6. Phương phỏp nghiờn cứu
1.5.3. Phõn loại mỏy tiện CNC
Mỏy tiện CNC cú nhiều cỡ khỏc nhau. Cú loại nhỏ để bàn dựng để giảng dạy trong trường học nhưng cũng cú những mỏy tiện cú chiều dài rất lớn dựng trong cụng nghiệp n ng. Đ c điểm của mỏy cũng thay đổi đỏng kể theo quy mụ của mỏy. Số lượng trục chớnh và số đầu rơ-vụn-ve cũng như cỡ kớch thước phủ bỡ của khu vực gia cụng được kết hợp để cho cỏc mỏy được thiết kế cú thể gia cụng một loại chi tiết, cấp độ chất lượng và năng suất gia cụng cụ thể. Trờn Hỡnh 13 là hỡnh dỏng bờn ngoài của một mỏy tiện CNC kiểu để bàn
Hỡnh 1.13 ỏy tiện CNC cỡ nhỏ Hỡnh 1.14 ỏy tiện CNC cỡ lớn
Kết cấu mỏy tiện CNC thay đổi đỏng kể tựy thuộc vào lực cắt, lượng chạy dao và tốc độ cắt. Loại mỏy với kiểu thiết kế cú bệ mỏy phẳng flat-bed truyền thống đó được thay thế bởi loại bệ mỏy nghiờng slant-bed và thẳng đứng (vertical-bed).
Số lượng trục trờn cỏc mỏy CNC từ 2-6 theo quy ước thụng thường cho mỏy tiện CNC thỡ:
+ Trục Z: Trựng với trục chớnh và chiều dương hướng ra xa khỏi ụ trước trục chớnh
+ Trục X: Vuụng gúc với trục Z thường là trục cho chuyển động của bàn trượt ngang.
+ Trục C: Trục cú chuyển động quay quanh trục Z, được dựng để xỏc định vị trớ hướng trục cho cụng việc gia cụng thứ hai.
Hỡnh 1.15 Cỏc trục trờn mỏy tiện CNC
Cho đến nay, kiểu mỏy tiện CNC truyền thống với hai trục X và Z vẫn phổ biến nhất, tuy nhiờn ngày càng xuất hiện nhiều mỏy tiện đa chức năng với giải phỏp gia cụng tối ưu để gia cụng cỏc chi tiết trũn xoay, một số mỏy được trang bị trục dao quay, trục C, trục chớnh thứ cấp.
1.5.4. Khả nămg cụng nghệ c a mỏy tiện CNC
Khả năng gia cụng của mỏy tiện CNC chủ yếu để chế tạo cỏc chi tiết trũn xoay, phạm vi rất rộng phụ thuộc vào số trục của mỏy.
Với mỏy tiện CNC hai trục ta cú thể thực hiện được cỏc nguyờn cụng như sau: Tiện m t đầu, tiện trụ ngoài, tiện rónh ngoài, rónh trong, khoan lỗ, tiện lỗ, tiện ren ngoài, ren trong, doa lỗ, cắt đứt…, với cỏc mỏy ba trục, 5 trục thỡ cú thể gia cụng đồng thời hai dao ho c sau khi gia cụng xong một đầu thỡ mõm c p của trục thứ 2 thực hiện việc kẹp chi tiết để gia cụng tiếp giống như trở đầu ho c cú thể gia cụng cựng lỳc hai chi tiết với hai trương trỡnh gia cụng khỏc nhau. Trờn mỏy cũn cú hệ thống tự động cấp và thỏo chi tiết. Cỏc sự tớch hợp này càng làm cho cỏc trung tõm tiện CNC trở nờn rất linh hoạt. Cỏc trung tõm tiện CNC cũng cú thể được trang bị trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS.
Hỡnh 1.16 Cỏc khả năng cụng nghệ tiện CNC
1.5.5. Cỏc thành phần cơ bản c a mỏy tiện CNC 1.5.5.1. Đặc điểm cấu tạo
Về cơ bản mỏy tiện CNC cũng cú cỏc bộ phận cơ bản như mỏy tiện thụng thường. Mỏy tiện CNC cú thể chia thành cỏc thành phần cơ bản như sau:
Hỡnh 1.17 Cỏc bộ phận chớnh của mỏy tiện CNC
Ụ trước
Là bộ phận làm viờc chủ yếu của mỏy tạo ra vận tốc cắt gọt, bờn trong lắp trục chớnh, một đầu của trục chớnh được nối với động cơ, đầu cũn lại được gắn mõm c p để kẹp ch t chi tiết gia cụng.
Cụm truyền động chớnh T iện trục bậc T iện ren trong Ti ện rónh trong Ti ện rónh ngoài T iện ren ngoài Tiệ n lỗ Ti ện rónh m t đầu
Đối với mỏy tiện CNC cú nhiều trường hợp yờu cầu vận tốc cắt gọt khụng đổi để đảm bảo độ búng bề m t, do đú tốc độ vũng quay của trục chớnh phải thay đổi liờn tục tuỳ theo đường kớnh của vật gia cụng. để thực hiện được yờu cầu này, trờn cỏc mỏy tiện CNC thường được trang bị cỏc loại động cơ bước ho c cỏc động cơ servo dũng một chiều ho c xoay chiều điều chỉnh tốc độ bằng biến tần.
Mỏy tiện CNC dựng động cơ servo dũng xoay chiều điều chỉnh tốc độ theo phương phỏp biến tần. Trục rotor cũng là trục chớnh của mỏy. Cấu trỳc của loại động cơ này được giới thiệu cụ thể trong chương 1 tổng quan về điều khiển số.
Hỡnh 1.18 C u trỳc của động cơ servo ngu n Xoay chiều ac servomotor
Nguyờn tắc hoạt động của động cơ servo dũng xoay chiều biến tần: động cơ xoay chiều biến tần hiện nay được sử dụng tất rộng rói do cú những ưu điểm vượt trội. Động cơ này được phỏt triển trờn cơ sở nguyờn lý hoạt động của động cơ servo một chiều, phần khỏc chỉ là động cơ xoay chiều cú mạch chuyển điện để chuyển nguồn điện xoay chiều sang một chiều và dựng nam chõm vĩnh cửu cho rotor thay vỡ cho stator như trong động cơ một chiều.
Chuyển động chạy dao
Để thực hiện cắt gọt chi tiết theo hỡnh dạng đó định thỡ dụng cụ cắt phải chuyển động theo hai phương là X và Z, hai chuyển động này độc lập với nhau. nguyờn tắc điều khiển của chuyển động này là theo hai trục 2 – axis control , một điểm được biều diễn bằng hai toạ độ, khi cần di chuyển đầu dao tới một vị trớ nào đú thỡ bộ nội suy sẽ phỏt ra cỏc tớn hiệu điều khiển hai motor để thực hiện dịch chuyển bàn dao theo hai phương đó xỏc định. mỏy tiện CNC dựng động cơ servo
cho truyền động chạy dao, bộ nội suy đúng vai trũ một mỏy phỏt tần số phỏt tớn hiệu dạng xung để điều khiển động cơ, lượng dịch chuyển căn cứ vào số xung điều khiển, tốc độ dịch chuyển căn cứ vào thời gian phỏt xung.
Trờn mỏy tiện, dụng cụ cắt được điều khiển theo hai trục X và Z. Độ phức tạp của điều khiển khụng cao. trong đú sử dụng cỏc bộ truyền vớt me - đai ốc bi làm truyền dẫn. Bộ truyền vớt me - đai ốc bi
Bộ truyền vớt me - đai ốc bi được dựng rất phổ biến trong cỏc thiết bị tự động hoỏ như trong cụng nghiệp robot và cỏc cơ cấu biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. trờn cỏc mỏy CNC, bộ truyền vớt me - đai ốc bi được dựng để biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của bàn dao.
Bộ truyền vớt me - đai ốc bi cú một số đ c điểm ưu việt đỏp ứng được yờu cầu cao trờn mỏy cnc như:
Giảm lực ma sỏt.
Cú khả năng truyền mụmen xoắn lớn. Giảm được hiệu ứng stick – slip.
Những điều này là rất cần thiết vỡ những lý do sau:
Trong quỏ trỡnh đổi chiều chuyển động ho c phanh dừng đũi hỏi thời gian tỏc dụng nhanh, chớnh xỏc.
Trong cỏc trường hợp chuyển của bàn dao với tốc độ cao, lực xuất hiện lớn Khụng cho phộp cú sai số tiến khứ hồi khi chuyển động.
Hiệu suất truyền dẫn cao: 90 95 %.
Ngoài ra, bộ truyền vớt me - đai ốc bi cũn là một loại cơ cấu giảm cấp và tăng mụmen xoắn. Để tăng tốc độ dịch chuyển của đai ốc, cú thể tăng tốc độ vũng quay ho c tăng chiều dài bước ren. tuy nhiờn, khi tăng tốc độ vũng quay thường gõy ra cỏc hiện tượng như: phỏt sinh nhiệt, tiếng ồn, rung động. do đú để tăng tốc đọ dịch chuyển người ta thường tăng chiều dài bước ren.
Vận tốc dịch chuyển của đai ốc được tớnh theo cụng thức: v l*n Trong đú:
n: tốc độ vũng quay của trục vớt me
Để tăng độ chớnh xỏc vận hành, khử khe hở, người ta dựng phương phỏp ghộp căng hai đai ốc bi lại với nhau như minh hoạ trong hỡnh 19.
Cỏc mỏy cụng cụ CNC ngày nay thường được trang bị chức năng bự khe hở cú nhiện vụ nhớ số lượng ước đoỏn cỏc khe hở từ cỏc lỗi về vị trớ của bàn dao và trục chớnh một cỏch chắc chắn và vụ hướng trong cỏc tham số của bộ điều khiển CNC.
Hỡnh 1.19 Cỏc kiểu căng dựng bộ truyền vớt me - đai ốc bi
Khoảng dịch chuyển của bàn dao được xỏc định dựa theo số vũng quay của trục rotor cũn tốc độ dịch chuyển của bàn được xỏc định theo gúc quay của trục rotor trong một đơn vị thời gian.
Gúc quay của rotor dẫn được điều khiển bởi dũng điện dạng xung và trục rotor quay một gúc cố định tương ứng với một xung được phỏt ra. Do cỏc xung được phỏt ra liờn tục nờn motor dẫn trụng giống như quay liờn tục. vớ dụ, motor quay một gúc là 0.6 0
cho mỗi xung, nều bước ren của bộ truyền bộ truyền vớt me - đai ốc bi là 6 mm thỡ khoảng dịch chuyển của bàn dao với mỗi xung sẽ là: 0.01 mm 0.6/360*6 . cú nghĩa là bàn dao sẽ di chuyển mộg khoảng là 0.01 mm khi cú một xung được phỏt ra. Vỡ vậy, để dịch chuyển bàn dao một khoảng là 200 mm với vận tốc là 1mm/s thỡ hệ NC phải phỏt ra 20000 200/0.01 xung với tần số là 100 Xung/ 1phỳt (=1/0,01).
Sơ đồ cấu tạo của thanh dẫn hướng như sau:
Hỡnh 1.20 Dẫn hướng trờn mỏy CNC
Mõm c p
Trờn mỏy tiện nhất thiết phải dựng mõm c p để kẹp ch t chi tiết gia cụng. đối với mỏy tiện thụng thường, mõm c p thường dựng loại 3 chấu tự định tõm ho c loại 4 chấu c p. yờu cầu đối với mõm c p là lực kẹp đủ lớn để kẹp ch t chi tiết, nhất là khi gia cụng cớn tốc độ cao. để tạo ra lực kẹp lớn, người ta thường dựng cỏc cơ cấu thuỷ lực hoạc khi nộn để kẹp.
Hỡnh 1.21 õm c p 3 ch u và mõm c p 4 ch u tự định tõm
Trờn mỏy tiện CNC, thường xuyờn phải gia cụng với tốc độ lớn đến 8000 vũng/ phỳt do đú cỏc cơ cấu kẹp ch t thường được thiết kế sao cho lợi dụng được lực quan tớnh ly tõm, khi quay càng cao thỡ lực kẹp càng được tăng cường
Ụ động
Ụ động dựng trong cỏc trường hợp chi tiết gia cụng quỏ dài, cần phải tăng cường độ cứng vững của hệ thống. trờn mỏy CNC, ụ động cú thể được điều khiển bằng tay quay điện tử ho c bằng một động cơ riờng. một số loại mỏy được trang bị
Đệm Bàn trựơt
Thanh dẫn Bi
thờm cỏc thiết bị đ c biệt cú thể điều khiển ụ động như là một trục chớnh thứ hai để tiết kiệm thời gian thay đổi đầu gia cụng chi tiết.
Cụm gỏ dao
Hỡnh 1.22 Cụm gỏ dao trong hệ thống CNC
Cụm gỏ dao cú nhiệm vụ là định vị, kẹp ch t dụng cụ cắt, tớch chứa cỏc dụng cụ để đỏp ứng cỏc yờu cầu về dụng cụ trong một trương trỡnh gia cụng.
Bao gồm hai bộ phận chớnh sau: + Giỏ đỡ ổ tớch dao bàn xe dao
Bộ phận này là bộ phận đỡ ổ chứa dao thực hiện cỏc chuyển động tịnh tiến ra, vào song song, vuụng gúc với trục chớnh nhờ vào cỏc động cơ bước cỏc chuyển động này đó được lập trỡnh sẵn .
+ Ổ tớch dao đầu rơvonve
Mỏy tiện cnc thường dựng hai loại sau:
Đầu rơvonve cú thể lắp từ 10 đến 12 dao cỏc loại.
Cỏc ổ chứa dao trong tổ hợp gia cụng với cỏc bộ phận khỏc đồ gỏ thay đổi dụng cụ .
Đầu rơvonve cho phộp thay nhanh dao trong một thời gian ngắn đó chỉ định, cũn ổ chứa dao thỡ mang một số lượng lớn dao mà khụng gõy nguy hiểm, va chạm trong vựng làm việc của mỏy tiện.
Trong cả hai trường hợp chuụi của dao thường được kẹp trong khối mang dao tịa những vị trớ xỏc. định trờn bàn xe dao. cỏc khối mang dao phự hợp với cỏc giỏ đỡ dao trờn mỏy tiện và được tiờu chu n hoỏ.
Cỏc kết cấu của đầu rơvonve tuỳ thuộc vào cụng dụng và yờu cầu cụng nghệ của từng loại mỏy.
Bao gồm đầu rơvonve kiểu chữ thập, kiều đĩa hỡnh trống. Đầu rơvonve cú thể lắp cỏc loại dao: tiện, phay, khoan, khoột, cắt ren … được tiờu chu n hoỏ phần chuụi cú thể lắp lẫn và lắp ghộp với cỏc đồ gỏ trờn đầu rơvonve.
+ Ổ chứa dụng cụ dựng cho mỏy tiện CNC
Cỏc ổ chứa dao cụ thường được sử dụng ớt hơn so với đầu rơvonve vỡ việc thay đổi dụng cụ khú khăn so với cỏc cơ cấu của đầu rơvonve. song ổ chứa cú ưu điểm là an toàn, ớt gõy ra va chạm trong vựng gia cụng, dễ dàng ghộp nối một số lớn cỏc dụng cụ một cỏch tự động mà khụng cần sự can thiệp bằng tay.
1.5.5.2. M t số thiết bị song song dựng trờn mỏy tiện
Cỏc thiết bị song song đi kốm với mỏy thường cú tỏc dụng mở rộng khả năng làm việc của mỏy cũng như rỳt ngắn thời gian hao phớ, thiết lập cỏc chế độ hoạt động của mỏy, sau đõy giới thiệu một số thiết bị thường dựng trong hệ thống sản suất tự động và trong nhà mỏy:
Thiết bị đo dao settingauge
Thiết bị đo dao là một thiết bị rất quan trọng trong cỏc thiết bị đi kốm với mỏy tiện. Đõy là thiết bị để xỏc định cỏc thụng số của dao để đưa vào trong bộ nhớ về dao tool offset . Nú thường được quy chu n về kớch thước và thường được ghộp với mỏy thụng qua một đường truyền. Khi cần đo một dụng cụ mới, thiết bị đo được lắp với mỏy và sau đú sẽ tiến hành cỏc thủ tục đo dụng cụ.
Hệ thống đo tự động chi tiết automatic workpiece mesuring divice
Hệ thống này để đo tự động cỏc kớch thước của chi tiết gia cụng như đường kớnh, vị trớ lỗ khoan. Cú hai phương phỏp đo được ỏp dụng thường dụng là đo ngoài và đo trong. Phương phỏp đo trong sử dụng nhiều loại cảm biến khỏc nhau
trong khi phương phỏp đo ngoài thường sử dụng cỏc thiết bị điện tử như cỏc thước đo điện tử và cỏc thiết bị đo 3 chiều.
Hệ thống tải phoi chip conveyor)
Hệ thống này để vận chuyển phoi trong khi cắt gọt. Bộ phận cung cấp phụi liệu bar feeder
Hệ thống này cung cấp tự độn phụi cho mỏy trong khi làm việc thụng thường hoạt động của nú được gắn với một robot tự động.
Bệ thống thay dao tự động atc: automatic tool changer)
Hệ thống này tự động thay đổi dao cụ khi cần hitết khi dao bị mũn, ho c khi thay đổi chương trỡnh cần phải cú dao khỏc .
Hệ thống thay đổi cơ chấu c p tự động ajc: automatic jaw changer
Hệ thống này dựng khi cần thay đổi chấu c p cho phự hợp với chi tiết được kẹp trờn mõm c p. Thụng thường chấu c p được thay từ chấu cứng sang chấu mềm khi cần gia cụng tinh ho c ngược lại.
Robots
Robot được cài đ t cựng cới cỏc mỏy cụng cụ thường được dựng để thỏo lắp chi tiết gia cụng, vận chuyển chi tiết sang vị trớ khỏc.
1.6. Cỏc chỉ tiờu gia cụng của mỏy CNC
1.6.1. Thụng số hỡnh học
Thụng số hỡnh học của mỏy CNC hay của vựng gia cụng là thụng số của khụng gian mà trong đú dụng cụ cắt và chi tiết gia cụng cú thể tỏc động qua lại ở bất cứ vị trớ nào. Như vậy, trờn cỏc mỏy gia cụng, chi tiết trũn xoay vựng gia cụng là một khối lăng trụ được xỏc định bằng bỏn kớnh và chiều dài dịch chuyển của cỏc tọa độ, chi tiết hỡnh hộp chữ nhật vựng gia cụng là một khối hỡnh hộp đụi khi là hỡnh lăng trụ được xỏc định bằng cỏc chiều dài dịch chuyển của cỏc tọa độ. Cỏc điểm giới hạn của vựng làm việc được đỏnh số tương tự như ký hiệu số của ma trận. Để thuận tiện và dễ nhớ, người ta đỏnh thứ tự cỏc số theo quy tắc sau: số thứ nhất của cỏc chữ số ký hiệu cỏc điểm theo trục nằm ngang trục Z, số thứ hai của
cỏc chữ số ký hiệu cỏc điểm theo trục X, cũn số thứ ba của cỏc số ký hiệu cỏc điểm theo trục Y.
1.6.2. Thụng số gia cụng
Thụng số gia cụng của mỏy CNC là tốc độ chuyển động của cỏc cơ cấu