TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỒ ÁN MÔN HỌC:THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Mã HP: Giáo viên hướng dẫn : Hoàng Vĩnh Sinh Sinh viên thực hiện: Lê Huy Long Lớp : cơ điện tử 1 MSSV: C1010043 I. Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống thay dao tự động cho máy phay CNC II. Số liệu cho trước : 1.Hệ thống thay dao cho máy phay đứng 2.Hệ thống tháo và 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 chính (PO1): KN(Khí nén) 5.Nguồn lực quay cụm chứa dao(PO2):ĐC(Động cơ điện) 6.Số lượng ổ chứa dao : N = 32 7.Loại côn gắn chuôi dao :BT30 8.Khối lượng một con dao:M=5 Kg 9.Đường kính lớn nhất của một con dao : Dmax = 80 mm 10.Thời gian thay dao gần nhất : T1 = 5 s 11.Thời gian thay dao xa nhất : T 2 = 9s III. Nội dung: 1. Thiết kế động học và nguyên lý hoạt động của hệ thống 2. Tính toán động học và nguyên lý hoạt động của hệ thống 3. Tính toán động lực học: cơ cấu Man, chọn xy lanh khí nén, tính chọn động cơ điện, thiết kế hộp giảm tốc, tính chọn vòng bi cho tấm đỡ. 4. Các bản vẽ: Bản vẽ lắp toàn hệ thống, bản vẽ nguyên lý hoạt động của hệ thống dẫn động bằng khí nén Hà Nội ,ngày … tháng … năm 2013 Giáo viên hướng dẫn Hoàng Vĩnh Sinh Đồ án cơ điện tử trang 1 [Type text] MỤC LỤC Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 1 1. 1. Những đặc điểm chung của hệ thống thay dao tự động 1 1.1.1. Phân loại các cơ cấu cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động 1 1.1.2. Ổ chứa dao và vận chuyển dụng cụ khi cấp phát tự động………………………………….2 1.1.3. Thay thế dụng cụ và kẹp chặt dụng cụ tự động trong cơ cấu công tác…………………….6 1.1.4. Một số trang bị ổ tích dụng cụ của một số nước………………………………………… 11 1.1.5. Hệ thống dụng cụ dùng cho máy CNC……………………………………………………12 1.1.6. Nhận dạng dụng cụ……………………………………………………………………… 15 1.1.7. Quản trị dụng cụ trong hệ CNC………………………………………………………… 18 1.2. Tìm hiểu cơ cấu thay dao tự động của máy CNC_V30 của hãng LEADWELL…………….22 1.2.1. Giới thiệu………………………………………………………………………………… 22 1.2.2. Nguyên lý hoạt động của bộ thay dao tự động……………………………………………23 II: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 2.1: Thiết kế động học…………………………………………………………………………….24 a.Kết cấu của thân máy và trục chính của máy CNC…………………………………………….24 b. Kích thước đài dao với chuôi BT30………………………………………………………… 25 2.2:Nguyên lí hoạt động của hệ thống thay dao………………………………………………….26 2.3: XÁC ĐỊNH GỐC TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG THAY DAO…………………………27 III:TÍNH TOÁN KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 3.1:Tính toán,thiết kế đài gá dao của hệ thống………………………………………………… 28 Đồ án cơ điện tử trang 2 [Type text] 3.1.1: Tính kích thước tang của đài chứa dao……………………………………………… 29 3.1.2. Tính toán cơ cấu Man cho Tang chứa dao………………………………………………………34 3.1.3. Tính toán và lựa chọn ổ lăn [1] 43 3.1.4. Tính toán trục đỡ Tang [1]…………………………………………………………… 45 3.2.1. Tính toán trục dẫn hướng [1………………………………………………………… 47 3.2.2 tính toán động học cho đài dao…………………………………………………………48 CHƯƠNG 4 SƠ ĐỒ KHÍ NÉN………………………………………………………… 55 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay khoa học kĩ thuật đang phát triển rất nhanh,mang lại nhưng lợi ích cho con người về tất cả những lĩnh vực vật chất và tinh thần.Để nâng cao đời sống nhân dân Đồ án cơ điện tử trang 3 [Type text] và hòa nhập với sự phát triển chung của thế giới,Đảng và nhà nước ta đã đề ra những mục tiêu đưa đất nước đi lên thành một nước công nghiệp hóa hiện đại hóa.Để thực hiện điều đó thì một trong những ngành cần quan tâm phát triển đó là ngành Cơ khí nói chung và ngành Cơ điện tử nói riêng vì nó đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị công cụ(máy móc,robot…) của mọi ngành kinh tế quốc dân.Muốn thực hiện việc phát triển ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kĩ thuật có trình độ chuyên môn đáp ứng được yêu cầu của công nghệ tiên tiến,công nghệ tự động hóa theo dây chuyền trong sản xuất. Tính toán thiết kế hệ thống Cơ điện tử là nội dung không thể thiếu trong chương trình đào tạo kỹ sư Cơ điện tử.Đồ án môn học này giúp cho sinh viên có thể hệ thống hóa lại các kiến thức của môn học như : Chi tiết máy, Vẽkĩ thuật,Cơ học kĩ thuật,Nguyên lý máy,Sức bền vật liệu,…Đồng thời cũng giúp chúng em học thêm một số phần mềm cần thiết cho việc thiết kế ,mô phỏng cần thiết , ngoài ra giúpchúng em làm quen với công việc thiết kế và làm đồ án tốt nghiệp sau này. Dù đã có cố gắng hoàn thành đồ án này với cường độ làm việc cao,cùng sự hướng dẫn nhiệt tình và cụ thể của các thầy trong bộ môn,nhưng do hiểu biết còn hạn chế cộng với chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên chắc chắn đồ án này không tránh khỏi được khả năng thiếu sót và bất cập.Vì vậy em rất mong sự sửa chữa và góp ý của các quý thầy cô để em rút kinh nghiệm và bổ sung thêm kiến thức cho mình. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các thầy cô trong Viện Cơ Khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt sự hướng dẫn tận tình của thầy HoàngVăn Sinh đã giúp em hoàn thành đồ án. Sinh viên thực hi ện: Lê Huy Long Đồ án cơ điện tử trang 4 [Type text] Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 1. 1. Những đặc điểm chung của hệ thống thay dao tự động 1.1.1. Phân loại các cơ cấu cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động Thông thường, quá trình gia công các chi tiết được thực hiên tuần tự bằng nhiều dụng cụ khác nhau. Do đó,trên các thiết bị tự động hoá, yêu cầu dụng cụ tương ứng đã được lắp và điều chỉnh sẵn trong các đài dao hoặc chuôi côn chuyên dùng. Việc gá đặt dụng cụ vào cơ cấu công tác của máy (trục chính hoặc đài gá dao) kẹp chặt lấy dụng cụ và khi bị mòn có thể thực hiện thay bằng tay hoặc thay thế tự động. Khi gá đặt bằng tay, quá trình điều chỉnh và lắp đặt dụng cụ phụ như chuôi côn, đài dao, bạc trung gian, mâm cặp được tiến hành trực tiếp trên máy. Còn khi thay dụng cụ bằng phương pháp tự động, việc điều chỉnh và lắp đặt dụng cụ phụ được tiến hành bên ngoài máy nhờ các dụng cụ chuyên dùng, phương pháp này dùng phổ biến trên các máy điều khiển số CNC, bao gồm các giai đoạn chính sau : - Ghép bộ và lắp ráp dụng cụ lấy ra từ kho dụng cụ - Điều chỉnh kích thước của dụng cụ trên các thiết bị chuyên dùng. - Nhập kho các bộ dụng cụ đã lắp và điều chỉnh. - Chọn dụng cụ phù hợp, thay thế và kẹp chúng tự động. - Tháo kẹp dụng cụ và đưa nó về ổ dao. - Đưa dụng cụ về kho sau khi đã gia công xong cả loạt chi tiết hoặc tháo dỡ để mài lại. Quá trình chọn dụng cụ phù hợp trong ổ chứa để gia công chi tiết, gá đặt và kẹp chặt dụng cụ tự động tháo dụng cụ ra khỏi cơ cấu công tác và đưa về ổ chứa được thực hiện nhờ hệ thống cấp phát và kẹp chặt tự động . Đồ án cơ điện tử trang 5 [Type text] Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động bao gồm các bộ phận cơ bản sau: - Ổ chứa dụng cụ, trên các máy tiện NC có thể có từ 1 đến 3 đầu rơvônve thực hiện chức năng của các ổ dụng cụ - Cơ cấu chọn dụng cụ cần thiết từ ổ dụng cụ để chuẩn bị dụng cụ thay thế. - Tay máy để thay thế dụng cụ (trong trường hợp máy CNC_V30 không cơ cấu này). - Cơ cấu kẹp chuôi côn hoặc đài gá dao trong cơ cấu công tác. Những yêu cầu cơ cấu cơ bản đối với cơ cấu cấp phát dụng cụ tự động (CPDCTĐ) - ổ chứa phải có dung lượng đủ lớn. - Dụng cụ phải được giữ trong ổ với độ tin cậy cao. - Thời gian thay thế dụng cụ là ít nhất . - Dụng cụ phải được giữ chặt trong tay máy khi thay thế tự động. - Chuôi dao và đài gá dao phải được định vị chính xác vào vị trí công tác. - Khoảng cách giữa ổ dụng cụ tới vị trí công tác là ngắn nhất. - Hệ thống CPDCTĐ phải được thiết kế bố trí sao cho nó không chạm vào phôi khi thay thế dụng cụ. - Hệ thống CPDCTĐ phải có độ tin cậy làm việc cao. - Tránh làm bẩn các bề mặt lắp ráp của chuôi vào đài gá dụng cụ. - Sử dụng và bảo dưỡng tiện lợi, đáp ứng yêu cầu an toàn. 1.1.2. Ổ chứa dao và vận chuyển dụng cụ khi cấp phát tự động Ổ chứa dao dùng để lưu giữ các dụng cụ cần thiết cho quá trình gia công các chi tiết nhất định của một máy cụ thể. Khi thay thế dụng cụ bằng tay, ổ chứa được gắn cứng với máy ở vị trí thuận tiện cho người thao tác. Còn khi thay thế dụng cụ tự động, người ta sử dụng nhiều loại ổ chứa dụng cụ khác nhau. Với loại máy tiện thường, ổ chứa dụng cụ chính là các đầu rơvônve có 4, 6, 8 hoặc 16 vị trí gá Đồ án cơ điện tử trang 6 [Type text] đặt dụng cụ .Có thể có đến 3 đầu rơvônve trên một máy.Trên các trung tâm gia công, người ta sử dụng các loại ổ chứa dạng đĩa, tang trống hoặc băng xích chứa từ 10 ÷ 140 dụng cụ. a. Chứa và vận chuyển dụng cụ bằng đầu rơvônve Đầu rơvônve có thể đặt thẳng đứng, nằm ngang hay nghiêng.Thay dụng cụ được thực hiện nhờ quay đâu rơvônve tới vị trí yêu cầu rồi cố định nó lại.Thời gian thay dụng cụ trung bình khoảng 1 – 4 giây. Đầu rơvônve chính là cơ cấu công tác tiếp nhận trực tiếp lực cắt của máy. Do đó nó có độ bền, độ cứng vững và độ chính xác vị trí rất cao. Các dụng cụ để gia công mặt ngoài và trong trên đầu rêvônve không được cản trở nhau. Hai kiểu đầu rơvônve hay được sử dụng trên máy tiện CNC : Hình 1.1. Kết cấu của đầu Rơvônve a_Kiểu đế dao 4 vị trí ; b_Kiểu sao Trên các máy tiện CNC hiện đại ngày nay hay được sử dụng các đầu rơvônve gá trên bàn trượt nghiêng. Cấu trúc tổng thể của các đầu rơvônve dạng này được thể hiện bằng hình sau : Đồ án cơ điện tử trang 7 [Type text] Hình 1.2. Cấu trúc tổng thể của bàn dao nghiêng có đầu rơvônve Trên máy tiện CNC có thể gia công nhiều loại bề mặt khác nhau như các mặt tiện khoan lỗ đồng tâm, song song, các lỗ không đồng tâm, hướng kính; phay các mặt cạnh, rãnh then. Để thực hiện các công việc trên, các đầu rơvônve cần được trang bị các dụng cụ có chuyển động quay như mũi khoan, dao, phay v v. Dẫn động quay cho các dụng cụ này được thực hiện nhờ một động cơ gá trong đầu rơvônve. Kết cấu đầu rơvônve 1 và ổ chứa dụng cụ 3 của hãng Okuma (Nhật Bản).Tay máy 2 thực hiện thay dụng cụ trong đầu rơvônve 1. Hình 1.3. Sơ đồ thay dao tự động trên đầu rơvônve của hãng Okuma 1. Đầu rơvônve ; 2. Tay máy ; 3. Ổ chứa dụng cụ. Đồ án cơ điện tử trang 8 [Type text] Trên một số máy phay CNC và trung tâm gia công khi số lượng dụng cụ không lớn, người ta sử dụng các ổ chứa dạng đầu rơvônve : Hình 1.4. Trung tâm gia công với đầu rơvônve a. Bàn máy chữ thập ; b. Bàn máy treo Các kết cấu này cho phép giảm thời gian thay dao.Tuy nhiên, chúng cũng có một số nhược điểm như mỗi vị trí cần một trục chính. Độ chính xác vị trí của dụng cụ bị giảm khi quay và hãm đầu rơvônve.Số vị rtí trong đầu rơvônve tăng không chỉ làm phức tạp kết cấu, mà còn làm giảm chiều dài hành trình l 1 của đầu như hình a và hình b : Hình 1.5. Các kiểu đầu rơvônve trên máy phay CNC và trung tâm gia công l 1 : chiều dài hành trình của đầu rơvônve Đồ án cơ điện tử trang 9 [Type text] Điều kiện gia công được cải thiện và kết cấu đơn giản hơn nếu sử dụng đầu với trục gá nghiêng như (hình c). Lúc này chỉ có một trục chính 3 được lần lượt nối với trục gá 4 của đầu tại vị trí công tác. Chuyển động chạy dao thực hiện nhờ dịch chuyển ụ trục chính 2 cùng toàn bộ đầu rơvônve. Tuy vậy hành trình l 1 vẫn bị hạn chế. Hình (d) là sơ đồ nguyên lý của ổ chứa dụng cụ kiểu đầu rơvônve của hãng Olivetti (Italy). Kết cấu này có ưu điểm là hành trình công tác l 1 không bị hạn chế vì chuyển động chạy dao không do ụ trục chính thực hiện mà do ống đỡ dụng cụ của trục chính 3 thực hiện. Khi ống đỡ dụng cụ hạ xuống, nó sẽ tóm lấy trục gá cùng dụng cụ và đẩy chúng tới khoảng cách l 1 yêu cầu khi đầu 1 cố định. Tuy nhiên kết cấu này có độ cứng vững thấp. b. Lưu giữ và vận chuyển dụng cụ trong ổ chứa Các phương án cấu trúc của các ổ chứa dụng cụ : Hình 1.6. Các phương án câu trúc của ổ chứa a, b : Với tâm quay nằm ngang và thẳng đứng ; c : Dạng hình sao với trục quay thẳng đứng ; d, e : Dạng côn với trục quay thẳng đứng và nghiêng ; f, m : Dạng xích tải n : Dạng thẳng Đồ án cơ điện tử trang 10 [...]... tính toán cho hệ thống. Từ điểm chuẩn thay dao và hành trình của xylanh là :Lxl=250mm vậy điểm gốc tính toán cho hệ thống thay dao cách điểm chuẩn thay dao là 250mm III:TÍNH TOÁN KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 3.1:Tính toán ,thiết kế đài gá dao của hệ thống Các thông số đầu vào để tính toán kết cấu cơ khí của hệ thống thay dao tự động: Dạng ATC : hình trống -Số lượng ổ chứa dao N= 32 dao -loại... trả dao vào vị trí của dao đã được nhớ trong bộ điều khiển Bộ điều khiển phát lệnh cho động cơ dẫn động đài dao quay phân độ sao cho dao cần thay đến đúng vị trí thay dao. Đầu Đồ án cơ điện tử trang 30 [Type text] trục chính tiến xuống nhận dao cần thay thanh kéo đi lên kẹp chặt dao mới, ụ thay dao tiến từ phải qua trái kết thúc quá trình thay thế dao tự động Đồ án cơ điện tử trang 31 [Type text] II: THIẾT... THIẾT KẾ ĐÔNG HỌC VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 2.1: thiết kế động học a.Kết cấu của thân máy và trục chính của máy CNC Để thiết kế hệ thống thay dao tự động ta cần biết các thông số về đường kính trục chính trc=120mm,hành trình thay dao của trục chính máy là Ltrc=130mm, khoảng cách giữa đường tâm với trục chính tới thân máy là L= 505mm, kích thước của thân máy là : a= 400mm Đồ án cơ điện tử trang... 1.2.1 Giới thiệu - Bộ thay dao tự động của máy V-30 dùng ổ chứa hình tang trống với tâm quay thẳng đứng, tổng số dao đài dao có thể chứa 20/24 dụng cụ - Trọng lượng mỗi đài dao và dao mi = 7÷8 kg - Dẫn động quay đài dao là động cơ : 5IK60GU-AWU của Đài Loan - Dẫn động toà bộ đài dao bằng máy nén khí thông qua cơ cấu dẫn động trực tiếp bằng xy lanh khí nén φ50 - Cơ cấu thay dao tự động được bố trí bên... để thay dao sau : Lưu đồ 8 bước thay dao Bước1 :Trục chính về mặt phẳng thay dao, xoay định hướng góc then Đồ án cơ điện tử trang 34 [Type text] Bước2: Ổ chứa dao tự hành đi vào kẹp dao trục chính Bước3: Hệ thống khí nén được kích hoạt để thực hiện xilanh mở chấu kẹp và đầy dao không mút vào mặt côn của trục chính Bước4: Trục chính đi lên hết chiều cao của đài dao Bước5: Ổ chứa dao quay phân độ đưa dao. .. có lệnh thay dao và chuẩn bị ổ tích dao trong thời gian đó sẵn sàng để thay dụng cụ bằng tay hoặc tự động Khi cần đến sự thay dao tiếp theo , chương trình con sẽ ngắt kịp thời ,để ổ tích dao sẵn sàng thích ứng với quá trình thay dụng cụ trên trục chính của máy gia công Đồ án cơ điện tử trang 25 [Type text] Những đề án máy mới hơn có vận dụng các thiết bị điều khiển tương ứng hoặc người máy cho quá... cần thay vào miệng trục chính Bước6: Trục chính đi xuống về mặt phẳng thay dao Bước7: Giải phóng khí nén để hồi xilanh kẹp và kẹp dao của bằng lực đàn hồi của lò xo Bước8: Ổ chứa dao về vị trí ban đầu 2.3: XÁC ĐỊNH GỐC TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG THAY DAO Để đảm bảo cho quá trình thay dao với độ an toàn cao ta cần xác định một điểm chuẩn cho hệ thống thay dao đó là điểm trùng với điểm gốc của trục chính máy. .. công thì thay dao tự động đáp ứng được những yêu cầu đó Trên máy CNC hoặc các trung tâm gia công phay/ khoan thì quá trình thay dao có thể thưc hiện bằng 2 cách: -Thay dao bằng tay do người công nhân trực tiếp đứng và đảm nhận -thay dao tự động do bộ điều khiển phát lệnh thực hiện khi trong chươngtrình gia công có lệnh gọi thay dao( ví dụ : M06 T05 ) Sau khi gọi lệnh Txx-M06 thì các hệ thống dao sẽ thực... công có lệnh gọi thay dao (ví dụ : M06 T05 ) Qúa trình thay dao tự động trên máy CNC V–30 : Khi chương trình gia công đọc đến dòng lệnh, thì bộ phận điều khiển lập tức phát lệnh dừng các chuyển động chạy dao X, Y và dừng động cơ trục chính Động cơ dẫn động trục ụ trục chính quay dao về vị trí thay dụng cụ đã được xác định (vị trí chốt của dao trên trục chính đúng hướng với chốt của đài dao) .Trục chính... gốc của trục chính máy CNC trong quá trình thay dao Điểm này sao cho đường tâm của trục chính và đường tâm của dụng cụ được gọi ra thay phải trùng nhau và phải đảm bảo quá trình thay dao của trục chính Ltrc=130mm, và hành trình dẫn hướng của xylanh Lxl=250mm không xảy ra va đập Vậy điểm chuẩn đó được xác định Đồ án cơ điện tử trang 35 [Type text] Để tính toán cho hệ thống thay dao thì ta phải xác định . : cơ điện tử 1 MSSV: C1010043 I. Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống thay dao tự động cho máy phay CNC II. Số liệu cho trước : 1 .Hệ thống thay dao cho máy phay đứng 2 .Hệ thống. động của hệ thống thay dao ……………………………………………….26 2.3: XÁC ĐỊNH GỐC TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG THAY DAO ………………………27 III:TÍNH TOÁN KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 3.1:Tính toán,thiết kế. THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 1 1. 1. Những đặc điểm chung của hệ thống thay dao tự động 1 1.1.1. Phân loại các cơ cấu cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động 1 1.1.2. Ổ chứa dao và vận chuyển