Tài liệu Máy tiện CNC băng nghiêng thay dao tự động với 8 vị trí doc

Máy tiện CNC băng nghiêng thay dao
t
ự động với 8 vị trí dụng cụ - sản phẩm
KHCN của Viện IMI
PGS.TS. Vũ Hoài Ân
Bài báo đề cập một công trình KHCN cấp Nhà nước đã được nghiệm thu ở
Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp. Đó là máy tiện CNC băng nghiêng: Máy
TN-25CNC thay dao t
ự động với 8 vị trí dụng cụ. Máy được trang bị mâm
cặp thuỷ lực đường kính 250 mm cùng với ụ đỡ tâm thủy lực. Máy sử dụng
băng ghép bằng thép hợp kim cao được đặt nghiêng dưới góc 45˚nhằm nâng
cao tuổi thọ các đường trượt và giảm không gian chiếm chỗ trong nhà
xưởng. Việc chế tạo thành công đài dao thay dao tự động 8 vị trí dụng cụ
cũng là một nét mới của sản phẩm này. Máy sử dụng hệ điều khiển
SINUMERIK- 802C của SIEMENS.
Mở đầu:
Cuối năm 2005, Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp (IMI) đã được Bộ
KH&CN nghiệm thu ở cấp nhà nước đối với đề tài khoa học công nghệ : “
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy tiện CNC thay dao tự động” kiểu TN 25-
CNC. Đề tài có mã số KC-05-25 thuộc chương trình KHCN cấp Nhà nước
KC-05 về cơ khí. Đây là kết quả sau 30 tháng triển khai đề tài với một khối
lượng công việc khá đồ sộ. Đơn vị thực hiện l
à Trung tâm công nghệ cao
(HITC) của Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp.
Trên thế giới, việc thiết kế, chế tạo một máy tiện CNC băng nghiêng thay
dao t
ự động 8 vị trí không phải là một vấn đề cao xa. Loại máy tiện này đã là
m
ột sản phẩm thường xuyên của các hãng chế tạo máy công cụ ở các nước
phát triển. Tuy nhiên ở Việt Nam thì đây là lần đầu tiên chúng ta tự thiết kế
và chế tạo một chiếc máy loại này.

Vi
ện máy và Dụng cụ công nghiệp mới chỉ bắt đầu nghiên cứu thiết kế chế
tạo máy công cụ CNC vào khoảng 15 năm. Năm 1994 Viện IMI đã thiết kế
chế tạo được một chiếc máy tiện CNC băng ngang đầu tiên của Việt Nam,
kiểu T20 CNC không có thay dao tự động. Máy T20 CNC sử dụng hệ điều
khiển SINUMERIK 810 T của hãng SIEMENS (CHLB Đức). Đây là một
máy tiện cỡ nhỏ, có mâm cặp 200 mm. Nó có đủ các tính năng quỹ đạo của
một máy tiện CNC như tiện trơn mặt trụ, mặt côn, mặt cầu, tiện ren trụ, ren
côn.v.v... Do hạn chế về kinh phí, khi đó, máy chưa được trang bị đài dao
nhi
ều vị trí, máy chỉ được lắp một bàn kẹp dao thông thường giống như của
các máy tiện vạn năng.
Chiếc máy T20 CNC này đã được sử dụng nhiều năm ở viện IMI để phục vụ
cho các khóa đào tạo về kĩ thuật CNC của Trung tâm Đ
ào tạo IMI và phục
vụ sản xuất trong viện.
Năm 2003, viện IMI được nhận đề t
ài KHCN cấp Nhà nước KC-05-25 với
mục tiêu:
- Thi
ết kế, chế tạo thử 01 máy tiện CNC băng nghiêng cỡ trung bình, với
hành trình dọc (trục Z) là 600 mm và sử dụng mâm cặp thuỷ lực 250 mm.
- Thiết kế chế tạo đầu dao Revonve thay dao tự động với 8 vị trí dụng cụ.
- Áp dụng đường trượt ghép bằng thép hợp kim cao cho băng máy, tạo ra
cặp ma sát thép tôi/ gang để tăng tuổi thọ băng máy.
- Tuy được phép nhập ngoại các cụm chi tiết chính xác cao đòi hỏi công
nghệ rất cao như: các trục vít me- đai ốc lăn, thước hành trình X, cụm trục
chính, mâm cặp thuỷ lực v.v nhưng đề tài phải tự chế tạo trong nước các bộ
phận: thân máy, bệ máy, băng máy, đài dao Revonve 8 vị trí với các đĩa chia
chính xác cao, ụ đỡ tâm thuỷ lực, các bàn trượt Z, bàn trượt X, cùng các tủ

