CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN ĐỘNG BÀN MÁY 1. Tổng quan về bàn máy X và Y trong máy CNC 1. Cấu tạo của bàn máy CNC 1.1 : Khái niệm CNC (computer numerical control) là một dạng máy NC điều khiển tự động có sự trợ giúp của máy tính, mà trong đó các bộ phận tự động được lập tình để hoạt động theo các sự kiện tiếp nối nhau với tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra được mẫu vật với hình dạng và kích thuốc yêu cầu.2 : Lịch sử phát triển: Trước khi máy CNC đầu tiên ra đời, một số máy có thể được hướng dẫn để chế tạo các công cụ khác. Điều này được gọi là Điều khiển số (NC- Numerical Control).
Bạn sẽ nhận thấy sự vắng mặt của vi tính (C- Computerized) Parsons sau này đã phát triển máy CNC đầu tiên. Với sự phát triển này, đã có một sự cách mạng hóa. Dưới đây là những mốc thời gian về sự phát triển xảy ra trong lịch sử gia công CNC. +) 1952 – 1958: Khi Chiến tranh Lạnh trở nên căng thẳng, cần phải nâng cao hiệu quả và năng suất trong việc chế tạo nhiều máy móc và vũ khí.
Do đó, vào năm 1952, Richard Kegg cùng với MIT đã chế tạo chiếc máy phay CNC đầu tiên có tên là Cincinnati Milacron Hydrotel. Richard Kegg sau đó đ ã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho công cụ Máy định vị được điều khiển bằng động cơ vào năm 1958. +) 1967 – 1972: Gia công CNC ngày càng được công nhận trên toàn thế giới. Điều này là do sự phát triển của Computer-Aided Design (CAD) và Computer-Aided Machining (CAM) vào năm 1972.
Việc đưa CAD và CAM vào gia công CNC đã dẫn đến những phát triển lớn trong gia công CNC. Tuy nhiên, cả hai không được coi là một phần tiêu chuẩn của quy trình sản xuất. +) 1976 -1989: Năm 1976, 3D CAD/CAM đã được đưa vào gia công CNC. Năm 1989, máy điều khiển bằng phần mềm CAD và CAM đã trở thành tiêu chuẩn công nghiệp cho máy CNC.3 : Phương hướng phát triển của máy CNC 7 - Nghiên cứu chế tạo các trung tâm đồng bộ với độ chính xác cao nhất - Gia công với tốc độ cắt gọt cao, khoan với độ chính xác cao nhất - Giảm khối lượng lập trình cho từng nhiệm vụ gia công (lập trình macro) - Hệ thống lập trình đơn giản, dễ thao tác, giao diện đồ họa, hiệu quả cao - Phân tích lỗi với sự giúp đỡ của đồ họa trên máy cnc và hệ thống sản xuất nói chung.
Máy đục lỗ băng giấy - Thông tin về hành trình gia công và chức năng máy cần thiết được ghi trên băng giấy đục lỗ với mã hóa chương trình là các chữ số ,chữ cái và kí tự đặc biệt. - Máy tính trung tâm điều khiển việc xử lí các thông tin về hành trình và các chức năng máy. - Các trục chuyển động chạy dao x,y,z (máy phay ) và x,z ( máy tiện ), trục chính được dẫn động bởi các động cơ riêng biệt - Hệ thống đo và kiểm tra luôn phản hồi vị trí của dụng cụ về hệ điều khiển. Bán máy Là bộ phận chính của máy CNC, là nơi chi tiết gia công được cố định chặt vào để thực hiện các chuyển động cắt gọt.
Bàn máy gia công được làm bằng gang để giảm biến dạng nhiệt. Bề mặt bàn được gia công chính xác, được mài phẳng và tạo rãnh để chi tiết gia công kẹp chặt vào. Bàn máy Khung máy Khung máy làm chi tiết cơ sở để lắp tất cả các thiết bị và bộ phận khác như bàn máy, trục chính, xe dao, lên nó tạo thành máy hoàn chỉnh. Khung máy phải chịu tất cả các tải trọng tĩnh cũng như động do tác động của lực cắt do rung động trong quá trình cắt và đo khối lượng của các chi tiết và bộ phận lắp lên nó cũng như trọng lượng bản thân của nó.
Do vậy đối với khung máy cần phải thỏa mãn hai yêu cầu chính sau nhằm đảm bảo độ chính xác gia công của máy: Phải đảm bảo đủ độ cứng vững. Phải có khả năng chống và hấp thụ rung động. Vì thế khung máy phay CNC 3 trục thường được chế tạo bằng gang đúc. Có hình khối rỗng, nhiều gân chịu lực và có kết cấu vững chắc.2 Nguyên Lí Hoạt Động • Máy CNC được hoạt động đơn giản, di chuyển trên 3 trục X, Y, Z theo tọa độ.
• Khi máy CNC được khởi động và thực hiện các lệnh cắt, trục Z sẽ di chuyển lên xuống theo khoảng cách được cài đặt. Đầu cắt ( trục Z) sẽ nhận nguồn năng lượng từ bộ nguồn để xuyên thủng vật liệu. • Lúc này bàn máy sẽ giữ chặt sản phẩm để máy di chuyển trên các thanh ray theo trục X và Y để tạo ra các đường cắt trên vật liệu. Hệ thống dẫn hướng trong máy CNC 1.1 : Hệ thống dẫn hướng Hình 1.4 Hệ thống dẫn hướng Vai trò: Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của bàn theo X, Y và theo trục Z của trục chính.
Yêu cầu của hệ thống thanh trượt phải thẳng và có khả năng tải cao, độ cứng vững tốt và không có hiện tượng dính hay trơn khi trượt. - Phân loại: Đường dẫn hướng ma sát bôi trơn ướt và đường dẫn hướng ma sát lăn. + Ma sát bôi trơn ướt : - Hệ số ma sát nhỏ , tổn hao thấp ,độ ổn định cao. 10 - Độ cứng vững cao ,giảm giao động ,tăng tuổi thọ.
Đáp ứng được yêu cầu của chuyển động chạy dao. Đảm bảo được các dịch chuyển nhỏ tới 0.001mm Sử dụng cho máy công nghiệp , cỡ lớn. - Nhược điểm : khả năng chịu quá tải thấp do diện tích tiếp xúc bé.2 : Cụm vít me – đai ốc bi Vai trò và phân loại: + Chuyển động chạy dao tịnh tiến thường được dẫn động bởi các động cơ servo quay thông qua cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến là: trục vitme – đai ốc bi. + Trục trục vitme – Đai ốc bi đảm bảo truyền lực và chuyển động không có khe hở, độ nhạy cao.
+ Mỗi trục chuyển động có hệ thống đo, khi đo gián tiếp thì đầu đo lắp ngay trên trục vitme. – Dùng trong các cơ cấu đòi hỏi khử khe hở và truyền động êm, nhẹ. + Sai số về bước của đai ốc, trục vit có thể được tự cân đối điều chỉnh trong quá trình vận hành máy, nhờ có điều khiển cnc đã lưu trữ các giá trị đo kiểm tra của trục vít và đai ốc khi cài đặt ban đầu. - Nguyên lí làm việc: + Vit me – đai ốc biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của bàn máy.
+ Hoạt động tương tự vitme-đai ốc bình thường nhưng có thêm rãnh bi biến ma sát trượt thành ma sát lăn, đảm bảo k có khe hở. Các viên bi được chuyển động thứ hồi.5 Vít me đai ốc Hình 1.6: chi tiết vít me đai ốc *Cụm vitme – đai ốc bi Hình 1.7 Vít me – đai ốc -Vai trò và phân loại: 12 + Chuyển động chạy dao tịnh tiến thường được dẫn động bởi các động cơ servo quay thông qua cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến là : trục vitme – đai ốc bi. + Trục trục vitme – đai ốc bi đảm bảo truyền lực và chuyển động không có khe hở, độ nhạy cao. -Nguyên lí làm việc : + Vit me – đai ốc biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của bàn máy.
+ Hoạt động tương tự vitme-đai ốc bình thường nhưng có thêm rãnh bi biến ma sát trượt thành ma sát lăn , đảm bảo k có khe hở .Các viên bi được chuyển động thứ hồi. 13 CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG HỆ BÀN MÁY CNC Các thiết bị dẫn động có một vai trò quan trọng trong máy CNC, là nhân tố chính đảm bảo sự vận hành và gia công chính xác của máy. Vì vậy, để thuận tiện cho công việc lựa chọn thiết bị dẫn động, trong chương này chúng ta đi xây dựng công thức tính toán và chương trình tính chọn các thiết bị dẫn động. A:Tính chọn vít me: Hình 2.
Trục vít me dùng trong máy CNC 2.1 :Kết cấu bô truyền vitme đai ốc bi 2.1 : Kết cấu chung: Bộ truyền vít me - đai ốc bi thường được dùng trong chuyển động chạy dao của máy công cụ NC, CNC và dùng trong các máy công cụ chính như máy mài,máy doa tốc độ và các loại máy khác. Ngoài dẫn ra còn dùng trong bộ truyền chính của các loại máy có chuyển động tịnh tiến khứ hồi như máy bào giường, máy chuốt. *) Các ưu điểm: - Khắc phục độ rơ khớp ren, chịu lực kéo với kết cấu - Đảm bảo độ cứngvững chiều trục cao. - Tổn thất do ma sát bé, hiệu suất bộ truyền đạt tới 0,9 so với vít me đai ốc trượt là 0,2 ÷ 0,4.
- Gần như độc lập hoàn toàn với lực ma sát (biến đổi theo tốc độ), ma sáttĩnh rất bé nên chuyển động êm. Kết cấu sơ bộ của vít me đai ốc bi *) Kết cấu bộ truyền vít me: - Đai ốc bi hình trên bao gồm trục vít me, đai ốc,dòng bi chuyển động trong vít me - Đai ốc và ống hồi bi đảm bảo dòng bi tuần hoàn liên tục.2 : Tính chọn vitme bi Chọn kiểu trục vít me chính xác (Precision Ballscrew). *) Các thông số đầu vào - Loại máy CNC: phay - Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT: Phay mặt đầu Dao có 6 lưỡi(z=6), đường kính D=80mm Tiêu chuẩn quốc gia: JIS Vật liệu S45C Grade 4040 Vận tốc: v=100 m/ph Chiều sâu cắt: t= 1,2 mm Lượng chạy dao phút: F=900 mm/ph - Khối lượng lớn nhất của chi tiết: M =700 Kg - Khối lượng bàn máy X: M1=140kg - Khối lượng bàn máy Y: M2=220kg 15 - Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công: 𝑉1 = 18 𝑚/𝑝ℎ - Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công có lực: 𝑉2 = 15 m/ph - nmax: Tốc độ quay lớn nhất của động cơ dẫn động vít me - Vmax: Tốc độ dịch chuyển lớn nhất của bàn máy - amax: Gia tốc lớn của bàn máy: amax = 0.4 g m/𝑠2 - Lt: Tuổi thọ của vít me: 05 đến 07 năm - Tốc độ vòng động cơ: Nmax = 2000 rpm - Chiều dài làm việc max: 𝑠𝑚𝑎𝑥 = 1300 𝑚𝑚 - Các thông số hình học của hệ dẫn động - Fm, Fmz: Lực cắt Chế độ làm việc : chế độ phay mặt đầu , 6 lưỡi cắt 2.