MỤC LỤC

MỤC LỤC.....

LỜI MỞ ĐẦU........

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ MÁY CNC...........

I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÁY CNC.........

 I.1. CNC là gì?...........

I.2. Lịch sử hình thành và phát triển...........

I.3. Lợi ích của máy CNC..........

I.3.1 Tự động hóa sản xuất...........

I.3.2 Độ chính xác và lặp lại cao của sản phẩm...........

I.3.3 Linh hoạt.............

II. PHẠM VI ỨNG DỤNG...........

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG.........

* ĐẶT YÊU CẦU THIẾT KẾ..........

I.GIỚI THIỆU VỀ KẾT CẤU thÔng sỐ MÁY PHAY CNC........

II.1. THIẾT KẾ HỆ CHUYỂN ĐỘNG CHAY DAO...........

II.1.2 Nhiệm vụ của truyền động chạy dao...........

II.1.4 Trục vít me - đai ốc...............

II.2. Chọn động cơ đầu cắt...............

II.2.1. Xác định thông số dao sử dụng..........

II.2.2. Phân tích lực tác dụng lên đầu dao..........

II.2.3. Xác định công suất và mômen xoắn trên trụ động cơ...........

II.2.3.1.Công suất và mômen xoắn của động cơ khi gia công với dao có đường kính nhỏ nhất.............

II.2.3.2. Công suất và mômen xoắn của động cơ khi gia công với dao có đường kính lớn nhất............

II.3. Chọn động cơ trục Z...........

II.3.1. Lực chiều trục khi khoan............

II.3.2. Công suất động cơ trục Z...........

II.4. Chọn động cơ trục Y............

II.5. Chọn động cơ trục X...........

II.6. Tính toán thiết kế bộ truyền động.............

II.6. 2. Bộ truyền động trục Y..........

II.6. 2.1. Xác định môdun và chiều rộng đai............

II.6. 2.2. Xác định thông số bộ truyền đai.............

II.6. 2.3. Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng.............

II.6. 3. Bộ truyền động trục X...........

II.6. 3.1. Xác định môdun và chiều rộng đai..............

II.6. 3.2. Xác định thông số bộ truyền đai............

II.6. 3.3. Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng.............

II.7. Kiểm nghiện độ bền trục vít me...........

* THIẾT KẾ  MẠCH ĐIỀU KHIỂN..........

* Thiết kế chế tạo mạch...........

1. KHỐI PC...........

2. KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM............

3. KHỐI MẠCH CÔNG SUẤT.............

4.KHỐI NGUỒN..........

4.1 Khối nguồn 5V............

4.2. Khối nguồn 12V..........

4.3. Khối nguồn 24V............

5. KHỐI GIAO TIẾP MÁY TÍNH VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM............

6. KHỐI ĐỆM TÍN HIỆU...........

7. KHỐI BẬT TẮT ĐẦU CẮT.............

8. KHỐI CÔNG SUẤT.............

9. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH CÔNG SUẤT..............

* THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHAY CNC...........

1. Mô hình trục chuyển động quay............

2.Phương trình động lực học của trục này được biểu diễn............

3. Đánh giá tính ổn định và chất lượng của hệ thống điều khiển............

4. Mô phỏng gia công...............

KẾT LUẬN...........

KẾT LUẬN CHUNG............

TÀI LIỆU THAM KHẢO..............

LỜI MỞ ĐẦU

   Máy phay CNC là một trong những thành tựu của tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới. Nó ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo máy, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí chính xác và tự động hóa. Sự ra đời của máy CNC đã giải quyết được những nhiệm vụ cấp bách hiện nay là tự động hoá quá trình sản xuất và nhất là sản xuất hàng loạt nhỏ, sản xuất linh hoạt. Đề tài này đi sâu vào việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phay CNC tạo chữ nhằm ứng dụng vào giảng dạy, học tập và sản xuất một cách có hiệu quả.

  Do đó, để cập nhật được kiến thức, đồng thời giúp cho sự phát triển hoàn thiện hơn về máy CNC, chúng em đã được giao đề tài Nghiên cứu và thiết kế máy phay CNC hoàn chỉnh, phục vụ cho công tác giảng dạy, học tập của sinh viên ở các trường đại học. Qua đồ án chúng em xin được cảm ơn các thầy cô trong Khoa Cơ Khí và Trung tâm thực hành Cơ Khí đã giúp đỡ chúng em hoàn thiện đồ án này.

   Em xin chân thành cảm ơn!    

                                                                                                             ..., ngày...tháng...năm 20...

                                                                                                              Sinh viên thực hiện

                                                                                                             .....................

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ MÁY CNC

I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÁY CNC

 I.1. CNC là gì?

CNC: Computer Numerical Control - Điều khiển số máy công cụ được tích hợp máy tính.Thuật ngữ CNC là một khái niệm mà hầu như bất kì ai học tập, nghiên cứu trên lĩnh vực Tự động hoá đều biết: Đó là loại thiết bị điều khiển sử dụng trong các máy gia công, chế biến. 

I.2. Lịch sử hình thành và phát triển

Trước đây, các chi tiết máy hoặc khuôn mẫu phức tạp thường được chia thành những phần nhỏ, đơn giản. Sau đó, chúng được ghép nối lại với nhau thành chi tiết hoàn chỉnh bằng phương pháp hàn, tán. Việc gia công này không đảm bảo độ chính xác cao, chi phí tốn kém. Sau này nhờ công nghệ chép hình có thể gia công được những chi tiết phức tạp hơn. Tuy vậy, việc gia công này vẫn còn nhiều nhược điểm như năng suất thấp và với khó đảm bảo độ chính xác cao. Vì vậy, việc áp dụng điều khiển số vào máy công cụ là một bước tiến nhảy vọt về công nghệ gia công. Nó đảm bảo độ chính xác cao, có thể gia công được các chi tiết phức tạp.

 Chúng ta đã có bước tiến từ ống chân không và máy cơ khí lặp lại tới công nghệ cao dòng điện tích hợp dày đặc. Khả năng của điều khiển tới phát sinh của 3 kích thước tạo hình được mở rộng. Ngày nay, bộ vi xử lý điều khiển (CNC) có khả năng xử lý cao. Nó có thể đưa ra lệnh điều khiển, cất giữ, phân tích chương trình và giao diện với người sử dụng. Đồng thời nó có thể giám sát chất lượng sản phẩm, thay đổi dụng cụ khi cần thiết và truyền thông với các máy tính khác, robot như việc tải và gửi chương trình. 

I.3. Lợi ích của máy CNC

I.3.1 Tự động hóa sản xuất

Máy CNC không chỉ quan trọng trong ngành cơ khí mà còn trong nhiều ngành khác như may mặc, giày dép, điện tử v.v. Bất cứ máy CNC nào cũng cải thiện trình độ tự động hóa của doanh nghiệp: người vận hành ít, thậm chỉ không còn phải can thiệp vào hoạt động của máy.

I.3.2 Độ chính xác và lặp lại cao của sản phẩm

Các máy CNC thế hệ mới cho phép gia công các sản phẩm có độ chính xác và độ phức tạp cao mà máy công cụ truyền thống không thể làm được. Một khi chương trình gia công đã được kiểm tra và hiệu chỉnh, máy CNC sẽ đảm bảo cho “ra lò” hàng loạt sản phẩm phẩm với chất lượng đồng nhất. Đây là yếu tố vô cùng quan trọng trong sản xuất công nghiệp quy mô lớn

II. PHẠM VI ỨNG DỤNG

Thuật ngữ CNC trỏ vào một khái niệm mà hầu như bất kì ai học tập, đào tạo, nghiên cứu trên lĩnh vực Tự động hóa đều biết: Đó là loại thiết bị điều khiển sử dụng trong các máy gia công/chế biến, cho phép thực hiện các quy trình gia công/chế biến trên cơ sở các thông số về kích thước/hình dáng của sản phẩm, chuyển sang thành quỹ đạo chuyển động trên không gian 3 chiều.

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG

* ĐẶT YÊU CẦU THIẾT KẾ              

- Thiết kế loại máy phay CNC 3 trục loại nhỏ với giá thành hợp lý

I.GIỚI THIỆU VỀ KẾT CẤU thÔng sỐ MÁY PHAY CNC.

* Thông số kỹ thuật dự kiến đạt được sau khí chế tạo được thể hiện như bảng.

+ Khung máy: Để tăng độ cứng vững cho máy, dễ cho quá trình chế tạo và lắp ráp máy ta chọn vật liệu là khung là nhôm hợp kim A5052H112.

+ Trục chay dao: Đây là bộ phận quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng của sản phẩm gia công.Để giảm sai số gia công, ma sát chuyển động ta sử dụng thanh trượt bi, vít me - đai ốc bi và sử dụng bộ chuyền động đai răng.

II.1. THIẾT KẾ HỆ CHUYỂN ĐỘNG CHAY DAO.

Cấu trúc của một hệ truyền động chạy dao được thể hiện như trờn. Hệ truyền động bao gồm: một động cơ dẫn động qua một cặp truyền động nữa đi tới bộ vít me-đai ốc biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Đó là phương thức tiêu chuẩn của một hệ truyền động chạy dao hiện đại.

II.1.2 Nhiệm vụ của truyền động chạy dao

Nhiệm vụ chính của các hệ truyền động chạy dao là chuyển đổi các lệnh trong bộ điều khiển thành các chuyển động tịnh tiến hay quay tròn của những bàn máy mang dao hoặc chi tiết gia công trên máy công cụ. Các chuyển động tịnh tiến là các chuyển động thẳng theo phương ba trục toạ độ của không gian ba chiều, còn các chuyển động quay tròn là các chuyển động xung quanh các trục toạ độ này.

+ Có tính động học cao: nếu đại lượng dẫn biến đổi, bàn máy phải theo kịp biến đổi đó trong khoảng thời gian ngắn nhất.

+ Có độ ổn số vòng quay cao: khi các lực cản chạy dao biến đổi, cần hạn chế tới mức thấp nhất ảnh hưởng của nó đến tốc độ chạy dao, tốt nhất là không ảnh hưởng gì. Ngay cả khi chạy dao tốc độ nhỏ nhất cũng đòi hỏi một quá trình tốc độ ổn định.

+ Phạm vi điều chỉnh số vòng quay lớn.

II.1.4 Trục vít me - đai ốc

Truyền động vit me - đai ốc được dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu vít trượt.

II.2. Chọn động cơ đầu cắt

II.2.1. Xác định thông số dao sử dụng

Với yêu cầu của thiết kế, ta chọn dao gia công là dao phay ngón.

Góc nghiêng của răng theo loại:

Loại 1: 30⁰ - 35⁰

Loại 2: 35⁰ - 45⁰

II.2.3. Xác định công suất và mômen xoắn trên trụ động cơ

Lực P là lực cần quan tâm nhất, vì nó thực hiện công việc chính để cắt phoi. Dựa theo lực này mà người ta tính ra công suất cắt và tính các chi tiết của cơ cấu chuyển động chính của máy. Lực hướng kính Py gây ra áp lực lên ổ bi của trục chính của máy và uốn võng trục dao. Dựa theo lực nằm ngang Ph (lực chạy dao). Người ta tính cơ cấu chuyển động chay dao và đồ gá kẹp phôi. Lực này có thể gây ra rung động khi giữa vít me - đai ốc có khe hở. Lực hướng kính Pv có xu hướng nâng phôi lên khỏi mặt bàn và nâng bàn máy lên khỏi thân máy.

II.2.3.1. Công suất và mômen xoắn của động cơ khi gia công với dao có đường kính nhỏ nhất

* Thông số dao:

-Đường kính : D₁ = 2(mm)

- Số răng dao : Z₁ = 3 (răng)

- Dao không gắn mảnh hợp kim cứng.

Tốc độ quay này là rất lớm so với thực tế chế tạo, vì vậy ta chọn tốc độ quay của động cơ là: n_tt1 = 1500(vòng/phút)

Các giá trị trên được tính cho gia công phôi là thép carbon.Với yêu cầu của đồ án này ta có thể áp dụng các giá trị tính toán trên cho kế quả gia công với vật liệu là nhôm.

Giá trị trên tính cho gia công khi phôi là thép cacbon, khi phôi là nhôm thì gia trị trên đuợc nhân với hệ số 0,25.

 P1 = P1’.0,25 = 119.0,25 = 29,75 (KG).

 P1 = 291,55 (N)

II.2.3.2. Công suất và mômen xoắn của động cơ khi gia công với dao có đường kính lớn nhất

** Thông số dao:

- Đường kính : D₂ = 5(mm)

- Số răng dao : Z₂ = 4 (răng)

Theo bảng (1-5) :

C_v = 46,7 ; q_v = 0,45 ; x_v = 0,5 ; y_v = 0,5 ; u_v = 0,1 ; p_v = 0,1 ; m = 0,33

Theo bảng (2-5): T₂ = 60 (phút)

Như vậy khi chọn động cơ ta phải chọn thoả mãn điều kiện sau:

- Công suất động cơ: N_ĐC ≥ N_C2 = 104 (W)

- Môme mở máy : M_ĐC ≥ M_C2 = 0,66 (N.m)

- Tốc độ quay: n_dc = 1500(vòng/phút)

II.3. Chọn động cơ trục Z

Để chọn động cơ trụ Z, ta phải chọn khi mômen xoắn trên trục Z là lớn nhất ( hay lực dọc trục là lớn nhất ). Khi đấy ta có thể coi máy làm việc như ở chế độ khoan.

II.3. 1. Lực chiều trục khi khoan

* Chọn dao: - Đường kính dao: D = 5mm

- Số răng dao : Z = 4 (răng)

Theo bảng (7-3): C_p = 31,5; z_p = 1; y_p = 0,8

Theo bảng ( 8-3) chọn bước tiến dao:

S = 0,31 (mm/vòng)

P₀ = 31,5.5¹.0,31^0,8.1 = 61,7(KG)

P₀ = 604,66 (N).

II.4. Chọn động cơ trục Y

- Tổng khối lượng trụ Z: m’_z = 3(kg)

- Hê số ma sát thanh trượt: _tty = 0,1

- Hệ số ma sát của vít me: _vmy = 0,1

Lực ma sát tác dụnglên thanh trượt:

Ftty = Pmy. _tty = m_z.g. _tty = 3.9,8.0.1 = 2,94 (N)

Để tính chọn công suất động cơ trục Y, ta tính chọn khi lực tác dụng lên đầu dao theo phương Y là lớn nhất.

Vì quá trình gia công ở đây là cắt đứt hay tạo rãnh trên phôi nên quá trình phay ở đây là phay thuận, ta có:

P_X = P_Y = Ph = ( 0,8 – 0,9)P

Chọn Ph = 0,9P với P = Pmax = P1 = 291,55(N)

 P_X = P_Y = Ph = 0,9.291,55 = 262,4(N)

Hợp lực tác dụng dọc trục vitme:

Y = P_Y + Ftty = 262,4 + 2,94 = 265,34(N)

Y1 = Y.cos25⁰ = 265,34.cos25⁰ = 240,5(N)

Y2 = Y.sin25⁰ = 265,34.sin25⁰ = 112,14(N)

Y3 = Y2.cos25⁰ = 112,14.cos25⁰ = 101,6(N)

- Lực ma sát tác dụng lên vítme:

Fvmy = Y1. _vmy = 240,5.0,1 = 24,05(N)

Lực ma sát chiếu lên phương vuông góc với trục vitme:

F’vmy = Fvmy.cos25⁰ = 24,05.cos25⁰ = 21,8(N)

Tổng hợp lực tác dụng lên vitme theo phương vuông góc với trục vitme:

Y’ = Y3 + F’vmy = 101,6 + 21,8 = 123,4(N)

II.6. Tính toán thiết kế bộ truyền động

Để tính toán, thiết kế bộ truyền động ta dựa trên giáo trình “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động”- Trịnh Chất - Lê Văn Uyển.

