CHUƠNG 1 6 HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN LỚP KHÓA HỆ ĐÀO TẠO ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CADCAM Giáo viên hướng dẫn PGS TS Bộ môn Hà Nội, 08 2022 HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ HỌ VÀ TÊN HỌC V.
THUYẾT MINH
Phân tích tính công nghệ của chi tiết
Chi tiết trục chính là một chi tiết dạng trục có cấu tạo đơn giản
Kết cấu bên ngoài của chi tiết là một trục bậc Trên đoạn trục có đường kính Φ12 được gia công ren để lắp với bánh đai, đầu trục có lỗ ren để lắp với trục động cơ Các đoạn trục còn lại có sự chênh lệch đường kính không lớn.
Trục chính của máy là thành phần chủ đạo của bộ truyền chính, đảm bảo truyền động từ động cơ sang bộ truyền đai và cung cấp quay cho cụm II.
Trục chính chịu tải phức tạp từ các bộ truyền, nổi bật là lực ăn khớp của bộ đai và lực vòng, trong khi các chi tiết làm việc trong điều kiện mài mòn ở các cổ trục Đồng thời, chi tiết còn phải chịu được uốn và xoắn, đòi hỏi thiết kế, vật liệu và gia công có khả năng chống mài mòn và chịu được tải trọng cao để đảm bảo độ bền và hiệu suất của hệ truyền động.
Trong quá trình gia công chi tiết Trục chính, cần đạt được nhiều yêu cầu kỹ thuật khác nhau về độ chính xác kích thước, độ nhám bề mặt, sai lệch hình học và vị trí tương quan giữa các bề mặt làm việc Việc kiểm soát các yếu tố này đảm bảo chi tiết Trục chính có độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu thiết kế và vận hành ổn định của hệ thống máy Để thực hiện hiệu quả, quy trình gia công nên được lên kế hoạch kỹ lưỡng từ chọn dụng cụ, lập trình gia công đến kiểm tra đo lường ở các giai đoạn và vị trí quan trọng, nhằm duy trì sự đồng đều và đúng vị trí giữa các bề mặt làm việc.
Các cổ trục tham gia lắp ghép phải được gia công đạt độ chính xác kích thước cấp 6 và độ bóng bề mặt cấp 7, nhằm bảo đảm khớp nối chính xác, giảm ma sát và mài mòn, từ đó nâng cao hiệu suất và độ bền của hệ thống.
Phân vai trục chỉ cần gia công đảm bảo kích thước
Đảm bảo vị trí tương quan giữa các bề mặt tham gia lắp ghép là yếu tố then chốt để đạt được liên kết chính xác, trong đó hai yếu tố chủ đạo là độ đồng tâm và độ đảo hướng kính giữa các cổ trục tham gia lắp ghép với nhau, cùng với độ đồng tâm giữa các cổ trục so với đường tâm trục Việc cân chỉnh đúng các thông số này giúp tối ưu sự cân bằng, ổn định và hiệu suất làm việc của hệ thống trục.
Nhìn chung chi tiết đòi hỏi các yêu cầu kỹ thuật rất cao về vị trí tương quan giữa các bề mặt
Riêng phần lỗ đầu trục có mặt vuông để lắp với trục cần gia công EDM
Tính công nghệ trong kết cấu
Chi tiết có tính công nghệ tương đối tốt, trừ phần lỗ có mặt vuông ở đầu trục Trong quá trình gia công cổ trục, thao tác tiến và lùi dao dễ dàng, có thể nâng cao năng suất bằng cách ghép dao Riêng phần lỗ đầu trục cần gia công điện cực trên máy xung điện EDM Đường kính các đoạn trục giảm dần về một phía, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình gia công.
Với tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính của trục lớn, nên dùng chuẩn tinh chính dựa trên mặt ngoài và tâm lỗ làm tham chiếu để đảm bảo độ chính xác gia công và đo kiểm Đường kính các cổ trục tham gia lắp ghép thường không theo tiêu chuẩn, dẫn đến khó khăn trong kiểm tra chất lượng và đo đạc, gây bất tiện cho quy trình gia công và lắp ráp.
Thiết kế mô hình và bản vẽ chi tiết
Ta thiết kế mô hình 3D trên phần mềm inventor 2018:
Xây dựng các đoạn trục (Assemble => Design=> Shaft)
Hình 1.1 : Xây dựng 3D đoạn trục
Tạo then (Assemble => Design=> key)
Tạo lỗ và vát mép , bo góc (Part => Sketch ; Part => Fillet ; Chamfer)
Hình 1.3 : Mô hình 3D chi tiết gia công hoàn chỉnh
Tiến hành xuất bản vẽ gia công và điền yêu cầu kỹ thuật dựa vào đặc tính làm việc cua chi tiết :
Hình 1.4 : Bản vẽ chi tiết gia công Yêu cầu kỹ thuật :
Vát mép không ghi lấy 0.2x45
Kích thước không ghi dung sai lấy IT 14 / 2
Động không đồng tâm giữa các bậc trục so với đường tâm A
2 THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Chọn phương pháp chế tạo phôi
Từ việc phân tích kết cấu và các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết ta có một số phương án chọn phôi và chế tạo phôi như sau.
Chi tiết có dạng trục bậc và kết cấu đơn giản nên có thể dễ dàng tạo phôi bằng phương pháp đúc Phôi đúc có thể được đúc trong khuôn cát hoặc khuôn kim loại Đúc trong khuôn cát chỉ dùng được một lần và phải đập phá khuôn để lấy phôi, chất lượng phôi thấp và lượng dư gia công lớn Đúc trong khuôn kim loại cho phôi có chất lượng tốt hơn và năng suất cao hơn, khuôn có thể dùng nhiều lần nhưng phù hợp với các chi tiết có khối lượng nhỏ Chi tiết trục chính có kích thước và khối lượng nhỏ nên phù hợp với đúc trong khuôn kim loại Đối với sản xuất loạt đơn chiếc nên chọn đúc trong khuôn cát để tiết kiệm chi phí.
Tuy nhiên, đối với phôi đúc thì cơ tính tổng hợp của chi tiết không tốt, kém dẻo dai, không chịu được va đập.
Rèn tự do không cần khuôn nhưng năng suất thấp, dư gia công lớn và chất lượng phôi phụ thuộc nhiều vào tay nghề người thợ Đối với chi tiết trục chính có cấu tạo đơn giản nên có thể tạo phôi bằng phương pháp rèn Để nâng cao năng suất và giảm lượng dư gia công cắt gọt, có thể rèn lần cuối trong khuôn đơn giản.
So với phôi đúc thì rèn tự do có chi phí tạo phôi thấp hơn và cơ tính của phôi tốt hơn.
Phôi cán cho phép giảm chi phí về việc chế tạo phôi vì loại phôi này có sẵn trên thị trường.
Tuy nhiên, sự chênh lệch giữa các đường kính ngoài của chi tiết không lớn nên chọn phôi cán sẽ tiết kiệm vật liệu, giảm mòn dụng cụ cắt và mang lại hiệu quả kinh tế cao cho quá trình gia công.
So với phôi rèn, phôi cán có chi phí chuẩn bị thấp hơn nhưng chi phí gia công cắt gọt lại cao hơn, đồng thời cơ tính tổng hợp của phôi cán không tốt bằng phôi rèn Có thể lựa chọn phôi cán và dập sơ bộ để tạo phôi có hình dáng gần giống với chi tiết mong muốn, từ đó cải thiện cơ tính của phôi.
Phôi dập có chất lượng cao, lượng dư gia công nhỏ và cơ tính tốt, cho năng suất chế tạo phôi cao nhưng chi phí chế tạo khuôn lại lớn Với chi tiết trục chính, quá trình dập cần thực hiện qua nhiều lần nên phải chế tạo nhiều khuôn, khiến chi phí tạo phôi cao hơn so với các phương án tạo phôi khác.
Chi phí chuẩn bị phôi dập cao hơn so với phôi rèn tự do, nhưng chất lượng phôi dập tương đương với phôi rèn tự do Do đó, hiệu quả kinh tế của phôi dập thấp hơn so với phôi rèn tự do.
Từ những phân tích trên ta có thể chọn phôi thép thanh , phương pháp chế tạo phôi là phôi cán
Thiết kế tiến trình công nghệ
Để chi tiết trục chính đạt chuẩn, cần đảm bảo độ chính xác về kích thước và độ nhẵn bóng của các cổ trục tham gia lắp ghép, đồng thời đảm bảo sự đồng tâm giữa các cổ trục Để đạt được độ chính xác về kích thước và độ nhẵn bóng cho các bề mặt tham gia lắp ghép, công đoạn gia công cuối cùng nên thực hiện bằng phương pháp mài tròn ngoài Sự đồng tâm giữa các cổ trục lắp ghép được đạt được nhờ dùng mặt ngoài và tâm lỗ làm chuẩn tinh để gia công.
Chuẩn thô được chọn là mặt ngoài và mặt đầu trục
Gia công trên máy CNC giúp nâng cao năng suất và chất lượng bằng cách gia công đồng thời nhiều bề mặt trong một chu trình, đảm bảo độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt và giảm thiểu sai số gá đặt tích lũy qua từng nguyên công Chi phí về đồ gá cũng được giảm nhờ số lượng nguyên công giảm và kết cấu đồ gá đơn giản hơn do không cần các cơ cấu dẫn hướng, dẫn dao phôi Dụng cụ cắt được tối ưu khi một dụng cụ có thể gia công được nhiều bề mặt, không nhất thiết phải sử dụng dụng cụ gia công lỗ theo tiêu chuẩn Hơn nữa, ở các nguyên công cơ như cắt phôi thời gian gia công kéo dài cho phép một công nhân vận hành nhiều máy CNC cùng lúc, từ đó giảm chi phí nhân công và quản lý sản xuất.
2.2.1 Lập tiến trình công nghệ
Từ những phân tích trên ta có tiến trình công nghệ như sau:
Sơ đồ gá đặt Máy Đồ gá
Máy cưa phôi vạn nawg
.Mâm cặp 3 chấu tự định tâm
3 Tiện thô , tinh bậc trục trái
.Mâm cặp 3 chấu tự định tâm ; Mũi chống tâm
4 Tiện thô , tinh bậc trục phải
.Mâm cặp 3 chấu tự định tâm
Mâm cặp 3 chấu tự định tâm ; Mũi chống tâm
2.2.2 Xác định luợng dư gia công
Phôi thanh cấp chính xác II Phôi mua sẵn trên thị trường và cắt theo đoạn Kết cấu của phôi là trục trơn đường kính D= 25mm , dài Lg.2mm
Hình 2.1: Hình dáng của phôi Yêu cầu kỹ thuật :
Phôi phải được nắn thẳng trước khi gia công
Kích thước không ghi dung sai lấy IT 14 / 2
Thiết kế nguyên công
Đường kính phôi lớn nhất 30 mm
Chiều dài phôi lớn nhất 215 mm
Lượng ăn dao có thể lập trình 0-2 m/min
Dải tốc độ trục chính 300-4200 rpm
Công suất trục chính 1.1 KW
Kiểu đầu trục chính Emco
Đường kớnh lỗ trục chớnh ứ 30 mm
Số đài dao 8 station ATC
Kích thước máy WxDxH 850 x 700 x 550 mm
Tổng trọng lượng máy 150 kg
Hệ điều khiển tùy chọn
Fauc 21T, Siemens 840D, Siemens Operate ( ShopTurn ) CAMConcept
Rãnh T (c.rộng × số lg × k.cách) mm 18x3x110Tải trọng tối đa Kg 250
Hành trình X/Y/Z mm 300/200/250 Mũi trục chính tới bàn mm 90-340
Tâm trục chính tới trụ máy mm 350
Loại dẫn hướng LM: XYZ
Loại trục chính KW BT40 Động cơ servo chính rpm 5.5/7.5, *7.5/11 Tốc độ trục chính 8000, *12000
Tốc độ dịch chuyển nhanh X/Y/Z m/min 20/20/20
Trọng lượng tối đa của dao Kg 8
HẠNG MỤC ĐƠN VỊ EDM CNC85
Kích thước thùng chứa mm 1000 x 650
Kích thước bàn máy mm 1400 x 900 x 480
Kích thước buồng đốt(X*Y*Z1+Z) mm 800 x 500 x 400
Trọng lượng tối đa một lần kgs 5700
Trọng lượng tối đa của điện cực kgs 200
HẠNG MỤC ĐƠN VỊ EDM CNC85
Dung tích bể dầu điện môi lit 1250
2.3.2 Xác định nội dung nguyên công
NC2 Khỏa mặt , khoan lỗ
NC3 Tiện thô , tinh bậc trục trái
NC4 Tiện thô , tinh bậc trục phải
Phương pháp gá kẹp : Bàn kẹp
Dụng cụ đo: thước lá
NC2 Khỏa mặt , khoan lỗ
Phương pháp gá kẹp : Mâm cặp (4 bậc tự do ) cữ định vị (1 bậc tự do )
Bề mặt gia công : Mặt đầu D 25mm
Lượng dư gia công : t=1,5mm
Yêu cầu kỹ thuật : cấp chính xác đạt IT14 nhám đạt Rz 40 m Dao : Dao xén phải (1)
Chế độ cắt : t=1,5mm ;S= 0,2mm/vg ; n= 1500vg/ph
Dụng cụ đo : Thước cặp 1/20
Bề mặt gia công : Mặt lỗ D2mm
Lượng dư gia công : t=1mm
Yêu cầu kỹ thuật : cấp chính xác đạt IT14 nhám đạt Ra 1,25 m
Chế độ cắt : t=1mm ;S= 0,2mm/vg ; n= 600vg/ph(www.secotools.com) Dụng cụ đo : Thước cặp 1/20
NC3 Tiện thô , tinh bậc trục trái
Phương pháp gá kẹp : Mâm cặp (2 bậc tự do ) cữ định vị (1 bậc tự do ), chống tâm động ( 2 bậc tự do )
Bước 1 : Tiện thô bậc trục trái
Bề mặt gia công : Các bậc trục trái
Lượng dư gia công : t=0,7mm
Yêu cầu kỹ thuật : cấp chính xác đạt IT8 nhám đạt Ra 2,5 m
Chế độ cắt : t=0,7mm ;S= 0,3mm/vg ; n= 2240vg/ph
Dụng cụ đo : Thước cặp 1/20
Bước 2 : Tiện tinh bậc trục trái
Bề mặt gia công : Các bậc trục trái
Lượng dư gia công : t=0,3mm
Yêu cầu kỹ thuật : cấp chính xác đạt IT7 nhám đạt Ra 1,25 m
Chế độ cắt : t=0.3mm ;S= 0,1mm/vg ; n= 2240vg/ph(www.secotools.com) Dụng cụ đo : Thước cặp 1/20
Bề mặt gia công : Rãnh B1
Lượng dư gia công : t=1 mm
Yêu cầu kỹ thuật : cấp chính xác đạt IT14 nhám đạt Rz40 m
Chế độ cắt : t=1 mm ;S= 0,03mm/vg ; n= 2000vg/ph(www.secotools.com) Dụng cụ đo : Thước cặp 1/20
Bề mặt gia công : Mặt ngoài rãnh
Lượng dư gia công : t=0,2 mm
Yêu cầu kỹ thuật : cấp chính xác đạt IT14 nhám đạt Rz40 m
Chế độ cắt : t=1 mm ;S= 0,03mm/vg ; n= 2000vg/ph(www.secotools.com) Dụng cụ đo : Thước cặp 1/20
NC4 Tiện thô , tinh bậc trục phải
Phương pháp gá kẹp : Mâm cặp (4 bậc tự do ) cữ định vị (1 bậc tự do )
Bề mặt gia công : Mặt đầu D 25mm
Lượng dư gia công : t=1,5mm
Yêu cầu kỹ thuật : cấp chính xác đạt IT14 nhám đạt Rz 40 m
Chế độ cắt : t=1,5mm ;S= 0,2mm/vg ; n= 1500vg/ph
Dụng cụ đo : Thước cặp 1/20
Bước 2 : Tiện thô bậc trục phải
Bề mặt gia công : bậc trục phải D15mm
Lượng dư gia công : t=0,7mm
Yêu cầu kỹ thuật : cấp chính xác đạt IT8 nhám đạt Ra 2,5
Chế độ cắt : t=0,7mm ;S= 0,3mm/vg ; n= 2240vg/ph
Dụng cụ đo : Thước cặp 1/20
Bước 3 : Tiện tinh bậc trục phải
Bề mặt gia công : bậc trục phải D15mm
Lượng dư gia công : t=0,3mm
Yêu cầu kỹ thuật : cấp chính xác đạt IT7 nhám đạt Ra 1,25
Chế độ cắt : t=0.3mm ;S= 0,1mm/vg ; n= 2240vg/ph(www.secotools.com) Dụng cụ đo : Thước cặp 1/20
Phương pháp gá kẹp : Mâm cặp (2 bậc tự do ) cữ định vị (1 bậc tự do ); chống tâm động (1 bậc tự do)
Bề mặt gia công : Mặt rãnh then
Lượng dư gia công : t=1,75mm
Yêu cầu kỹ thuật : cấp chính xác đạt IT13 nhám đạt Rz 40 m
Chế độ cắt : t=1,75mm ;S= 0,1mm/vg;n= 1600vg/ph
Dụng cụ đo : Calip lỗ
Bề mặt gia công : Mặt rãnh then
Lượng dư gia công : t=2mm
Yêu cầu kỹ thuật : cấp chính xác đạt IT9 nhám đạt Rz 40 m Dao : Dao phay ngón (6)
Chế độ cắt : t=0,25mm ;S$5mm/ph;n= 1750vg/ph
Dụng cụ đo : Calip lỗ
Bề mặt gia công : Mặt đầu rãnh then
Lượng dư gia công : t=0,2mm
Yêu cầu kỹ thuật : cấp chính xác đạt IT14nhám đạt Rz 40 m
Chế độ cắt : t=0,2mm ;S$5mm/ph;n= 1750vg/ph (www.secotools.com) Dụng cụ đo : Calip lỗ
Phương pháp gá kẹp : Mâm cặp (2 bậc tự do ) Vai chấu cặp (3 bậc tự do ); Chốt chám (1 bậc tự do)
Bề mặt gia công : Mặt lỗ
Lượng dư gia công : t=3mm
Yêu cầu kỹ thuật : cấp chính xác đạt IT7 nhám đạt Ra1,25 m
Chế độ cắt : A50Ampe ;f= 150 (kHz);t= 0,01mm/s
Dụng cụ đo : Calip lỗ
Lập trình gia công
Tiến hành lập trình gia công trên modul HSM inventor CAM ta có trình tự sau :
Hình 2.10: Chọn máy gia công
Hình 2.11: Kích thước phôi gia công
NC2 Khỏa mặt , khoan lỗ
Chọn dung cụ cắt ( Dao số 1 ) và chọn chế độ cắt
(t=1,5mm;S=0,2mm/vg,n00 vg/ph)
Hình 2.12: Dụng cụ cắt ,chế độ cắt NC2 bước 1
Hình 2.13: Đường chay dao NC2 bước 1
Chọn dung cụ cắt ( Dao số 2 ) và chọn chế độ cắt
(t=1,5mm;S=0,2mm/vg,n`0 vg/ph)
Hình 2.14: Dụng cụ cắt ,chế độ cắt NC2 bước 2
Hình 2.15: Chọn bề mặt gia công NC2 bước 2
Hình 2.16: Đường chạy dao NC2 bước 2
NC3 Tiện thô , tinh bậc trục trái
Bước 1 : Tiện thô các bậc trục
Chọn dung cụ cắt ( Dao số 1) và chọn chế độ cắt (t=0,7mm;S=0,3mm/vg,n"40vg/ph)
Hình 2.17: Dụng cụ cắt ,chế độ cắt NC3 bước 1
Chọn mặt gia công và giới hạn vùng cắt
Hình 2.18: Chọn bề mặt gia công NC3 bước 1
Chọn lượng dư phôi để lại sau bước tiện thô
Hình 2.19: Lượng dư phôi sau tiện thô NC3 bước 1
Kết quả đường chạy dao khi gia công
Hình 2.20: Đường chạy dao NC3 bước 1
Bước 2 : Tiện tinh các bậc trục
Chọn dung cụ cắt ( Dao số 1) và chọn chế độ cắt (t=0,3mm;S=0,1mm/vg,n"40vg/ph)
Hình 2.21: Dụng cụ cắt ,chế độ cắt NC3 bước 2
Chọn mặt gia công và giới hạn vùng cắt giống bước 1 Kết quả đường chạy dao khi gia công
Hình 2.22: Đường chạy dao NC3 bước 2
Chọn dung cụ cắt ( Dao số 3) và chọn chế độ cắt (t=0,7mm;S=0,03mm/vg,n 00vg/ph)
Hình 2.23: Dụng cụ cắt ,chế độ cắt NC3 bước 3
Kết quả đường chạy dao khi gia công
Hình 2.25: Đường chạy dao NC3 bước 3
Chế độ cắt giống tiện rãnh
Kết quả đường chạy dao khi gia công
Hình 2.26: Đường chạy dao NC3 bước 4
NC4 Tiện thô , tinh bậc trục phải
Chế độ cắt giống nguyên công 2 bước 1
Kết quả đường chay dao :
Hình 2.27: Đường chạy dao NC3 bước 4
Bước 2 : Tiện thô ,vát mép bậc trục phải
Chế độ cắt giống nguyên công 3 bước 1
Kết quả đường chay dao :
Hình 2.28: Đường chạy dao NC4 bước 2
Bước 2 : Tiện tinh và vát mép bậc trục phải
Chế độ cắt giống nguyên công 3 bước 2
Kết quả đường chay dao :
Hình 2.29: Đường chạy dao NC4 bước 2
Hình 2.30: Dụng cụ cắt và chế độ cắt NC5 bước 1
Kết quả đường chay dao :
Hình 2.31: Đường chạy dao NC5 bước 1
Hình 2.32: Dụng cụ cắt và chế độ cắt NC5 bước 2
Kết quả đường chay dao :
Hình 2.33: Đường chạy dao NC5 bước 2
Hình 2.34: Dụng cụ cắt và chế độ cắt NC5 bước 3
Kết quả đường chay dao :
Hình 2.33: Đường chạy dao NC5 bước 3
Hình 2.34: Đường chạy dao NC6
Hình 2.35: Kết quả mô phỏng gia công 2.4.2 Cấu trúc của chương trình NC
Cấu trúc chung của chương trình NC:
Phần khai báo tổng quát đầu chương trình
Các lệch di chuyển dao bắt đầu gia công
Các lệnh kết thúc chương trình
Nxx Gxx X… Y… Z… I… J… K… T… S… F… M… ; Nxx : Số thứ tự của dòng lệnh
X… Y… Z… I… J… K… : Lệnh kích thước hoặc vị trí dao di chuyển đến
S…: Lênh tốc độ quay trục chính
Dấu ( ; ) Lệnh kết thúc chương trình
Những khai báo đầu chương trình NC
Khai báo hệ tọa độ lập trình
G90 : Khai báo tọa độ tuyệt đối, dao di chuyển tới vị trí yêu cầu so với điểm chuẩn.
G91 : Khai báo tọa độ tương đối có nghĩa là vị trí hiện tại của dao được xem là góc tọa độ của điểm kế tiếp.
Khai báo hệ đơn vị đo
G20 : Khai báo đơn vị đo hệ inch
G21 : Khai báo đơn vị đo hệ mét
Khai báo đơn vị lượng lượng chạy dao
G94 : mm/phút or in/phut
G95 : mm/vòng or in/vòng
Khai báo đơn vị tốc độ cắt
G96 : mm/phút or in/phút
G97 :mm/vòng or in/vòng
M3 / M03 : Quay trục chính cùng chiều kim đồng hồ
M4 / M04 : Quay trục chính ngược chiều kim đông hồ
Lệnh chọn mặt phẳng lập trình
Txxx M6 : Gọi dao số xxx và thay dao M6 lệnh thay dao, Txxx lệnh gọi dao h) Lệnh trở về điểm tham chiếu G28, G29, G30
Lệnh kết thúc chương trình
M30 : Kết thưc chương trình chính và trở về đầu chương trình chính (program)
M99 : Kết thúc chương trình con (Subprograms)
M01: Tạm dừng chương trình có điều kiện khi nút OSP on.
M9 : Tắt dung dịch làm nguội
M8 : Mở dung dịch làm nguội