Nghiên cứu máy dập CNC và thiết kế hệ thống thay khuôn tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

ĐÀM VĂN HOAN

NGHIÊN CỨU MÁY DẬP CNC VÀ THIẾT KẾ
HỆ THỐNG THAY KHUÔN TỰ ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ

Hà NỘI – 2007


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

ĐÀM VĂN HOAN

NGHIÊN CỨU MÁY DẬP CNC VÀ THIẾT KẾ
HỆ THỐNG THAY KHUÔN TỰ ĐỘNG

CHUYÊN NGÀNH : GIA CÔNG ÁP LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS. TS. PHẠM VĂN NGHỆ

Hà NỘI – 2007

-2-

MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Mục lục
mở đầu
Chương 1 - tổng quan về gia công áp lực
1.1 Các công nghệ trong gia công áp lực
1.1.1 Công nghệ dập tấm
1.1.2 Công nghệ dập khối
1.1.3 Các phương pháp gia công đặc biệt
1.2 Các thiết bị trong gia công áp lực
1.2.1 Máy ép thuỷ lực
1.2.2 Máy ép trục khuỷu
1.2.3 Máy búa
Chương 2 – máy dập CNC và khả năng công nghệ
2.1 Giới thiệu một số máy dập CNC
2.1.1 Máy đột CNC Pega 357 của hãng Amada
2.1.2 Máy đột CNC Vipros 255 của hãng Amada
2.1.3 Máy đột CNC CP-1250 của hãng Tailift
2.1.4 Máy đột HPS1500 của hãng Tailift
2.1.5 Máy đột CNC V20-1225 của hãng LVD
2.1.6 Máy đột CNC Q – 750
2.2 Các biên dạng chày đột
2.2.1 Các biên dạng chày đột tiêu chuẩn
2.2.2 Các biên dạng chày đột khơng tiêu chuẩn
2.3 Các bộ phận chính của máy dập
2.3.1 Thân máy

2.3.2 Cơ cấu chấp hành
2.3.3 Động cơ servo
2.3.4 Hệ thống điều khiển
Chương 3 –nghiên cứu – ứng dụng phần mềm alfacam
3.1 Tạo bản vẽ 2D
3.1.1 Giao diện
3.1.2 Các phương thức bắt điểm
3.1.3 Chọn đối tượng
3.1.4 Một số lệnh vẽ cơ bản
3.1.5 Các lựa chọn trong hộp thoại Options
3.2 Lập trình cho máy làm việc
3.2.1 Thiết lập thuộc tính
3.2.2 Một số lựa chọn trong Punching CAM

Trang
1
2
4
6
6
6
10
14
18
18
20
23
28
28
28

28
30
31
32
33
34
34
35
36
37
38
39
42
45
45
45
46
48
49
54
60
60
62


-3-

3.3 Ví dụ
Chương 4 – Thiết kế hệ thống thay khuôn tự động
4.1 Sơ đồ hoạt động

4.2 Một số kết cấu khuôn thường sử dụng
4.2.1 Với các biên dạng đột từ φ1 ÷ φ2.9
4.2.2 Với các biên dạng đột từ φ3 ÷ φ30
4.2.3 Với các biên dạng đột > φ30
4.3 Cơ cấu định vị bàn gá khuôn
4.4 Bàn gá khuôn
4.5 Cơ cấu khuôn xuay tự động
Chương 5 – Thiết kế hệ thống di chuyển phôi
5.1 Thiết kế hệ thống di chuyển phôi
5.1.1 Cơ cấu di chuyển ngang
5.1.2 Cơ cấu di chuyển dọc
5.2 Tính tốn kiểm nghiệm thân máy bằng phần mềm Catia
Kết luận
tài liệu tham khảo

70
73
73
74
75
77
78
79
80
81
85
85
86
93
95

97
98


-1-

Lời cảm ơn
Sau 2 năm học tập và nghiên cứu tại Bộ mơn Gia cơng áp lực - Khoa
Cơ khí - Trường Đại học bách khoa Hà Nội cùng với sự động viên, giúp đỡ
của các thầy cô trong bộ mơn tơi đã hồn thành khố học và đạt những kết
quả mong muốn. Nhân dịp hoàn thành luận văn Cao học, tơi xin bày tỏ lịng
biết ơn tới tất cả các Thày, Cô giáo trong Bộ môn, Khoa và Trường đã tận
tình giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện tốt nhất cho tơi hồn thành khố học
của mình.
Tơi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS. Phạm Văn Nghệ, chủ
nhiệm bộ mơn Gia cơng áp lực đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong
việc thực hiện luận văn này.
Xin chân thành cám ơn các thầy giáo phản biện đã đọc luận văn và
đóng góp cho tơi những ý kiến q báu và bổ ích.
Nhân đây, tơi cũng xin bày tỏ lịng biết ơn tới Ơng, Bà, Cha, Mẹ, vợ và
con tơi những người thân trong gia đình đã luôn luôn động viên, giúp đỡ tôi
và là nguồn động viên lớn giúp tơi tơi có được kết quả như ngày hôm nay.

Tác giả


-2-

MỤC LỤC
Lời cảm ơn

Mục lục
mở đầu
Chương 1 - tổng quan về gia công áp lực
1.1 Các công nghệ trong gia công áp lực
1.1.1 Công nghệ dập tấm
1.1.2 Công nghệ dập khối
1.1.3 Các phương pháp gia công đặc biệt
1.2 Các thiết bị trong gia công áp lực
1.2.1 Máy ép thuỷ lực
1.2.2 Máy ép trục khuỷu
1.2.3 Máy búa
Chương 2 – máy dập CNC và khả năng công nghệ
2.1 Giới thiệu một số máy dập CNC
2.1.1 Máy đột CNC Pega 357 của hãng Amada
2.1.2 Máy đột CNC Vipros 255 của hãng Amada
2.1.3 Máy đột CNC CP-1250 của hãng Tailift
2.1.4 Máy đột HPS1500 của hãng Tailift
2.1.5 Máy đột CNC V20-1225 của hãng LVD
2.1.6 Máy đột CNC Q – 750
2.2 Các biên dạng chày đột
2.2.1 Các biên dạng chày đột tiêu chuẩn
2.2.2 Các biên dạng chày đột khơng tiêu chuẩn
2.3 Các bộ phận chính của máy dập
2.3.1 Thân máy
2.3.2 Cơ cấu chấp hành
2.3.3 Động cơ servo
2.3.4 Hệ thống điều khiển
Chương 3 –nghiên cứu – ứng dụng phần mềm alfacam
3.1 Tạo bản vẽ 2D
3.1.1 Giao diện

3.1.2 Các phương thức bắt điểm
3.1.3 Chọn đối tượng
3.1.4 Một số lệnh vẽ cơ bản
3.1.5 Các lựa chọn trong hộp thoại Options
3.2 Lập trình cho máy làm việc

Trang
1
2
4
6
6
6
10
14
18
18
20
23
28
28
28
28
30
31
32
33
34
34
35

36
37
38
39
42
45
45
45
46
48
49
54
60


-3-

3.2.1 Thiết lập thuộc tính
3.2.2 Một số lựa chọn trong Punching CAM
3.3 Ví dụ
Chương 4 – Thiết kế hệ thống thay khuôn tự động
4.1 Sơ đồ hoạt động
4.2 Một số kết cấu khuôn thường sử dụng
4.2.1 Với các biên dạng đột từ φ1 ÷ φ2.9
4.2.2 Với các biên dạng đột từ φ3 ÷ φ30
4.2.3 Với các biên dạng đột > φ30
4.3 Cơ cấu định vị bàn gá khuôn
4.4 Bàn gá khuôn
4.5 Cơ cấu khuôn xuay tự động
Chương 5 – Thiết kế hệ thống di chuyển phôi

5.1 Thiết kế hệ thống di chuyển phôi
5.1.1 Cơ cấu di chuyển ngang
5.1.2 Cơ cấu di chuyển dọc
5.2 Tính tốn kiểm nghiệm thân máy bằng phần mềm Catia
Kết luận
tài liệu tham khảo

60
62
70
73
73
74
75
77
78
79
80
81
85
85
86
93
95
97
98


-4-

Phần mở đầu
Ngày nay cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trên thế giới phát triển
với tốc độ vũ bão, khơng ngừng vươn tới những đỉnh cao mới, trong đó có
những thành tựu về kỹ thuật tự động hố sản xuất.
Kỹ thuật CAD/CAM và CNC hiện nay đang là trọng tâm nghiên cứu,
phát triển và ứng dụng trong sản xuất cơng nghiệp ở các nước có nền cơng
nghiệp phát triển. Trong những năm gần đây kỹ thuật này đã được xâm nhập
vào Việt nam và đã và đang tạo ra hiệu quả nhất định trong sản xuất công
nghiệp của chúng ta nhằm từng bước tiếp cận với một nền kỹ thuật hiện đại.
Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của ngành công nghệ thông tin trong
những thập kỷ gần đây thì kỹ thuật CAD/CAM và CNC đã trở thành một
cơng nghệ mới, cơng nghệ cao cấp có khả năng nâng cao chất lượng của sản
phẩm, tăng nhanh năng suất lao động, giảm cường độ lao động, có khả năng
tự động hoá cao và đa dạng hoá kiểu dáng của sản phẩm...
Trong tương lại khơng xa thì các máy điều khiển theo chương trình số
(NC và CNC) và các Robot cơng nghiệp sẽ dần thay thế các máy công cụ
thông thường và con người trong một dây truyền sản xuất. Cùng với cơng
nghệ CAD/CAM thì dây truyền này sẽ trở thành dây truyền sản xuất có tính
linh hoạt cao mang lại một hiệu quả kinh tế lớn.
Sự ra đời và phát triển của máy dập CNC cũng nằm trong xu hướng đó.
Tuy nhiên tại Việt Nam máy dập CNC vẫn chưa được đầu tư, nghiên cứu
nhiều như một số máy công cụ CNC khác.
Máy dập CNC là một thành tựu lớn của ngành gia cơng áp lực nói riêng
và cả ngành cơ khí nói chung. Sự ra đời của nó đã góp phần to lớn vào cơng
cuộc giải phóng sức lao động của con người. Với ngành gia công áp lực trong
các dây truyền, nhà máy tự động ngày nay thì máy dập CNC là một thiết bị
không thể thay thế được.


-5-

Trong khn khổ luận văn này tơi xin trình bày về tính năng, cơng nghệ
của máy dập CNC, các kết cấu chính máy dập CNC và thiết kế một số cơ cấu
chính của máy.
Luận văn được chia thành 5 chương bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về gia công áp lực.
Chương 2: Máy dập CNC và khả năng công nghệ.
Chương 3: Nghiên cứu – ứng dụng phần mềm AlfaCAM.
Chương 4: Thiết kế hệ thống thay khuôn tự động.
Chương 5 : Thiết kế hệ thống di chuyển phôiy.


-6-

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC

1.1. Giới thiệu các công nghệ trong gia công áp lực
1.1.1. Công nghệ dập tấm
Đập tấm là một dạng gia công kim loại bằng áp lực bao gồm một loạt
các quy trình cơng nghệ đặc biệt, được thực hiện không cắt bỏ phôi.
* Các đặc trưng của công nghệ dập tấm:
- Thường gia công kim loại bằng áp lực ở trạng thái nguội.
- Thiết bị sử dụng: Các loại máy ép.
- Dụng cụ sử dụng: Các loại khuôn khác nhau làm biến dạng trực tiếp
kim loại và thực hiện các nguyên công cần thiết.
- Vật liệu gia công: Chủ yếu là kim loại dạng tấm, dải, băng và cả phi
kim loại tấm.
Công nghệ dập tấm cho phép ta chế tạo ra các sản phẩm rất phong phú
và đa dạng. Nó khơng những bao gồm những sản phẩm dân dụng mà còn

được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như: Công nghiệp ô tô,
công nghiệp tầu thuỷ, kĩ thuật điện, điện tử …
* Cơng nghệ dập tấm có các ưu điểm:
- Tiết kiệm nguyên vật liệu
- Chế tạo các sản phẩm có độ chính xác và tính lắp lẫn cao, rất phù
hợp cho sản suất hàng loạt lớn, hàng khối và khi đó sẽ giảm được
giá thành chế tạo xuống.
- Thao tác trên máy của cơng nhân đơn giản, khơng địi hỏi tay nghề
cao.
- Chỉ bằng hành trình đơn giản có thể chế tạo ra các chi tiết phức tạp,
sản phẩm đa dạng và phong phú.


-7-

- Chiếm tỷ lệ cao trong nền công nghiệp của các nước phát triển
(chiếm 60 – 70%).
1.1.1.1 Phân loại
* Phân theo tính chất và loại biến dạng.
- Biến dạng cắt tách nguyên vật liệu.
- Biến dạng dẻo
* Phân theo từng ngun cơng riêng biệt

Hình 1.1 Sơ đồ phân loại theo từng nguyên công riêng biệt
1.1.1.2. Một số nguyên công điển hình
1) Ngun cơng cắt hình (hình 1.2)


-8-

Ngun cơng này cho ta chi tiết phẳng hoặc trịn bằng cách tách phần
vật liệu ra khỏi phôi theo đường viền khép kín, ngun cơng này hầu như có
mặt trong hầu hết các nhà máy, xưởng dập tấm.
2) Nguyên công cắt đột (hình 1.3)
Ngun cơng này tạo lỗ trên chi tiết bằng cách tách phần vật liệu bên
trong chi tiết theo đường viền khép kín.
3) Ngun cơng uốn (hình 1.4)
Ngun công này cho ta chi tiết được uốn cong từ phơi phẳng.
Phoi

Sản phẩm

Hình 1.2 Sơ đồngun cơng cắt hình
Chi tiết

Phoi

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên công cắt đột


-9-

Hình 1.4 Sơ đồ ngun cơng uốn
4) Ngun cơng dập vuốt (hình 1.5)
Biến đổi phơi phẳng thành rỗng với hình dáng bất kỳ hoặc biến đổi tiếp
tục chi tiết rỗng đó và khơng làm thay đổi chiều dày vật liệu.

Hình 1.5 Sơ đồngun cơng dập vuốt
5) Nong lỗ (hình 1.6)
Tạo thành gờ xung quanh lỗ được đột sơ bộ hay theo mép của chi tiết

rỗng bằng cách kéo giãn vật liệu.


-10-

Hình 1.6 Sơ đồngun cơng nong lỗ
1.1.2. Cơng nghệ dập khối
Đập khối là một dạng gia công kim loại bằng áp lực mà phôi thường là
ở dạng khối.
1.1.2.1 Cắt bằng khn trên máy ép
Sử dụng khn có thể cắt được các tiết diện khác nhau nhu trịn, vng,
L … mà không làm thay đổi nhiều tiết diện ngang cại mép cắt.
Cắt bằng khn cắt có độ chính xác cao về chiều dài và cho năng suất
cao.
Một khn cắt có thể bố chí được nhiều lỗ cắt khác nhau (hình 1.7), do
dó càng nâng cao năng suất cắt.
A
A-A


-11-

A
Hình 1.7 Sơ đồ khn cắt dao kín nhiều rãnh

1.1.2.2. Rèn tự do
* Ngun cơng chồn: có tác dụng làm giảm chiều dài và tăng tiết diện
ngang của phơi (hình 1.8).

a)

b)

c)

Hình 1.8 Sơ đồ ngun cơng chồn
a) Chồn tồn bộ, b) Chồn đầu, c) Chồn giữa
* Nguyên công vuốt: làm giảm tiết diện ngang và làm tăng chiều dài của
phôi.


-12-

Hình 1.9 Một số sản phẩm cuả ngun cơng vuốt
1.1.2.3. Dập khối
Thường được tiến hành trên máy búa, máy ép chuyên dùng và ở trạng
thái nóng.
Có thể chia vật rèn ra làm 3 nhóm chính trong đó có 10 phân nhóm,
trong mỗi phân nhóm lại chia ra làm 3 loại A, B, C, tuỳ thuộc vào hình dạng
của vật rèn.
* Nhóm 1: Vật rèn có dạng dài, có tỷ số giữa chiều dài lớn nhất và
chiều rộng lớn nhất hay trung bình lớn nhất (hình 1.10).


-13-

Hình 1.10 Phơi tay biên
* Nhóm 2: Vật rèn có hình chiếu bằng là trịn hoặc vng hoặc có dạng
giống như vậy (hình 1.11).

Hình 1.11 Phơi bánh răng
* Nhóm 3: Vật rèn phức tạp, trên vật rèn có phần thuộc nhóm 1 và có
phần thuộc nhóm 2 (hình 1.12).

Hình 1.12 Vật rèn phức tạp
Một số đặc điểm của vật rèn:


-14-

1) Hình dạng của vật rèn, tức là kết cấu của nó ở các hình chiếu và tiết
diện.
2) Kích thước của phôi: chiều dài lớn nhất, chiều rộng lớn nhất ở hình
chiếu bằng và chiều cao lớn nhất.
3) Diện tích hình chiếu của vật rèn lên mặt phân khn.
4) Chu vi của vật rèn lên hình chiếu bằng.
5) Thể tích của vật rèn, xác định theo tổng thể tích của tất cả các phần
tử cấu tạo nên vật rèn.
6) Trọng lượng của vật rèn.
7) Chiều cao trung bình, chiều rộng trung bình của vật rèn trên hình
chiếu bằng.
8) Vật liệu của vật rèn.
9) Điều kiện kĩ thuật cho vật rèn
1.1.3 Các phương pháp gia công đặc biệt

1.1.3.1 Công nghệ dập thuỷ tĩnh
Công nghệ dập thuỷ tĩnh là một công nghệ tương đối mới ở nước ta.
Thời gian gần đây công nghệ dập thuỷ tĩnh mới được nghiên cứu và đề cập
đến trong một số đề tài nghiên cứu.
Hiện nay tại các nước có nền cơng nghiệp phát triển thì cơng nghệ dập

thuỷ tĩnh đã được sử dụng tương đối phổ biến, nhất là trong ngành công
nghiệp ô tô, máy bay… Những chi tiết có hình dạng phức tạp mà trong các
phương pháp gia cơng khác khơng thể hoặc rất khó khăn để chế tạo đồng thời
trong công nghệ dập thuỷ tĩnh ta không phải chế tạo đồng thời cả chày và cối
như trong cơng nghệ dập truyền thống, do đó chi phi chế tạo khuôn sẽ được
giảm đi. Nhờ những ưu điểm nổi trội đó mà ngày nay cơng nghệ dập thuỷ tĩnh
đang được rất nhiều nước, nhiều hãng sản xuất lớn quan tâm, đầu tư nghiên
cứu và ứng dụng.


-15-

Trên hình 3.13 thể hiện sơ đồ dập thuỷ tĩnh trong dập vuốt bằng cối chất
lỏng, chày cứng có chặn.
Trong đó :
Fp: Lực tác dụng lên chày vuốt.
FBH: Lực chặn phơi.
Sau khi đã được chặn phơi thì chất lỏng cơng tác có áp suất là P sẽ được
bơm vào và làm phồng phơi lên, khi chày vuốt đi xuống thì tiếp xúc của chày
vuốt và phôi là tiếp xúc điểm nên sẽ tránh được hiện tượng nhăn do tiếp xúc
ban đầu. Dưới tác dụng của áp suất của chất lỏng cơng tác thì phơi sẽ bị biến
dạng và có hình dạng như chày vuốt. Trong công nghệ dập thuỷ tĩnh thì áp
suất của chất lỏng cơng tác là một thơng số rất quan trọng, nó phụ thuộc vào
vật liệu, chiều dày của phơi và hình dạng của chi tiết. Nếu áp lực nhỏ thì vật
liệu sẽ khơng biến dạng hết, nếu áp lực lớn thì sẽ làm tăng chi phí lên.
FP
Chày vuốt

FBH

Chặn
Phôi
Chất lỏng

Cối
P


-16-

FP + FBH
Hình 2.13 Dập vuốt bằng cối chất lỏng, chày cứng có chặn


-17-

Hình 2.14 Một số sản phẩm được chế tạo bằng phương pháp dập thuỷ tĩnh
1.1.3.2 Phươngpháp dập nổ
Với các vật liệu của chi tiết có độ bền cao mà trong các phương pháp
gia cơng truyền thống rất khó thực hiện thì đột lỗ bằng dập nổ lại là một
phương pháp tối ưu.
Dập nổ thường được sử dụng trong môi trường nước để tạo ra sóng âm,
khi nổ có thể tạo ra áp lực lên đến 133 000 kG/cm2.

Hình 2.15 Đột lỗ bằng phương pháp dập nổ
Trong đó:
1: Bình chứa
2: Giảm chấn
3: Nước
4: Đệm

5: Khuôn


-18-

6: Chất nổ
7: Phôi

1.2. Giới thiệu các thiết bị trong gia công áp lực
1.2.1. Máy ép thuỷ lực
Là loại máy tác dụng hầu như theo tác dụng tĩnh và có các ưu điểm là:
- Làm việc êm, không ồn như máy ép cơ khí
- Có thể dễ dàng điều chỉnh được tốc độ khi làm việc.
- Rất thích hợp trong cơng nghệ dập vuốt với kích thước sản phẩm
lớn. Máy ép thuỷ lực không thể thiếu được trong các nhà máy sản
xuất ơ tơ và đóng tàu.
Sơ đồ kết cấu được thể hiện trên hình 1.16


-19-

Hình 1.16 Sơ đồ kết cấu máy ép thuỷ lực
1. Xi lanh công tác; 2. Xà ngang ; 3. Xà di động ;
4. Xà dưới; 5. Xi lanh khứ hồi
Phân loại: Theo cơng nghệ thì máy ép thuỷ lực được chia ra làm 5 loại:


-20-

Hình 1.17 Sơ đồ phân loại máy ép thuỷ lực

1.2.2. Máy ép trục khuỷu


-21-

* Phân loại máy ép trục khuỷu theo tính năng cơng nghệ của máy (hình 1.18).

Hình 1.18 Sơ đồ phân loại theo tính năng cơng nghệ của máy.