Tải bản đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy phay CNC

Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy

Lời nói đầu

Trang 1


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
Mục lục

Trang 2


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY CNC
I. CÔNG DỤNG VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG.
1. CÔNG DỤNG.
1.1. Giới thiệu chung về máy CNC.
CNC – viết tắt cho Computer Numerical Control (điều khiển bằng máy
tính) đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục
đích sảnxuất (có tính lập lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác)

phức tạp, bằngcách sử dụng các chương trình viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo
tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G.
Máy CNC (Computer Numerical Controlled) là máy công cụ, điều khiển theo
một chương trình định sẵn. Các dữ liệu được cung cấp dưới dạng tập lệnh.
1.1.1 Quá trình phát triển.
Điều khiển số NC (Numerical Control) là phương pháp tự động điều
chỉnh các máy công tác (máy công cụ, Robot, băng tải vận chuyển phôi liệu,
chi tiết gia công, sản phẩm,...) trong đó các hành động bị điều khiển được sản
ra trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng mã nhị phân. Nó được biểu diễn
dưới dạng các con số thập phân, các chữ cái và kí hiệu đặc trưng tạo thành
một chương trình làm việc của thiết bị hay của hệ thống.
Trước đây, cũng đã có những quá trình gia công cắt gọt được điều khiển
theo chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ
thống thuỷ lực,.... Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của KH- KT, nhất là
trong lĩnh vực ĐKS và tin học đã tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà chế tạo
máy nghiên cứu và ứng dụng đưa vào các máy công cụ truyền thống các
HTĐK tự động. Biến các máy công này thành các máy điều khiên theo
chương trình số, gọi là các máy CNC (Computrized Numerical Control).
Việc sử dụng các máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng
cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế; đồng thời cho phép rút ngắn
được chu kỳ sản xuất. Do đó, hiện nhiều nước trên thể giới đã và đang ứng
dụng rộng rãi công nghệ mới này vào lĩnh vực cơ khí chế tạo. Đặc biệt là chế tạo
các khuôn mẫu chính xác, các chi tiết đòi hỏi độ chính xác và độ phức tạp cao.
Xuất phát từ ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh
kế tiếp, liên tục như các máy công cụ ĐKS ngày nay được thực hiện từ mãi
thế kỉ XIV. Khi ở châu Âu người ta dùng các chốt hình trụ để điều khiển các
chuyển động của các hình trang trí trên đồng hồ lớn của nhà thờ.
Trang 3


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
Năm 1808, Joseph M. Jacquard dùng những tấm tôn đục lỗ để điều
khiển tự động các máy dệt.
Năm 1863, M. Foumeaux phát minh ra đàn Piano nổi tiếng thế giới. Với
băng giấy đục lỗ làm vật mang tin.
Năm 1938, Claud E. Shannon trong khi làm luận án tiến sĩ đã đi đến kết
luận rằng việc tính toán và truyền tải nhanh dữ liệu có thể thực hiện bằng mã
nhị phân.
Từ năm 1949 đến 1952, Jonh Parsons và Học viện kỳ thuật
Massachusett (Massachusett Institute Of Technology) đã thiết kế “một hệ

thống điều khiển dành cho máy công cụ, để điều khiển trực tiếp vị trí của các
trục thông qua dữ liệu đầu ra của một máy tính, làm bằng chứng cho một
chức năng gia công chi tiết”theo hợp đồng của Không lực Hoa Kỳ.
Cũng trong thời gian này, Parsons cùng với đồng nghiệp của ông đã đưa ra 4
tiên đề cơ bản sau:
- Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng
đụclỗ.
- Các đục lỗ được đọc trên mảy một cách tự động.
- Những vị trí đã được đọc ra được liên tục truyền đi và được bổ sung
thêm tính toán cho các giá trị trung gian nội tại.
- Các động cơ servo ( vô cấp tốc độ ) có thể điều khiển được chuyển
động các trục.
Năm 1952, chiếc máy phay ĐKS đầu tiên ra đời mang tên là “ Cincinnate
Hydrotel” có trục thẳng đứng do Học viện kỹ thuật Masssachusett cung cấp.
Đơn vị điều khiển được lắp bằng các bóng đèn điện tử chân không, điều
khiển 3 trục nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân.
Năm 1954, Bendix mua bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo
được thiết bị điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, nhưng vẫn còn dùng bóng
đèn điện tử chân không.
Năm 1958, “công cụ lập trình tự động APT” (Automatically
Programmed Tool) ra đời. Đánh dấu một bước phát triển mới về lập trình cho máy.
Rồi từ thập niên 80 trở đi, với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các
mạng cục bộ và liên thông đã tạo điều kiện cho các nhà chế tạo thực hiện việc
nối kết giữa các máy CNC riêng lẻ (CNC Machine Tools) lại với nhau tạo
Trang 4


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
thành các trung tâm gia công DNC (Directe Numerical Control) nhằm khai
thác một cách có hiệu quả nhất như: cách bố trí, sắp xếp các công việc trên
từng máy, tổ chức sản xuất,.... Và cũng dựa trên nền công nghiệp này, một
chuỗi các loại thiết bị, phần mềm và hệ thống được phát triển không ngừng
bởi các viện nghiên cứu và công nghệ khác nhau trên thế giới. Nhằm thoả
mãn về nhu cầu thiết kế và chế tạo đặc biệt.
Đó là những phần mềm thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ
CAD/CAM (Computer Aided Desgin/ Computer Aided Manuíacturmg) theo
hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) và cao hơn
là việc chế tạo và gia công chi tiết được thực hiện toàn bộ qua máy tính,
người ta gọi là tổ hợp CIM (Computer Intergraded Manufacturing).
Cho đến năm 2016 này, lịch sử phát triển của máy công cụ ĐKS đã được
GẦN 70 năm tuổi. Nó đã được phát triên và ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước
trên thế giới. Từ những ứng dụng gia công đơn giản như việc di chuyển từ
điểm đến điểm của máy khoan đến những máy công cụ điều khiển 2 trục như
máy tiện, điều khiển 3 trục như máy phay,...và cho đến những nhiệm vụ tự
động gia công nhiều trục và độ phức tạp cao như: các khuôn rèn dập, các
khuôn đúc áp lực, cánh tuabin và những chi tiết phức tạp của máy bay, tàu thuỷ,....
Ngoài ra, ngày nay máy CNC còn được dùng vào việc kiểm tra giám sát,
điện báo điện tín và nhiều lĩnh vực khác đã đem lại chất lượng và hiệu quả
kinh tế rất đáng kể. Trong tương lai, với lợi thế về sự ghép nối các hệ thống
CNC riêng lẻ với nhau để tạo thành mạng sẽ được phát huy trong chiến lượt
gia công toàn cầu. Trong đó, dòng thông tin được thu phát, chuyên giao bằng
hệ thống vệ tinh, đảm nhiệm mối liên kết giữa nhu cầu thị trường đơn đặt
hàng, nhà thiết kế, nhà chế tạo, nhà cung cấp, nhà tiêu thụ trong mạng liên
thông toàn cầu WAR (World Area Netword).
1.1.2 Những đặc điểm cơ bản của máy CNC
- Khả năng tự động hoá cao.
- Năng suất gia công cao, thời gian phụ (thay dao, chạy không,…) giảm.
- Khả năng đạt độ chính xác cao, tính ổn định cao.
- Có khả năng tập trung nguyên công cao, khả năng gia công nhiều bề
mặt trong cùng một lần gá.
- So với máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (cam, cữ hành
trình, trục gài bi…) máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình,
Trang 5


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
tiết kiệm được thời gian điều chỉnh máy đạt được tính chính xác cao
ngay cả với sản xuất hàng loạt nhỏ.
- Một ưu điểm nổi bậc khác chỉ có trong máy CNC đó là phương thức
làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử – số hóa”. Phương thức
này cho phép nối ghép với hệ thống xử lý số trong phạm vi quản lý xí
nghiệp. Đồng thời cũng tạo điều kiện cho việc ứng dụng các kỹ thuật
quản lý hiện đại thông qua mạng liên kết cục bộ ( LAN) hay mạng liên
thông (WAN).
Máy công cụ CNC tuy có được nhiều ưu điểm so với máy vạn năng nhưng
cũng còn có nhược điểm là:
- Không thích hợp với việc gia công những chi tiết đơn giản.
- Chi phí cho việc mua sắm trang thiết bị quá cao.
- Đòi hỏi người thợ đứng máy phải có một kiến thức tương đối rộng cả
về cơ khí, lẫn điện tử khi tiến hành gia công.
1.2 Công dụng của máy CNC
- Độ chính xác gia công phụ thuộc vào độ chính xác của hệ thống đo.
- Chất lượng gia công ổn định.
- Có thể gia công những chi tiết phức tạp mà máy công cụ thường không
gia công được.
- Tháo và kẹp chi tiết một cách tự động.
- Đem lại hiệu quả kinh tế rất cao.
Ngày nay, các máy CNC chiếm phần lớn trong các dây chuyền sản xuất của
phân xưởng, nhà máy có quy mô lớn.
1.3 Phạm vi sử dụng của máy CNC
Hiện nay máy công cụ CNC đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi
vào nhiều lĩnh vực cuộc sống nhiều nước trên thế giới. Cùng với sự phát triển
vượt bậc của công nghệ vi xử lý, trung tâm điều khiển của máy CNC hiện đại
được điều khiển bởi bộ vi xử lý. Nhờ tốc độ xử lý của các phần tử này mà
nhịp độ làm việc của các máy CNC được ghép với chúng không bị thay đổi.
Có thể coi sự ra đời của máy CNC là một cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực
cơ khí chế tạo máy, đó là một phần tử vô cùng quan trọng trong hệ thống sản
xuất linh hoạt. Nó góp phần thúc đẩy quá trình tự động hóa nhằm dần dần
thay thế vai trò của con người trong quá trình sản xuất.
2 . VAI TRÒ, VỊ TRÍ, VÀ TRÌNH ĐỘ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY TRONG
THỰC TẾ.
Trang 6


