HƯỚNG dẫn THIẾT kế hệ THỐNG cơ KHÍ tập i (hệ thống thay dao tự động dùng cho máy CNC)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Viện Cơ Khí
Bộ mơn Gia công vật liệu và Dụng cụ công nghiệp

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
Tập I
(Hệ thống thay dao tự động dùng cho máy CNC)
(Dùng cho sinh viên chuyên ngành Cơ Điện Tử)

ThS. Đinh Duy Khỏe
TS. Nguyễn Trọng Hải

(Cập nhật 27/2/2017)

i


LỜI NĨI ĐẦU
Đóng góp vào sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ trong thời gian gần đây, tự động
hóa sản xuất có một vai trị quan trọng. Nhận thức được điều này, trong chiến lực công nghiệp hóa và
hiện đại hóa nền kinh tế đất nước, cơng nghệ tự động được ưu tiên đầu tư và phát triển.
Ở các nước có nền cơng nghiệp phát triển việc tự động hoá các ngành kinh tế, kỹ thuật trong đó có
cơ khí chế tạo đã thực hiện từ nhiều thập kỷ trước đây. Một trong những vấn đề quyết định của
tự động hố ngành cơ khí chế tạo là kỹ thuật điều khiển số và công nghệ trên các máy điều
khiển số.

Các máy công cụ điều khiển số (NC và CNC) được dùng phổ biến ở các nước phát triển.
Trong những năm gần đây NC và CNC đã được nhập vào Việt Nam và được sử dụng rộng rãi
tại các viện nghiên cứu và các công ty liên doanh... Máy công cụ điều khiển số hiện đại (các
máy CNC) là các thiết bị điển hình cho sản xuất tự động, đặc trưng cho ngành cơ khí tự động.
Vậy để làm chủ được công nghệ cần làm chủ được các thiết bị quan trọng và điển hình.

Trong các máy CNC thì việc sử dụng hệ thống thay dao tự động có tác dụng làm giảm thời gian thay
dao nâng cao hiệu quả kinh tế của nhà máy là một yếu tố quan trọng góp phần vào q trình tự động
hố sản xuất do đó việc đi sâu tìm hiểu hệ thống thay dao tự động cho phép ta có thể chế tạo hệ thống
thay dao tự động riêng cho máy phù hợp với quá trình sản suất của nhà máy, góp phần làm tăng hiệu
quả của việc sử dụng máy CNC, tăng năng xuất của nhà máy là một nhu cầu cần thiết.

Quyển sách này trình bày về quá trình tính tốn, thiết kế hệ thống thay dao tự động
dùng cho trung tâm gia công đứng. Đây là một bài tốn điển hình giúp sinh viên tích
lũy được những kiến thức cơ bản về máy điều khiển số, sử dụng các kiến thức tổng
hợp từ các môn học để vào giải một bài toán kỹ thuật cơ bản.
Quyển sách này được viết dành cho sinh viên nghành Cơ Điện tử làm đồ án môn học và trang bị
những kiến thước cơ bản về hệ thống thay dao tự động cho sinh viên ngành cơ khí nói chung.

Để cuốn sách ngày càng được hồn thiện hơn, chúng tơi rất mong nhận được sự
đóng góp của độc giả.
Hà nội, tháng 01 năm 2017
(Các) tác giả

ii


MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU .....................................................................................................................................
MỤC LỤC..........................................................................................................................................
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................................................
DANH MỤC CÁC BẢNG .....................................................................................................................
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU....................................................................................................................
CHƯƠNG 2. KẾT CẤU CỦA MÁY PHAY CNC 3 TRỤC VMC65.............................................................
2.1. Kết cấu chung của máy phay CNC 3 trục ......................................................................................................
2.2. Hệ thống thay dao tự động của máy VMC65 ................................................................................................

CHƯƠNG 3. CÁC HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG DÙNG CHO MÁY CÔNG CỤ CNC ......................
3.1. Giới thiệu chung về các loại hệ thống thay dao tự động ..............................................................................
3.1.1. Chức năng và nhiệm vụ ..........................................................................................................................
b. Ưu nhược điểm của thay dao tự động so với thao tác bằng tay .....................................................................
3.1.2. Cơ cấu tích dụng cụ của hệ thống thay dao tự động ...........................................................................
3.2. Hệ Thống Dụng Cụ Trên Máy công cụ CNC .................................................................................................
3.2.1. Các bộ phận khác .................................................................................................................................
3.2.2. Phần tử dụng cụ...................................................................................................................................
3.3. Chức năng của hệ thống quản lý dụng cụ..................................................................................................
3.3.1. Danh mục dụng cụ ...............................................................................................................................
3.3.2. Nhận dạng dụng cụ ..............................................................................................................................
3.3.3. Điều chỉnh dụng cụ trước khi gia công ................................................................................................
3.3.4. Quản trị dụng cụ trong hệ CNC ............................................................................................................
CHƯƠNG 4. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG CHO MÁY PHAY CNC – VMC65
4.1. Quy trình thay dao tự động ........................................................................................................................
4.2. Tính tốn kết cấu cơ chí của hệ thống thay dao tự động ...........................................................................
4.2.1. Tính tốn, thiết kế đài gá dao của hệ thống ........................................................................................
4.2.2. Tính tốn động học cho đài dao ..........................................................................................................
CHƯƠNG 5. TRÌNH TỰ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN.....................................................................................
5.1. Đồ án thiết kế hệ thống thay dao tự động máy phay CNC .........................................................................
5.2. Đồ án thiết kế hệ thống dẫn hướng ..........................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................................................
PHỤ LỤC A – KÍCH THƯỚC CHUÔI DAO..........................................................................................
PHỤ LỤC B – MỘT SỐ KÝ HIỆU CỦA HỆ THỐNG THỦY KHÍ .............................................................
PHỤ LỤC C – CÁC QUY ƯỚC VỀ KÝ HIỆU TRONG ĐỒ ÁN................................................................

iii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2-1. Sơ đồ động học máy............................................................................................................................... 7
Hình 2-2. Mơ Hình 3D bánh răng nghiêng........................................................................................................... 8
Hình 3-1. Sơ đồ thay thế dụng cụ, cấp phát tự động................................................................................... 10
Hình 3-2. Kết cấu đầu Revonve............................................................................................................................ 11
Hình 3-3. Đầu Revonve dạng cơn........................................................................................................................ 12
Hình 3-4. Đầu Rovonve hình tang trống của hãng Duplomatic................................................................ 12
Hình 3-5. Phân loại ổ tích........................................................................................................................................ 13
Hình 3-6. Phân loại ổ tích dao............................................................................................................................... 14
Hình 3-7. Phân loại cơ cấu thay dao tự động................................................................................................. 15
Hình 3-8. Cơ cấu thay dao tự động dạng tay máy........................................................................................ 16
Hình 3-9. Cơ cấu thay dao với ổ tích dao dạng xích.................................................................................... 16
Hình 3-10. Kết cấu thay dao với ổ tích dao dạng xích hoặc nhiều tầng............................................... 17
Hình 3-11. Kết cấu thay dao với hệ thay dao dạng trịn.............................................................................. 18
Hình 3-12. Kết cấu tahy dao dạng đĩa trịn....................................................................................................... 19
Hình 3-13. Dạng điều khiển cho kết cấu thay dao với ổ tích dao ạng đĩa trịn................................... 19
Hình 3-14. Các bộ phận khác................................................................................................................................ 20
Hình 3-15. Cấu tạo của phần tự tiếp nhận dụng cụ...................................................................................... 21
Hình 3-16. Các loại ổ tích dao............................................................................................................................... 21
Hình 3-17. Cấu tạo của dao tiện răng ghép...................................................................................................... 22
Hình 3-18. Điều chỉnh dụng cụ trước khi gia cơng....................................................................................... 24
Hình 4-1. Trục chính đang mang dao i và muốn thay dao j....................................................................... 26
Hình 4-2. Trục chính khơng mang dao và muốn thay dao j....................................................................... 27
Hình 4-3. Đường kính lớn nhất của chi dao............................................................................................... 28
Hình 4-4. Các đường kính lớn nhất trên dao.................................................................................................. 28
Hình 4-5. Sơ đồ tính tốn kích thước hình học của tang chứa dao....................................................... 29
Hình 4-6. Quy trình kẹp dao................................................................................................................................... 31
Hình 4-7. Sơ đồ tính kích thước chiều cao tang............................................................................................ 32
Hình 4-8. Sơ đồ tính tốn cơ cấu Maltese........................................................................................................ 33
Hình 4-9. Sơ đồ bố trí ổ lăn trên hệ thống thay dao..................................................................................... 37
Hình 4-10. Sơ đồ phân bố lực............................................................................................................................... 37

Hình 4-11. Kích thước ổ đĩa cơn.......................................................................................................................... 38
Hình 4-12. Kết cấu của tang chứa dao............................................................................................................... 39
Hình 4-13. Kích thươc ổ bi đỡ 1 dãy.................................................................................................................. 40
Hình 4-14. Sơ đồ bố trí lực trên trục đỡ ngang.............................................................................................. 41
Hình 4-15. Sơ đồ dẫn động quay đài dao......................................................................................................... 42
Hình 4-16. Sơ đồ tính tốn các lực..................................................................................................................... 43
Hình 4-17. Kích thước động cơ điện 4A........................................................................................................... 45
Hình 4-18. Kích thước hình học của then......................................................................................................... 46
Hình 4-19. Sơ đồ hệ thống khí nén dẫn động đài dao................................................................................. 47
Hình 4-20. Các vị trí của đài dao so với trục chính....................................................................................... 48
Hình 4-21. Kích thước của Xilanh-Piston khí nén......................................................................................... 50
Hình 4-22. Sơ đồ bố trí trục dẫn hướng trên hệ thống thay dao............................................................. 51
Hình 4-23. Biểu đồ momen..................................................................................................................................... 52

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4-1. Thông số ổ đĩa côn............................................................................................................................... 38
Bảng 4-2. Thông số ổ bi đỡ................................................................................................................................... 40
Bảng 4-3 Thông số của hệ thống khí nén........................................................................................................ 50

v


GIỚI THIỆU

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU

6


KẾT CẤU CỦA MÁY PHAY CNC 3 TRỤC VMC65

CHƯƠNG 2. KẾT CẤU CỦA MÁY PHAY CNC 3 TRỤC VMC65

2.1. Kết cấu chung của máy phay CNC 3 trục
Để có được những kiến thức cơ bản về kết cấu máy CNC, Máy phay CNC - VMC65
là loại máy phay cao tốc 3 trục điều khiển số được lấy làm thí dụ điển hình để nghiên
cứu. Đây là một trong những máy CNC đầu tiên được sản xuất trong nước tại công ty
BKMECH vào năm 2007. Các bộ phận chính của máy được mô tả trong
1 – Ray dẫn hướng trục Z

2 – Cột đứng máy phay

Các thơng số kỹ
thuật chính của
máy bao gồm:

3 – Gối đỡ vít me bi
kèm gá động cơ trục X
4 – Ray dẫn hướng trục X

Hành trình
theo trục X, X
= 650 (mm)
Hành trình
theo trục Y, Y
= 400 (mm)

Hành trình
theo trục Z, Z
= 480 (mm)

5 – Thân máy
6 – Vít me bi trục X
7 – Gối đỡ vít me bi trục Y
8 – Ray dẫn hướng trục Y

9 – Bán Y
10 – Bàn X ( đặt chi
tiết gia cơng)
11 – Cụm trục chính
12 – Cụm trục Z
13 – Vít me bi trục Z

Hình 2-1. Sơ đồ động học máy

Khoảng cách
từ mặt bàn tới lỗ
cơn trục chính:
120÷600 (mm)
Khoảng cách
từ tâm trục chính
tới mặt ray dẫn
hướng: 430 (mm)
Thơng số bàn máy:

Kích thước bàn: 770×400 (mm)
Kích thước rãnh chữ T: 3×18T×120

Khối lượng phôi lớn nhất: M = 300 (kg)
Vận tốc lớn nhất khi chạy không: V1 = 20 (m/ph)
Vận tốc lớn nhất khi gia công: V2 = 15 (m/ph)
2.2. Hệ thống thay dao tự động của máy VMC65
Số dao Z=24( dao), khối lượng trung bình dao 7÷10(kg), đường kính lớn nhất của dao D =
120 mm, loại chuôi dao là BT40. Cấu tạo của hệ thống thay dao tự động được trình bày như
7


Hình 2-2. Mơ Hình 3D bánh răng nghiêng

1-giá đỡ ;
2-xilanh khí nén
3-động cơ dẫn động đài dao
4-chi dao
5- chi tiết kẹp dao
6-cơ cấu man
7-tang của đài chứa dao
Xilanh 2 làm nhiệm vụ dịch đài dao sang trái hoặc phải.
Động cơ 3 dẫn động đài dao quay tròn để thực hiện thay dao.

8


CÁC HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG DÙNG CHO MÁY CÔNG CỤ CNC

CHƯƠNG 3. CÁC HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG DÙNG CHO MÁY
CÔNG CỤ CNC
3.1. Giới thiệu chung về các loại hệ thống thay dao tự động
3.1.1. Chức năng và nhiệm vụ

a. Nhiệm vụ của hệ thống thay dao
Là cất trữ được một số lượng dao cần thiết và đưa nhanh mỗi dao vào vị trí làm
việc khi có yêu cầu. Các máy CNC hiện đại thường được trang bị hệ thống thay dao tự
động theo chương trình Automatic Tool Changer – ATC.
b. Ưu nhược điểm của thay dao tự động so với thao tác bằng tay
-

Ưu điểm :
Rút ngắn được thời gian đổi dụng cụ.
Tránh được lỗi khi thao tác.
Tránh được một số rủi ro tai nạn.
Có khả năng tự động hóa ở cấp độ cao.
Nhược điểm :
+ Vốn đầu tư lớn
+ Tăng chi phí cho lắp đặt ban đầu.
c. Các yêu cầu đối với hệ thống thay dao tự động
+
+
+
+

+ Ổ chứa phải có dung lượng đủ lớn.
+ Dụng cụ phải được giữ trong ổ với độ tin cậy cao.
+ 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 gia cơng.
+ Khoảng cách giữa ổ tích dụng cụ tới vị trí cơng tác là ngắn nhất.
+ Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động phải bố trí sao cho không chạm vào phôi
khi thay thế dụng cụ.
+ Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động 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 bảo dưỡng tiện lợi, đáp ứng yêu cầu an tồn.
+ Quản lý và thay đổi chính xác dao theo chương trình .
+ Thay nhanh để giảm thời gian chờ.

9


Hình 3-1. Sơ đồ thay thế dụng cụ, cấp phát tự động
3.1.2. Cơ cấu tích dụng cụ của hệ thống thay dao tự động
3.1.2.1. Chức năng
Dùng để chứa nhiều dao phục vụ cho q trình gia cơng. Nhờ có ổ tích dụng cụ mà máy
CNC có thể thực hiện được nhiều nguyên công cắt gọt khác nhau liên tiếp với nhiều loại dao khác
nhau trong cùng 1 lần gá đặt. Do đó q trình gia cơng nhanh hơn và mang tính tự động hóa cao.

3.1.2.2. Phân loại cơ cấu tích dụng cụ

10


Phân loại cơ cấu tích dụng cụ

Ổ tích dao

Đầu revonve

Ổ
t
ích dao
dạng dài

Đầu revonve
dạng sao
Đầu revonve

Ổ tích dao

dạng chữ thập

dạng vịng

Ổ

Đầu revonve

t

Ổ tích dao
dạng đĩa
trịn

Ổ tích dao
nhiều tầng

ích dao

dạng tang trống

dạng cơn
Ổ

tích dao

dạng băng
xích

Hình 3-2. Kết cấu đầu Revonve
a. kiểu đế dao 4 vị trí
b. kiểu sao

Ổ

t

ích dao
dạng sao


11


3.1.2.3. Đặc điểm của các cơ cấu tích dụng cụ
a. Đầu Rêvonve
Đầu Revonve thường được dùng trên máy tiện, các trung tâm gia công CNC và
đôi khi dung cho máy Phay.
+ Các dao thường được lắp trên mặt đầu hoặc mặt ngoài của đĩa quay.
+ Tạo điều kiện thay đổi dao nhanh trực tiếp ( sau một nguyên công, đầu
Rêvonve tự động xoay dần thêm 1 vị trí cho tới khi tìm được dụng cụ u
cầu, các vị trí khơng lắp dụng cụ sẽ được nhảy qua).
+

+

Có động cơ truyền động riêng và được điều khiển theo chương trình đã lập trình sẵn

+ Kết cấu dầu Rêvonve chứa được ít dao, khoảng từ 6-18 dao để tránh va đập
giữa dụng cụ và phơi, thời gian thay dụng cụ trung bình khoảng 1-4 giây.
Máy lớn có thể chứa 2 – 3

đài dao b. Các loại đầu Revonve:

Hình 3-4. Đầu Revonve dạng cơn

Hình 3-3. Đầu Rovonve hình tang trống của hãng Duplomatic
a – Hình dáng tổng thể

b – Phay rãnh cong

c – Khoan lỗ nghiêng

d, e – Cắt ren và khoan lỗ trên mặt bích

f – Phay rãnh

m – Phay rãnh trên mặt đầu

n – Phay lục giác
12


c. Ổ tích dao

Ổ
tích dao thường được dùng trên máy phay CNC và
các trung tâm gia công phay/khoan.
Cần kết hợp với cơ cấu thay dao tự động khi có yêu cầu thay dao.
Kết cấu Ổ tích chứa được nhiều dao, có loại lên tới 100 dao hoặc

nhiều hơn.
Các loại ổ tích dao:
Ổ
tích dao dạng dài :
Nhiều dụng cụ được cắm hoặc treo thành một hoặc
nhiều hàng bên cạnh nhau.
Kết cấu chứa được nhiều dao, số lượng dao tùy thuộc
vào số hàng mà ta phân bố.
Ổ tích dao dạng đĩa trịn:
Nhiều dụng cụ được cắm phân bố trên chu vi của đĩa.
Trục của ổ tích dao dạng đĩa trịn có thể thẳng đứng
hoặc nằm ngang tùy theo kết cấu của máy.
Đây là kết cấu thông dụng rất hay được dùng, sức
chứa từ 12 đến 40 dụng cụ.
Ổ tích dao vịng:
Nhiều dụng cụ được cắm trên nhiều vịng tích dao bố trí đồng

tâm nhau
Các vịng tích dao có khả năng quay độc lập với nhau.
Sức chứa từ 24 đến 100 dao.
Ổ tích dao dạng băng xích:

Hình 3-5. Phân loại ổ tích

Nhiều dụng cụ được cắm trên chiều dài của băng xích,
Băng xích kết cấu đơn hoặc kép, có thể nới rộng tùy theo

u cầu sử dụng.
Sức chứa của ổ tích có thể lên tới 140 dao.
Ổ tích dao nhiều tầng:
Nhiều dụng cụ được cắm trên các hàng xếp thành tầng với nhau.
Các tầng này có khả năng quay độc lập nhau.
Sức chứa trung bình khoảng từ 40 đến 100 dao
Ổ tích dao dạng cơn :
Các dao được bố trí trên bề mặt của hình cơn.
Kết cấu này cho phép thay dao một cách dễ dàng.
Ổ tích dao dạng sao :
Các dao được bố trí trên bề mặt trụ của cơ cấu.
Kết cấu này ít được dùng vì khi số lượng dao lớn kéo theo kích thước đường
kính lớn, chiếm khơng gian máy

13


Hình 3-6. Phân loại ổ tích dao

14


3.1.2.4. Cơ Cấu Thay Dao Tự Động
Cơ cấu thay dao tự động có chức năng thay đổi dụng cụ kể cả tiếp nhận/gá đặt
dụng cụ giữa vị trí làm việc và ổ tích dụng cụ. Trong đó kết cấu phổ biến dạng tay tóm.

Cơ Cấu Thay Dao Tự Động

Kết cấu dạng tay tóm :

Kết cấu dạng khơng tay tóm:

.Trục chính di chuyển về vị trí

. Trục chính di chuyển về vị trí

Home

HOME
.Ổ tích quay đến vị trí dao

.

cần thay(gá đặt)

Ổ tích di chuyển đến vị trí

thay dao và xác định vị trí dao
cần thay ( gá đặt)

.Tay tóm di chuyển và kẹp
dụng cụ cần thay(gá đặt)

.

Trục chính di chuyển lên

xuống thực hiện quá trình thay

.Thực hiện qua trình thay ( gá đặt)

dụng cụ.

( gá đặt) dụng cụ

Ưu điểm :

Ưu điểm:

.Sử dụng trong trường hợp

.

ổ tích dao nằm xa trục chính.
.

Quỹ

dạo

đường

.

dịch

Kết cấu và thuật toán đơn giản

Dễ điều

khiển Nhược điểm:

chuyển tương đối phức tạp, gồm

Chỉ sử dụng được trong

nhiều khâu dịch chuyển.

những hệ thống thay giao đơn giản.

Nhược điểm :

Đường dịch chuyển ngắn,
quỹ đạo dịch chuyển đơn giản

Kết cấu và thuật tốn điều
khiển tương đối phức tạp.

Hình 3-7. Phân loại cơ cấu thay dao tự động
Cùng với ổ tích dao, cơ cấu thay dao tự động giúp cho việc thay dao được
thực hiện chính xác và nhanh gọn, nâng cao tính tự động hóa.
Trong q trình gia cơng khi cần chuyển sang ngun cơng cắt gọt khác cần
phải thay dao thì ta không cần dừng máy để thay dao bằng tay mà hệ thống sẽ tự động
thay dao theo chương trình đã lập trình sẵn.
Một số cơ cấu thay dao tự động thường dùng trong các máy CNC :

15

Chu trình thay đổi dụng cụ :
+ Tìm kiếm dụng cụ tiếp theo đã
được lập trình và chuẩn bị vị trí tương
ứng trong ổ tích dao để lấy dụng cụ ra

+ Ổ tích dao và trục chính
máy chuyển dịch về vị trí HOME
thay đổi dụng cụ.
+ Tay tóm tóm dụng cụ ở trục
chính và ổ tích dao, hãm trong tay tóm
và nhả các thiết bị đỡ và giữ dao
+ Lấy dụng cụ ra, tay tóm cầm
dụng cụ và lắp dụng cụ mới vào lỗ con
của trục chính máy cũng như đưa dụng
cụ đã dùng vào lỗ tương ứng ở Ổ tích.
+ Đưa tay máy về vị trí an tồn

Hình 3-8. Cơ cấu thay dao tự động dạng tay máy
+
Đây là kết cấu tay tóm với Ổ
tích dao dạng xích hoặc nhiều tầng.
+
Vị trí của trục chính máy và ổ
tích dao gần nhau.
Đường dịch chuyển của tay tóm
+
Hình 3-9. Cơ cấu thay dao với ổ tích dao
dạng xích tương đối đơn giản.

+

Tiết kiệm thời gian thay đổi dụng cụ.

16


Chu trình thay đổi dụng cụ:
+
Trục chính di chuyển về vị trí HOME.
+
Ổ tích xác định vị trí dao và di chuyển đến vị trí cần thay thế.
+
Tay tóm di chuyển vào kẹp dụng cụ ở ổ tích và đầu trục chính.
+
Tay tóm di chuyển ra và quay 180 đổi chỗ 2 dụng cụ.
+
Tay tóm di chuyển vào để lắp dụng cụ vào đầu trục chính và nhả kẹp.
+
Tay tóm di chuyển ra kết thúc quá trình thay thế dụng cụ.

Hình 3-10. Kết cấu thay dao với ổ tích dao dạng xích hoặc nhiều
tầng

- Kết cấu ổ tích dao dạng xích hoặc nhiều tầng.
- Vị trí của trục chính máy và ổ tích dao tương đối xa.
- Đường dịch chuyển của tay tóm tương đối phức tạp.
Chu trình thay đổi dụng cụ :
+

Trục chính di chuyển về vị trí HOME
+
Ổ tích xác định và di chuyển dụng cụ cần thay thế đến vị trí thay.
+
Tay tóm di chuyển vào kẹp dụng cụ trong ổ tích và di chuyển ra.
0
+
Tay tóm quay 1 góc 90 và di chuyển đến vị trí trung gian.
0

+Tại vị trí trung gian tay tóm quay 1 góc 90 để trục dụng cụ cùng phương với trục chính.

+
Tay tóm di chuyển vào gá dụng cụ vào đầu trục chính, nhả kẹp và di
chuyển ra.

+

Tay tóm chờ ở đó cho đến lần thay thế dụng cụ tiếp theo.

17


- Kết cấu ổ tích dạng đĩa trịn.

- Vị trí của trục chính
và ổ tích dao khơng thuận
tiện cho việc thay dao.
- Kết cấu tay tóm gồm
nhiều khâu dịch chuyển.

- Quỹ dạo dịch chuyển
tương đối phức tạp.

Chu trình thay thế dụng

Hình 3-11. Kết cấu thay dao với hệ thay dao dạng trịn
trí trung gian và xoay cho trục của dụng cụ cùng phương với trục chính.
+
Tay kẹp cầm dụng cụ di chuyển vào và tiến hành gá đặt dụng cụ vào đầu trục
chính

+

Tay kẹp nhả kẹp và về vị trí ban đầu kết thúc quá trình thay dao.

18


- Kết cấu Ổ tích dao dạng đĩa trịn
- Vị trí của trục chính và ổ tích dao
thuận lợi cho việc thay dao trực tiếp
- Các chuyển động thay dao đơn
giản, khơng cần kết cấu tay tóm
Chu trình thay dao :
+ Tìm kiếm dụng cụ tiếp theo đã
được lập trình và chuẩn bị vị trí tương ứng
trong ổ tích dao để lấy dụng cụ ra
+ Ổ tích dao và trục chính máy
di chuyển về vị trí Home thay đổi dụng cụ. +
Trả dụng cụ về Ổ tích dao, lắp dụng cụ

mới vào lỗ cơn trục trính máy
+ Ổ tích dao và trục chính về vị trí an tồn.

Hình 3-12. Kết cấu tahy dao dạng đĩa tròn
Cơ cấu thay dao loại này thường có
2 kiểu điều khiển :
+ Ổ tích dao di chuyển tới vị trí Home Hình 3-13. Dạng điều khiển cho kết cấu thay dao
và quay đến vị trí cần thay dao, trục trính
với ổ tích dao ạng đĩa tròn
chuyển động lên xuống để tháo lắp dụng cụ.
+ Ổ tích dao cố định ( chỉ có chuyển động quay), trục trính di chuyển đến vị trí
thay dao và chuyển động lên xuống để tháo lắp dụng cụ.
3.2. Hệ Thống Dụng Cụ Trên Máy công cụ CNC
Hệ thống dụng cụ phù hợp với máy CNC phải đảm bảo tính chất vạn năng và
linh hoạt, phải thực hiện được mọi công việc gia cơng, có độ cứng vững cao, đạt năng
suất bóc phoi cao và có chi phí gia cơng có thể chấp nhận được.
Năng suất của máy công cụ CNC chủ yếu là do khả năng cắt gọt và độ tin cậy của các dụng
cụ được dùng quyết định. Khả năng cắt gọt của dụng cụ phụ thuộc vào các thông số : thông số cắt tối
da, tiết diện phoi cắt, thể tích phoi, tuổi bền và chiều dài cắt ứng với tuổi bền của dụng cụ cắt.

Độ tin cậy của dụng cụ có 2 cơ sở : Cơ sở cơng nghệ và cơ sở hình học. Cả
2 cơ sở này la tiên đề của gia công tự động các chi tiết cơ khí và đạt hiệu quả kinh tế.
Độ tin cậy công nghệ : cho biết các thông số về khả năng cắt được đảm bảo
thực tế ở mức độ như thế nào.
+ Ở những giá trị về thông số cắt nào sẽ không xảy ra hiện tượng vỡ dao
+ Khối lượng phoi thoát ra là bao nhiêu ứng với tuổi bền dụng cụ
19

Độ tin cậy hình học của dụng cụ: khơng thể thiếu vì trong hệ thống chuyể
động dụng cụ điều khiển số, các kích thước yêu cầu của dụng cụ được hệ điều khiển
CNC xử lý giống như các chi tiết u cầu của chi tiết gia cơng. Nếu như kích thước
của dụng cụ thức có sai lệch sẽ dẫn tới có phế phẩm gia cơng.
+
Hiệu chỉnh khi có sai lệch về kích thước thực của dụng cụ và kích thước
yêu cầu.

+
Đảm bảo chính xác vị trí của lưỡi cắt.
Ngồi độ tin cậy về cơng nghệ và độ tin cậy hình học thì người ta cịn quan
tâm đến độ linh hoạt của dụng cụ, khả năng cung ứng dụng cụ, đảm bảo phù hợp với
kỹ thuật điều khiển CNC và khả năng điều chỉnh nhanh theo nhiệm vụ thay đổi.
Yêu cầu của hệ dụng cụ:
Hệ dụng cụ phải phù hợp với các máy gia cơng NC, CNC:
+
Phải đảm bảo tính chất vạn năng và linh hoạt.
+
Phải thực hiện được mọi công việc gia cơng
+
Phải có độ cứng vững cao
+
Phải đạt năng suất bóc phoi cao
+
Phải phù hợp về chi phí gia công
Bên cạnh khả năng cắt, độ tin cậy của dụng cụ còn yêu cầu về :
+
Khả năng cung ứng nhẹ nhàng của hệ dụng cụ
+
Khả năng đảm bảo phù hợp với kĩ thuật điều khiển NC, CNC

+
Khả năng điều chỉnh nhanh theo nhiệm vụ gia
công thay đổi. Những phần tử linh kiện cơ bản:
+
cụ.

Phần tử tiếp nhận dụng cụ : Để lắp dụng cụ vào trục chính của máy cơng

+
Dụng cụ: Được ghép nối và đo kiểm trước với phần tử tiếp nhận dụng cụ ở bên
ngồi

máy cơng cụ.
+
Ổ tích dụng cụ : Có chức năng lưu giữ các dụng cụ cần thiết cho q trình gia
cơng

+ Thiết bị (đồ gá) thay đổi dụng cụ: Có chức năng thay đổi dụng cụ kể cả tiếp
nhận ( gá đặt) dụng cụ, giữa vị trí làm việc và vị trí ổ tích dụng cụ.
3.2.1. Các bộ phận khác
+
Là phần tử quan trọng của
một hệ

dụng cụ.
+
Để lắp dụng cụ trên trục
chính của máy công cụ.
+
Kết cấu chưa thực sự tạo được

sự thống nhất trên phạm vi quốc tế.

Yêu cầu của bộ phận tiếp nhận dụng

cụ:

Hình 3-14. Các bộ phận khác


20


Hình 3-15. Cấu tạo của phần tự tiếp nhận dụng cụ
-

Để thay đổi dụng cụ, dùng trên một trung tâm gia cơng, nhanh và an tồn cần
phải đảm bảo sao cho các dụng cụ có phần tiếp nhận dụng cụ như nhau. Kết
cấu của phần tử tiếp nhận dụng cụ được lập trình theo hướng chính sau :
+
Tương ứng với lỗ cơn tiếp nhận dụng cụ ở trục chính của máy cơng
cụ.
+ Tương ứng với các rãnh khía để ngàm kẹp cặp vào dùng cho cơ cấu thay đổi
dụng cụ tự động, kể cả vạch chuẩn để mặc định hướng dụng cụ.
+ Tương ứng với loại hệ thống kẹp mà với nó phần tử tiếp nhận dụng cụ được
giữ chặt bằng lực vào trục máy gia công để truyền lực an tồn.
Để giảm chi phí về các phần tử tiếp nhận dụng cụ, khi sử dụng nhiều trung tâm
gia công cần phải dùng các phần tử tiếp nhận dụng cụ có kết cấu thống nhất.
3.2.2. Phần tử dụng cụ
+
Là một thành phần quan trọng nhất

của hệ

dụng cụ
+
hoặc

Dụng cụ có 2 dạng chính: răng chắp

liền khối
+
Vật liệu : thép gió, hợp kim
cứng, kim
cương….

Hình 3-16. Các loại ổ tích dao


21


Hình 3-17. Cấu tạo của dao tiện răng ghép
Yêu cầu của phần tử dụng cụ :
+ Đảm bảo độ cứng vững cao
+ Khả năng bóc tách lớn
+ Có sức bền nhiệt lớn
+ Có khả năng điều chỉnh tự động hoặc bằng tay
+ Thay thế dễ dàng trong quá trình sử dụng
3.3. Chức năng của hệ thống quản lý dụng cụ
3.3.1. Danh mục dụng cụ
Hệ dụng cụ và các tổ hợp dụng cụ được quản lý theo các mã hiệu phân

loại.
- Các dữ liệu này được lưu trữ thành các danh mục dưới dạng các tờ rời có cấu trúc
lập trình theo một ngơn ngữ lập trình chun dùng và tương thích với các máy
CNC.
- Mã hiệu này chứa đựng các dữ liệu về phương pháp gia công, máy gia công,
cách gá đặt dụng cụ, ổ tích dụng cụ, thân dao, lưỡi cắt của dao.
Mã hiệu này phải phù hợp với hệ thống mã hiệu hiện dùng tại xí nghiệp, nhà
máy.
3.3.2. Nhận dạng dụng cụ
Nhận dạng dụng cụ một cách tin cậy.
các

Cung cấp các dữ liệu ứng với từng dụng cụ một cách chính xác và khơng nhầm lẫn giữa

dụng cụ.
Tùy theo khả năng của một hệ dụng cụ mà cần phải cung cấp các dữ liệu
sau:
+
Kiểu dụng cụ
+
Số hiệu dụng cụ
+
Dụng cụ dự bị để thay thế
+
Vị trí dụng cụ trong ổ tích dao
+
Trọng lượng dụng cụ
+
Lượng tiến dao và mô men quay tối da