điện động lực v
à hệ thống thuỷ lực của máy.
Trước hết, cần thiết phải nói r
õ những ưu việt của một máy tiện băng
nghiêng so với máy tiện băng ngang.
Máy tiện băng nghiêng thường có góc nghiêng của bề mặt các sống trượt là
450 so v
ới mặt phẳng nằm ngang. Nhờ đó, phoi tiện không thể đọng trên
m
ặt băng làm cào xước mặt băng, dung dịch tưới nguội cũng không đọng
được tr
ên mặt băng gây ăn mòn hoá học mặt băng và sống trượt.
Về mặt kết cấu máy, bàn trượt X của máy được đặt trên mặt nghiêng 450,
t
ức là trên cạnh huyền của tam giác vuông cân. Hình chiếu của bàn trượt X
trên nền xưởng chỉ bằng 0,71(tức sin 45o) chiều dài của bàn trượt này. Do
đó máy chiếm diện tích mặt bằng hơn trong nhà xưởng, ngoài ra việc bố trí
đài dao Revonve ở máy tiện băng nghi
êng cũng thuận tiện hơn so với ở máy
băng ngang.
Tính toán thiết kế máy TN- 25 CNC:
Sơ đồ động của máy:
Máy tiện băng nghiêng TN- 25 CNC được thiết kế trên cơ sở tham khảo 1
máy mẫu của Nhật Bản. Sơ đồ động của máy TN-25 CNC được thể hiện trên
hình 1.
Vì là máy CNC, m
ọi hoạt động của máy đều được lập trình từ hệ điều khiển
nên kết cấu cơ khí của máy rất đơn giản và gọn nhẹ.
Trục chính được quay nhờ một động cơ Servo 15Kw qua một cặp puli đai
thang có tỉ số truyền i=160/190. Tốc độ trục chính được thay đổi vô cấp từ 0

đến 3000 v
òng/phút. Vít me bàn dao dọc Z và vít me bàn dao ngang X đều
có bước ren bằng 5 mm, được truyền động từ một động cơ Servo có momen
động cơ Mđc = 4,6 Nm và tốc độ tối đa 3000 v
òng/phút, qua một cặp đai
răng có tỉ số truyền i=20/40, với module bằng 3.
Các thông số kỹ thuật của máy TN-25-CNC: được lựa chọn như sau,
trên cơ sở có tham khảo v
à chỉnh lý từ máy mẫu:
- Hành trình trục X: 220 mm
- Hành trình trục Z: 600 mm
- Kích thước phôi lớn nhất:
279 x355 mm
-
Động cơ trục chính: 15
KW
-
Đường kính mâm cặp thuỷ
lực: 250 mm
- Đường kính lỗ cấp phôi
trục chính: 44 mm
- Côn trục chính: A8
- Khoảng chống tâm lớn nhất: 600 mm
- Tốc độ trục chính vô cấp: 10- 3000 v/phút
- T
ốc độ tiến dao: 1- 3000 mm/phút
- T
ốc độ chạy nhanh các trục X/ Z: 6m/ phút
- Số đầu dụng cụ: 8
Hình 1: Sơ đồ động của máy TN-25 CNC

- Thay dao tự động:
- Thời gian thay dao: 4,2 giây
-
Độ chính xác lặp lại: 0,015 mm
- Hệ điều khiển CNC: SINUMERIK 802C của SIEMENS.
- Kích thước ngoài của máy: 2500 x 1500 x 1700 mm
- Trọng lượng máy: 4000 kg
- Bàn trượt X được lắp hệ thống thước điện tử quang học để đo hành trình X
chính xác c
ỡ m. Bàn trượt Z chỉ cần lắp Encoder để đo hành trình bàn dao
d
ọc. Đây là giải pháp kinh tế trong lựa chọn nguyên lý đo hành trình.
Tính toán thiết kế băng ghép:
Ở máy công cụ CNC, sự làm việc của các sống trượt diễn ra liên tục với tốc
độ dị
ch chuyển cao, do đó hiện tượng mài mòn băng máy cũng khốc liệt hơn
nhiều so với ở máy thông thường. Nếu sống trượt là gang, ma sát với băng
máy gang thì đường trượt bị mài mòn rất nhanh. Để nâng cao tính chống
mòn của đường trượt, có một số phương án giải quyết như sau, mỗi phương
án có ưu, nhược điểm ri
êng: