PHAY CNC EMCO CONCEPT MILL 155

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN LIÊN MÔN 4 (PBL 4)

THIẾT KẾ MÁY CÔNG CỤ

Họ và tên SV/Nhóm SV:   

              Lớp:  …   Ngành:  Công nghệ chế tạo máy.

1. Tên đề tài

Thiết kế máy phay cnc emco concept mill 155 

2. Các số liệu ban đầu

…………………………………………………………………………………….

3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

3.1. Phân tích máy tương tự

-        Phân tích các máy tương tự để lựa chọn máy chuẩn

-        Phân tích tính năng kỹ thuật và kết cấu của máy chuẩn 

3.2. Thiết kế động học máy

-        Tính toán và lựa chọn tính năng kỹ thuật của máy - Thiết kế hộp tốc độ.

-        Thiết kế hộp chạy dao.

-        Vẽ sơ đồ động học máy.

3.3.  Thiết kế kết cấu máy

-        Tính công suất máy, chọn động cơ.

-        Lập bảng công suất, số vòng quay tính toán, mô men xoắn, đường kính sơ bộ của các trục (yêu cầu vẽ hộp nào thì tính hộp đó).

-        Thiết kế 01 bộ truyền bánh răng (GVHD chỉ định)

-        Thiết kế 01 trục trong hộp tốc độ và chọn ổ (GVHD chỉ định).

-        Thiết kế hệ thống điều khiển xích

-        Thiết kế sơ bộ và mô phỏng 3D cơ cấu máy: 

4. Các bản vẽ và đồ thị

• Sơ đồ động học máy,                                        Số lương:  01 A3 
• Khai triển xích: ……………………………….  Số lương: ….. A0
        5.Cán bộ hướng dẫn:  

6. Ngày giao nhiệm vụ: ………………………..
7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ……………….

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU.. 1

Chương 1:                 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC.. 2

1.1. Các khái niệm cơ bản. 2

1.1.1. Điều khiển. 2

1.1.2. Điều khiển số NC (Numerical Control)2

1.1.3. Thông tin hình học (Geometrical Information)2

1.1.4. Thông tin công nghệ (Technological Information)2

1.1.5. Máy công cụ điều khiển theo chương trình số (M - CNC)2

1.2. Quá trình phát triển, trình độ hiện đại của ngành máy công cụ và công nghệ gia công điều khiển theo chương trình số. 3

1.2.1. Quá trình phát triển. 3

1.2.2. Trình độ hiện đại3

Chương 2:             GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY CNC.. 5

2.1. Tổng quan về máy công cụ điều khiển theo chương trình số (nc - cnc)5

2.2. Những đặc trưng cơ bản của máy công cụ điều khiển theo chương trình số. 5

2.3. Ưu điểm gia công cnc. 6

2.4. Độ chính xác gia công cnc. 6

2.5. Độ an toàn của gia công cnc. 7

Chương 3:                      MÁY PHAY EMCO COCEPT  MILL 155. 9

3.1. Các khái niệm chuẩn. 9

3.2.Hệ toạ độ của máy pc mill 155 và các điểm chuẩn. 10

3.2.1.Hệ toạ độ máy. 10

3.2.2.Điểmkhông của máy M (Machine zero point).11

3.2.3. Điểm chuẩn của máy R (Reference point).11

3.2.4. Điểm chuẩn của giá dao T. 12

3.2.5. Điểm gá dao N.. 13

3.3. Các thông số kỹ thuật của máy.13

3.4. Các bộ phận truyền động chính của máy. 14

3.4.1. Truyền động trục chính.14

3.4.2. Truyền động của bàn máy.14

3.5. Dạng điều khiển và khả năng công nghệ. 14

3.5.1. Dạng điều khiển.14

3.5.2. Điều khiển theo điểm.14

3.5.3. Điều khiển theo quỹ đạo liên tục.15

3.5.4. Khả năng công nghệ của máy.15

Chương 4:                   THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY.. 16

4.1. Chế độ cắt giới hạn. 16

4.2. Sơ đồ động học toàn máy. 16

4.2.1. Phân tích lựa chọn phương án truyền động. 16

4.2.2. Sơ đồ động học toàn máy. 17

Chương 5:         TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY.. 18

5.1. Xác định lực tác dụng khi gia công. 18

5.1.1. Xác định lực cắt18

5.1.2. Xác định lực chạy dao trục x, y. 18

5.1.3. Xác định lực chạy dao trục z. 18

5.2. Chọn động cơ điện và tính toán công suất động cơ. 19

5.2.1. Chọn động cơ điện. 19

5.2.2. Chọn công suất động cơ. 19

5.2.3. Xác định công suất động cơ truyền động trục chính. 19

5.2.4. Xác định công suất động cơ truyền động chạy dao trục z. 22

5.2.5. Xác định công suất động cơ truyền động chạy dao trục x,y. 23

5.3. Tính toán các bộ truyền đai răng. 23

5.3.1. Thiết kế bộ truyền đai răng cho động cơ trục chính. 23

5.3.2 Thiết kế bộ truyền đai răng cho động cơ trục x, y. 30

5.4. Thông số kết cấu trục chính. 31

5.5. Tính toán các bộ truyền vitme đai ốc bi35

5.5.1. Tính toán bộ truyền vít me đai ốc bi trục x, y. 35

5.5.2. Chọn bộ truyền vít me đai ốc bi trục z. 39

5.6. Chọn loại ổ lăn và gối đỡ cho trục vít me. 40

5.6.1. Chọn loại ổ lăn và gối đỡ cho trục vít me trục z. 40

5.6.2. Chọn loại ổ lăn và gối đỡ cho trục vít me trục x, y. 42

Chương 6              CƠ CẤU CẤP VÀ THAY THẾ DỤNG CỤ.. 44

6.1 Các loại dụng cụ của máy. 44

6.2. Bộ gá dụng cụ của máy.46

6.3. Cơ cấu cấp và thay thế dụng cụ.46

6.4. Cơ cấu gá và kẹp phôi.47

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 49

 

LỜI NÓI ĐẦU

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

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

Máy công cụ, trung tâm gia công điều khiển bằng chương trình số và kỹ thuật vi xử lý CNC được sử dụng trong sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ đã tạo điều kiện linh hoạt hoá và tự động hoá dây chuyền gia công. Đồng thời làm thay đổi phương pháp và nội dung chuẩn bị cho sản xuất.

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

Để tổng kết lại những kiến thức đã học cũng như để làm quen với công việc thiết kế của người cán bộ kỹ thuật trong ngành cơ khí sau này. Em đã được giao nhận đề tài "Tìm hiểu máy phay điều khiển chương trình số PC MILL 155". Vì lần đầu làm quen với công việc thiết kế tổng thể, mặc dù được sự tận tình hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Phạm Thế Nhân  nhưng cũng còn nhiều bỡ ngỡ. Hơn nữa, tài liệu phục vụ cho công việc thiết kế còn ít, thời gian thực hiện đề tài không nhiều, khả năng còn hạn chế nên chắc trong quá trình thiết kế sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Nên rất mong được sự giúp đỡ và chỉ bảo của các thầy cô.

                                              

Chương 1:                 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC

1.1. Các khái niệm cơ bản

1.1.1. Điều khiển

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

1.1.2. Điều khiển số NC (Numerical Control)

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

1.1.3. Thông tin hình học (Geometrical Information)

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

1.1.4. Thông tin công nghệ (Technological Information)

      Là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: Chuẩn hoá các gốc toạ độ, chọn chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chọn vị trí xuất phát của dao,...

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

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

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

1.2.1. Quá trình phát triển

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

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

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

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

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

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

1.2.2. Trình độ hiện đại

      Các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện và đạt tốc độ xử lí cao. Do tiếp tục ứng dụng những thành tựu phát triển của các bộ vi xử lí MP các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lí đa chức năng, dùng cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau.

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

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

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

      Các CNC riêng lẻ có thể có ghép mạng cục bộ hay mạng mở rộng để quản lý điều hành một cách tổng thể hệ thống sản xuất của một xí nghiệp hay của một tập đoàn công nghiệp.

 

Chương 2:  GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY CNC

2.1. Tổng quan về máy công cụ điều khiển theo chương trình số (nc - cnc)

      Điều khiển số NC trong 30 năm qua đã tác động tới ngành chế tạo máy, tạo ra những máy mới và công cụ tự động hoá cơ khí. Ngày nay máy điều khiển số CNC là thành phần cơ bản của thiết bị gia công linh hoạt. Để có thể đáp ứng yêu cầu cao, từng kiểu máy phải có khả năng đảm nhận những chức năng điều khiển nhất định.

      Trong thời kỳ đầu chưa có máy điều khiển số phù hợp, người ta chưa nhận biết được những yêu cầu phụ phát sinh khi lắp đặt hệ thống điều khiển số (CNC) vào máy thường và phải thay đổi gì về kết cấu của máy. Do vậy, người ta bắt đầu từ các máy phay và tiện. Những máy này đã được chế tạo phù hợp phương thức điều khiển theo chương trình hoặc được trang bị cơ cấu chép hình và trên cơ sở đó trang bị chung cho các hệ thống đo và hệ khởi động dùng cho chế độ điều khiển số.

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

      Tính tự động hoá cao.

      Tốc độ dịch chuyển, tốc độ quay lớn.

      Độ chính xác cao.

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

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

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

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

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

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

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

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

      Mỗi trục của máy phải có một bộ phát động điều chỉnh và điều khiển được.

2.3. Ưu điểm gia công cnc

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

          + Gia công được các chi tiết phức tạp hơn.

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

          + Tính linh hoạt cao hơn.

          + Độ chính xác gia công ổn định đều.

          + Chi phí kiểm tra giảm.

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

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

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

2.4. Độ chính xác gia công cnc

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

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

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

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

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

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

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

2.5. Độ an toàn của gia công cnc

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

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

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

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

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

          + Nhớ và chỉ rõ các nguyên nhân của sai số theo thứ tự xuất hiện của chúng khi xuất hiện đồng thời nhiều sai số hoặc sai số liên quan nhau.

          + Phát hiện và xử lý ngay dụng cụ mòn hoặc vỡ để tránh phế phẩm.

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

 

Chương 3: MÁY PHAY EMCO COCEPT  MILL 155

3.1. Các khái niệm chuẩn

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

          + Ngón tay cái là trục x

          + Ngón tay trỏ là trục y

          + Ngón tay giữa là trục z

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

          Đút ngón tay giữa vào lỗ lắp dụng cụ của trục máy, đó chính là trục z. Và ngón tay trỏ chỉ rõ chiều dương là chiều từ phôi đi ngược về phía trục máy. Sau đó xoay bàn tay phải sao cho ngón tay cái chỉ theo chiều chuyển động của trục dài nhất, đó chính là trục x. Trục x của máy thường nằm ngang, từ đó mà trục y được tự động xác định.

          Ngoài các trục trên còn có các trục quay, bàn quay, ụ quay các trục này được ký hiệu bằng các chữ A, B, C. Có thứ tự tương ứng với các trục tịnh tiến x, y, z.

          Chiều quay của các trục là chiều dương nếu nhìn từ gốc hệ trục toạ độ về chiều dương của các trục x,y,z mà có chiều quay phải. Quy tắc này gọi là quy tắc mở nút chai.

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

3.2.Hệ toạ độ của máy pc mill 155 và các điểm chuẩn

3.2.1.Hệ toạ độ máy

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

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

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

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

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

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

          Trục z có phương thẳng góc với bàn máy.

                     Hình 3-1:  Hệ toạ độ của máy phay PC MILL_155

3.2.2.Điểm không của máy M (Machine zero point).

          Điểm không M là điểm gốc của hệ toạ độ máy. Nó được quy định bởi nhà chế tạo, người sử dụng phải chấp nhận và được ký hiệu là M. Điểm M nằm ở góc trái trước của mặt phẳng bàn máy.

