đồ án môn học cơ điện tử thiết kế hệ thống thay dao tự động cho máy phay CNC

TRƯỜNG

ĐẠI

HỌC

BÁCH

KHOA

HÀ

NỘI
VIỆN

CƠ

KHÍ
ĐỒ

ÁN

MÔN

HỌC:THIẾT

KẾ

HỆ

THỐNG

CƠ

ĐIỆN

TỬ Mã

HP:
Giáo viên hướng dẫn
: Hoàng Vĩnh Sinh
Sinh viên thực hiện: Lê Huy Long
Lớp : cơ điện tử 1
MSSV: C1010043
I. Nhiệm

vụ

thiết

kế:
Thiết

kế hệ thống thay dao tự động cho máy phay CNC
II. Số

liệu

cho

trước

:
1.Hệ thống thay dao cho máy phay đứng
2.Hệ thống tháo và kẹp dao: dùng xi lanh chuyển đổi khí nén – thủy lực
3.Loại thay dao (TP):

KTM (Không tay máy)
4.Nguồn lực di chuyển cụm chứa dao chạy đến trục chính

(PO1): KN(Khí nén)
5.Nguồn lực quay cụm chứa dao(PO2):ĐC(Động cơ điện)
6.Số lượng ổ chứa dao : N = 32
7.Loại côn gắn chuôi dao :BT30
8.Khối lượng một con dao:M=5 Kg
9.Đường kính lớn nhất của một con dao : Dmax

= 80 mm
10.Thời gian thay dao gần nhất : T1 = 5 s
11.Thời gian thay dao xa nhất : T

2 = 9s
III. Nội

dung:
1.

Thiết kế động học và nguyên lý hoạt động của hệ thống
2.

Tính toán động học và nguyên lý hoạt động của hệ thống

3.

Tính toán động lực học: cơ cấu Man, chọn xy lanh khí nén, tính chọn động cơ điện, thiết kế
hộp giảm tốc, tính chọn vòng bi cho tấm đỡ.
4.

Các bản vẽ: Bản vẽ lắp toàn hệ thống, bản vẽ nguyên lý hoạt động của hệ thống dẫn động bằng
khí nén
Hà

Nội

,ngày

… tháng

…

năm

2013
Giáo

viên

hướng

dẫn
Hoàng Vĩnh Sinh
Đồ án cơ điện tử trang 1

[Type text]
MỤC LỤC
Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 1
1. 1. Những đặc điểm chung của hệ thống thay dao tự động 1
1.1.1. Phân loại các cơ cấu cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động 1
1.1.2. Ổ chứa dao và vận chuyển dụng cụ khi cấp phát tự động………………………………….2
1.1.3. Thay thế dụng cụ và kẹp chặt dụng cụ tự động trong cơ cấu công tác…………………….6
1.1.4. Một số trang bị ổ tích dụng cụ của một số nước………………………………………… 11
1.1.5. Hệ thống dụng cụ dùng cho máy CNC……………………………………………………12
1.1.6. Nhận dạng dụng cụ……………………………………………………………………… 15
1.1.7. Quản trị dụng cụ trong hệ CNC………………………………………………………… 18
1.2. Tìm hiểu cơ cấu thay dao tự động của máy CNC_V30 của hãng LEADWELL…………….22
1.2.1. Giới thiệu………………………………………………………………………………… 22
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của bộ thay dao tự động……………………………………………23
II: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
2.1: Thiết kế động học…………………………………………………………………………….24
a.Kết cấu của thân máy và trục chính của máy CNC…………………………………………….24
b. Kích thước đài dao với chuôi BT30………………………………………………………… 25
2.2:Nguyên lí hoạt động của hệ thống thay dao………………………………………………….26
2.3: XÁC ĐỊNH GỐC TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG THAY DAO…………………………27
III:TÍNH TOÁN KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG
3.1:Tính toán,thiết kế đài gá dao của hệ thống………………………………………………… 28
Đồ án cơ điện tử trang 2
[Type text]
3.1.1: Tính kích thước tang của đài chứa dao……………………………………………… 29
3.1.2.

Tính

toán

cơ

cấu

Man

cho

Tang

chứa

dao………………………………………………………34
3.1.3. Tính toán và lựa chọn ổ lăn [1] 43
3.1.4. Tính toán trục đỡ Tang [1]…………………………………………………………… 45
3.2.1. Tính toán trục dẫn hướng [1………………………………………………………… 47
3.2.2 tính toán động học cho đài dao…………………………………………………………48
CHƯƠNG 4 SƠ ĐỒ KHÍ NÉN………………………………………………………… 55
LỜI

NÓI

ĐẦU
Hiện nay khoa học kĩ thuật

đang phát

triển rất nhanh,mang

lại nhưng

lợi ích cho
con người

về

tất cả những

lĩnh vực

vật

chất và

tinh thần.Để

nâng

cao đời sống nhân

dân
Đồ án cơ điện tử trang 3
[Type text]
và

hòa nhập

với

sự phát

triển chung

của thế giới,Đảng

và

nhà nước

ta đã đề ra những

mục
tiêu đưa đất nước đi lên thành

một nước

công nghiệp hóa hiện đại hóa.Để

thực hiện điều
đó thì một trong những

ngành

cần quan

tâm phát

triển đó là ngành

Cơ khí

nói chung

và
ngành

Cơ điện tử nói riêng vì

nó đóng vai

trò quan

trọng trong việc sản xuất

ra các thiết bị
công cụ(máy móc,robot…) của mọi ngành

kinh tế quốc dân.Muốn

thực hiện việc

phát
triển ngành

cơ khí

cần đẩy mạnh

đào tạo đội ngũ cán bộ kĩ thuật

có trình độ chuyên

môn
đáp ứng được yêu cầu của công nghệ

tiên tiến,công nghệ

tự động hóa theo dây chuyền
trong sản xuất.
Tính

toán thiết kế hệ thống Cơ điện tử là nội dung

không

thể thiếu trong
chương

trình đào tạo kỹ sư Cơ điện tử.Đồ án môn học này

giúp cho sinh viên có thể hệ
thống hóa lại các kiến thức của môn học như : Chi tiết máy, Vẽkĩ thuật,Cơ

