Nghiên cứu, thiết kế mô phỏng hệ thống mâm dao trung tâm gia công cnc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MÂM DAO TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC S K C 0 9 MÃ SỐ: T2014-88 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MÂM DAO TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC Mã số: T2014-88 Chủ nhiệm đề tài: GVC- ThS Hồ Ngọc Bốn TP HCM, – 11/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MÂM DAO TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC Mã số: T2014-88 Chủ nhiệm đề tài: GVC- ThS Hồ Ngọc Bốn TP HCM, – 11/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MÂM DAO TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC Mã số: T2014-88 Chủ nhiệm đề tài: GVC- ThS Hồ Ngọc Bốn Tp Hồ Chí Minh – 11/2014 MỤC LỤC TỔNG QUAN – MỤC TIÊU ĐỀ TÀI NỘI DUNG 3-39 I NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 5-16 1.1 Thông số kỹ thuật 1.2 Nguyên lý hoạt động 1.3 Vị trí chức 10 II TÍNH TỐN KIỂM TRA BỀN 17-36 2.1 Tính mômen quay mâm dao 17 2.2 Kiểm tra bền truyền động 18 2.3 Tính then 29 2.4 Tính tốn ổ lăn 31 2.5 Tính tốn lị xo 32 2.6 Kiểm nghiệm bền trục (Vị trí 79) 33 2.7 Thiết kế cam 35 III MÔ PHỎNG 37 IV KẾT LUẬN 40 Tài liệu tham khảo 41 Phụ lục 42 Phụ lục 45 TỔNG QUAN Máy gia công kiểu “trung tâm gia công cắt gọt kỹ thuật số” xuất vào năm 1958 từ đến phát triển rộng rãi Trung tâm gia cơng cắt gọt có khả thực ngun cơng khác cho sản phẩm Ví dụ trung tâm gia công cắt gọt kỹ thuật số MC FHC80 MC FVH80 thực ngun cơng phay, khoan, doa cắt ren bề mặt đơn giản phức tạp theo [6] Đƣợc dùng sản xuất chi tiết bán tự động với chế độ sản xuất hàng loạt nhỏ đơn Nếu đánh giá trung tâm cắt gọt theo quan điểm công nghệ, khẳng định phần lớn thiết bị gia cơng sản phẩm từ nhiều phía với lần định vị kẹp chặt, ví dụ loại dao cắt khác Điều cho phép đạt đƣợc độ xác kích thƣớc bề mặt hình học cao hơn, giảm thời gian tổn thất ngun cơng Trung tâm cắt gọt làm việc nhiều chu kỳ khác Hiện hầu hết trung tâm đƣợc trang bị hệ thống điều khiển cho phép làm việc với chu kỳ hoàn chỉnh, đồng thời giải việc chuyển động tƣơng đối dụng cụ cắt chi tiết theo 3, 4, trục Tại Việt nam, trang thiết bị công nghệ gia công tiên tiến xuất ngày nhiều, đáp ứng yêu cầu phát triển công nghiệp hội nhập Quốc tế, máy cơng cụ CNC chiếm vai trị quan trọng Một số sở cơng nghiệp, chẳng hạn nhà máy Cơ khí tự động Tiến Tuấn, nhà máy Cơ khí Trung Hậu khu công nghiệp Tân tạo…, sử dụng loại máy CNC, hiệu MAZAC nhập từ Nhật Bản, có máy phay CNC đƣợc trang bị mâm dao tay gắp thay dao tự động Sự tự động hố máy bao gồm tự động tách phơi, tự động đổi dao, tự động định vị… với hệ thống điều khiển riêng Bộ thay dao tự động đƣợc lắp đặt với chứa dao ( gọi mâm chứa dao) hệ thống điều khiển, chủ yếu cấu thủy lực, chuyển động đổi dao thƣờng gồm hai chu kỳ: - Tìm dao theo mã số chuyển dao đến vị trí thay đổi - Đổi dao, phải việc lắp dao hộp dao, đƣa dao đến đầu định vị dao kẹp chặt dao Hệ thống cần đƣợc chỉnh sửa cải tiến nhằm tăng tính linh hoạt, giảm thời gian thay dao Để đạt đƣợc điều cần nghiên cứu thêm động học, động lực học mô hoạt động tay gắp thay dao máy tính Sự phát triển cơng nghệ máy tính phần mềm ứng dụng kỹ thuật mở nhiều biện pháp giải tốn kỹ thuật hồn chỉnh đạt hiệu cao đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế mô mâm chứa dao trung tâm gia công CNC” dựa theo ý tƣởng MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Để thiết kế chế tạo thiết bị đó, việc phải thực nghiệm nguyên lý, sau chế tạo chạy thử Các cơng việc mơ trƣớc máy tính, tìm chỗ chƣa đạt yêu cầu, sữa chữa mô hình Thơng qua việc xây dựng mơ hình mơ cảm nhận trực quan Trên đoạn phim mơ xem nhiều lần để phân tích kỹ q trình đó, nhằm bỏ bớt cơng nghệ không cần thiết, bổ sung khiếm khuyết trƣớc gia công, rút ngắn thời gian thực Mâm chứa dao phận cần thiết để đổi dao tự động trung tâm cắt gọt CNC, có nhiều dạng máy gia công cắt gọt giới Tuy nhiên đề tài nghiên cứu mâm chứa dao máy phay CNC có Việt nam Xây dựng mơ hình dựa thực tế đồng thời thu thập thông tin từ tài liệu liên quan đến việc nghiên cứu tay gắp nƣớc - Nghiên cứu nguyên lý hoạt động chứa dao CNC - Nghiên cứu đông học đông lực học số cấu - Thiết kế mơ hoạt động chứa dao máy phay CNC máy tính NỘI DUNG Mơ hình khái quát máy CNC : Máy gồm hai phần : a Phần điều khiển : gồm chƣơng trình điều khiển cấu điều khiển - Chƣơng trình điều khiển : Là tập hợp tín hiệu (gọi lệnh) để điều khiển máy, đƣợc mã hóa dƣới dạng chữ cái, số số ký hiệu khác nhƣ dấu cộng, trừ, dấu chấm, gạch nghiêng… Chƣơng trình đƣợc ghi lên cấu mang chƣơng trình dƣới dạng mã số (cụ thể mã thập – nhị phân nhƣ băng đục lỗ, mã nhị phân nhƣ nhớ máy tính) - Các cấu điều khiển : Nhận tín hiệu từ cấu đọc chƣơng trình, thực phép biến đổi cần thiết để có đƣợc tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra hoạt động chúng thơng qua tín hiệu đƣợc gửi từ cảm biến liên hệ ngƣợc Bao gồm cấu đọc, cấu giải mã, cấu chuyển đổi, xử lý tín hiệu, cấu nội suy, cấu so sánh, cấu khuyếch đại, cấu đo hành trình, cấu đo vận tốc, nhớ thiết bị xuất nhập tín hiệu Đây thiết bị điện – điện tử phức tạp, đóng vai trị cốt yếu hệ thống điều khiển máy CNC b Phần chấp hành : Gồm máy cắt kim loại số cấu phục vụ vấn đề tự động hoá nhƣ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tƣới trơn, hút thổi phoi, cấp phôi… Cũng nhƣ loại máy cắt kim loại khác, phận trực tiếp tham gia cắt gọt kim loại để tạo hình chi tiết Tuỳ theo khả công nghệ loại máy mà có phận: Hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trƣợt, bàn máy, trục chính, ổ chứa dao, tay máy… Kết cấu phận chủ yếu nhƣ máy vạn thơng thƣờng, nhƣng có vài khác biệt nhỏ để đảm bảo trình điều khiển tự động đƣợc ổn định, xác, suất đặc biệt mở rộng khả công nghệ máy Hộp tốc độ : Phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, thƣờng truyền động vô cấp, sử dụng ly hợp điện từ để thay đổi tốc độ đƣợc dễ dàng Hộp chạy dao : Có nguồn dẫn động riêng, thƣờng động bƣớc Trong xích truyền động sử dụng phƣơng pháp khử khe hở truyền nhƣ vitme – đai ốc bi… Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thải phoi, tƣới trơn, dễ thay dao tự động Nhiều máy có ổ chứa dao, tay máy thay dao tự động, có thiết bị tự động hiệu chỉnh dao bị mòn… Trong máy CNC sử dụng dạng điều khiển thích nghi khác đảm bảo nhiều thông số tối ƣu nhƣ thành phần lực cắt, nhiệt độ cắt, độ bóng bề mặt, chế độ cắt tối ƣu, độ ồn, độ rung… Các trung tâm gia công CNC với ổ thay dao tự động có thị trƣờng Việt Nam Hình 1: Máy Phay CNC với ổ thay dao tự động dạng xích Hình 