Thiết kế, chế tạo hệ thống gá phôi nhanh trên máy phay CNC

Phương pháp gia công hiện tại: Việc triển khai gia công hiện tại của Công ty sản xuất Khuôn Chu Lai Trường Hải được thực hiện theo các bước sau: Sau khi gia công công nhân thực hiện chu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS PHẠM ĐĂNG PHƯỚC

Phản biện 1: TS TÀO QUANG BẢNG

Phản biện 2:TS BÙI HỆ THỐNG

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ (ghi ngành của học vị được công nhận) họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 28 tháng 12 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa , Trường Đại học Bách khoa –

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

- Công ty Sản xuất khuôn Chu Lai - Trường Hải đã thành lập được 2 năm Lĩnh vực chủ yếu của nhà máy là gia công khuôn mẫu và gia công cơ khí chính xác Hiện tại nhà máy chủ yếu sử dụng các máy CNC để gia công và đa số là các máy phay Nhưng việc thực hiện gá đặt và cấp phôi cho quá trình gia công chủ yếu là bằng tay, tốn nhiều thời gian

và sức lao động Phát sinh nhiều chi phí trong quá trình gia công

- Xuất phát từ lý do trên, tôi đã chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ thống gá phôi nhanh

trên máy phay CNC” cho Công ty sản xuất Khuôn Chu Lai – Trường Hải làm luận

văn tốt nghiệp

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Đáp ứng năng lực sản xuất và chất lượng sản phẩm

- Tiết kiệm thời gian gá đặt chi tiết

- Giảm chi phí gia công

- Giảm cường độ lao động của công nhân

- Linh hoạt trong quá trình sản xuất tiến đến khả năng tự động hóa trong quá trình sản xuất

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1 Đối tượng nghiên cứu:

- Hệ thống cấp phôi và gá đặt chi tiết gia công trên máy phay CNC

2 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu các công đoạn để gá đặt, cấp phôi trên máy phay CNC và thiết kế, chế tạo

đồ gá

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm

1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về gá đặt trên máy phay CNC (các trang bị công nghệ, các phương pháp gá đặt,…)

2 Phương pháp thực nghiệm:

- Khảo sát quá trình vận chuyển phôi và gá đặt thực tế

- Mô phỏng quá trình hoạt động của hệ thống gá đặt nhanh

 Từ kết quả theo dõi quá trình gá đặt theo phương pháp cũ và mô phỏng quá trình hoạt động của hệ thống gá đặt mới theo thực tế, dựa trên cơ sở lý thuyết và tính toán đánh giá sơ bộ quá trình hoạt động của hệ thống

V Ý NGHĨA THỰC TIỄN

Ứng dụng cho việc gá đặt trong quá trình gia công trên máy phay CNC Giảm thiểu thời gian gá đặt, tiết kiệm chi phí và sức lao động của công nhân vận hành máy

VI DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Một hệ thống cấp phôi cho máy phay CNC gồm các nội dung thiết kế, bộ bản vẽ và hình ảnh sản phẩm sau khi chế tạo

VII CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Gồm:

Phần mở đầu

Chương I: Tổng quan đồ gá trên máy phay CNC

Chương II: Khảo sát thực trạng và đề xuất gá đặt theo phương án mới

Chương III: Tính toán và thiết kế hệ thống gá phôi nhanh trên máy phay CNC

Chương IV: Chế tạo, thử nghiệm và đánh giá hiệu quả

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỒ GÁ TRÊN MÁY PHAY CNC 1.1 Tổng quan về máy phay CNC

1.1.1 Khái niệm máy CNC

Máy CNC – viết tắt cho Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) (điều khiển bằng

máy tính) – đề cập đến việc điều khiển các máy móc với sự hỗ trợ của máy tính với mục đích sản xuất các bộ phận kim khí phức tạp với độ chính xác cao,

Hình 1.1: Máy tính được kết nối với máy CNC

1.1.2 Ưu nhược điểm máy CNC

Ưu điểm:

 Máy CNC khi gia công không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển

 Máy công cụ CNC có tính linh hoạt cao trong công việc lập tŕnh, tiết kiệm thời gian hiệu chỉnh máy và đạt được hiệu quả kinh tế cao với sự trợ giúp của máy tính

 Máy CNC là phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử – số hóa”, cho phép nối ghép các hệ thống xử lý trong phạm vi quản lý của toàn xí nghiệp, tạo điều kiện

mở rộng tự động hóa toàn bộ quá tŕnh sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật hiện đại thông qua mạng liên thông cục bộ (LAN) hay mạng liên thông toàn cầu (WAN)

 Trong lĩnh vực gia công cắt gọt, máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian gia công, do mức tự động hoá nâng cao vượt bậc

 Máy công cụ CNC có thể dễ dàng thay đổi chương tŕnh gia công

 Máy điều khiển kỹ thuật số có thể thực hiện một lúc nhiều chuyển động khác nhau, tự động điều chỉnh sai sót dao cụ, tự động khiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa dao và chi tiết

 Máy công cụ CNC gia công được loạt chi tiết nhỏ, phản ứng một cách linh hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi

 Đa số các máy CNC đều có thể thực hiện một số lượng lớn các nguyên công khác nhau

mà không cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết

Máy tính – Bộ não của máy CNC

 Độ chính xác lặp lại đặc trưng cho mức độ ổn định trong suốt quá trình đảm bảo chất lượng gia công cao, là ưu việt tuyệt đối của các máy điều khiển kỹ thuật số

Nhược điểm:

 Giá thành chế tạo máy cao hơn

 Giá thành bảo dưỡng, sữa chữa máy cũng cao hơn

- ATC - Bộ thay dao tự động

- Động cơ – Bộ điều kiển – Encoder

Máy phay CNC còn có công dụng để đo khoảng cách với độ chính xác cao

Máy CNC cắt phôi bằng các lưỡi dao Các lưỡi dao này có bộ phận giữ nó trong q Những

bộ phần này gọi là holder (cán dao) Holder được gắn trên các ụ dao hay đầu BT, HSK,…

Hình 1.4 Dao cụ gia công CNC

1.2 Tổng quan về đồ gá

Đồ gá là một trong những trang bị công nghệ để thực hiện các bước, các nguyên công công nghệ trên máy

Vai trò đồ gá:

- Dùng để xác định nhanh chóng và chính xác vị trí của chi tiết gia công trên máy

- Dùng để dẫn hướng dụng cụ cắt trong máy Khoan , Khoét , Doa

- Có thể tạo ra những chuyển động mà trên máy công cụ không có hoặc làm việc không hiệu quả

- Đảm bảo yêu cầu năng suất và giảm nhẹ sức lao động

- Nâng cao tốc độ cơ khí hoá , tự động hoá của sản xuất

- Mở rộng năng suất công nghệ của máy công cụ

Phân loại:

- Phân loại theo nhóm:

+ Đồ gá trên máy tiện, máy tiện rơvonve

+ Đồ gá trên máy phay

+ Đồ gá trên máy bào

Ụ dao

Đầu BT, HSK

Holder (cán dao)

Mũi dao

+ Đồ gá trên máy mài

+ Đồ gá trên máy khoan

+ Đồ gá trên máy doa

+ Đồ gá trên máy chuốt

Đồ gá sử dụng trên máy phay Đồ gá sử dụng trên máy mài

Đồ gá sử dụng trên máy tiện Đồ gá sử dụng trên máy khoan

- Phân loại theo mức độ chuyên môn hóa:

+ Đồ gá văn năng thông dụng

+ Đồ gá vạn năng điều chỉnh

+ Đồ gá chuyên môn hóa điều chỉnh

+ Đồ gá chuyên dùng

+ Đồ gá tổ hợp

1.2.1 Đồ gá kẹp cơ khí

Đồ gá cơ khí gồm các loại sau:

1.2.2 Đồ gá kẹp thủy lực và khí nén

Các ê tô kẹp sử dụng khí nén, chân không và thủy lực:

Hình 1.11: Một số loại Ê tô máy

1.2.3 Đồ gá kẹp bằng từ tính

Chi tiết gia công bằng thép có thể được kẹp bằng bàn từ tính Chi tiết được hút vào bàn kẹp sau khi dòng điện được mở và có thể lấy chi tiết một cách dễ dàng sau khi tắt dòng điện

Hình 1.22: Bàn từ thực tế

CHƯƠNG II: KHẢO SÁT THỰC TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GÁ ĐẶT THEO PHƯƠNG

ÁN MỚI 2.1 Phương pháp gia công hiện tại:

Việc triển khai gia công hiện tại của Công ty sản xuất Khuôn Chu Lai Trường Hải được thực hiện theo các bước sau:

Sau khi gia công công nhân thực hiện chuẩn bị phôi và gá đặt phôi tiếp theo như sau:

Bước 1: Công nhân sử dụng cẩu trục, xe nâng vận chuyển phôi từ nơi tập kết đến máy

được sử dụng để gia công

Khu vực tập trung phôi gia công Vận chuyển phôi đến vị trí máy gia công

Bước 2: Cố định phôi trên bàn máy Bước 3: Canh chỉnh kích thước phôi

Gá chi tiết lên bàn máy và kẹp chặt sơ bộ Dùng đồng hồ so rà các

kích thước phôi

Bước 4: Kẹp chặt chi tiết và lựa chọn gốc gia công theo yêu cầu bản vẽ

Đưa chi tiết đã lập trình vào máy, gắn đầu so tâm và chọn gốc gia công cho theo bản

2.2 Đề xuất phương pháp gá đặt mới

Với quá trình gá đặt phôi theo phương pháp cũ thì thời gian dừng máy để phục vụ gá đặt quá nhiều dẫn đến năng suất gia công chưa cao

Hình 2.5 Giới thiệu phương án gá đặt mới

o Nguyên lý:

Bước 1: Phôi được gá đặt ở vị trí

Bước 2: Bàn gá đặt được chuyển từ vị trí đến vị trí nhờ xe đẩy phôi hay cầu trục Phôi và bàn gá đặt được lưu giữ tại vị trí này

Bước 3: Khi gia công xong phôi và bàn gá được vận chuyển ra rồi di chuyển đến vị trí Sau đó vận chuyển phôi và bàn gá từ vị trí đã lắp gá đặt sẵn vào máy

Bước 4: Cài đặt thông số và tiếp tục gia công chi tiết mới Còn bàn gá đã gia công chuyển ra ngoài thì chi tiết sẽ được chuyển đến vị trí thành phẩm sau đó tiếp tục gá đặt chi tiết gia công mới tại trung tâm gá đặt

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG GÁ PHÔI NHANH TRÊN MÁY

CNC

3.1 Tính toán thiết kế bàn gá đặt bên ngoài máy

3.1.1 Thống kê các chi tiết sử dụng được sử dụng trên hệ thống

Để thiết kế kết cấu hệ thống cần thống kê các sản phẩm thông dụng thường sử dụng gia công trên máy CNC

Dựa vào các thông số thống kê các kích thước gia công chi tiết yêu cầu kích thước của bàn gá đặt trung tâm đảm bảo các thông số sau:

- Kích thước phôi gia công thông dụng nhất

- Chiều cao bàn máy đảm bảo phù hợp với người sử dụng và chiều cao của các máy sử dụng

- Các chi tiết gia công tại công ty là những chi tiết đã được gia công tinh 6 mặt (dung sai ±0.02 mm) Theo sản lượng và kích thước sản phẩm được gia công thông dụng nhất thì công ty đã lựa chọn bàn gá đặt có thể gá đặt chi tiết với kích

thước 500x250x50 mm

Mô hình cơ bản bàn gá đặt:

Hình 3.1 Tổng thể mô hình bàn gá đặt trung tâm

Nguyên lý hoạt động:

- Bước 1: Gá pallet lên bàn gá đặt nhờ ray trượt và hệ thống xi lanh nâng

- Bước 2: Hạ xi lanh để định vị pallet với bàn gá đặt

- Bước 3: Gá chi tiết lên pallet gá đặt

- Bước 4: Kẹp chặt sơ bộ chi tiết trên pallet gá đặt sau đó dùng các đồng hồ so kiểm tra lại độ chính xác của chi tiết theo các phương X, Y

- Bước 5: Siết chặt chi tiết trên pallet bàn gá đặt

3.1.2 Tính toán kích thước tổng thể bàn gá đặt

Để xác định kích thước thiết kế cần xác định theo các yêu cầu sau:

- Kích thước các sản phẩm đa phần gia công trên máy CNC

- Kích thước bàn gá đặt đảm bảo vị trí lắp đặt: Vị trí so với các vật tư xung quanh, vị trí so với khu vực an toàn

- Kích thước bàn máy thuận tiện trong việc gá đặt chi tiết

- Khối lượng pallet phải đảm bảo không quá nặng để thuận tiện cho việc gá đặt và vận chuyển phôi vào trong máy gia công

- Chiều cao của bàn gá đặt phù chiều cao thao tác của công nhân và chiều cao của xe vận chuyển

Dựa vào các kích thước của sản phẩm gia công và qua quá trình khảo sát vị trí, thao tác

mô phỏng quá trình thực hiện nên đã lựa chọn bàn với kích thước sau:

Kích thước tổng thể bàn: 1310x860x845 mm

3.1.3 Tính toán pallet gá trên bàn gá đặt

a Gá đặt pallet với bàn gá đặt:

Palet gá trên bàn máy là thành phần được gá với bàn gá đặt trung tâm Pallet có nhiệm

vụ gá đặt chi tiết gia công (kích thước <500x250x50 mm) và định vị vị trí gốc chuẩn gia công cho chi tiết khi gia công trên máy CNC

o Cơ cấu tấm pallet:

Pallet là một tấm phẳng được gia công với độ chính xác cao Gồm hệ thống lỗ định vị pallet với bàn gá đặt và hệ thống lỗ dùng để phục vụ kẹp chặt các chi tiết với kích thước khác nhau

Hình 3.2 Kết cấu tổng thể pallet trên bàn gá đặt

o Chọn chuẩn và sơ đồ định vị pallet với bàn gá đặt:

Hình 3.3 Sơ đồ định vị pallet với bàn gá đặt

b Gá đặt chi tiết với tấm pallet:

Hình 3.4 Kết cấu gá đặt chi tiết chi tiết trên pallet bàn máy

o Chọn chuẩn và sơ đồ định vị chi tiết với tấm pallet:

Chi tiết gia công

Pallet gá đặt Bàn gá đặt

3.1.4 Tính toán lực kẹp chi tiết gia công với tấm pallet (500x250x50 mm)

Phay hốc và phay rãnh cho chi tiết

a Các thông số của dao

b Tính lực cắt

Chia làm 2 bước khi gia công chi tiết

- Phay thô: t=2 mm, Sz = 1,5.10-1 mm/răng (bảng 5-125 trang 113 CNCTM tập 2)

- Phay tinh: t = 1,5 mm; S = 1.5 mm/vòng (bảng 5-125 trang 113 CNCTM tập 2) Vân tốc cắt tính theo công thức:

Theo bảng 5-39 sổ tay CNCTM trang 33 tập 2 ta có:

Cv = 57,4 ; q = 0,25 ; x = 0,1 ; y = 0,4 ; u = 0,15 ; D = 0,1 ; m = 0,2 ;

chu kỳ bền T = 180 (bảng 5-40 trang 34 sổ tay CNCTM tập 2)

Hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt:

Kv = 𝐾𝑀𝑣. 𝐾𝑛𝑣. 𝐾𝐻𝑣

Trong đó:

𝐾𝑀𝑣 là hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu gia công

𝐾𝑀𝑣 = (190𝐻𝐵)𝑛𝑣= (190160)1,45 = 1,283

(số mũ nv = 1,45 theo bảng 5-2 trang 6 sổ tay CNCTM tập 2)

𝐾𝑛𝑣 là hệ số điều chỉnh phụ thuộc trạng thái bề mặt phôi

𝐾𝑛𝑣 = 1 theo bảng 5-6 trang 8 sổ tay CNCTM tập 2

𝐾𝐻𝑣 = 1,25 theo bảng 5-6 trang 8 sổ tay CNCTM tập 2

+ Để chi tiết không bị xê dịch:

Wkẹp.Fms ≥ K.Py Trong đó:

K là hệ số an toàn, lấy K = 2,5

Fms là hệ số ma sát giữa chi tiết và các phiến tỳ (gối đỡ) fms = 0,45 ; Py = 2491 N

⇒ Wkẹp ≥ 2,5.24910,45 = 13838,9 N + Để chi tiết không bị xoay:

d = C.√𝑄

𝛿 Chọn hệ số C = 1,4 ứng với δ = 400 Mpa

⇒ d = 1,4.√13838,9

400 = 8,23 mm Chọn theo tiêu chuẩn d = 10 mm

𝛿𝐸 là dung sai đối với kích thước chuẩn 𝛿𝐸 = 0,01 mm

δA là dung sai đốt với kích thước chốt gá Chọn δA= 0,018 mm

3.2 Tính toán thiết kế bàn gá đặt bên trong máy

3.2.1 Phương án đưa phôi vào và ra để gia công trên máy

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý chung bàn gá đặt trên máy Bước 1: Xe đẩy phôi sẽ cấp phôi đã gá trên bàn gá đặt bên ngoài lên kệ đỡ Pallet trên

hệ thống cấp phôi đặt ngoài máy (một kệ đỡ nhận Pallet chứa phôi chờ gia công, một

kệ đỡ nhận Pallet chứa chi tiết đã gia công xong)

Bước 2: Sau khi chạy xong chương trình gia công cho phôi trước đó, người công nhân

vệ sinh chi tiết, sau đó tiến hành nâng Pallet (A) chứa phôi đã gia công xong (khoảng cách nâng 30 mm phụ thuộc vào chiều dài nâng của xi lanh) bằng hệ thống khí nén

Bước 3: Kéo Pallet (A) ra ngoài kệ đã được chờ sẵn bên ngoài nhờ hệ thống bi lăn kết

hợp giữa hai cơ cấu bên trong và bên ngoài máy

Bước 4: Sau khi cụm Pallet (A) có chứa chi tiết được kéo ra ngoài bàn máy người

công nhân cho cụm này dịch chuyển sang phải

Bước 5: Xả khí vệ sinh sạch sẽ, tiếp tục dịch chuyển cụm Pallet (B) đến vị trí để đưa

vào bàn máy

Bước 6: Người công nhân bật khí nén cho xilanh nâng pallet trong bàn máy, tiếp tục

đẩy Pallet (B) chứa phôi vào máy, đúng vị trí đã định vị sẵn, nhả khí ra, Pallet (B) sẽ được hạ xuống và định vị bởi chốt trụ trên bàn máy

Bước 7: Tiếp tục tiến hành xét dao và nhập chương trình gia công Quy trình được

thực hiện liên tục

CHƯƠNG IV: CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ

4.1 Mô phỏng quá trình hoạt động của hệ thống gá đặt mới

Toàn bộ quá trình được mô phỏng thực hiện như sau:

Hình 4.1 Tổng thể quá trình hoạt động của hệ thống gá phôi

 Quá trình gá đặt phôi trên pallet gá đặt và vận chuyển đến máy

Pallet chưa gá đặt Gá chi tiết lên pallet Kẹp chặt cơ bộ chi tiết

 Vận chuyển pallet gá đặt vào máy gia công:

Pallet gia công xong trong

bàn máy và pallet gá đặt

dự trữ ở ngoài

Di chuyển pallet đã gia công ra ngoài

Di chuyển chuyển pallet

gá đặt phôi gia công, và pallet đã gia công qua phải

Quá trình gia công tiếp tục

lặp lại ở các công đoạn

Với quá trình mô phỏng ta nắm được qui trình thực hiện sản xuất cho nhà máy

- Xác định được thời gian tiết kiệm gá đặt cho chi tiết gia công so với phương pháp cũ

4.2.2 Thực tế gia công lắp đặt

Hình 4.9 Tổng thể cơ cấu gá đặt sau khi lắp ráp tại máy CNC

4.3 Thử nghiệm và đánh giá thực tế hệ thống mang lại so với phương pháp cũ

1.3.1 Khả năng sử dụng và năng xuất sản xuất

- Hệ thống gá phôi nhanh là phương pháp gá đặt mới và có khả năng ứng dụng cao tại

công ty sản xuất Khuôn Chu Lai Trường Hải

- Hệ thống tiết kiệm được khá nhiều thời gian gá đặt và sức lao động từ công nhân

- Hệ thống giúp tiết kiệm nhiều chi phí gia công và tăng năng suất tạo ra sản phẩm trong hoạt động sản xuất

gian Bước thực hiện Thời

gian