4. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của máy công cụ CNC
4.3. Nguyên lý hoạt động của máy công cụ CNC:
Máy công cụ CNC phải được thực hiện tự động các quá trình chuyển động theo các lệnh điều khiển đưa ra và dịch chuyển máy phải đi theo một cách chính xác nhất có thể đó là tọa độ các điểm trên biên dạng.
Những vị trí bàn máy đã thực hiện theo các lện dịch chuyển được thu thập một cách tự động bởi một hệ thống đo đường dịch chuyển như các giá trị thực về vị trí và phản hồi vè bộ điều khiển của CNC.
Hệ thống điều khiển máy nhận các giá trị đó trong khi chuyển động các vị trí tức thời của bàn máy ( giá trị thực ) và so sánh chúng với các vị trí mong muốn đưa ra từ hệ thống điều khiển số ( giá trị cần ).
Hình 4.21: Sơ đồ nguyên lý vận hành CNC
Bàn máy chuyển động cho tới khi nào vị trí thực bằng đúng giá trị cần sẽ được chỉnh sửa nhờ các tín hiệu chạy dao, do vậy ta có sự điều chỉnh vị trí theo một mạch chuyển động kín.
- Máy công cụ CNC hoạt động dựa vào chương trình gia công chi tiết. Những thông tin cần thiết để gia công một chi tiết nào đó, được tập hợp một cách có hệ thống, gọi là chương trình gia công chi tiết. Chương trình này có thể:
+ Được soạn thảo và lưu trữ trong vật mang tin và được đưa vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích.
+ Được đưa vào hệ điều khiển số thông qua các nút bấm bằng tay trên bảng điều khiển. Nhờ bảng điều khiển cũng có thể đưa vào hệ điều khiển số các thông tin đặc biệt ( số liệu về dao cụ, các giá trị hiệu chỉnh biên dạng, cá dữ liệu hiệu chỉnh máy ).
+ Được chuyển trực tiếp từ bộ nhớ của một máy tính điều hành chủ sang hệ điều khiển số của từng trạm gia công ( nguyên tắc vận hành DNC )
- Bộ logic điều khiển xử lý các dữ liệu chương trình nhờ các phần mềm hệ thống nhằm:
+ Cung cấp các giá trị cần về vị trí cho từng trục riêng lẻ của máy công cụ theo một tần số phụ thuộc vào tốc độ xử lý dữ liệu chương trình.
+ So sánh các giá trị cần và giá trị thật về vị trí, xác định giá trị sai lệch:
= GTc - GTt
+ Và cấp lệnh điều khiển tương ứng cho Rơle tốc độ của từng trục chạy dao riêng lẻ. Nhờ vậy, từng trục máy chuyển động độc lập nhưng vẫn phối hợp được với nhau sao cho biên dạng gia công được sinh ra với tốc độ gia công đã được lập trình.
- Các chương trình tương thích thông dụng và những dữ liệu điều chỉnh máy:
+ Nhờ các chương trình này, hệ điều khiển số đảm bảo được sự tương thích với các thông số kĩ thuật chuyên môn của máy công cụ mà nó điều khiển.
+ Những dữ liệu điều chỉnh máy xác định: tốc độ chạy dao nhanh tối đa, bố trí sự xếp đặt các trục máy, các trạng thái đóng mạch của hệ điều khiển và giới hạn vùng làm việc của hệ thống công nghệ: bàn máy, gá lắp, dao cụ …
+ Chương trình gia công chi tiết còn bao hàm những thông tin liên quan trực tiếp đến máy:
* Lệnh đóng ngắt mạch bơm dung dịch trơn nguội * Lệnh tạo số vòng quay và chiều quay cho trục chính * Lệnh đổi dao cụ
Bộ logic điều khiển chuyển tiếp những lệnh này qua một cụm điều khiển tương thích cài đặt trong hệ điều khiển số đến các khâu điều khiển máy tính như: van, rơle, các cầu dao tiếp mạch … Ngược lại, cụm điều
ngắt cuối ( cữ chặn ), các bộ cảnh báo áp suất và các bộ phận khác lắp đặt trên máy ( có kèm theo dụng cụ phát tín hiệu ) để chuyển thành các thông báo về tình trạng sẵn sàng hoạt động hoặc trạng thái dừng … cho hệ điều khiển số.
Hình 4.22: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy công cụ CNC
Qui trình chế tạo lòng khuôn
Vật liệu chế tạo lòng khuôn đòi hỏi cơ tính tốt, chịu nhiệt và chịu mài mòn tốt. Khuôn gồm 2 phần: chày và cối. Chày được chế tạo từ thép 4X2B8 Cối được chế tạo gồm phần tạo hình lòng khuôn dùng vật liệu 3X2B8.