2: Máy phay CNC với ổ thay dao tự dộng dạng mâm I NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 1.1 THÔNG SỐ KỸ THUẬT: Số lƣợng ổ dao chứa mâm dao: 21, côn dao SA 50, áp suất p = 6Mpa Đƣờng kính ổ dao: 100mm, đƣờng kính mâm dao: 827mm Tốc độ chu trình 10s 1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: 1.2.1 Nguyên lý hoạt động mâm chứa dao : a Sơ đồ động: 1: Động thủy lực 2: Bộ truyền bánh trụ cấp nhanh 3: Bộ truyền bánh rang trụ cấp chậm 4: Cam hở 5: Đĩa lệch tâm 6: Cơng tắc hành trình Hình 3: Sơ đồ truyền động mâm dao TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] NGYỄN NGỌC CẨN: Truyền động dầu ép máy cắt kim loại, trang 6-156, Trƣờng Đ.H Bách khoa Hà nội, 1974 [2] NGUYỄN TRỌNG HIỆP NGUYỄN VĂN LẪM Thiết kế chi tiết máy, NXB Giáo Dục TP Hồ Chí Minh, 1993 [3] NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG: Hệ thống điều khiển thủy lực, NXB Giáo Dục TP Hồ Chí Minh, 2000 [4] NGYỄN NGỌC PHƢƠNG: Bài giảng Sức bền vật liệu, 1978 [5] NGUYỄN DOÃN PHƢỚC: Tự động hố với SIMATIC S7-200, NXB Nơng Nghiệp Hà Nội, 1997 [6] TRẦN DOÃN TIẾN: Tự động điều khiển q trình cơng nghệ, NXB Giáo Dục Hà nội, 1999 [7] LÊ HOÀNG TUẤN: Sức bền vật liệu, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1998 TIẾNG NƯỚC NGOÀI [8] CERNOCH: Strojne technicka prirucka, Praha, 1977 [9] CHVÁLA: Mechanizace a automatizace obrábecích stroju SNTL Praha 1970 [10] NECMEC: [11] PÍC: Casti stroju III, Praha, 1969 Vybrané state z konstrukce NC obrábecích stroju, VUT 1974 [12] Engineering and Technical Drawing Using Solid Edge, Version by Jerry Craig 13] MSC/NASTRAN Quick Reference Guide by MSC [14] MATLAB Programming for Engineers by Stephen J Chapman [15] MATLAB Guide by Desmond J Higham, Nicholas J Higham 41 PHỤ LỤC BẢNG KÊ CHI TIẾT MÂM DAO Vị trí Ký hiệu Tên chi tiết Motor Số lượng Vít M6x8 Thép 35 Then bán nguyệt 6x9x22 Thép CT6 Bánh Thép 40X Vít M8x20 Thép 35 Gối Thép 50 Ổ lăn NJ204 X15CT Trục Thép 40X Then 7x8x20 Thép CT6 10 Bánh Thép 40X 11 Đai ốc M12 Thép 35 12 Vòng đệm 12 Thép 35 13 Ổ lăn 304 X15CT 14 Ống lót Thép 45 15 Nắp Gang 16 Vít M8x25 Thép 35 17 Then 7x8x20 Thép CT6 18 Bánh Thép 40XH 19 Ổ lăn 36204 X15CT 20 Vít M6x16 Thép 45 21 Ổ lăn NJ2702EC Thép 35 22 Ống lót Thép 35 23 Đai ốc hãm M45 Thép 35 24 Vòng phòng lỏng Thép CT6 25 Cam Gang 26 Then 14x9x60 Thép 35 42 Vật liệu Ghi m=2 z=20 m=2 z=22 m=2 z=38 m=2 z=40 27 Mặt bích Cao su 28 Vít M5x10 Thép 35 29 Đêm lót Cao su 30 Chốt ∅10x50 Thép 35 31 Thân Gang 32 Vít M12x50 Thép 35 33 Vịng đệm Thép 35 34 Ống lót Thép 35 35 Vít M8x25 Thép 35 36 Vịng lót Thép 45 37 Ống lót Thép 35 38 Ống lót Thép 45 39 Đai ốc hãm M35 Thép 35 40 Vòng phòng lỏng Thép 35 41 Nắp Thép 50 42 Vít M4x8 Thép 35 43 Ổ lăn 36306 X15CT 44 Trục Thép 45 45 Đĩa lệch tâm Thép 45 46 Nắp Thép 35 47 Vít M6x25 Thép 35 48 Vít M8x25 Thép 35 49 Vít M2x4 42 Thép 35 50 Bảng số 21 Nhựa 51 Tấm định vị 21 Thép 35 52 Kẹp 21 Thép 35 53 Chốt ∅ 9x36 21 Thép 35 54 Lò xo 21 Thép 60XTX 55 Chốt đẩy 21 Thép CT6 56 Chốt ∅ 6x36 21 Thép 35 57 Lò xo 63 Thép 60XTX 58 Bi 63 Thép 50 43 59 Áo dao 21 Thép 35 60 Vít M5x15 21 Thép 35 61 Khối định vị 21 Thép 35 62 Vít M5x15 42 Thép 35 63 Ổ lăn 36303 21 X15CT 64 Bích 21 Thép 35 65 Vít M3x8 21 Thép 35 66 Trục lăn 21 Thép 35 67 Đai ốc M16 21 Thép 35 68 Vít M6x20 Thép 35 69 Ổ lăn 320 X15CT 70 Vòng chắn bụi Thép 50 71 Vòng chận Thép 35 72 Vịng lót Thép 35 73 Vít M8x35 Thép 35 74 Sensors Thép 35 75 Đai ốc M8 10 Thép 45 76 Đĩa gắn sensors Thép 45 77 Đĩa đọc sensors Thép 35 78 Vít M8x30 Thép 35 79 Trục mâm Thép35 80 Mâm Thép 35 44 PHỤ LỤC BẢNG KÊ CHI TIẾT KẸP DAO Vị trí 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Ký hiệu Tên chi tiết Số lượng Vật liệu Đáy piston Giá Vít M8x60 Bulông M10 Đệm 10 Đai ốc M10 Ngàm kẹp Ngàm kẹp dƣới Giá trƣợt Giá gắn trục then Thanh định vị Vít M5x20 Nắp Vít M5x20 Nắp Vít M6x20 Vít M6x15 Thanh định vị Chốt định vị Vít M5x12 Giá đỡ Vít M10x20 Trục bánh Vít 8x28 Ống lốt Bích 1 4 4 1 1 2 2 1 1 1 1 Thép 45 Thép 35 Thép 35 Thép 35 Thép 35 Thép 35 Thép 45 Thép 45 Thép 45 Thép 45 Thép 35 Thép 35 Thép 45 Thép 35 Thép 45 Thép Thép 35 Thép 35 Thép 35 Thép 35 Gang Thép 35 Thép 50 Thép 30 Thép 35 Thép 45 Vít M5x10 Bánh Thân máy Bu lông M10 Đai ốc M10 Vịng đệm 10 Trục vít Ống lót Vít M6x20 Ổ lăn 36203 1 4 Thép 35 Thép 40X Gang Thép 35 Thép 35 Thép 35 Thép 35 Thép 35 Thép 35 X15CT 45 Ghi M=1.25 Z=41 37 38 39 40 41 Trục lăn Giá lăn Vòng chận Vòng chận Lò xo 1 1 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 Ống lót Bích Vít M8x25 Bích Vít M5x20 Gối Vít M8x25 Trục Đai ốc hãm M40 Đệm phịng lỏng M40 Vít M8x25 Vịng then hoa Vít M4x10 Khối tác động Vít M4x8 Ổ lăn 7308 Ổ lăn 7310 Thanh kẹp Vít M6x10 Thanh Chốt ∅16x164 Vít M5x45 Ống lót Chốt ∅14 Vít M5x12 Vịng lót Phớt chắn dầu Xilanh Đai ốc M12 Piston Phớt chắn dầu Ốc dầu Vịng lót Đầu piston Phớt chắn dầu 2 1 Thép 35 Thép 35 Thép 35 Thép 35 Thép 60XTX Thép 35 Thép 35 Thép 35 Thép 45 Thép 35 Thép 45 Thép 35 Thép 50 Thép 35 Thép 35 1 1 1 1 1 1 2 1 Thép 35 Thép 35 Thép 35 Thép 35 Thép 35 X15CT X15CT Thép 50 Thép 35 Thép 50 Thép 35 Thép 35 Đồng Thép 35 Thép 35 Cao su Cao su Thép 45 Thép 35 Thép 45 Cao su Đồng Cao su Gang Cao su 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 46 M=1.25 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 Bích Trục piston Đai ốc M18 Ống lót ∅20x30 Chốt ∅14x43 Vít M5x12 Đầu trục piston Giá Vít M8x50 Vịng lót Vít M8x25 Trục then 1 1 1 1 47 Thép 45 Thép 35 Thép 35 Đồng Thép 35 Thép 35 Thép 35 Thép 45 Thép 35 Thép 35 Thép 35 Thép 35 1) Vị trí ban đầu 2) Hai má kẹp chặt ổ dao 3) Ngàm kẹp trượt đoạn thẳng 50mm 4) Ngàm kẹp quay 900 5) Tay gắp vào vị trí gắp dao 6) Tay gaép gaép dao 7) Tay gaép quay 1800 8) Tay gắp thay dao vào trục ổ dao 9) Tay gắp quay 900 10) Ngàm quay 900 11) Chuyển động thẳng lên 50mm (lắp ổ dao vào mâm) 12) Hai má kẹp nhả ổ dao Sơ đồ hành trình bước thủy lực Motor S1 Piston Tay gaép Tay gaép s1 s2 R1 Y1 Y2 Y1 R2 Y2 Hình : Sơ đồ thuỷ lực đơn giản S2 S K L 0 ... PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MÂM DAO TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC Mã số: T2014-88 Chủ nhiệm đề tài: GVC- ThS Hồ... HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MÂM DAO TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC Mã số: T2014-88 Chủ nhiệm đề tài: GVC- ThS Hồ... PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TĨM TẮT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MÂM DAO TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC Mã số: T2014-88 Chủ nhiệm đề tài: GVC- ThS Hồ Ngọc Bốn Tp Hồ