Tài liệu: Đề tài nckh thiết kế máy cnc tạo hình kim loại tấm theo nguyên

Chuyên khảo phân tích Đề tài nckh thiết kế máy cnc tạo hình kim loại tấm theo nguyên lý biến dạng cục bộ, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Nguyễn Huỳnh
• Người hướng dẫn: PGS.TS ĐỖ Thành Trung
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Thiết Kế Máy CNC Tạo Hình Kim Loại Tấm Theo Nguyên Lý Biến Dạng Cục Bộ
• Loại tài liệu: Báo Cáo Tổng Kết Đề Tài Nghiên Cứu
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đề Tài Nghiên Cứu Thiết Kế Máy CNC Tạo Hình

Đề tài thiết kế máy CNC tạo hình kim loại tấm là một công trình nghiên cứu khoa học quan trọng được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Đề tài này tập trung vào công nghệ biến dạng cục bộ để tạo hình cho các sản phẩm kim loại tấm. Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển một hệ thống máy CNC hiệu quả có khả năng tạo hình chính xác, tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất. Công trình này được hướng dẫn bởi PGS.TS Đỗ Thành Trung, một chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí. Kết quả của đề tài không chỉ có ý nghĩa học thuật mà còn có giá trị thực tiễn cao trong công nghiệp chế tạo cơ khí hiện đại.

1.1. Tính Cấp Thiết và Ý Nghĩa Của Đề Tài

Tạo hình kim loại tấm bằng phương pháp biến dạng cục bộ là một công nghệ tiên tiến giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất. Phương pháp này cho phép biến dạng cục bộ một cách chính xác mà không cần thay đổi toàn bộ hình dạng của tấm kim loại. Tính cấp thiết nằm ở chỗ nó giải quyết các hạn chế của phương pháp truyền thống, cung cấp độ chính xác cao và hiệu suất năng lượng tốt hơn cho các nhà sản xuất.

1.2. Đối Tượng và Phạm Vi Nghiên Cứu

Đối tượng chính của nghiên cứu là hệ thống máy CNC tạo hình kim loại tấm sử dụng nguyên lý biến dạng cục bộ. Phạm vi nghiên cứu bao gồm tính toán thiết kế, phân tích công nghệ, kiểm tra tải trọng và xác định các thông số hoạt động của máy. Nhóm nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa các trục CNC, bộ truyền động và hệ thống dẫn hướng để đạt được hiệu suất tối đa.

II. Cơ Sở Lý Thuyết Thiết Kế Máy CNC Tạo Hình

Nền tảng lý thuyết của đề tài bao gồm nhiều khía cạnh kỹ thuật phức tạp liên quan đến thiết kế trục máy, tính toán tải trọng và lựa chọn các linh kiện cơ khí. Các yếu tố như bước trục vitme, lực dọc trục, tốc độ quay cho phép và ứng suất tác dụng đều được tính toán kỹ lưỡng. Đề tài còn đề cập đến bộ truyền đai răng, ray dẫn hướng và hệ thống động cơ trục chính với các công thức tính toán chi tiết. Việc hiểu sâu về các nguyên lý này là điều kiện tiên quyết để thiết kế một máy CNC hiệu quả và an toàn trong vận hành.

2.1. Tính Toán Trục Vitme và Tải Trọng

Trục vitme là thành phần quan trọng trong máy CNC tạo hình. Tính toán bước trục vitme phải dựa trên các yêu cầu về độ chính xác và tốc độ di chuyển. Việc xác định lực dọc trục, tải trọng tĩnh và tải trọng động là bắt buộc để chọn lựa vitme thích hợp. Các hệ số an toàn phải được áp dụng để đảm bảo tuổi bền của vitme và độ tin cậy của hệ thống.

2.2. Bộ Truyền và Hệ Thống Dẫn Hướng

Bộ truyền đai răng và ray dẫn hướng là hai thành phần then chốt trong thiết kế máy CNC. Việc xác định modun đai, chiều rộng đai và số lượng đai cần được tính toán chính xác. Ray dẫn hướng cần có khả năng chịu tải trọng tĩnh, tải trọng động và momen tĩnh theo các tiêu chuẩn kỹ thuật. Tính toán tuổi bền danh nghĩa và hệ số an toàn tĩnh là yêu cầu bắt buộc trong quá trình thiết kế.

III. Công Nghệ Biến Dạng Kim Loại Tấm Theo Phương Pháp Biến Dạng Cục Bộ

Công nghệ biến dạng kim loại tấm bằng phương pháp biến dạng cục bộ là một phương pháp hiện đại trong chế tạo cơ khí. Phương pháp này cho phép tạo hình chính xác các sản phẩm từ tấm kim loại mà không làm suy yếu toàn bộ cấu trúc vật liệu. Quá trình biến dạng cục bộ diễn ra thông qua việc áp dụng lực tập trung tại những vị trí nhất định, tạo ra những biến dạng dẻo mong muốn. Phương pháp này có nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp truyền thống, bao gồm độ chính xác cao, tiết kiệm vật liệu, giảm thiểu lỗi sản phẩm và tăng hiệu suất sản xuất.

3.1. Lịch Sử Phát Triển và Quá Trình Biến Dạng

Công nghệ biến dạng cục bộ kim loại tấm đã phát triển qua nhiều giai đoạn, từ các phương pháp thủ công truyền thống đến các hệ thống máy CNC hiện đại. Quá trình biến dạng bao gồm các bước chuẩn bị vật liệu, cài đặt thông số máy, thực hiện tạo hình và kiểm tra chất lượng sản phẩm. Sự phát triển của công nghệ biến dạng cục bộ đã cho phép tạo hình những sản phẩm phức tạp với độ chính xác cao hơn.

3.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Biến Dạng

Quá trình tạo hình kim loại tấm bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố quan trọng như kích thước vật liệu, chiều dày tấm, bước tiến dao dọc và tốc độ tiến dụng cụ. Chất bôi chơn đóng vai trò quan trọng trong giảm ma sát và bảo vệ bề mặt tấm. Độ phức tạp hình học của sản phẩm cũng ảnh hưởng đến lựa chọn thông số máy và thời gian sản xuất.

IV. Tính Toán và Thiết Kế Chi Tiết Các Trục CNC

Phần tính toán thiết kế là trọng tâm của đề tài nghiên cứu, tập trung vào thiết kế trục Z và các hệ thống liên quan. Quá trình này bao gồm tính toán chi tiết trục vitme, lựa chọn ray dẫn hướng, chọn động cơ thích hợp và kiểm tra các thông số kỹ thuật. Mỗi thành phần đều được tính toán dựa trên tải trọng dự kiến, tốc độ hoạt động và yêu cầu về độ chính xác. Độ dịch do thay đổi nhiệt độ cũng được xem xét để đảm bảo độ chính xác dài hạn của hệ thống. Cuối cùng, các gối đỡ và hệ thống truyền động được lựa chọn và kiểm tra để đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn.

4.1. Tính Toán Trục Z và Ray Dẫn Hướng

Thiết kế trục Z yêu cầu tính toán lực riêng rẽ và tải tương đương tác dụng lên hệ thống. Ray dẫn hướng trục Z phải chịu được tất cả các tải trọng trong quá trình hoạt động. Việc tính toán hệ số tĩnh đảm bảo rằng ray không bị quá tải trong điều kiện tĩnh. Lựa chọn ray dẫn hướng dựa trên tải trọng tính toán và yêu cầu tuổi bền.

4.2. Chọn Động Cơ và Hệ Thống Truyền Động

Lựa chọn động cơ trục Z phải dựa trên moment quán tính khối, moment phát động và moment hoạt động ngược. Thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại phải được tính toán chính xác để đánh giá hiệu suất động cơ. Đai răng trục Z được lựa chọn và kiểm tra để truyền động hiệu quả với độ chính xác cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .1 Tính cấp thiết của đề tài .2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .3 Mục tiêu nghiên cứu .4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tượng nghiên cứu .2 Phạm vi nghiên cứu .1 Cách tiếp cận .2 Phương pháp nghiên cứu. 13 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Phương pháp lăp trục vitme .2 Xác định bước trục vitme (l) [1] .3 Xác đinh lực dọc trục [1] .1 Cơ chế di chuyển ngang qua lại .2 Cơ chế di chuyển dọc lên xuống [1] .4 Xác định tải trọng trung bình [1] .5 Xác định các hệ số tải trọng [1] .1 Tải trọng tĩnh .2 Tải trọng động C a .6 Xác định tốc độ quay cho phép [1] .7 Xác định tải trọng cho phép của trục vitme [1] .8 Xác định sai số vị trí đo nhiệt độ [1] .1 Xác định moment phát động .1 Moment đặt trước [1] .2 Moment hoạt động ngược [1]. 25  η là hiệu suất.3 Moment do lực ma sát [1] .2 Xác định moment quán tính khối [1] .3 Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt vận tốc tối đa [1]. 30  f là hệ số an toàn.4 Xác định ứng suất tác dụng lên trục vitme [1] .3 Bộ truyền đại răng [2] .2 Xác định modun và chiều rộng đai [2] .3 Xác định các thông số bộ truyền [2] .4 Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng [2] .5 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục [2] .6 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục [2] .4 Bộ truyền đai thang [2] .1 Xác định các thông số của bộ truyền [2] .2 Xác định số đai [2].3 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục [2] .4 Tính toán động cơ trục chính [2] .5 Ray dẫn hướng [3] .1 Hệ số tãi tĩnh Co [3] .2 Momen tĩnh cho phép Mo [3] .3 Hệ số an toàn tĩnh f s [3] .4 Hệ số tải trọng động định mức C [3] .5 Tính toán tuổi bền danh nghĩa L [3] .6 Tính toán tuổi bền phục vụ theo thời gian L h [3] .7 Hệ số ma sát [3] .8 Tính toán tải trọng làm việc [3] .9 Tính toán tải trọng tương đương [3] .10 Tính toán tải trọng trung bình [3].

49 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BIẾN DẠNG KIM LOẠI TẤM .1 Tổng quan về công nghệ biến dạng kim loại tấm.1 Lịch sử phát triển của tạo hình kim loại tấm .2 Các phương pháp tạo hình tấm truyền thống .2 Phân tích công nghệ biến dạng kim loại tấm bằng phương pháp biến dạng cục bộ .1 Lịch sử phát triển của công nghệ biến dạng kim loại tấm bằng phương pháp biến dạng cục bộ .2 Mô tả quá trình .3 Khả năng biến dạng dẻo của vật liệu trong công nghệ biến dạng kim loại tấm theo phương pháp biến dạng cục bộ .4 Ưu nhược điểm của công nghệ biến dạng kim loại tấm theo phương pháp biến dạng cục bộ .3 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến dạng kim loại tấm.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến dạng kim loại tấm .3 Kích thước vật liệu .5 Bước tiến dao dọc .6 Ảnh hưởng của tốc độ tiến dụng cụ và tốc độ trục chính .7 Chiều dày sản phẩm .8 Chất bôi chơn .9 Độ phức tạp hình học của sản phẩm .4 Đặc điểm của công nghệ biến dạng cục bộ kim loại tấm. 63 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC Z .1 Tính toán trục vitme .1 Các thông số đầu vào .3 Tính toán lựa trọn trục vitme .4 Tính tải trọng động và tải trọng tĩnh ( Co ; C a ).5 Tính toán chọn bán kinh vitme .6 Kiểm tra sơ bộ .7 Độ dịch do thay đổi nhiệt độ .2 Tính toán ray dẫn hướng trục Z .1 Tính toán các lực riêng rẽ .2 Tính toán tải tương đương .3 Tính toán hệ số tĩnh .3 Tính toán chọn động cơ trục Z .1 Moment quán tính khối.2 Moment phát động: .3 Tính toán chọn động cơ .4 Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại .1 Thời gian cần thiết để đạt thời gian cực đại .2 Tính ứng suất tác dụng lên trục vitme .3 Tính tải trọng tác dụng lên trục .5 Chọn gối đỡ trục Z.6 Tính toán chọn đai răng trục Z .1 Các thông số của đai răng .2 Tính toán chọn đai răng cho động cơ trục chính. 88 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC X, Y.1 Tính toán trục vitme X .1 Các thông số đầu vào .3 Tính toán lựa chọn trục vitme.4 Tính tải trọng động và tải trọng tĩnh ( Co ; Ca ) .5 Tính toán chọn bán kính trục vít me .6 Kiểm tra sơ bộ .7 Độ dịch do thay đổi nhiệt độ .2 Tính toán ray dẫn hướng trục X .1 Tính toán các lực riêng rẽ: .2 Tính toán tải tương đương .3 Tính toán hệ số tĩnh .3 Tính toán chọn động cơ trục X .1 Moment quán tính khối: .2 Moment phát động .3 Tính toán chọn động cơ .4 Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt cực đại .1 Thời gian cần thiết để đạt thời gian cực đại: .2 Tính ứng suất trên trục vít me .3 Tính tải trọng lên trục vít me .5 Chọn gối đỡ trục X .6 Tính toán trục vitme Y .1 Các thông số đầu vào .3 Tính toán lựa chọn trục vitme.4 Tính tải trọng động và tải trọng tĩnh ( Co ; C a ).5 Tính toán chọn bán kính trục vitme .6 Kiểm tra sơ bộ .7 Độ dịch do thay đổi nhiệt độ .7 Tính toán ray dẫn hướng trục Y .1 Tính toán các lực riêng rẽ .2 Tính toán tải tương đương .3 Tính toán hệ số tĩnh .8 Tính toán chọn động cơ trục Y .1 Moment quán tính khối.2 Moment phát động .3 Tính toán chọn động cơ .9 Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt cực đại .1 Thời gian cần thiết để đạt thời gian cực đại: .2 Tính ứng suất trên trục vitme .3 Tính tải trọng lên trục vitme .10 Chọn gối đỡ trục Y. 125 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH Hình 2.

1: Phương pháp cố định cố định. 2: Phương pháp cố định gối đỡ. 3: Phương pháp cố định tự do. 4: Cơ chế di chuyển ngang.

5: Cơ chế di chuyển dọc. 6: Lực dọc trục biến thiên theo từng cấp. 7: Đường biểu diễn lực dọc trục biến thiên theo từng cấp. 8: Lực dọc trục biến thiên tương tự giống đường thẳng.

9: Lực dọc trục biến thiên theo đường sin1. 10: Lực dọc trục biến thiên theo đường sin2. 11: Các thông số của đai răng. 12: Bảng các thông số của đai thang.

13: Bảng thông số. 14: Hình dạng ray dẫn hướng. 15: Hướng momen tác dụng lên ray trượt. 16: Hệ số cứng vững.

17: Hệ số nhiệt độ. 18: Hệ số lực ma sát trong con trượt. 19: Hướng tải trọng tác dụng. 20: Hướng tải trọng tác dụng và momen tác dụng.

21: Quy trình tính toán ray dẫn hướng. 1: Biểu đồ sơ lược của quá trình tạo hình kim loại tấm bằng phương pháp biến dạng cục bộ. 2: Biểu đồ sơ lược của quá trình tạo hình kim loại tấm bằng phương pháp biến dạng cục bộ. 4: Các dạng hình học phức tạp khác.

5: Mô tả sơ đồ của SPIF (Henrard et al. 6: Đường chạy dao cho sản phẩm hình nón (He et al. 127 PHỤ LỤC BẢNG Bảng 2. 121 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Biến dạng cục bộ là một trong những phương pháp gia công kim loại bằng áp lực để tạo hình chi tiết từ phôi phẳng hoặc phôi trụ rỗng dưới tác dụng của lực làm biến dạng dẻo cục bộ theo quỹ đạo xác định.

Ngày nay, công nghệ biến dạng kim loại đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau như công nghệ sản xuất hàng tiêu dùng, công nghệ sản xuất ô tô, công nghệ quốc phòng,… Sản phẩm biến dạng cục bộ rất đa dạng và phong phú về chủng loại, hình dáng, kích thước, cũng như vật liệu của sản phẩm. Trong đó, biến dạng cục bộ kim loại có đặc điểm là ứng suất xuất hiện cục bộ từng phần nên công suất của thiết bị tạo hình nhỏ hơn rất nhiều so với các phương pháp biến dạng kim loại truyền thống khác. Hiện nay, các công ty, trường đại học và viện nghiên cứu cũng có những nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực biến dạng kim loại nhưng chủ yếu đi theo hướng tìm hiểu công nghệ và ứng dụng gia công cho các sản phẩm cụ thể trên nền tảng các thiết bị ngoại nhập, cũng như chế tạo các sản phẩm có giá trị dung sai kích thước và sai lệch hình dạng tương đối lớn. Vì vậy, với những ưu điểm nổi trội của phương pháp biến dạng cục bộ trong chế tạo các sản phẩm từ phôi tấm thì việc nghiên cứu, ứng dụng, phát triển công nghệ và thiết bị biến dạng cục bộ trong giai đoạn hiện nay là rất cần thiết 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài có những ý nghĩa khoa học và thực tiễn: - Thiết kế mẫu máy miết CNC với chất lượng sản phẩm miết tốt phục vụ cho công việc nghiên cứu và giảng dạy trên trường lớp.

- Phát triển chất lượng về mẫu miết, kết cấu máy so với những dòng máy miết truyền thống trên thị trường nhưng vẫn phải đảm bảo về mức giá cả hợp lý 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ tạo hình kim loại tấm bằng phương pháp biến dạng cục bộ. Tính toán, thiết kế máy CNC tạo hình kim loại tấm bằng phương pháp biến dạng cục bộ.4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy CNC tạo hình kim loại tấm theo nguyên lí biến dạng cục bộ 1.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về công nghệ biến dạng kim loại tấm theo phương pháp biến dạng cục bộ Nghiên cứu, thiết kế cơ cấu truyền động của máy Nghiên cứu tính toán phần điện Nghiên cứu phần mềm giao tiếp, hỗ trợ lập trình Nghiên cứu, tính toán đường chạy dao tối ưu 1.1 Cách tiếp cận Từ cơ cở các tài liệu, các nghiên cứu, đề tài đi trước, các mẫu máy có trên thị trường để phân tích những ưu điểm cũng như những nhược điểm của các dòng máy có trước từ đó lựa chọn thiết kế được mẫu máy tốt hơn.2 Phương pháp nghiên cứu Đề tài kết hợp nghiên cứu giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm trên mô hình. Cụ thể: Nghiên cứu lý thuyết: - Tìm kiếm, tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài.