HƯỚNG dẫn THIẾT kế hệ THỐNG cơ KHÍ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Cơ Khí Bộ môn Gia công vật liệu Dụng cụ công nghiệp HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Tập I (Hệ thống thay dao tự động dùng cho máy CNC) (Dùng cho sinh viên chuyên ngành Cơ Điện Tử) ThS Đinh Duy Khỏe TS Nguyễn Trọng Hải (Cập nhật 27/2/2017) i LỜI NĨI ĐẦU Đóng góp vào phát triển nhanh chóng khoa học cơng nghệ thời gian gần đây, tự động hóa sản xuất có vai trò quan trọng Nhận thức điều này, chiến lực cơng nghiệp hóa đại hóa kinh tế đất nước, công nghệ tự động ưu tiên đầu tư phát triển Ở nước có cơng nghiệp phát triển việc tự động hố ngành kinh tế, kỹ thuật có khí chế tạo thực từ nhiều thập kỷ trước Một vấn đề định tự động hố ngành khí chế tạo kỹ thuật điều khiển số công nghệ máy điều khiển số Các máy công cụ điều khiển số (NC CNC) dùng phổ biến nước phát triển Trong năm gần NC CNC nhập vào Việt Nam sử dụng rộng rãi viện nghiên cứu công ty liên doanh Máy công cụ điều khiển số đại (các máy CNC) thiết bị điển hình cho sản xuất tự động, đặc trưng cho ngành khí tự động Vậy để làm chủ cơng nghệ cần làm chủ thiết bị quan trọng điển hình Trong máy CNC việc sử dụng hệ thống thay dao tự động có tác dụng làm giảm thời gian thay dao nâng cao hiệu kinh tế nhà máy yếu tố quan trọng góp phần vào q trình tự động hố sản xuất việc sâu tìm hiểu hệ thống thay dao tự động cho phép ta chế tạo hệ thống thay dao tự động riêng cho máy phù hợp với q trình sản suất nhà máy, góp phần làm tăng hiệu việc sử dụng máy CNC, tăng xuất nhà máy nhu cầu cần thiết Quyển sách trình bày trình tính tốn, thiết kế hệ thống thay dao tự động dùng cho trung tâm gia công đứng Đây tốn điển hình giúp sinh viên tích lũy kiến thức máy điều khiển số, sử dụng kiến thức tổng hợp từ mơn học để vào giải tốn kỹ thuật Quyển sách viết dành cho sinh viên nghành Cơ Điện tử làm đồ án môn học trang bị kiến thước hệ thống thay dao tự động cho sinh viên ngành khí nói chung Để sách ngày hồn thiện hơn, chúng tơi mong nhận đóng góp độc giả Hà nội, tháng 01 năm 2017 (Các) tác giả ii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iv DANH MỤC CÁC BẢNG v CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHƯƠNG KẾT CẤU CỦA MÁY PHAY CNC TRỤC VMC65 .7 2.1 Kết cấu chung máy phay CNC trục 2.2 Hệ thống thay dao tự động máy VMC65 CHƯƠNG CÁC HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG DÙNG CHO MÁY CÔNG CỤ CNC 3.1 Giới thiệu chung loại hệ thống thay dao tự động 3.1.1 Chức nhiệm vụ b Ưu nhược điểm thay dao tự động so với thao tác tay .9 3.1.2 Cơ cấu tích dụng cụ hệ thống thay dao tự động 10 3.2 Hệ Thống Dụng Cụ Trên Máy công cụ CNC 19 3.2.1 Các phận khác 20 3.2.2 Phần tử dụng cụ 21 3.3 Chức hệ thống quản lý dụng cụ 22 3.3.1 Danh mục dụng cụ 22 3.3.2 Nhận dạng dụng cụ 22 3.3.3 Điều chỉnh dụng cụ trước gia công 24 3.3.4 Quản trị dụng cụ hệ CNC 24 CHƯƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG CHO MÁY PHAY CNC – VMC65 26 4.1 Quy trình thay dao tự động 26 4.2 Tính tốn kết cấu chí hệ thống thay dao tự động 27 4.2.1 Tính tốn, thiết kế đài gá dao hệ thống 27 4.2.2 Tính tốn động học cho đài dao 42 CHƯƠNG TRÌNH TỰ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN .52 5.1 Đồ án thiết kế hệ thống thay dao tự động máy phay CNC 52 5.2 Đồ án thiết kế hệ thống dẫn hướng 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO .53 PHỤ LỤC A – KÍCH THƯỚC CHI DAO 54 PHỤ LỤC B – MỘT SỐ KÝ HIỆU CỦA HỆ THỐNG THỦY KHÍ .56 PHỤ LỤC C – CÁC QUY ƯỚC VỀ KÝ HIỆU TRONG ĐỒ ÁN 57 iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2-1 Sơ đồ động học máy Hình 2-2 Mơ Hình 3D bánh nghiêng .8 Hình 3-1 Sơ đồ thay dụng cụ, cấp phát tự động 10 Hình 3-2 Kết cấu đầu Revonve 11 Hình 3-3 Đầu Revonve dạng 12 Hình 3-4 Đầu Rovonve hình tang trống hãng Duplomatic 12 Hình 3-5 Phân loại ổ tích 13 Hình 3-6 Phân loại ổ tích dao 14 Hình 3-7 Phân loại cấu thay dao tự động 15 Hình 3-8 Cơ cấu thay dao tự động dạng tay máy 16 Hình 3-9 Cơ cấu thay dao với ổ tích dao dạng xích 16 Hình 3-10 Kết cấu thay dao với ổ tích dao dạng xích nhiều tầng 17 Hình 3-11 Kết cấu thay dao với hệ thay dao dạng tròn 18 Hình 3-12 Kết cấu tahy dao dạng đĩa tròn 19 Hình 3-13 Dạng điều khiển cho kết cấu thay dao với ổ tích dao ạng đĩa trịn 19 Hình 3-14 Các phận khác 20 Hình 3-15 Cấu tạo phần tự tiếp nhận dụng cụ 21 Hình 3-16 Các loại ổ tích dao 21 Hình 3-17 Cấu tạo dao tiện ghép 22 Hình 3-18 Điều chỉnh dụng cụ trước gia công 24 Hình 4-1 Trục mang dao i muốn thay dao j 26 Hình 4-2 Trục không mang dao muốn thay dao j 27 Hình 4-3 Đường kính lớn chi dao 28 Hình 4-4 Các đường kính lớn dao 28 Hình 4-5 Sơ đồ tính tốn kích thước hình học tang chứa dao 29 Hình 4-6 Quy trình kẹp dao 31 Hình 4-7 Sơ đồ tính kích thước chiều cao tang 32 Hình 4-8 Sơ đồ tính tốn cấu Maltese 33 Hình 4-9 Sơ đồ bố trí ổ lăn hệ thống thay dao 37 Hình 4-10 Sơ đồ phân bố lực 37 Hình 4-11 Kích thước ổ đĩa 38 Hình 4-12 Kết cấu tang chứa dao 39 Hình 4-13 Kích thươc ổ bi đỡ dãy 40 Hình 4-14 Sơ đồ bố trí lực trục đỡ ngang 41 Hình 4-15 Sơ đồ dẫn động quay đài dao 42 Hình 4-16 Sơ đồ tính tốn lực 43 Hình 4-17 Kích thước động điện 4A 45 Hình 4-18 Kích thước hình học then 46 Hình 4-19 Sơ đồ hệ thống khí nén dẫn động đài dao 47 Hình 4-20 Các vị trí đài dao so với trục 48 Hình 4-21 Kích thước Xilanh-Piston khí nén 50 Hình 4-22 Sơ đồ bố trí trục dẫn hướng hệ thống thay dao 51 Hình 4-23 Biểu đồ momen 52 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4-1 Thông số ổ đĩa côn 38 Bảng 4-2 Thông số ổ bi đỡ 40 Bảng 4-3 Thơng số hệ thống khí nén 50 v GIỚI THIỆU CHƯƠNG GIỚI THIỆU KẾT CẤU CỦA MÁY PHAY CNC TRỤC VMC65 CHƯƠNG KẾT CẤU CỦA MÁY PHAY CNC TRỤC VMC65 2.1 Kết cấu chung máy phay CNC trục Để có kiến thức kết cấu máy CNC, Máy phay CNC - VMC65 loại máy phay cao tốc trục điều khiển số lấy làm thí dụ điển hình để nghiên cứu Đây máy CNC sản xuất nước công ty BKMECH vào năm 2007 Các phận máy mô tả – Ray dẫn hướng trục Z – Cột đứng máy phay – Gối đỡ vít me bi kèm gá động trục X – Ray dẫn hướng trục X – Thân máy – Vít me bi trục X – Gối đỡ vít me bi trục Y – Ray dẫn hướng trục Y – Bán Y 10 – Bàn X ( đặt chi tiết gia công) 11 – Cụm trục 12 – Cụm trục Z 13 – Vít me bi trục Z Hình 2-1 Sơ đồ động học máy Các thơng số kỹ thuật máy bao gồm: Hành trình theo trục X, X = 650 (mm) Hành trình theo trục Y, Y = 400 (mm) Hành trình theo trục Z, Z = 480 (mm) Khoảng cách từ mặt bàn tới lỗ trục chính: 120÷600 (mm) Khoảng cách từ tâm trục tới mặt ray dẫn hướng: 430 (mm) Thơng số bàn máy: Kích thước bàn: 770×400 (mm) Kích thước rãnh chữ T: 3×18T×120 Khối lượng phôi lớn nhất: M = 300 (kg) Vận tốc lớn chạy không: V1 = 20 (m/ph) Vận tốc lớn gia công: V2 = 15 (m/ph) 2.2 Hệ thống thay dao tự động máy VMC65 Số dao Z=24( dao), khối lượng trung bình dao 7÷10(kg), đường kính lớn dao D = 120 mm, loại chuôi dao BT40 Cấu tạo hệ thống thay dao tự động trình bày Hình 2-2 Mơ Hình 3D bánh nghiêng đỡ ; 2-xilanh khí nén 3-động dẫn động đài dao 4-chi dao 5- chi tiết kẹp dao 6-cơ cấu man 7-tang đài chứa dao Xilanh làm nhiệm vụ dịch đài dao sang trái phải Động dẫn động đài dao quay tròn để thực thay dao 1-giá CÁC HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG DÙNG CHO MÁY CÔNG CỤ CNC CHƯƠNG CÁC HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG DÙNG CHO MÁY CÔNG CỤ CNC 3.1 Giới thiệu chung loại hệ thống thay dao tự động 3.1.1 Chức nhiệm vụ a Nhiệm vụ hệ thống thay dao Là cất trữ số lượng dao cần thiết đưa nhanh dao vào vị trí làm việc có u cầu Các máy CNC đại thường trang bị hệ thống thay dao tự động theo chương trình Automatic Tool Changer – ATC b Ưu nhược điểm thay dao tự động so với thao tác tay - Ưu điểm : + Rút ngắn thời gian đổi dụng cụ + Tránh lỗi thao tác + Tránh số rủi ro tai nạn + Có khả tự động hóa cấp độ cao - Nhược điểm : + Vốn đầu tư lớn + Tăng chi phí cho lắp đặt ban đầu c Các yêu cầu hệ thống thay dao tự động + Ổ chứa phải có dung lượng đủ lớn + Dụng cụ phải giữ ổ với độ tin cậy cao + Dụng cụ phải giữ chặt tay máy thay tự động + Chuôi dao đài gá dao phải định vị xác vào vị trí gia cơng + Khoảng cách ổ tích dụng cụ tới vị trí cơng tác ngắn + Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động phải bố trí cho khơng chạm vào phơi thay dụng cụ + Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động phải có độ tin cậy làm việc cao + Tránh làm bẩn bề mặt lắp ráp chuôi vào đài gá dụng cụ + Sử dụng bảo dưỡng tiện lợi, đáp ứng yêu cầu an toàn + Quản lý thay đổi xác dao theo chương trình + Thay nhanh để giảm thời gian chờ Hình 3-1 Sơ đồ thay dụng cụ, cấp phát tự động 3.1.2 Cơ cấu tích dụng cụ hệ thống thay dao tự động 3.1.2.1 Chức Dùng để chứa nhiều dao phục vụ cho q trình gia cơng Nhờ có ổ tích dụng cụ mà máy CNC thực nhiều nguyên công cắt gọt khác liên tiếp với nhiều loại dao khác lần gá đặt Do q trình gia cơng nhanh mang tính tự động hóa cao 3.1.2.2 Phân loại cấu tích dụng cụ 10 Để chọn động dẫn động cho đài dao cần xác định momen yêu cầu để dẫn động đài dao Mđcmax: Mđcmax ≥ Mc Mđc: Momen dộng (thời gian thực) Mc: Momen cản (phản lực) đài dao lên trục động ⇔ pđcmax ≥ pc pđcmax: công suất cực đại động pc: công suất cản trục động (do đĩa Maltese gây ra) Tính tốn lực qn tính vị trí đĩa Maltese có gia tốc lớn nhất:ϕ1 =62° F t’ F’ Fr A F O2 ε2 ϕ1 Fr ’ Ft O1 Hình 4-16 Sơ đồ tính tốn lực Phương trình cân mơ men đài dao O2 ϕ1 = 62o ∑ M = Iε2 Ft R − M ms = Idd ε Trong đó: - Ft phản lực chốt A lên đĩa Maltese - Mms mô men lực ma sát ổ bi đài dao gây Mms = Fmsrtb - - Fms lực ma sát ổ đũa côn trọng lượng Tang tạo Fms = m.f = 352*10*0,01 = 39,8 N f = 0.01 hệ số ma sát ổ đũa đỡ chặn rtb – bán kính trung bình ổ đũa cơn: rtb = (125 +70)/2 = 97,5 mm ⇒ Mms = 39,8.0,0975 = 3.9 (Nm) Idd mơ men qn tính khối tồn đài dao (bao gồm 24 dao) Idd = Idd0 + Id (3-1) (3-2) (3-3) (3-4) Trong đó: 43 o Idd0 mơ men qn tính khối thân đài dao (khơng bao gồm dao) Có thể tính theo cách Cách 1: Sử dụng phần mềm CAD (Solidworks, Catia, …) để tính Cách 2: Chia đài dao thành cách khối dạng đĩa, tính mơ men qn tính khối cho phần cộng Có thể tính sơ Idd0 = mt+tkR32/2 = 184*0,252/2 = 11,5 (kgm2) o Id mơ men qn tính khối 24 dao Coi dao chất điểm cách đường tâm đài dao khoảng R Id = NMdR2 = 24*7*0.462 = 35,5 (kgm2) Từ phương trình (3-4) ⇒ Idd = 11,5 + 35,5 = 47 (kgm2) Idd ε + M ms 47 × 23.83 + 3.9 = = 4500(N) Từ phương trình (3-2) ⇒ Ft = R3 0.25 Phương trình cân mơ men chốt quay O1 (với giả thiết chốt quay với tốc độ không M dc = Fr O1A đổi hệ số ma sát trục khơng): (3-5) Trong đó: - Mđc mô men trục động - Fr phản lực đĩa Maltese lên chốt (chính lực ma sát trượt chốt rãnh) Fr = Ft.f2 F2 hệ số ma sát trượt (f2 =0,1) Từ phương trình (3-5) ⇒ Mdc = Ftf2O1A = 4500*0,1*0,035=15,8 (Nm) Công suất động cần thiết: pđc = Mđcω1 Trong đó: ω1 tốc độ góc chốt quay (đã tính trên) ⇒ pđc = 15,8*14,6 = 230 (W) 2) Lựa chọn động dẫn động quay đài dao Với yêu cầu Pđc ≥ 0,356 Kw ta chọn động điện xoay chiều pha không đồng 4A112MA8Y3 với thông số sau Công suất Vận tốc η% Kiểu động Tmax TK Cosϕ Kw quay,vg/ph Tdn