Génération de l'aperçu...
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ Bộ môn Cơ điện tử *********** ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống điều khiển cho bàn máy CNC Sinh viên thực hiện: Trương Đức Anh MSSV: 20184347 Lớp: CĐT-01- K63 Giáo viên hướng dẫn: TS. Phạm Minh Hải Hà Nội 02/2023
MỤC LỤC MỤC LỤC.................................................................................................................1 LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................3 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG.....................................................................5 I.Tổng quan về máy công cụ điều khiển bằng chương trình số (máy cnc)......5 1.1. Giới thiệu chung về máy công cụ CNC......................................................6 1.2 Đặc trưng cơ bản của máy CNC...................................................................7 1.3 Mô hình khái quát máy CNC........................................................................8 1.4 Các phương pháp điều khiển.......................................................................10 II.Giới thiệu về máy phay điều khiển số CNC.................................................10 2.1 Sơ đồ kết cấu động học của máy phay CNC..............................................10 2.2 Các cơ cấu đặc trưng của máy phay điều khiển số....................................12 2.3 Tổng kết thiết kế hệ thống dẫn hướng máy CNC đã thực hiện................19 Bàn X...............................................................................................................19 Bàn Y...............................................................................................................22 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ GIẢI THUẬT CÁC HÀM NỘI SUY.........................................................................................................................25 2.1 Phương pháp nội suy....................................................................................25 2.2 Phương pháp nội suy đường thẳng...............................................................26 CHƯƠNG 3. BỘ ĐIỂU KHIỂN ĐỘNG CƠ BÀN MÁY X THEO PID...............29 3.1. Xây dựng hàm truyền của hệ thống..............................................................29 3.2 Tìm hàm truyền đạt G(s)................................................................................34 3.3. Kiểm tra tính ổn định của hàm truyền G(s):................................................34 Trang 1
3.3.1. Kiểm tra sự ổn định của hệ hở:..................................................................35 3.3.2 Kiểm tra sự ổn định của hệ kín:..................................................................35 3.3.3.Kiểm tra đáp ứng của hệ.............................................................................38 3.4. Thiết kế bộ điều khiển PID:..........................................................................40 3.4.1. Những kiến thức cơ sở về bộ điều khiển PID:...........................................40 3.4.2. Vai trò các khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân:..................................................41 3.4.3.Thiết kế PID controller theo phương pháp thực nghiệm (phương pháp Ziegler- Nichols thứ nhất)....................................................................................44 CHƯƠNG 4. BỘ ĐIỂU KHIỂN ĐỘNG CƠ BÀN MÁY Y THEO PID...............49 4.1. Tìm hàm truyền của bàn Y:.........................................................................49 4.2 Tìm hàm truyền đạt G(s)................................................................................51 4.3. Kiểm tra tính ổn định của hàm truyền G(s):................................................52 4.3.1. Kiểm tra sự ổn định của hệ hở:..................................................................52 4.3.2. Kiểm tra sự ổn định của hệ kín:.................................................................52 4.3.3 Kiểm tra đáp ứng của hệ.............................................................................55 4.4. Thiết kế bộ điều khiển PID:..........................................................................58 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG HỆ BÀN MÁY..........................................................61 5.1 Tìm hiểu khối công cụ Simmechanics trong Matlab.....................................61 5.2. Mô phỏng bàn máy chạy theo quỹ đạo mong muốn.....................................67 5.2.1 Thuật toán gia công đường thẳng............................................................67 5.2.2. Gia công theo cung tròn.........................................................................75 CHƯƠNG 6: BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT NỐI.....................................................82 Trang 2
6.1. Thành phần bộ điều khiển.............................................................................82 6.1.1. Servo motor AC và driver điều khiển....................................................82 6.1.2. Thông số động cơ đã chọn.....................................................................84 6.1.3. Công tắc hành trình................................................................................85 6.1.4. Nút nhấn.....................................................................................................85 6.1.5. Bộ điều khiển PLC.................................................................................87 CHƯƠNG 7: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN HOME VÀ CHƯƠNG TRÌNH PLC TRÊN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC...........................................88 7.1. Đầu vào ra, các biến trung gian trên PLC.....................................................88 7.2 Xây dựng thuật toán về home........................................................................89 7.3 Chương trình PLC hệ thống dẫn hướng CNC:..............................................92 KẾT LUẬN.............................................................................................................96 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................97 Trang 3
LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vì vậy việc ứng dụng các kỹ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo ra những sản phẩm có năng suất, chất lượng cao, mà giá thành chấp nhận được ngày càng trở nên cần thiết, đặc biệt đối với những nước đang phát triển như Việt Nam. Ở các nước có nền công nghiệp phát triển, tự động hoá các ngành kinh tế kỹ thuật trong đó có cơ khí chế tạo đã được thực hiện từ những năm trước đây. Một trong những vấn đề quyết định của tự động hoá ngành cơ khí chế tạo là kĩ thuật điều khiển số và công nghệ trên các máy điều khiển số. Các máy công cụ điều khiển số được dùng phổ biến ở nước phát triển như NC và CNC trong những năm gần đây đã được nhập vào Việt nam và được sử dụng rộng rãi tại các viện nghiên cứu và các công ty liên doanh. Máy công cụ điều khiển số hiện đại (máy CNC) là các thiết bị điển hình cho sản xuất tự động, đặc trưng cho ngành cơ khí tự động. Máy phay CNC là một trong những thành tựu của tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới. Nó ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo máy, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí chính xác và tự động hóa. Sự ra đời của máy CNC đã giải quyết được những nhiệm vụ cấp bách hiện nay là tự động hoá quá trình sản xuất và nhất là sản xuất hàng loạt nhỏ, sản xuất linh hoạt. Đề tài này đi sâu vào việc tính toán hệ thống điều khiển và mô phỏng máy phay CNC nhằm ứng dụng vào học tập, giảng dạy và ứng dụng một cách hiệu quả. Mục tiêu: Có thể điều khiển được một máy CNC 3 trục đơn giản phục vụ cho sản xuất. Mục đích: Hiểu kĩ hơn về công nghệ CNC phục vụ cho quá trình học tập và nghiên cứu. Trang 4
Em xin chân thành cảm ơn thầy: TS. Phạm Minh Hải đã chỉ dạy em tận tình trong suốt quá trình làm đồ án “Thiết kế hệ thống Cơ Điện Tử” này. Trang 5
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG I.Tổng quan về máy công cụ điều khiển bằng chương trình số (máy cnc) 1.1. Giới thiệu chung về máy công cụ CNC Ở các máy cắt thông thường, việc điều khiển các chuyển động cũng như thay đổi vận tốc của các bộ phận máy đều phải thực hiện bằng tay, thời gian phụ thường khá lớn. Do đó không thể nâng cao năng suất lao động. Để giảm thời gian phụ, cần thiết tiến hành tự động hóa quá trình điều khiển. Trong sản xuất hàng loạt và hàng khối từ lâu người ta đã áp dụng phương pháp gia công tự động với việc tự động hóa quá trình điều khiển bằng các vấu tỳ, bằng mẫu chép hình, bằng cam trên trục phân phối…Đặc điểm của các loại máy này là rút ngắn được thời gian phụ, nhưng thời gian chuẩn bị sản xuất khá dài, chỉ phù hợp với sản xuất khối lượng lớn, không phù hợp với sản xuất lượng nhỏ và mặt hàng thay đổi thường xuyên. Yêu cầu tìm ra một phương pháp điều khiển mới được đặt ra. Với sự ra đời của phương pháp điều khiển theo chương trình số đã giải quyết được vấn đề này. Đặc điểm quan trọng của việc tự động hóa quá trình gia công trên các máy công cụ điều khiển bằng chương trình số (máy NC và máy CNC) là đảm bảo cho máy có tính vạn năng cao. Điều đó cho phép gia công nhều loại chi tiết, phù hợp với sản xuất loạt nhỏ và loạt vừa (chế tạo trên 70% sản phẩm của ngành chế tạo máy). Các máy công cụ điều khiển bằng chương trình số – máy NC (numerical control) là máy được tự động điều khiển toàn bộ hoạt động hay một vài hoạt động, trong đó các hành động điều khiển được sản sinh trên cơ sở cung cấp dữ liệu dạng lệnh. Các lệnh này hợp thành chương trình làm việc, các lệnh này được ghi lên một cơ cấu mang chương trình (băng đột lỗ, băng từ hoặc bộ nhớ máy tính….). Các thế hệ đầu, máy NC sử dụng các cáp logic hệ thống, Phương pháp điều khiển theo điểm hoặc đoạn thẳng, vì vậy mà cũng chỉ gia công được các chi tiết đơn giản như lỗ hay các đường thẳng song song với các chuyển đông mà máy có. Các thế hệ sau, với sự phát triển của khoa học – kỹ thuật và công nghệ máy tính, công nghệ phần mềm, các máy NC đã được cài đặt các cụm vi tính, các bộ vi xử lý và việc điều khiển lúc này là phần lớn hay hoàn toàn. Phương pháp điều khiển theo đường biên, tức là có mối qua hệ hàm số giữa các chuyển động theo các hướng tọa độ. Các máy NC này được gọi là máy CNC (computer numerical control). Trang 6
