CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 1. Những đặc điểm chung của hệ thống thay dao tự động 1. Phân loại các cơ cấu cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động Thông thường, quá trình gia công các chi tiết được thực hiên tuần tự bằng nhiều dụng cụ khác nhau. Do đó, trên các thiết bị tự động hoá, yêu cầu dụng cụ tương ứng đã được lắp và điều chỉnh sẵn trong các đài dao hoặc chuôi côn chuyên dùng.
Việc gá đặt dụng cụ vào cơ cấu công tác của máy (trục chính hoặc đài gá dao) kẹp chặt lấy dụng cụ và khi bị mòn có thể thực hiện thay bằng tay hoặc thay thế tự động. Khi gá đặt bằng tay, quá trình điều chỉnh và lắp đặt dụng cụ phụ như chuôi côn, đài dao, bạc trung gian, mâm cặp được tiến hành trực tiếp trên máy. Còn khi thay dụng cụ bằng phương pháp tự động, việc điều chỉnh và lắp đặt dụng cụ phụ được tiến hành bên ngoài máy nhờ các dụng cụ chuyên dùng, phương pháp này dùng phổ biến trên các máy điều khiển số CNC, bao gồm các giai đoạn chính sau : - Ghép bộ và lắp ráp dụng cụ lấy ra từ kho dụng cụ - Điều chỉnh kích thước của dụng cụ trên các thiết bị chuyên dùng. - Nhập kho các bộ dụng cụ đã lắp và điều chỉnh.
- Chọn dụng cụ phù hợp, thay thế và kẹp chúng tự động. - Tháo kẹp dụng cụ và đưa nó về ổ dao. - Đưa dụng cụ về kho sau khi đã gia công xong cả loạt chi tiết hoặc tháo dỡ để mài lại. Quá trình chọn dụng cụ phù hợp trong ổ chứa để gia công chi tiết, gá đặt và kẹp chặt dụng cụ tự động tháo dụng cụ ra khỏi cơ cấu công tác và đưa về ổ chứa được thực hiện nhờ hệ thống cấp phát và kẹp chặt tự động.
Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động bao gồm các bộ phận cơ bản sau: GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 5 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ - Ổ chứa dụng cụ, trên các máy tiện NC có thể có từ 1 đến 3 đầu rơvônve thực hiện chức năng của các ổ dụng cụ - Cơ cấu chọn dụng cụ cần thiết từ ổ dụng cụ để chuẩn bị dụng cụ thay thế. - Tay máy để thay thế dụng cụ (trong trường hợp máy CNC_V30 không cơ cấu này). - Cơ cấu kẹp chuôi côn hoặc đài gá dao trong cơ cấu công tác. Những yêu cầu cơ cấu cơ bản đối với cơ cấu cấp phát dụng cụ tự động (CPDCTĐ) - Ổ chứa phải có dung lượng đủ lớn.
- Dụng cụ phải được giữ trong ổ với độ tin cậy cao. - Thời gian thay thế dụng cụ là ít nhất. - Dụng cụ phải được giữ chặt trong tay máy khi thay thế tự động. - Chuôi dao và đài gá dao phải được định vị chính xác vào vị trí công tác.
- Khoảng cách giữa ổ dụng cụ tới vị trí công tác là ngắn nhất. - Hệ thống CPDCTĐ phải được thiết kế bố trí sao cho nó không chạm vào phôi khi thay thế dụng cụ. - Hệ thống CPDCTĐ phải có độ tin cậy làm việc cao. - Tránh làm bẩn các bề mặt lắp ráp của chuôi vào đài gá dụng cụ.
- Sử dụng và bảo dưỡng tiện lợi, đáp ứng yêu cầu an toàn. Ổ chứa dao và vận chuyển dụng cụ khi cấp phát tự động Ổ chứa dao dùng để lưu giữ các dụng cụ cần thiết cho quá trình gia công các chi tiết nhất định của một máy cụ thể. Khi thay thế dụng cụ bằng tay, ổ chứa được gắn cứng với máy ở vị trí thuận tiện cho người thao tác. Còn khi thay thế dụng cụ tự động, người ta sử dụng nhiều loại ổ chứa dụng cụ khác nhau.
Với loại máy tiện thường, ổ chứa dụng cụ chính là các đầu rơvônve có 4, 6, 8 hoặc 16 vị trí gá đặt dụng cụ. Có thể có đến 3 đầu rơvônve trên một máy. Trên các trung tâm gia công, người ta sử dụng các loại ổ chứa dạng đĩa, tang trống hoặc băng xích chứa từ 10140 dụng cụ.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 6 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ a. Chứa và vận chuyển dụng cụ bằng đầu rơvônve Đầu rơvônve có thể đặt thẳng đứng, nằm ngang hay nghiêng.
Thay dụng cụ được thực hiện nhờ quay đâu rơvônve tới vị trí yêu cầu rồi cố định nó lại. Thời gian thay dụng cụ trung bình khoảng 1 – 4 giây. Đầu rơvônve chính là cơ cấu công tác tiếp nhận trực tiếp lực cắt của máy. Do đó nó có độ bền, độ cứng vững và độ chính xác vị trí rất cao.
Các dụng cụ để gia công mặt ngoài và trong trên đầu rêvônve không được cản trở nhau. Hai kiểu đầu rơvônve hay được sử dụng trên máy tiện CNC : Hình1.1 Kết cấu của đầu Rơvônve a_Kiểu đế dao 4 vị trí ; b_Kiểu sao Trên các máy tiện CNC hiện đại ngày nay hay được sử dụng các đầu rơvônve gá trên bàn trượt nghiêng. Cấu trúc tổng thể của các đầu rơvônve dạng này được thể hiện bằng hình sau : GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 7 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Hình1.2 Cấu trúc tổng thể của bàn dao nghiêng có đầu rơvônve Trên máy tiện CNC có thể gia công nhiều loại bề mặt khác nhau như các mặt tiện khoan lỗ đồng tâm, song song, các lỗ không đồng tâm, hướng kính; phay các mặt cạnh, rãnh then. Để thực hiện các công việc trên, các đầu rơvônve cần được trang bị các dụng cụ có chuyển động quay như mũi khoan, dao, phay v.
Dẫn động quay cho các dụng cụ này được thực hiện nhờ một động cơ gá trong đầu rơvônve. Kết cấu đầu rơvônve 1 và ổ chứa dụng cụ 3 của hãng Okuma (Nhật Bản).Tay máy 2 thực hiện thay dụng cụ trong đầu rơvônve 1. 3 Sơ đồ thay dao tự động trên đầu rơvônve của hãng Okuma 1. Ổ chứa dụng cụ.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 8 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Trên một số máy phay CNC và trung tâm gia công khi số lượng dụng cụ không lớn, người ta sử dụng các ổ chứa dạng đầu rơvônve : Hình1.
4 Trung tâm gia công với đầu rơvônve a. Bàn máy chữ thập ; b. Bàn máy treo Các kết cấu này cho phép giảm thời gian thay dao.Tuy nhiên, chúng cũng có một số nhược điểm như mỗi vị trí cần một trục chính. Độ chính xác vị trí của dụng cụ bị giảm khi quay và hãm đầu rơvônve.Số vị trí trong đầu rơvônve tăng không chỉ làm phức tạp kết cấu, mà còn làm giảm chiều dài hành trình l1 của đầu như hình a và hình b : Hình1.
5 Các kiểu đầu rơvônve trên máy phay CNC và trung tâm gia công l1 : chiều dài hành trình của đầu rơvônve Điều kiện gia công được cải thiện và kết cấu đơn giản hơn nếu sử dụng đầu với trục gá nghiêng như (hình c). Lúc này chỉ có một trục chính 3 được lần lượt nối với GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 9 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ trục gá 4 của đầu tại vị trí công tác. Chuyển động chạy dao thực hiện nhờ dịch chuyển ụ trục chính 2 cùng toàn bộ đầu rơvônve. Tuy vậy hành trình l1 vẫn bị hạn chế.
Hình d là sơ đồ nguyên lý của ổ chứa dụng cụ kiểu đầu rơvônve của hãng Olivetti (Italy). Kết cấu này có ưu điểm là hành trình công tác l1 không bị hạn chế vì chuyển động chạy dao không do ụ trục chính thực hiện mà do ống đỡ dụng cụ của trục chính 3 thực hiện. Khi ống đỡ dụng cụ hạ xuống, nó sẽ tóm lấy trục gá cùng dụng cụ và đẩy chúng tới khoảng cách l1 yêu cầu khi đầu 1 cố định. Tuy nhiên kết cấu này có độ cứng vững thấp.
Lưu giữ và vận chuyển dụng cụ trong ổ chứa Các phương án cấu trúc của các ổ chứa dụng cụ : Các ổ chứa tang trống (hình a, b) có sức chứa từ 12 đến 40 dụng cụ rất thông dụng và hay được dùng hơn cả. Chúng có kết cấu gọn, dễ gá trên trụ đứng hoặc trục tiếp trên ụ trục chính của máy. Trường hợp này cho phép giảm thời gian thay dao,nhưng lại làm tăng trọng lượng của khối di động. Thông thường phương án trên hình a được sử dụng với phương án gá bên cạnh, giữa trụ đứng : Phương án trên hình b thường được sủ dụng trên máy CNC có trục chính nằm ngang.
Kết cấu ổ chứa dạng đĩa ( hình c) ít dùng, vì khi số lượng lớn sẽ kéo theo kích thước đường kính rất lớn. Các ổ chứa hình côn (hình d và e) cho phép thay dao dễ dàng. Các ổ chứa dạng xích tải (hình f) được sử dụng khi số dụng cụ chứa lớn (tới 140 dụng cụ) GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 10 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Hình1. 6 Các phương án câu trúc của ổ chứa a, b : Với tâm quay nằm ngang và thẳng đứng ; c : Dạng hình sao với trục quay thẳng đứng ; d, e : Dạng côn với trục quay thẳng đứng và nghiêng ; f, m : Dạng xích tải n : Dạng thẳng 1.
Thay thế dụng cụ và kẹp chặt dụng cụ tự động trong cơ cấu công tác Thay thế dụng cụ tự động trên các máy cắt CNCcó thể thực hiện theo các phương pháp sau : 1. Thay thế vị trí (quay) ổ chứa dụng cụ (đầu rơvônve) ; 2. Chuyển dụng cụ từ ổ chứa chính vào các trục chính qua ổ phụ (quay đầu có 2 hoặc nhiều vị trí); 3. Thay thế trục tiếp dụng cụ từ ổ chứa vào trục chính; 4.
Đưa dụng cụ từ ổ chứa vào trục chính nhờ tay máy Với phương án thứ nhất, quá trình thay thế dụng cụ tự động được thực hiện nhờ quay đầu rơvônve tới vị trí yêu cầu, thời gian thay dao rất ít. Khi sử dụng đầu rơvônve nhiều vị trí, một trục chính trên các trung tâm gia công, quá trình thay thế dụng cụ được thực hiện nhờ quay đầu rơvônve. Thời gian thay lớn hơn phương án thứ nhất vì phải thực hiện các công đoạn nhả kẹp trục gá GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 11 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ dụng cụ 1 (hình a), lùi trục chính 2 ra (hình b), quay và hãm đầu 3 (hinh c,d), đưa trục chính 4 vào vị trí và kẹp dụng cụ mới (hình e).