Đang tải... (xem toàn văn)
luận văn về kết cấu máy CNC và nơi cần thiết có thủy lực, bôi trơn và khí nén
Mục lục. Chơng I. Kết cấu máy CNC và nơi cần thiết có thuỷ lực, bôi trơn và khí nén. 1. Tổng quan về sự phát triển của máy công cụ. 2. Lịch sử phát triển của máy công cụ điều khiển số. 3. Kết cấu và những đặc trng cơ bản của máy CNC. 4. Nơi cần thiết có bôi trơn, thuỷ lực và khí nén. 5. Các yêu cầu cơ bản của hệ thống bôi trơn. Chơng II. Các thiết bị cần thiết của hệ thống bôi trơn, khí nén và thuỷ lực. 1. Các bộ phận tạo nên hệ thống thuỷ lực. 2. Các bộ phận tạo nên hệ thống khí nén. 3. Các bộ phận tạo nên hệ thống bôi trơn. Chơng III. Thiết kế hệ thống bôi trơn cho máy CNC. I. Thiết kế hệ thống bôi trơn cho máy CNC. 1. Thiết kế sơ đồ bôi trơn. 2. Sơ đồ bố trí đờng ống dẫn dầu trong máy. II. Chỉ tiêu tính toán cho chế độ bôi trơn trơn. 1. Định luật cơ bản về ma sát. 2. Cơ sở lý thuyết về mòn. 3. Phơng trình cơ bản về dòng chảy trong ống. 4. Chỉ tiêu tính toán chế độ bôi trơn. III. Tính toán chế độ bôi trơn trong máy. 1. Tính toán chế độ bôi trơn cụm đờng hớng. 2. Tính toán chế độ bôi trơn trục chính. Chơng IV. Tính toán hệ thống thuỷ lực. 1. Chất lỏng trong hệ thống thuỷ lực. 1 2. Truyền động thuỷ lực thể tích. 3. Các thông số cơ bản của máy thuỷ lực. Chơng V. Thiết kế hệ thống khí nén. I. Không khí_chất lỏng công tác. II. Thiết kế sơ đồ cung cấp khí nén. 1. Sơ đồ cung cấp khí nén. 2. Sơ đồ bố trí dây trong máy. III. Tính toán các thông số của khí nén trong máy. 1. Tính toán các thông số cho việc thay dao tự động. 2. Tính toán các thông số cho ụ chứa dao. Chơng VI. Thiết kế hệ thống làm mát. 1. Thiết kế hệ thống đờng ống. 2. Tính toán lu lợng bơm. 2 Chơng I. Kết cấu máy CNC và nơi cần thiết có thủy lực, bôi trơn và khí nén. 1. Tổng quan về sự phát triển của máy công cụ. Máy công cụ cắt gọt kim loại là trang thiết bị chủ yếu trong các nhà máy, phân xởng cơ khí để chế tạo ra các chi tiết của máy móc, khí cụ, các dụng cụ, các sản phẩm dùng trong sản xuất và các sản phẩm dùng trong đời sống. Máy công cụ có lịch sử phát triển lâu dài gắn liền với sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Trình độ cơ khí hóa, tự động hoá của máy công cụ ngày càng cao. Ngày nay số lợng, chủng loại và mức độ hiện đại hóa của máy ngày càng tăng do đợc ứng dụng những thành tựu mới nhất và tiên tiến nhất của tin học vì vậy năng suất lao động ngày càng tăng góp phần đáng kể vào sự phát triển của nền kinh tế của đất nớc, đáp ứng nhu cầu của xã hội. Có thể tóm tắt quá trình phát triển của máy công cụ trên thế giới theo sơ đồ sau: 2. Lịch sử phát triển của máy công cụ điều khiển số. ý tởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp liên tục mà chúng ta đợc ứng dụng trong các máy CNC ngày nay, thực ra đã đợc phát kiến từ thế kỷ thứ 14. Bắt đầu từ những cụm chuông đợc điều khiển bằng các trục đục lỗ. 1808. joseph.M.Jacquard dùng những tấm tôn đục lỗ điều khiển tự động các máy dệt. Những vật mang tin thay đổi đợc đã ra đời. 3 Cơ khí thủ công Cơ khí hóa Làm việc bằng tay Làm việc bằng máy Máy tự động cứng dùng cam. Dây chuyền tự động cứng. 1950 máy công cụ điều khiển theo ch- ơng trình số ( NC-M). 1970 máy công cụ tự động điều khiển theo chơng trình số có sự trợ giúp của máy tính. Trung tâm gia công CNC. Dây chuyền sản xuất linh hoạt và tích hợp ( FMS & CIM ) ( Dùng cho dạng sản xuất loạt nhỏ ). 1863. M.Fourneaux đăng ký bằng phát minh đàn dơng cầm tự động nổi tiếng thế giới với tên gọi Pianola, trong đó dùng một băng giấy có chiều rộng khoảng 30cm đục các lỗ theo vị trí tơng thích để điều khiển luồng khí nén tác động vào các phím bấm cơ khí. Băng giấy đục lỗ làm vật mang tin đã đợc phát kiến. 1938. Claud.E.Shannon trong khi làm luận án tiến sỹ tại M.I.T (Massachusees Intitute of Technology) đã đi tới kết luận việc tính toán và truyền tải nhanh dữ liệu có thể duy nhất thực hiện đợc nhờ dạng mã nhị phân. Cơ sở khoa học cho các máy tính hiện nay kể cả các hệ điều khiển số đã đợc hoàn thiện. 1946. Dr.Jonh.W.Mauchly và Dr.J.Presper Eckert đa ra các máy tính số đầu tiên ENIAC cho quân đội Mỹ. Cơ sở của sử lý số bằng điện tử đã đạt đợc. 1949/52. John Parsons và M.I.T đã thiết kế theo hợp đồng của không lực Hoa Kỳ một hệ thống điều khiển máy công cụ, để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục thông qua dữ liệu đầu ra của một máy tính làm bằng chứng cho chức năng gia công một chi tiết. Parsons đã đa ra 4 tiêu đề cho ý tởng này nh sau: 1. Những vị trí đợc tính ra trên biên dạng đợc ghi nhớ vào các băng đục lỗ. 2. Các băng đục lỗ đợc đọc ở trên máy một cách tự động. 3. Những vị trí đã đọc ra đợc liên tục chuyển đi và bổ sung thêm tính toán cho các giá trị trung gian nội tại. 4. Các động cơ Servo (động cơ điều khiển vô cấp tốc độ) có thể điều khiển đợc chuyển động của các trục. Với một máy nh vậy cần phải chế tạo đợc các phần tử tích phân ngày càng phức tạp hơn cho công nghiệp chế tạo máy bay. Những chi tiết đó vào thời điểm này đã đợc miêu tả chính xác với một số ít các dữ liệu toán học, nhng việc chế tạo ra chúng bằng tay là rất khó khăn. 4 1952. Tại M.I.T đã cung cấp chiếc máy phay điều khiển số đầu tiên mang tên Cincinnati Hydrotel có trục thẳng đứng tủ điều khiển lắp các bóng đèn điện tử có thể dịch chuyển đồng thời trên 3 trục toạ độ (nội suy tuyến tính 3 kích thớc = 3D Linearinterpolation), tiếp nhận dữ liệu qua băng đục lỗ mã nhị phân. 1954. Bendix mua bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo thiết bị điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, thiết bị này vẫn dùng các bóng đèn điện tử. 1957. Không lực Hoa Kỳ trang bị những máy phay điều khiển số đầu tiên trong phân xởng của họ. 1958. Giới thiệu ngôn ngữ lập trình biểu trng đầu tiên - APT - gắn liền với máy tính IBM. 1960. Các nhà chế tạo Đức trình bày những máy điều khiển NC đầu tiên tại hội chợ Hannover. 1968. kỹ thuật mạch tích hợp IC (Integrated Circuits) làm cho các phần tử điều khiển trở nên nhỏ gọn hơn và tin cậy hơn. 1972. Các tủ điều khiển NC đầu tiên có cài đặt các cụm vi tính chế tạo hàng loạt, đa ra một thế hệ mới các thiết bị NC cài đặt các cụm vi tính có công năng mạnh mẽ hơn (CNC) thế hệ này mau chóng đợc thay thế bởi các cụm điều khiển CNC cài đặt các Microprocessor (àP). 1980. Trong khi phát kiến các công cụ trợ giúp lập trình tích hợp CNC đã xuất hiện một cuộc chiến lòng tin ủng hộ hay chống đối giải pháp cấp lệnh bằng tay. 1984. Hệ điều khiển CNC có công năng mạnh mẽ đợc trang bị những công cụ trợ giúp lập trình graphic tiến thêm một bớc mới là lập trình tại phân x- ởng. 1986/87. Các giao diện tiêu chuẩn hoá (Inteface) mở ra con đờng tiến tới các xí nghiệp tự động trên cơ sở một hệ thống trao đổi thông tin liên thông CIM (Computer Integrated Manufacturing). 5 1990. Các giao diện số giữa điều khiển NC và hệ truyền động cải thiện độ chính xác và đặc tính điều chỉnh của các trục điều khiển NC và trục chính. Từ những năm 90 trở lại đây cùng với sự phát triển với tốc độ rất cao của công nghệ máy tính nên các máy công cụ điều khiển số đợc trang bị những thiết bị có khả năng lập trình và tính toán nhanh do đó độ chính xác gia công đợc nâng cao và có khả năng thực hiện việc gia công các bề mặt phức tạp. 3. Kết cấu và những đăc trng cơ bản của máy CNC. 3.1. Nguyên tắc cấu trúc của máy CNC . Máy công cụ CNC là sự phát triển cao từ các máy NC. Các máy CNC có một máy tính để thiết lập chơng trình điều khiển các chức năng dịch chuyển của máy. Phần lớn máy CNC làm việc theo hộ thống kín bao gồm 4 bộ phận sau: *Bộ phận chơng trình: Bộ phận này bao gồm có bản chơng trình, cơ cấu di chuyển chơng trình, cơ cấu đọc chơng trình. Các máy CNC hiện đại đợc trang bị những thiết bị có tính công nghệ cao phục vụ cho việc lập trình và điều khiển máy. Các máy tính có tốc độ xử lý cao dung lợng bộ nhớ lớn do đó có thể lu trong bộ nhớ nhiều chơng trình gia công đồng thời. Căn cứ vào bản vẽ chế tạo của chi tiết mà ta lập đợc các chơng trình gia công cụ thể cho máy thông qua các câu lệnh. Từ các câu lệnh đã đợc lập bộ phận nội suy của máy sẽ thiết lập đợc đờng dịch chuyển của dụng cụ cắt. Có nhiều cách để lập chơng trình cho máy CNC: Lập trình bên ngoài máy (offline): các chơng trình đợc lập sẵn bên ngoài sau đó đợc lu trữ vào các vật mang tin nh đĩa từ, đĩa compact .rồi đa vào trong bộ nhớ của máy CNC thông qua các thiết bị đọc hoặc truyền trực tiếp từ máy tính (Đối với những máy CNC có kết nối với máy tính). Cách lập trình này thờng đợc áp dụng cho những chi tiết phức tạp. Lập trình trực tiếp trên máy(online): các chơng trình đợc lập trực tiếp tại phân xởng gia công thông qua bàn phím của máy. Thờng áp dụng cho những chi tiết gia công đơn giản. 6 *Bộ phận điều khiển: Từ chơng trình gia công đợc đa vào máy bộ nội suy của máy sẽ tính toán ra các đờng đi cụ thể của dụng cụ. Bộ phận điều khiển sẽ phát ra các lệnh điều khiển các thông số của quá trình gia công cũng nh các quá trình phụ trợ (điều khiển tốc độ quay của từng động cơ servo ứng với từng trục X,Y,Z, đóng hoặc mở dung dịch trơn lạnh, thay đổi dụng cụ cắt). Trong các máy gia công điều khiển theo chơng trình số, quãng đờng chạy của các dụng cụ hoặc của chi tiết đã đợc cho trớc một cách chính xác thông qua các chỉ dẫn điều khiển trong chơng trình NC. Tùy theo dạng của các chuyển động giữa điểm đầu và điểm cuối của quãng đờng chạy này mà ngời ta chia thành 3 dạng điều khiển: - Điều khiển theo điểm, - Điều khiển theo đờng, - Điều khiển theo đờng viền (Contour). Trong các dạng điều khiển ở trên thì dạng điều khiển theo điểm là đơn giản nhất đợc ứng dụng khi gia công theo các toạ độ xác định đơn giản, quá trình gia công chỉ đợc thực hiện ở điểm đích. Dạng điều khiển theo đờng phức tạp hơn dạng điều khiển dạng điểm cho phép tạo ra các đờng chạy song song với các trục toạ độ, trong khi chạy dao cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt gia công . Trong điều kiện điều khiển mở rộng 2 trục của máy chuyển động với tốc độ nh nhau đồng thời ta có thể gia công bề mặt côn 45 O . Phạm vi ứng dụng của điều khiển đờng bị thu hẹp trên các máy phay và máy tiện. Dạng điều khiển theo đờng viền là dạng điều khiển phức tạp nhất nó cho phép tạo ra những bề mặt phức tạp. Bằng điều khiển đờng viền ta có thể tạo ra các đờng viền hoặc đờng thẳng tùy ý trong một mặt phẳng hoặc trong không gian. Điều này đạt đợc nhờ chuyển động đồng thời của các bàn trợt theo hai hoặc nhiều trục tọa độ đồng thời và giữa các trục này có quan hệ hàm số. Tùy theo số lợng các trục đợc điều khiển đồng thời mà điều khiển đờng viền đợc chia thành: điều khiển 2D, điều khiển 2 1/2D, điều khiển 3D và điều khiển có nhiều hơn 3 trục tọa độ đợc điều khiển đồng thời. 7 *Bộ phận liên hệ ngợc( bộ phận phản hồi) và bộ phận đo lờng: Để chính xác vị trí cần có hệ thống đo đảm bảo độ chính xác. Để biết đợc khoảng dịch chuyển của bàn trợt máy và góc quay của bàn quay, ngời ta sử dụng cảm biến đo gia số, bộ mã góc và xenxin. Vị trí bàn máy thờng không đo trực tiếp qua hệ thống đo trên các sống trợt của thân máy mà đo gián tiếp qua việc đo góc tại các cơ cấu chuyển động. Cảm biến đo dịch chuyển là thớc đo có khắc vạch, các tấm khắc vạch không tiếp xúc qua ánh sáng hoặc từ tính. Khi đo theo phơng pháp ánh sáng đi qua ngời ta dùng thớc vạch bằng thủy tinh có các vạch không cho ánh sáng đi qua và các khe hở cho ánh sáng đi qua. Thiết bị quét gồm một nguồn sáng mạnh, một tấm quét và một hệ thống đánh giá điện tử. Các tấm quét giống nh một cái thớc có khắc vạch không cho ánh sáng đi qua và khe hở cho ánh sáng đi qua. Khi các khe hở của thớc và của các tấm quét đứng đối diện một cách chính xác, ánh sáng từ nguồn sáng có thể đến đợc các điôt quang điện rất nhạy cảm với ánh sáng và đợc đánh giá bằng điện tử. Khi thớc và tấm quét đối diện nhau một chiều rộng vạch không có ánh sáng đi đến các điôt quang điện. Tín hiệu sáng, tối sẽ đợc thiết bị đếm xung ghi nhận và từ đó tính ra đợc khoảng dịch chuyển của bàn máy. Tùy theo bớc chia của thớc mà ta sẽ có đợc độ chính xác đo tơng ứng và xác định đợc chính xác vị trí bàn máy. 3.2 Kết cấu cơ khí của máy phay CNC. 3.2.1. Bộ phận thân máy. Thân máy phải đảm bảo độ cứng vững, kết cấu gọn nhẹ. Thân máy có nhiệm vụ đỡ toàn bộ các bộ phận của máy có chuyển động tơng đối với nhau để tạo ra qúa trình cắt gọt. Vì vậy kết cấu của thân máy phải đảm bảo chống đợc rung động trong quá trình cắt. Thân máy bao gồm các bộ phận sau: 8 Hình 1. Thân máy 1- Chân đế. 2- Bu lông điều chỉnh nền móng. 3- Đờng hớng (Dẫn hớng trục x ). 4- Hệ thống lắp trục vít me đai ốc bi. 3.2.2 Bộ phận trục X. Nhiệm vụ : Thực hiện chuyển động dọc theo thân máy. Để thực hiện chuyển động này nhờ trục vít me đai ốc bi dẫn động bằng động cơ bớc hoặc động cơ Servo. Kết cấu của trục X nh sau: Hình 2 . Trục X. 1 - Khung ( Phải đẩm bảo cứng vững). 2 - Cụm đờng hớng. 3 - Đờng dẫn hớng trục Y. 4 - Công tắc hành trình. 9 5 - Cơ cấu lắp trục vít me đai ốc bi. 3.2.3. Bộ phận trục Z. Nhiệm vụ: Có tác dụng đỡ toàn bộ phần cụm trục chính để cụm trục chính thực hiện chuyển động lên xuống tạo ra chiều sâu cắt. Thực hiện chuyển động này nhờ trục vít me đai ốc bi, dẫn động nhờ động cơ bớc hoặc động cơ Servo. Kết cấu trục Z nh sau: Hình 3. Trục Z 1 - Khung. 2 - Gân tăng cứng. 3 - Công tắc hành trình. 4 - Cụm đờng hớng. 5 - Hệ thống lắp trục vít me đai ốc bi. 3.2.4. Bộ phận trục Y. Nhiệm vụ: Thực hiện chuyển động vuông góc với trục X. Chuyển động trên đờng dẫn hớng của trục X. Thực hiện chuyển động này nhờ trục vít me đai ốc bi, 10 [...]... tiết và tăng đợc tuổi thọ của máy và thiết bị Có nhiều cách để phân loại bôi trơn: 26 Theo dạng ma sát, ngoài ma sát khô ( không bôi trơn) ta còn có bôi trơn nửa ớt ( thờng gắn với vịệc cung cấp dầu, mỡ định kỳ) và bôi trơn ớt Theo vật liệu bôi trơn có bôi trơn chất bôi trơn rắn (graphít hay bisunphua môlípđen), chất bôi trơn lỏng (nớc, dầu, mỡ) và bôi trơn chất khí b Các yêu cầu cơ bản của hệ thống bôi. .. các ổ của trục chính máy, - Cơ cấu thay dao (ổ của cơ cấu thay dao và thanh trợt) b Nơi cần thiết có khí nén Trong máy CNC khí nén đợc dùng trong cơ cấu thay dao tự động, cơ cấu kẹp chặt phôi, dùng để tạo ra hỗn hợp khí + dầu để bôi trơn trục chính Ngoài ra khí nén còn đợc dùng vào việc dọn phoi, làm mát vùng cắt c Nơi cần thiết có thuỷ lực Để điều khiển bàn quay trên các máy CNC 5 trục ngời ta dùng... khi có giông bão), đối với thay đổi nhiệt độ và đối với các tia gây nhiễu Tất nhiên là không thể phát hiện hết tất cả mọi sự cố trớc khi chúng sảy ra, nhng cũng sẽ là đủ nếu ít nhất là khả năng sảy ra sai số quan trọng nhất và nguy hiểm nhất đợc giám sát 4 Nơi cần thiết có bôi trơn, thủy lực, khí nén a Nơi cần thiết có bôi trơn Mục đích của việc bôi trơn là giảm ma sát, tránh mòn cho máy Đối với máy. .. cụ CNC thì việc bôi trơn có một ý nghĩa quan trọng, đảm bảo tốt việc bôi trơn sẽ tăng đợc tuổi thọ của máy, giữ đợc độ chính xác gia công cần thiết 24 Do vậy những cơ cấu có chuyển động tơng đối cần đợc bôi trơn Những nơi cần thiết có bôi trơn là: - Các vít_me đai ốc bi ( 3 vít_me đai ốc bi ), - Các ổ đỡ và ổ chặn của 3 trục vít me ( 3 x 2 ổ ), - Dẫn hớng 3 trục X,Y,Z ( 3 x 4 vị trí ), - Trục chính và. .. chi tiết và để tạo ra hỗn hợp dầu bôi trơn + khí để bôi trơn cho trục chính của máy Khi sử dụng khí nén vào việc tự động thay đổi dụng cụ và kẹp chặt sẽ làm giảm nhẹ sức lao động, giảm thời gian phụ tăng hiệu quả sử dụng máy nâng cao năng suất lao động 27 b Các yêu cầu cơ bản của hệ thống khí nén Hệ thống khí nén trong máy cần có các yêu cầu cơ bản sau: - Cung cấp đủ khí với áp suất cần thiết cho... gàng tránh va chạm với bàn máy và các khâu dịch chuyển trong quá trình gia công - Dầu bôi trơn phải có độ nhớt thích hợp - Các thiết bị của hệ thống phải là các thiết bị tiêu chuẩn để dễ thay thế, sửa chữa 2 Các yêu cầu cơ bản của hệ thống khí nén a Vai trò của khí nén trong máy CNC Khí nén trong máy CNC đóng một vai trò quan trọng Năng lợng đợc cung cấp bởi hệ thống khí nén cho phép thực hiện đợc... suất cần thiết cho từng chế độ làm việc của máy - Đờng ống phải đợc bố trí gọn gàng tránh bị gấp khúc hoặc bị đứt khi có chuyển động tơng đối giữa các thiết bị - Các thiết bị sử dụng tiêu chuẩn để dễ dàng thay thế và sửa chữa 28 Chơng II Các thiết bị cần thiết của hệ thống bôi trơn, thuỷ lực, khí nén 1 Các bộ phận cơ bản tạo nên hệ thống thuỷ lực Các bộ phận tạo nên hệ thống thuỷ lực trong máy CNC bao... ta dùng các động cơ Servo thuỷ lực Thuỷ lực trong máy CNC dùng để kẹp chặt phôi, làm nguội vùng cắt ( hệ thống làm mát ) 25 5 Các yêu cầu cơ bản của hệ thống bôi trơn, thuỷ lực, khí nén 5.1 Yêu cầu cơ bản của hệ thống bôi trơn a Mục đích của việc bôi trơn Tuổi thọ của máy công cụ phụ thuộc chủ yếu vào tuổi thọ của cụm dẫn hớng trên thân máy và bàn máy, hệ thống trục chính Nguyên nhân chủ yếu làm giảm... không có khe hở, các động cơ, các bộ truyền và các trục vít_me cân bằng tuyệt đối, các sống trợt cứng vững cao và hầu nh không có ma sát để tránh hiện tợng quay trợt khi máy hoạt động Ngày nay, kết cấu thông dụng là trục vít_me có ren hình thang đã đợc thay thế dần bằng kết cấu trục vít_me có chuỗi viên bi cầu chạy tuần hoàn trên trục có ren (vít_me đai ốc bi) có ma sát nhỏ và có thể coi là không có khe... hệ thống bôi trơn Máy công cụ CNC cần có độ chính xác gia công cao và phải duy trì đợc độ chính xác đó trong một khoảng thời gian nhất định do đó ngoài việc chế tạo các chi tiết, các cụm, bộ phận chính xác thì việc bôi trơn đóng một vai trò quan trọng Để làm đợc điều nay thì hệ thống bôi trơn cần phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Đảm bảo cung cấp đủ dầu, mỡ bôi trơn cho tất cả các nơi cần thiết - Dầu . Chơng I. Kết cấu máy CNC và nơi cần thiết có thuỷ lực, bôi trơn và khí nén. 1. Tổng quan về sự phát triển của máy công cụ. 2. Lịch sử phát triển của máy công. số. 3. Kết cấu và những đặc trng cơ bản của máy CNC. 4. Nơi cần thiết có bôi trơn, thuỷ lực và khí nén. 5. Các yêu cầu cơ bản của hệ thống bôi trơn. Chơng