Hiện nay các máy này đã đươc sử dụng phổ biến trong quá trình sản xuất, đặc biệt là ở các nước có nền công phiệp phát triển. 1.2 Đặc trưng cơ bản của máy CNC - Tính năng tự động cao: máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức độ tự động được nâng lên vượt bậc. Tùy từng mức độ tự động, máy CNC có thể thực hiện cùng lúc nhiều chuyển động khác nhau, có thể tự động thay dao, hiệu chỉnh sai số dụng cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệc vị trí tương đối giữa đối tượng và chi tiết… - Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của máy có thể thay đổi dễ dàng, nhanh chóng, thích ứng với các loại chi tiết khác nhau. Do đó rút ngắn thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ. Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết có chương trình, do đó không cần sản xuất các chi tiết dự trữ mà chỉ cần lưu trữ chương trình của chi tiết đó. Máy CNC có thể gia công được các chi tiết nhỏ và vừa, có khả năng đáp ứng khi công nghệ thay đổi, và đặc biệt việc lập trình gia công cho máy không nhất thiết phải thực hiện trên máy mà có thể thực hiện trên các máy tính. - Tính tập trung nguyên công cao: Đa số máy CNC có thể thực hiện phần lớn các nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặt chi tiết, vì thế các máy CNC có phát triển và phối hợp với nhau thành các trung tâm gia công CNC. - Tính chính xác và đảm bảo chất lượng chi tiết cao: giảm được hư hỏng sai sót của con người, có khả năng gia công hàng loạt với độ chính xác cao và lặp lại, đây là đặc điểm ưu việt của máy CNC. - Gia công các biên dạng phức tạp: Máy CNC có khả năng gia công nhanh và chính xác cả những biên dạng phức tạp mà các máy công cụ thông thường không thể gia công được, ví dụ như là các bề mặt 3 chiều. - Tính hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao: có chế độ cắt được lựa chọn tối ưu cũng như là các điều kiện của quá trình gia công như bôi trơn và làm mát… được tốt hơn hẳn so với quá trình gia công trên máy thông thường nên tuổi thọ của dao tăng lên, tiết kiệm dụng cụ cắt, đồ gá, các phụ tùng các. Giảm lượng phế phẩm và tiết kiệm người công, đồng thời giảm thời gian sản xuất, tăng thời gian sử dụng của máy…. Trang 7
- Bên cạnh các ưu điểm trên, các máy CNC cũng có những hạn chế nhất định như chi phí ban đầu cho cho việc mua máy và lắp đặt rất lớn. Hệ thống cơ khí và hệ thống điện cũng như các hệ thống các trên máy rất phức tạp, do đó quá trình bảo dưỡng khó khăn và tốn kém. Và sử dụng máy CNC để gia công các chi tiết đơn giản làm hiệu quả kinh tế thấp. 1.3 Mô hình khái quát máy CNC Máy gồm 2 phần chính: phần điều khiển và phần chấp hành: 1.3.1 Phần điều khiển a. Các cụm điều khiển chính trên máy CNC - Cụm điều khiển máy MCU (Machine Control Unit): Cụm điều khiển được hình thành trên cơ sở thiết bị điều khiển điện tử, thiết bị vào ra và các thiết bị số. Nó được coi là trái tim của máy công cụ điều khiển số CNC. Lệnh CNC thực hiện bên trong bộ điều khiển sẽ thông báo cho mô tơ chuyển động quay đúng số vòng cần thiết → trục vit me bi quay đúng số vòng quay tương ứng → kéo theo chuyển động thẳng của bàn máy và dao. Thiết bị phản hồi ở đầu kia của vit me bi cho phép kiểm soát kết thúc lệnh đúng khi số vòng quay cần thiết được thực hiện. - Cụm dẫn động (Driving Unit): Cụm dẫn động là tập hợp những động cơ, sensor phản hồi, phần tử điều khiển, khuếch đại và các hệ dẫn động. Trong đó, động cơ và các sensor phản hồi là thành phần đặc trưng cho máy công cụ điều khiển số CNC. b. Các loại động cơ trên máy CNC để chạy dao Động cơ một chiều: - Ưu điểm: Momen khởi động lớn, dễ điều khiên tốc độ và chiều, giá thành rẻ. - Nhược điểm: Dải tốc độ điều khiển hẹp, phải có mạch nguồn riêng. Động cơ xoay chiều: - Ưu điểm: Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều, đa dạng và phong phú về chủng loại, giá thành rẻ. - Nhược điểm: Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển và phần chấp hành để đảm bảo an toàn, momen khởi động nhỏ, mạch điểu khiển tốc độ phức tạp. Động cơ bước: Trang 8
- Ưu điểm: Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, không cần mạch phản hồi, thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC. - Nhược điểm: Giá thành cao, momen xoắn nhỏ, momen máy nhỏ Động cơ servo: Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bất kỳ lí do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác. Loại động cơ này có một số đặc điểm chung như sau: - Momen quán tính nhỏ. - Đặc điểm động học tốt. - Thường được tích hợp sẵn cảm biến đo tốc độ hay góc quay. - Có dải tần số công tác rộng 0÷400 Hz. 1.3.2 Phần chấp hành Gồm các cơ cấu gia công kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động hóa như các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn…. Cũng như các máy cắt gọt kim loại khác, đây là bộ phận trực tiếp tham gia cắt gọt kim loại để thành chi tiết. Tùy theo khả năng công nghệ của máy mà máy có thể có: thân máy, bàn máy, trục chính, … các kết cấu được thiết kế với các đặc điểm đáp ứng được yêu cầu trong quá trình điều khiển tự động của máy. + Thân máy: Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất nhiều hệ thống khác. + Đế máy: Để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy. + Bàn máy: Là nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá. Nhờ có sự chuyển động linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC được tăng lên rất cao, có khả năng gia công được những chi tiết có biên dạng phức tạp. + Cụm 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. + Băng dẫn hướng: Hệ Trang 9
thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của bàn máy theo X, Y và chuyển động theo trục Z của trục chính. + Trục vít me, đai ốc: Biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của bàn máy. + Ổ tích dụng cụ: Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho quá trình gia công. Nhờ có ổ tích dao mà máy CNC có thể thực hiện được nhiều nguyên công cắt gọt khác nhau liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác nhau. 1.4 Các phương pháp điều khiển Một số phương pháp điều khiển máy CNC hiện nay là: Điều khiển điểm (điều khiển vị trí): được dùng để gia công lỗ bằng các phương pháp như khoan, khoét, doa…. Điều khiển đường: dùng trong các máy để gia công các chi tiết mà dụng cụ căt thự hiện lượng chay dao song song với 1 trục tọa độ của máy, thường áp dụng trên các máy phay, máy điện đơn giản. Điều khiển theo đường viền: cho phép thực hiện chạy dao trên nhiều trụ 1 lúc, để có thể gia công các chi tiết có biên dạng phúc tạp. II.Giới thiệu về máy phay điều khiển số CNC Máy phay điều khiển số CNC hiện đang được sử dụng khá phổ biến trong các phân xưởng cơ khí chế tạo khuôn mẫu ở nước ta. Các máy phay CNC được sử dụng đều được nhập khẩu từ nước ngoài, do đó chủng loại và kiểu máy rất khác rất khác nhau tùy thuộc vào hãng sản xuất. Để mở rộng khả năng công nghệ thì trong thực tế hiện nay người ta thương kết hợp máy phay CNC với mấy khoan để tạo thành trung tâm gia công CNC. Các trung tâm gia công thường có 3 trục chuyển động của dao, để tăng khả năng gia công của máy đối với các biên dạng chi tiết phức tạp, máy có thể có 5 trục chuyển động chay dao và trang bị bàn máy quay. 2.1 Sơ đồ kết cấu động học của máy phay CNC Trang 10
Hình 1: Kết cấu động học của máy phay đứng CNC Hình trên là kết cấu động học của máy phay đứng CNC, bao gồm các bộ phận cơ bản sau: Cụm trục chính, hệ thống thay dao, bàn máy của máy phay và bộ điều khiển CNC + Cụm trục chính là nơi gá đặt các dụng cụ cắt và tạo ra tốc độ cắt gọt. Trục chính được dẫn động bởi một động cơ servo trục chính (trục Z) điều khiển được, được điều khiển và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC, có khả năng cho ra tốc độ quay bất khì trong giới hạn thiết kế của máy. Hệ thống truyền động và cụm trục chính được tích hợp hệ thống phanh khí nén, nhằm phụ vụ cho việc thay đổi rốc độ quay trong thời gian ngắn nhất. Tốc độ quay của trục chính luôn được các cảm biến đo và phản hồi về bộ điều khiển CNC. Trên trục chính có lắp đặt hệ thống gá kẹp dụng cụ tự động bằng khí nén hoặc thủy lực nhằm tự động hóa hoàn toàn quá trình thay dao. Chuyển động theo trục Z của máy do cụm trục chính thực hiện, dẫn động nhờ một động cơ servo trục Z thông qua bộ truyền vitmr đai ốc bi, được điều khiển và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC kín, có phản hồi. +Hệ thống thay dao của máy phay CNC được tự động hóa hoàn toàn , thông thường nó là các ổ chứa kết hợp với kẹp dụng cụ kép. Vị trí thay dao của cụm trục chính là vị trí được xác định bởi nhà sản xuất nhằm không xảy ra hiện Trang 11
tượng va đập với các chi tiết và các bộ phận khác của máy trong quá trình thay dao. Hiện nay, các nhà sản xuất trung tâm gia công cơ khí CNC còn đưa ra một hệ thống thay dao đơn giản hơn đó là ổ chứa dao tự hành, vừa có chức năng chứa dao, vừa có chức năng thay dao tự động. +Bàn máy của máy phay CNC thông thường có hai khả năng chuyển động theo 2 trục X và Y , được dẫn động nhờ các động cơ servo, thông qua bộ truyền động vitme bi, được điều khiển và điều chỉnh tốc độ bởi bộ điều khiển CNC kín có phản hồi. +Bộ điều khiển CNC của máy phay có nhiệm vụ biên dịch chương trình điều khiển số được nạp vào bộ điều khiển , tiến hành xử lý thông tin và phát lệnh điều khiển các cơ cấu chấp hành. Các lệnh điều khiển được phân nhánh thành 2 lệnh hệ cơ bản đó là: hệ lệnh đường đi và hệ lệnh đóng ngắt nhằm điều khiển quá trình thình thành hình dáng hình học của chi tiết. 2.2 Các cơ cấu đặc trưng của máy phay điều khiển số 2.2.1 Hệ thống kẹp và tháo dụng cụ tự động của máy phay CNC Hệ thống kẹp và tháo dụng cụ của máy phay CNC được tích hợp trên trục chính với nguồn năng lượng tháo dụng cụ là khí nén và khép chặt bằng hệ thống lò xo đĩa. Trình tự tháo lỏng dụng cụ được thực hiện như sau: khí nén đi vào phía trên xylanh đẩy piston chuyển động đi xuống, thông qua trục kẹp ép lò xo đĩa làm mỏ kẹp mở ra và đẩy dụng cụ ra khỏi trục chính, đồng thời khí nén được thổi qua tâm trục kẹp làm sạch bề mặt gá kẹp. Trình tự kẹp chặt dụng cụ được thực hiện như sau: dụng cụ được cài đặt đúng vị trí trong trục chính, khí nén được đưa vào phía dưới của xylanh đẩy piston đi lên, hệ thống lò xo đĩa đẩy trục kẹp đi lên, kéo hệ thống mỏ kẹp chuyển động đi theo lên trên, khi nó gặp gờ chặn thì các mỏ kẹp kẹp chặt đuôi của dụng cụ kéo lên phía trên. Trang 12
Hình 2 : Sơ đồ hệ thống kẹp và tháo dụng cụ tự động 2.2.2 Hệ thống đường dẫn hướng trong máy phay CNC Hê th¢ ống dâñ hư ớng có nhiêm¢ vu dâñ hư¢ ớng chuyển đôn ¢g cho các bàn máy theo các trục X, Y và chuyển đôn ¢g lên xuống theo truc ¢Z. Gồm hai dạng: dẫn hướng bi và dẫn hướng ma sát trượt. Yêu cầu: hê th¢ ống thanh trượt phải thẳng, có khả năng tải cao, đô c¢ ứng vững tốt, trơn khi trượt, không có hiện tượng dính. Đường dẫn hướng ma sát trượt bôi trơn ướt và đường dẫn hướng ma sát lăn. Đường dẫn hướng ma sát trượt bôi trơn ướt – Hệ số ma sát nhỏ, tổn hao thấp, độ ổn định cao. – Độ cứng vững cao, giảm dao động, tăng tuổi thọ. – Đáp ứng được yêu cầu gia tốc của chuyển động chạy dao. – Đảm bảo được các dịch chuyển nhỏ tới 0,001mm. Trang 13
Hình 3: Đường dẫn hướng ma sát lăn – Tổn hao ma sát nhỏ, độ nhậy cao, không khe hở. – Được tiêu chuẩn hoá: nâng cao chất lượng (vật liệu, các biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt), nâng cao độ chính xác. – Bôi trơn: phun sương dầu hoặc nhỏ giọt trực tiếp theo thời gian điều khiển. – Đáp ứng được yêu cầu gia tốc lớn, dịch chuyển nhỏ, gián đoạn, tránh được ma sát trượt kiểu bước nhảy khi ma sát giới hạn. Hình 4: Đường dẫn hướng ma sát lăn Trang 14
Hệ dẫn động Trong các máy CNC thường sử dụng bộ truyền vít me đai ốc bi để dẫn động cho bàn máy cũng như cụm trục chính di chuyển bởi bộ truyền vít me- đai ốc bi có nhiều ưu điểm hơn so với bộ truyền vít me- đai ốc thường và các bộ truyền khác. Bộ truyền giúp biến đổi chuyển động quay của trục vít thành chuyển động tịnh tiến của đai ốc. Khi trục vít quay được 1 vòng thì bánh vít dịch chuyển tịnh tiến được 1 đoạn đúng bằng bước vít trên trục vít. Cơ cấu vít me – đai ốc bi là hệ thống truyền động, được gia công với độ chính xác cao nhằm tạo ra khả năng biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến theo cơ chế con vít. Vít me đai ốc bi được thiết kế đặc biệt với 1 lớp bi thép tiếp xúc giữa trục vít và đai ốc, nhờ dó mà hạn chế tối đa được lực ma sát trượt khi biến đổi chuyển động. Bên cạnh đó thì cơ cấu còn có đường hồi bi để bi có thể tuần hoàn hoạt động trong đó. Mỗi trục chuyển động có hệ thống đo, khi đo gian tiếp thì đầu đo lắp ngay trên trục vít me Hình 5: Hoạt động của cơ cấu vít me đai ốc bi Nguyên lý hoạt động Trong quá trình chuyển động, trục vít me quay, các viên bi dịch chuyển nhờ ống lệch hướng đi vào trong hệ thống hồi bi của đi ốc. Sau đó liên tục dịch chuyển về phía cuối của đai ốc và ra khỏi hệ thống hồi bi rồi tiếp tục lăn vào trong rãnh giữa đai ốc và vít me. Quá trình này được lặp lại liên tục. Trang 15
Ưu điểm – Ma sát của bộ truyền là không đáng kể do giữa trục vít vào đai ốc có 1 lớp bi thép. – Cơ cấu trục vít me- đai ốc bi là 1 chuyển động lăn tiếp xúc điểm, ma sát nhỏ và có độ nhạy cao nên đem lại những chuyển động trơn tru, có độ chính xác cao. – Hiệu suất truyền động lớn. – Trục vít me – đai ốc bi có độ bền, tuổi thọ cao hơn so với các loại trục vít me thường. – Khả năng đồng bộ hóa tốt nhờ những chuyển động linh hoạt, phản ứng nhanh, không bị tắc nghẽn, không bị trượt, cho phép sử dụng để truyền chuyển động đồng thời một số cơ cấu hoặc thiết bị giống nhau. Nhược điểm – Do đặc điểm cấu tạo mà trục vít me- đai ốc bi nên khả năng chịu tải của bộ truyền này kém hơn so với cơ cấu vít me- đai ốc thường. – Giá thành cao Đai ốc bi trên máy CNC thường được lắp ghép từ hai phần độc lập với nhau, nhằm tạo ra các kết cấu khử khe hở và tạo độ dôi ban đầu: – Ghép theo phương dọc trục-dùng trong các cơ cấu đòi hỏi truyền động chính xác. Hình 6: Đai ốc bi được thiết kế và ghép theo phương pháp dọc trục Trang 16
– Ghép theo phương hướng kính-dùng trong các cơ cấu chỉ đòi hỏi khử khe hở và truyền động êm, nhẹ. Hình 7: Đai ốc bi được thiết kế và ghép theo phương hướng kính Yêu cầu kỹ thuật – Độ chính xác: Bởi vì nhà sản xuất sử dụng nhiều quá trình khác nhau để sản xuất vít me vi nên người kỹ sư có nhiêu lựa chọn về độ chính xác tương thích với giá thành. – Khả năng tự giữ (Backdriving): Khi tải trên vit me, một điều quan trọng cần phải nhớ đến là khả năng tự giữ. Vít me mất khả năng tự giữ xảy ra khi động cơ bị tắt và tải trọng lớn. Để tránh hiện tượng này, người sử dụng có thể sử dụng loại động cơ có phanh (thường là phanh từ) hoặc có thể thiết kế những vị trí an toàn. Với một số loại ren đặc thù có thể đảm bảo khả năng tự giữ. – Môi trường làm việc: Bởi vì vít me vi thường xuyên hoạt động trong môi trường bụi bẩn và có nhiều mãnh vụn nên nhà sản xuất đã thiết kế vít me tránh những hạt nhỏ rơi vào bên trong. Bên ngoài vít me thường được bao bọc bởi một lớp crom hoặc mạ niken như một lớp bảo vệ đầu tiên. – Bôi trơn: Vít me bi được sử dụng rất rộng rãi và độ tùy biến rất cao, vì vậy không có một lợi khuyên cụ thể nào cho việc sử dụng chất bôi trơn. Tuy nhiên, các yếu tố như: tần suất sử dụng, nhiệt độ, tốc độ là những xem xét cơ bản đối với việc lựa chọn chất bôi trơn. Trong khi dầu hoặc mỡ phù hợp với hầu hết các ứng dụng nhưng đối với vít me bi cần phải tránh những loại bôi trơn có chứa molydisulfide (Đây là hợp chất của Molypden và lưu huỳnh) và Trang 17
than chì. Một điều quan trọng luôn phải nhớ là phải đảm bảo vít me được bôi trơn giữa các bộ phận: trục vít me, bi và đai ốc trượt. Hình 8: Các yêu cầu kỹ thuật đối với cụm vít me đai ốc bi 2.2.3 Hệ thống thay dao tự động của máy phay CNC Trong các máy phay điều khiển số và các trung tâm gia công có khí hiện nay thì hệ thống thay dao có hai dạng cơ bản là: ổ chứa dao kết hợp với tay kẹp dụng cụ kép và ổ chứa dao tự hành. Dạng thứ nhất Hệ thống thay dao có ổ chứa dao kết hợp với tay kẹp dụng cụ kép, khi chương trình điều khiển số NC gọi một dụng cụ mới thì bộ điều khiển khiển ổ chứa dao quay , đưa dụng cụ được gọi vào vị trí sẵn sàng thay dao đồng thời điều khiển cụm trục chính chuyển động lùi về vị trí thay dao, tay kẹp dụng cụ quay 90° đồng thời kẹp cả hai dụng cụ trên trục chính và trên ổ chứa dao, quá trình tháo 2 dao thực hiện bởi sự phối hợp của hệ thống tháo lỏng dụng cụ khi tay kẹp đi xuống, sau đó tay kẹp quay 180o đổi vị trí hai dụng cụ, rồi chuyển động đi lên đưa 2 dụng cụ vào ổ trục chính và ổ chứa dao. Hình 1.5. Các loại ổ chứa dao Dạng thứ hai Ổ chứa dao tự hành, khi chương trình điều khiển số gọi một dụng cụ thì bộ điều khiển CNC điều khiển cụm trục chính chuyển động về mặt phẳng thay dao, đồng thời ở chứa dao chuyển động tịnh tiến hướng vào cụm trục chính kẹp dụng cụ cần được thay trên trục chính. Hệ thống kẹp dụng cụ trong trục chính được điều khiển tháo lỏng, trục chính chuyển động đi lên tháo hoàn toàn dụng cụ khỏi cụm trục chính. Ổ chứa dao quay, đưa dụng cụ được gọi bởi chương Trang 18
trình NC vào vị trí thay dao nằm dưới trục chính, khi đó trục chính chuyển động đi xuống kẹp chặt dụng cụ và ổ chứa dao tịnh tiến lùi về vị trí ban đầu. 2.2.4 Hệ thống gá kẹp chi tiết gia công Trên máy phay điều khiển só thông thường sử dụng các thiết bị kẹp như : + Thiết bị kẹp cơ khí (gồm đòn kẹp, gối đỡ, bulông kẹp đầu chữ T). + Êtô: êtô kẹp bằng tay và êtô thủy lực có lực kẹp điều chỉnh được (có tự định tâm hoặc không tự định tâm). + Bàn Quay có 2 vị trí gá kẹp + Gá kẹp modun Trên các trung tâm gia công hiện đại kết hợp việc sử dụng rôbốt để tự động hóa các quá trình gá đặt, kẹp chặt cũng như tháo chi tiết sau khi gia công. 2.3 Tổng kết thiết kế hệ thống dẫn hướng máy CNC đã thực hiện Bàn X vít me đai ốc bi: PMI 45-10B3-FSWC Chọn ổ lăn: kiểu lắp Fixed – Supported Trang 19
Affichage des 20 premières pages. Téléchargez le document pour le voir en entier.
Aucun commentaire pour le moment. Soyez le premier !
Commentaires (0)
Aucun commentaire pour le moment. Soyez le premier !