ĐỒ án đề tài TÍNH TOÁN, THIẾT kế hệ THỐNG THAY DAO tự ĐỘNG DÙNG CHO máy PHAY CNC 3 TRỤC

Trong các máy CNC thì việc sử dụng hệ thống thay dao tự động có tác dụng làm giảm thời gian thay dao nâng cao hiệu quả kinh tế của nhà máy là một yếu tố quan trọng góp phần vào quá trình

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO

TỰ ĐỘNG DÙNG CHO MÁY PHAY CNC 3 TRỤC

Giảng viên hướng dẫn: GS.TS.GVCC Nguyễn Đức Toàn

Mã học phần: ME4504

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Long Nhật

MSSV: 20184570

2

MỤC LỤC

GIỚI THIỆU 5

CHƯƠNG 1 KẾT CẤU CỦA MÁY PHAY CNC 3 TRỤC VMC65 6

1.1 Kết cấu chung của máy CNC 3 trục 6

1.2 Hệ thống thay dao tự động của máy VMC65 6

CHƯƠNG 2 CÁC HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG DÙNG CHO MÁY CÔNG CỤ CNC 8 2.1 Giới thiệu chung về các loại hệ thống thay dao tự động 8

2.1.1 Chức năng và nhiệm vụ 8

2.1.2 Cơ cấu tích dụng cụ của hệ thống thay dao tự động 9

2.2 Hệ thống dụng cụ trên máy công cụ CNC 20

2.2.1 Các bộ phận khác 21

2.2.2 Phần tử dụng cụ 22

2.3 Chức năng của hệ thống quản lý dụng cụ 23

2.3.1 Danh mục dụng cụ 23

2.3.2 Nhận dạng dụng cụ 23

2.3.3 Điều chỉnh dụng cụ trước khi gia công 25

2.3.4 Quản trị dụng cụ trong hệ CNC 26

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG CHO MÁY PHAY CNC – VMC65 28

3.1 Quy trình thay dao tự động 28

3.2 Tính toán kết cấu cơ khí của hệ thống thay dao tự động 29

3.2.1 Tính toán, thiết kế đài gá dao của hệ thống 29

3.2.2 Tính toán động học cho đài dao 49

3

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2-1 Sơ đồ động học máy 6

Hình 2-2 Mô hình 3D hệ thống thay dao 7

Hình 3-1 Sơ đồ thay thế dụng cụ cấp phát tự động 9

Hình 3-2 Kết cấu đầu Revonve 10

Hình 3-3 Đầu Revonve dạng côn 11

Hình 3-4 Đầu Revonve dạng tang trống 11

Hình 3-5 Phân loại ổ tích dao 13

Hình 3-6 Phân loại kết cấu thay dao tự động 14

Hình 3-7 Cơ cấu thay dao tự động dạng tay máy 15

Hình 3-8 Cơ cấu thay dao với ổ tích dao dạng xích 16

Hình 3-9 Kết cấu thay dao với ổ tích dao dạng xích hoặc nhiều tầng 17

Hình 3-10 Kết cấu thay dao với hệ thống thay dao dạng tròn 18

Hình 3-11 Kết cấu thay dao dạng đĩa tròn 19

Hình 3-12 Dạng điều khiển cho kết cấu thay dao với ổ tích dao dạng đĩa tròn 19

Hình 3-13 Các bộ phần khác 21

Hình 3-14 Cấu tạo của phần tự tiếp nhận dụng cụ 22

Hình 3-15 Các loại ổ tích dao 22

Hình 3-16 Cấu tạo của dao tiện răng ghép 23

Hình 3-17 Điều chỉnh dụng cụ trước khi gia công 26

Hình 4-1.Trục chính đang mang dao i và muốn thay dao j 28

Hình 4-2 Trục chính không mang dao và muốn thay dao j 29

Hình 4-3 Kích thước của chuôi dao 30

Hình 4-4 Kích thước trên dao 30

Hình 4-5 Sơ đồ tính toán kích thước hình học của tang chứa dao 31

Hình 4-6 Sơ đồ khe hở giữa các tay kẹp 32

Hình 4-7 Tay kẹp và chốt định vị 34

Hình 4-8 Quy trình kẹp dao kiểm tra hở khi kẹp mở 34

Hình 4-9 Sơ đồ tang chứa dao 35

Hình 4-10 Sơ đồ tính chiều cao tang 35

Hình 4-11 Sơ đồ tính toán cơ cấu Man 37

Hình 4-12 Thông số hình học của đĩa Man 39

Hình 4-13 Thông số hình học của cần quay Man 39

Hình 4-14 Sơ đồ tính toán thay dao 41

Hình 4-15 Biểu đồ phụ thuộc vận tốc góc và gia tốc góc của đĩa Man vào góc ψ 43

Hình 4-16 Sơ đồ bố trí ổ lăn trên hệ thống thay dao 44

Hình 4-17 Sơ đồ phân bố lực 44

Hình 4-18 Kích thước ổ đũa côn 46

Hình 4-19 Kích thước ổ bi đỡ 1 dãy 47

Hình 4-20 Mô hình trục đỡ tang 48

Hình 4-21 Sơ đồ dẫn động quay đài dao 49

Hình 4-22 Sơ đồ phân bố lực trên cơ cấu Man 50

Hình 4-23 Thông số động cơ – HGT loại 90YS90GV22 52

Hình 4-24 Kích thước động cơ – HGT loại 90YS40GV22 52

Hình 4-25 Kích thước hình học của then 53

4

Hình 4-26 Thông số vòng bi thanh trượt LMF30 53

Hình 4-27 Sơ đồ hệ thống khí nén dẫn động đài dao 54

Hình 4-28 Kích thước của Xilanh – Piston khí nén 57

Hình 4-29 Sơ đồ bố trí trục dẫn hướng trên hệ thống thay dao tự động 59

Hình 4-30 Biểu đồ Momen lực trên trục dẫn hướng 60

DANH MỤC BẢNG Bảng 4-1 Bảng các ổ lăn phụ thuộc vào loại và cỡ ổ 45

Bảng 4-2 Bảng hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục 45

5

GIỚI THIỆU

Đóng góp vào sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ trong thời gian gần đây, tự động hóa sản xuất có một vai trò quan trọng Nhận thức được điều này, trong chiến lực công nghiệp hóa và hiện đại hóa nền kinh tế đất nước, công nghệ tự động được ưu tiên đầu tư và phát triển

Ở các nước có nền công nghiệp phát triển việc tự động hoá các ngành kinh tế, kỹ thuật trong

đó có cơ khí chế tạo đã thực hiện từ nhiều thập kỷ trước đây Một trong những vấn đề quyết định của tự động hoá ngành cơ khí chế tạo là kỹ thuật điều khiển số và công nghệ trên các máy điều khiển số

Các máy công cụ điều khiển số (NC và CNC) được dùng phổ biến ở các nước phát triển Trong những năm gần đây NC và CNC đã được nhập vào Việt Nam và được sử dụng rộng rãi tại các viện nghiên cứu và các công ty liên doanh Máy công cụ điều khiển số hiện đại (các máy CNC) là các thiết bị điển hình cho sản xuất tự động, đặc trưng cho ngành cơ khí tự động Vậy để làm chủ được công nghệ cần làm chủ được các thiết bị quan trọng và điển hình

Trong các máy CNC thì việc sử dụng hệ thống thay dao tự động có tác dụng làm giảm thời gian thay dao nâng cao hiệu quả kinh tế của nhà máy là một yếu tố quan trọng góp phần vào quá trình tự động hoá sản xuất do đó việc đi sâu tìm hiểu hệ thống thay dao tự động cho phép ta có thể chế tạo hệ thống thay dao tự động riêng cho máy phù hợp với quá trình sản suất của nhà máy, góp phần làm tăng hiệu quả của việc sử dụng máy CNC, tăng năng xuất của nhà máy là một nhu cầu cần thiết

Phần thuyết minh trình bày về quá trình tính toán, thiết kế hệ thống thay dao tự động dùng cho máy phay CNC 3 trục đứng Đây là một bài toán điển hình cung cấp kiến thức cơ bản

về máy điều khiển số, sử dụng các kiến thức tổng hợp từ các môn học để vào giải một bài toán

kỹ thuật.

Lần đầu tham gia nghiên cứu thiết kế và tính toán về lình vực này nên em còn nhiều bỡ ngỡ và không tránh khỏi thiếu sót trong quá trình tính toán và thiết kế kính mong các thầy giáo tham gia xét duyệt đồ án xem xét và đóng góp ý kiến chỉnh sửa cho em có thể hoàn thiện tốt nhất cho đồ án này

Đặc biệt em xin cảm ơn thầy Nguyễn Đức Toàn đã tận tình tham gia hướng dẫn, trực tiếp thông duyệt, đánh giá, nhận xét cho em thêm phần hoàn thiện cho đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

Nhật Nguyễn Long Nhật

Hà Nội, ngày , tháng , năm 2022

6

CHƯƠNG 1 KẾT CẤU CỦA MÁY PHAY CNC 3 TRỤC VMC65

1.1 Kết cấu chung của máy CNC 3 trục

Để có được những kiến thức cơ bản về kết cấu máy CNC, Máy phay CNC - VMC65 là loại máy phay cao tốc 3 trục điều khiển số được lấy làm thí dụ điển hình để nghiên cứu Đây là một trong những máy CNC đầu tiên được sản xuất trong nước tại công ty BKMECH vào năm 2007.Các bộ phận chính của máy:

Thông số bàn máy: Kích thước bàn: 770×400 (mm) Kích thước rãnh chữ T: 3×18T×120 Khối lượng phôi lớn nhất: M = 300 (kg) Vận tốc lớn nhất khi chạy không: V1 = 20 (m/ph) Vận tốc lớn nhất khi gia công: V2 = 15 (m/ph)

1.2 Hệ thống thay dao tự động của máy VMC65

Số dao Z=16 dao, khối lượng trung bình dao 7÷10 (kg), đường kính lớn nhất của dao D = 80

mm, loại chuôi dao là BT40 Cấu tạo của hệ thống thay dao tự động như sau:

Hình 1-1 Sơ đồ động học máy

7

Hình 1-2 Mô hình 3D hệ thống thay dao

4-chuôi dao 5- chi tiết kẹp dao 6-cơ cấu man

7-tang của đài chứa dao

Xilanh 2 làm nhiệm vụ dịch đài dao sang trái hoặc phải

Động cơ 3 dẫn động đài dao quay tròn để thực hiện thay dao

2.1.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống thay dao

Là cất trữ được một số lượng dao cần thiết và đưa nhanh mỗi dao vào vị trí làm việc khi có yêu cầu Các máy CNC hiện đại thường được trang bị hệ thống thay dao tự động theo chương trình Automatic Tool Chaner – ATC

2.1.1.2 Ưu nhược điểm của thay dao tự động so với thao tác bằng tay

Ưu điểm:

- Rút ngắn thời gian đổi dụng cụ

- Tránh được lỗi khi thao tác

- Tránh được một số rủi ro tai nạn

- Có khả năng tự động hóa ở cấp độ cao

Nhược điểm:

- Vốn đầu tư lớn

- Tăng chi phí lắp đặt ban đầu

2.1.1.3 Các yêu cầu đối với hệ thống thay dao tự động

- Ổ chứa phải có dung lượng đủ lớn

- Dụng cụ phải được giữ trong ổ với độ tin cậy cao

- Dụng cụ phải được giữ chặt trong tay máy khi thay thế tự động

- Chuôi dao và đài gá dao phải được định vị chính xác vào vị trí gia công

- Khoảng cách giữa ổ tích dụng cụ tới vị trí công tác là ngắn nhất

- Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động phải bố trí sao cho không chạm vào phôi khi thay thế dụng cụ

- Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động phải có độ tin cậy làm việc cao

- Tránh làm bẩn các bề mặt lắp ráp của chuôi vào đài gá dụng cụ

- Sử dụng bảo dưỡng tiện lợi, đáp ứng yêu cầu an toàn

- Quản lý và thay đổi chính xác dao theo chương trình

- Thay nhanh để giảm thời gian chờ

10

2.1.2.2 Phân loại cơ cấu tích dụng cụ

Phân loại cơ cấu tích dụng cụ

Đầu revonve dạng sao

Đầu revonve dạng chữ thập

Đầu revonve dạng tang trống

Ổ tích dao dạng dài

Ổ tích dao dạng vòng

Ổ tích dao dạng côn

Ổ tích dao dạng băng xích

Ổ tích dao dạng đĩa tròn

Ổ tích dao nhiều tầng

Ổ tích dao dạng sao

Hình 2-2 Kết cấu đầu Revonve

Các dao thường được lắp trên mặt đầu hoặc mặt ngoài của đĩa quay

Tạo điều kiện thay đổi dao nhanh trực tiếp ( sau một nguyên công, đầu Rêvonve tự động xoay dần thêm 1 vị trí cho tới khi tìm được dụng cụ yêu cầu, các vị trí không lắp dụng cụ sẽ được nhảy qua)

Có động cơ truyền động riêng và được điều khiển theo chương trình đã lập trình sẵn

Kết cấu dầu Rêvonve chứa được ít dao, khoảng từ 6-18 dao để tránh va đập giữa dụng cụ và phôi, thời gian thay dụng cụ trung bình khoảng 1-4 giây

Máy lớn có thể chứa 2 – 3 đài dao

b Các loại đầu Rêvonve

Hình 2-3 Đầu Revonve dạng côn

a – Hình dáng tổng thể b – Phay rãnh cong

c – Khoan lỗ nghiêng d, e – Cắt ren và khoan lỗ trên mặt bích

Hình 2-4 Đầu Revonve dạng tang trống

- Ổ tích dao dạng dài: nhiều dụng cụ được cắm hoặc treo thành một hoặc nhiều hàng

bên cạnh nhau Kết cấu chứa được nhiều dao, số lượng dao tùy thuộc vào số hàng mà

ta phân bố

- Ổ tích dao dạng đĩa tròn: nhiều dụng cụ được cắm phân bố trên chu vi của đĩa Trục

của ổ tích dao dạng đĩa tròn có thể thẳng đứng hoặc nằm ngang tùy theo kết cấu của máy Đây là kết cấu thông dụng rất hay được dùng, sức chứa từ 12 đến 40 dụng cụ

- Ổ tích dao vòng: nhiều dụng cụ được cắm trên nhiều vòng tích dao bố trí đồng tâm

nhau Các vòng tích dao có khả năng quay độc lập với nhau Sức chứa từ 24 đến 100 dao

- Ổ tích dao dạng băng xích: nhiều dụng cụ được cắm trên chiều dài của băng xích

Băng xích kết cấu đơn hoặc kép, có thể nới rộng tùy theo yêu cầu sử dụng Sức chứa của ổ tích có thể lên tới 140 dao

- Ổ tích dao nhiều tầng: nhiều dụng cụ được cắm trên các hàng xếp thành tầng với

nhau Các tầng này có khả năng quay độc lập nhau Sức chứa trung bình khoảng từ 40 đến 100 dao

- Ổ tích dao dạng côn: các dao được bố trí trên bề mặt của hình côn Kết cấu này cho

phép thay dao một cách dễ dàng

- Ổ tích dao dạng sao: các dao được bố trí trên bề mặt trụ của cơ cấu Kết cấu này ít

được dùng vì khi số lượng dao lớn kéo theo kích thước đường kính lớn, chiếm không gian máy

13 Hình 2-5 Phân loại ổ tích dao

14

2.1.2.3 Cơ cấu thay dao tự động

Cơ cấu thay dao tự động có chức năng thay đổi dụng cụ kể cả tiếp nhận/gá đặt dụng cụ giữa

vị trí làm việc và ổ tích dụng cụ Trong đó kết cấu phổ biến dạng tay tóm

- Quỹ dạo đường dịch chuyển

tương đối phức tạp, gồm nhiều

3 Trục chính di chuyển lên xuống thực hiện quá trình thay (gá đặt) dụng cụ

- Đường dịch chuyển ngắn, quỹ đạo dịch chuyển đơn giản

Cơ cấu thay dao tự động

Hình 2-6 Phân loại kết cấu thay dao tự động

Một số cơ cấu thay dao tự động thường dùng trong các máy CNC:

a Cơ cấu thay dao dạng tay máy

Hình 2-7 Cơ cấu thay dao tự động dạng tay máy

16

Chu trình thay đổi dụng cụ:

- Tìm kiếm dụng cụ tiếp theo đã được lập trình và chuẩn bị vị trí tương ứng trong ổ tích dao để lấy dụng cụ ra

- Ổ tích dao và trục chính máy chuyển dịch về vị trí HOME thay đổi dụng cụ

- Tay tóm tóm dụng cụ ở trục chính và ổ tích dao, hãm trong tay tóm và nhả các thiết bị

đỡ và giữ dao

- Lấy dụng cụ ra, tay tóm cầm dụng cụ và lắp dụng cụ mới vào lỗ con của trục chính máy cũng như đưa dụng cụ đã dùng vào lỗ tương ứng ở Ổ tích

- Đưa tay máy về vị trí an toàn

- Đây là kết cấu tay tóm với Ổ tích dao dạng xích hoặc nhiều tầng

- Vị trí của trục chính máy và ổ tích dao gần nhau

- Đường dịch chuyển của tay tóm tương đối đơn giản

- Tiết kiệm thời gian thay đổi dụng cụ

b Cơ cấu thay dao với ổ tích dao dạng xích

Hình STYLEREF 1 \s 3 SEQ Hình \* ARABIC \s

1 8 Cơ cấu thay dao tự động dạng tay máy

Hình 2-8 Cơ cấu thay dao với ổ tích dao dạng xích

17

Chu trình thay đổi dụng cụ:

- Trục chính di chuyển về vị trí HOME

- Ổ tích xác định vị trí dao và di chuyển đến vị trí cần thay thế

- Tay tóm di chuyển vào kẹp dụng cụ ở ổ tích và đầu trục chính

- Tay tóm di chuyển ra và quay 180 đổi chỗ 2 dụng cụ

- Tay tóm di chuyển vào để lắp dụng cụ vào đầu trục chính và nhả kẹp

- Tay tóm di chuyển ra kết thúc quá trình thay thế dụng cụ

c Cơ cấu thay dao với ổ tích dao dạng tích hoặc nhiều tầng

Kết cấu ổ tích dao dạng xích hoặc nhiều tầng:

- Vị trí của trục chính máy và ổ tích dao tương đối xa

- Đường dịch chuyển của tay tóm tương đối phức tạp

Chu trình thay đổi dụng cụ:

- Trục chính di chuyển về vị trí HOME

- Ổ tích xác định và di chuyển dụng cụ cần thay thế đến vị trí thay

- Tay tóm di chuyển vào kẹp dụng cụ trong ổ tích và di chuyển ra

- Tay tóm quay 1 góc 900 và di chuyển đến vị trí trung gian

- Tại vị trí trung gian tay tóm quay 1 góc 900 để trục dụng cụ cùng phương với trục chính

- Tay tóm di chuyển vào gá dụng cụ vào đầu trục chính, nhả kẹp và di chuyển ra Hình 2-9 Kết cấu thay dao với ổ tích dao dạng xích hoặc nhiều tầng

18

- Tay tóm chờ ở đó cho đến lần thay thế dụng cụ tiếp theo

Kết cấu ổ tích dạng đĩa tròn:

- Vị trí của trục chính và ổ tích dao không thuận tiện cho việc thay dao

- Kết cấu tay tóm gồm nhiều khâu dịch chuyển

- Quỹ dạo dịch chuyển tương đối phức tạp

Chu trình thay thế dụng cụ:

- Trục chính di chuyển về vị trí HOME

- Ổ tích xác định vị trí dao cần thay thế và di chuyển dao đến vị trí thay

- Tay kẹp gồm nhiều khâu dịch chuyển di chuyển đến vị trí dao cần thay và kẹp dao,

di chuyển ra

- Tay kẹp di chuyển vị vị trí trung gian và xoay cho trục của dụng cụ cùng phương với trục chính

- Tay kẹp cầm dụng cụ di chuyển vào và tiến hành gá đặt dụng cụ vào đầu trục chính

- Tay kẹp nhả kẹp và về vị trí ban đầu kết thúc quá trình thay dao

Hình STYLEREF 1 \s 3 SEQ Hình \* ARABIC \s 1 11 Kết

Hình 2-10 Kết cấu thay dao với hệ thống thay dao dạng tròn

19 Hình 2-12 Dạng điều khiển cho kết cấu thay dao với ổ tích dao dạng đĩa tròn

Kết cấu Ổ tích dao dạng đĩa tròn

- Vị trí của trục chính và ổ tích dao thuận lợi cho việc thay dao trực tiếp

- Các chuyển động thay dao đơn giản, không cần kết cấu tay tóm

Hình STYLEREF 1 \s 3 SEQ Hình \*

ARABIC \s 1 12 Kết cấu tahy dao dạng đĩa tròn

Hình 2-11 Kết cấu thay dao dạng đĩa tròn

20

Chu trình thay dao:

- Tìm kiếm dụng cụ tiếp theo đã được lập trình và chuẩn bị vị trí tương ứng trong ổ tích dao để lấy dụng cụ ra

- Ổ tích dao và trục chính máy di chuyển về vị trí Home thay đổi dụng cụ

- Trả dụng cụ về Ổ tích dao, lắp dụng cụ mới vào lỗ côn trục trính máy

- Ổ tích dao và trục chính về vị trí an toàn

Cơ cấu thay dao loại này thường có 2 kiểu điều khiển:

- Ổ tích dao di chuyển tới vị trí Home và quay đến vị trí cần thay dao, trục trính chuyển động lên xuống để tháo lắp dụng cụ

- Ổ tích dao cố định ( chỉ có chuyển động quay), trục trính di chuyển đến vị trí thay

dao và chuyển động lên xuống để tháo lắp dụng cụ

2.2 Hệ thống dụng cụ trên máy công cụ CNC

Hệ thống dụng cụ phù hợp với máy CNC phải đảm bảo tính chất vạn năng và linh hoạt, phải thực hiện được mọi công việc gia công, có độ cứng vững cao, đạt năng suất bóc phoi cao và có chi phí gia công có thể chấp nhận được

Năng suất của máy công cụ CNC chủ yếu là do khả năng cắt gọt và độ tin cậy của các dụng

cụ được dùng quyết định Khả năng cắt gọt của dụng cụ phụ thuộc vào các thông số : thông số cắt tối da, tiết diện phoi cắt, thể tích phoi, tuổi bền và chiều dài cắt ứng với tuổi bền của dụng cụ cắt

Độ tin cậy của dụng cụ có 2 cơ sở : Cơ sở công nghệ và cơ sở hình học Cả 2 cơ sở này la tiên đề của gia công tự động các chi tiết cơ khí và đạt hiệu quả kinh tế

Độ tin cậy công nghệ: cho biết các thông số về khả năng cắt được đảm bảo thực tế ở mức độ

như thế nào

- Ở những giá trị về thông số cắt nào sẽ không xảy ra hiện tượng vỡ dao

- Khối lượng phoi thoát ra là bao nhiêu ứng với tuổi bền dụng cụ

Độ tin cậy hình học của dụng cụ: không thể thiếu vì trong hệ thống chuyể động dụng cụ điều

khiển số, các kích thước yêu cầu của dụng cụ được hệ điều khiển CNC xử lý giống như các chi tiết yêu cầu của chi tiết gia công Nếu như kích thước của dụng cụ thức có sai lệch sẽ dẫn tới có phế phẩm gia công

- Hiệu chỉnh khi có sai lệch về kích thước thực của dụng cụ và kích thước yêu cầu

- Đảm bảo chính xác vị trí của lưỡi cắt

Ngoài độ tin cậy về công nghệ và độ tin cậy hình học thì người ta còn quan tâm đến độ linh hoạt của dụng cụ, khả năng cung ứng dụng cụ, đảm bảo phù hợp với kỹ thuật điều khiển CNC và khả năng điều chỉnh nhanh theo nhiệm vụ thay đổi

Yêu cầu của hệ dụng cụ:

Hệ dụng cụ phải phù hợp với các máy gia công NC, CNC:

- Phải đảm bảo tính chất vạn năng và linh hoạt

- Phải thực hiện được mọi công việc gia công

- Phải có độ cứng vững cao

21 Hình 2-13 Các bộ phần khác

- Phải đạt năng suất bóc phoi cao

- Phải phù hợp về chi phí gia công

Bên cạnh khả năng cắt, độ tin cậy của dụng cụ còn yêu cầu về:

- Khả năng cung ứng nhẹ nhàng của hệ dụng cụ

- Khả năng đảm bảo phù hợp với kĩ thuật điều khiển NC, CNC

- Khả năng điều chỉnh nhanh theo nhiệm vụ gia công thay đổi

- Những phần tử linh kiện cơ bản:

- Phần tử tiếp nhận dụng cụ : Để lắp dụng cụ vào trục chính của máy công cụ

- Dụng cụ: Được ghép nối và đo kiểm trước với phần tử tiếp nhận dụng cụ ở bên ngoài máy công cụ

- Ổ tích dụng cụ : Có chức năng lưu giữ các dụng cụ cần thiết cho quá trình gia công

- Thiết bị (đồ gá) thay đổi dụng cụ: Có chức năng thay đổi dụng cụ kể cả tiếp nhận (

gá đặt) dụng cụ, giữa vị trí làm việc và vị trí ổ tích dụng cụ

2.2.1 Các bộ phận khác

Là phần tử quan trọng của một hệ dụng cụ để lắp dụng cụ trên trục chính của máy công cụ Kết cấu chưa có sự thống nhất trên phạm vi quốc tế

22 Hình 2-15 Các loại ổ tích dao

Hình 2-14 Cấu tạo của phần tự tiếp nhận dụng cụ

Để thay đổi dụng cụ, dùng trên một trung tâm gia công, nhanh và an toàn cần phải đảm bảo sao cho các dụng cụ có phần tiếp nhận dụng cụ như nhau Kết cấu của phần tử tiếp nhận dụng cụ được lập trình theo hướng chính sau :

- Tương ứng với lỗ côn tiếp nhận dụng cụ ở trục chính của máy công cụ

- Tương ứng với các rãnh khía để ngàm kẹp cặp vào dùng cho cơ cấu thay đổi dụng cụ

23

+ Vật liệu : thép gió, hợp kim cứng, kim cương…

Hình 2-16 Cấu tạo của dao tiện răng ghép Yêu cầu của phần tử dụng cụ :

+ Đảm bảo độ cứng vững cao

+ Khả năng bóc tách lớn

+ Có sức bền nhiệt lớn

+ Có khả năng điều chỉnh tự động hoặc bằng tay

+ Thay thế dễ dàng trong quá trình sử dụng

2.3 Chức năng của hệ thống quản lý dụng cụ

2.3.1 Danh mục dụng cụ

- Hệ dụng cụ và các tổ hợp dụng cụ được quản lý theo các mã hiệu phân loại

- Các dữ liệu này được lưu trữ thành các danh mục dưới dạng các tờ rời có cấu trúc lập trình theo một ngôn ngữ lập trình chuyên dùng và tương thích với các máy CNC

- Mã hiệu này chứa đựng các dữ liệu về phương pháp gia công, máy gia công, cách gá đặt dụng cụ, ổ tích dụng cụ, thân dao, lưỡi cắt của dao

- Mã hiệu này phải phù hợp với hệ thống mã hiệu hiện dùng tại xí nghiệp, nhà máy

2.3.2 Nhận dạng dụng cụ

- Nhận dạng dụng cụ một cách tin cậy

- Cung cấp các dữ liệu ứng với từng dụng cụ một cách chính xác và không nhầm lẫn giữa các dụng cụ

24

- Tùy theo khả năng của một hệ dụng cụ mà cần phải cung cấp các dữ liệu sau:

+ Kiểu dụng cụ + Số hiệu dụng cụ + Dụng cụ dự bị để thay thế + Vị trí dụng cụ trong ổ tích dao + Trọng lượng dụng cụ

+ Lượng tiến dao và mô men quay tối da + Tuổi bền của dụng cụ/tuổi bền còn lại + Giới hạn vỡ dao

+ Bán kính dao + Bán kính lưỡi cắt + Chiều dài dụng cụ + Chiều dài va đập + Mã hiệu dụng cụ đặc biệt + Giá trị hiệu chỉnh dụng cụ

- Hệ thống nhận dạng điện tử tốt nhất hiện nay là một con chip nhớ dữ liệu điện tử được gắn cứng trên dụng cụ: dữ liệu được đọc nhờ đầu đọc phù hợp Quá trình trao đổi dữ liệu, giữa chip giữ liệu và hệ điện tử trước đây thực hiện thông qua các tiếp điểm Nếu các tiếp điểm mòn hoặc bẩn sẽ gây ra sai số đọc dữ liệu

- Ngày nay, các thiết bị cảm ứng và không tiếp xúc được sử dụng về cơ bản đã nâng cao độ an toàn khi đọc dữ liệu

+ Hai nguyên lý nhận dạng dữ liệu:

+ Hệ thống đọc + Hệ thống đọc – ghi

+ Vật mang mã hiệu chỉ cung cấp mã hiệu nhận dạng cho máy tính Máy tính này

sẽ sắp xếp các dữ liệu cho trước theo dụng cụ tương ứng với các mã hiệu nhận dạng nhất định

+ Hệ CNC của máy gia công sẽ tự động nhân dữ liệu nếu mã hiệu nhận dạng được nhận biết nhờ đầu đọc khi dụng cụ được đưa vào ổ tích dao

25

+ Các dữ liệu có thể truy cập, bổ xung và thay đổi ở mọi thời điểm nhờ đầu đọc ghi

- Cấu tạo của hệ thống nhận dạng dụng cụ điện tử

+ Các vật mang mã hiệu còn được gọi là chip điện tử với mã háo cố định hoặc thay đổi

+ Các đầu đọc hoặc đầu đọc – ghi có kèm các bộ khuếch đại

+ Trạm đọc – hoạt động kết hợp với các đầu đọc và truyền tiếp mã hiệu nhận dạng với một máy tính hoặc 1 hệ CNC

+ Hệ đánh giá dùng cho hệ đọc ghi

+ Máy tính dùng cho dụng cụ để lưu trữ và quản trị các dữ liệu dụng cụ

+ Hệ phần mềm chuyên dùng để nhớ dữ liệu, quản trị dữ liệu, trao đổi dữ liệu và hiển thị với chế độ phù hợp và rõ ràng trên máy tính

- Ưu điểm của hệ thống

+ Lưu thông dữ liệu tự động giữa máy điều chỉnh dụng cụ máy tính hệ thống máy CNC và người sử dụng

+ Đảm bảo trao đổi dữ liệu an toàn + Không cần sử dụng phiều dụng cụ trong sản xuất + Thống kê dụng cụ tốt hơn và tự động hóa

2.3.3 Điều chỉnh dụng cụ trước khi gia công

- Điểu chỉnh dụng cụ là công việc cần thiết đối với các máy công cụ điều khiển bằng số khi hiệu chỉnh đều đặn quỹ đạo dao hoặc khi gia công các chi tiết với dụng cụ có kích thước quy định

- Việc điều chỉnh dụng cụ đảm bảo đúng vị trí lưỡi cắt của dao theo kích thước cho trước hoặc xác định kích thước thực của dao

- Việc điều chỉnh thường được thực hiện ở bên ngoài máy gia công bằng máy điều chỉnh

có trang bị các bộ thích nghi phù hợp để đảm bảo gá đặt dụng cụ như ở máy gia công

- Điều chỉnh dụng cụ là đảm bảo sao cho lưỡi cắt chính và phụ của 1 dụng cụ cắt gọt có vịt rí chính xác nhất so với điểm gốc E của cơ cấu lắp dao theo phiếu điều chỉnh dụng cụ

- Vị trí các lưỡi cắt của dao được xác nhận theo phương pháp quang học nhờ kính hiển vi với ống kính, đĩa chia vạch chuẩn hoặc thông qua đầu đo tiếp xúc

- Các giá trị đo được nạp vào bộ nhớ giá trị hiệu chỉnh dụng cụ của hệ dụng cụ của máy công cụ CNC

- Thông thường cần phải có ít nhất 3 bộ dụng cụ cho một máy gia công CNC:

+ Trong ổ tích dao tại máy gia công + Trong kho hoặc phòng kiểm tra để điều chỉnh, đo kiểm trước khi gia công + Trong xe cung ứng dùng cho chi tiết gia công tiếp theo

- Để nhận dạng dụng cụ có thể dùng các phương pháp mã hóa sau:

27

+ Mã hóa vị trí: Ở phương pháp này không lập trình số hiệu dụng cụ mà lập trình

số hiệu vị trí của nó, nhưng như vậy lại rất bất lợi do sự chiếm lĩnh vị trí khác nhau trong quá trình gia công

+ Mã hóa dụng cụ: Trước đây bằng linh kiện cơ khí, ngày nay bằng linh kiện nhớ điện tử

+ Mã hóa vị trí biến đổi: ở phương pháp này, dụng cụ nhận một vị trí mới trong ổ tích sau từng quá trình thay đổi dụng cụ và hệ điều khiển số dùng vi tính phải đảm nhận công việc quản trị cần thiết Số hiệu dụng cụ được lập trình, còn hệ CNC sẽ truy cập vị trí dụng cụ

28

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG

CHO MÁY PHAY CNC – VMC65

3.1 Quy trình thay dao tự động

Trình tự quá trình thay dao tự động:

Trường hợp trục chính đang mang dao i và muốn thay dao j

Bộ điều khiển máy CNC nhận lệnh thay dao (lúc này máy đã thực hiện xong các câu lệnh trước đó và hiện không có chuyển động chạy dao nào)

Bộ điều khiển ra lệnh dừng trục chính (đồng thời điều khiển vị trí góc trục chính sao cho chốt định hướng trên trục chính đúng hướng với chốt của đài dao, đồng thời di chuyển cụm trục

Z về vị trí thay dao

Đài dao quay (nếu hốc trên đài dao không phải là hốc i)

1 Đài dao tịnh tiến từ trái sáng phải (theo hướng nhìn từ phía trước máy) và kẹp lấy dao

2 Chấu kẹp trong trục chính nhả đuôi chuột trên thân dao (cuối phần côn) để nhả dao

3 Cụm trục Z di chuyển về vị trí HOME (phía trên vị trí thay dao)

4 Đài dao quay để dao j vào vị trí thay dao

5 Cụm trục Z di chuyển xuống vị trí thay dao

6 Chấu kẹp trong trục chính đóng lại, kẹp lấy dao

7 Đài dao di chuyển sang phải

8 Kết thúc quá trình thay dao

Hình 3-1.Trục chính đang mang dao i và muốn thay dao j

Trường hợp trục chính không mang dao (dao số 0) và muốn thay dao j

1 Bộ điều khiển máy CNC nhận lệnh thay dao

2 Bộ điều khiển ra lệnh dừng trục chính (nếu đang quay, đồng thời điều khiển vị trí góc trục chính sao cho chốt định hướng trên trục chính đúng hướng với chốt của đài dao), đồng thời di chuyển cụm trục Z về vị trí HOME

3 Đài dao quay (nếu hốc trên đài dao không phải là hốc j)

4 Đài dao tịnh tiến từ trái sang phải

5 Chấu kẹp trong trục chính mở ra

6 Cụm trục Z di chuyển xuống, vào vị trí thay dao

(4)(6)

29

7 Chấu kẹp đóng lại, kẹp lấy dao

8 Đài dao di chuyển sang trái

9 Kết thúc quá trình thay dao

Hình 3-2 Trục chính không mang dao và muốn thay dao j

Trường hợp trục chính mang dao trùng với dao yêu cầu được thay

1 Kết thúc quá trình thay dao

3.2 Tính toán kết cấu cơ khí của hệ thống thay dao tự động

3.2.1 Tính toán, thiết kế đài gá dao của hệ thống

3.2.1.1 Các thông số đầu vào để tính toán kết cấu cơ khí của hệ thống thay dao tự động

- Loại máy CNC: Phay

- Loại thay dao: Không tay máy

- Nguồn động lực di chuyển: Khí nén

- Nguồn động lực quay ổ chứa: Động cơ điện

- Số lượng ổ chứa dao: N = 16

- Loại côn gắn dao: BT40, như Phụ lục A thì bán kính lớn nhất chuôi kẹp Rmax1 = 31,5mm

- Chiều dài chuôi dao: L = E + L1 + L2 = 35 + 65,4 + 27 = 127,4 mm (Hình 4-3)

- Bán kính lớn nhất của dao: Rmax2 = 40 mm (Hình 4-4)

- Khối lượng tối đa của một con dao: M = 7 kg

- Thời gian thay dao gần nhất: Tmin = 3 s

- Thời gian thay dao xa nhất: Tmax = 7 s

- Không gian chứa cụm thay dao và các kích thước cụm trục chính cho trước bằng bản

30

Hình 3-3 Kích thước của chuôi dao

Hình 3-4 Kích thước trên dao

Rmax1

Rmax2

Rmax1

31

3.2.1.2 Tính kích thước tang của đài chứa dao

Hình 3-5 Sơ đồ tính toán kích thước hình học của tang chứa dao Muốn tính toán bộ thay dao tự động với số dao là 16 dao loại BT40 trong ổ chứa dao ta phải tính được bán kính từ tâm dao đến trục ổ chứa dao (R) để đảm bảo các dao hoặc các chuôi dao không chạm vào nhau khi bố trí trên một vòng tròn

Để tránh va chạm dao khi ta cho dao vào ổ dao:

2

C R





R: Bán kính từ tâm dao đến trục ổ chứa dao

C: Chu vi của vòng tròn bố trí dao khi coi các dao là xếp sát nhau:

C = 2.Rmax N= 2 40.16 = 1280 (mm)

Với Rmax là bán kính lớn nhất trong hai giá trị Rmax1 và Rmax2

Dựa vào đầu bài ta có được Rmax = 40 (mm)

Bán kính từ tâm đến trục dao:

𝑅 > 𝐶2𝜋 =

12802𝜋 = 203,7(𝑚𝑚) Chọn R = 300 (mm)

32

=> C = 2πR = 2π.300 = 1885 (mm)

Tính toán các thông số tay kẹp dao

Tính khe hở giữa các kẹp dao:

K = 2hđ + llx

Trong đó:

- hđ: chiều dày đuôi thanh kẹp dao Lấy hđ = 10 mm

- llx: chiều dài lo xo Lấy llx = 20 mm