Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập công nghệ quốc tế, ngành cơ khí chế tạo và cơ điện tử đóng vai trò nòng cốt trong việc cung cấp máy móc, thiết bị tự động và robot phục vụ các ngành kinh tế quốc dân. Sự phổ biến ngày càng rộng rãi của các dòng máy công cụ điều khiển số (máy CNC) tại các xí nghiệp công nghiệp ở Việt Nam đòi hỏi đội ngũ kỹ sư phải làm chủ kỹ thuật vận hành, bảo dưỡng cũng như cải tiến công nghệ phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước. Hệ thống thay dao tự động (Automatic Tool Changer - ATC) là một trong những cụm kết cấu quan trọng hàng đầu nhằm tối ưu hóa thời gian phụ, nâng cao năng suất cắt gọt và tự động hóa chu trình gia công nhiều bước trên các trung tâm gia công CNC.

Đề tài "Thiết kế hệ thống thay dao tự động dùng cho máy CNC" được thực hiện với các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể sau:

  1. Hệ thống hóa các cơ sở lý thuyết chuyên ngành cơ điện tử bao gồm chi tiết máy, nguyên lý máy, vẽ kỹ thuật, sức bền vật liệu và kỹ thuật lập trình điều khiển công nghiệp.
  2. Khảo sát, phân loại và lựa chọn kết cấu ổ chứa dao (tang dao, đầu rơvônve), cơ cấu kẹp/nhả dụng cụ và cơ cấu chuyển vị cho hệ thống thay dao.
  3. Thiết kế hệ thống điều khiển tự động tích hợp cho cụm thay dao, lựa chọn giải pháp phần cứng tối ưu giữa rơle, vi xử lý và PLC; tính toán trang bị biến tần điều khiển tốc độ vô cấp, hệ thống truyền động khí nén và hệ thống cảm biến định vị.
  4. Xây dựng thuật toán điều khiển tuần tự quá trình lấy dao, trả dao và thuật toán tối ưu hóa chiều quay tìm hốc dao gần nhất trên đài dao 16 vị trí.
  5. Mô hình hóa 3D và mô phỏng động học quá trình thay dao tự động bằng phần mềm SolidWorks Motion Study để kiểm chứng tính khả thi của giải pháp cơ điện tử đã thiết kế.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là cụm cơ cấu cơ khí và hệ thống điều khiển thay dao tự động dạng tang trống phân độ. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc tính toán kết cấu cơ cấu Man, thiết kế mạch điều khiển logic khả trình PLC Omron CPM2A kết hợp biến tần Omron 3G3JV, hệ thống van - xilanh khí nén và mô phỏng chu trình hoạt động trên máy tính.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Hệ thống thay dao tự động hoạt động dựa trên các nguyên lý cơ học máy, truyền dẫn khí nén và tự động hóa quá trình sản xuất. Quá trình thay dụng cụ tự động đòi hỏi dụng cụ phải được lắp ráp, đo kiểm và điều chỉnh kích thước sơ bộ bên ngoài máy trước khi đưa vào ổ tích chứa.

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

Hệ thống dụng cụ cắt gọt dùng trên máy CNC được thiết kế theo các tiêu chuẩn định hình công nghiệp nhằm bảo đảm độ tin cậy công nghệ (thông số cắt, tiết diện phoi, tuổi bền dao) và độ tin cậy hình học (vị trí lưỡi cắt định vị chính xác cao sau mỗi lần thay dao):

  • Chuôi côn gá đặt dụng cụ vào trục chính tuân theo các chuẩn danh nghĩa quốc tế như ISO 40, ISO 45, ISO 50 hoặc tiêu chuẩn DIN 69871 (CHLB Đức).
  • Kích thước giá đỡ chuôi dụng cụ được tác giả đối chiếu theo tiêu chuẩn ISO 3110 (kích thước danh nghĩa $A = 68{,}2\text{ mm}$ đối với chuẩn ISO 40).
  • Cấu trúc ổ tích dao (magazin) được phân loại theo dung lượng: dạng đầu rơvônve (4 đến 16 dao), dạng tang trống/đĩa (12 đến 40 dao cho các trung tâm gia công cỡ vừa), hoặc dạng xích tải (từ 60 đến 140 dao cho các hệ thống gia công lớn).

