MỤC LỤC

MỤC LỤC.

LỜI NÓI ĐẦU.

PHẦN I XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG, QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG.  

Chương 1:  Giới thiệu chung về hệ thống thay dao tự động.

1.1 Tổng quát. 

1.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống thay dao tự động.

1.2.1 Ưu điểm. 

1.2.2  Nhược điểm.

1.3 Phân loại.

1.4 Cấu tạo của hệ thống.

1.4.1 Thành phần tích dao.

1.4.2 Cơ cấu thay dao tự động.

1.4.3 Các thành phần khung đỡ,vỏ bọc và thành phần khác.

1.5 Yêu cầu hệ thống.

1.6 Nguyên lý hoạt động của hệ thống.

Chương 2:  Sơ đồ động thống thay dao tự động của máy phay CNC.

2.1 Sơ đồ động của hệ thống.

2.1.1 Khái niệm.

2.1.2 Sơ đồ.

Chương 3: lập quy trình tinh toán và xác định gốc tọa độ.

3.1 Lập quy trình tính toán cho hệ thống thay dao.

3.1.1 Lập quy trình tính toán.

3.3 Xác định gốc tinh toán cho hệ thống.

Chương 4:  Tính toán tang chứa dao.

4.1 Xác định các thông số hình học của tang chứa dao.

4.1.1 Tính bán kính từ tâm dao đến tâm của Tang.

4.1.2 Xác định khoảng cách giữa các dao gần nhau trong Tang.

4.1.3 Kiểm tra độ an toàn khi trục chính vào thay dao.

4.2 Tính toán các thông số hình học của Tang.

Chương 5. Tính toán cơ cấu Mante.

5.1 Toán các thông số hình học của cơ cấu Man.

5.2 Tính toán động học của cơ cấu Man.

5.3 Ta đi tính gia tốc góc và vận tốc góc cho đia Man.

Chương 6 :  Lựa chọn ổ lăn.

6.1 Lựa chọn loại ổ lăn.

6.1.1 Chọn sơ bộ kích thước ổ.

6.1.2 Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ.

Chương7  Tính toán trục đỡ Tang.

7.1 Tính toán lựa chọn động cơ.

7.1.1 Tính chọn động cơ.

7.1.2 Tính chọn hộp giảm tốc.

7.2 Tính cơ cấu culit.

7.3 Tính toán trục dẫn hướng.

PHẦN II:  XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN THAY DAO.

Chương 8: Khái niệm sơ đồ khối.

Chương 9 : Sơ đố khối thuật toán trả dao.

Chương 10: chương trình trục chính.

Chương trình 4: Đài dao di chuyển từ vị trí A ->B (A là vị trí ban đầu, B là vị trí thay dao 

PHẦN III: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG BẰNG PHẦN MỀM CATIA.

KẾT LUẬN.

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

LỜI NÓI ĐẦU

    Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển rất nhanh, mang lại những lợi ích cho con người về tất cả những lĩnh vực vật chất và tinh thần. Để nâng cao đời sống nhân dân và hòa nhập với sự phát triển chung của thế giới, Đảng và nhà nước ta đã đề ra những mục tiêu đưa đất nước đi lên thành một nước công nghiệp hóa hiện đại hóa. Để thực hiện điều đó thì một trong những ngành cần quan tâm phát triển nhất đó là ngành cơ khí nói chung và cơ điện tử nói riêng vì nó đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị công cụ (máy móc, robot…) của mọi ngành kinh tế quốc dân. Muốn thực hiện việc phát triển ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kĩ thuật có trình độ chuyên môn đáp ứng yêu cầu của công nghệ tiên tiến, công nghệ tự động hóa theo dây chuyền sản xuất.

   Máy công cụ điều khiển số CNC ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các xí nghiệp công nghiệp ở nước ta. Phát huy hiệu quả sử dụng, bảo dưỡng, vận hành máy CNC là vấn đề được đặc biệt quan tâm của chúng ta. Muốn phát huy hiệu quả tối đa khả năng thiết bị cũng như cải tiến nó cho phù hợp với con người Việt Nam đòi hỏi phải có sự hiểu biết sâu sắc về máy CNC.

   Đồ án thiết kế cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chương trình đào tạo kĩ sư Cơ điện tử. Đồ án này giúp cho sinh viên có thể hệ thống lại các kiến thức của môn học như: Chi tiết máy, Vẽ kĩ thuật, Cơ học kĩ thuật, Nguyên lý máy, Sức bền vật liệu, kỹ thuật lập trình trong cơ diện tử …Đồng thời cũng giúp chúng em học thêm một số phần mềm thiết kế, mô phỏng cần thiết như Solidworks, Auto CAD…Ngoài ra giúp chúng em làm quen với công việc thiết kế và làm đồ án tốt nghiệp sau này.

   Dù đã cố gắng hoàn thành đồ án này cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình và cụ thể  của các thầy cô trong bộ môn, nhưng theo hiểu biết còn hạn hẹp cộng với chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để em rút thêm kinh nghiệm và bổ sung thêm kiến thức cho mình.

   Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các thầy cô trong Viện Cơ Khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy:........................đã giúp em hoàn thành đồ án này.

                                          Hà Nội, ngày  .... tháng .... năm  20.....

                                       Sinh viên thực hiện

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

PHẦN I:  XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG, QUY TRÌNH

 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

  Chương 1:  Giới thiệu chung về hệ thống thay dao tự động

1.1 Tổng quát

    Từ khi quá trình cơ khí hóa hoạt động sản xuất, rất nhiều máy móc mới ra đời với năng suất và chất lượng tăng rất mạnh, đặc biệt là máy CNC. CNC  được lập trình tự động hoặc bán tự động để gia công, chế tạo sản phẩm; sản phẩm máy tạo ra có độ chính xác khá cao, năng suất gấp nhiều lần so với gia công thủ công.

1.2   Ưu và nhược điểm của hệ thống thay dao tự động.                                                              

1.2.1 Ưu điểm.

 Quá trình thay dao sẽ rất nhanh do các công đoạn thay thế đều được lập trình và được chạy bằng máy. Việc thay thế sẽ chính xác và độ an toàn cao do không phụ thuộc vào yếu tố chủ quan từ con người, từ đó làm năng suất và chất lượng của sản phẩm tăng rất nhiều. Tính an toàn đối với người vận hành, độ tin cậy trong gia công cũng tăng so với phương pháp thay dao thủ công. Ngoài ra, nó còn đảm bảo tính chuyên nghiệp, mang tính tự động hóa cao, sự đồng bộ khi gia công sản phẩm bằng máy phay tự động.

1.5 Yêu cầu hệ thống.

  Khi thiết kế hệ thống thay dao tự động cần phải đảm bảo các yêu cầu    như :

-  Ổ chứa phải có dung lượng đủ lớn để đảm bảo được yêu cầu trong quá trình làm việc bởi khi gia công ta có thể cần thay số lượng dao tương đối nhiều.

- Dụng cụ phải được chứa trong ổ với độ tin cậy cao, và được giữ chặt trong tay máy khi thay thế tự động.

-  Chuôi dao và gá dao phải được định vị chính xác vào vị trị gia công.

Chương 2 :  Sơ đồ động thống thay dao tự động của máy phay CNC

1.7 Sơ đồ động của hệ thống.

1.7.1  Khái niệm.

     Sơ đồ động của máy là những hình vẽ quy ước biểu diễn ác bộ truyền, các cơ cấu liên kết với nhau tạo nên các xích truyền động, xác định những chuyển động cần thiết của máy. Đồng thời trên đó còn chỉ rõ công suất và số vòng quay của động cơ điện, đường kính bánh đai, số răng của bánh răng, số đầu mối của trục vít, số răng của bánh vít.

1.7.2 Sơ đồ.

  Từ định nghĩa sơ đồ động như trên và phân tích các chuyển  động cần thiết của hệ thống thay dao CNC, cùng với các hình vẽ quy ước ta xây dựng nên sơ đồ động của toàn hệ thống thay dao tự động.

Chương 3: Lập quy trình tinh toán và xác định gốc tọa độ

2.1  Lập quy trình tính toán cho hệ thống thay dao.

Với các dữ liệu đầu vào :

Số dao đài chứa : 18

Đường kính lớn nhất của dao : 55mm (đướng kính của dao phay mặt đầu).

