TỔNG QUAN
Tổng quan nghiên cứu
Công nghệ thay dao tự động đã mang lại bước đột phá quan trọng, giúp tiết kiệm thời gian cho việc thay dao thủ công, giảm bớt nhân lực vận hành máy và nâng cao năng suất làm việc.
Trong bối cảnh công nghiệp 4.0 và IoT, tối ưu hóa và tự động hóa sản xuất trở thành ưu tiên hàng đầu, khiến nghiên cứu về quá trình thay dao tự động trên máy CNC trở nên thiết yếu Khả năng thay dao nhanh và chính xác ngày càng thu hút sự quan tâm của các doanh nghiệp vừa và nhỏ Để mở rộng sản xuất, các công ty như Camaro, Dossan, và EXTRON đã tích cực áp dụng công nghệ tự động thay dao trên hầu hết các sản phẩm của họ.
Current research and development on automatic tool changing systems are thriving in the wood and manufacturing industries Notable projects include "Design, Development and Testing of a 4 Tool Automatic Tool Changer" (2020) by Decheng Wang and Peng Cheng, published in the Journal of Robotics, which features an automatic tool changing arm designed for precise positioning and clamping on spring forming machines Another significant initiative is the "Development of an Automatic Tool Changer (ATC) System for the 3-Axis," highlighting the ongoing advancements in automation technology for enhanced efficiency in machining processes.
Computer Numerically - Controlled (CNC) Router machine” (2014) do J P Rogelio và
R G Baldovino thực hiện, được báo cáo trong hội thảo International Conference on Humanoid, Nanotechnology, Information Technology, Communication and Control, Environment and Management (HNICEM) Sản phẩm của đề tài là trình bày sự phát triển của một bộ thay đổi công cụ tự động cho máy CNC 3 trục nhằm giảm chu kỳ hoạt động thay dao, cải thiện năng suất máy và đảm bảo an toàn cho người sử dụng [2] bộ thay dao tự động đơn giản và nhỏ gọn có thể dễ dàng được gắn dưới dạng mô - đun trong máy phay CNC được trang bị ổ dao dạng chuỗi hoặc dạng đĩa Đề tài “Design and Development of an Automatic Tool Changer for an Articulated Robot Arm” (2014) do
H Ambrosio and M Karamanoglu presented their research on an automatic tool change system for compact robotic arms capable of machining wood and similar materials at the International Conference on CADCAM, Robotics, and Factories of the Future in 2014.
Hiện nay, công nghệ CNC đang trở nên phổ biến trong ngành chế tạo tại Việt Nam, với nhiều nhà máy đầu tư vào hệ thống ATC cho máy CNC nhằm nâng cao năng suất sản xuất Đặc biệt, việc sử dụng hệ thống ATC cho máy CNC 5 trục trong sản xuất đồ nội thất là một xu hướng phổ biến.
Đầu tư vào công nghệ không phải là giải pháp tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp vừa và nhỏ Nhiều trường đại học trên toàn quốc đang tiến hành nghiên cứu và phát triển các hệ thống ATC cho máy CNC đa trục nhằm phục vụ giảng dạy, luận án tốt nghiệp và nghiên cứu Cụ thể, đề tài "Nghiên cứu, thiết kế mô phỏng và sản xuất hệ thống ATC cho các máy" đang được triển khai.
CNC đa trục " (2018) thực hiện bởi Nguyễn Tấn Đạt, Nguyễn Ngọc Hào, Nguyễn
Trương Công Thành, Nguyễn Quang Thanh và Ngô Kiều Nhi đã công bố trong Hội nghị quốc gia và Khoa học về Kỹ thuật Cơ khí - VCME 2018, lần xuất bản thứ 5 Dự án của họ đề xuất một phương pháp sản xuất hệ thống ATC cho máy CNC dạng đứng Kết quả ban đầu cho thấy hầu hết các bộ phận trong hệ thống thay đổi công cụ đều đạt tiêu chuẩn độ bền lý thuyết, tuy nhiên, việc lắp ráp thực tế vẫn gặp một số hạn chế.
Dự án "Nghiên cứu hiệu chỉnh thiết kế để nâng cao độ chính xác, thiết kế và chế tạo cụm thay dao tự động cho máy CNC 5 trục" được thực hiện bởi Phan Văn vào năm 2019, nhằm cải thiện độ chính xác trong quá trình gia công của máy CNC 5 trục.
Dự án tốt nghiệp của sinh viên ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, do Tiến, Nguyễn Khánh Minh và Vũ Duy Quang thực hiện, đã phát triển một hệ thống ATC với hai dao được giữ bằng bầu kẹp BT30 Hệ thống này được gia công và lắp ráp bởi nhóm tác giả.
The project "Nghiên cứu, cải thiện thiết kế cơ khí và hệ thống thay dao tự động
Minh Tuấn là sinh viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài nghiên cứu về hệ thống ATC cho máy tiện CNC Dự án cũng đưa ra giải pháp tiện ren thông qua việc sử dụng phần mềm Mach3.
Sự cần thiết của nghiên cứu
Trong bối cảnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa và sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, nhu cầu đời sống xã hội ngày càng gia tăng Lĩnh vực máy móc gia công chính xác đã có những thành tựu đáng kể, đặc biệt là sự ra đời của nhiều dòng máy CNC hiện đại Việc áp dụng công nghệ gia công CNC không chỉ giúp tăng năng suất mà còn nâng cao độ chính xác và hiệu quả công việc so với các loại máy truyền thống.
Hình 1.1 Máy CNC 5 trục DU650
Hình 1.2 Máy tiện CNC CJK6132A
Máy CNC đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, góp phần thúc đẩy sản xuất và phát triển kinh tế quốc gia Khi nhu cầu thị trường gia tăng và yêu cầu chất lượng ngày càng khắt khe, việc áp dụng công nghệ sản xuất hiện đại như máy CNC là cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm và duy trì giá cả cạnh tranh.
Khi mua máy CNC nhập khẩu từ các thương hiệu lớn, chi phí cao và sản xuất không được tối ưu hóa Nhiều dự án nghiên cứu tại Việt Nam và trên thế giới đã phát triển máy CNC nhỏ cho sản xuất vừa và nhỏ Tuy nhiên, hầu hết các máy này vẫn sử dụng bộ thay đổi công cụ thủ công, thiếu hệ thống ATC Do đó, việc "Thiết kế, chế tạo hệ thống thay dao tự động cho máy CNC 5 trục Head/Head dạng giàn" là rất cần thiết.
Ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học
Sản phẩm của dự án được hình thành từ việc kết hợp và ứng dụng kiến thức liên ngành về cơ học, điện tử và lập trình, nhằm tạo ra những sản phẩm chất lượng và đổi mới.
Dự án sẽ mở ra các giải pháp và hướng dẫn mới cho sự phát triển trong tương lai của các máy CNC
Sản phẩm của dự án sẽ giải quyết vấn đề tiết kiệm chi phí và thời gian gia công
Sản phẩm được tạo ra với chi phí thấp, nhỏ gọn Hệ thống lắp đặt dễ dàng trong việc vận hành, bảo trì và bảo dưỡng.
Mục tiêu của nghiên cứu
Mục tiêu của dự án là áp dụng kiến thức học tập và kiến thức liên quan đến nghiên cứu như một mô hình thực tế Bao gồm:
- Tạo ra một hệ thống tích hợp với máy CNC 5 trục gia công nhiều phương pháp tiết kiệm thời gian, tăng năng suất sản xuất
- Hệ thống thay dao tự động đảm bảo an toàn lao động và thân thiện với môi trường
- Chế tạo thành công hệ thống thay dao tự động cho máy 5 trục và vận hành mô hình trong thực tế
- Chế tạo hệ thống có giá thành hợp lý
Hệ thống thay dao tự động được thiết kế với văn bản hướng dẫn chi tiết về các thao tác vận hành, bảo trì và bảo dưỡng, cùng với các công nghệ thực hiện, đảm bảo người dùng có thể sử dụng hiệu quả và an toàn.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Máy CNC 5 trục Head/Head dạng giàn
- Hệ thống khí nén điều khiển trục chính
- Thiết kế, chế tạo hệ thống thay dao tự động cho máy CNC 5 trục Head/Head dạng giàn Đảm bảo đạt được các yêu cầu kỹ thuật:
- Thời gian nghiên cứu: 9 tháng
Phương pháp nghiên cứu
Dựa trên kiến thức hiện có về máy phay CNC 5 trục, tiến hành kiểm tra, tìm giới hạn và giải quyết vấn đề
1.6.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể
Khảo sát thực tế cho thấy việc nghiên cứu và tham khảo tài liệu là cần thiết để hiểu rõ cơ chế thay đổi công cụ và nguyên lý hoạt động của máy phay CNC 5 trục Việc tìm hiểu này giúp nâng cao hiệu quả sử dụng và tối ưu hóa quy trình gia công.
Mô hình hóa và thử nghiệm là quá trình quan trọng trong việc chế tạo hệ thống thay đổi công cụ cho máy CNC 5 trục Quá trình này bao gồm việc vận hành thử nghiệm và đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống, nhằm đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong sản xuất.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về máy CNC
Máy CNC (Máy điều khiển số bằng máy tính) là thiết bị tự động được điều khiển qua máy tính, cho phép lập trình sản phẩm và khuôn theo yêu cầu của người dùng với kích thước chính xác Ưu điểm nổi bật của máy CNC là khả năng sản xuất tự động, tăng độ chính xác và giảm thời gian sản xuất.
So với các máy truyền thống, trình độ của người vận hành không ảnh hưởng đến kết quả công việc
Máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình và tiết kiệm thời gian điều chỉnh máy
Máy CNC có công suất cắt cao và có thể thực hiện nhiều chuyển động cùng lúc
Máy CNC có khả năng gia công các chi tiết với kích thước vừa và nhỏ, đồng thời tự động điều chỉnh vị trí để khắc phục độ lệch tương đối giữa dụng cụ và chi tiết.
Nhược điểm của máy CNC
Vận hành một máy CNC phức tạp hơn một máy truyền thống
Chi phí sửa chữa và bảo dưỡng cao
Giá mua máy cao hơn
2.1.2 Cấu trúc chung của máy CNC
Máy gồm hai thành phần chính: thành phần điều khiển và điều hành
Thành phần điều khiển: chương trình điều khiển và các cơ chế điều khiển
Thành phần thiết bị truyền động: cơ chế thao tác, giá đỡ công cụ, bôi trơn, hút và thổi phôi, phôi cấp liệu,
Hình 2.1 Cấu trúc chung của máy CNC
Tổng quan về hệ thống thay dao tự động
2.2.1 Giới thiệu hệ thống thay dao tự động
Hình 2.2 Hệ thống thay dao tự động trên máy phay CNC
Bộ đổi dao tự động (ATC) trong chương trình máy CNC là một hệ thống cho phép thay dao tự động từ ổ chứa đến trục chính Hệ thống này hoạt động liên tục trong quá trình gia công, tự động thay dao cho đến khi hoàn thành sản phẩm mà không cần sự can thiệp của con người.
Hiện nay, có rất nhiều hệ thống thay dao khác nhau cho các loại máy công nghiệp khác nhau nhưng nguyên lý hoạt động thì giống nhau
2.2.2 Cấu trúc của hệ thống thay dao tự động
Cấu trúc của hệ thống thay dao bao:
Hình 2.3 Trục chính thay dao tự động
Hình 2.4 Bộ phận giữ dao
2.2.3 Nguyên lý vận hành của hệ thống thay dao tự động
Khi máy CNC gia công sản phẩm, chương trình sẽ đọc lệnh để thay dao Trục chính quay về mặt phẳng thay dao, ổ lăn xoay để nhận dao từ trục chính Hệ thống khí nén kích hoạt xi lanh mở kẹp giữ dao, sau đó trục chính nâng lên cao nhất của giá đỡ dụng cụ Tiếp theo, ổ dao quay để đưa dao mới vào trục chính, và xi lanh đóng kẹp giữ dao mới Cuối cùng, trục chính hạ xuống mặt phẳng thay dao để tiếp tục quá trình gia công.
NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN
Nghiên cứu
Ngày nay, trên thị tường có nhiều hệ thống thay dao tự động đến từ nhiều thương hiệu khác nhau với giá cả cạnh tranh
Hình 3.1 Các hệ thống thay dao trên thị trường
Sự tồn tại của sản phẩm
ATC lần đầu tiên được áp dụng cho các máy móc loại bỏ phoi như máy phay và máy tiện Từ những năm 2000, bộ thay dao tự động đã được giới thiệu trên hệ thống phanh ép không sử dụng robot.
Bảng 3.1 Một số hệ thống thay dao tự động có trên thị trường
Loại Sức chứa Ứng dụng
Hình 3.2 Dạng đĩa nằm ngang
Hình 3.3 Dạng đĩa thẳng đứng
Hơn 20 dao Trung tâm gia công đứng và ngang, máy tiện CNC, máy phay, máy cắt laser và plasma
- Khả năng chuyển đổi giữa nhiều công cụ mà không yêu cầu người vận hành
- Giảm thời gian chết và tổng thời gian sản xuất
- Giảm chi phí nhân công, v.v
Bảng 3.2 Hệ thống thay dao dạng đĩa thẳng đứng
Bầu kẹp dao BT50/CAT50/DIN50/HSK100
Thời gian thay dao 8 sec/60 Hz
Trọng lượng 35 KG Đường kính dao tối đa 125 mm
Chiều dài dao tối đa 500 mm
Bảng 3.3 Hệ thống thay dao dạng đĩa nằm ngang
Bầu kẹp dao ISO CAPTO BT HSK
Kết luận: Các sản phẩm từ những thương hiệu lớn thường có độ chính xác và số lượng công cụ cao Tuy nhiên, giá cả của những sản phẩm này lại không phù hợp với ngân sách nghiên cứu.
Giới thiệu máy CNC 5 trục Head/Head dạng giàn
Sự tồn tại của sản phẩm
Máy CNC 5 trục Head/Head dạng giàn đã được thiết kế và chế tạo thành công
ATC sẽ thiết kế và chỉnh sửa dựa trên mô hình cũ
Hình 3.5 Mô hình 3D của máy CNC 5 trục Head/Head dạng giàn
Hình 3.6 Mô hình máy thực tế Động cơ
Đánh giá các sản phẩm đã có trên thị trường
Bảng 3.4 Tổng quan các hệ thống thay dao trên thị trường
SANJET https://www.sanjet.com.tw/product/22 https://www.sanjet.com.tw/product/50
CHEN SOUND INDUSTRIAL DIY https://www.chensound.com/umbrella-tool-magazine/40.html https://bitly.com.vn/8tfklu https://bitly.com.vn/5xgtzl
Bảng 3.5 Cơ cấu truyền động
Man, Linear rail, Pneumatic Direct, Linear rail,
Tham khảo https://bitly.com.vn/zfbdkv https://bitly.com.vn/92fj1u https://bitly.com.vn/zrq254 https://bitly.com.vn/pz6u6d
Tải trọng Độ chính xác
Tham khảo https://bitly.com.vn/9cxmai https://bitly.com.vn/jtlhr9 https://bitly.com.vn/gv39qo
Tải trọng Độ chính xác
Tham khảo https://www.youtube.com/watch? v=JrWkpAU01jo&list=PLGJF5g
Rwrs268 https://www.youtube.com/watch?v=zyT
F6KRDSJI https://bitly.com.vn/ywn5j0
Tải trọng Độ chính xác
Phát triển thiết kế
Khi bắt đầu dự án, nhóm đã nhận được khoản đầu tư vào trục chính ATC
Hình 3.9 Trục chính KL-60AL
Với không gian hạn chế của khung máy và chiều cao trục Z khi lắp trục quay mới, ống kẹp chỉ có thể chứa dụng cụ tối đa 6mm, do đó không thể sử dụng đầu BT để thay dao.
Cùng với giá thành rẻ cũng như hạn chế của nghiên cứu nên nhóm đã chọn phương án thay dao tự động dạng thẳng không dùng đầu BT.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Phương pháp thiết kế
Hình 4.1 Sơ đồ phương pháp thiết kế
Khối trục xoay B-C
4.2.1 Yêu cầu kỹ thuật của thiết kế
Bảng 4.2 Yêu cầu kỹ thuật của trục chính Đường kính
Tần số (Hz) Điện áp (V)
4.2.2 Lựa chọn trục chính cho thiết kế
Thị trường có nhiều loại trục xoay Dựa trên yêu cầu kỹ thuật đầu vào, chọn trục xoay KL-60AL
Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật của trục chính KL-60AL Đường kính trục (mm)
Tần số (Hz) Điện áp (V)
4.2.3 Sự ảnh hưởng của trục chính mới tới trục xoay B-C
Trục chính mới sẽ có tác động trực tiếp đến cấu trúc của khối trục B-C, dẫn đến sự thay đổi về kích thước và trọng lượng của các bộ phận, cũng như ảnh hưởng đến lực tác động từ các phương pháp phay.
Hình 4.2 Sơ đồ động học của khối trục xoay B-C
Hệ thống thay dao
Hệ thống ATC sẽ trực tiếp thay đổi các công cụ, do đó lực ép từ trục Z sẽ ảnh hưởng đến các bộ phận trong hệ thống Vì lý do này, việc chú ý đến lò xo, bu lông, dụng cụ định vị và lò xo giới hạn là rất quan trọng.
Hình 4.3 Sơ đồ lực tác động lên hệ thống thay dao
4.4 Các phép tính toán cơ bản
Phay mặt được thể hiện trong Hình 4.4., Là phương pháp cắt bề mặt phổ biến trong sản xuất các chi tiết
Phay ngón được thể hiện trong Hình 4.5 , phay cắt vật liệu ở bên ngoài hoặc bên cạnh của phôi
Tốc độ quay trục chính:
𝑣 𝑓 : Bước tiến mỗi răng (mm/tooth)
Hệ số bóc tách vật liệu:
Công suất phay mặt- hay ngón:
𝐾 𝑝 : Côgn suất cắt cụ thể (𝑘𝑊/𝑐𝑚 3 /𝑠)
C: Hệ số tương ứng với hệ số công suất cắt cụ thể
Q: Hệ số bóc tách vật liệu ( 𝒄𝒎 𝟑
𝒔 ) W: Hệ số mài mòn dụng cụ cắt
Yêu cầu công suất cho trục chính:
Hình 4.6 là phương pháp phay đổ xuống Lực sẽ ảnh hưởng trực tiếp theo trục Z
𝐾 𝑑 : Hệ số vật liệu của phôi
𝐹 𝑓 : Hệ số dụng cụ cắt
𝐹 𝑇 : Hệ số lực nhấn tương ứng với đường kính dụng cụ cắt
B: Hệ số lực nhấn tương ứng theo phương ngang của dụng cụ cắt
W: Hệ số mài mòn của dụng cụ cắt
J: Hệ số lực nhấn tương ứng theo phương dọc của dụng cụ cắt
𝐹 𝑚 : Hệ số moment tương ứng với đường kính dụng cụ cắt
𝐴: Hệ số moment tương ứng phương ngang của dụng cụ cắt
Công suất phay đổ xuống:
𝑛: Tốc độ trục chính (rpm)
Công suất yêu cầu cho trục chính:
𝑊: Hệ số mòn dụng cụ cắt
𝑄: Hệ số bóc tách vật liệu (cm 3 /s)
Moment xoắn của hộp số được tính toán từ động cơ:
Quỹ đạo quay của dụng cụ cắt:
Trong đó, h: Chiều cao từ đầu dụng cụ cắt tới tâm quay của trục chính (mm)
Công suất của hộp số:
Công suất của động cơ:
Tính toán lực nhấn tác động lên lò xo và bulong:
𝑚 𝑡𝑟ụ𝑐 𝑍 : Khối lượng của cụm lắp trục Z (Xem hình 4.7 )
Hình 4.7 Khối lượng của cụm lắp trục Z Đường kính của bulong:
𝐹 𝑏𝑢𝑙𝑜𝑛𝑔 : Lực tác dụng lên mỗi bulong (N)
[𝜎]: Ứng suất cho phép (N/mm 2 )
Bảng 4.4 Thông số phay mặt-phay ngón
Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Thông số dụng cụ cắt
Vật liệu dao Solid carbide Đường kính dao 𝐷 6 mm
Lượng chạy dao răng 𝑓 𝑧 0.1 mm/tooth
Vận tốc bàn máy 𝑣 𝑓 3183 mm/min
Hệ số mòn dụng cụ cắt 𝑊 1.1
Hệ số bóc tách vật liệu 𝑄 0,955 cm 3 /s
Hiệu suất của hộp số 𝐸 0,99
Hệ số lượng chạy dao C 1,25
Công suất trục chính 𝑃 𝑠 1,2 kW
Bảng 4.5 Thông số phay đổ xuống
Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Hệ số cắt vật liệu 𝐾 𝑑 7000
Thông số dụng cụ cắt
Vật liệu dao Thép gió (HSS) Đường kính dao 𝐷 6 mm
Hệ số lực đẩy theo đường kính khoan 𝐹 𝑇 4,2
Hệ số moment theo đường kính khoan 𝐹 𝑀 25,24
Hệ số chiều dài cạnh cắt theo lực đẩy B 1,355
Hệ số chiều dài cạnh cắt theo moment A 1,085
Thông số dụng cụ cắt
Lượng chạy dao phút 𝑓 𝑛 0,21 mm/rev
Tốc độ quay trục chính 𝑛 22929,30 rpm
Vận tốc bàn máy 𝑣 𝑓 668,79 mm/min
Hệ số theo lượng chạy dao 𝐹 𝑓 0,276
Công suất trục chính 𝑃 𝑠 0,7 kW
Bảng 4.6 Thông số kỹ thuật đầu vào của trục xoay B-C
Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị Động cơ trục B
Bán kính quay theo quỹ đạo tròn của trục chính
Chu vi quay của dụng cụ cắt 𝐶 𝑠𝑝𝑖𝑛 1155,52 mm
Tốc độ quay của hộp số hành tinh vf 𝑛 2 2,7 mm
Công suất của hộp số 𝑃 2
Moment xoắn tối đa của hộp số hành tinh tính từ động cơ
Moment của lực cắt đối với trục chính của động cơ
Công suất của hộp số hành tinh 𝑃 2 0,025 kW
Hiệu suất của hộp số hành tinh 𝜂 ℎ𝑚𝑛 0,8
Công suất của động cơ 𝑃 1 0,031 kW
Bán kính quay theo quỹ đạo tròn của trục chính
Chu vi quay của dụng cụ cắt 𝐶 𝑠𝑝𝑖𝑛 1155,52 mm
Tốc độ quay của hộp số hành tinh vf 𝒏 𝟐 2,7 mm
Công suất của hộp số 𝑇 2𝑚𝑎𝑥 266 N.mm
Moment xoắn tối đa của hộp số hành tinh tính từ động cơ
Moment của lực cắt đối với trục chính của động cơ
Công suất của hộp số hành tinh 𝜂 ℎ𝑚𝑛 0,94
Hiệu suất của hộp số hành tinh 𝑃 1 0,026 kW
Bảng 4.7 Số liệu tính toán của trục xoay B-C Động cơ Part no 𝑷 𝒅/𝒎 𝑴 𝒅/𝒎 I
Kết luận: Dựa trên các tính toán, chúng ta có thể sử dụng lại cơ cấu chấp hành của khối trục xoay B-C
Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Khối lượng của cụm lắp trục Z 𝑚 𝑡𝑟ụ𝑐 𝑍 43,5 kg
Gia tốc trọng trường của trục Z 𝑔 9,8 m/s 2
Lực tác động lên mỗi bulong 𝐹 𝑏𝑢𝑙𝑜𝑛𝑔 115,25 N
Lực tác động lên lò xo 𝐹 𝑠 ≥ 461 N
MÔ PHỎNG
Thông số đầu vào
Bảng 5.1 Dữ liệu đầu vào của chi tiết mô phỏng
Tên Bầu giữ dao Tấm giới hạng lò xo và bầu giữ dao
Vật liệu Thép SCM 440 Thép C45 Ứng suất cho phép 655 360
Các bước mô phỏng trên phần mềm Creo
Hình 5.1 Đặt điều kiện ràng buộc cho bầu dữ dao
Hình 5.2 Đặt điều kiện ràng buộc cho tấm giới hạn lò xo và bầu giữ dao
Bước 2: Đặt lực tác động (461 N)
Hình 5.3 Lực tác động lên bầu giữ dao
Hình 5.4 Lực tác động lên tấm giới hạn lò xo và bầu giữ dao
Dữ liệu đầu ra
Ứng suất của bầu giữ dao và tấm giới hạn lò xo, cũng như bầu giữ dao, đều nhỏ hơn ứng suất kéo cho phép Kết quả này được minh họa trong Hình 5.5 và Hình 5.6.
Hình 5.6 Ứng suất của tấm giới hạn lò so và bầu giữ dao
Sự chuyển vị nhỏ của bầu giữ dao và tấm giới hạn lò xo đảm bảo tính an toàn trong thiết kế, như được thể hiện trong Hình 5.7 và Hình 5.8.
Hình 5.7 Sự biến dạng của bầu giữ dao
Hình 5.8 Sự biến dạng của tấm giới hạn lò xo và bầu giữ dao
CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP
Quy trình gia công cho các chi tiết
Để hoàn thành việc gia công một chi tiết theo bản vẽ thiết kế, phải lập quy trình gia công đảm bảo các tiêu chuẩn đã thiết lập
Chương này trình bày chi tiết quy trình gia công tấm gá bracket cho động cơ bước 57, nhằm làm rõ phương pháp của nhóm Kế hoạch gia công cho chi tiết được thể hiện trong Hình 6.2.
Hình 6.1 Tấm gá bracket cho động cơ bước 57
Hình 6.2 Thông số gia công trên máy CNC
- ap: Chiều sâu cắt (mm)
- ae: Bề rộng cắt (mm)
- Vc: Vận rốc cắt (m/min)
- f : Lượng chạy dao răng (mm/tooth).
Các chi tiết chế tạo
Tất cả các bộ phận trong Hình 6.3 được gia công ở cùng một công ty Nó được chế tạo từ máy móc tại công ty Đại Minh Phát
Hình 6.3 Các chi tiết nhóm tự gia công
Kiểm tra chất lượng
Sau khi hoàn tất gia công chi tiết, việc kiểm tra các thông số là rất quan trọng để đảm bảo lắp ráp chính xác cho bộ phận sau này.
Sau đây là đại diện của tất cả các bộ phận được gia công Kiểm tra thông số được thực hiện cho bộ phận “Tấm gá bracket” trong Hình 6.4
Hình 6.4 Tấm gá bracket Bảng 6.1 Bảng kiểm tra tấm gá bracket
Tên chi tiết: Tấm gá bracket PN: N/A Ngày: 29/6/2022
Characteristic Accountability Inspection/Test results
2 1 Độ vuông góc 0.025 mm Đồng hồ so Đạt
3 1 Độ vuông góc 0.025 mm Đồng hồ so Đạt
4 1 Đường kớnh ỉ45 mm ỉ45,04 ỉ45 ỉ45,03 Absolute Digimatic Calipers,
5 1 Chiều dài 4,5 mm 4,6 4,4 4,5 Absolute Digimatic Calipers,
6 1 Đường kớnh ỉ72 mm ỉ72,1 ỉ71.9 ỉ72.98 Absolute Digimatic Calipers,
7 1 Chiều dài 5 mm 5,1 4,9 5.06 Absolute Digimatic Calipers,
8 4 Độ nhám Rz25 Dựa trên khả năng của máy Đạt
9 1 Chiều dài 20 mm 20,1 19,9 19,98 Absolute Digimatic Calipers,
10 1 Chiều dài 100 mm 100,1 99,9 100,1 Absolute Digimatic Calipers,
11 1 Chiều dài 112 mm 112,1 111,9 112,05 Absolute Digimatic Calipers,
12 1 Chiều dài 7,5 mm Dựa trên khả năng của máy Đạt
13 1 Góc 45 0 mm Dựa trên khả năng của máy Đạt
14 1 Chiều dài 50 mm Dựa trên khả năng của máy Đạt
15 1 Chiều dài 99 mm Dựa trên khả năng của máy Đạt
16 1 Chiều dài 56 mm Dựa trên khả năng của máy Đạt
17 1 Đường kớnh ỉ60 mm Dựa trờn khả năng của mỏy Đạt
18 2 Chiều dài 38 mm Dựa trên khả năng của máy Đạt
19 1 Chiều dài 36 mm Dựa trên khả năng của máy Đạt
20 2 Lỗ ren M3x0.5 mm Bulong M3x0.5 Đạt
22 8 Diameter ỉ10 mm ỉ10,1 ỉ9,9 ỉ10 Absolute Digimatic Calipers,
23 8 Length 8 mm 8,1 7,9 8,05 Absolute Digimatic Calipers,
Lắp ráp hệ thống
Lắp ráp cụm trục xoay B-C và hệ thống thay dao tự động
Hình 6.6 Lắp ráp hệ thống thay dao trên máy 5 trục CNC
Figure 7.1 Quality check (actual images) Hình 6.5 Kiểm tra tấm gá bracket
Lắp ráp điện và khí nén
Hình 6.7 Lắp ráp hệ thống điện và khí nén
Hệ thống khí nén được lắp đặt hoàn chỉnh, vận hành máy nén khí từ 0,5 - 0,7 Mpa
Hình 6.8 Tổng quan hệ thống thay dao
Sau khi lắp ráp xong trục xoay B-C, tiến hành lắp đồng hồ so như Hình 6.9 để kiểm tra độ vuông góc
Để kiểm tra độ vuông góc của cụm trục xoay B-C, trước tiên cần cài đặt đồng hồ về số 0 Tiếp theo, di chuyển hai bước về phía trước của trục X để vào đầu máy đo và điều chỉnh kim về số 0.
Di chuyển trục Z lên để kiểm tra độ vuông góc của mặt phẳng chi tiết với bàn máy Nếu kim lệch khỏi số 0, hãy quay trục B để đưa kim trở về số 0 Khi xoay trục B, điều chỉnh tốc độ tiến dao từ 0,5 đến 2 để đạt kết quả tối ưu.
Cuối cùng, điều chỉnh trục Z lên và xuống cho đến khi giá trị trên mặt đồng hồ so dao động xung quanh số 0, hoàn tất quá trình kiểm tra độ vuông góc.
Tương tự như kiểm tra độ vuông góc bằng đồng hồ so cho phần gá đỡ và kẹp giữ dao.
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
Các thiết bị điện
Hệ thống ATC được kết nối với mạch Mach 3 và được điều khiển thông qua phần mềm Mach 3 a Mạch Mach 3
Mạch MACH 3 LPT là thiết bị nhận dữ liệu từ cổng LPT song song của máy tính, cho phép thực hiện lệnh và điều khiển các cơ cấu chấp hành như đọc dữ liệu từ cảm biến và xuất xung điều khiển cho động cơ, rơ le bơm kích.
Mạch MACH 3 LPT được thiết kế để điều khiển năm trục X, Y, Z, A và B, cùng với một đầu ra cho rơ le, năm đầu vào cảm biến và cổng xuất xung cho trục chính Mạch sử dụng cổng USB để cấp nguồn trực tiếp, đảm bảo tính ổn định với tất cả các cổng điều khiển đầu ra được optoisolated và đệm tín hiệu Phần mềm Mach 3 hỗ trợ tối ưu cho việc điều khiển này.
Phần mềm Mach 3 CNC, được phát triển bởi ArtSoft USA, là một giải pháp điều khiển CNC linh hoạt và đa dạng, ban đầu được thiết kế cho các nhà thiết kế máy CNC nhưng đã trải qua nhiều cải tiến đáng kể.
Mach 3, ban đầu được xem là phần mềm mã nguồn mở, đã phát triển nhanh chóng với giao diện đa dạng và nhiều tính năng mạnh mẽ, phù hợp với chuẩn CAD/CAM Hiện nay, Mach 3 tiếp tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.
3 CNC là phần mềm thương mại nhanh hiện đại, rẻ tiền và được sử dụng rộng rãi nhất.
Hình 7.2 Giao diện của phần mềm Mach 3 Tính năng của phần mềm Mach 3 CNC
▪ Biến một PC cá nhân thành một bộ điều khiển CNC 6 trục đầy đủ tính năng
▪ Nhập trực tiếp các tệp dxf, bmp, jpg và hpgl thông qua phần mềm Lazycam Visualizing Gcode
▪ Tạo Gcode thông qua LazyCam hoặc Wizards
▪ Giao diện tùy biến theo sở thích của người dùng
▪ Tùy chỉnh mã M và Macro với cách sử dụng VBscript
▪ Điều khiển nhiều vai trò đóng
▪ Có khả năng tạo xung điều khiển tốc độ động cơ bằng tay
Hệ thống khí nén kích hoạt hệ thống đóng mở trục chính để giữ và thay dao Hệ thống bao gồm: a Van điện từ
Van điện từ khí nén là một cơ cấu điều khiển trực tiếp và điều chỉnh dòng khí đi qua van
Van điện từ 5/2 là thiết bị điều khiển đảo chiều cho động cơ và xi lanh tác động kép, có khả năng điều khiển bằng cơ khí, khí nén hoặc điện từ Loại van này được thiết kế với 5 cửa và 2 vị trí, mang lại sự linh hoạt trong ứng dụng.
Van điện từ khí nén 3/2, hay còn gọi là van điện từ 3/2, là loại van điện từ có 3 ngã và 2 vị trí Van này được điều khiển chủ yếu bằng cuộn điện từ và có chức năng đóng mở với một đầu vào, một đầu ra và một đầu xả Chỉ sử dụng khí nén, van thường được áp dụng để điều khiển xi lanh khí nén 1 chiều, cụ thể là loại tác động đơn.
Hình 7.4 Van điện từ 3/2 b Rơle trung gian
Rơle trung gian là thiết bị điện từ nhỏ có khả năng chuyển đổi tín hiệu điều khiển và khuếch đại Chúng thường được lắp đặt ở vị trí trung gian trong sơ đồ điều khiển, nối giữa thiết bị điều khiển công suất nhỏ và thiết bị có công suất lớn hơn.
Các loại rơle trung gian
▪ Hiện nay, trên thị trường bạn có thể dễ dàng tìm thấy các loại rơ le trung gian sau:
▪ Rơle trung gian 8 chân, 14 chân
Hình 7.5 Rơle trung gian c Cảm biến áp suất
Cảm biến áp suất là thiết bị đo áp suất trong chất khí hoặc chất lỏng, bao gồm phần tử nhạy cảm với áp suất và các thành phần chuyển đổi thông tin thành tín hiệu đầu ra Thiết bị này tạo ra tín hiệu dựa trên phép đo áp suất được áp dụng.
Hình 7.6 Cảm biến áp suất d Mô đun rơle
Hình 7.7 Mô đun rơ le 4 cổng ra e Mạch điện khí nén
Hình 7.8 Mạch động lực xy lanh
Hình 7.10 Sơ đồ đấu dây mạch Mach 3
7.1.3 Thiết lập các thông số trên Mach 3
Từ màn hình giao diện của Mach3, chọn Config/Select “General Logic Configuration” Chọn “Auto Tool Changer”
Hình 7.12 Thiết lập tín hiệu ra
Chương trình Macro
7.2.1 Giới thiệu về chương trình Macro
Mach 3 có một công cụ macro / script tích hợp dựa trên một sản phẩm có tên là Cypress Enable Công cụ tập lệnh cho phép chúng tôi chỉnh sửa mã M tiêu chuẩn và tạo mã M tùy chỉnh có thể được gọi từ mã G của chúng Một ví dụ điển hình là sửa đổi macro M6 để vận hành bộ thay đổi công cụ tự động
Macro có thể được tạo và chỉnh sửa bằng các trình soạn thảo văn bản như Notepad, nhưng Mach 3 cung cấp một trình soạn thảo tích hợp với tính năng tô sáng cú pháp và điểm ngắt, hỗ trợ hiệu quả trong việc viết, kiểm tra và gỡ lỗi macro phức tạp.
Mach 3 không chỉ hỗ trợ các lệnh trong ngôn ngữ CYPRESS ENABLE mà còn cung cấp nhiều lệnh có thể được gọi từ macro Những lệnh này cho phép người dùng đọc giá trị từ các DRO khác nhau (GetDRO), kiểm tra trạng thái của đèn LED trong Mach 3 (GetLED), và yêu cầu Mach 3 di chuyển máy đến vị trí cụ thể bằng mã "G0".
7.2.2 Chương trình Macro cho hệ thống ATC
Theo đường dẫn C:\Mach3\macros\Mach3Mill to create a file in m1s format
Hình 7.13 Tạo địa chỉ cho chương trình Macro
Tạo vùng chỉnh sửa mã macro để thay đổi động bằng M6
▪ Trên dao diện Mach 3, chọn Operator > VBScript Editor
Hình 7.14 Giao diện của VBScript Editor
▪ Tiếp đến, trên giao diện của VB Scripter Window, đến file > Open file > C drive > Mach3 > macros > Mach3Mill > M6Start.m1s
Hình 7.15 Giao diện của M6Start.m1s
Hình 7.16 Sơ đồ thay dao
Hình 7.17 Sơ đồ trả dao
Hình 7.18 Sơ đồ lấy dao
HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG
Thiết lập thông số trên phần mềm Mach3 Mill
Từ giao diện Mach3, đến Config/Select “General Logic Configuration” Chọn
Thiết lập tín hiệu ra
Từ giao diện của Mach3, đến Config/Select “Ports and Pins” Chọn “Output Signals”
Hình 8.2 Thiết lập tín hiệu ra
Thiết lập code Macro Đầu tiên, đến địa chỉ C:\Mach3\macros\Mach3Mill M6Start to program the Macro code for the M6 command
Sau khi hoàn thành kiểm tra mã macro và gỡ lỗi Kế tiếp, kiểm tra “ Step Into Script” để đảm bảo mỗi dòng lệnh có thể được thực thi
Để hoàn thành việc cài đặt thông số trên Mach3 Mill, hãy kiểm tra từng dòng lệnh của tập lệnh và đảm bảo rằng tất cả các bước đã được thực hiện đầy đủ.
Chạy MDI trên Mach3 Mill
Để đảm bảo an toàn cho máy CNC, cần thực hiện kiểm tra MDI nhằm xác nhận rằng lệnh M6 đã được hoàn thành đúng như ý định của người lập trình trước khi chạy chương trình mã G có chứa lệnh này Đầu tiên, trong phần mềm Mach3, hãy khai báo dao hiện có trên trục chính, ví dụ như khai báo dao 01 tại phần "Tool Information".
Hình 8.6 Khai báo Tool information
Kế tiếp, chuyển đến MDI Tab
Kế tiếp, gõ dòng lệnh G-code " T2 M6" tại "INPUT" và nhấn "Enter" để chạy dòng lệnh
Sau khi chạy MDI hoàn thành và không có lỗi Chạy chương trình G-code với lệnh M6.
Ghi chú thay đổi dao trên máy TMA - 94XIX
Trước khi thực hiện chương trình thay dao, cần kiểm tra tín hiệu đầu ra để đảm bảo "Active Low" đã được tắt Khi lệnh M6 được thực hiện, nó sẽ bỏ qua dòng lệnh macro "Active Low" nếu vẫn đang bật, dẫn đến việc các tín hiệu đầu ra cho khí nén không hoạt động.
Hình 8.8 Tín hiệu đầu ra
Trước khi thay dụng cụ cho máy TMA-94XIX, cần kiểm tra áp suất không khí để đảm bảo đủ cho trục chính hoạt động, với áp suất tối thiểu được yêu cầu.
