Nghiên cứu thiết kế máy cắt tia nước điều khiển CNC

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH -&&& - Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngày HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Tháng năm 2008 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN ĐÌNH ĐỆ Ngày tháng năm sinh: 17/08/1980 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Phái: Nam Nơi sinh: TP HỒ CHÍ MINH MSHV: 00405055 1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thiết kế máy cắt tia nước điều khiển CNC 2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN: Nghiên cứu sở lý thuyết công nghệ cắt tia nước Xây dựng quy trình tính tốn thiết kế hệ thống cắt tia nước có hạt mài Thiết kế hệ thống điều khiển CNC cho máy cắt tia nước Tính tốn thiết kế hệ thống cắt tia nước có hạt mài 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2008 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2008 5- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) PGS.TS NGUYỄN THANH NAM CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thơng qua Ngày tháng năm 2008 TRƯỞNG PHỊNG ĐT- SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH TS LÊ TRUNG CHƠN TS TRẦN THIÊN PHÚC HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, trước tiên tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Thầy, Cơ giảng viên Khoa Cơ khí trường Đại Học Bách khoa TP Hồ Chí Minh, người tận tình dạy bảo truyền đạt kiến thức quý báu suốt thời gian học tập trường, thời gian nghiên cứu thực luận văn Tiếp đến, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn - PGS TS Nguyễn Thanh Nam trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn Tác giả xin cám ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp, người giúp đỡ, động viên tinh thần suốt trình học tập thực luận văn Vì thời gian thực đề tài không nhiều, kiến thức thân hạn chế, đề tài nên chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong q Thầy, Cơ đóng góp ý kiến để tác giả nhận thức thiếu sót, cố gắng sửa chữa hoàn thiện Sau cùng, xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô dành thời gian quý báu để nhận xét bổ sung thêm kiến thức tốt cho luận văn Tác giả Trần Đình Đệ HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam TÓM TẮT Ngày với nhịp độ phát triển khoa học kỹ thuật ngày đại, loại vật liệu kim loại có độ bền, độ cứng cao, chịu nhiệt chịu mài mòn cao… dùng nhiều thiết bị, máy móc, nhiều lĩnh vực Điều địi hỏi phải có giải pháp cơng nghệ để gia công vật liệu với suất, chất lượng đem lại hiệu cao Do việc phát triển ứng dụng công nghệ tia nước áp suất cao vào cắt vật liệu có độ bền, độ cứng cao coi giải pháp đáp ứng nhu cầu Trên giới, nước phát triển TNASC đượng ứng dụng nhiều ngành công nghiệp mức độ như: Làm sạch, cắt, bóc tách bề mặt… đem lại hiệu cao Tại Việt Nam, Viện máy dụng cụ cơng nghiệp đơn vị có trang bị thiết bị tạo TNASC với hệ thống làm hãng URACA- CHLB Đức có áp suất 2800 bar hệ thống cắt hãng B o HLER - Áo với áp suất tới 4200 bar Hiện nay, việc nghiên cứu khai thác ứng dụng thiết bị vào sản xuất cách có hiệu vấn đề quan tâm Viện Nội dung luận văn: - Tìm hiểu thiết bị cơng nghệ cắt tia nước áp suất cao - Phân tích