Đồ án thay dao tự động

Đồ án thay dao tự động cự kỳ hay và đầy đủ bao gồm file tính toán và bản vẽ đầy đủ 2D 3D sahjdhakjshafjsdhfkasjdfhasdkjfahsdkjfhlasdjádhjkSDSJKdhasjkdhaskjdhaskjdhaskdhJASDHkasjdHÁKDhạkdhKASJDHAKSJDHkasjdhaskjdhAKJSHDjakshdkajshdJKASHDjkashdjkashdjkÁHDjkashdajkshdkẠDHASJKDHakjsdhaksjhdẠKSHDkasjdhasjkDHASJD

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN GIA CÔNG VẬT LIỆU VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP

HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG DÙNG CHO MÁY CNC

Họ và tên : Nguyễn Đắc Minh

Tóm tắt

I.Nhiệm vụ thiết kế

Tính toán, thiết kế hệ thống thay dao tự động cho máy phay CNC 3 trục

II.Số liệu cho trước

1.Hệ thống thay dao cho máy phay đứng

2.Hệ thống tháo và kẹp dao: dùng xi lanh chuyển đổi khí nén – thủy lực

3.Loại thay dao (TP): KTM (Không tay máy)

4.Nguồn lực di chuyển cụm chứa dao chạy đến trục chính (PO1): khí nén

5.Nguồn lực quay cụm chứa dao(PO2): Động cơ điện

6.Số lượng ổ chứa dao : N = 16

7.Loại côn gắn chuôi dao : BT30

8.Khối lượng một con dao: M=5 Kg

9.Đường kính lớn nhất của một con dao : Dmax = 120 mm

10.Thời gian thay dao gần nhất : T1 = 3s

11.Thời gian thay dao xa nhất : T 2 = 7s

III Nội dung

1 Thiết kế động học và nguyên lý hoạt động của hệ thống

2 Tính toán động học và nguyên lý hoạt động của hệ thống

3 Tính toán động lực học: cơ cấu Man, chọn xy lanh khí nén, tính chọn động cơ

điện, thiết kế hộp giảm tốc, tính chọn vòng bi cho tấm đỡ

4 Các bản vẽ: Bản vẽ lắp toàn hệ thống, bản vẽ nguyên lý hoạt động của hệ thốngdẫn động bằng khí nén

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

Nguyễn Thị Phương Giang

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 7

1 Sơ đồ động của hệ thống thiết kế 7

2 Nguyên lý hoạt động 7

3 Bản vẽ lắp của ổ tích dao dạng đĩa yêu cầu thiết kế 8

CHƯƠNG 2 KẾT CẤU CỦA MÁY PHAY CNC 3 TRỤC VMC65 9

2.1 Kết cấu chung của máy phay CNC 3 trục 9

2.2 Hệ thống thay dao tự động của máy VMC65 9

CHƯƠNG 3 CÁC HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG DÙNG CHO MÁY CÔNG CỤ CNC 11

3.1 Giới thiệu chung về các loại hệ thống thay dao tự động 11

3.1.1 Chức năng và nhiệm vụ 11

a Nhiệm vụ của hệ thống thay dao 11

b Ưu nhược điểm của thay dao tự động so với thao tác bằng tay 11

c Các yêu cầu đối với hệ thống thay dao tự động 11

3.1.2 Cơ cấu tích dụng cụ của hệ thống thay dao tự động 12

3.1.2.1 Chức năng 12

3.1.2.2 Phân loại cơ cấu tích dụng cụ 13

3.1.2.3 Đặc điểm của các cơ cấu tích dụng cụ 13

a Đầu Rêvonve 13

b Các loại đầu Revonve: 14

c Các loại ổ tích dao 15

3.1.2.4 Cơ Cấu Thay Dao Tự Động 16

3.2 Hệ Thống Dụng Cụ Trên Máy công cụ CNC 22

3.2.2 Phần tử dụng cụ 24

3.3 Chức năng của hệ thống quản lý dụng cụ 25

3.3.1 Danh mục dụng cụ 25

3.3.2 Nhận dạng dụng cụ 26

3.3.3 Điều chỉnh dụng cụ trước khi gia công 28

3.3.4 Quản trị dụng cụ trong hệ CNC 29

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG CHO MÁY PHAY CNC – VMC65 31

4.1 Quy trình thay dao tự động 31

4.2 Tính toán kết cấu cơ chí của hệ thống thay dao tự động 32

4.2.1 Tính toán, thiết kế đài gá dao của hệ thống 32

a Các thông số đầu vào để tính toán kết cấu cơ khí của hệ thống thay dao tự động .32

b Tính kích thước tang của đài chứa dao 34

c Tính toán cơ cấu Maltese 39

d Tính toán chọn ổ đài dao 44

1) Tính toán sơ bộ ổ {3} 44

2) Kiểm nghiệm lại ổ 47

3) Lựa chọn ổ bi đỡ - 1 dãy 47

e Tính toán trục đỡ tang 48

1) Tính chọn bu lông lắp ghép trên trục đỡ tang 48

2) Tính toán đường kính trục đỡ tang 49

3) Chọn kiểu lắp ghép của ổ [4] 50

4.2.2 Tính toán động học cho đài dao 51

a Động học dẫn động quay đài dao [3] 51

1) Sơ đồ 51

2) Lựa chọn động cơ dẫn động quay đài dao 53

3) Chọn hộp giảm tốc 54

4) Tính toán ly hợp ma sát 55

5) Mối ghép then trên trục nối động cơ với đĩa O1 của cơ cấu Maltese 56

b Động học dẫn động di chuyển đài dao 57

1) Tính toán và lựa chọn xylanh khí nén cho chuyển động của đài dao [8] 57

2) Nguyên lý hoạt động của hệ thống 58

3) Tính toán hệ dẫn động khí nén 59

4) Tính toán trục dẫn hướng đài dao 62

KẾT LUẬN 64

PHỤ LỤC VÀ KÍ HIỆU 65

LỜI NÓI ĐẦU

Đóng góp vào sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ trong thời gian gầnđây, tự động hóa sản xuất có một vai trò quan trọng Nhận thức được điều này, trongchiến lực công nghiệp hóa và hiện đại hóa nền kinh tế đất nước, công nghệ tự độngđược 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 thuậttrong đó có cơ khí chế tạo đã thực hiện từ nhiều thập kỷ trước đây Một trong nhữngvấn đề quyết định của tự động hoá ngành cơ khí chế tạo là kỹ thuật điều khiển số vàcông 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 dụngrộng rãi tại các viện nghiên cứu và các công ty liên doanh Máy công cụ điều khiển sốhiện đại (các máy CNC) là các thiết bị điển hình cho sản xuất tự động, đặc trưng chongành cơ khí tự động

Vậy để làm chủ được công nghệ cần làm chủ được các thiết bị quan trọng và điểnhình

Trong các máy CNC thì việc sử dụng hệ thống thay dao tự động có tác dụng làm giảmthời gian thay dao nâng cao hiệu quả kinh tế của nhà máy là một yếu tố quan trọng gópphần 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 hợpvới quá trình sản suất của nhà máy, góp phần làm tăng hiệu quả của việc sử dụng máyCNC, tăng năng xuất của nhà máy là một nhu cầu cần thiết

Quyển sách này trình bày về quá trình tính toán, thiết kế hệ thống thay dao tự độngdung cho trung tâm gia công đứng Đây là một bài toán điển hình giúp sinh viên tíchlũy được những kiến thức cơ bản về máy điều khiển số, sử dụng các kiến thức tổnghợp từ các môn học để vào giải một bài toán kỹ thuật cơ bản

Quyển sách này được viết dành cho sinh viên nghành Cơ Điện tử làm đồ án môn học

và trang bị những kiến thước cơ bản về hệ thống thay dao tự động cho sinh viên ngành

cơ khí nói chung

Để cuốn sách ngày càng được hoàn thiện hơn, chúng tôi rất mong nhận được sự đónggóp của độc giả

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1 Sơ đồ động của hệ thống thiết kế

Hình 1: Sơ đồ động của hệ thống thiết kế

2 Nguyên lý hoạt động

Hệ thống thay dao tự động được gá trên cột đứng của máy CNC nhờ giá đỡ (8) Xilanh khí nén (7) chịu trách nhiệm đưa hệ thống thay dao di chuyên trên các thanh đỡ(6) đến cùng thay/nạp dao vào cụm trục chính Các côn dao được gá lắp trên đĩa mante(5) nhờ các tay kẹp Để chọn được các côn dao cho trước, động cơ (1) sẽ quay làm cầnman (4) quay và gạt vào các đĩa của man (5) khiến cho cả đĩa dao xoay đưa các côndao vào ví trí sẵn sàng

3 Bản vẽ lắp của ổ tích dao dạng đĩa yêu cầu thiết kế

5 chi tiết kẹp dao

6 cơ cấu Man

7 tang của dài chứa dao

Xilanh làm hai nhiệm vụ dịch đài dao qua trái hoặc phải

CHƯƠNG 2 KẾT CẤU CỦA MÁY PHAY CNC 3 TRỤC VMC65

2.1 Kết cấu chung của máy phay 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 nghiêncứu Đây là một trong những máy CNC đầu tiên được sản xuất trong nước tại công tyBKMECH vào năm 2007 Các bộ phận chính của máy được mô tả trong

Kích thước bàn: 770x400 mm

Kích thước rãnh chữ T: 3x18Tx120

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

2.2.Hệ thống thay dao tự động của máy VMC65

Số dao Z=16( dao), khối lượng trung bình dao 5÷7 (kg), đường kính lớn nhấtcủa dao D = 120 mm, loại chuôi dao là BT30 Cấu tạo của hệ thống thay dao tự độngđược trình bày như:

Hình 2-2 Mô Hình 3D bánh răng nghiêng

1-giá đỡ

2-xilanh khí nén

4-chuôi dao

6-cơ cấu man

3-động cơ dẫn động đài dao 5- chi tiết kẹp dao

7-tang của đài chứa daoXilanh 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

CHƯƠNG 3 CÁC HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG DÙNG CHO MÁY CÔNG CỤ CNC

3.1 Giới thiệu chung về các loại hệ thống thay dao tự động

3.1.1 Chức năng và nhiệm vụ

a 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 làmviệc khi có yêu cầu Các máy CNC hiện đại thường được trang bị hệ thống thay dao tự

động theo chương trình Automatic Tool Changer – ATC

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

- Ưu điểm :

+ Rút ngắn được 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 cho lắp đặt ban đầu

c 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 khithay 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

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

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

3.1.2.1 Chức năng

Dùng để chứa nhiều dao phục vụ cho quá trình gia công Nhờ có ổ tích dụng cụ

mà máy CNC có thể thực hiện được nhiều nguyên công cắt gọt khác nhau liên tiếp vớinhiều loại dao khác nhau trong cùng 1 lần gá đặt Do đó quá trình gia công nhanh hơn

và mang tính tự động hóa cao

3.1.2.2 Phân loại cơ cấu tích dụng cụ

Hình 3-2 Kết cấu đầu Revonve

a kiểu đế dao 4 vị trí b kiểu sao

3.1.2.3 Đặc điểm của các cơ cấu tích dụng cụ

+ Tạo điều kiện thay đổi dao nhanh trực tiếp ( sau một nguyên công, đầu Rêvonve tựđộng xoay dần thêm 1 vị trí cho tới khi tìm được dụng cụ yêu cầu, các vị trí không lắpdụng 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 giữadụng 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 Revonve:

a- Hình dáng tổng thể // b- Phay rãnh cong // c- Khoan lỗ nghiêng // d,e- Cắt ren vàkhoan lỗ trên mặt bích // f- Phay rãnh // m- Phay rãnh trên mặt cầu // n- Phay lục giác

c Các lo i tích dao ại ổ tích dao ổ tích dao

Ổ tích dao thường được dùng trên máy phay CNC và các trung tâm gia công phay/khoan

Cần kết hợp với cơ cấu thay dao tự động khi có yêu cầu thay dao

Kết cấu Ổ tích chứa được nhiều dao, có loại lên tới 100 daohoặc nhiều hơn

Đây là kết cấu thông dụng rất hay được dùng, sức chứa từ

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

Hình 3-6 Phân loại ổ tích dao

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

Hình 3-7 Phân loại cơ cấu thay dao tự động

Cùng với ổ tích dao, cơ cấu thay dao tự động giúp cho việc thay dao được thực hiệnchính xác và nhanh gọn, nâng cao tính tự động hóa

Trong quá trình gia công khi cần chuyển sang nguyên công cắt gọt khác cần phải thaydao thì ta không cần dừng máy để thay dao bằng tay mà hệ thống sẽ tự động thay daotheo chương trình đã lập trình sẵn Một số cơ cấu thay dao tự động thường dùng trongcác máy CNC :

Hình 3-8 Cơ cấu thay dao tự động dạng tay máy

Chu trình thay đổi dụng cụ : + Tìm kiếm dụng cụ tiếp theo đãđược lập trình và chuẩn bị vị trítương ứng trong ổ tích dao đểlấy dụng cụ ra

+ Ổ tích dao và trục chính máychuyển dịch về vị trí HOMEthay đổi dụng cụ

+ Tay tóm tóm dụng cụ ở trục chính và ổ tích dao, hãm trongtay tóm và nhả các thiết bị đỡ vàgiữ dao

+ Lấy dụng cụ ra, tay tóm cầm dụng cụ và lắp dụng cụ mới vào

lỗ con của trục chính máy cũngnhư đưa dụng cụ đã dùng vào lỗtương ứng ở Ổ tích

+ Đưa tay máy về vị trí an toàn

Hình 3-9 Cơ cấu thay dao với ổ tích dao dạng xích

+ Đây là kết cấu tay tóm với

Ổ tích dao dạng xích hoặcnhiều tầng

+ Vị trí của trục chính máy và

ổ tích dao gần nhau

+ Đường dịch chuyển của taytóm tương đối đơn giản + Tiết kiệm thời gian thay đổidụng cụ

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

Hình 3-10 Kết cấu thay dao với ổ tích dao dạng xích 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 90 độ và di chuyển đến vị trí trung gian

+ Tại vị trí trung gian tay tóm quay 1 góc 90 độ để trục dụng cụ cùng phương với trụcchính

+ Tay tóm di chuyển vào gá dụng cụ vào đầu trục chính, nhả kẹp và di chuyển ra

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

Hình 3-11 Kết cấu thay dao với hệ thay dao dạng

tròn

- Kết cấu ổ tích dạng đĩa tròn

- Vị trí của trục chính và ổ tíchdao không thuận tiện cho việcthay dao

- Kết cấu tay tóm gồm nhiều khâudịch chuyển

- Quỹ dạo dịch chuyển tương đốiphức tạp

Chu trình thay thế dụng cụ : + Trục chính di chuyển về vị tríHOME

+ Ổ tích xác định vị trí dao cầnthay thế và di chuyển dao đến vịtrí thay

+ Tay kẹp gồm nhiều khâu dịchchuyển di chuyển đến vị trí daocần thay và kẹp dao, di chuyển ra.+ Tay kẹp di chuyển vị vị trí trunggian và xoay cho trục của dụng cụcùng phương với trục chính + Tay kẹp cầm dụng cụ di chuyểnvào và tiến hành gá đặt dụng cụvào đầu trục chính

+ Tay kẹp nhả kẹp và về vị trí banđầu kết thúc quá trình thay dao

Hình 3-12 Kết cấu tahy dao dạng đĩa tròn

- Kết cấu Ổ tích dao dạng đĩatròn

- Vị trí của trục chính và ổ tíchdao thuận lợi cho việc thay daotrực tiếp

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

Chu trình thay dao :

+ Tìm kiếm dụng cụ tiếp theo đãđược lập trình và chuẩn bị vị trítương ứng trong ổ tích dao để lấydụng cụ ra

+ Ổ tích dao và trục chính máy

di chuyển về vị trí Home thayđổi dụng cụ

+ Trả dụng cụ về Ổ tích dao, lắpdụng cụ mới vào lỗ côn trục trínhmáy

+ Ổ tích dao và trục chính về vịtrí an toàn

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

+ Ổ tích dao di chuyển tới vị trí Home

và quay đến vị trí cần thay dao, trục trínhchuyển động lên xuống để tháo lắp dụng

3.2 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 vàlinh hoạt, phải thực hiện được mọi công việc gia công, có độ cứng vững cao, đạt năngsuất 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 cácdụng 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 ứngvới 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 sởnày 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 lýgiống như các chi tiết yêu cầu của chi tiết gia công Nếu như kích thước của dụng cụthức 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 độlinh hoạt của dụng cụ, khả năng cung ứng dụng cụ, đảm bảo phù hợp với kỹ thuật điềukhiển 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

+ 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 bênngoài 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

+ Kết cấu chưa thực sự tạo được sựthống nhất trên phạm vi quốc tế

Yêu cầu của bộ phận tiếp nhận dụng cụ:

Hình 3-15 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 phảiđảm 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

tự động, kể cả vạch chuẩn để mặc định hướng dụng cụ

+ Tương ứng với loại hệ thống kẹp mà với nó phần tử tiếp nhận dụng cụ được giữ chặt

bằng lực vào trục máy gia công để truyền lực an toàn

- Để giảm chi phí về các phần tử tiếp nhận dụng cụ, khi sử dụng nhiều trung tâm giacông cần phải dùng các phần tử tiếp nhận dụng cụ có kết cấu thống nhất

3.2.2 Phần tử dụng cụ

Hình 3-16 Các loại ổ tích dao

Là một thành phần quan trọngnhất của hệ dụng cụ

+ Dụng cụ có 2 dạng chính: rangchắp hoặc liền khối

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

Hình 3-17 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

3.3 Chức năng của hệ thống quản lý dụng cụ

3.3.1 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 lậptrình 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 gáđặt 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

+ Lượng tiến dao và mô men quay tối da

+ Tuổi bền của dụng cụ/tuổi bền còn lại

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

+ Hai nguyên lý nhận dạng dữ liệu:

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

- Hệ thống đọc- ghi

+ Sử dụng vật mang tin có dung lượng nhớ lớn hơn và có thể lưu trữ tới 256 byte dữliệu dụng cụ

+ Dụng cụ luôn mang mọi dữ liệu và vì vậy không cần phải có quan hệ với máy tính

dùng cho dụng cụ khi dụng cụ được đưa vào máy gia công

+ 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 thayđổi

+ 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 hiểnthị 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 máyCNC 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

3.3.3 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 cókích thước quy định

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

- Việc điều chỉnh thường được thực hiện ở bên ngoài máy gia công bằng máy điềuchỉnh có trang bị các bộ thích nghi phù hợp để đảm bảo gá đặt dụng cụ như ở máy giacông

- 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 chỉnhdụng 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 củamáy công cụ CNC

Hình 3-18 Điều chỉnh dụng cụ trước khi gia công

+ Hiệu chỉnh lượng mòn dao để khử ảnh hưởng của độ mòn các lưỡi cắt của dao tớikích thước gia công mà không cần thay đổi giá trị gốc cho trước

+ Thay đổi kịp thời những dụng cụ đã sử dụng quá tuổi bền hoặc không cần thiết nữa

có trong ổ tích dao mà không cần dừng máy gia công

+ Trong trường hợp dụng cụ đã sử dụng hết tuổi bền, khi nó trở về ổ tích dao sẽ không

có khả năng nhận dạng điện tử nữa, như vậy chỉ còn dụng cụ dự bị thay thế là có khảnăng nhận dạng điện tử ứng với lệnh truy cập dụng cụ tiếp theo trong chương trình giacông NC

- 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:

+ 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 trongquá 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 tíchsau từng quá trình thay đổi dụng cụ và hệ điều khiển số dùng vi tính phải đảm nhậncông việc quản trị cần thiết Số hiệu dụng cụ được lập trình, còn hệ CNC sẽ truy cập vịtrí dụng cụ

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG CHO MÁY PHAY CNC – VMC65

4.1 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 câulệnh 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 saocho chốt định hướng trên trục chính đúng hướng với chốt của đài dao, đồng thời dichuyển 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 lấydao

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

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 trígóc trục chính sao cho chốt định hướng trên trục chính đúng hướng với chốt của đàidao), 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

7 Chấu kẹp đóng lại, kẹp lấy dao

8 Đài dao di chuyển sang trái

9 Kết thúc quá trình thay dao

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

4.2 Tính toán kết cấu cơ chí của hệ thống thay dao tự động

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

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

 Dạng cơ cấu thay dao: ATC, hình tang trống

 Dạng chuôi dao: BT30 (Phụ Lục A) thì bán kính lớn nhất của chuôi kẹp Rmax1 = 23

mm

 Chiều dài chuôi dao: L = L4 + L1 + L2 = E + L1 + f3 + a =23 + 48,4 + 20 + 2 = 93,4( mm)

 Số lượng dao (N): 16 dao

 Bán kính lớn nhất của dao: Rmax2 = 60 mm

 Khối lượng tối đa của một dao (md): 5 kg

 Thời gian thay dao của hệ thống: Tmax = 7s; Tmin = 3s