L ỜI CAM ĐOAN
5. Phương phỏp nghiờn cứu
2.1. KHÁI QUÁT VỀ MÁY CNC
2.1.1. Lịch sử phỏt triển của mỏy CNC.
í tưởng về điều khiển mỏy bằng cỏc lệnh nhớ, như ngày nay ở cỏc mỏy CNC đó xuất hiện từ thế kỷ 14 và nú được phỏt triển và hoàn thiện dần cho đến ngày nay.
- 1808 Túshep M Jacquard đó dựng bỡa tụn đục lỗ để điều khiển cỏc mỏy dệt (Bỡa đục lỗ và vật mang tin).
- 1938 Clause Shannon bảo vệ luận ỏn tiến sỹ ở viện cụng nghệ MIT nội dung tớnh toỏn chuyển giao dữ liệu dạng nhị phõn.
- 1946 tiến sỹ John W Mauchly đó cung cấp mỏy tớnh số điện tử đầu tiờn cú tờn ENIAC cho quõn đội Mỹ.
- Chế tạo mỏy cụng cụ với 4luận điểm:
+ Lưu trữ cỏc vị trớ đó tớnh toỏn ở bỡa đục lỗ + Cỏc bỡa đục lỗ đọc tự động trờn mỏy.
+ Cỏc vị trớ đọc phải thụng bỏo liờn tục và cỏc giỏ trị trung gian bổ xung phải được tớnh toỏn
+ Sử dụng cỏc động cơ SERVO điều khiển chuyển động cho cỏctrục
- 1954 Bendix đó mua bản quyền của Pasons và chế tạo ra bộ điều khiển NC hoàn chỉnh đầu tiờn cú sử dụng cỏc búng điện tử.
- Năm 1954 phỏt triển ngụn ngữ biểu trưng được gọi là ngụn ngữ lập trỡnh tự động ATP
- 1957 Khụng quõn Mỹ trang bị mỏy CNC đầu tiờn ở xưởng chế tạo.
- 1960 Kỹ thuật bỏn dẫn thay thế cho hệ thống điều khiển xung rowle, đốn điện tử.
- 1965 Giải phỏp thay dụng cụ tự động ATC (Automatic Tool Changer)
- 1968 Kỹ thuật mạch tớch hợp IC ra đời cú độ tin cậy cao hơn
- 1972 Hệ điều khiển NC đầu tiờn cú lắp đặt mỏy tớnh nhỏ
- 31 -
Ngày nay cỏc mỏy cụng cụ CNC đó hoàn thiện hơn với tớnh năng vượt trội cú thể gia cụng hoàn chỉnh một chi tiết trờn một mỏy gia cụng hay trung tõm gia cụng với số lần gỏ đặt ớt nhất. Đặc biệt chỳng cú thể gia cụng cỏc chi tiết cú bề mặt phức tạp.
2.1.2. Đặc điểm của mỏy CNC.
2.1.2.1. Những nột cơ bản về mỏy cụng cụ và mỏy CNC
- Về cơ bản mỏy cụng cụ vạn năng và mỏy cụng cụ điều khiển số đều cú kết cấu khung giống nhau, đú là:
+ Thõn mỏy + Đế mỏy + Bàn trượt + Đầu trục chớnh Ngoài ra chỳng cũn cú một sốđiểm khỏc nhau, cụ thể: ST T Nội dung Mỏy cụng cụ vạn năng Mỏy CNC 1 Nguồn động lực - Động cơ 3 pha thường - Động cơ DC điều khiển vụ cấp hoặc AC biến tần điều khiển vụ cấp - Động cơ bước và động cơ thủy lực - Động cơ Servo 2 Tốc độ truyền dẫn - Phõn cấp - Vụ cấp 3 Truyền động - Kiểu nối tiếp (thụng qua hộp số) - Độc lập 4 Bộ truyền dẫn - Thanh răng, bỏnhrăng thường - Vớt me, đai ốc thường - Thanh răng, bỏnh răng yờu cầu cú cơ cấu kẹp khử khe hở - Vớt me, đai ốc bi - Bằng tay (cụng tắc, tay gạt cơ - Bằng mỏy tớnh với hệ điều khiển số (bảng điều
5 Điều khiển khớ) khiển và màn hỡnh điều khiển) 6 Tớnh điển hỡnh của xớch động - Dài, thụng qua nhiều cơ cấu - Cứng, khú thay đổi - Ngắn hơn rất nhiều do khụng phải thụng qua nhiều cơ cấu - Mềm dẻo, linh hoạt cao - Những ưu điểm nổi bật của mỏy CNC so với mỏy thụng thường khi sản xuất loạt vừa và nhỏ:
+ Gia cụng được những chi tiết phức tạp, độ chớnh xỏc gia cụng ổn định.
+ Thời gian lưu thụng ngắn hơn do tập trung nguyờn cụng cao, giảm thời gian phụ và tăng được thời gian sản xuất.
+ Tớnh linh hoạt và quy hoạch thời gian sản xuất cao. + Chi phớ kiểm tra và chi phớ cho phế phẩm giảm
+ Hiệu suất cao và tăng năng lực sản xuất
+ Do cú khả năng tự động húa cao nờn rất thớch hợp trờn cỏc dõy chuyền sản xuất linh hoạt.
2.1.2.2. Kết cấu của mỏy CNC
Gồm 2 phần chớnh đú là:
+ Phần cơ khớ: Đế mỏy, thõn mỏy, bàn mỏy, bàn xoay, trục mớt me bi, ổ tớch
dụng cụ, cụm trục chớnh và băng dẫn hướng.
+ Phần điều khiển: cỏc loại động cơ, cỏc hệ thống điều khiển và mỏy tớnh trung tõm.
2.1.3. Một số hệ điều hành.
- 33 -
cho cỏc mỏy CNC. Đú là: Fanuc, Fagor, Heidenhain, Siemens,…Trong đú
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 mỏy tiện CNC
Mỏy tiện CNC xuất hiện đó nhanh chúng thay đổiviệc sản xuất cụng nghiệp. Việc tiến hành cỏc đường cong, hỡnh phức tạp được thực hiện dế dàng như đường thẳng, cỏc cấu trỳc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn cỏc thao tỏc do con người thực hiện được giảm thiểu.
Việc tăng tự động húa trong quỏ trỡnh sản xuất với mỏy CNC tạo nờn sự phỏt triển đỏng kể về chớnh xỏc và chất lượng. Kĩ thuật tự động của mỏy tiện CNC giảm thiểu tối đa cỏc sai sút và giỳp người thao tỏc cú thời gian cho cỏc cụng viờc khỏc. Ngoài ra cũn cho phộp linh hoạt trong thao tỏc cỏc sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi mỏy múc để sản xuất cỏc linh kiện khỏc.
Trong mụi trường sản xuất, cỏc mỏy tiện CNC cú thể kết hợp thành một tổ hợp, gọi là cell, để cú thể làm nhiều thao tỏc trờn một bộ phận. Mỏy tiện CNC ngày nay
được điều khiển trực tiếp từ cỏc bản vẽ do phần mếm CAM, ( computer – aided
design ) cú thể núi mỏy tiện CNC gần giống nhất với hệ thống robot cụng nghiệp, tức lafchungs được thiết kế để thực hiện nhiều thao tỏc sản xuất (trong tầm giới hạn).
2.2.2. Mỏy tiện CNC CTX 200E
Mỏy tiện CNC CTX 200E (made in Germany) là loạimỏy tiện cụng nghiệp để sản xuất một số loại chi tiết và dựng để giảng dạy trong trường học.
- 35 -
Bảng 2.1. Thụng số kỹ thuật của mỏy tiện CTX 200E
TT Đặc tớnh kỹ thuật Giỏ trị
1 Trọng lượng mỏy 3500 kg
2 Kớch thước phụi lớn nhất (Max size of Workpiece) Φ 200 mm
3 Hệ điều khiển Haidenhain datapilot
4 Cỏc thụng số về điện (Power Supply of the Machine
Volt of Power Net) 35 (KW)
5 Số vũng quay nhỏ nhất của trục chớnh 25 vg/ph
6 Số vũng quay lớn nhất của trục chớnh 5000 vg/ph
Mỏy tiện CTX 200E cú 3 truc X, Z, C:
+ Trục Z: song song với trục chớnh của mỏy và chiều dương hướng từ mõm cặp tới dụng cụ cắt (hay hướng từ trỏi sang phải)
+ Trục X: vuụng gúc với trục mỏy và cú chiều dương hướng về phỏi bàn kẹp dao (hướng đi xa khỏi người thợ)
+ 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.
Cỏc điểm chuẩn trờn mỏy:
+ Điểm gốc tọa độ của mỏy: Ký hiệu là M
Là giao của trục Z và mặt đầu của trục chớnh. Từ điểm M quyết định cỏc điểm
khụng của chi tiết và điểm thay dao.
+ Điểm tham chiếu: Ký hiệu R
Được xỏc định so với điểm M. Nú nằm ở đõu đú trong khụng gian(do nhà chế tạo đặt).
Đõy là cụng việc đầu tiờn khởi khi khởi động mỏy, người vận hành mỏy phải đưa về điểm tham chiếu sau đú mới làm cụng việc tiếp theo.
+ Điểm khụng của chi tiết: Ký hiệu W
Điểm khụng của chi tiết do người lập trỡnh hoặc do người vận hành mỏy đặt. thụng
thường điểm W được đặt ở điểm giữa của mặt đầu.
Mỏy CTX 200E cú 12 vị trớ gỏ dao trờn ổ tớch.
Trục vớt me đai ốc bi
Trong mỏy cụng cụ điều khiển số người ta sử dụng hai dạng vit me cơ bản đú là: vớt me đai ốc thường và vớt me đai ốc bi.
Vớt me đai ốc thường: là loại mà vớt me và đai ốc cú dạng tiếp xỳc mặt
Vớt me đai ốc bi: là loại mà vớt me và đai ốc cú dạng tiếp xỳc lăn.
Ưu điểm của Vớt me đai ốc bi:
- Mất mỏt do ma sỏt nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần bằng 0.9
- Đảm bảo chuyển động ổn định vỡ lực ma sỏt hầu như khụng phụ thuộc vào tốc độ.
- Cú thể loại trừ khe hở và tạo sức căng ban đầu đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao. Đảm bảo độ chớnh xỏc làm việc lõu dài. Vớt me bi cú kết cấu đa dạng nhưng chỳng đều cú cấu tạo chung như sau: 1: Vớt me 2: Đai ốc 3: Vũng bi 4: Ống hồi tiếp Hỡnh 2.2: Kết cấu cụm vớt me đai ốc bi Hệ thống gỏ dao
Nhằm tăng năng suất và độchớnh xỏc gia cụng, hệ thụng gỏ đặt và điều chỉnh dao đó được nghiờn cứu và phỏt triển đặc biệt cho mỏy tiện CNC CTX200E. Những phỏt triển này nhằm đạt hai mục tiờu chớnh:
- 37 -
+ Thời gian thay dao ngắn với việc sử dụng thiết bị định vị và kẹp chặt nhanh với chỉ một động tỏc. Hệ thống gỏ dao bao gồm một hệ thống cấp bậc cỏc dụng cụ và cỏc khối gỏ lắp và chỳng lắp vừa vặn vào đầu rơvolve.
Hệ thống gỏ phụi
Sử dụng hệ thống kẹp chặt bằng thủy lực
- 39 -
Chương 3
THẫP CACBON VÀ ỨNG DỤNG CỦA Nể
Thộp cacbon được dựng rất phổ biến trong đời sống và trong kỹ thuật, nú chiếm tỷ trọng rất lớn (80 đến90%) trong tổng sản lượng thộp.
3.1. NHỮNG ĐẶC TÍNH CỦA THẫP CACBON
3.1.1. Khỏi niệm:
Thộp cỏc-bon là hợp kim của sắt và cỏc-bon (lượng C < 2%), Cú ảnh hưởng quyết định dến tớnh chất của thộp. Nhỡn chung nếu hàm lượng cacbon nhiều sẽ làm cho thộp bền cứng, nhưng khi lượng cacbon vượt quỏ 0.9% thỡ sức bền, độ dẻo dai giảm nờn tớnh gia cụng, cắt gọt khú khăn hơn ngoài ra cũn chứa một lượng nhất định cỏc nguyờn tố:
- Mangan (Mn < 0,8%) - Silic (Si < 0,4%) - Phốt pho (P < 0,05%)
- Lưu huỳnh (S < 0,05%) và cỏc nguyờn tố khỏc với lượng ớt.
Sở dĩ chỳng cú ở trong thộp là do điều kiện của luyện thộp khụng cho phộp khử hết (như P và S) hoặc là do chỳng cú lợi cho việc khử ụxy và cơ tớnh của thộp,
nờn người ta cho thờm vào (như Si, Mn).
Cỏc nguyờn tố này với lượng ớt như vậy khụng ảnh hưởng gỡ đến dạng của giản đồ trạng thỏi Fe – C và chỳng ta cũng cú thể dựng nú để nghiờn cứu về thộp cỏc-
bon, do đú người ta cũn coi những nguyờn tố đú là tạp chất.
Thộp thường được luyện từ gang lỏng, gang thỏi hoặc thộp vụn và từ cỏc phế liệu.
So với gang thỡ thộp cú cơ tớnh cao hơn, đặc biệt là tớnh chịu nộn, chịu kộo cao, tớnh chịu va đập tốt, tớnh đàn hồi cao.Thộp cú thể gia cụng ỏp lực dễ dàng.Nhưng thộp cú nhược điểm là tớnh đỳc kộm.
3.1.2. Tớnh chất:
- Độ dẻo khỏ nờn khả năng chịu va đập tốt, nhất là loại thộp ớt cacbon.
- Độ đàn hồi tốt.
- Độ cứng tươngđối cao sau khi nhiệt luyện.
- Khả năng chống mài mũn, ăn mũn tốt nhất là sau khi tụi cứng, gia cụng cắt gọt, hàn nối dễ.
- Khú đỳc hơn gang vỡ nhiệt độ núng chảy cao, tớnh lưu động thấp.
3.1.3. Thành phần hoỏ học
Thộp cacbon là thộp thụng thường, ngoài cacbon ra cũn chứa một số nguyờn tố với hàm lượng giới hạn mà trong thộp nào cũng cú, chỳng được gọi là tạp chất thường cú hay chất lẫnvỡ khụng phải do cố ý đưa vào, trong đú cú một số cú lợi và một số cú hại.
Tạp chất cú lợi: mangan và silic
Mọi loại thộp đều cú Mn và Si với lượng khụng vượt quỏ 1%, là do:
- Quặng sắt cú lẫn cỏc hợp chất (khoỏng vật) như ụxit mangan, ụxit Silic, trong quỏ trỡnh luyện gang chỳng bị hoàn nguyờn (MnO → Mn, SiO2 → Si) đi vào gang rồi vào thộp.
- Khi luyện thộp phải dựng ferụ mangan và ferụ silic để khử ụxy, phần khụng tỏc dụng hết với ụxy sẽ đi vào thành phần của thộp.
Trong quỏ trỡnh luyện thụng thường, cỏc thộp đều cú chứa ≤ 0,80% Mn, ≤ 0,4%Si. Chỳng là cỏc nguyờn tố cú ớch, tỏcdụng tốt đến cơ tớnh: nõng cao độ cứng, độ bền (cũng làm giảm độ dẻo, dai).
Tạp chất cú hại: phốt pho và lưu huỳnh
Nú cú lẫn trong quặng sắt và nhiờn liệu (than coke khi luyện gang), làm cho
thộp giũn do đú phải được khử bỏ đến giới hạn cho phộp, khụng được vượt quỏ
0,05% (cho mỗi nguyờn tố).
Vậy với mọi loại thộp đều chứa:
C ≤ 2,14%. Mn ≤ 0,80%, Si ≤ 0,40%, P ≤ 0,05%, S ≤ 0,05%.
- 41 -
Cỏc tạp chất khỏc
Ngoài P, S trong thộp luụn chứa cỏc nguyờn tố H, O, N do chỳng hoà tan vào thộp lỏng từ khớ quyển của lũ luyện. Chỳng đặc biệt cú hại vỡ làm thộp khụng đồng nhất về tổ chức (gõy tập trung ứng suất) và giũn song với lượng chứa quỏ nhỏ (như 0,006 ữ 0,008% với O2) nờn rất khú phõn tớch - gọi là tạp chất ẩn.
Cụng nghiệp luyện kim hiện đại sử dụng lại (tỏi chế) thộp, gang và hợp kim phế liệu, nờn trong đú cú chứa lượng nhỏ cỏc nguyờn tố hợp kim: Crụm, Niken, Cu ≤ 0,30%; Vonfram, Mụlipđen, Titan ≤ 0,050%. Chỳng được coi là tạp chất vỡ khụng cố ý đưa vào, khụng ảnh hưởng đỏng kể đến tổ chức, cơ tớnh (với lượng quỏ nhỏ) của hợp kim Fe - C.
3.1.4. Ảnh hưởng của cacbon tớnh chất và cụng dụng của thộp thường
Cacbon là nguyờn tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến tổ chức, tớnh chất (cơ tớnh), cụng dụng của thộp (cả thộp cacbon và thộp hợp kim thấp).
Cơ tớnh
- Cacbon cú ảnh hưởng bậc nhất (theo quan hệ đường 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 tiờn cacbon làm giảm rất mạnh độ dẻo (δ,ψ) và độ dai va đập (ak) làm cho cỏc
chỉ tiờu này giảm đi nhanh chúng, song càng về sau mức giảm này càng nhỏ đi.Ảnh
Hỡnh 3.1: Ảnh hưởng của cacbon đến cơ tớnh của thộp thường
hưởng của cacbon đến giới hạn bền σb khụng đơn giản như đối với độ cứng. Thấy rằng cứ tăng 0,1%C trong khoảng 0,1 ữ 0,5%C giới hạn bền tăng σb tăng 70 ữ
90Mpa, trong khoảng 0,6 ữ 0,8%C σb tăng rất chậm và đạt đến giỏ trị cực đại trong khoảng 0,8 ữ 1,0%C, khi vượt quỏ giới hạn này σb lại giảm đi.
Vai trũ của cacbon, cụng dụng của thộp theo thành phần cacbon:
Do cacbon cú ảnh hưởng lớn đến cơ tớnh nờn nú quyết định phần lớn cụng dụng của
thộp.
- Thộp C thấp(≤ 0,25%) cú độ dẻo, dai cao nhưng độ bền, độ cứng lại thấp, hiệu quả nhiệt tụi + ram khụng cao (muốn cao phải qua thấm C), được dựng làm kết cấu
xõy dựng, tấm lỏ dập nguội.
- Thộp C trung bỡnh(0,30 ữ 0,50%) cú độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai đều khỏ cao, hiệu quả tụi + ram tốt, túm lại cú cơ tớnh tổng hợp cao nờn dựng chủ yếu làm cỏc chi tiết mỏy chịu tải trọng tĩnh và va đập cao.
- Thộp C tương đối cao (0,55 ữ 0,65%), độ cứng tương đối cao, giới hạn đàn hồi cao nhất, được dựng làm cỏc chi tiết đàn hồi.
- Thộp cú C cao (≥ 0,70%), độ cứng và tớnh chống mài mũn đều cao, dựng làm cỏc cụng cụ như dao cắt, khuụn dập, dụng cụ đo…
Tớnh cụng nghệ:
- Thộp càng cú %C ớt thỡ tớnh hàn và khả năng dập nguội, dập sõu của thộp càng dễ.
- Thộp cú %C cao thỡ cứng khú gia cụng cắt, song nếu %C quỏ thấp, thộp mềm dẻo cũng khú gia cụng cắt.
- Núi chung tớnh đỳc của thộp khụng cao.
3.1.5. Ảnh hưởng của cỏc tạp chất
Mangan: Được cho vào mọi thộp dưới dạng ferụ Mn để khử ụxy thộp ở trạng thỏi