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
2.1 Vai trò .
Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là
rất xa lạ và ít người biết đến nó.
Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ,
hợp tác với nước ngoài như: dự án “Chuyên giao công nghệ thiết kế, phát
triển và chế tạo khuôn mẫu”. Lúc đó các công nghệ CNC như: máy phay
CNC, máy tiện CNC, đo lường CNC,... lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút
sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn cũng như của các doanh nghiệp trong
nước và liên doanh với ngoài.
Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang có những dự án
đầu tư các dây chuyền sản xuất với phần lớn thiết bị trong là các máy CNC.
2.2 Vị trí và trình độ phát triển của máy CNC
Hiện nay máy phay CNC được sử dụng rộng rãi ở các công ty sản xuất
loạt lớn hàng khối tại Việt Nam .
Mặc dù, công nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong một thời gian ngắn
nhưng có thể nói công nghệ này đã có một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc
trong những năm tới đây công nghệ này sẽ được dùng nhiều trong các xí
nghiệp, phân xưởng, nhà máy ở nước ta. Vì nó đem lại hiệu quả kinh tế rất
cao. Đặc biệt trong điều kiện sản xuất hiện nay ở nước ta. Do vậy, việc đấy
mạnh ứng dụng công nghệ CNC là một nhu cầu cần thiết đối với các cơ sở
sản xuất nói chung và nghành chế tao máy nói riêng.
3.TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ MÁY CÔNG CỤ VÀ CÁC CÔNG CỤ
THIẾT KẾ HIỆN ĐẠI.
3.1 Phân tích yêu cầu thiết kế .
Để thiết kế được máy phay CNC ta phải thực hiện theo các trình tự thiết kế sau :
- Đầu tiên ta phải phân tích, tìm hiểu kỹ về máy và nguyên lý hoạt động của máy .
- Sau khi phân tích cấu tạo máy ta chia ra từng bộ phận máy có chức năng ,
vai trò cụ thể . Từ đấy ta có thể lựa chọn thiết kế máy theo cấu tạo như : hệ
thống bôi trơn , làm nguội ; hệ thống điều khiển ; hệ thống gia công …
- Sau khi tìm hiểu nguyên lý hoạt động máy ta có thể phân tích được các
đường truyền , cơ cấu hoạt động của bàn máy , bàn dao , bàn điều khiển …
Từ đó ta thiết kế máy theo các đường truyền dẫn cụ thể như sau : Trục vít me
dọc , trục vit me ngang của bàn máy , chuyển động chạy dao …
3.2 Tổng hợp thiết kế .
Trang 7


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
Để thiết kế được một máy cụ thể ta phải thực hiên theo trình tự các bước
thiết kế sau :
- Thiết kế cấu trúc động học máy .
- Thiết kế đặc tính kỹ thuật máy .
- Thiết kế động học máy .
- Thiết kế động lực học máy .
- Thiết kế kết cấu máy .
- Thiết kế hệ thống bôi trơn ,làm nguội .
- Thiết kế hệ thống điều khiển máy .
- Ứng dụng lập trình gia công sản phẩm.
3.3 Phương pháp thiết kế .
3.4 Thiết kế có trợ giúp máy tính.
3.5 Các yêu cầu , nội dung thiết kế .
Quá trình hoàn chỉnh một bản thiết kế không phải dễ dàng đạt được ngay ở
lần đầu qua các giai đoạn phân chia như trên rõ rành như vậy. Thường phải
tiến hành song song một số giai đoạn, có khi phải lập bản vẽ trước khi tính
toán và tính sức bền chi tiết để kiểm tra. Trong quá trình thiết kế, giai đoạn
trước phải ước tính tới những kết quả của giai đoạn sau. Vì vật đòi hỏi cán bộ
thiết kế phải tích lũy kinh nghiệm phong phú về mọi mặt mới có thể hoàn
thành tốt một bản thiết kế.

Trang 8


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ CẤU TRÚC ĐỘNG HỌC MÁY
2.1. CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY.
Một sản phẩm có thể thực hiện bằng những quy trình công nghệ khác
nhau và tương ứng là những máy khác nhau. Vì vật quy trình công nghệ gia
công trên máy là yếu tố bậc nhất ảnh hưởng đến sơ đồ nguyên tắc máy.
Công nghệ chủ yếu của máy phay CNC là để gia công các bề mặt định
hình , gia công bánh răng , rãnh thẳng , xoắn hình , gia công lỗ .... Máy có thể
hiện được các loại chi tiết phức tạp mà máy vạn năng khó có thể thực hiện,...
là loại máy được dùng trong sản xuất loạt lớn hàng khối.
2.2 BỀ MẶT CƠ BẢN ĐƯỢC TẠO HÌNH TRÊN MÁY
Bề mặt hình học của các chi tiết máy rất đa dạng có thể là: mặt phẳng,
mặt trụ, mặt côn, mặt cầu, lỗ…Để tạo hình bề mặt trên máy công cụ có 4
phương pháp cơ bản sau đây:
 Phương pháp chép hình
 Phương pháp bao hình
 Phương pháp vết (quỹ tích)
 Phương pháp tiếp xúc
2.1.1 Phương pháp chép hình
Phương pháp chép hình là phương pháp cho lưỡi dao cắt trùng với
đường sinh của bề mặt chi tiết gia công . Bề mặt gia công được hình thành do
đường sinh chuyển động dọc theo đường chuẩn .
2.1.2Phương pháp theo vết .
Bề mặt gia công được hình thành do tổng hợp các vết chuyển động của
lưỡi cắt tạo nên . Nói một cách khác quỹ tích các vết chuyển động của mũi
dao cắt là đường sinh của bề mặt gia công . Máy cắt kim loại thực hiện
phương pháp này là máy tiện , máy phay , máy khoan …
2.1.3. Phương pháp bao hình .
Phương pháp bao hình là phương pháp tạo hình khi cho lưỡi cắt chuyển động,
nó luôn luôn tạo thành nhiều đường , nhiều bề mặt tiếp tuyến liên tục với bề
mặt gia công . Qũy tích của những tiếp điểm này chính là đường sinh của bề
mặt gia công . Bề mặt tạo hình khi đó sẽ phụ thuộc vào hình dáng của lưỡi cắt.
2.1.4 Phương pháp tiếp xúc .
Phương pháp tiếp xúc là phương pháp đường tạo hình bề mặt được hình thành
theo quá trình gia công như là một đường chuẩn tiếp xúc với vô số các đường
phụ là quỹ đạo chuyển động của chất điểm trên lưỡi cắt của dụng cụ.
2.3 SƠ ĐỒ GIA CÔNG ĐIỂN HÌNH .
Trang 9


