Tài liệu Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy cnc 5 trục

BCT VMVDCCN BCT VMVDCCN BCT VMVDCCN Bé c«ng th−¬ng ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp 46 L¸ng h¹ ®èng ®a hµ néi B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt ®Ò tµi Nghiªn cøu thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m¸y cnc 5 trôc (Nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ t¹o thiÕt bÞ gia c«ng dÇm thÐp kÕt cÊu) M∙ sè: kc 03.02/06-10 Pgs. TS. Vò hoµi ©n 7521 22/11/2009 Hµ Néi, 11 – 2008 B¶n quyÒn 2008 thuéc VMVDCCN §¬n xin sao chÐp toµn bé hoÆc tõng phÇn tµi liÖu nµy ph¶i göi ®Õn Tæng Gi¸m ®èc VMVDCCN trõ tr−êng hîp sö dông víi môc ®Ých nghiªn cøu. Bé c«ng th−¬ng ViÖn m¸y vµ dông cô c«ng nghiÖp 46 L¸ng h¹ ®èng ®a hµ néi ……………………… B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt ®Ò tµi Nghiªn cøu thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m¸y cnc 5 trôc (Nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ t¹o thiÕt bÞ gia c«ng dÇm thÐp kÕt cÊu) M∙ sè: kc 03.02/06-10 Pgs. ts. Vò hoµi ©n Hµ Néi, 11 – 2008 B¶n th¶o viÕt xong 11 – 2008 Tµi liÖu nµy ®−îc viÕt trªn c¬ së kÕt qu¶ thùc hiÖn ®Ò tµi: Nghiªn cøu, ph¸t triÓn vµ øng dông c«ng nghÖ tù ®éng hãa. Nghiªn cøu thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m¸y CNC 5 trôc (Nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ t¹o thiÕt bÞ gia c«ng dÇm thÐp kÕt cÊu) Danh s¸ch nh÷ng ng−êi thùc hiÖn Hä vµ tªn Chøc danh Häc vÞ Tham gia vµo môc Chñ nhiÖm ®Ò tµi PGS .TS. Vò Hoµi ¢n Chñ nhiÖm ®Ò tµi Pgs.ts I, II, III PGS –TS. Tr−¬ng H÷u ChÝ ViÖn IMI Psg.ts II, III TS. TrÇn Ngäc H−ng ViÖn IMI ts III, VIII ThS. TrÇn Hång Lam ViÖn IMI ThS. §iÖn II, III Ks. TrÇn Kim QuÕ Nghiªn cøu viªn Ks. c¬ khÝ III, V, VIII Ks. NguyÔn Th−îng ChÝnh Nghiªn cøu viªn Ks. c¬ khÝ III, IV, V, VI Ks. Hoµng Minh §øc Nghiªn cøu viªn Ks. c¬ khÝ IV, V, VI Ks. NguyÔn TiÕn Hïng Nghiªn cøu viªn Ks. ®iÖn III, VII Ks. Lª §iÖp Anh Nghiªn cøu viªn Ks. ®iÖn II, VII C¸n bé nghiªn cøu 1 Tãm t¾t t×nh h×nh thùc hiÖn ®Ò tµi Sù nghiÖp c«ng nghiÖp ho¸ vµ hiÖn ®¹i ho¸ cña ViÖt Nam kh«ng thÓ thiÕu ®−îc viÖc hiÖn ®¹i hãa ngµnh c¬ khÝ chÕ t¹o m¸y. Chóng ta ®æi míi c«ng nghÖ kh«ng cã nghÜa chØ lµ ®em tiÒn ®i mua c«ng nghÖ. ViÖc mua c«ng nghÖ kh«ng ph¶i thø nµo cø cã tiÒn lµ mua ®−îc ®Æc biÖt lµ c«ng nghÖ cao. Cô thÓ h¬n nhËp khÈu m¸y c«ng cô CNC trong mét sè tr−êng hîp cã nhiÒu bÊt cËp nh−: gi¸ ®¾t, b¶o tr×, b¶o hµnh phøc t¹p, kh«ng chñ ®éng, kh«ng ph¸t huy ®−îc kinh tÕ néi sinh, nhiÒu khi cßn bÞ cÊm vËn kh«ng nhËp ®−îc nh− mét sè m¸y CNC phôc vô quèc phßng... Ngµnh c¬ khÝ chÕ t¹o m¸y trong ®ã cã ngµnh chÕ t¹o m¸y c«ng cô ë ViÖt nam ®· cã truyÒn thèng h¬n 50 n¨m x©y dùng vµ ph¸t triÓn. §éi ngò c¸n bé kü thuËt ®· h×nh thµnh c¶ nhiÒu thÕ hÖ. Tuy nhiªn hÇu hÕt c¸c s¶n phÈm m¸y c«ng cô chÕ t¹o ra ®Òu lµ c¸c m¸y phæ th«ng v¹n n¨ng vµ cã cÊu tróc truyÒn thèng. ViÖn m¸y vµ Dông cô C«ng nghiÖp lµ mét trong c¸c c¬ së nghiªn cøu, chÕ t¹o c¸c lo¹i m¸y c«ng cô. Trong h¬n 35 n¨m qua ViÖn ®· cung cÊp cho thÞ tr−êng nhiÒu s¶n phÈm thiÕt kÕ trong ®ã cã nhiÒu mÉu m¸y c«ng cô, kÓ c¶ m¸y c«ng cô CNC. Trong nh÷ng s¶n phÈm ®ã cã thÓ kÓ ®Õn: §Ò tµi: Nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ t¹o m¸y tiÖn T20 CNC. Dù ¸n: Hoµn thiÖn c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y phay hiÖn ®¹i, ®iÒu khiÓn CNC ®¹t chÊt l−îng DMU 60T cña h∙ng DECKEL MAHO trªn c¬ së hîp t¸c vµ tiÕp nhËn chuyÓn giao c«ng nghÖ cña h∙ng DECKEL MAHO §øc. §Ò tµi: HiÖn ®¹i hãa më réng tÝnh n¨ng ®iÒu khiÓn tù ®éng cña m¸y tiÖn T20CNC. §Ò tµi: Nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ t¹o m¸y tiÖn CNC b¨ng nghiªng cã thay dao tù ®éng. Tuy nhiªn vÉn chØ dõng ë c¸c bé ®iÒu khiÓn 2 trôc, 3 trôc. §©y lµ nh÷ng b−íc chuÈn bÞ ban ®Çu cho viÖc thiÕt kÕ chÕ t¹o m¸y CNC cã nhiÒu trôc, mµ khëi ®Çu lµ ®Ò tµi KC.03.02/0610. Nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o m¸y CNC 5 trôc (Nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o thiÕt bÞ gia c«ng dÇm thÐp kÕt cÊu). Môc tiªu tæng qu¸t cña ®Ò tµi KC 03.02 lµ: * Nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o hoµn chØnh 01 thiÕt bÞ gia c«ng dÇm thÐp kÕt cÊu trªn c¬ së tÝch hîp c«ng nghÖ gia c«ng dÇm thÐp kÕt cÊu víi c«ng nghÖ ®iÒu khiÓn CNC 5 trôc täa ®é. V× thÕ b¸o c¸o nµy ®· tæng kÕt, ®¸nh gi¸, kh¼ng ®Þnh nh÷ng kh¶ n¨ng lµm chñ c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y c«ng cô CNC ë ViÖt Nam. Sù ra ®êi cña ®Ò tµi KC 03.02/06-10, qu¸ tr×nh thùc hiÖn vµ kÕt qu¶ ®¹t ®−îc cña nã ®· chøng minh cho kh¶ n¨ng ®ã. 2 §Ó lµm râ kÕt qu¶ ®Ò tµi, trong b¸o c¸o tæng kÕt nµy sÏ tr×nh bµy ®Çy ®ñ c¸c néi dung c¬ b¶n nhÊt, bao gåm nh÷ng luËn cø vÒ c¸c s¶n phÈm, ph−¬ng ph¸p luËn khi gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò vÒ c«ng nghÖ, c¸c gi¶i ph¸p kü thuËt. B¶n b¸o c¸o nµy bao gåm 8 phÇn chÝnh sau ®©y: PhÇn1. T×nh h×nh nghiªn cøu liªn quan ®Õn chÕ t¹o m¸y CNC trong n−íc vµ n−íc ngoµi. Trong phÇn nµy chñ yÕu ph©n tÝch c¸c gi¶i ph¸p ®¹t ®−îc trong kÕt cÊu cña c¸c côm chi tiÕt c¬ b¶n. C¸c gi¶i ph¸p vÒ n©ng cao ®é chÝnh x¸c chi tiÕt gia c«ng vµ gi¶i ph¸p ®iÒu khiÓn CNC... PhÇn 2. §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng c«ng nghÖ trong n−íc liªn quan ®Õn chÕ t¹o m¸y CNC: Kh¶o s¸t ®iÒu tra kh¶ n¨ng chÕ t¹o c¸c chi tiÕt chÝnh x¸c cña c¸c nhµ m¸y c¬ khÝ trong n−íc vÒ c¶ n¨ng lùc trang thiÕt bÞ lÉn n¨ng lùc c«ng nghÖ chÕ t¹o. PhÇn 3. Lùa chän gam cì m¸y sau khi ®· ph©n tÝch c¸c m¸y mÉu, ®Ó tõ ®ã lùa chän m¸y ®−îc thiÕt kÕ ra ®¶m b¶o thuËn tiÖn, dÔ sö dông lu«n ®¸p øng ®−îc s¶n xuÊt trong n−íc. PhÇn 4. ThiÕt kÕ kü thuËt: Trong phÇn nµy chñ yÕu tr×nh bµy c¸c tÝnh to¸n thiÕt kÕ liªn quan ®Õn tÝnh c¸c thµnh phÇn lùc theo c¸c ph−¬ng X,Y,Z,W1,W2... TÝnh to¸n thiÕt kÕ bé truyÒn ®éng cho c¸c côm truyÒn ®éng ®Çu khoan, truyÒn ®éng trôc X, trôc Y, trôc Z, W1, W2. TÝnh to¸n hÖ thèng thuû lùc. PhÇn 5. LËp quy tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c chi tiÕt ®iÓn h×nh: Quy tr×nh chÕ t¹o bÖ m¸y, quy tr×nh chÕ t¹o khung m¸y, quy tr×nh chÕ t¹o ®Çu khoan . PhÇn 6. H−íng dÉn quy tr×nh l¾p r¸p vµ kiÓm tra. PhÇn 7. §iÒu khiÓn CNC. PhÇn 8. C¸c ®Þnh h−íng ph¸t triÓn thÞ tr−êng vµ ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng ®Çu t−. §©y lµ môc ®−îc nh×n nhËn tõ gãc ®é kinh tÕ cña ®Ò tµi. PhÇn cuèi. Tr×nh bµy nh÷ng kÕt luËn rót ra sau khi thùc hiÖn xong ®Ò tµi, c¸c kiÕn nghÞ cña c¸c c¸n bé kü thuËt tham gia ®Ò tµi. PhÇn phô lôc. Tr×nh bµy tÊt c¶ c¸c v¨n b¶n liªn quan, c¸c biªn b¶n kiÓm tra, c¸c b¶n vÏ thiÕt kÕ c¬ khÝ, ®iÖn, ®iÒu khiÓn, mét sè ®o¹n ch−¬ng tr×nh gia c«ng thö... 3 B¸o c¸o tæng kÕt ®−îc tr×nh bµy lu«n b¸m s¸t víi thùc tÕ trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn c«ng viÖc thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m¸y. Khi thiÕt kÕ c¸c côm chi tiÕt cã ph©n tÝch,cÊt nh¾c kü l−ìng, héi ®ñ tÝnh kinh tÕ kü thuËt vµ kh¶ n¨ng c«ng nghÖ. Trong tõng phÇn cña b¸o c¸o ®Òu cã b¶n vÏ, c¸c h×nh ¶nh thùc tÕ minh häa ®−îc tr×nh bµy trong b¸o c¸o. 4 Môc lôc Danh s¸ch nh÷ng ng−êi thùc hiÖn........................................................................ 1 Tãm t¾t t×nh h×nh thùc hiÖn ®Ò tµi...................................................................... 2 Môc lôc................................................................................................................................... 5 B¶ng ký hiÖu ........................................................................................................................ 9 Lêi më ®Çu ........................................................................................................................... 13 C¸c néi dung chÝnh ....................................................................................................... 16 I. C¸c nghiªn cøu trong vµ ngoµi n−íc. ...................................................................................... 17 I.1. T×nh h×nh m¸y CNC trªn thÕ giíi......................................................................................... 17 I.2. C¸c c¨n cø lùa chän cÊu h×nh ®iÒu khiÓn CNC. ................................................................... 24 I.2.1. Ph©n tÝch −u nh−îc ®iÓm cña tõng ph−¬ng ¸n. ................................................................. 24 I.2.2. Mét sè bé ®iÒu khiÓn CNC cña mét vµi h·ng trªn thÕ giíi............................................... 29 I.2.2.1. Bé ®iÒu khiÓn CNC cña Mitsubishi................................................................................ 29 I.2.2.2. Bé ®iÒu khiÓn CNC cña Fanuc. ...................................................................................... 30 I.2.2.3. Bé ®iÒu khiÓn CNC cña Heidenhain. ............................................................................ 31 I.3. Giíi thiÖu tæng quan vÒ m¸y CNC 5 trôc............................................................................. 33 I.4. Nghiªn cøu c¸c lo¹i m¸y CNC ®iÒu khiÓn 5 trôc täa ®é t−¬ng tù phôc............................... 36 I.5. Kh¶o s¸t t×nh h×nh chÕ t¹o dÇm thÐp trong n−íc.................................................................. 41 II. §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng c«ng nghÖ trong n−íc. ............................................................................ 43 II.1. N¨ng lùc vÒ thiÕt kÕ s¶n phÈm............................................................................................ 43 II.2. N¨ng lùc vÒ ®Çu t− trang thiÕt bÞ......................................................................................... 43 II.3. N¨ng lùc vÒ tin häc vµ tù ®éng hãa. ................................................................................... 44 III. Lùa chän gam cì m¸y. ......................................................................................................... 45 III.1. C¸c yªu cÇu khi chän m¸y mÉu......................................................................................... 45 III.2. Th«ng sè kü thuËt m¸y mÉu. ............................................................................................ 45 III.3. C¸c th«ng sè lùa chän cho m¸y thiÕt kÕ............................................................................ 46 III.4. BiÖn ph¸p thùc hiÖn. .......................................................................................................... 47 IV. TÝnh to¸n thiÕt kÕ. ................................................................................................................ 50 IV.1. S¬ ®å ®éng......................................................................................................................... 51 IV.1. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè c«ng nghÖ khi khoan..................................................................... 51 IV.1.1. X¸c ®Þnh lùc c¾t vµ m«men c¾t khi khoan. .................................................................... 51 IV.1.2. Sè vßng quay trªn trôc c«ng t¸c. .................................................................................... 51 IV.1.3. C«ng suÊt c¾t. ................................................................................................................. 51 IV.2. Chän ®éng c¬ ®iÖn cña ®Çu khoan. ................................................................................... 51 5 IV.2.1. C«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn .................................................................................................. 51 IV.2.2. Sè vßng quay cña ®éng c¬ ®iÖn...................................................................................... 52 IV.3. S¬ ®å ®éng häc cña bé truyÒn. .......................................................................................... 52 IV.3 .1 Tû sè truyÒn trªn hép. .................................................................................................... 52 IV.3.2. C«ng suÊt, sè vßng quay vµ m«men xo¾n trªn c¸c trôc. ................................................ 52 IV.3.2.1. C«ng suÊt trªn c¸c trôc................................................................................................ 52 IV.3.2.2. Sè vßng quay trªn c¸c trôc. ......................................................................................... 52 IV.3.2.3. M«men xo¾n trªn c¸c trôc........................................................................................... 53 IV.4. KiÓm nghiÖm c¸c bé truyÒn cña hép gi¶m tèc.................................................................. 53 IV.4.1. TÝnh to¸n vµ kiÓm nghiÖm bé truyÒn b¸nh r¨ng. ........................................................... 53 IV.4.1.1. Chän vËt liÖu b¸nh r¨ng. ............................................................................................. 53 IV.4.1.2. X¸c ®Þnh øng suÊt cho phÐp. ....................................................................................... 53 IV.4.1.3. TÝnh to¸n bé truyÒn c¸c cÊp. ....................................................................................... 54 IV.4.1.3.1. Bé truyÒn b¸nh r¨ng cÊp 1........................................................................................ 54 IV.4.1.3.1.1. C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña bé truyÒn. ...................................................................... 54 IV.4.1.3.1.2. KiÓm nghiÖm b¸nh r¨ng........................................................................................ 55 IV.4.1.3.2. Bé truyÒn b¸nh r¨ng cÊp 2........................................................................................ 56 IV.4.1.3.3. Bé truyÒn b¸nh r¨ng cÊp 3........................................................................................ 57 IV.4.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ trôc. ................................................................................................... 58 IV.4.2.1. Chän vËt liÖu. .............................................................................................................. 58 IV.4.2.2. S¬ ®å trôc, chi tiÕt quay vµ lùc tõ c¸c chi tiÕt quay t¸c dông lªn ................................ 58 IV.4.2.3. TÝnh to¸n c¸c trôc........................................................................................................ 59 IV.4.2.3.1. TÝnh to¸n trôc II. ...................................................................................................... 59 IV.4.2.3.2. TÝnh to¸n trôc III. ..................................................................................................... 60 IV.4.2.3.3. TÝnh to¸n trôc IV...................................................................................................... 61 IV.4.2.4 KiÓm nghiÖm ®é bÒn cña trôc IV................................................................................ 63 IV.4.2.4.1. KiÓm nghiÖm trôc vÒ ®é bÒn mái............................................................................. 61 IV.4.2.4.1. KiÓm nghiÖm trôc vÒ ®é bÒn mái............................................................................. 61 IV.4.3 B«i tr¬n hép gi¶m tèc.................................................................................................... 614 IV.4.4.T−íi nguéi ..................................................................................................................... 614 IV.5. TÝnh ®éng c¬ trôc X, Y, Z, W1, W2 . ............................................................................... 66 IV.5.1. TÝnh ®éng c¬ trôc X. ...................................................................................................... 66 IV.5.2. TÝnh ®éng c¬ trôc Y. ...................................................................................................... 69 IV.5.1. TÝnh ®éng c¬ trôc Z........................................................................................................ 72 IV.5.2. TÝnh ®éng c¬ trôc W1. ................................................................................................... 75 6 IV.6. TÝnh to¸n, thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lùc. ............................................................................... 78 IV.6.1. ¦u nh−îc ®iÓm cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng thuû lùc. ............................................... 78 IV.6.1.1. ¦u ®iÓm. ..................................................................................................................... 78 IV.6.1.2. Nh−îc ®iÓm. ................................................................................................................ 78 IV.6.2. S¬ ®å thuû lùc cña m¸y CNC 5 trôc. .............................................................................. 79 IV.6.2.1. S¬ ®å nguyªn lý........................................................................................................... 79 IV.6.2.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng. .................................................................................................. 79 IV.6.3.1. TÝnh to¸n cho trôc W1. ............................................................................................... 80 IV.6.3.2. TÝnh to¸n cho trôc W2. ............................................................................................... 84 IV.6.4. TÝnh to¸n cho b¬m. ........................................................................................................ 84 IV.6.5. Chän van trµn. ................................................................................................................ 84 IV.6.6. TÝnh kiÓm tra. ................................................................................................................. 85 IV.6.6.1. TÝnh kiÓm tra cho hÖ thèng kÑp chÆt........................................................................... 85 IV.6.2. TÝnh lùc kÑp cho qu¸ tr×nh kÐo ph«i............................................................................... 89 V. Quy tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o mét sè chi tiÕt ®iÓn h×nh.......................................................... 92 V.1. Quy tr×nh chÕ t¹o ®Õ m¸y. .................................................................................................. 92 V.2. Quy tr×nh chÕ t¹o th©n m¸y. ............................................................................................... 94 V.3. Quy tr×nh chÕ t¹o ®Çu khoan............................................................................................... 96 V.4. Quy tr×nh c«ng nghÖ gia c«ng trôc chÝnh. ........................................................................ 100 V.5. Quy tr×nh c«ng nghÖ gia c«ng èng tr−ît........................................................................... 102 VI. H−íng dÉn quy tr×nh l¾p r¸p vµ kiÓm tra............................................................................ 105 VI.1. H−íng dÉn quy tr×nh l¾p r¸p c¸c côm chi tiÕt ®iÓn h×nh. ................................................ 105 VI.1.1. Quy tr×nh l¾p r¸p hép sè............................................................................................... 105 VI.1.1.1. L¾p c¸c côm thµnh m¸y. ........................................................................................... 105 VI.1.1.2. M« pháng b»ng h×nh vÏ 3D....................................................................................... 109 VI.1.2. Qui tr×nh l¾p r¸p ®Õ m¸y. ............................................................................................. 110 VI.1.3. Qui tr×nh l¾p r¸p th©n m¸y. .......................................................................................... 112 VI.1.4. L¾p r¸p kÑp tr¸i. ........................................................................................................... 113 VI.1.5. L¾p r¸p kÑp ph¶i........................................................................................................... 114 VI.1.6. L¾p hÖ thèng dÉn ph«i lªn ®Õ m¸y. .............................................................................. 115 VI.1.7. L¾p hÖ thèng thuû lùc................................................................................................... 117 VI.1.8. L¾p r¸p tæng thÓ. .......................................................................................................... 118 VI.2. Quy tr×nh kiÓm tra. .......................................................................................................... 119 VI.2.1. KiÓm tra c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña m¸y. ....................................................................... 119 VI.2.2. KiÓm tra ®é chÝnh x¸c h×nh häc. .................................................................................. 120 VI.2.3. Ph−¬ng ph¸p tiÕn hµnh ®o. ........................................................................................... 126 7 VI.3. KiÓm tra ch¹y thö kh«ng t¶i c¸c côm, bé phËn............................................................... 127 VI.4. KiÓm tra cã t¶i................................................................................................................. 128 KiÓm tra ®é chÝnh x¸c gia c«ng (cã biªn b¶n kiÓm tra c¸c chi tiÕt)......................................... 128 VII. §iÒu khiÓn CNC................................................................................................................ 129 VII.1. Giíi thiÖu bé ®iÒu khiÓn CNC Softservo S – 140M. ...................................................... 129 VII.2. PhÇn cøng....................................................................................................................... 129 VII.2.1. M¸y tÝnh...................................................................................................................... 129 VII.2.2. KÕt nèi phÇn cøng Versiobus...................................................................................... 129 VII.3. C«ng nghÖ phÇn mÒm ServoWork CNC. ....................................................................... 133 VII.3.1. KiÕn tróc cña phÇn mÒm Servo Work. ........................................................................ 134 VII.4. X©y dùng l−u ®å thuËt to¸n............................................................................................ 138 VII.5. Cµi ®Æt tham sè. ............................................................................................................. 139 VII.5.1. Cµi ®Æt tham sè cho c¸c trôc. ...................................................................................... 139 VII.5.2. Cµi ®Æt tham sè ho¹t ®éng........................................................................................... 139 VII.5.3. Cµi ®Æt tham sè cho ®éng c¬....................................................................................... 140 VIII. §Þnh h−íng ph¸t triÓn thÞ tr−êng. .................................................................................... 142 VIII.1. ThÞ tr−êng m¸y gia c«ng dÇm thÐp CNC...................................................................... 142 VIII.2. §Þnh h−íng ph¸t triÓn..................................................................................... 143 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ ............................................................................................... 144 Tµi liÖu tham kh¶o ..................................................................................................... 148 Phô lôc ................................................................................................................................ 149 8 B¶ng ký hiÖu a – Sè cÆp b¸nh r¨ng ¨n khíp aw – Kho¶ng c¸ch trôc mm b – Sè cÆp æ l¨n bw – ChiÒu réng vµnh r¨ng mm Ca – T¶i träng tÜnh N Coa – T¶i träng ®éng N d1, d2 - §−êng kÝnh chia mm da1, da2 - §−êng kÝnh ®Ønh r¨ng mm df1, df2 - §−êng kÝnh ®¸y r¨ng mm dw - §−êng d - Sè ngµy lµm viÖc trong th¸ng ngµy dr - §−êng kÝnh ch©n ren mm e – B−íc vÝt me mm E – M«®un ®µn håi N.mm2 g0 - HÖ sè kÓ ®Õn ¶nh h−ëng cña sai lÖch b−íc r¨ng. H – Thêi gian lµm viÖc giê h - Sè giê lµm viÖc trong mét ngµy giê i – Tû sè truyÒn Jp – M«men ®éc cùc J – M«men qu¸n tÝnh mm4 kg.m2 JBS – M«men qu¸n tÝnh trôc vÝt me kg.m2 JW – M«men qu¸n tÝnh ®Çu khoan kg.m2 JRT – M«men qu¸n tÝnh phÇn quay cña ®éng c¬ kg.m2 JCU – M«men qu¸n tÝnh cña khíp nèi kg.m2 K - §é cøng v÷ng N/µm KH - HÖ sè t¶i träng khi tÝnh vÒ tiÕp xóc KHIβ - HÖ sè kÓ ®Õn sù ph©n bè kh«ng ®Òu t¶i träng trªn chiÒu réng vµnh r¨ng KHα - HÖ sè kÓ ®Õn sù ph©n bè kh«ng ®Òu t¶i träng cho c¸c ®«i r¨ng ®ång thêi ¨n khíp. KHV - HÖ sè kÓ ®Õn t¶i träng ®éng xuÊt hiÖn trong vïng ¨n khíp. KF - HÖ sè t¶i träng khi tÝnh vÒ uèn. KFβ - HÖ sè kÓ ®Õn sù ph©n bè kh«ng ®Òu t¶i träng trªn chiÒu réng vµnh r¨ng. KFV - HÖ sè kÓ ®Õn t¶i träng ®éng xuÊt hiÖn trong vïng ¨n khíp. Kσd2, Kτd2 - HÖ sè 9 KFα - 1 hÖ sè kÓ ®Õn sù ph©n bè kh«ng ®Òu t¶i träng cho cÆp b¸nh r¨ng ®ång thêi ¨n khíp khi tÝnh vÒ uèn. Kx - HÖ sè tËp trung øng suÊt do tr¹ng th¸i bÒ mÆt. Ky - HÖ sè t¨ng bÒn bÒ mÆt trôc. Kσ, Kτ - HÖ sè tËp trung øng suÊt thùc tÕ khi uèn vµ xo¾n. Mx – M«men xo¾n N.m MF – M«men cña ®éng c¬ Nm MS – M«men t¶i träng trªn trôc vÝt me Nm MG – M«men cña lùc qu¸n tÝnh Nm MP – M«men do t¶i träng Nm m – M«®un mm m1 – Khèi l−îng ®Çu khoan kg m2 – Khèi l−îng ®−êng tr−ît kg n – Sè vßng quay vg/ph n®c – Sè vßng quay trôc ®éng c¬ vg/ph nlv – Sè vßng quay lµm viÖc vg/ph nI, nII, nIII, nIV – Sè vßng quay trªn c¸c trôc vg/ph ntb – VËn tèc vßng quay trung b×nh vg/ph Ne – C«ng suÊt c¾t kW N®c – C«ng suÊt ®éng c¬ kW Lt – Tuæi thä cña bé truyÒn giê L – ChiÒu dµi gi÷a gèi ®ì vµ ®ai èc mm L1 – ChiÒu dµi vÝt me mm uch – Tû sè truyÒn chung trªn hép u1, u2, u3 – Tû sè truyÒn trªn tõng cÊp p – ¸p suÊt cÇn thiÕt cña b¬m MPa pk - ¸p suÊt lµm viÖc MPa P®c – C«ng suÊt trªn trôc ®éng c¬ kW PI, PII, PIII, PIV – C«ng suÊt trªn c¸c trôc kW TI, TII, TIII, TIV – M«men xo¾n trªn c¸c trôc N.m F – T¶i träng däc trôc cho phÐp N Fmax – Lùc c¾t lín nhÊt N Fr1 ÷ Fr6 – Lùc t¸c dông h−íng t©m lªn c¸c ®o¹n trôc N Ft1 ÷ Ft6 – Lùc t¸c dông tiÕp tuyÕn lªn c¸c ®o¹n trôc N Fms – Lùc t¶i träng N 10 Fc – Lùc däc trôc trung b×nh N f - HÖ sè ma s¸t. fw – HÖ sè t¶i träng i - Tû sè truyÒn. sH, sF – HÖ sè an toµn khi tÝnh vÒ tiÕp xóc. [s] - HÖ sè an toµn cho phÐp. sσi – HÖ sè an toµn chØ xÐt riªng øng suÊt ph¸p t¹i tiÕt diÖn. sτi - HÖ sè an toµn chØ xÐt riªng øng suÊt tiÕp t¹i tiÕt diÖn. S – L−îng ch¹y dao mm/vg V – Tèc ®é c¾t m/ph Vmin – VËn tèc c¾t nhá nhÊt mm/ph Vmax – VËn tèc c¾t lín nhÊt mm/ph Vnhanh – VËn tèc ch¹y dao nhanh mm/ph P0 – Lùc c¾t N Q – L−u l−îng cÇn thiÕt l/phót Qmin – L−u l−îng tèi thiÓu ch¶y qua van tiÕt l−u l/phót σb – Giíi h¹n bÒn MPa σch – Giíi h¹n ch¶y MPa [σH] – øng suÊt tiÕp xóc cho phÐp MPa [σF] – øng suÊt uèn cho phÐp MPa σ H0 lim - øng suÊt tiÕp xóc cho phÐp víi chu kú c¬ së. MPa σ F0 lim - øng suÊt uèn cho phÐp víi chu kú c¬ së. Mpa σ-1 – Giíi h¹n mái uèn MPa τ-1 – Giíi h¹n mái xo¾n MPa σa2, τa2, σmi2, τm2 - Biªn ®é vµ trÞ sè trung b×nh cña øng suÊt ph¸p vµ øng suÊt tiÕp t¹i tiÕt diÖn. MPa ψσ, ψτ - HÖ sè kÓ ®Õn ¶nh h−ëng cña trÞ sè øng suÊt trung b×nh ®Õn ®é bÒn mái [τ] - øng suÊt xo¾n cho phÐp MPa Yε - HÖ sè kÓ ®Õn trïng khíp ngang Yβ - HÖ sè kÓ ®Õn ®é nghiªng cña r¨ng. YF1- HÖ sè r¨ng y - Sè n¨m sö dông m¸y n¨m ∆t – Thêi gian thay ®æi gia tèc 11 Z – Sè r¨ng r - HÖ sè sö dông m¸y. ZM - HÖ sè kÓ ®Õn c¬ tÝnh cña b¸nh r¨ng ¨n khíp ZH - HÖ sè kÓ ®Õn h×nh d¹ng bÒ mÆt tiÕp xóc α - HÖ sè an toµn. β - Gãc nghiªng cña r¨ng δH - HÖ sè kÓ ®Õn ¶nh h−ëng cña sai sè ¨n khíp. εσ, ετ - HÖ sè kÝch th−íc kÓ ®Õn ¶nh h−ëng cña kÝch th−íc tiÕt diÖn trôc ®Õn giíi h¹n mái. ηbr – HiÖu suÊt cña cÆp b¸nh r¨ng ¨n khíp. ηol – HiÖu suÊt cña cÆp æ l¨n trªn trôc λ - Gãc n©ng cña trôc vÝt me. τ - øng suÊt riªng N/mm2 12 lêi më ®Çu §©y lµ ®Ò tµi thuéc ch−¬ng tr×nh khoa häc c«ng nghÖ träng ®iÓm cÊp nhµ n−íc KC03/ 0610. Th«ng qua ®Êu thÇu khoa häc c«ng nghÖ n¨m 2006, kinh phÝ sö dông nguån vèn ng©n s¸ch Nhµ n−íc vµ nguån vèn ®èi øng tõ ®¬n vÞ thùc hiÖn ®Ò tµi lµ ViÖn IMI. C¸c th«ng tin chÝnh liªn quan ®Õn ®Ò tµi nh− sau: 1. Tªn ®Ò tµi. Nghiªn cøu thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m¸y CNC 5 trôc (Nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ t¹o thiÕt bÞ gia c«ng dÇm thÐp kÕt cÊu) 2. M∙ sè: KC03.02/06-10 3. Thêi gian thùc hiÖn (Tõ th¸ng 04/2007 ®Õn 04/2009) 4. CÊp qu¶n lý NN , Bé , CS , TØnh 5. Kinh phÝ Tæng sè: 1785 triÖu ®ång Trong ®ã, tõ ng©n s¸ch SNKH: 1100 triÖu ®ång 6. Thuéc Ch−¬ng tr×nh: C«ng nghÖ tù ®éng ho¸ 7. Chñ nhiÖm ®Ò tµi Hä vµ tªn: Vò Hoµi ¢n Häc hµm/häc vÞ: Phã gi¸o s− / TiÕn sü Chøc danh khoa häc: §iÖn tho¹i: 38344186(CQ)/ 37843512 (NR) Fax: 38344975 Mobile: 0906183334 E-mail: [email protected] §Þa chØ c¬ quan: 46 L¸ng H¹-§èng §a-Hµ Néi §Þa chØ nhµ riªng: 33 K121 Trung KÝnh-CÇu GiÊy-Hµ Néi. 8. C¬ quan chñ tr× ®Ò tµi Tªn tæ chøc KH&CN: ViÖn m¸y vµ Dông cô C«ng nghiÖp §iÖn tho¹i:3 8351009/8351010 Fax: 38344975 E-mail: [email protected] §Þa chØ: 46 L¸ng H¹-§èng §a-Hµ Néi 13 C¨n cø theo hîp ®ång sè 02/2006/H§-§TCT-KC.03/ 06-10 gi÷a bªn A lµ ban Chñ nhiÖm ch−¬ng tr×nh KC. 03/ 06-10 vµ bªn B lµ ViÖn m¸y vµ Dông cô C«ng nghiÖp. Theo néi dung cña hîp ®ång th× bªn B sÏ ph¶i hoµn thµnh c¸c s¶n phÈm khoa häc c«ng nghÖ sau: ThiÕt bÞ m¸y mãc: Hoµn thµnh viÖc nghiªn cøu, thiÕt kÕ, chÕ t¹o mét m¸y khoan dÇm CNC 5 trôc ®¹t ®−îc c¸c th«ng sè: Th«ng sè kü thuËt KÝch th−íc KÝch th−íc ph«i gia c«ng trªn m¸y Dµi ®Õn 24 m Réng Cao Hµnh tr×nh m¸y Trôc X Trôc W1, W2 Z Ghi chó 900 mm 500 mm 900 (mm) 500 (mm) 300 (mm) 1000x n =12000(mm) Trôc Y Hµnh tr×nh trôc Trôc W1, W2 150 (mm) Trôc Z 300 (mm) §éng c¬ trôc chÝnh 3 pha Sè ®éng c¬ C«ng suÊt Sè vßng quay (cña trôc chÝnh ) 3 c¸i 4,5 kW 600 v/ phót §éng c¬ ®iÒu khiÓn trôc: §éng c¬ Servo Trôc X 5,4 Nm Trôc W1, W2, Z 12 Nm Trôc Y 24 Nm C¬ cÊu truyÒn ®éng §ai èc vÝt me bi §é chÝnh x¸c. Trôc Y Trôc X, W1, W2, Z ±0,3 mm/12m 0,05 mm Bé ®iÒu khiÓn: Heidenhain hoÆc t−¬ng ®−¬ng §iÒu khiÓn 5 trôc KÝch th−íc m¸y WxDxH 2350x3050x2500 mm Kh«ng tÝnh hÖ thèng dÉn ph«i 14 Tµi liÖu: Hoµn thµnh ®Çy ®ñ toµn bé c¸c b¶n vÏ thiÕt kÕ kü thuËt m¸y CNC 5 trôc. Bé b¶n vÏ vÒ quy tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c chi tiÕt m¸y ®iÓn h×nh nh− th©n, bÖ m¸y,®Çu khoan. Quy tr×nh c«ng nghÖ l¾p r¸p c¸c côm chi tiÕt vµ qui tr×nh l¾p r¸p tæng thµnh. Ch−¬ng tr×nh cµi ®Æt vµ ®iÒu khiÓn CNC. Lý lÞch m¸y, h−íng dÉn sö dông m¸y, h−íng dÉn lËp tr×nh CAD/CAM B¸o c¸o ®Þnh kú, b¸o c¸o tãm t¾t, b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi. Toµn bé b¸o c¸o tæng kÕt nµy sÏ lÇn l−ît tr×nh bµy chi tiÕt c¸c néi dung ®· thùc hiÖn ®−îc trong qu¸ tr×nh hoµn thµnh ®Ò tµi. Nhãm ®Ò tµi lu«n mong cã sù ®ãng gãp cña Ban chñ nhiÖm ch−¬ng tr×nh c¸c nhµ khoa häc, c¸c nhµ qu¶n lý, c¸c b¹n ®ång nghiÖp sau khi ®äc b¶n tæng kÕt nµy. 15 C¸c néi dung chÝnh 16 I. C¸c nghiªn cøu trong vµ ngoµi n−íc. I.1. T×nh h×nh m¸y CNC trªn thÕ giíi. M¸y c«ng cô ®iÒu khiÓn CNC vµ nh÷ng xu h−íng ph¸t triÓn m¸y c«ng cô CNC trªn thÕ giíi. M¸y c«ng cô CNC hiÖn nay liªn tôc ®−îc c¶i tiÕn vµ hoµn thiÖn, ®¸p øng ngµy cµng s¸t víi nh÷ng ®ßi hái kh¾t khe cña c«ng nghÖ gia c«ng chi tiÕt m¸y. ViÖc nghiªn cøu, t×m hiÓu c¸c c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y CNC, c¸c bé ®iÒu khiÓn CNC, c¸c lo¹i m¸y c«ng cô CNC cña c¸c h·ng næi tiÕng trªn thÕ giíi, t¹o ra nh÷ng c¬ së v÷ng ch¾c, vµ nh÷ng kinh nghiÖm quý b¸u khi nghiªn cøu nh÷ng vÊn ®Ò t−¬ng tù. §Ó cã ®−îc c¸c kinh nghiÖm cÇn thiÕt phôc vô cho ®Ò tµi, cÇn ph¶i nghiªn cøu nh÷ng xu thÕ chung cña c¸c nhµ nghiªn cøu, c¸c nhµ ®iÒu khiÓn, c¸c lËp tr×nh viªn, c¸c h·ng chÕ t¹o m¸y CNC ngoµi n−íc ®· tËp trung gi¶i quyÕt tèt c¸c vÊn ®Ò xoay quanh nh−. a. §é chÝnh x¸c gia c«ng cña m¸y ngµy cµng ®−îc n©ng cao: Nhê sù ph¸t triÓn ®ång bé gi÷a c¸c thiÕt bÞ ®o ®iÖn tö, thiÕt bÞ dÉn ®éng c¬ khÝ nh− vÝt me ®ai èc bi kÕt hîp víi tèc ®é tÝnh to¸n nhanh cña CPU cïng SENSOR c¶m øng vµ th−íc quang häc, cïng víi ®é tin cËy rÊt cao cña c¸c bé ®iÒu khiÓn CNC tõ NhËt B¶n vµ §øc. V× vËy ®é chÝnh x¸c, ph−¬ng ph¸p ®o vµ xö lý khi ®o trong m¸y CNC kh«ng cßn lµ vÊn ®Ò khã ®èi víi c¸c h·ng chÕ t¹o m¸y CNC trªn thÕ giíi. VÝ dô : ®é chÝnh x¸c cña th−íc quang häc do mét sè h·ng chÕ t¹o nh−: Heidenhain cña Céng hßa Liªn bang §øc, Newall cña Anh quèc, Mitutoyo-NhËt b¶n... ®¹t ®−îc ± 1µm, chiÒu dµi ®o cã thÓ lªn ®Õn 10m. §é chÝnh x¸c gia c«ng cña m¸y CNC kh«ng nh÷ng lu«n ®−îc c¶i thiÖn mµ cßn ®−îc tiªu chuÈn hãa. Cô thÓ ®èi víi c¸c lo¹i m¸y tiÖn CNC cña c¸c n−íc G7 ®é chÝnh x¸c gia c«ng theo tiªu chuÈn b¾t buéc ph¶i ®¹t ®−îc lµ: ®é chÝnh x¸c ®Þnh vÞ: ± 0,01mm, ®é chÝnh x¸c lÆp l¹i: ± 0,025mm. §èi víi m¸y phay vµ trung t©m gia c«ng CNC tiªu chuÈn b¾t buéc ë Mü lµ: sai sè lÆp l¹i kh«ng lín h¬n (± 0.0002 inch trªn dÞch chuyÓn 24 inch) t−¬ng ®−¬ng ± 0,0051 mm trªn hµnh tr×nh 610 mm. VÝ dô nh− trung t©m gia c«ng ngang (Horizontal Machine Center - HS -15AXT) 5 trôc do h·ng Haas of USA chÕ t¹o cã hµnh tr×nh X,Y,Z 24’’x 20’’x 22’’ cã ®é chÝnh x¸c ®Þnh vÞ 0.0001’’/ 24’’hµnh tr×nh. 17 H×nh 1: VÝt me ®ai èc bi. b. Tèc ®é c¾t gät, n¨ng suÊt gia c«ng cao: Mét trong nh÷ng yÕu tè quan träng t¹o ra n¨ng suÊt gia c«ng nhê tèc ®é c¾t gät. Tèc ®é c¾t gät trªn m¸y ®−îc gi¶i quyÕt ë c¸c kh©u: - Tèc ®é trôc chÝnh: Do trôc ®éng c¬ ®−îc kÕt hîp víi trôc chÝnh nªn ®· ®¹t tèc ®é 20.000 v/phót ®èi víi m¸y tiÖn, 40.000 v/phót ®èi víi m¸y phay mµ vÉn gi÷ ®−îc m«men c¾t gät 100 ÷ 250 Nm. ë tèc ®é lín, kh«ng cÇn d©y ®ai, khíp … Lùc qu¸n tÝnh nhá, kh¶ n¨ng c©n b»ng tèt, v× thÕ kÕt cÊu m¸y gän ®¬n gi¶n. - Tèc ®é di chuyÓn cña bµn tr−ît: Nhê hµng lo¹t c¸c biÖn ph¸p n©ng cao tèc ®é di chuyÓn cña c¸c ®−êng tr−ît (tèc ®é ch¹y bµn) nh−: Trong kÕt cÊu c¬ khÝ ®· thay thÕ dÇn c¸c b¨ng cøng kiÓu V b»ng c¸c b¨ng tr−ît bi. Chóng ®−îc chÕ t¹o tiªu chuÈn, nèi ghÐp cøng vµo c¸c th©n ®óc, ®ã lµ gi¶i ph¸p tèt nhÊt gi¶m h¼n hiÖn t−îng kÑt, ch¸y bÒ mÆt do ma s¸t lín khi cã sù di tr−ît nhanh. Trong truyÒn ®éng ®iÖn sö dông c¸c bé ®iÒu khiÓn ®éng c¬ AC – Servo cã m«men lín... Do vËy tèc ®é ch¹y nhanh ®èi víi c¸c m¸y CNC th«ng th−êng ®¹t tõ 20 ®Õn 35 m/phót, m¸y c¾t Laser 40 m/phót, ®Æc biÖt m¸y phay siªu tèc 120 m/phót (m¸y phay MAZAK do nhµ m¸y chÕ t¹o m¸y c«ng cô Yamazaki Mazak - NhËt b¶n chÕ t¹o). - Kh¶ n¨ng c¾t gät cña c¸c lo¹i dông cô: Cïng víi sù ph¸t triÓn cña ngµnh dông cô c¾t, ph−¬ng ph¸p c¾t gät víi c¸c m¶nh hîp kim cøng cña dao cho tèc ®é tiÕn dao khi phay cã thÓ lªn ®Õn 10m/phót. Víi c¸c biÖn ph¸p g¸ l¾p ph«i tù ®éng, sö dông nhiÒu Pallet ®èi víi m¸y phay, sö dông nhiÒu m©m cÆp ®èi víi m¸y tiÖn, ®Çu r¬vonve, tool magazine chøa nhiÒu dao ®· t¹o nªn n¨ng suÊt gia c«ng rÊt cao. 18