giải vấn đề cách sáng tạo: khiếp sợ thất bại ngăn cản ngời đến với ý tởng sáng tạo Mô cho phép thử nghiệm kiểm tra ý tởng sáng tạo khuyến khích đợc quan điểm lạc quan Mô dự đoán đợc kết quả, tác động giá trị đầu vào hệ thống thay đổi Mô tính toán, xác định vấn đề mâu thuẫn, xung đột hệ thống Các mô hình mô giúp xem xét cách sâu sắc tác động, ảnh hởng hệ thống thay đổi giá trị đầu đầu vào Mô mang lại lợi nhuận: tổ chức cố gắng nhanh chóng đáp lại thay đổi thị trờng, mô hình mô công cụ tuyệt vời để đánh giá nhanh phản ứng Mô hình hóa mô cho phép thí nghiệm với tham số hệ thống mà không cần phải can thiệp vào hệ thống thực Mô cung cấp nhiều lựa chọn, giảm thiểu rủi do, nâng cao khả thành công, cung cấp thông tin để định mà chi phí cho thí nghiệm với hệ thống thực Vì mô cung cấp phơng pháp có sai công tua lẫn sai số vị trí chi tiết gia công Để khắc phục đợc sai số cần phải tìm quy luật phát sinh sai số để từ tác động vào thông số đầu vào để nâng cao độ xác gia công 4.2.1 Xét quy luật ảnh hởng lực ma sát đến quỹ đạo chuyển động bàn máy Các yếu tố ảnh hởng trực tiếp đến lực ma sát hệ số ma sát, tải pháp tuyến cụ thể trọng lợng bàn máy, chi tiết gia công, lực cắt Dới kết khảo sát với thông số đầu vào khác nhau: TT Hệ số ma Tải trọng Lực cắt (N) tĩnh (kg) sát F=A.sin(2.) T.gian Khoảng dịch Đồ thị chuyển chuyển (m) động (s) Trục Trục Trục Trục X X Z X 0 28,54 35,73 Z Y Z 0 Trục Trục Trục Trục XZ X Z X Z 20 20 0,666 0,666 Hình 4.4a 0,1 0,1 28,54 35,73 0 2,8 13,5 0.049 0,235 Hình 4.4b 0,1 0,1 28,54 35,73 (50;6) (50;6) (50;6) 14,2 0.06 0,245 Hình 4.4c a) b) c) Hình 4.4 : Đồ thị quỹ đạo chuyển động bàn máy chịu ảnh hởng ma sát Với kết ta thấy: 69 - Khi có lực ma sát, quỹ đạo chuyển động thay đổi hình dạng tọa độ điểm cuối - Khi có ma sát tồn khoảng thời gian cuối bàn máy dịch chuyển theo trục Z, kết lực quán tính (F = -m.a) chuyển động theo trục Z lớn chuyển động theo trục X Vì tổng khối lợng tải theo phơng Z lớn phơng X nên để chạy quỹ đạo cần giảm chênh lệch tải tác dụng (khối lợng chi tiết, lực cắt), thay đổi gia tốc cho trục 4.2.2 Xét quy luật ảnh hởng lực cắt đến quỹ đạo chuyển động bàn máy TT Hệ số ma Tải trọng Lực cắt (N) tĩnh (kg) sát T.gian Khoảng F=A.sin(2.) chuyển động (s) Trục Trục Trục Trục X X Z X 0 28,54 35,73 Z Y Z 0 Đồ thị dịch chuyển (m) Trục Trục Trục Trục XZ X Z X Z 20 20 0,666 0,666 Hình 4.5a 0 28,54 35,73 (50;6 (50;6 (50;6 20 ) 0 ) 6) 0,735 0,678 Hình ) 28,54 35,73 (-50; (-50; (-50; 20 6) 20 6) 70 4.5b 20 0,6 0,655 Hình 4.5c a) b) c) Hình 4.5 : Đồ thị quỹ đạo chuyển động bàn máy chịu ảnh hởng ma sát Qua kết ta thấy lực cắt không gây sai số công tua, gây sai số vị trí Tùy theo phơng pháp cắt, hớng lực cắt mà vị trí điểm cuối quỹ đạo có tọa độ lớn hay nhỏ giá trị mong muốn 4.2.3 Xét quy luật ảnh hởng biến dạng đàn hồi đến quỹ đạo chuyển động bàn máy Tổng mô men xoắn cản trở chuyển động quay trục vít me biến dạng đàn hồi gây ra: = k ( ) b Trong đó: k hệ số lò xo (phản ánh tính đàn hồi); b hệ số giảm trấn (phản ánh ảnh hởng dao động) - góc xoắn ban đầu TT Vận tốc đầu (0/s) Tải trọng Các hệ số tĩnh (kg) Trục X Trục Z Trục Trục k X 12000 12000 b Z 28,54 35,73 0 T.gian Khoảng chuyển dịch động (s) chuyển (m) Đồ thị Trục Trục Trục Trục XZ X Z X Z 20 20 0,666 0,666 Hình 4.5a 12000 12000 28,54 35,73 0,0 0,000 1 71 1,4 9,3 0,02 0,12 Hình 4.5b a) b) Hình 4.6 : Đồ thị quỹ đạo chuyển động bàn máy chịu ảnh hởng ma sát Dới ảnh hởng tính đàn hồi, chuyển động trục X dừng sau 1,4s vị trí 0,02m tiếp tục dao động tắt dần xung quanh vị trí thời gian Chuyển động trục Z dừng sau 9,3s vị trí 0,12m tà tiếp tục dao động tắt dần xung quanh vị trí 0,12m với biên độ nhỏ dao động theo phơng X Kết làm thay đổi quỹ đạo chuyển động bàn máy thay đổi vị trí dừng bàn máy 72 Chơng - Kiến nghị giải pháp hạn chế sai số gia công Theo nh phân tích chơng 4, ta tổng kết yếu tố ảnh hởng đến sai số gia công (theo quan điểm động lực học) nh sau: - Lực ma sát Các yếu tố ảnh hởng đến lực ma sát gồm: o Tải trọng pháp tuyến, gồm: trọng lợng chi tiết hệ thống truyền động nh bàn máy, trục vít me, đai ốc, động cơ, phôi; lực cắt, lực quán tính o Hệ số ma sát Các yếu tố ảnh hởng đến hệ số ma sát gồm: tải trọng, chất lợng bề mặt tiếp xúc (độ cứng, độ nhẵn bóng), vật liệu cặp chi tiết ma sát, dạng tích chất chất bôi trơn, môi trờng (nhiệt độ, bụi) - Lực cắt Các yếu tố ảnh hởng đến lực cắt gồm: o Chế độ cắt: tốc độ cắt, chiều sâu cắt o Chất lợng phôi: tính vật liệu (độ đồng vật liệu, độ không đồng độ cứng phôi), chất lợng bề mặt phôi o Hiện tợng cùn dao o Rung động - Biến dạng đàn hồi Các yếu tố ảnh hởng đến biến dạng đàn hồi gồm: o Lực cắt, tải trọng o Mô men truyền động máy Để hạn chế sai số gia công, ta cần khắc phục yếu tố ảnh hởng đến sai số Dới số giải pháp cụ thể để hạn chế sai số gia công 5.1 Giảm sai số hình học máy, dao, đồ gá - Sửa chữa định kỳ, thêm cấu hiệu chỉnh - Giảm sai số gá đặt chi tiết gia công đồ gá, giảm số lần gá Nâng cao độ xác chế tạo đồ gá - Nâng cao độ xác chế tạo dao dao định kích thớc, dao định hình Chọn vật liệu làm dao tốt, nhiệt luyện mài dao tốt để nâng cao tuổi thọ dao 73 - Chọn chế độ cắt hợp lý cho không ảnh hởng đến suất nhng trình mài mòn dao chậm (U0 nhỏ) 5.2 Nâng cao độ cứng vững hệ thống công nghệ Khi gia công, lực cắt tác dụng lên hệ thống công nghệ làm bị biến dạng gây sai số gia công Để giảm biến dạng, nâng cao độ xác gia công, biện pháp nâng cao độ cứng vững hệ thống công nghệ Nâng cao độ cứng vững hệ thống công nghệ dùng biện pháp sau: - Thiết lập kết cấu cứng vững thay đổi kích thớc thành phần hệ thống công nghệ MGDC cách giảm bớt chiều dài phần công xôn, tăng đờng kính, tăng mô đun đàn hồi E cách dùng vật liệu có độ cứng vững cao hơn, giảm khoảng cách hai gối tựa phần chịu mô men xoắn mô men uốn - Giảm bớt số khâu hệ thống công nghệ MGDC để giảm bớt độ mềm dẻo hệ thống (vì = n i) nghĩa nâng cao J Giảm bớt số chi tiết i phận, thay số chi tiết nhỏ, yếu chi tiết lớn, phức tạp nhng cứng vững Trong điều kiện công nghệ cho phép, đúc liền số ụ, hộp số v.v với thân máy - Nâng cao chất lợng chế tạo chi tiết bề mặt tiếp xúc Nếu mặt tiếp xúc chế tạo không phẳng lắp ráp chúng tiếp xúc với phần lồi chỗ bề mặt, làm cho diện tiếp xúc nhỏ, độ cứng vững tiếp xúc giảm Độ cứng vững bề mặt tiếp xúc với xác định theo công thức: = q y (N/mm3) (2.20) Trong đó: - độ cứng vững bề mặt tiếp xúc; q- áp xuất tác dụng lên bề mặt tiếp xúc (N/mm2); y- độ biến dạng theo phơng lực tác dụng (mm); 74 Độ cứng vững mặt tiếp xúc phụ thuộc vào độ bóng, độ sóng bề mặt mà phụ thuộc vào tính chất lý lớp bề mặt Để nâng cao độ cứng vững tiếp xúc sử dụng phơng pháp gia công biến dạng dẻo, giảm Ra, Rz nâng cao độ cứng tế vi lớp bề mặt gia công - Nâng cao chất lợng lắp ráp, loại trừ khe hở mối lắp ghép, làm cho độ cứng vững tăng lên - Có chế độ sử dụng máy hợp lý, độ cứng vững hệ thống công nghệ không cố định mà thay đổi tuỳ theo điều kiện sử dụng nh nhiệt độ làm việc, chế độ bôi trơn tình trạng chịu tải v.vVí dụ, độ cứng vững ụ trục máy mài tròn trạng thái nhiệt độ bình thờng không làm việc 15,000 kN/m (1529kG/mm) nhng sau chạy không 30 phút, nhiệt độ tăng lên độ cứng vững tăng tới 22,400 kN/m (2284 kG/mm) tức tăng 44% Vì gia công chi tiết xác ngời ta thờng cho máy chạy không thời gian, bôi trơn liên tục phận làm việc, siết chặt lại cấu để đảm bảo cho hệ thống đạt đến điều kiện làm việc ổn định gia công - Phải định kỳ kiểm tra lại độ cứng vững phận hệ thống công nghệ - Không dùng dao mòn Nên thay đổi thông số hình học dao cho phù hợp với điều kiện cụ thể nhằm giảm lực cắt gia công 5.3 Giảm rung động phát sinh trình cắt Biện pháp giảm rung động cỡng - Nâng cao độ cứng vững hệ thống công nghệ - Giảm lực kích thích từ bên truyền tới - Yêu cầu chi tiết truyền động máy có độ xác cao - Các chi tiết quay nhanh phải đợc cân động - Tránh cắt không liên tục - Gia công chi tiết có độ xác cao phải có cấu giảm rung, có giảm rung cách ly với bên 75 Biện pháp giảm tự rung động - Tránh hớt lớp phoi rộng mỏng - Chọn tốc độ cắt hợp lý cho không nằm vào vùng xuất lẹo dao - Thay đổi hình dạng hình học dao cho giảm lực cắt phơng có rung động - Dùng dung dịch trơn nguội để giảm bớt mòn dao - Nâng cao độ cứng vững hệ thống công nghệ - Sử dụng trang bị giảm rung nhằm tiêu hao lợng tạo rung trình cắt 5.4 Khắc phục biến dạng nhiệt hệ thống công nghệ Khắc phục biến dạng nhiệt máy - Kết cấu máy phải đảm bảo điều kiện toả nhiệt tốt - Các phận nh động cơ, cấu thuỷ lực v.v phải bố trí cho trình làm việc chúng đợc nóng - Các chi tiết máy thiết kế phải có tiết diện đủ lớn để dễ toả nhiệt, có độ bóng bề mặt hợp lý để giảm ma sát - Các máy xác phải bố trí nơi đủ ánh sáng nhng lại phải đảm bảo không bị ánh nắng mặt trời chiếu vào nung nóng Khắc phục biến dạng nhiệt chi tiết gia công - Tới dung dịch trơn nguội vào vùng gia công với chế độ thích hợp, có hiệu - Chi tiết có yêu cầu xác cao phải sử dụng chế độ cắt thích hợp gia công phân xởng riêng - Trớc cắt gọt nên cho máy chạy không lúc nhiệt độ khâu máy tăng đến mức cân nhiệt với môi trờng xung quanh (lúc lợng nhiệt tăng thêm lên lợng nhiệt truyền môi trờng xung quanh) bắt đầu Trong trình chế tạo phôi nhiệt luyện nhiệt độ phần không nh tốc độ nguội phần khác gây co giãn phần 76 không nhau, kim loại gia công sinh ứng suất d ứng suất d bên cân lẫn tới ổn định làm cho hình dáng chi tiết ổn định Vì vật đúc lớn, trớc gia công thờng phải để thời gian dài để ứng suất d ổn định, trình thờng hoá Để khắc phục ảnh hởng ứng suất bên độ xác gia công dùng biện pháp sau: + Dùng kết cấu chi tiết cho khó gây ứng suất bên + Sử dụng vật liệu làm chi tiết hợp lý + Chọn trình công nghệ gia công kết cấu cụ thể + Thờng hoá tự nhiên nhân tạo phôi, bán thành phẩm nhiệt luyện vài lần trình công nghệ để khử dần ứng suất bên 5.5 Giải pháp gá kẹp chi tiết Về bản, cấu kẹp chi tiết máy CNC không khác với máy thông thờng Một số điểm khác có nguyên nhân: - Máy CNC làm việc tốc độ cao, gia tốc góc lớn Vì độ cân động phải cao để giảm lực ly tâm nh rung động Hệ thống ổ bôi trơn phải có khả làm việc tốc độ cao - Hệ thống kẹp phải có khả đợc điều khiển động Ví dụ máy CNC, hệ thống kẹp tự động dùng điện cơ, thuỷ lực, khí nén tác động nhanh từ chơng trình từ robot hay đợc dùng - Thờng cấu kẹp phôi đợc nối ghép làm việc với cấu cấp phôi tự động 5.6 Chế độ cắt Hệ thống điều khiển trục Trục máy CNC đảm bảo chuyển động cắt Trên máy phay, trục mang dao phay Trục tiêu tốn công suất lớn máy Vì công suất trục thờng đợc dùng làm tiêu đánh giá công suất gia công máy Yêu cầu trục có khoảng thay đổi số vòng quay rộng với mô men lớn, ổn định khả tải cao Trên máy CNC, tốc độ trục cần 77 đợc điều khiển vô cấp, tự động theo chơng trình phạm vi rộng Điều cần thiết, thay đổi đờng kính dao phay đờng kính phôi tiện mà lại cần trì vận tốc cắt không đổi Một số công việc ví dụ gia công ren đầu ta rô cứng, gia công ren nhiều đầu mốicòn đòi hỏi phải định vị xác góc trục Từ yêu cầu ngời ta sử dụng loại động dễ điều khiển tự động tốc độ, nh động chiều, xoay chiều đồng Gần đây, nhờ tiến kỹ thuật điều khiển số, động không đồng điều khiển biến tần đợc sử dụng rộng rãi Khi cần định vị góc trục chính, ngời ta gắn encoder lên trục động So với trục máy thông thờng, trục máy CNC làm việc với tốc độ cao (tới hàng vạn v/ph), thờng xuyên có gia tốc lớn Vì vậy, yêu cầu cân bằng, bôi trơn đặc biệt cao máy CNC Ngoài ra, nhu cầu thay dao nhanh, thay dao tự động, kết cấu kẹp dao máy phay CNC khác so với máy thông thờng Cơ cấu kẹp dao, phôi máy CNC thờng đợc điều khiển tự động khí nén thuỷ lực Hệ thống điều khiển chạy dao Hệ thống chạy dao đảm bảo chuyển động tạo hình, nên định khả công nghệ (kích thớc, hình dạng, độ xác bề mặt gia công) máy Trên thực tế chuyển động tạo hình dao phôi thực hiện, nhng ngời ta quy ớc trờng hợp coi bàn máy đứng yên, dao chuyển động Hệ thống chạy dao máy CNC có nhiều thay đổi so với máy thông thờng Sự thay đổi rõ trục chạy dao đợc điều khiển trục động riêng Sự phối hợp chuyển động tạo hình theo phơng điều khiển đảm nhiệm Hệ thống truyền động khí liên kết động học trục, kể tay quay không cần thiết Để đảm bảo độ xác êm dịu chuyển động, xích truyền động khí máy CNC dùng cấu vít me- đai ốc bi 78 Hình 5.1: Vị trí cấu vít me- đai ốc bi cấu chạy dao Một đầu trục vít me có lắp động truyền động Động thờng đợc lắp trực tiếp qua truyền đai răng, có khả truyền động êm chống trợt Một đầu trục đợc gắn thiết bị đo vị trí, encoder quay Bàn máy đợc gắn đai ốc Với mục đích khử khe hở, đảm bảo độ êm dịu chuyển động đảo chiều tăng độ cứng vững hệ thống, ngời ta thờng tạo sức căng vít me đai ốc nhờ lực kẹp hai nửa đai ốc bi (hình 5.2) Lực căng khe hở đợc hiệu chỉnh nhờ thay đổi chiều dày vòng cách 1: Đai ốc bi; 2: Vòng điều chỉnh khe hở; 3: Bi; 4: trục vít me bi Hình 5.2 : Cơ cấu tạo lực căng đai ốcbi Kể sau áp dụng biện pháp sai số chế tạo khí, ví dụ sai số bớc vít me, sai số biến dạng biến dạng nhiệt gia công Phần lớn điều khiển đại có khả bù khe hở sai số khí nói Tuy nhiên việc xác định giá trị sai số quy luật thay đổi chúng việc làm phải tỷ mỷ tốn công Chuyển động trục đợc điều khiển tự động từ chơng trình Trên máy không đòi hỏi độ xác cao thờng dùng động bớc Hệ điều khiển 79 dùng động bớc đợc gọi hệ điều khiển hở, mạch phản hồi vị trí Góc quay động phụ thuộc số xung tần số phát xung điều khiển Ưu điểm hệ điều khiển dùng động bớc đơn giản rẻ tiền Nhợc điển độ xác thấp công suất nhỏ Công suất truyền động tăng dùng động bớc kết hợp với hệ thống thuỷ lực, nhng độ xác tăng đợc Trên máy CNC công nghiệp thờng dùng hệ thống điều khiển kín, nghĩa phải có hệ thống đo phản hồi vị trí 80 Kết luận Sau thời gian nỗ lực nghiên cứu, tìm tòi, học hỏi thân, cộng với hớng dẫn, bảo nhiệt tình thầy giáo TS Nguyễn Trọng Doanh ý kiến đóng góp quý báu thầy cô bạn bè Em hoàn thành nội dung đề tài theo kế hoạch, đạt đợc mục tiêu đề tài, là: - ứng dụng phần mềm mô hình hóa mô động lực học điều khiển để nghiên cứu đặc trng động lực học truyền động chạy dao máy công cụ CNC - Trên sở khảo sát sai số gia công Các kết đạt đợc: - Khai thác sử dụng đợc công cụ SimMechanics, SimMechanics CAD Translator, Simulink phần mềm Matlap phần mềm SolidWorks Từ xây dựng đợc mô hình hệ truyền động chạy dao máy phay CNC - Liên kết đợc môi trờng điều khiển SimMechanics với môi trờng CAD để mô phỏng, khảo sát đặc trng động lực học hệ thống chạy dao máy phay CNC - Đã xác định đợc số nguồn, quy luật phát sinh sai số gia công kiến nghị số giải pháp hạn chế sai số gia công Mặc dù hoàn thành nội dung đề tài theo mục tiêu đặt Nhng điều kiện khả có hạn nên đề tài số hạn chế sau: - Các giả thiết đa để khảo sát mang tính chủ quan, cha vào khảo sát cho mô hình máy thực, cụ thể nh sau: o Cha xác định đợc hệ số ma sát cho cặp bề mặt ma sát thực o Cha sử dụng đợc giá trị lực cắt thực tế o Cha xác định đợc thông số đầu vào thực tế cho mô hình biến dạng đàn hồi - Việc đánh giá kết khảo sát cha triệt để Để giải đợc hạn chế đề tài, theo em trớc tiên cần phải kết hợp sử dụng số phần mềm chuyên dụng khác để kiểm chứng lại kết khảo sát, thứ hai cần phải nghiên cứu khảo sát mô hình máy thực 81 Hớng nghiên cứu tiền đề cho việc tiếp tục tìm hiểu nghiên cứu, khảo sát, ứng dụng cho mô hình máy thực Mặc dù cố gắng trình bày luận văn cho khoa học, dễ hiểu, dễ ứng dụng nhng khuôn khổ, thời gian, khả hạn chế, nên khó tránh khỏi thiếu sót việc thực đề tài Em mong nhận đợc bảo thày cô, đóng góp ý kiến đồng nghiệp bạn đọc để đề tài tiếp tục đợc nghiên cứu mở rộng, triển khai ứng dụng vào thực tế Em hy vọng nội dung nghiên cứu đợc sử dụng có hiệu tiếp tục phát triển để góp phần vào nghiệp công nghiệp hoá, đại hoá đất nớc 82 Tài liệu tham khảo Chiến lợcphát triển khoa học công nghệ Việt Nam đến năm 2010, Ban hành kèm theo Quyết định số 272/2003/QĐ-TTg, ngày 31 tháng 12 năm 2003 Thủ tớng Chính phủ Nguyễn Phùng Quang (2004), Matlab Simulink dành cho kỹ s điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội MathWorks Inc (2004), Matlab R14 and Simulink V6.0 MathWorks Inc (2004), SimMechanics Toolbox V2.2 MathWorks Inc (2004), Virtual Reality Toolbox V4.0 SolidWorks Corporation (2003), SolidWorks 2004 VS,GS.TSKH Nguyễn Anh Tuấn, TS Phạm Văn Hùng (2005), Ma sát học, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội PGS.TS Nguyễn Doãn ý (2005), Giáo trình Ma sát _ mòn _ bôi trơn, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội H.James Harrington, Kerim Tumay (2000), Simulation Modeling Methods, McGraw-Hill Book Company, Inc 10 Thomas Svobodny (1998), Mathemtical Modeling for Industry and Engineering, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey 07458 11 Yoram Koren (1983), Computer Control of Manufacturing Systems, McGrawHill Book Company, Inc 12 Modeling and Analysis of Dynamic System 83 ... 47 2.4.3 Mô hình lực cắt tác động lên bàn máy .49 2.4.4 Mô hình mô men xoắn giảm trấn 50 2.4.5 Mô hình hoàn chỉnh hệ truyền động bàn máy phay CNC 51 Chơng - Mô để khảo sát... khởi động chuyển động chi tiết nh cung cấp lực mô men Bắt đầu mô phỏng, SimMechanics tìm kiếm chuyển động hệ thống, trì ràng buộc áp đặt Mô kết cấu máy xây dựng mô hình hoạt hình hóa trình mô. .. dựng mô hình hệ truyền động chạy dao 37 máy CNC 37 2.1 Kết cấu khí hệ thống truyền động chạy dao máy CNC 37 2.2 Động điện thiết bị điều khiển máy CNC 38 2.3 Xây dựng mô hình