c, Cảm biến quang
1.8. Những loại máy sử dụng bộ điều khiển PLC
Hình 1.16 : Máy tiện TYPE 25RS
Máy tiện tự động lập trình PLC ra đời thay thế cho máy tiện tự động CAM. Ưu điểm của máy rất nổi trội khi thay đổi hình dáng chi tiết hay tăng lượng bù dao, người sử dụng có thể thay đổi lập trình nhanh tróng mà ko phải lo như với máy tiện CAM. Sự so sánh dưới đây sẽ giúp ta thấy được phần nào sự ưu việt của máy tiện PLC so với máy tiện CAM truyền thống.
− Tốc độ cắt gọt nhanh:
- Tiện tự động PLC: Do người vận hành lựa chọn với nhiều chế độ cắt khác nhau (Máy tiện PLC có thể phối hợp 2 dao làm việc cùng lúc).
- Tiện tự động CAM: Mặc định theo nhà sản xuất hoặc phụ thuộc vào bánh CAM
- Tiện tự động PLC: Nhiều kích thước khác nhau (>200). - Tiện tự động CAM: Chiều dài bị hạn chế (<200)
− Sử dụng dao mảnh hợp kim ghép cho những chi tiết đòi hỏi độ chính xác cao: - Tiện tự động PLC: Có thể lắp 3 dao trở lên và hoàn toàn tương thích với máy (Dao tiện mảnh hợp kim ghép (Insert) chuyên dùng cho máy tiện CNC).
- Tiện tự động CAM: Không lắp được dao tiêu chuẩn, tốc độ cắt gọt không cao nên không thích ứng với loại dao này.
− Thời gian cho chi tiết tiếp theo:
- Tiện tự động PLC: Kéo chi tiết đến giá trị đúng rất nhanh. - Tiện tự động CAM: Kéo chi tiết đên giá trị đúng chậm
− Sai số gia công của máy (Sai số của băng máy): - Tiện tự động PLC: Dung sai 0.008.
- Tiện tự động CAM: Dung sai 0.015
− Sai số bánh CAM:
- Tiện tự động CAM: Sai số tích lũy theo thời gian.
− Sai số dao cụ:
- Tiện tự động PLC: Có khả năng bù tích luỹ sai số của dao cụ. - Tiện tự động CAM: không có khả năng.
− Sai số do môi trường (Độ dãn nở nhiệt của máy phụ thuộc môi trường làm việc của nhà xưởng):
- Tiện tự động PLC: Không nhiều. - Tiện tự động CAM: Nhiều.
− Khả năng tương thích với sản phẩm mới:
- Tiện tự động PLC: Thay đổi chương trình lập trình ngay khi cần để thích ứng với sản phẩm mới.
- Tiện tự động CAM: Thay đổi bánh CAM để thích ứng với yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm mới. Thời gian thay đổi bánh CAM là rất lâu và phức tạp nên phải đặt nhà sản xuất.
− Chế độ làm mát:
- Tiện tự động PLC: Dầu hoà tan trong nước.
- Tiện tự động CAM: Dầu cắt gọt. Dầu hoà tan trong nước rẻ hơn, hao phí thấp. Dầu cắt gọt chuyên dùng đắt và hao phí lớn.
− Công nghệ máy:
- Tiện tự động PLC: Công nghệ mới, tiên tiến.
- Tiện tự động CAM: Công nghệ cũ, lạc hậu nên ít được sử dụng
− Sản lượng:
- Tiện tự động PLC: Sản lượng cao.
- Tiện tự động PLC: Nhẹ.
- Tiện tự động CAM: Nặng (Máy tiện CAM nặng hơn do sử dụng nhiều các bộ phận kim loại.)
− Yêu cầu đối với người vận hành thiết bị: - Tiện tự động PLC: Có trình độ chuyên môn.
- Tiện tự động CAM: không yêu cầu trình độ chuyên môn.
