Đồ án Thiết kế hệ thống thay dao cho máy CNC TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỒ ÁN MƠN HỌC:THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Mã HP:ME4336 Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện: Lớp : MSSV: I II Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế mô đun cấp dao cho hệ thống thay dao tự động Số liệu cho trƣớc : 1.Hệ thống thay dao cho máy phay đứng 2.Hệ thống tháo kẹp dao: dùng xi lanh chuyển đổi khí nén – thủy lực 3.Loại thay dao (TP): KTM (Không tay máy) 4.Nguồn lực di chuyển cụm chứa dao chạy đến trục (PO ): KN(Khí nén) 5.Nguồn lực quay cụm chứa dao(PO ):ĐC(Động điện) 6.Số lượng ổ chứa dao : N =16 7.Loại côn gắn chuôi dao :BT40 8.Khối lượng dao:M=7 Kg 9.Đường kính lớn dao : D max = 80 mm 10.Thời gian thay dao gần : T1 = s 11.Thời gian thay dao xa : T = 7s III Nội dung: Xây dựng sơ đồ động tồn hệ thống thay dao tự động,trình bày sơ lược quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự động(có thể tham khảo đồ án CĐT1 lấy cơng thức tính tốn từ đó) Xây dựng sơ đồ khối thuật toán điều khiển trả dao / lấy dao Bản vẽ sơ đồ điều khiển điện,khí nén(hoặc thủy lực) phù hợp với yêu cầu đầu Mô hoạt động hệ thống thay dao tự động phần mềm máy tính (tự chọn phần mềm) Lập trình PLC hệ thống điều khiển CNC cụ thể (không bắt buộc) Hà Nội ,ngày … tháng … năm 2012 Giáo viên hƣớng dẫn Mục lục Contents LỜI NÓI ĐẦU 1.1.Xây dựng sơ đồ khối cho toàn hệ thống thay dao tự động: .4 1.1.1.Khái niệm sơ đồ động: 1.1.2.Sơ đồ động toàn hệ thống thay dao tự động : 1.2.Quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự động với 16 đài dao: 1.2.1.Quy trình tính tốn thiết kế hệ thống thay dao tự động: 1.2.2.Tính tốn Đĩa tích dao : .6 1.2.2.1 Xác định thông số hình học Đĩa tích dao : .6 1.2.2.2 Tính tốn cấu Man cho Tang chứa dao 12 1.2.2.3 Tính toán lựa chọn ổ lăn 20 1.2.2.4 Tính tốn trục đỡ Tang 23 1.2.3 Tính tốn hệ thống dẫn động cho cấu thay dao 24 PHẦN XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN TRẢ DAO/ LẤY DAO 27 2.1.Khái niệm sơ đồ khối thuật toán : 27 2.2 Sơ đồ khối thuật toán trả dao/lấy dao(thay dao) 30 PHẦN 3: BẢN VẼ SƠ ĐỒ ĐIỆN ,KHÍ NÉN PHÙ HỢP VỚI YÊU 38 1.Sơ đồ điện điều khiển 38 2.Sơ đồ khí nén 39 PHẦN 4.MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG BẰNG PHẦN MÊM SOLIDWORKS 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 LỜI NÓI ĐẦU Hiện khoa học kĩ thuật phát triển nhanh,mang lại lợi ích cho người tất lĩnh vực vật chất tinh thần.Để nâng cao đời sống nhân dân hòa nhập với phát triển chung giới,Đảng nhà nước ta đề mục tiêu đưaa đất nước lên thành nước cơng nghiệp hóa đại hóa.Để thự điều ngành cần quan tâm phát triển ngành Cơ khí nói chung ngành Cơ điện tử nói riêng đóng vai trò quan trọng việc sản xuấ thiết bị cơng cụ(máy móc,robot…) ngành kình tế quốc dân.Muốn thực việc phát triển ngành khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán kĩ thuật có trình độ chun mơn đáp ứng u cầu cơng nghệ tiên tiến,cơng nghệ tự động hóa theo dây chuyền sản xuất Tính tốn thiết kế hệ thống Cơ điện tử nội dung thiếu chương trình đào tạo kỹ sư Cơ điện tử.Đồ án mơn học giúp cho sinh viên hệ thống hóa lại kiến thức mơn học : Chi tiết máy,Vẽ kĩ thuật,Cơ học kĩ thuật,Nguyên lỹ máy,Sức bền vật liệu,…Đồng thời giúp chúng em học thêm số phần mềm cần thiết cho việc thiết kế ,mơ cần thiết Catia, ngồi giúp chúng em làm quen với công việc thiết kế làm đồ án tốt nghiệp sau Dù có cố gắng hồn thành đồ án với cường độ làm việc cao,cùng hướng dẫn nhiệt tình cụ thể thầy môn,nhưng hiểu biết cịn hạn chế cộng với chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên chắn đồ án không tránh khỏi khả thiếu sót bất cập.Vì em mong sữa chữa góp ý quý thầy cô để em rút kinh nghiệm bổ sung thêm kiến thức cho Cuối em xin chân thành cảm ơn quan tâm bảo thầy Viện Cơ Khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy Lê Thanh Sơn giúp em hoàn thành đồ án Sinh viên thực hiện: Nguyễn Anh Đức 1.1.Xây dựng sơ đồ khối cho toàn hệ thống thay dao tự động: 1.1.1.Khái niệm sơ đồ động: Sơ đồ động máy hình vẽ quy ước biểu diễn truyền,các cấu liên kết với tạo nên xích truyền động,xác định chuyển động cần thiết máy.Đồng thời cịn rõ cơng suất số vịng quay động điện,đường kính bánh đai,số bánh ,số đầu mối trục vít,số bánh vít 1.1.2.Sơ đồ động toàn hệ thống thay dao tự động : Từ định nghĩa sơ đồ động phân tích chuyển động cần thiết hệ thống thay dao CNC ,cùng với hình vẽ quy ước ta xây dựng nên sơ đồ động toàn hệ thống thay dao tự động Cad sau : 1.2.Quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự động với 16 đài dao: 1.2.1.Quy trình tính tốn thiết kế hệ thống thay dao tự động: Các liệu đầu vào N: số lượng dao ổ chứa dao N=16 Dmax :đường kính lớn dao Dmax = 80mm BT40: loại chuôi dao M: khối lượng dao m=7kg Dtrc: đường kính trục Dtrc=120mm H: hành trình vào lấy dụng cụ trục H=130mm Tính tốn Đĩa tích dao Xác định thơng số hình học Đĩa tích dao a) Bán kính từ tâm dao đến tâm Đĩa tích dao R0 b) Khoảng cách dao gần Đĩa tích dao c) Kiểm tra độ an tồn trục vào thay dao d) Lựa chọn cấu kẹp Đĩa e) Tính tốn thơng số hình học Đĩa Tính tốn cấu Malte cho Đĩa tích dao a) Tính tốn thơng số hình học Malte b) Tính tốn động học Malte c) Tính tốn động lực học Malte d) Tính tốn lựa chọn động Tính tốn lựa chọn ổ lăn a) Lựa chọn loại ổ lăn b) Chọn sơ kích thước ổ c) Tính kiểm nghiệm khả tải ổ d) Lựa chọn ổ bi lăn Tính tốn hệ dẫn động cho cấu thay dao Tính tốn trục dẫn hướng Tính tốn lựa chọn xy lanh khí nén a) Sơ đồ nguyên lý hệ thống khí nén b) Tính tốn hệ dẫn động khí nén Tính tốn trục đỡ Đĩa tích dao 1.2.2.Tính tốn Đĩa tích dao : 1.2.2.1 Xác định thơng số hình học Đĩa tích dao : Các thơng số ban đầu: - Tính tốn hệ thống với số lượng dao N = 16 dao - Đường kính lớn dao: max= 80 mm {Lấy theo đường kính lớn dao phay mặt đầu} - Chuôi dao BT40 - Đường kính trục chính: max= 120 mm - Hành trình trục q trình vào thay đổi dụng cụ Ltd= 130 mm Để đảm bảo an toàn q trình thay dao ta cần tính tốn cho cấu cho kết cấu hệ thống phải gọn nhẹ,phải có độ xác cao,khơng xảy va đập trục vào thay dụng cụ Để Tang chứa dao chứa đủ 16 dao mà đảm bảo cho q trình thay dao khơng xảy cố trước tiên ta tính tốn bán kính từ tâm dao đến tâm trục ổ chứa dao : Hình Sơ đồ tính tốn kích thước hình học Tang a Bán kính từ tâm dao đến tâm Tang chứa dao R xác định : R 0> C 2 Trong đó: C : Chu vi đa giác chứa dao xác định: C = 2.Rmax N = 2.40.16 = 1280 (mm) Rmax : bán kính lớn dao Rmax= Dmax = 80 = 40 mm N : số dao ổ chứa N = 16 dao Vậy : R0> 1280 = 203.7 (mm) 2 Để dao có R max có khoảng ta lấy R = 300 (mm) Khi chu vi vịng trịn chứa dao la: C = 2..R0 = 2.3,14.300 = 1884 (mm) b.Xác định khoảng cách dao gần Tang : Khoảng cách hai tâm dao xác định gần : L= C 1884 =  N 16 117.75 (mm) Khoảng cách dao có đương kính lớn xác định gần : L’= L – 2.Rmax = 117.75 – 2.40 = 37.75 (mm) c.Kiểm tra độ an tồn trục vào thay dao Hình Sơ đồ trục tham gia vào thay dụng cụ Để đảm bảo an toàn trình thay dao ta cần kiểm tra xem trục vào thay dao số có bị va chạm với đài dao số đài dao số 16 hay khơng Đường kính lớn trục :max= 120(mm) Đường kính lớn độ đài dao BT40 là:C = 44,45(mm) Khoảng cách tâm đài dao L = 117.75(mm) Ta xác định khoảng cách từ tâm đài dao số đến độ côn đài dao số đài dao số 16 la LT LT = L  C  117.75  44, 45  95.525(mm) Để trục khơng va chạm vào đài dao xung quanh phải thoả mãn điều kiện sau :  Trc  LT => 120  95.525 d.Lựa chọn cấu kẹp dao Tang  Vậy thoả mãn điều kiện Để trục tham gia vào thay dao xác dao cần có vị trí xác định Tang chứa dao.Vậy ta cần hạn chế bậc tự dao Tang Để kẹp dao lên Tang ta dùng hệ thống kẹp dao hệ thống thay dao tự động trung tâm gia công CNC_V30.Hệ thống kẹp dao gồm :Tay kẹp trái,Tay kẹp phải,Chốt định vị loxo tạo lực kẹp dao Hình Các thơng số tay kẹt Các thơng số hình học định vị Chương trình 4:Đài dao di chuyển từ điểm A→B ( A vị trí ban đầu , B vị trí thay dao ) Start O1 = Mở cuộn hút N Y I0.1 = N N N T3 > I0.2 = O1 = Ngắt cuộn hút End Y Báo lỗi Y Y Báo lỗi T2 > Chương trình 5:Trục nhả dao Star I0.3=1 I0.4=0 Mở khí nén I0.3→0 I0.4→1 Dừng End PHẦN 3: BẢN VẼ SƠ ĐỒ ĐIỆN ,KHÍ NÉN PHÙ HỢP VỚI YÊU 1.Sơ đồ điện điều khiển Hình 15: Sơ đồ điều khiển Hình 16: Sơ đồ điện đài dao 2.Sơ đồ khí nén Nguyên lý hoạt động: Khi đóng cơng tắc S1 cuộn dây Y1 cấp điện, tiếp điểm thường mở Y1 đóng để trì dịng điện cho cuộn dây Y1 Lúc tác dụng lực từ cuộn dây sinh ra, trượt van điều khiển 3/5 bị kéo sang trái Khí nén đưa vào buồng bên phải xi lanh sinh lực đẩy pittong sang trái (đài dao đưa đến điểm thay dao) Ở cuối hành trình cán pittong chạm vào cơng tắc hành trình S2, Y1 điện, lực từ lò xo bị biến dạng đưa trượt vị trí hệ thống đứng n Ngược lại đóng cơng tắc S3, hệ thống đài dao đưa trở lại vị trí ban đầu Trong q trình thay dao tự động ta cần thực chuyển động tịnh tiến Đĩa tích dao phía trục chính.Với tải trọng Đĩa tích dao dụng cụ khơng lớn, thực trình chuyển động thẳng nên để tạo chuyển động Đĩa tích dao phía trục ta dùng hệ thống xylanh khí nén Chú ý: Van đảo chiều điều khiển cuộn hút điện từ PHẦN 4.MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG BẰNG PHẦN MÊM SOLIDWORKS Dưới trình bày quy trình mơ q trình lấy dao Motion Study phần mềm Solidworks,quy trình mơ thay dao trả dao làm tương tự: Bước 1: Chuẩn bị file lắp ghép,chuyển trục home  chọn New Motion Study Bước : Tạo chuyển động quay đài dao đến vị trí dao cần lấy: - Một cửa sổ tạo  cuối hình bảng thuộc tính chuyển động,chúng ta kéo thời gian chọn s đài dao chuyển động quay tìm dao cần lấy - Chọn đĩa man,giữ chuột trái,kéo cho đĩa man quay đến dao cần lấy có trục trùng với hốc trục (nhìn theo hướng song song với trục chính),sau thả chuột Bước : Tạo chuyển động tịnh tiến cụm đài dao - Chọn giá đỡ động đài dao sau ẩn liên kết với giá đỡ cố định : - Thực kéo giá đỡ động di chuyển tịnh tiến bước Bước 4: Tạo chuyển động trục động từ vị trí home vể vị trí thay dao Tương tự ta kéo trục xuống vị trí thay dao Bước 5: Tạo chuyển động vể cụm đài dao vị trí gốc - Chọn đài dao trả,sau ẩn liên kết đài dao tay kẹp dao Bước 6: Lấy dao cần thay - Quay đài dao vị trí có dao cần lấy - Hạ trục xuống để lấy dao - Kẹp dao nhả dao đồng thời đài dao di chuyển sang trái Bước 7: Xuất video mô - Nhấn vào biểu tượng xuất video hình - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Hướng dẫn thiết kế hệ thống thay dao tự dộng dùng cho máy CNC [2].Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí Tập 1, Trịnh Chất, Lê Uyển [3].http://ww.tailieu.vn - Chi tiết máy, ổ trục, ổ lăn [4].http://www.youtube.com - ATC [5] Standard cylinders DNG, DNGL, DNGZK, DNGZS, ISO 15552 - FESTO [6].Geneva well Mechanism [7].http://www.maritool.com/Tool-Holders/c23/index.html [8].Optimization of kinematic characteristic of geneva mechanism by genetic algorithmm,M.heidari,M.Zahiri,and H.Zohoor [9].Giáo trình máy cơng cụ cắt gọt ... gian thay dao hệ thống : 3/7 (s) Trong : - T = (s) thời gian thay dao nhanh hệ thống dao cần thay gần vị trí thay dao - T = (s) thời gian thay dao lâu hệ thống dao cần thay xa vị trí thay dao. .. dựng sơ đồ khối cho toàn hệ thống thay dao tự động: .4 1.1.1.Khái niệm sơ đồ động: 1.1.2.Sơ đồ động toàn hệ thống thay dao tự động : 1.2.Quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự... trình thiết kế hệ thống thay dao tự động với 16 đài dao: 1.2.1.Quy trình tính tốn thiết kế hệ thống thay dao tự động: Các liệu đầu vào N: số lượng dao ổ chứa dao N=16 Dmax :đường kính lớn dao Dmax