- Vật liệu gia công: kính nổi dày tối đa 5mm.
- Kích thước phôi lớn nhất gia công: 900mm x 1000mm. - Vận tốc cắt tối đa 0,5m/phút.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
Giả sử cần tạo hình một tấm kính có biên dạng f(x) từ một tấm phôi có kích thước Lx x Ly tối đa là 900mm x 1000mm. Để thực hiện được điều này thì đầu cắt (2) và bàn máy (1) phải thực hiện được các chuyển động tương đối sau:
- Chuyển động theo hai phương trục X, Y trên hệ tọa độ Đềcac nằm trong mặt phẳng bàn máy để tạo nên biên dạng f(x).
- Chuyển động theo phương trục Z thẳng đứng để đưa lưỡi cắt tiếp xúc với bề mặt gia công.
Ngoài ra, do máy sử dụng lưỡi cắt (3) có dạng bánh xe lăn, nên trong quá trình cắt, đầu cắt và bàn máy phải thực hiện chuyển động quay C tương đối quanh trục thẳng đứng đi qua điểm tiếp xúc để đảm bảo cho hình chiếu của lưỡi cắt lên bề mặt gia công luôn trùng với tiếp tuyến của quỹ đạo f(x) tại điểm tiếp xúc. Như vậy tổng cộng phải thực hiện 4 chuyển động tương đối giữa bàn máy và đầu cắt. Ta có các phương án thực hiện:
- Sử dụng cánh tay máy điều khiển đầu cắt.
- Bàn máy di chuyển tịnh tiến trên các trục, đầu cắt đứng yên. - Đầu cắt di chuyển tịnh tiến trên các trục , bàn máy đứng yên.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
3.2. Lựa chọn phƣơng án thiết kế máy.
3.2.1. Phƣơng án 1- sử dụng cánh tay máy điều khiển đầu cắt.
Hình 3.2.Sơ đồ sử dụng cánh tay máy điều khiển đầu cắt
Phương án này sử dụng một cánh tay máy nắm lấy đầu cắt để điều khiển nó di chuyển trên mặt phẳng gia công theo biên dạng của quỹ đạo cắt bằng cách phối hợp các khớp quay và khớp tịnh tiến của cánh tay máy. Việc phối hợp các khớp này phụ thuộc vào loại tay máy và số bậc tự do của nó. Tuy nhiên, dù sử dụng loại tay máy nào thì đầu cắt cũng phải được cung cấp chuyển động quay quanh trục thẳng đứng C. Trong trường hợp này bàn máy đứng yên. Phương án này cho phép thiết kế máy gọn nhẹ chỉ với 2 khối chính, tuy nhiên việc điều khiển lại phức tạp và giá thành rất cao.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
3.2.2. Phƣơng án 2- Bàn máy di chuyển trên các trục, đầu cắt đứng yên.
Hình 3.3.Sơ đồ di chuyển bàn máy
Phương án này sử dụng các cơ cấu dẫn động để đưa bàn máy di chuyển theo các trục X, Y, Z, C còn đầu cắt đứng yên. Các cơ cấu dẫn động được điều khiển bởi hệ thống điều khiển.Trong quá trình chuyển động, bàn máy được định hướng bởi các cơ cấu dẫn hướng. Phương án này thường được sử dụng trong các máy CNC thông thường, tuy nhiên nó có những nhược điểm sau:
- Yêu cầu hệ dẫn động có công suất lớn, đặc biệt là cơ cấu dẫn động trục Z, các cơ cấu dẫn hướng có độ cứng vững cao do bàn máy có khối lượng lớn.
- Kích thước máy cồng kềnh. - Chế tạo phức tạp, giá thành đắt.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
3.2.3.Phƣơng án 3- Đầu cắt di chuyển trên các trục, bàn máy đứng yên
Hình 3.4.Sơ đồ di chuyển đầu cắt
Phương án này sử dụng các cơ cấu dẫn dộng để đưa đầu cắt di chuyển theo các trục X, Y, Z, C còn bàn máy đứng yên. Các cơ cấu dẫn động được điều khiển bởi hệ thống điều khiển. Phương pháp này có các ưu điểm sau:
- Kết cấu máy gọn hơn so với phương án 2
- Yêu cầu công suất của các cơ cấu dẫn động và độ cứng vững của các cơ cấu dẫn hướng không quá cao, do đầu cắt có khối lượng nhỏ hơn nhiều so với bàn máy. - Giá thành thấp.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
Nhận xét: Sau khi so sánh 3 phương án trên với nhau, dựa trên điều kiện thực tế tại cơ sở sản xuất và phạm vi đồ án, ta chọn được phương án thiết kế nguyên lý máy tối ưu nhất là cho đầu cắt di chuyển trên các trục, bàn máy đứng yên.