II.6.1. Bộ truyền động trục Z

Máy CNC được thiết kế là loại 2,5D và nguyên công gia công chỉ là cắt và tạo rãnh trên phôi. Vì vậy để đơn giản cho việc chế tạo và lắp ráp, chúng em chấp nhận sai số lớn hơn ở trục Z và sử dụng khớp nối trục là khớp đàn hồi với đĩa hình sao để nối trục động cơ và vitme.

- Mômen xoắn trên trục động cơ là: M_dc = M_DCZ = 0,714(N.m)

- Độ lệch tâm cho phép: Dr = 0,2mm.

- Độ lệch góc cho phép: Da = 1⁰30’.

II.6. 2. Bộ truyền động trục Y

Trục X, Y dùng để điều khiển chạy dao cắt theo biên dạng mong muốn. Vì vậy cần điều khiển chính xác về vị trí và tốc độ. Để làm được như vậy ta cần sử dụng bộ truyền có độ chính xác cao, mômen lớn. Với yêu cầu trên và cũng để đơn giản cho việc lắp ráp, chế tạo ta sử dụng bộ truyền động đai răng.

II.6. 2.1. Xác định môdun và chiều rộng đai

Ta có: b­_y = 8.2= 16(mm)

Theo bảng (4.28) chọn b_y = 16(mm)

II.6. 2.2. Xác định thông số bộ truyền đai

- Đường kính chia của các bánh đai:

d_1y = m_y.Z_1y = 2.18 = 36(mm)

d_2y = m_y.Z_2y = 2.27 = 54 (mm).

- Đường kính ngoài của bánh đai:

d_a1y = m_y.Z_1y - 2

Vậy Z_a1y = 8,4 > 6 thoả mãn điều kiện về số răng ăn khớp.

II.6. 2.3. Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng

Vậy ta có: q_y = 4,22(N/mm) < [q_y] = 4,75(N/mm)

Vậy đai đủ an toàn với lực vòng.

II.7. Kiểm nghiện độ bền trục vít me

Vítme trục Z là vítme có đường kính nhỏ nhất và chịu lực dọc trục lớn nhất.Vì vậy trục vítme trục Z là trục mất an toàn nhất, nên khi kiểm nghiện về độ bền ta chỉ cần kiểm nghiệm trục vítme trục Z.

Dựa vào đồ thị (8.10) lấy ứng suất lớn nhất =2300(MPa).

Vì trục vít me đã được tôi hoá bề măt nên [ ] 5000(MPa)

Vậy trục vítme an toàn.

*THIẾT KẾ  MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Nhiệm vụ cần làm

* Thiết kế chế tạo mạch

Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển công suất.

Thiết kế chế tạo mạch điều khiển trung tâm.

Chức năng của từng khối

1. KHỐI PC

Là giao diện giữa người và máy.Khối này có các nhiệm vụ sau.

- Soạn thảo chương trình gia công, quản lý xuất nhập chương trình gia công dưới dạng file text.

- Truyền lệnh gia công xuống máy CNC, nhậ các tín hiệu phản hồi và hiển thị chúng bằng hình ảnh.

- Mô phỏng được quá trình thực hiện gia công bằng hình ảnh

2. KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM

Sử dụng vi điều khiển dspic 30f4011. Khối này có nhiệm vụ sau

- Nhận lệnh từ máy tính

- Thực hiện chương trình nội suy tuyến tính, nội suy đường tròn

- Cấp tín hiệu điều khiển, nhận tín hiệu từ khối mạch công suất

- Thực hiện chương trình để máy CNC có thể phân biệt mã lênh gcode từ trên máy tính truyền xuống

4.KHỐI NGUỒN

4.1 Khối nguồn 5V

Để mạch hoạt động được, ta cần có một nguồn cung cấp 5V ổn định. Và hầu hết các mạch lôgíc số và các bộ xử lý đều cần một nguồn cung cấp 5V. Nhưng thường thì ta chỉ có sẵn các nguồn có mức điện áp khoảng 9VDC đến 24VDC. Vì vậy để tạo ra một nguồn cung cấp 5V, ta dùng IC ( Integrated Circuit ) ổn áp LM7805. Sơ đồ mạch được thiết kế như sau:

4.2. Khối nguồn 12V

Vì khối công suất làm việc với dòng điện lớn các linh kiện ở khối này sẽ sinh ra nhiệt lớn vì vậy cần phải gắn tản nhiệt và quạt gió, và cũng để đóng mở relay bật tắt động cơ đầu cắt nên ta cần tạo ra khối nguồn 12VDC. Để đơn giản ta sử dụng IC LM7812, sơ đồ mạch và chức năng các chân tương tự LM7805.

5. KHỐI GIAO TIẾP MÁY TÍNH VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM

Trong quá trình thiết kế, chúng em đã đưa ra 2 phương án điều khiển là sử dụng 1 phần mềm chuyện dụng KCam4 hoặc Mach3 và sử dụng chương trình tự viết.

Phần mềm KCam4 và Mach3 điều khiển trực tiếp trục động cơ thông qua mạch công suất. Các tín hiệu điều khiển được đưa qua cổng LPT. 

8. KHỐI CÔNG SUẤT

Khối này có tác dụng nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính (bao gồm: xung clock, chiều, và tín hiệu cho phép) sao đó tạo nên các xung lôgíc để điều khiển động cơ, các tín hiệu này được đưa qua các mosfet để tăng công suất điều khiển. 

*THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHAY CNC

1.  Mô hình trục chuyển động quay

Chuyển động quay là chuyển động của trục chính gồm động cơ 1 chiều, hộp số và trục mang tải. Mô hình động lực học của trục này được biểu diễn trên hình 

Thông thường trong các hệ thống điều khiển số, tác động của nhiễu được xem là rất nhỏ và không được quan tâm. Nhưng thực tế trong bài toán máy này ta thấy nhiễu ở đây chính là lực cắt. Tuy nhiên tác động này chỉ có ảnh hưởng trong thời gian rất ngắn khi chuyển từ trạng thái chưa cắt sang trạnh thái cắt. Đáp ứng trên đầu ra là tốc độ có bị ảnh hưởng nhưng sau đó sẽ ổn định đến tốc độ yêu cầu vì ta sử dụng bộ điều khiển PID có khả năng chống nhiễu rất tốt.

3. Đánh giá tính ổn định và chất lượng của hệ thống điều khiển

Động cơ điện một chiều điều khiển tốc độ có hàm truyền là hệ cấp 1 dạng 0. Chính  vì vậy thiết bị điều khiển PID sử dụng trong trường hợp này là điều kiện để đảm bảo độ chính xác cao nhất. Do hệ thống điều khiển ở trường hợp này chỉ là hệ cấp 2, nên hệ luôn ổn định, duy chỉ chú ý là đáp ứng của hệ thống là hàm dao động hay không mà thôi. 

 4. Mô phỏng gia công

Đây là bước quan trọng để người lập trình tìm ra lỗi và có hướng chỉnh sửa.

Điều khiển trục z lên xuống và điểm xét O

Chỉnh tốc độ vòng quay và trục ngang

Chỉnh trục x ,y

KẾT LUẬN

Vấn đề quan trọng nhất trong thiết kế máy phay CNC là xây dựng được mô hình động lực học của máy, tính toán công suất động cơ và thiết kế hệ thống điều khiển. Với mô hình toán học đã được xây dựng ta có thể mô phỏng và đánh giá chất lượng của máy trên cơ sở tính toán và thiết kế tuy nhiên trên cơ sở dã được tính toán phải kể đến phần kiểm nghiệm thực tế và độ chính xác gia công phần cơ khí của máy đó cũng là hướng phát triển và hạn chế của bài báo.

CHƯƠNG III: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT TRỤC VÍT

III. Phân tích chức năng làm việc và tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết

3.1. Phân tích chức năng làm việc

- Trục được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí với nhiều mục đích : dùng để truyền momen xoắn , truyền chuyển động qua các chi tiết khác lắp trên nó như bánh răng , bánh đai, bánh ma sát hay làm nhiệm vụ truyền động trực tiếp trong bộ truyền trục vít me đai ốc nhằm mục đích biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến… 

3.2. Tính công nghệ trong kết cấu

Tính công nghệ trong kết cấu có ý nghĩa rất quan trọng:

- Ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

- Ảnh hưởng đến khối lượng gia công và năng suất lao động.

- Ảnh hưởng đến tiêu hao nguyên vật liệu.

- Ảnh hưởng đến gia thành sản phẩm.

* Kết luận về tính công nghệ trong kết cấu :

- Đây là chi tiết dạng trục dài có Dmax =32 mm và Lmax = 400 mm, Dmin = 24 mm (L/D ) kémcứng vững khi gia công , yêu cầu cần chú ý đến việc tăng độ cứng vững cho chi tiết nhờ chi tiết phụ như luynet.

- Kích thước giảm dần về hai phía đầu trục, thuận tiện cho việc tháo lắp các chi tiết.

3.3. Xác định dạng sản xuất

Việc xác định quy mô và hình thức tổ chức sản xuất cho chi tiết là một việc làm quan trọng cho các bước làm việc tiếp theo .Bởi nếu xác định dạng sản xuất không đúng sẽ ảnh hưởng đến việc lập quy trình công nghệ, ảnh hưởng đến sản lượng hàng năm của chi tiết và ảnh hưởng đến chi phí ban đầu để gia công chi tiết.

Muốn tính được thể tích của chi tiết ta phải chia chi tiết ra nhiều khối đơn giản.

V - Thể tích của chi tiết:  

Theo hình vẽ, ta có:

V  =    V₁ + 2V₂ + 2V₃ + V₄ + V₅ + V₆ – V₇ - 2V₈

Vậy: V = 243264.432 ( mm³)» 0,24  ( dm³)

=> Q = Vg = 0,24. 7,852»1,9  ( kG)

Vói sản lượng chi tiết 11000, khối lượng chi tiết 1,9 kg, tra b¶ng 2 TK ĐA-CNCTM  dưới đây ta có dạng sản xuất loạt lớn.

3.4. Xác định phương pháp chế tạo phôi

Khi chọn phôi phải chú ý hình dáng kích thước và chất lượng bề mặt phôi sao cho gần với hình dáng kích thước của chi tiết thực nhằm giảm tiêu hao kim loại, khối lượng gia công trên máy, giảm tiêu hao dụng cụ cắt, năng lượng và các tiêu hao  khác.

Từ đó ta thấy rằng chọn phôi dập nóng là tốt nhất bởi vì loại phôi này đảm bảo được những tiêu chuẩn như: hình dáng phôi gần với chi tiết gia công ,lượng dư hợp lí,có thể sản xuất phôi hàng loạt...

3.5. Lập quy trình công nghệ gia công chi tiết

3.5.1. Xác định đường lối công nghệ

- Trong các dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, quy trình công nghệ được xây dựng theo nguyên tắc phân tán hoặc tập trung nguyên công.

- Do dạng sản xuất loạt lớn nên ta chọn phương án gia công là phân tán nguyên công. Dùng máy vạn năng kết hợp đồ gá chuyên dùng.

3.5.2. LËp phương án gia công

3.4.2.1. Phương án 1

Nguyên công 1-Kho¶ mÆt ®Çu vµ khoan t©m

Nguyên công 2- Tiện thô , tinh các bề mặt –cắt rãnh đầu trục A

Nguyên công 3- Tiện thô , tinh các bề mặt –cắt rãnh đầu trục B

Nguyên công 4- TiÖn ren

Nguyên công 5- Nhiệt luyện bề mặt ren, cổ trục

Nguyên công 6- Mài ren

Nguyên công 7- Phay rãnh then

Nguyên công 8- Mài 2 cổ trục

3.4.2.2. Phương án 2

Nguyên công 1- Khoả mặt đầu

Nguyên công 2- Khoan tâm

Nguyên công 3- Tiện thô các bề mặt

Nguyên công 4- Tiện tinh các bề mặt –cắt rãnh

Nguyên công 5- TiÖn ren

Nguyên công 6- Nhiệt luyện bề mặt ren, cổ trục

Nguyên công 7- Mài ren

Nguyên công 8- Phay rãnh then

Nguyên công 9- Mài 2 cổ trục

  So sánh các phương pháp trên để đạt độ chính xác về kích thước cũng như độ nhẵn bóng bề mặt để đảm bảo điều kiện làm việc của chi tiết ta chọn phương án 1 để gia công. Vì chọn chuẩn đơn giản, quá trình gia công hợp tính công nghệ, kết cấu đồ gá không quá phức tạp, có thể gia công một cách dễ dàng, thuận tiện và nhanh chóng.

3.5.3. Sơ đồ gá đặt, chọn máy, dao cho các nguyên công

3.4.3.1. Nguyên công 1- Khoả mặt đầu và khoan tâm

1. Sơ đồ gá đặt

 Chi tiết gia công được định vị trên hai khối V ngắn định vị 4 bậc tự do tịnh tiến oy,oz.quay quanh oz,oy, vai trục tỳ lên thân khối V hạn chếbậc tự do tịnh tiến theo ox.

2. Chọn máy

Ta chọn máy gia công là máy phay và khoan tâm có kí hiệu MP-71M,có các thông số:

Đường kính gia công                                   25-125(mm)

Chiều dài chi tiết gia công                           200-500(mm)

3. Chọn dao

Bước 1: Phay mặt đầu

Kích thước cần đạt được 265 mm.

+ Chọn dụng cụ cắt:

Ta chọn dao phay mặt đầu bằng hợp kim  T15K6 có các thông số sau:

D=80(mm),Z=5(răng),

Bước 2: Khoan tâm

Chọn mũi khoan là mũi khoan tâm đuôi trụ làm bằng vật liệu T15K6,có các kích thước như sau: d=4mm; L=132mm;l=87mm.

3.4.3.3. Nguyên công 3 - Tiện thô , tinh các bề mặt –cắt rãnh đầu trục B

1. Sơ đồ gá đặt

Chi tiết gia công được định vị chống tâm 2 đầu hạn chế 5 bậc tự do:tịnh tiến ox,oy,oz.quay quanh ox,oy.

Chi tiết được kẹp chặt bằng tốc kẹp.

2. Chọn máy

 Ta chọn máy gia công là máy tiện có kí hiệu T620

Các thông số của máy tiện T620 :

Đường kính gia công lớn nhất      :  D_max=400mm

Khoảng cách giữa hai mũi tâm     : 1400mm

3. Chọn dụng cụ cắt

Chọn dao tiện ngoài thân cong có góc nghiêng chính 90°,vật liệu T15K6

Theo bảng 4-6 STCNCTM I ,ta chọn kích thước của dao như sau: H=16;B=10;L=100;l=40;j=90°,n=4;l=10;r=1.

3.4.3.5. Nguyên công 5- Nhiệt luyện bề mặt ren, cổ trục

3.4.3.6.  Nguyên công 6- Mài ren

1. Sơ đồ gá đặt

Chi tiết gia công được định vị chống tâm 2 đầu hạn chế 5 bậc tự do:tịnh tiến ox,oy,oz.quay quanh oz,oy

Chi tiết được kẹp chặt bằng tốc kẹp.

2. Chọn máy

 Ta chọn máy gia công là máy mài tròn ngoài  kí hiệu 3A110 , có các thông số:

Đường kính gia công lớn nhất                   140(mm)

Chiều dài gia công lớn nhất                       180(mm)

3.4.3.7.  Nguyên công 7- Phay rãnh then

1. Sơ đồ gá đặt

 Chi tiết gia công được định vị trên hai khối V ngắn định vị 4 bậc tự do tịnh tiến oy,oz. Quay quanh oz,oy, vai trục tỳ lên thân khối V hạn chếbậc tự dotịnh tiến theo ox.

2. Chọn máy

Chọn máy phay 6H12 với các thông số sau:

3. Chọn dụng cụ cắt

Chọn dao phay ngón với các thông số: d = 8(mm), z = 4(răng), L = 120(mm), l = 45(mm).

V. Tính lượng dư cho một nguyên công, tra lượng dư các nguyên công còn lại

4.1. Tính toán lượng dư gia công bề mặt f27.

-  Tra bảng 2/pg140 [4] có f27h7 = f27_{- 0,2} .

Với bề mặt ban đầu là phôi dập nóng và bề mặt f27 là bề mặt ren vít do đó đây là một bề mặt tương đối quan trọng của trục vít, và để đạt được các yêu cầu kĩ thuật và độ chính xác gia công bề mặt 27.

Tính sai lệch còn lại sau các nguyên công:

- Sau tiện thô: p₁ = 0,05 p_p = 0,05 . 1876 = 93,8 mm.

- Sau tiện tinh: p₂ = 0,04 p_p = 0,04 . 1876 =75,04 mm.

Tính lượng dư nhỏ nhất:

2Z_bmin = 2 (R_za +T_a +P_a)

- Tiện thô: 2Z_bmin= 2( 150 + 250+1876) = 2.2220mm. 2Z_bmin

- Tiện tinh: 2Z_bmin =2(50+ 50 +1876) = 2.209mm.

Tính “ kích thước tính toán” (cột số 6 bảng 5.1) bằng cách ghi kích thước nhỏ nhất của chi tiết vào hàng cuối cùng, còn các kích thước khác thì lấy kích thước trước đó cộng với lượng dư tính toán nhỏ nhất. Như vậy ta có:

- Tiện tinh: d₂ = 27,215 + 2.151 = 27,518 mm.

- Tiện thô:d₁ = 27,518 + 2.209 = 33,235 mm.

- Phôi: d_p = 27,935 + 2.2220 = 33,365 mm.

- Kiểm tra phép tính.

Phép tính được thực hiện đúng khi:

   2Z_omax   -  2Z_omin = 850 - 5360 = 3000 - 20 + 2980

4.2. Tra lượng dư cho các bề mặt còn lại

Với các bề mặt còn lại của chi tiết, lượng dư và dung sai xác định bằng phương pháp tra bảng và thống kê kinh nghiệm.

- Lượng dư kích thước chiều ngang: Z_n = 0,017H + 4

Vậy Z_n = 0,017.45 + 4 = 4,765 (mm)

- Dung sai kích thước chiều ngang: d_n = 0,01H + 1 = 1,45 (mm)

- Lượng dư kích thước chiều dọc:  Z_d = 0,08H + 5 = 8,6 (mm)

- Dung sai kích thước chiều dọc:  d_d = 0,015H + 1,5 = 2,175 (mm)

Theo [3], công thức kinh nghiệm để xác định lượng dư cho vật dập là:

- Lượng dư kích thước chiều ngang: Z_n = 0,017H + 4

Vậy Z_n = 0,017.45 + 4 = 4,765 (mm)

- Dung sai kích thước chiều ngang: d_n = 0,01H + 1 = 1,45 (mm)

- Lượng dư kích thước chiều dọc:  Z_d = 0,08H + 5 = 8,6 (mm)

- Dung sai kích thước chiều dọc:  d_d = 0,015H + 1,5 = 2,175 (mm)

- Theo bảng VII - 45 [4] và bảng 4.27[3]  với bề mặt được gia công qua ba bước có:

+ Tiện thô:     2z_bmin = 2,25 (mm)

+ Tiện thô:     2z_bmin = 0,25 (mm)

VI. Thời gian gia công cơ bản.

Thời gian nguyên công được xác định theo công thức :

T_tc = T₀ + T_p + T_pv + T_tn

Trong đó :

T_tc là thời gian từng chiếc (thời gian nguyên công); T₀ thời gian cơ bản; T_p thời gian phụ, khi xác định thời gian nguyên công ta có thể lấy giá trị gần đúng T_p = 10%T₀; T_pv thời gian phục vụ chỗ làm việc bao gồm T_pvkt là thời gian phục vụ kỹ thuật như sửa dụng cụ, sửa đá …(T_pvkt = 8% T₀) và T_pvtc để tra dầu cho máy, thu dọn chỗ làm việc, bàn dao cac kíp …(T_pctc = 5% T₀).

VI: Tính toán thiết kế đồ gá

6.1. Vị trí và vai trò của đồ gá

- Đồ gá là trang thiết bị không thể thiếu được trong quá trình gia công chi tiết trên các máy cắt kim loại. Việc sử dụng đồ gá nhằm làm giảm nhẹ sức lao động, nâng cao năng suất, chất lượng của sản phẩm.

- Khi gia công một sản phẩm, tuỳ theo đặc điểm, kết cấu và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công, dạng sản xuất mà lựa chọn, thiết kế và sử dụng các loại đồ gá khác nhau một cách thích hợp. Việc thiết kế và sử dụng đồ gá hợp lý sẽ tạo điều kiện đảm bảo độ chính xác gia công, nâng cao năng suất và giảm nhẹ sức lao động, giảm thời gian phụ, mở rộng khả năng công nghệ của máy, góp phần giảm giá thành chi tiết, nâng cao hiệu quả kinh tế.

6.3. Tính toán lực kẹp

6.3.1. Sơ đồ hoá lực kẹp:

Sơ đồ lực kẹp được thể hiện như hình dưới.

6.3.2. Phân tích lực:

- Chi tiết gia công được định vị trên khối V ngắn. Chi tiết tiếp xúc với khối V nhờ hai bề mặt nghiêng hợp với nhau một góc a. Vì vậy khối V tác dụng lên chi tiết hệ phản lực tác dụng gồm: ( N₁, F₁, N₂, F₂) có phương chiều xác định như trên hình vẽ.

Với nguyên công trên, đây là phay thuận do đó xác định được:

P_x = (0,8 ¸ 0,9)P_Z =  (172,46 ¸ 194). Chọn P_X = 190 (KG)

P_Y = (0,7¸ 0,9 )P_Z =  (151 ¸ 194).  Chọn P_Y = 170 (KG)

6.4. Xác định lực kẹp cần thiết

Với nguyên công phay rãnh then trên, với hệ lực tác dụng gồm (P_Z, P_x, Py) trong quá trình gia công chi tiết có các xu hướng mất cân bằng sau:

* Lực cắt P_X  làm chi tiết có xu hướng trượt dọc trục. Vì vậy để không xảy ra sự mất cân bằng này thì lực ma sát F₁, F₂ do lực kẹp W₁, W₂ sinh ra phải lớn hơn lực cắt P_X. 

* Lực cắt P_Y  cùng phương với lực kẹp W do đó nó sẽ hỗ trợ lực kẹp và không gây mất ổn định trong quá trình gia công.

* Lực cắt P_Z  làm chi tiết có xu hướng quay quanh tâm của chi tiết. Để chi tiết không bị xoay trong quá trình gia công thì mô men ma sát M_ms do lực kẹp gây ra phải lớn hơn mô men gây xoay quanh trục M_X. 

Vậy xác định lực kẹp cho phép như sau:

W = max ( W₁, W₂) = 1170,57 (KG)

6.5. Kiểm tra điều kiện bền cho đòn kẹp

Vậy đòn kẹp thoả mãn điều kiện bền với kích thước xác định.

6.6. Xác định đường kính chốt

 Với lực kẹp W thì trong quá trình làm việc chốt sẽ chịu lực cắt sinh ra gẫy chốt. Vậy để đồ gá làm việc ổn định cần xác định đường kính chốt sao cho đảm bảo điều kiện bền.

Vậy: W = 6,528(mm).

Chọn đường kính chốt theo tiêu chuẩn: d = 8 (mm)

6.7. Xác định đường kính bu lông

- Trong quá trình làm việc bu lông không chịu tác dụng của ngoại lực và chịu lực xiết V = W/2 do đó theo (5.3.4)[10] xác định được đường kính bu lông theo điều kiện bền.

Vậy đường kính bu lông được xác định: d=9,567 (mm)

Tra tiêu chuẩn chọn bu lông M12.

6.8. Tính toán sai số chế tạo cho phép của đồ gá [e_ct]

- Sai số của đồ gá ảnh hưởng đến sai số của kích thước gia công, nhưng phần lớn nó ảnh hưởng tới sai số vị trí tương quan giữa bề mặt gia công và bề mặt chuẩn.

* Sai số chuẩn e_c - do chuẩn định vị không trùng với gốc kích thước gây ra. Với đồ gá thiết kế thì e_c = 0.

* Sai số kẹp chặt e_k - do lực kẹp gây ra. Trong nguyên công phay rãnh then trên có phương lực kẹp vuông góc với phương kích thước đạt được do đó e_k = 0.

* Sai số mòn e_m - do đồ gá bị mòn gây ra. Sai số mòn xác định theo công thức sau:   (mm). Trong đó: b: hệ số phụ thuộc vào kết cấu đồ định vị. Với chuẩn tinh là khối V do đó b = 0,3¸ 0,8. Chọn b = 0,5; N: số chi tiết gia công trên đồ gá, N = 32400 (ct)

Vậy: = 54 (mm)

* Sai số chế tạo cho phép của đồ gá e_ct - sai số này cần được xác định khi thiết kế đồ gá: [e_ct] = 0,043 = 43 (mm)

6.9. Điều kiện kỹ thuật của đồ gá

Từ sai số gá đặt cho phép của đồ gá [e_đg] = 0,043 (mm) và dựa vào yêu cầu kỹ thuật của nguyên công thực hiện thì yêu cầu kỹ thuật của đồ gá được xác định như sau:

1. Độ song song của tâm khối V và đáy đồ gá không quá 0,046 trên 100m chiều dài

2. Độ lệch đường tâm giữa 2 khối V không quá 0,02mm.

KẾT LUẬN CHUNG

Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về máy phay CNC MINI. Kết quả nghiên cứu của đề tài như sau:

- Nêu được tổng quan về phay CNC, về bộ điều khiển

- Mô tả cụ thể hệ thống phay CNC

- Thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống.

- Xây dựng hoàn chỉnh các hàm điều khiển tối ưu cho hệ thống.

- Hoàn thành chương trình điều khiển cho hệ thống .

- Thiết kế mô phỏng mô hình hệ thống thang máy và kiểm chứng kết quả.             

Tựu chung lại luận văn đã đưa ra hướng giải quyết cho bài toán điều khiển

Tuy nhiên do đề tài "Nghiên cứu và thiết kế máy phay CNC" có phạm vi nghiên cứu khá rộng, trình độ của tác giả còn hạn chế và thời gian thực hiện ngắn nên đề tài sẽ không tránh khỏi những sai sót.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Driels M. - Linear Control Systems Engineering, McGraw-Hill International Edition, 1995.

2. Xu W.;   Chen J.;   Yang J.- Design of servo system for 3-axis CNC drilling machine based on XPC target , Computing, Communication, Control, and Management, 2009. CCCM 2009. ISECS International Colloquium on 8-9 Aug. 2009

3. Mostert P.F. – Computer numerical controlled drilling machine interfaced toa computer aided design package. PhD Thesis 1996- Cape Peninsula University of Technology.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"