Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ --------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC ĐIỀU KHIỂN HAI TRỤC

Đà Nẵng - 2009

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ --------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC ĐIỀU KHIỂN HAI TRỤC

Sinh viên thực hiện Phùng Văn Duy :

Đào Phú Khánh

Lớp 04C1B :

Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Văn Yến :

ThS Nguyễn Đắc Lực

Giáo viên duyệt :

Đà Nẵng – 2009

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘ CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên Lớp Khóa Giáo viên hướng dẫn : : : : Phùng Văn Duy Đào Phú Khánh 04C1B 2004-2009 TS Nguyễn Văn Yến ThS Nguyễn Đắc Lực

1. Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục 2. Các số liệu ban đầu Căn cứ theo số liệu của máy chuẩn máy phay điều khiển số PC MILL 155 để tính toán thiết kế máy phay CNC 2D và thiết kế chế tạo mô hình để mô phỏng quá trình hoạt động của nó.

3. Nội dung tính toán thiết kế của thiết minh - Phần 1: Các vấn đề chung về máy CNC và đặc điểm kinh tế kỹ thuật - Phần 2: Thiết kế phần truyền động của máy phay - Phần 3: Thiết kế hệ thống dẫn động tang dao - Phần 4: Cơ cấu gá kẹp phôi - Phần 5: Sử dụng, bảo quản và vận hành máy - Phần 6: Lập trình gia công

4. Các bản vẽ thiết kế

: : : Th.S. Nguyễn Đắc Lực .................../ 2009 .................../ 2009

5. Mô hình máy phay CNC 2D 6. Cán bộ hướng dẫn 7. Ngày giao nhiệm vụ: 8. Ngày hoàn thành nhiệm vụ

Cán bộ hướng dẫn Ngày ... tháng ... năm 2009 Sinh viên đã hoàn thành và nộp toàn bộ đồ án cho bộ môn

Thông qua bộ môn Ngày ... tháng ... năm 2009 Tổ trưởng bộ môn Chủ tịch hội đồng

Ngày ... tháng ... năm 2009 Ngày ... tháng ... năm 2009

LỜI NÓI ĐẦU

Trong một thời gian khá dài, ngành cơ khí đã tập trung nghiên cứu để giải quyết vấn đề tự động hóa ở các xí nghiệp có quy mô sản xuất lớn (hàng loạt và hàng khối). Nhưng trong thực tế, các xí nghiệp máy có quy mô sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ lại là phổ biến ở Việt Nam. Do đó, đòi hỏi các xí nghiệp này phải nâng cao về hiệu quả sản xuất năng suất lao động; đều này đã dẫn tới vấn đề nghiên cứu triển khai kỹ thuật tự động có tính linh hoạt cao trong các dây chuyền sản xuất. Máy công cụ - trung tâm gia công điều khiển bằng chương trình số và kỹ thuật vi xử lý CNC - đã được sử dụng trong sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ đã tạo điều kiện linh hoạt hoá và tự động hoá dây chuyền gia công. Đồng thời làm thay đổi phương pháp và nội dung chuẩn bị cho sản xuất.

Trong những năm gần đây các máy NC và CNC đã được nhập vào Việt Nam và hiện nay đang hoạt động trong một số nhà máy, viện nghiên cứu và các công ty liên doanh. Cũng chính vì thế nên việc nghiên cứu, chế tạo máy CNC đã được nhiều nhà kỹ thuật, kỹ sư Việt Nam đang theo đuổi

Để tổng kết lại những kiến thức đã học cũng như để làm quen với công việc thiết kế của người cán bộ kỹ thuật trong ngành cơ khí sau này. Em đã được nhận đề tài "Thiết kế máy phay CNC 2D“ dựa trên máy chuẩn PC MILL155. Vì lần đầu làm quen với công việc thiết kế tổng thể, mặc dù được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Đắc Lực nhưng cũng không tránh khỏi những bỡ ngỡ. Hơn nữa, tài liệu phục vụ cho công việc thiết kế còn quá ít, thời gian thực hiện đề tài không nhiều, khả năng còn hạn chế nên chắc trong quá trình thiết kế sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Nên rất mong được sự giúp đỡ và chỉ bảo của các thầy cô.

Sau thời gian 3 tháng làm đề tài tốt nghiệp bằng chính nổ lực của bản thân và được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Đắc Lực, các thầy cô giáo và sự giúp đỡ của các bạn sinh viên khác trong khoa em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp này đúng thời gian qui định. Một lần nữa cho phép em gởi đến quí thầy cô cùng các bạn lòng biết ơn sâu nhất.

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2003 Sinh viên thực hiện

Đào Phú Khánh Phùng Văn Duy

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

MỤC LỤC

MỤC LỤC ................................................................................................................... 1

Phần 1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY CNC ....................................................... 5

ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT ........................................................................ 5

Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CNC ................................................................... 5

1. Khái niệm cơ bản về điều khiển và điều khiển số .............................................. 5 1.1. Khái niệm ........................................................................................................... 5 1.2. Phân loại hệ thống điều khiển trên máy công cụ ................................................ 5 1.3. Điều khiển theo kiểu truyền thống ..................................................................... 5 1.4. Điều khiển số ...................................................................................................... 5

2. Quá trình phát triển của máy CNC ..................................................................... 8 2.1. Quá trình phát triển ............................................................................................. 8 2.2. Thực trạng ứng dụng máy CNC tại Việt Nam ................................................. 11 2.3. Sự giống và khác nhau giữa máy phay truyền thống và máy phay CNC ........ 11

3. Các hệ điều khiển số và các dạng điều khiển số .............................................. 13 3.1. Các hệ điều khiển số ......................................................................................... 13 3.2. Các dạng điều khiển của máy ........................................................................... 15

4. Hệ tọa độ trên máy CNC và các điểm chuẩn ................................................... 18 4.1. Hệ tọa độ trên máy CNC .................................................................................. 18 4.2. Hệ tọa độ của các loại máy phay ...................................................................... 19 4.3. Các điểm gốc và điểm chuẩn ............................................................................ 19

5. Những khái niệm cơ bản về lập trình gia công trên máy CNC ........................ 20 5.1. Quĩ đạo gia công ............................................................................................... 20 5.2. Cách ghi kích thước chi tiết .............................................................................. 21 5.3. Lập trình cho máy công cụ CNC ...................................................................... 22 5.4. Các phương pháp lập trình cho hệ điều khiển .................................................. 24 5.5. Chương trình con và chương trình chính ......................................................... 27

6. Quy trình công nghệ, chủng loại và tính công nghệ của chi tiết ...................... 27 6.1. Đặc điểm của qui trình công nghệ gia công trên máy CNC ............................. 27 6.2. Chọn chủng loại chi tiết gia công trên máy CNC ............................................ 28 6.3. Yêu cầu đối với công nghệ của chi tiết ............................................................ 28

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Phương pháp thực hiện nguyên công trên máy CNC ....................................... 29 7. 7.1. Phân loại nguyên công trên các máy CNC ....................................................... 29 7.2. Các nguyên công phay ..................................................................................... 30

Chương 2 CƠ SỞ TỰ ĐỘNG CỦA MÁY CNC ..................................................... 34

1. Hệ thống đo chuyển vị trên máy công cụ CNC ................................................ 34 1.1. Hệ thống đo theo kiểu quang học ..................................................................... 34 1.2. Hệ thống đo chuyển vị theo số đo tuyệt đối ..................................................... 35 1.3. Nguyên tắc cảm ứng ......................................................................................... 35

2. Hệ thống tự động điều chỉnh vị trí ................................................................... 36 2.1. Điều khiển vị trí bằng thước mã hoặc bộ mã góc............................................. 36 2.2. Điều khiển vị trí bằng số với hệ thống đo dịch chuyển bằng gia số ................ 37 2.3. Điều khiển vị trí bằng số nhờ hệ thống đo dịch chuyển tương tự có tính chất chu kỳ ........................................................................................................................ 37

3. Bộ so sánh......................................................................................................... 38 3.1. Bộ so sánh kiểu gia số ...................................................................................... 38 3.2. Bộ so sánh kiểu tuyệt đối ................................................................................. 38

4. Đo trên máy CNC ............................................................................................. 38 4.1. Đo chi tiết máy trên máy CNC ......................................................................... 38 4.2. Đo dao trên máy CNC ...................................................................................... 39

Chương 3 CÁC ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT ........................................... 40

Phần 2 THIẾT KẾ PHẦN TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY PHAY .......................... 42

Chương 1 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH VÀ SƠ LƯỢC MÁY CHUẨN PC MILL-155 .................................................................................................................. 42

1. Thông số kỹ thuật chính của máy PC MILL- 155 ............................................ 42 1.1. Vùng làm việc (Working area) ........................................................................ 42 1.2. Bàn máy (Milling table) .................................................................................. 42 1.3. Hộp tốc độ (Milling spindle drive) .................................................................. 42 1.4. Hộp chạy dao (Feed drive) .............................................................................. 42 1.5. Hệ thống dao cụ (Tool System) ....................................................................... 43

2. Sơ lược máy chuẩn ........................................................................................... 43

Chương 2 HIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CỦA MÁY ...................................................... 44

1. Vận tốc cắt và lượng chạy dao giới hạn ........................................................... 44

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

2. Thiết kế đường truyền tốc độ ........................................................................... 46 2.1. Chọn động cơ và bộ biến tầng .......................................................................... 46 2.2. Thiết kế động học bộ truyền đai ....................................................................... 47

3. Thiết kế đường truyền chạy dao ....................................................................... 47 3.1. Vài nét về truyền động bước ............................................................................ 47 3.2. Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của đường truyền chạy dao .............................. 48 3.3. Tính toán thiết kế đường truyền động chạy dao (Sử dụng động cơ bước) ....... 48 3.4. Tính chọn công suất động cơ chạy dao ( Động cơ bước) ................................. 50

Chương 3 THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC TOÀN MÁY ...................................... 51

1. Xác định chế độ làm việc giới hạn ................................................................... 51 1.2. Chế độ cắt cực đại: ........................................................................................... 51

2. Xác định lực tác dụng khi gia công .................................................................. 52 2.1. Lực cắt .............................................................................................................. 52 2.2. Thành phần của lực cắt (Hình2.8) .................................................................... 52 2.3. Các phương pháp xác định thành phần lực ...................................................... 53

3. Thiết kế động lực học đường truyền tốc độ trục chính .................................... 55 3.1. Chọn loại đai..................................................................................................... 55 3.2. Xác định đường kính bánh đai ......................................................................... 56 3.3. Khoảng cách trục A và chiều dài đai ................................................................ 56 3.4. Xác định tiết diện đai ........................................................................................ 56 3.5. Xác định chiều rộng B của bánh đai ................................................................. 56 3.6. Tính lực căng và lực tác dụng lên trục ............................................................. 57

4. Thiết kế động lực học đường truyền chạy dao ................................................. 57 4.1. Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ-răng thẳng cấp nhanh .................................. 57 4.2. Thiết kế bộ truyền răng trụ răng thẳng cấp chậm ............................................. 62 4.3. Tính toán thiết kế trục và then .......................................................................... 67 4.4. Thiết kế bộ truyền vítme- đai ốc bi .................................................................. 79 4.5. Thiết kế gối đỡ trục .......................................................................................... 85

Chương 4 CÁC CƠ CẤU ĐẶC BIỆT CỦA MÁY ................................................. 90

1. Cơ cấu cấp và thay thế dụng cụ ........................................................................ 90

2. Cơ cấu gá kẹp phôi (Đồ gá) .............................................................................. 91 2.1. Phân tích các dạng cơ cấu sinh lực ................................................................... 91 2.2. Tính toán sơ bộ hệ thống sinh lực bằng khí nén............................................... 93

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Hình4.4: Sơ đồ hệ thống kẹp chặt bằng khí nén ....................................................... 93

Phần 3 SỬ DỤNG BẢO QUẢN VẬN HÀNH MÁY ............................................ 95

Sử dụng và các chế độ truy nhập dữ liệu.......................................................... 95 1. 1.1. Sử dụng. ............................................................................................................ 95 1.2. Các chế độ vận hành máy. ................................................................................ 96 1.3. Các chế độ truy nhập dữ liệu. ........................................................................... 97

2. Bảo quản máy ................................................................................................... 98 2.1. Đặt máy ............................................................................................................ 98 2.2. Sửa chữa máy .................................................................................................. 99 2.3. Nội dung của hệ thống sửa chữa dự phòng theo kế hoạch. ............................ 101

3. Bôi trơn máy ................................................................................................... 104

Phần 4 LẬP CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG ........................................................ 106

1. Cấu trúc của chương trình NC. ....................................................................... 106

2. Lập trình gia công trên máy bằng tay ............................................................. 106

3. Các chức năng dịch chuyển và các chu trình ................................................. 108 3.1. Các chức năng dịch chuyển. ........................................................................... 108 3.2. Các chu trình. ................................................................................................. 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 112

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Phần 1

CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY CNC

ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT

Chương 1

ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CNC

1. Khái niệm cơ bản về điều khiển và điều khiển số 1.1. Khái niệm

Điều khiển là phương pháp hiệu chỉnh dòng năng từ nguồn cho đến cơ cấu chấp hành hoặc qui trình công nghệ nào đó để có thể đạt được một kết quả mong muốn. 1.2. Phân loại hệ thống điều khiển trên máy công cụ

Người ta chia hệ thống điều khiển máy công cụ thành hai loại: − Điều khiển theo kiểu truyền thống − Điều khiển số

1.3. Điều khiển theo kiểu truyền thống

Hệ thống điều khiển (HTĐK) theo kiểu này gồm: điều khiển bằng cam, điều khiển theo quảng đường, điều khiển theo thời gian, điều khiển theo chu kì,.... Nhìn chung các loại điều khiển này có chung các đặc điểm chính sau đây:

− Điều khiển máy có sự tham gia phần lớn của người vận hành từ khâu cấp

phôi, gá phôi, hiệu chỉnh dụng cụ cho đến khâu kiểm tra sản phẩm.

− Các thao tác của HTĐK thường khó thay đổi (chính xác là không thay đổi

được). Do vậy, nó không thích ứng với sự thay đổi sản phẩm.

− Nếu không có sự tham gia của người vận hành thì cơ cấu máy thực hiện chu trình làm việc liên tục như các máy tự động. Với các loại máy này không thay đổi được hoặc muốn thay đổi cũng rất phức tạp.

Do vậy, khuynh hướng phát triển chung là người ta muốn có những HTĐK mà nó dễ dàng thích nghi với sự thay đổi của sản phẩm. Nhìn chung, các HTĐK theo kiểu truyền thống tuy càng lúc càng được cải thiện tuỳ theo mức độ cơ khí hoá, tự động hoá của nhà máy sản nhưng vẫn chưa thực sự đáp ứng được nhu cầu của thực tế. 1.4. Điều khiển số 1.4.1. Bản chất của điều khiển số

Khi gia công trên các máy công cụ thì chi tiết và dụng cắt thực hiện các chuyển động tương đối với nhau. Những chuyển động được lặp đi lặp lại nhiều lần khi gia công mỗi chi tiết gọi là chu kỳ gia công.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Mỗi chu kỳ gia công được đặt trưng bởi hai thành phần đó là: phần kích thước và phần điều khiển. Hai thông tin không thể thiếu trong bất kỳ một máy điều khiển nào. Thông tin về kích thước cho phép chúng xác định hành trình của chu kỳ; trong khi đó thông tin về sự điều khiển cho phép xác định thứ tự của hành trình theo thời gian. 1.4.2. Điều khiển số và hệ thống điều khiển số 1.4.2.1. Điều khiển số

Điều khiển số NC (Numerical Control) là một hình thức tự động hoá đặc biệt. Máy công cụ được lập trình để thực hiện một dãy có thứ tự các sự kiện với một tốc độ xác định trước nhằm gia công một chi tiết máy với toàn bộ những kết quả và tham số vật lí hoàn toàn có thể dự đoán được. Điều này được thực hiện là nhờ các bộ vi xử lý. Nó có thể tiếp nhận và chuyển đổi các dữ liệu gia công thành các tín hiệu điều khiển máy hoạt động và có thể thay đổi chức năng của nó bằng chương trình ngoài, chứ không phải chỉ thực hiện một số chức năng cố định như trước đây. 1.4.2.2. Hệ thống điều khiển số

Là hệ thống mà trong đó các hoạt động được điều khiển là dữ liệu số đưa vào trực tiếp ở một điểm nào đó. Hệ thống đó phải tự động dịch chuyển tối thiểu một phần nào đó của dữ liệu này.

Dữ liệu số là thông tin cung cấp bỡi tín hiệu mã nhị phân. Nó được biểu diễn dưới dạng mã số hoặc kí tự. Đây là thông tin cần thiết để tạo ra một chương trình, gọi là chương trình gia công chi tiết.

Có 2 loại HTĐK: Hệ thống hở và hệ thống kín. a. Hệ thống hở

Băng đục lỗ Hộp giảm tốc

M 1 2 3 4

Hình 1-1 Hệ thống điều khiên sô vòng hở

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

2: Bộ giải mã

1: Bộ đọc 3: Bộ khuếch đại 4: Bàn máy M: Động cơ

Đặc điểm của hệ thống điều khiển số vòng hở như sau: − Các hệ thống điều khiển được vận hành theo nhịp thời gian của một đồng

hồ và độc lập với biến ra.

− Không có cảm biến và bộ so sánh. Do đó, muốn đảm bảo chính xác cho biến ra của cơ cấu chấp hành thì cần có yêu cao về độ chính xác của hệ truyền động.

− Cấu trúc đơn giản và giá thành thấp.

2: Bộ giải mã 4: Bàn máy 6: Cảm biến đo vị trí

b. Hệ thống kín 1: Bộ đọc 3: Bộ khuếch đại 5: Bộ so sánh M: Động cơ

Băng đục lỗ Bộ so sánh Hộp giảm tốc

5 Máy

x M 3 1 2 4

Hình 1-2 Hệ thống điều khiển số vòng kính

Đặc điểm của hệ thống điều khiển số vòng hở như sau: − Độ chính xác của biến ra ít phụ thuộc vào hệ truyền động mà phụ thuộc vào

cảm biến.

− Làm việc chính xác và độ tin cậy cao. Do vậy, hầu hết các HTĐKS hiện nay là hệ thống kín. Các hoạt động điều

khiển được vận hành qua các sai lệnh điều khiển giữa biến vào và biến ra.

c. Cấu trúc từng phần của HTĐKS − Bộ đọc: bao gồm các dữ liệu gia công, mô tả các hoạt động của máy kể cả hiệu chỉnh dụng cụ dưới dạng từng câu lệnh của chương trình. Nó được in vào băng

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

đục lỗ. Và chỉ khi nào mỗi một dòng lệnh được hoàn hành nhiệm vụ thì một dòng lệnh khác được đọc.

− Bộ giải mã: nhiệm vụ biến nội dung dòng lệnh thành tín hiệu điều khiển. − Bộ so sánh: so sánh giá thực của biến ra để chấp hành với giá trị biến vào

của hệ điều khiển. Sai lệnh này nếu có sẽ được biến thành tín hiêụ điều khiển.

− Bộ khuếch đại: dùng để biến đổi mức tín hiệu cần thiết cho mục đích điều

khiển.

− Cảm biến: dùng đo giá thực của biến ra. Sau đó, cung cấp cho bộ so sánh

dưới dạng tín hiệu, thường là tín điện.s 2. Quá trình phát triển của máy CNC 2.1. Quá trình phát triển

Điều khiển số NC (Numerical Control) là phương pháp tự động điều chỉnh các máy công tác (máy công cụ, Robot, băng tải vận chuyển phôi liệu, chi tiết gia công, sản phẩm,...) trong đó các hành động bị điều khiển được sản ra trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng mã nhị phân. Nó được biểu diển dưới dạng các con số thập phân, các chữ cái và kí hiệu đặc trưng tạo thành một chương trình làm việc của thiết bị hay của hệ thống.

Trước đây, cũng đã có những quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thuỷ lực,.... Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của KH- KT, nhất là trong lĩnh vực ĐKS và tin học đã tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà chế tạo máy nghiên cứu và ứng dụng đưa vào các máy công cụ truyền thống các HTĐK tự động. Biến các máy công này thành các máy điều khiển theo chương trình số, gọi là các máy CNC (Computrized Numerical Control).

Việc sử dụng các máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế; đồng thời cho phép rút ngắn được chu kỳ sản xuất. Do đó, hiện nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi công nghệ mới này vào lĩnh vực cơ khí chế tạo. Đặc biệt là chế tạo các khuôn mẫu chính xác, các chi tiết đòi hỏi độ chính xác và độ phức tạp cao.

Xuất phát từ ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp, liên tục như các máy công cụ ĐKS ngày nay được thực hiện từ mãi thế kỉ XIV. Khi ở châu Âu người ta dùng các chốt hình trụ để điều khiển các chuyển động của các hình trang trí trên đồng hồ lớn của nhà thờ.

Năm 1808, Joseph M. Jacquard dùng những tấm tôn đục lỗ để điều khiển tự

động các máy dệt.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Năm 1863, M. Fourneaux phát minh ra đàn Piano nỗi tiếng thế giới. Với băng

giấy đục lỗ làm vật mang tin.

Năm 1938, Claud E. Shannon trong khi làm luận án tiến sĩ đã đi đến kết luận

rằng việc tính toán và truyền tải nhanh dữ liệu có thể thực hiện bằng mã nhị phân.

Từ năm 1949 đến 1952, Jonh Parsons và Học viện kỹ thuật Massachusett (Massachusett Institute Of Technology) đã thiết kế “một hệ thống điều khiển

dành cho máy công cụ, để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục thông qua dữ liệu đầu ra của một máy tính, làm bằng chứng cho một chức năng gia công chi tiết” theo hợp đồng của Không lực Hoa Kỳ.

Cũng trong thời gian này, Parsons cùng với đồng nghiệp của ông đã đưa ra 4

tiên đề cơ bản sau:

− Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng đục lỗ. − Các đục lỗ được đọc trên máy một cách tự động. − Những vị đã được đọc ra được liên tục truyền đi và được bổ sung thêm tính

toán cho các giá trị trung gian nội tại.

− Các động cơ servo ( vô cấp tốc độ ) có thể điều khiển được chuyển động

các trục.

Năm 1952, chiếc máy phay ĐKS đầu tiên ra đời mang tên là “ Cincinnate Hydrotel” có trục thẳng đứng do Học viện kỹ thuật Masssachusett cung cấp. Đơn vị điều khiển được lắp bằng các bóng đèn điện tử chân không, điều khiển 3 trục nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân.

Năm 1954, Bendix mua bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo được thiết bị điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, nhưng vẫn còn dùng bóng đèn điện tử chân không.

Năm 1958, “công cụ lập trình tự động APT” (Automatically Programmed

Tool) ra đời. Đánh dấu một bước phát triển mới về lập trình cho máy.

Trong thời gian đó, giới công nghệp nói chung đã bắt đầu nhận ra những ưu thế tiềm tàng của kỹ thuật ĐKS. Điều đó buộc họ phải xem xét một cách nghiêm túc, chặt chẽ và kỹ càng những vấn đề về nghành chế tạo máy của chính họ. Đồng thời họ cũng phải suy xem cái kỹ thuật công nghệ mới này có thể giúp đỡ họ như thế nào để cải tiến phương pháp hiện có của họ. Người ta nhanh chóng nhận ra rằng, phần lớn các bài toán cắt gọt kim loại như: Khoan lỗ, tiện, phay đường thẳng, không nhất thiết đòi hỏi tới bộ điều khiển hiện đại, sử dụng những phương máy tính hoá. Thế nhưng, việc ứng dụng ngay cả dạng cơ bản nhất của APT cho những thành phần hình học đơn giản cũng vừa cồng kềnh, vừa rắc rối và vừa đắt tiền.0

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Do vậy, nhiều ngôn ngữ đơn giản hơn dùng cho mục đích đặc biệt đã được

phát triển. Tuy nhiên, đa số các ngôn ngữ này điều lấy APT làm gốc.0

Rồi cho đến giữa những thập niên 70, 80, với sự phát triển của công nghệ vi xử lí. Lần dầu tiên nó được đưa vào thiết bị điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính, tạo một bước nhảy khổng lồ trong lĩnh vực ĐKS. Từ các máy ĐKS NC trở thành những máy ĐKS CNC (Computeized Numerical Control), tức là những máy công cụ điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính. Mặc khác, cùng với những mô đun điện tử dùng để lưu trữ dữ liệu và tạo xung, bộ vi xử lí hình thành trung tâm đóng ngắt và tính toán của tất cả mọi điều khiển số CNC hiện đại. Tốc độ chuyển nhanh của các phần tử này đủ để đưa ra nhiều chức năng và nhiệm vụ tính toán khác nhau mà không làm ảnh hưởng đến nhịp độ làm việc của các máy công cụ ghép nối với chúng. Nhưng nếu một bộ vi xử lí nào đó tỏ ra không đủ thực hiện mọi chức năng yêu cầu trong chu trình thời gian cực đại cho phép, thì khi đó có thể thêm vào đơn vị xử lí thứ 2 hoặc thậm chí thứ 3 sử dụng song song hoặc luân phiên cho những nhiệm đặc biệt.0

Rồi từ thập niên 80 trở đi, với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các mạng cục bộ và liên thông đã tạo điều kiện cho các nhà chế tạo thực hiện việc nối kết giữa các máy CNC riêng lẽ (CNC Machine Tools) lại với nhau tạo thành các trung tâm gia công DNC (Directe Numerical Control) nhằm khai thác một cách có hiệu quả nhất như: cách bố trí, sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản xuất,.... Và cũng dựa trên nền công nghệp này, một chuỗi các loại thiết bị, phần mềm và hệ thống được phát triển không ngừng bỡi các viện nghiên cứu và công nghệ khác nhau trên thế giới. Nhằm thoả mãn về nhu cầu thiết kế và chế tạo đặc biệt.

Đó là những phần mềm thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM (Computer Aided Desgin/ Computer Aided Manufacturing) theo hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) và cao hơn là việc chế tạo và gia công chi tiết được thực hiện toàn bộ qua máy tính, người ta gọi là tổ hợp CIM (Computer Intergraded Manufacturing).

Cho đến năm 2003 này, lịch sử phát triển của máy công cụ ĐKS đã được 51 năm tuổi. Nó đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Từ những ứng dụng gia công đơn giản như việc di chuyển từ điểm đến điểm của máy khoan đến những máy công cụ điều khiển 2 trục như máy tiện, điều khiển 3 trục như máy phay,...và cho đến những nhiệm vụ tự động gia công nhiều trục và độ phức tạp cao như: các khuôn rèn dập, các khuôn đúc áp lực, cánh tuabin và những chi tiết phức tạp của máy bay, tàu thuỷ,.... Ngoài ra, ngày nay máy CNC còn được dùng vào

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

việc kiểm tra giám sát, điện báo điện tín và nhiều lĩnh vực khác đã đem lại chất lượng và hiệu quả kinh tế rất đáng kể. Trong tương lai, với lợi thế về sự ghép nối các hệ thống CNC riêng lẽ với nhau để tạo thành mạng sẽ được phát huy trong chiến lượt gia công toàn cầu. Trong đó, dòng thông tin được thu phát, chuyển giao bằng hệ thống vệ tinh, đảm nhiệm mối liên kết giữa nhu cầu thị trường_ đơn đặt hàng_ nhà thiết kế_ nhà chế tạo_ nhà cung cấp_ nhà tiêu thụ ,... trong mạng liên thông toàn cầu WAR (World Area Netword). 2.2. Thực trạng ứng dụng máy CNC tại Việt Nam

Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là rất xa lạ

và ít người biết đến nó.

Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với nước ngoài như: dự án “Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển và chế tạo khuôn mẫu”. Lúc đó các công nghệ CNC như: máy phay CNC, máy tiện CNC, đo lường CNC,... lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên doanh với ngoài.

Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang có những dự án đầu tư

các dây chuyền sản xuất với phần lớn thiết bị trong dây chuyền là các máy CNC.

Mặc dù, công nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong một thời gian ngắn nhưng có thể nói công nghệ này đã có một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc trong những năm tới đây công nghệ này sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xưởng, nhà máy ở nước ta. Vì nó đem lại hiệu quả kinh tế rất cao. Đặc biệt trong điều kiện sản xuất hiện nay ở nước ta. Do vậy, việc đẩy mạnh ứng dụng công nghệ CNC là một nhu cầu cần thiết đối với các cơ sở sản xuất nói chung và nghành chế taoû máy nói riêng. 2.3. Sự giống và khác nhau giữa máy phay truyền thống và máy phay CNC 2.3.1. Giống nhau:

− Cấu trúc tổng thể Nói chung tương tự nhau là cùng sử dung bàn máy hình chữ thập nhằm nâng

độ cứng cho máy.

− Chức năng:

+ Dùng để gia công các bề mặt: mặt phẳng, mặt định hình. + Gia công các rãnh: rãnh thẳng, rãnh nghiêng, rãnh xoắn. + Gia công bánh răng.

2.3.2. Khác nhau: 2.3.2.1. Máy phay truyền thống − Về mặc kết cấu hộp tốc độ

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Trong máy phay vạn năng người ta sử dụng một động cơ điện xoay chiều có công suất lớn với một cấp tốc độ thông qua bộ truyền cơ khí gồm các bánh răng di trượt để thay đổi tốc độ, các tốc độ này được truyền đến đầu trục chính tạo ra tốc độ quay cho trục chính, thông qua các bánh răng ghép nối giữa hộp tốc độ với trục chính. Với hệ truyền động này do ma sát sinh ra giữa các băng ăn khớp, trọng lượng của các bánh răng, của các trục, ma sát giữa ổ và trục tất cả tạo nên một mômen cản rất lớn, nên mômen mở máy của động cơ phải lớn. Ngoài ra, do ma sát sinh ra làm tiêu hao một phần công suất của động cơ làm ảnh hưởng đến độ chính xác của máy. Sự rung động lớn cũng ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng bề mặt gia công chi tiết.

− Về kết cấu hộp chạy dao Cũng sử dụng một động cơ điện xoay chiều có một cấp tốc độ để truyền chuyển động và công suất chạy dao cho bàn máy theo 3 phương X, Y, Z trong không gian. Để thay đổi được tốc độ người ta dùng hộp giảm tốc cơ khí (gồm các bánh răng di trượt) để tạo ra một số cấp tốc độ nhất định (điều khiển tốc độ phân cấp). Giữa các phương chuyển động X, Y, Z không có sự phối nhau mà chúng chỉ chuyển động độc lập. Bộ truyền vít me_ đai ốc dùng để truyền chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến cho bàn máy với độ tự hãm tốt. Tuy nhiên, do có khe hở giữa vítmevà đai ốc nên tạo nên sự va đập và dao động khi đảo chiều chuyển động. Đường truyền chuyển động tương đối dài, làm tiêu hao nhiều công suất. Khi cần định vị hành trình máy người ta dùng các cữ chặn có sự tác động của con người. Ngoài ra sự tác động của nhiệt lượng, sự rung động làm cho máy thiếu chính xác và khó khắc phục.

− Các HTĐK dùng để đóng mở các nguồn động, thay đổi chuyển động của dao, thay đổi số vòng quay của trục chính, gá đặt phôi, tháo chi tiết, bôi trơn,... thường là HTĐK cơ khí.

− Công việc điều khiển máy điều do người thợ điều khiển bằng tay như: điều khiển số vòng quay, kiểm tra vị trí dung cụ và chi tiết, ... phụ thuộc vào tay nghề của người thợ.

− Dễ sinh phế phẩm khi gia công chi tiết. − Khó gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp. − Hiệu kinh tế không cao. Tuy nhiên, ngày nay nó vẫn được dùng nhiều trong các phân xưởng và nhà

máy.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

2.3.2.2. Máy phay CNC − Hộp tốc độ: Do yêu cầu đường truyền động ngắn nhưng phải đảm bảo được phạm vi điều chỉnh động học, để máy đáp ứng nhanh và ổn định người ta dùng động cơ điện xoay chiều có thể thay đổi được tốc độ bằng bộ biến đổi tần số. Vì đường truyền ngắn nên ít hao tổn công suất, thời gian đáp ứng nhanh và công suất cắt cao.

− Hộp chạy dao: Ngoài việc truyền công suất chạy dao cần thiết, khi gia công các chi tiết khác nhau như ở máy công cụ vạn năng thì hệ truyền động phải đảm bảo cho cơ cấu chấp hành định vị nhanh và chính xác cao. Để đáp ứng được điều kiện này thì hệ thống truyền động phải được thiết kế theo một hệ thống kín.

− Sự chuyển động của bàn máy trong không gian có sự phối hợp nhịp nhàng của 3 trục X, Y, Z. Do vậy, trong các máy ĐKS người ta sử dụng động cơ bước điều khiển vô cấp tốc độ, tạo ra sự dịch chuyển theo 3 phương trong hệ toạ độ ĐềCác .

− Để biến chuyển động quay của trục động cơ thành chuyển động tịnh tiến

của bàn máy, người ta bộ truyền vít me_ đai ốc bi.

− Quá trình gia công chi tiết được thực hiện một cách tự động. Tuy nhiên, trước khi gia công một chi tiết nào người ta phải đưa vào máy một chương trình đã được lập sẵn theo biên dạng của chi tiết đó. HTĐK thực hiện các lệnh này và kiểm tra chúng nhờ một hệ thống đo dịch chuyển của bàn trượt máy.

− Độ chính xác gia công phụ thuộc vào độ chính xác của hệ thống đo. − Chất lượng gia công ổn định. − Có thể gia công những chi tiết phức tạp mà máy công cụ thường không gia

công được.

− Tháo và kẹp chi tiết một cách tự động. − Đem lại hiệu quả kinh tế rất cao. Ngày nay, các máy CNC chiếm phần lớn trong các dây chuyền sản xuất của

phân xưởng, nhà máy có qui mô lớn. 3. Các hệ điều khiển số và các dạng điều khiển số 3.1. Các hệ điều khiển số 3.1.1. Hệ điều khiển NC ( Numerical Control )

Với hệ điều khiển này các thông số hình học của chi tiết gia công và các lệnh điều máy được cho dưới dạng dãy các con số. Tất cả được ghi vào băng đục lỗ dưới dạng các câu lệnh của chương trình. Các thông tin này được đưa vào hệ điều khiển, nó được mã hoá và tách thành các thông tin hình học và thông tin công nghệ.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

− Thông tin hình học (Geometrical Information): là hệ thống thông tin điều khiển các chuyển động giữa dao và chi tiết. Nó ảnh hưởng tực tiếp đến quá trình tạo hình bề mặt (hình thành đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học).

− Thông tin công nghệ (Technological Information): là hệ thống thống tin cho phép máy thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính,....

− Nguyên tắc làm việc của hệ điều khiển NC là: Sau khi mở máy các lệnh thứ nhất và thứ hai được đọc. Khi quá trình đọc kết thúc thì máy bắt đầu thực lệnh thứ nhất. Trong khi đó, thông tin của lệnh thứ hai nằm trong bộ nhớ của hệ điều khiển. Sau khi lệnh thứ nhất thực hiện xong thì lệnh thứ hai bắt đầu làm việc. Trong khi đóï lệnh thứ ba được đọc và ghi vào bộ nhớ tại vị trí mà lệnh thứ hai vừa được giải phóng. Và quá trình đọc dịch như vậy cho đến hết chương trình.

− Nhược điểm của hệ điều khiển NC là:

+ Khi gia công các chi tiết tiếp theo thì hệ điều khiển phải đọc lại tất cả các lệnh từ đầu. Điều này dễ gây nhầm lẫn, sai xót của bộ tính toán trong hệ điều khiển. Do đó, dễ gây phế phẩm đối với chi tiết gia công.

+ Chương trình dễ bị lỗi do băng đục lỗ, băng từ bị nhiễm bẩn hoặc bị

mòn.

+ Khó thay đổi chương trình.

3.1.2. Hệ điều khiển CNC ( Computerized Numerical Control )

Đặc điểm chính của hệ điều khiển CNC là có sự tham gia của máy tính. Trong hệ điều khiển này, các nhà chế tạo máy đã cài đặt vào máy tính một chương trình điều khiển riêng cho từng loại máy. Với hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh chương trình hoạt động của bản thân nó. Các chương trình có thể được nạp vào nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh. Các lệnh điều khiển không chỉ viết cho từng lệnh riêng rẽ mà còn cho nhiều chuyển động cùng một lúc. Điều này cho phép giảm tối thiểu số câu lệnh của chương trình; từ đó nâng cao độ tin cậy và khả năng làm việc của máy. Ngoài ra, so với hệ điều khiển NC hệ điều khiển CNC có kích thước nhỏ hơn và giá thành cũng thấp hơn nhưng hiệu quả đạt được thì lại rất cao. 3.1.3. Hệ điều khiển DNC( Directe Numerical Control )

Hệ điều khiển DNC là sự kếït nối giữa các máy CNC riêng rẽ với nhau thành

một trung tâm gia công và chụi sự chi phối của các máy tính trung tâm.

Tất cả các chương trình CNC sẽ được lưu trữ trên đĩa cứng của máy tính và có thể gọi trực tiếp theo nhu cầu từng máy. Trong một số trường hợp, máy tính đóng vai trò trong việc chỉ đạo lựa chọn những chi tiết gia công theo thứ tự ưu tiên để phân đi các máy khác nhau.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Ngoài ra, nó còn khả năng truyền dữ liệu nhanh và nối ghép vào hệ thống gia

công linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System ). 3.1.4. Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control)

HTĐK thích nghi là hệ thống điều khiển có tính đến những tác động bên ngoài của hệ thống công nghệ để hiệu chỉnh chu kì gia công, nhằm loại những ảnh hưởng của các yếu tố đến độ chính xác gia công như : lượng dư gia công, độ mòn dụng cụ, lượng chạy dao,...

HTĐK thích nghi có 2 loại: − Điều khiển thích nghi cưỡng bức ACC (Adaptive Control Contrain ). − Điều khiển thích nghi tối ưu ACO ( Adaptive Control Optimation ). Với hệ thống điều khiển ACC chủ yếu dùng để điều khiển giới hạn các thông số cắt gọt còn hệ thống điều khiển ACO dùng cho việc điều khiển tối ưu hoá các quá trình gia công nhằm giảm thời gian gia công và giá thành sản phẩm.

Hệ thống điều khiển thích nghi ngày càng phát triển, điều đó làm tăng hiệu

quả quá trình gia công cắt gọt trên các máy công cụ. 3.1.5. Hệ thống gia linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System )

Là hệ thống có thể gia công một chủng loại chi tiết có mức độ khác nhau nhất

định, với số lượng và thứ tự gia công tuỳ ý.

Một hệ thống gia công linh hoạt thường có 3 yếu tố cơ bản sau: − Các trạm gia công. − Lưu trữ và vận chuyển nguyên vật liệu. − Hệ thống điều khiển máy tính. Ngoài ra, một yếu quan trọng của hệ thống điều khiển FMS là con người. Con người ở đây chỉ đảm nhận công việc quản lí và điều hành hệ thống chế tạo; còn từng nguyên công do máy thực hiện một cách tự động theo chương trình cài đặt sẵn. 3.2. Các dạng điều khiển của máy

Như ta đã biết, các máy CNC khác nhau có thể gia công được các bề mặt khác nhau do sự chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết cần gia công như: các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình,... . Do đó các dạng điều khiển của máy chia thành 3 loại sau:

− Điều khiển theo điểm. − Điều khiển theo đường. − Điều khiển theo biên dạng ( Contour )

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

3.2.1. Điều khiển theo điểm

Hình 1.3 Điều Khiển điểm Được dùng để gia công các lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa, và cắt ren lỗ. Trong quá trình gia công, chi tiết được cố định trên bàn máy còn dụng cụ thực hiện việc chạy dao nhanh đến vị trí đã được lập trình. Trong khi dịch chuyển nhanh dao cụ không thực hiện việc cắt gọt. Chỉ khi nào đạt được toạ độ theo yêu cầu thì nó mới bắt đầu thực hiện các chuyển động cắt gọt.

Ví dụ: Khi gia công hai lỗ M(xM, yM) và N(xN, yN) trong hệ toạ độ Oxy (Hình 1-3).

Chúng ta có thể điều khiển theo các cách sau:

Đầu tiên cho dụng cụ thực hiện chạy dao nhanh đến điểm M. Sau đó, thực hiện việc gia công lỗ M. Khi gia công xong tiến hành rút dao và chạy nhanh đến điểm N để gia công lỗ N. Quá trình dịch chuyển từ M đến N được thực bằng hai cách:

− Quĩ đạo dịch chuyển theo MM1KN song song với trục Ox, Oy. − Quĩ đạo chuyển động theo đường tối ưu MKN.

3.2.2. Điều khiển theo đường thẳng

Là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cắt được thực hiện lượng chạy dao

theo một đường thẳng nào đó (Hình 1.4a). 3.2.3. Điều khiển theo biên dạng ( Contour )

Là dạng điều khiển cho phép thực hiện chạy dao nhiều trục cùng một lúc, nghĩa là nó có thể gia công một đường cong bất kì trên mặt phẳng hay trong không gian (Hình 1.4b).

G00 G01

Hình 1.4a: Điều khiển theo đường Hình 1.4b: Điều khiển theo biên dạng

T Thiết kế ch hế tạo mô h hình máy p phay CNC đ điều khiển hai trục

khi gia côn ng mà ngư a ười ta chia

ều khiển đ 2.5D, 3D, 4 ồng thời k 4D, 5D,... .

g một mặt ao theo chi phẳng gia a ó iều sâu, nó

Tuỳ th hành các dạ th .2.3.1. Điề 3. Cho ph ông. Riêng cô ược điều kh đư c được điề heo số trục ạng điều kh hiển: 2D, 2 D u khiển 2D hiện chạy d hép thực h máy phay t g đối với m cách độc lập hiển một c dao theo 2 trục thứ 3 p so với 2 g thời trong việc ăn da Hình 1.5) trục đồng thực hiện trục kia (H

Hình 1 1.5: Điều k khiển đườn ng 2D

2.5D ng cụ theo g cong phẳn độc lập. Tu D ơ í chổ h có thể đổi o 2 ng uy hai vị

Hình 1-6: Đ H Điều khiển n 2.5D

u khiển bi iên dạng 2 hép dịch c chuyển dụn hời để tạo m một đường ứ 3 được đ iều khiển đ hác với điề ều khiển 2D đồng thời c iều khiển đ ) u (Hình1-6) D u khiển 3D hiện chuy phép thực cả 3 trục thời theo gia công cá c dùng để g ian phức tạ ặt không g yển động X, Y, Z ác mẫu, cá ạp (Hình1- chạy . Nó ác chi -7).

Hình1-7: Đ H Điều khiển 3D

D, 5D (Hì hiển 3D ng tiết có thêm hệ ràng bu ình1.8) gười ta bố t m 1 hoặc 2 uộc với các trí 2 chuyển đ c chuyển đ động quay x ộng trên cá xung quan ác trục khá nh một trục c y ác của máy u khiển 4D rên điều kh ụ hoặc chi một quan

.2.3.2. Điề Cho ph ục đồng th trụ òn trục thứ cò hiên, nó kh nh ục được đi trụ í cho nhau trí .2.3.3. Điề 3. Cho p da ao đồng t hường được th ết có bề mặ tiế .2.3.4. Điề Dựa tr ho dụng cụ ch ào đó theo nà D. 3D

c tạp của c chi tiết mà ta lựa chọ ọn phương u pháp điều

Như v hiển cho th ậy, tuỳ the eo độ phức hích hợp.

17 7

T Thiết kế ch hế tạo mô h hình máy p phay CNC đ điều khiển hai trục

Điều khiển đường viề ền 4D Hình1.8 8b: Điều kh hiển đường g viền 5D

chuẩn

4. 4.

ộ trên máy a độ trên m c định ví t i tiết gia cô y CNC và máy CNC trí tương q ông một cá các điểm quan hình h ách rõ ràng học trong g thì cần th vùng làm hiết phải gắ việc của m ắn nó vào m máy, trong g ạ một hệ toạ

ph độ

áy CNC ng các trục th gười ta thư heo qui tắc ường sử dụ c bàn tay p ụng hệ toạ phải và nó c độ ĐềCác c luôn được

Hình1.8a: Đ H . Hệ tọa độ .1. Hệ tọa Để xác hạm vi chi ộ nào đó. Thông Oxyz (Hình O ắn vào chi gắ g thường tr h1.9). Cách tiết gia côn rên các má h xác định ng.

y C +

B +

O A + A x

Hình1.9: H Hệ trục toạ ạ độ ĐêCác c Oxyz

ếp xúc và là àm việc vớ ới máy CN C phải tuân n theo qui ước:

ông được x xem là cố định còn m mọi chuyển n tạo hình t và cắt gọt

do tiết gia cô hực hiện.

ương trục c chính là Oz z, chiều dươ ơng là chiề ều dao tiến n ra xa chi t tiết.

ển động củ ủa bàn xe d dao là Ox v và có chiều u dương hư a ướng ra xa

ương chuyể công.

ục Oy xác đ định theo q qui tắc bàn tay phải. Khi tiế − Chi o dao cụ th − Phư − Phư hi tiết gia c ch − Trụ

8 18

T Thiết kế ch hế tạo mô h hình máy p phay CNC đ điều khiển hai trục

a độ của cá phay đứn ác loại má g (Hình1.1 áy phay 10) 4. 4.

song với i trục chín nh và có

ục Z song g hướng lên n trên.

ục X nằm hì chiều dư trên bàn m ương hướng máy, nếu g về bên ph nhìn vào hải. trụ

ục Y xác địn nh theo qu ui tắc bàn ta ay phải.

Hình 1-10 H Khi trục Z Z thẳng y phay nằm m ngang (H Hình1.11) 4.

ngang v và có chiề ều dương

ục Z nằm trục máy. hư

ục X nằm t hi nhìn và trên bàn m ào trục chí máy, chiều ính thì nó dương là nằm phía

.2. Hệ tọa .2.1. Máy − Trụ hiều dương ch − Trụ ục chính th − Trụ .2.2. Máy − Trụ ướng vào t − Trụ hiều mà kh ch ái. tr

Hình1.11 1 Khi trục Z ngang

4. 4.

trình biểu u ì ia công thì . ủa máy M. i hế tạo qui

ục Y xác địn iểm gốc và m gốc của m rình gia côn uan hệ giữa các chuyển điểm giới phay thườ nh theo qu à điểm chu máy M (M ng trên má a dao và ch n động của i hạn vùng ờng nằm ở đ ay phải. 1.12) eference Z ược thiết lậ vậy để đảm i được so s của máy. hạn dịch ch Zero) ập bằng mộ m bảo độ ch sánh với đi Nó được huyển của một chương hính xác g iểm gốc củ các nhà c bàn máy. ui tắc bàn ta uẩn (Hình Machine Re áy ĐKS đư hi tiết. Do v a dao phải g làm việc điểm giới h

Reference ểm gốc của e Point) a máy M l là không th à hay đổi và

m chuẩn củ m mà toạ d nhà chế tạ m zero của (Machine R ủa máy R ( so với điể dộ của nó h. ạo qui định Workpiece phôi W (W e Zero Poi nt)

gốc toạ độ của chi tiế ết và nó phụ ụ thuộc và o người lập p trình. − Trụ .3. Các đi .3.1. Điểm Quá tr iễn mối qu di ác chuyển cá Điểm M là Đ ịnh.Ở máy đị .3.2. Điểm 4. Là điểm ũng do các cũ .3.3. Điểm 4. − Là g

Hình1.12 2: Các điểm m gốc và đi ểm chuẩn

9 19

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

− Đối với chi tiết phay người ta thường chọn điểm W tại điểm góc ngoài của

đường viền chi tiết. 4.3.4. Điểm gốc của chương trình P (Programmed)

− Điểm gốc của chương trình thực tế là điểm P của dụng cắt (Hình1.13) − Chú ý khi chọn điểm P phải thuận tiện cho việc thay dao (không làm ảnh

hưởng đến chi tiết và đồ gá).

P P P P Hình1.13: Điểm gốc của chương trình

4.3.5. Điểm chuẩn của gá dao Tvà điểm gá dao N

Điểm T dùng để xác định hệ trục toạ độ của dao. Thường khi gá dao trên máy

thì điểm T trùng với điểm N (Hình1.14)

Hình1.14: Điểm chuẩn của gá dao Tvà điểm gá dao

5. Những khái niệm cơ bản về lập trình gia công trên máy CNC

Trên các máy CNC quá trình gia công được thực hiện một cách tự động. Hệ thống điều khiển số sẽ điều khiển quá trình gia công theo một chương trình đã lập sẵn. Trong đó, quá trình CNC đóng một vai trò rất quan trọng. Nó là một mắc xích quan trọng của quá trình chuẩn bị sản xuất.

Trên cơ sở này, cho phép ta định nghĩa lập trình là gì? Lập trình là quá trình thiết lập các lệnh cho dụng cụ cắt, trên cơ sở bản vẽ chi tiết và các thông tin công nghệ. Nó được tổng hợp rồi được chuyển sang bộ phận mang dữ liệu. Tại đây nó được mã hoá và sắp xếp theo dạng mà máy có thể hiểu được. 5.1. Quĩ đạo gia công

Để gia công các chi tiết theo chương trình, trước hết phải xác định được quĩ đạo chuyển động cắt gọt và quĩ đạo chuyển động của tâm dao P. Quĩ đạo của tâm dao có thể trùng với biên dạng của chi tiết, có thể theo đường cách điều biên dạng

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

chi tiết hoặc có thể thay đổi vị trí theo một qui luật xác định so với biên dạng của chi tiết.

Để gia công toàn bộ các bề mặt của biên dạng chi tiết thì quĩ đạo chuyển động của tâm dao phải liên tục. Tuy nhiên, việc xác định quĩ đạo của tâm dao trong không gian rất phức tạp. Do đó, khi lập trình quĩ đạo của tâm dao thì ta thường lập trình theo từng phần biên dạng riêng biệt. 5.2. Cách ghi kích thước chi tiết

Để lập trình gia công trên máy CNC thì kích thước trên bản vẽ phải được ghi

theo toạ độ ĐềCác. Có hai cách ghi thước trên bản vẽ:

− Ghi kích thước tuyệt đối. − Ghi kích thước tương đối (theo gia số). 5.2.2. Ghi kích thước tuyệt đối (Hình 1.15)

Là cách ghi mà tất cả các kích thước xuất phát từ điểm gốc của chi tiết W.

5.2.3. Ghi kích thước tương đối

Là cách ghi mà các kích thước sau xuất phát từ điểm kết thúc của kích thước trước nó. Thực tế, cách ghi này người ta ít dùng vì nó ảnh nhiều đến kết quả gia công (Hình 1.16).

7 8 7 Y 7

0 7

6 4

2 1 3 4 1 3 5 9 X 7 4 6 W 9

0 7

7 3

1 3

5 90

Hình 1.15. Ghi kích thước tuyệt

Hình 1.16. Ghi kích thước tương ố

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

5.3. Lập trình cho máy công cụ CNC

Một máy phay thông thường thực hiện các nguyên công kế tiếp nhau do người vận hành điều khiển bằng tay. Còn trên máy phay CNC thì mọi quá trình gia công được thực hiện một cách tự động, nhờ hệ thống điều khiển theo chương trình số điều khiển và theo dõi.

Một chương trình CNC phải đảm bảo 2 thông tin cần thiết là thông tin hình học và thông tin công nghệ. Ngoài ra, nó phải được viết bằng loại ngôn ngữ lập trình mà máy có thể hiểu được. 5.3.1. Thông số hình học (Geomatrical Information)

Tuỳ theo từng biên dạng cụ thể của chi tiết mà ta có thể tiến hành lập quĩ đạo

chạy dao cắt gọt. Dựa trên các thông số hình học của bản vẽ chế tạo (hình1.17).

0 P0 1 P1 2 P2 5 P5

3 P3 4 P4

Hình 1.17. Gia công theo biên dạng

5.3.2. Thông số công nghệ (Technological Information) 5.3.2.1. Tốc độ chạy dao F (Feedrate)

− Được lập trình với địa chỉ F (mm/ph hoặc in/ph). − Trong phạm vi lượng chạy dao, có thể lập trình với bất kì giá trị nào. − Chuyển động chạy dao chỉ có thể thực hiện khi trục chính quay. − Giá trị chạy dao sẽ hết hiệu lực khi có một giá trị khác của lượng chạy dao

thay thế. 5.3.2.2. Số vòng quay trục chính S (Speed) − Được lập trình với địa chỉ S (v/ph). − Chiều quay được xác định:

+ Quay theo chiều kim đồng hồ dùng lệnh M03 hoặc S+.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

+ Quay theo chiều ngược kim đồng hồ dùng lệnh M04 hoặc S-. − Giá trị vòng quay trục chính hiệu lực khi có giá trị khác thay thế.

5.3.3. Chương trình gia công

Một chương trình được thiết lập để gia công một chi tiết gọi là chương trình

chi tiết. Nó bao gồm nhiều từ lệnh và các từ lệnh này nằm trong các câu lệnh. 5.3.3.1. Từ lệnh

G 01 2 1

G 01 Từ lệnh là sự phối hợp giữa con số và kí tự. Mỗi từ lệnh thực hiện một công việc riêng lẽ cho máy. G 02 Ví dụ: Cho biên dạng gia công trên máy 3 4 G 01 CNC như hình bên Hình 1.18.Ví dụ lập trình

G01: Nội suy tuyến tính G03: Nội suy phi tuyến tính theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. S400: Tốc độ quay của trục chính là 400 v/ph.

5.3.3.2. Câu lệnh

Câu lệnh là sự ghép nối giữa các từ lệnh lại với nhau để thực hiện một chuyển

động hay một chức năng nào đó của máy. 5.3.3.3. Các kí tự địa chỉ và những dấu hiệu đặt biệt (DIN 66025)

Ký tự/Dấu hiệu Ý nghĩa

A Chuyển động quay quanh trục X

B Chuyển động quay quanh trục Y

C Chuyển động quay quanh trục Z

D Chuyển động quay quanh một trục khác hoặc chạy dao thứ 3

E Chuyển động quay quanh một trục khác hoặc chạy dao thứ 2

F Chạy dao

G Điều kiện đường dịch chuyển

H Chưa dùng

I Thông số nội suy hoặc bước ren song song với trục X

J Thông số nội suy hoặc bước ren song song với trục Y

K Thông số nội suy hoặc bước ren song song với trục Z

L Chưa dùng

M Chức năng phụ

N Số thứ tự câu lệnh

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Không dùng O

Chuyển động thứ 3 // X hoặc thông số hiệu chỉnh dao P

Chuyển động thứ 3 // Y hoặc thông số hiệu chỉnh dao Q

Chuyển động thứ 3 // Z hoặc thông số hiệu chỉnh dao R

Số vòng quay trục chính hoặc tốc độ cắt S

Gọi dao T

Chuyển động thứ 2 // X U

Chuyển động thứ 2 // Y V

Chuyển động thứ 2 // Z W

Chuyển động // X X

Chuyển động // Y Y

Chuyển động // Z Z

Bắt đầu một chương trình %

Dấu xoá DEL

Kết thúc câu lệnh (Line feed) LF

Lùi giá bút (Car Reture) CR

Dấu cách (Space) SP

5.3.3.4. Cấu trúc một chương trình

Để viết chương trình gia công cho một biên dạng chi tiết. Ta tiến hành chia biên dạng đó thành những biên dạng hình học đơn giản.Nó có thể được điều khiển trong từng bước gia công hay trong một câu lệnh của chương trình

Cấu trúc cơ bản của một chương trình gia công gồm:

1. Chia biên dạng thành các yếu tố hình học đơn giản. 2. Chia quá trình gia công thành các bước gia công. 3. Lập chương trình. 4. Nạp vào bộ điều khiển. 5. Chạy mô phỏng. 6. Khởi động chương trình. 7. Cho thực hiện việc gia công chi tiết. 5.4. Các phương pháp lập trình cho hệ điều khiển

Xuất phát từ yêu cầu về tính linh hoạt và mức độ tự động hoá cao của tất cả các thiết bị gia công, dẫn tới bước nhảy vọt trong việc ứng dụng các hệ điều khiển CNC trong các phân xưởng, xí nghiệp sản xuất và chế tạo. Sự phát triển đó tác động rất lớn đến khả năng thiết lập các chương trình CNC.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Tuỳ theo đặc tính và khả năng làm việc của từng máy CNC mà chúng ta có thể

lựa chọn phương pháp lập trình thích hợp nhất. 5.4.1. Lập trình trực tiếp trên máy CNC

Lập trình trực tiếp trên máy CNC là quá trình tìm ra các thông số điều khiển và nạp chúng vào hệ điều khiển, thực hiện trực tiếp trên máy thông qua bảng điều khiển.

Tuy nhiên, để thực hiện công việc này được thì các máy CNC phải được trang bị các phím chức năng và màng hình đồ hoạ cho phép nhận trực tiếp các câu lệnh vào máy CNC. Với phương pháp lập trình này, cho phép giảm tối thiểu thời gian chi phí cho việc tính toán các điểm trung gian, chiều sâu cắt và thời dừng máy cần thiết của máy,... .

Sở dĩ phương pháp lập trình này có những ưu điểm như trên là do người ta bố trí vào các máy CNC các chương trình con, các số liệu về toạ độ các điểm cần thiết để người lập trình có thể lấy chúng ra dùng bất kì lúc nào.

Một đặc điểm không thể thiếu đối với các lập trình viên và kỹ sư lập trình khi lập trình trực tiếp trên máy là phải sử dụng thành thạo các kỹ thuật menu và các softkey trên cụm điều khiển CNC.

Kỹ thuật menu được hiểu là: trên màn hình hiển thị một loạt các khả năng lựa

chọn khác nhau cho người sử dụng trong một lĩnh vực cụ thể xác định.

Softkey là những phím gắn liền với màn hình mà chức năng của chúng không xác định theo thời gian. Chức năng các nút bấm thay đổi theo menu lựa chọn và được hiển thị trên màn hình.

Sau khi lập trình xong, muốn kiểm tra chương trình có đúng hay không, có nguy cơ mất an toàn hay gây ra va chạm với máy, đồ gá hay không,... . Người lập trình phải tiến hành cho máy chạy mô phỏng quĩ đạo chuyển động cắt của dao cụ trên màn hình theo chương trình đã được thiết lập. Nếu còn chỗ nào đó chưa hợp lí thì tiến hành kiểm tra và sữa chữa lại cho đến lúc chắc chắn là đúng thì mới tiến hành gia công.

Phương pháp lập trình này phù hợp với nhà ứng dụng kỹ thuật CNC lần đầu tiên khi chế tạo các chi tiết đơn giản, gia công các chi tiết đơn lẽ trên máy CNC để thí nghiệm, chế tạo mẫu, dao cụ,... . 5.4.2. Lập trình bằng tay

Là quá trình thu thập, sắp xếp và xử lý các số liệu cần thiết cho việc gia công

chi tiết trên máy CNC mà không có sự trợ giúp của máy tính.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Với phương pháp lập trình này đòi hỏi người lập trình phải có kiến thức vững về lượng giác, về hình giải tích, công nghệ gia công và khả năng sử dụng của máy. Ngoài ra, người lập trình phải thành thạo các chức năng G code và M code.

Phương pháp này thường được ứng trong các phân xưởng hoặc trên các cụm

CNC khác. 5.4.2.1. Lập trình bằng tay trên cụm CNC khác

Trong khi các máy CNC đang hoạt động, người ta có thể chuẩn bị cho chúng một chương trình gia công tiếp theo bằng cách bảng lập trình CNC khác hay các máy tính trong hệ thống DNC. Phương pháp này thuận lợi để gia công các chi tiết đơn giản, thực hành và công tác đào tạo. 5.4.2.2. Lập trình bằng tay tại các phân xưởng chuẩn bị sản xuất

Kiểu lập trình này được áp dụng cho các nhà máy có qui mô sản xuất lớn, tức có nhiều máy CNC khác nhau, gia công được nhiều loại chi tiết khác nhau với số lượng lớn. Khi đó, công việc lập trình được thực hiện tại phòng công nghệ , tại trung tâm lập trình của nhà máy, phân xưởng. Do đó, đòi hỏi đội ngũ lập trình viên phải có đủ trình độ về chuyên môn và kinh nghiệm.

Cách lập trình này có các đặc điểm: − Năng suất lập trình cao và người lập trình bằng tay chưa vận hành máy

thành thạo vẫn có thể lập trình gia công cho nhiều loại chi tiết khác nhau.

− Các lỗi chương trình chỉ được phát hiện sau khi thực hiện việc chạy mô

phỏng và gia công thử. 5.4.3. Lập trình với sự trợ giúp của máy tính

Quá trình lập trình theo kiểu này tương tự lập trình bằng tay. Tuy nhiên, thời gian lập trình và các lỗi được giảm xuống một cách đáng kể nhờ các bộ vi xử lí, bộ nội suy và một số khối lượng lớn các dữ liệu cần thiết được cài đặt sẵn trong máy khi cần chỉ việc truy cập theo địa chỉ và sử dụng.

Hiện nay với sự phát triển vượt bậc của nghành công nghệ thông tin và kỹ thuật số. Nó đã cho phép các nhà lập trình ứng dụng vào công việc của mình. Cụ thể từ cơ sở CAD (Computeri Aided Design) người ta cài đặt thêm một hệ thống biên dịch trợ giúp cho quá trình lậûp trình. Sau khi chi tiết được thiết kế xong, máy tính thực hiện việc tính toán hình học và công nghệ nhờ vào bộ vi xử lí (Processor) để đưa ra phương án gia công thích hợp. Sau đó, nhờ bộ hậu xử lí (Post Processor) theo code của HTĐKS tương thích được lắp trên máy, để cho ra chương trình gia công thích hợp với ngôn ngữ của máy, kỹ thuật này gọi là CAM (Computer Aided Manufacturing).

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Công nghệ CAD/ CAM ngày càng phát triển và được ứng dụng rộng rãi có qui

mô sản xuất vừa và lớn. 5.5. Chương trình con và chương trình chính

Chương trình con là chương trình gia được thực hiện trên từng bề mặt hoặc

từng phần của chi tiết.

Chương trình chính là chương trình để gia công toàn bộ biên dạng của chi tiết.

6. Quy trình công nghệ, chủng loại và tính công nghệ của chi tiết 6.1. Đặc điểm của qui trình công nghệ gia công trên máy CNC

Qui trình công nghệ gia công trên các máy CNC khác với qui trình công nghệ truyền thống ở mức cụ thể hoá rất cao và ở đặc điểm ở việc cung cấp thông tin. Về mặc cấu trúc, qui trình công nghệ trên các máy CNC cũng được chia ra các nguyên công, các bước, nhưng các bước ở đây lại phải chia ra các lớp cắt, mỗi lớp cắt được thực hiện sau mỗi quĩ đạo dịch chuyển của dụng cụ cắt.

Thành phần đơn giản nhất của qui trình công nghệ này là các dịch chuyển đơn giản và các bộ điều khiển công nghệ do bộ điều khiển máy cung cấp. Các dịch chuyển đơn giản đó là các đoạn thẳng, cung tròn. Các lệnh điều khiển công nghệ được thực hiện bỡi các cơ cấu chấp hành của máy để đảm bảo điều kiện cần thiết cho các dịch chuyển đơn giản. Như vậy, các dịch chuyển đơn giản và các lệnh điều khiển công nghệ tạo thành chương trình điều khiển.

Lập qui trình công nghệ và điều khiển cho máy CNC là một nhiệm vụ của

chuẩn bị công nghệ.

Thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết trên máy CNC gồm 3 bước:

Bước 1: Lập tiến trình công nghệ

− Tài liệu cần thiết là bản vẽ chi tiết và bản vẽ phôi. − Nhiệm vụ:

+ Xác định khả năng gia công chi tiết trên máy CNC theo kết cấu công

nghệ và theo điều kiện sản xuất.

+ Nghiên cứu phôi, làm quen với dụng cắt và đồ gá. + Xác định trạng thái công nghệ của chi tiết như: yêu cầu đối với các bề

mặt chuẩn, lượng dư và các kích thước chính.

+ Lập tiến trình gia công chi tiết (phân các bề mặt theo loại để chọn máy

gia công).

+ Xác định phương pháp gá đặt và chọn đồ gá cần thiết. + Xác định dụng cắt và chọn chúng theo từng loại.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Bước 2: Thiết kế nguyên công

− Xác định nộüi dung nguyên công , chia nguyên công ra các bước và cụ thể

hoá các phương pháp kẹp chặt.

− Chia ra các lớp cắt, chọn dụng cụ cắt, chuẩn bị phương pháp điều chỉnh

máy và điều chỉnh dao.

Bước 3: Lập trình gia công

− Tính toán các quĩ đạo chuyển động của dao sau khi xác định toạ độ các

điểm.

− Lập trình và ghi vào bộ nhớ của bộ điều khiển máy. − Kiểm tra chương trình và tiến hành chạy mô phỏng.

6.2. Chọn chủng loại chi tiết gia công trên máy CNC

Khi nghiên cứu về chủng loại chi tiết người ta muốn đề cập đến tính không đổi của chúng. Các chi tiết máy có thể chia thành các loại sau: chi tiết tròn xoay, chi tiết hình trụ, chi tiết phẳng và chi tiết định hình phức tạp. Các chi tiết loại này chiếm khoảng 92% tổng số các chi tiết trong sản xuất.

Mỗi chi tiết được đặt trưng bỡi 2 nhóm yếu tố sau: − Nhóm yếu tố kỹ thuật: vật liệu và kích thước hình học. − Nhóm yếu tố về kinh tế: tổ chức sản lượng hàng năm, số lượng chi tiết

trong loạt, giá thành chế tạo.

Tiêu chuẩn đánh giá sự lựa chọn chủng loại chi tiết gia công trên máy CNC

thường là chỉ tiêu kinh tế, các chi phí chế tạo chi tiết.

Còn tính hiệu quả kinh tế được xác định trên cơ sở nghiên cứu những yêu cầu

kỹ thuật và những giới hạn phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của chi tiết. 6.3. Yêu cầu đối với công nghệ của chi tiết

Các chi tiết gia công trên máy CNC phải đảm bảo được các yêu cầu về tính công nghệ như: tiêu chuẩn hoá được các kích thước mặt trong và mặt ngoài, hình dáng kích thước phải đảm bảo cho việc ăn dao và thoát dao dễ dàng. Ngoài ra, chi tiết còn phải đảm bảo cho việc định vị an toàn và thuận tiện khi gia công.

Đối với các chi tiết gia công trên máy phay CNC điều kiện cần thiết nhất là phải đảm bảo được vị trí chính xác so với các trục toạ độ của máy. Vì vậy, khi phân tích tính công nghệ của chi tiết phải chú ý đến các bề mặt chuẩn của nó. Nếu trên chi tiết không có các lỗ để làm chuẩn (theo kết cấu của chi tiết) thì ta phải tạo ra các lỗ phụ để làm chuẩn và khoảng cách giữa các lỗ phải là xa nhất mà ta có thể tạo ra. Đường kính d nhỏ nhất của lỗ chuẩn phụ thuộc vào kích thước của chi tiết và được xác định như sau:

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Kích thước chi tiết < 100 < 200 < 1000 < 2000 > 2000

Đường kính chi tiết 4 6 10 16 20

Trong trường hợp, không thể tạo ra được các lỗ chuẩn trên chi tiết thì phải tạo thêm các phần kết cấu phụ để tạo các lỗ chuẩn trên đó (phần kết cấu phụ sẽ được hớt đi ở phần nguyên công cuối cùng).

Một đặc điểm nổi bật của công nghệ phay thường thấy là bề mặt phay có tính chất sử dụng tốt hơn bề mặt mài, vì: bề mặt sau khi phay tạo ra những hố tập trùng với ứng suất ít nguy hiểm hơn bề mặt sau khi mài. Vì vậy, khi lập qui trình công nghệ trên máy phay không cần có thêm nguyên công mài sau khi phay. 7. Phương pháp thực hiện nguyên công trên máy CNC 7.1. Phân loại nguyên công trên các máy CNC

Các nguyên công cắt gọt trên máy CNC có thể chia thành 4 loại cơ bản sau:

7.1.1. Gia công các loại nhỏ không lặp lại (Dạng A)

Loạt nhỏ chi tiết là loại có tổng thời gian cắt và thời gian ăn dao, thoát dao của tất cả dụng t nhân với hệ số thời gian cắt λ nhỏ hơn tổng tuổi bền kinh tế của tất cả các dụng cụ Ti.

(7.1) Σti .λ.q < ΣTi.q

Trong đó:

ti : thời gian cắt của dao thứ i(ph) λ: hệ số thời gian cắt (ph) q: số lượng dụng cụ cắt Ti: tuổi bền của dụng cụ thứ I (ph)

Tóm lại, loạt nhỏ là loạt có thời gian gia công nhỏ hơn tổng tuổi bền của các

dụng cụ cắt. 7.1.2. gia công loạt nhỏ có lặp lại ( Dạng B) 7.1.3. gia công các loạt vừa và lớn các chi tiết không lặp lại.( Dạng C )

− Loạt vừa là loạt có tổng thời gian gia công ≥ tổng tuổi bền của tất cả dụng

cụ cắt.

Σti .λ.q ≥ ΣTi.q

(7.2) − Loạt lớn là loạt có tổng thời gian gia công > tổng tuổi bền của tất cả dụng

(7.3) cụ cắt cần thiết và của các dụng cụ lắp đặt thêm. Σti .λ.q > ΣTi.(q + qo)

Với qo: số lượng dụng cụ lắp đặt thêm

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

7.1.4. Gia công chi tiết loạt vừa và lớn có lặp lại ( Dạng D )

Việc phân chia ra các dạng loạt chi tiết ở trên cho phép xác định thứ tự và nội dung công việc của các nguyên công. Thực tế cho thấy gia công loạt lớn lặp lại trên máy CNC mang lại hiệu quả kinh tế cao hốn với trường hợp gia công các loạt nhỏ không lặp lại. 7.2. Các nguyên công phay 7.2.1. Vùng gia công

Vùng gia công được chia thành 4 loại như sau:

7.2.1.1. Vùng gia công hở

Là vùng dao không bị hạn chế khi dịch chuyển dọc theo trục của nó hoặc trong

mặt phẳng vuông góc với trục dao ( Hình1-19 ).

Hình 1-19. Vùng gia công hở

7.2.1.2. Vùng gia công nữa hở

Là vùng mà dao bị hạn chế khi dịch chuyển dọc hoặc trong mặt phẳng vuông

góc với trục của nó (Hình1-20a). 7.2.1.3. Vùng gia công kín:

Là vùng gia công mà dao bị hạn chế theo tất cả các phương dịch chuyển của

nó (Hình1.20b).

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Hình 1-20a Hình 1-20b Hình 1-20c

7.2.1.4. Vùng gia công tổ hợp

Là vùng mà dao tạo thành các vùng gia công trên (Hình1-20c)

7.2.2. Lượng dư phay

Có thể xác định theo bảng hoặc bằng phương pháp tính toán.

7.2.3. Sơ đồ các bước khi phay 7.2.3.1. Quĩ đạo của dao

Khi thực hiện nguyên công phay trên các máy CNC người ta có thể áp dụng

các phương pháp chuyển động của dao sau đây: a. Quĩ đạo chuyển động ziczắc của dao − Hiện nay sơ đồ này được sử dụng rộng rãi − Nhược điểm: tính chất phay thay đổi, làm ảnh hưởng đến độ chính xác và

chất lượng bề mặt của chi tiết.

b. Quĩ đạo chuyển động của dao theo dạng lò xo Đặc điểm nổi bậc của phương pháp này là bản chất của quá trình phay không

thay đổi. Do đó, đảm bảo tốt đặc điểm kỹ thuật của chi tiết.

c. Quĩ đạo ăn dao kiểu răng lược: − Bản chất của quá trình phay thay đổi − Sau mỗi lần ăn dao (theo chiều mũi tên đậm) thì dao lùi ra khỏi mặt gia công một đoạn rồi chạy nhanh về phía xuất phát ban đầu để thực hiện các bước tiếp theo. 7.2.3.2. Khoảng cách giữa hai bước kề nhau

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Khoảng cách giữa hai bước kề nhau cần phải được tính toán vì nó xác định

chiều sâu cắt.

(7.4) tmax= D - 2r – h

Trong đó: D: đường kính dao phay(mm)

r: bán kính cong ở mặt đầu dao (mm) h: khoảng giao nhau của hai bước đo 2 dao cùng cắt (mm)

7.2.3.3. Phương pháp ăn dao và chi tiết

Phương pháp đơn giản nhất là ăn dao dọc trục của dao theo lỗ đã khoan sẵn. Trong trường hợp gia công tinh biên dạng chi tiết thì ăn dao thực hiện theo cung tròn tiếp tuyến với biên dạng của chi tiết tại điểm mà ở đó dao bắt đầu chuyển động theo biên dạng.

Phương pháp này có ưu đIểm là lực cắt thay đổi từ từ, giảm được sai số gia

công và thuận lợi cho việc hiệu chỉnh bán kính dao khi lập trình 7.2.4. Chọn chế độ cắt khi phay

Chọn chế độ cắt khi phay trên máy CNC tương tự như trên máy vạn năng,

nghĩa là phải chọn: chiều sâu cắt t, lượng chạy dao răng Sz và tốc độ cắt.

(7.5)

Lượng chạy dao răng Sz được chọn với giá trị Smin từ bốn giá trị sau: Sz = min(Sz1, Sz2, Sz3, Sz4) Trong đó: Sz1: lượng chạy dao xác định theo độ nhám bề mặt phụ thuộc vào

lượng với chiều sâu t và bề rộng phay B. Sz1= C1. D.t .B

(7.6) Sz2: lượng chạy dao phụ thuộc vào biến dạngcho phép của dao Δ

(đường kính do D và chiều dài phần cắt)

S z

D t

4 D 1 )(

(

)

⎛ ⎜ ⎝

1,16 ⎞ ⎟ ⎠

BZ 4l B 2l B

⎡ ⎢ ⎢ ⎣

1,35 ⎤ ⎥ ⎥ ⎦

(7.7)

Sz3: lượng chạy dao phụ thuộc vào độ bền của dao

D t

⎛ ⎜ ⎝

1,16 ⎞ ⎟ ⎠

3 δD 1 2 2 BZ 4K l

⎡ ⎢ ⎢ ⎣

1,35 ⎤ ⎥ ⎥ ⎦

(7.8)

−

0,19

1,16

⋅

− D

Sz4: lượng chạy dao cho phép của công suất động cơ máy

C 4

S Z 4

Nη BZn

⎡ ⎢ ⎣

1,35 ⎤ ⎥ ⎦

(7.9)

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Với C1, C2, C3, C4: hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công và được xác định

theo bảng sau:

Vật liệu gia công C1 C2 C3 C4

410

10−

0,024 Kim loại màu 4, 65. 0,09. 1,2.

410

10−

0,008 Thép 0,70. 0,14. 0,2.

D1: đường kính qui đổi của tiết diện dao phay (mm)

D1 ≅ 1,2 D

(7.10) δ: ứng suất cho phép tại điểm nguy hiểm của lõi dao phay do biến

dạng uốn và xoắn gây ra (pa).

k= 0,6 khi gia công hợp kim màu k= 0,8 khi gia công thép η: hiệu suất của máy (%) Z: số răng tiếp xúc với bề mặt gia công n0: số vòng quay của dao (v/ph)

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Chương 2

CƠ SỞ TỰ ĐỘNG CỦA MÁY CNC

1. Hệ thống đo chuyển vị trên máy công cụ CNC

Khi gia công trên các máy công cụ truyền thống thì chi tiết và dao cụ thực hiện những chuyển động tương đối với nhau. Độ chính xác của chi tiết phụ thuộc vào người thợ. Trong khi gia công trên các máy CNC thì độ chính xác của chi tiết phụ thuộc chủ yếu vào hệ thống đo. Các hệ thống đo không những làm nhiệm vụ đo đại lượng ra mà còn biến đổi thông số đo được thành các tín hiệu điều khiển tương thích phản hồi gởi đến bộ điều khiển số.

Hệ thống đo dùng trong các máy công cụ ĐKS thường sử dụng theo nguyên

tắc quang học và nguyên tắc cảm ứng từ. 1.1. Hệ thống đo theo kiểu quang học 1.1.1. Đo chuyển vị góc

Đo lượng dịch chuyển của bàn máy thông qua số vòng quay của một trục. Khi đó tồn tại thêm một cơ cấu trung gian (bánh răng _ thanh răng) để biến chuyển góc thành chuyển vị dài.

Mô hình đơn giản nhất là lắp đĩa khắc vạch lên trục vítmecủa bàn máy. Khi đó, vítmephải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cao để đạt độ chính góc xác quay theo yêu cầu (Hình 2-1).

1 3 2 4

x 5 6

Hình 2-1 Hệ thống đo chuyển vị góc

2.Bộ khuếch đại 4.Bàn máy 6.Nguồn sáng 8.Bộ đếm 1. Bộ so sánh 3.Hộp tốc độ 5.Đĩa khắc vạch 7.Tế bào quang điện

Đĩa khắc vạch là một đĩa tròn, theo tiêu chuẩn có (16 đến 10000) vạch. Mỗi bước vạch sẽ sản ra 4 cấp xung, ánh sáng nhận được qua tế bào quang điện sẽ được biến thành một điện áp nhất định để gởi đến bộ so sánh.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

(cid:153) Đặc điểm

− Kết cấu đơn giản giá thành rẽ. − Độ chính xác đạt được không cao.

1.1.2. Đo chuyển vị dài

Người ta có thể đo trực tiếp lượng dịch chuyển của bàn máy mà không cần cơ cấu trung gian. Bằng cách sử dụng hệ thống quang học cộng với thước vạch. Thước vạch được chế tạo từ vật liệu thuỷ tinh quang học hoặc kim lại nhẵn bóng.

Lưới chắn được chia thành hai hàng lỗ lệch nhau. Thước được gắn cố định

trên thân máy, lưới di dộng với bàn máy.

Khi bàn máy dịch chuyển tín hiệu ra từ hệ thống đo sẽ cấp các xung nhọn lệch

) pha 900 và qua bộ đếm đếm số xung biểu thị quãng đường dịch chuyển (1xung = (cid:3099) (cid:2872)

và có chiều dài là sớm pha hoặc trễ pha.

Với cách đo này thường dùng được trong các máy công cụ CNC có công suất

lớn. 1.2. Hệ thống đo chuyển vị theo số đo tuyệt đối

Trong hệ thống đo chuyển vị theo số đo tuyệt đối người ta dùng thước mã nhị phân để có thể đọc và hiển thị một cách tự động. Trên thước mã nhị phân có các vạch xen kẻ cho ánh sáng đi qua và không đi qua.

Đối với loại máy này thì sai số có thể xuất hiện tại vị trí chuyển đổi từ miền có ánh sáng lọt qua và miền không có ánh sáng lọt qua. Nếu mép đo của thước và của tấm mép không thẳng hàng hoặc tế bào quang điện có độ nhạy ánh sáng khác nhau. 1.3. Nguyên tắc cảm ứng

Đối với hệ thống đo làm việc theo nguyên tắc cảm ứng thì cũng được sử dụng

rộng rãi trên các máy công cụ ĐKS do nó nhạy với lượng dịch chuyển rất bé. 1.3.1. Chuyển vị góc

Khi roto quay dòng từ thông Φ qua cuộn dây thay đổi làm xuất hiện một hiệu

điện thế Uf tỷ lệ với góc quay. Thông qua Uf ngưòi ta có thể biết được góc quay. 1.3.2. Chuyển vị dài (thước đo cảm ứng tuyến tính)

Về nguyên tắc giống đầu đo Resolver chỉ khác ở đầu đo cảm ứng tuyến tính cấu tạo có thước đo cố định gắn trên thân máy và con trượt di động với bàn máy. Trên thước đo, người ta sắp xếp các dây dẫn bằng mạch in (dập) và đặt các điện áp Uscosϕ và Ussinϕ. Con trượt luôn cách đều 0,1mm so với mạch thước đo.

Khi có sự chuyển động tương đối giữa con trượt và thước đo thì dòng từ thông Φ thay đổi sẽ cảm ứng trên thước đo một hiệu điện thế Uf tỷ lệ với độ dịch chuyển. Thước đo có thể sắp xếp cạnh nhau để đo các chiều dài lớn hơn.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

2. Hệ thống tự động điều chỉnh vị trí

Dữ liệu đưa

vào bằng tay

Cụm chạy dao

Bộ nhớ điểm 0

Giá trị vị trí thực

X của máy

Bàn trượt máy có thước mã

Trị số các

Bộ biến đổi DA

Chu trình điều khiển vị trí

Giá trị vị trí tính toán

tọa độ

Δx

Gắn với

Truyền động

Gắn với chi tiết

thước đo

theo trục X

Hệ thống đo dịch chuyển

Dữ liệu đưa vào chương

trình

Điểm 0 của

Trục Vitme

chi tiết

Điểm 0

của máy

Trên các máy CNC, chuyển động của bàn trượt máy được thực hiện chính xác nhờ HTĐK vị trí. Hệ ĐKS tạo ra trong bộ nội suy các giá trị tính toán của bàn trượt. Những giá trị này được đưa vào chu trình điều khiển vị trí và tại đó các giá trị tính toán được so sánh với giá trị thực tế từ hệ thống đo. Hiệu số giữa giá trị tính toán và giá trị thực sẽ quyết định tốc độ của từng trục máy. 2.1. Điều khiển vị trí bằng thước mã hoặc bộ mã góc

Hình 2-2 Sơ đồ điều khiển vị trí bằng số với các thước mã

Các đại lượng điều khiển (giá trị thực về vị trí X) được đo dưới dạng các đại lượng bằng thông số qua một thước mã và được so sánh giá trị cho trước X (Hình 2-2). Tuỳ thuộc vào sai lệch điều khiển vị trí mà truyền động chạy dao được điều khiển qua vị trí tốc độ tính toán V (dùng điều khiển vòng quay của truyền động).

Những kích thước đã được lập trình X là các kích thước của chi tiết liên hệ với hệ thống toạ độ của chi tiết (điểm 0 của chi tiết). Điểm 0 của chi tiết nói chung không trùng với các đIểm 0 của kích thước đo trong từng trục máy. Vì vậy, cần phải tiếp tục điều chỉnh điểm 0 cho tất cả kích thước lập trình thông qua ĐKS.

Khi bắt đầu gia công trước tiên điểm 0 của chi tiết (W) được xác định dựa trên điểm 0 của thước đo. Thông qua truyền động bằng tay, người ta xác định vị trí chính xác của dụng cụ trên điểm 0 của chi tiết, tức 2 điểm 0 này trùng nhau.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Tại vị trí giá trị X chỉ báo trên thước mã tương ứng với vị trí của điểm 0 trên dụng cụ thước đo, giá trị các toạ độ điểm 0 được truyền vào bộ nhớ điểm 0 và sau đó cộng thêm vào cho từng kích thước đã được lập trình. 2.2. Điều khiển vị trí bằng số với hệ thống đo dịch chuyển bằng gia số

Khi sử dụng hệ thống đo dịch chuyển bằng gia số nhờ một máy đếm mà ta có

giá trị về vị trí X (Hình 2-3).

Bộ nhớ đầu vào Cụm chay dao

Máy đếm giá trị phản hồi X của máy

Bộ biến đổi DA

Chu trình điều khiển vị trí Vx Dữ liệu đưa vào chương trình Chiều dài dịch chuyển kích thước chuỗi Δx

Truyền động

Vítme Hệ thống đo dịch chuyển

Hình 2-3 Điều khiển vị trí bằng số với cảm biến bằng số

Trước khi bắt đầu gia công bàn trượt chạy đến điểm chuẩn như: đến các vấu chuyển mạch hoặc đến một dấu xác định của thước đo, khi đó máy đếm được đặt vào điểm 0. Điểm chuẩn này tương ứng với điểm 0 của thước đo. Khi bàn trượt chạy theo một hướng máy đếm sẽ đếm tăng, khi chạy theo hướng ngược lại máy đếm sẽ đếm giảm. Như vậy, giá trị thực về vị trí luôn gắn trên điểm chuẩn. 2.3. Điều khiển vị trí bằng số nhờ hệ thống đo dịch chuyển tương tự có tính chất chu kỳ

Trên các máy công cụ ta đo được các dịch chuyển và góc quay nhờ các đầu đo xenxin hoặc đầu đo cảm ứng tuyến tính. Điện áp đo được Ux được so sánh liên tục với một điện áp cho trước Us ứng với một vị trí pha. Sự khác nhau giữa góc pha sẽ tạo ra Δα= αs-αx.

Tuỳ thuộc vào bộ so sánh mà đầu đo thông qua động cơ truyền động sẽ được

điều chỉnh sao cho điện áp đo và điện áp cho trước luôn cùng pha, tức Δα= 0.

Trên đây là một chu kì điều khiển vị trí bằng số theo cảm ứng tuyến tính.

Điện áp cho trước Us được so sánh với điện áp Ux luôn luôn lệch pha. Nếu αs > 3600 thì roto hoặc thước đo sẽ chạy quá một chu kì (360 0hoặc 2mm). Trong chu kì điều khiển với đầu đo Resolver mỗi một lệch pha tăng αs của điện áp cho trước Us sẽ làm

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

tăng góc quay αx và trên thước đo cảm ứng tuyến tính dẫn đến chuyển động của bàn trượt trên chiều dài đơn vị đo.

Đầu đo Resolver và đầu đo cảm ứng tuyến tính làm việc trong vòng một chu kì giống như hệ thống đo dịch chuyển hoặc đo góc tương tự. Số chu trình phải giống như số tăng của kích thước đo khắc vạch xác định bằng máy đếm.

Khi ngắt điều khiển trình trạng của máy đếm được đưa vào bộ nhớ. Do vậy, khi sử dụng đầu Reoslver hoặc đầu đo cảm ứng tuyến tính trên máy CNC không cần thiết phải chạy đến điểm chuẩn. 3. Bộ so sánh

Bộ so sánh có nhiệm vụ so sánh tín hiệu đưa ra từ chương trình (tín hiệu biết trước) với các tín hiệu nhận được phản hồi từ các cảm biến. Sai lệch nếu có sẽ là đại lượng điều khiển nguồn dẫn động của hệ thống chấp hành, cho đến khi sai lệch này hoàn toàn triệt tiêu thì hệ thống chấp hành sẽ dừng. Các bộ so sánh như thế thường được phân loại như ở hệ thống đo.

(cid:153) Bộ so sánh được chia thành 2 loại cơ bản sau:

− Bộ so sánh kiểu gia số − Bộ so sánh kiểu tuyệt đối

3.1. Bộ so sánh kiểu gia số

Dựa theo nguyên tắc đo kiểu gia số. Cứ mỗi bước tiến Δ s sẽ phát ra một xung và tổng số xung là quảng đường dịch chuyển thực tế. Số lượng xung này được so sánh với số lượng xung đã chọn trước theo chương trình. 3.2. Bộ so sánh kiểu tuyệt đối

Nguyên tắc làm việc của bộ so sánh này là mỗi một vị trí của bàn máy nhận được một tập hợp các tín hiệu đã được mã hoá. Bộ so sánh phải so sánh các giá trị đưa vào đã mã hoá với giá trị thực đọc được cũng bằng mã code ấy. Đến khi 2 giá trị này trùng nhau thì nó sẽ phát một tín hiệu ngắt mạch. 4. Đo trên máy CNC

Trên máy CNC điều có hệ thống đo đường dịch chuyển chính xác cao cho tất cả các trục điều khiển, nên có thể sử dụng các hệ thống đo này vào việc đo các kích thước thật của chi tiết và dụng cụ. Đồng thời có thể đưa hệ CNC vào xử lí các giá trị đo. 4.1. Đo chi tiết máy trên máy CNC

Một đầu đo có công tắc đóng ngắt được lắp trên máy như một dụng cụ. Để truyền các tín hiệu đo từ đầu mang dao dịch chuyển vào hệ điều khiển có vị trí cố định, người ta dùng các hệ thống truyền tín hiệu đo kiểu cảm ứng.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Để tiến hành đo, các đầu đo được đưa vào các vị trí đo thông qua chương trình

gia công. Những vị trí cần đã được lập trình nằm ngay sau vị trí đo.

Khi tiến hành tiếp cận, đầu đo sẽ chạm vào chi tiết và sinh ra một tín hiệu. Tín hiệu đó được truyền dẫn về hệ CNC và tạo điều kiện ngừng truyền động của trục hoặc tiếp nhận vị trí thực đúng với thời điểm đóng mạch.

Giá trị thực và giá trị đo trên các trục được ghi vào bộ nhớ của hệ điều khiển CNC với sự chú ý đến khoảng cách rê theo trên trục đo. Giá trị này có thể được đánh giá để tự động chỉnh lí vị trí dao. 4.2. Đo dao trên máy CNC

Hệ thống điều khiển CNC cần phải biết rõ vị trí của điểm cắt trên dao P trong phạm vi làm việc của máy và so sánh với vị trí một số điểm đã biết, để có thể có thể tính toán và thực hiện một đường dịch chuyển của dao.

Hiện nay, vẫn còn phổ biến việc tìm ra vị trí của điểm P ở vị trí ngoài của

máy CNC nhờ một dụng cụ điều chỉnh dao.

Để đo trực tiếp vị trí của dao trên máy người ta đã trang bị những đầu đo lắp cố định trên máy ngoài phạm vi làm việc hoặc những đầu đo xoay được, lắp trong vùng làm việc của máy.

Thông qua phát lệnh bằng tay hoặc phát lệnh từ chương trình, các chương trình được đo được gọi ra từ bộ nhớ cứng, làm cho dao tiến đến vị trí đối diện với đầu đo.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Chương 3 CÁC ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT

Máy NC/CNC là những máy công cụ có mức độ tự động hoá cao. Các quá

trình điều khiển trên máy bao gồm:

− Điều khiển khởi động phanh hãm − Điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ − Điều khiển đo lường − Điều khiển chương trình tuỳ động Tất cả được thực hiện hoàn toàn tự động và độc lập với người vận hành máy. Trên máy không có những bộ phận điều khiển bằng cơ khí như: tay quay, tay gạt, các công tắc hành trình,... thay vào đó là các bàn phím, các hệ thống điện tử, màn hình,... . Cạnh đó, các bộ phận máy được thiết kế và chế tạo với độ cứng vững và độ chính xác cao. Các chuyển động chính thường sử dụng động cơ điện một chiều. Do đó, có khả năng duy trì tốc độ ổn đinh cao, đồng thời phản ứng nhanh với sự thay đổi tốc độ và phanh hãm khi đổi chiều quay.

Động cơ dẫn động các bàn trượt của máy là động cơ điện một chiều hay động cơ bước. Việc sử dụng động cơ bước có thể xem là một cuộc cách mạng lớn trong việc chế tạo máy công cụ ĐKS. Sự biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của các bàn trượt nhờ những cơ cấu vít me_ đai ốc bi. Với những loại cơ cấu này, cho phép giảm ma sát đáng kể và khử được khe hở gây ra sai số khi đảo chiều chuyển động .

Việc sử dụng động cơ điện một chiều hay động cơ bước điều chỉnh vô cấp tốc độ trong khoảng rộng và truyền động riêng cho từng trục cho phép giảm đáng kể số khâu truyền động của máy và nâng cao độ chính xác của máy. Ngoài ra, để xác đinh khoảng dịch chuyển của bàn máy và góc quay của các bàn quay được thực hiện bỡi các cảm biến đo gia số hay các thước mã đo dịch chuyển và bằng các bộ mã góc hay là các xenxin với độ chính xác rất cao.

Các máy CNC hiện đại có khả năng định vị theo chiều trục với sai số không vượt quá (±0,008 đến ±0.015)mm. Bộ phận gá dao của máy có thể gá được với số lượng dao rất lớn. Cho phép thực hiện nhiều nguyên công trong một lần gá chi tiết. Nhờ vậy, giảm đáng kể thời gian phụ.

Với các HTĐKS và những thay đổi đáng kể về kết cấu máy, các máy ĐKS có

nhiều tính năng ưu việc hơn hẳn các máy công cụ truyền thống:

− Cung cấp khả năng tự động hoá trong khu vực sản xuất đơn chiếc và loạt

nhỏ.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

− Khả năng thay đổi mặc hàng nhanh kể cả các chi tiết có hình dáng phức tạp.

Thời gian chuẩn bị cũng như thời gian phân tích thiết kế giảm đáng kể.

− Chất lượng sản phẩm được cải thiện bằng cách lưu trữ và cập nhật thông tin

liên tục.

− Độ chính xác cao − Giá thành sản phẩm rẻ Tuy nhiên, giá thành của máy CNC rất đắt so với các máy công cụ truyền thống. Bỡi vậy, người tổ chức sản xuất, cũng như người lập trình cần nắm vững những đặc trưng của máy để phát huy hết khả năng gia công của nó. Đặc biệt là khả năng gia công các bề mặt định hình phức tạp, các chi tiết đòi hỏi độ chính xác cao; cũng như tổ chức lập trình và chuẩn bị gia công tốt để giảm tối thiểu thời gian dừng máy nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất.

Tóm lại, việc sử dụng máy CNC không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế_kỹ thuật mà còn có ý nghĩa về mặt xã hội . Trước hết, nó tạo điều kiện để phát triển một lực lượng lao động có trình độ cao. Các kỹ sư , kỹ thuật viên lập trình, thợ điều khiển máy không ngừng được nâng cao trình độ chuyên môn để đáp ứng nhu cầu của sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Hơn nữa, việc sử dụng máy CNC vào sản xuất tạo điều kiện để tăng thu nhập kinh tế cho các cán bộ trong lĩnh vực này, đồng thời đó cũng là yếu tố quan trọng để tăng GDP của đất nước.

T Thiết kế ch hế tạo mô h hình máy p phay CNC đ điều khiển hai trục

Phần 2 T P

THIẾT K

KẾ PHẦ

ẦN TRUY

YỀN ĐỘ

ỘNG CỦ

ỦA MÁY

Y PHAY

1 THÔN

À SƠ LƯ

ƯỢC

Chương 1 C

NG SỐ K MÁY C

KỸ THU CHUẨN

UẬT CH N PC MI

HÍNH VÀ LL-155

MILL- 15 55

1. 1. chính của (Working ố kỹ thuật làm việc ( a máy PC area)

oảng cách d dịch chuyể ển theo phư ương X: 30 00 mm

oảng cách d dịch chuyể ển theo phư ương Y: 20 00 mm

0 mm oảng cách d dịch chuyể ển theo phư ương Z: 30

1. máy (Milli ng table)

h thước: (5 520 x 180) mm

trọng: 2 20 kg

. Thông số .1. Vùng − Kho − Kho − Kho .2. Bàn m − Kíc − Tải Hìn nh 1-1 Má áy phay điề ều khiển số PC MILL L-155

ốc độ (Mi illing spind dle drive) 1.

ng suất độn ng cơ: 2,5 KW W

tốc độ trục c chính: 150 - 5 5000 v/ph

xoắn cực đ hạy dao ( đại: (Feed driv m 24 Nm e) 1.

ng cơ: 0,2 KW W

c cắt: N 2500 N

ợng chạy d ao lớn nhấ ất theo các phương X, , Y, Z: (0- - 4) m/ph .3. Hộp tố − Côn − Dãi − Mô .4. Hộp c − Độn − Lực − Lượ

42 2

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

− Lượng chạy dao nhanh theo các phương X, Y, Z: 7,5 m/ph

1.5. Hệ thống dao cụ (Tool System)

− Số dao: 10 − Đường kính lớn nhất của dao Φ70 mm − Chiều dài lớn nhất của dao 200 mm − Khối lượng lớn nhất của dao 0,8 kg − Lực vòng 1100 N

Hình 1-2 Hệ thống dao cụ trêm máy phay điều khiển số PC MILL-155

2. Sơ lược máy chuẩn

Máy chuẩn có những đặc điểm chính sau đây: − Ba trục trong hộp chạy dao điều khiển độc lập và tương quan với nhau − Động cơ truyền động cho mỗi trục là động cơ bước điều khiển vô cấp − Truyền động từ động cơ điện đến trục chính qua hộp giảm tốc − Tang dao có 10 dao − Bàn kẹp, tháo phôi bằng khí nén − Thay dao tự động bằng khí nén − Máy có bảng điều khiển giao diện trực tiếp giữa người và máy − Lập trình bằng tay (nhờ bảng điều khiển trên máy) − Lập trình trên máy (nhờ sự trợ giúp của máy tính).

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Chương 2

THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CỦA MÁY

Thiết kế động học máy bao gồm việc lựa chọn phương án truyền động và hệ

thống truyền động của máy. 1. Vận tốc cắt và lượng chạy dao giới hạn

Để đảm bảo máy làm việc với năng suất cao nhất đồng thời cũng đảm bảo chất lượng của chi tiết gia công, máy thiết kế cần phải có khả năng để lựa chọn vận tốc cắt và lượng chạy dao thích hợp nhất.

Chuyển động chạy dao là chuyển động tương đối của dụng cụ và chi tiết gia công đựơc thêm vào và tạo điều kiện đưa vùng gia công lan rộng ra toàn bề mặt gia công. Chuyển động chạy dao có thể liên tục hoặc gián đoạn.

Tốc độ cắt là quãng đường mà một điểm trên lưỡi cắt chính ở cách trục xa

nhất đi được trong một phút.

Sau một vòng quay của dao phay, điểm của lưỡi cắt nằm trên đường tròn của dao có đường kính d sẽ đi được một quãng đường mà chiều dài là chu vi của đường tròn đó, tức là πd.

Để xác định quãng đường mà điểm đó đi được trong một phút, cần phải nhân quãng đường đi được sau một vòng với số vòng quay cuả dao trong một phút, tức: πdn. Lúc đó, tốc độ cắt được xác định theo công thức sau:

πdn 1000

⋅ 1000 V vg ph

πd

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

(1.1)

Trong đó:

min

− V: Vận tốc (m/ph) − d: Dường kính của dao (mm) − n: Số vòng quay trục chính (v/ph)

min

max

(1.2) Đối với chi tiết gia công có cùng chu vi, nhưng cơ lý tính của nó khác nhau, thì cần phải gia công với vận tốc khác nhau. Trong trường hợp gia công chi tiết cần có đường kính dao khác nhau, nhưng vận tốc như nhau thì số vòng quay phải được điều chỉnh từ nmin - nmax tức là dùng vận tốc Vmin để gia công chi tiết có đường kính dao dmax thì số vòng quay cần thiết là: 1000V πd

Khi dùng vận tốc Vmax để gia công chi tiết có đường kính dao dmin thì số vòng

quay cần thiết là:

max

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

max

1000V πd

min

(1.3)

max

⋅

Phạm vi có thể thay đổi vận tốc cắt trong 2 giới hạn trên gọi là phạm vi điều chỉnh. Phạm vi điều chỉnh số vòng quay kí hiệu là Rn và được xác định theo công thức sau:

⋅ R R V

V V

n n

d d

min

(1.4)

Trong đó:

∶ phạm vi điều chỉnh tốc độ R(cid:2906) =

∶ phạm vi điều chỉnh kích thước R(cid:2914) = V(cid:2923)(cid:2911)(cid:2934) V(cid:2923)(cid:2919)(cid:2924) d(cid:2923)(cid:2911)(cid:2934) d(cid:2923)(cid:2919)(cid:2924)

Từ đó, nhận thấy rằng Rn phụ thuộc vào giới hạn vận tốc và đường kính của

chi tiết gia công.

Trong các máy công cụ truyền thống khi gia công một chi tiết với các điều kiện công nghệ và các yêu cầu kỹ thuật gia công. Ta xác định được vận tốc cắt hợp lý là V0 và số vòng là n0. Do máy truyền động phân cấp nên số vòng quay ở đầu ra cuả trục chính rất ít khi trùng với số vòng quay n0 yêu cầu mà chỉ nằm ở một vị trí nào đó trong khoảng n(cid:2895) ≤ n(cid:2868) ≤ n(cid:2921)(cid:2878)(cid:2869). Khi đó, tương ứng với vận tốc cắt V(cid:2895) ≤ V(cid:2868) ≤ V(cid:2921)(cid:2878)(cid:2869). Do đó, dao chóng mòn và tạo nên những tổn thất về vận tốc.

Tuy nhiên, đối với các máy CNC thì việc điều chỉnh số vòng quay ở đầu ra của trục chính n0 là có thể thực hiện được. Do đó, ứng với bất kì đường kính nào của chi tiết máy cũng có thể có khả năng đáp ứng được số vòng quay mong muốn (sai lệch cho phép ≤ 5%). Từ đó, tuổi bền dao và hiệu suất gia công của máy sẽ được nâng cao.

Khi phay trên các máy CNC thì lượng chạy dao ở máy độc lập với tốc độ trục chính và được thực hiện bằng động cơ điều khiển vô cấp (động cơ bước) và được xác định bằng công thức:

(1.5)

S = nd i. t (mm/ph) Ở đây: nd: số vòng quay của động cơ chạy dao (vg/ph) i: tỷ số truyền từ động cơ đến cơ cấu chấp hành. t: lượng di động của cơ cấu chấp hành khi trục cuối cùng của trục

chạy dao quay 1 vòng (mm/vg).

Lượng chạy dao nhỏ nhất Smin tương ứng với tỷ số truyền thay đổi imin lượng chạy dao Smax tương ứng với tỷ số truyền imax trên cơ sở đó ta có thể xác định phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao RS.

max

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

S S

min

(1.6)

Đối với máy công cụ truyền thống thì phạm vi điều chỉnh Rs có giới hạn (vì số vòng quay của hộp xe dao chuyển động phân cấp và có giới hạn). Nhưng đối với máy CNC thì có khả năng thực hiện được (tồn tại sai số ≤ 5%) nhờ dùng động cơ chạy dao điều khiển được vô cấp tốc độ (động cơ bước).

Tóm lại, máy CNC thì phạm vi điều chỉnh Rn và Rs khá lớn. Điềìu đó cho phép đáp ứng được các thông số công nghệ một cách cao nhất và góp phần vào giải quyết được vấn đề tối ưu trong chế độ cắt. 2. Thiết kế đường truyền tốc độ

Hầu hết trong các máy CNC hiện đại đều không có hộp tốc độ, trục chính của máy được nối trực tiếp hoặc qua một bộ truyền cơ khí với động cơ. Động cơ để tạo ra chuyển động trục chính thường là động cơ không đồng bộ ba pha điều khiển vô cấp tốc độ.Theo máy chuẩn PC Mill 155, thì động cơ được nối với trục chính qua bộ truyền đai. 2.1. Chọn động cơ và bộ biến tầng

Động cơ của máy chuẩn có hai loại là : Động cơ không đồng bộ ba pha (Asynchronous AC motor) có công suất 4 KW ứng với dải tốc độ trục chính (150 – 10000) vg/ph; động cơ cùng loại nhưng có công suất 2,5 KW ứng với dãi tốc độ (150 – 5000) vòng phút. Căn cứ vào máy chuẩn, ta chọn động cơ A02(A0π2)32-4 ( 322/ TKCTM)

Động cơ này có các thông số sau: − Công suất định mức của động cơ 2,5 KW − Tốc độ đồng bộ 1500 vg/ph − Tốc độ không đồng bộ 1430 vg/ph − Số cặp cực 2 − Hệ số trượt s = 0,0467 Để số vòng quay ở đầu ra của trục chính là vô cấp từ (150 ÷ 5000) v/ph.

Chúng ta dùng bộ biến tần gián tiếp để thay đổi tần số f

max

− qZ 1

ϕ =

Chọn tần số điều chỉnh f = 50 Hz Khi đó, ta có bước nhảy của tần số là:

1, 07

n n

5000 150

min

ϕ =

(1.7)

1, 06

Chọn theo tiêu chuẩn

Xác định phạm vi điều chỉnh tần số.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

−

)

Số vòng quay của máy xác định theo công thức:

vg ph

⎛ ⎜ ⎝

( 60f 1 s P (

⎞ ⎟ ⎠ )

28,6f

(1.8)

− 60f 1 0,0467 2

Suy ra:

n 28,6

Vậy:

(

)

≈ 5, 24 5 Hz

min

n min 28,6

150 28,6

Với số vòng quay ở đầu ra của trục chính nTC = (150 ÷ 5000) v/ph thì ta có: − Tầng số dòng điện điều chỉnh nhỏ nhất là:

(

)

≈ 174,83 175 Hz

m ax

n m ax 28,6

5000 28,6

− Tầng số dòng điện điều chỉnh lớn nhất là:

f max f

175 5

min

Vậy, phạm vi điều chỉnh tần số:

35≥

Ta chọn bộ biến tầng có phạm vi điều chỉnh f

2.2. Thiết kế động học bộ truyền đai

Bộ truyền đai trong trường hợp này chỉ có mục đích là truyền chuyển động từ trục động cơ sang trục chính mà không tăng hoặc giảm tốc ( iđ = 1). Ngoài ra, nó còn có tác dụng bảo vệ máy khi xãy ra hiện tượng quá tải. 3. Thiết kế đường truyền chạy dao 3.1. Vài nét về truyền động bước

Động cơ bước làm việc theo nguyên tắc khi có một xung điện vào sẽ làm động cơ quay một góc xác định. Số lượng xung tỷ lệ thuận với độ dịch chuyển, và thường được chọn sao cho sao cho một góc bước động cơ ứng với một đoạn dịch chuyển nhỏ nhất bằng 1 đơn vị lập trình = 0,01 mm. Như vậy, giá trị dịch chuyển cho trước được đưa vào dạng số lượng xung và động cơ sẽ thực hiện số vòng quay tương ứng. Không dùng đến hệ thống đo chuyển vị, không có hệ so sánh nên làm đơn giản các trang bị điều khiển điện kèm theo. Tuy nhiên, động cơ bước chỉ truyền được công suất nhỏ, thường phải kèm theo các bộ khuếch đại lực.

Chiều quay của động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy trong các cuộn dây phần ứng, mà phụ thuộc vào thứ tự cuộn dây phần ứng được cấp xung điều khiển.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

3.2. Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của đường truyền chạy dao 3.2.1. Đặc điểm

− Đường truyền chạy dao dùng để thực hiện các chuyển động chạy dao theo

các phương, đảm bảo quá trình cắt được thực hiện liên tục.

− Tốc dộ chạy dao thường nhỏ hơn rất nhiều so với tốc độ trục chính. Do đó

công suất của đường truyền chạy dao cũng nhỏ hơn công suất của trục chính.

− Tuy nhiên, độ chính xác của chuyển động chạy dao cao hơn nhiều so với

chuyển động của trục chính.

− Đảm bảo tốc độ chạy dao nhanh V = 7,5 m/ph. − Cả ba đường truyền chạy dao đều giống nhau nên ta chỉ tính toán, thiết kế

một lần. 3.2.2. Yêu cầu kỹ thuật

Hệ truyền động chạy dao của máy công cụ CNC phải đảm bảo các yêu cầu kỹ

thuật sau:

− Có tính động học cao: nếu đại lượng dẫn biến đổi, thì bàn máy phải theo

kịp sự thay đổi đó trong khoảng thời gian ngắn nhất.

− Có độ vững chắc về số vòng quay: Khi lực cắt thay đổi cần hạn chế tới mức thấp nhất ảnh hưởng của nó đến tốc độ chạy dao, tốt nhất là không ảnh hưởng gì cả. Ngay cả khi dao chạy với tốc độ nhỏ cũng đòi hỏi một tốc độ ổn định.

− Phạm vi điều chỉnh số vòng quay lớn. − Sai số dịch chuyển phải nhỏ ≤ 1,5 μm. Để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đó, ngày nay người ta dùng động cơ điện vô cấp

tốc độ để thực hiện việc truyền động chạy dao. 3.3. Tính toán thiết kế đường truyền động chạy dao (Sử dụng động cơ bước)

μ 1,5 m

* Dữ liệu ban đầu: − Góc bước động cơ: δ = 1,50 ]s − Khoảng sai lệch: [ Δ = − Tốc độ chạy dao nhanh Vnh = 7,5 m/ph = 125 mm/s. − Lực kéo Q = 2500 N. − Phạm vi điều chỉnh tốc độ chạy dao dọc, ngang, đứng khi gia công. Từ 0 ÷ 4 [m/ph] = 0 ÷67 [mm/s].

* Yêu cầu: − Thiết kế đường truyền chạy dao. Để đảm bảo độ chính xác dịch chuyển [ΔS] thì

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

(1.15)

ΔS = δdc.i.kv ≤ [ΔS]

Từ đó, ta có độ chính xác động học:

≤

)

i.k

( 0,36 mm

Δ s δ dc

0,0015 1,5 360

Chọn:

≈ ⋅

Suy ra:

0,12

i.kv = 0,36; kv = 3mm 1 1 3 3

Trong đó: kV – bước vít me i – tỷ số truyền Mặt khác để đảm bảo tốc độ chạy dao thì:

≥

(1.16)

i.k

v s max δ f .

≥

≈

)

Suy ra:

( 83 KHz

V nh .i.k

125.360 1,5.0,36

f = 84 KHz

Chọn: Số vòng quay của động cơ thực hiện chế độ dao nhanh: δ

⋅

(1.17)

dcn

360

⋅

(

)

84000 350 vg / s

1,5 360

Bàn máy

kv =3mm

ĐC

Hình 2-1 Đường truyền chạy dao

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

3.4. Tính chọn công suất động cơ chạy dao ( Động cơ bước)

Công suất của động cơ được xác định theo chế độ cắt cực đại của máy theo

công thức

(1.18)

Q.V S 4 612.10 .9,81.

Q = 2500 (N) – Lực chạy dao cực đại Vs = 4 (m/ph) – Tốc độ cắt cực đại

Theo máy chuẩn, ta có: Hiệu suất của đường truyền chạy dao được xác định theo công thức:

(1.19)

3 ol

2 η = η ⋅ η ⋅ η br

Trong đó:

ηbr = 0,97 – Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ ηol = 0,99 – Hiệu suất truyền của một cặp ổ lăn ηvm = 0,94 – Hiệu suất truyền của bộ truyền vitme - đai ốc bi

Thay vào (1.19), ta có:

η =

⋅

0,97

3 ⋅ 0,99 0,94

0,86

Thay số liệu vào (1.18), ta có:

⋅

)

( 1,9 Kw

3 ⋅ 2500 4 10 ⋅ ⋅ 612 10 9,81.0,86

N = 2 Kw δ = 1,50

Từ đó, ta chọn công suất động cơ chạy dao là : N = 2 KW Tóm lại, ta chọn ba động cơ của ba trục là như nhau với các thông số sau: Công suất định mức động cơ bước là Góc bước của động cơ bước là:

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Chương 3 THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC TOÀN MÁY

Thiết kế động lực học của máy bao gồm việc xác định lực, lựa chọn vật liệu,

xác định kết cấu, kích thước của các chi tiết và bộ phận máy. 1. Xác định chế độ làm việc giới hạn

Chế độ làm việc giới hạn của máy bao gồm chế độ cắt gọt, chế độ bôi trơn làm lạnh, an toàn...vv. Một máy mới đã thiết kế chế độ xong phải quy định rõ ràng về chế độ làm việc của máy trước khi đưa vào sản xuất. Hiện nay, có nhiều phương pháp xác định chế độ cắt giới hạn khác nhau.

− Chế độ cắt gọt cực đại − Chế độ cắt gọt tính toán − Chế độ cắt gọt để thử máy

1.2. Chế độ cắt cực đại:

Với chế độ cắt cực đại, toàn bộ chi tiết máy được thiết kế với tải trọng lớn nhất, dẫn đến kích thước lớn nhất, trọng lượng tăng lên. Khi sử dụng, do phải đảm bảo độ bóng, độ chính xác gia công, trình độ tay nghề của công nhân đứng máy,... nên ít khi người công nhân cho máy làm việc hết công suất thiết kế. Do đó, chế độ cắt này thường dùng để tham khảo. Chế độ cắt thích hợp hơn là chế độ cắt tính toán dựa vào qui trình công nghệ hợp lí, gia công với năng suất cao theo các công thức ở nguyên lí cắt.

Tính theo nguyên lí cắt ta có:

(3.1)

m x y

C .D V T .t .s .B .Z

Trong đó:

Cv,m, x, y, u, q, p – Hệ số và các số mũ được xác định ở bảng

5.31/st.CNCTMII

T – chu kì bền của dao, bảng 5.40/st.CNCTM_II. KV – hệ số điều chỉnh, xác định theo công thức:

K .K .K

(3.2)

MV NV UV

Trong đó: KMV – hệ số phụ thuộc vào chất lượng của vật liệu gia công, bảng (5.1 ÷ 5.4)

/st.CNCTM_II.

KNV – hệ số phụ thuộc vào trạng thái của phôi, bảng 5.5/st.CNCTM–II. KUV – hệ số phụ thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt, bảng 5.6/stCNCTM –II.

1.2.1. Xác định tốc độ cắt

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Khi phay cần phân biệt lượng chạy dao răng

ZS , lượng chạy dao vòng S và

lượng chạy dao phút, tất cả được biểu diễn theo mối quan hệ sau:

S.n S .Z.n

(3.3)

Trong đó:

n– số vòng quay của dao (v/ph). Z– số răng của dao phay.

Lượng chạy dao xác định ở bảng (5.33 ÷ 5.38)/st.CNCTM–II.

1.2.2. Lượng chạy dao

− Chiều sâu phay t và chiều rộng phay B được hiểu là lượng kim loại của phôi được bóc đi khi phay. Trong tất cả các dạng phay trừ dao phay mặt đầu, chiều sâu cắt được xác định bằng khoảng cách tiếp xúc của răng dao và phôi được đo theo hướng vuông góc với đường tâm dao phay.

− Chiều rộng phay B được xác định bằng chiều dài cắt của răng dao khi cắt,

1.2.3. Chiều sâu phay t (mm) và chiều rộng phay B (mm)

đo theo hướng răng dao song song với trục dao. 2. Xác định lực tác dụng khi gia công 2.1. Lực cắt

Lực cắt là lực sinh ra trong quá trình cắt tác dụng lên dao.

2.2. Thành phần của lực cắt

Lực tác dụng lên dao và phôi khi gia công, khi gia công chủ yếu là lực cắt và lực chạy dao. Độ lớn và hướng của lực có ảnh hưởng quyết định đối với kết cấu của máy thiết kế. Tùy thuộc vào quá trình tạo phoi, lực cắt P hình thành với các phần lực hướng trục Px, hướng kính Py và tiếp tuyến Pz.

PzPz

Hình 3.1 Lực cắt khi phay

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

− Lực Pz – Xác định tải trọng động của cơ cấu hộp tốc độ và tạo nên công

suất cắt, là thành phần lực cắt theo phương chiều sâu cắt t (mm)

− Lực Pv – Là lực ép dao vào chi tiết gia công là thành phần lực cắt, theo

ur phương vận tốc V

− Lực Px, Py – Xác định tải trọng động của cơ cấu chạy dao là thành phần lực

(3.4)

) )

( (

) )

r cắt theo phương chạy daoS 2.3. Các phương pháp xác định thành phần lực 2.3.1. Phương pháp tính toán lực cắt theo lí thuyết đàn hồi ( k a 0, 4.c b N ( + k 0,4.c a b N

(3.5)

Trong đó:

- Lực pháp tuyến trên lưỡi cắt.

P N

2 P x

2 P y

a, b - Chiều sâu và chiều rộng lớp cắt (mm). c - Chiều rộng tiếp xúc ở mặt sau của dao cắt (bảng II.4/tk. MCKL)

k - Hệ số phụ thuộc vào vật liệu

(N / mm ) , bảng II.5/tk.MCKL.

Các công thức ở trên chỉ là những công thức gần đúng. Nó có thể được áp dụng trong việc tính toán, thiết kế máy công cụ truyền thống. Tuy nhiên, đối với máy ĐKS có yêu cầu cao về độ chính xác, các chi tiết đảm bảo độ cứng vững, có khả năng khai thác triệt để chế độ cắt tối ưu cũng như công suất thiết kế máy,... . Do vậy, phương pháp này chưa được hợp lí mà phải tính toán theo nguyên lí cắt. 2.3.2. Phương pháp nguyên lí cắt

Giả sử sử dụng dao phay mặt đầu bằng thép gió P18, có: − Đường kính dao: D 63mm − Cắt vật liệu thép 45 có: σ = 600[ N/mm ] b − Chiều rộng của phôi B = 45 mm (Chú ý: Đối với dao phay mặt đầu D =

(1,25 ÷ 1,5)B)

0,06

− Khối lượng của bàn máy: G = 20 kg Dựa vào D và loại vật liệu dao, tra bảng 4.92/st.CNCTM-I. Ta có: − Chiều dài phần làm việc của dao L = 40mm. − Đường kính trục d = 27mm. − Số răng dao Z = 14 răng Dựa vào các thông số đã chọn , tra bảng 5.34/st.CNCTM-II, ta có: ZS

(mm/răng)

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Tra bảng 5.35/st.CNCTM-II, ta có: t = 3mm. a. Tốc độ cắt

]

[ K m / ph

(3.6)

⋅

⋅ C D V y u ⋅ ⋅ s B Z

m x ⋅ t

Trong đó:

T(ph)

245

0,1

0,2

0,15

0,25

0,1

180

0,2

Bảng 5.40/st.CNCTM-II, bảng 5.39/st.CNCTM-II

K .K .K

Ta có:

MV NV UV

Với:

(154/STGCC) (3.7)

C . M

1;n

0,9;

600MPa

Trong đó:

( bảng 2-10/ STGCC)

⎛ ⎞ 75 ⎟σ⎝ ⎜ ⎠ b σ = b

0,9

1, 23

Suy ra:

750 600

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

Ta lại có

KNV = 1 bảng 5.5/st.CNCTM-II. KUV = 0,3 bảng 5.6/st.CNCTM-II. ⋅

⋅

1,23 1 0,3 0,37

Suy ra:

Thay tất cả vào công thức (3.6), ta có:

0,25

⋅

≈

(

)

61,68 62 m / ph

0,2

0,37 0,15

0,1

⋅

180

⋅ 245 63 0,1 3 0,06

⋅

(3.8)

P Z

y Z w

x ⋅ 10 C t S B Z q ⋅ D n

Trong đó:

KMP

82,5

0,15

0,8

1,1

(Bảng 5.5/st.CNCTM-II)

Khi đó:

0,15

0,8

1,1

⋅

10 82,5 3

(

)

1 990,67 N

P Z

⋅ 0,06 1,1 0 ⋅

(

⋅ 0, 25 990,67

247,67 N

b. Lực cắt, Pz (N)

P h

0, 25 P Z

c. Các lực thành phần khác khi phay (bảng 5.42/st.CNCTM-II) ) ⋅ − Lực chạy dao ngang:

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

⋅

− Lực chạy dao thẳng đứng:

P V

0,95 P Z

) 0,95 990,67 941,14 N )

( (

− Lực chạy dao hướng kính:

P Y

0,35.P Z

⋅

= 0,35.990,67 346,73 N (

)

− Lực chạy dao hướng trục:

0,52 990, 67

515,15 N

0, 52 P Z

+ μ

(

)

(3.9)

= Q k.P x

P Z

+ 2P G Y

Trong đó:

+ ⋅

⋅

)

k = 1,4 - Hệ số tăng lực ma sát (bảng II.6/tk.MCKL) μ = 0,2 - Hệ số ma sát thu gọn trên sống trượt (bảng II.6/tk.MCKL) ( Q 1, 4 515,15 0, 2 990,67 2 346,73 20

( 1062 N

Suyra:

d. Lực chạy dao Được xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

(163/STGCC) (3.10)

⋅ P V Z 4 ⋅ ⋅ 612 10

9,81

⋅

(

) 1, 02 Kw 2,5Kw

⋅

3 ⋅ 990, 67 62 10 4 612 10 9,81

e. Xác định công suất cắt Trên cơ sở PZ và V đã xác định từ trước. Ta có, công suất cắt NC là:

Thiết kế động lực học đường truyền tốc độ trục chính trong trường hợp này là ta đi tính toán thiết kế bộ tryền đai. Bộ truyền đai trong trường hợp này chỉ có mục đích là truyền chuyển động từ trục động cơ sang trục chính mà không tăng hoặc giảm tốc ( iđ = 1). Ngoài ra nó còn có tác dụng bảo vệ máy khi xãy ra hiện tượng quá tải

3. Thiết kế động lực học đường truyền tốc độ trục chính

3.1. Chọn loại đai

Như đã nói ở trên, bộ truyền đai thiết kế có iđ = 1 nên ta chọn bộ truyền đai dẹt

và chọn loại dai da. Ưu nhược điểm của loại đai này:

Hình 3 -2 Bộ truyền đai

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

− Ưu điểm:

+ Độ bền mòn cao + Chịu va đập tốt

− Nhược điểm: + Giá đắt + Không dùng được ở những chỗ ẩm ướt hoăc có axit

3.2. Xác định đường kính bánh đai

(

)

(

)

Ta có:

(84/TKCTM) (3.11)

D 1100 1300

N n

Trong đó: N = 3Kw;n = ntb = 2575 vg/ph

(

)

Suy ra:

D 1100

≈ 115,75 116 mm

3 2575

3.3. Khoảng cách trục A và chiều dài đai

Khoảng cách trục A của bộ truyền thỏa mãn công thức sau: +

≥

(

)

(3.12)

) 2 =

)

4D 86 / TKCTM ( 464 mm

( A 2 D D 1 ⇒ ≥ ⋅ A 4 116

3.4. Xác định tiết diện đai

Để hạn chế ứng suất uốn và tăng ứng suất có ích cho phép của đai, chiều dài

sao cho:

đai δ được chọn theo tỉ số

D δ

≤

(

)

86 / TKCTM

(3.13)

δ⎡ ⎢ D ⎣

⎤ ⎥ ⎦

max δ

δ ≤

⋅

Suy ra:

116

⎡ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎣

(Theo bảng (5-2)/86/ TKCT)

Ta chọn:

1 35

δ⎡ ⎢ D ⎣

⎤ ⎥ ⎦

max

δ ≤

⋅

Suy ra:

116

3, 31

1 35

δ = 3mm b = 25 mm

( Theo bảng (5-3)/87/TKCTM)

Ta chọn: Chiều rộng đai: Loại dai da ta chọn là loại đai trơn. 3.5. Xác định chiều rộng B của bánh đai

(3.14)

Chiều rộng B của bánh đai được xác định theo công thức:

B = 1,1b + (10 ÷ 15 ) mm B = 1,1.25 +12 = 39,5 mm

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

3.6. Tính lực căng và lực tác dụng lên trục

Lực tác dụng lên bộ truyền đai gồm: lực căng và lực tác dụng lên trục. Chúng

được xác định theo công thức sau:

(91/TKCTM) (3.15)

S0 = σ0δb S0 = 1,8.3.25 = 135 (N)

− Lực căng S0 − Lực tác dụng lên trục

(91/TKCTM) (3.16)

R 3S sin

= ⋅

)

R 3 135sin

( 405 N

180 2

Xét trường hợp máy đang làm việc ở chế độ cực đại với tốc độ chạy dao cực

đại là V = 4 m/ph. Lúc đó ta có tốc độ trục vítme là:

]

[ 1333,33 Vg / ph

V max k

4000 3

Trục ĐC

Trục I

Trục II

Tỉ số truyền

1/3

Tốc độ (vg/ph)

12000

4000

1333,33

Công suất (Kw)

1,9

1,8

1,7

4. Thiết kế động lực học đường truyền chạy dao

4.1. Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ-răng thẳng cấp nhanh 4.1.1. Chọn vật liệu:

Bánh nhỏ: Thép 45 có cơ tính:

σb [N/mm2]

σch [N/mm2]

600

300

200

df [mm] ≤ 100

Bánh lớn: Thép 35 có cơ tính:

σb [N/mm2]

σch [N/mm2]

500

260

170

df [mm] ≤100

4.1.2. Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất mõi uốn cho phép

(TKCTM) (3.17)

Ntđ2 = 60.u.n.T > N0

a. Ứng suất tiếp xúc cho phép. Số chu kỳ tương đương của bánh lớn được xác định theo công thức

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Trong đó:

u = 1 – Số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng n = 4000 vg/ph – Tốc độ quay của bánh lớn T = 18000 h, ( Bộ truyền làm việc 5 năm, mỗi năm 300 ngày mỗi ngay

làm việc 12 h)

No = 107

Ntđ2 = 60.1.4000.18000 = 4,32.109 >107

Ntđ1 = Ntd2 /i =1,3.1010 >107

Thay các giá trị vào (3.17), ta có: Số chu kỳ tương đương của bánh nhỏ: Ta thấy Ntd1 > Ntd2 > 107 nên chọn K’N = 1 − Ứng suất tiếp xúc bánh lớn:

[

]

= 2, 6.HB 2, 6.170

( 442 N / mm

tx 2

− Ứng suất tiếp xúc bánh nhỏ:

[

= 2, 6.HB 2, 6.200

( 520 N / mm

] tx1

Để tính sức bền ta dùng trị số ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn. b. Ứng suất uốn cho phép Ta có: Ntđ > 107 nên ta chọn K”N = 1 − Giới hạn mõi uốn cho phép của thép 45

0, 43.

0, 43.600

( 258 N / mm

−σ = 1

σ = b

− Giới hạn mõi uốn cho phép của thép 35:

0, 43.

0, 43.500

( 215 N / mm

−σ = 1

σ = b

1,8

− Chọn hệ số an toàn n = 1,5 − Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng, k

σ =

Vì răng làm việc 2 mặt chụi ứng suất thay đổi đổi chiều nên áp dụng công

thức:

'' N

[

(44/TKCTM) (3.18)

] σ = u

σ ⋅ k − 1 ⋅ n k

[

)2

( 95,6 N / mm

Bánh nhỏ:

] u1

258 ⋅ 1,5 1,8

[

)2

( 81,6 N / mm

Bánh lớn

] u2

215 ⋅ 2,5 1,8

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

(44/TKCTM)

0,3

ψ = A

b A

4.1.3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng k = 1,5 4.1.4. Chọn hệ số chiều rộng của bánh răng : Bộ truyền chịu tải trung bình nên ta chọn

⋅

( ≥ +

) i 1

)

(45/TKCTM) (3.19)

⋅ 1,05 10 ( [ ] ⋅ σ i

⋅ k N sb ψ ⋅ n A

Trong đó:

[ = σ

]

( 442 N / mm

tx1

i = 3 ] [ tx

ksb = 1,5 ψA = 0,3 N = 1,8

≥

⋅

(

)

Thay số:

) + 3 1

( 46, 27 mm

⋅

⋅ 1,05 10 442 3

⋅ 1,5 1,8 ⋅ 0,3 4000

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

26 ⎞ ⎟ ⎟ ⎠

Chọn

48=

sbA

4.1.5. Xác định khoảng cách trục sơ bộ Asb

π ⋅

⋅

)

( 15,07 m / s

⋅

⋅ (

⋅ 2 A n 1 ⋅ + ⋅ 60 1000 (i 1)

2 3,14 48 12000 ) ⋅ 60 1000 3 1

Tra bảng 3-11/TK.CTM, ta có CCX = 6

4.1.6. Tính vận tốc vòng và cấp chính xác của bánh răng.

(47/TKCTM) (3.20)

Ta có:

k .k tt

1= : Hệ số tập trung tải trọng 1,3=

Trong đó: ttk dk

= ⋅

: Hệ số tải trọng động (bảng 3.14/TK.CTM) = 1 1,3 1,3

Suy ra:

k .k tt

≈

= A A

45, 26

46mm

Nên

3sb

k k

1,3 1,55

4.1.7. Xác định chính xác k và A.

4.1.8. Xác định môđun m, chiều rộng răng b, số răng Z.

⋅

÷ m 0,01 0,02 A

Ta có:

⋅

( (

) )

(

)

÷ m 0,01 0,02 45

0, 45 0,9 mm

a. Xác định m

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Chọn theo bảng 3.11/TK.CTM, ta có: m = 1 mm. b. Số răng:

(răng)

Z 1

2A ( ) + m i 1

⋅ 2 45 ( ) + ⋅ 1 3 1

(răng)

⋅ = 23 3 69

Z 1 i

Chọn lại khoảng cách trục A theo công thức: =

⋅

⋅ =

(

)

(

)

+ Z m 0,5 23 69 1 46mm

A 0,5 Z 1

⋅

(

)

= A 0,3 46 13,8 mm

= ψ ⋅ = A

Vậy, chiều rộng bánh răng của bánh răng nhỏ sẽ là:

= +

(

)

5 b

= 5 13,8 18,8 mm

b 1

c. Chiều rộng bánh răng

Ta kiểm tra sức bền uốn của răng được kiểm tra theo điều kiện sau:

≥

(3.21)

19,1.10 .k.N [ ] ψ σ . y.Z.n. m u

− Đối với bánh nhỏ, ta có: Hệ số dạng răng:

≈

0,50 1

0,93

y 1

20 23

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

20 Z 1

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

Chiều dài tương đối của răng

18,8

ψ = m1

b 1 m

18,8 1

⋅

≤ 0, 46 m 1

Suy ra:

⋅

6 ⋅ 19,1 10 1,3 1,8 ⋅ ⋅ 0,93 23 12000 18,8 95,6

− Đối với bánh lớn:

≈

0,50 1

0,65

Hệ số dạng răng:

20 Z

20 69

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

⋅

≤ 0,60 m 1

Suy ra:

⋅ ⋅

⋅

6 ⋅ 19,1 10 1,3 1,8 ⋅ ⋅ 0,65 69 4000 13,8 81,6

Vậy, cả hai bánh răng đều thỏa mãn điều kiện sinh ra trong chân răng.

4.1.9. Kiểm tra sức bền uốn của răng

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

[

(3.22)

− Ứng suất tiếp xúc cho phép. 2,5

[ ] ⋅ σ tx

⋅

[

Bánh nhỏ:

2,5 520 1300 N / mm

⋅

] txqt ] txqt1 ]

[

Bánh lớn:

( (

)2 )2

2,5 442 1105 N / mm

txqt 2

− Ứng suất uốn cho phép khi quá tải [

Bánh nhỏ:

0,8

⋅ 0,8 300

⋅ σ = ch

[

Bánh lớn:

)2 )2

0,8

⋅ 0,8 260

( 240 N / mm ( 208 N / mm

⋅ σ = ch

] uqt1 ] uqt 2

⋅

(

+ i 1

⋅ k N

⋅

(3.23)

txqt

4.1.10. Kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột.

⋅ 1,05 10 Ai

⋅

(

⋅ 1,3 1,8

⋅

)

1,8

( 456 N / mm

1,8=

txqt1

Với qtk

⋅ 1,05 10 ⋅ 46 3

) 3 + 3 1 ⋅ 18,8 4000

⋅

(

) 3 + 3 1

⋅ 1,3 1,8

⋅

)

1,8

( 532 N / mm

txqt2

⋅ 1,05 10 ⋅ 46 3

⋅ 13,8 4000

txqt1

Vậy, thỏa mãn điều kiện bền tiếp xúc quá tải

Ta thấy:

[ < σ [ < σ

] txqt1 ]

txqt2

a. Kiểm tra sức bền tiếp xúc khi quá tải. )3 ⋅ b n

⋅

(51/TKCTM) (3.24)

uqt

⋅ k N ⋅ ⋅

⋅

⋅ 19,1 10 ⋅ y m Z n b

⋅

)

( 1,8 16,67 N / mm

uqt1

⋅

6 ⋅ 19,1 10 1,3 1,8 ⋅ ⋅ ⋅ 0,93 1 23 12000 18,8

⋅

)

( 1,8 32,5 N / mm

uqt2

⋅ 2

⋅

6 ⋅ 19,1 10 1,3 1,8 ⋅ ⋅ 0,65 1 69 4000 13,8

txqt1

vậy, thỏa mãn điều kiện bền uốn quá tải

Ta thấy:

[ < σ [ < σ

] txqt1 ]

txqt2

b. Kiểm nghiệm sức bền uốn.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Tên thông số

Công thức

Khoảng cách trục (mm)

A = 46

Mô đun (mm)

m = 1

Chiều cao răng h(mm)

h = 2,25

Chiều cao đầu răng

hd = 1

Độ hở hướng tâm

c = 0,25

23; d

Đường kính vòng chia

2 c

1 d c

23;d

Đường kính vòng lăn

d 1

25;D

Đường kính vòng đỉnh răng

e1 =

20,5;D

66,5

Đường kính vòng chân răng

4.1.11. Các thông số chủ yếu của bộ truyền bánh răng

− Lực vòng:

⋅

(

)

124,57 N

⋅

⋅ 2 9,55 10 1,8 23 12000

⋅ 2 M d 1

− Lực hướng tâm:

⋅

(

)

= ⋅ α = P tg

124,57 tg20

45,34 N

4.1.12. Tính lực tác dụng

4.2. Thiết kế bộ truyền răng trụ răng thẳng cấp chậm 4.2.1. Chọn vật liệu:

Bánh nhỏ: Thép 45 có cơ tính:

σb [N/mm2]

σch [N/mm2]

600

300

200

df [mm] ≤ 100

Bánh lớn: Thép 35 có cơ tính:

σb [N/mm2]

σch [N/mm2]

500

260

170

df [mm] ≤100

(TKCTM) (3.24)

Ntđ2 = 60.u.n.T > N0

4.2.2. Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất mõi uốn cho phép

c. Ứng suất tiếp xúc cho phép. Số chu kỳ tương đương của bánh lớn được xác định theo công thức Trong đó:

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

làm việc 12 h)

No = 107

Ntđ2 = 60.1.1333,33.18000 = 1,4.109 >107

Ntđ1 = Ntd2 /i =4,3.109 >107

Thay các giá trị vào (3.24), ta có: Số chu kỳ tương đương của bánh nhỏ: Ta thấy Ntd1 > Ntd2 > 107 nên chọn K’N = 1 − Ứng suất tiếp xúc bánh lớn:

[

]

= 2, 6.HB 2, 6.170

( 442 N / mm

tx 2

− Ứng suất tiếp xúc bánh nhỏ:

[

= 2, 6.HB 2, 6.200

( 520 N / mm

] tx1

Để tính sức bền ta dùng trị số ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn. d. Ứng suất uốn cho phép Ta có: Ntđ > 107 nên ta chọn K”N = 1 − Giới hạn mõi uốn cho phép của thép 45

0, 43.

0, 43.600

( 258 N / mm

−σ = 1

σ = b

− Giới hạn mõi uốn cho phép của thép 35:

0, 43.

0, 43.500

( 215 N / mm

−σ = 1

σ = b

1,8

− Chọn hệ số an toàn n = 1,5 − Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng, k

σ =

Vì răng làm việc 2 mặt chụi ứng suất thay đổi đổi chiều nên áp dụng công

thức:

[

(44/TKCTM) (3.25)

] σ = u

'' .k − 1 N n.k

[

( 95,6 N / mm

Bánh nhỏ:

] u1

258 2,5.1,8

[

( 81,6 N / mm

Bánh lớn

] u2

215 2,5.1,8

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

(44/TKCTM)

0,3

ψ = A

b A

4.2.3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng k = 1,5 4.2.4. Chọn hệ số chiều rộng của bánh răng : Bộ truyền chịu tải trung bình nên ta chọn

⋅

( ≥ +

) i 1

)

(45/TKCTM) (3.26)

⋅ 1,05 10 ( [ ] ⋅ σ i

⋅ k N sb ψ ⋅ n A

Trong đó:

[ = σ

]

( 442 N / mm

i = 3 ] [ tx

tx1

ksb = 1,5 ψA = 0,3 N = 1,7 Kw

≥

⋅

(

)

Thay số:

) + 3 1

( 63, 48 mm

⋅

⋅ 1,05 10 442 3

⋅ 1,5 1,7 ⋅ 0,3 1333,33

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

26 ⎞ ⎟ ⎟ ⎠

Chọn

65=

sbA

4.2.5. Xác định khoảng cách trục sơ bộ Asb

π ⋅

⋅

)

( 6,8 m / s

⋅

⋅ (

⋅ 2 A n 1 ⋅ + ⋅ 60 1000 (i 1)

⋅ 2 3,14 65 4000 ) ⋅ 60 1000 3 1

Tra bảng 3-11/TK.CTM, ta có CCX = 7

4.2.6. Tính vận tốc vòng và cấp chính xác của bánh răng.

(47/TKCTM) (3.27)

Ta có:

k .k tt

1= : Hệ số tập trung tải trọng =

1,45

Trong đó: ttk dk

= ⋅

: Hệ số tải trọng động (bảng 3.14/TK.CTM) = 1 1,45 1,45

k k .k

Suy ra:

= A A

≈ 64, 26 65mm

Nên

3sb

k k

1, 45 1,5

4.2.7. Xác định chính xác k và A.

4.2.8. Xác định môđun m, chiều rộng răng b, số răng Z.

⋅

÷ m 0,01 0,02 A

Ta có:

⋅

( (

) )

(

)

÷ m 0,01 0,02 65

0,65 1,3 mm

a. Xác định m

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Chọn theo bảng 3.11/TK.CTM, ta có: m = 1,25 mm. b. Số răng:

(răng)

Z 1

2A ( ) + m i 1

⋅ 2 65 ( ) + ⋅ 1, 25 3 1

(răng)

⋅ = 26 3 78

Z 1 i

Chọn lại khoảng cách trục A theo công thức: =

⋅

(

)

+ Z m 0,5 26 78 1,25 65mm

A 0,5 Z 1

⋅

(

)

= A 0,3 65 19,5 mm

= ψ ⋅ = A

Vậy, chiều rộng bánh răng của bánh răng nhỏ sẽ là:

= +

(

)

5 b

= 5 19,5 24,5 mm

b 1

c. Chiều rộng bánh răng

Ta kiểm tra sức bền uốn của răng được kiểm tra theo điều kiện sau:

≥

(3.28)

19,1.10 .k.N [ ] ψ σ . y.Z.n. m u

− Đối với bánh nhỏ, ta có: Hệ số dạng răng:

≈

0,50 1

0,88

y 1

20 26

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

20 Z 1

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

Chiều dài tương đối của răng

19,6

ψ = m1

24,5 b = 1 m 1, 25

⋅

≤

0,62 m 1, 25

Suy ra:

⋅ ⋅

⋅

6 ⋅ 19,1 10 1,3 1,7 ⋅ ⋅ 0,88 26 4000 19,6 95,6

− Đối với bánh lớn: Chiều dài tương đối của răng

15,6

b 19,5 = 2 m 1, 25

Hệ số dạng răng:

≈

0,50 1

0,63

20 Z

20 78

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

4.2.9. Kiểm tra sức bền uốn của răng

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

⋅

≤

0,80 m 1, 25

Suy ra:

⋅

6 ⋅ 19,1 10 1,3 1,7 0,63 78 1333,33 15,6 81,6

Vậy, cả hai bánh răng đều thỏa mãn điều kiện sinh ra trong chân răng.

[

(3.29)

− Ứng suất tiếp xúc cho phép. 2,5

[ ] ⋅ σ tx

⋅

[

Bánh nhỏ:

2,5 520 1300 N / mm

⋅

] txqt ] txqt1 ]

[

Bánh lớn:

( (

)2 )2

2,5 442 1105 N / mm

txqt 2

− Ứng suất uốn cho phép khi quá tải [

Bánh nhỏ:

0,8

⋅ 0,8 300

⋅ σ = ch

[

Bánh lớn:

)2 )2

0,8

⋅ 0,8 260

( 240 N / mm ( 208 N / mm

⋅ σ = ch

] uqt1 ] uqt 2

⋅

(

+ i 1

⋅ k N

⋅

(3.30)

txqt

4.2.10. Kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột.

⋅ 1,05 10 Ai

1,8=

Với qtk

⋅

(

⋅

a. Kiểm tra sức bền tiếp xúc khi quá tải. )3 ⋅ b n

)

1,8

( 475 N / mm

txqt1

6 ⋅ 1,05 10 ⋅ 65 3

) 3 ⋅ + 1,3 1,7 3 1 ⋅ 24,5 1333,33

⋅

)

1,8

( 533 N / mm

txqt2

6 ⋅ 1,05 10 ⋅ 65 3

) ( 3 ⋅ + 1,3 1,7 3 1 ⋅ 19,5 1333,33

txqt1

Vậy, thỏa mãn điều kiện bền tiếp xúc quá tải

Ta thấy:

[ < σ [ < σ

] txqt1 ]

txqt2

⋅

(51/TKCTM) (3.31)

uqt

⋅ k N ⋅ ⋅

⋅

⋅ 19,1 10 ⋅ y m Z n b

⋅

(

)

1,8

22 N / mm

uqt1

⋅

6 ⋅ 19,1 10 1,3 1,7 ⋅ ⋅ 0,88 1, 25

26 4000 24,5

⋅

(

)

1,8

21 N / mm

uqt 2

6 ⋅ 19,1 10 1,3 1, 7 ⋅

⋅

78 1333,33 19,5

⋅ 0, 63 1, 25

b. Kiểm nghiệm sức bền uốn.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

txqt1

Ta thấy:

vậy, thỏa mãn điều kiện bền uốn quá tải

[ < σ [ < σ

] txqt1 ]

txqt2

Tên thông số

Công thức

Khoảng cách trục (mm)

A = 65

Mô đun (mm)

m = 1,25

Chiều cao răng h(mm)

h = 2,8125

Chiều cao đầu răng

hd = 1,25

Độ hở hướng tâm

c = 0,3125

32, 5; d

97, 5

Đường kính vòng chia

1 c

2 c

32,5;d

97,5

Đường kính vòng lăn

d 1

35;D

100

Đường kính vòng đỉnh răng

29,375;D

94,375

Đường kính vòng chân răng

4.2.11. Các thông số chủ yếu của bộ truyền bánh răng

− Lực vòng:

⋅

(

)

249,77 N

⋅ 2 9,55 10 1,7 ⋅ 32,5 4000

⋅ 2 M d 1

− Lực hướng tâm:

⋅

(

)

= ⋅ α = P tg

249,77 tg20

90,91 N

4.3. Tính toán thiết kế trục và then

Ta lần lượt đi tính toán thiết kế ba trục và then lắp các bánh răng lên trục

4.2.12. Tính lực tác dụng

Chọn vật liệu làm trục là thép C45 thường hóa. Cơ tính của loại thép này được

cho theo bảng sau:

Độ rắn HB

Đường kính phôi (mm)

Giới hạn chảy σch (N/mm2)

<100

Giới hạn bền kéo σbk (N/mm2) 600

300

200

4.3.1. Chọn vật liệu

4.3.2. Tính sức bền trục

Ta tiến hành qua ba bước: Tính sơ bộ, tính gần đúng và tính chính xác a. Tính sơ bộ

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Đường kính sơ bộ của trục được tính theo công thức

≥

(114/TKCTM) (3.32)

N n

Trong đó:

d – Đường kính trục, (mm) N – Công suất truyền của trục, (Kw) n – Số vòng quay trong một phút của trục(Vg/ph) C = 130 – Hệ số phụ thuộc vào [τ]x

− Trục I

Công suất N (Kw)

Tốc độ n (Vg/ph)

dsb1 (mm)

1,9

12000

− Trục II

Công suất N (Kw)

Tốc độ n (Vg/ph)

dsb1 (mm)

1,8

4000

− Trục III

Công suất N (Kw)

Tốc độ n (Vg/ph)

dsb1 (mm)

1,7

1333,33

Để chuẩn bị cho bước tính gần đúng, trong ba trị số dsb1; dsb2; dsb3, ta lấy trị số dsb2 = 10 để chọn loại ổ bi đỡ cỡ nhẹ . Tra bảng 14P/ TKCTM ta có được chiểu rộng của ổ B = 9.

Trục

Trục I

Trục II

Trục III

MM xoắn (Nmm)

1512,08

4298,50

12176,25

Để tính các kích thước chiều dài trục , ta chọn các kích thước đó theo bảng (7-

1/118/TKCTM)

− Tính trục I: Tính mômen uốn ở các tiết diện nguy hiểm (m – m)

b. Tính gần đúng Để tính gần đúng, ta xét tác dụng đồng thời của các mômen uốn lẫn mômen xoắn đến sức bền của trục. Ta tính mômen uốn và mômen xoắn của các trục, Mômen xoắn của các trục theo bảng sau:

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

P P

RAy RAy

RBy RBy

m m

Y Y

Z Z

n n

m m

RBx RBx

RAx RAx

29,9 29,9

X X

59,9 59,9

Pr Pr

Muy (N.mm) Muy (N.mm)

925,82 925,82

Mux (N.mm) Mux (N.mm)

RAy= 30,96 (N) RAx= 85,07 (N)

RBy = 39,50 (N)

2543,66 2543,66

1512,08 1512,08

RBx = 14,38 (N)

Mx (N.mm)

)

925,82

2543, 66

( 2706, 91 N.mm

− u(m m)

Tính đường kính trục ở tiết diện nguy hiểm theo công thức:

≥

[

]mm

(TKCTM) (3.33)

M td 4 − β

]

)[

( 0,1 1

Trong đó, Mtđ – mômen tương đương được xác định theo công thức sau:

[

] N.mm

(TKCTM) (3.34)

M 0, 75M

2 u

⋅

[

] N.mm

2 2706, 91

0, 75 1512, 08

2707,12

tdM

β =

= d0 = 0 - Đường kính trong của trục rỗng

0d d

[

] σ =

- Ứng suất cho phép (Bảng 7-2/TKCTM)

80 N / mm

⎡ ⎣

⎤ ⎦

Suy ra:

Hình 3-3 Biểu đồ mômen trục I ( Trục ÐC) Hình 3-3 Biểu đồ mômen trục I ( Trục ÐC)

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

≥

]

[ 6,97 mm

− (m m)

⋅

2707,12 ) ( ⋅ − 0,1 1 0

d(m-m) = 8 mm

Ta chọn Tóm lại, ta chọn đường kính trục I: dI = 8 mm − Tính trục 2

RDy

RDx

RCy n

Pr1

Z RCx

Pr2

31,65

29,90

28,25

1759,4

2186,76

Muy (N.mm) RCy = 58,84 (N) RCx = 4,52 (N) RDy = 77,41 (N)

3664,54

RDx = 129,72 (N)

Mux (N.mm)

135,10

4298,50

Mx (N.mm)

Mômen uốn ở các tiết diện nguy hiểm (n – n)

)

1759, 40

135,10

( 1774, 58 N.mm

− u(n n)

Mômen uốn ở tiết diện nguy hiểm (p – p)

)

2186, 76

3664, 54

( 4267, 41 N.mm

− =

u(p p)

Hình 3-4 Biểu đồ mômen trục II

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Mômen tương đương ở tiết diện nguy hiểm ( n – n )

⋅

[

] N.mm

1774, 58

0, 75 4298, 5 1775, 49

− td(n n)

Mômen tương đương ở tiết diện nguy hiểm ( p – p )

⋅

[

] N.mm

2 4267, 41

0, 75 4298, 5

4267, 79

− =

td(p p)

Ta lại có:

β =

= d0 = 0 - Đường kính trong của trục rỗng

0d d

[

] σ =

- Ứng suất cho phép (Bảng 7-2/TKCTM)

80 N / mm

⎡ ⎣

⎤ ⎦

Suy ra:

]

[ 6, 05 mm

− ≥

(n n)

⋅

1775, 49 ) ( ⋅ − 0,1 1 0

]

[ 8,11 mm

− ≥

(p p)

⋅

4267, 79 ) ( ⋅ − 0,1 1 0

Ta chọn

d(n – n) = 8 mm d(p – p) = 10 mm

− Tính trục III: Tính mômen uốn ở các tiết diện nguy hiểm (r – r)

(

)

1760, 28

12176, 25

12302,83 N.mm

u(r

− = r)

Mômen tương đương được xác định theo công thức sau:

[

] N.mm

M 0, 75M

2 u

⋅

(TKCTM) (3.35) [

] N.mm

12302,83

0, 75 12176, 25 12303, 20

tdM

β =

= d0 = 0 - Đường kính trong của trục rỗng

0d d

[

] σ =

- Ứng suất cho phép (Bảng 7-2/TKCTM)

80 N / mm

⎡ ⎣

⎤ ⎦

Suy ra:

]

[ 11,54 mm

− ≥ (r r)

12303, 20 ) ( ⋅ ⋅ − 0,1 1 0

d(r-r) = 15 mm

Ta chọn Tóm lại, ta chọn đường kính trục III: dIII = 15 mm

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

REy

REx

RFy

RFx

61,55

E Z X Muy (N.mm)

1760,28

Pr 28,25 4836,27

12176,25

Mux (N.mm) REY = 28,60 (N) REX = 78,57 (N) RFY = 62,31 (N) RFX = 171,2 (N) Mux (N.mm)

Hình 3-5 Biểu đồ mômen trục III

⋅

≥

[ ] n

(3.36)

2 σ

2 τ

Trong đó:

c. Tính chính xác ( Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn) Hệ số an toàn được tính theo công thức:

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

− 1

: Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp

σ + ψ σ

K σ ε ⋅β σ

− 1

Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp

τ + ψ τ τ a

K τ ε ⋅β τ

⋅

0, 45

0, 45 600 270

N / mm

−σ = 1

⋅ σ = b

⎡ ⎣

⎤ ⎦

⋅

0, 25

0, 25 600 150

N / mm

⋅ σ = b

⎡ ⎣

⎤ ⎦

−τ = 1 σψ và

τψ : Hệ số xét đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến

sức bền mỏi.

0,1;

0,05

( Thép cacbon trung bình )

Chọn:

ψ = σ

ψ = τ

β = 1: Hệ số tăng bền σε và τε : Hệ số kích thước

kσ và kτ : Hệ số tập trung ứng suất khi uốn và khi xoắn [ ]n : Hệ số an toàn; lấy [ ]n = 1,5

Ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ nên

σ = σ

= σ

(3.37)

σ = ; m 0

max

min

M u W

Ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ đối xứng (Trục quay hai chiều)

(3.38)

τ = ; m 0

τ = τ a

max

M X W 0

− Trục I (Trục động cơ)

Hình 3-6 Mối ghép then bằng

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Chọn then bằng có với các kích thước cơ bản sau:

b (mm)

h (mm)

t (mm)

k (mm)

t1 (mm)

2,0

1,1

1,2

⋅

⋅ 0,8 1,3 b

(3.39)

⋅

Chiều dài then được xác định theo công thức sau: ]mm [ ⋅ = l 0,8 l ]mm [

⋅ l 0,8 1, 3 18,8 19, 55

Mômen chống uốn:

−

(3.40)

3mm⎡ ⎣

⎤ ⎦

π d 32

bt(d t) 2d

⋅

−

36, 77

3mm⎡ ⎣

⎤ ⎦

3 3,14 8 32

3 2, 0(8 2, 0) ⋅ 2 8

73, 62

Suy ra:

N / mm

σ = a

⎡ ⎣

⎤ ⎦

M 2706,91 W 36, 74

Mômen chống xoắn:

−

(3.41)

W 0

3mm⎡ ⎣

⎤ ⎦

π d 16

bt(d t) 2d

⋅

−

(3.42)

87, 03

W 0

3mm⎡ ⎣

⎤ ⎦

3 3,14 8 16

3 2, 0(8 2, 0) ⋅ 2 8

Suy ra:

N / mm

17, 37

τ = a

⎡ ⎣

⎤ ⎦

M 1512, 08 x 86, 98 W 0

Theo trên ta có:

N / mm

−σ =

1 270

⎡ ⎣

⎤ ⎦

; β = 1

N / mm

−τ =

1 150

⎤ ⎦

⎡ ⎣ Tra bảng (7-4)/123/TKCTM ta được các hệ số kích thước.

0,93

0,85

;

σε =

τε =

1,63

1,5

Tập trung ứng suất tại rãnh then (Tra bảng (7-8)/127/TKCTM) ; k

σ =

τ =

Suy ra:

1,83

1,875

k ε

1, 63 0,89

1, 5 0,8

Tập trung ứng suất sinh ra trên bề mặt do lắp có độ dôi với bánh răng khi p ≥

30 (N/mm2).

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

= +

−

;

1 0, 6

1, 48

1,8

k ε

⎛ k ⎜ ε⎝

⎞ ⎟ ⎠

Vậy, ta chọn hệ số tập trung tải trọng chung cho mối lắp là:

;

1,83

1,875

k ε

2,00

Từ đó, ta có:

σ =

⋅

270 1,83 73,62 0,1 0

4,61

τ =

⋅

150 1,875 17,38 0,05 0

⋅

≥

1,83

[ ] n

1,5

Suy ra:

2 4, 61 2

2 4, 61

Vậy, trục I đủ bền để làm việc.

(3.43)

σ = d

[ ] ≤ σ d

2M x dkl

(3.44)

σ = c

] [ ≤ σ d

2M x dbl

Tra bảng (7-20) và (7-21)/142/TKCTM, ta có:

; [

[

100

N / mm

] σ = d

] σ = c

⎡ ⎣

⋅

⎤ ⎦ [ ≤ σ

Ta có :

σ = d

] d

⎡ 16,11 N / mm ⎣

⎤ ⎦

⎡ ⎤ ⎣ ⎦ 2 1512,08 ⋅ ⋅ 8 1, 2 19,55

[ ≤ σ

6, 45 N / mm

σ = c

] c

⎡ ⎣

⎤ ⎦

⋅ ⋅

2 1512,08 ⋅ 8 3 19,55

Vậy, Then thỏa mãn điều kiện bền cắt và dập − Trục II Chọn then bằng có với các kích thước cơ bản sau:

b (mm)

h (mm)

t (mm)

k (mm)

t1 (mm)

2,5

1,6

1,8

⋅

⋅ 0,8 1,3 b

Chiều dài then được xác định theo công thức sau: ]mm ⋅ = l 0,8 l

[

* Kiểm nghiệm then Ta cần kiểm tra về sức bền dập và sức bền cắt của then Kiểm tra sức bền dập theo công thức:

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

⋅

[

]

= 0,8 1,3 13,8 14,35 mm

⋅

[

]

= 0,8 1,3 24,5 25, 48 mm

2l Mômen chống uốn:

−

3mm⎡ ⎣

⎤ ⎦

π d 32

bt(d t) 2d

⋅

−

70, 04

3mm⎡ ⎣

⎤ ⎦

⋅ 3,14 10 32

4 2, 5(10 2, 5) ⋅ 2 10

60,92

Suy ra:

N / mm

σ = a

⎡ ⎣

⎤ ⎦

M 4267, 41 W 70, 04

Mômen chống xoắn:

−

W 0

3mm⎡ ⎣

⎤ ⎦

π d 16

bt(d t) 2d

⋅

−

168, 22

W 0

3mm⎡ ⎣

⎤ ⎦

⋅ 3,14 10 16

4 2, 5(10 2, 5) ⋅ 2 10

Suy ra:

N / mm

25,55

τ = a

⎡ ⎣

⎤ ⎦

M 4298, 50 W 168, 22

Theo trên ta có:

N / mm

−σ =

1 270

⎡ ⎣

⎤ ⎦

; β = 1

N / mm

−τ =

1 150

⎤ ⎦

⎡ ⎣ Tra bảng (7-4)/123/TKCTM ta được các hệ số kích thước.

0,93

0,85

;

σε =

τε =

1,63

1,5

Tập trung ứng suất tại rãnh then (Tra bảng (7-8)/127/TKCTM) ; k

σ =

τ =

Suy ra:

1,83

1,875

k ε

1, 63 0,89

1, 5 0,8

Tập trung ứng suất sinh ra trên bề mặt do lắp có độ dôi với bánh răng khi p ≥

30 (N/mm2).

= +

−

;

1 0, 6

1, 48

1,8

k ε

⎛ k ⎜ ε⎝

⎞ ⎟ ⎠

Vậy, ta chọn hệ số tập trung tải trọng chung cho mối lắp là:

;

1,83

1,875

k ε

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

2, 42

Từ đó, ta có:

σ =

⋅

270 1,83 60,92 0,1 0

3,13

τ =

⋅

150 1,875 25,55 0,05 0

≥

1,91

[ ] n

1,5

Suy ra:

⋅ 2, 42 3,13 2

2 3,13

2, 42

Vậy, trục II đủ bền để làm việc.

σ = d

[ ] ≤ σ d

2M x dkl

σ = c

[ ] ≤ σ d

2M x dbl

Ta cần kiểm tra về sức bền dập và sức bền cắt của cả hai then: Then l1 = 14,35

mm và l2 =25,48 mm

Tra bảng (7-20) và (7-21)/142/TKCTM, ta có:

[

; [

100

N / mm

] σ = d

] σ = c

⎡ ⎣

⎤ ⎦

⎡ ⎣

⎤ ⎦

+ Then l1 = 14,35

Ta có :

σ = d

[ ] ≤ σ d

⎡ 33, 28 N / mm ⎣

⎤ ⎦

⋅ ⋅

2 4298,50 ⋅ 10 1,8 14,35

σ = c

[ ] ≤ σ c

⎡ 14,98 N / mm ⎣

⎤ ⎦

⋅ 2 4298,50 ⋅ ⋅ 10 4,0 14,35

+ Then l2 = 25,48

Ta có :

σ = d

[ ] ≤ σ d

⎡ 18,74 N / mm ⎣

⎤ ⎦

⋅ 2 4298,50 ⋅ ⋅ 10 1,8 25, 48

[ ≤ σ

8, 44 N / mm

σ = c

] c

⎡ ⎣

⎤ ⎦

⋅ 2 4298,50 ⋅ ⋅ 10 4,0 25, 48

Vậy, Then thỏa mãn điều kiện bền cắt và dập − Trục III Chọn then bằng có với các kích thước cơ bản sau:

b (mm)

h (mm)

t (mm)

k (mm)

t1 (mm)

3,0

2,1

2,3

Chiều dài then được xác định tương tự theo công thức sau:

* Kiểm nghiệm then Kiểm tra sức bền dập theo công thức như ở trục I:

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

⋅

⋅ = l 0,8 l

⋅ 0,8 1,3 b

⋅

]mm [ ]mm [

0,8 1, 3 19, 5

20, 28

Mômen chống uốn:

−

3mm⎡ ⎣

⎤ ⎦

π d 32

bt(d t) 2d

⋅

−

259,17

3mm⎡ ⎣

⎤ ⎦

3 ⋅ 3,14 15 32

5 3(15 3) ⋅ 2 15

47, 47

Suy ra:

N / mm

σ = a

⎡ ⎣

⎤ ⎦

M 12302,83 W 259,17

Mômen chống xoắn:

−

(3.45)

W 0

3mm⎡ ⎣

⎤ ⎦

π d 16

bt(d t) 2d

⋅

−

(3.46)

590, 34

W 0

3mm⎡ ⎣

⎤ ⎦

3 ⋅ 3,14 15 16

5 3(15 3) ⋅ 2 15

Suy ra:

N / mm

20, 63

τ = a

⎡ ⎣

⎤ ⎦

M 12176, 25 x 590, 34 W 0

Theo trên ta có:

N / mm

−σ =

1 270

⎡ ⎣

⎤ ⎦

; β = 1

N / mm

−τ =

1 150

⎤ ⎦

⎡ ⎣ Tra bảng (7-4)/123/TKCTM ta được các hệ số kích thước.

0,93

0,85

;

σε =

τε =

1,63

1,5

Tập trung ứng suất tại rãnh then (Tra bảng (7-8)/127/TKCTM) ; k

σ =

τ =

Suy ra:

1,83

1,875

k ε

1, 63 0,89

1, 5 0,8

Tập trung ứng suất sinh ra trên bề mặt do lắp có độ dôi với bánh răng khi p ≥

30 (N/mm2).

= +

−

;

1 0, 6

1, 6

2, 0

k ε

⎛ k ⎜ ε⎝

⎞ ⎟ ⎠

Vậy, ta chọn hệ số tập trung tải trọng chung cho mối lắp là:

;

2, 0

1,875

k ε

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

2,84

Từ đó, ta có:

σ =

⋅

270 2,0 47, 47 0,1 0

3,88

τ =

⋅

150 1,875 20,63 0,05 0

≥

2, 29

[ ] n

1, 5

Suy ra:

⋅ 2,84 3,88 2

2,84

3,88

Vậy, trục III đủ bền để làm việc.

(3.47)

σ = d

[ ] ≤ σ d

2M x dkl

(3.48)

σ = c

] [ ≤ σ d

2M x dbl

Tra bảng (7-20) và (7-21)/142/TKCTM, ta có:

; [

[

100

N / mm

] σ = d

] σ = c

⎡ ⎣

⎤ ⎦

Ta có :

σ = d

[ ] ≤ σ d

⎡ 34,81 N / mm ⎣

⎤ ⎦

⋅ ⋅

⎡ ⎤ ⎣ ⎦ 2 12176, 25 ⋅ 15 2,3 20, 28

⋅

σ = c

[ ] ≤ σ c

⎡ 16,01 N / mm ⎣

⎤ ⎦

⋅

2 12176, 25 ⋅ 15 5 20, 28

Vậy, Then thỏa mãn điều kiện bền cắt và dập

4.4. Thiết kế bộ truyền vítme- đai ốc bi

Vítme là phần dẫn động cuối cùng của truyền động chạy dao trong phần lớn các máy điều khiển số, do vậy cần sử dụng các vít me có độ chính xác cao, chịu mài mòn và đảm bảo cứng vững. Loại cơ cấu vít me – đai ốc bi có tiếp xúc giữa vít me và đai ốc là tiếp xúc lăn nên có thể coi ma sát không đáng kể và đáp ứng được các yêu cầu làm việc kể trên.

* Kiểm nghiệm then Ta cần kiểm tra về sức bền dập và sức bền cắt của then Kiểm tra sức bền dập theo công thức:

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Các ưu điểm chính của bộ truyền: − Tổn thất ma sát bé, hiệu suất của cơ cấu vít me đai ốc bi có thể đạt tới 0,9

trong khi các vít me trượt chỉ đạt từ (0,2 ÷ 0,4)

− Độ cúng dọc trục cao nhờ các biện pháp tạo lực căng sơ bộ ban đầu − Lực ma sát không phụ thuộc vào vận tốc, do đó đảm bảo chuyển động ổn

định.

− Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài Tóm lại, chỉ tiêu chủ yếu đối với truyền động vítme bi là độ bền và độ ổn định.

Hình 3-17 Cơ cấu Vít me đai ốc bi

Thiết kế truyền động bộ truyền này tiến hành theo các bước sau: 4.4.1. Các số liệu ban đầu

tx = 3[mm].

− Lực cắt cực đại Qmax = 2500 [N]. − Bước vít me − Chọn vật liệu chế tạo vít me là thép 45 tôi cải thiện có cơ tính như sau:

Đường kính phôi

Độ rắn HB

≤ (60 ÷ 90)

σbk [N/mm2] 800

σch [N/mm2] 450

220

− Chọn vật liệu chế tạo bi là thép 40X có cơ tính: Đường kính phôi

Độ rắn HB

σbk [N/mm2] 1000

σch [N/mm2] 700

≤ 60

270

− Chọn vật liệu chế tạo đai ốc là đồng thanh bp0∅10-1 có cơ tính: Đường kính phôi

Độ rắn HB

σbk [N/mm2] 260

σch [N/mm2] 150

≤ 60

Ta xác định đường kính trong d1 của ren theo công thức

4.4.2. Xác định sơ bộ đường kính trong d1 của ren theo độ bền kéo (nén).

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

≥

(168/TTTKDĐCK) (3.49)

d 1

⋅ ⋅ 4 13 F a [ ] π ⋅ σ

- Lực dọc trục (lực chạy dao) cực đại

Trong đó:

F Q= a

max σ

[

- Độ bền kéo của vật liệu.

150 N / mm

] σ = k

⎡ ⎣

⎤ ⎦

ch 3

450 3

⋅

≥

]

[ 16,61 mm

Khi đó:

d 1

⋅ 4 13 2500 ⋅ 3,14 150

Chọn d1 = 17 mm.

(168/ TTTKDĐCK) (3.50)

) ÷ 0, 08 0,15 d 1 )

( (

)

[

4.4.3. Chọn các thông số của bộ truyền

0, 08 0,15 17

]mm

Suy ra:

bd db = 2 mm

(168/ TTTKDĐCK) (3.51)

p = db + (1÷ 5) mm p = 2 + 2 = 4 mm

a. Đường kính bi db Đường kính bi xác định theo công thức ]mm [ ( ÷ = 1,36 2,55

Do đó, ta chọn b. Bước vít p Bước vít được xác định theo công thức: Suy ra c. Khoảng cách từ tâm rãnh lăn đến tâm bi c Xác định theo công thức:

−

(168/ TTTKDĐCK) (3.52)

cos

r l

d b 2

⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

Trong đó: β = 450 – Góc tiếp xúc

r1 – Bán kính rãnh lăn và được xác định theo công thức:

⋅

0,52 d

1,04mm

(167/ TTTKDĐCK) (3.53)

r 1

−

≈

]

1, 04

0 cos 45

[ 0, 03 mm

Suy ra:

2 2

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

d 1

− [ ) c −

( 2 r l (

]mm ) =

17 2 1, 04 0, 03

19, 02

(168/ TTTKDĐCK) (3.54) [

]mm

Suy ra:

tbD

)

= D D

d. Đường kính vòng tròn qua các tâm bi Dtb Xác định theo công thức: =

[

]mm

(168/ TTTKDĐCK) (3.55)

( 2 r l

e. Đường kính trong của đai ốc D1 − c

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

−

(

)

21, 04

[

]mm

+ 1D 19, 02 2 1, 04 0, 03

⋅

0,32 d

(168/ TTTKDĐCK) (3.56)

[

h 1

b = 0,32.2 0,64

]mm [

]mm

f. Chiều sâu của profin ren h1 Xác định theo công thức:

1h g. Đường kính ngoài của vít, đai ốc d, D Xác định theo công thức: +

]

(168/ TTTKDĐCK) (3.57)

d 1 =

]

[ 2h mm [ − D D 2h mm

1 + ⋅

[

]

Suy ra:

− ⋅

= d 17 =

2 0, 64 18, 28 mm [

]

D 21, 04 2 0, 64 19, 76 mm

γ =

arctg

π ⋅

p D

⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

Suy ra:

(168/ TTTKDĐCK) (3.58)

γ =

arctg

0 3,83

4 ⋅ 3,14 19, 02

⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

h. Góc vít γ Xác định theo công thức:

= π ⋅

⋅

− 1

k d

Trong đó, k là số vòng ren làm việc theo chiều cao đai ốc; thông thường k = 2 ÷ 2,5 vòng. Nếu lấy hơn giá trị này sẽ làm sự phân bố không đều tải trọng cho các vòng ren. Ta lấy k = 2

[

]

Suy ra:

⋅ 3,14 19, 02

1 58, 72 59 bi

2 ⋅ − = 2

i. Số bi trên các vòng răng làm việc Zb Xác định theo công thức:

Δ =

−

(

)

D 1

Δ =

−

2d (

)

(68/ TTTKDĐCK) (3.59) ]

21, 04

d 1 ⋅ + 2 2 17

[ 0, 04 mm

Suy ra:

j. Khe hở hướng tâm Δ

χ =

0, 002

0, 04 17

d 1

k. Khe hở tương đối χ Xác định theo công thức: Δ

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

arctg

(68/ TTTKDĐCK) (3.60)

ϕ = 1

⋅ 2 f t ⋅ d sin 1

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

Trong đó, ft = 0,005 – Hệ số ma sát lăn thay thế

arctg

o 0, 048

Suy ra:

ϕ = 1

⋅ ⋅

2 0, 005 17 sin 45

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

l. Góc ma sát lăn thay thế φ Xác định theo công thức:

η =

(68/ TTTKDĐCK) (3.61)

(

γ tg )1 γ + ϕ

η =

0,99

Suy ra:

(

)

o tg3,83 + tg 3,83 0, 048

m. Hiệu suất khi biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến η Xác định theo công thức:

4.4.4. Kiểm tra độ bền

(68/ TTTKDĐCK) (3.62)

F a 2 λ Z .d . b b

8,0=λ

Trong đó:

- Hệ số phân bố tải trọng không đều cho các viên bi

Suy ra:

⎡ 13, 24 N / mm ⎣

⎤ ⎦

2500 2 ⋅ ⋅ 59 2

0,8

a. Tải trọng riêng dọc trục Được xác định theo công thức:

χ =

]

[ 0,002 mm

Theo trên, ta có khe hở tương đối đã chọn,

11, 28MPa

]

11, 28N / mm ]

= Tải trọng riêng dọc trục: Ứng suất lớn nhất cho phép [

(170 TTTKDĐCK)

[ 5000 MPa

max

b. Xác định ứng suất lớn nhất đối với bề mặt làm việc của vít và đai ốc.

T Thiết kế ch hế tạo mô h hình máy p phay CNC đ điều khiển hai trục

Hình 3-8 Đ H Đồ thị xác đ định ứng su uất lớn nhấ ất σmax

Dựa th heo đồ thị t

[ 5000 M

]MPa

max

trên hình 8 = /TK.HDĐC CK, ta có: .10/Pg170/ ]max [ ] [ = a ≤ σ 3260 MPa 3

mặt làm vi iệc của vít và đai ốc đ đạt HRC 5≥

mặt làm vi iệc của bi đ

cứng vít m ứng được x c trục ức ầu: Yêu cầ − Bề m − Bề m c. Độ Độ cứ

] ] kG / mμ

me theo ph ác định the = ⋅ k 2 d MCCDKC ) CTS) (3.63) (73/M

= ⋅ k 2 2

[ đạt HRC ≥ hương dọc eo công thứ d Z⋅ b b = ⋅ 59 236

ộ cứng phầ ần làm việc me d. Độ

]

16= 60

vmk

D L

c của vít m 2 tb [k kG / mμ

[

Trong đó: dài phần là àm việc của

vmL vmL mx

m - chiều d vmzL= = + + = 200

Ta có:

vmL my

]

kG / mμ

a vít me ]m + = 0 350 mm 300 50 ]mm [ 250 m

k= k

0 160

165, 37 [k

vmx

vmz

19, 02 350

= =

231, 53

3 [kG / mμ

160

vmyx

19, 02 250

: Suy ra

4 84

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

4.5. Thiết kế gối đỡ trục

Ta nhận thấy trong ba trục thì trục I và trục II không chịu lực dọc trục và chỉ có trục III (trục vit me) chịu lực dọc trục để di chuyển bàn máy. Do đó, ta chọn ổ bi đỡ cho trục I và trục II và ổ bi đỡ chặn cho trục III.

1 2 3

1- Giá đỡ

2- Vòng ngoài

3- Con lăn (bi)

4- Ngõng trục

5- Vòng trong 6- Vòng cách

Hình 3-9 Kết cấu mối lắp ổ lăn

Sơ đồ chọn ổ cho trục I như sau:

RBy

RAy

RAY = 30,96 (N) RAX = 85,07 (N)

RBY = 14,38 (N) RBX = 39,50 (N)

RAx

RBx

4.5.1. Tính chọn ổ lăn trục I

30, 96

85, 07

90, 53

Ta có:

[

2 Ax

2 Ay

14,38

39,50

40, 04

[

2 Bx

2 By

Vì, RA > RB nên ta phải tính chọn ổ cho trục theo tải trọng lớn hơn là R = RA Hệ số khả năng làm việc của ổ được xác định theo công thức: )0,3

(

(158/TKCTM) (3.64)

C Q nh

n – Số vòng quay của ổ, vg/ph h – Thời gian phục vụ, giờ

Trong đó: Q – Tải trọng tương đương, daN Tải trọng tương đương của ổ được xác định theo công thức sau:

Hình 3-10 Sơ đồ tính chọn cho trục I

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

)

(

(159/TKCTM) (3.65)

+ Q K R mA K K

(Bảng (8-2) ÷ Bảng (8-5)/TKCTM)

⋅

Trong đó: Kv = 1 – Hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay R = 9,053 daN – Tải trọng hướng tâm m = 1,5 – Hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm A = 0 daN – Tải trọng dọc trục Kn = 1 – Hệ số nhiệt độ Kt = 1,1 – Hệ số tải trọng động Thay các giá trị tra được: ( = ⋅

)

]

[

⋅ Q 1 9, 053 1,5 0 1 1,1 9,96 daN

n = 12000 Vg/ph; Ta lại có: h = 18000 h Thay vào (3.64) ta được:

⋅

(

)0,3

C 9,96 12000 18000

3152, 07

Tra bảng 14P/TKCTM, ta chọn ổ bi đỡ cỡ trung số hiệu 35 có hệ số khả năng

làm việc [C] = 3400 ≥ C = 3152,07 4.5.2. Tính chọn ổ lăn trục II

Sơ đồ chọn ổ cho trục II như sau:

RDy

RCy

RDx

RCy = 58,84

RCx = 4,52

RCx

RDy = 77,41 RDx = 129,72

58,84

4,52

59, 01

Ta có:

[

2 Cx

2 Cy

2 77, 41

129, 72

151, 06

[

2 Dx

2 Dy

Vì RD > RC nên ta phải tính chọn ổ cho trục theo tải trọng lớn hơn là R = RD Ta có:

Kv = 1 – Hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay R = 15,11 daN – Tải trọng hướng tâm m = 1,5 – Hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm

Hình 3-11 Sơ đồ tính chọn cho trục II

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

A = 0 daN – Tải trọng dọc trục Kn = 1 – Hệ số nhiệt độ Kt = 1 – Hệ số tải trọng động

(Bảng (8-2) ÷ Bảng (8-5)/TKCTM) Hệ số khả năng làm việc của ổ được xác định theo công thức (3.36):

⋅

( = ⋅

[

]

) ⋅ Q 1 15,11 1,5 0 1 1,1 15,11 daN

n = 4000 Vg/ph; Ta lại có: h = 18000 h Thay vào (3.64) ta được:

⋅

)0,3

( C 15,11 4000 18000

3439, 25

Tra bảng 14P/TKCTM, ta chọn ổ bi đỡ cỡ nhẹ số hiệu 27 có hệ số khả năng

làm việc [C] = 3700 ≥ C = 3439,25 4.5.3. Tính chọn ổ lăn trục III

Sơ đồ chọn ổ cho trục III như sau:

REy

REx

RFy

RFx

RFY = 62,31 (N) RFX = 171,2 (N)

REY = 28,60 (N) REX = 78,57 (N)

E F

28, 60

78, 57

83, 61

Ta có:

[

2 Ex

2 Ey

2 62, 31

171, 20

182,19

[

2 Fx

2 Fy

Vì, RF > RE nên ta phải tính chọn ổ cho trục theo tải trọng lớn hơn là R = RF Ta có:

Kv = 1 – Hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay R = 18,22 daN – Tải trọng hướng tâm m = 1,5 – Hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm A = 0 daN – Tải trọng dọc trục Kn = 1 – Hệ số nhiệt độ Kt = 1,1 – Hệ số tải trọng động

Hình 3-13 Sơ đồ tính chọn ổ cho trục III

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

(Bảng (8-2) ÷ Bảng (8-5)/TKCTM) Hệ số khả năng làm việc của ổ được xác định theo công thức (3.65): +

⋅

( = ⋅

]

[

) Q 1 18, 22 1,5 0 1 1,1 20, 04 daN

⋅

Ta lại có: n = 1333,33 Vg/ph; h = 18000 h Hệ số khả năng làm việc của ổ được xác định theo công thức: (

)0,3

C 20, 04 1333,33 18000

3280, 66

Tra bảng 14P/TKCTM, ta chọn ổ bi đỡ cỡ đặc biệt nhẹ, rộng vừa số hiệu 100

có hệ số khả năng làm việc [C] = 5400 ≥ C = 3280,66 4.5.4. Tính chọn ổ trục vít me

Ta nhận thấy trục vít me chịu lực dọc trục là chủ yếu nên ta chọn tiến hành chọn ổ bi đỡ chặn. Loại ổ này vừa có tác dụng đỡ vừa có tác dụng chặn. Trong trường hợp này, lực dọc trục lớn hơn lực hướng tâm rất nhiều lần nên ta chỉ cần chọn ổ đảm bảo chặn được lực dọc trục tác dụng lên vít me, ta có thể xem Fr = 0

G H

RG RH

≤

)0,3

(158/TKCTM) (3.66)

Hệ số khả năng làm việc của ổ tính theo công thức: ( C Q n.h

bang

Giả sử ta có:

)

( n 500 Vg / ph

)

( h 18000 h

Tải trọng tương đương tính theo công thức: =

(

)

(158/TKCTM) (3.67)

+ Q k .R m.A k .k

Trong đó:

Kv = 1 – Hệ số xét đến vòng nào của ổ quay R = 0 – Tải trọng hướng tâm, daN m = 0,7 – Hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm

Hình 3.14 Sơ đồ tính chọn ổ cho trục vít me

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

At = Q = 250daN – Tải trọng dọc trục Kn =1 – Hệ số nhiệt độ Kt = 1 – Hệ số tải trọng động

( Bảng (8-2) ÷ (8-5) /TKCTM )

= ⋅ +

⋅ =

⋅

Thay vào (3.67), ta được: (

)

[

]

Q 1 0 0, 7 250 1 1 175 daN

Thay vảo (3.66), ta được:

⋅

(

)0,3

C 175 500 18000

21345, 72

Tra bảng (349/17P) ta chọn ổ đũa côn đỡ chặn cỡ trung ứng với đường kính d

=15 có Cbang = 26000 ≥ C Số hiệu của ổ là 7302

D2 d r

B r

d2 D

[n]

Trục

dbi

15,45 3,97 3400

115 25000

0,5

11,5 18,05 3,97 3700

138 25000

0,5

III

15,4

21,3 4,76 5400

200 25000

0,5

Hình 3-15 Các kích thước của ổ bi đỡ một dãy

T Thiết kế ch hế tạo mô h hình máy p phay CNC đ điều khiển hai trục

4 CÁC

C CƠ CẤ

ẤU ĐẶC

C BIỆT C

CỦA MÁ

ÁY

Chương 4 C

ng dụng cụ á ụ có thể gá

trống dụn h nhau 360 g cụ. Trốn 0. đư

cấp và thay ả các loại d o, vị trí mỗ ay đổi dụ bằng chươ trình thay dụng cụ cù lên cho đ

g cụ ược gá lên c bố trí cách ược Khi g cụ trục ống trục hớp ống uay o vị i đã trục ống mới. ong

ến điểm ếp tục đi lê dụng cụ. K quay quan đã được ch với trục c trí chỉ địn ống dụng c n khớp với ệc thay dụn gia công tr ình thay da y thế dụng dụng cụ đư i dao được ụng cụ đư ơng trình. K y đổi dụng ùng đầu t đến khi trố cuối thì t ên để ra kh Khi đó trố nh khớp qu hỉ định vào chính. Khi nh thì đầu t ụ sẽ đi xuố dụng cụ m ng cụ đã xo rở lại. ao như sau u: Hình 3- 16 Tang trố rống dụng c cụ

Vào khớ ớp xoay đầ ầu R LS3 . Cơ cấu c Tất cả ược 10 dao Sự tha iều khiển b đi ọi chương gọ hì trống d th hính sẽ đi ch ụng đi đế dụ hính còn ti ch ới bộ gá d vớ ụng cụ sẽ dụ ể đưa dao để trí í ăn khớp đạ ạt được vị hính và trố ch ở lại để ăn tr N Như thế việ máy có thể g m Chu trì LS2 Đảo c chính đ me trục Kẹp chặt tháo o lỏng dao chiều vít m đi xuống (K dao)

Trục c ầu R đi LS1 LS4 0 90 Trục chí đầu ính tiếp tục u R đứng la c đi lên, ai. chính và đ xuống

T Thiết kế ch hế tạo mô h hình máy p phay CNC đ điều khiển hai trục

2. 2.

gá kẹp phô tích các dạ ạo ra lực kẹ ôi (Đồ gá) ạng cơ cấu ẹp có thể th u sinh lực hực hiện b ằng tay, th huỷ lực, điệ ện từ hoặc khí nén,...

Hình 4.1 Cơ cấu kẹp y p bằng tay ấu kẹp bằn kẹp chi ti công nhân c bằng tay ực kẹp b ứng dụng lớn và hà ài ra, với chặt này nhân phải lớn trong t, dẫn đến ười công nh ng tay ết thì đòi phải trực y. Do đó, bằng tay vào sản àng khối i phương đòi hỏi i tiêu hao g việc gá n sự mệt hân.

. Cơ cấu g .1. Phân t Việc tạ .1.1. Cơ cấ Muốn ỏi người c hỏ ếp thao tá tiế iệc tạo lự vi hông thể kh uất loạt l xu ược. Ngoà đư háp kẹp ph gười công ng ăng lượng nă kẹ ẹp chi tiết mõi cho ngư m

ực hức truyền lại ít bị nén ớn rất thích động hay d n, đàn tính h hợp với p dùng trong kém. Nên phương thứ g đồ gá. Dầ dùng cho c ức sản xuấ c ầu thuỷ lực các chi tiết t , ất tự động,

.1.2. Cơ cấ Dầu th có ó áp suất ca o và nặng, to àng loạt và hà ng thuỷ lự ấu kẹp bằn một hình th hủy lực là m ÷ 70) atm l ao từ (60 ÷ yêu cầu có ó lực cắt lớ i. à hàng khối

T Thiết kế ch hế tạo mô h hình máy p phay CNC đ điều khiển hai trục

Hình 4.2 2 Cơ cấu k kẹp bằng th hủy lực

ợc điểm lớn cơ bơm dầu n nhất của ầu, xi lanh,b loại nàylà bể chứa dầ cồng kềnh ầu, hệ thốn h, tốn kém ng dẫn dầu vì khi kẹp p ó uvà phải có

Tuy nh òi hỏi phải ầu chuyên hiên, nhượ i có động c dùng. đò dầ

cho đồ gá á ngày càn ng nhiều vì g ì có những 4.1.3 Cơ c Việc s cấu kẹp bằ ử dụng kh ằng khí né hí nén và tạ én ạo lực kẹp

ưu u điểm:

ộng của thao tác

ức lao độ ảm nhẹ sứ p chi tiết, khi gá kẹp i. và thuận lợi

chi tiết. gian kẹp c t ngắn thời

ương đối

đề kẹp lớn, tư nh. o được lực hể điều chỉn

tự động h hoá và có thể điều

o có sẵn én dồi dào

uồn khí né ên. tr

m môi ô nhiễm Hình 4 .3 Kẹp chặ ặt bằng khí nén ường. trư

nhược điể m: tồn tại các

í nén có tín nh đàn hồi n nên độ cứn ng vững kẹ ẹp chặt khô ông cao.

ết bị phụ n nhiều.

− Giả ông nhân k cô hẹ nhàng v nh − Rút − Tạo ều và có th − Dễ hiển từ xa. − Ngu ong tự nhiê − Khô ông gây u này vẫn t hiên, cơ cấu Tuy nh − Khí − Thiế − Dòn n thoát ra n ng khí nén ngoài gây n nên tiếng ồn n lớn

2 92

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Do máy phay chúng ta thiết kế có công suất không lớn nên khi gia công đòi hỏi lực kẹp không lớn lắm (khoảng 5500N). Mặc khác do máy làm việc tự động nên việc tạo ra lực kẹp ta chọn hệ thống sinh lực bằng khí nén là tương đối hợp lí. 2.2. Tính toán sơ bộ hệ thống sinh lực bằng khí nén 2.2.1. Nguyên lí hoạt động

Từ bơm 1 khí nén được đưa vào bình chứa 2, qua van một chiều 3 , van giảm áp 4 và bộ lọc 5. Sau đó, qua van tra dầu 6 để bôi trơn các cơ cấu chuyển động. Van phân phối 7 dùng điều chỉnh khí tác dụng theo các chiều khác nhau. Khí nén được chuyển qua buồng A của piston-xilanh 8. Đẩy piston dịch chuyển thực hiện việc kẹp chặt chi tiết trên êtô (phần động của êtô dịch chuyển).

Khi nam châm điện E2 có điện thì đường cấp khí nén bị chặn lại và khí từ piston-xilanh theo đường xả ra ngoài không khí. Lúc đó, đầu động của êtô dịch chuyển ngược lại dưới tác dụng của lò xo ở buồng B.

Sử dụng cơ cấu kẹp êtô để kẹp chi tiết gia công (Hình 4.5). Dưới tác dụng của lực cản phát sinh ra các lực tác dụng lên chi tiết W. Lực ma sát sinh ra trên thành êtô với chi tiết.

⋅ W f

F ms1

F ms2

Với f = 0,15 (Pg28/ĐG. CKH-TĐH). Để chi tiết gia công giữ vững vị trí định vị dưới tác dụng của lực cắt trong quá

trình gia công thì:

(Mục 2/3.2.1)

597

F ms

P h

⋅ =

)

Để đảm bảo an toàn thì: =

⋅ 597 1, 3

( 776 N

F ms

P k h

Với k = 1,3: hệ số an toàn Khi đó, lực kẹp cần thiết khi gia công là:

)

( 5174 N

⋅ k P h f

776 0,15

Hình4.4: Sơ đồ hệ thống kẹp chặt bằng khí nén

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

bên phải với lực Q là:

= η⋅

⋅ − p q

2.D π 4

Trong đó:

D - Đường kính xi lanh

η =

η - Hiệu suất,

0, 87

p - Áp suất, p = 6 at = 0,6 N/mm 2 q - Llực căng lò xo.

Dưới tác dụng của trọng lực bản thân phần di động của êtô sinh ra lực ma sát.

(

)

⋅ N f

⋅ 1 5 0 , 1 5

2 , 2 5 N

m sF

Giả sử quảng đường dịch chuyển của khối lượng phần di động của êtô là x =

150 mm.

Lúc đó, lực căng của lò xo:

lxF Giả sử khi nén lò xo 1,5 mm thì lực cản của lò xo là q = 2 N Khi đó: − Độ cứng lò xo là k = 1,3 − Lực cản khi dịch chuyển quãng đường 150 mm là q = 200 N. Xét tại vị trí cân bằng: −

−

Q W F

⇔ η

− =

.p q W F

= D 2

π .D 4 + W F ms η π .p.

+ + 5174 2 200 0,87.0, 6.3,14

≈ D 114,5 115mm

2.2.2. Tính toán hệ thống khí nén Khi cho dòng khí nén vào buồng A của xi lanh thì cần piston bị đẩy về phía

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Hình 4.5 - Sơ đồ cơ cấu sinh lực bằng khí nén, kết cấu xi lanh một chiều

SỬ DỤNG BẢO QUẢN VẬN HÀNH MÁY

Phần 3

Tuổi thọ và chất lượng của máy phụ thuộc rất nhiều vào những phương pháp sử dụng và bảo quản máy. Nếu tổ chức sử dụng và bảo quản một cách hợp lý, máy có thể làm việc được trong một thời gian dài, từ 10 ÷ 15 năm, có khi đến 20 năm mới hỏng. Do đó, vấn đề sử dụng và bảo quản máy, ngoài tính chất kỹ thuật, nó còn có ý nghĩa về kinh tế rất lớn. 1. Sử dụng và các chế độ truy nhập dữ liệu 1.1. Sử dụng.

− Để sử dụng máy trước tiên phải đọc toàn bộ các hướng dẫn về sử dụng máy. Phải làm quen với tất cả các chức năng của máy để thuận tiện trong việc thao tác. Những người sử dụng máy phải là những người đã được học cách sử dụng máy, có khả năng điều khiển, sửa chữa, và am hiểu về an toàn lao động. Không nên mặc những trang phục lao động rộng, mà phải mặc trang phục bó chặt ở hông và cổ tay.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Chú ý là không để tóc chạm vào máy tốt nhất là phải mang trang phục bảo vệ tóc, bảo vệ mắt với kính an toàn. Khi làm sạch phôi thì không được dùng trực tiếp tay mà phải có bao tay.

− Nối máy với mạng điện chỉ có thể thực hiện bởi các chuyên gia về ngành điện, với những người này khi có sự cố thì họ sẽ xử lý kịp thời để tránh xảy ra những hư hỏng đáng tiếc.

− Để khởi động máy phải đảm bảo rằng máy đang ở trong trạng thái tốt và không bị hư hỏng. Nếu có xảy ra trường hợp nguy hiểm phải ấn ngay công tắc (EMERGENCY-OFF) tắt máy khẩn cấp ở trên máy.

− Hệ thống thay đổi dụng cụ chỉ có thể hoạt động khi máy dừng. Chỉ có thể sử dụng cụ và phải bít kín bulông với vòng đệm tròn ở trên trục. Luôn luôn bít kín tất cả các lỗ nguồn để tránh chất lỏng làm nguội và bụi phoi lọt vào phía trong cơ cấu. Trong khi thay đổi dụng cụ thì bộ gá dụng cụ luôn xoay để vào vị trí ăn khớp.

− Tất cả các công việc cài đặt, duy tu và sửa chữa chỉ được thực hiện trong khi máy không hoạt động và nhớ ấn nút EMERGENCY-OFF. Mọi sự xem xét kiểm tra cũng như sửa chữa thì phải đọc kỹ hướng dẫn cũng như cách sử dụng phụ tùng. Nếu không sẽ xảy ra những hậu quả khó lường.

− Dụng cụ, tài liệu hướng dẫn và những thiết bị liên quan khác đã được cung cấp bởi công ty EMCO, nếu trong quá trình làm việc dụng có sử dụng những dụng cụ khác mà xảy ra sự cố thì công ty không chịu trách nhiệm.

− Để đảm bảo vệ sinh môi trường, nhà máy hay đơn vị sử dụng phải có những biện pháp thích hợp để xử lí chất thải (dầu nhờn, phoi liệu...), và chú ý tới những nguyên tắc an toàn cho những nguyên vật liệu này.

− Khi có những va chạm hay những trường hợp khác về hư hỏng, hãy tiếp

xúc trực tiếp với những cơ quan đại diện hay nhà chế tạo.

− Người giám sát máy không bao giờ được rời máy khi máy đang hoạt động. Khi rời khỏi địa điểm làm việc thì hãy tắt máy và đóng thiết bị khởi động (khoá công tắc chính và cất giữ chìa khoá). 1.2. Các chế độ vận hành máy.

Máy có thể hoạt động ở hai trạng thái khác nhau: − Nếu ta mở máy ở chế độ "automatic" thì máy sẽ làm việc ở chế độ an toàn. − Nếu ta mở máy ở chế độ "Setting operation" thì sự di chuyển của các bộ phận máy trên các thanh trượt sẽ được điều khiển bằng tay. Cửa máy sẽ mở ra trong quá trình làm việc.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

1.3. Các chế độ truy nhập dữ liệu. 1.3.1. Vào dữ liệu thông qua COM1/COM2

− Khi ấn nút DATA IN START. Máy sẽ tiếp nhận các hàm của phần mềm đã

có trong máy.

− Tại góc trái của màn hình sẽ hiển thị dòng chữ DIO (data input/output). Dữ

liệu sẽ được máy tính mã hoá và gửi đến.

− Với phím STOP bạn có thể huỷ bỏ việc nạp chương trình bất cứ lúc nào − Với phím DATA IN START bạn có thể khởi động lại chương trình đã nạp.

− Thông qua hàm này ta có thể lấy các chương trình đã có từ đĩa A,B,C (disk

drives A, B, hard disk drive C).

− Đầu tiên ấn nút DATA IMPORT. − Chỉ đường dẫn (nơi chứa chương trình cần nhập). − Nhập vào sau từ Begin là điểm bắt đầu của chương trình và sau từ End là

điểm kết thúc của chương trình.

− Ấn nút MAIN PROGRAM hoặc SUB PROGRAM để bắt đầu đọc dữ

liệu.

Ngoài ra máy còn có khả năng giao diện với hệ thống robot. Hệ thống điều khiển số phân phối với một máy tính chủ trung tâm (DNC), duy trì một cơ sở dữ liệu của các kênh NC và phân phối chúng để đáp ứng yêu cầu của các đơn vị điều khiển máy thông qua mạng giao tiếp.

1.3.2. Vào dữ liệu thông qua hàm Data Import.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

2. Bảo quản máy

Hình 1-1 Sơ đồ bảo quản và vệ sinh máy

Bôi trơn bằng tay

Bôi trơn nhờ dầu trung tâm

Kiểm tra và quan sát

Lau chùi

Thay đổi

2.1. Đặt máy

Độ chính xác, độ bóng bề mặt của chi tiết gia công phụ thuộc phần lớn vào chất lượng đặt máy. Đặt máy càng vững, chất lượng gia công càng cao, đồng thời máy giữ được độ chính xác ban đầu được lâu và tuổi thọ máy càng lớn.

Chú thích:

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Có nhiều máy có thể làm việc tốt khi không cần đặt lên móng, không cần phải dùng bulông để siết chặt máy. Nhưng làm việc với điều kiện như thế, máy rất chóng mất độ chính xác ban đầu và hao mòn nhanh, cần phải thường xuyên kiểm tra lại máy. Vì thế người ta thường đặt máy trên móng và kẹp chặt, để làm tăng độ cứng vững và độ chịu rung của máy. Yêu cầu về nơi đặt máy: − Nhiệt độ trung bình 18 ÷ 350C − Độ ẩm trung bình 40 ü ÷70% Để tăng đảm bảo đạt yêu cầu và có độ rung ổn định, bề mặt lắp đặt và khu vực

lắp đặt máy cần đáp ứng những yêu cầu sau đây:

Khu vực lắp máy phải tuân theo những nguyên tắc xây dựng để trong trường

hợp rò rỉ dầu (dầu thuỷ lực và dầu bôi trơn) thì môi trường không bị ô nhiễm.

Khi máy làm việc sẽ gây ra rung động do do những vật thể ở gần máy có thể rung động theo (đặc biệt là khi máy làm việc với tốc độ cao, khi cắt lực cắt không cân bằng). Do đó phải chú ý đến những vật thể đặt gần máy để tránh gây ra hiện tượng cộng hưởng.

Không gian làm việc có ánh sáng tốt sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho thao tác

với máy. Và tăng cường chất lượng công việc cũng như độ an toàn làm việc.

Tiếng ồn cũng là một vấn đề quan trọng, nó làm giảm chất lượng công việc thực hiện. Chất lượng làm việc mang lại hoà hợp với tình huống hoạt động. Một người làm việc giỏi với máy tức là thực hiện chính xác những chương trình và giám sát tốt các hoạt động của máy. Nó sẽ được cải thiện nếu ta dùng những bức tường cách ly âm thanh.

Những nguồn nhiệt với nhiệt độ không đều gần máy sẽ ảnh hưởng chất lượng nơi làm việc cũng như sự hoạt động của máy. Nếu cần thiết, những biện pháp bảo vệ thích hợp phải được thực hiện. 2.2. Sửa chữa máy

Sau một thời gian làm việc các chi tiết của máy bị mòn, và do đó, làm giảm chất lượng gia công, giảm năng suất và làm tăng mức tiêu thụ năng lượng, thậm chí có khi dẫn đến những hư hỏng bất ngờ, là gãy các chi tiết máy.

Để làm chậm lại quá trình bị hao mòn, đảm bảo trạng thái làm việc bình thường và ngăn ngừa những hư hỏng bất thường, cần phải tiến hành sửa chữa máy theo kế hoạch trong những khoảng thời gian nhất định. Tất cả những biện pháp về tổ chức và kỹ thuật nhằm để ngăn ngừa hư hỏng và sửa chữa máy, được bao gồm trong một hệ thống gọi là " Hệ thống sửa chữa dự phòng theo kế hoạch".

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Hệ thống sửa chữa dự phòng theo kế hoạch là một hệ thống bao gồm hàng loạt những vấn đề về tổ chức và kỹ thuật để thực hiện toàn bộ những biện pháp chăm sóc, kiểm tra và sửa chữa thiết bị, nhằm làm chậm lại quá trình hao mòn, nâng cao thời gian phục vụ của máy, ngăn ngừa những hư hỏng bất thường, giữ gìn thiết bị ở trạng thái chính xác cố định, giảm đến mức tối thiểu những chi phí về sửa chữa máy. Tóm lại, hệ thống sửa chữa dự phòng theo kế hoạch nhằm làm thế nào để sử dụng máy có hiệu quả và đảm bảo năng suất của máy cao nhất.

Hệ thống sửa chữa dự phòng theo kế hoạch đòi hỏi sự theo dõi và nghiên cứu thường xuyên quá trình hao mòn máy. Trên cơ sở đó, xác định những nhân tố làm cho máy chóng mòn, gây hư hỏng bất thường để lập nên kế hoạch sửa chữa phòng ngừa thích hợp nhất.

Yếu tố ảnh hưởng đến độ hao mòn của máy, trước tiên là tải trọng và chế độ làm việc của máy. Ngoài ra, còn hai nhân tố ảnh hưởng đến mức độ hình thành quá trình hao mòn là:

− Chế độ bôi trơn và sử dụng thích hợp. − Sửa chữa máy tiến hành trong những khoảng thời gian thích hợp. Độ mòn của máy không phải có mức độ như nhau trong suốt thời gian sử dụng

mà nó thay đổi theo thời gian (Hình5.2). Và được đặc trưng bằng đồ thị sau đây:

Độ mòn

b T

− Đường (1) trên hình vẽ biểu thị độ mòn tự nhiên của máy theo thời gian sử dụng. Khi mới bắt đầu sử dụng, độ mòn của máy tăng nhanh (tương ứng với đoạn a), vì các chỗ không đều trên bề mặt chi tiết bị mòn nhanh để hình thành một bề mặt trượt ổn định. Thời gian kế tiếp là độ mòn tạo thành chậm và tăng lên từ từ trong

100

Hình 1-2 Độ mòn của máy

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

khoảng thời gian dài (đoạn b). đây là khoảng thời gian làm việc bình thường của máy. Sau đoạn (b) là đến lúc độ mòn tăng nhanh, các chi tiết bị hao mòn đến giới hạn không thể làm việc tốt, hoặc hư hỏng nặng.

− Đường (2) đặc trưng cho độ mòn của máy trong trường hợp không bình thường, thí dụ như bôi trơn không đầy đủ, chất bẩn vào giữa các bề mặt ma sát...ở thời điểm t1, độ mòn không bình thường bắt đầu hình thành. Nếu như ở thời điểm t1 tiến hành kiểm tra, phát hiện được nguyên nhân gây mòn và tiến hành sửa chữa, khắc phục, thì độ mòn của máy tiến triển theo đường (3), tương tự như độ mòn tự nhiên của máy.

Từ đồ thị trên ta có thể thấy được sự cần thiết của việc sửa chữa theo kế hoạch

nhằm nâng cao tuổi thọ T của máy. 2.3. Nội dung của hệ thống sửa chữa dự phòng theo kế hoạch.

Công tác bảo quản máy móc, thiết bị trên thực tế có thể phân thành 2 lĩnh vực

chính.

− Bảo dưỡng thường ngày: bao gồm việc giữ sạch, cho dầu và sử dụng đúng theo quy định của thuyết minh máy. Công việc này do công nhân đứng máy đảm nhận. Ở những nhà máy lớn công việc bôi trơn, thay dầu mỡ cho máy do công nhân bảo quản máy thực hiện.

− Công việc sửa chữa: bao gồm các công việc kiểm tra, điều chỉnh, sửa chữa

máy và thay thế các chi tiết theo lịch trình.

Trong hệ thống sửa chữa dự phòng theo kế hoạch chỉ đề cập đến những vấn đề

liên quan. Nó có những nội dung chủ yếu sau: 2.3.2. Kiểm tra định kỳ theo kế hoạch.

Trạng thái của máy và thiết bị được thường xuyên kiểm tra giữa hai lần sửa

chữa bằng những hình thức sau:

− Kiểm tra máy hàng ngày nhằm phát hiện, khắc phục những thiếu sót nhỏ, bất thường xảy ra trong quá trình sản xuất, nhằm ngăn ngừa sự gãy vỡ các chi tiết và giảm chi phí sửa chữa. Đi đôi với việc sửa chữa những hư hỏng nhỏ nói trên, việc kiểm tra máy hàng ngày cũng cần phát hiện những hư hỏng lớn hơn, nhưng không thể sửa ngay; hoặc phát hiện những hư hỏng cần phải sửa chữa gấp để báo cho đội trưởng đội sửa chữa biết. Công việc kiểm tra máy hàng ngày do công nhân trực máy (hoặc do công nhân đứng máy) đảm nhận. Việc sửa chữa được tiến hành trong thời gian ăn trưa hoặc trong khoảng thời gian giữa các ca làm việc.

− Kiểm tra kết cấu định nhằm xác định các trạng thái và khả năng làm việc của những chi tiết và bộ phận máy dễ dàng sờ đến mà không cần phải tháo máy

101

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

hoặc chỉ tháo từng bộ phận chính. Khi tiến hành kiểm tra kết cấu, cần phải hỏi công nhân đứng máy về tình hình làm việc của các bộ phận máy.

Ở những bộ phận và chi tiết có thể sờ đến, phải xác định độ rơ, độ mòn cũng như khả năng làm việc của chúng. Những hư hỏng, thiếu sót của các chi tiết được kiểm tra, cần ghi đầy đủ vào phiếu kiểm tra. Những hư hỏng nhỏ, nếu có thể thì sửa ngay tại chỗ. Khi kiểm tra phải tiến hành lau, rữa hệ thống dầu, hệ thống làm nguội, kiểm soát hệ thống điện và vẽ sơ đồ những chi tiết cần thay thế sau này.

Nhờ tiến hành kiểm tra kết cấu, việc xác định mức độ sửa chữa và khối lượng

các chi tiết cần thay thế cho lần sửa chữa tới được chính xác.

Công việc kiểm tra kết cấu định kỳ do đội sửa chữa của phân xưởng hay phòng cơ điện đảm nhận. Công nhân đội sửa chữa tiến hành công việc theo sự chỉ dẫn ở phiếu kiểm tra đã lập nên.

− Kiểm tra độ chính xác định kỳ nhằm xác định dung sai về kích thước và chuyển động của các chi tiết máy có chuyển động tương đối với nhau bằng các dụng cụ đo cần thiết, trên cơ sở các tiêu chuẩn về kiểm nghiệm độ chính xác. Công nhân kiểm tra cũng tiến hành sửa chữa các hư hỏng nhỏ, liên quan đến độ chính xác, với mức độ có thể thực hiện bằng những dụng cụ đơn giản (điều chỉnh trục chính, điều chỉnh các bộ phận máy...).

Kết quả kiểm tra cần ghi vào phiếu kiểm tra độ chính xác, và trên cơ sở đó xác định khả năng làm việc của máy. Thí dụ: nếu tổng các hiệu số giữa trị số đo được khi kiểm tra và sai số cho phép lớn nhất được quy định trong lý lịch của một máy nào đó chưa đến 0,7 mm thì máy có thể tiếp tục sử dụng mà không cần thực hiện các hình thức sửa chữa liên quan nào đến độ chính xác. Nếu như tổng các hiệu số trên nằm trong khoảng giới hạn từ 0,7 ÷ 0,9 mm thì máy cần phải tiến hành sửa chữa nhỏ. Nếu tổng các hiệu số trên có từ 0,9 ÷ 1,2 mm thì phải sửa chữa vừa, và nếu tổng các hiệu số trên vượt quá 1,2 mm thì phải tiến hành sửa chữa lớn. 2.3.3. Sửa chữa định kỳ theo kế hoạch.

Điều kiện cơ bản để bảo quản tốt máy móc, thiết bị là việc sửa chữa định kỳ. Tuỳ thuộc vào khối lượng và mục đích của công việc sửa chữa, ta có thể phân thành 3 loại sau: sửa chữa nhỏ, sửa chữa vừa, sửa chữa lớn.

Những công việc chủ yếu khi sửa chữa nhỏ như sau:

102

a. Sửa chữa nhỏ (tiểu tu) Sửa chữa nhỏ là loại sửa chữa nhằm khắc phục những hư hỏng nhỏ và thay thế những thiết bị hao mòn nhanh của máy. Sửa chữa nhỏ chỉ tháo từng bộ phận của máy và chỉ làm ngừng công việc của máy trong một thời gian ngắn.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

− Khảo sát toàn máy và tháo những bộ phận chủ yếu của máy. (thí dụ: ở máy

phay thì tháo hộp tốc độ, hộp chạy dao, hệ thống bơm, bàn máy).

− Rữa và làm sạch các chi tiết của những bộ phận được tháo ra và chi tiết của

hộp tốc độ.

− Kiểm tra và làm sạch hệ thống bôi trơn và cơ cấu lọc dầu. − Làm sạch và cạo nhẵn các bề mặt của các thước và nêm điều chỉnh, cũng

như các bề mặt ma sát.

− Thay thế, sửa chữa hoặc điều chỉnh lại các chi tiết bị mòn. (thí dụ như: khử các khe hở; sửa chữa các bộ li hợp; sửa chữa các cơ cấu bôi trơn bị hư, hàn lại hoặc nắn thẳng các ống dẫn dầu; thay các vòng chắn dầu bị hỏng; sửa chữa hộp tốc độ; rữa và làm sạch các nắp đậy; sửa lại các vấu tì; cơ cấu hạn chế hành trình; thay thế các chi tiết an toàn bị hư hỏng như các vòng đàn hồi, các tấm da hoặc nỉ bảo vệ các băng máy, sống trượt...)

− Kiểm tra, làm sạch và sửa chữa các cơ cấu đóng mở điện. − Thay thế dầu trong hộp tốc độ, hộp chạy dao; tra dầu và thay bấc ở các

phễu bôi trơn.

+ Trường hợp cần thiết sơn lại các bề mặt không tinh chế, sửa lại các bảng số,

bảng điều khiển.

− Thành lập bảng kê sơ bộ các chi tiết cần thay thế cho các lần sửa chữa sau. Sau cùng, phải cho máy chạy với tất cả các cấp vận tốc và lượng chạy dao, kiểm tra tiếng ồn, độ chính xác và độ bóng chi tiết gia công.

Các công việc điển hình của quá trình sửa chữa vừa bao gồm: − Tháo tất cả các bộ phận mà trong quá trình sửa chữa cần phải xác định độ mòn của nó. Thí dụ như: ở máy tiện phải tháo hộp tốc độ, hộp chạy dao,ở máy phay thì tháo hộp tốc độ, hộp chạy dao, các loại bơm , đầu phân độ và các loại đồ gá.

− Rửa, làm sạch các chi tiết của những bộ đã tháo ra và kiểm tra độ mòn của

chúng.

− Kiểm tra trạng thái của ren và êcu trên trục chính, của các bánh răng.

103

b. Sửa chữa vừa (trung tu). Đặc điểm của sửa chữa vừa là ngoài việc thay thế các chi tiết bị mòn, điều chỉnh lại kết cấu và tiến hành kiểm nghiệm đô chính xác, còn phải tháo tất cả các bộ phận máy để sửa chữa. Ngoài ra còn phải hoàn thành việc sơn lại toàn bộ máy. Sửa chữa vừa cần phải hoàn thành trong hạn càng ngắn càng tốt. Cố thể làm 2 hoặc 3 ca, kể cả những ngày 7nghỉ, đồng thời phải chuẩn bị trước những chi tiết cần thay thế, để có thể làm ngắn nhất thời gian ngừng máy.

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

− Lấy kích t7hước của chi tiết cần thay thế. − Mài lại trục chính, cạo các bề mặt trượt của thân máy, bàn máy, đầu trượt... − Sửa chữa các li hợp ma sát. − Thay thế và lắp ráp lại các ổ trục, bạc, bánh răng trục, trục chính đã bị mòn. − Kiểm tra và làm sạch hệ thống bôi trơn và lọc dầu. Thay dầu trong hộp tốc

độ và phễu bôi trơn. Sửa chữa ống dầu, thay vòng chắn dầu.

− điều chỉnh lại khe hở và vị trí của những cặp bề mặt ma sát. − Rửa, làm sạch và làm sạch các nắp đậy. − Thay thế và điều chỉnh lại các cơ cấu hạn chế hành trình. − Kiểm tra và sửa chữa động cơ điện, các thiết bị điện. − Lập bảng kê các công việc sửa chữa, các chi tiết đã thay thế vào phiếu sửa

chữa.

− Kiểm nghiệm lại toàn bộ về độ chình xác của máy và độ bóng của chi tiết

gia công.

Khi sửa chữa lớn, thường kết hợp với cải tiến và hiện đại hoá máy. Sửa chữa lớn bao gồm các công việc như sửa chữa vừa. Ngoài ra, nó còn thực hiện một số công việc điển hình khác như: tháo toàn bộ các chi tiết máy và phân thành 3 loại.

− Các loại hoàn toàn còn dùng được − Các chi tiết có thể phục hồi lai sau khi sửa chữa. − Các chi tiết hoàn toàn không dùng được. Trên cơ sở phân loại, tiến hành thay thế và sửa chữa các chi tiết, làm nhẵn lại các bề mặt sống trượt, kiểm tra tất cả các kết cấu của máy về mặt truyền động và điều chỉnh. Tiến hành kiểm nghiệm độ chính xác của máy, cũng như độ bóng của chi tiết gia công. Sơn và trang trí lại toàn máy.

c. Sửa chữa lớn (đại tu). Trong phạm vi tiến hành sửa chữa nhỏ và vừa, các chi tiết chóng mòn của máy lần lượt được thay thế. Trong khi đó các chi tiết khác cũng bị mòn tuy chậm hơn. Vì thế, sau sửa chữa nhỏ và vừa, với một thời gian nhất định các chi tiết máy bị mòn toàn bộ, đồi hỏi phải làm mới lại toàn máy.

Sửa chữa nhỏ và vừa có thể tiến hành tại chỗ hoặc ở phân xưởng sửa chữa của phòng cơ điện. Sửa chữa lớn phải tiến hành ở phân xưởng sửa chữa và phòng thiết kế có trách nhiệm kiểm tra lại chất lượng của máy. 3. Bôi trơn máy

Bôi trơn các bề mặt làm việc là nhằm bảo đảm cho các chi tiết máy làm việc ở trạng thái ma sát ướt. Nó làm giảm ma sát do đó, giảm được tổn thất năng lượng,

104

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

giảm độ mòn bề mặt, đảm bảo nhiệt độ làm việc bình thường của máy. Đảm bảo cho truyền động được êm, không ồn. Nâng cao hiệu suất của máy và đảm bảo độ chính xác khi gia công.

Các bộ phận chính yếu trong máy cần phải bôi trơn là: các ổ trục, sống trượt, các chi tiết thực hiện truyền động như bánh răng, xích, vít me, các bạc, các khớp nối.

Các bộ phận này được cung cấp dầu bôi trơn ở hệ thống dầu trung tâm (Hình5.3). Nó được phân phối đều ở nhưng điểm cần bôi dầu. Ngay khi bộ phận trượt đi qua, hệ thống sẽ tự động bơm dầu thông qua rãnh dẫn để cung cấp dầu bôi trơn.

Chú ý: − Phải kiểm tra mức dầu của thùng dầu bôi trơn hàng ngày ở phần sau của máy không được hạ thấp xuống mức tối thiểu cho phép. Nếu chúng ta đổ dầu ở mức độ quá thấp thì bơm sẽ không làm việc được, không khí sẽ lọt vào hệ thống bôi trơn.

− Chú ý là mở các đường dẫn dầu trước khi

mở van phân phối dầu.

Ngoài ra còn một số bộ phận không được cung cấp dầu bôi trơn bởi hệ thống dầu trung tâm như: ổ chứa dụng cụ, ê-tô máy do đó ta phải thường xuyên bôi trơn chúng.

Đối với ổ chứa dụng cụ phải thường xuyên

bôi trơn và chú ý đến các sống trượt.

Khoảng thời gian bôi trơn là: 40 giờ. Trong khi thay đổi dụng cụ, sự kẹp chặt và tháo lỏng giữa trục chính và bộ gá dụng cụ được điều khiển bởi dầu ép ở trên đầu trục chính. Bộ phận này cũng không được bôi trơn bằng hệ thống dầu trung tâm. Do đó ta cũng phải bôi trơn thường xuyên, khoảng thời gian bôi trơn là 40 giờ.

Đối với ê-tô phải lau chùi hàng ngày để tránh các bụi phoi, và các loại bụi bẩn khác làm hư hỏng hàm ê-tô và đảm bảo kẹp an toàn. Hàm ê-tô được lau chùi hàng ngày bởi dầu nhờn. Trục ê- tô được bôi trơn bằng mỡ trong khoảng 200 giờ một lần.

105

Hình1-3

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Phần 4

LẬP CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG

Chương trình NC là toàn bộ tất cả các lệnh cần thiết để gia công một chi tiết trên máy công cụ CNC. Cấu trúc của một chương trình NC đã được tiêu chuẩn hoá và có trong DIN 66025 ( tiêu chuẩn hoá của CHLB Đức).

{Số hiệu chương trình} {Số hiệu chương trình} {Khai báo mặt phẳng cần gia công} {Khai báo không gian của bàn máy công tác} {Khai báo biên dạng của máy gia công}

{Các câu lệnh của chương trình gia công}

%CTGC_DATN N 2003 N1 G17 hoặc G18 N2 G54 N4 G99 N5 ... ... ... ... ... ... N...G22 N...G23 M30

{Gọi chương trình con} {Xoá chức năng đặt điểm không} {Kết thúc chương trình}

1. Cấu trúc của chương trình NC.

5 2

Giả thuyết gia công chi tiết như trên hình 1-1 − Vật liệu phôi: Nhôm − Chiều sâu phay: 7[mm] − Đường kính dao phay: 12 [mm]

100

STT X

-7

R19

-7

5 7

0 0 1

-7

R12

-7

5 2

2 1

-7

Bảng tọa độ

Hình 1-1 Bề mặt chi tiết gia công

106

2. Lập trình gia công trên máy bằng tay

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Số hiệu chương trình Chọn mặt phẳng gia công là XY,

Chương trình gia công gồm 2 bước: − Bước 1: Ta chọn dao phay mặt đầu để phay mặt phẳng. − Bước 2: Đổi dao phay rãnh để phay biên dạng cần đạt được Để đạt được chiều sâu là 7[mm] ta gia công 3 lần. − Lần 1 lấy chiều sâu cắt là 3[mm] − Lần 2 lấy chiều sâu cắt là 3[mm] − Lần 3 lấy chiều sâu cắt là 1[mm] Chương trình gia công. Chú thích %1806 N01 G54 G90 G71 gia công theo kích thước tuyệt đối. N02 G00 X0 Y0 Z12 N03 M06 T1 N04 M03 S 1500 N05 G00 X-25 Y-16 Z-2 M08 N06 G01 X90 Y-16 F120 N07 X90 Y-50 N08 X10 Y-50 N09 X10 Y-86 N10 X90 Y-86 N11 G00 Z12 M09 N12 G57 X0 Y-100 Z-2 N13 G00 X0 Y0 Z12 N14 M06 T4 N15 M03 S1600 N16 G00 X50 Y-10 M08 N17 F 120 N18 R01=3 N19 L2003 P2 LF

Dùng đơn vị là millimeter Điểm thay dụng cụ Đổi dao phay rãnh Quay trục chính theo chiều kim đồng hồ Với tốc độ 1600 v/ph. Chạy nhanh đến điểm X=-25, Y=-16, Z- 2, mở Dung dịch trơn nguội. Chạy đến điểm 3 với lượng chạy dao F=120[mm/ph] Chạy đến điểm 4 Chạy đến điểm 5 Chạy đến điểm 6 Chạy đến điểm 7 Rút dao nhanh lên 12 mm, tắt dung dịch trơn nguội. Chuyển điểm chuẩn về vị trí O2 Điểm thay dụng cụ Đổi dao phay rảnh Quay trục chính theo chiều kim đồng hồ Với tốc độ 1600[mm/ph]. Chạy đến điểm X=50, Y=-10 mở dung Dịch trơn nguội. Lượng chạy dao là [150mm/ph] Chỉ dẩn giá trị R01=3 Nhảy vào chương trình con L2002

107

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Và chạy hai lần chương trình này. Chỉ dẩn giá trị R01=7 Nhảy vào chương trình con L2002 Trở về điểm ban đầu tắt dung dịch trơn nguội. Dừng trục chính Kết thúc chương trình

N20 R01 7 N21 L2003 P1 LF N22 G00 X50 Y-10 M09 N23 M05 N24 M30 LF L2003 N100 ZR01 N101 G01 X50 Y0 N101 X 12 Y25 N102 Y 75 N103 G02 X50 U19 N104 G01 X88 N105 Y25 N106 G02 X75 Y0 U12 N107 G01 X50 N108 G00 X50 Y-10 N109 M17 LF

Tên chương trình con Z nhận giá tri của R01 Chạy đến điểm 1 Chạy dao đến điểm 2 Chạy dao đến điểm 3 Nội suy đường tròn đến điểm 4 Chạy dao đến điểm 5 Chạy dao đến điểm 6 Nội suy đường tròn đến điểm 7 Chạy dao đến điểm 1 Chạy dao nhanh đến X50, Y-10 Kết thúc chương trình con

Các chức năng dịch chuyển được biểu thị bằng các chữ cái địa chỉ G và một con số hai chữ số đứng sau. Người ta cũng gọi các chức năng dịch chuyển là các chức năng chuẩn bị.

Chức năng dịch chuyển đã được chuẩn hoá và có trong DIN 66025 (quy chuẩn

hoá của cộng hoà liên bang Đức).

3. Các chức năng dịch chuyển và các chu trình 3.1. Các chức năng dịch chuyển.

Chạy dao nhanh đến toạ độ đã lập trình

G00

Nội suy đường thẳng

G01

Nội suy đường tròn theo chiều kim đồng hồ

G02

Nội suy đường tròn ngược chiều kim đồng hồ

G03

Thời gian dừng cho gia công

G04

Dừng tạm thời (để kẹp chặt)

G05

108

CHỨC NĂNG CHUẨN BỊ G

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

G06 - 07

Không dùng

Tăng tốc

G08

Giảm tốc

G09

Nội suy đường thẳng (kích thước lớn)

G10

Nội suy đường thẳng (kích thước nhỏ)

G11

Nội suy 3 toạ độ (3D)

G12

Lựa chọn trục

G13

Chọn mặt phẳng gia công XY

G17

Chọn mặt phẳng gia công ZX

G18

Chọn mặt phẳng gia công YZ

G19

Cắt ren với bước ren không đổi

G33

Huỷ bỏ chỉnh lý đường dịch chuyển dao

G40

Chỉnh sửa biên dạng dụng cụû, dao bên trái đường viền gia công

G41

Chỉnh sửa biên dạng dụng cụ, dao bên phải đường viền gia công

G42

Huỷ bỏ hiệu chỉnh theo tỷ lệ

G50

Hiệu chỉnh theo tỷ lệ

G51

Kết thúc xê dịch điểm chuẩn đã chọn

G53

Xê dịch điểm chuẩn (toạ độ X)

G54

Xê dịch điểm chuẩn (toạ độ Y)

G55

Xê dịch điểm chuẩn (toạ độ Z)

G56

Xê dịch điểm chuẩn (toạ độ X và Y)

G57

Xê dịch điểm chuẩn (toạ độ X và Z)

G58

Xê dịch điểm chuẩn (toạ độ Y và Z)

G59

Dừng chính xác tại góc trong, thuộc phạm vi lượng chỉnh sửa

G60

G62/G64

Huỷ bỏ dừng chính xác

Dùng hệ inches

G70

Dùng hệ millimeter

G71

Kết thúc chu trình đã chọn G81-G89

G80

Gọi chu trình gia công lỗ L81

G81

Gọi chu trình gia công lỗ L82

G82

109

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Gọi chu trình gia công lỗ L83

G83

Gọi chu trình gia công lỗ L84

G84

Gọi chu trình gia công lỗ L85

G85

Gọi chu trình gia công lỗ L86

G86

Gọi chu trình gia công lỗ L87

G87

Gọi chu trình gia công lỗ L88

G88

Gọi chu trình gia công lỗ L89

G89

Lập trình theo kích thước tuyệt đối

G90

Lập trình theo kích thước tương đối

G91

Lượng chạy dao đặt trực tiếp tính theo mm/ph(hay inch/min)

G94

Lượng chạy dao đặt trực tiếp tính theo mm/vòng

G95

Đi tới tiếp cận biên dạng song song

G147

Đi tới tiếp cận biên dạng 1/4 cung tròn

G247

Đi tới tiếp cận biên dạng 1/2 cung tròn

G347

Thoát khỏi biên dạng song song

G148

Thoát khỏi biên dạng 1/4 cung tròn

G248

Thoát khỏi biên dạng 1/2 cung tròn

G348

Dừng chương trình

M00

Dừng chương trình có chọn lọc

M01

Kết thúc chương trình

M02

Quay trục chính theo chiều kim đồng hồ

M03

Quay trục chính theo ngược chiều kim đồng hồ

M04

Dừng trục chính

M05

Thay dụng cụ

M06

Mở hệ thống làm mát

M08

Tắt hệ thống làm mát

M09

Kết thúc chương trình con

M17

Quay đầu trục chính đimột góc (đã xác định)

M27

Kết thúc chương trình và trở lại dòng lệnh đầu

M30

110

CÁC CHỨC NĂNG PHỤ M

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

M53

Không gia công kiểu gương ảnh qua trục x

M54

Gia công kiểu gương ảnh qua trục x

M55

Không gia công kiểu gương ảnh qua trục y

M56

Gia công kiểu gương ảnh qua trục y

M57

Không gia công kiểu gương ảnh qua trục z

M58

Gia công kiểu gương ảnh qua trục z

M71

Mở hệ thống thổi bụi

M72

Tắt hệ thống thổi bụi

3.2. Các chu trình.

Những chức năng dịch chuyển thực hiện nhiều quá trình chuyển động người ta gọi là các chu trình, ví dụ: chu trình khoan. Những chu trình được nhiều người ứng dụng như chu trình khoan là những chức năng đã được quy chuẩn hoá của hệ điều khiển.

Người sử dụng cũng có thể lập trình các chu trình riêng theo các yêu cầu đặc biệt của mình và cài đặt chúng vào trong bộ nhớ của hệ điều khiển. Các chu trình không biểu thị những điều kiện dịch chuyển mới. Để giảm chi phí cho việc lập trình và tăng sự thuận tiện khi lập trình... Nhiều điều kiện dịch chuyển được nhóm lại thành một chu trình.

111

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tạ Duy Liêm - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật1998

1. Máy công cụ

Tạ Duy Liêm - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật1999.

2. Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ

Trần Văn Địch - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 2000.

3. Công nghệ trên máy CNC

Châu Mạnh Lực - Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.

4. Giáo trình công nghệ gia công trên máy CNC

Phùng Rân, Trương Ngọc Thực - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành

5. Giáo trình cơ sở cắt gọt kim loại

phố Hồ Chí Minh 6. Thiết kế máy cắt kim loại [8]

Nguyễn Ngọc Cẩn -Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí

Minh 1987. 7. Sổ tay công nghệ chế tạo máy -Tập I

Nguyễn Đắc Lộc, Ninh Đức Tốn, Lê Văn Tiến, Trần Xuân Việt - Nhà xuất

bản khoa học kỹ thuật 1999 8. Sổ tay công nghệ chế tạo máy - Tập II

Nguyễn Đắc Lộc, Ninh Đức Tốn, Lê Văn Tiến, Trần Xuân Việt - Nhà xuất

bản khoa học kỹ thuật 1999 9. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí - Tập I

Trịnh Chất, Lê Văn Uyễn - Nhà xuất bản giáo dục 2000.

Nguyễn Trọng Hiệp - Nhà xuất bản giáo dục 1994

10. Chi tiết máy - tập II [12]

Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm - Nhà xuất bản giáo dục 2001

11. www.emco.at/Pcmill - 155.php?changelang=en 12. Thiết kế chi tiết máy [16]

14.

13. Tự động điều khiển các quá trình công nghệ Trần Doãn Tiến - Nhà xuất bản giáo dục1998. Đồ gá cơ khí hoá, tự động hoá Lê Văn Tiến, Trần Văn Địch, Trần Xuân Việt - Nhà xuất bản khoa học kỹ

thuật 1999. 15. Điều khiển tự động trong các lĩnh vực cơ khí

Phạm Đắp, Trần Xuân Tuỳ - Nhà xuất bản giáo dục 1998

112