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 [...]... 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 19 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... 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: 17 85 triệu đồng Trong... điều khiển CNC 5 trục với cấu hình 5 trục đều là các trục thẳng: X, Y, Z, U, V Trên hình 16 là sơ đồ một máy phay CNC điều khiển 5 trục với cấu hình trục là X, Y, Z, B, C ở trờng hợp của máy CNC 5 trục của đề tài KC.03 - 02/06 - 10 (thiết bị gia công dầm thép kết cấu) thì là một trờng hợp khá đặc biệt: ngoài 3 trục Đề các vuông góc X, Y, Z, máy đợc bổ xung 2 trục thẳng W1 và W2 mà cả hai trục này đều... phôi, tạo nên sai số gia công Hiện nay có xu hớng mới trên thế giới là chế tạo máy CNC điều khiển 5 trục Bên cạnh 3 trục Đề các vuông góc X, Y, Z, máy đợc bổ xung thêm 2 trục nữa mà thờng là 2 trục quay, tạo nên một máy CNC có cấu hình các trục có thể là X, Y, Z, A, B X, Y, Z, B, C X, Y, Z, A, C Hình 16 : Máy phay 5 trục có cấu hình các trục là X, Y, Z, B, C Với A là trục quay quanh X, B là trục quay... khiển 5 trục Kích thớc máy WxDxH 2 350 x3 050 x 250 0 mm Không tính hệ thống dẫn phôi 14 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, ... 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 Kích thớc phôi gia công trên máy Dài đến 24 m Rộng Cao Hành trình máy Trục X Trục W1, W2 Z Ghi chú 900 mm 50 0 mm 900... 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... thể điều khiển 7 trục cộng thêm một trục chính trong đó có 5 trục CNC và 2 trục có thể sử dụng cho PLC hoặc điều khiển đồng trục ServoWorks S -140M sử dụng mã nguồn mở nên có khả năng phát triển cho ngời sử dụng ServoWorks S -140M rất thích hợp để sử dụng cho các loại máy phay và máy gia công, máy cắt laser, plasma, và máy cắt tia nớc áp suất cao I.3 Giới thiệu tổng quan về máy CNC 5 trục Trong quá khứ,... 50 0 mm 900 (mm) 50 0 (mm) 300 (mm) 1000x n =12000(mm) Trục Y Hành trình trục Trục W1, W2 150 (mm) Trục Z 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 5, 4 Nm Trục W1, W2, Z 12 Nm Trục Y 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:... 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 . 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) 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. 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