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
2.3.1 Phân tích sơ đồ gia công bề mặt định hình:
+Tdc là chuyển động tịnh tiến
lên xuống theo trục Z của trục
chính mang phôi và cũng là
chuyển động tạo tốc độ bao hình
khi gia công bề mặt 2,4
Xét về phương diện tạo hình
thì chuyển động Tdc là nhóm tạo
hình đường chuẩn.
+ Tbmx: là chuyển động tịnh
Hình 2.3.1: Sơ đồ gia công bề
tiến theo trục X của bàn máy mang
măt định hình
phôi
+ Tbmy: là chuyển động tịnh tiến theo
trục Y của bàn máy mang phôi
Xét về phương diện tạo hình thì hai chuyển động Tbmx, Tbmy là nhóm tạo hình
đường sinh
2.3.2 Sơ đồ cấu trúc và điều chỉnh động học
- Các đặc điểm của máy công cụ điều khiển số:
Tất cả các chuyển động đến từng cơ cấu chấp hành của máy công cụ
điều khiển số đều dùng nhưng nguồn động lực riêng.Liên kết động học trong
máy điều khiển số chủ yếu là liên kết động học ngoài gọi tắt là liên kết ngoài
là liên kết giữa khâu chấp hành và nguồn phát động.Các chuyển động đến
từng cơ cấu chấp hành của máy công cụ điều khiển số đều dùng những nguồn
động lực riêng. Khả năng liên kết giữa các chuyển động trong máy được tính
toán trong bộ vi sử lý và được bộ điều khiển phối hợp các chuyển động riêng biệt
một cách nhịp nhàng.
Tập hợp các nguồn truyền động, các thành phần truyền dẫn trong máy
công cụ, các liên kết động học để đảm bảo một chuyển động chấp hành được
gọi là một nhóm động học.Tên của nhóm động học tương ứng với tên gọi của
chuyển động mà nhóm đó tạo nên. Ví dụ như nhóm tạo hình, nhóm phân độ,
nhóm cắt vào...Trong máy gia công điều khiển số thường chỉ bao gồm các
xích động học đơn giản như:
+ Xích động học tạo tốc độ cắt gọt
Trang 10


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
+ Xích động học tạo tốc độ chạy dao
+ Trục x:
Động cơ M
Bộ truyền đai
Trục vít me đai ốc
với bàn máy
+ Trục y:
Động cơ M
Bộ truyền đai
Trục vít me đai ốc
với bàn máy
+ Trục z:
Động cơ M
Bộ truyền đai
Trục vít me đai ốc
với bàn máy
- Khi phối hợp các trục x ,y ,z sẽ có sơ đồ của máy như sau :

nối cứng

nối cứng

nối cứng

- Truyền động chạy dao trên máy công cụ CNC
Các hệ truyền động chạy dao chuyển đổi các lệnh điều chỉnh trong bộ
điều khiển thành các chuyển động tinh tiến của trục chính mang điện cực hay của
bàn máy.
Các chuyển động tịnh tiến là các chuyển động thẳng theo của ba trục tọa
độ của không gian ba chiều

Trang 11


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
Hệ truyền động chạy dao của máy công cụ CNC phải thể hiện được các
tính chất sau:
• Có tính động học cao: nếu đại lượng biến đổi, bàn máy phải theo kịp sự
biến đổi với thời gian nhỏ nhất
• Có độ vững chắc số vòng quay cao: khi các lực cản chạy dao biến đổi
cần hạn chế tới mức thấp nhấy ảnh hưởng của nó đến tốc độ chạy dao,
tốt nhất là không ảnh hưởng gì. Ngay cả khi chạy dao với tốc độ nhỏ
nhất cũng đời hỏi một quá trình tốc độ ổn định
• Phạm vi điều chỉnh số vòng quay cao nhất có thể từ 1: 10000 đến 1 : 30000
• Phải giải quyết được cả những lượng gia tăng dịch chuyển nhỏ nhất
Cấu trúc có tính nguyên tắc của một hệ thông truyền động chạy dao như hình trên.

Hình 2.3.2: Truyền động chạy dao của một bàn máy trong máy CNC
Trong đó:
1- Cảm nhận số vòng quay
2- Động cơ chạy dao
3-Đai băng
4-Vitme / Đai ốc / Bi
5-Bàn máy
6-Truyền động đo
7- Cảm nhận góc quay
Hệ truyền động gồm một động cơ dẫn quay, qua một cặp truyền động
nữa đi tới bộ vitme – đai ốc – bi, biến chuyển động quay thành chuyển động
tịnh tiến → Đó là dạng tiêu chuẩn của một hệ thống chạy dao hiện đại.
Kết luận : Các chi tiết gia công trên máy rất đa dạng và phong phú và
chúng được giới hạn bởi các bề mặt hình học khác nhau xuất hiện trong quá trình
gia công
Với máy phay CNC chọn hệ thống điều khiển CNC điều khiển quá trình gia
công không cần có tác dụng thêm của người vận hành mà tự động thay đổi
Trang 12


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
các thông số gia công.Ngoài ra nó còn đảm đảm điều khiển giới hạn các
thông số cắt gọt và đồng thời đảm nhiệm vai trò tối ưu hóa quá trình gia công
giảm thời gian gia công đồng nghĩa với việc giảm giá thành. Nó có các chức
năng bổ sung thêm vào hệ điều khiển CNC là khả năng tự động theo dõi điện
cực và đo chi tiết trong quá trình gia công.
2.4 THIẾT LẬP CẤU TRÚC ĐỘNG HỌC MÁY.
2.4.1 Điều khiển số
Khi gia công trên các máy công cụ thông thường các bước gia công chi
tiết do người thợ thực hiện bằng tay như: điều chỉnh số vòng quay, lượng
chạy dao, kiểm tra vị trí của dụng cụ cắt để đạt được kích thước cần gia công
trên bản vẽ...
Ngược lại trên các máy công cụ điều khiển theo chương trình số quá
trình gia công được thực hiện một cách tự động. Trước khi gia công người ta
phải đưa vào hệ thống điều khiển một chương trình gia công dưới dạng một
chuỗi các mệnh lệnh điều khiển. Hệ thống điều khiển số có khả năng thực
hiện các lệnh này và kiểm tra chúng bằng hệ thống đo dịch chuyển của các
bàn trượt của máy.
Như vậy điều khiển số là một hình thức đặc biệt của tự động hóa, mà cụ
thể các máy công cụ tự động được lập trình để thực hiện một loạt các hoạt
động ở một chế độ xác định trước nhằm tạo ra một chi tiết có kích thước và
thông số vật lý có thể hoàn toàn dự đoán được
Ưu điểm của điều khiển số là:
+ Điều khiển số hoàn toàn là do tính chất quyết định của các linh kiện
số. Các linh kiện số cho phép thực hiện các thao tác phức tạp một cách đơn
giản như: nội suy các đường biên dạng phức tạp của chi tiết, phôi hợp chuyển
động giữa các trục thành phần riêng biệt, đo và phản hồi trực tiếp vị trí của
chi tiết và tốc độ chạy dao...
+ Ngày này 80% các linh kiện trên thị trường là linh kiện số. Do vậy
xuất hiện một trào lưu trong kỹ thuật là chuyển từ kỹ thuật tương tự sang kỹ
thuật số
+ Các chương trình phần mềm cho phép tối ưu hóa điều khiển và thay
đổi các tính năng mong muốn. Ví dụ như điều khiển mommen hoặc từ thông
số không đổi có thể điều khiển kiểu logic. Nhưng trong trường hợp này giá
Trang 13


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
thành sẽ đắt, phức tạp, tốn nhiều thời gian thực hiện, điều khiển số có thể đơn giản
vấn đề này
+ Các chức năng điều khiển được thực hiện bằng phần mềm cho nên với
cùng một thiết bị phần cứng ( một bộ vi xử lý và các giao diện) được sử dụng
cho mọi ứng dụng. Điều này làm giảm chi phí dự phòng như mua sắm thêm
các thiết bị công nghệ hay bảo dưỡng ....do đó làm giảm giá thành
+ Điều khiển số luôn nằm trong kế hoạch tự động hóa toàn bộ chu trình
sản xuất với các mức độ phân cấp tự động hóa khác nhau, tạo điều khiện
thuận lợi để mở rộng quy mô sản xuất
Ưu điểm cơ bản của máy CNC
+ So với máy công cụ điều khiển bằng tay, kết quả làm việc của máy
CNC không phụ thuộc vào tay nghề thuần thục của người điều khiển. Các
thông số của quá trình gia công được lập trình sẵn từ trước, cung với bộ điều
khiển thích nghi các thông số gia công tự động thay đổi để đảm bảo quá trình
gia công đạt được yêu cầu đề ra. Người điều khiển máy chủ yêu đóng vai trò
theo rõi và kiểm tra các chức năng hoạt động của máy
+ So với máy điều khiển hoạt động theo chương trình cứng (dùng cam,
dưỡng, cữ chặn, trục gài bi, công tắc hành trình...) máy CNC có tính linh hoạt
cao hơn trong công việc lập trình, đặc biệt có sự trợ giúp của máy vi tính, tiết
kiệm được thời gian chỉnh máy, thiết bị điều khiển, chi phái bảo dưỡng, đạt
được tính kinh tế cao ngay cả với loạt sản xuất nhỏ.
+ Ưu điểm chỉ có trong máy CNC đó là phương thức làm việc với hệ
thống xử lý thông tin “điện tử - số hóa”, cho phép nối ghép với hệ thống xử lý
số trong phạm vị quản lý toàn xí nghiệp, tạo điều kiện mở rộng tự động hóa
toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua
mạng liên thông cục bộ (LAN) hay mạng liên thông toàn cầu (WAN)
Các yếu tố nói trên đã chứng tỏ việc lựa chọn điều khiển số được ứng
dụng trong máy điều khiển số vừa đáp ứng được nhu cầu của sản xuất đạt ra
mà còn phù hợp với sự phát triển chung của nền khoa học kỹ thuật hiện đại, làm
cơ sở cho sự phát triển hệ thống điều khiển thông minh.
2.4.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC
2.4.2.1. Khái niệm hệ điều khiển số
Là hệ thống điều khiển đặc trưng bởi các đại lượng đầu vào là
những tín hiệu số nhị phân,chúng được đưa vào hệ điều khiển dưới dạng
Trang 14


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
một chương trình điều khiển 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
2.4.2.2. Các dạng điều khiển số
Khi gia công các chi tiết khác nhau thì các bề mặt tạo hình khác
nhau đòi hỏi sự chuyển động khác nhau giữa dao và chi tiết. Qũy đạo
của các chuyển động này được xác định chính xác thông qua các chỉ dẫn
điều khiển. Tuỳ dạng chuyển động của điểm đầu, điểm cuối và quãng
đường dịch chuyển mà ta có các dạng điều khiển khác nhau. Các dạng
điều khiển đó được phân ra thành: điều khiển điểm, điều khiển đoạn hay
đường thẳng và điểu khiển biên dạng phi tuyến
2.4.2.3 Dạng điều khiển theo điểm
Ở máy khoan, khoét, doa, cắt lỗ ren thì chi tiết gia công phải được
định vị tại một điểm cố định trên bàn máy. Trong quá trình định vị, dao
không vào cắt mà chuyển động trên các trục riêng lẻ lúc này đều không
rành buộc bởi các quan hệ hàm số, tốc độ của các chuyển động định vị
không phụ thuộc vào các yếu tố công nghệ.
Quá trình như vậy cũng xảy ra ở các máy hàn điểm hay máy gấp cạnh lá
tôn khi điểu khiển dịch động cho các mảng gá chặn, bàn gấp.
Điều khiển số thực hiện quá trình chuyển động này thuộc dạng điều
khiển điểm
Ví dụ: khi gia công hai lỗ A, B có toạ độ
(xA; yA) (xB; yB) trong hệ trục toạ độ
XOY ta có thể điều khiển theo 2 cách sau đây:
Trước hết di chuyển nhanh dụng hiện gia
công lỗ A. Sau đó di chuyển dụng cụ thoát ra
khỏi lỗ gia công cụ tới điểm A (xA; yA) sau
đó thực (đảm bảo dịch chuyển dụng cụ an
toàn, dịch chuyển đến điểm B gia công lỗ B.
Quá trình dịch chuyển điểm B được thực hiện
theo 2 cách như trên hình.
2.4.2.4 Điều khiển theo
đường
Điều khiển theo đường là tạo
ra các đường chạy song song với
Trang 15


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
trục của máy. Trong khi đó dao chạy
liên tục tạo nên bề mặt gia công.
Điều khiển đường được sử dụng
trong trường hợp gia công chi tiết
hình trụ hoặc ở máy phay biên dạng
song song với trục.
Ngoài chức năng điều khiển theo điểm và đoạn thẳng, người ta có
thể điều khiển dụng cụ chạy theo các đường bất kỳ trong mặt phẳng
hoặc không gian có thực hiện gia công cắt gọt. Tuỳ theo đường được
điều khiển là phẳng hay không gian mà ta có thể bố trí trục điều khiển
đồng thời là khác nhau, từ đó xuất hiện thuật ngữ máy 2trục, 3, 4, 5 trục
(tức là số trục được điều khiển theo quan hệ giàng buộc)
Điều khiển contour ta có thể tạo ra các đường contour hoặc đường
thẳng tuỳ ý trong không gian.
a.
Điều khiển 2D

Cho phép thực hiện đường contour của dụng cụ cắt trong một mặt
phẳng gia công.Ví dụ như trên máy tiện dụng cụ sẽ dịch chuyển trên mặt
phẳng XOZ để tạo nên các đường sinh trên bề mặt.Còn trên máy phay 2D
dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển động trên mặt phẳng XOY để tạo nên
đường rãnh hay mặt bậc bất kỳ.
b.
Điều khiển 3D
Dạng điều khiển này có khả năng thực hiện các chuyển động của dụng
cụ cắt theo bề mặt gia công. Thông qua chức năng G trong chương trình có
thể chuyển từ mặt X-Y sang X-Z.

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
Bằng điều khiển này ta có thể thực hiện các chuyển động của dụng cụ
trong không gian ba kích thước khi đó các trục của máy chuyển động đồng thời
c.
Điều khiển 4D, 5D

Trang 17


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
Trên cơ sở của chuyển động 3D người ta còn bố trí thêm cho chi
tiết hoặc dụng cụ thêm 1 chuyển động
quay hoặc 2 chuyển động quay xung quyanh một trục nào đó theo
quan hệ giành buộc của các trục khác trên máy 3DS
2.5 Hệ điều khiển CNC( Computer Numerical Control)
2.5.1 Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC
• Điều khiển NC (Numberical Control)
Đặc tính của hệ điều khiển này là “chương trình hoá các mối quan liên
hệ” trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác định một nhiệm vụ
nhất định, liên hệ giữa chúng phải thông qua dây nối hàn cứng trên các mạch
logic điều khiển.
Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng
• Điều khiến CNC(Computerized Numerical Control)
Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ. Nó
bao gồm một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý (microprocessor) kèm
theo các bộ nhớ ngoại vi
Đa số các chức năng điều khiển đều được giải quyết thông qua phần
mềm nghĩa là các chương trình làm việc có thể được thiết lập trước.
Nhờ các chương trình hệ thống CNC mà các máy tính có thể sử dụng để
thực hiện những chức năng điều khiển theo yêu cầu.
Do các hệ điều khiển hiện đại có nguyên lý cấu trúc và xử lý dữ liệu theo
dạng điều khiển CNC
2.5.2 Đặc trưng cơ bản của điều khiển CNC
- Nâng cao tính tự động
Các máy công cụ được trang bị bộ điều khiển CNC có tốc độ dịch
chuyển lớn. Do đó tăng được năng suất cắt gọt, giảm tối đa thời gian phụ. Khi
so sánh một máy công cụ không được trang bị bộ điều khiển CNC với máy
được trang bị người ta nhận thấy năng suất tăng gấp 3 lần
- Nâng cao tính linh hoạt
Máy CNC có khả năng thích nghi nhanh với chương trình gia công với
các chi tiết khác nhau. Do nguyên lý hoạt động và cấu trúc của nó đã tạo điều
kiện giảm thời gian gia công và hiệu chỉnh công nghệ kỹ thuật.
- Nâng cao tính tập trung nguyên công
Các máy công cụ CNC có khả năng thực hiện nhiều bước công nghệ
Trang 18


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
hoặc nhiều bứơc nguyên công khác nhau trong một lần gá đặt phôi
- Nâng cao tính chính xác và đảm bảo chất lượng gia công
Trong quá trình gia công độ chính xác luôn được đảm bảo ổn định.
Ngoài ra máy CNC còn có khả năng mô phỏng quá trình cắt gọt nên người
vận hành có thể quan sát tổng thể trực tiếp các giai đoạn gia công, phát hiện
kịp thời sai sót
- Nâng cao hiệu quả kinh tế
Máy CNC vừa có khả năng điều khiển trực tiếp trên máy vừa có khả
năng lập trình trên phần mềm nên máy CNC hữu dụng kinh tế ngay cả với xí
nghiệp có quy mô trung bình và nhỏ. Ngoài ra CNC có khả năng thay đổi một
cách nhanh chóng công nghệ sản xuất nên nó đáp ứng kịp thởi với nhu cầu
của thị trường.
2.4.3.Cấu trúc phần cứng bộ điều khiển CNC

Trang 19


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
2.4.4 Cấu trúc dữ liệu bộ điều khiển CNC

- Chương trình điều khiển đưa vào chương trình từ đĩa mềm,DC hoặc từ
bàn phím.
-Chương trình đưa vào bộ điều khiển CNC và được xử lý rồi qua bộ
khuếch đại đưa đến các máy NC.
- Giá trị thực về vị trí, vận tốc và gia tốc các bàn máy được giám sát bởi
các cảm biến và encoder.
- Các giá trị thực được phản hồi về bộ điều khiển CNC để khử sai lệch
-Đây là điều khiển vòng kín.

Trang 20


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
2.4.5 Sơ đồ hệ thống điều khiển máy phay CNC.

- Các phần tử trong hệ thống.
1. Máy tính và phần mềm điều khiển.
2. Mạch điều khiển chuyển động AKZ250.
3. Driver servo và động cơ servo
Trang 21


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
4. Biến tần, trục chính
5. Công tắc hành trình và cảm biến.
6. Bộ phận thay dao tự động

Trang 22


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT MÁY CÔNG CỤ
3.1 ĐẶC TÍNH CÔNG NGHỆ.
Máy phay CNC có thể gia công các bề mặt phẳng định hình , phay răng ,
then hoa…
Các nguyên công thực hiện trên máy phay là: Phay mặt phẳng ,phay mặt
nghiêng, phay rãnh, phay định hình , … Ngoài ra nếu bố trí thêm đồ gá thì có
thể mở rộng thêm phạm vi công nghệ của máy như khoan , khoét ...
Các dụng cụ cắt được sử dụng trên máy phay thường là: Thép cacbon
dụng cụ, thép gió, thép hợp kim dụng cụ, hợp kim cứng…
Phôi có thể gia công được trên máy là phôi thanh, phôi rèn hoặc đúc. Vật
liệu phôi chủ yếu là thép cabon, thép họp kim, gang… Ngoài ra còn có hợp
kim màu và vật liệu phi kim loại.
Tùy theo phương pháp đạt độ chính xác khi gia công mà chi tiết gia công
có thể đạt được độ chính xác và độ bóng bề mặt khác nhau.

Chất lượng bề mặt khi gia công trên máy CNC.
- Chất lượng bề mặt là một khái niệm tổng hợp, bao gồm :
+ Độ nhám bề mặt: Về độ nhám bề mặt, khi gia công thô sẽ có độ nhám
lớn, tạo ra bề mặt thô, xù xì.Khi gia công tinh sẽ nhận được bề mặt so độ
nhám nhỏ, bề mặt tinh, nhẵn. Bề mặt càng thô thì càng giảm đặc tính chống
mài mòn cơ học và tăng nguy cơ bị ăn mòn hóa học
Để xác định độ nhám, người ta đo giá trị nhám cực đại Rmax (tức là chiều
cao lớn nhất giữa các đỉnh và các thung lũng của đáy nhấp nhô bề mặt) và
độ nhám trung bình Ra ( tức giá trị trung bình số học của tất cả các nhấp
nhô bề mặt. Cần chú ý không bao giờ được nhầm lẫn giữa Rmax và Ra
Để đạt được độ nhám của lớp bề mặt theo yêu cầu, khi gia công trên máy
CNC nên sử dụng nhiều bước gia công kế tiếp nhau: gia công thô, bán tinh và tinh.
Phay thô có thể đạt độ bóng bề mặt cấp 2 và 3 (khi chiều sâu cắt và
lượng chạy dao răng lớn). Khi chế độ cắt, các thông số hình học của dao và
điều kiện làm nguội được chọn một cách hợp lý thì độ bóng bề mặt gia công
có thể đạt cấp 4, 5 và 6.Còn độ bóng cấp 7, 8 vó thể đạt được khi phay tinh
bằng dao có độ chính xác cao, chế độ cắt hợp lý và máy có độ cứng vững cao.

Trang 23


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
+ Độ chính xác gia công:
Dung sai ± 0,001 có thể đạt được trên máy CNC
Độ chính xác khi gia công trên máy CNC phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
Sai số gia công tổng cộng trên máy CNC xuất hiện trên các thống truyền
động của máy, trong các hệ thống truyền động và kiểm tra và trong bản thân
chi tiết gia công. Các sai số gia công được ký hiệu và giải thích như sau:
δ1, δ2, δ3, δ4 – Sai số lập trình, nội suy, hiệu chỉnh nội suy và sai số của
“ lệnh trở về điểm 0”
δ5 ,δ6 Sai số của các bước bên trong và sai số tích lũy của đatric.
δ7- Sai số các cơ cấu chuyển đổi tín hiệu.
δ8 - Sai số của dreipha đặc tính truyền động(sai số thời gian phát xung)
δ9,δ10,δ11 - Các sai số truyền động(lực, mômen, tốc độ)
δ12 - Sai số trục vít bi
δ13 - Sai số hình học của máy
δ14 ,δ15 - Biến ạng đàn hồi của máy và đồ gá.
δ16- Sai số kích thước gá đặt dao
δ17 - Sai số do mòn dao
δ18 - Biến dạng đàn hồi của dao
δ19 - Sai số gá đặt chi tiết gia công
δ20 - Biến dạng đàn hồi của chi tiết gia công
δ21 - Biến dạng nhiệt của chi tiết gia công
Sai số tổng bằng tổng các sai số trên.
- Về độ chính xác của máy, trước hết nhà chế tạo phải quan tâm tới bố trí
máy cho tối ưu. Điều này nhà chế tạo chỉ có thể ảnh hưởng ở mức độ giới hạn
vì phải quan tâm đến quan hệ về giá thành, công suất và độ chấp nhận được
của máy.Người sử dụng cũng cần quan tâm những điều kiện phù hợp như
nhiệt độ phòng và chú ý cần thiết trong quá trình sử dụng máy.
- Người sử dụng phải chịu trách nhiệm về các thông số điều chỉnh.
- Độ chính xác lập trình không chỉ phụ thuộc vào người sử dụng mà còn
phụ thuộc vào nhà sản xuất máy. Ví dụ, khi lập trình cho gia công theo một
đường cong nào đó, người lập trình phải tận dụng mọi khả năng điều khiển
của máy để miêu tả đường cong đó đúng như nó có thể có được. Mặt khác,
nhiệm vụ của nhà chế tạo phải cung cấp một hệ điều khiển có khả năng thực
hiện chính xác đường cong cho trước một cách hiệu quả.
3.2 ĐẶC TÍNH KÍCH THƯỚC.
Trang 24


Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy
Đối với máy phay CNC ta có bề mặt công tác của bàn máy ta chọn B x L
là : 1150 x 520
3.3 ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC.
3.3.1 Vận tốc cắt và lượng chạy dao tới hạn .
Để đảm bảo máy làm việc với năng suất cao đồng thời cũng đảm bảo
chất lượng của chi tiết gia công máy thiết kế phải có khả năng để lựa chọn
vận tốc cắt và lượng chạy dao hợp lý nhất .
Chuyển động chạy dao là chuyển động tương đối của dụng cụ và chi tiết
gia công được thêm vào và tạo điều kiện đưa vùng gia công lan rộng ra toàn
bề mặt gia công . Chuyển động chạy dao có thể liên tục hoặc gián đoạn.
Tốc độ cắt là quãng đường mà một điểm trên lưỡi cắt chính ở cách trục
xa nhất đi được trong một phút .
Sau một vòng quay của dao phay điểm của lưỡi cắt nằm trên đường tròn
của dao có đương kính d sẽ đi được một quãng đường mà chiều dài là chu vi
của đường tròn tức là pd .
Để xác định quãng đường mà điểm đó đi được trong một phút , cần phải
nhân quãng đường đi được sau một vòng với số vòng quay của dao trong một
phút tức là : pd n . Lúc đó tốc độ cắt xác định theo công thức sau:
V=

pdn
(m/ph)
1000

V: vận tốc (m/ph)
d: đường kính của dao (mm)
n : số vòng quay trục chính (v/ph)
Đối với chi tiết gia công cùng chu vi nhưng cơ lí tính khác nhau thì cần
phải gia công với vận tốc khác nhau .Trong trường hợp cần gia công chi tiết
có đường kính dao khác nhau nhưng vận tốc như nhau thì số vòng quay phải
được điều chỉnh từ nmin - nmax tức là dùng vận tốc v min để gia công đường kính
d max thì số vòng quay cần thiết là :
nmin =

1000vmin
pd max

(v/ph)

Khi dùng vận tốc vmax để gia công chi tiết có đường kính dao d min thì số
vòng quay cần thiết là :

Trang 25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×