Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Giới thiệu chung về máy công cụ CNC

Giới thiệu chung về máy công cụ CNC

Tải bản đầy đủ - 0trang

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC

công việc đòi hỏi phải gia cơng chính xác các hình dạng phức tạp. Parsons sớm

nhận ra rằng bằng cách sử dụng máy tính IBM thời kì đầu, ơng đã có thể tạo ra

những thanh dẫn đường mức chính xác hơn nhiều khi sử dụng các phép tính bằng

tay và sơ đồ. Dựa trên kinh nghiệm này, ông đã giành được hợp đồng phát triển một

“máy cắt đường mức tự động” cho Không quân để tạo mặt cong cho cánh máy bay.

Sử dụng một đầu đọc thẻ máy tính và các bộ điều khiển động cơ trợ động

(servomotor) chính xác, chiếc máy được chế tạo cực kì lớn, phức tạp và đắt đỏ.

Mặc dù vậy, nó làm việc một cách tự động và sản xuất các mặt cong với độ chính

xác cao đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp máy bay.

Đến những năm 1960, giá thành và tính phức tạp của những chiếc máy tự động

giảm đến một mức độ nhất định để có thể ứng dụng trong các ngành cơng nghiệp

khác. Những chiếc máy này sử dụng các động cơ truyền động điện một chiều để

vận dụng vô lăng và vận hành dao cụ. Các động cơ này nhận chỉ dẫn điện từ một

đầu đọc băng từ – đọc một băng giấy có chiều rộng khoảng 2,5cm có đục một hàng

lỗ. Vị trí và thứ tự lỗ cho phép đầu đọc sản xuất ra những xung điện cần thiết để

quay động cơ với thời gian và tốc độ chính xác, trong thực tế nó điều khiển máy

giống như nhân viên vận hành. Các xung điện được quản lý bởi một máy tính đơn

giản khơng có bộ nhớ. Chúng thường được gọi là NC hay máy điều khiển số.

Năm 1947, John Parsons quản lý một hãng sản xuất hàng không ở thành phố

Traverse, Michigan. Đối mặt với tính phức tạp ngày càng cao của hình dạng chi tiết

và những vấn đề về toán học và kỹ thuật mà họ gặp phải, Parsons đã tìm ra những

biện pháp để giảm chi phí kỹ thuật cho cơng ty. Ơng đã xin phép International

Business Machine sử dụng một trong những chiếc máy tính văn phòng trung ương

của họ để thực hiện một loạt các phép toán cho một cánh máy bay trực thăng mới.

Cuối cùng, ông đã dàn xếp với Thomas J. Watson, chủ tịch huyền thoại của IBM,

nhờ đó IBM sẽ làm việc với tập đoàn Parsons để tạo ra một chiếc máy được điều

khiển bởi các thẻ đục lỗ. Nhanh chóng, Parsons cũng ký được hợp đồng với Air

Force để sản xuất một chiếc máy được điều khiển bằng thẻ hay băng từ có khả năng

cắt các hình dạng đường mức giống như những hình trong cánh quạt và cánh máy

bay. Sau đó, Parsons đã đến gặp các kĩ sư ở Phòng thí nghiệm cơ cấu phụ thuộc

Viện Cơng nghệ Massachusetts (MIT) nhờ hỗ trợ dự án. Các nhà nghiên cứu MIT

đã thí nghiệm nhiều kiểu q trình khác nhau và cũng đã làm việc với các dự án Air



Trang 8



THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC

Force từ thời Thế chiến II. Phòng thí nghiệm MIT đã nhận thấy đây là một cơ hội

tốt để mở rộng

nghiên cứu sang lĩnh vực điều khiển.

Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thơng tin được

lưu trữ trong bộ nhớ máy tính chương trình. Để đặt thơng tin này vào bộ nhớ, nhân

viên lập trình tạo ra một loạt lệnh mà máy có thể hiểu được. Bộ điều khiển cũng

giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy. Ví dụ, trong một số máy, nhân

viên lập trình có thể đơn giản chỉ cần nhập dữ liệu về vị trí, đường kính và chiều

sâu của một chi tiết và máy tính sẽ lựa chọn phương pháp gia cơng tốt nhất để sản

xuất chi tiết đó dưới dạng phơi. Thiết bị mới nhất có thể chọn một mẫu kỹ thuật

được tạo ra từ máy tính, tính tốn tốc độ dao cụ, đường vận chuyển vật liệu vào

máy và sản xuất chi tiết mà không cần bản vẽ hay một chương trình.

