- 1 -
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TAY GẮP THAY DAO TRONG TRUNG TÂM
GIA CÔNG ĐIỀU KHIỂN KỸ THUẬT SỐ
TS. Nguyễn Ngọc Phương, KS. Hồ Ngọc Bốn, Th.S.Vũ Như Phan Thiện
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật T.p Hồ Chí Minh

Tóm tắt: Sự phát triển của công nghiệp máy tính và các phần mềm ứng dụng trong kỹ nghệ đã mở ra nhiều
biện pháp giải quyết các bài toán kỹ thuật hoàn chỉnh và hiệu quả cao. Trên ý tưởng này bài viết “ Thiết kế
mô phỏng hệ thống tay gắp thay dao trong trung tâm gia công điều khiển kỹ thuật số” nghiên cứu nguyên lý
động học và động lực học tay gắp, ứng dụng phần mềm Solid-Edge, Visual Nastran Desktop và Matlab mô
phỏng kết cấu, động học , động lực học, kiểm tra bền, tính dao động…
Chương trình đã xây dựng mô hình 3D hơn một trăm chi tiết, có thể sữa chữa dạng hình học cơ cấu dễ
dàng, kiểm tra bền, tính dao động chính xác. Thiết kế được các đoạn phim mô phỏng, phân tích nguyên lý hoạt
động và động lực học tay gắp.

Abstract: The development of computer technology and software applying in all industries led a number of
methods to resolute completely and effectively technical problems. From this idea, the theme “ Design and
simulate a robotic arm system for exchange tools of CNC – center ” studies the principle kinetics and dynamics
for robotic arm, using the Solid-Edge, Visual Nastran and Matlab softwares for kinetic, dynamic simulation,
resistant inspection, oscillation calculus…
The theme develops 3D for more hundred details, which can be modified geometries easily, inspected
resistance and calculated oscillation exactly. Design short animationclips for simulation, analysis of operating
principle and dynamics of the robotic arm.

I. TỔNG QUAN

Để thiết kế chế tạo một thiết bò nào đó, việc đầu tiên là phải thực nghiệm nguyên lý, sau đó chế tạo và
chạy thử. Các công việc đó có thể mô phỏng trước trên máy tính, tìm ra những chỗ chưa đạt yêu cầu, sữa chữa
ngay trên mô hình.
Thông qua việc xây dựng các mô hình mô phỏng có thể cảm nhận trực quan. Đưa lại sự hiểu biết chi tiết
và cụ thể trong vấn đề làm kế hoạch. Trình bày, thảo luận và đánh giá với những người điều hành cũng như

Tay gắp thay dao là bộ phận cần thiết để đổi dao tự động trong trung tâm cắt gọt CNC, đã có nhiều dạng
ở các máy gia công cắt gọt trên thế giới. Thiết kế mô phỏng hệ thống tay gắp theo kiểu module cho phép sử
dụng bộ dụng cụ thực hiện nhiều nguyên công có thể gia công theo nhóm chi tiết.
Bộ Module được sử dụng trên cụm gia công bán tự động hoặc tự động điều khiển bằng kỹ thuật số.
Xây dựng mô hình dựa trên thực tế đồng thời thu thập thông tin từ các tài liệu liên quan đến việc nghiên
cứu tay gắp trong và ngoài nước.
Bài viết “ Thiết kế mô phỏng hệ thống tay gắp thay dao trong trung tâm gia công điều khiển kỹ thuật
số” ứng dụng phần mềm Solid-Edge, Visual Nastran Desktop và Matlab để mô phỏng.

II. MÔ TẢ CHỨC NĂNG BỘ ĐỔI DAO TỰ ĐỘNG
Cơ cấu của bộ đổi dao tự động thực hiện các chuyển động sau – Hình 1:
- Chuyển động quay 270
0
, với sự thiết lập vò trí ban đầu 90
0
.
- Đònh vò dao.
- Chuyển động tònh tiến 200mm, cân bằng với trục của trung tâm cắt gọt.
Việc chuyển động tònh tiến của pít-tông thanh răng làm quay bánh răng liên kết với then truyền chuyển động
quay lên trục. Việc xác đònh vò trí nhờ vào các van đảo chiều R
1
, R
2
và R
3
. Trình tự làm việc của bộ đổi dao
tự động:
♦. Giai đoạn lắp dao.
1. Vò trí ban đầu (cơ bản), ngàm kẹp mở. 2. Tay gắp quay +90
0

III. THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG TAY GẮP
Hình 1 Nguyên lý hoạt động và sơ đồ
thu
y
û lực ta
y

g
ắ
p
tha
y
dao
Hình 2 Mô
p
hỏn
g
hệ thốn
g
ta
y
! TRÌNH TỰ THỰC HIỆN
Phần mềm Solid Edge thuộc họ các phần mềm Unigraphics Solutions, là công cụ tạo sản phẩm 3D hiệu
quả, nhanh, chính xác. Để thực hiện mô phỏng, đầu tiên cần tạo các chi tiết 3D, sau đó tiến hành lắp ghép
các chi tiết theo cụm, cuối cùng lắp ghép tổng thể [2] – xem Sơ đồ hình 3.
• TỔNG QUAN HỆ THỐNG TAY GẮP – Hình 4a, 4b, 4c, 4d
nghệ
gia công

Kiểm tra sản
phẩm thực tế
Hình 4 a Sơ đồ tổng quát Hình 4 b Sơ đồ thủy lực
Hình 4 c Hệ thống thủy lực Hình 4 d Sơ đồ tay gắp
Hình 3 Sơ đồ mô phỏng
- 4 -
thế giới, được tạo bởi công ty MSC. Nastran là một phần mềm trong họ các phần mềm thuộc MSC Software.
Các bài toán có thể được giải quyết gồm: tính toán động học - động lực học, tính sức bền (FEM), bài toán tối
ưu theo kích thước – tần số …, bài toán truyền dẫn nhiệt trên vật thể [8] theo sơ đồ khối – Hình 5.

Tính chất vật liệu (E, ρ
ρρ
ρ, ν
νν
ν).
Rời rạc – mã hoá kết cấu.
p đặt liên kết (ngàm, gối tựa).
Bài toán động

Tính chất tải trọng tác dụng.
(Lực tập trung - momen tập trung, lực –
momen phân bố, lực kích động).
Bài toán tónh

Bài toán đáp ứng

[]
{}
[]
{}
0 =+ qKqM
&&
[]
{} { }
fqK =.
[]
{}
[]
{} (){}
tfqKqM =+


IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• Thiết kế chế tạo tay gắp để phục vụ cho việc thay đổi dao tự động đòi hỏi độ chính xác cao, rất cần
thiết cho các máy gia công theo kiểu “ trung tâm gia công cắt gọt kỹ thuật số “. Việc mô phỏng là
bước chuẩn bò cần thiết trứơc khi gia công thực tế.
• Mô hình ảo không những phân tích kỹ được nguyên lý hoạt động mà còn kiểm tra tính toán động
học và động lực học của cơ cấu. Việc thực hiện mô phỏng tay gắp sẽ mang lại hiệu quả kinh tế hơn
là việc chế tạo “thử và sai”.
• Thông qua việc xây dựng mô hình mô phỏng đưa lại sự hiểu biết chi tiết, có thể sữa chữa dạng hình
học cơ cấu dễ dàng, và cụ thể trong vấn đề làm kế hoạch, qui trình sản xuất.
Mode 1: 261Hz Mode 1: 560Hz
Hình 6 Tính toán áp suất nắp
Hình 7 Tính toán ứng suất pittông kẹp và ứng suất bạc đỡ trục
Hì
n
h 8 Tính toán dao động của trục và kẹp cán dao
- 6 -
• Trình bày, thảo luận với những người điều hành cũng như người sản xuất. Được đánh giá, phân tích

[11]. Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển bằng thủy lực, NXB Giáo Dục,2000.

Đòa chỉ liên hệ:
NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG
Khoa Cơ khí Chế tạo máy
Bộ môn Cơ điện tử
Trường ĐHSPKT Thủ đức, TP. HCM
ĐT: 8 960986
Mobil: 0913 702 581
E-Mail: