ĐỒ án môn học đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài thiết kế hệ thống thay dao tự động cho phay CNC 3 trục

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
-----



-----

ĐỒ ÁN
Mơn học: Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
Đề tài: Thiết kế hệ thống thay dao tự động cho phay CNC 3 trục

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Phương Giang

Sinh viên thực hiện :

Bùi Đức Linh

MSSV

:

20187465

Lớp

:

ME-NUT17

Hà Nội - 2021

download by :


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN MÔN HỌC:THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
-

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Phương Giang
Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Linh
Lớp : ME-NUT17
Mssv: 20187465

I. Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống thay dao tự động cho máy phay CNC
AI. Số liệu cho trước :
1- Tay đỡ của hệ thống
2- Động cơ kèm hộp
giảm tốc
3- Thanh đỡ di trượt
4- Cơ cấu Man
5- Vỏ bao che phía ngồi
6- Chi cơn gắn dao
7- Vỏ bao che phía dưới
8- Tay gạt (cơ cấu Man)
9- Tấm đỡ (liền với cơ cấu
4)
10- Tay kẹp côn gắn dao
11- Xy lanh khí nén

-

Loại máy CNC: Phay
Loại thay dao: Khơng tay máy
Nguồn động lực di chuyển: Khí nén
Nguồn động lực quay ổ chứa: Động cơ điện
Số lượng ổ chứa dao: N = 16
Loại côn gắn dao: BT30
Khối lượng 1 con dao tối đa : M=5 Kg
Đường kính lớn nhất của 1 con dao : Dmax = 80 mm
Thời gian thay dao gần nhất : T1 = 3 s
Thời gian thay dao xa nhất : T2 = 7s
Không gian chứa cụm thay dao và các kích thước cụm trục chính (cho trước BV 2D).

2

download by :


BI.

u cầu thiết kế:
1. Phân tích ngun lý và thơng số kỹ thuật
- Nguyên lý hoạt động
- Xác định các thành phần của hệ thống thay dao
2. Mơ hình hóa hệ thống điều khiển
- Mơ hình hóa cho một trục chuyển động
- Xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển cho thay dao
3. Thiết kế kế hệ thống điều khiển
- Chọn các phần tử của hệ thống điều khiển

- Xác định hàm điều khiển
- Xây dựng bản vẽ mạch (1 Bản A1 hoặc A2)

-Xây dựng chương trình điều khiển
4. Mơ phỏng
- Mô phỏng hoạt động của các trục điều khiển
- Mô phỏng lô gic hoạt động của hệ thống
- Mô phỏng chuyển động bằng các phần mềm có sẵn (Solidworks, Proengineer…)

3

download by :


TT

N
16
16
16
16
16
24
24
24
24
24
24
24
32

32
32
32
32
32
12
12
12
12
12
12
12
16
24
32
16
24
32
12
16
24
32
12

1
2
3
4
5
6

7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

4

download by :


Mục lục
Lời Nói Đầu.................................................................................... 7
CHƯƠNG I: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG THAY DAO
TỰ ĐỘNG, TRÌNH BÀY SƠ LƯỢC VỀ QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ
THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG.................................................................... 8
1.1 Giới thiệu tổng quan máy CNC............................................................. 8
1.1.1 Các bộ phận chính trong máy CNC................................................... 8
1.2 Giới thiệu chung về hệ thống thay đao tự động.................................. 11
1.2.1 Tổng quát......................................................................................... 11
1.2.2 Các yêu cầu cần đạt được của hệ thống thay đao............................11
1.2.3 Phân loại (theo mâm dao)................................................................ 11
1.2.4 Các thành phần cơ bản của hệ thống thay dao................................ 14
1.3 Xây dựng sơ đồ động của toàn hệ thống thay dao tự động..................... 17
1.3.1 Khái niệm sơ đồ dộng...................................................................... 17
1.3.2 Sơ đồ động của tồn hệ thơng thay đao tự động.............................. 18
1.3.3 Nguyên lý hoạt động........................................................................ 19
1.4 Trình bày sơ lược về thiết kế hệ thống thay dao tự động...................20
CHƯƠNG II: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN
THAY DAO..................................................................................................... 22
2.1 Khái niệm sơ đồ khối thuật toán............................................................. 22
2.2 Sơ đồ khối chương trình.......................................................................... 22
2.2.1 Sơ đồ chính:..................................................................................... 23
2.2.2 Sơ đồ trả dao.................................................................................... 23
2.2.3 Sơ đồ lấy dao................................................................................... 25

2.2.4 Sơ đồ tìm dao................................................................................... 27
CHƯƠNG III: BẢN VẼ SƠ ĐỒ ĐIỆN, KHÍ NÉN...................................... 30
3.1

Sơ đồ khí nén.................................................................................... 30

3.1.1 Các thành phân chính trong hệ thống khí nén................................. 30
3.1.2: Bản vẽ khí nén................................................................................ 33
3.2 Sơ đồ điều khiển điện............................................................................ 36
5

download by :


3.2.1 Giới thiệu về PLC............................................................................ 36
3.2.2 Các cảm biến................................................................................... 37
3.2.3 Sơ đồ điện điều khiển....................................................................... 39
CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG THAY
DAO TỰ ĐỘNG BẰNG PHẦN MỀM SOLID WORKS............................ 42
CHƯƠNG V: LẬP TRÌNH PLC...................................................................... 47
5.1 Cài đặt tham số...................................................................................... 47
5.2 Lập trình PLC....................................................................................... 50
5.2.1 Chương trình lấy dao....................................................................... 50
5.2.2 Chương trình trả dao....................................................................... 53
5.2.3 Chương trình tìm dao....................................................................... 56
5.2.4 OUTPUT.......................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 60

6

download by :


Lời Nói Đầu
Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển rất nhanh, mang lại những lợi
ích cho con người về tất cả những lĩnh vực vật chất và tinh thần. Để nâng cao đời
sống nhân dân 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 cơng nghiệp hóa
hiện đại hóa. Để thực hiện điều đó thì một trong những ngành cần quan tâm phát
triển nhất đó là ngành cơ khí nói chung và cơ điện tử nói riêng vì nó đóng vai trị
quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị cơng 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 chun mơn đáp ứng yêu cầu của
công nghệ tiên tiến, công nghệ tự động hóa theo dây chuyền sản xuất.

Máy cơng cụ điều khiển số CNC ngày càng được sử dụng rộng rãi trong
các xí nghiệp cơng nghiệp ở nước ta. Phát huy hiệu quả sử dụng, bảo dưỡng,
vận hành máy CNC là vấn đề được đặc biệt quan tâm của chúng ta. Muốn phát
huy hiệu quả tối đa khả năng thiết bị cũng như cải tiến nó cho phù hợp với con
người Việt Nam địi hỏi phải có sự hiểu biết sâu sắc về máy CNC.
Đồ án thiết kế cơ khí là nội dung khơng thể thiếu trong chương trình đào
tạo kĩ sư Cơ điện tử. Đồ án này giúp cho sinh viên có thể hệ thống lại các kiến
thức của mơn học .Đồng thời cũng giúp chúng em học thêm một số phần mềm
thiết kế, mô phỏng cần thiết như Solidworks, Auto CAD…Ngồi ra giúp chúng
em làm quen với cơng việc thiết kế và làm đồ án tốt nghiệp sau này.
Dù đã cố gắng hoàn thành đồ án này cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình và
cụ thể của các thầy cơ trong bộ mơn, nhưng theo hiểu biết cịn hạn hẹp cộng với
chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên chắc chắn khơng tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy
em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cơ để em rút thêm 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 cơ
trong Viện Cơ Khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt là sự hướng dẫn
tận tình của cơ Nguyễn Thị Phương Giang đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, ngày .... tháng ... năm 2022

Sinh viên thực hiện
BÙI ĐỨC LINH
7

download by :


CHƯƠNG I: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
THAY DAO TỰ ĐỘNG, TRÌNH BÀY SƠ LƯỢC VỀ QUY
TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG
1.1 Giới thiệu tổng quan máy CNC
Máy CNC (computer numerical controlled) là những công cụ gia cơng kim loại
tinh tế có thế tạo ra những chỉ tiết phức tạp theo yêu câu của công nghệ hiện đại.
Phát triển nhanh chóng với những tiến bộ trong máy tính, ta có thê bắt gặp CNC
dưới dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt mài, máy
đột rập và nhiêu cơng cụ cơng nghiệp khác. Thuật ngữ CNC liên quan đến một
nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính đề điều khiển các chuyển động và thực
hiện q trình gia cơng kim loại. -Máy phay CNC là một loại máy móc gia công
cơ khi thông dụng tại các công xưởng, từ quy mơ nhỏ đến quy mơ lớn trên tồn
quốc Máy phay CNClà loạimáy được áp dụng công nghệ hiện đại CNC (Computer
Numerical Control) - điêu khiến tự động bằng máy tính thơng mình.
-Ưu điểm: của phương pháp này là năng suất và độ chính xác cao. dao phay
có nhiều lưỡi cắt nên lâu mòn lưỡi, lượng chạy dao lớn. Đây cùng là phương
pháp gia cơng an tồn cho người thợ vì phoi đứt đoạn. Bằng phương pháp phay,
người dùng có thể gia cơng được nhiều bề mặt định hình khác nhau: mặt phẳng,

mặt trụ. mặt bậc, rãnh, rãnh then, trục then hoa, mất định hình phức tạp, cắt đứt,
gia cơng mặt trịn xoay, phay bánh răng, cắt ren....Khối lượng cơng việc phay có
thẻ giải quyết được chiếm tới 20% tổng khối lượng gia cơng cắt gọt.
-Nhược điểm: của phay chính là sự va đập của lưỡi cắt và bề mặt gia cơng gây
ra rung động, ảnh hưởng đến sự chính xác của chí tiết và chất lượng bê mặt, độ
bóng không cao. Tuy nhiên, các loại máy phay CNC hiện đại đã giải quyết rất tốt
những vần đê này.
1.1.1 Các bộ phận chính trong máy CNC
a, Thân máy và đế máy: Thường được chế tạo bằng các chỉ tiết gang vì gang có độ
bền nén cao gấp 10 lần so với thép và đều được kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo
khơng có khuyết tật đúc. Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của
trục chính và rất nhiều hệ thông khác. Yêu câu của thân và đế máy là phải có độ cứng
vững cao, phải có các thiết bị chống rung động, phải có độ ơn định nhiệt. Từ đó, mục
đích đặt ra là phải đảm bảo độ chính xác gia cơng, đế máy để đỡ tồn bộ máy tạo sự
ơn định và cân bằng cho máy.
b, Bàn máy: Bàn máy là nơi để gá đặt chỉ tiết gia cơng hay đỗ gá. Nhờ có sự
chuyển động linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC
được tăng lên rất cao. có khả năng gia cơng được những chỉ tiết có biên dạng phức
tạp.Đa số trên các máy CNC hay trung tâm gia cơng biện đại thì bàn máy đều là
đạng bản máy xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ 4, thứ 5 của máy. Nó làm
8

download by :


tăng tính vạn năng cho máy CNC.Yêu câu của bàn máy: Phải có độ ơn định, cứng
vững. được điêu khiến chun động một cách chính xác.

Hình 1.1 Bàn máy phay CNC
c, Cụm trục chính: Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra

lực cắt để cắt gọt phơi trong q trình gia cơng. Nguồn động lực điều khiên trục chính:
Trục chính được điêu khiến bởi các động cơ. Thường sử dụng động cơ Servo theo chế
độ vịng lặp kín, bằng cơng nghệ số để tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả
cao dưới chế độ tải nặng. Hệ thống điều khiển chính xác góc giữa phần quay và phần
tĩnh của động cơ trục chính để tăng momen xoắn và gia tốc nhanh. Hệ thơng điều
khiển này cho phép người sử dụng có thể tăng tốc độ của trục chính lên rất nhanh.
d, Băng dẫn hướng: Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các
chuyên động của ban theo X,Y và chuyên động theo trục Z của trục chính.Yêu cầu của
hệ thống thanh trượt trượt phải thẳng, có khả năng tải cao độ cứng vững tốt, khơng có
hiện tượng dính, trơn khi trượt.

Hình 1.2 Thanh dẫn hướng
9

download by :


e,Trục vít me, đai ốc: Trong máy cơng cụ điêu khiến số người ta thường sử dụng hai
đạng vit me cơ bản đó là: vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bí. Vít me đai ốc
thường: là loại vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt. Vít me đai ốc bị: là loại mà vít
me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn.

Hình 1.3 Trục vít me, đai ốc
f, Ổ chứa dao: Dùng đề tích chứa nhiều đao phục vụ cho q trình gia cơng.
Nhờ có ơ tích đao mà máy CNC có. thể thực hiện được nhiêu nguyên công cắt gọt
khác nhau liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác nhau. Do đó quá trình gia cơng
nhanh hơn và mang tính tự động hố cao.

Hình 1.4 Ổ chứa dao

10

download by :


g, Các xích động của máy: Tắt cả các đường chuyển động đến từng cơ cầu chấp hảnh
của máy công cụ điều khiển số đều dùng những nguồn động lực riêng biệt. bởi vậy
các xích động học chỉ cỏn 2 loại cơ bản sau: Xích động học tốc độ cắtgọt, Xích động
học của chuyển động chạy dao. Việc tính tốn thiết kế, chế tạo được thực hiện theo
modun hố. Thơng thường các xích cắt gọt bắt đầu tự một động cơ có tốc độ thay đổi
vơ cấp, dẫn động trục chính thơng qua một hộp tốc độ có từ 2 đến 3 cấp độ, nhằm
khuếch đại các momen cắt đạt trị số cân thiết trên cơ sở tốc độ ban đầu của động cơ.
1.2 Giới thiệu chung về hệ thống thay đao tự động
1.2.1 Tổng quát
Chức năng và nhiệm vụ của hệ thông thay đao :
Cắt giữ, lưu trữ được một số lượng dao nhất định phục vụ cho quá trình gia cơng sản
phẩm của máy CNC. Số lượng dao tối đa có thế tích trữ trên hệ thơng phụ thuộc vào
yêu cầu về số dao / số nguyên công mà chương trình gia cơng cân gọi đến. Sản phẩm
càng phức tạp, số lượng dao cần đến cảng lớn, kích thước hệ thống thay dao tự động
cũng phải lớn theo để đảm bảo mang được số dao cần thiết. Hệ thống phải có nhiệm
vụ lấy dao cũ tử trục chính và đưa dao mới được gọi vào vị trí thay dao khi có lệnh
thay đao từ chương trình gia cơng.
1.2.2 Các yêu cầu cần đạt được của hệ thống thay đao
Số ổ chứa dao phải có dung lượng lớn. Dụng cụ phải được giữ trong ổ với độ tin cậy
cao. Dụng cụ phải được giữ chặt trong tay máy khi thay dao tự động. Chuôi dao và
đài dao phải được định vị chính xác vào vị trí gia cơng. Khoảng cách giữa ơ tích đụng
cụ tới vị trí cơng tác là ngắn nhất.Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động phải bố trí
khơng chạm vào phơi trong q trình thay dụng cụ. Tránh làm bẩn bề mặt côn – bề
mặt ăn khớp với trục chính. Bảo dưỡng tiện lợi, an tồn. Quản lí và thay đơi chính xác
dao theo chương trình. Thay dao nhanh, giảm thời gian chờ khơng.

1.2.3 Phân loại (theo mâm dao)
a, Hệ thống thay dao với mâm dao dạng xích:

Hình 1.5 Hệ thống thay dao với mâm dao dạng xích
- Ưu điểm: Bộ kẹp có độ bền cao, ít hư hỏng và chống ăn mịn. Chuỗi được hỗ trợ ở cả

hai bên, hoạt động rất ôn định. Cơ chế đảo ngược dao sử dụng thiết kế đường cong cam
đảm bảo chuyên động ngược của dao trơn tru. Kết cấu mâm dao cứng vững, giúp
11

download by :


giữ được các dao nặng và thay dao tốc độ cao. Chuyển động khay dao sử dụng thiết kế
cam thung, chuyển động trơn tru, yên tĩnh và chính xác.
- Quy trình thay dao:
•
•
•
•
•
•

Đưa con dao mong muốn trong ổ chứa dao vào vị trí đổi dao
Trục cơng tác chạy đến vị trí chuyển đổi
Tay máy đổi dao quay hai mỏ kẹp đền vị trí của dao cũ trong trục chính và vị
trí của dao mới trong ơ chứa.
Rút cán dao ra khỏi trục chính và ổ chứa, quay tay máy đổi đao
Nạp dao vào lỗ cơn của nịng trục chính và vào ổ chứa
Quay tay máy đôi dao về vị trí khơng làm việc

Với số lượng dao lớn hơn 48 dao ta thường dùng hệ thống thay dao với mâm dao
dạng xích.
b, Hệ thống thay dao với mâm dao dạng nấm

Hình 1.6 Mâm dao dạng nấm
- Ưu điểm: Độ bền kẹp ổn định và tiếp xúc tuyệt vời với các dao, bảo vệ trục chính và

khay dao khi thay dao khơng phù hợp. Mâm dao có thể được gắn kiểu cố định hoặc kiểu
di động, được điều khiển bởi động cơ chính xác, thay dao chính xác, chuyển
động trơn tru, yên tĩnh và chính xác .Nguồn điều khiển mâm dao có thẻ là động
cơ servo và động cơ điện
- Quy trình thay dao: Khi số dao nhỏ hơn 48 dao ta dùng ơ cấp dao tự hành.
•
•
•
•

Đưa trục chính vào vị tí thay dao
Ổ chứa dao tiến vào kẹp dụng cụ
Trục chính đi lên, tháo dao
Ổ chứa dao quay tới vị trí dao được gọi bởi chương trình NC
12

download by :


Trục chính đi xuống kẹp chặt dao
Ổ chứa dao lùi về vị trí ban đầu

•
•

c, Hệ thống thay dao với mâm dao dạng phẳng

Hình 1.7 Mâm dao dạng phẳng
- Ưu điểm: Độ bền kẹp ôn định và tiếp xúc tuyệt vời với các dao, cũng bảo vệ trục

chính và khay dao trong q trình thay dao khơng phủ hợp. Xích dẫn hướng kèm ray hỗ
trợ cho cả hai bên, chuyển động trơn tru và định vị chính xác. Thiết kế kẹp dao đặc biệt
cho phép mâm dao được sử dụng trong các thay dao ngang. Giá đỡ dao có thể
được sử dụng với các hệ thống lựa chọn đao khí nén, hệ thống quay thủy lực hoặc
nhiêu cụm thay dao có sẵn trên thị trường. Nguồn điều khiển mâm dao có thể là
động cơ servo và động cơ điện
- Quy trình thay dao: Với đài dao chứa số lượng dao lớn, ta thực hiện thay dao sử

dụng tay máy với quy trình giống với hệ thơng tay đao với mâm đao dạng xích
•
•
•
•
•
•

Đưa con dao mong muốn trong ổ chứa dao vào vị trí đổi đao
Trục cơng tác chạy đến vị trí chuyên đổi
Tay máy đổi dao quay hai mỏ kẹp đến vị trí của dao cũ trong trục chính và vị
trí của dao mới trong ổ chứa.
Rút cán dao ra khỏi trục chính và ổ chứa, quay tay máy đổi đao
Nạp dao vào lỗ cơn của nịng trục chính và vào ô chứa

Quay tay máy đổi dao về vị trí khơng làm việc

Trong thực tế thì có nhiêu kiểu hệ thống thay dao tự động, nhưng hay gặp nhất
là hệ thống thay dao kiểu tang trống, thường được dùng cho các máy phay đứng
CNC trong công nghiệp. Và đây cũng là kiểu thay dao mà chúng em tìm hiểu.
Thay dao tự động sử dụng tay máy với số dao nhỏ hơn 48.

13

download by :


Hình 1.8 Hệ thống thay dao kiểu tang trống

1.2.4 Các thành phần cơ bản của hệ thống thay dao

Hình 1.9 Các thành phần cơ bản của hệ thống thay dao

Các thành phân cơ bản:
•
•
•

Cụm gá
Cụm tang chứa dao
Cụm trục chính
14

download by :

a, Cụm gá
Cụm gá là một hệ các thanh nhôm hoặc thép nối với nhau theo kiểu khung, có tác
dụng nâng đỡ tồn bộ trọng lượng của hệ thống. Nó được gắn cố định trên thân của
máy tại vị trí thích hợp để thay dao với hành trình đi chuyển thay dao là nhỏ nhất.

b, Cụm tang chứa dao

Hình 1.10 Tang chứa dao
- Cụm tang chứa dao là một cụm chỉ tiết ghếp nối với nhau, trong đó chỉ tiết chính

là một tang hình trống gắn trên một trục quay có thê quay tự do 360° quanh trục ấy.
- Trên tang có lắp các tay kẹp dao vói kích thước đao tiêu chuẩn, lực kẹp có thể bằng

chính ứng suất biến dạng trong q trình tác động giữa chi dao và tay kẹp bằng lực
đàn hơi của lị xo.
- Kích thước của tang được tính tốn phù hợp với số lượng dao. kích thước chi

dao, khối lượng dao tổng cộng mà nó phải mang vừa tính đủ bên, vừa tối ưu về kết
cấu và khối lượng.
- Cơ cầu Mante.

Hình 1.11 Cơ cấu Mante
15

download by :


Cơ cầu Mante là một cụm chỉ tiết với chí tiết chính là đĩa Mante có chức năng biến
đổi chuyển động quay đều của động cơ dẫn động thành chuyên động quay phân độ

của đĩa Mante. Cụm cơ cấu này được gắn trên một giá đỡ động cơ, đĩa Mante được
gắn có định trên đài chứa dao, từ đỏ biển chuyển động quay liên tục của động cơ
thành chuyên động quay phân độ của đài chứa dao, đưa con dao được gọi vào đúng vị
trí.
Khâu dẫn 1 mang chốt 3 quay quanh tâm O2; khâu bị dẫn 2 là đĩa mang những rãnh
có thể quay quanh tâm O1. Khi khâu 1 quay liên tục, sẽ có lúc chốt trục lọt vào rãnh
của đĩa 2 và gạt đĩa này quay quanh O một góc đến khi chốt ra khỏi rãnh thì đĩa 2 sẽ
ngừng quay nhờ cung tròn trên đĩa 1 tiếp xúc với cung tròn trên đĩa 2. Lúc này rãnh
kế tiếp trên đĩa 2 ở vị trí chờ chốt trên đĩa 1 vào để truyền động xây ra liên tục.

Hình 1.12 Cơ cấu Mante
c, Cụm trục chính

Hình 1.13 Cụm trục chính
16

download by :


- Cụm trục chính có nhiệm vụ định vị, kẹp chặt chi dao trong q trình gia cơng,
tạo lực cắt chính trong máy phay. Kết cấu của cụm trục chính có dạng cơn vừa định vị
vừa có tác dụng kẹp chặt đi dao. Phía trên có cơ cầu kẹp bằng hệ thống tay kẹp rút
dưới tác động của lò xo.
- Ngồi ra, trên cụm trục chính cịn có đường khí nén và đường dung dịch tưới nguội

cho dao. Cụm trục chính tháo và kẹp dao điều khiển bằng một xi lanh khí nén tác
động một chiều gắn trong trục chính có tác dụng tạo lực đẩy lên địn kẹp khi có lệnh
nhả dao, lực đẩy này thắng lực kẹp của lị xo nên địn kẹp nhả đi chuột trên chi
dao ra, dao được nhà. Khi có lệnh kẹp dao, khí nén được ngừng cấp, lực đàn hỏi của
lò xo phục hồi lại cơ cầu kẹp.

1.3 Xây dựng sơ đồ động của toàn hệ thống thay dao tự động
1.3.1 Khái niệm sơ đồ dộng
Sơ đơ động của máy là những hình vẽ quy ước biểu diễn các bộ truyền, các cơ cấu liên
kết với nhau tạo nên các xích truyền động, xác định những chuyên động cần thiết của
máy. Đồng thời trên đó cịn chỉ rõ cơng suất và số vịng quay của động cơ điện, đường
kính bánh đai, số răng của bánh răng, số đầu mới của trục vít, số răng của bánh vít.

17

download by :


1.3.2 Sơ đồ động của tồn hệ thơng thay đao tự động
Từ định nghĩa sơ đồ động như trên và phân tích các chuyển động cần thiết của hệ
thống thay dao CNC, cùng với các hình vẽ quy ước ta xây dựng nên sơ đồ động của
toàn hệ thống thay dao tự động như sau :

Hình 1.14 Sơ đồ động của hệ thống thay dao
Trong đó:

18

download by :


16

16

1.3.3 Ngun lý hoạt động
Khi chương trình gia cơng đọc đến dịng lệnh thay dao, thì bộ phận điều khiể 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 dao về vị trí đã được xác định (Vị trí chốt của
dao trên trục chính đúng hướng với chốt của đài dao). Trục chính dừng quay. Bộ điều
khiển phát lệnh điều khiển cho trục Z cho ụ trục chính đi xuống vị trí thay dao (vị trí
đài dao nằm ngang với cổ dao). Đài dao quay sao cho tay kẹp dụng cụ tới vị trí thay
dao để chuẩn bị kẹp dụng cụ trên trục chính, ụ thay dao tiến từ trái sang phải hai tay
kẹp mở ra và giữ chặt lây dao, lò xo nén bị nén kẹp chặt lấy dao trên ụ trục chính. 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 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 tháy thế dao
tự động.

19

download by :


1.4 Trình bày sơ lược về thiết kế hệ thống thay dao tự động
Với các dữ liệu đầu vào:
•
•
•
•
•
•

Số lượng dao lưu trữ: Z = 16
Trọng lượng tối đa của 1 dao m = 5 (kg)

Đường kính lớn nhất của dao: 80 (mm)
Thời gian max thay dao gần nhất: Tg = 3(s)
Thời gian max thay dao xa nhất: Tx = 7 (s)
Loại chi dao: BT30

Lập trình tính tốn:
Từ điểm gốc của hệ thống thay dao cùng với nguyên lý thay dao ta có thể lập trình
quy trình tính tốn như sau:
•
•
•
•
•
•
•
•

Xác định tâm của đường trịn chứa dao và vị trí của các đài dao trên đường
trịn.
Kết cấu tay kẹp dụng cụ và tấm định vị.
Tính tốn tang chứa dụng cụ.
Tính tốn và lựa chọn động cơ cho cơ cấu quay phân độ
Tính tốn và lựa chọn ổ lăn
Tính tốn và lựa chọn trục
Tính tốn và lựa chọn hệ thống xylanh khí nén dẫn động đài dao
Kiểm tra độ bền cho hệ thống thay dao

20

download by :

Ta có sơ đồ:
Dữ liệu đầu vào:
N: Số lượng dao của ổ chứa dao Z=16

Tính tốn, thiết kế, lựa
chọn cơ cấu kẹp dao

Đường kính lớn nhất của dao: D=80mm
BT30: Loại chi dao
Trọng lượng tối đa của 1 dao m= 5kg

Tính toán, thiết kế tấm định
vị

Thời gian thay dao gần nhất: Tg=3s
Thời giant hay dao xa nhất: Tx=7s
Tính các bán kính và kiểm tra độ an
tồn khi trục chính vào thay dao:
- Bán kính từ tâm dao đến tâm tang

chứa dao: R0=300mm
Tính tốn cơ cấu Mante cho tang chứa
dao:
- Bán kính đĩa Mante: R=160 mm

- Bán kính vịng ngồi: R1= 205mm
- Bán kính vịng trong: R2= 172mm
- Chiều cao đĩa tích dao: H= 160mm

- Gia tốc lớn nhất của đĩa
2

Mante: εd = ±26,245 (rad/s )
- Vận tốc lớn nhất của đĩa Mante:

Tính tốn lựa chọn ổ lăn, trục và
xy lanh:

ωd = 3,17 (rad/s)

- Ta lựa chọn ổ bi đỡ một dãy loại 314

d

(theo GOST 8338-75) với các thông số
của ổ d = 70 mm , D = 150 mm , B = 35
mm , C = 81,7 kN , Co = 64,5 kN.

3

- Tính tốn trục dẫn hướng:

d 3
Suy ra: chọn d = 20mm
- Tính tốn và lựa chọn xy lanh:
Tính tốn và lựa chọn động cơ:
- Cơng suất động cơ: Ndc =

141,446 W

Chọn đường kính xy lanh D= 50mm với
hành trình piston L= 250mm

- Chọn động cơ có cơng suất 370W
- Vận tốc quay n=930 (vòng/phút)
21


download by :
skknchat@gmail.
com


CHƯƠNG II: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN THAY DAO
2.1 Khái niệm sơ đồ khối thuật toán
Phương pháp dung sơ đồ khối mơ tả thuật tốn là dung theo sơ đồ trên mặt các bước
của thuật toán. Sơ đồ khối có ưu điểm là rất trực quan dễ bao qt. Để mơ tả thuật
tốn bằng sơ đồ khối ta cần dựa vào các nút sau đây:

+ Nút khởi đầu, kết thúc: Thường được biểu diễn bằng hình

trịn
hoặc elip thể hiện sự bắt đầu hay kết thúc quá trình.

+ Nút thao tác: Biểu diễn bằng hình chữ nhật.

+ Nút điều khiển: Thường biểu diễn bằng hình thoi trong đó ghi

điều kiện cần kiểm tra trong q trình tính tốn.
+ Cung: Đoạn nối từ nút này đến nút khác và có mũi tên chỉ hướng

Hoạt động thuật tốn theo lưu đồ được bắt đầu từ nút đầu tiên. Sau khi thực hiện
các thao tác cộng kiểm tra điều kiện ở mỗi nút thì bộ xử lý sẽ theo một cung để đến
nút khác. Q trình thực hiện thuật tốn dừng khi gặp nút kết thúc (hay nút cuối).

2.2 Sơ đồ khối chương trình
Trong đồ án này, em chỉ xét đến trường hợp trục chính có chứa dao, thực hiện q
trình lấy trả dao, không xử lý các trường hợp lỗi như nhập số liệu dao cần thay lớn hơn
tối đa trên đài chứa số dao hay hốc chứa dao cần thay không chứa dao,…. Mặc
định số hiệu hốc chứa dao trên đài trùng với số hiệu con dao trên trục chính, khơng
phải xử lý chương trình quay định hướng trục chính và điều khiển lên xuống của trục
z mà chỉ cần đưa ra tín hiệu báo.

22

download by :


2.2.1 Sơ đồ chính:
Bắt đầu

DaoTC= Dao thay

Yes

Trả dao

Lấy dao

Kết Thúc

2.2.2 Sơ
đồ trả
dao
Mô tả:
Sau khi
gọi lệnh
thay dao
thi cảm
biển nhận
biết dao
sẽ nhận
biết trục
chính có
dao hay
khơng,
nêu có
dao thì
thực hiện
lệnh trả
dao.
- Nếu

khơng có
dao thì
kiểm tra
xem tang

dao đã ở


vị trí ban đầu chưa, ứng với cơng tắc hành trình trái (S1) có tín
hiệu
- Nếu có dao trên trục chính thì bộ phận chun động phát tín hiệu

ngừng chuyển
động chạy dao, động cơ trục chính dừng lại
- PLC điều khiển động cơ trên cụm chứa dao quay đài dao quay đến

vị trí tay kẹp
trồng trên tang. trục chính đi xuống vị trí thay dao
- Van 5/2 có tín hiệu (van điều khiến đi chuyển của tang chứa

dao) cấp khí cho xylanh tác động kép được cấp khí đưa cụm chứa
dao đến vị trí thay dao, khi cơng tắc hành trình phải (S2) có tín
hiệu thì dừng chuyển động
- Van 3/2 điều khiến nhá kẹp dao kích hoạt làm xylanh tác động

đơn hoạt động đi hết hành trình kích hoạt công tắc hành trinh đưới
(S4) đồng thời nhả kẹp
- Trục chính đi lên khi kẹp cịn nhả , chạm cơng tắc hanh trình trục

chính Home (S6). Khi đó van 5/2 hồi về vị trí ban đâu (cuộn hút
khơng có tín hiệu) cấp khí cho xylanh tác động kép đưa tang chứa
dao về vị trí ban đầu. ứng với cơng tắc hành trình trái (S1) có tín
hiệu, kết thúc q trình trả đao

23

download by :