5. Phương pháp nghiên cứ u
2.1. KHÁI QUÁT VỀ MÁY CNC
2.1.1. Lịch sử phát triển của máy CNC.
Ý tưởng vềđiều khiển máy bằng các lệnh nhớ, như ngày nay ở các máy CNC
đã xuất hiện từ thế kỷ 14 và nó được phát triển và hoàn thiện dần cho đến ngày nay. - 1808 Tóshep M Jacquard đã dùng bìa tôn đục lỗ để điều khiển các máy dệt (Bìa đục lỗ và vật mang tin).
- 1938 Clause Shannon bảo vệ luận án tiến sỹở viện công nghệ MIT nội dung tính toán chuyển giao dữ liệu dạng nhị phân.
- 1946 tiến sỹ John W Mauchly đã cung cấp máy tính số điện tử đầu tiên có tên ENIAC cho quân đội Mỹ.
- Chế tạo máy công cụ với 4 luận điểm:
+ Lưu trữ các vị trí đã tính toán ở bìa đục lỗ
+ Các bìa đục lỗđọc tựđộng trên máy.
+ Các vị trí đọc phải thông báo liên tục và các giá trị trung gian bổ xung phải được tính toán
+ Sử dụng các động cơ SERVO điều khiển chuyển động cho các trục - 1954 Bendix đã mua bản quyền của Pasons và chế tạo ra bộ điều khiển NC hoàn chỉnh đầu tiên có sử dụng các bóng điện tử.
- Năm 1954 phát triển ngôn ngữ biểu trưng được gọi là ngôn ngữ lập trình tự động ATP
- 1957 Không quân Mỹ trang bị máy CNC đầu tiên ở xưởng chế tạo.
- 1960 Kỹ thuật bán dẫn thay thế cho hệ thống điều khiển xung rowle, đèn
điện tử.
- 1965 Giải pháp thay dụng cụ tựđộng ATC (Automatic Tool Changer) - 1968 Kỹ thuật mạch tích hợp IC ra đời có độ tin cậy cao hơn
- 1972 Hệđiều khiển NC đầu tiên có lắp đặt máy tính nhỏ
Ngày nay các máy công cụ CNC đã hoàn thiện hơn với tính năng vượt trội có thể gia công hoàn chỉnh một chi tiết trên một máy gia công hay trung tâm gia công với số lần gá đặt ít nhất. Đặc biệt chúng có thể gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp.
2.1.2. Đặc điểm của máy CNC.
2.1.2.1. Những nét cơ bản về máy công cụ và máy CNC
- Về cơ bản máy công cụ vạn năng và máy công cụ điều khiển số đều có kết cấu khung giống nhau, đó là:
+ Thân máy + Đế máy + Bàn trượt + Đầu trục chính Ngoài ra chúng còn có một sốđiểm khác nhau, cụ thể:
ST T
Nội dung Máy công cụ
vạn năng Máy CNC 1 Nguồn động lực - Động cơ 3 pha thường - Động cơ DC điều khiển vô cấp hoặc AC biến tần điều khiển vô cấp - Động cơ bước và động cơ thủy lực - Động cơ Servo
2 Tốc độ truyền dẫn - Phân cấp - Vô cấp
3 Truyền động - Kiểu nối tiếp (thông qua hộp số) - Độc lập 4 Bộ truyền dẫn - Thanh răng, bánhrăng thường - Vít me, đai ốc thường - Thanh răng, bánh răng yêu cầu có cơ cấu kẹp khử khe hở - Vít me, đai ốc bi - Bằng tay (công tắc, tay gạt cơ - Bằng máy tính với hệ điều khiển số (bảng điều
5 Điều khiển khí) khiển và màn hình điều khiển)
6
Tính điển hình của xích động
- Dài, thông qua nhiều cơ cấu
- Cứng, khó thay
đổi
- Ngắn hơn rất nhiều do không
phải thông qua nhiều cơ
cấu
- Mềm dẻo, linh hoạt cao
- Những ưu điểm nổi bật của máy CNC so với máy thông thường khi sản xuất loạt vừa và nhỏ:
+ Gia công được những chi tiết phức tạp, độ chính xác gia công ổn định.
+ Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao, giảm thời gian phụ và tăng được thời gian sản xuất.
