Tài liệu đồ án thiết kế cơ khítính toán thiết kế hệ thống thay dao tự động cho máy phay cnc

Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Tính toán thiết kế hệ thống thay dao tự động với 32 đài dao 1.1. Lập quy trình tính toán hệ thống thay dao tự động 1.1.1. Cấu tạo chung của máy CNC_V30 a. Cấu tạo của máy CNC-V30 : Hình 1. 1. Cấu tạo chung máy CNC-V30 Bảng 1. 1. Các bộ phận của máy STT Các bộ phận chính của máy 1 Cột máy 2 ụ trước trục chính 3 Trục chính 4 Bàn máy 5 Băng máy 6 Đế máy 1 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC 7 Màn hình điều khiển 8 Thành phần chuyển động của 3 trục và các nắp lồng 9 Tủ điện Bảng 1. 2. Các thông số kỹ thuật của máy CNC - V30 Kích cỡ máy: Chiều dài. 2250 mm Chiều rộng. 2100 mm. Chiều cao. 2368 mm. Trọng lượng. 4500 kg. Bàn máy: Kích thước bàn. 840 x 400 mm. Chiều cao bàn. 780 mm. Tải trọng lớn nhất. 300 kg. Hành trình: Hành trình trục X/Y/Z. 760/ 410/ 520. Khoảng cách từ tâm trục chính 438 mm. đến cột. 130  540 mm. Khoảng cách từ đỉnh trục chính đến mặt bàn. Trục chính: Động cơ trục chính. 7.5 kW Tốc độ trục chính. 80  80000 vòng/phút. Tỉ số truyền. 1:1 Động cơ chạy dao: 2 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Kiểu động cơ trục X/Y/Z. AC - 6/ AC - 6 / AC - 12. Công suất động cơ. 1.0 kW/ 1.0 kW/ 2.1 kW. Tốc độ chạy dao. Tốc độ chạy dao ngang. 20000 / 15000 mm/ phút. Tốc độ cắt. 5000 mm / phút. Hệ thống thay dao tự động: Dạng ATC. Hình tang trống. Dạng chuôi dao. BT- 40. Số lượng dao. 20/24. Đường kính lớn nhất của dao. 100 mm. Chiều dài lớn nhất của dao. 250 mm. Khối lượng lớn nhất của dao. 7..8 kg. Độ chính xác: Độ chính xác vị trí.  0.001 mm/toàn bộ hành trình. Khả năng lặp chính xác.  0.005 mm. Công suất yêu cầu. 25 KVA. b. 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 trục chính tới thân máy là L = 505 mm,kích thước của thân máy là : a x b = 400 x 360 mm 3 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Hình 1. 2. Hình vẽ 2D của máy Kết cấu thân máy và trục chính đang ở vị trí kẹp dao 4 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Hình 1. 3a. Hình vẽ 3D của máy Với kết cấu của thân máy như trên ta sẽ thiết kế hệ thống thay dao tự động cho máy có dạng tang trống với tâm quay nằm thẳng đứng. Hệ thống thay dao sẽ được gá trên một giá đỡ được lắp trên thân máy ở phía bên trái của thân máy . c. Kích thước đài dao với chuôi BT30 [ 5 ]. 5 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Hình 1. 4. Bản vẽ đài dao Hình 1. 5. Mô hình đài dao 6 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Mô hình 3D của đài dao với độ côn 7/24 Taper Các dụng cụ cắt được lắp ghép lên các đài dao. Với đường kính lớn nhất của dao là : max= 120 mm. Trọng lượng của dao là 5 kg. 2.1.2. Các bước thay thế dụng cụ trên máy Quá trình thay thế dụng cụ khi trục chính có chứa dụng cụ. Sau khi có lệnh gọi thay dao (M06 T01) thì các chuyển động chay dao sẽ dừng khi dó quá trình thay dao sẽ qua các bước sau : 1.2: Nguyên lý thay dao tự động Sau khi gọi lệnh Txx-M06 thì hệ thống thay dao sẽ thực hiện các bước để thay dao sau: Lưu đồ 8 bước thay dao Bước 1: Trục chính về mặt phằng thay dao, xoay định hướng góc then. Bước 2: Ổ chứa dao tự hành đi vào kẹp dao trên trục chính. Bước 3: Hệ thống khí nén được kích hoạt để thực hiện xy lanh mở chấu kẹp và đầy dao không mút vào mặt côn của trục chính Bước 4: Trục chính đi lên hết chiều cao của đài dao Bước 5: Ổ chứa dao quay phân độ đưa dao cần thay vào miệng trục chính Bước 6: Trục chính đi xuống về mặt phằng thay dao 7 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Bước 7: Giải phóng khí nén để hồi xy lanh kẹp và kẹp dao bằng lực đàn hồi của lò xo Bước 8: Ổ chứa dao hồi về vị trí ban đầu 2.1.3. 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 phải xác định một điểm chuẩn cho hệ thống thay dao đó là điểm trùng với điểm gốc của trục chính máy CNC trong quá trình thay dao. Điểm này phải đảm bảo sao cho đường tâm của trục chính và đường tâm của dụng cụ được gọi ra thay phải trùng nhau và phải đảm bảo hành trình thay dao của trục chính L trc = 130 mm, và hành trình dẫn hướng của xylanh Lxl= 250 mm không xảy ra va đập. Vậy điểm điểm chuẩn đó được xác định: 8 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Hình 2. 6. Sơ đồ biểu diễn điểm chuẩn thay dụng cụ Sơ đồ phân bố điểm chuẩn thay dao Để tính toán cho hệ thống thay dao thì ta cần phải xác định một điểm gôc tính toán cho hệ thống. Từ điểm chuẩn thay dao và hành trình của xylanh là: 9 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Lxl = 250 mm. Vậy điểm gốc tính toán cho hệ thống thay dao cách điểm chuẩn thay dao là 250 mm. 2.1.4. Lập quy trình tính toán hệ thống thay dao Với các dư liệu đầu vào - Số dao đài dao chứa : 32 - Đường kính lớn nhất của dao : 120(mm) Lấy theo đường kính của dao phay mặt đầu - Loại chuôi dao : BT30 - Chiều cao chuôi dao : 85(mm) - Khối lượng dao : 5 kg - Đường kính lớn nhất của cụm trục chính :max = 120 mm - Khoảng cách từ tâm trục trính đến thân máy Ltrc = 505 mm - Kích thước thân máy 360x400mm - Hành trình dân đài mang dao L = 250 mm Lập quy trình tính toán: Từ điểm gốc của hệ thống thay dao cùng với nguyên lý thay dao ta có thể lập qui trình tính toán như sau: - Xác định tâm của đường tròn chứa dao và vị trí của các đài dao trên đường tròn. - Kết cấu tay kẹp dụng cụ và tấm định vị - Tính toán Tang chứa dụng cụ - Tính toán cơ cấu quay phân độ _ cơ cấu Man - Tính toán và lựa chọn động cơ cho cơ cấu quay phân độ - Tính toán và lựa chọn ổ lăn - Tính toán loxo tạo ra lực kẹp dao - Lựa chọn trục dẫn hướng 10 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC - Tính toán và lựa chọn hệ thống xylanh khí nén dẫn động đài dao - Kiểm tra độ bền cho hệ thống thay dao c¸c d÷ liÖu ®Çu vµo N : Sè lù¬ng dao cña æ chøa dao N=16 Dmax : ®õ¬ng kÝnh lín nhÊt cña dao D max = 100 mm BT40 : lo¹i chu«i dao (r b¸n kÝnh cæ cña ®µi dao) m : khèi lù¬ng lín nhÊt cña dao 7..8 kg Dtrc: ®õ¬ng kÝnh trôc chÝnh m¸y CNC D trc = 120mm Lt : kho¶ng c¸ch tõ t©m trôc chÝnh ®Õn th©n m¸y L t = 505 mm H : hµnh tr×nh vµo lÊy dông cô cña trôc chÝnh H = 130 mm KÕt cÊu th©n m¸y CNC Ltd : Hµnh tr×nh cña hÖ thèng thay dao 250 mm C¬ cÊu kÑp dao ( tay kÑp tr¸i-tay kÑp ph¶i-tÊm ®Þnh vÞ 'h' ) Ttd : thêi gian thay dao T td = 7,5 s X¸c ®Þnh gèc tÝnh to¸n cho hÖ thèng L1 : kho¶ng c¸ch tõ gèc tÝnh to¸n ®Õn th©n m¸y L2 : kho¶ng c¸ch tõ gèc tÝnh to¸n ®Õn trôc chÝnh KÕt cÊu cña th©n ®ì HÖ thèng thay dao VÞ trÝ ®õ¬ng t©m cña Tang : l1 : kho¶ng c¸ch ®Õn th©n m¸y = L 1 l2 : kho¶ng c¸ch ®Õn t©m trôc chÝnh = R X¸c ®Þnh b¸n kÝnh Tang : RT = R - r - h X¸c ®Þnh chiÒu cao Tang HT : lÊy b»ng chiÒu cao cña ®µi dao tõ cæ X¸c ®Þnh b¸n kÝnh vßng trßn chøa dao : Dmax . N 4. R  VÞ trÝ c¸c dao cã gãc ph©n ®é : 2 N  C¬ cÊu ®iÒu khiÓn - C¬ cÊu Man R Lm = kho¶ng c¸ch gi÷a t©m cÇn vµ ®Üa Man cos n : sè vßng quay cña cÇn ® KiÓm tra ®é an toµn vÒ h×nh häc KiÓm tra ®õ¬ng kÝnh trôc chÝnh khi vµo thay dông cô KiÓm tra lù¬ng më cña tay kÑp KÕt cÊu cña bé phËn chøa dao KÕt cÊu cña Tang TÝnh to¸n c¬ cÊu kÑp dao KÕt cÊu cña th©n ®ì hÖ thèng thay dao TÝnh to¸n vµ lùa chän æ ®òa c«n ®Ó ®ì Tang Lùa chän « bi ®Ó gi÷a trôc Lùa chän vµ bè trÝ trôc dÉn hø¬ng KiÓm nghiÖm ®é bÒn cña trôc TÝnh to¸n hÖ thèng dÉn ®éng Tang vµo thay dao ( HÖ thèng dÉn ®éng b»ng xylanh khÝ nÐn) Lxl : Hµnh tr×nh lµm viÖc cña xylanh D : ®õ¬ng kÝnh piston d : ®õ¬ng kÝnh cÇn .n X¸c ®Þnh ® ,® 30 TÝnh to¸n vµ lùa chän ®éng c¬ quay ph©n ®é Tang chøa dao n®c : sè vßng cña ®éng c¬ N®c : c«ng suÊt ®éng c¬ B¶n vÏ kÕt cÊu cña hÖ thèng Thay dao tù ®éng Hình 1. 7. Sơ đồ quá trình tính toán hệ thống thay dao tự động 11 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC 1.2. Tính toán Tang chứa dao 1.2.1. Xác định các thông số hình học của Tang Các thông số ban đầu:  Tính toán hệ thống với số lượng dao N = 32 dao  Đường kính lớn nhất của dao: max= 120 mm {Lấy theo đường kính lớn nhất của dao phay mặt đầu}  Chuôi dao BT30  Đường kính của trục chính: max= 120 mm  Hành trình của trục chính trong quá trình vào thay đổi dụng cụ L td= 130 mm Để đảm bảo an toàn trong quá trình thay dao ta cần tính toán cho cơ cấu sao cho kết cấu của hệ thống phải gọn nhẹ,phải có độ chính xác cao,không xảy ra va đập khi trục chính vào thay dụng cụ. Để Tang chứa dao chứa đủ 32 dao mà vẫn đảm bảo cho quá trình thay dao không xảy ra sự cố thì trước tiên ta đi tính toán bán kính từ tâm dao đến tâm trục ổ chứa dao : 12 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Hình 1. 8. Sơ đồ tính toán kích thước hình học của Tang a_ Bán kính từ tâm của dao đến tâm của Tang chứa dao R0 được xác định : R0 > C 2 Trong đó: C : Chu vi của đa giác chứa dao được xác định: C = 2.Rmax . N = 2.60.32 = 3840 (mm) Rmax : bán kính lớn nhất của dao Rmax= Dmax 2 = 120 = 60 mm 2 N : số dao của ổ chứa N = 36 dao Vậy : R0 > 3840 = 611,15 (mm) 2 Để giữa các dao có Rmax có khoảng các ta lấy R0 = 630 (mm). Khi đó chu vi của vòng tròn chứa dao la: C = 2..R0 = 2.3,14.630 = 3956,4(mm) 13 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC b_Xác định khoảng cách giữa các dao gần nhau trong Tang : Khoảng cách giữa hai tâm của dao có thể xác định gần đúng : L= C 3956,4 = 123,6 (mm)  N 32 Khoảng cách giữa các dao có đương kính lớn nhất có thể xác định gần đúng : L’= L – 2.Rmax = 123,6 – 2.60 = 3,6 (mm) c_Kiểm tra độ an toàn khi trục chính vào thay dao 14 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Hình 1. 9. Sơ đồ trục chính tham gia vào thay dụng cụ Để đảm bảo an toàn trong quá trình thay dao ta cần kiểm tra xem khi trục chính vào thay dao số 1 có bị va chạm với các đài dao số 2 và đài dao số 32 hay không. 15 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Đường kính lớn nhất của trục chính :max= 120(mm) Đường kính lớn nhất của độ côn đài dao BT30 là:C = 31,75(mm) Khoảng cách giữa tâm các đài dao L = 123,6(mm) Ta đi xác định khoảng cách từ tâm đài dao số 1 đến độ côn của các đài dao số 2 và đài dao số 32 la LT. LT= L  C 2  123,6  31,75  107,7 2 (mm) Để trục chính không va chạm vào các đài dao xung quanh thì phải thoả mãn điều kiện sau :  Trc  LT 2 120  107,7 2  Vậy thoả mãn điều kiện. d_Lựa chọn cơ cấu kẹp dao trên Tang Để trục chính tham gia vào thay dao được chính xác thì dao cần có một vị trí xác định trên Tang chứa dao.Vậy ta cần hạn chế 5 bậc tự do của dao trên Tang. Để kẹp dao lên Tang ta có thể dùng hệ thống kẹp dao của hệ thống thay dao tự động của trung tâm gia công CNC_V30.Hệ thống kẹp dao gồm :Tay kẹp trái_Tay kẹp phải_Chốt định vị_và một loxo tạo ra lực kẹp dao. Các thông số hình học của tay kẹp: 16 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Hình 1. 10a. Các thông số của tay kẹp 17 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Hình 2. 11b. Mô hình của tay kẹp Các thông số hình học của tấm định vị: Hình 1. 12a. Thông số hình học của tấm định vị 18 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC Hình 2. 13b. Mô hình của tấm định vị Dao sẽ có khoảng cách xác định so với đường tâm của Tang mang dao nhờ tấm định vị hạn chế 1 bậc tự do theo phương ngang và cơ cấu kẹp tự định tâm. Quá trình kẹp dao: 19 Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC o o 1 1 B A o o 2 2 dao tiÕn vµo tay kÑp VÞ trÝ ban ®Çu o 1 o 2 VÞ trÝ cuèi Hình 2. 14. Quy trình kẹp dao Mô hình 3D kẹp dao 20