Loại chuôi dao : BT 40

Khối lượng dao : 6kg

Thời gian thay dao ngắn nhất : 3s

Thời gian thay dao dài nhất : 7s

2.1.1 Lập quy trình tính toán.

Xác định tâm của đường tròn chứa dao và vị trí của các đài dao trên đường tròn.

Kết cấu tay kẹp dụng cụ và tấm định vị.

Tính toán Tang chứa dụng cụ.

Tính toán cơ cấu Man.

Tính toán và lựa chọn động cơ cho cơ cấu quay phân độ.

Tính toán và lựa chọn ổ lăn.

Tính toán lò xo tạo lực kẹp dao.

Lựa chọn trục dẫn hướng.

Tính toán và lựa chọn hệ thống xylanh khí nén dẫn dộng đài dao.

2.3   Xác định gốc tinh toán cho hệ thống.

  Để đảm bảo quá trình thay dao với độ an toàn cao ta cần phải xác định một điểm chuẩn cho hệ thống thay dao, đó là điểm trùng với điểm gốc của trục chính máy CNC trong quá trình thay dao. Điểm này phải đảm bảo sao cho đường tâm của trục chính và đường tâm của dụng cụ được gọi ra thay phải trùng nhau và phải đảm bảo hành trình thay dao của trục chính L_trục = 130mm và hành trình dẫn hướng của xylanh L_xylanh = 250mm không xảy ra va đập.

  Để tính toán hệ thay dao thì ta cần phải xác định một điểm gốc tính toán cho hệ thống. Từ điểm chuẩn thay dao và hành trình của xylanh L­_xl = 250mm, vậy điểm gốc tính toán cho hệ thống thay dao cách điểm chuẩn thay dao 250mm.

Chương 4:   Tính toán tang chứa dao

3.1 Xác định các thông số hình học của tang chứa dao.

  Để đảm bảo an toàn trong quá trình thay dao ta cần tính toán cho cơ cấu sao cho kết cấu của hệ thống phải gọn nhẹ, phải có độ chính xác cao, không xảy ra va đập khi trục chính vào thay dụng cụ.

3.1.1 Tính bán kính từ tâm dao đến tâm của Tang.

Khi xếp kín 18 dao thành một đường tròn ta có tổng chiều dài sẽ là :

C = N.D_dao = 18.55 = 990mm

Trong đó:

 N : số dao

D_dao: đường kính lớn nhất của dao

Ta phải chọn bán kính Tang sao cho chu vi của nó phải lớn hơn C

Kiểm tra khi mở tay kẹp :

Khi thay dao, tay kẹp xoay quanh trục quay một góc là 5⁰, vậy lượng mở ra của tay kẹp ứng với bề dày nhất là :

L_k » 82.tanα » 7,2mm < 23,4mm

→ Khi mở tay kẹp, chúng sẽ không bị va chạm vào nhau.

Vậy các tay kẹp không bị va chạm  vào nhau trong quá trình thay dao.

3.2 Tính toán các thông số hình học của tang.

Tính bán kính vòng ngoài của Tang R₁:

        R₁ = R₀ – h – R_maxd

Trong đó :

R₀ : bán kính từ tâm dao đến đường tâm Tang R₀= 290 (mm)

h :  Lượng nhô ra của tấm định vị so với Tang h = 16 (mm)

R₁= 290 – 16 – 27,5 = 244 (mm)

→ Lấy R₁= 250 (mm).

Bán kính vòng trong của Tang R₂:

Để có không gian cho tay kẹp di chuyển va lắp ghép lò xo để tạo ra lực kẹp ta cần phải xác định bán kính vòng trong của Tang R₂

        R₂ < R₁ - L_k –L

Với:

L: khoảng cách từ chốt tay kẹp đến vòng tròn ngoài của Tang L = 16 (mm)

L_k : Chiều dài chuôi tay kẹp L_k= 58 (mm)

R₂ < 250 –58– 16 = 176 (mm)

Lấy R₂= 200 (mm)

Vậy khi cần Man quay đều với vận tốc góc w thì đĩa Man sẽ quay không đều với vận tốc góc w_đ và có gia tốc là e_đ,và có vận tốc lớn nhất khi j = 0^o và gia tốc lớn nhất khi j = 55,55^o khi đó y = 5,41^o

Với thời gian thay dao hệ thống là : 3/7s

 Trong đó :

   - T = 3 s là thời gian thay dao nhanh nhất của hệ thống khi dao cần thay ở gần vị trí thay dao nhất.

