Nghiên cứu thiết kế, lập qui trình công nghệ gia công các chi tiết của hệ thống thay dao tự động cho máy phay cnc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN ĐƠNG A

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, LẬP QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ
GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG THAY DAO
TỰ ĐỘNG CHO MÁY PHAY CNC
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã ngành: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2021


Luận Văn Thạc Sĩ

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS BÙI TRỌNG HIẾU
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS LÊ THỂ TRUYỀN
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS HỒ TRIẾT HƯNG
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày 22 tháng 01 năm 2021.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PSG.TS LƯU THANH TÙNG - Chủ tịch
2. TS LÊ THỂ TRUYỀN - Phản biện 1
3. TS HỒ TRIẾT HƯNG - Phản biện 2
4. PGS.TS NGUYỄN HUY BÍCH - Ủy viên
5. TS LÊ THANH LONG - Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

ii


Luận Văn Thạc Sĩ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Trần Đông A

MSHV: 1770523

Ngày, tháng, năm sinh: 14/02/1989

Nơi sinh: Bình Định

Chun ngành: Kỹ thuật Cơ khí

Mã số : 60520103

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu thiết kế, lập qui trình cơng nghệ gia cơng các chi tiết của hệ thống
thay dao tự động cho máy phay CNC
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Tổng quan về hệ thống thay dao tự động trong máy phay CNC.
Thiết kế ổ chứa dao (16 ổ).
Lập qui trình cơng nghệ gia cơng ổ chứa dao.
Tính tốn động lực học mâm chứa dao.
Thiết kế mâm chứa dao.
Mơ phỏng, phân tích ứng suất/chuyển vị trong mâm chứa dao.
Lập qui trình cơng nghệ gia cơng mâm chứa dao.
Thiết kế hệ thống truyền động mâm chứa dao.
Lập qui trình cơng nghệ gia cơng hệ thống truyền động mâm chứa dao.
Mơ phỏng, phân tích ứng suất trong thân đỡ mâm chứa dao và tay quay gắp
dao

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 24/02/2020
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/12/2020
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS BÙI TRỌNG HIẾU

Tp. HCM, ngày 24 tháng 12 năm 2020
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ
(Họ tên và chữ ký)

iii


Luận Văn Thạc Sĩ

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn trân thành nhất đến Thầy PGS.TS Bùi Trọng
Hiếu, người đã ln tận tình hết mình, định hướng, chỉ bảo, giúp đỡ và động viên
em trong suốt thời gian làm luận văn, để em có thể hồn thành các nhiệm vụ mà
Thầy đặt ra. Em xin chân thành cảm ơn tất cả Quý Thầy, Cô giảng dạy tại trường
Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia TP.HCM đã trang bị cho em những kiến
thức quan trọng và cần thiết trong quá trình theo học tại trường trong.
Luận văn khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong Q Thầy, Cơ góp
ý để em có thể bổ sung thêm kiến thức cũng như hoàn thiện đề tài của mình.
Em xin chân thành cảm ơn.
TP. HCM, ngày 30 tháng 12 năm 2020
Học viên thực hiện

Trần Đông A

iv


Luận Văn Thạc Sĩ

TÓM TẮT
Trong máy phay CNC, cụm thay dao tự động là một cụm khá quan trọng, vì
vậy, em mong muốn nghiên cứu thiết kế, chế tạo một số chi tiết thay dao trong máy
phay CNC, góp phần phát triển nền cơng nghiệp Việt Nam.
Nội dung chính của đề tài bao gồm:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Tổng quan về hệ thống thay dao tự động trong máy phay CNC.
Thiết kế ổ chứa dao (16 ổ).
Lập qui trình cơng nghệ gia cơng ổ chứa dao.
Tính tốn động lực học mâm chứa dao.
Thiết kế mâm chứa dao.
Mơ phỏng, phân tích ứng suất/chuyển vị trong mâm chứa dao.
Lập qui trình cơng nghệ gia cơng mâm chứa dao.
Thiết kế hệ thống truyền động mâm chứa dao.
Lập qui trình cơng nghệ gia cơng hệ thống truyền động mâm chứa dao.

Mơ phỏng, phân tích ứng suất trong thân đỡ mâm chứa dao và tay quay gắp
dao

v


Luận Văn Thạc Sĩ

ABSTRACTS
In the CNC milling machine, the automatic tool change is quite an important,
so I wish to research, design and manufacture a number of tool replacement parts in
a CNC milling machine, contributing to the development of the machining platform
Vietnamese industry.
The main contents of the thesis:
• Overview of automatic tool change system in CNC milling machines
• Design of tool pot (16 pots)
• Build up machining technology for the tool pot
• Dynamic calculation of the tool disk
• Design of tool disk
• Simulation and analysis of stress/displacement in the tool disk
• Build up machining technology for the tool disk
• Design of transmission system in tool disk
• Build up machining technology for the tool disk transmission system
• Simulation and stress analysis in the main tool body and detachable arm

vi


Luận Văn Thạc Sĩ

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu của em. Những nội
dung nghiên cứu và kết quả trong luận văn là hồn tồn trung thực, có trích dẫn đầy
đủ. Nếu như khơng đúng như đã nêu trên, em xin chịu hồn tồn trách nhiệm về đề
tài của mình.

Học viên thực hiện

Trần Đông A

vii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ............................................................................iii
LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................IV
TÓM TẮT ..................................................................................................................... V
ABSTRACT ................................................................................................................. Vi
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... VII
MỤC LỤC ................................................................................................................ VIII
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG TRÊN
THẾ GIỚI ...................................................................................................................... 1
1.1. NGUYÊN LÝ THAY DAO VÀ KẾT CẤU CỦA CỤM THAY DAO TRONG MÁY PHAY
CNC ................................................................................................................. 1
1.2. PHÂN LOẠI CƠ CẤU CẤP PHÁT VÀ KẸP DAO TỰ ĐỘNG ................................. 1
1.3. QUY TRÌNH THAY DAO TỰ ĐỘNG ................................................................. 2
1.3.1. Lưu giữ và di chuyển dụng cụ trong mâm chứa ..............................2
1.3.2. Thay thế dụng cụ và kẹp chặt dụng cụ tự động trong bộ phận công
tác .......................................................................................................................3
1.4. CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG MÂM CHỨA DAO..................................................... 7

1.4.1. Cơ cấu truyền động bằng bánh răng-cam hở ..................................8
1.4.2. Cơ cấu truyền động bằng răng-chốt định vị ....................................9
1.4.3. Cơ cấu truyền động bằng cơ cấu Mante........................................10
1.4.4. Cơ cấu kẹp dụng cụ bằng tay kẹp ..................................................11
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ Ổ CHỨA DAO................................................................. 14
2.1. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA Ổ CHỨA DAO .............................................. 14
2.2. THIẾT KẾ Ổ CHỨA DAO .............................................................................. 14
2.2.1. Giới thiệu .......................................................................................14
2.2.2. Vật liệu ...........................................................................................15
2.2.3. Thiết kế ổ dao dùng Creo 3.0.........................................................16


Luận Văn Thạc Sĩ

2.2.4. Lựa chọn lò xo, xác định lực kéo cần thiết để lấy chuôi kẹp dao ra
khỏi ổ chứa .......................................................................................................17
2.3. PHÂN TÍCH Ổ CHỨA DAO............................................................................ 18
2.3.1. Mơ hình hố ổ chứa dao ................................................................18
2.3.2. Mơ hình vật liệu .............................................................................18
2.3.3. Các điều kiện biên và phản lực liên kết tương ứng .......................19
2.3.4. Kết quả phân tích ...........................................................................22
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KHUÔN CHẾ TẠO Ổ CHỨA DAO ............................. 24
3.1. QUY TRÌNH THIẾT KẾ KHN ỨNG DỤNG HOT RUNNER (HR) .................. 24
3.2. THIẾT KẾ KHN HR ................................................................................ 25
3.2.1. Cấu tạo khn HR .........................................................................25
3.2.2. Thiết kế khn ................................................................................26
3.3. THIẾT KẾ KHN TRÊN CREO 3.0 .............................................................. 41
3.3.1. Module thiết kế khuôn trong Creo 3.0 ...........................................41
3.3.2. Thiết kế khuôn bằng EMX 9.0........................................................42
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, TÍNH TỐN TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÂM CHỨA

DAO .............................................................................................................................. 44
4.1. TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC MÂM CHỨA DAO ............................................ 44
4.2. TÍNH TỐN LỰC TÁC DỤNG LÊN MÂM CHỨA DAO VÀ CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
....................................................................................................................... 45
4.3. THIẾT KẾ MÂM CHỨA DAO ........................................................................ 47
4.3.1. Xác định các thơng số hình học của mâm chứa dao .....................47
4.3.2. Xác định vị trí tâm của dao............................................................48
4.3.3. Xác định bước dịch chuyển giữa hai tâm dao liền kề nhau trên
mâm dao ...........................................................................................................49
4.3.4. Xác định bán kính vịng ngồi của mâm........................................49
4.4. LỰA CHỌN CƠ CẤU ĐỊNH VỊ DAO TRÊN MÂM ............................................. 49
4.5. THIẾT KẾ CƠ CẤU LẬT DAO ....................................................................... 50

ix


Luận Văn Thạc Sĩ

CHƯƠNG 5: MƠ PHỎNG, PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT / CHUYỂN VỊ TRONG
MÂM CHỨA DAO ..................................................................................................... 53
5.1. MÔ HÌNH HỐ MÂM CHỨA DAO ................................................................. 53
5.2. MƠ HÌNH VẬT LIỆU .................................................................................... 53
5.3. CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN VÀ TẢI TRỌNG .......................................................... 54
5.4. CHIA LƯỚI MƠ HÌNH .................................................................................. 55
5.5. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH.................................................................................. 56
5.5.1. Ứng suất von-Mises .......................................................................56
5.5.2. Kết quả chuyển vị và biến dạng .....................................................57
CHƯƠNG 6: LẬP QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CÔNG MÂM CHỨA
DAO .............................................................................................................................. 59
6.1. XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT ....................................................................... 59

6.1.1. Sản lượng chế tạo ..........................................................................59
6.1.2. Dạng sản xuất và đặc trưng ...........................................................59
6.2. PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CƠNG .................................................................. 59
6.2.1. Cơng dụng của chi tiết ...................................................................59
6.2.2. Các yêu cầu kỹ thuật ......................................................................59
6.2.3. Vật liệu ...........................................................................................59
6.2.4. Tính cơng nghệ của chi tiết ............................................................59
6.3. CHỌN DẠNG PHƠI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHƠI .................................. 59
6.3.1. Chọn dạng phơi..............................................................................59
6.3.2. Chọn phương pháp chế tạo phôi....................................................59
6.3.3. Tra lượng dư gia cơng cơ cho các bề mặt của phơi ......................59
6.3.4. Hình thành bản vẽ phơi..................................................................60
6.3.5. Dụng cụ kiểm tra các kích thước ...................................................60
6.4. CHỌN TIẾN TRÌNH GIA CƠNG CÁC BỀ MẶT CỦA PHƠI ................................. 61
6.4.1. Chọn phương pháp gia cơng các bề mặt của phôi ........................61
6.4.2. Chọn chuẩn công nghệ ..................................................................62
6.5. THIẾT KẾ NGUYÊN CÔNG ........................................................................... 62

x


Luận Văn Thạc Sĩ

CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÂM CHỨA DAO ... 63
7.1. XÁC ĐỊNH CƠ CẤU PHÂN ĐỘ ...................................................................... 63
7.2. CƠ CẤU CYLINDRICAL INDEXING CAM ...................................................... 64
7.3. THIẾT KẾ CƠ CẤU CYLINDICAL INDEXING CAM ......................................... 65
7.3.1. Sơ đồ động của kết cấu ..................................................................66
7.3.2. Chọn quy luật chuyển động của mâm quay ...................................66
7.3.3. Tính tốn các thơng số của cơ cấu cylindrical indexing cam .......67

7.3.4. Thiết lâp hệ toạ độ .........................................................................70
7.3.5. Phương trình bề mặt của cam........................................................71
7.4. THIẾT KẾ CAM BẰNG PHẦN MỀM MECHDESIGNER.................................... 71
7.4.1. Mặt phẳng chuyển động cam .........................................................71
7.4.2. Mặt phẳng chuyển động của mâm và con lăn ...............................72
7.4.3. Mặt phẳng biên dạng cam và trục xoay ........................................73
7.5. ĐỘNG HỌC CƠ CẤU .................................................................................... 73
7.5.1. Thiết lập các thơng số chuyển động ..............................................73
7.5.2. Phân tích các thông số động học bằng MechDesigner .................74
CHƯƠNG 8: LẬP QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG HỆ THỐNG
TRUYỀN ĐỘNG MÂM CHỨA DAO ...................................................................... 76
8.1. XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT ....................................................................... 76
8.2. PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CƠNG .................................................................. 76
8.2.1. Chức năng của chi tiết ...................................................................76
8.2.2. Điều kiện làm việc của chi tiết .......................................................76
8.2.3. Tính cơng nghệ trong kết cấu của chi tiết .....................................77
8.2.4. Phân tích yêu cầu kỹ thuật của chi tiết ..........................................77
8.3. CHỌN DẠNG PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHƠI .................................. 78
8.3.1. Chọn dạng phơi..............................................................................78
8.3.2. Kích thước của phơi: .....................................................................78
8.4. CHỌN TIẾN TRÌNH GIA CƠNG CÁC BỀ MẶT PHƠI ........................................ 78
8.4.1. Đánh số các bề mặt........................................................................78

xi


Luận Văn Thạc Sĩ

8.4.2. Phân tích và chọn phương pháp gia công các bề mặt ...................78
8.5. THIẾT KẾ CÁC NGUYÊN CƠNG CƠNG NGHỆ................................................ 79

CHƯƠNG 9: MƠ PHỎNG, PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT THÂN ĐỠ MÂM
CHỨA DAO VÀ TAY QUAY GẮP DAO ................................................................ 80
9.1. MƠ PHỎNG, PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT THÂN ĐỠ MÂM CHỨA DAO .................. 80
9.1.1. Mơ hình hóa thân đỡ mâm chứa dao .............................................80
9.1.2. Mơ hình vật liệu .............................................................................81
9.1.3. Các điều kiện biên và tải trọng ......................................................81
9.1.4. Chia lưới mô hình ..........................................................................82
9.1.5. Kết quả phân tích ...........................................................................83
9.2. MƠ PHỎNG, PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT TAY QUAY GẮP DAO ........................... 84
9.2.1. Mơ hình hóa tay quay gắp dao ......................................................84
9.2.2. Mơ hình vật liệu .............................................................................85
9.2.3. Các điều kiện biên và tải trọng ......................................................85
9.2.4. Kết quả phân tích ứng suất ............................................................86
CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ............................................................................................. 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 89
PHỤ LỤC ................................................................................................................... 899
PHỤ LỤC 1: KÍCH THƯỚC HÌNH DẠNG Ổ CHỨA DAO ....................................... 899
PHỤ LỤC 2: KÍCH THƯỚC HÌNH DẠNG MÂM CHỨA DAO .................................... 93
PHỤ LỤC 3: THIẾT KẾ NGUYÊN CÔNG ............................................................... 94
PHỤ LỤC 4: THIẾT KẾ CÁC NGUYÊN CÔNG CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG CAM ........ 116
PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .......................................................................... 119
Q TRÌNH ĐÀO TẠO .......................................................................................... 119
Q TRÌNH CƠNG TÁC ....................................................................................... 119

xii


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG
TRÊN THẾ GIỚI
1.1. Nguyên lý thay dao và kết cấu của cụm thay dao trong máy phay CNC

Thông thường, quá trình gia cơng các chi tiết được thực hiện tuần tự, phối
hợp bằng nhiều dụng cụ khác nhau. Do đó, trên các thiết bị tự động hóa như các
máy phay CNC là một ví dụ điển hình, u 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 bộ phận công tác của máy (trục chính hoặc đài gá dao), kẹp chặt lấy dụng cụ và
khi bị mịn 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 được tiến hành trực tiếp trên máy.
Khi thay dụng cụ bằng phương pháp tự động, quá trình chọn dụng cụ phù
hợp trong mâm chứa để gia công chi tiết, gá đặt và kẹp chặt dụng cụ tự động, tháo
dụng cụ ra khỏi bộ phận công tác và đưa về mâm chứa được thực hiện nhờ hệ thống
cấp phát và kẹp chặt tự động.
1.2. Phân loại cơ cấu cấp phát và kẹp dao tự động
Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động bao gồm các bộ phận cơ bản sau:

- Mâm chứa dụng cụ (dao).
- Cơ cấu chọn dụng cụ cần thiết từ mâm chứa dụng cụ để chuẩn bị thay thế.
- Tay máy để thay thế dụng cụ.
- Cơ cấu kẹp chuôi côn hoặc đài gá dao trong bộ phận công tác.
Những yêu cầu cơ bản đối với cơ cấu cấp phát dụng cụ tự động:

- Mâm chứa dụng cụ 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 cơng tác.
- Khoảng cách giữa mâm chứa dụng cụ với vị trí cơng tác là ngắn nhất.


Luận Văn Thạc Sĩ

- Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động phải được thiết kế, 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 và đài gá dụng cụ.
- Sử dụng và bảo dưỡng dễ dàng, đáp ứng yêu cầu an tồn.
1.3. Quy trình thay dao tự động
Mâm chứa dao dùng để lưu giữ các dụng cụ cần thiết cho q trình gia cơng
các chi tiết nhất định của một máy cụ thể. Khi thay thế dụng cụ tự động, người ta sử
dụng nhiều loại mâm chứa dụng cụ khác nhau. Trên các trung tâm gia công, người
ta sử dụng các loại mâm chứa dạng đĩa, tang trống hoặc băng xích chứa từ 10-140
dụng cụ.
1.3.1. Lưu giữ và di chuyển dụng cụ trong mâm chứa
Các phương án cấu trúc của các mâm chứa dụng cụ (Hình 1.1). Các mâm
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 trực 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 sử dụng trên máy CNC có trục chính nằm ngang.
Kết cấu mâm chứa dạng đĩa (hình c) ít dùng, vì khi số lượng lớn sẽ kéo theo
kích thước đường kính rất lớn. Các mâm chứa hình cơn (hình d và e) cho phép thay
dao dễ dàng. Các mâm chứa dạng xích tải (hình f) được sử dụng khi số dụng cụ
chứa lớn (tới 140 dụng cụ).

2


Luận Văn Thạc Sĩ

Hình 1.1 Các phương án cấu trúc của mâm chứa dụng cụ [13]
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

1.3.2. Thay thế dụng cụ và kẹp chặt dụng cụ tự động trong bộ phận công tác
Thay thế dụng cụ tự động trên các máy phay CNC có thể thực hiện theo các
phương pháp sau:

1. Chuyển dụng cụ từ mâm chứa chính vào các trục chính qua ổ phụ (quay
đầu có 2 hoặc nhiều vị trí);

2. Thay thế trực tiếp dụng cụ từ mâm chứa vào trục chính;
3. Đưa dụng cụ từ mâm chứa vào trục chính nhờ tay máy.
Các dụng cụ gá trong mâm chứa dụng cụ 1 được đưa tuần tự vào đầu trục
chính 2 nhờ tay máy 3. Khi bước công nghệ kết thúc, đầu 2 sẽ quay 180o. Dụng cụ
mới sẽ được lắp đặt trên vị trí cơng tác. Tay máy sẽ lấy dụng cụ đã sử dụng ra khỏi
vị trí 2 đưa về mâm chứa và chọn dụng cụ mới theo chương trình để gá vào vị trí
chờ.

3

Luận Văn Thạc Sĩ

Hình 1.2 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ trên trung tâm gia công của hãng
Mandelli [13]
a. Đưa ụ trục chính tới mâm chứa và gá dụng cụ vào vị trí tháo dỡ:
+ 1: mâm chứa dụng cụ;
+ 2: ụ trục chính

b. Nhả kẹp trục gá, lùi trục chính, quay mâm chứa;
c. Lắp đặt trục gá mới vào trục chính;
d. Đưa ụ trục chính về vị trí gia cơng;
Tùy thuộc vào vị trí của mâm chứa dụng cụ trên máy, có thể sử dụng nhiều loại
tay máy với chu kỳ chuyển động khác nhau. Hình 1.3 là tuần tự của quá trình thay
thế dụng cụ trong trục chính 3 bằng tay máy 2 từ mâm chứa dụng cụ 1.

Hình 1.3 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ tự động với mâm chứa
đặt phía trên trụ đứng [13]

4


Luận Văn Thạc Sĩ

a/

b/

Hình 1.4 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ khi mâm chứa bố trí bên cạnh của
máy [13]

a: Sơ đồ chọn dụng cụ trong mâm chứa:
+ 1, 4: dụng cụ;
+ 2: giá treo tay máy;
+ 3: tay máy
b: Sơ đồ thay thế dụng cụ trong trục chính:
+ 1, 3: dụng cụ;
+ 2: tay máy
Trong giai đoạn đầu (hình a), tiến hành chọn dụng cụ cần thiết 4 và đưa nó về
vị trí thay thế bằng cơ cấu dịch chuyển dụng cụ trong mâm chứa. Tiếp theo, tay máy
quay 90o để 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 cịn 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 180o 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 90o về vị trí ban đầu (hình a) rồi nhả dụng cụ
vào lỗ chứa của mâm dụng cụ.
Sơ đồ thay thế dụng cụ trên các trung tâm gia cơng có trục chính thẳng đứng 3

5


Luận Văn Thạc Sĩ

và tay máy 2 từ mâm chứa dụng cụ 1 được trình bày như Hình 1.5 dưới đây:

Hình 1.5 Tuần tự các bước thay thế dụng cụ trên máy có trục chính thẳng
đứng[13]
+ a, b: t ay máy 2 chọn dụng cụ trong m â m chứa 1 và đưa ra khỏi lỗ
chứa của mâm dụng cụ;
+ c, d, e: tay máy lấy dụng cụ yêu cầu ra khỏi ổ trục chính;

+f

: tay máy quay 180o;

+ m, n : gá dụng cụ mới vào trục chính máy;
+ p, q, k: đặt dụng cụ đã sử dụng vào mâm chứa;
+ h : hồi vị trí tay máy về vị trí ban đầu.
Mâm chứa dao 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 cơng.
Những mâm chứa dao đầu tiên đã được sử dụng trong các máy nhiều nguyên
công. Khi số lượng dụng cụ < 30 thì các mâm chứa dao được chế tạo dưới dạng
tang trống (dạng đĩa).

6


Luận Văn Thạc Sĩ

Hình 1.6 Mâm chứa dụng cụ dạng tang trống (dạng đĩa)
Khi số lượng dụng cụ > 30 thì mâm chứa dao được chế tạo dưới dạng xích.

Hình 1.7 Mâm chứa dụng cụ dạng xích
Khi tăng lượng dao trong mâm chứa thì kết cấu của máy cồng kềnh hơn, giá
thành của máy cũng tăng theo (ví dụ: mâm chứa dao và cơ cấu vệ tinh thay đổi của
máy nhiều ngun cơng 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 dao tối ưu trong mâm chứa không quá 100 dao.
Như vậy, mâm chứa dao giảm được chức năng của con người và nó là một
bước phát triển trong công nghệ điều chỉnh linh hoạt.
1.4. Cơ cấu truyền động mâm chứa dao

7


Luận Văn Thạc Sĩ

1.4.1. Cơ cấu truyền động bằng bánh răng-cam hở

Hình 1.8 Cơ cấu truyền động bánh răng-cam hở
1: Động cơ thủy lực.
2: Bộ truyền bánh răng trụ cấp nhanh.
3: Bộ truyền bánh rang trụ cấp chậm.
4: Cam hở.
5: Đĩa lệch tâm.
6: Cơng tắc hành trình.
Trong q trình gia cơng, khi có tín hiệu thay dao bộ phận điều khiển của máy
sẽ nhận biết được dao cần thay thế đang nằm ở vị trí nào trong mâm chứa dao. Khi
đó máy sẽ tự lựa hành trình giữa dao hiện tại và dao cần thay để điều khiển động cơ
thủy lực quay cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ tìm đến vị trí dao cần thay
thế là ngắn nhất.
Bộ phận điều khiển sẽ tác động lên van điều khiển, khi đó động cơ thủy lực
(1) sẽ được cung cấp dầu làm cho động cơ quay theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược
chiều kim đồng hồ. Động cơ thủy lực truyền qua bộ giảm tốc hai cấp (2,3) truyền
chuyển động cho trục tải quay làm cam (4) quay. Trên đầu trục tải có gắn đĩa lệch
tâm (5), đĩa này có nhiệm vụ tác động vào cơng tắc hành trình (6) khi cam quay để
báo số vòng quay đã thực hiện về bộ phận điều khiển. Khi đã thực hiện đủ số vịng
quay cần thiết để đưa dao vào vị trí chuẩn bị thay dao thì hệ thống sẽ tác động vào
van điều khiển, động cơ thủy lực ngừng quay. Khi đó, bộ phận điều khiển sẽ tác
động vào van điều khiển để tác động piston chuyển động đi ra.
Chuyển động quay gián đoạn của mâm chứa dao được thực hiện thông qua cơ

cấu cam hở và con lăn. Các con lăn được gắn chặt trên mâm chứa dao, vị trí mỗi
con lăn tương ứng với một vị trí dao. Nghĩa là khi cam quay một vịng thì con lăn sẽ
lăn không trượt trên rãnh cam, kéo mâm chứa dao quay đi một góc 0,3 rad (góc giữa

8


Luận Văn Thạc Sĩ

hai vị trí dao liền kề nhau) đến vị trí dao mới. Khi con lăn này gần ra khỏi cam thì
con lăn kế tiếp sẽ vào rãnh cam. Khi trung tâm máy ngắt nguồn dầu chảy vào động
cơ thì bánh cam sẽ đứng n, khi đó hai con lăn sẽ khóa mâm chứa dao khơng cho
mâm chuyển động do các điều kiện bên ngồi (nếu có) để ngàm kẹp dao có thể thực
hiện việc lấy dao ra khỏi mâm chính xác.
1.4.2. Cơ cấu truyền động bằng răng-chốt định vị
12
11

14
13

10
9
8

7

6

5

4

3

2

1

(a)
1. Trục vít me chuyển động tịnh tiến Z

8. Động cơ

2. Trục chính

9. Xy lanh thủy lực

3. Cơ cấu kẹp gắp tháo lắp dao

10. Hệ thống bánh răng

4. Cụm xoay dao xuống vị trí lấy dao

11. Mâm chứa dao

5. Chuôi dao BT 40

12. Chuôi côn

6. Van thủy lực

13. Encoder

7. Hệ thống bơm thủy lực

14. Motor thủy lực

9


Luận Văn Thạc Sĩ

(b)
Hình 1.9 Cơ cấu truyền động bánh răng-chốt định vị
Trong q trình gia cơng, khi nhận được tín hiệu thay dao từ hệ thống điều
khiển, máy sẽ nhận biết được dao cần thay thế đang nằm ở vị trí nào trong mâm
chứa dao. Khi đó máy sẽ tự lựa hành trình giữa dao hiện tại và dao cần thay để điều
khiển động cơ thủy lực truyền chuyển động qua hệ thống bánh răng làm mâm chứa
dao quay đến vị trí dao cần thay thế là ngắn nhất. Lúc này hệ thống sẽ tác động vào
cảm biển làm cho xy lanh nối với cụm gạt dao (4) để hạ dao xuống cho càng kẹp (3)
thông qua một xy lanh (9) tác động vào để lấy dao. Đồng thời lúc này xy lanh tác
động vào chốt đẩy cắm vào lỗ cắm chốt đã định vị sẵn đi kèm với dao để cố định
chính xác vị trí dao cần lấy trên mâm chứa dao.
1.4.3. Cơ cấu truyền động bằng cơ cấu Mante

Hình 1.10 Truyền động bằng cơ cấu Mante
Đối với cụm thay dao truyền động bằng cơ cấu Mante, về cơ bản nguyên lý
hoạt động cũng giống như hai nguyên lý đã để cập ở trên. Đầu tiên, cụm trục chính
chứa dao sẽ di chuyển tới vị trí thay dao để tiến hành thay dao, di chuyển cho tới

10


Luận Văn Thạc Sĩ

khi cảm biến nhận biết cụm trục chính vào vị trí thay dao. Xy lanh bắt đầu đẩy cụm
đài dao cho tới khi cảm biến hành trình đài dao bên phải nhận thấy thì dừng lại. Khi
đó, tay kẹp sẽ kẹp lấy dao cần thay. Sau khi tay kẹp giữ chặt dao, cụm trục chính sẽ
di chuyển lên cho tới khi nào cảm biến phát hiện trục chính ở vị trí an tồn thì dừng
lại.
Động cơ điện quay dẫn động cơ cấu Mante quay, mâm chứa dao quay tới
nơi cần thay dao (được nhận biết bằng cảm biến quang đếm dao đi qua), trục chính
đi xuống lấy dao, tới vị trí thì dừng lại. Xy lanh khí nén đẩy cụm đài dao ra ngoài
cho tới khi cảm biến nhận biết hành trình đài dao bên trái thì dừng lại, trục chính đi
lên kết thúc q trình thay dao.
Với các cơ cấu truyền động trên, ta thấy cơ cấu truyền động bằng bánh răngcam hở có cấu tạo đơn giản dễ chế tạo, phù hợp với mâm chứa 16 dao. Do đó, trong
đề tài này, ta chọn cơ cấu truyền động động bằng bánh răng-cam hở cho mâm chứa
dao.
1.4.4. Cơ cấu kẹp dụng cụ bằng tay kẹp

Hình 1.11 Kết cấu cơ cấu gắp dao bằng tay quay
Cơ cấu tay ghép với tính linh hoạt và độ chính xác cao ngày nay đang được
sử dụng phổ biến trong các máy CNC và các trung tâm gia công, đảm bảo cho quá

11


Luận Văn Thạc Sĩ

trình thay dao được thực hiện nhanh, tiện lợi và tuyệt đối chính xác. Đáp ứng được
quá trinh tự động hóa, giảm đáng kể được sự can thiệp của con người vào quá trình
sản xuất. Quá trình thay dao bằng cơ cấu tay kẹp được lần lượt thực hiện như sau:
• Bước 1: Trục chính về vị trí điểm thay dao đồng thời xy lanh đẩy ụ chưa dao
đúng vị trị lấy dao.

hạ dao xuống

• Bước 2: Cánh tay kẹp bắt đầu hoạt động. Tay quay vào vị trí kẹp dao đồng
thời ở trục chính và dao thay ở mâm dao hạ xuống ở bước 1

• Bước 3: Tay quay hạ xuống thấp để đồng thời tháo dao ra khỏi trục chính và
ụ chứa dao trên

mâm dao.

• Bước 4: Tay quay 180o để đảo vị trí thay dao cho nhau.

12


Luận Văn Thạc Sĩ

• Bước 5: Tay quay nâng lên vị trị lắp dao vào trục chính đồng thời lắp dao
vào ụ chứa dao

• Bước 6:

trên mâm dao.

Tay

quay về vị trí an

tồn ban đầu.

• Bước 7: Dao trên vị trị đài dao về vị trí nằm ngang và q trình thay dao kết
thúc.

13