Tdn 4A90LB8Y3 1,1 2p =8 ; nđb=750vg/ph 698 0,68 70 1,7 1,6 Kích thước động 44 Hình 4-17 Kích thước động điện 4A 3) Chọn hộp giảm tốc Hộp giảm tốc gì? Khi nguồn động lực động điện, tốc độ trục động thường lớn mô men xoắn nhỏ, không đảm bảo điều kiện làm việc máy tốc độ thấp mô men xoắn lớn Như cần thiết bị giảm tốc độ động cơ, đồng thời tăng mô men xoắn đề phù hợp chế độ làm việc máy Thiết bị gọi hộp giảm tốc (reduction gear box) Hộp giảm tốc khác hộp số (gear/transmission box)? Một số máy cần thay đổi tải (mô men xoắn) số điều kiện khác Chẳng hạn xe ô tô cần mô men xoắn lớn leo dốc khởi động, xe di chuyển vận độ thấp Mặt khác, di chuyển vận tốc cao đường mơ men xoắn khơng cần cao qn tính lớn tơ Như cần thiết bị để thay đổi mô men xoắn tốc độ điều kiện làm việc khác Thiết bị gọi hộp số Như vậy, hộp giảm tốc có tác dụng giảm tốc độ, tăng mơ men xoắn cịn hộp số có tác dụng thay đổi tốc độ mô men xoắn Sinh viên cần ý sử dụng xác hai thuật ngữ Có cần hộp giảm tốc cho động dẫn động đài dao khơng? 45 Đài dao thường có khối lượng lớn (khoảng vài trăm kg) nên có mơ men quán tính lớn quay, tốc độ quay lại nhỏ nên việc sử dụng hộp giảm tốc để giảm tốc độ tăng mô men xoắn trục đầu hộp giảm tốc cần thiết Trình tự tính tốn: • Tính Momen xoắn đầu vào Mv dựa cơng suất tốc độ quay động • Tìm tỉ số truyền Momen đầu hộp số • Tính tốn bánh hộ Mc = 94179,5(Nmm) • Chọn bánh : Z1=19 mà lại có tỷ số truyền 6,25 nên Z2=19.6,25=118,75 Chọn Z2=119 4) Tính tốn ly hợp ma sát Ly hợp có tác dụng truyền động momen trục ngắt truyền động nhanh, dứt khoát trường hợp cần thiết Ưu điểm ly hợp matsat truyền động êm, tự động ngắt truyền động hệ thống tải nên ta lựa chọn lắp ly hợp Masat cho hệ thống dẫn động quay đài dao Tính tốn ly hợp nhiều đĩa : Cơ sở để tính ly hợp masat nhiều đĩa hệ số masat vật liệu làm đĩa masat, đồng thời yêu cầu ly hợp phải có kết cấu phù hợp Ta có cơng thức tính đường kính trung bình đĩa Masat : Dtb = (2,5÷ 4).d = (2,5 ÷ 4).24 = 60÷ 96 mm Chọn Dtb = 80 mm Trong d = 24 mm – đường kính trục động hay đường kính lắp Ly hợp Đường kính ngồi đĩa Masat: D = 1,25.Dtb = 1,25.80 = 100 mm Đường kính đĩa Masat: d = 0,75.Dtb= 0,75.80 = 60 mm Chọn cặp ly hợp masat Thép – Thép tơi Bơi trơn nhỏ dầu, có hệ số masat f = 0,1, hệ số masat áp lực riêng cho phép p = kG/cm2 5) Mối ghép then trục nối động với đĩa O1 cấu Maltese Ta chọn sơ mối ghép then cho kết cấu với kích thước chọn theo đường kính trục động d = 24 mm Tra bảng 9.1a – Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí ta có kích thước then : b= 8mm, h = 7mm, t1= 4mm, t2 = 2,8mm bán kính góc lượn : r = (0,25 – 0,4) Hình 4-18 Kích thước hình học then Ta kiểm nghệm then theo điều kiện bền dập điều kiện bền cắt 46 𝜎d = 2T/[d.lt(h – t1) ≤ [ 𝜎d] (1) 𝜏c = 2T/(d.lt.b) ≤ [ 𝜏 c] (2) Then làm việc khơng chịu va đập, vật liệu thép nên có : [ 𝜎d] = 150 Mpa [ 𝜏c] = 80 Mpa Momen tác dụng trục : T = 17,94 Nm = 17940 Nmm Từ (1) => lt≥ mm Từ (2) => lt≥ mm Vậy ta chọn chiều dài then lt = 20 mm đủ điều kiện làm việc b Động học dẫn động di chuyển đài dao 1) Tính tốn lựa chọn xylanh khí nén cho chuyển động đài dao [8] Trong trình thay dao tự động ta cần thực chuyển động tịnh tiến vào Tang so với trục trính để thực trình thay dao Với tải trọng đài dao không lớn, chuyển động chuyển động thẳng vào nên ta chọn hệ thống xylanh khí nén cho hệ thống Ta xây đựng hệ thống dẫn động khí nén với phần tử hệ thống thủy-khí nối ghép theo sơ đồ sau : Hình 4-19 Sơ đồ hệ thống khí nén dẫn động đài dao Piston Xy lanh khí nén Đài dao Van tiết lưu 47 Van đảo chiều Đồng hồ đo Áp Van chiều Rơ le áp suất Van giảm áp 10 Máy nén khí 11 Bộ lọc 13 Van an tồn 2) Ngun lý hoạt động hệ thống Khí nén hút từ bình chứa khí qua van lọc thơ vào máy nén khí 10 tạo dịng khí có áp suất P, tiếp tục qua van lọc tinh 11 Van an toàn 13 bảo vệ máy nén khi tải van lọc 11 bị tắc, khí xả ngược bình chứa khí Đồng hồ đo áp – kiểm tra áp suất dịng khí Van giảm áp – điều chỉnh áp suất cần thiết cho hệ thống Rơle áp suát – ngắt nguồn điện cung cấp cho hệ thống tải Van đảo chiều – đảo chiều xylanh : điều khiển điện từ Van tiết lưu kết hợp với van chiều có tác dụng tiết lưu theo chiều Khí có áp suất làm việc vào Xylanh 2, áp suất làm việc đẩy Piston gắn với đài dao di chuyển 3) Tính tốn hệ dẫn động khí nén Z Z Cụm trục Z D/2 2r D/2 Lmin Vị trí đài dao gần tâm cụm trục Z 2r f Lmax Vị trí đài dao xa tâm cụm trục Z Hình 4-20 Các vị trí đài dao so với trục Khoảng cách giới hạn trục đài dao trục là: Lmin = D/2 = 460 (mm) Lmax = (D/2) + k = 460 +250 = 710 (mm) với k ≥ Z/2 + r + f đó: Z: chiều rộng bàn Z máy, Z = 340 mm r: bán kính cổ chi dao BT40, r = 31,5 mm f: khoảng an toàn, chọn f = 20 mm (để đài dao vào không xảy va chạm với trục f > 0)  k ≥ 221,5 mm Chọn k = 250 (mm) Hành trình piston là: H = Lmax – Lmin = 710 – 460 = 250 (mm) Khối lượng đài dao chi tiết lắp ghép khác: Q (kg) • Trọng lượng tang dụng cụ: Q0 = 398 kg • Trọng lượng động quay đài dao: Q1 = 28,7 kg • Trọng lượng trục đỡ tang: Q2 = 12 kg 48 • Trọng lượng giá treo đài dao: Q3 = 24 kg • Các thành phần lắp ghép khác chọn = 10 kg ⇒ Q = 472,7 kg Thông số đầu vào: Khối lượng đài dao: Q = 472,7 kg Chọn hệ số ma sát đài dao trục dẫn hướng: fms = 0.1 Hành trình piston tính được: H = 250 mm Ta tính áp lực cần piston tạo theo công thức : 𝜋.𝐷 Fpiston = p.𝜇 đó: • D – đường kính xylanh • p – áp suất làm việc xylanh (áp suất khoang làm việc 6-8 bar, áp suất khoang khí tối thiểu 1,4 bar) • 𝜇 – Hệ số hiệu dụng xylanh Đa số xylanh khí nén làm việc chịu tải trọng động Khi tổn hao ma sát, có tính đàn hồi khí nén chịu tải thay đổi, sức ỳ Piston trước dịch chuyển, hệ số hiệu dụng giảm thường chọn 0,5 Chọn sơ áp suất làm việc hệ thống là: p = bar = Kg/cm2 Để piston di chuyển thì: 𝜋.𝐷 F = p.𝜇 ≥ Fms Fms: lực masat đài dao dẫn hướng Ta có: Fms = Q.f = 472,7×0,1 = 47,27 kg 4𝐹 𝑚𝑚  D ≥ �𝜋.𝑃.𝜇 = 3,88 cm Chọn theo tiêu chuẩn (trong giới hạn đồ án sinh viên cần chọn kích thước đường kính xylanh piston đến số lẻ 5, vd: 15, 20, 25, …): • Đường kính xylanh là: D = 50 mm • Đường kính cần piston là: d = 20 mm Vậy áp suất thực tế cần là: 𝜋.𝐷 𝜋.(𝐷 −𝑑2 ) p.𝜇 ≥Fms + pa.𝜇 4 Với pa : áp suất buồng khí – chọn pa = 1,5 bar = 1,5 kg/cm2 Thay số ta P ≥ 6,075 kg/cm2 = 6,075 bar Chọn P = kg/cm2 = bar Chọn kết cấu xylanh – piston khí nén theo catalog nhà sản xuất Ở ta lựa chọn xylanh có kết cấu giảm chấn khí nén đầu với thơng số hình học sau : F= 49 Hình 4-21 Kích thước Xilanh-Piston khí nén Tính tốn lưu lượng qua van tiết lưu : Hành trình Xylanh : H = 250 mm Thời gian di chuyển đài dao: T=2s Giả sử đài thay dao di chuyển thẳng với tốc độ là: V = H/T = 125 mm/s Lưu lượng qua van tiết lưu chiều là: 𝜋.𝐷 𝜋.0,52 Q1= V = 1,25.60 = 14,73 ( l/ph) Lưu lượng qua van tiết lưu chiều là: Q2= 𝜋.(𝐷 −𝑑2 ) V 𝜋.(0,52 −0,22 ) = 1,25.60 = 12,37 ( l/ph) Từ Q1, Q2 ta lựa chọn van tiết lưu phù hợp cho hệ thống Bảng 4-3 Thông số hệ thống khí nén Tên kích thước Kích thước Đường kính Xylanh D = 50(mm) Đường kính cần piston d = 20(mm) Hành trình Xylanh – Piston H = 250 (mm) Thời gian hết hành trình Xylanh – Piston T = 2(s) Áp suất khoang làm việc P = bar Áp suất khoang thoát khí pa = 1,5bar Lưu lượng qua van tiết lưu chiều Q1 = 14,73 l/ph Lưu lượng qua van tiết lưu chiều Q2 = 12,37 l/ph 4) Tính toán trục dẫn hướng đài dao 50 Để dẫn hướng cho Tang chứa dụng cụ, ta dùng trục lắp thân đỡ để dẫn hướng: Hình 4-22 Sơ đồ bố trí trục dẫn hướng hệ thống thay dao Với hệ thống thay dao địi hỏi độ xác cao, trục dùng để dẫn hướng Tang chứa dao tiến vào trục máy để thay dao thơng qua bạc Vậy ta coi trục chịu tác dụng trọng lượng Tang chứa dụng cụ, động để truyền động quay phân độ Tang than đỡ Tang Ta chọn vật liệu làm trục Đường kính trục dẫn hướng tính theo hai tiêu độ bền uốn độ võng lớn cho phép Đầu vào khối lượng hệ thống Tang chứa dụng cụ, khoảng cách gối ổ cố định lấy gần hành trình dịch chuyển tang Đầu vào: -Trọng lượng Tang dụng cụ : G0 = 398.10 = 3980N - Trọng lượng động quay đài dao : G1 = 28,7.10 = 287 N - Trọng lượng trục đỡ tang : G2 = 12.10 = 120 N - Trọng lượng giá treo đài dao : G3 = 24.10 = 240 N -Vật liệu thépC45: σb=600(MPa), [τ ] =12 20(MPa) -Chiều dài trượt : Ltd= 130 mm Tính đường kính trục dựa độ bền uốn Kết tính tốn trường hợp Tang dụng cụ nằm vị trí trục dẫn hướng.Như Momen lớn vị trí trục có độ lớn Mtd = G/2.Ltd Với G tổng trọng lực tác dụng lên trục dẫn hướng chủ yếu bao gồm trọng lượng tang dụng tang, trọng lượng trục đỡ tang, trọng lượng Động cơ, trọng lượng giá treo đài dao thành phần phụ khác ta chọn tổng khối lượng 10.10 = 100 N G = G0 +G1 +G2 +G3 + 100 = 3980 + 287 +120 +240 + 100 = 4727 N Đường kính trục phải thỏa mãn điều kiện : d ≥ Với Mtd = 4727.130/2= 307255 (N.mm) Thay số ta có : d ≥ 17,2 mm M td 0,1.[ σ] 51  Chọn đường kính trục nhỏ dmin = 25mm Kiểm tra độ võng lớn trục phương pháp nhân biểu đồ Veresaghin Xây dựng biểu đồ Momen Mpvà Mk Trong Mk momen đơn vị với giá trị lực đơn vị tương ứng 1N Hình 4-23 Biểu đồ momen Độ võng lớn trục đượ tính theo cơng thức 𝐺𝐿3𝑡𝑡 𝐺 4727.1303 f= 𝐿𝑡𝑡 𝐿𝑡𝑡 𝐿𝑡𝑡 = = = 0,32 mm 254 4.Ẹ𝐽 𝐸.𝐽 2 4.2,1.105 𝜋 32 Điều kiện trục làm việc : f≤ [f] [f] : Độ võng cho phép hệ thống [f] = h Với h : khe hở cho phép làm việc kết cấu Xylanh – Piston CHƯƠNG TRÌNH TỰ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 5.1 Đồ án thiết kế hệ thống thay dao tự động máy phay CNC 1.Tìm hiểu sơ đồ động cấu thay dao đề cho 5.2 Đồ án thiết kế hệ thống dẫn hướng 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC A – KÍCH THƯỚC CHI DAO BT30 BT30 D1 [mm] D2 D3 D4 L1 37,75 12,5 46 42 L2 L3 48,4 22 T B1 B2 13,6 M12 16,1 16,3 BT40 BT40 D1 [mm] D2 D3 D4 L1 44,45 17 L2 L3 63 59 65,4 27 D2 D3 D4 L1 T B1 16,6 M16 B2 16,1 22,6 BT50 D1 [mm] 69,85 25 L2 L3 100 95,5 101,8 38 T 23,2 M24 B1 B2 25,7 35,4 54 Kích thước chuột (pull stud) Loại chuôi dao α A B C D E F H K L N BT30 30o/45o M12 11 43 23 18 16.5 13 12.5 BT40 30o/45o M16 15 10 60 35 28 23 19 17 BT50 30o/45o M24 23 17 85 45 35 10 38 30 25 55 PHỤ LỤC B – MỘT SỐ KÝ HIỆU CỦA HỆ THỐNG THỦY KHÍ 56 PHỤ LỤC C – CÁC QUY ƯỚC VỀ KÝ HIỆU TRONG ĐỒ ÁN Ký hiệu Ý nghĩa Rmax1 Bán kính lớn chi kẹp Rmax2 Bán kính lớn dao Tmin Thời gian thay dao nhanh hệ thống (?) Tmax Thời gian thay dao lớn hệ thống (?) Z Số ổ chứa dao đài dao Dmax2 (Rmax2) Đường kính (bán kính) lớn dao (bao gồm chuôi dao dao) md Khối lượng tối đa dao L Chiều dài chuôi dao Ghi 57 ... vào nên ta chọn hệ thống xylanh khí nén cho hệ thống Ta xây đựng hệ thống dẫn động khí nén với phần tử hệ thống thủy -khí nối ghép theo sơ đồ sau : Hình 4-19 Sơ đồ hệ thống khí nén dẫn động đài dao... q trình thay dao 4.2 Tính tốn kết cấu chí hệ thống thay dao tự động 4.2.1 Tính tốn, thiết kế đài gá dao hệ thống a Các thông số đầu vào để tính tốn kết cấu khí hệ thống thay dao tự động • • •... quản trị cần thiết Số hiệu dụng cụ lập trình, cịn hệ CNC truy cập vị trí dụng cụ 25 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG CHO MÁY PHAY CNC – VMC65 CHƯƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY