Báo cáo BTL môn học Tự động hóa trong quá trình sản xuất: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP DAO TRÊN MÁY PHAY CNC DNM400

Chủ đề : Hệ thống cấp dụng cụ tự động cho máy phay CNC DNM400 Thông số kí thuật và đặc tính kĩ thuật của máy: - Hành trình trục X,Y,Z ( 762,435,510) - Kích thước bàn máy 920x435 - Bộ điều khiển FANUC0iMC - Công suất trục chính lớn nhất 20Hp - Tốc đọ trục chính tối đa cho phép 8000v/phút - Mômen xoắn tối đa cho phép trên trục 106 Nm - Độ côn trục chính BT40 - Chiều dài dao lớn nhất 300 mm - Ap lực khí dầu vào 5÷7 kgf/〖cm〗^2 - Trọng lượng dao lớn nhất 8kgf - Đường kính dao lớn nhất 125 mm - Tốc đọ chạy bàn nhanh X,Y,Z ( 36,36,30m/phút) - Tốc độ thay dao 1,3 (giây) Trọng lượng máy 5500 kg * Kích thước 1 số loai dao cắt trên máy :

LỜI MỞ ĐẦU

Để phục vụ cho việc cải tiến và nâng cao chất lượng sản phẩm cơ khí, việc

đề ra quy trình công nghệ thích hợp và có hiệu quả là vấn đề rất quan trọng Ngoài ra, để đảm bảo được yêu cầu lắp ráp, tăng thêm hiệu quả sử dụng công nghệ đạt tính công nghệ cao, sản phẩm làm ra được sử dụng rộng rãi, việc đề phương pháp sản xuất thích hợp là công việc phải được ưu tiên hàng đầu Việc thiết kế công nghệ thích hợp còn giúp người công nhân giảm được thời gian gia công, tăng năng suất, làm giảm giá thành sản phẩm, đáp ứng được nhu cầu của thị trường.

Mỗi dạng sản xuất khác nhau có những ứng dụng sản xuất khác nhau, việc thiết kế quá trình sản xuất thích hợp được chọn trong môn Tự Động Hóa Quá Trình Sản Xuất, đảm bảo yêu cầu về chất lượng, giá thành, thời gian.

Các số liệu và thông số tính toán đều được tham khảo trong tài liệu hướng dẫn và bằng kinh nghiệm Tuy vậy cũng không tránh khỏi cá sai sót trong quá trình trình bày.Chúng em rất mong được thầy và các bạn góp ý, bổ sung để chúng em được hoàn thiện tốt hơn.Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội ,ngày 8 tháng 12 năm 2012

Nhóm sinh viên

ĐỀ TÀI :

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP DAO TRÊN MÁY PHAY CNC DNM400

Ngày nay, việc sử dụng các dây chuyền, hệ thống tự động không còn làđiều mới mẻ đối với các quốc gia trên thế giới Đối với các nước có nền côngnghiệp phát triển thì các hệ thống gia công này được đầu tư thiết kế, trang bịđầy đủ và vô cùng hiện đại, có các kết cấu cơ khí rất chính xác, các robottrong dây chuyền hết sức linh hoạt Và đặc biệt, công việc điều khiển dâychuyền rất đơn giản, dễ dàng, thuận tiện cho người sử dụng và có thể dễ dàngthay đổi chương trình điều khiển hoạt động của dây chuyền để cấp dụng cụ chocác máy điều khiển số Quy trình hoạt động của hệ thống là một chu trình liêntục khép kín, từ nguyên công tháo lắp dụng cụ cho đến nguyên công bảodưỡng dụng cụ đều được tự động hóa

Với Việt Nam là một quốc gia có nền công nghiệp đang phát triển, đang

cố gắng học hỏi, tiếp cận, kế thừa các công nghệ cao của thế giới Hiện tại, ởnước ta các máy gia công chính xác như NC, CNC… đang dần dần được cáccông ty, các trung tâm gia công đưa vào để thay thế các máy gia côngtruyền thống Do điều kiện kinh tế, cơ sở vật chất, trình độ con người cònthấp nên các dây chuyền sản xuất tự động công nghệ cao, các dây chuyềngia công tích hợp CIM, chưa được sử dụng rộng rãi Vì vậy chúng còntương đối mới mẻ, xa lạ với học sinh, sinh viên cũng như các trung tâm giacông, các công ty chế tạo

Do vậy việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống cấp dụng cụ tự động trên máyđiều khiển số là cần thiết Trong phạm vi đề tài này, chúng em sẽ giới thiệu về

hệ thống cấp dụng cụ trên máy phay

Chủ đề : Hệ thống cấp dụng cụ tự động cho máy phay CNC DNM400

Thông số kí thuật và đặc tính kĩ thuật của máy:

- Hành trình trục X,Y,Z ( 762,435,510)

- Kích thước bàn máy 920x435

- Bộ điều khiển FANUC0iMC

- Công suất trục chính lớn nhất 20Hp

- Tốc đọ trục chính tối đa cho phép 8000v/phút

- Mômen xoắn tối đa cho phép trên trục 106 Nm

- Tốc đọ chạy bàn nhanh X,Y,Z ( 36,36,30m/phút)

- Tốc độ thay dao 1,3 (giây)

Trọng lượng máy 5500 kg

* Kích thước 1 số loai dao cắt trên máy :

1 Nguyên lý hoạt động

Tín hiệu vào ( lệnh mã hoa G-code nhập vào tử màn hình)

Xử lý tín hiệu (mã lệnh được xử lý sang tín hiệu để nhận biết vị trí dao )

Cặp dao cần thay từ trục chính vá dao thay ở ổ chứa dao( bằng robot)

Tay quay robot quay 180 độ dảo ngược vị trí

Các con dao trên tay robot

Tín hiệu làm trục chính cặp dao mới và dao cũ được

đưa vào ổ chứa dao ổ vị trí dao mới

Tay quay robot trỏ về vị trí ban đầuKết thú qúa trình thay dao

-

2.Các thành phần của hệ thống cấp dụng cụ trên máy phay CNC

Phân loại các cơ cấu cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động

Thông thường ,quá trình gia công các chi tiết được thực hiện tuần tự bằng nhiều dụng cụ khác nhau Do đó ,trên các thiết bị tự động hóa ,yêu cầu một bộ dụng cụtương ứng đã được lắp đặt và điều chỉnh sẵn trong các đài dao hoặc chuôi côn

trên máy Còn khi thay dụng cụ bằng phương pháp tự động ,việc điều chỉnh và lắp đặt dụng cụ với dụng cụ phụ được tiến hành bên ngoài máy nhờ các dụng cụ chuyên dung Phương pháp này được dùng phổ biến trên các máy điều khiển số (CNC ) và bao gồm các giai đoạn chính trên hình sau với các công việc chính sau đây :

Để đảm bảo yêu cầu của một hệ thống cấp dụng cụ tự động, có nghĩa

là phải đảm bảo được việc cung cấp đủ về số lượng dụng cụ cho máycông tác để hệ thống hoạt động một cách liên tục có tính đến lượng dựtrữ, cấp dụng cụ đúng thời điểm với độ chính xác về vị trí và địnhhướng trong không gian với độ tin cậy cao Hệ thống cấp dụng đầy đủcần phải có các thành phần sau đây:

 Tiếp nhận dụng cụ

 Cơ cấu chọn dụng cụ cần thiết từ ổ dụng cụ để chuẩn bị thay thế

 Dụng cụ

 Ổ tích dụng cụ

 Trang bị/đồ gá thay đổi dụng cụ

Một số yêu cầu cơ bản đối với cơ CPDCTĐ:

- Ổ trữ phải có dung lượng đủ lớn ;

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

- Thời giant hay 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 được định vị chính xác vào vị trí công tác ;

- Khoảng cách giữa các ổ dụng cụ tới các vị trí công tác là ngắn nhất ;

- Hệ thống CPDCTĐ phải được thiết kế và bố trí sao cho nó không chạm vào phôi khi thay thế dụng cụ tự động ;

- Hệ thống CPDCTĐ phải có độ tin cậy làm việc cao ;

- Tránh làm bẩn các bề mặt lắp ráp của chuôi và đài gá dụng cụ ;

- Sử dụng ,bảo dưỡng tiện lợi ,đáp ứng yêu cầu an toàn

3 Cấu tạo

 Tiếp nhận dụng cụ

Để lắp dụng cụ vào trục chính của máy công cụ

- Là phần tử quan trọng của một hệ dụng cụ

- Để lắp dụng cụ trên trục chính cảu máy phay

- Kết cấu chưa thực sự tạo được sụ thồng nhất trên phạm vi quốc tế

Yêu cầu của bộ phận tiếp nhận dụng cụ :

- Để thay đổi dụng cụ, dùng trên một trung tâm gia công, nhanh và an toàncần phải đảm bảo sao cho các dụng cụ có phần tiếp nhận dụng cụ như nhau Kếtcấu của phần tử tiếp nhận dụng cụ được tạo lập theo hướng chính sau :

A) Tương ứng với lỗ côn tiếp nhận dụng cụ ở trục chính của máy công cụ

B) Tương ứng với các rãnh khía để ngàm kẹp cặp vào dùng cho cơ cấu

thay đổi dụng cụ tự đông, kể cả vạch chuẩn để mặc định hướng dụng cụ

C) 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 dụngnhiều trung tâm gia công cần phải dùng các phần tử tiếp nhận

dụng cụ có kết cấu thống nhất

Bộ phận tiếp nhận dụng cụ :

Dưới đây là sơ đồ tổ hợp dụng cụ phụ cho máy phay CNC

Chuôi 1 và 2 dùng để kẹp chặt các dao phay mặt đầu ,mặt hoặc trụ có then mặt đầu hay then dọc trục

Chuôi 3,4 và 16 có chấu kẹp đán hồi sử dụng khi kẹp chặt các dụng cụ có chuôi trụ như mũi khoan tiêu chuawnr mũi khoét ,mũi doa ,dao phay có đường kính

3÷ 20 mm ,các dao phay chuyên dùng đường kính 20 ÷ 50mm

Các chuối 5 và 6 với các bạc trung gian không điều chỉnh được ,dung cho các dụng cụ có độ côn từ 2 ÷5 độ

Chuôi dungjc ụ một lưỡi cắt 8 dùng để khoét thô lỗ có đường kính 50÷ 150 mm với các dao khoét một lưỡi tiêu chuẩn Chuôi 9 dùng để kẹp dụng cụ khi gia công lỗ ∅50 ÷180 mm Chuôi này có lỗ nghiêng để gá dao Dao có khả năng điều chỉnh đạt độ chính xác tới μmm

Chuôi trung gian 7 được sử dụng như các bộ thích ứng Nó bao gồm thân có lỗ trụ và các kẹp để cố định vị trí các bạc trung gian 10 và 11 ,trục gá dùng cho daokhoét 14 và chấu kẹp dụng cụ 15

Để tăng năng suất gia công và khả năng công nghệ của các trung tâm gia

công ,người ta sử dụng nhiều loại trục gá chuyên dung khác nhau

 Dụng cụ

Được ghép nối và đo kiểm trước với phần tử tiếp nhận dụng cụ ở bên

ngoài máy công cụ

- Là một thành phần quan trọng nhất của hệ dụng cụ

- Dụng cụ răng chắp hoặc liền khối

- Làm bằng vật liệu thép gió, hợp kim cứng, kim cương…

Yêu cầu của dụng cụ :

- Cần phải đảm bảo độ cứng vững cao

- Khả năng bóc tách lớn

- Có sức bền nhiệt lớn

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

- Lắp đặt và điều chỉnh nhanh khi thay thế chi tiết gia công;

- Có độ chính xác cao khi gá đặt vào vị trí công tác;

- Có tính vạn năng cao khi gia công các chi tiết khác nhau trên các máy khác nhau ;

- Kết cấu có tính công nghệ cao

- Có khả năng điều chỉnh tự động hoặc bằng tay

Dụng cụ trên máy phay và khả năng gia công :

Dụng cụ được kẹp vào trục chính hoặc trên đài dao nhờ các dụng cụ phụ có kết cấu đa dạng như than dao ,bạc ,mâp căp,đài gá …Cơ cấu thực hiện kẹp chặt dụng cụ phụ trên máy sẽ quyết định kết cấu của chuôi côn và bề mặt chuawnr của nó Kết cấu các bề mặt này đã được thống nhất hóa và sửa dụng cho nhiều loại máy Để chỉnh kích thước và vị trí dụng cụ cắt trong các chuôi côn người t

ta sử dụng các thích ứng trung gian Thông thường các dụng cụ phụ đã được thống nhất hóa và dùng chung một nhóm máy nhất định Dưới đây là bộ dụng cụphụ của hãng Sandvik Coromant (Thụy Điển) dùng cho máy điều khiển số và trung tấm gia công

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

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

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

- Các bề mặt lắp chuôi côn và đế dao phải được chế tạp rất chính xác Dưới đây là sơ đồ phân loại dụng cụ phụ cho máy phay CNC :

Mã hiệu này chứa đựng các dữ liệu về phương pháp gia công, máy gia công, cách gá đặt 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

Lượng tiến dao và mô men quay tối đa

Tuổi bền của dụng cụ/ Tuổi bền còn lại

nâng cao độ an toàn khi đọc dữ liệu.

Hai nguyên lý nhận dạng dữ liệu

- Các đầu đọc gắn ở khoang dụng cụ, ở máy điều chỉnh dụng cụ và ở

máy gia công tương ứng với 3 bộ dụng cụ

- Các đầu đọc này hoạt động trong mối quan hệ với máy tính trung tâmdùng cho dụng cụ Máy tính này có chức năng lưu giữ và quản trị mọi dữ liệu dụng cụ

- Vật mang mã hiệu chỉ cung cấp mã hiệu nhận dạng cho máy tính dụng cụ

và máy tính này sẽ sắp xếp các dữ liệu cho trước theo dụng cụ tương ứng với các

 Ổ tích dụng cụ :

Có chức năng lưu giữ các dụng cụ cần thiết cho quá trình gia công

- Có chức năng lưu trữ các dụng cụ cần thiết cho quá trình gia công

- Có thể thay đổi dao trực tiếp hoặc thông qua cơ cấu thay dao tự động

ụ cần thiết cho quá trình gia công.

- Thường được dùng trên máy phay CNC hoặc các trung tâm gia cô

ng phay/khoan

Nhiều dụng cụ được cắm trên chiều dài của băng xích, có kết cấu đơn hoặc kép,

có thể nới rộng tuỳ nhu cầu sử dụng

- Ổ tích dao nhiều tầng

Các dạng ổ tích dao :

 Trang 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 ở ổ tích 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 ở ổ tích dụng cụ

- Có chức năng thay đổi dụng cụ kể cả tiếp nhận/gá đặt dụng cụgiữa vị trí làm việc và ổ tích dụng cụ

Có kết cấu phổ biến dạng tay tóm

Thay thế và kẹp chặt trong cơ cấu công tác.

Thay thế dụng cụ tự động trên máy cắt CNC có thể thực hiện theo các phương pháp sau:

-Thay đổi vị trí(quay) ổ chưa dụng (đầu revolver)

-Chuyển dụng cụ từ ổ chứa chính vào các trục chính qua ổ phụ (quay đầu có 2 hoặc nhiều vị trí)

-Thay thế trực tiếp dụng cụ từ ổ chứa vào trục chính

-Đưa dụng cụ từ ổ chứa vào trục chính nhờ tay máy.

Cách tay và hai bàn tay được gá trên trục then hoa 7 bằng các ổ lăn của thân Tay máy 1 có thể quay và dich chuyển tương đối theo phương dọc trục so với trục 7 Chuyển động quay được thực hiện nhờ các xi lanh thủy lực 2, 3 tương ứng với các goc 180o và 90o thông qua thanh răng của piston các bộ truyền bánh răng tăng 4 Dịch chuyển tương đối dọc trục của tay máy 1 so với trục 7 thực hiện bởi xilanh 10 Piston gắn cứng với đĩa gạt 8 nằm trong rãnh tròn của mặt bích trên tay máy

Khi tay máy dịch chuyển dọc về phía trước sẽ làm cho thanh kéo 9 chuyển dộng theo kéo bánh răng 5 khỏi ăn khớp và bánh dẫn động quay 90o rồi nối với cơ cấuquay 180o Khi tay máy dịch chuyển dọc trục trở về vị trí bán đầu piston bị ép

11 sẽ dịch chuyển về phía trước đồng thời ép lò xo lại và giải phóng chốt hãm chuyển động quay 12 của đầu dụng cụ.Dưới đây là sơ đò kết cấu tay máy của cơcấu thay dao tự động trên máy phay CNC

Kết cấu của các cơ cấu bằng tay dạng kìm có cơ cấu hãm.

Ở hình a các mà kẹp thay thế 1 có propin hình thang gá trên các thanh đòn 2 sẽ thực hiện kẹp chặt đuôi 8 Trục quay 7 của thanh đòn 2 được lắp chặt trong thân

6 quá trình kẹp đuôi 8 thực hiện nhờ các tấm nối 3 gá trên thanh đò 2 và bạc 4

có loxo 5 khi bạc 4 cùng piston của xilanh thủy lực hoặc khí nén lùi về phia sau.Tháo chuôi kép dụng cụ thực hiện nhờ chuyển động của piston về phía trước.Hình b là kết cấu bản tay kiểu quai kẹp

Chuôi dụng cụ 7 được kẹp chặt nhờ má kẹp 1 hình chữ V đặt trên cánh tay 3 cùng bộ hãm 6 có propin đúng như propin của má kẹp 1 Má kẹp 1 gá trên các thanh đòn 2 và có khả năng quay tương đối so với cánh tay 3

Khi kẹp chặt chuôi cơ cấu hãm được ép chặt vào chuôi nhờ trục 5 dưới tác động của lò xo 4.Tháo kẹp chặt được thực hiện trong thời gian thân máy của tay máy tiến gần đên đầu trục chính máy hoặc ổ chứa dụng cụ khi trục 5 tỳ vào rãnh chuyên dùng trên tấm chặc di động của cơ cấu đẩy cách tay.Dưới đây là kết cấu bàn tay của tay máy

* Tính thời gian chuyển động của tay máy:

Thời gian chuyển động của tay máy được xác định theo công thức:

+ l chiều dài chuyển động tổng cộng cua tay máy

+ a g gia tốc giảm với ǀ a g ǀ=tan α g

+ m : trọng lượng của cơ cấu chấp hành

k m = M c/M dmax

+ D : đường kính chuôi côn

Nếu không tính đến sai số chế tạo có thể xác định độ cứng vững

+ D : đường kính chuôi côn

+ l : chiều dài phần côn trong lỗ côn

Trục gá được kẹp chặt trên trục chính 1 nhờ lò xo 14 còn nhả kẹp bằng xilanh thủy lực 13 khi trục 7 dịch chuyển đuôi 6 sẽ đẩy chấu đàn hồi 4 làm bóp lại hặc giải phóng má kẹp 3 khỏi chuôi dụng cụ Chấu

có kết cấu 3 mảnh lien kết với nhau nhờ lò xo vòng 5 Ở đầu trên của trục 7 ngừi ta lắp bạc 8 trong có thanh đẩy 9 và 3 viên bi 10 dùng đẻ truyền luacj kẹp gá nhận được từ lò xo lá 14 Bi 10 chống tháo lỏng kẹp chặt trục gá trong quá trình gia công Kết cấu này cho phép ổ bi trục chings không bị tác động của lực kẹp gá Nhờ các công tắc điều khiển 11 và 12 kẹp chặt và tháo kẹp được kiểm tra nếu kẹp chặt không đúng thì sẽ không quay.