CHƯƠNG 1. Phân tích nguyên lý và thông số kỹ thuật.1 Khái niệm về máy điều khiển số. 5 So sánh máy công cụ truyền thống và máy CNC .2 Kết cấu và hệ thống dẫn động máy CNC. 8 Phần chấp hành.
9 Phần điều khiển. 11 Nguyên lý hoạt động .3 Thông số yêu cầu thiết kế. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG .1 Tính chọn ray dẫn hướng. 15 Quy trình tính toán và số liệu ban đầu.
16 Tính toán các lực riêng rẽ. 18 Tính toán tải trọng tương đương. 21 Tính toán tải trọng trung bình. 23 Tính tải trọng tĩnh.
23 Tính tải trọng động .2 Tính chọn vít me. 26 Kết cấu bộ truyền vitme đai ốc bi. 26 Tính chọn vít me. 47 Thông số đầu vào.
47 Chọn động cơ trục X. 47 Chọn động cơ trục Y. XÂY DỰNG BẢN VẼ THIẾT KẾ. MÔ PHỎNG NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.
56 2 Danh mục bảng Bảng 1-1: So sánh giữa máy CNC và máy dụng cụ. 7 Bảng 2-1: Các thông số ban đầu. 17 Bảng 2-2: Thông số khoảng cách định vị. 17 Bảng 2-3: Các thông số liên quan.
17 Bảng 2-4: Lực tác dụng khi chuyển động đều. 18 Bảng 2-5: Lực tác dụng khi tăng tốc sang trái. 18 Bảng 2-6: Tải phụ khi tăng tốc sang trái. 19 Bảng 2-7: Lực tác dụng khi giảm tốc sang trái.
19 Bảng 2-8: Tải phụ khi giảm tốc sang trái. 19 Bảng 2-9: Lực tác dụng khi tăng tốc sang phải. 20 Bảng 2-10: Tải phụ khi tăng tốc sang phải. 20 Bảng 2-11: Lực tác dụng khi giảm tốc sang phải.
21 Bảng 2-12: Tải phụ khi giảm tốc sang phải. 21 Bảng 2-13: Tải trọng tương đương khi chuyển động đều. 21 Bảng 2-14: Tải trọng tương đương khi tăng tốc sang trái. 22 Bảng 2-15: Tải trọng tương đương khi giảm tốc sang trái.
22 Bảng 2-16: Tải trọng tương đương khi tăng tốc sang phải. 22 Bảng 2-17: Tải trọng tương đương khi giảm tốc sang phải. 22 Bảng 2-18: Tải trọng trung bình. 23 Bảng 2-19: Hệ số an toàn tĩnh.
23 Bảng 2-20: Hệ số tải trọng. 24 Bảng 2-21: Thông số đầu vào. 28 Bảng 2-22: Tải trọng dọc trục. 31 Bảng 2-23: Lực dọc trục lớn nhất.
32 Bảng 2-24: Tỷ lệ thời gian làm việc. 32 Bảng 2-25: Hệ số tải trọng. 33 Bảng 2-26: Thông số của vít me. 34 Bảng 2-27: Trị số của các hệ số tải trọng X,Y và hệ số thực nghiệm e.
38 Bảng 2-28: Trị số của các hệ số tải trọng X,Y và hệ số thực nghiệm e. 43 Bảng 2-29: Thông số đầu vào chọn động cơ. 47 3 Danh mục hình Hình 1.2 Đồ thị quy mô thị trường máy CNC 2021-2030 .3 Mô hình tổng quát của 1 máy CNC .4: Cụm trục chính .5 Ray dẫn hướng trong máy CNC .6 Trục vít ve đai ốc bi trong máy CNC .7 Một số dạng của ổ chứa dao.1 Hình ảnh về ray dẫn hướng .2 :Quy trình tính toán. Sơ đồ đặt lực và chế độ hoạt động .4 Thông số ray dẫn hướng .5 Hình ảnh về trục vít me sử dụng trong máy CNC .6 Các dạng profin ren vít me và ổ bi .7: Các bước chọn vít me – đai ốc bi .9 Sơ đồ tính lực dọc trục .10 Lực cắt chính của máy .12: Thông số của ổ đỡ - chặn trục X(1) .13: Thông số của ổ đỡ - chặn trục X(2) .14: Thông số của ổ đỡ tùy động trục X.15: Thông số của ổ đỡ chặn trục Y .16: Thông số của ổ tùy chỉnh trục Y .17: Thông số động cơ trục X .18: Thông số động cơ trục Y.
Phân tích nguyên lý và thông số kỹ thuật 1.1 Khái niệm về máy điều khiển số Khái niệm CNC là viết tắt của các từ Computer Numerical Control, xuất hiện vào khoảng đầu thập niên 1970 khi máy tính bắt đầu được dùng ở các hệ điều khiển máy công cụ thay cho NC, Numerical (Điều khiển số ). CNC đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc với mục đích sản xuất( có tính lặp lại) các bộ phận kim khí( hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi mã G. CNC được phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở trong phòng thí nghiệm Servomechanism của trường MIT. Trước khoảng thời gian này, các chương trình NC thường phải được mã hoá và xử lý trên các băng đục lỗ, hệ điều khiển các trục máy chuyển động.
Cách này đã cho thấy nhiều bất tiện, chẳng hạn khi sửa chữa, hiệu chỉnh chương trình, băng chóng mỏn, khó lưu trữ, truyền tải, dung lượng bé.Hệ điều khiển CNC khắc phục các nhược điểm trên nhờ khả năng điều khiển máy bằng cách đọc hàng loạt ngàn bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ, cho phép giao tiếp, truyền tải và xử lý, điều khiển các quá trình một cách nhanh chóng, chính xác.1:Máy CNC Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp. Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con 5 người thực hiện được giảm thiểu. Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng. Kĩ thuật tự động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác.
Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác. Trong môi trường sản xuất, một loạt các máy CNC kết hợp thành một tổ hợp, gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận. Máy CNC ngày nay được điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mềm CAM, vì thế một bộ phận hay lắp ráp có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần các bản vẽ in của từng chi tiết. Có thể nói CNC là các phân đoạn của các hệ thống robot công nghiệp, tức là chúng được thiết kế để thực hiện nhiều thao các sản xuất (trong tầm giới hạn).
Ngày nay, với nhiều chức năng hiện đại và tân tiến thì máy CNC đã trở thành thiết bị quan trọng trong gia công cơ khí chính xác. Thị trường máy CNC đang có lượng cầu rất lớn. Quy mô thị trường máy CNC toàn cầu ước tính đạt 96,4 tỷ USD vào năm 2021 và dự kiến sẽ đạt khoảng 153,6 tỷ USD vào năm 2030, với tăng trưởng trung bình hằng năm 5,33% từ 2022-2030. Đến năm 2030, người ta dự đoán rằng nhu cầu máy CNC sẽ đạt tới trên 2,8 triệu chiếc.2 Đồ thị quy mô thị trường máy CNC 2021-2030 Các loại máy CNC phổ biến hiện nay bao gồm: • Máy tiện CNC • Máy phay CNC • Máy khoan tia lửa điện CNC 6 So sánh máy công cụ truyền thống và máy CNC 1.
Giống nhau - Cấu trúc tổng thể: • Nhìn chung thì tương tự nhau, cùng sử dụng bàn máy hình chữ thập nhằm nâng cao độ cứng vững cho máy • Đều sử dụng các công cụ cắt để loại bỏ vật liệu không mong muốn và tạo hình sản phẩm - Chức năng: • Thực hiện các bước gia công như tiện, phay, khoan, mài,… • Dùng để gia công các bề mặt: mặt phẳng, mặt định hình,… • Gia công các mặt rãnh: rãnh thẳng, rãnh nghiêng, rãnh xoắn,… • Gia công bánh răng 1. Khác nhau Bảng 1-1: So sánh giữa máy CNC và máy dụng cụ Tiêu chí Máy điều khiển số Máy công cụ (CNC) Vào chương Từ bàn phím hoặc Không có trình phần mềm chuyên dụng Kẹp phôi Gá kẹp tự động bằng Gá kẹp bằng tay Pallet Thay dao Thay dao tự động Thay dao bằng tay bằng cơ cấu thay dao Xác định Dùng các thiết bị rà Dùng phương pháp chuẩn gia gá chuyên dùng rà gá, gá đơn giản công Tốc độ trục Đưa vào từ bàn phím Dùng tay để điều chính hoặc phần mềm chỉnh cơ cấu thay đổi tốc độ Di chuyển bàn Phím bấm điều khiển Tay quay cơ khí máy hoặc tay quay điện tử Độ chính xác Cao Thấp So sánh giá trị Trên màn hình hiển Dùng mắt quan sát thực và lý thị vị trí đang gia tại vị trí gia công, thuyết công và khoảng cách ước lượng giá trị đạt kích thước lí khoảng cách hình thuyết học Kiểm tra kích Dùng đầu đo chuyên Dùng thước cặp thước sản Bảng dùng panme phẩm 7 1. Ưu điểm của máy CNC So với các máy công cụ thường dùng, máy CNC có nhiều ưu việt hơn, thể hiện ở các điểm sau: o Gia công được các chi tiết phức tạp hơn. o Quy hoạch thời gian sản xuất tốt hơn.
o Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao và giảm thời gian phụ. o Tính linh hoạt cao hơn. o Độ lớn loạt tối ưu nhỏ hơn. o Độ chính xác gia công cao và ổn định đều.
o Chi phí kiểm tra giảm. o Chi phí do phế phẩm giảm. o Hoạt động liên tục nhiều ca sản xuất. o Giảm số nhân công.
o Hiệu suất cao. o Tăng năng lực sản xuất. o Có khả năng tích hợp trong hệ thống gia công linh hoạt 1. Nhược điểm của máy CNC Giá thành, chi phí bảo dưỡng sửa chữa cao, yêu cầu trình độ hiểu biết sâu để vận hành và bảo quản máy.2 Kết cấu và hệ thống dẫn động máy CNC Gồm 2 phần chính đó là: + Phần chấp hành: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục vít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng.
+ Phần điều khiển: các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính trung tâm.3 Mô hình tổng quát của 1 máy CNC 8 Phần chấp hành 1. Thân máy và đế máy Thường được chế tạo bằng các chi tiết gang vì gang có độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép và đều ược kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo không có khuyết tật đúc. Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất nhiều hệ thống khác. Yêu cầu: - Phải có độ cứng vững cao.
- Phải có các thiết bị chống rung động. - Phải có độ ổn định nhiệt. Mục đích: - Phải đảm bảo độ chính xác gia công. - Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy.