Chế thử máy cắt tấm kim loại khổ rộng không dưới 6m điều khiển CNC

Công nghệ chế tạo và lắp ráp thanh răng, bánh răng, đường ray 19 1.4.1 Công nghệ xọc răng trên máy xọc răngvới bộ đồ gá xọc răng chuyên dùng để nâng cao độ chính xác và đồng nhất của bư

Bé c«ng nghiÖp ViÖn M¸y vµ Dông cô C«ng nghiÖp 46- L¸ng H¹- §èng §a- H¸ Néi

B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt Dù ¸n

ChÕ thö m¸y c¾t tÊm kim lo¹i khæ réng

kh«ng d−íi 6 mÐt ®iÒu khiÓn CNC

Bộ công nghiệp Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp 46- Láng Hạ- Đống Đa- Há Nội

Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Dự án :

Chế thử máy cắt tấm kim loại khổ rộng

không dưới 6 mét điều khiển CNC

PGS.TS : Trương Hữu Chí

Hà nội, 02- 2006

Bản thảo viết xong tháng 02 năm 2006

Tài liệu này được chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện đề tài cấp nhà nước mã số KC.05.DA 08

Danh sách những người thực hiện

TT Họ và tên Chức danh và đơn vị công tác Tham gia vào

1.1; 1.3; 1.4; 1.5; 2; 3;

2 Kĩ sư tự động hoá :

Nguyễn Tiến Hùng

Phó Giám đốc: Trung tâm Cơ khí chính xác và máy CNC, Viện IMI-Holding

1.1; 1.2; 1.6; 1.7; 2

Nguyễn Quốc Viên

Kỹ thuật viên : Trung tâm Cơ khí chính xác và máy CNC, Viện IMI-Holding

1.1; 1.2; 1.3; 1.4; 1.5; 4

Bài tóm tắt

1 Lựa chọn thiết kế kiểu dáng công nghiệp cho máy cắt gas- plasma CNC

2 Hoàn thiện thiết kế, tối ưu hoá các cụm máy và tổng thể máy trên cơ sở tính toán tối ưu

về động học và động lực học

3 Hoàn thiện công nghệ chế tạo khung máy

4 Công nghệ chế tạo và lắp ráp thanh răng, bánh răng, đường ray

5 Qui trình công nghệ chế tạo, lắp ráp, đo lường và kiểm tra phù hợp với điều kiện Việt Nam

6 Điều khiển đồng vị

7 ứng dụng khả năng mở rộng CAD/CAM để chuyển đổi dữ liệu thiết kế sang các

chương trình CNC cho máy cắt

Mục Lục

Trang

Trang bìa 1

Trang nhan đề 2

Danh sách những người thực hiện 3

Bài tóm tắt 4

Mục lục 5

1 Các nội dung khoa học 7

1.1 Lựa chọn thiết kế kiểu dáng công nghiệp cho máy cắt gas- plasma CNC: 7

1.1.1 Phân tích một số máy cắt gas-plasma CNC trên thế giới 7

1.1.2 Các mục tiêu khi lựa chọn mẫu máy 10

1.1.3 Chọn lựa chọn kiểu dáng cho máy cắt CNC 11

1.2 Hoàn thiện thiết kế, tối ưu hoá các cụm máy và tổng thể

máy trên cơ sở tính toán tối ưu về động học và động lực học 12

1.2.1 Tính toán động học

1.2.2 Tính toán động lực học

12 13 1.3 Hoàn thiện công nghệ chế tạo khung máy 15

1.3.1 Giải pháp thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo khung máy 15

1.3.2 Tính toán kiểm nghiệm giá trị độ võng của xà 17

1.4 Công nghệ chế tạo và lắp ráp thanh răng, bánh răng, đường ray 19 1.4.1 Công nghệ xọc răng trên máy xọc răngvới bộ đồ gá xọc răng chuyên dùng để nâng cao độ chính xác và đồng nhất của bước thanh răng 19

1.4.2 Hoàn thiện công nghệ xử lý nhiệt thanh răng bằng cách tôi qua 2 giai đoạn: tôi cải thiện và tôi cao tần 20

1.4.3 Thiết kế, chế tạo đồ gá xọc thanh răng trên máy xọc răng 21

1.4.4 Thiết kế, chế tạo bộ đồ gá tôi cao tần thanh răng……… 21

1.5 Qui trình công nghệ chế tạo, lắp ráp, đo lường và kiểm tra phù hợp với điều kiện việt nam 21

1.5.1 Hệ thống đồ gá và công nghệ lắp ráp ray X 21

1.5.2 Hệ thống đồ gá và công nghệ lắp ráp ray Y 22 1.5.3 Các đồ gá, thiết bị kiểm tra chuyên dùng và phương pháp kiểm

tra các thông số của máy 22

1.6 Điều khiển đồng vị 24 1.6.1 Các nguyên lý điều khiển đồng vị………

1.6.2 Lựa chọn kỹ thuật cho máy

1.7 ứng dụng khả năng mở rộng CAD/CAM để chuyển đổi dữ liệu

thiết kế sang các chương trình CNC cho máy cắt

1 Các nội dung khoa học

1.1 Lựa chọn thiết kế kiểu dáng công nghiệp cho máy cắt

Gas-Plasma CNC

1.1.1 Phân tích một số máy cắt Gas - Plasma CNC trên thế giới

a, Đặc điểm chung máy cắt dạng CNC (Computer Numeric Control)

- Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học đã tạo tiền đề cho

sự phát triển của hàng loạt các ngành kỹ thuật khác nhau.Trong chế tạo máy ,nhờ ứng dụng kỹ thuật CNC ngành chế tạo máy công cụ CNC đã xuất hiện và phát triển như vũ bão, và nhu cầu ứng dụng nó vào trong sản xuất ngày càng tăng

- Trước tình hình đó ,máy cắt kim loại tấm, có sự tích hợp của các công nghệ CAD/CAM/CNC đã nổi lên như một cuộc cách mạng trong công nghiệp

đóng tàu vào những năm 80 của thế kỷ 20,với sự tham gia của các nhà sản xuất máy công cụ hàng đầu trên thế giới, như hãng AMADA(Nhật bản); hãng KOIKE (Nhật bản); SHARP (Pháp); FARLEY(Mỹ) v.v.và những nhà sản xuất bộ điều kiển hàng đầu như: HEIDENHAIN(Đức); ANILAM (Mỹ); FANUC (Nhật bản); FAGO(Tây ban nha) v.v

- Ưu điểm của thế hệ máy này là: biên dạng chi tiết cắt được lập trình mềm nên rất linh hoạt trong sản xuất nó phù hợp với mọi loại hình sản xuất ,từ sản xuất

đơn chiếc,sản xuất loạt nhỏ,đến sản xuất loạt lớn

Độ chính xác theo yêu cầu cao ;

Thay đổi biên dạng chi tiết cắt linh hoạt,dễ dàng;

Dễ dàng tạo ra được ngân hàng dữ liệu các chi tiết cắt;

Dễ dàng xắp xếp hình tối ưu, tiết kiệm được vật liệu;

Dễ cơ khí hoá, tự động hoá

Chất lượng vết cắt và năng suất cao ,không phụ thuộc tay nghề

b, Một số loại máy cắt trên thế giới

• Máy cắt Master ( Sản phẩm của hãng ProArc, Đài Loan )

Đặc điểm :

- Kết cấu truyền động theo phương dọc theo nguyên lý đồng vị Kết cấu này sử dụng hai động cơ hai bên và được bộ điều khiển CNC điều khiển tốc độ động cơ

- Kết cấu truyền động theo phương ngang sử dụng công nghệ UBD

(Unique Belt Drive) với phương pháp này các đầu cắt được truyền động bằng đai

mà không sử dụng kết cấu truyền động bánh răng thanh răng.Bằng phương án này kết cấu truyền động rất gon nhẹ đồng thời chi phí chế tạo máy sẽ được giảm đáng kể do không phải chế tạo thanh răng và lắp ráp thanh răng lên khung máy

- Kết cấu dẫn động theo phương ngang bằng thanh dẫn hướng bi

- Bề rộng lớn nhất máy có thể cắt được 7,6 m

- Độ chính xác lặp lại và động chính xác vị trí là 0,1 mm

- Mỏ cắt Gas có lắp bộ điều khiển chiều cao bằng điện dung

- Tốc độ lớn nhất của máy 24 m/ph

• Máy cắt Farley Trident ( Sản phẩm của hãng Farley, Autrania )

- Chiều dài lớn nhất máy có thể cắt được là 50 m

- Máy có hệ thống hút bụi để giảm ô nhiễm môi trường cũng như độc hại cho người

sử dụng máy

- Khi cắt bằng Plasma có thể được cắt bằng bàn cắt ướt không gây hại cho nguời sử dụng máy

• Máy cắt Mastergraph II Millennium series ( Sản phẩm của hãng Koike, Nhật Bản )

- Kết cấu truyền chuyển động theo phương dọc của máy dùng bánh răng thanh răng

và hộp số bánh răng hành tinh, nên có kết cấu nhỏ gọn mà vấ đảm bảo công suất

- Tự động điều khiển chiều cao mỏ cắt bằng cơ khí khi sử dụng nguồn cắt Gas,

- Tận dụng tôi đa các công nghệ trong nước để chế tạo máy

- Máy có kiểu dáng công nghiệp đẹp

1.1.3 Chọn lựa kiểu dáng cho máy cắt CNC :

- Chiều rộng cắt lớn nhất: 6600 mm

- Chiều dài cắt lớn nhất:12000 mm

- Khoảng cách tâm đường ray: 7100mm

- Máy được cấu tạo dạng khung kín đảm bảo chuyển động chắc chắn theo

- Phương án sử dụng đồng vị

- Truyền động thanh răng ,bánh răng 2 bên , dẫn hướng bi 2đầu,đảm bảo truyền

động êm,chính xác

- Máy có 4 đầu cắt ,trong đó có 3 đầu cắt gas,1 đầu cắt plasma

- Đầu cắt ga sử dụng có thể lên ,xuống nhờ động cơ điện hoặc bằng tay

+ Hành trình lên,xuống bằng động cơ điện : 200mm

+ Hành trình lên,xuống bằng tay : 200mm

+ Hành trình lên,xuống bằng định vị tự động : 100mm

- Sử dụng kết cấu dẫn hướng bi dẫn động trục X

- Sử dụng kết cấu ray thấp dẫn động trục Y

- Khung máy có dạng hình chữ nhật tiết diện 280x700 được hàn từ thép hinh chữ

U kích thước U28 đảm bảo được khả năng chống uốn, chống xoắn tốt, giảm

được tối đa rung động trong quá trình cắt

- Các bi lăn trên đường ray là loại bi đỡ đảm bảo sự tiếp xúc tốt giữa vòng lăn của con lăn và bề mặt ray,tạo nên quá trình lăn êm,nhẹ, chinh xác

- Máy có ca bin điều khiển,tạo thuận lợi cho người sử dụng

- Khi cắt bằng Gas sử dụng hệ thống định vị khoảng cách cắt tự động bằng động cơ điện và cơ khí cho phép thao tác, điều chỉnh lên xuống một cách dễ dàng

- Bộ ly hợp ma sát trong hệ thống định vị khoảng cách đảm bảo an toàn cho các

động cơ khi đầu cắt gặp các sự cố như: va chạm giữa đầu cắt với tấm kim loại quá cong vênh khi cắt

- Bộ chân tỳ cơ khí đảm bảo khoảng cách từ đầu cắt tới phôi không đổi, khắc phục được sự cố cong vênh của tấm kim loại khi cắt, đảm bảo quá trình cắt ổn

định

- Khi cắt bằng Plasma sử dụng hệ thống định vị khoảng cách cắt tự động điện,

đảm bảo khoảng cách hồ quang luôn không đổi trong quá trình cắt

- Kiểu dáng máy và màn hình điều khiển mang tính mỹ thuật công nghiệp cao

- Truyền động giữa hai bên đường ray được sử dụng hai động cơ truyền động

được điều khiển theo nguyên lý đông vị.cho phép hai bên chuyển động đồng nhất, êm ái

- Tốc độ chạy nhanh (RAPID)

1.2 Hoàn thiện thiết kế, tối ưu hoá các cụm máy và tổng

thể máy trên cơ sở Tính toán động học và động lực học

1.2.1 Tính toán động học

1.2.1.1 Nhiệm vụ thiết kế:

Thiết kế phần cơ khí của máy thoả mãn :

- Máy có kết cấu khung kín dạng cầu trục đảm bảo độ cứng vững của xà, khung máy trong quá trình làm việc

- Truyền dẫn thanh răng ,bánh răng 2 bên có lắp cơ cấu tự điều chỉnh khe hở

ăn khớp ,dẫn hướng bi 2đầu đảm bảo truyền động chính xác, êm

- Sử dụng động cơ hộp số đồng tốc hai bên

1.2.1.2 Lựa chọn modul thanh răng và số răng của bánh răng

a Chiều X ( chiều ngang máy):

1.2.1.3 Tính toán các thông số của bộ truyền động

a, Tính toán tỷ số truyền của hộp số X

Tỷ số truyền đảm bảo Rapid ≥ 8000 mm/phút

Ta có:

Motor i

Thanh răng

* 5 1 2000

iy≥

π

*3

*17

*2000

5000

= 0 0156;

hay i y ≥ 1: 64

c, Tính toán tỷ số truyền theo phương Z

Tốc độ chạy nhanh khi điều khiển chiều cao tự động nhờ hệ thống điện:

2000

với Pz=2 ta có: iz1=

2

* 1310

π

* 20

* 5 1 6 19 1

* 17

* 15 1

a Khối lượng di chuyển theo phương x

Từ thiết kế thử nghiệm cho máy CP31120 đã tính ra được khối lượng của một cụm mỏ cắt vào khoảng 40 kg

Tổng khối lượng của cụm mỏ cắt trên máy là:4 x40= 160 kg (gồm 04 mỏ/ 01 máy);

Khối lượng các loại dây dịch chuyển theo phương trục x khoảng 50 kg;

Khối lượng tổng theo phương trục x là:

160 + 50 =210 kg;

b Khối lượng chuyển động theo phương trục y:

Khối lượng các cụm chi tiết:

Đầu hồi máy : 489 kg;

N z

Nv N

Hình 10:Sơ đồ tính lực trên vít me, đai ốc theo trục z

P

α ⇒ N=120N/0,992=120,96N;

Lực tiếp tuyến (là lực tạo ra do mô men xoắn trên trục vít) (hình 11)

Nv=N*sin α =120*96*sin 7012' =14,99N

Bán kính mô men là 0,008 m; vậy

Mô men trên trục là Mz==14,99x0,08=0,119 Nm;

Qua kết quả tính ta thấy rằng mô men này

rất nhỏ so với mô men của động cơ trục z

đã chọn (0,8Nm)

b Phương x:

Tổng khối lượng chuyển động là 210 kg hay 2100 N

Do kết cấu chuyển động là bi lăn trên ray, nên chọn hệ số ma sát là 0,05 vậy: Fms=2100x0,05=105 N;

Lực quán tính khi tăng tốc và giảm tốc:

Ta đã biết : sau thời gian tăng tốc hay giảm tốc

Khi đó, mô men trên trục bánh răng:

M=Ft*Rc=215*0,015=3,225 Nm

ắ Trường hợp thời gian tăng tốc hay giảm tốc là 100 ms=0,1 s

Khi đó gia tốc của hệ là: a=0,13/0,1 =1,3 m/s2

Lực quán tính Fqt =210(kg)*1,3(m/s2)=273 N

Lực tổng:

FΣ=105+273=378 N

Mô men M=378*0,015=5,67Nm

Mô men cần thiết ở đầu trục động cơ là: (3,22 ữ5,67)*ix=0,178ữ0,315 Nm

Do đã chọn Mx=3,15 nên thấy rằng kết quả tính toán là dư bền

Chọn 2 động cơ mỗi chiếc có mô men 9.54 Nm

ắ Trường hợp khi thời gian gia tốc là 250 ms có t=0,25 s

M=1875 * 0,0255=47,8 Nm

Mô men cần thiết của động cơ là:

My=47,8/50=0,956 Nm

Từ các kết quả tính toán trên đây thấy rằng việc chọn động cơ, mô men động cơ, tỷ

số truyền động đã thoả mãn yêu cầu của máy CP66120-CNC

1 3 hoàn thiện công nghệ chế tạo khung máy

1.3.1 Giải pháp thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo khung máy

1.3.1.1 Sửa đổi kết cấu như bản vẽ thiết kế ( phục lục 1)

Trên cơ sở những thiết kế khung máy đã được sử dụng trước đây, việc đảm bảo độ cứng vững và ổn định là một yếu tố rất quan trọng để đảm bảo chất lượng cho máy.với những khung máy đã được chế tạo sau một thời gian được khách hàng của IMI sử dụng có phát sinh vấn đề kỹ thuật là độ ổn định về độ cứng không cao Do vậy sau khi nhóm thiết kế nghin cứu và tham khảo các ý kiến của các chuyên gian trong nghành và các tài liệu có liên quan trong và ngoài nước đã đi

đến những cải tiến sửa đổi để khác phục vấn đề trên.Với những sửa đổi được thể hiện trong bản thiết kế ( phụ lục 1) nhằm mục đích tăng độ cứng vững dữ được ổn

định của độ võng là những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác và chất lượng của máy

1.3.1.2 Công nghệ ủ khung

Sau khi Khung máy đã hàn thành kết cấu và được đo kiểm đảm bảo các yêu cầu về độ chính sác, quy trình chế tạo khung được chuyển sang bước tiếp theo là ủ khung cũng là một yếu tố rất quan trọng để khử ứng suất dư mối hàn và tạo sự ổn

định trong quá trình làm việc sau này Với công nghệ kỹ thuật của nước ta trước

đây việc ủ chi tiết có kết lớn cũng là một hạn chế nhưng với sự phát triển chung của ngành nhiệt luyện, việc ủ các chi tiết có kích thước lớn đã được giải quyết, và Viện cũng đã ứng dụng công nghệ này vào quy trình công nghệ chế tạo khung máy.Đây cũng là bước cải tiến mới trong công nghệ chế tạo khung máy của Viện trong gia đoạn phát triển mới

1.3.1.3 Phay phần lắp dẫn hướng bi

Sau khi khung được ủ xong bước tiếp theo là gia công phần lắp dẫn hướng

bi và lắp thanh răng, với đặc điểm độ chính xác của dẫn hướng bi rất cao ( dung sai nhỏ hơn 0,05 mm) nên độ chính xác phần lắp dẫ hướng bi cũng phải đảm bảo và

đạt độ chính xác hình học rất cao ( các yêu cầu về độ chính xác được nêu trong

phần các thông số kiểm tra) do vậy nguyên công này phải được gia công trên máy

phay CNC có độ chính xác cao để đảm bảo độ chính xác của khung trên cả chiều dài phần lắp dẫn hướng và thanh răng

1.3.1.4 Phay tạo cữ lắp đầu hồi máy và lắp cụm đai thép

( xem bản thiết kế trong Phụ lục 1)

Cùng với khâu gia công phần lắp dẫn hướng bi việc gia công chính xác tạo chuẩn để lắp ráp đầu hồi và cụm đai thép cũng cần được đảm bảo để nâng cao độ chính xác cho máy.Vì trước đây thiết bị để gia công chi tiết lớn có độ chính cao là không có, nên phần dẫn động mỏ cắt phải dùng kết cấu ghép các thanh ray ngắn lại với nhau để tạo thành chiều dài dẫn hướng mỏ cắt Do vậy độ chính xác thấp và mất nhiều công lắp ráp Hiện nay khả năng công nghệ đã được mở rộng nên các kỹ sư trong nhóm thiết kế đã đưa ra sửa đổi và cải tiến để ứng dụng khả năng mở rộng

của thiết bị ( gia công được chi tiết lớn với độ chính xác cao ) Trong nguyên công

này việc gia công cần phải đảm bảo độ song song giữa hai chuẩn lắp đầu hồi và độ vuông góc giữa hai chuẩn này với bề mặt lắp thanh dẫn hướng bi

1.3.1.5 Lắp ráp thanh dẫn hương bi và thanh răng

Sau khi khung máy đã được gia công tiến hành lắp ráp thanh dẫn hướng bi lên khung máy, trong quá trình lắp ráp có thể cần phải cạo dà phần lắp thanh dẫn hướng để đảm bảo cho khối trượt bi dịch chuyển nhẹ nhàng trên xuốt chiều dai

toàn bộ thanh dẫn hướng

N 1 g G N 2

y

z x

V : Là vi phân cấp 2 của chuyển vị theo phương Y

Mx1: Là biểu thức tính mô men uốn đối với trục X dọc theo phương Z

E: Là mô đun đàn hồi của vật liệu

Jx: Là mô men quán tính đối với trục X

Suy ra:

x

EJ

z G g l z g z V

).

2 ( 2

) (

2 ''

1

+ +

ư

=

2 '

1

).

2 ( 2

)

EJ

z

G g l

z g z

'

1( ) . 6 (. 2). 2 C

EJ

z G g l

z g z V

x

+ +

1 ( ) . 6 (. 2). 2 C C

EJ

z G g l

z g z

3 4

).

2 ( 24

)

EJ

z G g l z g z V

x

+ +

+ +

2 3

2

).

2 ( 6

.

C EJ

z G g l z g

x

+

+ +

V : Là vi phân cấp 2 của chuyển vị theo phương Y

Mx2: Là biểu thức tính mô men uốn đối với trục X dọc theo phương Z

Suy ra:

x

EJ

l G z G g l z g z

V ( ) . 2 (. 2). .

2 ''

2

+

ư +

2

).

2 ( 2

)

EJ

l G z G g l z g z

V

x

(D1: Là hằng số tích phân được xác định từ điều kiện biên của góc xoay)

2 3

' 2

2

).

2 ( 6

)

EJ

z l G z G g l

z g z V

x

+ +

− +

−

2 3

2

2

).

2 ( 6

)

EJ

z l G z G g l

z g z

− +

−

=∫

(D2: Là hằng số tích phân đ−ợc xác định từ điều kiện biên của chuyển vị)

2 1

2 3

4

6

).

2 ( 24

)

EJ

z l G z G g l

z g z V

x

+ + +

− +

2 3

2

).

2 ( 6

.

D EJ

z l G z G g l z g

x

+

+

− +

−

* Xét các điều kiện biên của bài toán, ta có

) 0 (

1 z=

) 2 (

2 z l

ϕ1(z = l) = ϕ2(z=l) (c)

) (

=

3

)

(

2

3

) 2 (

2

2

0

3 2 2 1 1

2 1

1

3 2

1

2

l G D C D C

EJ

l G D

C

J E

G l g l D

) 4

3 3

.(

0

) 4 3

.(

3 2

2 1

2

2 1

l G D

EJ

G l g l D

C

EJ

G l g l C

x x

-Thay c¸c gi¸ trÞ trªn vµo c¸c biÓu thøc, ( 1 ), ( 2 ), ( 3 ), ( 4 ) ta cã c¸c biÓu thøc tÝnh chuuyÓn vÞ theo ph−¬ng Y nh− sau

x

EJ

z G l g l z G g l

z g z

V

).

4 3

.(

6

).

2 ( 24

)

(

2 3 4

1

+

− +

z

4 3

.(

2

).

2 ( 6

z l G z G g l

z g z

).

4

3 3

.(

2

6

).

2 ( 24

)

(

3 2

2 3

4 2

+ +

− +

− +

z

4

3 3

.(

2

).

2 ( 6

G l g l

.

) 4

5 ( 6

3

+

(5)

260 160 12

280 430 12

280

G l g l

.

) 4

5 ( 6

3

+

10 6

4 3

10 2848

10 17 , 6068 10

4 , 142 10 20

) 1850 3300 0076 , 2 4

5 ( 6

3300

= +

Vmax = 2.13 mm

1.4: công nghệ chế tạo và lắp ráp, bánh răng đường ray

1.4.1 Công nghệ xọc răng với bộ đồ gá xọc răng chuyên dùng để nâng cao độ chính

xác và đồng nhất của bước thanh răng

a, Nguyên lý gia công thanh răng

Xọc răng là một phương pháp cắt răng có thể đạt dược độ chính xác tương

đối tốt vì dao dễ chế tạo chính xác

Nguyên lý cơ bản xọc răng thanh răng là theo nguyên lý bao hình giữa dụng

cụ và vật dựa trên nguyên tắc ăn khớp bánh răng thanh răng Dụng cụ có dạng bánh răng thực hiện chuyển động cắt vuông góc với mặt đầu của thanh răng gia công Chuyển động bao hình được thực hiện bởi dụng cụ là bánh răng chuyển động lên xuống vuông góc với mặt đầu của thanh răng đồng thời được quay xung quanh trục của nó một góc nhất định Khi đó phôi ( là thanh răng sẽ được gia công ) sẽ xê dịch theo một phương nhất định Tốc độ quay của dao cắt và tốc độ xê dịch của phôi gia công phải có quan hệ với nhau và phụ thuộc vào môdun của thanh răng cần gia công

D B

C A z

m

z m i

i

p p

n n

.

2

3

1

=

=

Bước 2: Phay bao để lại lượng dư mài và lỗ công nghệ để lắp lên đồ gá

Bước 3: Tôi cải thiện đạt độ cưng 25 ữ 35 HRC

Bước 4: Mài phẳng đạt độ chính xác và độ bóng như bản vẽ kỹ thuật

Bước 5: Gia công phần răng trên máy xọc răng

Bước 6: Nhiệt luyện bề mặt răng bằng tôi cao tần đạt độ cứng 40 ữ 50 HRC

1.4.2 Hoàn thiện công nghệ xử lý nhiệt thanh răng bằng cách tôi qua hai giai đoạn tôi cải thiện và tôi cao tần

a, Khỏi niệm chung nhiệt luyện

Là phương phỏp gia cụng nhiệt bao gồm nung núng đến nhiệt độ xỏc định, giữ nhiệt một thời gian, sau đú làm nguội với tốc độ khỏc nhau ta cú cỏc phương phỏp nhiệt luyện khỏc nhau

Những thông số quan trọng:

• Nhiệt độ nung:

Nhiệt độ này tuỳ thuộc vào từng loại vật liệu và phương pháp nhiệt luyện sử dụng

Để tránh cong vênh, biến dạng, nứt, khi nung ta cần chọn chế độ nung nóng thích hợp

• Thời gian giữ nhiệt:

Để nhiệt độ đồng đều trên toàn bộ tiết diện của sản phẩm, thời gian giữ nhiệt phụ

thuộc vật liệu, phương pháp nung, hình dạng và kích thước sản phẩm

• Làm nguội:

Được quyết định bởi tốc độ làm nguội nhờ các môi trường làm nguội khác nhau và

kết quả chúng ta có các phương pháp nhiệt luyện khác nhau

Đặc điểm: không làm thay đổi thành phần hoá học, hình dạng, kích thước sản phẩm Nhiệt luyện là một khâu không thể thiếu trong chế tạo các sản phẩm cơ khí, bởi vì:

- Thông qua nhiệt luyện để cải thiện tổ chức, tính chất của kim loại, nhằm tăng độ bền và tuổi thọ của sản phẩm

- Thông qua nhiệt luyện để cải thiện tính công nghệ của vật liệu

b, Nhiệt luyện b»ng t«i cao tÇn

• Kh¸i niÖm ph−¬ng ph¸p t«i

- Là phương pháp nhiệt luyện nhưng tiến hành làm nguội với tốc độ lớn, môi trường làm nguội thường là nước, dầu, nước muối kết quả ta nhận được tổ chức không cân bằng có độ cứng cao ( với thép đó là Mác ten xit, kí hiệu là M)

- Mục đích: tăng độ cứng, độ bền Khả năng tôi của vật liệu được đánh giá qua độ thấm tôi Đó là chiều sâu của lớp được tôi cứng

• Tôi cao tần:

Nguyên lý: khi vòng cảm ứng có dòng điện xoay chiều chạy qua, xung quanh nó

sẽ xuất hiện một từ trường biến thiên Nếu trong từ trường này ta đặt vào đó một chi tiết kim loại thì sẽ xuất hiện trong chi tiết đó một dòng cảm ứng có cùng tần

số Nếu tần số f cao thì chỉ có lớp bề mặt chi tiết với chiều dày delta là có dòng điện chạy qua và xác định theo công thức:

- Nhiệt độ nung : Phải vựt qua nhiệt độ chuyển biến pha, tốt nhất là một pha

- Thời gian gữi nhiệt: Đảm bảo nhịêt độ tôi

- Tốc độ nguội : Được quyết định bởi môi trường nguội và ta sẽ nhận được các tổ chức tương ứng

1.4.3 Thiết kế, chế tạo đồ gá xọc thanh răng trên máy xọc răng.(xem phụ lục 2 )

1.4.4 Thiết kế, chế tạo đồ gá tôi cao tần thanh răng.(xem phụ lục 3 )

( 1 ) ( 3 )

được điều chỉnh bằng các đai ốc số ( 3) với nguyên lý này độ chính xác đạt

được sẽ phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề người công nhân, và mất rất nhiều công để thực hiện.Nhược điểm lớn nhất của nguyên lý này là sau một thời gian làm việc vị trí tương đối của các thanh ray ghép bị xê dịch gây ra sai số trong việc dẫn động mỏ cắt trên chiều dài của ray, do vậy công việc bảo dưỡng rất khó khăn khi căn chỉnh lại và cũng mất rất nhiều công

b, Kết cấu mới

312

Quy trình lắp ráp

Với kết cấu mới này mỏ cắt được lắp trên khối trượt số ( 2 ) và được dẫn

động trên thanh dẫn hướng bi số ( 1 ) Với đặc điểm của nguyên lý này là yêu cầu

độ chính xác cao nên độ chính xác lắp ráp cũng cần phải đạt độ chính xác cao.Tuy nhiên phần lắp dẫn hướng được gia công trên máy phay CNC có độ chính xác cao

do vây quy trình lắp ráp rất đơn giản như sau:

Bước 1 : Lắp các thanh dẫn hướng số ( 1 ) ( được chế tạo tiêu chuẩn ) lên

khung theo phần chuẩn đã gia công

Bước 2 : Lắp khối trượt số ( 2 ) lên thanh dẫn hướng

Bước 3 : Kiểm tra sai số khoảng cách giữa hai thanh dẫn hướng trên toàn bộ chiều

dài thanh dẫn hướng bằng đồ gá chuyên dùng, nếu độ sai lệch lớn hơn 0,05 mm thì phải căn chỉnh lại thanh dẫn hướng bằng cách cao rà phần chuẩn đã gia công

Bước 4 : Lắp khối trượt bi số ( 2 ) lên thanh dẫn hướng bi

Bước 5 : Lắp thanh gá mỏ cắt số ( 3 ) lên khối trượt bi

ray được bắt vào chân cột đỡ ray

Kết cấu này rất khó lắp ráp trên chiều dài lớn

vì phải chỉnh khá chính xác trước khi chân cột đỡ lắp

xuống nền xưởng vì phạm vi điều chỉnh là rất nhỏ

chỉ có thể căn chỉnh trong phạm vi khe hở giữa bulông

và lỗ thoát bulông

b Kết cấu mới :

Với kết cấu ray kiểu cũ có những nhược điểm là độ cứng vững và độ

ổn định thấp, mất nhiều công lắp ráp Với kết cấu này sau khoảng thời làm việc nếu có sai số thì việc căn chỉnh lại là rất khó Do vậy việc sử dụng kết cấu có cơ cấu điều chỉnh là cần thiết để khắc phục những hạn chế trên

Bước 6 : Hàn các tấm căn chỉnh số ( 4 ) vào dầm ray số ( 5 )

Bước 7 : Căn chỉnh lại bề mặt ray số ( 1 ) đạt độ chính xác yêu cầu

1

2

3 4

5

1.5.3 Các đồ gá, thiết bị kiểm tra chuyên dùng và phương pháp kiểm tra các thông

số của máy

1.5.3.1 Kiểm tra cum X ( cụm chuyển động ngang )

a, Kiểm tra độ phẳng và độ thẳng phần lắp thanh dẫn hướng bi

Đồng hồ so

Đế từ Khối trượt bi

Thanh dẫn hướng

Đồng hồ so

Đế từ Khối trượt bi Thanh dẫn hướng

+ Sau khi thanh dẫn hướng bi được lắp lên phần chuẩn lắp dẫn hướng bi, ta tiến hành lắp khối trượt bi vào thanh dẫn hướng bi, sau đó đặt đồng hồ xo có lắp đế từ lên khối trượt bi, đầu tỳ đồng hồ lò xo tỳ vào rãnh trượt bi của thanh còn lại và đẩy khối trượt di chuyển dọc theo chiều dài thanh dẫn hướng bi để kiểm tra sai lệch kích thước ( hình 2 ) Sau đó đặt đầu tỳ của đồng hồ so lên bề mặt của khối trượt còn lại và đẩy khối trượt di chuyển dọc theo chiều dài thanh dẫn hướng bi để kiểm tra độ phẳng ( hình 3 )

c, Kiểm tra sự thay đổi khoảng cách ăn khớp

Sơ đồ kiểm ( hình 4) :

+ Sai số cho phép: Nhỏ hơn 0,1 mm

Phương pháp kiểm tra

Đặt đồng hồ so lên tấm gá mỏ cắt và cho đầu

tỳ của loxo chạm vào chốt kiểm sau đó di chuyển

khối trượt bi và chốt kiểm dọc theo thanh dẫn hướng Hình 4

để xác định sai lệch khoảng cách ăn khớp

d, Kiểm tra độ võng của ray X

+ Độ võng lớn nhất cho phép: 2 mm

+ Phương pháp kiểm

Sử dụng máy đo thuỷ bình kiểm tra độ cao ở hai đàu ray X sau đó căn chỉnh sao cho độ cao hai đầu ray bằng nhau rồi đưa thước kiểm vào vị trí giữa để xác định độ cao , khi đó giá trị sai lệch về chiều cao chính là độ võng của xà máy

e, Kiểm tra độ thẳng và độ phẳng của ray Y.

Tấm gá mỏ cắt

1.6 điều khiển đồng vị

1.6.1 Các nguyên lý điều khiển đồng vị

Hiện nay nguyên lý điều khiển đồng vị đang được dùng rất phổ biến trong các máy cắt Gas – Plasma CNC cỡ lớn, các cầu trục Do khoảng cách giữa hai thanh ray trục

Y lớn (từ 3 mét đến 9 mét) nên muốn nâng cao độ chính xác gia công, nâng cao tốc

độ của máy thì sử dụng nguyên lý điều khiển đồng vị là một giải pháp tối ưu

a, Điều khiển đồng vị gián tiếp

Để nghiên cứu nguyên lý điều khiển đồng vị, trước hết nghiên cứu hệ điều khiển Servo dùng trong các bộ điều khiển CNC

Hệ thống điều khiển vòng kín gồm có một mạch vòng điều khiển tốc độ động cơ và một vòng điều khiển vị trí Mạch vòng tốc độ (còn gọi là mạch vòng điều khiển tốc độ động cơ sẽ giữ cho tốc độ của các động cơ không thay đổi Mạch vòng này gồm có một tachomet gắn đồng trục với động cơ Nó có chức năng biến đổi tín hiệu tốc độ của động cơ thành điện áp một chiều và đưa về bộ điều khiển động cơ

Bộ điều khiển động cơ sẽ so sánh tốc độ thực tế của động cơ và tốc độ đặt sau đó lấy sai số này để điều khiển ngược lại động cơ sao cho sai số giữa tốc độ đặt và tốc

độ thực tế của động cơ tiến đến zero Ngoài chức năng trên, bộ điều khiển động cơ còn giữ cho mô men của động cơ không thay đổi

Vòng điều khiển vị trí sẽ thu nhận thông tin về vị trí thực của máy (các trục,

Động cơ servo Máy phát xung

Trục vít me

Vòng phản hồi vị trí Phản hồi vị trí

Bàn máy

Điện áp phần ứng

Vòng tốc độ

Phản hồi tốc độ (Máy phát tốc)

Dây đai Bộ điều khiển

độngcơ

Bộ điều khiển CNC ANILAM

Hình 1.6.1a: Hệ điều khiển Servo dùng rotary encoder

encoder), sau đó so sánh với vị trí đặt trong chương trình, và lấy tín hiệu sai số giữa hai đại lượng này làm đầu vào cho bộ điều khiển động cơ Chừng nào sai số này đạt

đến giá trị zero thì động cơ sẽ dừng lại Vòng điều khiển vị trí sẽ quyết định đến độ chính xác khi gia công chi tiết

Hình 1.6.1a là một hệ Servo thực hiện các chức năng như sau :

• Nhận thông tin về vị trí từ các thiết vị đo có độ chính xác cao như encoder

• So sánh vị trí thực đo được từ rotary encoder và vị trí cần đạt đến trong chương trình

• Dùng sai số từ phép so sánh để điều khiển các trục

Điều khiển đồng vị là một phương pháp điều khiển dựa trên cơ sở của phương pháp điều khiển vòng kín (Điều khiển Servo) Khác với phương pháp điều khiển vòng kín, phương pháp điều khiển đồng vị sẽ điều khiển từ hai động cơ điện trở lên sao cho vị trí tương đối giữa chúng không thay đổi

Đối với máy cắt Gas – Plasma CNC cỡ lớn, phương pháp điều khiển đồng vị sẽ

điều khiển hai động cơ của trục Y sao cho khi máy chuyển động trên hai thanh ray

sẽ có vị trí như nhau tại cùng một thời điểm, nói một cách khác khi máy cắt Gas – Plasma dịch chuyển theo phương Y thì khung máy sẽ luôn vuông góc với hai thanh ray của Y

Nếu phân loại điều khiển đồng vị theo phương pháp đo vị trí phản hồi sẽ có hai loại sau:

- Điều khiển đồng vị gián tiếp

- Điều khiển đồng vị trực tiếp

Điều khiển đồng vị gián tiếp là phương pháp điều khiển đồng vị trong đó thiết

bị phản hồi vị trí là các máy phát xung (rotary encoder) gắn đồng trục với động cơ Khi động cơ quay một vòng thì rotary encoder sẽ phát ra một số lượng xung bằng hằng số, Bộ điều khiển CNC căn cứ vào số lượng xung thu được từ rotary encoder sẽ biết được động cơ quay được bao nhiêu vòng, dựa vào tỉ số truyền cơ khí bộ điều khiển CNC sẽ biết được máy đã dịch chuyển được quãng đường là bao nhiêu đơn bị dài Sở dĩ gọi là phương pháp điều khiển đồng vị gián tiếp vì vị trí thực của máy

được chuyển đổi từ vòng quay của động cơ sang đơn vị dài phải nhân với số Pi là một số vô hạn (3,14 ) nên không tránh khỏi sai số