động học động lực học dòng tia - Phân tích thơng số cơng nghệ q trình cắt - Xây dựng quy trình tính tốn thiết kế hệ thống cắt tia nước có hạt mài - Tính tốn thiết kế máy cắt tia nước có hạt mài HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam ABSTRACT Nowadays, together with development rate of more and modern technical science, kind of metal material which have durability, high hardness, bearing high teperature, corrosion… are used in equipment, machinery in many fields This requires to have new technology solution to process these materials with capacity, quality, high effect Therefore, applicable development of waterjet technology into materials with high durability, hardness is considered as solution to meet the above demand In the world, development countries, waterjetting technology has been applied in many industrial branches at many levels such as: Cleaning, cutting, peeling off surfaces…, it has brought to high effect In Viet Nam, Institute for machinery and industrial instruments is the first unit to be equipped with waterjetting technology manufacturing including two cleaning systems of URACA factory- Germany with pressure of 2800 bar and two cutting systems of B o HLER factory- Austria with pressure of 4200 bar However, the insufficient problem is how to exploit and apply this equipment in manufacture effectively Content of the thesis: “Research design waterjet cutting machine control by CNC technology” including the main parts as follows: - Researching about technology and cutting equipment by high pressure waterjet - Analyzing kinetics and dynamics of waterjet cutting structure - Researching influence of technology parameters - Establishing the process to calculate, design waterjet cutting system with abrasive - Calculating design waterjet cutting machine using abrasive HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam MỤC LỤC Mục lục 01 Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CẮT BẰNG TIA NƯỚC 1.1 Giới thiệu công nghệ cắt tia nước 04 1.1.1 Lịch sử phát triển tình hình nghiên cứu giới 04 1.1.2 Nguyên lý cấu tạo hệ thống cắt tia nước 05 1.2 Ứng dụng công nghệ tia nước áp suất cao 14 1.2.1 Ứng dụng làm 14 1.2.2 Ứng dụng cắt vật liệu 15 1.3 Phạm vi nghiên cứu đề tài 17 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ CẮT BẰNG TIA NƯỚC 2.1 Khái niệm tia nước áp suất cao 18 2.2 Phân loại công nghệ cắt tia nước áp suất cao 18 2.3 Động lực học tia nước áp suất cao 22 2.3.1 Tia nước liên tục 22 2.3.2 Tia nước va đập 24 2.3.3 Đặc trưng động học tia nước tác động lên bề mặt chi tiết 25 2.4 Cơ chế bóc tách vật liệu tia nước áp suất cao 28 2.4.1 Cơ chế bóc tách vật liệu tia nước khiết 28 2.4.2 Cơ chế bóc tách vật liệu tia nước trộn hạt mài 29 2.5 Các thông số cơng nghệ q trình cắt tia nước áp suất cao 2.5.1 Sự phân bổ lượng 30 31 2.5.2 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng thơng số cơng nghệ q trình cắt tia nước áp suất cao 38 Chương XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẮT BẰNG TIA NƯỚC CĨ HẠT MÀI HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam 3.1 Sơ đồ hệ thống cắt tia nước có hạt mài 45 3.2 Xác định thơng số ban đầu tốn thiết kế 46 3.3 Trình tự tính tốn thiết kế hệ thống cắt tia nước có hạt mài 47 3.3.1 Tính tốn thiết kế hệ thống bơm tăng áp thuỷ lực 47 3.3.2 Tính tốn thiết kế vịi phun 51 3.3.3 Thiết kế bàn chạy đầu cắt 59 3.3.4 Thiết kế cụm cấp hạt mài 63 3.3.5 Thiết kế cụm điều khiển 66 3.4 Các thông số thiết kế hệ thống cắt tia nước có hạt mài 68 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC CHO MÁY CẮT BẰNG TIA NƯỚC CÓ HẠT MÀI 4.1 Cấu trúc hệ thống CNC máy cắt tia nước 70 4.2 Khả làm việc máy cắt tia nước CNC 71 4.3 Cơ sở hình học lập trình CNC gia cơng tia nước 73 4.3.1 Các khái niệm ban đầu 73 4.3.2 Chương trình NC 76 4.3.3 Cơ sở lập trình 79 4.3.4 Phương thức lập trình 80 4.3.5 Lập trình thep cơng nghệ CAD/CAM 81 4.3.6 Nhập xuất chương trình NC 83 4.3.7 Mạng DNC 83 4.3.8 Kết nối máy NC/CNC với hệ DNC 86 4.3.9 Ngôn ngữ lập trình 87 4.3.10 Trình tự lập trình 88 Chương TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY CẮT TIA NƯỚC CĨ HẠT MÀI 5.1 Giới thiệu hệ thống cắt tia nước có hạt mài 89 5.2 Tính tốn thiết kế hệ thống cắt tia nước có hạt mài 89 HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam 5.2.1 Các điều kiện ban đầu tốn thiết kế 89 5.2.2 Tính tốn thiết kế cụm tạo áp 90 5.2.3 Tính tốn thiết kế cụm đầu cắt 98 5.2.4 Thiết kế bàn chạy đầu cắt 101 5.2.5 Thiết kế cụm cấp hạt mài 106 5.2.6 Thiết kế điều khiển 108 5.2.7 Các bước tính tốn gia cơng trênmáy cắt tia nước 110 5.2.8 Các thông số thiết kế máy cắt tia nước có hạt mài 113 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết luận 115 Hướng phát triển đề tài 116 Tài liệu tham khảo 117 HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CẮT TIA NƯỚC 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ CẮT BẰNG TIA NƯỚC 1.1.1 Lịch sử phát triển tình hình nghiên cứu giới Từ kỷ 18, tia nước có áp sử dụng dạng khoan xói khai thác vàng California khai thác mỏ Nga (1900) Tuy nhiên đến 1950, tia nước tiến sĩ Norman Franz lần thử nghiệm để cắt gỗ Công nghệ cắt tia nước tiến triển thêm bước tiến sĩ Mohamed Hashish bổ sung kỹ thuật hạt mài vào tia cắt (1970) Tuy nhiên hạn chế bơm áp suất chưa cao, độ ổn định thấp, giá thành cao làm cho hệ thống thiết bị không thâm nhập vào sản xuất Từ năm 1974 đến 1980 số hãng có Flow Systems inc chế tạo thành cơng loại bơm chất lượng, có độ ổn định cao, thời gian hoạt động liên tục cao, dễ bảo trì, bảo dưỡng Đây tác nhân đẩy nhanh việc ứng dụng thiết bị vào sản xuất Năm 1974, thiết bị cắt tia nước lắp đặt vào nhà máy Năm 1980 tia nước có hạt mài lần sử dụng để cắt thép, kính bê tơng Đến năm 1983, với việc phát triển điều khiển số máy công cụ, thiết bị cắt tia nước NC thương mại bán thị trường Trong thời gian 1989 đến 1990, tia nước cao áp bắt đầu ứng dụng nước độ sâu đến 400m để cắt thép bê tông biển Đến năm 1994 có máy cắt tia nước sử dụng ngành y Ngày máy cắt tia nước điều khiển CNC có mặt nhiều châu lục Cơng nghệ cắt tia nước phát triển đa dạng với kỹ thuật cắt với tia nước thuần, tia có hạt mài, tia gõ đập, tia bong bóng tia lai Theo miền ứng dụng, áp suất tia lên đến 10000 bar tia nước 6000 bar tia có hạt mài Những số cho sử dụng cơng nghiệp như: Giá hợp lý, tích hợp với dây chuyền sản xuất có sẵn; hoạt động 24 ngày tạo cho máy cắt HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam tia nước nhanh chóng chấp nhận thiết bị công nghiệp chuẩn Cho đến nay, nước công nghiệp phát triển cắt tia nước ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực công nghiệp như: Hàng không vũ trụ, ô tô, tàu thủy, máy phát điện, kiến trúc, thiết bị y tế, đồ gỗ, công nghiệp da giày, chế tác đá quý bán dẫn, chế tạo công nghiệp… Các hãng tiếng sản xuất máy cắt tia nước kể đến là: Hammelmann Maschinenfabrik Gmbh (Đức), Advanced Waterjet Technologies LLC (USA), Aqua Engy International (UK), Dynajet… với dòng máy công suất cắt đến 3500 bar Flow International (USA), Jet Edge, Inc (USA)… với dịng máy cơng suất cắt lớn 4000 bar Cơng nghệ hồn thiện chế tạo máy cắt tia nước tia nước có trộn hạt mài tạo nên loại thiết bị lý tưởng để cắt vật liệu khác đa so với máy cắt laser plasma Với tia nước cắt vải, gỗ, vật liệu da, plastic cao su… vật liệu mềm Còn vật liệu cứng kim loại, phi kim tia nước thiết phải trộn hạt mài thường phải có áp lớn 3500 bar 1.1.2 Nguyên lý cấu tạo hệ thống cắt tia nước Nguyên lý làm việc hệ thống cắt tia nước Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cắt tia nước HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam b Chọn bàn chạy đầu cắt: Hình 5.16: Bàn cắt hệ trục tọa độ máy Thông số Đơn vị Kiểu máy Chỉ số KWS 2010 Trục X mm 2000 Trục Y mm 1000 Trục Z mm 200 Kích thước (WxDxH) mm 2600x1530x1600 Khối lượng bàn cắt kg/m2 800 Độ xác vị trí mm/m ± 0,1 Độ xác lặp lại mm/m ± 0,05 Tốc độ cắt lớn mm/phút 9200 Truyền động Điều khiển Động servo DC trục XY (2D) Bảng 5.2: Thông số kỹ thuật hệ thống bàn cắt hãng KLETT- Đức c Chọn trục vít me đai ốc bi, motor servo: HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 110 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam Hình 5.17: Motor servo gắn với trục vít me bàn chạy đầu cắt Thơng số trục vít me Đơn vị Chỉ số Chiều dài mm 2000 Đường kính mm 30 Hình 5.18: Motor servo bàn chạy đầu cắt Thông số Đơn vị Kiểu motor Công suất Chỉ số TBS60BL3- C6030HST W Kiểu chương trình điều khiển 600 PSDA- XX23A4 Tốc độ motor Vịng/phút 3000 Moment xoắn động Nm 1910 Trọng lượng Kg 5.2.5 Thiết kế cụm cấp hạt mài Bước 1: Xác định yêu cầu cụm cấp hạt mài Cụm cấp hạt mài gồm: Thùng chứa hạt mài, bình cấp hạt mài, bình cấp hạt mài trung gian, van định lượng, điều khiển cấp hạt mài, van đường ống khí nén HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 111 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam Hình 5.19: Sơ đồ cấp định lượng hạt mài Nguyên lý hoạt động: Hạt mài từ phễu chứa xuống bình cấp hạt mài đặt đáy phễu, từ hạt mài đưa lên bình chứa trung gian khí nén, sau qua van định lượng vào buồng trộn đầu phun Tại đây, hạt mài trộn tăng tốc sau qua ống hội tụ bắn qua miệng đầu phun Việc điều chỉnh lưu lượng hạt mài thông qua cấp hạt mài khí nén định lượng hạt mài theo nguyên lý điều chỉnh tiết diện cửa rơi tự hạt mài Việc tăng giảm tiết diện cửa nhờ vít me đai ốc điều chỉnh, qua ta định lượng xác lưu lượng hạt mài trình cắt Quá trình cấp hạt mài điều khiển PLC độc lập Hình 5.20: Sơ đồ điều khiển PLC trình cấp hạt mài HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 112 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam Hệ thống đường ống cao áp bao gồm đường ống chi tiết nối ống, ống chế tạo theo phương pháp đúc đùn, chịu áp lực cao dẻo dễ uống theo góc Các chi tiết nối ống có cấu tạo dạng bạc cơn, ngồi đảm bảo kín khít, chịu áp lực cao Bước 2: Thiết kế chọn cụm cấp hạt mài Khối lượng: 80kg Kích thước: 700x700x1400mm Dung tích: 200lít Dung tích khí nén: 24lít Áp suất vận hành tối thiểu: 2-4 bar Áp suất vận hành tối đa: 5-6 bar Lượng khí nén tiêu thụ tối đa: 500lít/phút Tốc độ dịng hạt mài tối đa: 4000g/phút Hình 5.21: Thơng số kỹ thuật cụm cấp hạt mài hãng KMT 5.2.6 Thiết kế điều khiển Bước 1: Xác định thông số đầu vào Bộ xử lý trung tâm tối thiểu Pentium III cao cấp Dung lượng ổ cứng tối thiểu 40G Bộ nhớ tối thiểu 256MB Có cổng kết nối USB Sử dụng mạng LAN, chuẩn nối dây ethernet (IEEE 802.3) Hệ điều hành Windows Bộ điều khiển có khả nội suy chuyển động X-Y Tăng giảm chuyển động di chuyển tốc độ cao từ điểm đến điểm khác Mô di chuyển trục không cấp tia nước hay hạt mài đặc điểm Dừng có lỗi lập lại đường di chuyển cũ đặc điểm đặc biệt Cảnh báo vượt phạm vi cho phép bàn cắt dừng cứng để ngăn ngừa hư hỏng đầu cắt Trang bị công tắc dừng khẩn cấp để sử dụng trường hợp nguy hiểm HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 113 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam Bộ điều khiển dùng điều khiển G-code Đây cách thường dùng việc lập trình tốn nhiều thời gian Tuy nhiên, để có độ xác tương đối cao, đường cắt tối ưu phải thực công đoạn sau: Hiệu chỉnh G-code, ý cơng việc lập trình để tạo bước gia cơng thích hợp Phần mềm đọc G-code chia đường thẳng đường cong thành phần riêng biệt Sau ta đưa tỉ lệ cung cấp hạt mài thích hợp Hệ thống điều khiển CNC điều khiển G-code tương tự máy phay CNC, khác lệnh M05, M08, M09 lệnh đóng mở tia nước, cấp hạt mài đặt lưu lượng hạt mài Ba motor servo X,Y,Z điều khiển chuyển động đầu cắt theo phương Điều khiển trung tâm máy tính cơng nghiệp nhập đồng theo bàn máy Trên có tích hợp card giao tiếp với điều khiển hạt mài card giao tiếp điều khiển bơm tạo áp Cụm điều khiển hệ thống cắt TNASC có sơ đồ sau: Hình 5.22: Sơ đồ cụm điều khiển Bước 2: Thiết kế chọn chi tiết Hình 5.23: Bộ điều khiển CNC máy cắt tia nước Bộ xử lý trung tâm Pentium IV Dung lượng ổ cứng 80GB HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 114 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam Bộ nhớ 512MB Có cổng kết nối USB Sử dụng mạng LAN, chuẩn nối dây ethernet (IEEE 802.3) Sử dụng hệ điều hành Windows 5.2.7 Các bước tính tốn gia cơng máy cắt tia nước Bước 1: Chọn vật liệu, đường kính đầu cắt, loại hạt mài, kích thước hạt mài Ví dụ vật liệu gia công chọn thép hợp kim dụng cụ tơi cứng, đầu cắt có đường kính dp = 0.25mm, ống hội tụ có đường kính df = 0.9mm, chiều dài lf = 40mm, loại hạt mài có độ lớn 80 mesh (106 µm ) Bước 2: Chọn tham số gia công tia nước lưu lượng hạt mài, áp suất, vận tốc, khoảng cách cắt Từ nghiên cứu thực nghiệm tính tốn lưu lượng hạt mài chọn 9g/s áp suất tia nước 3000bar Vận tốc tia nước: V = 17.14 P = 17.14 3000 = 939m / s = 939000mm / s Với đường kính đầu cắt dp = 0.25mm diện tích đầu cắt S= 0.049mm2 Lưu lượng nước qua đầu cắt: Q = S × V = 0.049 × 939000 = 46011mm / s = 2.76 lít/ phút Trong đó: S: Diện tích đầu cắt (mm2) V: Vận tốc tia nước (mm/s) Xét trường hợp motor công suất 60kW sử dụng để vận hành cho bơm áp suất cao Theo [1] cơng suất tia nước có hạt mài đầu cắt 8.1kW Với đường kính đầu phun 0.25mm khoảng cách cắt: HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 115 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam X c = 73 ÷ 135D0 = 18.25 ÷ 33.75mm Vì chọn khoảng cách cắt 20mm Vật liệu Độ dày Tốc độ cắt Áp suất tia nước (mm) (mm/phút) (bar) Thép không rỉ 10 73 3000 Thép không rỉ 161 3000 Thép không rỉ 462 3000 Nhôm 10 218 3000 Nhôm 483 3000 Nhôm 1386 3000 Titan 10 107 3000 Titan 238 3000 Titan 682 3000 Đồng đỏ 10 102 3000 Đồng đỏ 226 3000 Đồng đỏ 648 3000 Kiếng 10 711 3000 Kiếng 1577 3000 Kiếng 4524 3000 Thép hợp kim dụng cụ 10 70 3000 Thép hợp kim dụng cụ 157 3000 Thép hợp kim dụng cụ 449 3000 Thép cacbon thấp 10 78 3000 Thép cacbon thấp 173 3000 Thép cacbon thấp 495 3000 Chì 10 567 3000 Chì 1259 3000 Chì 3612 3000 HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 116 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam Bảng 5.3: Bảng lựa chọn vật liệu tương ứng với độ dày, tốc độ cắt áp suất tia nước với lưu lượng hạt mài sử dụng 9g/s, đầu phun có đường kính 0.25mm khoảng cách từ đầu phun đến bề mặt gia công s = 20mm Theo bảng trên, thông số chọn vận tốc dịch chuyển đầu cắt vdc = 70mm/ph, khoảng cách cắt s = 2mm, lưu lượng hạt mài 9g/s Bước 3: Chọn điểm zero chương trình Điểm zero chương trình chọn vị trí hình vẽ, kích thước phơi so với điểm Hình 5.24: Vật mẫu gia công Bước 4: Xác định tọa độ Kích thước cho tương ứng với tọa độ Tọa độ điểm xác định dựa điểm zero chương trình Bước 5: Xác định kế hoạch gia công, bước Chuyển động đầu cắt theo trục Z đến khoảng cách an tồn cách mặt phơi khoảng 20mm Đưa đầu cắt đến vị trí xuất phát bật tia nước Gia cơng chi tiết theo hình dạng yêu cầu Tắt tia nước rút đầu cắt lên theo trục Z đến độ cao thích hợp Bước 6: Viết chương trình G90G17; G00X-1.0Y-1.0Z20; HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 117 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam M5 M08; M09 9; G01X0Y0; G01Y2.134; G03X0.5Y3.0I-0.5J0.886; G03X0.0Y3.866I-1.0J0; G01Y5.5; G02X0.5Y6.0I0.5J0; G01X4.5; G02X6.0Y4.5I0J-1.5; G01Y0; G01X0; G00X-1.0Y-1.0; M5; 5.2.8 Các thông số thiết kế máy cắt tia nước có hạt mài Cụm tạo áp - Motor truyền động bơm piston có cơng suất 51.6kW, cơng suất bơm 46.5kW với lưu lượng 114 lít/phút, áp suất 245 bar - Bộ tăng áp tạo áp suất 4000 bar, lưu lượng nước lít/phút - Hệ số tăng áp K=14.6 lần Cụm vòi phun - Bề rộng vết cắt a= 0.5mm - Vận tốc di chuyển đầu phun V1= 150mm/phút, lưu lượng hạt mài 2.42g/s - Vận tốc tia nước khỏi vịi phun V= 907m/s - Đường kính vòi phun: D= 0.264mm - Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt gia cơng Xc= 35.1mm - Đường kính ống hội tụ D0= 0.45mm - Vận tốc tia nước có hạt mài Va= 865m/s Bàn chạy đầu cắt HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 118 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam - Khoảng di chuyển theo trục X,Y: 2000x 1000 mm - Khoảng di chuyển theo trục Z: 200 mm - Tốc độ di chuyển trục vít me V= 12000 mm/phút - Chiều dài trục vít me: 2000 mm - Bước vít me Sl= 10mm - Tốc độ tới hạn trục vít Cs= 12.93 m/phút - Tải trọng cho phép Pc= 6360 kg - Tải trọng tác động Pt= 160 kg - Moment xoắn truyền động: Td= 2.8N.m - Công suất motor servo: N= 0.47HP= 351W Cụm cấp hạt mài - Khối lượng: 80kg - Kích thước: 700x700x1400 - Dung tích 200 lít - Dung tích khí nén: 24 lít - Áp suất vận hành tối thiểu: 2-4 bar - Áp suất vận hành tối đa: 5-6 bar - Lưu lượng khí nén tiêu thụ tối đa: 500 lít/phút - Tốc độ dịng hạt mài tối đa: 4000 g/phút Bộ điều khiển CNC - Bộ điều khiển G-code - Bộ xử lý trung tâm Pentium IV - Dung lượng ổ cứng 80GB - Bộ nhớ 512MB - Có cổng kết nối USB - Sử dụng mạng LAN, chuẩn Ethernet (IEEE 802.3) HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 119 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI KẾT LUẬN: Công nghệ cắt vật liệu tia nước áp suất cao phù hợp cho việc cắt vật liệu kim loại có độ cứng cao, đặc biệt vật liệu qua nhiệt luyện ví dụ như: Gia cơng cắt dụng cụ định hình làm từ thép dụng cụ qua nhiệt luyện, cắt khn chày cối, cắt chi tiết có u cầu độ cứng cao chịu mài mịn có biên dạng phức tạp,… Sau thời gian thực đề tài “Nghiên cứu thiết kế máy cắt tia nước điều khiển CNC”, hướng dẫn tận tình Thầy PGS.TS Nguyễn Thanh Nam, tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích liên quan đến đề tài Bản thuyết minh luận văn hoàn thành số nội dung đề ban đầu sau: • Nghiên cứu sở lý thuyết công nghệ cắt tia nước; • Xây dựng quy trình tính tốn thiết kế hệ thống cắt tia nước có hạt mài; • Thiết kế hệ thống điều khiển CNC cho máy cắt tia nước; • Tính tốn thiết kế hệ thống cắt tia nước có hạt mài Luận văn thực hoàn thành gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan công nghệ cắt tia nước Trình bày khái qt cơng nghệ cắt tia nước, lịch sử phát triển ứng dụng thực tế Chương 2: Cơ sở lý thuyết cơng nghệ cắt tia nước Trình bày tương đối cụ thể tảng lý thuyết động lực học tia nước, chế bóc tách vật liệu thơng số cơng nghệ q trình cắt tia nước áp suất cao Chương 3: Xây dựng quy trình tính tốn thiết kế hệ thống cắt tia nước có hạt mài Trình bày sơ đồ hệ thống cắt tia nước có hạt mài, xác định thơng số ban đầu tốn, trình tự bước tính tốn cụm máy cắt bao gồm HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 120 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam cụm bơm tăng áp thủy lực, cụm vòi phun, cụm bàn chạy đầu cắt, cụm cấp hạt mài cụm điều khiển Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển CNC cho máy cắt tia nước có hạt mài Trình bày cấu trúc hệ thống CNC máy cắt tia nước, sở hình học lập trình CNC gia cơng tia nước Chương 5: Tính tốn thiết kế máy cắt tia nước có hạt mài Trình bày bước tính tốn thiết kế, lựa chọn thơng số cụ thể máy cắt tia nước có hạt mài Vì thời gian nghiên cứu hạn hẹp nên tác giả sâu vào nghiên cứu tính tốn cụm tạo áp cụm vòi phun, cụm lại phần lớn nghiên cứu lựa chọn để cụm phù hợp với máy cắt cụ thể HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: - Nghiên cứu thiết thiết kế công nghệ chế tạo thân xylanh chịu áp lực cao - Nghiên cứu phá hủy vật liệu kim loại bị cắt tia nước - Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ ảnh hưởng đến trình cắt vật liệu tia nước áp suất cao HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 121 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Ngọc Tuấn, Nguyễn Văn Tường, Các phương pháp gia công đặc biệt, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2007 Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt, Công nghệ chế tạo máy, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2003 Trần Anh Quân, Nghiên cứu công nghệ tia nước áp suất cao làm công nghiệp, Luận án tiến sĩ, Viện máy dụng cụ công nghiệp, 2003 Trần Văn Địch, Ngơ Trí Phúc, Sổ tay sử dụng thép giới, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2003 Nguyễn Hữu Minh, Nghiên cứu chế độ công nghệ cắt vật liệu kim loại có độ cứng cao tia nước, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, 2006 Đồn Thị Minh Trinh, Nguyễn Ngọc Tâm, Cơng nghệ- Lập trình gia công điều khiển số, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2004 Erdmann-Jesnitzer, F.; Louis, H.; Wiedermeier, J., The action of high speed waterjets on material Measurement methods and their practical application, a critical review In: Proceedings of the 5th International Symposium on Jet Cutting Technology, Hannover 02- 04.06.1980 David A.Summers, Waterjetting Technology, E&FN Spon, An Imprint of Chapman& Hall Miller, R.K., Waterjet Cutting, Technology and Industrial Applications, SEAI Technical Puplications, P.O Box 590, Madison, GA 30650, 1985 Trang Web tham khảo: 10 www.waterjets.org 11 www.waterjet-tech.com 12 www.jetedge.com 13 www.omax.com HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 122 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam 14 www.con4prog.com 15 www.usjetting.com 16 www.imi-holding.com 17 www.uhde-hpt.com 18 www.vast-hcm.ac.vn/ncst_ioam.html HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 123 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: TRẦN ĐÌNH ĐỆ Ngày, tháng, năm sinh: 17/08/1980 Nơi sinh: TP HỒ CHÍ MINH Địa liên lạc: 140/2 Võ Thị Sáu, Phường 8, Quận 3, TP Hồ Chí Minh Điện thoại: 0903709034 Q TRÌNH ĐÀO TẠO 1998 - 2003: Sinh viên Đại học chuyên ngành Thiết Kế Máy, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM 2005 – nay: Học viên cao học chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy, Trường Đại Học Bách Khoa TP HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC 2003 – 2005: Chuyên viên kỹ thuật Công ty TNHH Nidec Tosok, Việt Nam 2005 – nay: Chun viên Phịng kỹ thuật Cơng ty Cổ phần Cơ khí Xăng dầu HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055 Trang 124 ... công nghệ cắt tia nước Xây dựng quy trình tính tốn thiết kế hệ thống cắt tia nước có hạt mài Thiết kế hệ thống điều khiển CNC cho máy cắt tia nước Tính tốn thiết kế hệ thống cắt tia nước có hạt... sau: Nghiên cứu sở lý thuyết công nghệ cắt tia nước; Xây dựng quy trình tính tốn thiết kế hệ thống cắt tia nước có hạt mài; Thiết kế hệ thống điều khiển CNC cho máy cắt tia nước; Tính tốn thiết kế. .. Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC CHO MÁY CẮT BẰNG TIA NƯỚC CÓ HẠT MÀI 4.1 Cấu trúc hệ thống CNC máy cắt tia nước 70 4.2 Khả làm việc máy cắt tia nước CNC 71 4.3 Cơ sở hình học lập trình CNC