   - T = 7 s là thời gian thay dao lâu nhất của hệ thống khi dao cần thay ở xa vị trí thay dao nhất.

Thời gian thay dao của hệ thống gồm :

             T = T_xl + T_trc + T_t + T_tr= 3s

Trong đó:

    T_xl = 1s thời gian hành trình xylanh vào thay dụng cụ

    T_tr  = 0,5s thời gian truyền tín hiệu

    T_trc = 1s thời gian hành trình trục chính vào thay dụng cụ

    T_t = t_m+t_o= 0.5s thời gian thay đồi một vị trí của Tang

5.1 Lựa chọn loại ổ lăn.

Với kết cấu của cơ cấu chứa dao ta thấy ổ lăn chỉ phải chịu tác dụng của lực dọc trục,còn lực hướng khá nhỏ nên ta có thể bỏ qua.Vậy ta dùng ổ đũa côn đỡ chặn.

   Ta kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ theo điều kiện sau :

             Q_T £ C_o

   Với:  Q_T : Tải trọng tĩnh được tính theo công thức :

             Q_T= X_o.F_r+ Y_o.F_a.

             X_o , Y_o: Hệ số tải trọng hướng tâm và hệ số tải trọng dọc trục

             X_o = 0,5 , Y_o= 0,22.cotga = 0,22.cotg14,08^o = 0,877

              F_r  : lực hướng tâm » 0

              F_a  : lực dọc trục F_a = P_T = 2034,6 N

Q_T= 0,5.0 + 0,877.2034,6  = 1784 N < 108,8.10³N

Vậy ổ lăn đủ bền.

E = 2.10⁴ kN/cm² : môđun đàn hồi của thép

6.1 Tính toán lựa chọn động cơ

6.1.1 Tính chọn động cơ

   Để tính chọn được động cơ cho đĩa quay của cơ cấu Man, ta phân tích các lực tác dụng lên tay quay, từ đó tính được công suất cần thiết để lựa chọn động cơ.

Khối lượng của Tang chứa dụng cụ :

G_T=G_T+18.G_K+18.G_D+G

Trong đó:

GT: khối lượng của tang: 75 (kg)

G_K: khối lượng của cơ cấu kẹp dao :G_K= 2.G_T+G_C

G_G= 2.0,35 + 0,1 = 0,8 (kg)

G_D: khối lượng của một đài dao : 6 (kg)

G : khối lượng của các chi tíêt phụ lấy :10 (kg)

 G_T= 75+ 18.0,8 + 18.7 + 10 = 207,4 (kg)

Vậy lực tác dụng lớn nhất lên cần gạt trong quá trình thay dao là:

                   P_c=P_đ.cos (55,55⁰) = 710,5N          

Mômen tác lên trục của cần gạt :

M = P_c.r = 710,5.45 = 31973 (Nmm)

Chọn l = 135 mm

c. Tính mô men:

Khối lượng của tang dao tối đa m = 203,5 kg

Chọn khối lượng cu-lit và các chi tiết phụ M₁

Tổng khối lượng M = 23 kg

=> Tổng khối lượng của cơ cấu là M=226,5 kg

d. Tìm vận tốc của cơ cấu:

Tang dao được gắn trên cơ cấu cu-lit chuyển động từ trạng thái đứng yên v = 0

Hành trình H =250 mm =0,25 m, trong khoảng thời gian 1s

Chọn bánh răng : Z1 = 19 ; tỉ số truyền 13,65  nên

Z2 = 19 . 13,65  =  259,35 chọn Z2 = 260

6.3 Tính toán trục dẫn hướng.

Để dẫn hướng cho Tang chứa dụng cụ thực hiện quá trình thay dao, ta dùng hai trục lắp trên thân đơ để dẫn hướng. Sơ đồ bố trí 2 trục dẫn hướng trên hệ thống thay dao:

Với hệ thống thay dao đòi hỏi độ chính xác cao, trục dùng để dẫn hướng Tang chứa dao tiến vào trục chính của máy để thay dao thông qua các bạc. Vậy ta có thể coi trục chỉ chịu tác dụng của trọng lượng của Tang chứa dụng cụ, Động cơ để truyền chuyển động quay phân độ Tang và thân đỡ Tang. Ta chọn vật liệu của trục là C45.

Đường kính trục dẫn hướng được tính theo hai chỉ tiêu là độ bền uốn vào độ võng lớn nhất cho phép. Đầu vào là khối lượng của hệ thống tang chứa dụng cụ, và khoảng các giữa hai gố ổ cố định được lấy gần bằng hành trình dịch chuyển của tang.

Đầu vào:

+ Lực của Tang và dụng cụ tác dụng lên trục dẫn hướng:

P = (G_T +G₁).g

Với G_T  là khối lượng của cơ cấu tang và tấm đỡ cơ cấu culit G_T = 230 (kg)

G₁ là khối lượng của động cơ quay đài dao và hộp số: G₁ =25 (kg)

P=(230+25).9,81=2501,55 N

+ Vật liệu thép C45 với các thông số như sau: σ_b=600(MPa),ứng suất xoắn cho phép là 12 420(MPa).

+ Chiều dài trượt: L_td= 250 mm

Tìm hốc thay dao.

* Quy ước :

- Dao được đánh số từ 1-> 18 theo chiều kim đồng hồ

- Ổ dao hướng với trục chính trên mặt phẳng thay dao tạo với vị trí T thành một đường thẳng ở vị trí ổ dao thứ I (Tx)

- Dao cần lấy ở vị trí ổ dao thứ J (Ty)

- C: Là kí hiệu của việc quay đài dao ngược chiều kim đồng hồ từ Ty->Tx trong sơ đồ khối thuật toán của bài toán tối ưu

PHẦN 3: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG THAY DAO

TỰ ĐỘNG BẰNG PHẦN MỀM CATIA

   Mô phỏng quá trình thay dao tự động trên catia_với thanh công cụ :DMU   kinematics.

3.1. Bước 1: Chuyển bị file lắp ghép:

Trục chính về vị trí home.

3.2 Bước 2:  Tạo chuyển động quay tới vị trí dao cần lấy.

  Click lệnh Cylindrical join -> New Machenism.chọn lần lượt line 1 và line2 là đường trục của cụm tang dao và trục đỡ dao( trục đỡ dao cố định).

Điều chỉnh góc quay để quay dao cần thay về. (ví dụ như hình trên dao mầu hồng: -75 lên 25)

3.3 Bước 3 : Tạo chuyển động của đài dao về vị trí cần lấy dao.

Click lệnh Cylindrical join -> New Machenism.

Chọn line1 line2 lần lượt trên trục cử gá đỡ( lỗ) và trục dẫn hướng(click lengh drive)

Chọn hành trình đi ra đến vị trí cần thay dao.

3.5 Bước 5: Tọa video và xuất video.

Click vào simulation.xuất hiện thanh cộng cụ.chọn tất cả.

Click ok và sắp xếp lại quy luật chuyển động.

Chọn tool ->  image ->video để ghi và xuất vide.

Quá trình trả dao cũng tương tự.

KẾT LUẬN

     Sau một thời gian làm việc tập trung, khẩn trương dưới sự hướng dẫn chỉ bảo của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là thầy giáo :…….....……, đến nay đồ án của em đã hoàn thành đúng thời hạn đảm bảo các nhiệm vụ được giao.

    Qua quá trình làm đồ án đã giúp em làm quen với những công việc cụ thể của người kỹ sư trong tương lai, phương pháp làm việc độc lập, sáng tạo, khoa học, kỷ luật, đồng thời đồ án đã giúp em củng cố thêm các kiến thức đã được học như : vẽ kỹ thuật, chi tiết máy, kỹ thuật robot….cũng như học hỏi được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu.

    Cuối cùng em xin cám ơn thầy giáo :…….....……, cùng các thầy trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án này.                                                                                

  Em xin chân thành cảm ơn !

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trịnh Chất, Lê Uyển “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí T1,T2”.

[2] Trương Hữu Chí, Võ Thị Ry, “Cơ điện tử, hệ thống trong chế tạo máy”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2005

[3] L.V. Doanh, P. T. Hàn, Ng. V.  Hòa, Đ. V. Tân, “Các bộ cảm biến trong kỹ  thuật đo lường và điều khiển”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2006

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"