Phương pháp nghiên cứu và thiết kế

  1. Phương pháp phân tích - so sánh giải pháp kỹ thuật: Tác giả đánh giá ưu, nhược điểm của các giải pháp điều khiển truyền thống (mạch nối dây rơle có độ phức tạp cao, độ quá nhiệt lớn; vi điều khiển vi xử lý nhúng dễ bị nhiễu công nghiệp) để đi đến quyết định ứng dụng bộ điều khiển logic lập trình được (PLC) kết hợp biến tần vô cấp.
  2. Phương pháp thiết kế cơ điện tử tích hợp: Xây dựng sơ đồ động toàn hệ thống thông qua phần mềm CAD; thiết kế liên động giữa động cơ điện dẫn động cơ cấu Man quay tang dao, động cơ trục Z dẫn hướng trục chính và xilanh khí nén tịnh tiến đài dao.
  3. Phương pháp thuật toán và logic điều khiển: Xây dựng các lưu đồ logic tuần tự cho chu trình nhả kẹp dao, hồi vị trục chính và giải thuật toán học tối ưu hóa hành trình quay của đài dao 16 hốc (thuật toán xét dấu và hiệu số vị trí hốc dao).
  4. Phương pháp mô phỏng động học: Ứng dụng công cụ Motion Study trong phần mềm SolidWorks để thiết lập quan hệ chuyển động, kiểm tra va chạm hình học và sự phối hợp giữa các cơ cấu chấp hành theo tín hiệu cảm biến.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Kiến trúc phần cứng và thiết bị điều khiển

Hệ thống cơ điện tử của bộ thay dao tự động bao gồm các khối chức năng chính:

Phân hệ Thiết bị / Linh kiện lựa chọn Chức năng kỹ thuật trong hệ thống
Bộ xử lý trung tâm PLC Omron CPM2A (12 I/O) Tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến, nút bấm; xử lý thuật toán logic và xuất lệnh điều khiển động cơ, van khí nén.
Hệ truyền động biến tần 02 Biến tần Omron 3G3JV Điều chỉnh tốc độ vô cấp cho động cơ dẫn hướng chuyển động trục chính (trục Z) và động cơ quay phân độ đài dao.
Hệ thống dẫn động khí nén Xilanh khí nén tác động 2 chiều, van đảo chiều 5/2, van lọc, van điều áp, van tra dầu Đẩy cụm đài dao tịnh tiến từ vị trí chờ (A) sang vị trí thay dao (B) khi cuộn hút van 5/2 có điện và hồi vị đài dao về (A) khi mất điện. Cấp khí nén cho thanh kéo nhả dao trên trục chính.
Hệ thống cảm biến hành trình Công tắc hành trình kiểu đòn: S1, S2, S3, S4 Giới hạn hành trình chuyển động: S1 (vị trí trái tang dao), S2 (vị trí phải tang dao), S3 (hành trình trên trục chính), S4 (hành trình dưới trục chính).
Cảm biến phát hiện dao Cảm biến quang học S5 Nhận biết vị trí dao và đếm số lượng hốc dao đi qua khi đài dao quay phân độ.

Bảng phân chia tín hiệu đầu vào / đầu ra (I/O) trên PLC Omron CPM2A

STT Địa chỉ ngõ vào (Input) Ký hiệu sơ đồ Chức năng tín hiệu STT Địa chỉ ngõ ra (Output) Ký hiệu sơ đồ Chức năng điều khiển
1 I0.1 - Lệnh quay thuận tang dao 1 Q0.0 - Điều khiển tang dao quay thuận
2 I0.2 - Lệnh quay nghịch tang dao 2 Q0.1 - Điều khiển tang dao quay nghịch
3 I0.3 - Lệnh tang dao tiến 3 Q0.2 - Điều khiển tang dao tiến / lùi
4 I0.4 - Lệnh tang dao lùi 4 Q0.3 - Điều khiển trục chính đi lên
5 I0.5 S1 Cảm biến hành trình trái tang dao 5 Q0.4 - Điều khiển trục chính đi xuống
6 I0.6 S2 Cảm biến hành trình phải tang dao
7 I0.7 S3 Cảm biến hành trình trên trục chính
8 I0.8 S4 Cảm biến hành trình dưới trục chính
9 I0.9 S5 Cảm biến quang phát hiện dao
10 I1.1 - Nút nhấn khởi động (Start)

Thuật toán tìm hốc dao gần nhất trên đài dao 16 vị trí

Để giảm thời gian phụ khi thay dao, đài dao gồm 16 hốc chứa (được đánh số thứ tự từ 1 đến 16 theo chiều kim đồng hồ) cần quay theo hướng ngắn nhất từ vị trí hốc hiện tại $I$ ($T_x$) đến vị trí hốc cần lấy $J$ ($T_y$). Chiều quay quy ước gồm quay ngược chiều kim đồng hồ ($C$) và quay cùng chiều kim đồng hồ ($D$). Quy luật quyết định chiều quay được tác giả xác lập như sau:

  • Nếu $I = J$: Dừng xoay đài dao.
  • Nếu $|I - J| = 8$: Quay theo chiều $C$ hoặc $D$ đều có quãng đường bằng nhau (nửa vòng tròn).
  • Nếu $|I - J| < 8$:
    • Nếu $(I - J) < 0$: Điều khiển xoay theo chiều $D$ (cùng chiều kim đồng hồ).
    • Nếu $(I - J) > 0$: Điều khiển xoay theo chiều $C$ (ngược chiều kim đồng hồ).
  • Nếu $|I - J| > 8$:
    • Nếu $(I - J) < 0$: Điều khiển xoay theo chiều $C$ (ngược chiều kim đồng hồ).
    • Nếu $(I - J) > 0$: Điều khiển xoay theo chiều $D$ (cùng chiều kim đồng hồ).

Sau khi xoay đài dao đúng vị trí, động cơ dừng quay và kích hoạt xilanh tịnh tiến đài dao vào vị trí làm việc.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG

Chương I tập trung phân tích tổng quan các nguyên lý và giải pháp kết cấu của hệ thống cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động trên các dòng máy điều khiển số CNC:

  • Đặc điểm và phân loại: Phân tích quy trình thay dao thủ công so với thay dao tự động. Quá trình thay dao tự động bao gồm 6 giai đoạn chính: ghép bộ dụng cụ, điều chỉnh kích thước ngoài máy, nhập kho dụng cụ, chọn dao tự động, tháo kẹp đưa dao về ổ, và đưa dao về kho bảo dưỡng. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống bao gồm dung lượng ổ chứa đủ lớn, độ tin cậy kẹp giữ cao, thời gian thay dao ngắn nhất, định vị chính xác vị trí công tác và kết cấu không va chạm với phôi khi chuyển vị.
  • Kết cấu ổ chứa và vận chuyển dụng cụ: Trình bày chi tiết cấu tạo đầu rơvônve trên máy tiện CNC (kiểu đế dao 4 vị trí, kiểu sao, bàn trượt nghiêng, hệ thống Okuma tích hợp tay máy) và máy phay/trung tâm gia công (bàn máy chữ thập, bàn máy treo, kết cấu đầu rơvônve trục nghiêng của Olivetti). Khảo sát các dạng ổ chứa: dạng tang trống (chứa 12 - 40 dao, gọn nhẹ), dạng đĩa (kích thước lớn khi số dao tăng), dạng côn và dạng xích tải (chứa đến 140 dao).
  • Phương pháp thay thế và kẹp chặt dụng cụ: Trình bày 4 phương pháp thay dao cơ bản:
    1. Thay thế trực tiếp vị trí bằng cách quay đầu rơvônve;
    2. Chuyển dao từ ổ chứa chính vào trục chính qua ổ phụ 2 vị trí (thời gian thay dao 1 - 2 giây như cơ cấu của Heyligentaedt - Đức);
    3. Thay thế trực tiếp từ ổ chứa vào trục chính nhờ chuyển động tương đối của ụ trục chính (kết cấu Mandelli - Ý, không cần tay máy nhưng thời gian thay đổi tăng);
    4. Đưa dao từ ổ chứa vào trục chính thông qua tay máy trung gian (phổ biến nhất trên các trung tâm gia công đứng và ngang).
  • Khảo sát hệ thống ổ tích dụng cụ quốc tế: Trích dẫn các trang bị magazin của hãng Olivetti (Ý) với dòng máy Horizon chứa 80 dao dạng tang trống, hãng Sandstrand (Hoa Kỳ) chứa 125 dao, và hệ thống máy nhiều nguyên công của Nga (magazin chứa 80 dao, nặng 1300 kg, thời gian thay dao 8 - 10 giây). Thực tiễn cho thấy số lượng dao tối ưu trong magazin dao động từ 60 đến 100 dụng cụ.
  • Hệ thống dụng cụ và tiêu chuẩn giá đỡ dao: Phân tích yêu cầu về độ tin cậy công nghệ, độ tin cậy hình học và tính mô đun hóa của hệ thống dụng cụ. Giới thiệu các thông số kết cấu chuôi côn tiêu chuẩn theo ISO 3110 / DIN 69871 (chuôi ISO 40 có kích thước $A = 68{,}2\text{ mm}$).
  • Quy trình tính toán thiết kế 4 bước: Xác định các bước thiết kế gồm: (1) Tính toán tang chứa dao và cơ cấu Man; (2) Tính toán lựa chọn ổ lăn; (3) Tính toán trục đỡ tang; (4) Tính toán hệ dẫn động (chọn động cơ điện và xilanh khí nén).

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG THAY DAO DÙNG CHO MÁY CNC

Chương II là trọng tâm kỹ thuật của đồ án, giải quyết toàn diện bài toán thiết kế mạch và thuật toán điều khiển:

  • Xây dựng sơ đồ động: Thiết lập khái niệm và bản vẽ sơ đồ động toàn hệ thống bằng CAD. Nguyên lý phối hợp chuyển động: Khi nhận lệnh thay dao, hệ thống dừng chạy dao trục X, Y và dừng trục chính; trục Z đưa đầu trục chính xuống vị trí thay dao; đài dao xoay tay kẹp vào vị trí; xilanh đẩy đài dao từ trái qua phải để tay kẹp giữ chặt dao trên trục chính; thanh kéo trong trục chính đi xuống nhả kẹp dao; đầu trục chính nâng lên trả dao vào hốc; động cơ quay đài dao phân độ đưa dao mới đến vị trí; trục chính hạ xuống nhận dao và thanh kéo kéo lên kẹp chặt dao mới; xilanh kéo đài dao lùi về vị trí ban đầu.
  • Lựa chọn giải pháp điều khiển: Phân tích và so sánh 3 giải pháp điều khiển (rơle, vi xử lý, PLC), lựa chọn PLC Omron CPM2A do độ bền công nghiệp, tính linh hoạt cao, tốc độ xử lý thời gian thực và khả năng mở rộng module.
  • Thiết kế mạch lực và điều khiển:
    • Tích hợp 2 biến tần Omron 3G3JV nhằm điều chỉnh tốc độ vô cấp dải rộng cho động cơ dẫn hướng trục Z và động cơ quay đài dao.
    • Thiết kế sơ đồ nguyên lý dẫn động khí nén sử dụng xilanh 2 chiều và van đảo chiều 5/2, kết hợp cụm thiết bị phụ trợ (van lọc tách nước/bụi, van điều áp giữ áp suất $p$ ổn định, van tra dầu bôi trơn giảm ma sát).
    • Lựa chọn 4 công tắc hành trình kiểu đòn (S1, S2, S3, S4) và 1 cảm biến quang học (S5).
    • Lập bảng phân bổ 10 cổng vào (I0.1 - I0.9, I1.1) và 5 cổng ra (Q0.0 - Q0.4) trên PLC CPM2A.
  • Xây dựng sơ đồ khối thuật toán điều khiển: Thiết lập chi tiết các lưu đồ thuật toán:
    • Sơ đồ quy trình trả dao và lấy dao độc lập;
    • Sơ đồ chu trình kết hợp lấy và trả dao tự động;
    • Thuật toán kiểm tra điều kiện trục chính hạ xuống điểm thay dao ($S_3 = 0, S_4 = 1$ thì dừng động cơ);
    • Thuật toán di chuyển đài dao từ vị trí ban đầu A sang vị trí thay dao B ($S_1 = 0, S_2 = 1$ thì ngắt cấp điện xilanh);
    • Thuật toán nhả kẹp dao bằng khí nén;
    • Thuật toán logic tìm đường quay ngắn nhất cho đài dao 16 hốc.
  • Chương trình điều khiển: Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống thay dao tự động vận hành ở chế độ bằng tay (Man).

CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS

Chương III triển khai quy trình mô phỏng kiểm chứng chuyển động 3D của hệ thống thông qua module Motion Study trong phần mềm SolidWorks:

  • Bước 1: Khởi tạo môi trường mô phỏng chuyển động mới (Motion Study 1) từ mô hình lắp ghép cụm chi tiết hoàn chỉnh.
  • Bước 2: Mô phỏng cụm trục chính mang dao tịnh tiến đi xuống dưới dọc theo trục Z cho đến khi chạm cảm biến nhận biết vị trí thay dao.
  • Bước 3: Cảm biến kích hoạt xilanh khí nén đẩy toàn bộ cụm đài dao tiến sang phải đến khi chạm công tắc hành trình bên phải thì dừng lại; lúc này cơ cấu tay kẹp mở ra và kẹp chặt lấy cổ dao trên trục chính.
  • Bước 4: Cơ cấu kẹp giữ dao ổn định, cụm trục chính di chuyển tịnh tiến lên phía trên đến vị trí an toàn được xác định bởi cảm biến hành trình trên.
  • Bước 5: Động cơ điện truyền động quay cơ cấu Man, dẫn động tang chứa dao xoay đến vị trí hốc dao cần thay thế; vị trí dừng được xác định chính xác thông qua cảm biến quang học đếm số lượng dao đi qua.
  • Bước 6: Cụm trục chính mang thanh kéo di chuyển tịnh tiến đi xuống để tiếp nhận dao mới từ đài dao, dừng lại tại vị trí định vị danh nghĩa.
  • Bước 7: Xilanh khí nén tác động kéo cụm đài dao lùi sang trái trở về vị trí ban đầu cho đến khi công tắc hành trình bên trái nhận biết và ngắt chuyển động, kết thúc toàn bộ chu trình thay dao.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Hoàn thiện giải pháp kết cấu cơ điện tử: Xây dựng thành công sơ đồ động học hệ thống thay dao tự động dạng tang trống kết hợp cơ cấu phân độ Man và xilanh tịnh tiến dẫn động bằng khí nén.
  2. Xác lập cấu hình điều khiển tự động hóa:
    • Lựa chọn và thiết kế sơ đồ đấu nối hoàn chỉnh cho bộ điều khiển PLC Omron CPM2A (12 cổng I/O) kết hợp 2 bộ biến tần Omron 3G3JV để điều khiển tốc độ vô cấp cho động cơ trục Z và động cơ quay đài dao.
    • Thiết lập mạch điều khiển khí nén với van đảo chiều 5/2, bộ lọc khí, van điều áp và van tra dầu bôi trơn.
    • Phân chia chi tiết 10 cổng tín hiệu vào và 5 cổng tín hiệu ra điều khiển logic trên PLC.
  3. Phát triển thuật toán điều khiển tối ưu: Xây dựng thuật toán định hướng chiều quay ngắn nhất cho đài dao 16 vị trí dựa trên phân tích hiệu số vị trí hốc dao $|I - J|$, giúp rút ngắn hành trình xoay và giảm thời gian phụ của chu trình gia công.
  4. Mô phỏng động học trực quan: Thiết lập thành công chu trình mô phỏng 7 bước trên SolidWorks Motion Study, chứng minh tính đồng bộ và sự phối hợp chuẩn xác giữa các cơ cấu cơ khí, khí nén và cảm biến định vị.

Đóng góp của đề tài

Đồ án đã tổng hợp và liên kết chặt chẽ các mảng kiến thức chuyên ngành cơ khí chế tạo máy, truyền động khí nén và kỹ thuật điều khiển lập trình PLC. Giải pháp thiết kế hệ thống thay dao sử dụng cơ cấu Man kết hợp biến tần và PLC Omron cung cấp một mô hình kỹ thuật có tính ứng dụng cao, phục vụ công tác nghiên cứu, đào tạo thực hành và tham khảo thiết kế cải tiến máy công cụ CNC.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Mức độ hoàn thiện chương trình điều khiển: Chương trình điều khiển lập trình trên PLC trong đồ án mới dừng lại ở chế độ vận hành bằng tay (chế độ Man), chưa xây dựng hoàn chỉnh khối chương trình tự động hoàn toàn (chế độ Auto) tích hợp nhận mã lệnh thay dao (mã lệnh M06) trực tiếp từ bộ điều khiển trung tâm của máy CNC.
  • Phạm vi kiểm nghiệm thực tế: Các kết quả thiết kế mới được kiểm chứng thông qua mô phỏng động học trên phần mềm máy tính (SolidWorks Motion Study), chưa tiến hành gia công chế tạo mô hình mẫu thực nghiệm để đánh giá độ cứng vững, độ rơ cơ khí, hiện tượng rung động và độ mài mòn của cơ cấu kẹp dao dưới tải trọng cắt thực tế.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Lập trình hoàn thiện thuật toán điều khiển tự động hoàn toàn (Auto mode), thiết lập giao thức truyền thông công nghiệp ghép nối PLC Omron với hệ điều khiển số của máy CNC.
  • Chế tạo mô hình thực nghiệm cơ cấu thay dao dạng tang trống 16 vị trí để đo kiểm độ chính xác lặp lại vị trí thay dao và kiểm tra tính ổn định của hệ thống cảm biến trong môi trường phoi và dung dịch trơn nguội.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật chuyên đề hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và giảng viên thuộc các ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Cơ khí chế tạo máy, Tự động hóa công nghiệp và Công nghệ kỹ thuật máy công cụ.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu bao gồm:

  • Quy trình 4 bước tính toán thiết kế cơ cấu thay dao tự động cho trung tâm gia công CNC.
  • Sơ đồ nguyên lý đấu nối phần cứng điều khiển giữa PLC Omron CPM2A, biến tần Omron 3G3JV và hệ thống van khí nén 5/2.
  • Cấu trúc logic và giải thuật tìm hốc dao gần nhất trên đài dao phân độ 16 vị trí.
  • Phương pháp thiết lập các bước mô phỏng động học liên động đa cơ cấu trên module Motion Study của phần mềm SolidWorks.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ điều khiển và thiết bị truyền động chính trong hệ thống thay dao này gồm những gì? Hệ thống sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Omron CPM2A (cấu hình 12 cổng vào/ra) làm trung tâm xử lý dữ liệu. Hệ truyền động bao gồm 02 bộ biến tần Omron 3G3JV điều khiển vô cấp động cơ trục Z và động cơ quay đài dao, cùng 01 xilanh khí nén tác động 2 chiều điều khiển qua van đảo chiều 5/2 để tịnh tiến đài dao.

2. Các cảm biến trong hệ thống được bố trí như thế nào và có chức năng gì? Hệ thống bố trí 4 công tắc hành trình kiểu đòn: S1 và S2 giới hạn hành trình chuyển động trái/phải của tang dao; S3 và S4 giới hạn hành trình tịnh tiến trên/dưới của cụm trục chính. Ngoài ra, 01 cảm biến quang học S5 được sử dụng để nhận biết và đếm số lượng hốc dao đi qua khi tang dao quay phân độ.

3. Thuật toán tìm dao tự động xử lý logic chọn chiều quay đài dao 16 vị trí như thế nào? Đài dao có 16 hốc chứa dao. Thuật toán so sánh vị trí hiện tại $I$ và vị trí cần đến $J$: nếu khoảng cách $|I - J| < 8$, hệ thống quay cùng chiều kim đồng hồ ($D$) khi $(I - J) < 0$ hoặc ngược chiều kim đồng hồ ($C$) khi $(I - J) > 0$. Ngược lại, nếu khoảng cách $|I - J| > 8$, chiều quay sẽ đảo ngược tương ứng nhằm bảo đảm quãng đường xoay luôn nhỏ hơn hoặc bằng nửa vòng tròn.

4. Chu trình mô phỏng hoạt động trên SolidWorks gồm những bước cơ bản nào? Chu trình mô phỏng gồm 7 bước: (1) Khởi tạo Motion Study 1; (2) Trục chính hạ xuống vị trí thay dao; (3) Xilanh đẩy đài dao sang phải đến chạm S2, tay kẹp giữ dao; (4) Trục chính nâng lên vị trí an toàn; (5) Động cơ quay cơ cấu Man phân độ đài dao đến vị trí mới; (6) Trục chính hạ xuống lấy dao mới; (7) Xilanh kéo đài dao lùi sang trái chạm S1 để kết thúc chu trình.

5. Tiêu chuẩn gá dao nào được tác giả phân tích và áp dụng kích thước cụ thể? Tác giả phân tích các hệ thống kẹp dao theo tiêu chuẩn ISO 40, ISO 45, ISO 50 và tiêu chuẩn DIN 69871 của Đức. Kích thước hình học của giá đỡ chuôi côn được dẫn chứng theo tiêu chuẩn ISO 3110, trong đó chuẩn ISO 40 có kích thước danh nghĩa đường kính gá chuôi $A = 68{,}2\text{ mm}$.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế hệ thống thay dao tự động dùng cho máy CNC" đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế cơ điện tử tích hợp từ cơ cấu cơ khí, hệ thống dẫn động khí nén đến cấu hình điều khiển logic bằng PLC Omron CPM2A và biến tần Omron 3G3JV. Đề tài đã xây dựng thành công thuật toán quay tìm dao ngắn nhất cho đài dao 16 hốc và kiểm chứng tính đồng bộ của chu trình thay dao thông qua mô phỏng 7 bước trên phần mềm SolidWorks Motion Study. Công trình cung cấp nguồn tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thực tiễn cao cho công tác nghiên cứu, học tập và thiết kế các cơ cấu phụ trợ tự động hóa trên máy công cụ CNC.