M

3.2.3. Điểm chuẩn của máy R (Reference point).

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

 

Trong nhiều trường hợp không thực hiện được điều này vì vướng vào các chi tiết đã kẹp chặt trên máy hoặc đồ gá. Do vậy cần xác lập một điểm chuẩn thứ hai trên các trục, đó là điểm chuẩn của máy R. Điểm này có một khoảng cách xác định so với điểm 0 (M) và điểm N (T).

3.2.4. Điểm chuẩn của giá dao T

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

3.2.5. Điểm gá dao N

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

3.3. Các thông số kỹ thuật của máy.

Không gian làm việc của máy
Giới hạn không gian làm làm việc theo phương X	[mm]	300
Giới hạn không gian làm làm việc theo phương Y	[mm]	200
Giới hạn không gian làm làm việc theo phương Z	[mm]	300
Khoảng làm việc hiệu quả theo phương Z	[mm]	200
Khoảng cách từ đầu trục chính đến bàn máy	[mm]	285
Bàn máy
Kích thước bàn máy	[mm]	480 x 180
Khoảng cách giữa các rãnh chữ T	[mm]	45
Trọng lượng	[kg]	20
Tốc độ chạy dao (vs) điều chỉnh vô cấp	[m/ph]	0¸5
Lượng chạy dao nhanh	[m/ph]	7,5
Dẫn động bằng động cơ bước (theo 2 phương X, Y)
Khoảng dịch chuyển chính xác	mm	1,5
Trục chính của máy
Đường kính cổ trục chính	[mm]	F 40
Tốc độ vòng quay (thay đổi vô cấp tốc độ)	[v/ph]	150 ¸5000
Moment xoắn trên trục chính	[Nm]	24
Truyền dẫn bằng động cơ xoay chiều 3 pha

3.4. Các bộ phận truyền động chính của máy

3.4.1. Truyền động trục chính.

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

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

3.4.2. Truyền động của bàn máy.

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

3.5. Dạng điều khiển và khả năng công nghệ

3.5.1. Dạng điều khiển.

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

          + Điều khiển theo điểm.

          + Điều khiển theo quỹ đạo liên tục.

3.5.2. Điều khiển theo điểm.

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

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

3.5.3. Điều khiển theo quỹ đạo liên tục.

          Điều khiển này cho phép tạo ra các đường chạy song song với các trục của máy. Trong khi chạy, dao cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt gia công. Trong các điều khiển đường mở rộng, hai trục của máy chuyển động với tốc độ như nhau đồng thời ta có thể gia công bề mặt côn có góc 45⁰.

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

3.5.4. Khả năng công nghệ của máy.

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

          + Khoan.

          + Khoét.

          + Cắt ren.

Chương 4: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY

4.1. Chế độ cắt giới hạn

- Ta có:

   Với: + v: vận tốc

           + d: đường kính dao

           + n: số vòng quay trục chính

- Đối với chi tiết gia công có cùng chu vi, nhưng cơ lí tính của nó khác nhau thì cần phải có vận tốc gia công khác nhau. Vận tốc này thay đổi từ  ứng với đường kính dao cũng thay đổi từ  , dẫn đến tốc độ trục chính cũng thay đổi từ .

- Đối với máy CNC thì việc thay đổi này được thực hiện trơn tru, mượt mà và nhanh chóng do sử dụng động cơ vô cấp tốc độ. Khi đó, phạm vi điều chỉnh là rất lớn, do đó ứng với bất kì đường kính dao và chu vi chi tiết ta cũng có thể đáp ứng số vòng quay n và vận tốc cắt V hợp lí. Làm cho tuổi bền dao gia công và hiệu suất máy sẽ cao hơn.

4.2. Sơ đồ động học toàn máy

4.2.1. Phân tích lựa chọn phương án truyền động

- Để truyền động từ động cơ sang trục chính: có thể sử dụng bộ truyền đai hoặc bánh răng.

