ĐỀ tài THIẾT kế, mô PHỎNG máy hàn CNC 5 TRỤC

Bài báo này trình bày giả̉i pháp sáng tạo kỹ thuậ̣t ứng dụng công nghệ CNC để̉ điề̀u khiể̉n tự động cơ cấ́u di chuyể̉n mỏ hàn đến các tọ ̣a độ cần hàn được lậ̣p trình trước trên

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5

TRỤC

Người hướng dẫn:ThS Hoàng Trọng Hiếu

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Thiện

Cao Minh Tuấn

Mã sinh viên: 1811504110339

Lớp:

1811504110348 18C3

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2022

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của nền công nghiệp trong nước hướng tới cuộc

cách mạng 4.0 cac nganh kĩ thuật rất cần thiết với cuộc sống Trong đó han là 1 trong

những khối ngành công nghiệp nặng, nó́ rất cần thiết cho các khối ngành ô tô, tàu thủy

…

Các doanh nghiệp đang đặt ra rất nhiều tiêu chí trong quá trình sản xuất hay những

công nghệ được áp dụng trong các nhà máy, xí nghiệp Trong khi đó việc sử dụng thợ

thủ công đang được phổ biến do giá thành rẻ nhưng tay nghề của thợ ở mức bậc cao

mới cho ra được sản phẩm chất lượng Ngoài ra còn 1 số lựa chọn hiện đại và tiện lợi

hơn la những canh tay robot han nhưng gia thanh đầu tư lại rất cao dẫn đến các doanh

nghiệp nhỏ khó khăn trong việc đầu tư

May han CNC đang phát triển va được sản xuất ngày càng nhiều tại Việt Nam tuy

vậy vẫn cần nhiều lần cải tiến mới có́ thể hoạt động trơn tru, tạo ra được sản phẩm chất

lượng Được sự đồng ý của giảng viên hướng dẫn là giả̉ng viên Hoàng Trong Hiếu,

nhóm chúng em đã nhận đề tài nghiên cứu khoa học là: “Nghiên cứu, tính toán, thiết

kế, mô phỏng máy hàn điề̀u khiể̉n số́ (5 trục điề̀u khiể̉n)” Đây là một cơ hội nghiên

cứu, thực nghiệm và rèn luyện các kỹ năng lam việc để chuẩn bị tốt cho thời gian sau

khi ra trường, đồng thời bước vao môi trường làm việc thực tế Bên cạnh đó la một cơ

hội để phát triển bản thân, trau dồi kinh nghiệm thực tế thì đây cũng la một thách thức

không nhỏ với chúng em bởi thiếu kiến thức và kinh nghiệm thực tế

Đối với các thành viên của nhóm thì đây la cơ hội tốt để chúng em củng cố kiến

thức chuyên ngành, hiểu được các kết cấu cũng như nguyên lý lam việc của máy hàn

CNC, nâng cao kỹ năng lam việc nhó́m và cuối cùng la được trải nghiệm quá trình

thiết kế và chế tạo một sản phẩm thực tế

Bằng sự cố gắng nỗ lực của nhóm va đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đao của

giả̉ng viên Hoàng Trọ ̣ng Hiếu Chúng em đã hoan thanh đồ án Do thời gian làm đồ án

có́ hạn va trình độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu só́t Em rất

mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như la của các bạn sinh viên

để đề tài này hoàn thiện hơn nữa Em xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng, ngày 24 tháng 06 năm 2022

Sinh viên thực hiệnNguyễn Văn ThiệnCao Minh Tuấ́n

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG 6

1.1 Lịch sử nghiên cứu về̀ máy Hàn CNC 6

1.1.1 Khái niệm Hàn CNC 6

1.1.2 Khái niệm về̀ công nghệ Hàn tự động 6

1.1.3 Một số́ hình ả̉nh về̀ máy Hàn CNC 7

1.1.4 Một số́ loại mố́i hàn và các chi tiết gia công bằng phương pháp hàn 8

1.2 Giới thiệu chung về̀ đề̀ tài 9

1.2.1 Phạm vi nghiên cứu 9

1.2.2 Phương pháp thực hiện 10

1.2.3 Dự kiến kết quả̉ đạt được 10

Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11

2.1 Các yếu tố́ đầu vào: 12

2.1.1 Cơ sở yêu cầu thiết kế máy 12

2.2 Cấ́u tạo và yêu cầu với máy Hàn CNC 17

2.3 Kết cấ́u chung cua máy hàn điề̀u khiể̉n số́ 17

2.3.1 Sơ đồ động chung cua máy 18

2.3.2 Các phần tử điề̀u khiể̉n 18

2.3.3 Các cụm điề̀u khiể̉n mỏ Hàn 19

2.3.4 Các phần tử chấ́p hành 19

2.3.5 Phần chấ́p hành máy hàn CNC 20

2.3.6 Phương pháp chọ ̣n thiết bị dẫ̃n động hệ bàn máy 23

2.3.7 Tổng quan chung về̀ kết cấ́u bộ truyề̀n vít me đai ố́c bi 23

2.3.8 Tổng quan chung về̀ Block trượt, thanh ray dẫ̃n hướng 26

Chương 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ MÁY HÀN CNC 5 TRỤC 28

3.1 Tính toán trục Z 28

3.1.1 Tính toán trục vít me trục Z 28

3.1.2 Tính toán chọ ̣n động cơ trục Z 31

3.1.3 Tính chọ ̣n cụm ổ lăn, khớp nố́i trục Z 35

3.1.4 Tính toán chọ ̣n ray dẫ̃n hướng trục Z 40

3.2 Tính toán trục xoay B 45

3.2.1 Tính toán chọ ̣n bàn xoay 45

3.3 Tính toán trục xoay C 49

3.3.1 Tính toán chọ ̣n bàn xoay 49

3.4 Thiết kế khung máy cho máy hàn 53

3.4.1 Chọ ̣n sơ bộ vậ̣t liệu làm khung và dựng khung máy 53

3.4.2 Kiể̉m bề̀n cho khung máy trong quá trình hoạt động 54

3.5.1 Máy hàn 55

3.5.2 Vậ̣n hành máy 57

Chương 4 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG MỘT SỐ CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐAI ỐC VIT-ME 60

4.1 Phân tích chức năng làm việc và yêu cầu sả̉n phẩm 60

4.1.1 Chức năng làm việc 60

4.1.2 Phân tích tính công nghệ trong kết cấ́u cua chi tiết 61

4.1.3 Yêu cầu sả̉n phẩm 61

4.1.4 Vậ̣t liệu 61

4.2 Định dạng sả̉n xuấ́t 62

4.2.1 Xac định sản lượng gia công hằng năm của chi tiết 62

4.2.2 Xac định khối lượng của chi tiết 62

4.2.3 Xác định giá thành phôi 63

4.3 Lựa chọ ̣n phương pháp chế tạo phôi 63

4.3.1 Xác định phương pháp chế tạo phôi 63

4.3.2 Phương pháp chế tạo phôi 63

4.3.3 Xác định lượng dư gia công 64

4.3.4 Thiết kế bả̉n vẽ chi tiết lồng phôi 65

4.4 Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết 65

4.4.1 Xác định đường lố́i công nghệ 65

4.4.2 Phương pháp gia công 65

4.4.3 Tiến trình công nghệ 66

4.4.4 Tính toán, thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết 66

4.5 Thiết kế đồ gá 79

4.5.1 Yêu cầu kỹ thuậ̣t 79

4.5.2 Cơ cấ́u định vị 79

4.5.3 Cơ cấ́u kẹp chặt 80

4.5.4 Cơ cấ́u dẫ̃n hướng 80

4.5.5 Tính lực kẹp 80

4.5.6 Tính sai số́ đồ gá 82

Chương 5: LẮP RÁP, VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY 84

5.1 Gia công lắp ráp cụm trục X 84

5.2 Gia công lắp ráp trục Y 84

5.3 Gia công lắp ráp trục Z 85

5.4 Gia công lắp ráp trục C 86

5.5 Gia công lắp ráp trục B 86

5.6 Bả̉o dưỡng máy 87

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Máy hàn CNC 6

Hình 1.2 Máy hàn bấ́m 6

Hình 1.3 Các loại mố́i hàn 7

Hình 1.4 Các chi tiết hàn dạng tròn 7

Hình 1.5 Các chi tiết hàn gó́c, khung 8

Hình 1.6 Các chi tiết có́ biên dạng mố́i hàn phức tạp 8

Hình 1.7 Các bước thực hiện đề̀ tài 9

Hình 2.1 Các sơ đồ thiết kế 13

Hình 2.2 Kết cấ́u chung của máy hàn điề̀u khiể̉n số́ 16

Hình 2.3 Sơ đồ động họ ̣c chung của máy 16

Hình 2.4 Động cơ bước 18

Hình 2.5 Kết cấ́u bộ phậ̣n máy CNC 19

Hình 2.6 Thanh trượt, con trượt máy CNC 20

Hình 2.7 Vít me đai ố́c bi máy CNC 21

Hình 2.8 Các loại chiề̀u ren 22

Hình 2.9 Các loại mố́i ren 22

Hình 2.10 Đai ố́c bi theo kiể̉u hồi bi 22

Hình 2.11 Cấ́u tạo đai ố́c bi 23

Hình 2.12 Mô hình chịu tả̉i trọ ̣ng của đai ố́c bi 23

Hình 2.13 Hệ thố́ng rãnh bi 23

Hình 2.14 Hệ thố́ng lò xo 24

Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Lịch sử nghiên cứu về máy Hàn CNC

1.1.1 Khái niệm Hàn CNC

CNC viết tắt cho Computer Numerical Control (điều khiển số bằng máy tính)

– đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy mó́c khác với mục đích

sản xuất (có́ tính lặp lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp,

bằng cách sử dụng cac chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt theo tiêu

chuẩn EIA-274-D, thường gọi mã G CNC được phát triển cuối thập niên 1940

đầu thập niên 1950 ở trong phòng thí nghiệm Servomechanism của trường

MIT

Sự xuất hiện của cac may CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công

nghiệp Cac đường cong được thực hiện dễ dang như đường thẳng, cac cấu

trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dang thực hiện, va một lượng lớn cac thao

tac do con người thực hiện được giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa trong

qua trình sản xuất với may CNC tạo nên sự phat triển đang kể về chính xác và

chất lượng Kỹ thuật tự động của CNC giảm thiểu cac sai sót va giúp người

thao tac có thời gian cho cac công việc khac Ngoai ra còn cho phép linh hoạt

trong thao tac cac sản phẩm va thời gian cần thiết cho thay đổi may móc để

sản xuất cac linh kiện khac

Trong môi trường sản xuất, một loạt cac may CNC kết hợp thanh một tổ hợp,

gọi la cell, để có thể lam nhiều thao tac trên một bộ phận May CNC ngay nay

được điều khiển trực tiếp từ cac bản vẽ do phần mềm CAM, vì thế một bộ

phận hay lắp rap có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất ma không cần cac

bản vẽ in của từng chi tiết Có thể nói CNC la cac phân đoạn của cac hệ thống

robot công nghiệp, tức la chúng được thiết kế để thực hiện nhiều thao tac sản

xuất (trong tầm giới hạn)

Một số loại máy CNC

+ Máy khoan tia lửa điện CNC

1.1.2 Khái niệm về công nghệ Hàn tự động

Hàn là phương pháp rấ́t phổ biến được sử dụng để̉ liên kết các cấ́u kiện kim

loại trong cơ khí Tùy theo tính chấ́t của công việc mà người ta có́ thể̉ áp dụng

các phương pháp và kỹ thuậ̣t hàn khác nhau như hàn nó́ng chả̉y hay hàn áp

lực Để̉ thực hiện quá trình hàn thì mỏ hàn hay vậ̣t hàn cần phả̉i được di

chuyể̉n đến vị trí cần hàn Quá trình này có́ thể̉ được thực hiện bằng tay hay tự

động Hiện nay, các robot hàn tự động có́ giá thành cao, vì vậ̣y cho nên đa số́

các xưởng cơ khí ở nước ta hiện nay thực hiện công đoạn hàn bằng phương

pháp thủ công là chủ yếu Bài báo này trình bày giả̉i pháp sáng tạo kỹ thuậ̣t

ứng dụng công nghệ CNC để̉ điề̀u khiể̉n tự động cơ cấ́u di chuyể̉n mỏ hàn đến

các tọ ̣a độ cần hàn được lậ̣p trình trước trên máy vi tính Kết quả̉ ứng dụng cho

thấ́y quá trình hàn tư động cho năng suấ́t cao, chấ́t lượng sả̉n phẩm ổn định,

giả̉m giá thành sả̉n xuấ́t

1.1.3 Một số hình ảnh về máy Hàn CNC

Hình 1.1 Máy hàn CNC

Hình 1.2 Máy hàn bấm

1.1.4 Một số loại mối hàn và các chi tiết gia công bằng phương pháp hàn

Hình 1.5 Các chi tiết hàn góc, khung

Các chi tiết có biên dạng mối hàn phức tạp

Hình 1.6 Các chi tiết có biên dạng mối hàn phức tạp

1.2 Giới thiệu chung về đề tài

Cac cơ cấu liên quan đến máy hàn CNC 5

trục Các loại may han CNC đã có trên thị

trường Nguyên lý hoạt động của máy

Điều khiển động cơ bước:

+ Giao tiếp va điều khiển bằng máy tính

+ Nội suy đường thẳng, đường cong theo 2 trục

1.2.1 Phạm vi nghiên cứu.

Nghiên cứu tìm hiểu các máy mó́c thiết bị ở phòng thí nghiệm nha trường có

liên quan đến đề tài

Nghiên cứu trên cac lĩnh vực các máy tự động phục vụ trong nha trường, trong

phòng thí nghiệm

Nghiên cứu loại máy CNC 5 trục

Dễ dang điều chỉnh tốc độ từ 0-1000mm/phút va điều khiển chính xác mỏ

Hình 1.7 Các bước thực hiện đề tài

Tổng quan:

+ Tìm hiều về cấp thiết của đề tai, nhận biết tầm quan trọng trong thực tiễn nganh

công nghiệp nước ta

+ Cac vấn đề cần giải quyết (cơ khí, điều khiển, vật liệu…)

+ Đối tượng va phạm vi nghiên cứu

+ Phương phap nghiên cứu đề tai

1.2.3 Dự kiến kết quả đạt được

 Làm chủ được công nghệ máy hàn CNC 5 trục

 Tăng hiệu quả, giảm chi phí gia công

 Phục vụ cho việc đao tạo, nghiên cứu của nha trường

 Gia công được các chi tiết phức tạp

 Xây dựng mô phỏng máy hàn CNC trên phần mề̀m

Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Lý do chọn đề tài

 Han la một trong cac công nghệ chính của công nghiệp nặng, đã phat triển rất nhanhhiện nay Do nhu cầu phat triển cac nganh như đóng tau, ô tô, xe đạp, lắp may, dầu khí, xâydựng… nhiều công nghệ han mới đã được ứng dụng tại Việt Nam

 Hiện nay công nghệ han chủ yếu ở trong cac doanh nghiệp nhỏ la thủ công, doanhnghiệp vừa dùng cac loại may han tự động 3 trục hoặc 2 trục, còn ở cac doanh nghiệp quy mô lớn

sẽ dùng cac loại cơ cấu canh tay robot May han tự động 3 trục được sử dụng phổ biến nhưngchưa thể đap ứng được việc gia công cac chi tiết có biên dạng phức tạp

 May han CNC 5 trục chưa được nghiên cứu va phat triển rộng rãi

 Gia thanh sẽ rẻ hơn so với cac canh tay robot, phù hợp với cac doanh nghiệp vừa vanhỏ

 Ứng dụng được nhiều trong gia công vì có thể gia công được những biên dạng khó

Mục đích nghiên cứu

 Lam chủ được công nghệ han va ứng dụng đc công nghệ tự động hóa trong sản xuất

 Tăng hiệu quả, giảm chi phí gia công

 Phục vụ cho việc đao tạo, nghiên cứu của nha trường

 Gia công được cac chi tiết phức tạp vật liệu thép

Phương pháp nghiên cứu

 Nghiên cứu dựa trên cơ sở may 5 trục của nha trường

 Tham khảo cac sản phẩm ma cac nước đã chế tạo thanh công

 Tìm hiểu cac tai liệu trên mạng

 Sử dụng kiến thức đã được học trên trường để hoan thanh sản phẩm

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết nguyên lý han ứng dụng trong gia công thực tế

 Phân tích, nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy hàn tự động 5 trục

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN GVHD: ThS HOÀNG TRỌNG HIẾU 10

2.1 Các yếu tố́ đầu vào:

Kích thước chi tiết hàn: 10mm -140mm

Bề mặt có́ thể han được: mặt phẳng, mặt cong

Phương phap han: Han mig không có́ khí bảo vệ, hàn mig có́ khí bảo vệ

Điện ap đầu vao: dòng điện xoay chiều 220v

2.1.1 Cơ sở yêu cầu thiết kế máy

a Quá trình thiết kế tổng quát

Thiết kế là một quá trình sáng tạo và truyền đạt những ý tưởng đến những

người khác

Vị trí của thiết kế máy trong khái niệm thiết kế chung :

Sự triển khai ý tưởng thiết kế nó́i chung

Sau đây la một số ý tưởng phác thảo :

Dựa trên những phương phap sau:

La qua trình liên quan đến toàn bộ hoạt động sản xuất từ nhận đơn đặt hàng

đến xuấ́t xưởng sả̉n phẩm

Có́ 2 loại hình thiết kế : vượt rào cản va đồng thời

Hình 2.1 Các sơ đồ thiết kế

b Cơ cấu và máy

Cơ cấu là hệ thống các vật thể liên kết nhân tạo với nhau, dùng để truyền và

biến đổi chuyển động từ khâu này sang khâu khác

Với máy CNC 5 trục, nhóm đã dùng:

+ Cơ cấu biến đổi năng lượng: từ điện năng thanh cơ năng

+ Cơ cấu truyền động: trục vitme

+ Cơ cấu chấp hành: chuyển động 5 trục X Y Z B C và trục chính c Máy được tạo nên từ ba thành phần chính:

Động cơ cung cấp năng lượng : Động cơ bước, chuyển đổi điện năng thanh cơ

năng

Hệ thống truyền động: gồm 5 trục :

+ Trục Z,Y,X: sử dụng trục vit me truyền chuyển động và thanh ranh để hỗ trợchuyển động Trục Z,Y,X chuyển động theo cac phương X Y Z trong không gian để thực hiệnquá trình gia công

+ Trục B,C động cơ nối trục tiếp với trục thông qua khớp nối để truyền momen xoắn truyền chuyển động quay cho 2 trục B và trục C

Bộ phận công tác: Trục chính có́ tác dụng quay dao,thực hiện quá trình gia

công, trực tiếp tiếp xúc va lam thay đổi hình dạng, kích thước của phôi

d Quá trình thiết kế máy và chi tiết máy:

Tương tự quá trình thiết kế sản phẩm, quá trình thiết kế máy bao gồm:

+ Xac định nhu cầu thị trường

+ Xac định yêu cầu kỹ thuật

+ Xac định nguyên lý hoạt động cho máy

+ Tính toán bộ phận cung cấp năng lượng – phân phối tỉ số truyền

+ Chọn vật liệu cho các chi tiết máy

+ Tính toan động học, động lực học cho các chi tiết máy

+ Sản xuất mẫu thử, điều chỉnh, sửa lại thiết kế

+ Lập tài liệu thiết kế

e Các phương pháp thiết kế:

Thiết kế đơn định

+ Đảm bảo các chỉ tiêu khả năng lam việc cho chi tiết máy hoặc sản phẩm Tính theoứng suất cho pháp và hệ số an toan, xét đến ảnh hưởng của kích thước, độ bền, đặc tính tải trọngcac đại lượng này xem như đơn định

Thiết kế theo độ tin cậy

+ Đảm bảo độ an toàn va độ tin cậy cho sản phẩm Tính theo xác suất làm việc khônghỏng la phương phap tiến bộ nhất, xét đến ảnh hưởng của độ phân tán tải trọng, cơ tính vật liệu,dung sau kích thước… trên cơ sở thiết kế xác suất

Thiết kế bền vững

+ Để xac định giá trị tối ưu cho các thông số thiết kế, đảm bảo hình dạng, chất lượng

và giá thành Thiết kế bần vững đảm bảo các thông số thiết kế bần vững với các nhân tố nhiễu,không cảm nhận sự ảnh hưởng miền phân bởi cac đại lượng ngẫu nhiên khi thiết kế Các nhân tốnhiễu là các nhân tố không kiểm soat được hoặc kiểm soát với chi phí cao Thiết kế bền vữngchia lam ba giai đoạn :

Thiết kế hệ thống: tìm hiểu cơ sở kỹ thuật thiết kế và thiết kế sơ bộThiết kế tham số: chọn các giá trị kích thước, tính chất thích hợp cho tham số thiết kế của chi tiết hoặc sản phẩm, sử dụng thiết kế các suất phân tích độ ảnh hưởng từng thông số

Thiết kế dung sai: chi tiết chất lượng cao thay thế chi tiết có́ độ tin cậy thấp, nâng cao chất lượng chi tiết hoặc sản phẩm Sử dụng quy hoạch thực nghiệm và dung sai xác suất để gán dung sau cho kích thước

+ Với máy CNC 5 trục,yêu cầu đảm bảo về thông số kỹ thuật, độ cứng vững,

… nên ta thiết kế theo phương phap thiết kế bền vững Thiết kế dựa trên cơ sở khoahọc do chưa có kinh nghiệm

+ Trong quá trình thiết kế đầu tiên tiến hành tính toán thiết kế sơ bộ, bỏ qua một số hệsố Sau khi có cac kích thước mới tiến hành kiểm nghiệm

f Máy tính hỗ trợ thiết kế

Các phần mề̀m hỗ trợ thiết kế trong các công

đoạn Vẽ và mô hình hó́a: Autodesk Inventor

Tính toán: Autodesk Inventor

Mô phỏng: Autodesk Inventor

Xuấ́t bả̉n vẽ: Autodesk Inventor, Autodesk

Autocad g Hệ thố́ng đơn vị trong thiết kế máy:

Hệ đơn vị SI với :

Đơn vị đo chiều dài : mm

Đơn vị đo khối lượng : gam

Đơn vị đo vận tốc : m/s

h Công cụ tính trong quá trình thiết kế máy:

Quá trình thiết kế máy dựa chủ yếu vào tính toán và thực nghiệm Nhiều công

cụ tính toan khac nhau được áp dụng đê tính toan thiết kế Nhó́m chủ yếu

dung sổ tay dung sai, sổ tay sức bền, máy tính bỏ túi,cũng như phầm mềm

Solidwork ( tính toán úng suất,sức bền, ) để tính toán thiết kế máy

2.2 Cấu tạo và yêu cầu với máy Hàn CNC

Cấu tạo đặc trưng may Hàn CNC:

+ May han CNC được cấu tạo từ gồm 2 phần chính: Phần cơ khí va Phần điều khiển.Phần cơ khí gồm các chi tiết may đc gia công lắp ráp phục vụ cho các chuyển động chính trênmáy Phần điều khiển gồm các bo mạch tham gia vào quá trình điều khiển các chuyển động củamay để tạo ra mối hàn trong quá trình vận hành

Yêu cầu với máy hàn CNC:

+ Han được mọi loại bề mặt chi tiết

+ Kết cấu may đơn giản dễ chế tạo, lắp ráp

+ Tối ưu vật liệu sử dụng nhưng vẫn đảm bảo được quá trình vận hành máy

2.3 Kết cấu chung của máy hàn điều khiển số́

Hình 2.2 Kết cấu chung của máy hàn điều khiển số

2.3.1 Sơ đồ động chung của máy

Hình 2.3 Sơ đồ động học chung của máy

2.3.2 Các phần tử điều khiển

Phần điều khiển máy Hàn CNC: Gồm chương trình điều khiển va cac cơ cấu

điều khiển

Chương trình điều khiển: Là tập hợp các tín hiệu gọi là là lệnh để điều khiển

may, được mã hóa dưới dạng chữ cái, số và môt số ký hiệu khac như dấu

cộng, trừ, dấu chấm, gạch nghiêng …

Cac cơ cấu điều khiển: Nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện

các phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt

động của cơ cấu chấp hanh, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông

qua các tín hiệu được gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược Bao gồm cac cơ

cấu đọc, cơ cấu giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy,

cơ cấu so sánh, cơ cấu khuyếch đại, cơ cấu đo hanh trình, cơ cấu đo vận tốc,

bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín hiệu

Đây la thiết bị điện – điện tử rất phức tạp, đóng vai trò cốt yếu trong hệ thống

điều khiển của máy Việc tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của các thiết bị nay đòi

hỏi có́ kiến thức từ các giáo trình chuyên ngành khác, cho nên ở đây chỉ giới

thiệu khái quát các thiết bị điện có trong may như sau:

2.3.3 Các cụm điều khiển mỏ Hàn

a Cụm điêu khiên máy MCU (Machine Control Unit)

Cụm điều khiển được hình thanh trên cơ sở thiết bị điều khiển điện tử, thiết bị

vào ra và các thiết bị số Nó được coi là trái tim của máy công cụ điều khiển

số CNC

Lệnh CNC thực hiện bên trong bộ điều khiển sẽ thông bao cho mô tơ chuyển

động quay đúng số vòng cần thiết → trục vit me bi quay đúng số vòng quay

tương ứng → kéo theo chuyển động thẳng của bàn máy và dao

Thiết bị phản hồi ở đầu kia của vit me bi cho phép kiểm soát kết thúc lệnh

đúng khi số vòng quay cần thiết được thực hiện

b Cụm dẫn động (Driving Unit)

Cụm dẫn động là tập hợp những động cơ, sensor phản hồi, phần tử điều khiển,

khuếch đại và các hệ dẫn động Trong đó, động cơ va cac sensor phản hồi là

thành phần đặc trưng cho may công cụ điều khiển số CNC

c Cụm điêu khiên có nhiệm vụ liên kết các chức năng đê thực hiện điêu

khiên máy, các chức năng bao gồm:

Số liệu vào (Data input)

Xử lý số liệu (Data procesing)

Số liệu ra (Data output)

Ghép nối vào (Machine I/O interface)

Phần cứng điều khiển: gồm 6 thành phần cơ bản:

Động cơ bước là một loại động cơ điện có́ nguyên lý và ứng dụng khác biệt

với đa số cac động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơđồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng cac xung điện rời

rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động gó́c quay hoặc các chuyển động của

rôto có́ khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết

a Hoạt động:

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng

bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ

các bộ chuyển mạch điện tử đưa cac tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự

và một tần số nhất định Tổng số gó́c quay của rôto tương ứng với số lầnchuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ

tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

b Ứng dụng:

Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp

hanh đặc biệt hữu hiệu bởi nó́ có́ thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra

dưới dạng số

Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành tự động hoá, chúng được ứng

dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác Ví dụ: Điều khiển robot, điều

khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển định vị trong các hệ quan

trắc, điểu khiển bắt, bám mục tiêu trong cac khí tai quan sat, điều khiển lập

trình trong các thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển cac cơ cấu lai phương va

chiều trong máy bay

2.3.5 Phần chấp hành máy hàn CNC

Gồm máy hàn và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động hóa như cac cơ cấu

tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tưới trơn, hút thổi phoi, cấp phôi…

Cũng như cac loại máy cắt kim loại khac, đây la bộ phận trực tiếp tham gia cắt

gọt kim loại để tạo hình chi tiết Tùy theo khả năng công nghệ của loại máy

mà có́ các bộ phận: Hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trược, bàn máy,

trục chính, ổ chứa dao, cac tay may …

Kết cấu từng bộ phận chính chủ yếu như may vạn năng thông thường, nhưng

có́ một vài khác biệt nhỏ để đảm bảo qua trình điều khiển tự động được ổn

định, chính xac, năng suất va đặc biệt là mở rộng khả năng công nghệ của

máy

a Thân máy và đế máy:

lần so với thép va đều được kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo không có́ khuyết tật đúc

Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất nhiều hệ thống khác

Phải có độ cứng vững cao

Phải có́ các thiết bị chống rung động Phải có độ ổn định nhiệt

Đảm bảo độ chính xác gia công

Đế may để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy

Ban may la nơi để ga đặt chi tiết gia công hay đồ gá Nhờ có́ sự chuyển động linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của may CNC được tăng lên rất cao, có́ khả năng gia công được những chi tiết có́ biên dạng phức tạp

Đa số trên các máy CNC hay trung tâm gia công hiện đại thì ban may đều làdạng ban may xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ 4, thứ 5 của máy Nó́ làmtăng tính vạn năng cho may CNC

Phải có độ ổn định, cứng vững, được điều khiển chuyển động một cách chính xác

d Trục vít me, đai ố́c bi:

Hình 2 7 Vít me đai ốc bi máy CNC

Trong máy công cụ điều khiển số người ta thường sử dụng hai dạng vit me cơ

bản đó la: vít me đai ốc thường va vít me đai ốc bi:

+ Vít me đai ốc thường: là loại vít me va đai ốc có́ dạng tiếp xúc mặt

+ Vít me đai ốc bi: là loại ma vít me va đai ốc có́ dạng tiếp xúc lăn

e Các xích động của máy:

Tất cả cac đường chuyền động đến từng cơ cấu chấp hành của máy công cụ

điều khiển số đều dùng những nguồn động lực riêng biệt, bởi vậy cac xích

động học chỉ còn 2 loại cơ bản sau:

+ Xích động học tốc độ cắt gọt

+ Xích động học của chuyền động chạy dao

Việc tính toán thiết kế, chế tạo được thực hiện theo modun hoá

Thông thường các xích cắt gọt bắt đầu tự một đọng cơ có tốc độ thay đổi vô

cấp, dẫn động trục chính thông qua một hộp tốc độ có́ từ 2 đến 3 cấp độ, nhằm

khuếch đại các momen cắt đạt trị số cần thiết trên cơ sở tốc độ ban đầu của

động cơ

2.3.6 Phương pháp chọn thiết bị dẫn động hệ bàn máy

Các thiết bị dẫn động có́ một vai trò quan trọng trong máy CNC, là nhân tố

chính đảm bảo sự vận hành và gia công chính xác của máy Việc tính toán lựa

chọn các thiết bị dẫn động là một công việc bắt buộc và phức tạp với nhiều

công thức cần thiết lập Vì vậy, để thuận tiện cho công việc lựa chọ thiết bị

dẫn động, trong chương nay chúng ta đi xây dựng công thức tính toan va

chương trình tính chọn các thiết bị dẫn động

Nội dung trong phần này gồm có́:

+ Tổng quan chung bộ truyền vít me

+ Tổng quan chung về block, thanh ray dẫn hướng Cac tính toan được thực hiện theo catalog của hãng PMI.

2.3.7 Tổng quan chung về kết cấu bộ truyền vít me đai ốc bi

Trên thế giới hiện nay có́ nhiều loại vít me đai ốc bi, tuy nhiên kết cấ́u của

chúng có́ thể̉ phân ra như sau:

Theo chiêu ren:

Hình 2.8 Các loại chiều ren

 Thông thường theo mặc định sẽ là ren phải

Theo số đầu mối ren:

Hình 2 9 Các loại mối ren

 Trong thực tế ren 1 đầu mối được sử dụng rộng dãi hơn nhờ các yêu cầu công nghệ khi chế tạo không đòi hỏi cao

Theo kiêu hồi bi:

Hình 2.10 Đai ốc bi theo kiểu hồi bi

 Do các tính công nghệ trong chế tạo, lắp ráp , căn chỉnh cao nên khi dùng trongcác máy công cụ, các thiết bị đo lường có độ chính xác cao thì rãnh loại ống là kiểu phổ thôngnhất hiện nay.kiểu có́ rãnh hồi bi theo rãnh khoan trên đai ốc thường được sử dụng cho các taymáy, kết cấu không đòi hỏi độ chính xác cao

Rãnh hồi bi giữa 2 vòng ren kế tiếp:

Hình 2.11 Cấu tạo đai ốc bi

 Kiểu hồi bi nay thì được áp dụng trong các máy, các thiết bị không yêu cầu caocả về độ chính xác lẫn tốc độ của bộ truyền, do cac rãnh được bố trí theo chu vi nên việc chế tạo

sẽ khó khăn hơn

Theo kiêu đặt tải trong:

+ Tải đặt nhờ tấm đệm:

Hình 2.12 Mô hình chịu tải trọng của đai ốc bi

 Kiểu đặt tải trước nhờ tấm đệm giúp cho việc thay đổi tải đặt trước dễ dàng hơn,có thể điều chỉnh , tính công nghệ cao hơn nên thường được dùng trong bộ truyền máy cắt gọt,thiết bị đo lường hay các thiết bị có độ chính xác cao

+ Đặt tải nhờ hệ thống rãnh bi:

Hình 2.13 Hệ thống rãnh bi

 Hai hệ thống rãnh bi được bố trí cách nhau 1 khoảng cach, tương đương với tấmđệm ở kiểu trên, loại vít me đai ốc bi nay ít được sử dụng do khoảng các của cac rãnh bi khôngđiều chỉnh được và khó́ chế tạo

+ Đặt tải nhờ lò xo:

Hình 2.14 Hệ thống lò xo

 Đai ốc loại nay ít được sử dụng do tính ổn định không cao, lò xo có độ cứng nhỏ

+ Theo cấp chính xác:

 Dựa theo khoảng dung sai độ chính xác của vị trí lặp lại của đai ốc có́ thể xacđịnh bằng cấp chính xac vít me bi :C0 , C3 , C5 , C7 , C10 Theo đó độ chính xác vị trí lặp lại củađai ốc có́ thể xac định bằng cấp chính xác và chiều dai đoạn ren của trục vít me Tùy theo yêu cầu

sử dụng mà ta chọn cấp chính xác của vít me phò hợp nhất

 Ưu và nhược điểm của bộ truyền

Ưu điểm:

+ Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần 0,9

+ Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ.+ Có́ thể loại trừ khe hở và sức căng ban đầu nên đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao+ Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài

Nhược điểm

+ Khả năng chịu tải kém hơn so với vít me thường (do đặc điểm cấu tạo…)+ Chế tạo khó khăn va gia thanh đắt cũng la nhược điểm lớn của Vít me bi

2.3.8 Tổng quan chung về Block trượt, thanh ray dẫn hướng

Ray trượt được gọi với nhiều cai tên khac nhau đó la thanh trượt ray, ray dẫn

hướng, thanh trượt dẫn hướng Hiểu đơn giản thì đây la cac thiết bị dẫn

hướng, cấu tạo từ cac con trượt, thanh trượt, gối đỡ Những loại ray dẫn hướng

cơ khí nay được hoạt động theo chuyển động tịnh tiến bởi sự kết hợp của

thanh trượt rail va block con trượt Trên thực tế, có́ thể thấy dòng thanh trượt

này tại nhiều chi tiết máy khác nhau, cụ thể 1 số loại máy công cụ sử dụng trên

+ Các loại may CNC gia công cơ khí khac

a Một số loại ray trượt được sử dụng phổ biến

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN GVHD: ThS HOÀNG TRỌNG HIẾU 25

Trên thị trường hiện nay các sản phẩm ray trượt được sử dụng phổ biến do nhu

cầu về sản xuất gia công cơ khí ngay cang tăng Do đó cac nha sản xuất đã cho

ra rất nhiều sản phẩm với nhiều tính năng khac nhau để phù hợp với từng mục

đích sử dụng Một số loại ray trượt được sử dụng phổ biến có́ thể kể đến nhưla: ray trượt bi, ray trượt tròn, ray trượt vuông

b Ray trượt vuông va ưu nhược điêm

Dựa trên các yêu cầu về độ chính xac va độ cứng vững thì ray trượt vuông đã

đap ứng được các yêu cầu đặt ra cụ thể

Ưu điêm

+ Dẫn hướng và công suất hoạt động trong thời gian dài, không phát sinh về nhiệt

+ Khả năng dẫn hướng cùng lực ma sát thấp, độ chính xác cao

+ Khả năng chịu tải trọng cao, lực ít nhất, hỗ trợ cân bằng lực

+ Dễ dàng tháo gỡ, sửa chữa, lắp đặt, dễ bảo trì, thay thế

Chương 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ MÁY HÀN CNC 5

TRỤC

Do phương phap tính cũng như cac phương phap nghiên cứu của 3 trục X, Y, Z có́ sự

tương đồng nhau nên ta tính 1 trục cho các trục còn lại

3.1 Tính toán trục Z

3.1.1 Tính toán trục vít me trục Z

Hình 3.1 Kết cấu cụm trục Z

Lực dọ ̣c trục

Vì trong quá trình Hàn không sinh ra lực cắt lên ta chỉ tính cho các lực sau:

Tăng tốc (đi lên):Fa1=mg+ma=5*10+ 5*5=

75N Chạy đều (đi lên):Fa2=mg= 5*10= 20NGiảm tốc (đi lên): Fa3=mg-ma = 25N

Lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vít me là 75N

chọn F=75N để tính toán tải trọngXac định sơ bộ đường kính trong d1 của ren theo độ bền kéo:

d1 ≥ π [δ k ] =√ 4∗44∗750 =10,5 (công thức 8.19 trang 168 [1])

3,14∗120Chọn d1=12 mm

Chiều dài trục vít me sau khi chọn trục :

= 273 + 40 + 15 = 318 mm => 320mm

Chọn các thông số́ bộ truyền:

Đường kính bi (công thức trang 168 [1])

d b=(0.08÷0.15)d1=0.15*10= 1,8

Chọn bằng 2Bước ren (công thức trang 168 [1])

max max 5000MPa Thỏa mãn độ bề̀n

Yêu cầu : Đối với mặt làm việc của vít va đai ốc đạt HRC 53 Đối

với bi đạt HRC 63

Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện mối lien hệ giữa vận tốc và thời gian

 Momen quán tính khố́i Trên trục vít me:

Thời gian dành cho quá trình có́ gia tốc rất ngắn, do đó đây chỉ là tính toán cho giai

đoạn chạy đều

 Chọn động cơ điều khiển chuyển động của trục Z

Chọn động cơ bước để điều khiểu chuyển động theo trục OZ Các dữ liệu để tính chọn

động cơ:

+ Hệ số ma sat trượt: =0,12

+ Gia tốc trọng trường: g=10 (m/s2)

+ Khối lượng phần dịch chuyển: m=5 (kg)

+ Gó́c nghiêng của trục: =900

+ Tỉ số truyền giảm tốc: i=1 ( do chọn phương an động cơ nối trực tiếp với vít me

không qua hộp giảm tốc)

+ Hiệu suất của máy: = 0,9

+ Tốc độ vòng lớn nhất của động cơ: n=1500 (vg/p)

mach = =0,25( N m

2× π × i× n 2×π ×1 ×0,9

Tính momen tĩnh:

Mstat=Mms+Mwz+Mmach=0+0,011+0,25=0,226 (N.mm)Chọn động cơ bước SUMTOR 57HS5630A4 của hãng Sumtor theo trang

http://en.sumtor.com:

Thông số kỹ thuật chính:

- Kích thước mặt bích: 56x56 mm

- Chiều dài thân: 60 mm

- Khối lượng: 680 gram

- Dòng chịu tải: 3 A

- Góc bước: 1 8°/step

- Moment xoắn trên trục: 12 N.m

Hình 3.5: Các thông số của động cơ trục Z

Thời gian cần thiết để đạt được vận tốc cực đại là:

Ta = J/( TM ′ − TL) × 2πN 60 × fN 60 × fTrong đó : J la tổng mô men quán tính (Momen tính toán + momen cho bởi động

3.1.3. Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối trục Z

Trong cơ cấu bàn Z lực dọc trục đóng vai trò chủ yếu gây tac động lên ổ lăn, lựchướng tâm vuông gó́c với cụm trục vitme trong cơ cấu là khá nhỏ, tuy nhiên khi hoạtđộng với vận tốc lớn dễ xảy ra rung động, nên yếu tố định tâm cần có cho cơ cấu

m = 3 đối với ổ bi m=10/3 với ổ đũa.

L: Tuổi thọ của ổ ℎlăn được tính theo (công thức trang 213 [1])

= 60 10−6 = 60 10−6 1500.15000 =1350 (Triệu vòng)(ở đây em lấy n =Nma =1500 vg/ph để tính ở mức tối đa)

Q: tải trọng động của ổ lăn= ( tính theo (công thức trang 214 [1])

Kt = 1 (nhiệt độ <1050C)

Ta có́ :

m = Wz = 50 (kgf)Lực dọc trục trung bình: Fm = 50N

Lực tác dụng gây bởi khối lượng khi không chuyển động lên ổ A, B, C, D:

RA = -RB = RC = -RD = m.g/2 = 50*10/4= 125 N(công thức trang 216 [1])

Dựa vao đường kính trục vitme và tốc độ quay của động cơ ta chọn sơ bộ thông

số của ổ lăn mã W6001 theo hãng SKF(www.skf.com ) như sau:

Hình 3.7: Kết cấu, thông số của ổ lăn trục Z

Theo thông số trên hình:

- Khả năng tải động: C = 4,42 kN

- Khả năng tải tĩnh: Co = 2,36 kN

Bảng 3.2: Bảng tra góc tiếp xúc của ổ lăn trục Z

Có́ rất nhiều loại khớp nối để ta lựa chọn cho bai toan nay nhưng trên cơ sở

tham khảo tài liệu và thực nghiệm từ các hãng sản xuất em xin chọn loại

khớp nối là loại khớp nối trục loại trục bù – chữ thập có đệm

Bảng 3.2: Kích thước cơ bản khớp nối trục Z

Hình 3.9:Hình ảnh minh họa ray trượt

Hình dạng của ray dẫn hướng

Để có được một mô hình phù hợp nhất cho cac điều kiện dịch chuyển của hệ thống raydẫn hướng thì khả năng chịu tải và tuổi thọ của mô hình phải được chú trọng nhất

Để xac định, kiểm nghiệm khả năng tải trọng tĩnh danh nghĩa, tải trọng tương đương thì việc đanh gia qua gia trị Co (tải trọng động định mức) là khả quan va chính xac

hơn cả

Tuổi thọ có́ thể thu được bằng cach tính toan trên cơ sở lý thuyết bằng công thức thực nghiệm dựa trên việc đanh gia thông qua tải trọng động danh nghĩa