BÁO CÁO MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY THEO NGUYÊN TẮC MODULE Giảng viên hướng dẫn: TS. Phạm Thùy Dương Sinh viên thực hiện: Hà Nội, 2020 Nhiệm vụ bài tập 1. Chọn một máy tiện hoặc phay CNC (4~7) trục từ nguồn tham khảo. 2. Truy cập website của hãng, thành lập lại bảng thông số kỹ thuật của máy. 3. Phân tích nguyên lý hoạt động, vẽ sơ đồ động và viết công thức mô tả theo chức năng. 4. Xác định dòng tác dụng của lực trong máy. 5. Phân tích TopDown theo cấu trúc thứ bậc trên nguyên tắc phân chia, hợp thành, kết nối, thích nghi và tái sử dụng. 6. Xác định thông số kỹ thuật của các thành phần tại các cấp trong sơ đồ thứ bậc. 7. Lập bảng 2 chiều mô tả máy và mở rộng các thành phần vật lý để xác định số biến thể. 8. Xác định loại liên kết và thuộc tính liên kết được sử dụng trong máy. 9. Mô hình hóa về hình dáng các đối tượng (mô đun cụm cụm phức hợp) và xây dựng họ chi tiết tương ứng. 10. Xây dựng sơ đồ lắp ráp và mô phỏng hoạt động của một biến thế.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN MÁY & MA SÁT HỌC *********** BÁO CÁO MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY THEO NGUYÊN TẮC MODULE Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Thùy Dương Sinh viên thực hiện: Hà Nội, 2020 Nhiệm vụ tập Chọn máy tiện phay CNC (4~7) trục từ nguồn tham khảo Truy cập website hãng, thành lập lại bảng thông số kỹ thuật máy Phân tích nguyên lý hoạt động, vẽ sơ đồ động viết công thức mô tả theo chức Xác định dòng tác dụng lực máy Phân tích Top-Down theo cấu trúc thứ bậc nguyên tắc phân chia, hợp thành, kết nối, thích nghi tái sử dụng Xác định thông số kỹ thuật thành phần cấp sơ đồ thứ bậc Lập bảng chiều mô tả máy mở rộng thành phần vật lý để xác định số biến thể Xác định loại liên kết thuộc tính liên kết sử dụng máy Mơ hình hóa hình dáng đối tượng (mơ đun/ cụm/ cụm phức hợp) xây dựng họ chi tiết tương ứng 10.Xây dựng sơ đồ lắp ráp mô hoạt động biến 1) Chọn máy tiện phay CNC (4~7) trục từ nguồn tham khảo: Nguồn tham khảo: https://www.youtube.com/watch?v=y3lZ_AFvb7M Lựa chọn máy: DMU 50 – 3rd generation 2) Truy cập website hãng, thành lập lại bảng thông số kỹ thuật máy Truy cập website: https://en.dmgmori.com/products/machines/milling/5-axismilling/dmu/dmu-50 Bảng thơng số kỹ thuật: 3) Phân tích ngun lý hoạt động, vẽ sơ đồ động viết công thức mô tả theo chức Nguyên lý hoạt động: - Hệ dẫn động trục X, Y, Z đơng servo gắn liền với vít me – đai ốc bi biến đổi chuyển động quay động sang chuyển động tính tiến trục - Các trục quay B, C dẫn động động servo, với góc quay trục B -35°/+110°, góc quay trục C 360° - Hệ thống thay dao ATC dạng tay máy cho phép thực q trình thay dao nhanh, xác Sơ đồ động: Công thức mô tả theo chức năng: CBOXYZCv 4) Xác định dòng tác động lực máy Hình 3: Dịng lực tác dụng lực máy DMU 50 (1) – dịng tác dụng lực chính: từ dao, qua thân máy chảy xuống (2) – dịng tác dụng lực phụ: phơi qua gá phôi, bàn máy, hợp