Đồ án Thiết kế và chế tạo thành công mô hình máy tiện với các thông số hoạt động : - Công suất động cơ trục chính 100W, dải điều chỉnh tốc độ: 100÷ 900 vòng.phút, có khả năng đảo chiều quay. - Tốc độ chạy dao: 0.05mm/s ÷ 1mm/s

: nth = [dmn]k1k2k3/dm Trong đó : [dmn] – thông số vận tốc quy ước, mm vg/ph, đặc trưng cho động quay nhanh tới hạn của ổ, trị số cho trong bảng 11.7 ( tính toán thiết hệ dẫn động cơ khí – Trịnh Chất- Lê Văn Uyển), phụ thuộc vào loại ổ, độ chính xác, kết cấu vòng cách và loại chất bôi trơn. dm – đường kính vòng tròn qua tâm các con lăn ; k1 – hệ số kích thước ; k1 = 0,98 khi dm = 100 …150 mm ; k2 – hệ số cỡ ổ, trị số cho trong bảng 11.8 ; k3 – hệ số tuổi thọ ; k3 – 0,9 khi tuổi thọ Lh = 20.000 giờ ; k3 = 0,99 khi Lh = 50.000 giờ ; Trình tự tính toán lựa chọn ổ Khi chọn ổ lăn làm việc với n> 1 vg/ph có thể tiến hành như sau : Chọn loại ổ lăn Dựa vào yêu cầu thiết kế và đặc tính của từng loại ổ (khả năng tiếp nhận tải trọng hướng tâm, tải trọng dọc trục, khả năng tải, khả năng quay nhanh và giá thành tương đối) để chọn loại ổ. Chọn sơ đồ kích thước ổ Dựa vào kết cấu trục đã thiết kế và đường kính ngõng trục lắp với ổ lăn để chọn sơ bộ cỡ ổ, kích thước và thông số của ổ (C và C0) Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ Xác định phản lực tổng cộng tác động vào ổ : thông thường các phản lực này đã được xác định khi tính trục cũng chính là lực hướng tâm tác dụng vào ổ. Trường hợp dùng nối trục di động, lực hướng tâm do sự không đồng tâm của hai nửa nối trục gây nên sẽ có chiều bất kỳ, phụ thuộc vào sai số ngẫu nhiên khi lắp nối trục, nhưng khi tính ổ nên chọn thế nào để chiều của lực F này làm tăng phản lực trên các ổ. Rõ ràng là, ngược với khi xét chiều của Fr để tính trục, ở đây nên chọn Fr cùng chiều với lực vòng do các chi tiết quay cùng lắp trên trục trục gây nên. Tính tải trọng quy ước : trường hợp tải trọng tĩnh, tùy theo loại ổ đã chọn để tính tải trọng quy ước Q trên mỗi gối đỡ. Tính khả năng tải động : Trường hợp dùng ổ cùng loại trên hai gối đỡ, nên chọn kích thước ổ như nhau. Kích thước đó được xác định theo khả năng tải động Cd tính từ ổ chịu tải trọng quy ước lớn hơn. Trường hợp dùng ổ khác loại hoặc kết cấu gối đỡ khác nhau thì tính Cd cho từng ổ. Kiểm tra điều kiện : (4-8) Trong đó C – khả năng tải động của ổ tiêu chuẩn, cho trong bảng tiêu chuẩn ổ lăn (bảng P2.7 đến P2.14 – Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – Trịnh Chất – Lê Văn Uyển); d – đường kính trong của ổ. Nếu không thỏa mãn thì tìm biện pháp giải quyết theo các hướng khác. Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ. Hình 7.1. Ổ bi lăn thiết kế bằng solidworks Chọn ổ lăn cho mô hình máy thiết kế Các số liệu như sau : d = 20mm; n= 200vg /ph ; thời hạn sử dụng Lh = 20000h. Phản lực tại các ổ : Plt20 = 10100N, Flt21 = 9885 N ; lực dọc trục Fa = 900N ; Vì tải trọng dọc trục Fa= tương đối nhỏ Fa/Fr = 900/9885 = 0,09 < 0,3 do đó chọn ổ bi đỡ một dãy cỡ trung 312, có C = 64,1 kN, Co = 49,4 kN (P2.7- TTTKHDĐCK). Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ : tiến hành cho ổ 0 vì ổ này chịu tải lớn hơn. Tỉ số Fa/ C0 = 900/49400 = 0,0182. Theo bảng 11.4, e @ 0,2 ; Vì vòng trong quay nên V = 1, do đó Fa/VFr = 900/10100 = 0,089 <e. Vậy X =1; Y= 0 (bảng 11.4 – TTTKHDĐCK). Theo công thức Q =(XVFr + YFa)ktkđ với Y =0 , Q = XVFrktkđ = 1.1.10100.1,3.1 = 13130 N, trong đó theo (bảng 11.3 – TTTKHDĐCK), kđ = 1,3. Theo (bảng 6.4 - TTTKHDĐCK), KhE = 0,25, do đó theo công thức Q =(0,5XVFr + YFa)ktkđ, LhE = 0,25.20000 = 5000 h và theo công thức LhE = KHELhS, LE = 60n.10-6LhE = 60.200.10-6.5000 =60 triệu vòng. Theo công thức Cd = Q. điều kiện (4-8) được thỏa mãn với chênh lệch 12%. Nếu thay bằng ổ cỡ nhẹ thì C = 51kN <Cd = 51,4 kN. Sử dụng ổ bi đỡ một dãy, cỡ trung ta xác định xác suất làm việc không hỏng thực tế. Theo công thức Cd = Q. , tuổi thọ thực tế của ổ LEt = (64,1/13,13)3 = 116 triệu vòng, theo công thức Q =(0,5XVFr + YFa)ktkđ , LhEt =116.106/(60.200) = 9670h. Theo L =a1(C/Q)m, a1= lE/(C/Q)3 = LE/LEt = 60/116 @ 0,52, do đó xác suất làm việc không hỏng thực tế R(t)= 0,96 thay cho 0,9. PHẦN 3 LẮP RÁP HỆ THỐNG CƠ KHÍ CHƯƠNG VIII LẮP RÁP HỆ THỐNG CƠ KHÍ KHÁI NIỆM VỀ CÔNG NGHỆ LẮP RÁP Quá trình sản xuất, chế tạo gồm nhiều quá trình hợp thành, lắp ráp là một quá trình cuối cùng thông qua sự kết nối một cách logic các chi tiết và các bộ phận để tạo ra sản phẩm. Theo VDI 2860 người ta định nghĩa quá trình lắp ráp như sau: “ lắp ráp sự tổng hợp của tất cả các quá trình trong sản xuất để tạo nên những vật thể xác định’ Ngày nay do yêu cầu của sự phát triển sản xuất một số phái niệm trong lắp ráp được mở rộng, chẳng hạn như các quá trình: Lắp ráp – và tháo dỡ tái sinh Hay Lắp ráp – tháo dỡ và kỹ thuật điều khiển. Ta có thể hình dung sự chuyển đổi của một số sản phẩm theo trình tự sau: Sản phẩm - sản xuất - sử dụng - sự ra đời của sản phẩm mớI đã được cải tiến. Một quá trình lắp ráp phải thể hiện những yếu tố sau: Đặc điểm của lắp ráp, tháo dỡ, cơ sở sản xuất thực hiện. Các phương tiện cần thiết. Các dự định về yêu cầu kỹ thuật, sự hợp lý của phương pháp lắp ráp (bằng tay, tự động hay phối hợp). Cách đánh giá sản phẩm: đánh giá theo phương pháp tĩnh hay phương pháp động. Vấn đề là cần được bảo đảm yêu cầu chung của mối quan hệ sau: Sản phẩm< Quá trình < Hệ thống < Môi trường. Có thể nhận biết các yếu tố liên quan đến quá trình lắp ráp và tháo dỡ ở hình sau : Con người - Tổ chức - Kỹ thuật – Môi trường Kinh tế Chất lượng Lắp ráp - Tháo dỡ Chuẩn bị kế hoạch Tính hợp lý tự động hoá Dự đoán, tính logic Điều kiện Giám sát Các yêu cầu khi gia công Chất lượng của lắp ráp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn phụ thuộc vào chất lượng của quá trình gia công cơ đối với chi tiết máy hay bộ phận lắp ráp. Việc lắp ráp chính là tạo nên sự ghép nối giữa các bề mặt của chi tiết bằng nhiều hình thức khác nhau. Việc ghép nốI còn được thực hiện bằng nguyên công bổ xung cần thiết như: điều chỉnh, hiêụ chỉnh, kiểm tra… Đó là lắp ráp bổ xung bên cạnh lắp ráp cơ bản. Thường thời gian lắp ráp bổ xung nhỏ hơn thời gian lắp rap chung, nhưng cũng có trường hợp thời gian này chiếm tớI 2/3 thời gian lắp ráp chung. Ở hình trên trình bày cách sắp xếp và nội dung của quá trình lắp ráp. Quá trình lắp ráp có những đặc trưng sau đây : Thời gian lắp ráp chiếm một phần thời gian chế tạo, chẳng hạn trong ngành chế tạo máy và chế tạo ô tô nó chiếm từ 25% ¸ 50%, trong ngành điện tử, cơ khí chính xác chiếm từ 40 ¸ 70%. Từ các chi tiết, bộ phận rời rạc được ghép nối, điều chỉnh, kiểm tra để tạo ra những sản phẩm với những chức năng sử dụng nhất định. Muốn lắp ráp hiệu quả cần thực hiện những nguyên tắc có tính logic cao, sự chuẩn bị sẵn sàng về mặt tổ chức ở tất cả các lĩnh vực (sức lao động, đối tượng lao động, phương tiện lao động, thông tin lao động …). Nếu sự chuẩn bị không tốt sẽ gây ra tổn thất của quá trình lắp ráp. Quá trình lắp ráp là khâu cuối cùng tạo ra sản phẩm để có thể cung cấp sản phẩm nhanh cho thị trường. Điều đó có một ý nghĩa to lớn về mặt kinh tế - kỹ thuật đối với một cơ sở sản xuất, một xí nghiệp. Uy tín chất lượng và giá thành hợp lý sẽ bảo đảm lợi nhuận cao và lâu df cho một xí nghiệp. Quá trình lắp ráp có thể thực hiện bằng tay hay bằng máy hoặc là phối hợp. 2. KỸ THUẬT LẮP RÁP 2.1. Các phương pháp ghép nối Bảng dưới đây trình bày các phương pháp ghép nối trong lắp ráp. Thường tỷ lệ về khối lượng công việc giữa các phương pháp như sau : Bằng ốc khoảng 68% Vòng hãm khoảng 1% Kẹp khoảng 1% Ép khoảng 10% Các phương pháp đặc biệt 2% Tán rivê 16% Ngược lại với quá trình gia công cơ, trong lắp ráp do tính đa dạng và tính tổng hợp có nhiều trường hợp công việc lắp ráp phải thực hiện bằng tay. Khi lắp ráp bằng tay người ta phải tạo chỗ làm việc phù hợp với điều kiện lao động. 2.2 Các phương pháp lắp ráp Phương pháp Đặc trưng và cách tính Ưu và nhược điểm Ứng dụng Chú ý Phương pháp cực đại, cực tiểu Ở mỗi một mối có thể lắp lẫn hoàn toàn các chi tiết. Ts= T0= T0: dung sai khâu khép kín; Ti: dung sai khau thành phần; m: số khâu thành phần trong chuỗi kích thước; Ts: dung sai tổng hợp Ưu điểm: - Lắpráp nhanh; - Chuẩn bị công nghệ đơn giản; - Bảo dưỡng bán thành phẩm dễ - Dung sai khâu thành phần nhỏ khó chế tạo - Sản xuất hàng khỗi với chuỗi kích thước ít khâu; - Sản xuất hàng khối với dung sai khâu khép kín lớn (Độ chính xác thấp) Chú ý thoả mãn yếu tố kinh tế (chi phí phù hợp) Phương pháp xác suất Dùng lý thuyết xác suất mở rộng dung sai của khâu thành phần và chấp nhận một tỷ lệ phế phẩm Ts’=T0= Ts’ : dung sai tổng theo xác suất ; T : yếu tố rủi ro; C: hệ số phân bố Ưu điiểm: - Dễ gia công do mở rộng dung sai, nâng cao khả năng lắp lẫn. Nhược điểm : - Phải chấp nhận một tỷ lệ phế phẩm Cho chuỗi kích thước có nhiều thành phần với dung sai khâu khép kín nhỏ sản xuất loạt lớn và hàng khối( loạt> 50) Phải biết đường cong phân bố của kích thước thật của khâu thành phần. - Phải chú ý khả năng lắp lẫn chỉ có giới hạn; - t phụ thuộc vào chi phí; - C phụ thuộc vào việc phân bố kích thước thật. Phương pháp lắp chọn Mở rộng dung sai của các khâu thành phần để dễ chế tạo, sau đó chọn lắp theo nhóm để đảm bảo yêu cầu mối lắp. T1=T2=Ti=T=nTt. n: hệ số mở rộng dung sai : Tt: dungsaikhâu thành phầnkhichưa mở rộng Ưu điểm: -Dễ gia công vì dung sai mở rộng; -chi phí cho đo và phân nhóm lớn; -Việc bảo quản bán thành phẩm khó khăn -Cho dây chuyền hàng khối với ít khâu thành phần và dung sai nhỏ. - Cho sản xuất hàng loạt và hàng khối -Hệ số mở rộng dung sai phải bằng nhau -Mối lắp ổn định chất lượng bề mặt và sai số vị trí tương quan phải nhỏ; -phân bố kích thước thật bằng nhau Phương pháp Đặc trưng và cách tính Ưu và nhược điểm Ứng dụng Chú ý Phương pháp lắp điều chỉnh Tất cả các khâu thành phần được nhận dung sai phù hợp (kinh tế,kỹ thuật) do vậy trường dung sai tăng lên, phần tăng lên đó được khắc phục bằng khâu điều chỉnh. Ts= Phải xác định khâu điều chỉnh (khâu bồi thường ) Tk. Hệ số điều chỉnh: nk³ Ưu điểm: -Gia công dễ; -Dễ lắp ráp và điều chỉnh Nhược điểm: -Thêm các chi tiết điều chỉnh -Cho dây chuyền sản xuất hàng khối với nhiều khâu thành phần; -Cho tất cả các loạt sản phẩm -Khâu bồi thường không được ảnh hưởng đến các chuỗi kích thước khác; -Khâu bồi thường không thay đổi, là thành phần cuối cùng của chuỗi kích thước Phương pháp lắp sửa Thay đổi kích thước bằng cạo sửa. Ts= ….. Khâu bồi thường chính là lượng kích thước thay đổi thông qua cạo sửa dk= Ưu điểm -Chế tạo chi tiết dễ. Nhược điểm: -Chi phí do đo lường và cạo sửa dk - Gia công cạo sửa một phần hay toàn bộ. -Tháo dỡ nhiều lần. -Thời gian khó xác định khi lắp ráp theo dây chuyền Cho dây chuyền hàng khối và với chuỗi kích thước nhiều khâu thành phần và dung sai khâu khép kín nhỏ. Cho sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ Khâu bồi thường không được ảnh hưởng đến chuỗi kích thước khác. Khâu bồi thường phải là khâu cuối cùng, khép kín chuỗi kích thước. Bề mặt cần gia công cho khâu bồi thường nên nhỏ. 2.3. Kết cấu của sản phẩm, bộ phận và chi tiết trong lắp ráp Qua phân tích người ta thấy rằng kết cấu của sản phẩm hay chi tiết ảnh hưởng đến 75% chi phí lắp ráp. Điều đó cho thấy ý nghĩa quan trọng của kết cấu sản phẩm đồng thời với việc xác định một hình thức lắp ráp thích hợp. Trong mối quan hệ này cần chú ý rằng hình thức lắp ráp chỉ là một trong rất nhiều quá trình tạo nên sản phẩm. Xuất phát từ nhiệm vụ tổng thể để có thể lựa chọn một hình thức lắp ráp hiệu quả. Tính hiệu quả được đánh giá bằng những phương pháp riêng. Theo Hesse để có thể tránh được những sai sót cơ bản khi thực hiện các hình thức lắp ráp cần dựa theo 10 nguyên tắc dưới đây: Số lượng chi tiết lắp ráp là tối thiểu, ít chủng loại, kích thước của một đơn vị lắp ráp ít chênh lệch nhiều.. Dễ dàng tìm được vị trí lắp, chẳng hạn, mặt dẫn trượt nghiêng, chốt định vị, mặt dẫn hướng, mặt côn định tâm … Cố gắng thiết kế kết cấu, các chuyển động động học đơn giản. Cố gắng tạo ra các mối lắp có thể tiến hành lắp tự động được. Tránh cho dung sai dẫn trượt nhỏ, các chuỗi kích thước quá dài, cố gắng dùng phương pháp lắp lẫn. Cần xác định đúng chi tiết cơ sở (thường là thân máy). Cố gắng thiết kế sản phẩm nhỏ gọn, không chiếm nhiều không gian nhà xưởng, nhẹ để dễ vận chuyển. Cố gắng tạo các nhóm hay bộ phận ít liên quan đến nhau, dễ sửa chữa và kiểm tra. Điều chỉnh đơn giản làm sao thực hiện được khâu bồi thường. Các chi tiết có thể tiến hành lắp tự động. Các vị trí dừng lại hay chuyển động đủ cứng vững, tránh dùng những chi tiết kém cứng vững dễ biến dạng. 3. Tháo dỡ Do sự phát triển của sản xuất và sự khan hiếm dần nguồn tài nguyên thiên nhiên, sự ô nhiễm của môi trường sống, con người phải nghĩ tới việc tái sử dụng các sản phẩm đã sử dụng trong một mức độ cho phép. Với khái niệm tháo dỡ có thể hiểu là ngược với quá trình lắp ráp hay sự tách rời các chi tiết, bộ phận ra khỏi một vật thể (sản phẩm) đã sử dụng. Có thể hình dung diễn biến đó theo một quá trình dưới đây: Vật liệu ® sản xuất ® sản phẩm ® sử dụng ® tái sinh ® vật liệu Quá trình tháo dỡ và tái sinh có thể được thực hiện theo trình tự sau: Tháo dỡ các bộ phận/ sản phẩm. Khi tháo dỡ cần phải : Nắm vững kết cấu của sản phẩm. Xác định các bộ phận, vị trí để tách, tháo ra. Cách sắp xếp các chi tiết. Rửa sạch các chi tiết cần thiết. Kiểm tra phân loại các chi tiết theo từng nhóm: Các cho tiết không cần sửa chữa nhưng vẫn dùng lại được Các chi tiết có thể dùng lại được nhưng cần sửa chữa. Các chi tiết không dùng lại được mà chỉ dùng để tái sinh. Gia công các chi tiết phù hợp, hay có thể thay đổi một vài chi tiết mới. Lắp ráp thành bộ phận sau đó kiểm tra. Với các sản phẩm đã được sử dụng 10¸ 15 năm (thậm chí đã 30 năm) thì việc táo dỡ và tái sinh không mang tính hiệu quả. Những năm gần đây người ta nghiên cứu nguyên tắc lắp ráp và tháo dỡ theo kết cấu sản phẩm, hình dạng các bộ phận, kỹ thuật ghép nối, sự lựa chọn vật liệu. Khi tháo dỡ cần tuân theo 3 nguyên tắc: Giảm tối thiểu nguyên công không cần thiết. Rút ngắn quá trình tháo dỡ đến mức có thể. Tháo dỡ không phá huỷ. Tháo dỡ phá huỷ một phần. Tháo dỡ phá huỷ hoàn toàn. 4. Sơ đồ lắp ráp hệ thống cơ khí. Các phương pháp ghép nối ở đây : Hệ thống cơ khí của máy được lắp ghép chủ yếu bằng mối ghép bằng bu lông đai ốc. Mối ghép này có thể tháo ra được, sử dụng nhiều lần. Ngoài ra còn có một số mối ghép bằng hàn (mối ghép ở cụm trục chính). Mối ghép bằng hàn là mối ghép không tháo được, ứng dụng rất đa dạng. Lắp ráp hệ thống cơ khí của máy tiện thiết kế chủ yếu là lắp ráp bằng tay. Độ chính xác lắp ráp khi hệ thống cơ khí bằng tay không cao. 4.1. Lắp ráp một số chi tiết cơ khí của hệ thống 4.1. Tháo lắp ổ lăn. Để cho ổ lăn hoạt động và đạt được tuổi thọ quy định, cần tháo lắp đúng kỹ thuật và tuân thủ các quy định về vệ sinh, bảo quản ổ lăn. Ổ lăn được lắp lên trục hoặc vỏ bằng phương pháp ép trực tiếp hoặc phương pháp nung nóng. Để tránh làm biến dạng đường lăn và không cho các lực khi lắp truyền trực tiếp qua các con lăn, cần tác động lực đồng đều trên vòng trong khi lắp ổ lên trục hoặc vòng ngoài khi lắp ổ lăn lên vỏ. Mặt khác, để dễ dàng lắp ổ lên trục hoặc vỏ, trước khi lắp cần bôi một lớp dầu mỏng lên bề mặt trục hoặc lỗ. Khi lắp ổ lăn lên trục, không được dùng búa đóng trực tiếp lên ổ. Nên dùng một ống tuyp dài (hìn vẽ) hoặc dụng cụ tương tự để lắp ổ lăn. Chú ý không để ổ bị lệch khi đóng vào trục. Trong trường hợp không có máy ép, đối với ổ cỡ nhỏ có thể dùng búa và đột bằng đồng để lắp ổ . Nếu đầu trục có ren ngoài hoặc ren trong, ta có thể sử dụng ren đó để lắp ổ lăn. Đối với ổ lăn cỡ lớn, để lắp dễ dàng thường sử dụng phương pháp nung nóng lên đến nhiệt độ từ 700 đến 800 C. Tuy nhiên, tuyệt đối không được nung nóng lên đến nhiệt độ 1100C và không nung nóng dưới ngọn lửa trực tiếp. Phương pháp gia nhiệt cảm ứng là phương pháp gia nhiệt ổ sạch sẽ, an toàn nhanh chóng. Cũng có thể dùng phương pháp gia nhiệt khác là phương pháp đun nóng trong bể dầu. Trường hợp này cần sử dụng dầu nhờn có điểm bốc cháy lớn hơn +2500C và dầu phải sạch. Khi tháo ổ lăn ra khỏi trục, cũng có thể dùng phương pháp ép. Trong các trường hợp khác, có thể dùng một dụng cụ đặc biệt. Khi tháo ổ khỏi trục cần tác động lực vào vòng trong, khi tháo ổ khỏi vỏ cần tác động lực vào vòng ngoài. Vì vậy, chiều cao của vai gờ không nên lớn quá. Hình trình bày các phương pháp tháo vòng trong khỏi trục. Lắp động cơ với trục vitme. Lắp động cơ với trục vítme bằng cách sử dụng khớp nối. Khớp nối gồm có : nối trục, li hợp và li hợp tự động. Khớp nối là chi tiết tiêu chuẩn vì vậy trong thiết kế thường dựa vào mômen xoắn tính toán Tt, được xác định theo công thức sau đây để chọn kích thước khớp nối : Tt = k.T ≤ [T] Trong đó : T – mômen xoắn danh nghĩa, k – hệ số chế độ làm việc, phụ thuộc vào loại máy công tác, cho trong bảng 16 -1 (sách TTTKHDĐCK). Sau khi đã chọn được loại khớp nối, dựa vào trị số của Tt và đường kính các đầu trục nối, có thể tra ra các kích thước cơ bản của khớp nối rồi tiến hành kiểm nghiệm độ bền của khâu yếu nhất. Dưới đây trình bày nối trục chặt được áp dụng để nối trục động cơ với trục vitme. Nối trục chặt Đặc điểm của nối trục chặt là dùng để nối cứng các đầu trục có đường tâm trên cùng một đường thẳng và không di chuyển tương đối đối với nhau. Nối trục chặt có cấu tạo đơn giản nhưng đòi hỏi chế tạo, lắp ghép chính xác. Nối trục ống. Cấu tạo bởi một ống bằng thép hoặc gang (hình 8.1), lồng vào đoạn cuối của hai trục và ghép với trục bằng chốt, then hoặc then hoa. Nối trục ống chỉ dùng để nối các trục có đường kính nhỏ (không quá 60÷70 mm). Nối trục ống rất đơn giản, nhẹ và rẻ. Tuy nhiên khi lắp cần có khoảng di chuyển dọc trục lớn và yêu cầu về độ chính xác của vị trí đầu trục, nếu không sẽ suất hiện lực uốn trục. Hình 8.1. Nối trục ống Vật liệu ống là thép 45, khi trục quay chậm có thể dùng gang. Nối trục ống dùng chốt các kích thước có thể xác định theo các hệ thức sau : D = (1,5÷1,8)d l = (2÷4)d e = 0,75d dc = (0,25÷4)d Ứng suất xoắn của ống và ứng suất cắt của chốt phải thỏa mãn các điều kiện sau : (8-1) (8-2) Trong đó [tX] = (0,3÷0,4)sch ; = 0,25 )sch . Kiểm tra và bảo dưỡng máy Kiểm tra Kiểm tra độ tròn, độ thẳng, độ song song của 2 dẫn hướng và trục vitme, trục chính. Kiểm tra độ đảo của trục chính và các trục. Kiểm tra độ bền độ cững vững của các trục. Kiểm tra độ bền độ cứng vững của thân máy, bàn máy, bàn dao. Kiểm tra đánh giá độ chính xác gia công. Bảo dưỡng máy Vệ sinh sạch sẽ máy. Sơn chống gỉ các bề mặt. Tra dầu mỡ vào các trục và ổ lăn. CHƯƠNG 9 HỆ THỐNG GIA CÔNG CƠ KHÍ TRÊN MÁY TIỆN CNC 1. Tiện Tiện là phương pháp gia công cắt gọt được thực hiện nhờ chuyển động chình thông thường do phôi quay tròn tạo thành chuyển động cắt Vc kết hợp với chuyển động tiến dao là tổng hợp hai chuyển động tiến dao dọc Sd và tiến dao ngang Sng do dao thực hiện Khi tiện trục trơn chuyển động tiến dao Sng = 0, chuyển động tiến dao dọc Sd 0. Khi tiện mặt đầu hoặc cắt đứt chuyển động tiến dao dọc Sd = 0 chuyển động tiến dao ngang Sng 0. Tiện là phương pháp gia công cắt gọt thông dụng nhất. Máy tiện chiếm khoảng 25% đến 35% tổng số thiết bị trong phân xưởng gia công cắt gọt.2. Khả năng công nghệ của tiện 2. Khả năng công nghệ của tiện 2.1 Khả năng tạo hình. Tiện có thể gia công được nhiều bề mặt khác nhau như các mặt tròn xoay trong và ngoài, các loại ren, các bề mặt côn, các mặt định hình v.v… 2.2 Khả năng đạt độ chính xác gia công khi tiện. Độ chính xác của nguyên công tiện phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau đây: - Độ chính xác của máy bao gồm: độ đảo trục chính, độ song song của sống trượt với đường tâm trục chính, độ đồng tâm ụ động và tâm trục chính, v.v… Tình trạng dao cụ Trình độ tay nghề của công nhân. Khi gia công trên máy tiện CNC chất lượng nguyên công ít phụ thuộc vào kỹ năng và kỹ xảo của người thợ so với khi gia công trên máy vạn năng. Dạng bề mặt gia công Độ chính xác kích thước (TCVN) Chiều cao nhấp nhô () Rz Ra - Tiện ngoài: thô bán tinh tinh tiện mỏng - Khoan: - Khoét: thô bán tinh tinh - Doa: thô tinh mỏng - Tiện trong: thô bán tinh tinh mỏng - Xén mặt đầu: thô tinh mỏng 13-12 11-9 8-7 7-6 12-11 12-11 11 9-8 9-8 7-6 6 13-12 11-10 9-7 6 12 11 8-7 80 40-20 - - 40-20 40 20 - - - - 80-40 40-20 - - 40 20 - 80 40-20 - - 40-20 40 20 - - - - 80-40 40-20 - - 40 20 - Độ chính xác về vị trí tương quan như độ đồng tâm giữa các bậc trục, độ đồng tâm giữa mặt trong và mặt ngoài phụ thuộc vào phương pháp gá đặt phôi, độ chính xác của máy và có thể đạt được 0,01 mm. Khi tiện ren độ chính xác có thể đạt cấp 7, Ra= 2,5 ÷ 1,25 mm. 3. Năng suất và chi phí gia công khi tiện Năng suất và chi phí khi tiện phụ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể như độ cứng vững của hệ thống công nghệ, vật liệu phôi, hình dạng kích thước phôi, vật liệu dao, kết cấu của bộ phận cắt của dao, chế độ cắt, công nghệ trơn nguội (thành phần, phương pháp, chế độ bôi trơn và làm nguội), trình độ tay nghề của công nhân, yêu cầu kỹ thuật của nguyên công … Lựa chọn chế độ cắt kinh tế khi tiện : Nếu gọi Q là thể tích phoi được cắt đi trong một đơn vị thời gian ta có : Q = A.v = t.s.v (mm3/giây hoặc mm3/phút) Trong đó : A = s.t là tiết diện ngang của phoi (mm2) V là vận tốc trung bình (mm/phút hoặc mm/giây). Khi thay đổi chế độ cắt thì lực cắt Fc, lực cắt đơn vị Kc và công suất cắt Pc cũng thay đổi (bảng). Kết quả bảng trên cho thấy : - Tăng chiều sâu cắt dẫn tới lực cắt và công suất cắt tăng mạnh trong khi đó nhiệt độ ở lưỡi cắt, lực cắt đơn vị Kc và lượng mòn đơn vị của dụng cụ cắt (ví dụ lượng mài mòn trên một dơn vị chiều dài của lưỡi cắt) không tăng. - Tăng bước tiến dao dẫn tới lực cắt, công suất cắt, nhiệt độ ở lưỡi cắt tăng do đó lượng mòn đơn vị của dụng cụ cắt và lực đơn vị giảm nhẹ. - Tăng tốc độ cắt dẫn đến tăng công suất cắt và nhiệt độ ở lưỡi cắt, do đó tăng lượng mòn đơn vị của dụng cụ cắt mặc dù lực cắt và lực cắt đơn vị giảm nhẹ. Như vậy muốn chọn chế độ cắt kinh tế phải giải bài toán tối ưu khi tiện trong điều kiện gia công cụ thể. Trong trường hợp chưa có điều kiện giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu có thể sử dụng các thông tin kinh nghiệm dưới đây : - Khi tiện thô nên chọn t,s lớn để giảm số lần cắt và thời gian cơ bản t0 và nâng cao năng suất cắt. - Khi tiện tinh nên chọn t sao cho nhiệt cắt không quá lớn ảnh hưởng tới chất lượng và độ chính xác gia công, chọn s theo quan điểm đảm bảo độ nhám bề mặt nhưng không quá nhỏ gây ra hiện tượng trượt và rung động ảnh hưởng đến chất lượng và năng suất. - Khi tiện tinh mỏng nên dùng dao kim cương và dao hợp kim cứnghoawcj dao chế tạo từ vật liệu CBN (cacbit bo nitrit có cấu trúc mạng tinh thể lập phương thẻ tâm) được mài đúng tiêu chuẩn, chọn bước tiến s và chiều sâu t nhỏ, tốc độ cắt v lớn. Ví dụ khi tiện tinh các kim loại đen chọn s = 0,01 ÷ 0,02 mm/ vg ; t = 0,05 ÷ 0,3 mm ; v = 120 ÷ 130 m/phút, với kim loại màu v = 1000 m/phút. Khi tiện mỏng có thể đạt độ chính xác cấp 5, Rz = 1,6 mm. Muốn đạt độ chính xác cao có thể cắt bằng hai lần chuyển dao trên cùng một lần gá đặt với 1 dao hoặc cắt bằng một lần chuyển dao nếu dùng 2 dao gá so le sẽ nâng cao năng suất mà vẫn đảm bảo chất lượng với lượng dư : Zb1 =2/3 Zb0 Zb2 = Zb0 Trong đó Zb0 = 0,3 ÷ 0,4 mm. Khi tiện tinh mỏng cũng như khi gia công thô cần dùng dung dịch trơn nguội để giảm nhiệt độ vùng cắt, giảm ma sát, giảm mài mòn của dụng cụ, do đó nâng cao năng suất và độ chính xác gia công. Thành phần của dung dịch trơn nguội, chế độ công nghệ và phương pháp tưới dung dịch trơn nguội phụ thuộc vào thành phần vật liệu gia công và vật liệu làm dao. 4. Các biện pháp công nghệ khi tiện. 4.1. Các phương pháp gá đặt khi tiện Chọn chuẩn và phương pháp gá hợp lý chẵng những ghóp phần đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công mà còn giúp cho việc thiết kế đồ gá đơn giản, dễ thao tác, có thể gia công nhiều bề mặt cùng một lúc làm giảm thời gian gia công cơ bản T0, giảm thời gian phụ Tph và thời gian chuẩn bị kết thúc Tcbkt ghóp phần nâng cao năng suất và hạ giá thành. Việc chọn chuẩn công nghệ khi tiện phụ thuộc vào vị trí cần gia công (mặt trong, mặt ngoài hay mặt đầu), hình dạng kích thước chi tiết và độ chính xác yêu cầu. Khi gia công mặt ngoài thì chuẩn có thể là mặt ngoài, mặt ngoài kết hợp với mặt đầu, 2 lỗ tâm, mặt đầu kết hợp kết hợp với lỗ tâm, mặt lỗ (nếu chi tiết có lỗ đã gia công qua) hoặc mặt lỗ kết hợp với mặt đầu. Khi gia công mặt trong thì chuẩn là mặt ngoài hoặc mặt ngoài kết hợp với mặt đầu. Khi gia công chi tiết dạng hộp hoặc dạng càng người ta thường chọn chuẩn là mặt phẳng đáy kết hợp với hai lỗ vuông góc với đáy. Tùy theo cách chọn chuẩn có thể có các cách gá đặt sau đây khi gia công trên máy tiện (hình 9.1) Mối tương quan giữa đường kính và chiều dài phôi ảnh hưởng rất lớn tới sự ổn định của chi tiết khi gá đặt (bảng 9.1) Kiểu gá đặt Ổn định Kém ổn định Không ổn định Gá trên 2 mũi tâm L≤ 6.d Với d > 60mm L = (6…12)d Với d< 60mm L≥12.d Gá trên mâm cặp L≤d L = (1…2).d L> 2.d Hình 9.1a. Các phương pháp gá đặt khi tiện 4.2. Gá đặt dao khi tiện Thông thường phải gá dao sao cho lưỡi cắt nằm trong mặt phẳng nằm ngang đi qua tâm của chi tiết, đặc biệt đối với tiện cắt đứt và tiện ren. Nếu mũi dao cao hơn tâm khi tiện cắt đứt sẽ để lại 1 lõi nhỏ, càng vào gần tâm càng khó cắt và dao dễ bị gãy. Hình 9.1b Sơ đồ gá dao khi tiện Để đảm bảo profin ren chính xác khi tiện ren phải gá dao sao cho trục đối xứng của dao vuông góc với đường tâm chi tiết, đồng thời mựt trước của dao phải trùng với mặt phẳng nằm ngang đi qua tâm chi tiết. Nếu trục dao không vuông góc với tâm chi tiết profin ren sẽ không đối xứng, người ta gọi hiện tượng đó là ren bị đổ. Nếu mặt trước của dao cao hoặc thấp hơn tâm, hoặc mũi dao nằm trong mặt phẳng ngang tâm nhưng mặt trước của dao quay quanh trục õ hoặc oy một goc nhỏ sẽ dẫn tới lưỡi dao cao hoặc thấp hơn tâm làm cho profin ren bi sai lệch. Các phương pháp cắt khi tiện Hình 9.2. Sơ đồ cắt khi tiện thô mặt ngoài a – Căt tằng lớp ; b – Cắt từng đoạn ; c – Cắt phối hợp Phương pháp cắt có ảnh hưởng quyết định tới năng suất và chất lượng nguyên công. Khi tiện thô mặt ngoài có thể cát theo từng lớp (hình 9.2a ), cắt từng đoạn (hình 9.2b ) hoặc cắt phối hợp (hình 9.2c). Cắt từng lớp theo thứ tự 1, 2, 3, (hình 9.2a) lực cắt nhỏ, biến dạng hệ thống nhỏ nên độ cứng vững cao, có thể đạt đọ chính xác cao nhưng năng suất thấp vì tổng đoạn đường di chuyển dao lớn. Khi cắt theo từng đoạn (hình 9.2b), trên mỗi đoạn không thể cắt một lần mà phải phân chia làm nhiều mặt lần cắt, lượng dư lớn và không đều, lực cắt lớn, biến dạng hệ thống lớn nên độ cứng vững thấp, tuy nhiên phương pháp này cho năng suất cao. Phương pháp cắt phối hợp (hình 9.2c) khắc phục được nhược điểm của hai phương pháp trên. 5. Dụng cụ cắt trên mô hình máy tiện điều khiển bằng máy tính Trong công nghệ gia công cơ khí, chúng ta có thể sử dụng nhiều dụng cụ cắt khác nhau về hình dạng, về kết cấu. Có loại rất đơn giản (như dao đơn), có loại rất phức tạp (như dao chuốt, dao lăn răng). Cho dù có nhiều chủng loại khác nhau nhưng chúng vẫn có một nét chung là: Dao đơn thì đứng một mình, dao phức tạp là do nhiều loại dao đơn ghép lại trong một không gian nhất định. Do vậy về mặt hình học, chỉ cần khảo sát tỉ mỉ về dao đơn, còn dao nhiều răng sẽ được suy diễn từ những khái niệm và định nghĩa tổng quát cho dao đơn. 5.1. Thành phần kết cấu và thông số hình học của dao tiện 5.1.1. Phân loại dao tiện Trong thực tế có rất nhiều kiểu dao tiện khác nhau, ở đây chỉ giới thiệu vài kiểu dao hay gặp nhất (hình 9.3). Hình 9.3. Sơ đồ các kiểu dao tiện thông dụng - Hình 9.3a : dao tiện đơn đầu thẳng hay còn gọi là dao chữ nhân, dùng tiện phá mặt ngoài. - Hình 9.3b : Dao tiện đầu cong, dùng tiện phá tiện mặt đầu. - Hình 9.3c : Dao tiện cắt rãnh hoặc cắt đứt. - Hình 9.3d : Dao tiện lỗ thông. - Hình 9.3e : Dao tiện để móc lỗ tịt. - Hình 9.3g : Dao tiện ren. - Hình 9.3h : Dao tiện định hình lăng trụ và hình đĩa dùng gia công những chi tiết định hình, dùng trong sản xuất hàng loạt hoặc hàng khối. 5.1.2. Thông số hình học của dao tiện (dao đơn) Trên chi tiết đang gia công có các bề mặt quy ước như sau : Hình 9.4. Các bề mặt quy ước trên chi tiết đang gia công Bề mặt đã gia công ký hiệu cữ E ; Bề mặt đang gia công ký hiệu chữ C ; Bề mặt chưa gia công ký hiệu chữ F ; Những bộ phận chính của dao Hình 9.5. Các yếu tố kết cấu của dao tiện Dao tiện, còn gọi là dao đơn, có hình rất đơn giản. Bề mặt của nó giống như một thanh kim loại được tạo thành các lưỡi cắt. Tuy nhiên, nó cũng được chia làm hai phần chính : phần thân dao và phần làm việc. Phần thân : Thường có tiết diện hình chữ nhật hoặc hình tròn dùng kẹp trên đài gá dao. Phần làm việc : Còn gọi là phần cắt. Về mặt hình học, nó là một khối tam diện gồm 3 bề mặt sau đây tạo thành : - Mặt trước 1 : Khi cắt kim loại phoi trượt thoát ra theo mặt này. - Mặt sau chính 2 : Đối diện với bề mặt cắt trên phôi tức là mặt đang được gia công - Mặt sau phụ 3 : Đối diện với bề mặt đã gia công. Ba bề mặt trên (thường là mặt phẳng) giao nhau tạo thành lưỡi cắt số 4 và 5. - Lưỡi cắt chính 4 : là dao tuyến của mặt trước 1 và mặt sau chính 2. Nó có nhiệm vụ cắt lượng dư kim loại của phôi. Lưỡi cắt chính có thể là thẳng cũng có thể là cong khi mặt trước 1 hoặc mặt sau là cong. - Lưỡi cắt phụ 3 : là dao tuyến của mặt 1 và 3. - Mũi dao 6 là giao điểm của 2 lưỡi cắt thẳng 4 và 5. 5.2. Động học của quá trình cắt Phần này này tập trung vào nghiên cứu các chuyển động phối hợp khi cắt vật liệu để tạo phoi và tạo hình dáng bề mặt. Cụ thể là phân biệt được chuyển động cắt chính và chuyển động chạy dao, chuyển động bổ trợ của các phương pháp gia công khác nhau. Các chuyển động trong quá trình cắt vật liệu Mục đích của quá trình cắt vật liệu là : Cắt hết lượng dư vật liệu. Tạo hình bề mặt chi tiết theo yêu cầu. Để thực hiện mục đích trên quá trình cắt đều phải có những chuyển động sau : - Chuyển động cắt chính ; - Chuyển động chạy dao gồm chuyển động chạy dao dọc và chuyển động chạy dao ngang. - Chuyển động hỗ trợ : Chuyển động dao cắt lớp cắt khác. Quá trình tiện. Phôi nhận chuyển động quay n (vg/ph) từ động cơ công tác để thực hiện công cắt chính, còn dao tiện kẹp trên bàn dao thực hiện chuyển động chạy dao dọc để cắt hết bề mặt gia công : chuyển động chạy dao ngang sau mỗi hành trình chạy dao dọc với lượng tiến dao tmm vuông góc với bề mặt gia công nhằm cắt hết lượng dư gia công, được thực hiện bằng tay hoặc chương trình định sẵn. Hình 9.6. Mô tả quá trình tiện 5.3. Động lực học trong khi cắt Lực cắt và thành phần lực cắt khi tiện. Hình 9.7. Lực cắt khi tiện Khi tiện, lực cắt tổng P là tổng vectơ của lực pháp và lực ma sát trên mặt trước và mựt sau của dao. Trường hợp chung, P không nằm trong mặt phẳng tiết diện chính N – N mà lệch đi một góc nào đó. Khi thay đổi vật liệu gia công, hình học của dao, chế độ cắt thì P thay đổi về độ lớn và hướng. Do đó, để tính công suất máy, tính toán độ bền của hệ thống thì người ta chỉ quan tâm đến các thành phần lực cắt Pz, Py, Px trên các trục X, Y, Z. Pz – gọi là lực vòng hay lực cắt chính. Py – gọi là lực hướng kính. Px – gọi là lực chiều trục hay chạy dao. Trong quá trình cắt chỉ có Pz và Px sinh công vì điểm đặt của lực “ O ” dịch chuyển trong phương của lực. Công suất tiêu hao để giải quyết 2 lực này là : - Ncz : Công suất cắt chính : (kW) (9-1) - Ncx : Công suất chạy dao : (kW) (9-2) (Sph= S.n) Thực tế thường Ncx nhỏ hơn Ncz nhiều do đó công suất hiệu dụng của máy chỉ tính theo Pz : (9-3) Pz – lực vòng đơn vị (N) v - vg/ph – tốc độ cắt Nói chung các lực Pz, Py, Pz chịu ảnh hưởng của các yếu tố của chế độ cắt, thông số hình học dao không theo cùng quy luật. Với chế độ cắt thực tế và dao tiện có các góc j = 450, l = 0, g = 150 ; tỉ số t/s > 10 thì có quan hệ gần đúng sau : Pz : Py : Px = 1 : (0,4÷0,5) : (0,25÷0,3) Lúc đó : P = (9-4) Nghĩa là lực cắt thành phần Pz khác lực cắt tổng P không đáng kể. Cụm trục chính Cụm bàn dao trên PHẦN 4 THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN MÁY CHƯƠNG X THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN I. Tủ điện điều khiển 1. Thiết kế mạch 1.1 Bộ nguồn - Thông số và chức năng: Công suất 100W Cung cấp điện áp 12V (khối điều khiển), 8V (mạch điều khiển động cơ truyền động ăn dao), 18V (động cơ trục chính). - Sơ đồ nguyên lý: 1.2 Mạch xử lý trung tâm - Thông số và chức năng : 24 đường tín hiệu có khả năng lập trình Giao tiếp với máy tính qua cổng RS232 Tạo xung chùm với tần số 1÷50 kHz Điều khiển động cơ theo phương pháp băm xung giảm tổn hao, độ chính xác điều khiển cao Có khả năng thay đổi tốc độ động cơ trục chính đảm bảo vận tốc dài bằng hằng số trong quá trình gia công - Sơ đồ nguyên lý: Khối xử lý trung tâm: - Sử dụng họ vi điều khiển 8051 do hãng Philip chế tạo - Các đặc điểm chính + Điện áp nguồn nuôi và điều khiển: 0V (mức 0) và 5V( mức 1) + Bộ nhớ Flash 64K chứa chương trình làm việc + Tần số làm việc 0..24MHz + 1K RAM trong dùng lưuu trũ dữ liệu + 32 chân vào ra dữ liệu có thể lập trình được + Giao tiếp RS 232( UART) + Hỗ trợ Watchdog tự Reset khi bị treo Khối tạo xung chùm Khối phát xung IC555 Xung điều khiển NAND (IC 7408) Xung chùm - Tạo xung chùm dải tần số 1÷50kHz - Sử dụng IC 7408 và IC 555 Khối giao tiếp với máy tính - Sử dụng IC Max232 giao tiếp với máy tính - 4 đường tín hiệu: RxD, TxD: truyền nhận dữ liệu CTS, RTS: truyền bắt tay với phần mềm điều khiển 1.3 Mạch công suất điều khiển động cơ bước - Thông số và chức năng: + Điện áp định mức 30V, dòng điện định mức 30A + Điều khiển động cơ bước 4- 5 cuộn dây pha + Có cảm biến dòng và cảm biến áp. - Sơ đồ mạch nguyên lý mạch điều khiển một pha: Đầu tín hiệu Ghi chú DK_A Tín hiệu điều khiển pha A PHASE_A Tín hiệu ra cuộn dây pha A Hệ thống bảo vệ: Đầu ra Ghi chú PHA1 Tín hiệu báo có nguồn cung cấp cho động cơ PHA2 Tín hiệu báo có nguồn cung cấp cho mạch mở FET PHD Tín hiệu báo quá dòng 1.4 Mạch công suất điều khiển trục chính - Thông số và chức năng: + Điện áp định mức 30V, dòng điện định mức 10A + Điều khiển 2 chiều 1 động cơ một chiều + Băm xung theo cả hai chiều để điều khiển tốc độ - Sơ đồ nguyên lý: Đầu ra Ghi chú DC1 Đầu nối ra động cơ DC2 Đầu nối ra động cơ Đầu vào Ghi chú DK1 Tín hiệu điều khiển chiều quay DK2 Tín hiệu điều khiển băm xung Vpp Nguồn ( + ) cung cấp cho động cơ 12V Nguồn ( + ) cung cấp cho Rơ le GND Nguồn ( - ) cung cấp cho mạch 2. Phương pháp điều khiển Phương pháp điều khiển động cơ bước kiểu băm xung Sơ đồ thí nghiêm: Điện trở Rsun là điện trở công suất Rsun=1Ω - Mục đích tìm tần số tối ưu khi điều khiển động cơ bước. Động cơ đủ mômen và động cơ không nóng. - Tiến hành thí nghiệm: Lắp sơ đồ như hình vẽ Thay đổi tần số xung điều khiển 10KHz÷50KHz ( Xung điều khiển là xung vuông, duty 50%, được tạo nhờ máy phát xung). - Kết quả thí nghiệm: Điều kiện thí nghiệm : Vnguồn=12V, điện trở cuộn dây pha R=3.2 Ω, Vôn kế là đồng hồ điện tử f(KHz) Vôn kế(V) I(A) 10 0.7 0.7 15 0.65 0.65 20 0.649 0.649 25 0.63 0.63 30 0.6 0.6 35 0.72 0.72 40 0.73 0.73 45 0.73 0.73 50 0.75 0.75 - Phân tích số liệu: Cuộn dây pha ngoài điện trở còn có điện cảm. Ở tần số làm việc tăng ta có: f tăng->XL=2П*f*L tăng -> tổng trở mạch tăng. Tổng trở mạch tăng -> dòng điện trong mạch giảm-> điện áp trên 2 đầu điện trở Rsun giảm. Dựa vào kết quả thí nghiệm ta thấy giải làm việc của động cơ trong khoảng dưới 25KHz là thỏa mãn. Ngoài 25KHz động cơ bị bão hòa từ nên không đúng. Trong đồ án chọn tần số tối ưu 20KHZ. Tần số này do IC555 tạo ra. Thực tế khi cho động cơ chuyển động không tải dưới điện áp Vnguồn=12V động cơ rất nóng. Ở đây chọn Vnguồn=8V Ưu và nhược của phương pháp điều khiển kiểu băm xung - Ưu điểm: Linh kiện ở Việt Nam đáp ứng được thông số yêu cầu của mạch Không gây tổn hao do không dùng điện trở Có thể dùng cho nhiều loại động cơ, thay đổi bằng cách thay đổi tần số điều khiển-> thay đổi dòng điện. - Nhược điểm: Tại tần số hoạt động lớn động cơ vẫn nóng. Linh kiện sử dụng trong mạch IC74LS08 Đặc tính: - Điện áp 5V - Đầu ra có khả năng lái 10 tải TTL - Chứa bốn cổng AND bên trong Sơ đồ chân: Bảng sự thật: IC 555 Đặc tính: - Điện áp 5÷18V - Đầu ra cấp dòng 200mA điều khiển tải TTL - IC555 thường được sử dụng để tạo xung vuông Sơ đồ cấu trúc IC LM324 Đặc tính: - Điện áp 5V - Có 4 bộ khuếch đại thuật toán - Sử dụng làm bộ so sánh tạo tín hiệu điều khiển Sơ đồ chân Sơ đồ cấu trúc bộ khuếch đại thuật toán IC MAX232 Đặc tính: - Điện áp 5V - Sử dụng ghép nối với máy tính qua cổng nối tiếp (9 chân hoặc 25 chân) Sơ đồ chân  Sơ đồ cấu trúc bên trong Transistor trường IRFZ44N Đặc tính: - Mosfet kênh N - Điện áp VDS=55V, dòng điện ID=49A - Điện trở RDS(on)=17.5mΩ - Điện áp cực cửa và cực nguồn VGS(max) =±20V Sơ đồ chân Cấu trúc họ vi điều khiển 8051 Họ vi điều khiển 8051 do hãng Intel thiết kế, IC vi điều khiển ký hiệu P89CRD2 là một phiên bản cải tiến của 8051 do hãng Philips thiết kế. Dưới đây là các đặc điểm chính: - Điện áp nguồn nuôi và điều khiển: 0V (mức 0) và 5V( mức 1) - Bộ nhớ Flash 64K chứa chương trình làm việc - Tần số làm việc 0..24MHz - 1K RAM trong dùng lưu trũ dữ liệu - 32 chân vào ra dữ liệu có thể lập trình được - Giao tiếp RS 232( UART) - Hỗ trợ nạp chương trình trực tiếp không cần mạch nạp - Hỗ trợ Watchdog tự Reset khi bị treo Chức năng các chân của vi điều khiển: Port 0 từ chân 32 đến chân 39 (P0.0- P0.7). Port 0 có 2 chức năng: trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường I/O bình thường, đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng nó được kết hợp giữa đường bus địa chỉ và bus dữ liệu. Port 0 không có điện trở kéo lên bên trong, thường được sử dụng làm đầu vào các công tắc hành trình. Port1 từ chân 1 đến chân 8 (P1.0- P1.7). Port 1 là port IO dùng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi. Port2 từ chân 21 đến chân 28 (P2.0- P2.7). Port 2 có tác dụng kép có thể dùnglà đường IO dùng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi hoặc byte của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng. Port 3 từ chân 10 đến chân 17 (P3.0-P3.7). Port 3 có tác dụng kép, các chân của port này có nhiều chức năng: Bít Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 RxD Ngõ vào dữ liệu nối tiếp P3.1 TxD Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp P3.2 INT0\ Ngõ vào ngắt ngoài 0 P3.3 INT1\ Ngõ vào ngắt ngoài 1 P3.4 T0 Ngõ vào TIMER/ COUNTER 0 P3.5 T1 Ngõ vào TIMER/ COUNTER 1 P3.6 WR\ Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài P3.7 RD\ Tín hiệu đọc bộ nhớ ngoài Sơ đồ chân: Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển P89cRD2 II. Phầm mềm mô phỏng và điều khiển máy 1 Mô phỏng tiện chi tiết - Chức năng: Đọc file DXF (định dạng file Cad) Vẽ mô phỏng chuyển động cắt chi tiết theo bản vẽ CAD - Sơ đồ xử lý thông tin: Bản vẽ CAD định dạng dưới dạng file DXF (dạng text). Xử lý file CAD lấy các thông số hình học. Lấy tọa độ các điểm biên cho vào danh sách liên kết. Sử dụng giải thuật Bresenham tìm ra các điểm trên đường biên-> cho vào danh sách liên kết. Mô phỏng quá trình cắt 2 Điều khiển máy 2.1 Chức năng: Đọc file GCode chuyển thành các lệnh điều khiển máy Lập trình để thay đổi chi tiết gia công 2.2 Thuật toán điều khiển máy a. Thuật toán xử lý file GCode Cấu trúc dòng lệnh: Số thứ tự câu Thông tin dịch chuyển Thông tin vận hành máy Mã dịch chuyển Các trục tọa độ Lượng chạy dao Số vòng quay Dụng cụ cắt Chức năng phụ N G X Z F S T M N1 G90 F100 S3000 T0102 N2 G00 Z-200 M03 N3 G00 X50 N4 G01 Z150 File GCode được định dạng file text nên có một vấn đề khó khăn khi xử lý file là làm cách nào lấy được các thông số cần thiết. Ví dụ: Làm cách nào lấy được thông số tọa độ của X***. Trong đó ***là tọa độ cần lấy. Khai báo :char data[256]; Khi cần lấy thông số về trục X: data chứa nội dung dòng lệnh Tìm vị trí chữ 'X' trong data Chuyển toàn bộ xâu số sau 'X' sang số Trong kỹ thuật lập trình có lệnh để thực hiện việc này: char *pdest;//Khai báo con trỏ pdest=strchr(data,'X');//pdest trỏ vào vị trí của chữ X trong data if (pdest!=NULL) toadoX=atoi(&(pdest[1])); atoi(*string): chuyển xâu sang số nguyên. atof(*string): chuyển xâu sang số thực. b. Thuật toán nội suy tuyến tính điều khiển 2 động cơ bước di chuyển từ điểm (Xa,Za) đến (Xb,Zb) Qui ước chương trình con: "Tăng X" điều khiển động cơ trục X quay một bước theo chiều mang dao chuyển động theo chiều (+). "Giảm X" điều khiển động cơ trục X quay một bước theo chiều mang dao chuyển động theo chiều (-). "Tăng Z" điều khiển động cơ trục Z quay một bước theo chiều mang dao chuyển động theo chiều (+). "Giảm Z" điều khiển trục động cơ Z quay một bước theo chiều mang dao chuyển động theo chiều (+). Qui tắc điều khiển động cơ bước: Nếu trị tuyệt đối của sai số dịch chuyển trên 2 trục lớn hơn suất đơn vị của động cơ thì động cơ sẽ dịch chuyển một bước và cập nhật vị trí mới của động cơ đồng thời sai số được gán bằng 0. Như ở trong bảng số liệu khi n=7: nên trục X di chuyển một bước (di chuyển giảm một bước do errorX<0) sau đó errorX=0, trong khi errorZ=-0.007. Khi n=13 thì nên trục Z di chuyển một bước (di chuyển giảm một bước do error<0) sau đó errorZ=0, trong khi errorX=0.012,...cứ như thế đến khi di chuyển hết chiều dài nội suy. Sơ đồ khối của thuật toán: Sai Đúng Đúng Sai Đúng Sai Sai Đúng Sai Đúng Bắt đầu errorX=0; errorZ=0; i=0; errorX=errorX+(Xb-Xa)/N errorZ=errorZ+(Zb- Za)/N errorX>0? tăng X; giảm X errorX=0; errorZ>0? tăng Z; giảm Z errorZ=0; i++; i<=N Kết thúc c. Thuật toán ổn định tốc độ trục chính Sử dụng Timer 2 của vi điều khiển để tạo ra xung PWM điều khiển tốc độ trục chính. Timer 2 dùng trong chế độ nạp lại 16 bit. Giá trị nạp lại lưu trong 2 thanh ghi RCAP2H (lưu byte cao) và RCAP2L (lưu byte thấp). Chế độ nạp lại 16 bit: Đó là bộ định thời 16 bit nên chỉ cho phép các giá trị từ 0000 đến FFFFH được nạp vào thanh ghi RCAP2H, RCAP2L của bộ định thời. Sau khi RCAP2H và RCAP2L được nạp giá trị 8 bit thì 8051 sao nội dung đó vào 2 thanh ghi TH2 và TL2 và bộ đinh thời được khởi động. Bộ định thời sau khi được khởi động thì bắt đầu đếm tăng bằng cách tăng thanh ghi TL2. Bộ định thời đếm cho đến khi đạt giá trị tới hạn của thanh ghi TL2 là FFH thì khi giá trị trong TL2 quay vòng từ FFH về 00 thì cờ bộ định thời tăng TH2 lên một giá trị quá trình lại bắt đầu. Khi bộ định thời đếm hêt FFFFH thì cờ TF2 được thiết lập báo có một ngắt xảy ra Cờ TF được tự xoá bằng phần mềm và bộ định thời lại bắt đầu một chu trình mới Hình 10.1 Chế độ nạp lại 16 bits Ta định nghĩa bít pwm chứa giá trị điều khiển. Khởi động timer 0, bít pwm=1. Khi xảy ra ngắt do timer2: Dừng Timer 2 Nạp lại giá trị cho 2 thanh ghi; Đảo pwm; Khởi động lại Timer; Hình dạng xung PWM: FFFFH giá tri nạp lại ban đầu Bằng việc thay đổi giá trị nạp lại ta sẽ thay đổi được tốc độ trục chính. Giá trị nạp lại của timer2 phụ thuộc vào đường kính của phôi. Mục đích việc tối ưu hóa vận tốc là: Khi đường kính của phôi tăng thì vận tốc trục chính giảm, và ngược lại khi đường kính phôi giảm thì vận tốc trục chính tăng. Khi giá trị nạp lại càng tăng thì khoảng xung có tín hiệu tăng nên vận tốc trục chính tăng. Thuật toán tối ưu vận tốc trục chính: Lấy tọa độ dao theo trục X Tính giá trị nạp lại cho bộ định thời Khởi động bộ định thời 3 Giao diện phần mềm Thông số hoạt động của máy: - Công suất động cơ trục chính 100W, dải điều chỉnh tốc độ: 100÷ 900 vòng.phút, có khả năng đảo chiều quay. - Tốc độ chạy dao: 0.05mm/s ÷ 1mm/s - Khả năng gia công: Đường kính phôi lớn nhất: 30mm, chiều dài phôi lớn nhất: 80mm Gia công tạo hình: tiện trụ hoặc côn. Lời kết Với sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của TS. Phạm Văn Hùng chúng tôi đã hoàn thành được nhiệm vụ thiết kế mô hình máy tiện điều khiển bằng máy tính. Trong quá trình thiết kế mô hình chúng tôi đã đạt được một số kết quả : Thiết kế và chế tạo thành công mô hình máy tiện với các thông số hoạt động : - Công suất động cơ trục chính 100W, dải điều chỉnh tốc độ: 100÷ 900 vòng.phút, có khả năng đảo chiều quay. - Tốc độ chạy dao: 0.05mm/s ÷ 1mm/s - Khả năng gia công: Đường kính phôi lớn nhất: 30mm, chiều dài phôi lớn nhất: 80mm Gia công tạo hình: tiện trụ hoặc côn. Tuy nhiên trong quá trình thiết kế mô hình máy tiện của chúng tôi vẫn còn một số hạn chế kết cấu cơ khí chưa chính xác, độ chính xác gia công chưa cao, hệ thống điều khiển vẫn còn một số hạn chế. Hướng phát triển của đề tài là mong muốn hoàn thiện hơn về kết cấu cơ khí cũng như hệ thống điều khiển. Vì vậy chúng tôi rất mong được những ý kiến ghóp ý. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn bộ môn Máy và Ma sát học đặc biệt là TS. Phạm Văn Hùng đã hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cũng như tạo mọi điều kiện làm việc cũng như các trang thiết bị cần thiết giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian qua. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tính toán thiết kế máy cắt kim loại – Các tác giả Công nghệ chế tạo máy – Các tác giả GS.TS. Trần Văn Địch – PGS.TS. Nguyễn Thế Đạt - PGS.TS. Nguyễn Trọng Bình - PGS.TS. Nguyễn Viết Tiếp - PGS.TS. Trần Xuân Việt. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập I, II) – Tác giả - Trịnh Chất –Lê Văn Uyển. Sổ tay công nghệ - tác giả GS.TS. Trần Văn Địch Nguyên lý gia công vật liệu – Nguyễn Duy – Bành Tiến Long – Trần Thế Lục. Thiết kế cơ khí với Solidworks2004 – Ks. Phạm Quang Huy. Mechantronics and Machine Tools – McGraw-Hill. Kỹ thuật kiểm tra và đo lường trong chế tạo cơ khí – PGS.TS. Nguyễn Tiến Thọ và các tác giả. Điều khiển số - Tác giả - Bùi Quý Lực. 10. DatasheetArchive.com 11. Tự học Visual C++ trong 21 ngày- Nguyễn Văn Hoàng & ELICOM 12. Động cơ bước- Kỹ thuật điều khiển và ứng dụng - Nguyễn Quang Hùng 13. Motor Control Electronics Handbook- McGraw Hill Phụ lục Một số hình ảnh của mô hình máy tiện Điểm W của phôi Điều chỉnh điểm W của phôi bằng cách điều chỉnh 2 động cơ bước thông qua tủ điều khiển được kết nối với máy tính Lời nói đầu 2 PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ. 3 I. Các khái niệm cơ bản và định nghĩa 3 1. Các khái niệm cơ bản 3 2. So sánh về cấu trúc giữa máy công cụ vạn năng và máy công cụ điều khiển số (MCC ĐKS) 4 II. Quá trình phát triển, trình độ hiện tại máy công cụ và công nghệ gia công điều khiển theo chương trình số. 6 1. Qúa trình phát triển 6 2. Trình độ hiện tại 7 III. Chức năng và cấu tạo điều khiển số 8 1. Chương trình gia công chi tiết và phương thức nạp dữ liệu 8 2. Bộ logic điều khiển 9 3. Chương trình tương thích chuyên dụng và những dữ liệu điều chỉnh máy 9 4. Nguyên lý vận hành và xử lý thông tín hiệu trong hệ điều khiển số 9 5. Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC 12 CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ 14 I. Truyền động trục quay 15 1. Giới thiệu về truyền động trục quay 15 2. Động cơ một chiều và phương pháp điều khiển PWM 15 II. Truyền động chạy dao 18 1. Giới thiệu về truyền động chạy dao 18 2. Động cơ bước và phương pháp điều khiển 22 3. Bộ nội suy 34 III. Các phương pháp đo vị trí trên máy điều khiển số 39 1. Khái niệm 39 2. Các phương pháp đo 39 3. Dụng cụ đo vị trí 43 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG DỮ LIỆU VÀ CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH LÀM VIỆC TRÊN MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ 48 I.Hệ thống dữ liệu 48 1.Hệ toạ độ 48 2. Các điểm chuẩn 52 II. Cấu trúc của một chương trình 55 1. Câu lệnh 55 2. Từ lệnh 55 3. Ký tự địa chỉ và những dấu hiệu đặc biệt (DIN 66025) 56 4. Mô tả lệnh trong câu lệnh 58 5. Kỹ thuật lập trình 64 PHẦN 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 66 CHƯƠNG 4: BỘ TRUYỀN BIẾN ĐỔI CHUYỂN ĐỘNG QUAY THÀNH CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN. 66 I. Truyền động vít – Đai ốc 66 1. Ứng dụng của bộ truyền vitme – đai ốc: 66 2. Ưu điểm 67 3. Nhược điểm 67 II. Bộ truyền Vitme – Lăn 67 1. Tính ưu việt của bộ truyền vitme lăn 67 2. Một số hình ảnh vít me-đai ốc 69 3. Động học và động lực học cơ cấu vit me – lăn 70 4. Kết cấu bộ truyền vitme – bi 72 5. Tính toán thiết kế bộ truyền vít me – bi. 78 CHƯƠNG 5 : ĐƯỜNG DẪN HƯỚNG TRONG MÁY CÔNG CỤ CNC 91 I. Một số khái niệm về đường dẫn hướng trong máy công cụ CNC 91 1.Đường dẫn hướng được sử dụng trong máy công cụ nhằm mục đích: 91 2. Ma sát trong dẫn hướng 92 3. Yêu cầu của dẫn hướng trong máy công cụ CNC 94 4. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của đường dẫn hướng ma sát lăn 94 II. Các dạng đường dẫn hướng trong máy công cụ CNC 94 1. Dẫn hướng dạng chữ V 94 2. Dẫn hướng phẳng và dạng đuôi én (dạng mang cá) . 95 3. Dẫn hướng dạng trụ . 96 4. Dẫn hướng chống ma sát chuyển động tịnh tiến. 96 5. Các dạng dẫn hướng khác 99 6. Cấu tạo của đường dẫn hướng 101 7. Một số kiểu sống lăn của hãng NSK 103 8. Tính toán sống trượt. 106 CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC CHÍNH . 109 1. Yêu cầu đối với trục chính : 109 2. Vật liệu và nhiệt luyện của trục chính . 110 3. Điều kiện kỹ thuật của trục chính. 112 4. Kết cấu của trục chính : 112 5. Tính thiết kế trục chính. 113 CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHỌN Ổ LĂN. 119 1. Chọn loại ổ lăn 120 2. Chọn cấp chính xác ổ lăn. 123 3. Chọn kích thước ổ lăn 124 4. Khả năng quay nhanh của ổ 126 5. Trình tự tính toán lựa chọn ổ 127 PHẦN 3: LẮP RÁP HỆ THỐNG CƠ KHÍ 130 CHƯƠNG 8: LẮP RÁP HÊ THỐNG CƠ KHÍ 130 1. Khái niệm về công nghệ lắp ráp 130 2. Kỹ thuật lắp ráp 132 3. Tháo dỡ 135 4. Sơ đồ lắp ráp hệ thống cơ khí. 137 5. Kiểm tra và bảo dưỡng máy 140 CHƯƠNG 9: HỆ THỐNG GIA CÔNG CƠ KHÍ TRÊN MÁY TIỆN CNC 142 1. Tiện 142 2. Khả năng công nghệ của tiện 142 3. Năng suất và chi phí gia công khi tiện 144 4. Các biện pháp công nghệ khi tiện. 145 5. Dụng cụ cắt trên mô hình máy tiện điều khiển bằng máy tính 149 PHẦN 4: THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN MÁY 156 CHƯƠNG 10: THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN 156 I. Tủ điện điều khiển 156 1. Thiết kế mạch 156 2. Phương pháp điều khiển 161 II. Phầm mềm mô phỏng và điều khiển máy 169 1 Mô phỏng tiện chi tiết 169 2 Điều khiển máy 170 3 Giao diện phần mềm 175 Tài liệu tham khảo 177 Phụ lục Một số hình ảnh của máy tiện TX 01 178