− Bảo dưỡng máy:
- Tiện tự động PLC: Đơn giản. - Tiện tự động CAM: Phức tạp
− Chế độ bảo vệ quá tải:
- Tiện tự động PLC: Chế độ bảo vệ điện tử được lập trình trong bộ điều khiển PLC.
- Tiện tự động CAM:Không có chế độ tự bảo vệ.
Hình 1.17: Máy cắt 1 đầu Model CH-4003AI
Đặc điểm :
− Đầu cắt xuống thẳng, lên xuống có tính ổn cao, đường cắt chính xác .
− Thiết kế theo tiêu chuẩn Châu Âu, nhiều bánh răng lớn chuyển động thích hợp cắt nhiều loại phôi .
− Hệ thống đưa phôi được thiết kế tinh tế, cách thức đưa phôi nổi .
− Êtô kẹp được thiết kế đặc biệt.
− Hệ thống tự chuyển động bôi trơn.
− Các nút điều khiển tập trung giúp cho việc thao tác máy tiện lợi.
− Lắp đặt bộ bảo vệ đĩa cắt bằng thiết bị điện tử.
− Thiết kế tính số lượng và số lượng cắt bằng thiết bị điện tử.
− Tự động ngưng máy khi hết phôi.
− Lắp đặt bộ hiển thị số cho phép điều chỉnh chiều dài dễ dàng, tốc độ nhanh và chuẩn. Êtô kẹp phôi có thể điều chỉnh, bảo vệ phôi cắt không bị biến dạng.
Hình 1.18: Máy cắt 1 đầu Model : CH-510-3AS
Đặc điểm :
− Thiết kế motor mã lực cao, tốc độ cắt nhanh cho ra sản lượng lớn
− Thiết kế hệ thống đưa phôi nổi tinh tế, độ dài đưa phôi 3-700mm, có thể đưa phôi 3 lần . Bề mặt trơn bóng tiện lợi cho việc chuyển đông đưa phôi .
− Sử dụng bộ điều khiển PLC không dùng bộ phận tiếp điểm, không có khuyết điểm, dễ bảo trì.
− Lắp đặt được hai loại đĩa cắt có bôi trơn, giúp cho việc phun nước giải nhiệt và tự làm lạnh nước giải nhiệt.
− Các nút điều khiển tập trung một nơi giúp cho việc thao tác máy đơn giản tiện lợi.
− Thiết bị lắp đặt bảo vệ đĩa cắt bằng mạch điện tử, sau khi đĩa cắt đã bị cùn mày sẽ tự động báo hiệu dừng cắt, đảm bảo sự an toàn và bảo vệ bề mặt đĩa cắt bóng sạch.
− Thiết bị cài đặt hiện thị số lượng cắt và tính số lượng bằng mạch điện tử.
− Tự động ngưng máy khi hết phôi.
− Máy có lắp đặt hiện thị số cho phép dễ dàng điều chỉnh chiều dài cắt, nhanh và chính xác .
Hình 1.19: Model :NC -460-3AS
Đặc điểm :
− Kết cấu máy mạnh mẽ và kiến cố, chấn động thấp, đĩa cắt có độ chính xác cao.
− Thích hợp cho việc giảo rộng và đưa nhiều thanh phôi (vật liệu) cùng lúc cắt.
− Thiết kế sử dụng bộ kẹp phôi (vật liệu) từ trên áp xuống, giữ phôi cố định, không phân biệt hình dạng phôi kẹp, không cần dùng êtô chuyên dùng cho mỗi dạnh phôi, rút ngắn thời gian làm việc, nâng cao năng suất .
− Hệ thống tự động bôi trơn và giải nhiệt đĩa, gia tăng tuổi thọ đĩa cắt làm cho mặt cắt bằng và phẳng .
− Sử dụng motor Servo đưa phôi, dung sai trong phạm vi ± 0,1mm.
− Dùng màn hình cảm ứng quang điều khiển vừa tiên dụng và đơn giản, máy có sự cố sẽ tự hiển thị. Motor được thiết kế vượt bậc, tốc độ cắt nhanh cho ra sản lượng nhiều.
− Thiết bị lắp đặt bảo vệ đĩa cắt bằng mạch điện tử , sau khi đĩa cắt bị cùn, máy sẽ tự động báo hiệu dừng cắt, đảm bảo sự an toàn với bề mặt đĩa cắt bóng sạch.
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH 2.1. Tính toán trục vít
Hình 2.1 : Trục vít
− Truyền động vít – đai ốc dùng để biến đổi chuyển dộng quay thành chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu vít trượt hoặc cơ cấu vít lăn. Truyền động vít- đai ốc được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau: các dụng cụ chính xác, các thiết bị tải nặng của cơ cấu ép, cần trục…Nhờ kết cấu đơn giản, gọn, khả năng tải lớn, di chuyển chính xác, tuy nhiên tổn thất về ma sát trong ren lớn, hiệu suất thấp, nguy hiểm về mòn tằng.
− Chọn sơ đồ động của truyền động vít – đai ốc dựa vào yêu cầu sử dụng và bố trí kết cấu: vít quay, đai ốc tịnh tiến (vít chạy dao trong máy tiện), vít vừa quay vừa tịnh tiến, đai ốc cố định (vít trong các máy ép) v.v..
− Tùy theo ma sát trên ren người ta phân ra truyền động vít – đai ốc ma sát trượt gọi tắt là truyền động trượt và truyền động vít – đai ốc ma sát lăn gọi tắt là truyền động lăn.
− Chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của truyền động vít – đai ốc là độ chịu mòn, độ bền và độ ổn định.
Thiết kế truyền động trượt bao gồm các bước sau: - Chọn vật liệu vít và đai ốc;
- Tính thiết kế theo chỉ tiêu về độ bền mỏi; - Tính kiểm nghiệm về độ bền và ổn định;
− Chọn vật liệu vít và đai ốc:
- Dựa vào công dụng của bộ truyền, điều kiện làm việc và phương pháp gia công ren để chọn vật liệu vít và đai ốc.
- Vít không nhiệt luyện chế tạo từ thép 45, 50 v.v… Trường hợp dùng vít nhiệt luyện thường sử dụng thép tông tải của 65Cr, 40CrMn v.v…, hoặc thép them nitơ như thép 18CrMnTi v.v…. Thép thấm nitơ có độ chịu mòn cao và ít biến dạng khi bị nhiệt luyện.
- Để giảm ma sát và mòn ren, đai ốc được chế tạo từ các loại đồng thanh như đồng thanh thiếc (BpOϕ 10-1), đồng thanh thiếc – chì – kẽm và đồng thanh nhôm – sắt hoặc gang giảm ma sát. Để giảm chi phí đồng, thường dùng đai ốc bằng hai kim loại.
− Đường kính trung bình của trục ren tính theo công thức [V] – trang 163:
d2 =
Trong đó:
- Q: lực dọc trục chính là lực kẹp W cần thiết.
- ΨH = H/d2 là hệ số chiều cao đai ốc (H: chiều cao đai ốc), thường chọn trong khoảng 1,2 2,5 ta lấy ΨH = 1,2.
- Ψh = h/p là hệ số chiều cao ren (h: chiều cao làm việc của ren, p: bước ren) đối với ren răng cưa ta có Ψh = 0,75.
- [q]: áp suất cho phép, đối với cặp vật liệu vít – đai ốc là thép – đồng thanh ta có [q] = 12 Mpa.
d2 = = (mm)
Lấy theo tiêu chuẩn ta được đường kính trung bình trục ren là d = 12mm
− Kiểm nghiệm mức độ an toàn của trục vít khi làm việc.
− Kiểm nghiệm theo tải trọng dọc trục P
Trong đó:
P: Tải trọng dọc trục lớn nhất. P= 20 N L: Chiều dài hành trình trục vít. L= 280 mm α: Hệ số an toàn (α = 0,5)
N: Hệ số phụ thuộc vào kiểu lắp ghép ổ (đối với kiểu lắp một đầu cố định, một đầu tùy động ta có N= 2).
E: Môđun đàn hồi E= 2,06.105 Mpa
I: Mômen quán tính của trục vít
I = (
⇒ P ⇒
Như vậy: d=10,6 mm 2 mm nên trục vít thỏa mãn điều kiện bền.
- Kiểm nghiệm đường kính trục vít theo số vòng quay lớn nhất của trục vít.
nmax = 500v/ph
Ta có:
nmax
Trong đó:
α: hệ số an toàn (α = 0,5)
E: Môđun đàn hồi. E= 2,06.105 Mpa
I: Mômen quán tính của trục vít
I = (
d1: Đường kính chân ren vít.
g: Gia tốc trọng trường, g= 9,81.103 mm.s2
γ: Khối lượng riêng của vật liệu chế tạo trục vít, γ = 7,65.105 N/mm3
A: diện tích tiết diện ngang của ren vít.
I =
L: Khoảng cách từ gối đỡ đến đai ốc. L= 30 mm
⇒ nmax = 15128.
⇒ d1 = 0,2 (mm)
- Kiểm nghiệm độ cứng vững của trục vít
Độ cứng vững của trục vít: độ cứng vững của trục vít Ks được tính tại điểm giữa trục vít:
Ks = (N/μm)
Ls: chiều dài trục vít.
Ls= Lhanhtrinh + Ldaioc + Lkheho = 280 + 45 + 10 = 335 (mm)
⇒ Ks = = 278 (N/μm)
Độ võng
Độ cứng vững của đai ốc KN
⇒ Fa0 =
⇒ KN = 0,85.K.
Tra bảng ta có Ca = 46300 N; K = 585 N/μm.
0,39 (μm) ⇒ KN = 0,85.55. = 316 (N/μm)
2.2. Tính chọn ổ lăn cho trục vít
Hình 2.2 : Cấu tạo ổ lăn
− Ổ lăn dùng để đỡ trục, giữ cho trục có vị trí xác định trong không gian, tiếp nhận tải trọng và truyền đến bệ máy. Tùy theo dạng ma sát trong ổ, người ta phân ra ổ trượt và ổ lăn. Chúng khác nhau về cấu tạo, lắp ghép, phạm vi sử dụng và phương pháp tính toán thiết kế ổ.
− Nhờ có ưu điểm như mômen ma sát và mô men mở máy nhỏ, ít bị hỏng khi làm việc, chăm sóc, bôi trơn đơn giản, thuận tiện trong sửa chữa, thay thế v.v… nên ổ lăn được dùng ngày càng rộng rãi.
− Khi thiết kế máy, cơ cấu hoặc bộ phận máy, không thiết kế ổ lăn mà chọn ổ lăn tiêu chuẩn để dùng, dựa theo hai chỉ tiêu cơ bản: khả năng tải động C và khả năng tảng tải của tĩnh C0.
− Muốn chọn ổ lăn cần phải biết:
- Trị số, chiều và đặc tính tác dụng của tải trọng; - Tần số quay của vòng ổ;
- Tuổi thọ cần thiết tính bằng giờ hoặc triệu vòng quay;
- Các yêu cầu cụ thể liên quan đến kết cấu của máy hoặc bộ phận máy và điều kiện sử dụng;
- Giá thành ổ
− Chọn ổ lăn bao gồm các bước sau đây: - Chọn loại ổ;
- Chọn cấp chính xác ổ lăn; - Chọn kích thước ổ;
− Ổ trục của trục vít máy cắt kim loại có những yêu cầu chính sau:
- Bảo đảm sự chính xác theo hướng trục và hướng kính của trục chính khi tải trọng không thay đổi.
- Bảo đảm tuổi thọ cao đến mức có thể, khoảng 5000 giờ đối với ổ lăn.
- Việc điều chỉnh ổ trục phải dễ dàng. Tháo lắp được đơn giản. Có những ổ trục đặc biệt, khoảng 3 đến 4 tháng cần phải thay thế, nên yêu cầu này cần phải chú ý khi thiết kế.
- Chế tạo và sử dụng được dễ dàng: tùy theo điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật, ta có thể dùng ổ trượt hoặc ổ lăn của trục chính.
− Ổ lăn dùng làm ổ trục chính: ổ trục của trục chính dùng rất rộng rãi các loại ổ lăn như : ổ bi, ổ lăn hình trụ, ổ lăn hình côn, ổ chắn, ổ kim v.v… Để đảm bảo độ chính xác chuyển động của trục chính; ổ lăn dùng làm ổ trục chính là những ổ lăn có bậc chính xác cao.
− Tính toán cho ổ lăn
Đường kính ngâng trục bằng đường kính chân ren vít Chọn dngâng = 10 mm.
Xác định kích thước ổ lăn theo khả năng tải động:
Ca(tinh)= Q. , trong đó
L: tuổi thọ cần thiết của ổ (triệu vòng)
L= 60.10-6.N.m.Lh với Lh là tuổi thọ của ổ lăn tính bằng giờ. Ta chọn Lh= 20000 giờ.
m= 3 (đối với ổ bi)
L= 60.10-6.358,6.20000 430,2 (triệu vòng) Q: tải trọng làm việc quy ước.
Q = (X.Fr + Y.Fa).Kd.Kt
Kd : hệ số kể đến của đặc tính tải trọng, Kd = 1.
Kt: hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, Kt = 1 (khi t0 1050C) X: hệ số tải trọng hướng tâm.
Y: hệ số tải trọng hướng trục.
Fr : lực hướng tâm tác dụng lên ổ.
Fa : lực dọc trục tác dụng lên ổ (ở) đây lấy Fa = Fm = 358,6 (N)
⇒ X= 0,35; Y= 1,41 thay vào công thức trên và bỏ qua Fr (do Fr rất nhỏ) ta có: Q= 1,41.358,6 = 507,7 (N)
Tra bảng P2.7 (sách dẫn động cơ khí tập 1) ta chọn được loại ổ 1000900 của hang NSK có Ca= 1380 (N) và các thông số kỹ thuật sau:
- Đường kính vòng trong d = 10 mm - Đường kính vòng ngoài D = 22mm - Chiều rộng ổ B = 6 mm
- Số vòng quay giới hạn của ổ nmax = 7500 (vòng/phút) nếu bôi trơn bằng mỡ và
nmax = 10000 (vòng/phút) nếu bôi trơn bằng dầu.
- Khoảng cách giữa tâm tải trọng a0 = 167,5 mm.
2.3. Tính toán trục chính
− Giả sử vật khối lượng m tịnh tiến đến B, cách B một khoảng nhỏ nhất tiến tới A - Khi P B : phản lực Max= P
- Khi P C (điểm chính giữa AB) NA = NB =
KL: chỉ tải trọng P A (hoặc B) thì phản lực tại B (hoặc A) là nhất P ⇒ Khi vậy tại vị trí ngàm (A hoặc B) chịu mômen uốn lớn nhất P.1 (N.m)
MuB = 5,6.10.32,5 = 1820 (N.mm) Có bảng biểu đồ
Tra bảng 10.5 sách tính toán thiết kế cơ khí (tính toán dẫn động) [δ] = 67 (N/mm2)
Đường kính tiết diện
d = = 6,5 (mm) ⇒ d 6,5 (mm)
d= 14 (mm)
- Kiểm nghiệm độ bền của trục (chọn d1 = 14 mm) Xuất phát từ độ bền lắp ghép và công nghệ chọn như sau Dcắt = 14 (mm)
Chọn ren M10 có chiều dài ren 1,75 (mm)
- Kiểm nghiệm độ bền của trục (chọn d1 = 14 mm)
Xuất phát từ độ bền lắp ghép và công nghệ chọn như sau: Ddc = 14 (mm)
- Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi (an toàn mỏi của trục) theo (sách dẫn động cơ