Chế độ nhiệt luyện và xử lý bề mặt:
Chày được chế tạo từ phôi hình trụ được nhiệt luyện đến nhiệt độ từ 1140-1160oC để đạt độ cứng từ 56-58 HRC sau đó sẽ tôi cải thiện ở nhiệt độ 625-640 oC đạt độ cứng từ 48-50 HRC. Khi đó tuổi bền của thép sẽ đạt
được giá trị cao nhất. Sau khi gia công định hình ta tiến hành xử lý bề mặt bằng quá trình thấm Nitơ. Quá trình thấm Nitơ diễn ra ở nhiệt độ từ 500- 550 oC, độ cứng bề mặt sẽ đạt vào khoảng Hv = 1020 - 1050.
Phần tạo hình lòng khuôn được chế tạo từ phôi hình khối chữ nhật. Chế độ nhiệt luyện và xử lý bề mặt cũng tương tự như đối với chày: được nhiệt luyện đến nhiệt độ từ 1100 - 1140 oC để đạt độ cứng từ 54-56 HRC sau đó sẽ tôi cải thiện ở nhiệt độ 600 - 625 oC đạt độ cứng từ 48-50 HRC. Sau khi gia công định hình ta tiến hành xử lý bề mặt bằng quá trình thấm Nitơ ở nhiệt độ từ 500-550 oC, độ cứng bề mặt sẽ đạt vào khoảng Hv = 1020 -1050.
Gia công tạo hình:
- Cối được gia công bằng phương pháp gia công tia lửa điện xung định hình
- Thiết kế chày
+ Thiết kế chày dập bánh răng chủ động:
Đường kính phần làm việc của chày bằng với đường kính đỉnh răng của bánh răng chế tạo: d = 50
Đường kính phần dẫn hướng D = 1,5d = 75
Chiều dài phần làm việc h = 1,2 chiều dầy bánh răng = 1,2 x 15 = 18 Chiều dài phần dẫn hướng l = h + 0,4D + 5 = 53
Bán kính lượn giữa các phần chuyển tiếp R = 0,2d = 10 Đường kính lỗ ren M10
+ Thiết kế chày dập bánh răng bị động:
Đường kính phần làm việc của chày bằng với đường kính đỉnh răng của bánh răng chế tạo: d = 80
Đường kính phần dẫn hướng D = 1,2d. Lấy D = 96
Chiều dài phần làm việc h = 1,2 chiều dầy bánh răng = 1,2 x 15 = 18 Chiều dài phần dẫn hướng l = h + 0,4D + 5 = 62
Bán kính lượn giữa các phần chuyển tiếp R = 0,2d = 16 Đường kính lỗ ren M16
Kết Luận
Trong các phương pháp chế tạo cơ khí thì phương pháp gia công bằng tia lửa điện là một phương pháp mới, nó cho phép ta thực hiện tạo hình trên những vật liệu có độ cứng cao rất tốt. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ CNC, cho phép tối ưu hóa quá trình gia công bằng tia lửa điện. Máy gia công tia lửa điện CNC ngày càng tỏ rõ thế mạnh trong gia công tạo hình với các sản phẩm có bề mặt phức tạp.
Các phương pháp tạo hình bánh răng bằng biến dạng dẻo không chỉ nâng cao hiệu quả kinh tế khi giảm được chi phí nguyên vật liệu và nâng cao năng suất lao động mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm và đạt được tính chất cơ lý tốt hơn so với các phương pháp cắt gọt khác. Việc ứng dụng kỹ thuật gia công tia lửa điện CNC trong chế tạo khuôn càng nhiều đã giúp tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm.
Kết cấu của đồ án ngoài lời mở đầu và kết luận gồm 4 chương nội dung:
Chương 1: Trình bày một cách tổng quát nhất và các loại bơm thủy lực, nguyên lý hoạt động, phân loại và một số ứng dụng.
Chương 2: Trình bày các loại bánh răng chủ yếu, phân loại, ứng dụng, nguyên lý ăn khớp chính.
Chương 3: Trình bày cơ bản về bánh răng Cycloid và cá phương pháp chế tạo.
Chương 4: Trình bày nguyên lý và ứng dụng của phương pháp gia công tia lửa điện, phương pháp gia công tia lửa điện định hình CNC.
Trong đồ án tốt nghiệp, em đã trình bày những nội dung chủ yếu mà đề tài yêu cầu thông qua việc tích lũy kiến thức trong quá trình học tập, cộng với việc tham khảo một số tài liệu kỹ thuật liên quan để hoàn thành tốt nhất nhiệm vụ thiết kế được giao.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Tạ Duy Liêm đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em trong suốt quá trình em thực hiện nhiệm vụ của mình. Em cũng xin gửi lời cám ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa đã cho em những ý kiến quý báu, giúp em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.