tìm hiểu máy phay điều khiển chương trình số pc mill 155

Từ đó dẫn đến vấn đề nghiên cứu, xây dựng và ứng dụng những hệ thống gia công tích hợp điều khiển bằng máy tính CIM Computer Integrated Manufacturing với chất lượng và năng suất gia công

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦUTrong một thời gian khá dài, ngành cơ khí đã tập trung nghiên cứu để giải quyết vấn đề tự động hoá các xí nghiệp có quy mô sản xuất lớn (hàng loạt và hàng khối), mặc dù quy mô sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ lại là phổ biến Đòi hỏi bức xúc trong quy mô sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ về nâng cao hiệu quả sản xuất đã dẫn tới vấn đề nghiên cứu triển khai kỹ thuật tự động có tính linh hoạt cao trong các dây chuyền sản xuất

Ngày nay người ta nhìn nhận quá trình gia công theo quan điểm tổng hợp giữa tự động hoá và linh hoạt hoá sản xuất Từ đó dẫn đến vấn đề nghiên cứu, xây dựng và ứng dụng những hệ thống gia công tích hợp điều khiển bằng máy tính CIM (Computer Integrated Manufacturing) với chất lượng và năng suất gia công cao.Máy công cụ, trung tâm gia công điều khiển bằng chương trình số và kỹ thuật

vi xử lý CNC được sử dụng trong sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ đã tạo điều kiện linh hoạt hoá và tự động hoá dây chuyền gia công Đồng thời làm thay đổi phương pháp và nội dung chuẩn bị cho sản xuất

Trong những năm gần đây NC và CNC đã được nhập vào Việt Nam và hiện nay đang hoạt động trong một số nhà máy, viện nghiên cứu và các công ty liên doanh

Để tổng kết lại những kiến thức đã học cũng như để làm quen với công việc thiết kế của người cán bộ kỹ thuật trong ngành cơ khí sau này Em đã được giao nhận đề tài "Tìm hiểu máy phay điều khiển chương trình số PC MILL

SVTH : Lê Hữu Quốc Trang 3 GVHD: Bùi Trương Vĩ

Trang 2

155" Vì lần đầu làm quen với công việc thiết kế tổng thể, mặc dù được sự tận tình hướng dẫn của thầy giáo Bùi Trương Vỹ nhưng cũng còn nhiều bỡ ngỡ Hơn nữa, tài liệu phục vụ cho công việc thiết kế còn ít, thời gian thực hiện đề tài không nhiều, khả năng còn hạn chế nên chắc trong quá trình thiết kế sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Nên rất mong được sự giúp đỡ và chỉ bảo của các thầy cô.

Sau một khoảng thời gian làm đề tài tốt nghiệp, được sự tận tình hướng dẫn của thầy Bùi Trương Vỹ và các thầy cô giáo trong khoa đã giúp em hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp này Em xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Em xin gởi đến thầy và các thầy cô giáo trong khoa lòng biết ơn sâu sắc

Đà Nẵng, ngày 31 tháng 5 năm 2002 SVTH

Lê Hữu Quốc

Trang 3

MỤC LỤC

Trang

Lời Nói Đầu 3

Chương 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ ĐỊNH NGHĨA 9

1.1 Các khái niệm cơ bản 9

1.1.1 Điều khiển 9

1.1.2 Điều khiển số NC 9

1.1.3 Thông tin hình học 9

1.1.4 Thông tin công nghệ 10

1.1.5 Máy công cụ điều khiển chương trình số 10

1.1.6 Ưu điểm cơ bản của máy CNC 10

1.2 Quá trình phát triển, trình độ hiện đại của ngành máy công cụ và công nghệ điều khiển theo chương trình số 10

1.2.1 Quá trình phát triển 11

1.2.2 Trình độ hiện đại 12

Chương 2 GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY CNC 13

2.1 Tổng quan về máy công cụ điều khiển theo chương trình số 13

2.2 Những đặc trưng cơ bản của máy công cụ điều khiển theo chương trình số 13

2.3 Ưu điểm gia công CNC 14

Trang 4

2.4 Độ chính xác gia công CNC 15

2.5 Độ an toàn gia công CNC 16

Chương 3 MÁY PHAY PC MILL 155 18

3.1 Các khái niệm chuẩn 18

3.2 Hệ toạ độ và các điểm chuẩn 19

3.2.1 Hệ toạ độ máy 19

3.2.2 Điểm không của máy 20

3.2.3 Điểm chuẩn của máy 20

3.2.4 Điểm chuẩn giá dao T 21

3.2.5 Điểm gá dao N 22

3.3 Các thông số kỹ thuật của máy 22

3.4 Các bộ phận truyền động chính của máy 23

3.4.1 Truyền động trục chính 23

3.4.2 Truyền động bàn máy 23

3.5 Các dạng điều khiển và khả năng công nghệ 23

3.5.1 Các dạng điều khiển 23

3.5.2 Điều khiển theo điểm 23

3.5.3 Điều khiển theo quỹ đạo liên tục 24

3.5.4 Khả năng công nghệ của máy 24

Chương 4 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY 26

4.1 Tính chọn công suất động cơ 26

4.2 Thiết kế truyền động trục chính 27

4.2.1 Đặc điểm của hộp tốc độ 27

4.2.2 Mắc nối tiếp bộ truyền vô cấp với nhóm truyền phân cấp 29

Trang 5

4.2.2 Thiết kế truyền động trục chính 30

4.3 Thiết kế truyền động chạy dao 35

4.3.1 Vài nét về truyền động bước 35

4.3.2 Thiết kế đường truyền động chạy dao 36

4.3.2.1 Phương án 1 36

4.3.2.2 Phương án 2 37

4.4 Tính chọn công suất động cơ 39

Chương 5 TÍNH TOÁN SỨC BỀN ĐƯỜNG TRUYỀN CHẠY DAO 41

5.1 Truyền động chạy dao trong máy công cụ CNC 41

5.2 Thiết kế vít me đai ốc bi 42

5.2.1 Kết cấu của vít me đai ốc bi 42

5.2.2 Thiết kế vít me đai ốc bi 42

Chương 6 CƠ CẤU CẤP VÀ THAY THẾ DỤNG CỤ 47

6.1 Các loại dụng cụ của máy 47

6.2 Bộ gá dụng cụ của máy 48

6.3 Cơ cấu cấp và thay thế dụng cụ 49

6.4 Cơ cấu gá và kẹp phôi 49

Chương 7 SỬ DỤNG BẢO QUẢN VẬN HÀNH MÁY 51

7.1 Sử dụng và các chế độ truy nhập dữ liệu 51

7.1.1 Sử dụng 51

7.1.2 Các chế độ vận hành 52

7.1.3 Các chế độ truy nhập dữ liệu 53

7.2 Bảo quản máy 54

7.2.1 Đặt máy 54

Trang 6

7.2.2 Sửa chữa máy 56

7.2.3 Nội dung của hệ thống sửa chữa 58

7.2.3.1 Kiểm tra định kỳ theo kế hoạch 58

7.2.3.2 Sửa chữa định kỳ theo kế hoạch 60

7.4 Bôi trơn máy 64

Chương 8 LẬP TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC 66

8.1 Các định nghĩa 66

8.2 Nôi dung các chương trình CNC 66

8.3 Các thủ tục lập trình 67

8.3.1 Lập trình bằng tay 67

8.3.2 Lập trình có sự trợ giúp của máy tính 71

8.3.3 Sự kết hợp với hệ thống thiết kế có sự trợ giúp của máy tính (CAD) 73

8.3.4 Chương trình xử lý và hậu xử lý 73

8.4 Các ưu điểm của việc lập trình bằng máy 75

8.5 Ghi kích thước trên bản vẽ 76

8.5.1 Ghi kích thước tuyệt đối 76

8.5.2 Ghi kích thước theo gia số 77

8.6 Cấu trúc của chương trình CNC 77

8.7 Các chức năng dịch chuyển 78

8.7.1 Các chức năng dịch chuyển 78

8.7.2 Các chu trình 81

8.8 Lập trình gia công chi tiết điển hình bằng tay 81

Kết luận 84

Trang 7

Tài liệu tham khảo 85

Chương 1

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ ĐỊNH NGHĨA

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1.1 Điều khiển

Là quá trình xảy ra trong hệ thống giới hạn, trong đó một hay nhiều đại lượng đầu vào các đại lượng khác đầu ra, chúng tác động và ảnh hưởng đến hệ thống theo những quy luật riêng

1.1.2 Điều khiển số NC(Numerical Control)

Là hệ điều khiển đặc trưng bởi các đại lượng đầu vào là những tín hiệu số nhị phân, chúng được đưa vào hệ thống điều khiển dưới dạng một chương trình có hệ thống Trong hệ điều khiển, số ứng dụng cho điều khiển máy công cụ, các đại lượng đầu vào là những thông tin, dữ liệu hay số liệu nạp vào

1.1.3 Thông tin hình học (Geometrical Information)

Là hệ thông tin điều khiển các chuyển động tương đối giữa dao cụ và chi tiết, liên quan trực tiếp đến quá trình tạo hình bề mặt, còn gọi là hệ thông tin về đường dịch chuyển (hình thành đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học được tạo ra)

1.1.4 Thông tin công nghệ (Technological Information)

Trang 8

Là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: Chuẩn hoá các gốc toạ độ, chọn chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chọn vị trí xuất phát của dao, đóng hay ngắt mạch cung cấp dung dịch trơn nguội, mạch đo lường và kiểm tra

1.1.5 Máy công cụ điều khiển theo chương trình số (M - CNC)

Là thế hệ máy công cụ điều khiển theo chương trình được viết bằng mã kí tự số, chữ cái và các chữ kí tự chuyển nhượng khác Trong đó hệ điều khiển có cài đặt bộ vi xử lý MP(Micro Processcor) làm việc với chu kỳ thời gian từ 1÷20 µs và có bộ nhớ tối thiểu là 4 KB Đảm nhiệm các chức năng cơ bản của chương trình điều khiển số như: Tính toán toạ độ trên các trục điều khiển trên thời gian thực, giám sát các trạng thái của máy, tính toán các giá trị chỉnh lý dao cụ, tính toán nội suy trong điều khiển biên dạng (Tuyến tính và phi tuyến tính), thực hiện so sánh các giá trị

1.1.6 Ưu điểm cơ bản của máy CNC

+ So với các máy công cụ điều khiển tay, kết quả làm việc của máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề thuần thục của người điều khiển Người điều khiển máy CNC chủ yếu đóng vai trò theo dõi, kiểm tra các chức năng hoạt động của máy.+ So với các máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (Dùng cam, cữ chặn, trục gài bi, công tắc hành trình), máy CNC có tính linh hoạt cao trong công việc lập trình, đặc biệt khi có trợ giúp của máy vi tính, tiết kiệm được thời gian chỉnh máy, đạt được tính kinh tế cao ngay cả với những sản phẩm loạt nhỏ

+ Ưu điểm chỉ có trong máy CNC đó là phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin, "điện tử - số hoá" Cho phép nối ghép với hệ thống xử lý trong phạm vi quản lý toàn xí nghiệp, tạo điều kiện mở rộng tự động hoá toàn bộ quá trình sản xuất,

Trang 9

ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên thông cục bộ hay mạng liên thông toàn cầu.

1.2 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN, TRÌNH ĐỘ HIỆN ĐẠI CỦA NGÀNH MÁY CÔNG CỤ VÀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ

1.2.1 Quá trình phát triển

Cuối những năm 40 của thế kỷ 21, học viện công nghệ MIT (Massachusetts Institute of Technology) của Hoa Kỳ thực hiện dự án nghiên cứu kỹ thuật điều khiển số

Năm 1953 công bố sáng chế máy phay điều khiển số đầu tiên

Năm 1959 triển lãm máy công cụ tại Paris, trình bày những máy NC đầu tiên của châu Âu

Năm 1960, hệ điều khiển số được chế tạo tương ứng với trình độ kỹ thuật của công nghệ bóng đèn điện tử và Rơle (Cơ, điện, thuỷ lực) Tuy kích thước còn lớn và còn đắt không thể dùng được trong những xưởng máy thông thường mà ở thời kỳ này chủ yếu được ứng dụng trong công nghiệp hàng không

Những năm về sau, bóng đèn điện tử được thay thế bởi các phần tử bán dẫn điện tử rời rạc, diode (Đèn hai cực) và Transistor (đèn 3 cực) Nhưng đa số các linh kiện lẻ vẫn do đó đòi hỏi không gian chiếm chỗ lớn, cần rất nhiều mối hàn và các ổ cắm để ghép nối, Nên tốn kém khi chế tạo Hạn chế độ tin cậy trong vận hành điều khiển Thông tin điều khiển ghi trên băng đục lỗ có dung lượng thấp, phải đọc thông tin theo từng bước khi gia công nhiều chi tiết giống nhau vẫn phải đọc băng đục lỗ cho từng lần gia công

Trang 10

Trong những năm 70, ngành điều khiển số nhanh chóng ứng dụng các thành tựu kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp Những hệ NC sử dụng các bản mạch logic nối cứng được thay thế bởi các hệ điều khiển có bộ nhớ với dung lượng lớn Do nối ghép với các vi tính vào hệ điều khiển số mà những phần cứng có dung lượng trước đây được thay thế bởi những phần mềm linh hoạt hơn Dung lượng nhớ ngày càng được mở rộng, tạo điều kiện lưu trữ trong hệ điều khiển số trước hết là những chương chương trình đơn lẻ, sau đó là cả một thư viện chương trình Lại có thể sửa đổi chương trình đã lập trình một cách dễ dàng thông qua cấp lệnh bằng tay, thao tác trực tiếp trên máy.

1.2.2.Trình độ hiện đại

+ Các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện và đạt tốc độ xử lí cao Do tiếp tục ứng dụng những thành tựu phát triển của các bộ vi xử lí

MP các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lí đa chức năng, dùng cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau

+ Vật mang tin từ băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ, tiến tới đĩa compact(CD) có dung lượng nhớ ngày càng được mở rộng, độ tin cậy cao

+Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành CNC đã tạo điều kiện ứng dụng máy công cụ CNC ngay cả trong xí nghiệp nhỏ, không có phòng lập trình riêng, nghĩa là người điều khiển máy lập trình trực tiếp trên máy Dữ liệu nạp vào, nội dung lưu trữ, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người điều khiển được hiển thị trên màn hình

+ Màn hình ban đầu chỉ là đen trắng với các kí tự chữ cái và con số nay đã dùng màn hình đồ hoạ, độ phân giải cao (có thêm toán đồ và hình vẽ mô phỏng) Biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao cụ đều được hiển thị

Trang 11

+ Các CNC riêng lẻ có thể có ghép 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.

Chương 2

GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY CNC

2.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ (NC - CNC)

Điều khiển số NC trong 30 năm qua đã tác động tới ngành chế tạo máy, tạo ra những máy mới và công cụ tự động hoá cơ khí Ngày nay máy điều khiển số CNC là thành phần cơ bản của thiết bị gia công linh hoạt Để có thể đáp ứng yêu cầu cao, từng kiểu máy phải có khả năng đảm nhận những chức năng điều khiển nhất định.Trong thời kỳ đầu chưa có máy điều khiển số phù hợp, người ta chưa nhận biết được những yêu cầu phụ phát sinh khi lắp đặt hệ thống điều khiển số (CNC) vào máy thường và phải thay đổi gì về kết cấu của máy Do vậy, người ta bắt đầu từ các máy phay và tiện Những máy này đã được chế tạo phù hợp phương thức điều khiển theo chương trình hoặc được trang bị cơ cấu chép hình và trên cơ sở đó trang bị chung cho các hệ thống đo và hệ khởi động dùng cho chế độ điều khiển số

2.2 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ

+ Tính tự động hoá cao

+ Tốc độ dịch chuyển, tốc độ quay lớn

Trang 12

+ Độ chính xác cao.

+ Năng suất gia công cao (gấp 3 lần máy thường)

+ Tính linh hoạt cao (thích nghi nhanh với đối tượng gia công thay đổi)

+ Tập trung nguyên công cao (gia công nhiều bề mặt chi tiết trong một lần gá phôi)

+ Chuẩn bị công nghệ để gia công chi tiết có khác với máy thường là phải lập trình để điều khiển máy theo ngôn ngữ mà hãng chế tạo máy cài đặt cho hệ điều khiển CNC

+ Máy công cụ CNC có giá trị kinh tế rất lớn nhưng đắt tiền

+ Mỗi máy công cụ có đặc điểm là nó được chế tạo từ một tổ hợp nhiều trục thẳng và quay

+ Để có thể điều khiển các trục này bằng số phải có 2 tiên đề sau:

- Mỗi trục của máy phải có một hệ thống đo dịch chuyển điện tử

- Mỗi trục của máy phải có một bộ phát động điều chỉnh và điều khiển được.2.3 ƯU ĐIỂM GIA CÔNG CNC

Đối với sản xuất loạt vừa, máy CNC trong nhiều trường hợp là công cụ gia công có những nét ưu việt hơn so máy thường ở những điểm sau:

+ Gia công được các chi tiết phức tạp hơn

+ Quy hoạch thời gian sản xuất tốt hơn, thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao làm giảm thời gian phụ

+ Tính linh hoạt cao hơn

+ Độ chính xác gia công ổn định đều

+ Chi phí kiểm tra giảm

+ Hoạt động liên tục nhiều ca sản xuất nên hiệu suất cao hơn

Trang 13

+ Có khả năng tích hợp trong hệ thống sản xuất linh hoạt.

Những nét ưu việt trên đây của máy công cụ CNC không phụ thuộc vào kiểu máy

2.4 ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG CNC

Trong nhiều trường hợp, độ chính xác tuyệt đối và độ chính xác lặp lại cao có thể đạt được rất quan trọng để triển khai sử dụng máy CNC Độ chính xác này làm giảm nhiều chi phí cần thiết cho việc kiểm tra Những sai lệch được xác định có thể hiệu chỉnh đơn giản

Độ chính xác gia công của máy CNC được đánh giá theo nhiều luận điểm khác nhau Do vậy trong thực tế có các quy định Quốc gia để vận dụng, do tiền đề ở đây là độ chính xác hình học, tức là từng trục của máy CNC phải có vị trí chính xác so với nhau Thân máy phải có độ cứng vững cao Là điều kiện đảm bảo khi các trục làm việc, độ chính xác được giữ vững Độ chính xác của thân máy CNC cũng được đánh giá theo dung sai dịch chuyển (dựa trên sai lệch vị trí do sai số hệ thống và bề rộng phân bố của vị trí đo sai số ngẫu nhiên)

Đối với kiểu máy CNC còn có những quy định đánh giá theo các chi tiết kiểm tra đơn giản Với những chi tiết kiểm tra này, máy công cụ cần được khảo sát về những sai số điển hình

Tính chất động học của hệ điều khiển số cũng dẫn đến những sai số kích thước Tại những máy có gia tốc cao lớn hơn 10 m/s2 sẽ xuất hiện biến dạng động học

Cuối cùng, hệ thống đo được sử dụng và lắp đặt các bộ phận hoạt động và các nguồn sai số thiết kế của máy (nhiệt độ, dẫn hướng) cũng có vai trò quan trọng đối với độ chính xác đạt được

Trang 14

Để có thể đạt được độ chính xác cao theo yêu cầu thì đòi hỏi máy phải có độ cứng vững cao, phải giảm chấn động Vì vậy phải có ổ đỡ và trục vít me không có khe hở Các động cơ, các bộ truyền và các bộ phận chuyển động khác phải có độ cân bằng tuyệt đối Các sống trượt có độ cứng vững cao và giảm ma sát tối đa có thể được để tránh hiệu ứng quay trượt khi máy hoạt động Ngày nay kết cấu thông dụng là các trục vít me có ren hình thang được thay thế bằng kết cấu trục vít me - đai ốc bi (có chuỗi viên bi cầu chạy tuần hoàn trên bước ren) nên giảm ma sát và có thể coi như không có khe hở Kết cấu vít me - đai ốc bi này có hiệu suất đạt tới 98% Nhờ có

ít nhiệt, có độ chính về bước ren cao và có khả năng truyền lực dịch chuyển lớn hơn

so với kết cấu thông thường có cùng kích thước

Muốn đạt độ cứng vững chịu xoắn theo yêu cầu, khi trục vít me càng dài thì đường ảnh hưởng của nó càng lớn, mômen quán tính khối lượng lớn Vì vậy, trong trường hợp này thường không truyền động tới trục vít me mà là truyền động vào đai ốc, còn trục vít me bị ngàm chặt

2.5 ĐỘ AN TOÀN CỦA GIA CÔNG CNC

Một hệ thống phức tạp như máy CNC đòi hỏi phải có độ an toàn cao, trước hết là đối với người vận hành máy Sau đó là tránh hư hỏng máy, dụng cụ và chi tiết gia công

Nhiệm vụ này phải do hệ CNC và PLC đảm nhiệm Như vậy người ta tìm cách:

+ Phát hiện kịp thời các lỗi nguy hiểm của người vận hành và tránh tác động của chúng

+ Phát hiện sớm lỗi chương trình gia công ở thời điểm trước một vài câu lệnh và dừng máy ở vị trí thích hợp

Trang 15

+ Giám sát sự cố của hệ thống bằng các phép đo thích hợp, dừng máy kịp thời và chỉ rõ nguyên nhân gây sai số.

+ Nhớ và chỉ rõ các nguyên nhân của 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

+ Quan trọng hơn nữa là độ an toàn phòng chống lại sự phát sinh của sai số Điều đó đạt được bằng nhiều biện pháp tạo ra khả năng nhạy cảm cao của hệ điều khiển đối với trường hợp đứt mạch trong thời gian ngắn, sự thay đổi nhiệt độ Tất nhiên, rất khó phát hiện các sự cố trước khi chúng xảy ra nhưng cũng sẽ là đủ nếu ít nhất là khả năng xảy ra sai số quan trọng nhất và nguy hiểm nhất được giám sát

Trang 16

Chương 3

MÁY PHAY PC MILL 155

3.1 CÁC KHÁI NIỆM CHUẨN

Các khái niệm về trục toạ độ, chiều chuyển động của máy công cụ điều khiển số được quy định trong phạm vi Quốc Tế Dựa trên cơ sở quy tắc 3 ngón tay của bàn tay phải mà định nghĩa theo chiều chuyển động của 3 chuyển động cơ bản của máy là x,y,z như sau:

+ Ngón tay cái là trục x

+ Ngón tay trỏ là trục y

+ Ngón tay giữa là trục z

Còn các đầu của ngón tay chỉ là chiều dương của trục Để định nghĩa các trục của máy CNC theo quy tắc bàn tay phải, người ta quy định như sau:

Đút ngón tay giữa vào lỗ lắp dụng cụ của trục máy, đó chính là trục z Và ngón tay trỏ chỉ rõ chiều dương là chiều từ phôi đi ngược về phía trục máy Sau đó xoay

y

x+ A

+ BO

C +

z

Trang 17

bàn tay phải sao cho ngón tay cái chỉ theo chiều chuyển động của trục dài nhất, Đó chính là trục x Trục x của máy thường nằm ngang, từ đó mà trục y được tự động xác định.

Ngoài các trục trên còn có các trục quay, bàn quay, ụ quay các trục này được ký hiệu bằng các chữ A, B, C Có thứ tự tương ứng với các trục tịnh tiến x, y, z.Chiều quay của các trục là chiều dương nếu nhìn từ gốc hệ trục toạ độ về chiều dương của các trục x,y,z mà có chiều quay phải Quy tắc này gọi là quy tắc mở nút chai

Ngoài ra còn có các trục khác song song với các trục x,y,z các trục này được ký hiệu là u//x, v//y, w//z Còn các trục P,Q,R là các trục không bắt buộc song song với 3 trục chính x,y,z Trục R chủ yếu dùng ở các chu trình khoan ở dạng địa chỉ ứng với mặt phẳng gốc của phôi gia công Nghĩa là khi trục z chuyển từ chế độ chạy nhanh không cắt sang chế độ tiến dao để cắt

3.2.HỆ TOẠ ĐỘ CỦA MÁY PC MILL 155 VÀ CÁC ĐIỂM CHUẨN

3.2.1.Hệ toạ độ máy

Dụng cụ cắt của máy công cụ điều khiển theo chương trình số thực hiện dịch chuyển tuỳ theo dạng của máy Gồm dịch chuyển dọc, dịch chuyển ngang

Các điểm trong phạm vi không gian làm việc của máy phải được xác định và định nghĩa chính xác do đó cần phải có hệ toạ độ của máy

Khi lập trình gia công phải thừa nhận phôi đứng yên còn dụng cụ cắt di chuyển trong hệ toạ độ của máy

Đối với máy phay PC MILL_155 thì gốc toạ độ được đặt tại điểm không của máy(Machine zero point) Và có thể di chuyển đến điểm không của phôi(Workpiece zero point) Hệ toạ độ này có chiều quay dương là chiều quay của kim đồng hồ

Trang 18

Trục x được tạo nên bởi đường thẳng giới hạn mặt trước của bàn máy và nằm trên mặt phẳng bàn máy.

Trục y được tạo nên bởi đường thẳng giới hạn mặt bên trái của bàn máy và nằm trên mặt phẳng bàn máy

Trục z có phương thẳng góc với bàn máy

000.0

+Y

Y

Bàn máy-X

-Y

Trang 19

Trong các máy có hệ thống đo dịch chuyển, các giá trị thực đo được khi bị mất nguồn điện do sự cố sẽ mất theo Trong những trường hợp này, để đưa hệ thống đo trở lại trạng thái đã có trước đó thì điểm 0 của máy phải chạy bằng tất cả các trục

của máy Trong nhiều trường hợp không thực hiện được điều này vì vướng vào các chi tiết đã kẹp chặt trên máy hoặc đồ gá Do vậy cần xác lập một điểm chuẩn thứ hai

Hình 3-2 các điểm chuẩn của máy

Trang 20

trên các trục, đó là điểm chuẩn của máy R Điểm này có một khoảng cách xác định

so với điểm 0 (M) và điểm N (T)

3.2.4 Điểm chuẩn của giá dao T

Vị trí của giá dao (đầu dao Rơvônve) được xác định nhờ điểm này Nó được dùng như là một điểm xuất phát của tất cả các kích thước trên đầu Rơvônve

3.2.5 Điểm gá dao N

Khi dụng cụ được lắp vào giá dao, điểm gá dao N và điểm điều chỉnh dao E sẽ trùng nhau Nó được quy định trước bởi nhà chế tạo

3.3 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY

Không gian làm việc của máy

Giới hạn không gian làm làm việc theo phương X [mm] 300

Giới hạn không gian làm làm việc theo phương Y [mm] 200

Giới hạn không gian làm làm việc theo phương Z [mm] 300

Khoảng cách từ đầu trục chính đến bàn máy [mm] 285

Bàn máy

Tốc độ chạy dao (vs) điều chỉnh vô cấp [m/ph] 0÷4

Dẫn động bằng động cơ bước (theo 2 phương X, Y)

Trục chính của máy

Tốc độ vòng quay (thay đổi vô cấp tốc độ) [v/ph] 150 ÷5000

Truyền dẫn bằng động cơ xoay chiều 3 pha

3.4 CÁC BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH CỦA MÁY

Trang 21

3.4.1 Truyền động trục chính.

Trục chính được dẫn động bằng động cơ điện xoay chiều 3 pha Điều chỉnh tốc độ bằng nguồn một chiều

Động cơ này được mắc nối tiếp với hộp tốc độ phân cấp và cho được tốc độ đầu ra từ 150÷5000 v/ph Tốc độ này có thể điều chỉnh vô cấp

3.4.2 Truyền động của bàn máy

Bàn máy có thể chuyển động được theo 2 phương X và Y và được dẫn động bằng động cơ bước một chiều qua bộ truyền động vít me - đai ốc bi mà không cần thông qua hộp chạy dao như ở máy công cụ bình thường Tốc độ di chuyển có thể thay đổi vô cấp trong phạm vi 0÷4 m/ph Tốc độ di chuyển khi chạy dao nhanh đạt được 7,5 m/ph

3.5 DẠNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ

3.5.1 Dạng điều khiển

Hệ thống truyền động của máy CNC nhằm cung cấp các chuyển động tạo hình Các dạng máy công cụ khác nhau, các bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏi những chuyển động tương đối rất khác nhau giữa dao cụ và chi tiết gia công Các điều khiển số theo đó được phân ra thành:

+ Điều khiển theo điểm

+ Điều khiển theo quỹ đạo liên tục

3.5.2 Điều khiển theo điểm

Điều khiển theo điểm được ứng dụng khi gia công theo toạ độ xác định đơn giản Dụng cụ cắt sẽ thực hiện chạy dao nhanh đến các điểm đã được lập trình Trong hành trình này, dao không cắt vào chi tiết Chỉ khi đạt tới các điểm đích, quá trình gia công mới được thực hiện theo lượng chạy dao đã lập trình

Trang 22

Tuỳ theo dạng điều khiển, các trục có thể có chuyển động kế tiếp nhau hoặc tất cả các trục có chuyển động đồng thời song không có mối quan hệ hàm số giữa các trục Khi các trục có chuyển động đồng thời, hướng của chuyển động tạo thành góc 450 Khi một trong hai toạ độ đã đạt được thì trục thứ hai sẽ được "kéo theo" đến điểm đích Máy phay PC MILL có khả năng điều khiển theo dạng này

3.5.3 Điều khiển theo quỹ đạo liên tục

Điều khiển này cho phép tạo ra các đường chạy song song với các trục của máy Trong khi chạy, dao cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt gia công Trong các điều khiển đường mở rộng, hai trục của máy chuyển động với tốc độ như nhau đồng thời

ta có thể gia công bề mặt côn có góc 450

Điều khiển theo đường viền ta có thể tạo ra các đường viền hoặc đường thẳng tuỳ ý trong mộ mặt phẳng hoặc không gian Điều này đạt được nhờ chuyển động đồng thời của các bàn trượt máy theo hai hoặc nhiều trục và giữa các trục này có mối quan hệ hàm số Tuỳ theo số lượng các trục đồng thời được điều khiển mà điều khiển đường viền được chia thành: Điều khiển 2D, điều khiển 2 12D, điều khiển 3D và điều khiển có nhiều hơn 3 trục điều khiển đồng thời Tuy nhiên với máy phay này chỉ cho phép được điều khiển theo 2D, 3D

3.5.4 Khả năng công nghệ của máy

Ngoài chức năng là một máy phay, máy còn có thể làm được các việc sau:+ Khoan

+ Khoét

+ Cắt ren

Trang 23

Chương 4

THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY

Trong bất cứ ngành sản xuất cơ khí nào, máy móc luôn quyết định trình độ công nghệ, chất lượng sản phẩm và năng suất lao động Nhưng chất lượng của máy móc sản xuất ra trước tiên phụ thuộc vào máy cắt kim loại, các thiết bị tạo ra nó Do

Trang 24

đó, xác định đúng đắn phương hướng phát triển máy cắt kim loại có ảnh hưởng đến nền kinh tế nói chung và ngành chế tạo máy nói riêng.

Phương hướng chung để phát triển máy cắt kim loại là không ngừng nâng cao các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của nó như: Độ chính xác, trình độ tự động, giá thành

4.1 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ

Đối máy cắt kim loại thì động cơ làm việc với chế độ dài hạn với phụ tải thay đổi Nhiệt độ của động cơ tăng giảm theo sự biến thiên của phụ tải Trong trường hợp này ta chọn công suất động cơ sao cho trong thời gian làm việc, động cơ lúc làm việc ở chế độ quá tải cũng như khi làm việc ở chế độ non tải một cách thích hợp, để nhiệt độ động cơ đạt tới một trị số ổn định Muốn vậy, ta coi như động cơ làm việc với phụ tải đẳng trị không đổi Mà mất mát năng lượng do nhiệt độï gây nên trong động cơ bằng mất mát năng lượng do phụ tải thay đổi gây nên trong cùng một thời gian Nếu ta xây dựng được biểu đồ biến thiên phụ tải thi ta có thể xác định công suất động cơ như sau:

Mđt=

4 3 2 1

4 4 3 3 2 2 1

t t t t

t M t M t M t M

+++

++

t

M

Công suất động cơ được tính theo công thức:

N =

9550

dc

dt n M

Trang 25

N = 4,95509.2000 = 1,1 [kw]

Ta chọn động cơ có số vòng quay là 2000[v/p] và có công suất là 1,5 [kw]

4.2 THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CHÍNH

4.2.1 Đặc điểm của hộp tốc độ

Các hệ thống truyền động điều chỉnh ngoài nhiệm vụ truyền động công suất cắt gọt cũng như là công suất chạy dao cần thiết khi gia công Hộp tốc độ là một bộ phận quan trọng của máy cắt kim loại dùng để thực hiện các nhiệm vụ:

+ Truyền động công suất từ động cơ điện đến trục chính

+ Đảm bảo phạm vi điều chỉnh cần thiết cho trục chính hoặc trục cuối cùng của tốc độ với số cấp vận tốc yêu cầu

+ Đường truyền động ngắn nhất nhưng vẫn phải đảm bảo phạm vi điều chỉnh.+ Đường truyền có độ cứng vững cao

+ Đáp ứng nhanh và ổn định

4.2.2.Mắc nối tiếp bộ truyền vô cấp với nhóm truyền phân cấp

Để cung cấp một phạm vi điều chỉnh cho hệ thống truyền động CNC, người ta thường mắc nối tiếp bộ truyền vô cấp (động cơ) và nhóm truyền phân cấp

Nếu ta mắc nối tiếp cơ cấu vô cấp có phạm vi điều chỉnh:

thì hộp tốc độ được mở rộng phạm vi điều chỉnh có đồ thị số vòng quay như sau:

(4-3)

n, max

n, min

i1

C B

Trang 26

Hình 4.1: Đồ thị vòng quay của hộp tốc độ vô cấp được mở rộng với nhóm truyền động phân cấp

Cơ cấu vô cấp có số vòng quay từ n'min ÷ n'max được mở rộng thành n1 ÷ nz với chuỗi số vòng quay liên tiếp như sau:

n1 = n'min.i1.,n'max i1,

n2 = n'min.i2.,n'max i2,

n'min: Số vòng quay nhỏ nhất của cơ cấu vô cấp khi không tải

n'max: Số vòng quay lớn nhất của cơ cấu vô cấp khi không tải

Ta thấy rằng chuỗi số vòng quay vô cấp liên tục trên chỉ có thể thực hiện một cách lý tưởng, vì giữa các chi tiết ma sát có hiện tượng trượt (nếu truyền động vô cấp bằng điện thì vận tốc động cơ giảm khi có tải trọng) Cho nên, muốn cho dãy số Vòng quay từ n1÷ nz luôn luôn được liên tục trong quá trình gia công, thì những số vòng quay tiếp giáp giữa các nhóm phải trùng lên nhau, tức là:

Trang 27

cơ cấu vô cấp bằng cơ khí thường có phạm vi điều chỉnh RB ≥ 1, thậm chí lớn hơn công bội lớn nhất dùng trong máy công cụ Vì thế cơ cấu hộp tốc độ sẽ trở nên phức tạp, kích thước hộp sẽ quá lớn Để công bội k.RB được nhỏ, ta cần phải lấy trị số k nhỏ Để xác định trị số k, sau đó trị số k.RB ta dùng các trị số ở đẳng thức (4-4) và (4-7):

z

R n

R

= 1

1

= 1 1

−

q B

B R

R R

(4-8)

(4-9)

(4-10)

(4-11)

Trang 28

nmin - Tốc độ nhỏ nhất của trục ra.

nmax- Tốc độ lớn nhất của trục ra

RB - Phạm vi điều chỉnh của cơ cấu vô cấp

Để xác định số tỷ số truyền q của cơ cấu phân cấp mắc nối tiếp với cơ cấu vô cấp, ta dùng công thức (4-8):

=

= R n

n z

1

q B

Trị số qmin cần lấy số chẵn và lớn hơn nó, sau đó thay vào công thức (4-9) để tính trị số chính xác của k, rồi tính công bội ϕ = kRB

4.2.3.Thiết kế truyền động trục chính

Như ta đã biết phạm vi tốc độ đầu ra của trục chính từ 150 ÷ 5000v/ph

Và động cơ có tốc độ thay đổi từ 2000 ÷ 1200 v/ph (chọn ở phần trước)

(4-12)

(4-13)

Trang 29

K= 7

5,1

33.5,1

1

= 1,04Suy ra: ϕ = k.RB = 1,04.1.5 = 1.56

Từ lưới kết cấu ta xây dựng lưới đồ thị vòng quay:

VIHình 4-3 Lưới kết cấu hộp tốc độ

I

Vlogϕ=1,58

Trang 31

f5 + g5 = 1 + 4 = 5

f6 + g6 = 11 + 7 = 18 = 2x3x3

Từ các thừa số trên ta có bội số chung nhỏ nhất:

K = 2.5.3.3 = 90

Trong nhóm truyền động này có imin = i5, và imax = i6,

Tỷ số truyền i5 có độ nghiêng lớn hơn i6 nên bánh răng có số răng nhỏ nhất nằm ở i5, tức là bánh răng chủ động Do đó ta dùng công thức sau để xác định Emin:

Emin =

x

x x

f K

g f z

)(

1

g f

f

+ = 90.44+5 = 40

z'1 = E.k

1 1

1

g f

g

+ = 90.45+5 = 50

z2 = E.k

2 2

2

g f

f

+ = 90.45+5 = 50

z'2 = E.k

2 2

2

g f

g

+ = 90.4+45 = 40

z3 = E.k

3 3

3

g f

f

+ = 90

21

1

+ = 30

z'3 = E.k

3 3

3

g f

g

+ = 90

21

2

+ = 60

z4 = E.k

4 4

4

g f

f

+ = 90.5+54 = 50

z'4 = E.k

4 4

4

g f

g

+ = 90.5+44 = 40

Trang 32

z5 = E.k.

5 5

5

g f

f

+ = 90.1+14 = 18

z'5 = E.k

5 5

5

g f

g

+ = 90.1+44 = 72

z6 = E.k

6 6

6

g f

f

+ = 90.1111+7 = 55

z'6 = E.k

6 6

6

g f

4.3.THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN ĐỘNG CHẠY DAO

4.3.1 Vài nét về truyền động bước

Động cơ bước làm việc theo nguyên tắc khi có một xung điện vào sẽ làm động

cơ quay một góc xác định Số lượng xung tỷ lệ thuận với độ dịch chuyển, và thường được chọn sao cho sao cho một góc bước động cơ ứng với một đoạn dịch chuyển nhỏ nhất bằng 1 đơn vị lập trình = 0,01 mm Như vậy giá trị dịch chuyển cho trước

Trang 33

được đưa vào dạng số lượng xung và động cơ sẽ thực hiện số vòng quay tương ứng Không dùng đến hệ thống đo chuyển vị, không có hệ so sánh nên làm đơn giản các trang bị điều khiển điện kèm theo Tuy nhiên động cơ bước chỉ truyền được công suất nhỏ, thường phải kèm theo các bộ khuếch đại lực.

Chiều quay của động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy trong các cuộn dây phần ứng, mà phụ thuộc vào thứ tự cuộn dây phần ứng được cấp xung điều khiển

Các thông số kỹ thuật của động cơ:

+ Góc bước của động cơ: δđc

+ Số vòng quay của động cơ: nđc= 360δđc

.fĐể đảm bảo độ chính xác dịch chuyển [∆S] thì

là điều kiện động học

Mặt khác để đảm bảo tốc độ chạy dao thì:

Trang 34

+ Các số liệu đã có:

- Góc bước của động cơ

5,1

0015,0

Trang 35

Mặt khác theo công thức (4-17), để đảm bảo tốc độ chạy dao thì

s

k i

v

δ

+Các số liệu đã có:

- góc bước của động cơ

54 54

18 Hình 4-5 Sơ đồ động đường truyền chạy dao

Trang 36

Vậy thoả mãn điều kiện động học

Mặt khác theo công thức (4-17), để đảm bảo tốc độ chạy dao thì

s

ki

v

δ

max ≥ 0125,144.360.3,75 ≥ 83 [kHz]

Tính số vòng quay của động cơ:

Trang 37

Do động cơ bước có công suất rất nhỏ do đó không thể dùng bộ truyền trục vít bánh vít Nên phương án này không chấp nhận được.

4.4 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ

Công suất động cơ chạy dao được xác định theo công thức sau:

Nđc = 612.10.4.9,81.η

s

V Q

ηvm : Hiệu suất của bộ truyền vít me_đai ốc bi

Trang 38

=6122500.104.0.4000,82.9,81 = 0,2 [Kw].

Chọn động cơ có công suất là 0,3[Kw]

Chương 5

TÍNH TOÁN SỨC BỀN ĐƯỜNG TRUYỀN CHẠY DAO

5.1.TRUYỀN ĐỘNG CHẠY DAO TRONG MÁY CÔNG CỤ CNC

- Hệ truyền động cơ khí là những bộ phận kết cấu cơ khí tạo thành xích truyền động nối từ động cơ đến điểm tác dụng của dao cụ

Trang 39

- Hệ truyền động chạy dao chuyển đổi các lệnh điều chỉnh trong bộ điều khiển thành các chuyển động tịnh tiến hay quay tròn của bàn máy mang dao hoặc chi tiết trên máy công cụ.

- Các chuyển động tịnh tiến là các chuyển động thẳng theo phương 3 trục toạ độ của không gian 3 chiều Còn các chuyển động quay tròn là các chuyển động quay quanh các trục toạ độ máy

- Hệ truyền động chạy dao của máy công cụ CNC phải thể hiện được những đặc tính sau:

+ Có tính động học rất cao

+ Có độ cứng vững cao Khi các lực cản chạy dao biến đổi cần hạn chế tới mức thấp nhất ảnh hưởng của nó tới tốc độ chạy dao, ngay cả khi chạy dao với vận tốc nhỏ nhất

+ Phải giải quyết được cả những lượng gia công dịch chuyển nhỏ nhất [≤

1µm]

+ Phương án bố trí các khâu truyền động làm sao cho ít ảnh hưởng nhất đến độ chính xác gia công Tránh sự cộng hưởng giữa các khâu truyền động với tần số biểu kiến của hệ truyền động, khe hở của trục vít me và đai ốc bi

5.2 THIẾT KẾ CƠ CẤU VÍT ME_ĐAI ỐC BI

5.2.1 Kết cấu của vít me_đai ốc bi

H

Hình 5-1 Kết cấu vít me đai ốc bi

Trang 40

5.2.2 Thiết kế cơ cấu vít me_đai ốc bi.

+ Các số liệu đã có

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	1,36 MB