b. Ưu nhược điểm của thay dao tự động so với thao tác bằng tay
3.3.3. Điều chỉnh dụng cụ trước khi gia công
- 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.
Hình 3-18. Điều chỉnh dụng cụ trước khi gia công 3.3.4. 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
- Để nhận dạng dụng cụ có thể dùng các phương pháp mã hóa sau:
+ 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.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG CHO MÁY PHAY CNC – VMC65
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG CHO MÁY PHAY CNC – VMC65
4.1. 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 4-1. 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.
7. Chấu kẹp đóng lại, kẹp lấy dao.
8. Đài dao di chuyển sang trái.
9. Kết thúc quá trình thay dao.
Hình 4-2. 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.
4.2. Tính toán kết cấu cơ chí của hệ thống thay dao tự động4.2.1. Tính toán, thiết kế đài gá dao của hệ thống 4.2.1. Tính toán, thiết kế đài gá dao của hệ thống
a. Các thông số đầu vào để tính toán kết cấu cơ khí của hệ thống thay dao tự động Dạng cơ cấu thay dao: ATC, hình tang trống.
Dạng chuôi dao: BT40 (Phụ Lục A), như Error! Reference source not found. thì bán kính lớn nhất của chuôi kẹp Rmax1 = 31,5mm.
Chiều dài chuôi dao: L = L4 + L1 + L2 = 35 + 65.4 + 27 = 127,4 mm (Error! Reference source not found.)
Số lượng dao (N): 24 dao
Bán kính lớn nhất của dao: Rmax2 = 60 mm (Error! Reference source not found.) Khối lượng tối đa của một dao (md): 7 kg
Thời gian thay dao của hệ thống: Tmax = 9s; Tmin = 5s
Hình 4-3. Đường kính lớn nhất của chuôi dao
Hình 4-4. Các đường kính lớn nhất trên dao
b. Tính kích thước tang của đài chứa dao
Hình 4-5. Sơ đồ tính toán kích thước hình học của tang chứa dao
Muốn tính toán bộ thay dao tự động với số dao là 24 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:
C
R > 2
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+2)N = 2*60* 24 = 2976 (mm) Rmax - Bán kính lớn nhất trong hai giá trị Rmax1 và Rmax2 Dựa vào đầu bài ta có được Rmax = 60 (mm)
Bán kính từ tâm dao đến trục chứa dao R 2C = 2880
2 = 473,7 (mm) Chọn R = 475 mm
C = 2 R = 2* *475 = 2984.4 (mm)
Tính, chọn các thông số tay kẹp dao
Trước khi bắt đầu tính toán phần này, sinh viên cần trả lời câu hỏi: Có những dạng tay kẹp nào?
Ưu nhược điểm của mỗi loại tay kẹp là gì?
Giả sử chọn tay kẹp có kết cấu như trên Error! Reference source not found..
Tính khe hở giữa các kẹp dao: Ta có C = N(2Rmax1 + 2h + L) Trong đó:
r:Bán kính cổ dao. Theo tiêu chuẩn r = 31,5 (mm) L: Khe hở cần tính
h: Chiều dày kẹp dao . Với loại BT30 có h = 8 mm, BT40 có h = 10 mm, BT50 có h = 12
mm. L C 2R N o1 o2 o1 o2 o1 o2 L h
Chuôi gồm kẹp trái, kẹp phải và chốt định vị dao :
Nên có bề dày đuôi tay kẹp dao K được tính như sau: K = 2.hđ + llx
hđ : Chiều dày đuôi thanh kẹp dao. Lấy hđ = 10 (mm) llx : Chiều dài lò xo (lấy tạm m = 25 mm)
K = 2*10 +25 = 45 (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 C2 là chu vi vòng trong của tang:
C2 = N(K + c) =24*(45 + 25 ) = 1560 (mm) Bán kính tối thiểu vòng trong của tang:
R 2 minC
22 1560
2 248(mm)
Chọn bán kính vòng trong của tang để phần đuôi của các kẹp dao không chạm nhau, R2 < R2min. Chọn R2 = 240 mm
Chiều dài tay kẹp dao:
ltkmax= R- R2 + Rmax1 = 475 – 240 + 31,5 = 266,5 (mm) Lấy ltk = 265 mm
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:
30 o1 o2 VÞ trÝ ban ®Çu o1 o1 o2
dao tiÕn vµo tay kÑp
o2
VÞ trÝ cuèi
Hình 4-6. Quy trình kẹp dao Bán kính tang đài chứa dao
Bán kính vòng ngoài của tang đài chứa dao:
R1 = R - R1max - R1 = 475 – 31,5 - 10 = 433,5 (mm)
Bán kính bên ngoài của các rãnh răng điều khiển tay quay (cơ cấu Maltese):
R3 = R2 - R2 = 240 – 10 = 230 (mm)
Với R2 là độ lệch .chọn R2 = 10 (mm)
H
R 2
R1
R Hình 4-7. Sơ đồ tính kích thước chiều cao tang Chiều cao tang được tính theo công thức
H = E + f + H H: Chiều cao tang
E: Chiều dài chuôi dao BT40
Theo tiêu chuẩn E = 125 (mm)
f: Chiều dày thành tang, lấy f = 15 (mm) H : Chiều cao dự phòng. Lấy H = 45 (mm) Vậy ta có H= 127,4 + 15 + 30 = 172,4 (mm)
Lấy tròn H = 175 mm.
c. Tính toán cơ cấu Maltese 2 O 2 2 2 2 A 1 2 C
Hình 4-8. Sơ đồ tính toán cơ cấu Maltese Nguyên lý hoạt động của cơ cấu Maltese
Cơ cấu Maltese là cơ cấu dùng để biến chuyển động quay liên tục của đĩa O1 thành chuyển động quay gián đoạn của đĩa O2.
Cơ cấu Maltese gồm đĩa O1 có bán kính r1, thanh gạt O1A, chốt gạt A, đĩa hình sao O2 có nhiều rãnh hướng tâm đặt đối xứng qua tâm O2.
Khi đĩa 1 quay sẽ có lúc chốt A lọt vào rãnh của đĩa 2 và gạt đĩa này quay quanh trục O2 . Khi chốt A ra khỏi rãnh, đĩa 2 sẽ dừng lại vì cung tròn của đĩa 1 tiếp xúc với cung tròn EDC của đĩa 2.
Số rãnh trên đĩa thường là 8, 10 , 12, 16, 24... Số chốt có thể lớn hơn hoặc bằng 1.
Tính toán các thành phần của cơ cấu Maltese
Góc giữa 2 răng điều khiển trên tang đài chứa dao :
360
N 360
Chiều dài cung điều khiển S: S R 3
230 15
61.21(mm)
180
Đường kính của đĩa 1:
S 60,21 d1 2 = 2 = 30,1 (mm) Lấy d1 = 34 (mm) Lấy chốt gạt có đường kình d = 12 (mm) Lấy trục tâm đĩa 1 có đường kính d0 = 12 mm.
Vì chỉ cần có cung tròn trên đĩa 1 tiếp xúc cung tròn trên đĩa 2 nên khoảng cách O1O2> R3. Khi chốt bắt đầu vào rãnh (vị trí Ao), góc giữa O1A và O1O2 là 1. Để đài dao không bị giật khi chuyển động, chọn 1 sao cho 1 + 2 càng gần 90o càng tốt.
Chọn sơ bộ khoảng cách giữa tâm hai đĩa. O1O2 R3 d0 / 2 2
230 12/2 2 238(mm)
Tính chiều dài thanh gạt r:
r O1A 0 O1O 22 O1 A 02 2 O1O 2 O1 A0 cos2 238 2 230 2 2 238 230 cos7.5 = 31,36 mm Chọn r = 32mm Tính 1: arcsin 10
Tính lại khoảng cách giữa tâm hai đĩa (O1O2):
O1O2 R32 r2 2Rr cos(180 01 02) 2302 322 2 230 32 cos(180-7,5-69,7) =239,11(mm)
Chiều sâu rãnh điều khiển trên đĩa 2:
C r + R3- O1O2 = 32 + 230 – 239,11 = 22,9 (mm) Chọn C = 25 mm
Gọi tc là thời gian chuyển động và td là thời gian dừng của tang đài dao:
t 2 01 2 01 60 01c 1 n1 n1 30 t d 2 2 01 60( 01 ) 1n1
Ta xác định xem khi đĩa 1 quay đều thì đĩa 2 có quay đều không. Ta xét tại một vị trí bất kỳ
của cơ cấu khi đó tay quay O1A và rãnh O2A của đĩa tạo với đường trục O1O2 các góc lần lượt là
1 và 2 .
Đặt O1A = r, O1O2 = l
Trong tam giác O1AO2 có quan hệ:
= l =
Từ đó suy ra
tg 2 =
2 = arctg( Đạo hàm biểu thức trên:
Vận tốc đĩa 2 là :
2 =
Gia tốc đĩa 2 là :
2 =
Nếu đĩa 1 quay đều 1 = const
2= 2
1
Vậy khi đĩa 1 quay đều thì đĩa 2 không quay đều. Trình tự thay dao:
- Xylanh đẩy đài dao tịnh tiến sang phải vào vị trí thay dao (Txl).
- 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 – 1) bước.
- Trục chính di chuyển xuống và kẹp dao (Tkd).
- Xylanh đẩy đài dao tịnh tiến sang trái (Txl). Tổng thời gian thay dao: T = 2Txl + Tnd + Tt + Tkd
Thời gian thay đổi một vị trí của đĩa tích dao:
T t min Ttmax = Ttmin*(N/2 – 1) = 0,36*(24/2-1) = 4 (s) 2Txl + Tnd + Tkd = Tmax – Ttmax = 9 – 4 = 5(s) Để đơn giản chọn Txl:Tnd:Tkd = 1:1:1 Txl = Tnd = Tkd = 5/4 = 1,25 (s) Ttmin = tc + td = 0,36 tc td tc = 1,14 s; td = 0,22 s Tốc độ quay của cần: n 60 01 30 1.21 165 (vòng/phút) t c0.14 Tốc độ góc của cần 1 : 1 .n 3,14 139.6 17,28 (rad/s) 30 30
Gia tốc góc lớn nhất của đĩa Maltese xảy ra khi.
cos 1 1=620 Trong đó: = r l = 25335 = 0,138 max = 23,83(rad/s) d. Tính chọn ổ cho đài dao 1) Tính toán sơ bộ ổ [3]
Với kết cấu của hệ thống thay dao ta lựa chọn ổ như sau:
Ổ lăn dạng ổ bi đỡ 1 dãy: Chịu lực hướng tâm
Ở đây lực hướng tâm không lớn lắm so với lực dọc trục nên ta tính toán cho ổ đũa côn và kích thước ổ bi lựa chọn theo kích thước ổ đũa côn.
Lựa chọn loại ổ lăn:
Do ổ lăn chỉ chịu tác dụng của lực dọc trục do trọng lượng tang gây ra còn lực hướng tâm khá nhỏ nên ta có thể bỏ qua. Vì vậy ta chọn ổ đũa côn đỡ chặn.
Hình 4-9. Sơ đồ bố trí ổ lăn trên hệ thống thay dao
Ổ chịu tác dụng của trọng lượng tang và các dụng cụ được gá đặt trên tang. Do hệ thống thay dao tự động không hoạt động liên tục, mỗi lần hoạt động tang chỉ quay từ 1 đến 2 vòng nên ta tính toán sơ bộ khả năng tải tĩnh cho ổ.
G F æ Hình 4-10. Sơ đồ phân bố lực Trong đó : G:trọng lượng của tang Fổ: phản lực tại ổ
Ta chọn loại ổ thông dụng – Cỡ trung
Khả năng tải tĩnh của ổ được tính theo công thức: QT Co
Với QT: Tải trọng tĩnh được tính theo công thức:
QT= Xo.Fr+ Yo.Fa Fr: lực hướng tâm 0
Fa: lực dọc trục Fa = G
Trọng lượng của đài dao bao gồm:
- Tổng khối lượng dao: m1 = N. md = 24*7 = 168 (kg)
- Tổng khối lượng các tay kẹp m2 =Nmtk= 24*1 = 24 (kg)
- mtk: khối lượng của 1 tay kẹp (chọn mtk = 1 kg)
- Trọng lượng tang đặc m3 = 320 (kg) (vật liệu làm tang dao là gang)
- Do việc tối ưu hóa kết cấu tang nên ta chọn sơ bộ khối lượng thực của tang m4= m3/2 =
160 (kg)
- Tổng khối lượng tang và tay kẹp: mt-tk = m1 + m2 = 168 + 24 = 184 (kg)
- Tổng khối lượng của tang và dao là: m = m1+m2+m4 = 168 +