học kĩ
thuật,Nguyên

lý máy,Sức

bền vật

liệu,…Đồng

thời cũng giúp chúng

em học thêm một số
phần

mềm cần thiết cho việc thiết kế ,mô phỏng

cần thiết , ngoài

ra giúpchúng

em làm
quen với

công việc thiết kế và làm đồ án tốt nghiệp sau này.
Dù đã có cố gắng

hoàn thành

đồ án này

với

cường độ làm việc cao,cùng sự hướng
dẫn nhiệt tình và cụ thể của các thầy

trong bộ môn,nhưng

do hiểu biết còn hạn

chế cộng
với

chưa có kinh

nghiệm thực tiễn nên chắc chắn đồ án này

không tránh khỏi được khả
năng

thiếu sót và bất

cập.Vì

vậy

em rất mong sự sửa chữa và góp ý của các quý thầy cô
để em rút kinh nghiệm và

bổ sung thêm kiến thức cho mình.
Cuối cùng em xin chân thành

cảm ơn sự quan

tâm chỉ bảo của các thầy cô trong Viện Cơ
Khí trường Đại

Học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt sự hướng

dẫn

tận tình của thầy HoàngVăn Sinh
đã giúp em hoàn thành

đồ án.
Sinh

viên

thực

hi

ện:

Lê Huy Long
Đồ án cơ điện tử trang 4
[Type text]
Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG
1. 1. Những đặc điểm chung của hệ thống thay dao tự động
1.1.1. Phân loại các cơ cấu cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động
Thông thường, quá trình gia công các chi tiết được thực hiên tuần tự bằng nhiều dụng cụ khác
nhau. Do đó,trên các thiết bị tự động hoá, yêu cầu dụng cụ tương ứng đã được lắp và điều chỉnh sẵn
trong các đài dao hoặc chuôi côn chuyên dùng. Việc gá đặt dụng cụ vào cơ cấu công tác của máy (trục
chính hoặc đài gá dao) kẹp chặt lấy dụng cụ và khi bị mòn có thể thực hiện thay bằng tay hoặc thay
thế tự động. Khi gá đặt bằng tay, quá trình điều chỉnh và lắp đặt dụng cụ phụ như chuôi côn, đài dao,
bạc trung gian, mâm cặp được tiến hành trực tiếp trên máy. Còn khi thay dụng cụ bằng phương pháp

tự động, việc điều chỉnh và lắp đặt dụng cụ phụ được tiến hành bên ngoài máy nhờ các dụng cụ
chuyên dùng, phương pháp này dùng phổ biến trên các máy điều khiển số CNC, bao gồm các giai
đoạn chính sau :
- Ghép bộ và lắp ráp dụng cụ lấy ra từ kho dụng cụ
- Điều chỉnh kích thước của dụng cụ trên các thiết bị chuyên dùng.
- Nhập kho các bộ dụng cụ đã lắp và điều chỉnh.
- Chọn dụng cụ phù hợp, thay thế và kẹp chúng tự động.
- Tháo kẹp dụng cụ và đưa nó về ổ dao.
- Đưa dụng cụ về kho sau khi đã gia công xong cả loạt chi tiết hoặc tháo dỡ để mài lại.
Quá trình chọn dụng cụ phù hợp trong ổ chứa để gia công chi tiết, gá đặt và kẹp chặt dụng cụ tự
động tháo dụng cụ ra khỏi cơ cấu công tác và đưa về ổ chứa được thực hiện nhờ hệ thống cấp phát
và kẹp chặt tự động .
Đồ án cơ điện tử trang 5
[Type text]
Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động bao gồm các bộ phận cơ bản sau:
- Ổ chứa dụng cụ, trên các máy tiện NC có thể có từ 1 đến 3 đầu rơvônve thực hiện chức năng của
các ổ dụng cụ
- Cơ cấu chọn dụng cụ cần thiết từ ổ dụng cụ để chuẩn bị dụng cụ thay thế.
- Tay máy để thay thế dụng cụ (trong trường hợp máy CNC_V30 không cơ cấu này).
- Cơ cấu kẹp chuôi côn hoặc đài gá dao trong cơ cấu công tác.
Những yêu cầu cơ cấu cơ bản đối với cơ cấu cấp phát dụng cụ tự động (CPDCTĐ)
- ổ chứa phải có dung lượng đủ lớn.
- Dụng cụ phải được giữ trong ổ với độ tin cậy cao.
- Thời gian thay thế dụng cụ là ít nhất .
- Dụng cụ phải được giữ chặt trong tay máy khi thay thế tự động.
- Chuôi dao và đài gá dao phải được định vị chính xác vào vị trí công tác.
- Khoảng cách giữa ổ dụng cụ tới vị trí công tác là ngắn nhất.
- Hệ thống CPDCTĐ phải được thiết kế bố trí sao cho nó không chạm vào phôi khi thay thế
dụng cụ.
- Hệ thống CPDCTĐ phải có độ tin cậy làm việc cao.

- Tránh làm bẩn các bề mặt lắp ráp của chuôi vào đài gá dụng cụ.
- Sử dụng và bảo dưỡng tiện lợi, đáp ứng yêu cầu an toàn.
1.1.2. Ổ chứa dao và vận chuyển dụng cụ khi cấp phát tự động
Ổ chứa dao dùng để lưu giữ các dụng cụ cần thiết cho quá trình gia công các chi tiết nhất định của
một máy cụ thể. Khi thay thế dụng cụ bằng tay, ổ chứa được gắn cứng với máy ở vị trí thuận tiện cho
người thao tác. Còn khi thay thế dụng cụ tự động, người ta sử dụng nhiều loại ổ chứa dụng cụ khác
nhau. Với loại máy tiện thường, ổ chứa dụng cụ chính là các đầu rơvônve có 4, 6, 8 hoặc 16 vị trí gá
Đồ án cơ điện tử trang 6
[Type text]
đặt dụng cụ .Có thể có đến 3 đầu rơvônve trên một máy.Trên các trung tâm gia công, người ta sử
dụng các loại ổ chứa dạng đĩa, tang trống hoặc băng xích chứa từ 10
÷
140 dụng cụ.
a. Chứa và vận chuyển dụng cụ bằng đầu rơvônve
Đầu rơvônve có thể đặt thẳng đứng, nằm ngang hay nghiêng.Thay dụng cụ được thực hiện nhờ
quay đâu rơvônve tới vị trí yêu cầu rồi cố định nó lại.Thời gian thay dụng cụ trung bình khoảng 1 – 4
giây.
Đầu rơvônve chính là cơ cấu công tác tiếp nhận trực tiếp lực cắt của máy. Do đó nó có độ bền, độ
cứng vững và độ chính xác vị trí rất cao. Các dụng cụ để gia công mặt ngoài và trong trên đầu
rêvônve không được cản trở nhau. Hai kiểu đầu rơvônve hay được sử dụng trên máy tiện CNC :
Hình 1.1. Kết cấu của đầu Rơvônve
a_Kiểu đế dao 4 vị trí ; b_Kiểu sao
Trên các máy tiện CNC hiện đại ngày nay hay được sử dụng các đầu rơvônve gá trên bàn trượt
nghiêng. Cấu trúc tổng thể của các đầu rơvônve dạng này được thể hiện bằng hình sau :
Đồ án cơ điện tử trang 7
[Type text]
Hình 1.2. Cấu trúc tổng thể của bàn dao nghiêng có đầu rơvônve
Trên máy tiện CNC có thể gia công nhiều loại bề mặt khác nhau như các mặt tiện khoan lỗ đồng
tâm, song song, các lỗ không đồng tâm, hướng kính; phay các mặt cạnh, rãnh then. Để thực hiện các
công việc trên, các đầu rơvônve cần được trang bị các dụng cụ có chuyển động quay như mũi khoan,

dao, phay v v. Dẫn động quay cho các dụng cụ này được thực hiện nhờ một động cơ gá trong đầu
rơvônve.
Kết cấu đầu rơvônve 1 và ổ chứa dụng cụ 3 của hãng Okuma (Nhật Bản).Tay máy 2 thực hiện thay
dụng cụ trong đầu rơvônve 1.
Hình 1.3. Sơ đồ thay dao tự động trên đầu rơvônve của hãng Okuma
1. Đầu rơvônve ; 2. Tay máy ; 3. Ổ chứa dụng cụ.
Đồ án cơ điện tử trang 8
[Type text]
Trên một số máy phay CNC và trung tâm gia công khi số lượng dụng cụ không lớn, người ta sử
dụng các ổ chứa dạng đầu rơvônve :
Hình 1.4. Trung tâm gia công với đầu rơvônve
a. Bàn máy chữ thập ; b. Bàn máy treo
Các kết cấu này cho phép giảm thời gian thay dao.Tuy nhiên, chúng cũng có một số nhược điểm
như mỗi vị trí cần một trục chính. Độ chính xác vị trí của dụng cụ bị giảm khi quay và hãm đầu
rơvônve.Số vị rtí trong đầu rơvônve tăng không chỉ làm phức tạp kết cấu, mà còn làm giảm chiều dài
hành trình l
1
của đầu như hình a và hình b :
Hình 1.5. Các kiểu đầu rơvônve trên máy phay CNC và trung tâm gia công
l
1
: chiều dài hành trình của đầu rơvônve
Đồ án cơ điện tử trang 9
[Type text]
Điều kiện gia công được cải thiện và kết cấu đơn giản hơn nếu sử dụng đầu với trục gá nghiêng
như (hình c). Lúc này chỉ có một trục chính 3 được lần lượt nối với trục gá 4 của đầu tại vị trí công
tác. Chuyển động chạy dao thực hiện nhờ dịch chuyển ụ trục chính 2 cùng toàn bộ đầu rơvônve. Tuy
vậy hành trình l
1
vẫn bị hạn chế.

Hình (d) là sơ đồ nguyên lý của ổ chứa dụng cụ kiểu đầu rơvônve của hãng Olivetti (Italy). Kết cấu
này có ưu điểm là hành trình công tác l
1
không bị hạn chế vì chuyển động chạy dao không do ụ trục
chính thực hiện mà do ống đỡ dụng cụ của trục chính 3 thực hiện. Khi ống đỡ dụng cụ hạ xuống, nó
sẽ tóm lấy trục gá cùng dụng cụ và đẩy chúng tới khoảng cách l
1
yêu cầu khi đầu 1 cố định. Tuy nhiên
kết cấu này có độ cứng vững thấp.
b. Lưu giữ và vận chuyển dụng cụ trong ổ chứa
Các phương án cấu trúc của các ổ chứa dụng cụ :
Hình 1.6. Các phương án câu trúc của ổ chứa
a, b : Với tâm quay nằm ngang và thẳng đứng ;
c : Dạng hình sao với trục quay thẳng đứng ;
d, e : Dạng côn với trục quay thẳng đứng và nghiêng ;
f, m : Dạng xích tải
n : Dạng thẳng
Đồ án cơ điện tử trang 10
[Type text]
Các ổ chứa tang trống (hình a, b) có sức chứa từ 12 đến 40 dụng cụ rất thông dụng và hay được
dùng hơn cả. Chúng có kết cấu gọn, dễ gá trên trụ đứng hoặc trục tiếp trên ụ trục chính của máy.
Trường hợp này cho phép giảm thời gian thay dao,nhưng lại làm tăng trọng lượng của khối di động.
Thông thường phương án trên hình a được sử dụng với phương án gá bên cạnh, giữa trụ đứng :
Phương án trên hình b thường được sủ dụng trên máy CNC có trục chính nằm ngang.
Kết cấu ổ chứa dạng đĩa ( hình c) ít dùng, vì khi số lượng lớn sẽ kéo theo kích thước đường kính
rất lớn. Các ổ chứa hình côn (hình d và e) cho phép thay dao dễ dàng. Các ổ chứa dạng xích tải (hình
f) được sử dụng khi số dụng cụ chứa lớn (tới 140 dụng cụ)
1.1.3. Thay thế dụng cụ và kẹp chặt dụng cụ tự động trong cơ cấu công tác
Thay thế dụng cụ tự động trên các máy cắt CNCcó thể thực hiệntheo các phương pháp sau :
1. Thay thế vị trí (quay) ổ chứa dụng cụ (đầu rơvônve) ;

2. Chuyển dụng cụ từ ổ chứa chính vào các trục chính qua ổ phụ (quay đầu có 2 hoặc nhiều vị
trí);
3. Thay thế trục tiếp dụng cụ từ ổ chứa vào trục chính;
4. Đưa dụng cụ từ ổ chứa vào trục chính nhờ tay máy
Với phương án thứ nhất, quá trình thay thế dụng cụ tự động được thực hiện nhờ quay đầu
rơvônve tới vị trí yêu cầu, thời gian thay dao rất ít.
Khi sử dụng đầu rơvônve nhiều vị trí, một trục chính trên các trung tâm gia công, quá trình thay
thế dụng cụ được thực hiện nhờ quay đầu rơvônve. Thời gian thay lớn hơn phương án thứ nhất vì phải
thực hiện các công đoạn nhả kẹp trục gá dụng cụ 1 (hình a), lùi trục chính 2 ra (hình b), quay và hãm
đầu 3 (hinh c,d), đưa trục chính 4 vào vị trí và kẹp dụng cụ mới (hình e).
Đồ án cơ điện tử trang 11
[Type text]
Hình 1.7. Tuần tự các bước thay thế dụng cụ trên trung tâm
gia công một trục chính của hãng Mandelli
a, b : tháo kẹp trục gá 1 và lùi trục chính 2
c, d :quay và hãm đầu rơvônve 3
e : đưa trục chính 4 vào vị trí và kẹp trục gá với dụng cụ mới.
Thời gian thay thế bé (1- 2 giây) có thể đạt được với kết cấu phức tạp nhờ sử dụng phương pháp
thứ 2 với các đầu quay 2 vị trí có ổ chứa dụng cụ kèm theo. Trong trường hợp này, thời gian thay dao
đúng bằng thời gian tháo kẹp, quay và hãm đầu. Quá trình chọn dụng cụ trong ổ chứa, gá chúng vào
vị trí chờ của đầu, được thực hiiện trong khi máy đang gia công như hình dưới :
Đồ án cơ điện tử trang 12
[Type text]
Hình 1.8. Cơ cấu thay thế dụng cụ tự động trên máy tiện
CNC của hãng Heyligentaedt (Đức)
a. Sơ đồ thay dụng cụ cho đầu quay; b. Đầu quay hai vị trí
1.ổ chứa dao ; 2. đầu quay ; 3. tay máy
Các dụng cụ gá trong đế dao và trong ổ chứa dụng cụ 1 được đưa tuần tự vào đầu quay 2 nhờ tay
máy 3. Khi bước công nghệ kết thúc, đầu 2 sẽ quay đi 180
o

. Dụng cụ mới sẽ được lắp đặt trên vị trí
công tác sau 1,5 giây. Trong khi máy thực hiện gia công phôi, tay máy sẽ lấy dụng cụ đã sử dụng ra
khỏi vị trí 2 đưa về ổ chứa và chọn dụng cụ mới theo chương trình để gá vào vị trí chờ.
Trên một số máy CNC người ta sử dụng phương án 3 khi thay thế dụng cụ cắt bằng phương pháp
tự động :
Hình 1.9. Tuần tự các bước thay thế dụng cụ trên trung tâm
Đồ án cơ điện tử trang 13
[Type text]
gia công của hãng Mandelli
a. Đưa ụ trục chính tới ổ chứa và gá dụng cụ vào vị trí tháo dỡ
1_ ổ chứa dụng cụ ; 2_ ụ trục chính
b. Nhả kẹp trục gá, lùi trục chính, quay ổ chứa;
c. Lắp đặt trục gá mới vào trục chính ;
d. Đưa ụ trục chính về vị trí gia công ;
Qúa trình thay thế dụng cụ thực hiện nhờ chuyển động tương đối có chu kỳ của ụ trục chính 2 so
với ổ chứa dụng cụ 1. Mặc dù kết cấu của cơ cấu thay thế dụng cụ tự động được đơn giản hơn do
không cần tay máy, nhưng thời gian thay thế lại tăng lên. Do vậy trên các trung tâm gia công, phương
pháp thay thế dụng cụ thứ 4 là thông dụng hơn cả. Phương pháp này sử dụng tay máy, nên mặc dù kết
cấu phức tạp hơn, nhưng bù lại chúng có thời gian thay thế nhỏ nhờ dụng cụ đã được chọn sơ bộ từ ổ
chứa dụng cụ khi máy đang gia công. Cơ cấu thay thế dụng cụ có kết cấu và bố trí phụ thuộc vào vị trí
của ổ chứa dụng cụ trên máy.Để giảm thời gian thay thế dụng cụ, ổ chứa nên đặt gần trục chính, tốt
nhất là đặt trực tiếp ttrên trục chính. Tuy nhiên, phương án này sẽ làm tăng trọng lượng của trục
chính. Vì vậy, thường người ta bố trí ổ chứa dụng cụ bên hông phải hoặc trái của trụ đứng.
Tuy thuộc vào vị trí của ổ chứa dụng cụ trên máy, người ta sử dụng nhiều loại tay máy với chu kỳ
chuyển động khác nhau. Hình dưới là tuần tự của quá trình thay thế dụng cụ trong trục chính 3 bằng
tay máy 2 từ ổ chứa dụng cụ 1
Đồ án cơ điện tử trang 14
[Type text]
Hình 1.10. Tuần tự các bước thay thế dụng cụ tự động với
ổ chứa đặt phía trên trụ đứng

a, b, c : trục gá có vị trí thẳng đứng ;
d : trục gá có vị trí nằm ngang ;
ổ chứa dụng cụ 1 bố trí phía trên trụ đứng. Máy có ụ trục chính nằm ngang, còn trục gá bố trí thẳng
đứng.Kết cấu tay máy sẽ đơn giản hơn nếu trục gá có vị trí nằm ngang (hình d). Với ổ chứa dụng cụ
bố trí bên cạnh ụ trục chính, trụ đứng máy hoặc có cấu trúc như một cụm riêng bên cạnh máy khi thay
thế dụng cụ tự động, người ta sử dụng kết cấu như hình dưới :
Hình 1.11. Tuần tự các bước thay thế dụng cụ khi ổ chứabố trí bên cạnh của máy
Trong giai đoạn đầu (hình a),tiến hành chọn dụng cục cần thiết 4 và đưa nó về vị trí thay thế bằng
cơ cấu dịch chuyển dụng cụ trong ổ chứa. Tiếp theo, tay máy quay 90
o
để tóm lấy dụng cụ 4 rồi
chuyển động theo phương dọc trục để đưa dụng cụ ra khỏi lỗ chứa. Sau khi dụng cụ 1 đã gia công
xong, giá treo 2 của tay máy (hình b) sẽ quay và dùng bàn tay còn lại tóm lấy dụng cụ cần thay 1 nằm
trong trục chính. Nhờ chuyển động dọc trục của mình, tay máy 2 sẽ lấy dụng cụ 1 ra khỏi trục chính
rồi quay 180
o
để đưa dụng cụ 3 vào lỗ lắp ráp của ụ trục chính. Dụng cụ 3 sẽ được kẹp chặt lại. Sau đó
tay máy sẽ quay 90
o
về vị trí ban đầu (hình a) rồi nhả dụng cụ vào lỗ chứa của ổ dụng cụ.
Đồ án cơ điện tử trang 15
[Type text]
Sơ đồ thay thế dụng cụ trên các trung tâm gia công có trục chính thẳng đứng 3 và tay máy 2 từ ổ
chứa dụng cụ 1 được trình bày ở hình dưới :
Hình 1.12. Tuần tự các bước thay thế dụng cụ trên máy có trục chính thẳng đứng
a, b : Tay máy 2 chọn dụng cụ trong ổ chứa 1 và đưa ra khỏi lỗ chứa của ổ dụng cụ;
c, d, e : Tay máy lấy dụng cụ yêu cầu ra khỏi ổ trục chính 3;
f : Tay máy quay 180
o
;

m, n : Gá dụng cụ mới vào trục chính máy ;
p, q, k : Đặt dụng cụ đã sử dụng vào ổ chứa ;
h : Hồi vị trí tay máy về vị trí ban đầu ;
1.1.4. Một số trang bị ổ tích dụng cụ của một số nước
ổ tích dụng cụ ( magazin dụng cụ ) với cơ cấu thay dao tự động cho phép gia công nhiều bề mặt
của chi tiết trong một hoặc một số lần gá đặt và do đó giảm được thời gian gia công .
Đồ án cơ điện tử trang 16
[Type text]
Những magazin dụng cụ đầu tiên đã được sử dụng trong các máy nhiều nguyên công . Khi số
lượng dụng cụ
≤
30 thì các magazin dụng cụ được chế tạo dưới dạng tang trống , còn khi số lượng
dụng cụ > 30 thì magazin dụng cụ được chế tạo dưới dạng băng xích . Hiện nay các magazin dụng cụ
được sử dụng trong hầu hết các loại máy công cụ và số lượng dụng cụ trong các magazin dụng cụ
tăng lên đáng kể . Hãng Ôlivetti ( ITALIA) đã chế tạo máy nhiều nguyên công “ horizon” với
magazin dụng cụ dạng tang trống chứa 80 dụng cụ . Hãng Sandstrand ( Hoa Kỳ ) đã chế tạo máy
nhiều nguyên công với số lượng dụng cụ trong magazin dụng cụ là125 . Máy nhiều nguyên công của
NGA có magazin chứa 80 dụng cụ .
Magazin 1 có thể được thay thế bằng magazin khác có số lượng dụng cụ lớn hơn . Thay đổi dụng
được thực hiên bằng cơ cấu quay có cánh tay với 2 má kẹp . Thời gian thay dao vào khoảng 8 - 10
giây .
Khi tăng dung lượng của magazin dụng cụ thì kết cấu của máy cồng kềnh hơn giá thành của máy
cũng tăng theo ( ví dụ , magazin dụng cụ và cơ cấu vệ tinh thay đổi của máy nhiều nguyên công của
Nga có trọng lượng 1300 kg, kể cả các trục dao ), giảm tốc độ dịch chuyển của các xích động và tăng
thời gian chọn dao cần thay thế . Kinh nghiệm cho thấy số lượng dụng cụ tối ưu trong magazin là 60-
100.
Như vậy , magazin dụng cụ giảm được chức năng của con người và nó là một bước phát triển trong
công nghệ điều chỉnh linh hoạt.
1.1.5. Hệ thống dụng cụ dùng cho máy CNC
Hệ thống dụng cụ phù hợp với các máy công cụ CNC phải bảo đảm tính chất vạn năng và linh hoạt

, phải thực hiện được mọi công việc gia công (cắt gọt) , phải có độ cứng vững cao , phải đạt năng suất
bóc phoi cao và phải có chi phí gia công có thể chấp nhận được .
Năng suất của máy công cụ CNC chủ yếu là do khả năng cắt và độ tin cậy của các dụng cụ được
dùng quyết định . Khả năng cắt của dụng cụ được diễn đạt bằng các đại lượng ( khái niệm ) như :
Đồ án cơ điện tử trang 17
[Type text]
thông số cắt tối đa ( tốc độ cắt lượng tiến dao ) , tiết diện phoi cắt , thể tích phoi cắt , tuổi bền và chiêù
dài cắt ứng với tuổi bền của dụng cụ cắt .
Độ tin cậy của dụng cụ có cơ sở công nghệ và cơ sở hình học . Cả hai cơ sở này là tiền đề để 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 ; nghĩa là phải xác định được trước khi cắt ở những thông số nào không xảy ra hiện tượng vỡ
dao và khối lượng phoi nào có thể bóc ra , mà không ảnh hưởng gì tới chất lượng gia công , tính đến
khi phải thay đổi lưỡi cắt .
Độ tin cậy về hình học của dụng cụ , xét về nguyên lý trong hệ thống chuyển động dụng cụ được
điều khiển bằng số , là không thể thiếu vì : Các kích thước yêu cầu của dụng cụ cũng được hệ điều
khiển CNC xử lý giống như các chi tiết yêu cầu của chi tiết gia công . Khi các kích thước thực của
dụng cụ có các sai lệch so với kích thước yêu cầu , đã dược nhớ trong hệ điều khiển CNC thì có nghĩa
là gia công có phế phẩm . Vì vậy , hệ thống dụng cụ dùng cho máy CNC phải đảm bảo sao cho vị trí
của lưỡi cắt , có tác động trực tiếp tới kích thước gia công , không thay đổi so với vị trí đã định trong
quá trình cắt và sau mỗi lần thay đổi dụng cụ , lưỡi cắt lại có vị trí đó với độ chính xác cao . Việc tính
toán hiệu chỉnh (bù ) dao được các hệ thống điều khiển hiện đại thực hiện dễ dàng , luôn có tiền đề là
tập hợp dữ liệu về kích thước thực . Điều đó thực hiện trong quá trình gia công là tốn kém , mất thời
gian và chỉ nên giới hạn trong các trường hợp cần thiết như trước khi tạo gia các mối lắp ghép theo
chế độ lắp ghép nhất định .
Ngoài độ tin cậy về công nghệ và độ tin cậy về hình học , nhiều người quan tâm đến các trung tâm
gia công , còn xét đến tính linh hoạt của hệ thống dụng cụ . Các hệ thống dụng cụ ở đây được xây
dựng theo nguyên lý mô đun hoá , để từ chúng mà các linh kiện tiêu chuẩn hoá có thể được tổ hợp
thành các dụng cụ phù hợp với công việc gia công như các đòn khoan đòn doa ….
Bên cạnh khả năng cắt , độ tin cậy của dụng cụ , còn có yêu cầu về khả năng cung ứng nhẹ nhàng

của hệ thống dụng cụ , đảm bảo phù hợp với kỹ thuật điều khiển CNC và khả năng điều chỉnh nhanh
theo nhiệm vụ thay đổi . Về mặt lý thuyết , chi tiết gia công và dụng cụ cắt là một cặp tác động tương
hỗ .
Đồ án cơ điện tử trang 18
[Type text]
Hệ thống dụng cụ tạo ra khâu nối giữa lưỡi cắt để tạo ra phoi và chịu tác động của các lực cắt , với
máy công cụ thu nhận các lực cắt và đồng thời thực hiện những chuyển động giữa lưỡi cắt của dụng
cụ và chi tiết gia công .
Hệ thống dụng cụ được tạo lập phù hợp với phương pháp gia công ( ví dụ : Khoan , phay hoặc
tiện) và các đặc điểm thiết kế của máy công cụ tương ứng .
Hệ thống dụng cụ và hệ thống cung ứng dùng trên các máy khoan phay liên hợp.
Các máy khoan phay liên hợp thông thường đã được nối ghép với hệ điều khiển bằng số tạo thành
trung tâm gia công đIũu khiển CNC . Đặc điểm của trung tâm gia công là dụng cụ cũng được thay đổi
tự động . Trong trường hợp cá biệt , vì lý do kinh tế , ở các máy khoan – phay liên hợp , dụng cụ vẫn
thay đổi bằng tay ; nhưng các phần tử của nó vẫn phải thiết kế và chế tạo phù hợp với định hướng tự
động hoá toàn bộ khâu cung ứng dụng cụ sau này .
Những phần tử linh kiện cơ bản :
+ Phần tử tiếp nhận dụng cụ,để lắp dụng cụ vào trục chính của máy công cụ.
+ Dụng cụ,được ghép nối và đo kiểm trước với phần tử tiếp nhận dụng cụ ở bên ngoài máy
công cụ .
+ ổ tích dụng cụ có chức năng lưu giữ các dụng cụ cần thiết cho quá trình gia công .
+ 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 .
Phần tử tiếp nhận dụng cụ là phần tử quan trọng nhất của một hệ thống dụng cụ . Tuy đã có nhiều
cố gắng trên phạm vi quốc tế để tiêu chuẩn hoá dụng cụ , nhưng vẫn có nhiều hệ thống khác nhau ,
đặc biệt là các phần có rãnh khía để nắm , kẹp , cặp vào khi thay đổi dụng cụ , cũng như thiết bị ( đồ
gá ) để kéo , rút dụng cụ vào trục chính của máy công cụ . Cơ cấu để kéo , rút dụng cụ vào trục chính
của máy thường là là trục vít và ngàm kẹp . Được chuẩn hoá là kích thước chuôi côn theo kích thước
danh nghĩa là ISO 40 ; ISO 50 ; ISO . Phần cuối của chuôi côn còn được chế tạo khác nhau tuỳ theo
hệ thống kéo , rút và thường là kết cấu tháo lắp được .

Đồ án cơ điện tử trang 19
[Type text]
Để thay đổi dụng cụ dùng trên một trung tâm gia công nhanh và an toàn cần phải đảm bảo sao cho
các dụng cụ có phần tử tiếp nhận dụng cụ như nhau . Kết cấu của phần tử tiếp nhận dụng cụ được tạo
lập theo các hướng chính sau :
+ Tương ứng với lỗ côn thì tiếp nhận dụng cụ ở trục chính của máy công cụ .
+ Tương ứng với các rãnh khía để ngàm , kẹp vào dùng cho cơ cấu thay đổi dụng cụ tự động , kể
cả vạch chuẩn để 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 chính của máy công cụ , để truyền lực cắt an toàn .
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 .
Các hệ thống dụng cụ dùng cho trung tâm gia công đã dược quy định trong tiêu chuẩn quốc gia của
các nước công ngiệp phát triển , ví dụ : DIN 69871 ( Đức ) được coi là bản khởi tạo của một tiêu
chuẩn quốc tế ISO . Trong thực tế cũng có nhiều giải pháp tổ hợp về trang bị phụ và dụng cụ dùng
cho các trung tâm gia công CNC đứng hoặc ngang . Hệ thống dụng cụ khoan có dùng các mảnh lưỡi
cắt có khả năng đảo cạnh (mảnh lưỡi cắt không mài sắc lại ) cũng đã được thiết kế và chế tạo cho sản
xuất .
Đồ án cơ điện tử trang 20
[Type text]
Hình 1.13. Các kích thước chủ yếu của giá đơ dụng cụ (mm)
theo tiêu chuẩn ISO 3110
Bảng 1.1 Các kích thước chủ yếu của giá đỡ dụng cụ (chuôi) theo tiêu chuẩn ISO
Tiêu chuẩn ISO40 ISO45 ISO50
Kích thước mm
A 68.25 82.55 101.6
B 71.43 85.73 104.78
C 44.45 59.15 69.85
D 63.5 82.55 98.48
E 44.45 57.15 69.85

Đồ án cơ điện tử trang 21
[Type text]
1.1.6. Nhận dạng dụng cụ
Chức năng quản trị dụng cụ quan trọng không những ở chỗ nhận dạng các dụng cụ một cách tin
cậy mà còn cung cấp các dữ liệu ứng với từng dụng cụ một cách chính xác và không nhầm lẫn giữa
các dụng cụ . Tuỳ theo khả năng của hệ CNC mà phải nạp các dữ liệu cần thiết sau đây : Kiểu dụng
cụ , số hiệu dụng cụ , dụng cụ dự bị để thay thế , vị trí dụng cụ trong ổ dao , dụng cụ tiêu chuẩn (hàng
loạt ) chuyên dùng ,đầu khoan (đầu tiện , trọng lượng dụng cụ , lượng tiến dao tối đa và mômen quay
tối đa , tuổi bền ( tuổi bền còn lại ) , giới hạn cảnh báo trước khi hết tuổi bền , giới hạn vỡ dao ,vị trí
cố định (thay đổi) , bán kính dao , bán kính lưỡi cắt , bán kính va đập , chiều dài dụng cụ chiều dài va
đập , mã hiệu dụng cụ đặc biệt (phụ thuộc người dùng) , hiệu chỉnh (bù lượng mòn dao) ,hãm dụng cụ
, mã hiệuvề sai số (nguyên nhân phải hãm dụng cụ ), lắp dụng cụ trên máy.
Số lượng các thông số đặc trưng của dụng cụ được đề cập trong mã hiệu dụng cụ còn có thể nhiều
hơn tuỳ theo khả năng của hệ CNC . Từ đó có thể nhận định như sau :
+ Các dữ liệu phải được nạp và xuất tự động vì nếu không sẽ mất nhiều thời gian và dễ sai sót .
+ Mã hoá dụng cụ theo cách cơ khí đơn giản , như dùng vòng mã hiệu ,sẽ không đáp ứng được
nhu cầu .
+ Dữ liệu phải được lưu giữ toàn vẹn , không lẫn lộn .
+ Nạp , xử lý và xuất dữ liệu phải được đảm bảo ở nhiều vị trí trong xí nghiệp .
+ Quản trị dữ liệu phải được đảm bảo với chỉ một lần nạp dữ liệu vào hệ CNC để không tốn thời
gian .
+ Hệ thống nhận dạng phải đảm bảo có khả năng sử dụng cho nhiều dụng cụ khác nhau .
Ngày nay, các hệ thống nhận dạng dụng cụ điện tử là tốt nhất và có thành phần quan trọng nhất là
con “ chip” nhớ dữ liệu điện tử được gắn cứng trên dụng cụ , dữ liệu được đọc nhờ đầu đọc phù hợp.
Quá trình trao đổi dữ liệu , giữa chip dữ liệu và hệ điện tử , trước đây được thực hiện thông qua
các tiếp điểm . Tiếp điểm bị mòn hoặc bẩn sẽ gây ra sai số đọc dữ liệu . Ngày nay các thiết bị cảm
ứng và không tiếp xúc được thực hiện về cơ bản đã nâng cao độ an toàn khi đọc dữ liệu .
Đồ án cơ điện tử trang 22
[Type text]
Hai nguyên lý khác nhau được ứng dụng ở đây là : hệ thống đọc và hệ thống đọc-ghi .

Hệ thống đọc sử dụng vật mang tin với mã hiệu nhận dạng có 4 vị trí (ký tự), ví dụ : liên tục từ
0001 đến 9999 . Các đầu đọc gắn ở khoang dụng cụ , ở máy điều chỉnh dụng cụ và ở máy gia công ,
hoạt động trong mối quan hệ với máy tính trung tâm dùng cho dụng cụ . Máy tính này có chức năng
lưu giữ và quản trị mọi dữ liệu về dụng cụ . Vật mang mã hiệu chỉ cung cấp mã hiệu nhận dạng cho
máy tính dụng cụ và máy tính này sẽ sắp xếp các dữ liệu cho trước theo dụng cụ ứng với các mã hiệu
nhận dạng nhất định .Các dữ liệu được hiển thị trên màn hình của máy tính. Hệ CNC của máy gia
công sẽ tự động nhận dữ liệu nếu mã hiệu nhận dạng được nhận biết nhờ đầu đọc khi dụng cụ được
đưa vào ổ tích dao .
Hệ thống đọc – ghi lại sử dụng vật mang tin có dung lượng nhớ lớn hơn và có thể lưu dữ tới
256”Byte” dữ liệu dụng cụ . Dung lượng lớn đó đủ để lưu dữ những dữ liệu quan trọng nhất như : Số
hiệu dụng cụ , kiểu dụng cụ , chiều dài ,đường kính , tuổi bền , nhóm trọng lượng… Các dữ liệu đó có
thể truy cập , bổ xung và thay đổi ở mọi thời điểm nhờ bộ đọc – ghi . Nghĩa là có thể diễn đạt theo
cách khác như sau: Dụng cụ luôn luôn mang mọi dữ liệu và vì vậy không cần phải có quan hệ với
máy tính dùng cho dụng cụ khi dụng cụ được đưa vào máy gia công . Khi một dụng cụ rời khỏi máy
gia công thì các dữ liệu ở vật mang tin được cập nhật tự động , ví dụ: tuổi bền còn lại , hiệu chỉnh
lượng mòn …
Nếu hệ CNC được nối với một máy tính DNC thì các dữ liệu sẽ được truyền dẫn tiếp khi có nhu
cầu cũng vẫn nhờ mối liên kết DNC đó , để quá trình quản trị tiếp theo được thuận lợi .
Hệ thống nhận dạng dụng cụ điện tử có cấu tạo thông dụng sau :
+ Các vật mang mã hiệu , còn gọi là “ chip” với mã hoá cố định hoặc thay đổi
+ Các đầu đọc hoặc đầu đọc ghi có kèm theo bộ khuếch đại .
+ Trạm đọc( hoạt động kết hợp với các đầu đọc và truyền tiếp mã hiệu nhận dạng tới một máy
tinh hoặc một hệ CNC).
+ Máy tính dùng cho dụng cụ để lưu giữ và quản trị các dữ liệu dụng cụ.
Đồ án cơ điện tử trang 23
[Type text]
+ Hệ phần mềm tương ứng dùng để nhớ dữ liệu , quản trị dữ liệu , trao đổi dữ liệu và hiển thị
với chế độ phù hợp và rõ rãng trên màn hình .
Mọi thông số kỹ thuật về khoảng đọc , thời gian chạy chương trình, chu kỳ ghi, mạch điện …sẽ
do các hãng sản xuất cung cấp .

Các hệ thống nhận dạng dụng cụ điện tử có ưu điểm :
+ Lưu thông dữ liệu tự động giữa máy điều chỉnh, dụng cụ máy tính, hệ CNC và người sử
dụng.
+ Đảm bao trao đổi dữ liệu an toàn hơn do tránh được sai số nạp dữ liệu và giám sát được sai
số đọc và ghi xuất hiện ngẫu nhiên.
+ Có thời gian điều chỉnh máy gia công ngắn hơn.
+ Tận dụng tốt hơn tuổi bền dụng cụ.
+ Hợp lý hoá về kho dụng cụ và chuẩn bị dụng cụ.
+ Không cần dùng phiếu dụng cụ trong sản xuất.
+ Thống kê dụng cụ tốt hơn và tự động hoá.
+ Hỗ trợ công việc lắp ráp và đo kiểm tra dụng cụ.
+ Tạo điềù kiện quản trị dụng cụ tốt hơn.
1.1.7. Quản trị dụng cụ trong hệ CNC
Từng chương trình gia công NC , dù lập trình bằng tay hay bằng máy , đều dựa vào các dụng cụ
có kích thước nhất định . Khi các dữ liệu thực tế của dụng cụ có sai lệch so với giá trị chuẩn thì các
chi tiết sau khi gia công sẽ có sai lệch về cơ về kích thước và có thể là phế phẩm . Do vậy , việc chuẩn
bị dụng cụ với nạp và quản trị các dữ liệu hiệu chỉnh (bù) tương ứng là rất quan trọng .
Những dữ liệu được quản trị và sử lý trong hệ CNC có thể là :
+, Hiệu chỉnh (bù) chiều dài dao , nhằm so sánh giữa chiều dài thực và chiều dài chuẩn của dao
(theo phương Z) .
Đồ án cơ điện tử trang 24
[Type text]
+, Hiệu chỉnh (bù) đường kính dao , còn gọi là hiệu chỉnh bán kính dao phay, để tính toán
tđộng quỹ đạo tâm dao ứng với từng đường kính dao phay.
+, Hiệu chỉnh (bù) lượng mòn dao, để khử ảnh hưởng của độ mòn các lưỡi cắt của dao tới kích
thước gia công mà không cần thay đổi giá trị gốc cho trước.
Những giải pháp hiệu chỉnh này được vận dụng đạt yêu cầu ở các thế hệ điều khiển bắng số
trước đây.Các hệ CNC hiện đại hơn còn có các khả năng khác tạo điều kiện cho các tế bào gia công
linh hoạt và các hệ thống gia công linh hoạt có khả năng vận hành tự động hoàn toàn. Đó là những
khả năng sau đây:

+ Giám sát tuổi bền dụng cụ, nghĩa là liên tục ghi nhận thời gian hiệu dụng của từng dụng cụ
trong ổ tích dao, so sánh với giá trị chuẩn cho trước và khi giá trị chuẩn bị vượt quá thì đưa ra
yêu cầu về dụng cụ thay thế. Trong trường hợp này , hệ quản trị dụng cụ tự động sẽ chuẩn bị
sẵn sàng một dụng cụ thay thế trong ổ tich dao. Hệ này quản trị tới 9 dụng cụ dự bị để thay thế
cho một dụng cụ có cùng một số hiệu và đưa lần lượt theo thứ tự từng dụng cụ thay thế vào sử
dụng mỗi khi thời gian tuổi bên dao kết thúc.
+ Hệ CNC còn làm cho dụng cụ sử dụng hết tuổi bền, khi nó trở về ổ tích dao , sẽ không có
khả năng nhận dạng điện tử nữa, như vậy chỉ còn dụng cụ dự bị thay thế là còn khả năng nhận
dạng điện tử ứng với lệnh truy cập dụng cụ tiếp theo trong chương trình gia công NC.
Trạng thái của các dụng cụ trong ổ tích dao có thể kiểm tra ở bất kỳ thời điểm nào trên màn hình.
Do số lượng các vị trí dụng cụ trong một ổ tích dao bị giới hạn mà một vấn đề nảy sinh là thay
đổi kịp thời những dụng cụ đã sử dụng hoặc không cần thiết nữa , có trong ổ tích dao , bằng ngững
dụng cụ mới mà không cần phải dừng máy gia công . Việc này sẽ được thực hiện nhờ phần mềm quản
trị dụng cụ . Phần mềm này nhận biết được những đoạn chương trình dài hơn không có lệnh thay dao
và chuẩn bị ổ tích dao trong thời gian đó sẵn sàng để thay dụng cụ bằng tay hoặc tự động . Khi cần
đến sự thay dao tiếp theo , chương trình con sẽ ngắt kịp thời ,để ổ tích dao sẵn sàng thích ứng với quá
trình thay dụng cụ trên trục chính của máy gia công .
Đồ án cơ điện tử trang 25