Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy CNC 5 trục

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.5 MB, 149 trang )

BCT
VMVDCCN
VMVDCCN
BCT
BCT
VMVDCCN

Bộ công thơng
Viện máy và dụng cụ công nghiệp
46 Láng hạ đống đa hà nội

Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy cnc 5 trục
(Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị gia công dầm thép kết cấu)

M số: kc 03.02/06-10

Pgs. TS. Vũ hoài ân

7521

22/11/2009

Hà Nội, 11 2008
Bản quyền 2008 thuộc VMVDCCN
Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Tổng Giám
đốc VMVDCCN trừ trờng hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu.

Bộ công thơng
Viện máy và dụng cụ công nghiệp
46 Láng hạ đống đa hà nội

Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy cnc 5 trục
(Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị gia công dầm thép kết cấu)

M số: kc 03.02/06-10

Pgs. ts. Vũ hoài ân

Hà Nội, 11 2008
Bản thảo viết xong 11 2008
Tài liệu này đợc viết trên cơ sở kết quả thực hiện đề tài:
Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ tự động hóa.
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy CNC 5 trục
(Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị gia công dầm thép kết cấu)
1

Danh sách những ngời thực hiện

Họ và tên Chức danh Học vị Tham gia vào mục
Chủ nhiệm đề tài
PGS .TS. Vũ Hoài Ân Chủ nhiệm đề tài
Pgs.ts I, II, III
Cán bộ nghiên cứu
PGS TS. Trơng Hữu Chí Viện IMI
Psg.ts
II, III
TS. Trần Ngọc Hng Viện IMI
ts
III, VIII

ThS. Trần Hồng Lam Viện IMI ThS. Điện II, III
Ks. Trần Kim Quế Nghiên cứu viên Ks. cơ khí III, V, VIII
Ks. Nguyễn Thợng Chính Nghiên cứu viên Ks. cơ khí III, IV, V, VI
Ks. Hoàng Minh Đức Nghiên cứu viên Ks. cơ khí IV, V, VI
Ks. Nguyễn Tiến Hùng Nghiên cứu viên Ks. điện III, VII
Ks. Lê Điệp Anh Nghiên cứu viên Ks. điện II, VII

2

Tóm tắt tình hình thực hiện đề tài
Sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá của Việt Nam không thể thiếu đợc việc hiện
đại hóa ngành cơ khí chế tạo máy.
Chúng ta đổi mới công nghệ không có nghĩa chỉ là đem tiền đi mua công nghệ. Việc mua

công nghệ không phải thứ nào cứ có tiền là mua đợc đặc biệt là công nghệ cao. Cụ thể hơn
nhập khẩu máy công cụ CNC trong một số trờng hợp có nhiều bất cập nh: giá đắt, bảo trì,
bảo hành phức tạp, không chủ động, không phát huy đợc kinh tế nội sinh, nhiều khi còn bị
cấm vận không nhập đợc nh một số máy CNC phục vụ quốc phòng
Ngành cơ khí chế tạo máy trong đó có ngành chế tạo máy công cụ ở Việt nam đã có
truyền thống hơn 50 năm xây dựng và phát triển. Đội ngũ cán bộ kỹ thuật đã hình thành cả
nhiều thế hệ. Tuy nhiên hầu hết các sản phẩm máy công cụ chế tạo ra đều là các máy phổ
thông vạn năng và có cấu trúc truyền thống.
Viện máy và Dụng cụ Công nghiệp là một trong các cơ sở nghiên cứu, chế tạo các loại
máy công cụ. Trong hơn 35 năm qua Viện đã cung cấp cho thị trờng nhiều sản phẩm thiết kế
trong đó có nhiều mẫu máy công cụ, kể cả máy công cụ CNC.
Trong những sản phẩm đó có thể kể đến:
Đề tài
: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy tiện T20 CNC.
Dự án
: Hoàn thiện công nghệ chế tạo máy phay hiện đại, điều khiển CNC đạt chất
lợng DMU 60T của hng DECKEL MAHO trên cơ sở hợp tác và tiếp nhận chuyển
giao công nghệ của hng DECKEL MAHO Đức.
Đề tài
: Hiện đại hóa mở rộng tính năng điều khiển tự động của máy tiện T20CNC.
Đề tài
: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy tiện CNC băng nghiêng có thay dao tự động.
Tuy nhiên vẫn chỉ dừng ở các bộ điều khiển 2 trục, 3 trục. Đây là những bớc chuẩn bị
ban đầu cho việc thiết kế chế tạo máy CNC có nhiều trục, mà khởi đầu là đề tài KC.03.02/06-
10. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy CNC 5 trục (Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị gia công
dầm thép kết cấu).
Mục tiêu tổng quát của đề tài KC 03.02 là:
* Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh 01 thiết bị gia công dầm thép kết cấu trên cơ sở
tích hợp công nghệ gia công dầm thép kết cấu với công nghệ điều khiển CNC 5 trục tọa độ.
Vì thế báo cáo này đã tổng kết, đánh giá, khẳng định những khả năng làm chủ công nghệ

chế tạo máy công cụ CNC ở Việt Nam. Sự ra đời của đề tài KC 03.02/06-10, quá trình thực
hiện và kết quả đạt đợc của nó đã chứng minh cho khả năng đó.
3
Để làm rõ kết quả đề tài, trong báo cáo tổng kết này sẽ trình bày đầy đủ các nội dung cơ
bản nhất, bao gồm những luận cứ về các sản phẩm, phơng pháp luận khi giải quyết các vấn đề
về công nghệ, các giải pháp kỹ thuật. Bản báo cáo này bao gồm 8 phần chính sau đây:
Phần1. Tình hình nghiên cứu liên quan đến chế tạo máy CNC trong nớc và nớc ngoài.
Trong phần này chủ yếu phân tích các giải pháp đạt đợc trong kết cấu của các cụm chi tiết cơ
bản. Các giải pháp về nâng cao độ chính xác chi tiết gia công và giải pháp điều khiển CNC
Phần 2. Đánh giá khả năng công nghệ trong nớc liên quan đến chế tạo máy CNC: Khảo
sát điều tra khả năng chế tạo các chi tiết chính xác của các nhà máy cơ khí trong nớc về cả
năng lực trang thiết bị lẫn năng lực công nghệ chế tạo.
Phần 3. Lựa chọn gam cỡ máy sau khi đã phân tích các máy mẫu, để từ đó lựa chọn máy
đợc thiết kế ra đảm bảo thuận tiện, dễ sử dụng luôn đáp ứng đợc sản xuất trong nớc.
Phần 4. Thiết kế kỹ thuật: Trong phần này chủ yếu trình bày các tính toán thiết kế liên
quan đến tính các thành phần lực theo các phơng X,Y,Z,W1,W2 Tính toán thiết kế bộ
truyền động cho các cụm truyền động đầu khoan, truyền động trục X, trục Y, trục Z, W1, W2.
Tính toán hệ thống thuỷ lực.
Phần 5. Lập quy trình công nghệ chế tạo các chi tiết điển hình: Quy trình chế tạo bệ máy,
quy trình chế tạo khung máy, quy trình chế tạo đầu khoan.
Phần 6. Hớng dẫn quy trình lắp ráp và kiểm tra.
Phần 7. Điều khiển CNC.
Phần 8. Các định hớng phát triển thị trờng và đánh giá khả năng đầu t. Đây là mục
đợc nhìn nhận từ góc độ kinh tế của đề tài.
Phần cuối. Trình bày những kết luận rút ra sau khi thực hiện xong đề tài, các kiến nghị
của các cán bộ kỹ thuật tham gia đề tài.
Phần phụ lục. Trình bày tất cả các văn bản liên quan, các biên bản kiểm tra, các
bản vẽ thiết kế cơ khí, điện, điều khiển, một số đoạn chơng trình gia công thử

4
Báo cáo tổng kết đợc trình bày luôn bám sát với thực tế trong quá trình thực hiện công
việc thiết kế và chế tạo máy. Khi thiết kế các cụm chi tiết có phân tích,cất nhắc kỹ lỡng, hội
đủ tính kinh tế kỹ thuật và khả năng công nghệ. Trong từng phần của báo cáo đều có bản vẽ,
các hình ảnh thực tế minh họa đợc trình bày trong báo cáo.

5
Mục lục
Danh sách những ngời thực hiện 1
Tóm tắt tình hình thực hiện đề tài 2
Mục lục 5
Bảng ký hiệu 9
Lời mở đầu 13
Các nội dung chính 16
I. Các nghiên cứu trong và ngoài nớc 17
I.1. Tình hình máy CNC trên thế giới 17
I.2. Các căn cứ lựa chọn cấu hình điều khiển CNC 24
I.2.1. Phân tích u nhợc điểm của từng phơng án. 24
I.2.2. Một số bộ điều khiển CNC của một vài hãng trên thế giới 29
I.2.2.1. Bộ điều khiển CNC của Mitsubishi 29
I.2.2.2. Bộ điều khiển CNC của Fanuc 30
I.2.2.3. Bộ điều khiển CNC của Heidenhain. 31
I.3. Giới thiệu tổng quan về máy CNC 5 trục 33
I.4. Nghiên cứu các loại máy CNC điều khiển 5 trục tọa độ tơng tự phục 36
I.5. Khảo sát tình hình chế tạo dầm thép trong nớc 41
II. Đánh giá khả năng công nghệ trong n

ớc. 43
II.1. Năng lực về thiết kế sản phẩm 43
II.2. Năng lực về đầu t trang thiết bị 43
II.3. Năng lực về tin học và tự động hóa. 44
III. Lựa chọn gam cỡ máy. 45
III.1. Các yêu cầu khi chọn máy mẫu 45
III.2. Thông số kỹ thuật máy mẫu 45
III.3. Các thông số lựa chọn cho máy thiết kế 46
III.4. Biện pháp thực hiện. 47
IV. Tính toán thiết kế. 50
IV.1. Sơ đồ động 51
IV.1. Xác định các thông số công nghệ khi khoan 51
IV.1.1. Xác định lực cắt và mômen cắt khi khoan. 51
IV.1.2. Số vòng quay trên trục công tác 51
IV.1.3. Công suất cắt 51
IV.2. Chọn động cơ điện của đầu khoan. 51
6
IV.2.1. Công suất động cơ điện 51
IV.2.2. Số vòng quay của động cơ điện 52
IV.3. Sơ đồ động học của bộ truyền 52
IV.3 .1 Tỷ số truyền trên hộp. 52
IV.3.2. Công suất, số vòng quay và mômen xoắn trên các trục 52
IV.3.2.1. Công suất trên các trục 52
IV.3.2.2. Số vòng quay trên các trục. 52
IV.3.2.3. Mômen xoắn trên các trục 53
IV.4. Kiểm nghiệm các bộ truyền của hộp giảm tốc 53
IV.4.1. Tính toán và kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng. 53
IV.4.1.1. Chọn vật liệu bánh răng. 53
IV.4.1.2. Xác định ứng suất cho phép. 53
IV.4.1.3. Tính toán bộ truyền các cấp. 54

IV.4.1.3.1. Bộ truyền bánh răng cấp 1 54
IV.4.1.3.1.1. Các thông số cơ bản của bộ truyền. 54
IV.4.1.3.1.2. Kiểm nghiệm bánh răng 55
IV.4.1.3.2. Bộ truyền bánh răng cấp 2 56
IV.4.1.3.3. Bộ truyền bánh răng cấp 3 57
IV.4.2. Tính toán thiết kế trục.
58
IV.4.2.1. Chọn vật liệu. 58
IV.4.2.2. Sơ đồ trục, chi tiết quay và lực từ các chi tiết quay tác dụng lên 58
IV.4.2.3. Tính toán các trục 59
IV.4.2.3.1. Tính toán trục II. 59
IV.4.2.3.2. Tính toán trục III 60
IV.4.2.3.3. Tính toán trục IV 61
IV.4.2.4 Kiểm nghiệm độ bền của trục IV 63
IV.4.2.4.1. Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 61
IV.4.2.4.1. Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 61
IV.4.3 Bôi trơn hộp giảm tốc 614
IV.4.4.Tới nguội 614
IV.5. Tính động cơ trục X, Y, Z, W1, W2. 66
IV.5.1. Tính động cơ trục X. 66
IV.5.2. Tính động cơ trục Y. 69
IV.5.1. Tính động cơ trục Z 72
IV.5.2. Tính động cơ trục W1. 75

7
IV.6. Tính toán, thiết kế hệ thống thủy lực. 78
IV.6.1. Ưu nhợc điểm của hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực. 78
IV.6.1.1. Ưu điểm. 78
IV.6.1.2. Nhợc điểm 78
IV.6.2. Sơ đồ thuỷ lực của máy CNC 5 trục 79

IV.6.2.1. Sơ đồ nguyên lý 79
IV.6.2.2. Nguyên lý hoạt động 79
IV.6.3.1. Tính toán cho trục W1. 80
IV.6.3.2. Tính toán cho trục W2. 84
IV.6.4. Tính toán cho bơm. 84
IV.6.5. Chọn van tràn. 84
IV.6.6. Tính kiểm tra 85
IV.6.6.1. Tính kiểm tra cho hệ thống kẹp chặt 85
IV.6.2. Tính lực kẹp cho quá trình kéo phôi 89
V. Quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết điển hình 92
V.1. Quy trình chế tạo đế máy. 92
V.2. Quy trình chế tạo thân máy.
94
V.3. Quy trình chế tạo đầu khoan 96
V.4. Quy trình công nghệ gia công trục chính 100
V.5. Quy trình công nghệ gia công ống trợt 102
VI. Hớng dẫn quy trình lắp ráp và kiểm tra 105
VI.1. Hớng dẫn quy trình lắp ráp các cụm chi tiết điển hình 105
VI.1.1. Quy trình lắp ráp hộp số 105
VI.1.1.1. Lắp các cụm thành máy. 105
VI.1.1.2. Mô phỏng bằng hình vẽ 3D 109
VI.1.2. Qui trình lắp ráp đế máy. 110
VI.1.3. Qui trình lắp ráp thân máy. 112
VI.1.4. Lắp ráp kẹp trái. 113
VI.1.5. Lắp ráp kẹp phải 114
VI.1.6. Lắp hệ thống dẫn phôi lên đế máy. 115
VI.1.7. Lắp hệ thống thuỷ lực 117
VI.1.8. Lắp ráp tổng thể. 118
VI.2. Quy trình kiểm tra 119
VI.2.1. Kiểm tra các thông số cơ bản của máy. 119

VI.2.2. Kiểm tra độ chính xác hình học 120
VI.2.3. Phơng pháp tiến hành đo 126
8
VI.3. Kiểm tra chạy thử không tải các cụm, bộ phận 127
VI.4. Kiểm tra có tải 128
Kiểm tra độ chính xác gia công (có biên bản kiểm tra các chi tiết) 128
VII. Điều khiển CNC 129
VII.1. Giới thiệu bộ điều khiển CNC Softservo S 140M 129
VII.2. Phần cứng 129
VII.2.1. Máy tính 129
VII.2.2. Kết nối phần cứng Versiobus 129
VII.3. Công nghệ phần mềm ServoWork CNC. 133
VII.3.1. Kiến trúc của phần mềm Servo Work 134
VII.4. Xây dựng lu đồ thuật toán 138
VII.5. Cài đặt tham số. 139
VII.5.1. Cài đặt tham số cho các trục 139
VII.5.2. Cài đặt tham số hoạt động 139
VII.5.3. Cài đặt tham số cho động cơ 140
VIII. Định hớng phát triển thị trờng 142
VIII.1. Thị trờng máy gia công dầm thép CNC 142
VIII.2. Định hớng phát triển 143
Kết luận và kiến nghị 144
Tài liệu tham khảo 148
Phụ lục 149

9
Bảng ký hiệu
a Số cặp bánh răng ăn khớp
a
w
Khoảng cách trục mm
b Số cặp ổ lăn
b
w
Chiều rộng vành răng mm
C
a
Tải trọng tĩnh N
C
oa
Tải trọng động N
d
1
, d
2
– Đờng kính chia mm
d
a1

, d
a2
– Đờng kính đỉnh răng mm
d
f1
, d
f2
– Đờng kính đáy răng mm
d
w
– Đờng
d – Số ngày làm việc trong tháng ngày
dr – Đờng kính chân ren mm
e Bớc vít me mm
E Môđun đàn hồi N.mm
2

g
0
– Hệ số kể đến ảnh hởng của sai lệch bớc răng.
H Thời gian làm việc giờ
h – Số giờ làm việc trong một ngày giờ
i Tỷ số truyền
J
p
Mômen độc cực mm
4

J Mômen quán tính kg.m
2

J
BS
Mômen quán tính trục vít me kg.m
2

J
W
Mômen quán tính đầu khoan kg.m
2

J
RT
Mômen quán tính phần quay của động cơ kg.m
2
J
CU
Mômen quán tính của khớp nối kg.m
2
K – Độ cứng vững N/àm
K
H
– Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc
K
HI

– Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng
K
H

– Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp.
K
HV
– Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp.
K
F
– Hệ số tải trọng khi tính về uốn.
K
F

– Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng.
K
FV
– Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp.
K

d2
, K

d2
– Hệ số
10
K
F

– 1 hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho cặp bánh răng đồng thời ăn khớp khi
tính về uốn.
K
x
– Hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt.

K
y
– Hệ số tăng bền bề mặt trục.
K

,

K

– Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn.
M
x
Mômen xoắn N.m
M
F
Mômen của động cơ Nm
M
S
Mômen tải trọng trên trục vít me Nm
M
G
Mômen của lực quán tính Nm
M
P
Mômen do tải trọng Nm
m Môđun mm
m
1
Khối lợng đầu khoan kg
m

2
Khối lợng đờng trợt kg
n Số vòng quay vg/ph
n
đc
Số vòng quay trục động cơ vg/ph
n
lv
Số vòng quay làm việc vg/ph
n
I
, n
II
, n
III
, n
IV
Số vòng quay trên các trục vg/ph
n
tb
Vận tốc vòng quay trung bình vg/ph
N
e
Công suất cắt kW
N
đc
Công suất động cơ kW
L
t
Tuổi thọ của bộ truyền giờ

L Chiều dài giữa gối đỡ và đai ốc mm
L
1
Chiều dài vít me mm
u
ch
Tỷ số truyền chung trên hộp
u
1
, u
2
, u
3
Tỷ số truyền trên từng cấp
p áp suất cần thiết của bơm MPa
p
k
– áp suất làm việc MPa
P
đc
Công suất trên trục động cơ kW
P
I
, P
II
, P
III
, P
IV
Công suất trên các trục kW

T
I
, T
II
, T
III
, T
IV
Mômen xoắn trên các trục N.m
F Tải trọng dọc trục cho phép N
F
max
Lực cắt lớn nhất N
F
r1
ữ F
r6
Lực tác dụng hớng tâm lên các đoạn trục N
F
t1
ữ F
t6
Lực tác dụng tiếp tuyến lên các đoạn trục N
F
ms
Lực tải trọng N
11
F
c
Lực dọc trục trung bình N

f – Hệ số ma sát.
f
w
Hệ số tải trọng
i – Tỷ số truyền.
s
H
, s
F
Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc.
[s] – Hệ số an toàn cho phép.
s

i
Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp tại tiết diện.
s

i
– Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện.
S Lợng chạy dao mm/vg
V Tốc độ cắt m/ph
V
min
Vận tốc cắt nhỏ nhất mm/ph
V
max
Vận tốc cắt lớn nhất mm/ph
V
nhanh
Vận tốc chạy dao nhanh mm/ph

P
0
Lực cắt N
Q Lu lợng cần thiết l/phút
Q
min
Lu lợng tối thiểu chảy qua van tiết lu l/phút

b
Giới hạn bền MPa

ch
Giới hạn chảy MPa
[
H
] ứng suất tiếp xúc cho phép MPa
[
F
] ứng suất uốn cho phép MPa
0
limH

– ứng suất tiếp xúc cho phép với chu kỳ cơ sở. MPa
0
limF

– ứng suất uốn cho phép với chu kỳ cơ sở. Mpa

-1
Giới hạn mỏi uốn MPa

-1
Giới hạn mỏi xoắn MPa

a2
,
a2
,
mi2,

m2
– Biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện.
MPa

,

– Hệ số kể đến ảnh hởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi
[] – ứng suất xoắn cho phép MPa
Y

– Hệ số kể đến trùng khớp ngang
Y

– Hệ số kể đến độ nghiêng của răng.
Y
F1
– Hệ số răng
y – Số năm sử dụng máy năm
t Thời gian thay đổi gia tốc

12
Z Số răng
r – Hệ số sử dụng máy.
Z
M
– Hệ số kể đến cơ tính của bánh răng ăn khớp
Z
H
– Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc
– Hệ số an toàn.
– Góc nghiêng của răng

H
– Hệ số kể đến ảnh hởng của sai số ăn khớp.

,

– Hệ số kích thớc kể đến ảnh hởng của kích thớc tiết diện trục đến giới hạn mỏi.

br
Hiệu suất của cặp bánh răng ăn khớp.

ol
Hiệu suất của cặp ổ lăn trên trục
– Góc nâng của trục vít me.
– ứng suất riêng N/mm
2

13

lời mở đầu
Đây là đề tài thuộc chơng trình khoa học công nghệ trọng điểm cấp nhà nớc KC03/ 06-
10. Thông qua đấu thầu khoa học công nghệ năm 2006, kinh phí sử dụng nguồn vốn ngân sách
Nhà nớc và nguồn vốn đối ứng từ đơn vị thực hiện đề tài là Viện IMI.
Các thông tin chính liên quan đến đề tài nh sau:
1. Tên đề tài. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy CNC 5 trục

(Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị gia công dầm thép kết cấu)
2. M số: KC03.02/06-10
3. Thời gian thực hiện
(Từ tháng 04/2007 đến 04/2009)
4. Cấp quản lý
NN

, Bộ

, CS

, Tỉnh

5. Kinh phí
Tổng số: 1785 triệu đồng
Trong đó, từ ngân sách SNKH: 1100 triệu đồng
6. Thuộc Chơng trình: Công nghệ tự động hoá
7. Chủ nhiệm đề tài
Họ và tên: Vũ Hoài Ân
Học hàm/học vị: Phó giáo s / Tiến sỹ
Chức danh khoa học:
Điện thoại: 38344186(CQ)/ 37843512 (NR) Fax: 38344975
Mobile: 0906183334
E-mail: [email protected]
Địa chỉ cơ quan: 46 Láng Hạ-Đống Đa-Hà Nội
Địa chỉ nhà riêng: 33 K121 Trung Kính-Cầu Giấy-Hà Nội.
8. Cơ quan chủ trì đề tài
Tên tổ chức KH&CN: Viện máy và Dụng cụ Công nghiệp
Điện thoại:3 8351009/8351010 Fax: 38344975

E-mail: [email protected]
Địa chỉ: 46 Láng Hạ-Đống Đa-Hà Nội
14
Căn cứ theo hợp đồng số 02/2006/HĐ-ĐTCT-KC.03/ 06-10 giữa bên A là ban Chủ nhiệm
chơng trình KC. 03/ 06-10 và bên B là Viện máy và Dụng cụ Công nghiệp. Theo nội dung của
hợp đồng thì bên B sẽ phải hoàn thành các sản phẩm khoa học công nghệ sau:
Thiết bị máy móc: Hoàn thành việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một máy khoan dầm
CNC 5 trục đạt đợc các thông số:
Thông số kỹ thuật Kích thớc Ghi chú
Kích thớc phôi gia công trên máy Dài đến 24 m
Rộng 900 mm
Cao 500 mm

Hành trình máy
Trục X
Trục W1, W2
Z
Trục Y
900 (mm)
500 (mm)
300 (mm)
1000x n =12000(mm)

Hành trình trục
Trục W1, W2
Trục Z

150 (mm)
300 (mm)

Động cơ trục chính 3 pha
Số động cơ
Công suất
Số vòng quay (của trục chính )

3 cái
4,5 kW
600 v/ phút

Động cơ điều khiển trục: Động cơ Servo
Trục X
Trục W1, W2, Z
Trục Y

5,4 Nm
12 Nm
24 Nm

Cơ cấu truyền động Đai ốc vít me bi
Độ chính xác.
Trục Y

Trục X, W1, W2, Z

0,3 mm/12m
0,05 mm

Bộ điều khiển: Heidenhain hoặc tơng đơng Điều khiển 5 trục
Kích thớc máy WxDxH 2350x3050x2500 mm Không tính hệ
thống dẫn phôi

15

Tài liệu:
Hoàn thành đầy đủ toàn bộ các bản vẽ thiết kế kỹ thuật máy CNC 5 trục.
Bộ bản vẽ về quy trình công nghệ chế tạo các chi tiết máy điển hình nh thân, bệ máy,đầu
khoan.
Quy trình công nghệ lắp ráp các cụm chi tiết và qui trình lắp ráp tổng thành.
Chơng trình cài đặt và điều khiển CNC.
Lý lịch máy, hớng dẫn sử dụng máy, hớng dẫn lập trình CAD/CAM
Báo cáo định kỳ, báo cáo tóm tắt, báo cáo tổng kết đề tài.
Toàn bộ báo cáo tổng kết này sẽ lần lợt trình bày chi tiết các nội dung đã thực hiện đợc
trong quá trình hoàn thành đề tài. Nhóm đề tài luôn mong có sự đóng góp của Ban chủ nhiệm
chơng trình các nhà khoa học, các nhà quản lý, các bạn đồng nghiệp sau khi đọc bản tổng kết
này.

16

C¸c néi dung chÝnh

17
I. Các nghiên cứu trong và ngoài nớc.
I.1. Tình hình máy CNC trên thế giới.
Máy công cụ điều khiển CNC và những xu hớng phát triển máy công cụ CNC trên
thế giới.
Máy công cụ CNC hiện nay liên tục đợc cải tiến và hoàn thiện, đáp ứng ngày càng sát
với những đòi hỏi khắt khe của công nghệ gia công chi tiết máy. Việc nghiên cứu, tìm hiểu
các công nghệ chế tạo máy CNC, các bộ điều khiển CNC, các loại máy công cụ CNC của các
hãng nổi tiếng trên thế giới, tạo ra những cơ sở vững chắc, và những kinh nghiệm quý báu khi
nghiên cứu những vấn đề tơng tự.
Để có đợc các kinh nghiệm cần thiết phục vụ cho đề tài, cần phải nghiên cứu những xu
thế chung của các nhà nghiên cứu, các nhà điều khiển, các lập trình viên, các hãng chế tạo máy
CNC ngoài nớc đã tập trung giải quyết tốt các vấn đề xoay quanh nh.
a. Độ chính xác gia công của máy ngày càng đợc nâng cao: Nhờ sự phát triển đồng bộ
giữa các thiết bị đo điện tử, thiết bị dẫn động cơ khí nh vít me đai ốc bi kết hợp với tốc độ tính
toán nhanh của CPU cùng SENSOR cảm ứng và thớc quang học, cùng với độ tin cậy rất cao
của các bộ điều khiển CNC từ Nhật Bản và Đức. Vì vậy độ chính xác, phơng pháp đo và xử lý
khi đo trong máy CNC không còn là vấn đề khó đối với các hãng chế tạo máy CNC trên thế

giới.
Ví dụ : độ chính xác của thớc quang học do một số hãng chế tạo nh: Heidenhain của
Cộng hòa Liên bang Đức, Newall của Anh quốc, Mitutoyo-Nhật bản đạt đợc 1àm, chiều
dài đo có thể lên đến 10m. Độ chính xác gia công của máy CNC không những luôn đợc cải
thiện mà còn đợc tiêu chuẩn hóa. Cụ thể đối với các loại máy tiện CNC của các nớc G7 độ
chính xác gia công theo tiêu chuẩn bắt buộc phải đạt đợc là: độ chính xác định vị: 0,01mm,
độ chính xác lặp lại: 0,025mm. Đối với máy phay và trung tâm gia công CNC tiêu chuẩn bắt
buộc ở Mỹ là: sai số lặp lại không lớn hơn ( 0.0002 inch trên dịch chuyển 24 inch) tơng
đơng 0,0051 mm trên hành trình 610 mm.
Ví dụ nh trung tâm gia công ngang (Horizontal Machine Center – HS -15AXT) 5 trục do
hãng Haas of USA chế tạo có hành trình X,Y,Z 24x 20x 22 có độ chính xác định vị
0.0001/ 24hành trình.
18

Hình 1: Vít me đai ốc bi.
b. Tốc độ cắt gọt, năng suất gia công cao: Một trong những yếu tố quan trọng tạo ra
năng suất gia công nhờ tốc độ cắt gọt. Tốc độ cắt gọt trên máy đợc giải quyết ở các khâu:
– Tốc độ trục chính: Do trục động cơ đợc kết hợp với trục chính nên đã đạt tốc độ 20.000
v/phút đối với máy tiện, 40.000 v/phút đối với máy phay mà vẫn giữ đợc mômen cắt gọt 100 ữ
250 Nm. ở tốc độ lớn, không cần dây đai, khớp Lực quán tính nhỏ, khả năng cân bằng tốt,
vì thế kết cấu máy gọn đơn giản.
– Tốc độ di chuyển của bàn trợt: Nhờ hàng loạt các biện pháp nâng cao tốc độ di chuyển
của các đờng trợt (tốc độ chạy bàn) nh: Trong kết cấu cơ khí đã thay thế dần các băng cứng
kiểu V bằng các băng trợt bi. Chúng đợc chế tạo tiêu chuẩn, nối ghép cứng vào các thân đúc,
đó là giải pháp tốt nhất giảm hẳn hiện tợng kẹt, cháy bề mặt do ma sát lớn khi có sự di trợt
nhanh.
Trong truyền động điện sử dụng các bộ điều khiển động cơ AC Servo có mômen lớn
Do vậy tốc độ chạy nhanh đối với các máy CNC thông thờng đạt từ 20 đến 35 m/phút, máy
cắt Laser 40 m/phút, đặc biệt máy phay siêu tốc 120 m/phút (máy phay MAZAK do nhà máy
chế tạo máy công cụ Yamazaki Mazak – Nhật bản chế tạo).

– Khả năng cắt gọt của các loại dụng cụ: Cùng với sự phát triển của ngành dụng cụ cắt,
phơng pháp cắt gọt với các mảnh hợp kim cứng của dao cho tốc độ tiến dao khi phay có thể
lên đến 10m/phút. Với các biện pháp gá lắp phôi tự động, sử dụng nhiều Pallet đối với máy
phay, sử dụng nhiều mâm cặp đối với máy tiện, đầu rơvonve, tool magazine chứa nhiều dao đã
tạo nên năng suất gia công rất cao.
19
c. Máy có tuổi thọ kỹ thuật và độ ổn định cao: Máy CNC theo tiêu chuẩn của các nớc
G7, châu Âu nh các hãng Haas của Mỹ, Deckel Maho của Đức, hãng Mzak, Makino,
Hitachiseiki, Yasada của Nhật, Emco của áo có tuổi bền rất cao, các loại máy CNC của các
hãng này có thể sản xuất 3 ca liên tục nhiều năm mà không có lỗi nào từ nhà sản xuất.
Các biện pháp nâng cao tuổi bền của máy đợc chú trọng ở các khâu nh chế tạo tốt các
đờng trợt bằng các loại vật liệu đặc biệt hoặc kết cấu đặc biệt nh đờng trợt bi, đờng tr-
ợt động cơ tuyến tính.
Các loại vòng bi đặc biệt (hãng SKF, NSK, TNT, FAG) tự động bôi trơn, tự động kiểm tra
tích cực quá trình làm việc tránh đợc các sự cố khi máy vận hành. Sử dụng các phần mềm
thông minh do vậy tránh đợc nhiều lỗi do ngời sử dụng gây ra vì thế mà tăng đợc tuổi bền
của máy.

Hình 2: Cơ cấu đờng trợt băng bi.
d. Máy có số lợng và chủng loại đa dạng: Từ thực tế của công việc gia công cơ khí đã
thúc đẩy ngành chế tạo máy công cụ CNC phát triển nhanh và rất đa dạng về chủng loại và gam
cỡ máy.
Ví dụ, chỉ tính riêng cho một loại máy phay CNC của hãng Haas đã có tới hàng trăm sản
phẩm có gam cỡ và kiểu dáng khác nhau: máy phay CNC của hãng này loại nhỏ nh loại
Toolroom Mill có hành trình bàn xyz: 760x300x400 mm, loại lớn nh VS – 3 hành trình bàn
xyz: 3800x1270x1270 mm, côn trục chính sử dụng loại ISO – 50, điều khiển 5 trục, có thay
dao tự động
e. Máy đợc tích hợp nhiều chức năng: Để giảm số lần gá tăng độ chính xác của chi tiết gia
công, nhiều hãng chế tạo máy CNC đã chế tạo các loại máy CNC có nhiều chức năng trên cùng
một máy.

20
Ví dụ 1 – máy 4 trục: Hãng Mazak chế tạo trung tâm tiện – phay- khoan CNC kiểu Mazak
Slant Turn 25 – ATC máy này đợc thiết kế điều khiển 4+2 trục bao gồm X Y Z C+S, S2. Phần
tiện sử dụng mâm cặp tự định tâm kẹp nhanh bằng thủy lực ỉ250 mm, khoảng cách chống tâm
1200 mm, công suất trục S1 là 22kw, đờng kính tiện vợt bàn xe dao tới 300 mm. Chức năng
phay điều khiển 3+1 trục XZC + S2. Máy đợc sử dụng cơ cấu thay dao tự động kiểu xích với
25 ổ chứa dao.
Ví dụ 2 – máy 5 trục: Hãng Yaskada của Nhật bản chế tạo trung tâm gia công ngang
(horizontal Machining Center – H30I) máy đợc điều khiển 5 trục đồng thời X, Y, Z,A,B với hành
trình các trục (XxYxZ) 650x560x560 mm, trục A/360 độ chính xác phân độ 0,001, trục B/
( – 120 đến + 45) độ chính xác 0,001. Tốc độ trục chính 120 đến 12 000 v/ phút, tốc độ
chạy nhanh X/Y/Z: 40.000/20.000/5.000 mm/phút, trục A/B:15/10v/phút. Tự động thay dao
(Automantic tool change) số dao chứa trong ổ chứa dao 60, tốc độ thay dao 5s/1 chu trình.
g. Bộ điều khiển CNC có nhiều chức năng: Nhờ sự phát triển đồng bộ của ngành công
nghiệp điện tử và công nghệ thông tin kết hợp với đòi hỏi thực tế của công nghệ chế tạo máy.
Hiện nay, các bộ điều khiển CNC ngày càng tin cậy hơn, hiện đại hơn, các chức năng
điều khiển ngày càng sát với công nghệ gia công chi tiết và luôn bám sát với tốc độ phát triển
của ngành chế tạo dụng cụ cắt gọt.
Có thể thấy rất rõ các chức năng cơ bản (feature) của các bộ điều khiển: Dễ sử dụng bộ vi
xử lý 32 bít, có khả năng thực hiện 1000 blocks/s. Thích ứng với bộ mã G – code chuẩn ISO, bộ
nhớ chơng trình 256 kb, th viện dao cụ tới 200 dao, 26 tọa độ làm việc, nội suy đờng xoắn
Helical.
Dễ dàng nối ghép với máy tính và trung tâm điều khiển thông qua cổng RS 232/DNClink, có
trang thông báo và lựa chọn ngôn ngữ, tự chuẩn đoán các lỗi nội tại.
Có thể lập trình hình ảnh đối xứng, có chu trình con cho: tiện, phay, khoan, có chạy mô
phỏng đồ họa, điều khiển contour một cách chính xác
Ví dụ một số các bộ điều khiển CNC: Siemens có Sinumerik 802 – C, 802D, 810T,
840D Heidenhain có TNC-310, TNC – 426, TNC – 30 Fanuc có 16i, 18i, 21i các bộ điều
khiển kể trên có thể điều khiển 5 trục nh: SIEMENS Sinumerik 810, 840; HEIDENHAIN
TNC426, 430; FANUC 18i, 21i.

h. Cơ cấu thay dao tự động đa dạng: Việc bố trí các sensor theo nhiều cách tạo cho mỗi
một vị trí dao cụ đợc mã hóa bằng các bit khác nhau do vậy việc nhận biết và kiểm soát dụng
cụ trở nên đơn giản.
i. Số trục và các trục điều khiển trong máy CNC: Những quy định về trục điều khiển của
máy công cụ CNC nh sau: trục chuyển động thẳng thể hiện việc dịch chuyển của dao hoặc
phôi dọc theo 3 phơng tọa độ Đề các đợc định nghĩa là các trục: X,Y,Z.
21
Các trục chuyển động song song tơng ứng đợc định nghĩa là: U,V,W. Trục thực hiện
chuyển động quay quanh X đợc định nghĩa là trục A, tơng tự trục quay quanh Y là B, quay
quanh Z là C. Với các định nghĩa trên số trục của máy CNC thông thờng đợc thiết kế: máy
tiện có trục X, Z; X, Z, C hoặc nếu có 2 bàn dao X, Z, U, W, C. Trong máy phay và trung tâm
gia công, máy có số trục đơn giản nhất là X,Y,Z hoặc thông dụng hơn X,Y,Z,C. Để giải các bài
toán gia công trên mặt trụ, mặt cầu, các mặt cong nhiều bậc phức tạp trong thiết kế máy cần
phải thêm các trục quay phối hợp nh A, B, C.
k. Máy công cụ cắt cao tốc HSC (Hight Speed Cutting). Trong những năm cuối thế kỷ
20, các nớc công nghiệp trên thế giới có một hớng nghiên cứu phát triển máy công cụ CNC
cắt cao tốc HSC. Hớng này đã đạt đợc nhiều thành công và đã có nhiều máy HSC đợc đa
vào sản xuất để giải quyết các nhiệm vụ gia công rất đặc biệt.
Ví dụ: Hãng chế tạo ô tô Volkswagen AG đã áp dụng các máy HSC để:
– Chế tạo các điện cực Graphít và đồng cho gia công EDM.
– Gia công lòng khuôn trực tiếp từ thép đã tôi.
– Chế tạo mẫu thử bằng nhôm.
– Gia công các vật mẫu bằng chất dẻo.
CHLB Đức là một nớc công nghiệp phát triển cao nhng đã phải bỏ ra tới 60 năm để có
đợc thành công trong hớng phát triển máy công cụ HSC vào cuối thế kỷ 20. Đó là vì máy gia
công HSC không chỉ đợc hiểu là máy có tốc độ cắt cao mà ngời ta đã phải giải quyết thành
công cả 3 yếu tố sau đây đồng thời:
– Tốc độ cắt cực lớn: từ 1000 đến 5000m/phút tùy thuộc vật liệu gia công (số vòng quay
trục chính đạt 50.000 đến 160.000 vòng/phút).
– Lợng tiến dao cực lớn: từ 10.000 đến 40.000 mm/phút.

– Tốc độ xử lý lệnh điều khiển cực nhanh tơng ứng.
Ngoài ra ngời ta còn phải phát triển đợc loại vật liệu dụng cụ cắt chịu đựng đợc chế độ
cắt kinh khủng nói trên.
Chừng nào mà cha đạt đợc đồng thời cả 3 yếu tố trên thì vẫn cha thể có thành công
của máy gia công HSC. Đó là lý do để CHLB Đức phải chờ tới 60 năm để có đợc thành quả
trong hớng nghiên cứu này.
ở các máy tiện hoặc phay HSC, do trục chính quay với tốc độ cực cao nên ngời ta đã tạo
ra một loại trục chính đặc biệt gọi là trục chính động cơ (Motorspindles), đó là động cơ AC
không đồng bộ xoay chiều có Rotor ngắn mạch đặt ngay trên trục chính và đợc làm nguội
bằng chất lỏng. Trục chính đợc quay trên các ổ thủy tĩnh và không qua bất cứ một hộp giảm
tốc nào.

22
Hãng DECKEL- MAHO (CHLB Đức) chế tạo các trục chính động cơ sau đây:
– Loại < 1kW: số vòng quay đạt 160.000 vòng/phút
– Loại > 60 kW: số vòng quay đạt 24.000 vòng/phút
Còn với lợng tiến dao 10.000 đến 40.000 mm/phút thì cơ cấu vít me- đai ốc lăn không
đáp ứng đợc vì chúng tạo ra tốc độ tiến dao quá chậm. Vì vậy ngời ta đã phát triển động cơ
tuyến tính (Linear Motors) để làm nhiệm vụ này. Động cơ tuyến tính với Rotor và Stator phẳng
sẽ tạo ra chuyển động tịnh tiến thẳng với tốc độ cao đáp ứng chuyển động tiến dao của máy
công cụ HSC Hình 3 dới đây cho sơ đồ nguyên lý của động cơ tuyến tính.

Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động cơ tuyến tính.
* Máy có động học song song PKM (Parallel Kinematic Machines).
Một xu hớng mới nữa để phát triển máy công cụ thế hệ mới là tạo ra các máy có động
học song song PKM. ở thế hệ máy này ngời ta thay hệ toạ độ đề các vuông góc với 3 trục X,
Y, Z quen thuộc bằng một hệ tọa độ mới sử dụng từ 3 đến 6 thanh thẳng có gắn động cơ để
điều khiển cho các thanh này có chuyển động tịnh tiến dọc trục của chúng, nhờ đó có thể thay
đổi vị trí tơng đối trong không gian giữa dụng cụ và phôi theo kiểu mô phỏng buồng tập lái

máy bay. Máy sử dụng 3 thanh điều khiển gọi là Tripod. Máy sử dụng 6 thanh điều khiển gọi là
HEXAPOD.
Sơ đồ nguyên lý của một máy HEXAPOD cho ở hình 4.

Hình 4: Máy HEXAPOD với 6 thanh điều khiển.
23
Đặc điểm của loại máy HEXAPOD là điều khiển đợc 5 bậc tự do của trục dụng cụ, có
thể gia công trong một lần gá cả 5 bề mặt trong không gian của phôi.
Nhợc điểm của máy HEXAPOD là tỷ lệ giữa không gian làm việc có ích và không gian
chung toàn máy tơng đối thấp.
Hình 5 là máy phay HEXAPOD model INQERSOLL của CHLB Đức với
* Các thông số kỹ thuật cơ bản sau:
Không gian gia công: 600 x 600 x 600mm
Định hớng trục chính: 15
o

Tốc độ cắt max: 50 m/s
Gia tốc max: 15m/ s
2
Công suất trục chính HSC: 27 KW
Máy đợc trang bị trục chính động cơ đảm bảo cắt cao tốc HSC.

Hình 5: Máy phay HEXAPOD Model INQERSOLL
đợc thiết kế để gia công với HSC.
ở các máy có động học song song PKM ngời ta phải phát triển một phần mềm chuyển
đổi từ hệ tọa độ dạng động học song song 6 thanh sang hệ tọa độ đề các vuông góc X, Y, Z. Có
nh vậy mới cụ thể hóa đợc việc lập trình gia công các phôi mà kích thớc của chúng đợc
cho ở dạng 3 trục tọa độ X, Y, Z vuông góc trong không gian.
Hiện nay, ở các nớc công nghiệp phát triển cao, các máy tripod và hexapod đã đợc chế
tạo và đa vào sử dụng trong công nghiệp ngày càng nhiều.

22/11/2009 TP. Hà Nội, 11 2008B ản quyền 2008 thuộc VMVDCCNĐơn xin sao chép hàng loạt hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Tổng Giámđốc VMVDCCN trừ trờng hợp sử dụng với mục tiêu điều tra và nghiên cứu. Bộ công thơngViện máy và dụng cụ công nghiệp46 Láng hạ đống đa hà nộiBáo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tàiNghiên cứu phong cách thiết kế và chế tạo máy cnc 5 trục ( Nghiên cứu phong cách thiết kế chế tạo thiết bị gia công dầm thép cấu trúc ) M số : kc 03.02 / 06-10 Pgs. ts. Vũ hoài ânHà Nội, 11 2008B ản thảo viết xong 11 2008T ài liệu này đợc viết trên cơ sở hiệu quả triển khai đề tài : Nghiên cứu, tăng trưởng và ứng dụng công nghệ tiên tiến tự động hóa. Nghiên cứu phong cách thiết kế và chế tạo máy CNC 5 trục ( Nghiên cứu phong cách thiết kế chế tạo thiết bị gia công dầm thép cấu trúc ) Danh sách những ngời thực hiệnHọ và tên Chức danh Học vị Tham gia vào mụcChủ nhiệm đề tàiPGS. TS. Vũ Hoài Ân Chủ nhiệm đề tàiPgs. ts I, II, IIICán bộ nghiên cứuPGS TS. Trơng Hữu Chí Viện IMIPsg. tsII, IIITS. Trần Ngọc Hng Viện IMItsIII, VIIIThS. Trần Hồng Lam Viện IMI ThS. Điện II, IIIKs. Trần Kim Quế Nghiên cứu viên Ks. cơ khí III, V, VIIIKs. Nguyễn Thợng Chính Nghiên cứu viên Ks. cơ khí III, IV, V, VIKs. Hoàng Minh Đức Nghiên cứu viên Ks. cơ khí IV, V, VIKs. Nguyễn Tiến Hùng Nghiên cứu viên Ks. điện III, VIIKs. Lê Điệp Anh Nghiên cứu viên Ks. điện II, VIITóm tắt tình hình triển khai đề tàiSự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá của Nước Ta không hề thiếu đợc việc hiệnđại hóa ngành cơ khí chế tạo máy. Chúng ta thay đổi công nghệ tiên tiến không có nghĩa chỉ là đem tiền đi mua công nghệ tiên tiến. Việc muacông nghệ không phải thứ nào cứ có tiền là mua đợc đặc biệt quan trọng là công nghệ cao. Cụ thể hơnnhập khẩu máy công cụ CNC trong 1 số ít trờng hợp có nhiều chưa ổn nh : giá đắt, bảo dưỡng, bh phức tạp, không dữ thế chủ động, không phát huy đợc kinh tế tài chính nội sinh, nhiều khi còn bịcấm vận không nhập đợc nh một số ít máy CNC ship hàng quốc phòngNgành cơ khí chế tạo máy trong đó có ngành chế tạo máy công cụ ở Việt nam đã cótruyền thống hơn 50 năm thiết kế xây dựng và tăng trưởng. Đội ngũ cán bộ kỹ thuật đã hình thành cảnhiều thế hệ. Tuy nhiên hầu hết những loại sản phẩm máy công cụ chế tạo ra đều là những máy phổthông vạn năng và có cấu trúc truyền thống lịch sử. Viện máy và Dụng cụ Công nghiệp là một trong những cơ sở nghiên cứu và điều tra, chế tạo những loạimáy công cụ. Trong hơn 35 năm qua Viện đã cung ứng cho thị trờng nhiều mẫu sản phẩm thiết kếtrong đó có nhiều mẫu máy công cụ, kể cả máy công cụ CNC.Trong những loại sản phẩm đó hoàn toàn có thể kể đến : Đề tài : Nghiên cứu phong cách thiết kế chế tạo máy tiện T20 CNC.Dự án : Hoàn thiện công nghệ tiên tiến chế tạo máy phay tân tiến, điều khiển và tinh chỉnh CNC đạt chấtlợng DMU 60T của hng DECKEL MAHO trên cơ sở hợp tác và đảm nhiệm chuyểngiao công nghệ tiên tiến của hng DECKEL MAHO Đức. Đề tài : Hiện đại hóa lan rộng ra tính năng tinh chỉnh và điều khiển tự động hóa của máy tiện T20CNC. Đề tài : Nghiên cứu phong cách thiết kế chế tạo máy tiện CNC băng nghiêng có thay dao tự động hóa. Tuy nhiên vẫn chỉ dừng ở những bộ tinh chỉnh và điều khiển 2 trục, 3 trục. Đây là những bớc chuẩn bịban đầu cho việc phong cách thiết kế chế tạo máy CNC có nhiều trục, mà khởi đầu là đề tài KC. 03.02 / 06-10. Nghiên cứu phong cách thiết kế, chế tạo máy CNC 5 trục ( Nghiên cứu phong cách thiết kế, chế tạo thiết bị gia côngdầm thép cấu trúc ). Mục tiêu tổng quát của đề tài KC 03.02 là : * Nghiên cứu phong cách thiết kế, chế tạo hoàn hảo 01 thiết bị gia công dầm thép cấu trúc trên cơ sởtích hợp công nghệ tiên tiến gia công dầm thép cấu trúc với công nghệ tiên tiến điều khiển và tinh chỉnh CNC 5 trục tọa độ. Vì thế báo cáo giải trình này đã tổng kết, nhìn nhận, chứng minh và khẳng định những năng lực làm chủ công nghệchế tạo máy công cụ CNC ở Nước Ta. Sự sinh ra của đề tài KC 03.02 / 06-10, quy trình thựchiện và hiệu quả đạt đợc của nó đã chứng tỏ cho năng lực đó. Để làm rõ hiệu quả đề tài, trong báo cáo giải trình tổng kết này sẽ trình diễn không thiếu những nội dung cơbản nhất, gồm có những luận cứ về những loại sản phẩm, phơng pháp luận khi xử lý những vấn đềvề công nghệ tiên tiến, những giải pháp kỹ thuật. Bản báo cáo này gồm có 8 phần chính sau đây : Phần1. Tình hình nghiên cứu và điều tra tương quan đến chế tạo máy CNC trong nớc và nớc ngoài. Trong phần này đa phần nghiên cứu và phân tích những giải pháp đạt đợc trong cấu trúc của những cụm cụ thể cơbản. Các giải pháp về nâng cao độ đúng mực chi tiết cụ thể gia công và giải pháp tinh chỉnh và điều khiển CNCPhần 2. Đánh giá năng lực công nghệ tiên tiến trong nớc tương quan đến chế tạo máy CNC : Khảosát tìm hiểu năng lực chế tạo những cụ thể đúng mực của những xí nghiệp sản xuất cơ khí trong nớc về cảnăng lực trang thiết bị lẫn năng lượng công nghệ tiên tiến chế tạo. Phần 3. Lựa chọn gam cỡ máy sau khi đã nghiên cứu và phân tích những máy mẫu, để từ đó lựa chọn máyđợc phong cách thiết kế ra bảo vệ thuận tiện, dễ sử dụng luôn phân phối đợc sản xuất trong nớc. Phần 4. Thiết kế kỹ thuật : Trong phần này hầu hết trình diễn những đo lường và thống kê phong cách thiết kế liênquan đến tính những thành phần lực theo những phơng X, Y, Z, W1, W2 Tính toán phong cách thiết kế bộtruyền động cho những cụm truyền động đầu khoan, truyền động trục X, trục Y, trục Z, W1, W2. Tính toán mạng lưới hệ thống thuỷ lực. Phần 5. Lập quy trình công nghệ tiên tiến chế tạo những cụ thể nổi bật : Quy trình chế tạo bệ máy, quy trình tiến độ chế tạo khung máy, tiến trình chế tạo đầu khoan. Phần 6. Hớng dẫn tiến trình lắp ráp và kiểm tra. Phần 7. Điều khiển CNC.Phần 8. Các định hớng tăng trưởng thị trờng và nhìn nhận năng lực đầu t. Đây là mụcđợc nhìn nhận từ góc nhìn kinh tế tài chính của đề tài. Phần cuối. Trình bày những Kết luận rút ra sau khi thực thi xong đề tài, những kiến nghịcủa những cán bộ kỹ thuật tham gia đề tài. Phần phụ lục. Trình bày tổng thể những văn bản tương quan, những biên bản kiểm tra, cácbản vẽ phong cách thiết kế cơ khí, điện, tinh chỉnh và điều khiển, 1 số ít đoạn chơng trình gia công thửBáo cáo tổng kết đợc trình diễn luôn bám sát với thực tiễn trong quy trình triển khai côngviệc phong cách thiết kế và chế tạo máy. Khi phong cách thiết kế những cụm cụ thể có nghiên cứu và phân tích, cất nhắc kỹ lỡng, hộiđủ tính kinh tế tài chính kỹ thuật và năng lực công nghệ tiên tiến. Trong từng phần của báo cáo giải trình đều có bản vẽ, những hình ảnh thực tiễn minh họa đợc trình diễn trong báo cáo giải trình. Mục lụcDanh sách những ngời triển khai 1T óm tắt tình hình triển khai đề tài 2M ục lục 5B ảng ký hiệu 9L ời mở màn 13C ác nội dung chính 16I. Các nghiên cứu và điều tra trong và ngoài nớc 17I. 1. Tình hình máy CNC trên quốc tế 17I. 2. Các địa thế căn cứ lựa chọn thông số kỹ thuật tinh chỉnh và điều khiển CNC 24I. 2.1. Phân tích u nhợc điểm của từng phơng án. 24I. 2.2. Một số bộ tinh chỉnh và điều khiển CNC của một vài hãng trên quốc tế 29I. 2.2.1. Bộ điều khiển và tinh chỉnh CNC của Tập đoàn Mitsubishi 29I. 2.2.2. Bộ tinh chỉnh và điều khiển CNC của Fanuc 30I. 2.2.3. Bộ điều khiển và tinh chỉnh CNC của Heidenhain. 31I. 3. Giới thiệu tổng quan về máy CNC 5 trục 33I. 4. Nghiên cứu những loại máy CNC tinh chỉnh và điều khiển 5 trục tọa độ tơng tự phục 36I. 5. Khảo sát tình hình chế tạo dầm thép trong nớc 41II. Đánh giá năng lực công nghệ tiên tiến trong nớc. 43II. 1. Năng lực về phong cách thiết kế mẫu sản phẩm 43II. 2. Năng lực về đầu t trang thiết bị 43II. 3. Năng lực về tin học và tự động hóa. 44III. Lựa chọn gam cỡ máy. 45III. 1. Các nhu yếu khi chọn máy mẫu 45III. 2. Thông số kỹ thuật máy mẫu 45III. 3. Các thông số kỹ thuật lựa chọn cho máy phong cách thiết kế 46III. 4. Biện pháp thực thi. 47IV. Tính toán phong cách thiết kế. 50IV. 1. Sơ đồ động 51IV. 1. Xác định những thông số kỹ thuật công nghệ tiên tiến khi khoan 51IV. 1.1. Xác định lực cắt và mômen cắt khi khoan. 51IV. 1.2. Số vòng xoay trên trục công tác làm việc 51IV. 1.3. Công suất cắt 51IV. 2. Chọn động cơ điện của đầu khoan. 51IV. 2.1. Công suất động cơ điện 51IV. 2.2. Số vòng xoay của động cơ điện 52IV. 3. Sơ đồ động học của bộ truyền 52IV. 3. 1 Tỷ số truyền trên hộp. 52IV. 3.2. Công suất, số vòng xoay và mômen xoắn trên những trục 52IV. 3.2.1. Công suất trên những trục 52IV. 3.2.2. Số vòng xoay trên những trục. 52IV. 3.2.3. Mômen xoắn trên những trục 53IV. 4. Kiểm nghiệm những bộ truyền của hộp tụt giảm 53IV. 4.1. Tính toán và kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng. 53IV. 4.1.1. Chọn vật tư bánh răng. 53IV. 4.1.2. Xác định ứng suất được cho phép. 53IV. 4.1.3. Tính toán bộ truyền những cấp. 54IV. 4.1.3. 1. Bộ truyền bánh răng cấp 1 54IV. 4.1.3. 1.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của bộ truyền. 54IV. 4.1.3. 1.2. Kiểm nghiệm bánh răng 55IV. 4.1.3. 2. Bộ truyền bánh răng cấp 2 56IV. 4.1.3. 3. Bộ truyền bánh răng cấp 3 57IV. 4.2. Tính toán phong cách thiết kế trục. 58IV. 4.2.1. Chọn vật tư. 58IV. 4.2.2. Sơ đồ trục, cụ thể quay và lực từ những chi tiết cụ thể quay tính năng lên 58IV. 4.2.3. Tính toán những trục 59IV. 4.2.3. 1. Tính toán trục II. 59IV. 4.2.3. 2. Tính toán trục III 60IV. 4.2.3. 3. Tính toán trục IV 61IV. 4.2.4 Kiểm nghiệm độ bền của trục IV 63IV. 4.2.4. 1. Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 61IV. 4.2.4. 1. Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 61IV. 4.3 Bôi trơn hộp tụt giảm 614IV. 4.4. Tới nguội 614IV. 5. Tính động cơ trục X, Y, Z, W1, W2. 66IV. 5.1. Tính động cơ trục X. 66IV. 5.2. Tính động cơ trục Y. 69IV. 5.1. Tính động cơ trục Z 72IV. 5.2. Tính động cơ trục W1. 75IV. 6. Tính toán, phong cách thiết kế mạng lưới hệ thống thủy lực. 78IV. 6.1. Ưu nhợc điểm của mạng lưới hệ thống điều khiển và tinh chỉnh bằng thuỷ lực. 78IV. 6.1.1. Ưu điểm. 78IV. 6.1.2. Nhợc điểm 78IV. 6.2. Sơ đồ thuỷ lực của máy CNC 5 trục 79IV. 6.2.1. Sơ đồ nguyên tắc 79IV. 6.2.2. Nguyên lý hoạt động giải trí 79IV. 6.3.1. Tính toán cho trục W1. 80IV. 6.3.2. Tính toán cho trục W2. 84IV. 6.4. Tính toán cho bơm. 84IV. 6.5. Chọn van tràn. 84IV. 6.6. Tính kiểm tra 85IV. 6.6.1. Tính kiểm tra cho mạng lưới hệ thống kẹp chặt 85IV. 6.2. Tính lực kẹp cho quy trình kéo phôi 89V. Quy trình công nghệ tiên tiến chế tạo một số ít chi tiết cụ thể nổi bật 92V. 1. Quy trình chế tạo đế máy. 92V. 2. Quy trình chế tạo thân máy. 94V. 3. Quy trình chế tạo đầu khoan 96V. 4. Quy trình công nghệ tiên tiến gia công trục chính 100V. 5. Quy trình công nghệ tiên tiến gia công ống trợt 102VI. Hớng dẫn quy trình tiến độ lắp ráp và kiểm tra 105VI. 1. Hớng dẫn quá trình lắp ráp những cụm cụ thể nổi bật 105VI. 1.1. Quy trình lắp ráp hộp số 105VI. 1.1.1. Lắp những cụm thành máy. 105VI. 1.1.2. Mô phỏng bằng hình vẽ 3D 109VI. 1.2. Qui trình lắp ráp đế máy. 110VI. 1.3. Qui trình lắp ráp thân máy. 112VI. 1.4. Lắp ráp kẹp trái. 113VI. 1.5. Lắp ráp kẹp phải 114VI. 1.6. Lắp mạng lưới hệ thống dẫn phôi lên đế máy. 115VI. 1.7. Lắp mạng lưới hệ thống thuỷ lực 117VI. 1.8. Lắp ráp tổng thể và toàn diện. 118VI. 2. Quy trình kiểm tra 119VI. 2.1. Kiểm tra những thông số kỹ thuật cơ bản của máy. 119VI. 2.2. Kiểm tra độ đúng chuẩn hình học 120VI. 2.3. Phơng pháp thực thi đo 126VI. 3. Kiểm tra chạy thử không tải những cụm, bộ phận 127VI. 4. Kiểm tra có tải 128K iểm tra độ đúng mực gia công ( có biên bản kiểm tra những cụ thể ) 128VII. Điều khiển CNC 129VII. 1. Giới thiệu bộ điều khiển và tinh chỉnh CNC Softservo S 140M 129VII. 2. Phần cứng 129VII. 2.1. Máy tính 129VII. 2.2. Kết nối phần cứng Versiobus 129VII. 3. Công nghệ phần mềm ServoWork CNC. 133VII. 3.1. Kiến trúc của ứng dụng Servo Work 134VII. 4. Xây dựng lu đồ thuật toán 138VII. 5. Cài đặt tham số. 139VII. 5.1. Cài đặt tham số cho những trục 139VII. 5.2. Cài đặt tham số hoạt động giải trí 139VII. 5.3. Cài đặt tham số cho động cơ 140VIII. Định hớng tăng trưởng thị trờng 142VIII. 1. Thị trờng máy gia công dầm thép CNC 142VIII. 2. Định hớng tăng trưởng 143K ết luận và yêu cầu 144T ài liệu tìm hiểu thêm 148P hụ lục 149B ảng ký hiệua Số cặp bánh răng ăn khớpKhoảng cách trục mmb Số cặp ổ lănChiều rộng vành răng mmTải trọng tĩnh NoaTải trọng động N, d – Đờng kính chia mma1, da2 – Đờng kính đỉnh răng mmf1, df2 – Đờng kính đáy răng mm – Đờngd – Số ngày thao tác trong tháng ngàydr – Đờng kính chân ren mme Bớc vít me mmE Môđun đàn hồi N.mm – Hệ số kể đến ảnh hởng của rơi lệch bớc răng. H Thời gian thao tác giờh – Số giờ thao tác trong một ngày giời Tỷ số truyềnMômen độc cực mmJ Mômen quán tính kg. mBSMômen quán tính trục vít me kg. mMômen quán tính đầu khoan kg. mRTMômen quán tính phần quay của động cơ kg. mCUMômen quán tính của khớp nối kg. mK – Độ cứng vững N / àm – Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúcHI – Hệ số kể đến sự phân bổ không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng – Hệ số kể đến sự phân bổ không đều tải trọng cho những đôi răng đồng thời ăn khớp. HV – Hệ số kể đến tải trọng động Open trong vùng ăn khớp. – Hệ số tải trọng khi tính về uốn. – Hệ số kể đến sự phân bổ không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng. FV – Hệ số kể đến tải trọng động Open trong vùng ăn khớp. d2, Kd2 – Hệ số10 – 1 thông số kể đến sự phân bổ không đều tải trọng cho cặp bánh răng đồng thời ăn khớp khitính về uốn. – Hệ số tập trung chuyên sâu ứng suất do trạng thái mặt phẳng. – Hệ số tăng bền mặt phẳng trục. – Hệ số tập trung chuyên sâu ứng suất thực tiễn khi uốn và xoắn. Mômen xoắn N.mMômen của động cơ NmMômen tải trọng trên trục vít me NmMômen của lực quán tính NmMômen do tải trọng Nmm Môđun mmKhối lợng đầu khoan kgKhối lợng đờng trợt kgn Số vòng xoay vg / phđcSố vòng xoay trục động cơ vg / phlvSố vòng xoay thao tác vg / ph, nII, nIII, nIVSố vòng xoay trên những trục vg / phtbVận tốc vòng xoay trung bình vg / phCông suất cắt kWđcCông suất động cơ kWTuổi thọ của bộ truyền giờL Chiều dài giữa gối đỡ và đai ốc mmChiều dài vít me mmchTỷ số truyền chung trên hộp, u, uTỷ số truyền trên từng cấpp áp suất thiết yếu của bơm MPa – áp suất thao tác MPađcCông suất trên trục động cơ kW, PII, PIII, PIVCông suất trên những trục kW, TII, TIII, TIVMômen xoắn trên những trục N.mF Tải trọng dọc trục được cho phép NmaxLực cắt lớn nhất Nr1ữ Fr6Lực tính năng hớng tâm lên những đoạn trục Nt1ữ Ft6Lực tính năng tiếp tuyến lên những đoạn trục NmsLực tải trọng N11Lực dọc trục trung bình Nf – Hệ số ma sát. Hệ số tải trọngi – Tỷ số truyền., sHệ số bảo đảm an toàn khi tính về tiếp xúc. [ s ] – Hệ số bảo đảm an toàn được cho phép. Hệ số bảo đảm an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp tại tiết diện. – Hệ số bảo đảm an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện. S Lợng chạy dao mm / vgV Tốc độ cắt m / phminVận tốc cắt nhỏ nhất mm / phmaxVận tốc cắt lớn nhất mm / phnhanhVận tốc chạy dao nhanh mm / phLực cắt NQ Lu lợng thiết yếu l / phútminLu lợng tối thiểu chảy qua van tiết lu l / phútGiới hạn bền MPachGiới hạn chảy MPa ] ứng suất tiếp xúc được cho phép MPa ] ứng suất uốn được cho phép MPalimH – ứng suất tiếp xúc được cho phép với chu kỳ luân hồi cơ sở. MPalimF – ứng suất uốn được cho phép với chu kỳ luân hồi cơ sở. Mpa-1Giới hạn mỏi uốn MPa-1Giới hạn mỏi xoắn MPaa2a2mi2, mét vuông – Biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện. MPa – Hệ số kể đến ảnh hởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi [ ] – ứng suất xoắn được cho phép MPa – Hệ số kể đến trùng khớp ngang – Hệ số kể đến độ nghiêng của răng. F1 – Hệ số răngy – Số năm sử dụng máy nămt Thời gian biến hóa gia tốc12Z Số răngr – Hệ số sử dụng máy. – Hệ số kể đến cơ tính của bánh răng ăn khớp – Hệ số kể đến hình dạng mặt phẳng tiếp xúc – Hệ số bảo đảm an toàn. – Góc nghiêng của răng – Hệ số kể đến ảnh hởng của sai số ăn khớp. – Hệ số kích thớc kể đến ảnh hởng của kích thớc tiết diện trục đến số lượng giới hạn mỏi. brHiệu suất của cặp bánh răng ăn khớp. olHiệu suất của cặp ổ lăn trên trục – Góc nâng của trục vít me. – ứng suất riêng N / mm13lời mở đầuĐây là đề tài thuộc chơng trình khoa học công nghệ tiên tiến trọng điểm cấp nhà nớc KC03 / 06-10. Thông qua đấu thầu khoa học công nghệ tiên tiến năm 2006, kinh phí đầu tư sử dụng nguồn vốn ngân sáchNhà nớc và nguồn vốn đối ứng từ đơn vị chức năng thực thi đề tài là Viện IMI.Các thông tin chính tương quan đến đề tài nh sau : 1. Tên đề tài. Nghiên cứu phong cách thiết kế và chế tạo máy CNC 5 trục ( Nghiên cứu phong cách thiết kế chế tạo thiết bị gia công dầm thép cấu trúc ) 2. M số : KC03. 02/06 – 103. Thời gian triển khai ( Từ tháng 04/2007 đến 04/2009 ) 4. Cấp quản lýNN, Bộ, CS, Tỉnh5. Kinh phíTổng số : 1785 triệu đồngTrong đó, từ ngân sách SNKH : 1100 triệu đồng6. Thuộc Chơng trình : Công nghệ tự động hóa hoá7. Chủ nhiệm đề tàiHọ và tên : Vũ Hoài ÂnHọc hàm / học vị : Phó giáo s / Tiến sỹChức danh khoa học : Điện thoại : 38344186 ( CQ ) / 37843512 ( NR ) Fax : 38344975M obile : 0906183334E – mail : [email protected] Địa chỉ cơ quan : 46 Láng Hạ-Đống Đa-Hà NộiĐịa chỉ nhà riêng : 33 K121 Trung Kính-Cầu Giấy-Hà Nội. 8. Cơ quan chủ trì đề tàiTên tổ chức triển khai KH&CN : Viện máy và Dụng cụ Công nghiệpĐiện thoại : 3 8351009 / 8351010 Fax : 38344975E – mail : [email protected] Địa chỉ : 46 Láng Hạ-Đống Đa-Hà Nội14Căn cứ theo hợp đồng số 02/2006 / HĐ-ĐTCT-KC. 03 / 06-10 giữa bên A là ban Chủ nhiệmchơng trình KC. 03 / 06-10 và bên B là Viện máy và Dụng cụ Công nghiệp. Theo nội dung củahợp đồng thì bên B sẽ phải triển khai xong những mẫu sản phẩm khoa học công nghệ tiên tiến sau : Thiết bị máy móc : Hoàn thành việc điều tra và nghiên cứu, phong cách thiết kế, chế tạo một máy khoan dầmCNC 5 trục đạt đợc những thông số kỹ thuật : Thông số kỹ thuật Kích thớc Ghi chúKích thớc phôi gia công trên máy Dài đến 24 mRộng 900 mmCao 500 mmHành trình máyTrục XTrục W1, W2Trục Y900 ( mm ) 500 ( mm ) 300 ( mm ) 1000 x n = 12000 ( mm ) Hành trình trụcTrục W1, W2Trục Z150 ( mm ) 300 ( mm ) Động cơ trục chính 3 phaSố động cơCông suấtSố vòng xoay ( của trục chính ) 3 cái4, 5 kW600 v / phútĐộng cơ điều khiển và tinh chỉnh trục : Động cơ ServoTrục XTrục W1, W2, ZTrục Y5, 4 Nm12 Nm24 NmCơ cấu truyền động Đai ốc vít me biĐộ đúng mực. Trục YTrục X, W1, W2, Z0, 3 mm / 12 m0, 05 mmBộ tinh chỉnh và điều khiển : Heidenhain hoặc tơng đơng Điều khiển 5 trụcKích thớc máy WxDxH 2350×3050 x2500 mm Không tính hệthống dẫn phôi15Tài liệu : Hoàn thành rất đầy đủ hàng loạt những bản vẽ phong cách thiết kế kỹ thuật máy CNC 5 trục. Bộ bản vẽ về quy trình tiến độ công nghệ tiên tiến chế tạo những chi tiết cụ thể máy nổi bật nh thân, bệ máy, đầukhoan. Quy trình công nghệ tiên tiến lắp ráp những cụm chi tiết cụ thể và qui trình lắp ráp tổng thành. Chơng trình setup và điều khiển và tinh chỉnh CNC.Lý lịch máy, hớng dẫn sử dụng máy, hớng dẫn lập trình CAD / CAMBáo cáo định kỳ, báo cáo giải trình tóm tắt, báo cáo giải trình tổng kết đề tài. Toàn bộ báo cáo giải trình tổng kết này sẽ lần lợt trình diễn cụ thể những nội dung đã thực thi đợctrong quy trình hoàn thành xong đề tài. Nhóm đề tài luôn mong có sự góp phần của Ban chủ nhiệmchơng trình những nhà khoa học, những nhà quản trị, những bạn đồng nghiệp sau khi đọc bản tổng kếtnày. 16C ¸ c néi dung chÝnh17I. Các nghiên cứu và điều tra trong và ngoài nớc. I. 1. Tình hình máy CNC trên quốc tế. Máy công cụ điều khiển và tinh chỉnh CNC và những xu hớng tăng trưởng máy công cụ CNC trênthế giới. Máy công cụ CNC lúc bấy giờ liên tục đợc nâng cấp cải tiến và hoàn thành xong, phân phối ngày càng sátvới những yên cầu khắc nghiệt của công nghệ tiên tiến gia công chi tiết cụ thể máy. Việc điều tra và nghiên cứu, tìm hiểucác công nghệ tiên tiến chế tạo máy CNC, những bộ tinh chỉnh và điều khiển CNC, những loại máy công cụ CNC của cáchãng nổi tiếng trên quốc tế, tạo ra những cơ sở vững chãi, và những kinh nghiệm tay nghề quý báu khinghiên cứu những yếu tố tơng tự. Để có đợc những kinh nghiệm tay nghề thiết yếu ship hàng cho đề tài, cần phải nghiên cứu và điều tra những xuthế chung của những nhà nghiên cứu, những nhà điều khiển và tinh chỉnh, những lập trình viên, những hãng chế tạo máyCNC ngoài nớc đã tập trung chuyên sâu xử lý tốt những yếu tố xoay quanh nh. a. Độ đúng mực gia công của máy ngày càng đợc nâng cao : Nhờ sự tăng trưởng đồng bộgiữa những thiết bị đo điện tử, thiết bị dẫn động cơ khí nh vít me đai ốc bi phối hợp với vận tốc tínhtoán nhanh của CPU cùng SENSOR cảm ứng và thớc quang học, cùng với độ đáng tin cậy rất caocủa những bộ điều khiển và tinh chỉnh CNC từ Nhật Bản và Đức. Vì vậy độ đúng chuẩn, phơng pháp đo và xử lýkhi đo trong máy CNC không còn là yếu tố khó so với những hãng chế tạo máy CNC trên thếgiới. Ví dụ : độ đúng chuẩn của thớc quang học do một số ít hãng chế tạo nh : Heidenhain củaCộng hòa Liên bang Đức, Newall của Anh quốc, Mitutoyo-Nhật bản đạt đợc 1 àm, chiềudài đo hoàn toàn có thể lên đến 10 m. Độ đúng chuẩn gia công của máy CNC không những luôn đợc cảithiện mà còn đợc tiêu chuẩn hóa. Cụ thể so với những loại máy tiện CNC của những nớc G7 độchính xác gia công theo tiêu chuẩn bắt buộc phải đạt đợc là : độ chính xác định vị : 0,01 mm, độ đúng chuẩn lặp lại : 0,025 mm. Đối với máy phay và TT gia công CNC tiêu chuẩn bắtbuộc ở Mỹ là : sai số lặp lại không lớn hơn ( 0.0002 inch trên di dời 24 inch ) tơngđơng 0,0051 mm trên hành trình dài 610 mm. Ví dụ nh TT gia công ngang ( Horizontal Machine Center – HS – 15AXT ) 5 trục dohãng Haas of USA chế tạo có hành trình dài X, Y, Z 24 x 20 x 22 có độ chính xác định vị0. 0001 / 24 hành trình dài. 18H ình 1 : Vít me đai ốc bi. b. Tốc độ cắt gọt, hiệu suất gia công cao : Một trong những yếu tố quan trọng tạo ranăng suất gia công nhờ vận tốc cắt gọt. Tốc độ cắt gọt trên máy đợc xử lý ở những khâu : – Tốc độ trục chính : Do trục động cơ đợc tích hợp với trục chính nên đã đạt vận tốc 20.000 v / phút so với máy tiện, 40.000 v / phút so với máy phay mà vẫn giữ đợc mômen cắt gọt 100 ữ250 Nm. ở vận tốc lớn, không cần dây đai, khớp Lực quán tính nhỏ, năng lực cân đối tốt, vì vậy cấu trúc máy gọn đơn thuần. – Tốc độ chuyển dời của bàn trợt : Nhờ hàng loạt những giải pháp nâng cao vận tốc di chuyểncủa những đờng trợt ( vận tốc chạy bàn ) nh : Trong cấu trúc cơ khí đã sửa chữa thay thế dần những băng cứngkiểu V bằng những băng trợt bi. Chúng đợc chế tạo tiêu chuẩn, nối ghép cứng vào những thân đúc, đó là giải pháp tốt nhất giảm hẳn hiện tợng kẹt, cháy mặt phẳng do ma sát lớn khi có sự di trợtnhanh. Trong truyền động điện sử dụng những bộ tinh chỉnh và điều khiển động cơ AC Servo có mômen lớnDo vậy vận tốc chạy nhanh so với những máy CNC thông thờng đạt từ 20 đến 35 m / phút, máycắt Laser 40 m / phút, đặc biệt quan trọng máy phay siêu tốc 120 m / phút ( máy phay MAZAK do nhà máychế tạo máy công cụ Yamazaki Mazak – Nhật bản chế tạo ). – Khả năng cắt gọt của những loại dụng cụ : Cùng với sự tăng trưởng của ngành dụng cụ cắt, phơng pháp cắt gọt với những mảnh kim loại tổng hợp cứng của dao cho vận tốc tiến dao khi phay có thểlên đến 10 m / phút. Với những giải pháp gá lắp phôi tự động hóa, sử dụng nhiều Pallet so với máyphay, sử dụng nhiều mâm cặp so với máy tiện, đầu rơvonve, tool magazine chứa nhiều dao đãtạo nên hiệu suất gia công rất cao. 19 c. Máy có tuổi thọ kỹ thuật và độ không thay đổi cao : Máy CNC theo tiêu chuẩn của những nớcG7, châu Âu nh những hãng Haas của Mỹ, Deckel Maho của Đức, hãng Mzak, Makino, Hitachiseiki, Yasada của Nhật, Emco của áo có tuổi bền rất cao, những loại máy CNC của cáchãng này hoàn toàn có thể sản xuất 3 ca liên tục nhiều năm mà không có lỗi nào từ nhà phân phối. Các giải pháp nâng cao tuổi bền của máy đợc chú trọng ở những khâu nh chế tạo tốt cácđờng trợt bằng những loại vật tư đặc biệt quan trọng hoặc cấu trúc đặc biệt quan trọng nh đờng trợt bi, đờng tr-ợt động cơ tuyến tính. Các loại vòng bi đặc biệt quan trọng ( hãng SKF, NSK, TNT, FAG ) tự động hóa bôi trơn, tự động hóa kiểm tratích cực quy trình thao tác tránh đợc những sự cố khi máy quản lý và vận hành. Sử dụng những phần mềmthông minh do vậy tránh đợc nhiều lỗi do ngời sử dụng gây ra cho nên vì thế mà tăng đợc tuổi bềncủa máy. Hình 2 : Cơ cấu đờng trợt băng bi. d. Máy có số lợng và chủng loại phong phú : Từ trong thực tiễn của việc làm gia công cơ khí đãthúc đẩy ngành chế tạo máy công cụ CNC tăng trưởng nhanh và rất phong phú về chủng loại và gamcỡ máy. Ví dụ, chỉ tính riêng cho một loại máy phay CNC của hãng Haas đã có tới hàng trăm sảnphẩm có gam cỡ và mẫu mã khác nhau : máy phay CNC của hãng này loại nhỏ nh loạiToolroom Mill có hành trình dài bàn xyz : 760×300 x400 mm, loại lớn nh VS – 3 hành trình dài bànxyz : 3800×1270 x1270 mm, côn trục chính sử dụng loại ISO – 50, điều khiển và tinh chỉnh 5 trục, có thaydao tự độnge. Máy đợc tích hợp nhiều tính năng : Để giảm số lần gá tăng độ đúng mực của chi tiết cụ thể giacông, nhiều hãng chế tạo máy CNC đã chế tạo những loại máy CNC có nhiều tính năng trên cùngmột máy. 20V í dụ 1 – máy 4 trục : Hãng Mazak chế tạo TT tiện – phay – khoan CNC kiểu MazakSlant Turn 25 – ATC máy này đợc phong cách thiết kế điều khiển và tinh chỉnh 4 + 2 trục gồm có X Y Z C + S, S2. Phầntiện sử dụng mâm cặp tự định tâm kẹp nhanh bằng thủy lực ỉ250 mm, khoảng cách chống tâm1200 mm, hiệu suất trục S1 là 22 kw, đờng kính tiện vợt bàn xe dao tới 300 mm. Chức năngphay tinh chỉnh và điều khiển 3 + 1 trục XZC + S2. Máy đợc sử dụng cơ cấu tổ chức thay dao tự động hóa kiểu xích với25 ổ chứa dao. Ví dụ 2 – máy 5 trục : Hãng Yaskada của Nhật bản chế tạo TT gia công ngang ( horizontal Machining Center – H30I ) máy đợc điều khiển và tinh chỉnh 5 trục đồng thời X, Y, Z, A, B với hànhtrình những trục ( XxYxZ ) 650×560 x560 mm, trục A / 360 độ đúng mực phân độ 0,001, trục B / ( – 120 đến + 45 ) độ đúng mực 0,001. Tốc độ trục chính 120 đến 12 000 v / phút, tốc độchạy nhanh X / Y / Z : 40.000 / 20.000 / 5.000 mm / phút, trục A / B : 15/10 v / phút. Tự động thay dao ( Automantic tool change ) số dao chứa trong ổ chứa dao 60, vận tốc thay dao 5 s / 1 quy trình. g. Bộ tinh chỉnh và điều khiển CNC có nhiều công dụng : Nhờ sự tăng trưởng đồng điệu của ngành côngnghiệp điện tử và công nghệ thông tin tích hợp với yên cầu trong thực tiễn của công nghệ tiên tiến chế tạo máy. Hiện nay, những bộ điều khiển và tinh chỉnh CNC ngày càng đáng tin cậy hơn, văn minh hơn, những chức năngđiều khiển ngày càng sát với công nghệ tiên tiến gia công cụ thể và luôn bám sát với vận tốc phát triểncủa ngành chế tạo dụng cụ cắt gọt. Có thể thấy rất rõ những tính năng cơ bản ( feature ) của những bộ tinh chỉnh và điều khiển : Dễ sử dụng bộ vixử lý 32 bít, có năng lực triển khai 1000 blocks / s. Thích ứng với bộ mã G – code chuẩn ISO, bộnhớ chơng trình 256 kb, th viện dao cụ tới 200 dao, 26 tọa độ thao tác, nội suy đờng xoắnHelical. Dễ dàng nối ghép với máy tính và TT điều khiển và tinh chỉnh trải qua cổng RS 232 / DNClink, cótrang thông tin và lựa chọn ngôn từ, tự chuẩn đoán những lỗi nội tại. Có thể lập trình hình ảnh đối xứng, có quy trình con cho : tiện, phay, khoan, có chạy môphỏng đồ họa, điều khiển và tinh chỉnh contour một cách chính xácVí dụ một số ít những bộ điều khiển và tinh chỉnh CNC : Siemens có Sinumerik 802 – C, 802D, 810T, 840D Heidenhain có TNC-310, TNC – 426, TNC – 30 Fanuc có 16 i, 18 i, 21 i những bộ điềukhiển kể trên hoàn toàn có thể điều khiển và tinh chỉnh 5 trục nh : SIEMENS Sinumerik 810, 840 ; HEIDENHAINTNC426, 430 ; FANUC 18 i, 21 i. h. Cơ cấu thay dao tự động hóa phong phú : Việc sắp xếp những sensor theo nhiều cách tạo cho mỗimột vị trí dao cụ đợc mã hóa bằng những bit khác nhau do vậy việc nhận ra và trấn áp dụngcụ trở nên đơn thuần. i. Số trục và những trục tinh chỉnh và điều khiển trong máy CNC : Những pháp luật về trục điều khiển và tinh chỉnh củamáy công cụ CNC nh sau : trục hoạt động thẳng biểu lộ việc di dời của dao hoặcphôi dọc theo 3 phơng tọa độ Đề những đợc định nghĩa là những trục : X, Y, Z. 21C ác trục hoạt động song song tơng ứng đợc định nghĩa là : U, V, W. Trục thực hiệnchuyển động quay quanh X đợc định nghĩa là trục A, tơng tự trục quay quanh Y là B, quayquanh Z là C. Với những định nghĩa trên số trục của máy CNC thông thờng đợc phong cách thiết kế : máytiện có trục X, Z ; X, Z, C hoặc nếu có 2 bàn dao X, Z, U, W, C. Trong máy phay và trung tâmgia công, máy có số trục đơn thuần nhất là X, Y, Z hoặc thông dụng hơn X, Y, Z, C. Để giải những bàitoán gia công trên mặt trụ, mặt cầu, những mặt cong nhiều bậc phức tạp trong phong cách thiết kế máy cầnphải thêm những trục quay phối hợp nh A, B, C.k. Máy công cụ cắt cao tốc HSC ( Hight Speed Cutting ). Trong những năm cuối thế kỷ20, những nớc công nghiệp trên quốc tế có một hớng điều tra và nghiên cứu tăng trưởng máy công cụ CNCcắt cao tốc HSC. Hớng này đã đạt đợc nhiều thành công xuất sắc và đã có nhiều máy HSC đợc đavào sản xuất để xử lý những trách nhiệm gia công rất đặc biệt quan trọng. Ví dụ : Hãng chế tạo xe hơi Volkswagen AG đã vận dụng những máy HSC để : – Chế tạo những điện cực Graphít và đồng cho gia công EDM. – Gia công lòng khuôn trực tiếp từ thép đã tôi. – Chế tạo mẫu thử bằng nhôm. – Gia công những vật mẫu bằng chất dẻo. CHLB Đức là một nớc công nghiệp tăng trưởng cao nhng đã phải bỏ ra tới 60 năm để cóđợc thành công xuất sắc trong hớng tăng trưởng máy công cụ HSC vào cuối thế kỷ 20. Đó là vì máy giacông HSC không chỉ đợc hiểu là máy có vận tốc cắt cao mà ngời ta đã phải xử lý thànhcông cả 3 yếu tố sau đây đồng thời : – Tốc độ cắt cực lớn : từ 1000 đến 5000 m / phút tùy thuộc vật tư gia công ( số vòng quaytrục chính đạt 50.000 đến 160.000 vòng / phút ). – Lợng tiến dao cực lớn : từ 10.000 đến 40.000 mm / phút. – Tốc độ giải quyết và xử lý lệnh tinh chỉnh và điều khiển cực nhanh tơng ứng. Ngoài ra ngời ta còn phải tăng trưởng đợc loại vật tư dụng cụ cắt chịu đựng đợc chế độcắt kinh điển nói trên. Chừng nào mà cha đạt đợc đồng thời cả 3 yếu tố trên thì vẫn cha thể có thành côngcủa máy gia công HSC. Đó là nguyên do để CHLB Đức phải chờ tới 60 năm để có đợc thành quảtrong hớng điều tra và nghiên cứu này. ở những máy tiện hoặc phay HSC, do trục chính quay với vận tốc cực cao nên ngời ta đã tạora một loại trục chính đặc biệt quan trọng gọi là trục chính động cơ ( Motorspindles ), đó là động cơ ACkhông đồng điệu xoay chiều có Rotor ngắn mạch đặt ngay trên trục chính và đợc làm nguộibằng chất lỏng. Trục chính đợc quay trên những ổ thủy tĩnh và không qua bất kỳ một hộp giảmtốc nào. 22H ãng DECKEL – MAHO ( CHLB Đức ) chế tạo những trục chính động cơ sau đây : – Loại < 1 kW : số vòng xoay đạt 160.000 vòng / phút - Loại > 60 kW : số vòng xoay đạt 24.000 vòng / phútCòn với lợng tiến dao 10.000 đến 40.000 mm / phút thì cơ cấu tổ chức vít me – đai ốc lăn khôngđáp ứng đợc vì chúng tạo ra vận tốc tiến dao quá chậm. Vì vậy ngời ta đã tăng trưởng động cơtuyến tính ( Linear Motors ) để làm trách nhiệm này. Động cơ tuyến tính với Rotor và Stator phẳngsẽ tạo ra hoạt động tịnh tiến thẳng với vận tốc cao cung ứng hoạt động tiến dao của máycông cụ HSC Hình 3 dới đây cho sơ đồ nguyên tắc của động cơ tuyến tính. Hình 3 : Sơ đồ nguyên tắc động cơ tuyến tính. * Máy có động học song song PKM ( Parallel Kinematic Machines ). Một xu hớng mới nữa để tăng trưởng máy công cụ thế hệ mới là tạo ra những máy có độnghọc song song PKM. ở thế hệ máy này ngời ta thay hệ toạ độ đề những vuông góc với 3 trục X, Y, Z quen thuộc bằng một hệ tọa độ mới sử dụng từ 3 đến 6 thanh thẳng có gắn động cơ đểđiều khiển cho những thanh này có hoạt động tịnh tiến dọc trục của chúng, nhờ đó hoàn toàn có thể thayđổi vị trí tơng đối trong khoảng trống giữa dụng cụ và phôi theo kiểu mô phỏng buồng tập láimáy bay. Máy sử dụng 3 thanh tinh chỉnh và điều khiển gọi là Tripod. Máy sử dụng 6 thanh tinh chỉnh và điều khiển gọi làHEXAPOD. Sơ đồ nguyên tắc của một máy HEXAPOD cho ở hình 4. Hình 4 : Máy HEXAPOD với 6 thanh tinh chỉnh và điều khiển. 23 Đặc điểm của loại máy HEXAPOD là tinh chỉnh và điều khiển đợc 5 bậc tự do của trục dụng cụ, cóthể gia công trong một lần gá cả 5 mặt phẳng trong khoảng trống của phôi. Nhợc điểm của máy HEXAPOD là tỷ suất giữa khoảng trống thao tác có ích và không gianchung toàn máy tơng đối thấp. Hình 5 là máy phay HEXAPOD Model INQERSOLL của CHLB Đức với * Các thông số kỹ thuật kỹ thuật cơ bản sau : Không gian gia công : 600 x 600 x 600 mmĐịnh hớng trục chính : 15T ốc độ cắt max : 50 m / sGia tốc max : 15 m / sCông suất trục chính HSC : 27 KWMáy đợc trang bị trục chính động cơ bảo vệ cắt cao tốc HSC.Hình 5 : Máy phay HEXAPOD Model INQERSOLLđợc phong cách thiết kế để gia công với HSC.ở những máy có động học song song PKM ngời ta phải tăng trưởng một ứng dụng chuyểnđổi từ hệ tọa độ dạng động học song song 6 thanh sang hệ tọa độ đề những vuông góc X, Y, Z. Cónh vậy mới cụ thể hóa đợc việc lập trình gia công những phôi mà kích thớc của chúng đợccho ở dạng 3 trục tọa độ X, Y, Z vuông góc trong khoảng trống. Hiện nay, ở những nớc công nghiệp tăng trưởng cao, những máy tripod và hexapod đã đợc chếtạo và đa vào sử dụng trong công nghiệp ngày càng nhiều .

Source: https://vh2.com.vn
Category custom BY HOANGLM with new data process: Chế Tạo