+ Tính linh hoạt và quy hoạch thời gian sản xuất cao. + Chi phí kiểm tra và chi phí cho phế phẩm giảm + Hiệu suất cao và tăng năng lực sản xuất
+ Do có khả năng tự động hóa cao nên rất thích hợp trên các dây chuyền sản xuất linh hoạt.
2.1.2.2. Kết cấu của máy CNC
Gồm 2 phần chính đó là:
+ Phần cơ khí: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục mít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng.
+ Phần điều khiển: các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính trung tâm.
2.1.3. Một số hệđiều hành.
cho các máy CNC. Đó là: Fanuc, Fagor, Heidenhain, Siemens,…Trong đó một số nước đứng đầu phải kểđến Đức, Đài Loan và Trung Quốc…
2.2. MÁY TIỆN CNC CTX 200E - ĐẶC ĐIỂM, KẾT CẤU
2.2.1. Sơ lược về máy tiện CNC
Máy tiện CNC xuất hiện đã nhanh chóng thay đổiviệc sản xuất công nghiệp. Việc tiến hành các đường cong, hình phức tạp được thực hiện dế dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người thực hiện được giảm thiểu.
Việc tăng tựđộng hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng. Kĩ thuật tựđộng của máy tiện CNC giảm thiểu tối đa các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công viêc khác. Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác.
Trong môi trường sản xuất, các máy tiện CNC có thể kết hợp thành một tổ hợp, gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận. Máy tiện CNC ngày nay
được điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mếm CAM, ( computer – aided design ) có thể nói máy tiện CNC gần giống nhất với hệ thống robot công nghiệp, tức lafchungs được thiết kế để thực hiện nhiều thao tác sản xuất (trong tầm giới hạn).
2.2.2. Máy tiện CNC CTX 200E
Máy tiện CNC CTX 200E (made in Germany) là loại máy tiện công nghiệp để sản xuất một số loại chi tiết và dùng để giảng dạy trong trường học.
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của máy tiện CTX 200E
TT Đặc tính kỹ thuật Giá trị
1 Trọng lượng máy 3500 kg
2 Kích thước phôi lớn nhất (Max size of Workpiece) Φ 200 mm 3 Hệđiều khiển Haidenhain datapilot
4 Các thông số về điện (Power Supply of the Machine
Volt of Power Net) 35 (KW)
5 Số vòng quay nhỏ nhất của trục chính 25 vg/ph 6 Số vòng quay lớn nhất của trục chính 5000 vg/ph
Máy tiện CTX 200E có 3 truc X, Z, C:
+ Trục Z: song song với trục chính của máy và chiều dương hướng từ mâm cặp tới dụng cụ cắt (hay hướng từ trái sang phải)
+ Trục X: vuông góc với trục máy và có chiều dương hướng về phái bàn kẹp dao (hướng đi xa khỏi người thợ)
+ Trục C: trục có chuyển động quay quanh trục Z, được dùng để xác định vị
trí hướng trục cho công việc gia công thứ hai.
Các điểm chuẩn trên máy:
+ Điểm gốc tọa độ của máy: Ký hiệu là M
Là giao của trục Z và mặt đầu của trục chính. Từđiểm M quyết định các điểm không của chi tiết và điểm thay dao.
+ Điểm tham chiếu: Ký hiệu R
Được xác định so với điểm M. Nó nằm ởđâu đó trong không gian(do nhà chế
tạo đặt).
Đây là công việc đầu tiên khởi khi khởi động máy, người vận hành máy phải đưa về điểm tham chiếu sau đó mới làm công việc tiếp theo.
+ Điểm không của chi tiết: Ký hiệu W
Điểm không của chi tiết do người lập trình hoặc do người vận hành máy đặt. thông thường điểm W được đặt ởđiểm giữa của mặt đầu.
Máy CTX 200E có 12 vị trí gá dao trên ổ tích.
Trục vít me đai ốc bi
Trong máy công cụ điều khiển số người ta sử dụng hai dạng vit me cơ bản đó là: vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi.
Vít me đai ốc thường: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt Vít me đai ốc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn.
Ưu điểm của Vít me đai ốc bi:
- Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần bằng 0.9
- Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ. - Có thể loại trừ khe hở và tạo sức căng ban đầu đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao. Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài. Vít me bi có kết cấu đa dạng nhưng chúng đều có cấu tạo chung như sau: 1: Vít me 2: Đai ốc 3: Vòng bi 4: Ống hồi tiếp Hình 2.2: Kết cấu cụm vít me đai ốc bi Hệ thống gá dao
Nhằm tăng năng suất và độ chính xác gia công, hệ thông gá đặt và điều chỉnh dao
đã được nghiên cứu và phát triển đặc biệt cho máy tiện CNC CTX200E. Những phát triển này nhằm đạt hai mục tiêu chính:
+ Thời gian thay dao ngắn với việc sử dụng thiết bị định vị và kẹp chặt nhanh với chỉ một động tác. Hệ thống gá dao bao gồm một hệ thống cấp bậc các dụng cụ và các khối gá lắp và chúng lắp vừa vặn vào đầu rơvolve.
Hệ thống gá phôi
Sử dụng hệ thống kẹp chặt bằng thủy lực
Chương 3
THÉP CACBON VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ
Thép cacbon được dùng rất phổ biến trong đời sống và trong kỹ thuật, nó chiếm tỷ trọng rất lớn (80 đến 90%) trong tổng sản lượng thép.
3.1. NHỮNG ĐẶC TÍNH CỦA THÉP CACBON
3.1.1. Khái niệm:
Thép các-bon là hợp kim của sắt và các-bon (lượng C < 2%), Có ảnh hưởng quyết định dến tính chất của thép. Nhìn chung nếu hàm lượng cacbon nhiều sẽ làm cho thép bền cứng, nhưng khi lượng cacbon vượt quá 0.9% thì sức bền, độ dẻo dai giảm nên tính gia công, cắt gọt khó khăn hơn ngoài ra còn chứa một lượng nhất
định các nguyên tố:
- Mangan (Mn < 0,8%) - Silic (Si < 0,4%) - Phốt pho (P < 0,05%)
- Lưu huỳnh (S < 0,05%) và các nguyên tố khác với lượng ít.
Sở dĩ chúng có ở trong thép là do điều kiện của luyện thép không cho phép khử hết (như P và S) hoặc là do chúng có lợi cho việc khử ôxy và cơ tính của thép, nên người ta cho thêm vào (như Si, Mn).
Các nguyên tố này với lượng ít như vậy không ảnh hưởng gì đến dạng của giản
đồ trạng thái Fe – C và chúng ta cũng có thể dùng nó để nghiên cứu về thép các- bon, do đó người ta còn coi những nguyên tốđó là tạp chất.
Thép thường được luyện từ gang lỏng, gang thỏi hoặc thép vụn và từ các phế
liệu.
So với gang thì thép có cơ tính cao hơn, đặc biệt là tính chịu nén, chịu kéo cao, tính chịu va đập tốt, tính đàn hồi cao.Thép có thể gia công áp lực dễ dàng.Nhưng thép có nhược điểm là tính đúc kém.
3.1.2. Tính chất:
- Độ dẻo khá nên khả năng chịu va đập tốt, nhất là loại thép ít cacbon. - Độđàn hồi tốt.
- Độ cứng tương đối cao sau khi nhiệt luyện.
- Khả năng chống mài mòn, ăn mòn tốt nhất là sau khi tôi cứng, gia công cắt gọt, hàn nối dễ.
- Khó đúc hơn gang vì nhiệt độ nóng chảy cao, tính lưu động thấp.
3.1.3. Thành phần hoá học
Thép cacbon là thép thông thường, ngoài cacbon ra còn chứa một số nguyên tố với hàm lượng giới hạn mà trong thép nào cũng có, chúng được gọi là tạp chất thường có hay chất lẫn vì không phải do cố ý đưa vào, trong đó có một số có lợi và một số có hại.
Tạp chất có lợi: mangan và silic
Mọi loại thép đều có Mn và Si với lượng không vượt quá 1%, là do:
- Quặng sắt có lẫn các hợp chất (khoáng vật) như ôxit mangan, ôxit Silic, trong quá trình luyện gang chúng bị hoàn nguyên (MnO → Mn, SiO2 → Si) đi vào gang rồi vào thép.
- Khi luyện thép phải dùng ferô mangan và ferô silic để khử ôxy, phần không tác dụng hết với ôxy sẽđi vào thành phần của thép.
Trong quá trình luyện thông thường, các thép đều có chứa ≤ 0,80% Mn, ≤
0,4%Si. Chúng là các nguyên tố có ích, tác dụng tốt đến cơ tính: nâng cao độ cứng,
độ bền (cũng làm giảm độ dẻo, dai).
Tạp chất có hại: phốt pho và lưu huỳnh
Nó có lẫn trong quặng sắt và nhiên liệu (than coke khi luyện gang), làm cho thép giòn do đó phải được khử bỏ đến giới hạn cho phép, không được vượt quá 0,05% (cho mỗi nguyên tố).
Vậy với mọi loại thép đều chứa:
Các tạp chất khác
Ngoài P, S trong thép luôn chứa các nguyên tố H, O, N do chúng hoà tan vào thép lỏng từ khí quyển của lò luyện. Chúng đặc biệt có hại vì làm thép không đồng nhất về tổ chức (gây tập trung ứng suất) và giòn song với lượng chứa quá nhỏ (như
0,006 ữ 0,008% với O2) nên rất khó phân tích - gọi là tạp chất ẩn.
Công nghiệp luyện kim hiện đại sử dụng lại (tái chế) thép, gang và hợp kim phế liệu, nên trong đó có chứa lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim: Crôm, Niken, Cu
≤ 0,30%; Vonfram, Môlipđen, Titan ≤ 0,050%. Chúng được coi là tạp chất vì không cố ý đưa vào, không ảnh hưởng đáng kểđến tổ chức, cơ tính (với lượng quá nhỏ) của hợp kim Fe - C.
3.1.4. Ảnh hưởng của cacbon tính chất và công dụng của thép thường
Cacbon là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến tổ chức, tính chất (cơ tính), công dụng của thép (cả thép cacbon và thép hợp kim thấp).
Cơ tính
- Cacbon có ảnh hưởng bậc nhất (theo quan hệđường thẳng) đến độ cứng HB - Về mặt định lượng cứ tăng 0,1%C độ cứng HB sẽ tăng them khoảng 25 đơn vị
- Đầu tiên cacbon làm giảm rất mạnh độ dẻo (δ,ψ) và độ dai va đập (ak) làm cho các chỉ tiêu này giảm đi nhanh chóng, song càng về sau mức giảm này càng nhỏđi. Ảnh
Hình 3.1: Ảnh hưởng của cacbon đến cơ tính của thép thường
hưởng của cacbon đến giới hạn bền σb không đơn giản như đối với độ cứng. Thấy rằng cứ tăng 0,1%C trong khoảng 0,1 ÷ 0,5%C giới hạn bền tăng σb tăng 70 ÷ 90Mpa, trong khoảng 0,6 ÷ 0,8%C σb tăng rất chậm và đạt đến giá trị cực đại trong khoảng 0,8 ÷ 1,0%C, khi vượt quá giới hạn này σb lại giảm đi.
Vai trò của cacbon. Công dụng của thép theo thành phần cacbon:
Do cacbon có ảnh hưởng lớn đến cơ tính nên nó quyết định phần lớn công dụng của thép.
- Thép C thấp (≤ 0,25%) có độ dẻo, dai cao nhưng độ bền, độ cứng lại thấp, hiệu quả nhiệt tôi + ram không cao (muốn cao phải qua thấm C), được dùng làm kết cấu xây dựng, tấm lá dập nguội.
- Thép C trung bình (0,30 ữ 0,50%) có độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai đều khá cao, hiệu quả tôi + ram tốt, tóm lại có cơ tính tổng hợp cao nên dùng chủ yếu làm các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập cao.
- Thép C tương đối cao (0,55 ữ 0,65%), độ cứng tương đối cao, giới hạn đàn hồi cao nhất, được dùng làm các chi tiết đàn hồi.
- Thép có C cao (≥ 0,70%), độ cứng và tính chống mài mòn đều cao, dùng làm các công cụ như dao cắt, khuôn dập, dụng cụđo…
Tính công nghệ:
- Thép càng có %C ít thì tính hàn và khả năng dập nguội, dập sâu của thép càng dễ. - Thép có %C cao thì cứng khó gia công cắt, song nếu %C quá thấp, thép mềm dẻo cũng khó gia công cắt.
- Nói chung tính đúc của thép không cao.
3.1.5. Ảnh hưởng của các tạp chất
Mangan: Được cho vào mọi thép dưới dạng ferô Mn để khử ôxy thép ở trạng thái lỏng tức là loại trừ FeO rất có hại:
Mn + FeO → Fe + MnO (MnO nổi lên đi vào xỉ và bị cào ra khỏi lò