Phân tích các yêu cầu của máy ta nhận thấy:
- Các chuyển động của đầu cắt theo phương X, Y phối hợp với nhau để nội suy thành quỹ đạo f(x), do đó ta chọn cơ cấu dẫn động là động cơ servo có điều khiển vị trí và tốc độ.
- Chuyển động theo trục Z có chức năng đưa đầu cắt tiếp xúc với bề mặt tấm kính và giữ nguyên trạng thái trong suốt quá trình cắt, do đó ta chọn hệ thống dẫn động bằng khí nén có điều khiển áp suất và lưu lượng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Chuyển động trên trục C của đầu cắt có chức năng chỉnh hướng cho lưỡi cắt một cách liên tục trong suốt quá trình cắt. Do đó, ta chọn hệ thống dẫn động là động cơ điện gắn trực tiếp lên xilanh khí nén và có điều khiển góc quay.
3.3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý máy.
Dựa trên các lựa chọn và phân tích ở trên, ta thiết kế được sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của máy như sau:
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
3.3.1. Sơ đồ khối
Hình 3.5. Sơ đồ khối cơ khí
3.3.2. Nguyên lý hoạt động của máy.
Chuyển động của đầu cắt trên các trục X và Y được tạo bởi động cơ servo có điều khiển tốc độ và vị trí. Chuyển động quay của động cơ, thông qua bộ truyền động biến thành chuyển động tịnh tiến của khối chi tiết mang đầu cắt dọc theo trục X. Vận tốc và vị trí của đầu cắt trên trục X được điều khiển thông qua vận tốc và góc quay của trục động cơ. Trục X mang theo tất cả các hệ thống dẫn động và dẫn hướng của các trục chuyển động khác.
Tương tự trên trục X, chuyển động quay của trục động cơ thông qua bộ truyền động biến thành chuyển động của cụm chi tiết mang đầu cắt dọc theo trục Y. Vận tốc và vị trí của đầu cắt trên trục Y được điều khiển thông qua vận tốc và góc quay của trục động cơ trục Y. Trên trục Y mang theo hệ thống khí nén và động cơ dẫn động trục
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
C. Các trục X và Y phối hợp với nhau để đưa đầu cắt chuyển động theo quỹ đạo cần cắt.
Hệ thống khí nén tạo cho đầu cắt chuyển động khứ hồi theo phương thẳng đứng. Tại điểm đầu của quỹ đạo cắt, hệ thống khí nén đẩy đầu cắt xuống tiếp xúc với bề mặt tấm kính dưới áp lực cắt P, và giữ nguyên trạng thái đó trong suốt quá trình cắt. Động cơ dẫn động trục C được lắp trực tiếp lên cơ cấu chuyển động của hệ thống khí nén. Trong quá trình cắt, nó được điều khiển góc quay để điều chỉnh cho lưỡi cắt luôn ở phương tiếp xúc với quỹ đạo tại điểm tiếp xúc.
Trên mặt phẳng bàn máy, tồn tại một vị trí O của đầu cắt được gán tọa độ (X,Y)=(0,0), gọi là gốc tọa độ máy. Tại vị trí này, góc quay của trục C cũng được đặt ở giá trị φ=0. Khi đó quỹ đạo cắt có dạng đường cong Y=f(X), còn tiếp tuyến tại điểm bất kì (X0,Y0) có giá trị tgφ=f’(X0). Sau khi hoàn thành quá trình nội suy, hệ thống khí nén nhấc đầu cắt lên, các động cơ chuyển động đưa đầu cắt và lưỡi cắt về vị trí ban đầu tại điểm O.
Nhận xét đánh giá: Như vậy ở chương này ta đã trình bày về các yêu cầu kỹ thuật của máy, từ đó nêu được các phương án lựa chọn để thiết kế nguyên lý hoạt động của máy. Sau khi có sự so sánh giữa các phương án, ta đã chọn được phương án tối ưu nhất là cho đầu cắt di chuyển theo các trục còn bàn máy đứng yên. Trên cơ sở lựa chọn bước đầu này, ta đã thiết lập được sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động chung của hệ thống.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
CHƢƠNG IV
THIẾT KẾ CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH
Ở chương trước, ta đã thiết lập được sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động chung của máy. Từ đó, ta có thể thực hiện thiết kế sơ bộ phần cơ khí của máy. Nhiệm vụ của chương này là thiết kế và tính toán kiểm tra một cách cụ thể các cụm chi tiết của máy để đưa ra được bản thiết kế hoàn chỉnh.
4.1. Phân tích hoạt động của các cụm chi tiết. 4.1.1. Bàn máy. 4.1.1. Bàn máy.
Bàn máy là một trong những chi tiết có kích thước lớn và quan trọng nhất của máy cắt kính, toàn bộ các cụm chi tiết khác của máy đều được gá trực tiếp hoặc gián tiếp lên bàn máy. Độ cứng vững của bàn máy có ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác gia công. Bàn máy có kích thước 900mm x 1340mm, được hàn từ phôi thép hộp kích thước 60 x 60, với chiều cao 500mm. Các nhiệm vụ chính của bàn máy:
- Nâng đỡ toàn bộ hệ thống thông qua hai sống trượt trục X bắt ở hai bên thành máy.
- Khử bớt rung động sinh ra.
- Đỡ và giữ chặt tấm kính trong quá trình cắt.
4.1.2. Trục X
Cụm trục X có tác dụng dẫn hướng lưỡi cắt chuyển động tịnh tiến dọc theo một trục của hệ tọa độ máy. Bộ phận chính của cụm trục X là hai sống trượt được gắn ở hai bên thân máy. Toàn bộ hệ thống các hệ thống khác sẽ trượt trên hai sống trượt này thông qua hai con trượt. Để giảm ma sát trong quá trình dẫn hướng, ta sử dụng hai bạc lót bằng đồng. Chuyển động của máy theo trục X được duy trì nhờ một động cơ thông qua hệ thống truyền động đai răng. Trên trục động cơ có gắn encoder để có thể điều khiển chính xác góc quay của trục động cơ nhằm xác định tọa độ của đầu cắt trên trục X. Ngoài ra còn có 1 sensor để xác định vị trí “set 0” của đầu cắt trên trục X.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
Các chi tiết chính:
Sống trượt trục X
- Sống trượt trục X được chế tạo từ thép C45, đường kính ngoài Ø32mm, độ dài l= 1200mm, được mài đạt độ nhám Ra= 0,63 và được nhiệt luyện để tăng tính chống mòn.
- Sống trượt được gắn trên thân máy bằng 8 vít M10. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nhiệm vụ : định hướng chuyển động của bàn máy, nâng đỡ và giữ chặt bàn máy khi có lực cắt xuất hiện
Con trượt và bạc trượt
- Nhiệm vụ : con trượt trượt trên sống trượt mang theo toàn bộ các cụm chi tiết khác. Bạc trượt bằng đồng được lắp giữa con trượt và sống trượt, có tác dụng giảm bớt ma sát trong quá trình dẫn hướng.
Tấm đỡ sống trượt
- Tấm đỡ là chi tiết trung gian gắn sống trượt với khung máy. Mỗi sống trượt được gắn với khung máy thông qua 4 tấm đỡ. Tấm đỡ được chế tạo từ thép C45, trong đó rãnh trụ có đường kính bằng với đường kính của sống trượt và phải đảm bảo độ song song với mặt phẳng đáy.
- Nhiệm vụ: rãnh trụ có tác dụng định vị sống trượt giữa các lần tháo lắp.
4.1.3. Trục Y
Giống như trục X, trục Y dùng cơ cấu sống trượt trụ tròn. Hệ thống trượt gồm 2 sống trượt gá trên một mặt phẳng thẳng đứng để tăng khả năng chịu lực của hệ thống. Con trượt trục Y cũng được lót đồng để giảm mài mòn. Trục Y mang hệ thống lưỡi cắt.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn 1 2 3 4 5 Hình 4.1: Cụm chi tiết trục Y Các chi tiết chính: Sống trượt trục Y
- Sống trượt trục Y bao gồm hai thanh trượt hình trụ bằng thép C45 đường kính 32mm, dài L=900mm, được mài đạt độ nhám Ra=0,63 và được tôi để giảm độ mòn.
- Hai thanh trượt được lắp trên một mặt phẳng thẳng đứng.
- Nhiệm vụ: dẫn hướng cho hệ thống lưỡi cắt chuyển động dọc theo trục Y của hệ tọa độ máy.
- Để đảm bảo con trượt làm việc êm, chính xác thì sống trượt phải đạt được một số yêu cầu về tườn quan hinh dáng hình học, như độ tròn 0.03 ,độ trụ 0.03. Ngoài ra hai đầu trục còn phải đảm bảo độ vuông góc so với đường tâm của trục để khi lắp ráp cụm chi tiết 2 trục sẽ đảm bảo vuông góc với 2 tấm phẳng và song song với nhau.
- Mối ghép giữa sống trượt và con trượt thông qua bạc ( được lắp cố định vào con trượt) là mối ghép lỏng, voi mối ghép có khả năng di trượt nên ta chọn chế độ lắp giữa bạc và con trượt là Ø32 H8/h7.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
Con trượt: gồm các bộ phận sau:
+) Hai bạc đồng:
- Để đảm bảo trong quá trình máy làm việc con trượt làm việc êm, tránh dung động, hiện tượng mòn và dơ sau một thời gian làm việc thì ta phải lắp bạc cho con trượt. Bạc được chế tạo bằng vật liệu giảm sát và trong quá trình làm việc được bôi trơn bằng dầu nên ta chọn vật liệu gia công bạc là đồng.
- Mối ghép giữa bạc và 2 sống trượt như đã nói ở trên là mối ghép lỏng di trượt
được. Ta chọn lắp theo hệ thống H8/h7 nên ta có miền dung sai của bạc là: Ø32+0.04 và mối ghép giữa bạc và con trượt la mối ghép chặt để đảm bảo khi bạc di chuyển thì con trượt cũng phải di trượt. Dó đó ta chọn lắp chặt theo hệ thống lỗ Ø40 H8/e7 từ đó ta có miền dung sai đường kính ngoài của bạc là: Ø40e7.
Hình 4.2: bạc lót
+)Con trượt:
Con trượt được di trượt trên 2 sống trượt thong qua 2 bạc như đã nói ở phần trên. Ngoài ra con trượt còn phải mang theo hệ thống đầu cắt của máy cắt kính, nó có cấu tạo như sau:
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
- Con trượt là chi tiết dạng hộp có kích thước: 80x80x150, được làm từ vật liệu thép CT38. Để giảm khối lượng cho cụm chi tiết ta không chế tạo con trượt là khối đặc, mà ta dùng các tấm thép chiều dày từ 12mm đến 15mm được hàn lại với nhau thành khối hộp. Sau đó ta gia công các bề mặt của khối hộp cho đảm bảo kích thước và đảm bảo độ song song, vuông góc giữa các bề mặt của khối hộp.
- Trên khối ta gia công 2 lỗ lắp bạc dẫn hướng cho con trượt, con trượt được lắp với bạc theo hệ thống lỗ Ø40 H8/e7 nên đường kính lỗ trên con trượt là
Ø40+0.04. Khoảng giữa tâm 2 lỗ phải nằm trong dung sai cho phép khoảng cách
giữa 2 trục dẫn để con trượt có thể di trượt trên trục dẫn dễ dàng.
- Hệ thống đầu cắt sẽ được gắn trên con trượt nên trên mặt trước của con trượt được khoan các lỗ để bắt hệ thống đầu cắt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Con trượt có thể trượt trên 2 trục dẫn la nhờ chuyển đông của cơ cấu bánh răng đai răng thang. Vì vậy cần phải có cỏ cấu nối đai o hai bên sườn của con trượt.
4.1.4. Hệ thống đầu cắt
- Hệ thống lưỡi cắt được gắn chặt lên con trượt trục Y. Hệ thống này có thể cung cấp cho lưỡi cắt hai chuyển động: chuyển động lên xuống theo phương thẳng