Nghiên cứu cải tiến thiết kế và chế tạo máy phay lăn răng CNC phục vụ đào tạo tại HCMUTE

Đồ án HCMUTE nghiên cứu cải tiến thiết kế và chế tạo máy phay lăn răng CNC phục vụ đào tạo, nâng cao chất lượng giảng dạy và thực hành.

• Tác giả: Trần Tiến Phát
• Người hướng dẫn: ThS. Đặng Minh Phụng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Nghiên Cứu Cải Tiến Thiết Kế Và Chế Tạo Máy Phay Lăn Răng CNC Phục Vụ Đào Tạo
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY LĂN RĂNG
• 1.2. NGHIÊN CỨU NƯỚC NGOÀI
• 1.3. NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC
• 1.4. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN
• 1.6. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
• 1.7. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.8. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 2.1. Lựa chọn phương án kết cấu chung của máy
• 2.2. Tính toán, lựa chọn động cơ trục phôi
• 2.3. Tính toán, lựa chọn động cơ trục chính
• 2.4. Tính toán, lựa chọn vitme - đai ốc bi
• 2.5. Tính toán ray trượt lên xuống
• 2.6. Hệ thống điện trong máy phay lăn răng CNC
• 2.6.1. Phương pháp kết nối động cơ servo vào driver
• 2.6.2. Sơ đồ kết nối các khí cụ điện
• 3. THIẾT KẾ CHI TIẾT
• 3.1. Cải tiến thiết kế cụm trục gá dao, gá phôi
• 3.1.1. Cải tiến cụm trục gá dao
• 3.1.2. Cải tiến thiết kế cụm gá phôi
• 3.2. Cải tiến thiết kế cụm di chuyển trục A, Y, Z
• 3.2.1. Cải tiến thiết kế cụm di chuyển trục A
• 3.2.2. Cải tiến thiết kế cụm di chuyển trục Y
• 3.2.3. Cải tiến thiết kế cụm di chuyển trục Z
• 3.3. Cải tiến thiết kế phần thân máy
• 3.4. Thiết kế các trục truyền động
• 3.5. Thiết kế vỏ máy
• 3.6. Lựa chọn phần mềm điều khiển máy
• 3.7. Lựa chọn phương án điều khiển máy
• 3.8. Cải tiến thiết kế giao diện điều khiển
• 3.8.1. Các chi tiết gia công
• 3.8.2. Hình ảnh gia công thực tế
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• PHỤ LỤC
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Đề tài 'Cải tiến thiết kế máy phay lăn răng CNC cho đào tạo tại HCMUTE' nhằm mục đích nâng cao chất lượng đào tạo trong lĩnh vực cơ khí. Máy phay CNC là thiết bị quan trọng trong gia công cơ khí, đặc biệt là trong sản xuất bánh răng. Việc cải tiến thiết kế không chỉ giúp giảm chi phí mà còn tạo ra sản phẩm có chất lượng tương đương với máy nhập khẩu. Đề tài này sẽ tập trung vào việc thiết kế và chế tạo máy phay lăn răng CNC phục vụ cho việc giảng dạy tại HCMUTE, từ đó nâng cao tay nghề cho sinh viên và đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Việc sở hữu công nghệ phay lăn răng CNC trong nước là rất cần thiết. Hiện nay, hầu hết các máy phay lăn răng đều được nhập khẩu, dẫn đến chi phí cao và khó khăn trong bảo trì. Đề tài này không chỉ giúp giảm chi phí mà còn tạo điều kiện cho sinh viên thực hành trên thiết bị hiện đại. Công nghệ CNC đang ngày càng trở nên phổ biến, và việc trang bị cho sinh viên những kiến thức thực tiễn là rất quan trọng để họ có thể đáp ứng yêu cầu của ngành công nghiệp.

II. Tổng quan về máy phay lăn răng CNC

Máy phay lăn răng CNC là thiết bị gia công cơ khí hiện đại, sử dụng công nghệ CNC để điều khiển các động cơ, giúp tăng độ chính xác và năng suất. Nguyên lý hoạt động của máy phay lăn răng dựa trên phương pháp bao hình, cho phép gia công bánh răng với độ chính xác cao. Hệ thống phay CNC có thể gia công nhiều loại bánh răng khác nhau mà không cần thay đổi thiết bị, điều này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất. Việc nghiên cứu và cải tiến thiết kế máy phay lăn răng CNC sẽ giúp nâng cao hiệu quả gia công và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

2.1. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của máy phay lăn răng CNC dựa trên việc sử dụng các động cơ servo để điều khiển chuyển động của các trục. Điều này cho phép máy thực hiện các thao tác phay một cách chính xác và linh hoạt. Công nghệ CNC giúp giảm thiểu sai số trong quá trình gia công, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm. Việc cải tiến thiết kế máy phay lăn răng CNC sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa các cụm như cụm gá phôi, cụm dao và hệ thống điều khiển điện, nhằm nâng cao độ chính xác và độ bền của máy.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu trong đề tài này bao gồm việc phân tích các tài liệu hiện có về máy phay CNC và thực hiện các thí nghiệm để kiểm tra tính khả thi của các giải pháp thiết kế mới. Các phương pháp thiết kế sẽ được áp dụng để cải tiến các bộ phận của máy, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như Autodesk Inventor sẽ giúp nhóm nghiên cứu hình dung rõ hơn về cấu trúc và hoạt động của máy. Kỹ thuật chế tạo cũng sẽ được áp dụng để đảm bảo rằng các bộ phận được sản xuất với độ chính xác cao.

3.1. Thiết kế và chế tạo

Quá trình thiết kế và chế tạo máy phay lăn răng CNC sẽ bao gồm nhiều bước, từ việc lựa chọn vật liệu đến việc lắp ráp các bộ phận. Các tiêu chí như độ cứng vững, độ chính xác và khả năng gia công sẽ được xem xét kỹ lưỡng. Việc cải tiến thiết kế sẽ tập trung vào các cụm như cụm gá phôi và cụm dao, nhằm nâng cao hiệu suất và độ bền của máy. Kỹ thuật chế tạo hiện đại sẽ được áp dụng để đảm bảo rằng máy có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường đào tạo.

IV. Kết luận và kiến nghị

Đề tài 'Cải tiến thiết kế máy phay lăn răng CNC cho đào tạo tại HCMUTE' không chỉ có ý nghĩa trong việc nâng cao chất lượng đào tạo mà còn góp phần vào sự phát triển của ngành cơ khí trong nước. Việc sở hữu công nghệ phay lăn răng CNC sẽ giúp giảm chi phí và tăng cường khả năng tự chủ trong sản xuất. Đề tài này cũng mở ra hướng nghiên cứu mới cho các sinh viên và giảng viên trong việc phát triển công nghệ chế tạo máy. Cần có sự hỗ trợ từ các cơ sở giáo dục và doanh nghiệp để hiện thực hóa các giải pháp thiết kế và chế tạo máy phay lăn răng CNC.

4.1. Kiến nghị

Cần có sự đầu tư mạnh mẽ vào nghiên cứu và phát triển công nghệ chế tạo máy trong nước. Các cơ sở giáo dục nên tăng cường hợp tác với doanh nghiệp để tạo ra môi trường thực hành tốt hơn cho sinh viên. Việc tổ chức các hội thảo, seminar về công nghệ CNC cũng rất cần thiết để nâng cao nhận thức và kỹ năng cho sinh viên và giảng viên. Đào tạo CNC cần được chú trọng hơn nữa để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường lao động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC PHỤC VỤ ĐÀO TẠO GVHD: ThS. ĐẶNG MINH PHỤNG SVTH: TRẦN TIẾN PHÁT MSSV: 11143109 SVTH: HUỲNH NHÂM THÂN MSSV: 11143151 SVTH: TRƯƠNG NGUYỄN TẤN PHÁT MSSV: 11143110 SKL 0 0 3 8 9 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 do an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY  BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC PHỤC VỤ ĐÀO TẠO” Giảng viên hướng dẫn: ThS.

ĐẶNG MINH PHỤNG Sinh viên thực hiện: TRẦN TIẾN PHÁT MSSV: 11143109 HUỲNH NHÂM THÂN 11143151 TRƯƠNG NGUYỄN TẤN PHÁT 11143110 Khoá: 2011 - 2015 TP. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 do an Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa: Cơ Khí Chế Tạo Máy Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Bộ Môn: Công Nghệ Chế Tạo Máy NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giáo viên hướng dẫn: ThS. Đặng Minh Phụng Họ và tên sinh viên: 1.

Trần Tiến Phát MSSV: 11143109 Lớp: 111433A 2. Huỳnh Nhâm Thân MSSV: 11143151 Lớp: 111433A 3. Trương Nguyễn Tấn Phát MSSV: 11143110 Lớp: 111433A 1. Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC PHỤC VỤ ĐÀO TẠO”.

Các số liệu, tài liệu ban đầu: Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học cần đạt Ghi chú Số động cơ của máy 05 động cơ Modul gia công lớn nhất 2,5 mm Góc nghiêng đầu dao phay 45 Độ Đường kính gia công lớn nhất Ø 150 mm Máy phay lăn Phạm vi hoạt động theo phương Z 250 mm răng CNC Phạm vi hoạt động theo phương X 120 mm Điện thế 220 V xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha Kích thước máy Dài x rộng x cao 1710 x 1280 x 2014 Vật liệu gia công Nhựa, đồng thau Độ chính xác gia công Cấp 8,9 3. Nội dung chính:  Nội dung thuyết minh, tính toán - Nghiên cứu Tổng quan - Cơ sở lựa chọn phương án thiết kế và thiết kế sơ bộ - Tính toán và thiết kế tổng thể máy - Tính toán thiết kế phần điện điều khiển - Lựa chọn và chế tạo phần điện điều khiển do an - Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển máy - Biên soạn các bài thực hành trên máy phay lăn răng CNC  Hồ sơ thiết kế: - Tập bản vẽ chi tiết - Tập bản vẽ lắp từng cụm - Bản vẽ lắp toàn máy 4. Ngày nộp đồ án: TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) do an MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH. 4 DANH MỤC BẢNG BIỂU.

8 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY LĂN RĂNG. NGHIÊN CỨU NƢỚC NGOÀI. NGHIÊN CỨU TRONG NƢỚC.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .1 Nguyên lý phay lăn răng .2 Phay lăn răng thẳng .3 Phay lăn răng nghiêng.4 Khả năng công nghệ của máy phay lăn răng .5 Phƣơng pháp lăn răng. THIẾT KẾ HỆ THỐNG .1 Lựa chọn phƣơng án kết cấu chung của máy .2 Tính toán, lựa chọn động cơ trục phôi .3 Tính toán, lựa chọn động cơ trục chính .4 Tính toán, lựa chọn vitme - đai ốc bi .5 Tính toán ray trƣợt lên xuống .6 Hệ thống điện trong máy phay lăn răng cnc .1 Phương pháp kết nối động cơ servo vào driver .2 Sơ đồ kết nối các khí cụ điện. THIẾT KẾ CHI TIẾT.1 Cải tiến thiết kế cụm trục gá dao, gá phôi .1 Cải tiến cụm trục gá dao .2 Cải tiến thiết kế cụm gá phôi.2 Cải tiến thiết kế cụm di chuyển trục A, Y, Z .1 Cải tiến thiết kế cụm di chuyển trục A .2 Cải tiến thiết kế cụm di chuyển trục Y .3 Cải tiến thiết kế cụm di chuyển trục Z .3 Cải tiến thiết kế phần thân máy.4 Thiết kế các trục truyền động .5 Thiết kế vỏ máy .6 Lựa chọn phần mềm điều khiển máy .7 Lựa chọn phƣơng án điều khiển máy .8 Cải tiến thiết kế giao diện điều khiển .1 Các chi tiết gia công .2 Hình ảnh gia công thực tế. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

113 2 do an PHỤ LỤC. 114 3 do an DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. Kết cấu chung của máy. Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC.

Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC. Máy phay lăn răng OFA75-900. Máy phay lăn răng CNC trƣờng DHSPKT. Sơ đồ nguyên lý phay lăn răng.

Gá dao nghiêng hƣớng trái. Gá dao nghiêng hƣớng phải. Bánh răng nghiêng trái dao. Bánh răng nghiêng phải dao.

Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC phƣơng án 1. Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC phƣơng án 2. Kích thƣớc dao phay lăn răng. Các bƣớc tính toán, lựa chọn vitme- đai ốc bi.

Các phƣơng án lắp vitme bi. Mô hình đặt tải trên vitme bi. Mô hình tính toán ray trƣợt theo phƣơng thẳng đứng. Con trƣợt HSR25HR hãng THK.

Nguyên lý đấu nối servo vào driver. Nguyên lý đấu nối nhiều driver với nhau. Sơ đồ chân nối của driver J2S. Đầu cáp 25 chân Northern.

Cổng song song (LPT). Bảng sơ đồ chân In/Out. Sơ đồ đấu dây driver trục X. Sơ đồ đấu dây driver trục A.

Sơ đồ đấu dây driver trục Z. Sơ đồ đấu dây driver trục B .60 4 do an Hình 3. Sơ đồ đấu dây driver trục C. Mạch khuếch đại.

Mạch tƣới nguội. Mạch điện các nút nhấn và công tắc. Thiết kế cụm ổ đỡ đã có. Thiết kế cụm ổ đỡ dùng bạc côn điều chỉnh.

Thiết kế cụm ổ đỡ dùng kẹp rút. Thiết kế trục gá dao đã có. Thiết kế trục gá dao mới. Cụm dao hoàn chỉnh.

Thiết kế cụm gá phôi đã có. Cụm gá phôi sử dụng mâm cập. Mâm cập và trục gá phôi. Cụm gá phôi sử dụng trục liền.

Cụm gá phôi sử dụng trục côn rời và ụ côn. Ụ côn và trục gá phôi dạng côn. Mô phỏng đặt lực vào cụm gá phôi. Khu vực tập trung ứng suất lớn.

Sự biến dạng của cụm gá phôi trong quá trình gia công. Kết cấu cụm di trƣợt trục Y sử dụng rãnh mang cá. Kết cấu cụm di trƣợt trục Y sử dụng rãnh dạng cầu. Kết cấu cụm di trƣợt trục Y sử dụng rãnh chữ C.

Hình ảnh cụm rút dao và di trƣợt dao sau khi thiết kế lại. Phân bố ứng suất trên toàn cụm dao. Phân bố ứng suất trên toàn cụm dao (tt). Sự biến dạng của cụm dao trong quá trình gia công.

Tấm đế của cụm dao trong thiết kế cũ. Tấm đế của cụm dao trong phƣơng án cải tiến. Phần thân máy đầy đủ cụm dao và đối trọng trong thiết kế cũ. Thiết kế cũ phần thân máy.

Thiết kế mới phần thân máy. Tọa độ trọng tâm và khối lƣợng của cụm dao. Khoảng cách các trọng tâm đến điểm tựa của cánh tay đòn .84 5 do an Hình 4. Tọa độ trọng tâm và khối lƣợng của đối trọng sau khi thiết kế.

Đế phần thân trong thiết kế cũ. Đế phần thân trong phƣơng án cải tiến. Cụm thân máy sau khi lắp ráp đối trọng và phần đế. Ổ đỡ trục vitme trục Z và X đã có.

Ổ đỡ trục vitme trục Z và X trong phƣơng án mới. Vỏ máy thiết kế cũ. Vỏ máy thiết kế mới. Độ nghiêng vỏ thiết kế cũ.

Độ nghiêng vỏ thiết kế mới. Sơ đồ phƣơng án phay thuận. Sơ đồ phƣơng án phay nghịch. Giao diện điều khiển phay bánh răng trụ răng thẳng cũ.

Giao diện điều khiển phay bánh răng trụ răng thẳng cải tiến. Giao diện điều khiển phay bánh răng trụ xoắn phải cũ. Giao diện điều khiển phay bánh răng trụ xoắn phải cải tiến. Giao diện điều khiển phay bánh răng trụ xoắn trái cũ.

Giao diện điều khiển phay bánh răng trụ xoắn trái cải tiến. Phôi gia công. Mài bavia chân đế. Dùng con đội để lắp các thanh đỡ.

Hàn khối chữ T. Phay khối chữ T để lắp trục Z. Lắp ráp nâng cao thân máy. Tháo và nâng cao thanh trƣợt trục Z.

Canh chỉnh đế cụm chống tâm. Lắp và kiểm tra cụm gá phôi. Cắt sửa máng nghiêng của vỏ. lắp thử các vỏ xung quanh.

kiểm tra độ vuông góc của cụm chống tâm. Tháo đối trọng. Phay tấm đế của cụm dao. Khoan lỗ tấm đế cụm dao.

Hàn giá đỡ CPU .107 6 do an Hình 5. Bao máy chuẩn bị sơn. Lắp thử máng nghiêng của vỏ. Tháo trục vít để thay bánh vít mới.

Tháo hệ thống điện trong tủ điện cũ. Lắp mạch động lực cho máy. Lắp mạch điều khiển cho máy. Sử dụng sơ đồ đấu dây để lắp mạch điện.

Kết nối bảng điều khiển. Lắp ráp toàn bộ phần vỏ và các giá tủ điện, CPU. Tiện chuẩn bị phôi nhựa để gia công bánh răng. Phôi nhựa POM để gia công bánh răng.

Bánh răng trụ răng thẳng bằng nhựa và đồng thau. Máy trƣớc khi cải tiến. Máy sau khi cải tiến .112 7 do an DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Thông số thiết kế máy.

Bảng cấp chính xác của vitme THK. Bảng tra độ dài và bƣớc ren vitme bi THK. Bảng hệ số an toàn tĩnh của vitme bi. Bảng tra giá trị tải trọng động và tải trọng tĩnh.

Bảng tra hệ số tải fa. 43 Bảng kí hiệu các khí cụ điện. 54 8 do an DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CNC: Computerized Numerical Control ĐATN: Đồ án tốt nghiệp 9 do an LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, xu hƣớng hội nhập kinh tế quốc tế đã và đang diễn ra với tốc độ nhanh chóng cả về chiều rộng lẫn chiều sâu ở trong nƣớc và thế giới. Với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế thị trƣờng, sự phụ thuộc nhau về thƣơng mại và kinh tế giữa các quốc gia ngày càng sâu sắc.

Điều này ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng của nguồn nhân lực có trình độ cao để đáp ứng kịp thời xu hƣớng phát triển của đất nƣớc trong thời đại mới.