Nghiên cứu thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC

Trong đó chúng ta cần phải nghiên cứu và phát triển các hệ thống tự động trên các máy gia công cơ khí, đặc biệt là hệ thống thay đao tự động Để đáp ứng phần nào nhu cầu trên, trong khuô

LUAN AN TOT NGHIEP DAI HOC CHUYEN NGANH CG TIN KY THUAT

LUAN AN TOT NGHIEP

| THIET KE VA DIEU KHIEN

GVHD : CH.BUI THANH LUAN

NGUYEN VAN THUAN MSSV:10106136

SG 100 490% TP HOM, THANG 7 NAM 2006

BO GIAO DUC VA DAO TAO CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM |

Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Khoa Cơ Khí Tự Động - Robot

ORR RE NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- _ Tìm hiểu các hệ thống thay dao trên máy phay CNC

- _ Thiết kế phân cơ khí hệ thống thay đao

3 Ngày giao nhiệm vu Đồ án : 31/03/2006

4 Ngày hoàn thành nhiêm vụ : 03/07/2006

5 Họ tên người hướng dẫn : Phần hướng dẫn

Bùi Thanh Luân 100%

CHU NHIEM KHOA NGUGI HUGNG DAN CHINH

(ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên) : |

ThS Lê Văn Tiến Dũng CH.Bùi Thanh Luân

BO GIAO DUC VA DAO TAO CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM

Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Khoa Cơ Khí Tự Động - Robot

SORE RE CK

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỌ VÀ TÊN : Nguyễn Văn Thuân MSSV : 10106136

1 Đầu đề Đề án:

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC

2 Nhiém vu:

- Tim hiéu cdc hé thong thay dao trên máy phay CNC

- _ Thiết kế phần điện và lập trình hệ thống thay dao

3 Ngày giao nhiêm vu Đề án : 31/03/2006

4 Ngày hoàn thành nhiêm vu : 03/07/2006

5 Họ tên người hướng dẫn : Phần hướng dẫn

Bùi Thanh Luân 100%

CHỦ NHIỆM KHOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH

(ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên)

ThS Lê Văn Tiến Dũng CH.Bùi Thanh Luân

BO GIAO DUC VA DAO TAO Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Đại Học DL Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM + +**+#%

Khoa Cơ Khí Tự Động — Robot Tp.HCM Ngày £# Tháng È“ Năm

oo0oo 2006 Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho cán bộ hướng dẫn)

I Họ và Tên SV : Lý Hòa MSSV : 10106059 Ngành : Cơ Tin Kỹ Thuật Lớp : 0IĐCT2

2 Để tài : Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC

3 Tổng quát về bản thuyết minh :

Số trang Hiện vật (sản phẩm)

ÔNG

Số bảng số liệu Số chương cade a

"—— Số hình vẽ _

Số tài liệu tham khảo Phần mềm tính toán

¬ 4ã Thuyết Minh bằng máy tính

4 Tổng quát về các bản vẽ : Tổng số bản vẽ : 4

Bản A0 : "⁄ Bản AI : Bản A2:

Bản A3: Bản A4:

Số bản vẽ vẽ tay : Số bản vẽ trên máy tính : +

5 Nôi dụng và những ưu điểm chính :

^

7 Đề nghĩ

kí Được bảo vệ FlBổ sung thêm để được bảo vệ LÏKhông được bảo vệ

Giáo Viên Hướng Dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

CH.Bùi Thanh Luân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Đại Học DL Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM ek aE OK

Khoa Cơ Khí Tự Động — Robot Tp.HCM Ngày AA4 Thang È Năm

Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dănh cho cán bộ hướng dẫn)

1 Họ và Tên SV : Nguyễn Văn Thuân MSSV : 10106136

Ngành : Cơ Tin Kỹ Thuật Lớp : 0IĐCT2

2 Để tài : Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên may CNC

3 Tổng quát về bản thuyết minh :

Số tài liệu tham khảo Phần mềm tính toán

sensed AS Thuyết Minh bằng máy tính

4 Tổng quát về các bản vẽ : Tổng số bản vẽ : 4

Bản AO: 7 Bản AI : Bản A2:

Bản A3: Bản A4:

Số bản vẽ vẽ tay : Số bản vẽ trên máy tính : a

5 Nôi dung và những ưu điểm chính :

7 Để nghĩ

Được bảo vệ FlBổ sung thêm để được bảo vệ LÌKhông được bảo vệ

Giáo Viên Hướng Dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

CH.Bùi Thanh Luân

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên may CNC

LỜI CẢM ƠN

Luận án tốt nghiệp là tổng hợp kết quả của quá trình học tập, tích lñy kiến thức trong suốt thời gian học ở trường Để đạt được kết quả như ngày hôm nay, ngoài sự nỗ lực của bản thân, còn có công ơn dạy dỗ của thầy cô,

sự quan tâm giúp đỡ của người thân và bạn bè Chúng em xin chân thành

biết ơn đến thây cô, bạn bè và người thân

Chúng em xin chân thành cám ơn các thầy cô trong khoa Cơ Khí Tự Động và Robot _ Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ, đặc biệt là thầy Bùi Thanh Luân đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành luận án này

Thiét ké va diéu khién hé théng thay dao trén may CNC

tạo ra những sản phẩm chất lượng tốt trong thời gian nhanh nhất Trong đó chúng ta cần phải nghiên cứu và phát triển các hệ thống tự động trên các máy

gia công cơ khí, đặc biệt là hệ thống thay đao tự động

Để đáp ứng phần nào nhu cầu trên, trong khuôn khổ của luận văn tốt nghiệp, nhóm em được giao thực hiện để tài : “ Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC ” Nhiệm vụ của dé tai nay 1a Gm hiểu các hệ

thống thay dao trên máy phay CNC, thiết kế và điều khiển mô hình hệ thống

thay dao trên máy CNC

Với sự hướng dẫn tận tình của thây Bùi Thanh Luân, nhóm em đã cố gắng thực hiện tốt nhiệm vụ được giao Tuy nhiên do kinh nghiệm và thời gian còn hạn chế nên không tránh khỏi những nhầm lẫn và thiếu sót, kính mong được sự góp ý của quý thầy cô cũng như các bạn sinh viên để để tài hoàn

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên may CNC

=- ò _—— .-.nẵnaanơơờợơợớnnờẳẵnnm

3.6 Tính toán độ cứng vững của mối lắp côn giữa trục chính

với chuôi dụng CỤ -~-~-~~~~~=~~~~~~~~~~~~~~~=~z~~~z~z~~~~=rr~~~======rrr~====rer 61

3.7 Cấu tạo khung đỡ và các chỉ tiết khác -~~ =~-~~=~~~~==~~~==~~~~=~~~~~ 63

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN VÀ KHÍ NÉN - 64

4.1 Giới thiệu các linh kiện điện tử và thiết bị khí nén

sử dụng trong mô hình -~ ~ ~~-~=~~=~~z~~==~=~z~=~z=~~=~~~r~~~=~r==rrrr=er 64

4.1.1 Động cơ điện -~-~-~~~~~~~=~=~~~~~~=~==z=~~~~r~rr~~rrmr=r~r=er==rTTT=~=r 64

4.1.8 Xy lanh khí -~-~-~~~~~~=~~~=~==~~~~=~=~~~~~=rrr~r=rrrerrrr=r===rer 68

4.2 Phân tích lựa chọn các linh kiện điện tử và khí nén cho mô hình - 68

CHƯƠNG 5 PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH

ĐIỀU KHIỂN -~~~~=====>================~=~===zz=~~~ 74

5.1 Phân tích hoạt động của mô hình -~-~-~-==~=~=~z~~~~~~~~~~~~~~~~=~~~=~~e 74

5.2 Lưu đồ giải thuật chương trình diéu khién - 78

5.2 Chương trình điều khiển -~~ ~~~~=~~~~~~~=~~~~~~=rr~~rrr=mrrrrxr~r 79

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI - 89

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC

a

Chương Í GIỚI THIEU SƠ LƯỢC VE MAY CNC

Trong một thời gian khá dài ngành cơ khí đã tập trung nghiên cứu để giải quyết vấn đề tự động hóa trong các xí nghiệp có quy mô sản xuất lớn, mặc dù quy mô sản xuất hàng loạt vừa và loạt nhỏ là phổ biến Đồi hỏi bức xúc trong quy mô sản xuất về nâng cao hiệu quả sản xuất đã dẫn tới vấn đề nghiên cứu phát triển kỹ thuật tự động có tính linh hoạt cao trong các dây

truyền sản xuất

Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của khoa học

kỹ thuật đã thúc đẩy các ngành công nghiệp sẵn xuất tự động phát triển theo Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, sự ra đời của máy công cụ điều khiển bằng chương trình số với sự giúp đỡ của máy tính, gọi tắt là máy CNC, đã đưa ngành cơ khí chế tạo sang một thời kỳ mới, thời kỳ sản xuất hiện đại

Hầu hết các khu công nghiệp ở nước ta hiện nay ít nhiều đều được bố trí các máy công cụ CNC để phục vụ sản xuất, bao gồm các loại máy phay, tiện, bào, mài, khoan có số trục điều khiển 2, 3, 4, 5 Nhưng các cơ sở sản xuất hâu như chưa biết cách khai thác hết khả năng gia công trên máy

Lý do chủ yếu là trình độ lập trình của cán bộ kỹ thuật Việt Nam còn yếu,

các chương trình điều khiển máy CNC được người lập trình viết bằng tay,

chưa biết sử dụng các phần mềm hỗ trợ để lập trình

Để đảm bảo sự hoạt động được duy trì trong một thời gian dài mà không có sự giám sát của con người, phải có những thiết bị giám sát tự động ở các công cụ trước hết đó là thiết bị giám sát dụng cụ, nhưng phải nhận biết kịp thời dung sai gá kẹp, kích thước phôi khác nhau và sai lệch

giữa máy công cụ và hệ điều hành, để tránh tốn kém Các phần tử cảm

biến đặc biệt giám sát những dao động của máy, những sai lệch kích thước,

nhiệt độ và tải trọng không cho phép, thông báo những sai lệch cho con người biết hoặc tự động hiệu chỉnh sai lệch bing hé CNC

Những thiết bị giám sát này được sử dụng dùng để giảm thời gian

dừng máy, như vậy tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất.

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC

.Ắ.ằẮ Ắ.Ắ ]†Ƒ .Í.—— -.-rerm

1.1 Khái niệm về điều khiển số NC :

- - Khái niệm và định nghĩa : khi gia công trên các máy công cụ thông

thường, các bước gia công chỉ tiết do người thợ thực hiện bằng tay như : điều chỉnh số vòng quay, lượng chạy dao, kiểm tra vị trí của dụng cụ cắt để đạt được kích thước cần gia công trên bản vẽ

«Trên các máy công cụ điều khiển số theo chương trình số quá trình

gia công được thực hiện một cách tự động Trước khi gia công người ta phải dựa vào hệ thống điểu khiển một chương trình gia công dưới dạng một

chuỗi lệnh điều khiển Hệ thống điều khiển số cho khả năng thực hiện các lệnh này và kiểm tra chúng nhờ một hệ thống đo dịch chuyển của các bàn trượt máy

* Nhu vay điều khiển số (NC) là một hình thức đặc biệt của tự động

hoá, mà cụ thể là các máy công cụ tự động được lập trình để thực hiện một

loạt các hoạt động ở một chế độ được xác định trước nhằm tạo ra một chỉ tiết có các kích thước và thông số vật lý có thể hoàn toàn dự đoán trước

‹© - Các máy công cụ điều khiển số theo chương trình số được gọi là máy

NC hoặc các máy CNC

‹ - Một máy công cụ NC gồm một đơn vị điều khiển máy (MCU) và bản

thân máy công cụ MCU lại được chia tiếp thành hai thành phần là đơn vị

xử lý dữ liệu (DPU) và đơn vị điều khiển lập lại (CLU)

© DPU xử lý đữ liệu đã mã hoá được đọc từ băng hay các phương tiện khác và truyền các thông tin về : vị trí của mỗi trục, chiều chuyển động yêu cầu, tỉ số tiến đao và các tín hiệu điều khiển các chức năng phụ tới CLU, còn CLU điều khiển cơ cấu dẫn động của máy, nhận các tín hiệu có liên

quan tới vị trí thực tế và vận tốc của mỗi trục và gửi tín hiệu kết thúc quá

trình, sau đó DPU tiếp tục đọc dữ liệu Khi mỗi một dòng đã hoàn thành nhiệm vụ được quy định bởi CLU thì một dòng dữ liệu khác lại được đọc

Các hệ thống điều khiển số hiện nay hâu hết là các hệ thống điều khiển có

nhiều thiết bị xử lí, chúng bao gồm nhiều bộ vi xử lí

1.2 Khái niệm về hệ thống điều khiển DNC (Direct

Numerical Control) :

1.2.1 Khái niệm và đặc điểm của DNC:

°DNC là một hệ thống điểu khiển trong đó dùng máy tính điều hành

trực tiếp nhiều máy công tác điều khiển theo chương trình số Đặc tính cơ

ee

Trang 2

Thiết kế và diéu khiển hệ thống thay dao trên may CNC

theo nhu cầu của từng máy NC

«Trong các phân xưởng có hệ thống DNC, các chương trình NC do

phòng lập trình làm và đưa thẳng vào trong máy tính Phần lớn các hệ điều

khiển CNC có các ngôn ngữ lập trình khác nhau vì vậy khi lập trình bằng

tay cần phải phải có các phần mềm tương ứng cho việc biên dịch NC

Ngược lại việc lập trình bằng máy đòi hỏi đối với từng kiểu điều khiển một chương trình dịch riêng

1.2.2 Ưu điểm của hệ thống DNC:

+ Có một ngân hàng dữ liệu trung tâm cho biết các thông tin của chương trình của chỉ tiết gia công và dụng cụ

+ Truyền đữ liệu nhanh, tin cậy, phát huy tốt hiệu quả của máy NC + Điều khiển và lập kế hoạch gia công

+ Có khả năng ghép nối vào hệ thống gia công linh họat

Chức năng điều khiển cho dòng vật chất

Các chức năng thành phần của quá trình gia công

CNC trong hệ thống có tính tiện lợi, hệ thống và kinh tế Quá trình lưu trữ và cập nhật dữ liệu điều khiển số cho từng máy

Kha nang quản lý chương trình trong hệ DNC gồm:

- Quản lý các danh mục các chương trinh CNC

- _ Tìm kiếm một chương trình CNC

- Truy cập và khai thác các chương trình CNC

Trang 3

- - Quản lý các dữ liệu về dao

- - Quản lý các dữ liệu về vật liệu gia công

- Quan ly cdc dữ liệu về đồ gá

1.3 Khái niệm về máy CNC :

1.3.1 Khái niệm:

Là thế hệ máy công cụ được điều khiển theo chương trình viết bằng

mã ký tự số, chữ cái và các ký tự chuyên dụng khác, trong đó hệ thống điều khiển có cài đặt các bộ vi xử lý ; (Microprocessor) làm việc với các chu kỳ thời gian từ 1 đến 20s và có bộ nhớ tối thiểu 4 Kbyte, đảm nhiệm các chức năng cơ bản của chương trình điểu khiển số như : tính toán tọa độ trên các trục điều khiển theo thời gian thực, giám sát các trạng thái của

máy, tính toán các giá trị bù trừ dao cụ, tính toán nội suy trong điều khiển

quỹ đạo biên dạng (tuyến tính và phi tuyến), thực hiện so sánh các giá trị mong muốn _ thực tế

Máy công cụ, trung tâm điều khiển bằng chương trình số và kỹ thuật

vi xử lý CNC (Computerised Numerical Control ) được sử dụng trong sản

xuất hàng loạt vừa và nhỏ đã tạo điều kiện linh hoạt hóa và tự động hoá

dây truyền gia công, nâng cao chất lượng và năng suất gia công, đồng thời

làm thay đổi phương pháp và nội dung chuẩn bị công nghệ cho sản xuất

1.3.2 Đặc điểm cấu trúc của máy CNC:

Hình sau mô tả kết cấu của các máy công cụ điểu khiển CNC và các máy công cụ thông thường để chúng ta dễ dàng nhận ra sự khác biệt giữa chúng :

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC

(Động có AC, DCI Truyền động

ruyền đẳng inn iDOag od AC, DC) chạy dạo ` | ae ——

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên may CNC

QProgran Oyochine - & ve

pul device control unit malor—,

progrom || [reuils Ôreeee tị

có thể thay đổi vòng quay một cách đơn giản đồng thời khi thay đổi lực tác

dụng số vòng quay của động cơ vẫn không đổi

Truyền động chạy dao sử dụng động cơ một chiều hoặc xoay chiều

kết hợp với bộ vít me, bi và đai ốc cho từng trục chạy dao X, Y, Z

Động cơ một chiểu có đặc tính động học tốt cho các quá trình gia tốc

và quá trình hãm phanh, mômen quán tính nhỏ, độ chính xác điển khiển cao cho những đoạn đường dịch chuyển chính xác

Trang 6

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên may CNC

Bộ vít me, bi và đai ốc có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít

ma sát và đảm bảo không có khe hở khi truyền dẫn với tốc độ cao

B — Linear Bearings Microcomputer Controlled X-Y Table

| Recirculating Ball Screws |

Hinh 1.4 Truyén dong vit me - đai ốc bi

Trang 7

Thiét ké va diéu khién hệ thống thay dao trén may CNC

Hình 1.5 Bộ trục vít me/ đai ốc/ bỉ Phương thức của vít me đai ốc bi : các viên bi nằm trong rãnh vít me

và đai ốc đảm bảo truyền lực ít ma sát từ trục vít me qua đai ốc vào bàn

máy Nhờ hai nửa đai ốc lắp theo chiều dài, giữa chúng có vòng cách, có thể điều chỉnh khử khe hở theo hai chiều đối ngược

Vòng cách 06 bat tng tide -

Hình 1.6 Kết cấu chỉnh khe hở vít me đai ốc bỉ

Trong một số giải pháp nâng cao của bộ truyền này, bước nâng của rãnh vít trên trục và trên đai ốc có giá trị khác nhau Việc dẫn bi hồi rãnh được thực hiện nhờ các rãnh dẫn hướng bố trí bên trong hoặc các ống dẫn hồi bi bao ngoài trục

Độ tin cậy cao xX

Hiéu qua cao x

Khả năng truyền X X x

tải lớn

Kết cấu gon X xX X

Bảng 1.1 Ưu điểm của truyền động vít me đai ốc bí

* Độ chính xác của gia công trên máy CNC :

Độ chính xác tuyệt đối và độ chính xác lặp lại cao có thể đạt được

rất quan trọng trong việc triển khai sử dụng máy CNC Độ chính xác này làm giảm nhiều hao phí cần thiết cho việc kiểm tra và chọn vật liệu, và hiệu chỉnh các sai lệch đơn giản chính xác

* Độ an toàn của máy gia công CNC :

Máy gia công CNC đồi hỏi phải có độ an toàn cao đối với người vận hành máy và tránh được hư hại cho máy dụng cụ và chỉ tiết gia công

- Phát hiện kịp thời các lỗi nguy hiểm cho người vận hành máy và tránh tác động của nó

- Nhờ chỉ rõ các nguyên nhân của các sai số theo thứ tự xuất hiện

của chúng khi xuất hiện đồng thời nhiều sai số hoặc sai số liên quan nhau

Phát hiện và xử lý ngay dụng cụ mòn hoặc vỡ để tránh phế phẩm

——-"HH-anaaaơaơơzzzzaauggnnugntnợggunơợớợợgơớzšngnnnnnn2nẽanananrme=r=mmm

Trang 9

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC

Độ tin cậy cao xX

Hiéu qua cao x

Bảng 1.1 Ưu điểm của truyền động vít me dai 6c bi

* Độ chính xác của gia công trên máy CNC :

Độ chính xác tuyệt đối và độ chính xác lặp lại cao có thể đạt được rất quan trọng trong việc triển khai sử dụng máy CNC Độ chính xác này làm giảm nhiều hao phí cần thiết cho việc kiểm tra và chọn vật liệu, và hiệu chỉnh các sai lệch đơn giản chính xác

* Độ an toàn của máy gia công CNC : Máy gia công CNC đòi hỏi phải có độ an toàn cao đối với người vận hành máy và tránh được hư hại cho máy dụng cụ và chỉ tiết gia công

- Phát hiện kịp thời các lỗi nguy hiểm cho người vận hành máy và tránh tác động của nó

- Nhờ chỉ rõ các nguyên nhân của các sai số theo thứ tự xuất hiện

của chúng khi xuất hiện đồng thời nhiều sai số hoặc sai số liên quan nhau Phát hiện và xử lý ngay dụng cụ mòn hoặc vỡ để tránh phế phẩm

Trang 9

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC

== ằẮ.Ắ ẮẳẮẳằ, -._-.-.-.-Ỷ-Ỷnnnnnnn

1.3.3 Ưu và nhược điểm của máy CNC:

- So với các máy công cụ điểu khiển bằng tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào

nội dung chương trình được đưa vào máy Người điều khiển chỉ chủ yếu

là theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy

- - Độ chính xác làm việc cao Thông thường các máy CNC có độ chính xác

máy là 0.001mm, do đó có thể đạt được độ chính xác cao hơn

- _ Chất lượng gia công ổn định, độ chính xác lặp lại cao

- Tốc độ cắt cao Nhờ cấu trúc cơ khí bển chắc của máy, những vật liệu

cắt hiện đại như kim loại cứng hay gốm oxit có thể được sử dụng tốt hơn

-_ Thời gian gia công ngắn hơn

* Các ưu điểm khác :

- Máy CNC có tính linh hoạt cao trong công việc lập trình, tiết kiệm thời gian chỉnh máy, đạt được tính kinh tế cao ngay cả trong việc gia công hàng loạt các sản phẩm nhỏ

-_ Ít phải đừng máy vì kỹ thuật, do đó chi phi do dừng máy nhỏ

- _ Tiêu hao do kiểm tra ít, giá thành đo kiểm giảm

-_ Thời gian hiệu chỉnh máy nhỏ

- _ Có thể gia công hàng loạt

| # Nhược điểm :

e_ Giá thành chế tạo máy cao hơn

| e_ Giá thành bảo dưỡng, sửa chữa máy cũng cao hơn

e Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khăn hơn

Một số máy CNC hiện nay đang sử dụng:

Trang 10

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC

Hình 1.8 Máy CNC

Trang 11

công thức xử lý đa chức năng, đùng cho nhiều mục đích điều khiển khác

nhau Vật mang tin từ băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ và tiến tới đĩa CD có dung lượng ngày càng lớn, độ tin cậy và tuổi thọ cao

Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành hệ

CNC (Computerized Numerical Control) da tao điểu kiện ứng dụng máy công cụ CNC ngay cả trong xí nghiệp nhỏ, không có phòng lập trình riêng,

nghĩa là người điểu khiển máy có thể lập trình trực tiếp trên máy Dữ liệu

nhập vào, nội dung lưu trữ, thông báo về tình trạng hoạt động của máy

cùng các chỉ dẫn cân thiết khác cho người diéu khiển đều được hiển thị trên

màn hình

Màn hình ban đầu chỉ là đen trắng với các ký tự chữ cái và các con

số nay đã dùng màn hình màu đồ họa, độ phân giải cao (có thêm toán đỗ họa và hình vẽ mô phỏng tĩnh hay động), biên dạng của chỉ tiết gia công,

chuyển động của dao cụ đều được hiển thị trên màn hình

Các hệ CNC riêng lẻ có thể ghép các mạng cục bộ hay mạng mở

rộng để quản lý điều hành một cách tổng thể hệ thống sản xuất của một xí nghiệp hay của một tập đoàn công nghiệp

Trang 12

- Ghép bộ và lắp đặt dụng cụ cất lầy từ kho ra với dụng cụ phụ

- Điều chỉnh kích thước của nó trên dụng cụ chuyên dùng

- Nhập kho các bộ dụng cụ đã lắp và điều chỉnh

- Chọn lựa các dụng cụ đã lắp và điều chỉnh trong kho, ghép thành bộ

để đưa vào ô chứa dụng cụ

- Chọn dụng cụ phù hợp, thay thế và kẹp chặt chúng tự động

- Tháo kẹp dụng cụ và đưa nó vào ỗ dao

- Đưa dụng cụ về kho sau khi gia công xong cả loạt chỉ tiết hoặc tháo

dỡ để mài lại

——-Z-ơaợơaơ-‹-‹-ớợơớơớợơớơớơơơơơợớớợợơợơ-m=sxsễs-ờợaợớïẳïaơsx=zaơờỶxsnazzờỶớỶïẳïẳtẽfïrv.mmmmmemmmmmmm

Trang 13

Hình 2.1 SơL lđồ sử dụng dụng cụ cắt bằng phương pháp thay thế tự động

Quá trình chọn dụng cụ phù hợp trong ỗ chứa để gia công chi tiết, ga đặt và kẹp chặt dụng cụ tự động, tháo dụng cụ khỏi cơ cấu công tác và đưa về

ỗ chứa được thực hiện nhờ hệ thống cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động

Hệ thống cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động bao gôm các bộ phận

cơ bản sau đây :

- O dụng cụ để chứa dụng cụ

- Cơ câu chọn dụng cụ cân thiết từ 6 dụng cụ để chuẩn bị thay thế

- Tay máy dé thay thé dụng cụ

- _ Cơ câu kẹp chuôi côn hoặc đài gá dao trong cơ cấu công tác

Trang 14

Đầu rơvônve nhiều Ô chứa dụng cụ Ô chứa dụng cụ

vị trí (với các dụng cụ (cho các Llđầu

động thực hiện với cả chỉ thực hiện với

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC

L————— — ——_— _.ằ.ằằ¬¬a.ằẳ=mmmmmmmmmmsx>r

Một số yêu câu cơ bản đôi với cơ câu câp phát và kẹp chặt dụng cụ tự

-_ Ö trữ phải có dung lượng đủ lớn

- Dụng cụ phải được giữ trong ỗ với độ tin cậy cao

- _ Thời gian thay thế dụng cụ là ít nhất

- 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 công tác -_ Khoảng cách giữa ô dụng cụ tới vị trí công tác là ngắn nhất

- _ Hệ thống cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động phải được thiết kế và bố trí sao cho nó không chạm vào phôi khi thay thế dụng cụ tự động

- Hé théng cap phát và kẹp chặt dụng cụ tự động phải có độ tin cậy làm

việc cao

- _ Tránh làm bân các bề mặt lắp ráp của chuôi và đài gá dụng cụ

- Sir dung, bao dưỡng tiện lợi, đấp ứng yêu cầu an toàn

Phương pháp lưu trữ dụng cụ trên máy phụ thuộc vào kết cấu ỗ chứa, phương pháp chọn, thay thế và kẹp chặt chuôi hoặc đài gá dụng cụ trên vị trí

-_ Có tuổi bền cao, được điều chỉnh tới kích thước sơ bộ bên ngoài máy

- Lắp đặt và điều chỉnh nhanh khi thay thé chỉ tiết gia công

- Có giá trị chính xác cao khi gá vào vị trí công tác

- C6 tinh van nang cao khi gia công các chị tiết khác nhau trên các máy khác nhau

- _ Kết cầu có tính công nghệ cao

Trên các máy tự động và máy CNC sử dụng chủ yếu các dụng cụ với phan cắt chế tạo từ mảnh hợp kim đa cạnh kẹp bằng phươing pháp cơ khí, từ gốm và từ vật liệu siêu cứng Khi sử dụng các loại dụng khác nhau, phải chú ý tới các đặc tính riêng biệt của nó, tránh ảnh hưởng đến cơ cầu công tác

Trang 16

Thiết kế và điểu khiển hệ thống thay dao trên may CNC

lấp rấp

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC

r ằẮ ẮỒ<.=rnrrnm

Dụng cụ cắt được kẹp chặt vào trục chính hoặc trên đài dao nhờ các dụng cụ phụ có kết cấu rất đa dạng như dao, bạc, mâm cặp, đài gá Cơ cấu thực hiện kẹp chặt dụng cụ phụ trên máy sẽ quyết định kết cầu của chuôi côn

và bề mặt chuẩn của nó Kết cầu các bẻ mặt này đã được thống nhất hóa và sử dụng cho nhiều loại máy

Để điều chỉnh kích thước và vị trí của dụng cụ cắt trong các chuôi côn người ta sử dụng các bộ thích ứng trung, gian Thông thường các bộ dụng cụ phụ đã được thống nhất hóa và dùng chung cho một nhóm máy nhất định

Các dụng cụ phụ phải đáp ứng một số yêu cầu sau :

- _ Số lượng chủng loại và giá thành phải hợp lý

-_ Đảm bảo gá đặt dụng cụ cắt chính xác, có độ cứng vững và khả năng chống rung khi làm việc với cường độ cao

-_ Có khả năng điều chỉnh vị trí dụng cắt nếu cần

- _ Phục vụ thuận lợi, tác động nhanh, kết cấu đơn giản

- _ Trọng lượng dụng cụ phụ không được quá lớn gây khó khăn cho quá trình thay thế

-_ Các bể mặt lắp ráp của chuôi côn và đế dao phải được chế tạo rất

chính xác

Trang 19

Dùng cho máy phay CNC Dùng cho máy tiện CNC

và trung tâm gia cong

Trục gá để Với Mâm Đài gá dụng cụ Trục

kẹp dụng cụ bạc lót cặp trong đầu gá và cắt trong trục trung rơvônve và trên mầm chính gian đài dao của máy cặp

r

Có Có Có Có Chuôi || Chuôi chuôi chuôi vành khối trụ có côn

côn trụ răng V định || vất và với

VỊ có côn

khía mốc nhám 7:24

Thiét ké va diéu khién hé théng thay dao trên may CNC

* Truc ga dao:

Trục gá dao sẽ giúp thuận lợi cho việc thay đổi nhiều dao vào trục

chính máy một cách nhanh chóng, chính xác Cấu tạo trục gá đao như hình

- Đầu gá côn (TaperedShank ):

Đầu gá côn dùng lắp trục gá dao lên trục chính Theo tiêu chuẩn

ANSI có 6 cỡ ổ gá dao côn cơ bản sau: #30, #35, #40, #45, #50, và #60

máy càng lớn dùng đầu gá côn có số hiệu càng lớn Độ côn tiêu chuẩn là 3.5 in/ft ( hệ số 7:24)

Taper Shank No Type of Machine

#60 May rat lén (Very large machines )

#50 May cé trung (Medium size machines) (20 to 50 HPs)

#40 May cd nhé (Small size machines )

- Vành trục gá dao (Flange ):

Dùng để trục gá dao có thể được gắp giữ bởi tay gắp thay dao hoặc

trục chính Có 2 loại cơ bản V- flange and BT-flange V-falnges thường dùng đối với các đao kích thước hệ inch, BT-flanges thường dùng gá dao

kích thước hệ mét nhưng có thể thiết kế Adaptors dùng cho các dao hệ inch

BT-Flank được dùng nhiều ở Nhật và Châu âu

Trang 2l

Sẽ Ieuoel3óf

Thiét ké va diéu khién hé théng thay dao trên máy CNC

- Núm cố định trục gá dao (Retention Knob ):

Núm cố định trục gá dao dùng để thanh khóa của trục chính (locking drawbar ) kéo trục gá dao cho siết chặt vào trục chính và thả nó ra tự động

Hình 2.7 Kết cấu bộ phận gá dao lên trục chính

* Bộ gá thân dao (Adaptors) :

Bộ gá thân đao được thiết kế với nhiều kiểu khác nhau nhằm gá

được nhiều loại và nhiều cỡ dao khác nhau Thông thường trục gá dao được

đặt tên theo bộ gá thân dao tương ứng Thường gặp là End mill holders,

Face mill holders, Tap holders, Collet holders, Boring bar holders, Morse

taper holders, Jacob taper holders, and Straight shank holders

Trang 22

Thiét ké va diéu khién hé thong thay dao trén may CNC

Quodiiex “Weldon” floated end mill

Collet holder N.P.O collet

1.) =3 —

Led ft

Morse ‘’t precision Center drift Center đố bit

Morse toper adapter sleeve extensions chucks

& holder

5

2 Tension & compression —=CE-Ïl——Ccccttatre——

Boring bar blank

Hình 2.8 Sơ đồ phân chia các loại trục gá dao khác nhau theo bộ gá thân

dao

Hình 2.9 Sơ đồ tổ hợp dụng cụ phụ cho các máy phay CNC

và trung tâm gia công

Hình 2.9 là sơ đồ ghép bộ của khối dụng cụ phụ, trong đó có :

Các chuôi 1 và 2 dùng để kẹp các dao phay mặt đầu, ba mặt trụ có

then mặt đầu hay then dọc trục

Các chuôi 3, 4 và 16 cáo chấu kẹp đàn hồi sử dụng khi kẹp chặt các

dụng cụ có chuôi trụ như mũi khoan tiêu chuẩn , mũi khoét , mũi doa , đao phay có đường kính 3z20mm, các dao phay chuyên dùng đường kính

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC

11, trục gá dùng cho dao khoét 14 và chấu kẹp dụng cụ 15

* Ưu nhược điểm của chuôi côn so với chuôi trụ :

- Uu điểm :

+ Gá đặt và tháo đỡ dụng cụ dễ dàng, nhanh chóng và chính xác + Chuyển động cấp dụng cụ cắt vào vị trí chờ nhanh

+ Điều chỉnh kích thước và vị trí dụng cụ cắt đễ dàng

+ Thời gian thay thế dụng cụ Ít

+ Giảm thời gian thay dao

+ Hoán đổi giữa các dụng cụ dễ dàng

như trục gá đâu nhiều trục cho phép gia công nhiều lỗ đồng thời, trục gá

cao tốc cho phép gia công với chế độ cắt rất cao, trục gá có góc tạo với tâm trục chính bằng 907, trục gá chuyên dùng có bàn dao ngang

2.3 Điều chính vị trí của dụng cụ cắt trên trục gá và để

đao :

Khi thay thế dụng cụ tự động, độ chính xác gia công phụ thuộc nhiều vào độ chính xác điều chỉnh kích thước và vị trí ban đầu của dụng cụ so với chỉ tiết gia công Quá trình điều chỉnh kích thước có thể thực hiện bằng hai phương pháp : bên ngoài máy, bằng các dụng cụ chuyên dùng và trực tiếp trên máy nhờ các đầu dò Phương pháp thứ hai có độ chính xác cao hơn, các đầu dò có thê đặt trên bàn máy hoặc thanh treo chuyên dùng trên ụ trục chính

2.4 Ổ chứa và vận chuyển dụng cụ khi cấp phát tự động :

Ƒ—_—-.-. ơờợơơờơzơzznuuunn=ễnnnnnxxaơợơợszsazazợơớứtễzszszaaơợơợơợăaợaanmmmmmmmm

Trang 25

4, 6, § hoặc 16 vị trí gá đặt dụng cụ Có thê có đến 3 đầu rovonve trên một máy Trên các trung tâm gia công, người ta thường sử dụng các ỗ chứa dụng

cụ dang dia, tang trống hoặc băng xích với khoảng 10 + 140 dụng cụ

Ö chứa dụng cụ cần đáp ứng một số yêu câu sau : -_ Dung tích đủ lớn

- _ Kết cấu đơn giản, gọn Có thé ding cho mot vai chi tiết gia công khác nhau

- Không nên có dung tích quá lớn, làm cho giá thành của ỗ chứa cao và

diện tích sử dụng yêu cầu lớn

- Phải đặt tại vị trí sao cho không cản trở quá trình gia công, gá đặt và tháo đỡ chỉ tiết, chuyển động của các cơ cầu công tác, tránh được phoi và các tạp phế khác

-_ Thay thế dụng cụ phải an toàn và dễ dàng, nhất là các dụng cụ có kích thước và trọng lượng lớn

- Chuyển động cấp dụng cụ vào vị trí chờ đợi phải nhanh và thực hiện khi các bước gia công đang làm việc

- Két cAu va ché d6 lam viéc cia 6 chira khéng lam anh hưởng đến các thông số của máy như độ cứng vững, rung động, độ chính xác v v

—Ỷ-nananRBRBBnrrrn“nnnaannnnnnơơợgzzaơgggơợgnnnnnnnz-ỹzợơợt“zZ———======—==

Trang 26

Thiét ké va diéu khién hé thong thay đao trên máy CNC

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC

2.4.1 Chứa và vận chuyển dụng cụ bằng đầu rơvônve :

Đầu rơvônve có thể đặt thẳng đứng, năm ngang hay nghiêng Thay dụng cụ được thực hiện nhờ quay đầu rơvônve tới vị trí yêu câu rôi cô định nó lại Thời gian thay dụng cụ trung bình khoảng l- 4 giây

Đầu rovonve khac voi các ô chứa dụng cụ khác, nó là cơ cầu công tác tiếp nhận trực tiếp lực cắt của máy Do đó nó có độ bên , độ cứng vững và độ chính xác vị trí rất cao Các dụng cụ để gia công mặt ngoài và trong trên đầu rơvônve không được cắn trở nhau

Hình 2.11 Kết cấu đầu rơvônve

Trang 29

Hình 2.13 Sơ đồ thay đao tự động trên đầu rơvônve của hãng Okuma

1.Đầu rơvônve , 2.Tay máy , 3.Ô chứa dụng cụ

Hình 2.13 là kết cấu đầu rôvônve 1 với ổ chứa dụng cụ 3 của hãng Okuma Tay máy 2 sẽ thực hiện thay dụng cụ trong đâu rôvônve

Trang 30

Thiết kế và điều khiển hệ thống thay dao trên máy CNC

Trên một số máy phay CNC và trung tâm gia công khi số lượng dụng

cụ không lớn , người ta sử dụng các ỗ chứa dạng đâu rơvônve (hình 2.14)

Kết cấu này cho phép giảm thời gian thay dao Tuy nhiên, chúng cũng

có một số nhược điểm như vị trí cần một trục chính Độ chính xác vị trí của dụng cụ bị giảm khi quay và hãm đầu rovonve Số vị trí trong đầu rơvônve tăng không chỉ làm phức tạp thêm kết cấu, mà còn làm giảm chiều đài hành trình l¡ của đầu (hình 2.15)

Hình 2.15 Các kiểu đầu rơvônve trên máy phay CNC và trung tâm gia công

lh chiều dài hành trình của đầu rơvônve

a) 6 vị trí, b) 8 vị trí

c) Đầu rơvônve côn có trục quay nghiêng : 1.đầu rơvônve , 2.ụ trục chính, 3.trục chính , 4.trục gá

d) 12 vị trí với trục quay nghiêng và chuyển động chạy dao của ống đỡ

đao trong trục chính : 1 đầu rơvônve , 2.ụ chính , 3.ông đỡ trục chính ,

4.trục chính

Trang 31