Chương 1: Giới thiệu đề tài - Chương 2: Tổng quan giải pháp công nghệ - Chương 3: Phương pháp giải quyết - Chương 4: Quy trình thiết kế phần cứng và phần mềm - Chương 5: Thi công mô hình thực nghiệm, đánh giá kết quả - Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước: Trong bối cảnh phát triển ngành công nghiệp nước ta hiện nay hầu hết các công nghệ chúng ta đang sử dụng đều phải nhập khẩu. Trong quá trình sử dụng, sẽ có rất nhiều hệ thống cần phải thay thế, sửa chữa, nâng cấp và chúng vẫn phải nhập khẩu vì trong nước không có những thiết bị, dây chuyền để chế tạo ra các hệ thống đó. Máy CNC chế tạo trong nước với chi phí thấp sẽ là chìa khoá để đảm bảo chúng ta có thể nhanh chóng có thể chế tạo được các hệ thống thay thế phù hợp vừa phục vụ cho công nghiệp vừa đáp ứng nhu cầu các doanh nghiệp cơ khí vừa và nhỏ.
Nghiên cứu trên thế giới: Hiện nay trên thế giới việc chế tạo ra máy công cụ tự động CNC đạt tới trình độ rất cao. Máy CNC được nghiên cứu và đầu tư để tạo ra các loại máy móc thiết bị, dây chuyền sản xuất để phục vụ tất cả các ngành công nghiệp khác. Có thể phân loại các máy CNC như sau: - Các máy CNC dùng để cắt gọt kim loại bằng dụng cụ cắt (theo công nghệ truyền thống): máy phay CNC, máy tiện CNC, các trung tâm tiện và phay CNC, máy mài CNC - Các máy CNC dùng để gia công theo công nghệ phi truyền thống: máy xung tia lửa điện, máy cắt dây tia lửa điện, máy cắt bằng Plasma, cắt bằng Laser, máy tạo mẫu nhanh RP - Các máy CNC dùng để gia công biến dạng bằng áp lực: máy CNC tự động theo chương trình, máy cán, máy ép, máy dập điều khiển số - Các máy CNC chuyên dụng phục vụ cho các ngành công nghiệp sản xuất hàng loạt hoặc đặc biệt: sản xuất phụ tùng ô tô, đồ tiêu dùng, sản xuất vũ khí, hoá chất độc hại… Nghiên cứu trong nước: Hiện nay các lĩnh vực ứng dụng của máy CNC trong nước khá đa dạng và phong phú. Các sản phẩm do máy CNC tạo ra tập trung các lĩnh vực sau: - Máy CNC dùng để chế tạo ra các máy móc, thiết bị và dây chuyền sản xuất phục vụ toàn bộ các ngành kinh tế khác như: công nghiệp nặng (đóng tàu, khai thác mỏ, điện, dầu khí, thiết bị vận chuyển như ô tô, tàu hoả,…), công nghiệp nhẹ (dệt may, đóng giày, thực phẩm,…), công nghiệp quốc phòng (dây chuyền sản xuất vũ khí, thuốc nổ,…), công nghệ thông tin (dây chuyền sản xuất vi mạch điện tử, lắp ráp máy tính và thiết bị viễn thông,…), các thiết bị dùng cho giáo dục và đào tạo, các thiết bị y học… - Máy CNC cũng có thể dùng để tạo ra các sản phẩm thông dụng và sản phẩm công nghệ cao được sử dụng trong cuộc sống và trong công nghiệp: khuôn mẫu dùng để tạo ra các chi tiết bằng nhựa dùng trong cuộc sống hàng ngày, các chi tiết để cấy và chế tạo các ống nano, các chi tiết bằng vật liệu sinh học để thay thế xương trong y học, các đồ gá dùng trong sản xuất chíp điện tử… 2.
Kết cấu cơ bản của máy CNC Máy CNC cơ bản gồm hai phần chính: Phần cơ khí: đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục vít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng. Ở Việt Nam hiện nay chưa thể chế tạo ra hai bộ phận quan trọng của máy là: cụm trục chính và băng dẫn hướng mà mới chỉ chế tạo được những cơ cấu đơn giản là: thân máy, bàn máy, bàn xoay. Phần điều khiển: các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính trung tâm.1 Kết cấu chung của máy CNC 2. Đầu trục chính: Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi trong quá trình gia công (hình 2.2 Cụm trục chính.
Nguồn động lực điều khiển trục chính: Trục chính được điều khiển bởi các động cơ. Thường sử dụng động cơ Servo theo chế độ vòng lặp kín, bằng công nghệ số để tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao dưới chế độ tải nặng. Hệ thống điều khiển chính xác góc giữa phần quay và phần tĩnh của động cơ trục chính để tăng momen xoắn và gia tốc nhanh. Hệ thống điều khiển này cho phép người sử dụng có thể tăng tốc độ của trục chính lên rất nhanh.3 Các dạng dẫn động trục chính.2 Băng dẫn hướng Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của bàn theo X,Y và chuyển động lên xuống theo trục Z của trục chính (hình 2.4 Thanh trượt và con trượt tròn, băng dẫn hướng Yêu cầu của hệ thống thanh trượt trượt phải thẳng, có khả năng tải cao, độ cứng vững tốt, không có hiện tượng dính, trơn khi trượt 2.
Trục vít me đai ốc bi 2. Giới thiệu chung trục vít me đai ốc bi Trong máy công cụ điều khiển số người ta sử dụng hai dạng vít me cơ bản đó là: vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi. + Vít me đai ốc thường: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt + Vít me đai ốc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn. Ta xét mối quan hệ giữa lực ma sát và tốc độ của vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi (hình 2.5 Quan hệ giữa lực ma sát và tốc độ của vít me thường và vít me bi Đường cong trên là đường cong biểu thị mối quan hệ giữa lực ma sát và tốc độ của vít me đai ốc thường.
Đường cong này chia làm hai phần: + Phần từ a đến b là vùng ma sát nửa ướt. Vùng này có sự tiếp xúc trực tiếp giữa vít me và đai ốc. Khi vận tốc bằng không, lực ma sát lớn nhất, khi vận tốc tăng lên dầu dần dần hình thành làm lực ma sát giảm dần tới b. + Giai đoạn tiếp theo là quá trình bôi trơn giữa hai bề mặt thủy động và như đồ thị thì lực ma sát tăng theo tốc độ.
Khi điều khiển máy CNC hai hoặc nhiều trục đòi hỏi thời gian khởi động bàn máy nhanh và momen nhỏ. Nhìn vào đường cong trên ta thấy vít me đai ốc thường không đảm bảo được yêu cầu trên của máy CNC. Thay vì trạng thái tiếp xúc mặt như vít me đai ốc thường thì vít me đai ốc bi có dạng tiếp xúc lăn bằng cách đưa vào các rãnh ren số lượng lớn bi hoặc bi trụ. Do tiếp xúc giữa vít me và đai ốc là ma sát lăn nên ma sát có thể là coi là không đáng kể.
Từ đồ thị trên ta thấy vít me đai ốc bi đã xóa bỏ được vùng ma sát khô và ma sát nửa khô của ma sát thường. Ưu điểm của vít me đai ốc bi: + Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần bằng 0. + Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ. + Có thể loại trừ khe hở và tạo sức căng ban đầu đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao.
+ Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài.2 Kết cấu bộ truyền vít me đai ốc bi Vít me bi có kết cấu đa dạng nhưng chúng đều có cấu tạo chung như sau(H 1.6 Cấu tạo vít me bi Khử khe hở và tạo sức căng Kết cấu của bộ truyền vít me bi phải có khả năng khử khe hở dọc trục và điều chỉnh sức căng ban đầu. Khử khe hở và tạo sức căng nhờ việc điều chỉnh vị trí tương quan giữa hai phần của đai ốc. Khử khe hở và tạo sức căng có thể thực hiện bằng các phương pháp sau (Hình 2.7): + Trên mỗi phần đai ốc thiết kế dạng mặt bích để liên kết hai phần đai với nhau thông qua mối ghép ren. Để khử khe hở và tạo sức căng ban đầu cho bộ truyền bằng cách giữa hai mặt người ta đặt các tấm đệm.
Với chiều dày các tấm đệm khác nhau cho phép thay đổi sức căng và vị trí vùng tiếp xúc giữa bi với đai ốc và vít me. Thực hiện điều chỉnh theo phương pháp này có kết cấu đơn giản nhưng việc điều chỉnh khó khăn.7 Các phương pháp khử khe hở vít me bi + Một dạng khác của kết cấu khử khe hở và tạo sức căng là giữ cố định một phần của đai ốc, khe hở và tạo sức căng ban đầu bằng lực của lò xo(Hình 2. + Trên mỗi phần của đai ốc, vành ngoài của nó có vành răng bước nhỏ và trong cũng có bố trí vành răng trong.8 Khử khe hở vít me bi bằng lò xo 2. Khái niệm cơ bản về điều khiển và điều khiển số 2.1 Khái niệm Là quá trình xảy ra trong môt hệ thống giới hạn, trong đó một hay nhiều đại lượng là đại lượng đầu vào, các đại lượng khác là đại lượng đầu ra, chúng tác động và ảnh hưởng đến hệ thống theo những quy luật riêng.
Người ta chia hệ thống điều khiển máy công cụ thành hai loại: − Điều khiển theo kiểu truyền thống. − Điều khiển số.2 Điều khiển theo kiểu truyền thống Hệ thống điều khiển (HTĐK) theo kiểu này gồm: điều khiển bằng cam, điều khiển theo quãng đường, điều khiển theo thời gian, điều khiển theo chu kì.Nhìn chung các loại điều khiển này có chung các đặc điểm chính sau đây: − Điều khiển máy có sự tham gia phần lớn của người vận hành từ khâu cấp phôi, gá phôi, hiệu chỉnh dụng cụ cho đến khâu kiểm tra sản phẩm. − Các thao tác của hệ thống điều khiển thường khó thay đổi (chính xác là không thay đổi được). Do vậy, nó không thích ứng với sự thay đổi sản phẩm.
− Nếu không có sự tham gia của người vận hành thì cơ cấu máy thực hiện chu trình làm việc liên tục như các máy tự động. Với các loại máy này không thay đổi được hoặc muốn thay đổi cũng rất phức tạp. Do vậy, khuynh hướng phát triển chung là người ta muốn có những HTĐK mà nó dễ dàng thích nghi với sự thay đổi của sản phẩm. Nhìn chung, các HTĐK theo kiểu truyền thống tuy càng lúc càng được cải thiện tuỳ theo mức độ cơ khí hoá, tự động hoá của nhà máy sản nhưng vẫn chưa thực sự đáp ứng được nhu cầu của thực tế.