- Điểu chỉnh dụng cụ là công việc cần thiết đối với các máy công cụ điều khiển bằng số khi hiệu chỉnh đều đặn quỹ đạo dao hoặc khi gia công các chi tiết với dụng cụ có kích thước quy định.
- Việc điều chỉnh dụng cụ đảm bảo đúng vị trí lưỡi cắt của dao theo kích thước cho trước hoặc xác định kích thước thực của dao.
- Việc điều chỉnh thường được thực hiện ở bên ngoài máy gia công bằng máy điều chỉnh có trang bị các bộ thích nghi phù hợp để đảm bảo gá đặt dụng cụ như ở máy gia công.
- Điều chỉnh dụng cụ là đảm bảo sao cho lưỡi cắt chính và phụ của 1 dụng cụ cắt gọt có vịt rí chính xác nhất so với điểm gốc E của cơ cấu lắp dao theo phiếu điều chỉnh dụng cụ.
- Vị trí các lưỡi cắt của dao được xác nhận theo phương pháp quang học nhờ kính hiển vi với ống kính, đĩa chia vạch chuẩn hoặc thông qua đầu đo tiếp xúc.
- Các giá trị đo được nạp vào bộ nhớ giá trị hiệu chỉnh dụng cụ của hệ dụng cụ của máy công cụ CNC.
26
Hình 2-17. Điều chỉnh dụng cụ trước khi gia công 2.3.4.Quản trị dụng cụ trong hệ CNC
- Hệ dụng cụ được quản lý nhờ mã hiệu phân loại. Quản lý và xử lý dữ liệu dụng cụ trong hệ máy CNC.
+ Hiệu chỉnh chiều dài dao nhằm so sánh giữa chiều dài thực và chiều dài chuẩn của dao (theo phương Z ).
+ Hiệu chỉnh đường kính dao (Bán kính dao ) để tính toán tự động quỹ tâm dao ứng với từng đường kính dao phay.
+ Hiệu chỉnh lượng mòn dao để khử ảnh hưởng của độ mòn các lưỡi cắt của dao tới kích thước gia công mà không cần thay đổi giá trị gốc cho trước.
+ Thay đổi kịp thời những dụng cụ đã sử dụng quá tuổi bền hoặc không cần thiết nữa có trong ổ tích dao mà không cần dừng máy gia công.
+ Trong trường hợp dụng cụ đã sử dụng hết tuổi bền, khi nó trở về ổ tích dao sẽ không có khả năng nhận dạng điện tử nữa, như vậy chỉ còn dụng cụ dự bị thay thế là có khả năng nhận dạng điện tử ứng với lệnh truy cập dụng cụ tiếp theo trong chương trình gia công NC.
- Thông thường cần phải có ít nhất 3 bộ dụng cụ cho một máy gia công CNC: + Trong ổ tích dao tại máy gia công
+ Trong kho hoặc phòng kiểm tra để điều chỉnh, đo kiểm trước khi gia công + Trong xe cung ứng dùng cho chi tiết gia công tiếp theo
27
+ Mã hóa vị trí: Ở phương pháp này không lập trình số hiệu dụng cụ mà lập trình số hiệu vị trí của nó, nhưng như vậy lại rất bất lợi do sự chiếm lĩnh vị trí khác nhau trong quá trình gia công.
+ Mã hóa dụng cụ: Trước đây bằng linh kiện cơ khí, ngày nay bằng linh kiện nhớ điện tử.
+ Mã hóa vị trí biến đổi: ở phương pháp này, dụng cụ nhận một vị trí mới trong ổ tích sau từng quá trình thay đổi dụng cụ và hệ điều khiển số dùng vi tính phải đảm nhận công việc quản trị cần thiết. Số hiệu dụng cụ được lập trình, còn hệ CNC sẽ truy cập vị trí dụng cụ.
28
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG CHO MÁY PHAY CNC – VMC65
3.1.Quy trình thay dao tự động
Trình tự quá trình thay dao tự động:
Trường hợp trục chính đang mang dao i và muốn thay dao j.
Bộ điều khiển máy CNC nhận lệnh thay dao (lúc này máy đã thực hiện xong các câu lệnh trước đó và hiện không có chuyển động chạy dao nào).
Bộ điều khiển ra lệnh dừng trục chính (đồng thời điều khiển vị trí góc trục chính sao cho chốt định hướng trên trục chính đúng hướng với chốt của đài dao, đồng thời di chuyển cụm trục Z về vị trí thay dao.
Đài dao quay (nếu hốc trên đài dao không phải là hốc i).
1. Đài dao tịnh tiến từ trái sáng phải (theo hướng nhìn từ phía trước máy) và kẹp lấy dao. 2. Chấu kẹp trong trục chính nhả đuôi chuột trên thân dao (cuối phần côn) để nhả dao. 3. Cụm trục Z di chuyển về vị trí HOME (phía trên vị trí thay dao).
4. Đài dao quay để dao j vào vị trí thay dao. 5. Cụm trục Z di chuyển xuống vị trí thay dao. 6. Chấu kẹp trong trục chính đóng lại, kẹp lấy dao. 7. Đài dao di chuyển sang phải.
8. Kết thúc quá trình thay dao.
Hình 3-1.Trục chính đang mang dao i và muốn thay dao j
Trường hợp trục chính không mang dao (dao số 0) và muốn thay dao j.
1. Bộ điều khiển máy CNC nhận lệnh thay dao.
2. Bộ điều khiển ra lệnh dừng trục chính (nếu đang quay, đồng thời điều khiển vị trí góc trục chính sao cho chốt định hướng trên trục chính đúng hướng với chốt của đài dao), đồng thời di chuyển cụm trục Z về vị trí HOME.
3. Đài dao quay (nếu hốc trên đài dao không phải là hốc j). 4. Đài dao tịnh tiến từ trái sang phải.
5. Chấu kẹp trong trục chính mở ra.
6. Cụm trục Z di chuyển xuống, vào vị trí thay dao.
HOME Vị trí thay dao (1) (2) (3) (5) (4) (6)
29 7. Chấu kẹp đóng lại, kẹp lấy dao.
8. Đài dao di chuyển sang trái. 9. Kết thúc quá trình thay dao
Hình 3-2. Trục chính không mang dao và muốn thay dao j
Trường hợp trục chính mang dao trùng với dao yêu cầu được thay.
1. Kết thúc quá trình thay dao.
3.2.Tính toán kết cấu cơ khí của hệ thống thay dao tự động 3.2.1.Tính toán, thiết kế đài gá dao của hệ thống 3.2.1.Tính toán, thiết kế đài gá dao của hệ thống
3.2.1.1.Các thông số đầu vào để tính toán kết cấu cơ khí của hệ thống thay dao tự động - Loại máy CNC: Phay
- Loại thay dao: Không tay máy - Nguồn động lực di chuyển: Khí nén
- Nguồn động lực quay ổ chứa: Động cơ điện - Số lượng ổ chứa dao: N = 16
- Loại côn gắn dao: BT40, như Phụ lục A thì bán kính lớn nhất chuôi kẹp Rmax1 = 31,5mm
- Chiều dài chuôi dao: L = E + L1 + L2 = 35 + 65,4 + 27 = 127,4 mm (Hình 4-3) - Bán kính lớn nhất của dao: Rmax2 = 40 mm (Hình 4-4)
- Khối lượng tối đa của một con dao: M = 7 kg - Thời gian thay dao gần nhất: Tmin = 3 s - Thời gian thay dao xa nhất: Tmax = 7 s
- Không gian chứa cụm thay dao và các kích thước cụm trục chính cho trước bằng bản vẽ 2D HOME Vị trí thay dao (1) (2) (3) (4)
30
Hình 3-3. Kích thước của chuôi dao
Hình 3-4. Kích thước trên dao
Rmax1
L4 L1 L2
Rmax2
31 3.2.1.2.Tính kích thước tang của đài chứa dao
Hình 3-5. Sơ đồ tính toán kích thước hình học của tang chứa dao
Muốn tính toán bộ thay dao tự động với số dao là 16 dao loại BT40 trong ổ chứa dao ta phải tính được bán kính từ tâm dao đến trục ổ chứa dao (R) để đảm bảo các dao hoặc các chuôi dao không chạm vào nhau khi bố trí trên một vòng tròn.
Để tránh va chạm dao khi ta cho dao vào ổ dao: 2
C R
R: Bán kính từ tâm dao đến trục ổ chứa dao
C: Chu vi của vòng tròn bố trí dao khi coi các dao là xếp sát nhau: C = 2.Rmax .N= 2. 40.16 = 1280 (mm)
Với Rmax là bán kính lớn nhất trong hai giá trị Rmax1 và Rmax2. Dựa vào đầu bài ta có được Rmax = 40 (mm)
Bán kính từ tâm đến trục dao: 𝑅 > 𝐶 2𝜋 = 1280 2𝜋 = 203,7(𝑚𝑚) Chọn R = 300 (mm)
32 => C = 2πR = 2π.300 = 1885 (mm)
Tính toán các thông số tay kẹp dao Tính khe hở giữa các kẹp dao: Ta có C = N.(2Rmax1 + 2h + L) Trong đó:
- Rmax1: Bán kính cổ dao. Theo tiêu chuẩn Rmax1 = 31,5 (mm) - L: khe hở cần tính
- h: chiều dày kẹp dao. Với chuôi dao loại BT40 thì h = 10 mm Thay số tính toán
=> 𝐿 = 𝐶
𝑁− 2𝑅𝑚𝑎𝑥 1− 2ℎ= 1885
16 − 2.31,5 − 2.10 = 34,8(𝑚𝑚)
Hình 3-6. Sơ đồ khe hở giữa các tay kẹp
Chuôi dao gồm kẹp trái, kẹp phải và chốt định vị dao. Bề dày đuôi tay kẹp được tính như sau:
K = 2hđ + llx
Trong đó:
- hđ: chiều dày đuôi thanh kẹp dao. Lấy hđ = 10 mm - llx: chiều dài lo xo. Lấy llx = 20 mm
o2 o1 o2 o1 o2 o1 L h R2 c
33 => K = 2.10 + 20 = 40 (mm)
Để đảm bảo khi các mỏ kẹp mở ra để thay dao và kẹp dao khi nhận dao thì giữa các chuôi tay kẹp phải có khe hở. Ta lấy khe hở đó là c = 20 mm.
Gọi C’ là chu vi vòng trong của tang:
C’ = N. (K + c) = 16.(40 + 20) = 832 (mm) Bán kính tối thiểu vòng trong của tang:
𝑅2𝑚𝑖𝑛 = 𝐶′ 2π = 832
2π = 152 (mm)
Chọn bán kính vòng trong của tang để phần đuôi các kẹp dao không chạm nhau => R2 > R2min
Chọn R2 = 155 mm
Chiều dài tối đa của tay kẹp dao:
ltkmax = R – R2 + Rmax1 = 300 – 155 + 31,5 = 176,5 (mm) Chọn ltk = 155 mm.
34
Thiết kế tay kẹp dao từ chiều dài chuôi ngàm kẹp và bán kính cổ dao ta có thể thiết kế tay kẹp dao có dạng như sau:
Hình 3-8. Quy trình kẹp dao Kiểm tra hở khi kẹp mở:
Khi thay dao, tay kẹp sẽ xoay quanh chốt một góc α = 5o, vậy lượng mở: O1
O2
A B
Vị trí ban đầu Dao tiến vào tay kẹp
Vị trí cuối O2 O1 O1 O2 5° K Hình 4-7. Tay kẹp và chốt định vị Hình 4-7. Tay kẹp và chốt định vị
35 lm ≈ 83,5.tan(α) ≈ 83,5.tan(5o) = 7,3 (mm) lm < L 7,3 < 34,8
Vậy các tay kẹp không bị va chạm vào nhau trong quá trình thay dao. • Tính các bán kính tang đài chứa dao
Bán kính vòng ngoài của tang đài chứa dao:
R1 = R – Rmax1 – ΔR1 = 300 – 31,5 – 10 = 258,5 (mm)
Bán kính bên ngoài của các rãnh răng điều khiển tay quay (cơ cấu Maltese): R3 = R2 + ΔR2 = 155 +10 = 165 (mm)
Với ΔR1, ΔR2 là độ lệch, chọn ΔR1 =10, ΔR2 = 10 mm Hình 3-9. Sơ đồ tang chứa dao
36
Hình 3-10. Sơ đồ tính chiều cao tang Tính chiều cao tang
Chiều cao tang được tính theo công thức: H = L + f + ΔH
Trong đó:
- H: chiều cao tang
- L: chiều dài chuôi dao BT40, theo tiêu chuẩn L = 127,4 mm - f: chiều dày thành tang, lấy f = 15 mm
- ΔH: chiều cao dự phòng, lấy ΔH = 20 mm => H = 127,4 + 15 + 20 = 172,4 (mm)
Lấy H = 165 mm.
3.2.1.3.Tính toán cơ cấu Maltese
a, Tính toán thông số hình học cho cơ cấu Man
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu Man: là cơ cấu dùng để biến chuyển động quay liên tục của đĩa Man thành chuyển động quay gián đoạn của Tang. Chuyển động quay gián đoạn của Tang chính là chuyển động quay phân độ các vị trí của đài dao tham gia vào vị trí thay dao.
Với đĩa chứa dao gồm có 16 con dao vậy ta cần tính cơ cấu Man với số lượng rãnh: N = 16. Từ kết cấu của Tang chứa dao, ta tính toán cơ cấu Man với bán kính của đĩa là: RD = 165 (mm)
37
Hình 4.11. Sơ đồ tính toán cơ cấu Man Điều kiện bắt buộc để chống va đập là:
α + β = 90o
Trong đó góc α được xác định theo số rãnh của đĩa Man N = 16: 𝛼 =360𝑜
2.𝑁 = 360𝑜
2.16 = 11,25𝑜 Do đó: β = 90o – 11,25o = 78,75o
Khi thiết kế góc quay thực tế αT là tích số góc α với tỉ số truyền i của cơ cấu Man: αT = α.i
38
Khi quay góc αT sau một thời gian tT thì thời gian của cơ cấu Man tm sau một góc α có thể tính: T m t t i =
Ta có tỷ số giữa thời gian quay của đĩa Man tm và thời gian không quay của nó t0 là:
0 2 2 m t N t N − = +
Khi Man quay với tốc độ góc đều ω = const thì thời gian quay đúng một vòng là: 60
T n
= (giây)
Trong đó n là số vòng quay/phút của động cơ – HGT Ta có: 2 2 m t N T N − = = 2 2 60 . . 2 2 m N N t T N N n − − = = 2 30 . m N n N t − = (vòng/phút)
Các thông số hình học của Man được xác định: Khoảng cách trục cần và trục đĩa Man LM:
𝐿𝑀 = 𝑅𝐷
𝑐𝑜𝑠(𝛼)= 165
𝑐𝑜𝑠(11,25𝑜)= 168,2 (mm), lấy LM = 169 (mm) Chiều dài của rãnh đĩa Man:
h = LM.(sin(α) + cos(α) – 1) + r
Trong đó: r là bán kính của chốt cần quay: r = 6 (mm)
h = 165.(sin(11,25o) + cos(11,25o) – 1 ) + 6 = 35 (mm) Lấy h = 40 (mm)
Bán kính quỹ đạo cần:
Rc = LM.sin(α) = 165.sin(11,25o) = 33 (mm)
39
Hình 4.12. Thông số hình học của đĩa Man
Hình 4.13. Thông số hình học của cần quay Man b, Tính toán động học cơ cấu Man
40 sin( ) tan( ) 1 cos( ) = − Trong đó: 𝜆 = 𝑅𝑐 𝐿𝑀 = 𝐿𝑀𝑠𝑖𝑛(𝛼) 𝐿𝑀 = 𝑠𝑖𝑛( 𝛼) = 𝑠𝑖𝑛( 11,25𝑜) = 0,195 + Vậy tốc độ góc của đĩa Man có thể được xác định:
2 sin( ) (cos( ) ) arctan 1 cos( ) 1 2 cos( ) D d d dt dt − = = = − − + 2
sin( )(cos( ) sin( )) 1 2sin( ) cos( ) sin ( )
D − = − + Với α = 11,25o thì: 𝜔𝐷 = 0,195.(𝑐𝑜𝑠(𝜑)−0,195) 1,038−0,39.𝑐𝑜𝑠(𝜑) 𝜔 + Gia tốc của đĩa Man:
2 2 2 2 2 2 (1 ) sin( ) (1 2 cos( ) ) D d dt − = = − + 2 2 2 2
sin( ) cos ( ) sin( ) (1 2sin( ) cos( ) sin ( ))
D = − + Khi bắt đầu và kết thúc thì: 2 = − ωD = 0 3 2 2 2 2 sin( ) cos ( ) tan( ) (1 2sin( ) sin( ) sin ( ))
D = = − +
Gia tốc max của đĩa Man xảy ra khi: 𝑐𝑜𝑠( 𝜑) = √(𝜆2+1 4𝜆 )2+ 2 −𝜆2+1 4𝜆 = √(𝑠𝑖𝑛2(11,25𝑜)+1 4 𝑠𝑖𝑛(11,25𝑜) )2+ 2 −𝑠𝑖𝑛2(11,25𝑜)+1 4 𝑠𝑖𝑛(11,25𝑜) = 0,611 φ = 52,31o 𝜓 = arctan ( 𝜆 𝑠𝑖𝑛(𝜑) 1−𝜆 𝑐𝑜𝑠(𝜑)) = arctan ( 𝑠𝑖𝑛(11,25𝑜) 𝑠𝑖𝑛(52,31𝑜) 1−𝑠𝑖𝑛(11,25𝑜) 𝑠𝑖𝑛(52,31𝑜)) = 10,35𝑜 Vận tốc lớn nhất khi φ = 0o sin( ) 1 sin( ) D = − (rad/s)
Vậy khi cần Man quay đều với vận tốc góc ω thì đĩa Man sẽ quay không đều với vận tốc góc ωD, gia tốc góc εD và vận tốc góc lớn nhất khi φ = 0o, gia tốc góc lớn nhất khi φ = 52,31o khi đó ψ = 10,35o.
Thời gian thay dao của hệ thống gồm: T = 2.Txl + Tnd + Tt + Tkd
Trình tự thay dao:
41 - Trục chính nhả dao và tịnh tiến đi lên (Tnd).
- Đài dao xoay để dao cần thay vào vị trí thay dao (Tt). Tt có giá trị min khi dao hiện tại và dao cần thay ở hai vị trí liền kề, đài dao chỉ cần quay một bước. Tt có giá trị max khi dao hiện tại và dao cần thay ở vị trí xa nhau nhất, đài dao cần quay (N/2) bước.
- Trục chính di chuyển xuống và kẹp dao (Tkd). - Xylanh đẩy đài dao tịnh tiến sang trái (Txl).
Hình 4.14. Sơ đồ tính toán thay dao
Tt min là thời gian thay hai dao liền kề (hình 4.14: từ dao 1 sang dao 2), đĩa Man sẽ quay một bước góc θ = 2.α = 22,5o. Ttmax là thời gian hai dao đối diện (hình 4.14: từ dao 1 sang dao 1
2
N + , đĩa Man quay
2
N bước góc θ.
+ Với thời gian thay dao của hệ thống là: 3/7 (s) Trong đó:
- Tmin = 3 (s) là thời gian thay dao nhanh nhất của hệ thống khi dao cần thay ở gần vị trí thay dao nhất
- Tmax = 7 (s) là thời gian thay dao lâu nhất của hệ thống khi dao cần thay ở xa vị trí thay dao nhất
Thời gian thay đổi một vị trí của đĩa tích dao: 𝑇𝑡𝑚𝑖𝑛 =𝑇𝑚𝑎𝑥−𝑇𝑚𝑖𝑛
𝑁
2−1 =167−3 2−1= 4
7 (s)
Thời gian thay đổi (N/2) vị trí của đĩa tích dao: 𝑇𝑡𝑚𝑎𝑥=𝑇𝑡𝑚𝑖𝑛. (𝑁