với (1) chảy xuống đất 5) Phân tích Top-Down theo cấu trúc thứ bậc nguyên tắc phân chia, hợp thành, kết nối, thích nghi tái sử dụng 5.1 Nguyên tắc phân chia Trong thực tế, mô-đun xác định cách sử dụng phương pháp thử sai Nguyên tắc phân tách xác định sau Một mô-đun phép có chức cụ thể / cấu hình cấu trúc để xem xét đầy đủ điều sau đây: a) Người dùng không quan tâm liệu máy có thiết kế cách sử dụng nguyên tắc mơ-đun hay khơng, modul cần có chức cấu hình cho dễ sử dụng b) Các mơ-đun phải có độ cứng thỏa đáng liên kết yêu cầu độ cứng cao c) Độ xác gia cơng mơ-đun phải nằm mức cho phép dung sai để đạt độ xác lắp ráp theo yêu cầu điều kiện khớp Vấn đề đặt làm để phân chia máy tổng thể số lượng modul thích hợp tiêu chuẩn hóa Theo cách phân chia ta phân chia máy phay thành cụm đơn vị tổ hợp lớn như: - Tổ hợp chứa dao - Tổ hợp chứa phôi - ATC (thay dao tự động) - … Sau tiếp tục phân chia thành khối modul nhỏ hơn: - Tổ hợp dao: trục chính, ổ chứa dao, trượt, bàn dao - Tổ hợp phôi: Đồ gá,… Cuối phân chia modul nhỏ 5.2 Nguyên tắc thống Trên thực tế việc chia modul nhỏ yêu cầu cần thiết kế xác phức tạp đóng gói vận chuyển tiền thuế sản xuất Người ta ưa chuộng cụm modul thống nhất, thiết kế tiêu chuẩn để đảm bảo đáp ứng qui trình lắp đặt Để thống modul nhỏ người ta cần tiêu chuần hóa nhóm kích thước khác liên quan thơng số kĩ thuật, chức năng, cấu hình Người ta cố gắng tìm cơng nghệ nhằm chuẩn hóa cụm modul thống cho tất máy công cụ Dựa modul nhỏ, phụ thuộc vào cách lắp đặt thiết kế phục vụ mục đích khác có cấu hình cấu trúc modul thống khác Ví dụ, máy phay chọn thống modul thống tổ hợp bàn trượt, tổ hợp trục chính, bàn máy 5.3 Nguyên tắc kết nối Trong thiết kế mơ-đun, tồn máy cơng cụ có số lượng đáng kể khớp nên thiết kế mơ-đun, phương pháp nối bề mặt khớp cần tiêu chuẩn hóa mà trì độ xác lắp ráp cho phép độ cứng khớp chấp nhận dù mô-đun sử dụng nhiều lần Để máy CNC làm việc phối hợp phận khác thông qua liên kết kết nối Để tìm độ bền thích hợp cho liên kết cần số liệu cụ thể tải trọng, điều kiện làm việc, bảo dưỡng… Ví dụ kết nối bulong, liên kết kẹp chặt tạo lực xiết bulong, hai chi tiết cần kết nối với Ví dụ kết nối bàn trượt phôi: bàn trượt phôi kết nối bề mặt tiếp xúc rãnh trượt, bàn trượt, nêm Kết nối cụm trục gồm có bulong đai ốc đầu gá dao, hệ thống kẹp dao, liên kết tiếp xúc rãnh trượt trục bề mặt với cụm chứa dao 5.4 Ngun tắc thích nghi Các cấu hình cấu trúc khác với chức năng, hiệu suất thông số kỹ thuật đa chiều nên sản xuất tùy ý từ nhóm mô-đun Vấn đề quan trọng thiết lập phương thức kết hợp phương thức giao thoa thích hợp mô-đun đánh giá tương thích cấu hình tạo với thiết kế u cầu Ví dụ máy cơng cụ, cụm chứa dao tương thích để lắp nhiều loại dao khác nhau, mối ghép bulong lắp nhiều loại bulong khác nhau, cụm động thiết kế để dùng nhiều loại động khác nhau… 5.5 Nguyên tắc tái sử dụng Trong máy CNC ln tồn chi tiết, modul tái sử dụng tái sử dụng Những modul tái sử dụng áp dụng máy máy khác loại, máy tái sử dụng qua lại lẫn chi tiết cần thiết phù hợp 6) Xác định thông số kỹ thuật thành phần cấp sơ đồ thứ bậc Ví dụ sơ đồ phân cấp máy CNC: Thông số kỹ thuật thành phần cấp máy CNC DMU 50: Phân cấp Tên thành phần Thông số kỹ thuật Cấp Máy Cấp Cụm trục Cấp Cấp Cụm chứa dao (thay dao tự động) Bàn máy Cấp Đường dẫn hướng Cấp Dao Cấp Đài dao Cơng suất: 28 kW Kích thước: 1.8x2.1x2.4 m Trọng lượng: 7480 kg Tốc độ di chuyển nhanh X/Y/Z: 42 m/min Lực đẩy lớn X/Y/Z: 48 kN Số dao: 30, 60, 120 Loại ATC: kiểu tay máy Kích thước bàn: Φ630x500 mm Tải trọng lớn nhất: 300 kg Tốc độ quay lớn trục B C: 30 rpm Góc quay trục C: -35°/+110° Hành trình trục X, Y, Z: 650/520/475 mm Chiều dài dao tối đa: 300 mm Đường kính dao tối đa: 80/130 mm Khối lượng dao tối đa: kg Dạng xích 7) Lập bảng chiều mơ tả máy mở rộng thành phần vật lý để xác minh số biến thể 8) Xác định loại liên kết thuộc tính liên kết sử dụng máy Vít me – đai ốc bi cấu truyền động biến truyền động quay trục vít thành chuyển động tịnh tiến đai ốc ngược lại, hay nói cách khác chuyển đổi mơ-men xoắn thành lực đảo chiều dọc trục Ưu điểm: - Độ xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn - Truyền động êm, có khả tự hãm, lực truyền lớn - Tổn thất ma sát nên có hiệu suất cao, đạt từ 90 – 95 % - Lực ma sát gần không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động nên đảm bảo chuyển động nhựng vận tốc nhỏ - Hầu khơng có khe hở mối ghép tạo lực căng ban đầu, đảm bảo độ cứng vững hướng trục cao - Ổ lăn thành phần khí dùng thiết kế khí để giảm ma sát giữ trục gối đỡ Hiệu suất ổ lăn đặc biệt quan trọng tới hiệu trục - Ổ lăn sử dụng máy công cụ phải đạt yêu cầu tốc độ quay, tải trọng tuổi thọ đặc biệt độ xác - Tốc độ lớn ổ lăn hoạt động hệ số d.n đó: d đường kính ổ lăn n tốc độ quay theo v/ph 10 Để thực tải trọng trục theo hai hướng tăng độ cứng trục dọc trục xuyên tâm, vòng bi kết hợp xếp theo cách khác dọc theo trục Cách bố trí back-to-back thơng dụng Vòng ổ lăn gắn chặt với Trục vận hành với tải trọng lớn Cách bố trí trước – sau: Vịng vịng ngồi có độ lệch, tạo khả tải cao Chịu tải trọng dọc trục lớn theo chiều khơng chịu tải có hướng ngược lại Đường dẫn hướng Đặc trưng đường dẫn hướng: 11 Dùng dẫn hướng bàn máy đầu dụng cụ Chịu tải tất lực tĩnh động máy Kết cấu → độ xác động học đường dẫn hướng Liên kết động học cụm dẫn hướng phần động (bàn máy) phần tĩnh (đường hướng) định độ xác hình học máy Độ xác đường hướng đánh giá đại lượng: Độ thẳng Độ phẳng Độ song song Tốc chạy dao từ 20mm/ph đến 50m/ph → bôi trơn, êm, Các yêu cầu đường dẫn hướng: Đảm bảo độ cứng vững Đảm bảo dịch chuyển nhỏ tránh tượng trượt bước nhảy Giảm tổn thất lượng có khả bơi trơn tốt Tuổi thọ độ tin cậy cao Theo dạng ma sát người ta chia dạng: Đường hướng ma sát trượt bôi trơn ướt Đường hướng ma sát lăn Đường hướng ma sát lăn: Ưu điểm: Tổn hao ma sát nhỏ, độ nhậy cao, khơng khe hở Được tiêu chuẩn hố: nâng cao chất lượng (vật liệu, biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt), nâng cao độ xác Bơi trơn: phun sương dầu nhỏ giọt trực thời gian điều khiển Đáp ứng yêu cầu gia tốc lớn, dịch chuyển nhỏ, gián đoạn, tránh đựoc ma sát trượt kiểu bước nhảy ma sát giới hạn Nhược điểm: Khả giảm chấn thấp Khả tải không cao Chế tạo đắt tiền Đường hướng ma sát trượt bôi trơn ướt tiếp xúc phần động tĩnh tiếp xúc mặt: đường hướng mặt, đường hướng đuôi én, đường hướng chữ V, đường hướng trụ, hệ số ma sát đường hướng dạng cao bắt đầu chuyển động Ưu điểm: Hệ số ma sát nhỏ, tổn hao thấp, độ ổn định cao Độ cứng vững cao, giảm dao động, tăng tuổi thọ Đáp ứng yêu cầu gia tốc chuyển động chạy dao 12 Đảm bảo dịch chuyển nhỏ tới 0,001mm Nhược điểm: Chế tạo khó, phải đạt độ xác cao → đắt tiền Liên kết bulong: bulong đai ốc sử dụng để gắn cứng chi tiết lại với để tạo nên cụm chi tiết modun 9) Mơ hóa hình dáng đối tượng (mô đun/ cụm/ cụm phức hợp) xây dựng họ chi tiết tương ứng Mơ hình hóa đai ốc bi loại “End cap type”: - Mơ hình thực tế: - Mơ hình hóa vẽ: Mơ hình hóa ổ lăn sử dụng máy CNC - Mơ hình thực tế: 13 - Mơ hình hóa vẽ 3D: - Họ chi tiết tương ứng: 10)Xây dựng sơ đồ láp ráp mô hoạt động biến thể Sơ đồ lắp ráp biến thể máy CNC sau: Giá đỡ hệ thống Giá đỡ động Xy lanh 14 Trục tangdao Tangđỡ chứa Động Man Cụm giá đỡ hệ thống: bao gồm giá đỡ hệ thống trục định hướng Trục định hướng cố định giá đỡ đai ốc Figure giá đỡ hệ thống Giá đỡ động cơ: Được lắp ráp trục định hướng cho chuyển động dọc theo trục định hướng 15 Xy lanh: phận bao gồm xylanh giá đỡ xylanh, giá đỡ xylanh lắp ráp cố định giá đỡ hệ thống trục piston gắn vào giá đỡ động để giúp phận thay dao chuyển động Trục đỡ tang: Trục đỡ tang có tác dụng đỡ toàn cấu tang toàn dao, gắn cố định với giá đỡ động bu lông Tang chứa dao 16 - Tang chứa dao bao gồm đĩa tích dao gắn liền với đĩa mante: Đĩa man có tác dụng biến chuyển động quay liên tục thành quay gián đoạn ứng với góc phân độ dao - Một ổ đũa cơn: có tác dụng chịu lực, đỡ tang chứa dao - ổ bi: hỗ trợ tang chứa dao quay 17 - Nắp vỏ tang - Chốt ổ đũa: dùng để đỡ ổ đũa côn tang chứa dao - Các phận bố trí sau: 18 - Bộ phận đài dao tay kẹp: gắn đĩa tích dao Động cơ: giúp cho đĩa cần tác dụng cho đĩa man quay Được gắn cố định trục đỡ động Hình ảnh tổng thể hệ thống thay dao 19 20 ... Top-Down theo cấu trúc thứ bậc nguyên tắc phân chia, hợp thành, kết nối, thích nghi tái sử dụng 5 .1 Nguyên tắc phân chia Trong thực tế, mô-đun xác định cách sử dụng phương pháp thử sai Nguyên tắc. .. thống tổ hợp bàn trượt, tổ hợp trục chính, bàn máy 5.3 Ngun tắc kết nối Trong thiết kế mơ-đun, tồn máy cơng cụ có số lượng đáng kể khớp nên thiết kế mô-đun, phương pháp nối bề mặt khớp cần tiêu... 5.5 Nguyên tắc tái sử dụng Trong máy CNC tồn chi tiết, modul tái sử dụng khơng thể tái sử dụng Những modul tái sử dụng áp dụng máy máy khác loại, máy tái sử dụng qua lại lẫn chi tiết cần thiết