Sự tiến bộ trong máy tính và trí thông minh nhân tạo sẽ làm cho những chiếc

máy CNC tương lai nhanh hơn và dễ vận hành hơn. Các loại máy CNC chắc chắn

sẽ có một tương lai bùng nổ mạnh mẽ.

1.2. Đặc trưng cơ bản của máy CNC

Các ưu điểm:



Trang 9



- 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 cao vượt bậc. Tuỳ từng mức

độ tự động, máy CNC có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chuyển động khác

nhau, có thể tự động thay dao, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích

thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa dao

và chi tiết, tự động tưới nguội, tự động hút phoi ra khỏi khu vực cắt …

- Tính năng linh hoạt cao: Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh

chóng, thích ứng với các loại chi tiết khác nhau. Do đó rút ngắn được thời

gian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện thuận lơi cho việc tự

động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ. Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh

chóng những chi tiết đã có chương trình. Vì thế, khơng cần phải sản xuất chi

tiết dự trữ, mà chỉ giữ lấy chương trình của chi tiết đó. Máy CNC gia công

được những chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng một cách linh hoạt khi nhiệm vụ

công nghệ thay đổi và điều quan trọng nhất là việc lập trình gia cơng có thể

thực hiện ngồi máy, trong các văn phòng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học

thơng qua các thiết bị vi tính, vi xử lý …



THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC

- Tính năng tập trung ngun cơng: Đa số các máy CNC có thể thực hiện số

lượng lớn các nguyên công khác nhau mà khơng cần thay đổi vị trí gá đặt

của chi tiết. Từ khả năng tập trung các nguyên công, các máy CNC đã được

phát triển thành các trung tâm gia cơng CNC.

- Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao: Giảm được hư hỏng do sai sót

của con người, đồng thời cũng giảm được cường độ chú ý của con người khi

làm việc. Có khả năng gia cơng chính xác hàng loạt, độ chính xác lặp lại, đặc

trưng cho mức độ ổn định trong suốt q trình gia cơng là điểm ưu việt tuyệt

đối của máy CNC.Máy CNC với hệ thống điều khiển khép kín có khả năng

gia cơng được những chi tiết chính xác cả về hình dáng đến kích thước.

Những đặc điểm này thuận tiện cho việc lắp lẫn, giảm khả năng tổn thất phôi

liệu ở mức thấp nhất.

- Gia công biên dạng phức tạp: Máy CNC là máy duy nhất có thể gia cơng

chính xác và nhanh các chi tiết có hình dáng phức tạp như các bề mặt 3

chiều.

- Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao: Cải thiện tuổi bền dao nhờ điều

kiện cắt tối ưu. Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt, đồ gá và các phụ tùng khác.Giảm

phế phẩm.Tiết kiệm tiền thuê mướn lao động do không cần yêu cầu kỹ năng

nghề nghiệp nhưng năng suất gia công cao hơnSử dụng lại chương trình gia

cơng Giảm thời gian sản xuấtThời gian sử dụng máy nhiều hơn nhờ vào

giảm thời gian dừng máy.Giảm thời gian kiểm tra vì máy CNC sản xuất chi

tiết chất lượng đồng nhất.CNC có thể thay đổi nhanh chóng từ việc gia cơng

loại chi tiết này sang loại khác với thời gian chuẩn bị thấp nhất.

Tuy nhiên máy CNC khơng phải khơng có những hạn chế: Sự đầu tư ban đầu

cao, nhược điểm lớn nhất trong việc sử dụng máy CNC là tiền vốn đầu tư ban đầu

cao cùng với chi phí lắp đặt. Yêu cầu bảo dưỡng cao, máy CNC là thiết bị kỹ thuật

cao và hệ thống cơ khí, điện của nó rất phức tạp. Để máy gia cơng được chính xác

cần thường xun bảo dưỡng. Người bảo dưỡng phải tinh thông cả về cơ và điện.

Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản.

1.3. Phân loại

Các loại máy CNC phổ biến hiện nay gồm có :

- Máy tiện CNC:

Trang 10



THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC



Hình 1-1.Máy tiện CNC

- Máy phay CNC:



Hình 1-2.Máy phay CNC

- Máy khoan CNC:



Trang 11



THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC

Hình 1-3.Máy khoan CNC

2.



Máy Phay CNC



Máy phay CNC là một trong các loại máy phổ biến trong các phân xưởng cơ

khí chế tạo khn mẫu ở nước ta. Các máy phay CNC được sử dụng được nhập

khẩu từ nước ngồi, do đó chủng loại và kiểu máy rất khác rất khác nhau tùy thuộc

vào hãng sản xuất. Để mở rộng khả năng cơng nghệ thì trong thực tế hiện nay

người ta thường kết hợp máy phay CNC với máy tiện CNC, máy khoan để tạo

thành trung tâm gia cơng CNC. Các trung tâm gia cơng thường có 3 trục định vị, để

tăng khả năng gia công của máy đối với các biên dạng chi tiết phức tạp, máy có thể

có 5 trục định vị.

2.1. SƠ ĐỒ KẾT CẤU ĐỘNG HỌC CỦA MÁY PHAY CNC

Kết cấu động học của máy phay đứng CNC bao gồm: 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 kì trong giới hạn thiết kế của máy. Hệ thống truyền động và cụm trục

chính được tích hợp hệ thống phanh khí nén, nhằm phục vụ cho việc thay đổi tốc

độ quay trong thời gian ngắn nhất. Tốc độ quay của trục chính ln 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 hồn tồn q

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 vitme đai ốc bi, được điều

khiển và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC kín, có phản hồi.



Hình 2-1. Kết cấu động học của máy phay đứng CNC



Trang 12



THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC

Hệ thống thay dao của máy phay CNC được tự động hóa hồn tồn, thơng

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 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 cơng 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.



Hình 1-4.Sơ đồ kết cấu động học của máy phay CNC

Bàn máy của máy phay CNC thơng 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.

Trang 13



THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC

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 q trình

thình thành hình dáng hình học của chi tiết.

2.2. Các thành phần của hệ thống dẫn động bàn máy CNC

Hệ dẫn động bàn máy gồm các thành phần: Thân máy, đế máy, bàn máy, băng dẫn

hướng, trục vít ve, đai ốc, động cơ.

a, Đế máy: Để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy. Được bắt vít

cố định trên sàn.

- Yêu cầu: phải có độ cứng vững cao, có cá thiết bị chống rung động, độ ổn

định nhiệt.

b, Thân máy: Bên trong có chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và

nhiều hệ thống khác



Hình 1-5.Thân máy

c, Bàn máy: Là nơi gá đặt chi tiết gia cơng hay đồ gá.Nhờ có sự chuyển động linh

hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia cơng của máy CNC được tăng lên

rất cao, có khả năng gia cơng được những chi tiết có biên dạng phức tạp.



Trang 14



THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC



Hình 1-6.Bàn máy

- Yêu cầu: Ổn định, cứng vững, được điều khiển chuyển động một cách chính

xác.

d, Hệ thống Băng dẫn hướng: Có nhiệm vụ dẫn hướng chuyển động cho các bàn

máy X,Y và chuyển động lên xuống theo trục Z của trục chính.Người ta sử dụng

thanh trượt hình chữ I hoặc kiểu máng trượt.

- Yêu cầu: Tổn hao ma sát nhỏ, khe hở nhỏ, bôi trơn tốt, đáp ứng gia tốc lớn.



Hình 1-7.Ray dẫn hướng



Trang 15



THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC

e, Bộ truyền vít me, đai ốc: Biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển

động tịnh tiến của bàn máy. Loại vít me đai ốc bi: là loại vít me và đai ốc có dạng

tiếp xúc lăn.



Hình 1-8.Trục vít me

Kết cấu bộ truyền vít me - đai ốc bi hình trên bao gồm trục vít me, đai ốc,

dòng bi.Vít me được nối trực tiếp với động cơ hoặc thơng qua bộ truyền động (đai,

xích, bánh răng…).Khi động cơ quay ,vít me quay, làm cho đai ốc di chuyển dọc

theo trục vít me.Đai ốc được gắn chặt với bàn X,Y làm cho bàn chuyển động tịnh

tiến theo X,Y.Tốc độ di chuyển của bàn X,Y phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước

ren của trục vít, một vòng quay của động cơ sẽ làm cho đai ốc di chuyển được một

đoạn bằng bước ren của trục vít.Tiếp xúc giữa đai ốc và vít me là tiếp xúc lăn, điều

này đem đến một ưu điểm đó là chỉ cần một lực quay rất nhỏ đã có thể làm cho đai

ốc chuyển động.

Bộ truyền vít me đai ốc bi thường được dùng trong chuyển động chạy dao

của máy công cụ CNC, NC và dùng trong máy mài, máy doa tốc độ và các loại

máy khác. Đơi khi còn dùng trong máy tiện, máy tổ hợp, dùng trong truyền dẫn di

động xà, trụ và các máy công cụ hạng nặng.

Các ưu điểm:

- Khắc phục được độ rơ khớp ren, chịu lực kéo với kết cấu đảm bảo độ

cứng vững chiều trục cao.

- Tổn thất do ma sát nhỏ, hiệu suất bộ truyền đạt tới 0,9 so với trục vít me

đai ốc trượt 0,2-0,4.

Trang 16



THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC

- Gần như độc lập hoàn toàn với lực ma sát ( biến đổi theo tốc độ), ma sát

tĩnh rất bé nên chuyển động êm.



Hình 1-9.Cấu tạo vít me đai ốc

Kết cấu bộ truyền vít me – đai ốc bi như hình trên bao gồm :trục vít me, đai

ốc, dòng bi chuyển động trong vít me – đai ốc và ống hồi bi đảm bảo dòng bi tuần

hồn.

Các dạng prơfin ren của vít me và đai ốc như sau:

- Dạng chữ nhật (hình b), dạng hình thang (hình c), dạng nửa cung tròn và

dạngrãnh (dạng cung nhọn). Dạng chữ nhật và dạng prơfin ren hình thang

có khả năng tải thấp, chỉ dùng khi máy có khả năng chịu tải trọng chiều

trục bé và độ cứng vững không cao.

- Dạng nửa cung tròn (hình d) được sử dụng phổ biến nhất, bán kính rãnh

r2 gần bằng bán kính viên bi R1 sẽ giảm tối đa ứng suất tiếp xúc, có thể

chọn r2/r1=0,95÷0,97, giá trị r2/r1 sẽ làm tổn thất do ma sát 1 cách rõ rệt.

Tại góc tiếp xúc bé thì bộ truyền có độ cứng vững bé và khả năng tải bé,

lực hướng kính sẽ lớn. Do tăng góc tiếp xúc thì khả năng đảo và độ cứng

vững truyền động tăng và hạ thấp tổn thất do ma sát vì vậy khe hở đường

kính ∆d phải chọn để góc tiếp xúc đạt 45°. ∆d = 4.(r2 − r1 ).(1 − cos α ) .



Trang 17



THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC



Hình 1-10. Profin vit me

- Dạng rãnh cung nhọn (a) có nhiều ưu điểm hơn loại cung tròn, nó còn cho

phép truyền động khơng rơ hoặc chọn được độ dơi của đường kính viên

bi. Còn ở dạng nửa tròn muốn khử độ rơ và tạo độ dôi đều dùng thêm đai

ốc thứ hai để điều chỉnh .

Ưu điểm: biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít ma sát, khơng có khe hở khi

truyền dẫn với vận tốc cao.Bộ truyền đai ốc bi cho từng trục chạy dao độc

lập.

f,



Động cơ :

Động cơ bước:

Ưu điểm:

- Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, khơng 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.



Trang 18



Hình 1-11.Động cơ bước



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Giới thiệu chung về máy công cụ CNC

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×