+ Bộ truyền đai răng: điều chỉnh tốc độ quay linh hoạt, giảm rung động, ma sát, không có hiện tượng trượt đai, hiệu suất cao và yêu cầu momen xoắn nhỏ. 

+ Bộ truyền bánh răng: truyền được momen xoắn lớn, truyền động chính xác, không trượt, năng suất cao, phù hợp với các máy cỡ lớn.

ðTừ những ưu điểm trên, để phù hợp với máy chuẩn để thiết kế là PC MILL 155 thì ta chọn bộ truyền đai

- Để truyền động từ động cơ sang các trục di chuyển: để đảm bảo an toàn cho động cơ khi quá tải thì ta sẽ dùng bộ truyền đai để truyền chuyển động từ động cơ cho các trục vít me đai ốc bi.

4.2.2. Sơ đồ động học toàn máy

Chương 5:TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY

5.1. Xác định lực tác dụng khi gia công

5.1.1. Xác định lực cắt

- Chế độ cắt thử với dao phay ngón VQMH2VOHD1600: DC= 16; APMX= 30; LF= 110; DCON= 16; Z= 3; = 120 ; = 810 ; = 3

- Lực cắt chính:

   Với: C= 600; B= 16mm; z= 3;  = 0.09; t= 3; y= 0.72; k= 0.86

ð   1205.67 N

5.1.2. Xác định lực chạy dao trục x, y

- Ta có: Q =k.m(  + 2 + G)

  Trong đó:

• Các thành phần lực:

 = (0.85÷0.95) = 1085.103 N

 = (0.3÷0.4) = 421.98 N

 = (0.5÷0.55) = 632.98 N

• k= 0.86
• m= 0.2
• G= 350 N

ðQ= 1298.57 N

5.1.3. Xác định lực chạy dao trục z

- Ta có: Q = k.m(  + 2 + G).1,2

  Trong đó:

• Các thành phần lực:

 = (0.85÷0.95) = 1085.103 N

 = (0.3÷0.4) = 421.98 N

 = (0.5÷0.55) = 632.98 N

• k= 0.86
• 1,2: hệ số an toàn
• m= 0.2
• G= 650 N

ðQ= 2717.15 N

5.2. Chọn động cơ điện và tính toán công suất động cơ

5.2.1. Chọn động cơ điện

- Chọn động cơ điện bao gồm những việc chính là loại, kiểu động cơ, chọn công suất, điện áp và số vòng quay động cơ.

- Những loại động cơ thường dùng:

+ Động cơ điện 1 chiều

+ Động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ và động cơ điện xoay chiều 3 pha đồng bộ

+ Động cơ bước

5.2.2. Chọn công suất động cơ

- Chọn công suất động cơ điện sao cho trong quá trình làm việc có thể sử dụng hết công suất của động cơ, thỏa mãn 3 điều kiện sau:

+ Động cơ không phá nóng quá nhiệt độ cho phép

+ Thời gian quá tải ngắn

+ Có momen mở máy đủ lớn để thắng momen ban đầu của phụ tải khi mở máy khởi động

5.2.3. Xác định công suất động cơ truyền động trục chính

- Dùng động cơ điện vô cấp tốc độ để truyền động cho trục chính máy.

- Ta có:

= 2.36 kW

- Thường thì công suất cắt chiếm khoảng 95÷98% công suất động cơ điện (do hiệu suất làm việc của bộ truyền đai), nên:

2.4 kW

- Chọn công suất động cơ: N= 2.5kW, n= 4100 v/p

Material number	16122881
Kind of motor	MCA asynchronous servo motor
Motor	MCA 14L41-
Motor code	MCA14L41-RSOBO
Rated power	2.300 kW
Rated speed	4,100 1/min
Rated torque	5.40 Nm
Rated voltage	390 V
Rated current	5.800 A
Rated frequency	140 Hz
Power factor	0.75
Operating mode	51
Motor design	B5
Flange	FF165 (A200)
Motor shaft dxl	24x50 with featherkey
Connection type	ICN M23 connector, 6-pole
Temperature class	F
Motor protection	PT1000
Enclosure	IP54
Colour	RAL 9005 = Jet black dull
Surface/corrosion protection	OKS-G (primed)
Cooling	self-ventilated
Braking torque	0.000 Nm
Feedback	Resolver RSO
Electr. connection - feedback	M23 12pole connector 0° coded
Market approval US,CD	cURus
Motor code C86	1368
Moment of inertia	19.236 kgcm2
Nameplate 1st / 2nd	Adhesive label / without
Pos. of power connector	T [2]
Pos. of feedback connector	T [2]
Connection	Star
Motor type	14L41
Weight	15.5 KG
Product options can be customized via configuration.

 5.2.4. Xác định công suất động cơ truyền động chạy dao trục z

- Dùng động cơ servo để thực hiện chạy dao.

- Ta có:

1.48 kW

- Động cơ servo trục z: SGMSV15ADA21

 

5.2.5. Xác định công suất động cơ truyền động chạy dao trục x,y

- Dùng động cơ servo để thực hiện chạy dao.

- Ta có:

ð   0.71 kW

- Động cơ servo trục z: SGMAV08ADA2S

5.3. Tính toán các bộ truyền đai răng

5.3.1. Thiết kế bộ truyền đai răng cho động cơ trục chính

- Modun đai:

Trong đó:

+ : công suất trên bánh đai chủ động, kW;

+ : số vòng quay của bánh đai chủ động, v/p;

ð   m=

ðm= 2.88

Chọn m= 2.5

- Chiều rộng đai:

Trong đó:

+  = 6…9 là hệ số chiều rộng đai

+ m: modun đai

ð   mm chọn b=30mm

- Số răng  bánh chủ động: chọn  = 38 răng

- Đường kính d1=96.77mm

ð     = u/= 30 răng suy ra d2= 76.39mm

( các thông số này được lấy theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất )

- Khoảng cách trục a:

ð   0.5m( ) + 2m  2m( )

ð   74.25  340

ðChọn a= 144 mm

- Số răng của đai:

ð   

ð     = 70 mm

ð    Chọn  = 70 mm

- Chiều dài đai răng: chọn  = 560 mm

- Xác định lại a:

Trong đó:

 144

 - Kiểm nghiệm đai theo khả năng kéo tránh cắt chân răng và đứt dây đai.Kiểm nghiệm theo khả năng kéo bằng cách tính theo tải trọng riêng wt:

wt ≤ [wt]

trong đó [wt] - tải trọng riêng cho phép, N/mm.

Tải trọng riêng xác định theo công thức:

 trong đó: Ft - lực vòng, N. Ft= 1000P/v

v- vận tốc đai, m/s

q- khối lượng 1 m dây đai với chiều rộng 10mm

Môđun m, mm	2	3	4	5	7	10
Khối lượng q.102kg/(m.mm)	0,032	0,04	0,06	0,075	0,09	0,11

 

Tải trọng riêng cho phép [wt] được xác định theo công thức:

trong đó: [w0] - tải trọng riêng cho phép, tra bảng

Cr - hệ số chế độ làm việc

Cu - hệ số xét đến ảnh hưởng tỉ số truyền (khi u > 1 thì Cu = 1):

 

Tải trọng riêng xác định

 Tải trọng riêng cho phép [wt] được xác định theo công thức:

Với

wt ≤ [wt] thỏa mãn

 - Xác định lực căng ban đầu

Trong bộ truyền đai răng không cần thiết phải căng đai ban đầu. Tuy nhiên để đảm bảo dây đai ăn khớp với bánh đai thì lực căng đai ban đầu

F0 = (1,1...1,3)qbhoặc phụ thuộc môđun m:

m	2	3	4	5	7	10
F0/b, Nmm	0,4	0,6	0,8	1,0	1,4	2,0

Lực tác dụng lên trục Fr:

Fr = (1...1,2)Ft= 1.110=110N

(4.65)

 Chọn đai răng