Thuyết minh Đồ án thiết kế hệ thống dẫn hướng bàn máy phay CNC HUST

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ BÁO CÁO ĐỒ ÁN Đề tài Thiết kế hệ thống dẫn động cho bàn máy CNC Giảng viên hướng dẫn Mã học phần ME4504 Sinh viên thực hiện MSSV Hà Nội, tháng 2 năm 2022 LỜI MỞ ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa, phát triển khoa học kĩ thuật là vấn đề quan trọng và cần sự quan tâm lớn Mỗi ngành như cơ khí, điện tử, tin học đều có nền tảng khoa học vững chắc và tạo ra các sản phẩm đặc trưng riêng Tuy nhiên, yêu cầu của thời đại đặt ra.

PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT

Phân tích động học máy tham khảo

Cụm trục chính là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt gọt phôi trong quá trình gia công

Hình 1.2 : Cụm trục chính máy Delta Center V6L

Trục chính của máy Delta Center V6L được điều khiển bởi động cơ Servo thông qua chế độ vòng lặp kín, sử dụng công nghệ số Điều này giúp tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao, ngay cả trong điều kiện tải nặng.

Truyền động từ động cơ tới trục chính thông qua dây đai -

Tốc độ trục chính tối đa của máy Delta Center V6L đạt:

10000 vòng/phút theo tiêu chuẩn ISO40/BT40/120

- Công suất trục chính(option): 7/15 Kw

- Phương trình xích động: n tc =n dc i

Sơ đồ truyền dẫn trục chính

- Hành trình các trục của máy Delta Center V6L:

+ Trục X : 600mm + Trục Y : 400mm + Trục Z : 450mm

- Tốc độ chạy dao khi không cắt và khi cắt theo các trục lần lượt là :

- Độ chính xác vị trí : ±0.004mm

- Dẫn động bằng động cơ servo qua hệ thống trục vít me đai ốc bi - Phương trình xích động : v cd =v dc t x v cd : tốc độ chạy dao của máy

(mm/ph) v dc : tốc độ động cơ (mm/ph) t x : bước vít me (mm)

- Sơ đồ động truyền động chạy dao trục X, Y :

- Máy được trang bị cơ cấu thay dao tự động sử dụng tay máy

- Ổ chứa dao chứa được 20 dao với khối lượng dao là 8kg và đường kính dao tối đa là 78mm

- Quy trình thay dao trên máy :

+ Ổ tích dao nằm vuông góc với trục chính

+ Khi có lệnh gọi dao, trục chính đưa đài dao về vị trí thay dao, ổ tích dao xoay dao được chọn đến vị trí thay dao

+ Dao đươc chọn quay xuống 90 độ Cần thay dao đi vào kẹp hai dao, hệ thống khí nén hoạt động nhả dao khỏi trục chính

+ Cần thay dao quay 180 o đổi vị trí hai dao cho nhau , hệ thống khí nén dừng hoạt động để kẹp chặt dao

+ Dao cũ được cất vào ổ chứa dao, cần thay dao được đưa về vị trí nghỉ -

Sơ đồ động truyền dẫn thay dao : https://www.youtube.com/watch?vK1Cjdoc-c

Các cơ cấu dẫn hướng trong máy phay CNC

Hình 1.3 : Kết cấu cơ khí của các trục

Hệ thống thanh trượt dẫn hướng đóng vai trò quan trọng trong việc điều hướng chuyển động của máy theo các trục Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, hệ thống này cần có bề mặt phẳng, độ cứng vững cao và khả năng chịu tải tốt Ngoài ra, cần tránh hiện tượng dính và trơn trượt trong quá trình hoạt động Một số dạng dẫn hướng phổ biến sẽ được trình bày dưới đây.

Dẫn hướng phẳng dễ sản xuất và trong một số ứng dụng nhất định, cần thêm một thanh chỉnh để điều chỉnh độ hở, cùng với một thanh khóa để ngăn chặn việc nâng lên Tuy nhiên, dẫn hướng phẳng chỉ có khả năng chịu lực vuông góc với mặt dẫn hướng.

Dẫn hướng V có khả năng chịu lực cắt ngang nhỏ nhờ vào bề mặt nghiêng, và nếu bị mòn, nó sẽ tự động điều chỉnh Thanh khóa giúp ngăn việc nâng bàn dao lên, trong khi dẫn hướng V thường được sử dụng kết hợp với dẫn hướng thẳng.

Hình 1.5 Kết hợp dẫn hướng dạng chữ V và mặt phẳng

Mộng đuôi én giúp ngăn chặn việc nâng lên khỏi bàn nhờ vào thiết kế đặc biệt của nó Bằng cách sử dụng một thanh chỉnh thêm, người dùng có thể điều chỉnh độ hở và cân bằng độ mòn một cách dễ dàng Tuy nhiên, chi phí sản xuất mộng đuôi én lại khá cao.

Dẫn hướng tròn có thể được chế tạo một cách dễ dàng và chính xác, đảm bảo khả năng chống xoay tròn thông qua rãnh hoặc kết hợp với các dẫn hướng khác.

Hình 1.6- Dẫn hướng đuôi én

Dẫn hướng mở và dẫn hướng đóng có sự khác biệt rõ rệt trong cách truyền lực Trong dẫn hướng mở, các bàn trượt chỉ chịu lực theo những hướng nhất định, dẫn đến lực thẳng góc lớn nhưng lực ngang nhỏ Ngược lại, dẫn hướng đóng cho phép truyền lực ở mọi hướng vuông góc với phương chuyển động, tạo ra sự linh hoạt hơn trong việc sử dụng.

Dẫn hướng lăn và trượt có những ưu điểm và nhược điểm tương tự như ổ bi, với lực được truyền qua bi hoặc con lăn quay tròn giữa đường ray dẫn hướng và xe dẫn hướng Do áp lực bề mặt cao, đường ray và xe dẫn hướng thường được cố định bằng ốc với băng trượt và băng máy của máy công cụ, được tôi cứng và mài bóng để đảm bảo độ chính xác trong phạm vi di chuyển.

Trong hệ thống dẫn hướng lăn với đường di chuyển dài, các con lăn sẽ trở về vị trí ban đầu sau khi rời khỏi vùng tải Dẫn hướng lăn với đường ray tròn, được thể hiện qua đuối bi, cho phép không chỉ chuyển động thẳng mà còn có chuyển động quay Ngược lại, dẫn hướng bằng bi không chỉ giới hạn ở chuyển động thẳng mà còn có khả năng quay, trong khi dẫn hướng không xoay được có trục với các đường rãnh chạy.

Hình 1.8 Đường dẫn trở về của con lăn

Hình 1.9 Dẫn hướng bằng bi, không xoay được(cố định)

Trong hệ thống dẫn hướng, con lăn thép tròn được mài nhẵn di chuyển trên đường ray bằng nhôm, với các trục thép hỗ trợ cho xe chạy Các con lăn này hoạt động sát trên trục thép mà không có độ hở, đảm bảo sự chính xác và ổn định trong quá trình vận hành.

Đường ray không chỉ hỗ trợ cho các chuyển động thẳng mà còn có các dạng đường cung, bán nguyệt và hình tròn, được ứng dụng trong các thiết bị lắp ráp và vận chuyển.

Dẫn hướng trượt được bôi trơn giống như bợ trục bạc trượt, với tốc độ trượt thấp thường dẫn đến ma sát hỗn hợp trong hệ thống bôi trơn thủy động lực Máy công cụ thường sử dụng đường dẫn bọc nhựa, mang lại tính chất trượt tốt, khả năng chống giảm xóc và chi phí sản xuất thấp Hệ số ma sát tĩnh và ma sát trượt đều nhỏ, giúp giảm thiểu hiệu ứng giật xóc khi trượt Lớp nhựa bọc ngoài thường được dán lên các bộ phận dẫn hướng đã được gia công sẵn.

Đường dẫn tráng nhựa ở băng máy sử dụng hệ thống dẫn hướng trượt với bôi trơn thủy tĩnh, trong đó dầu áp lực được bơm từ máy bơm đến nhiều túi sắp xếp trên băng máy Dầu chảy ra từ các khe túi, giúp bàn dao nổi trên lớp dầu Ma sát giữa băng máy và đường dẫn được giảm thiểu nhờ vào ma sát chất lỏng rất ít trong dầu bôi trơn.

Hình 1.11 Dẫn hướng thủy tĩnh

Trong dẫn hướng trượt khí tĩnh học , khí nén được sử dụng thay cho dầu, ma sát thậm chí còn thấp hơn so với dẫn hướng trượt thủy tĩnh

1.2.2 Trục vít me, đai ốc

Trong máy CNC người ta thường sử dụng hai dạng vít me cơ bản đó là vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi

Vít me đai ốc thường là loại vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt

Vít me đai ốc bi là loại vít me đai ốc sử dụng viên bi để tạo ra tiếp xúc lăn, giúp giảm ma sát và nâng cao độ chính xác Tuy nhiên, loại vít này có độ khó trong chế tạo cao hơn, khả năng chịu tải thấp hơn và giá thành cũng cao hơn so với các loại khác.

Hình 1.12 Vít me đai ốc bi

1 Trục vít me: được gia công các rãnh ren ở dạng cầu, để chứa và dẫn chuyển động của bi

2 Đai ốc bi: được chế tạo giống như chức năng của đai ốc, bên trong chữa các rãnh tròn để chứa bi và dẫn chuyển động của bi

3 Bi: Bi được chế tạo dạng cầu, đường kính bi tùy thuộc vào từng loại vít me đai ốc Bi sẽ tiếp xúc với rãnh của trục vít và đai ốc, chuyển động lăn, để truyền chuyển động giữa trục vít me và đai ốc

4 Vành nhựa chắn bi: thường được làm bằng nhựa để chặn các bụi bẩn trong quá trình làm việc Vành nhựa được chế tạo cùng bước ren với bước trên trục vít và đai ốc bi

Tính toán lựa chọn cụm trục vít me bi , ổ lăn

Quy trình tính toán

Bắt đầu Điều kiện làm việc

Chọn chiều dài trục vít

Tinh hệ số tải trọng động

Tính đường kính trục vít

Kiểm tra tuổi thọ làm việc

Quy trình tính chọn trục vít me đai ốc bi

Tính toán chi tiết cho bàn máy X

2.2.1 Tính toán vít me cho bàn máy X

- Trọng lượng phôi : P= 300kG - Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia - Trọng lượng bàn máy X : Gx = 200kG công : V1max = 16 m / min

- Lực cắt theo phương X : Px = 600kG - Vận tốc di chuyển lớn nhất khi gia công - Lực cắt theo phương Z : Pz = 900kG : V2max = 8 m / min

- Chiều dài làm việc max: - Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống

- Tuổi thọ tính theo tổng quãng đường: - Hệ số ma sát trượt bề mặt :  =0.05

LS = 24000 (km) - Độ chính xác vị trí(không tải) :

Thỏa mãn kiểm tra tải trọng tới hạn của trục vít kiểm tra tốc độ quay cho phép kiểm tra ứng suất cho phép

- Tốc độ lớn nhất của động cơ dẫn động vít  0.030 /1000mm me : N max = 2000rpm - Độ chính xác lặp:  0.005 mm

- Độ lệch chuyển động : 0.02mm

2.2.1.2 Chọn kiểu lắp trục vít a Chọn kiểu lắp: 1 đầu lắp chặt -1 đầu tùy chỉnh : fixed- supported

Các máy phay CNC yêu cầu hệ thống dẫn hướng có độ chính xác cao để đảm bảo chất lượng sản phẩm, mặc dù tốc độ quay của vitme và tốc độ di chuyển của bàn máy không quá lớn Do đó, kiểu lắp ổ đỡ cho vitme dẫn động hai bàn máy được lựa chọn là kiểu lắp một đầu cố định và một đầu di động (fix-support).

- Hệ số phụ thuộc phương pháp lắp đặt : f = 15,1 ( = 3,927)

- Trường hợp hệ bàn máy – vít me nằm theo phương ngang :

Hình 2.1 Sơ đồ tính lực dọc trục b Bước vít me:

- Chọn tốc độ quay lớn nhất của động cơ khi làm việc: Nmax = 2000 (vòng/phút)

- Bước vitme l được xác định theo công thức:

- Chọn bước vít me phải hơn 8 mm Chọn sơ bộ bước vitme : l = 10 (mm) c.Lực chống trượt :

Lực chống trượt : 𝑓𝑎 = 𝜇 (Gx+ P) = 0,05×500 = 25 (kG)

- Tính lực dọc trục : Chọn g (m/s 2 )

- Lực cắt chính của máy theo phương X : Fm=Px`00 (N)

- Lực cắt của máy theo phương Z : Fmz=Pz00(N)

- Tăng tốc (về bờn trỏi) : 𝐹𝑎1= àmg + ma = 0,05ì500ì10+500ì5 = 2750 (N)

- Chạy đều (về bờn trỏi): 𝐹𝑎2 = 𝑓𝑎 = àmg = 0.05ì500ì10 %0 (N)

- Giảm tốc(về bờn trỏi): 𝐹𝑎3= àmg – ma =0.05ì500ì10- 500ì5 = -2250 (N)

- Gia công (về bên trái): 𝐹𝑎4 = 𝐹𝑚 + 𝜇(𝑚𝑔 + 𝐹𝑚𝑧)

- Tăng tốc (về bờn phải) : 𝐹𝑎5= -àmg - ma = - 2750 (N)

- Chạy đều (về bờn phải): 𝐹𝑎6 = -àmg = - 250 (N)

- Giảm tốc(về bờn phải): 𝐹𝑎7= -àmg + ma = 2250 (N)

- Gia công (về bên phải): 𝐹𝑎8 = −𝐹𝑚 − 𝜇(𝑚𝑔 + 𝐹𝑚𝑧) = -6700 (N) - Lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vít me :

Lực dọc trục (N) Tốc độ vòng (v/ph) Thời gian (%)

- Tốc độ quay trục bàn máy lớn nhất : 𝑛1 = V1max = 1600 (v/ph)

- Tốc độ quay trục bàn máy khi gia công : 𝑛2 𝑙 = 800 (v/ ph) - Lực dọc trung bình :

- Fkhông tải , Fcó tải : Lực dọc trục khi không gia công và gia công

- n 1 , n 2 : Tốc độ quay lớn nhất của trục khi không gia công và gia công

- t 1 , t 2 : Thời gian máy hoạt động ở chế độ không tải và có tải - Tốc độ quay trung bình :

2.2.1.4 Tính toán tải trọng (C 0 , C a ) a Tải trọng tĩnh :

- 𝑓𝑠: hệ số bền tĩnh, với máy công cụ 𝑓𝑠 = 1,5 – 3 (chọn 𝑓𝑠 = 2)

- 𝐹𝑚𝑎𝑥: Lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vitme b Tải trọng động :

Với l = 10mm ; V1 = 16 (m/ph) ; V2 = 8 (m/ph) Chọn 𝑓𝑤=1,2

Vận tốc quay danh nghĩa : 𝑁𝑚 = 𝑛𝑡𝑏 = 𝑛 1 𝑡 𝑡 1 1 +

- dr : đường kính chân ren trục vitme

- Fmx : lực dọc trục trung bình tác dụng lên vít me trong quá trình làm việc

- Lt: Tuổi thọ yêu cầu của vit me ( giờ )

- Vận tốc quay danh nghĩa : 𝑁𝑚 = 𝑛𝑡𝑏 = 𝑛 1 𝑡 𝑡 1 1+ +

2 2 𝑡 2 = 1040 (𝑣ò𝑛𝑔|𝑝ℎ) - Tải trọng động 𝑓𝑤: Hệ số tải trọng, được cho theo bảng 2.2

Hình 2.2 Bảng phân loại hệ số tải trọng động

- Với lmm , V1 (m/ph) , V2=8 (m/ph) => Chọn 𝑓𝑤=1,2

Vậy phải chọn vít me thỏa mãn : 𝐶0≥ 1340 (kgf) và 𝐶𝑎 ≥ 7042,3 (kgf)

2.2.1.5 Chọn bán kính trục vít : n

- Lựa chọn khoảng cách giữa 2 ổ đỡ X :

L = tổng chiều dài di chuyển max + chiều dài đai ốc, ổ bi /2 + chiều dài vùng thoát = 550 + 200 + 200 = 950 mm

- Tốc độ quay : Chọn tốc độ quay cho động cơ khoảng 80% so với tốc độ quay giới hạn , nên ta có :

 𝑑𝑟 × 10 −7 = 9,6 (𝑚𝑚) (bán kính lõi ren trục vít)

Do đó, lấy đường kính trục vit nằm trong khoảng 16mm đến 50mm

Khi độ cứng là yếu tố quan trọng nhất, độ hao phí chuyển động có thể không cần chú trọng nhiều Do đó, các thông số kỹ thuật sẽ được lựa chọn theo tiêu chí này.

- Ổ bi loại lưu chuyển bi bên ngoài

- Số bi : Bx2 hoặc Bx3

Giá trị Ca tương ứng với số bi được cho trong bảng sau:

Hình 2.3 Bảng giá trị Ca (kgf) tương ứng với các kiểu bi

Với l và 𝐶𝑎 ≥ 7042,3 (kgf) Chọn số bi : Bx3

2.2.1.7.Chọn Series a.Xem xét độ cứng

Theo điều kiện ban đầu : Độ lệch chuyển động ： 0,02 mm (không tải)

Tổng dịch chuyển của các bộ phận trong hệ thống cấp liệu, bao gồm trục vít, bi và giá đỡ ổ trục, được giả định là 0,016 mm Theo đó, chuyển vị đàn hồi đơn phương của hệ thống cấp liệu có thể được tham khảo trong catalog của hãng PMI.

Từ độ cứng yêu cầu và các yếu tố bên trên, ta chọn được một số series phù hợp như sau:

Hình 2.4 Các mẫu vit me kiểu FDWC của hãng PMI

Kết hợp với các yếu tố kinh tế….v…, ta chọn series sau :

L = tổng chiều dài dịch chuyển + chiều dài ổ bi + chiều dài vùng thoát

Hình 2.5 Một số mẫu vit me ứng với các đường kính khác nhau

- Với thông số : Đường kính trục: 50 mm

- Đường kính chân ren: dr = 42,05 mm

- Tốc độ quay cho phép :

 Do tốc độ lớn hơn so với tốc độ quay lớn nhất được thiết kế nên lựa chọn trên là thỏa mãn

2.2.1.10 Chọn độ chính xác dài Độ chính xác vị trí yêu cầu :  0,030/1000mm, chọn cấp chính xác C4

→ độ lệch và độ biến dạng tích lũy

2.2.1.11 Độ dịch do thay đổi nhiệt độ: (mức hiệu chỉnh 3℃) )

2.2.1.12 Tải trọng tới hạn của trục vít

Vậy vít me đảm bảo an toàn

Do tải trọng dọc trục lớn, trên gối đỡ cố định của trục vít lắp 2 ổ bi chặn 1 dãy đối nhau (lưng đối lưng) để hạn chế di chuyển dọc trục về cả 2 phía Trong khi đó, gối đỡ còn lại sử dụng ổ tùy động là ổ bi 1 dãy, có khả năng chịu tải trọng hướng kính và hướng trục, đồng thời cho phép trục dịch động khi nở nhiệt.

Hình 2.5 Ổ bi đỡ Hình 2.6 Ổ bi đỡ - chặn 1 dãy

Hình 2.7.Ổ bi đỡ - chặn lắp cặp kiểu lưng đối lưng

+ Tải trọng tác động lên vít me: m = Mx + M = 200 + 300 = 500 (kg)

+ Lực dọc trung bình : Fmx = N

+ Tải trọng hướng tâm tác dụng lên các gối đỡ ( Giả sử trọng tâm điểm đặt lực trục vít me đặt ở trung điểm khoảng cách giữa 2 gối đỡ) : F r1 =F r2 = 𝑚.𝑔 = 500,10 = 2500 (N)

Chọn sơ bộ ổ lăn : Dựa vào cấu trúc , đường kính trục vitme và tốc độ quay của động cơ

( d ổ bi =d ngõng tr ụ c vit me )

Hình 2.8 Cấu trúc trục vít me đường kính 50 mm

Chọn sơ bộ thông số của ổ lăn theo hãng SKF (www.skf.com ) như sau :

- Chọn ổ bi đỡ chặn mã 6408 có thông số: d = 40 mm, D = 110 mm,B = 27 mm,

Hình 2.9 Thông số kỹ thuật của ô bi có mã 6408 - Chọn ổ bi đỡ có mã 7408 BCBM có thông số: d = 40 mm, D = 110 mm, B ' mm, C 70,2 kN, C0 = 45 kN

Hình 2.10 Thông số kỹ thuật của ô bi có mã 7408 BCBM

Công thức tính toán cho ổ bi đỡ , ổ bi đỡ-chặn :

- Tính toán khả năng tải động : C = Q L 1/m

- m = 3 đối với ổ bi và m/3 với ổ đũa

- L: tuổi thọ của ổ lăn được tính theo công thức:

- Với : Lh – tuổi thọ yêu cầu đối với ổ (tính bằng số giờ làm việc), n – tốc độ quay của vòng ổ (vg/ph)

• Q: tải trọng động của ổ lăn :

• Q0: tải trọng tĩnh của ổ lăn được tính :

- Fr :lực hướng tâm tác dụng vào ổ = tổng véc-tơ các phản lực hướng tâm tại gối đỡ

- Fa : lực dọc trục tác dụng vào ổ

- V: hệ số ảnh hưởng của vòng nào quay (V=1 : vòng trong; V=1,2 :vòng ngoài)

- X,Y : hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục

Hệ số Kđ = 1,1 cho thấy khả năng chịu va đập nhẹ và tải ngắn hạn lên đến 125% so với tải trọng tính toán Điều này đặc biệt phù hợp cho các thiết bị như máy cắt kim loại và động cơ có công suất nhỏ và trung bình, phản ánh sự ảnh hưởng của đặc tính tải trọng trong thiết kế và sử dụng.

- Kt = 1 (nhiệt độ X 0 F r =0,6.2500+0,5.0 = 1500 N )

+ Khả năng tải tĩnh : C𝑄 = 2500 × 960 = 24,7 kN < 𝐶0 = 36,5 kN

+ Đảm bảo điều kiện 11.18 trong tài liệu 1 :

Hình 2.15 Điều kiện (11.18) về tải trọng tĩnh để chọn kích thước ổ lăn -trích trong tài liệu 1

 Vậy lựa chọn ổ bi 6408 phù hợp với khả năng tải của gối tùy động

Tính toán cho ổ đỡ chặn mã 7408 BCBM :

- Áp dụng công thức 11.15a - Tài liệu 1 , ta có :

+ Lực dọc trục tác dụng lên các ổ bi đỡ chặn B , C :

Hình 2.16 Bảng trị số tải trọng X ,Y và hệ số thực nghiệm e - tài liệu 1

- Từ bảng , ta chọn : X=0,35 ; Y=0,57 - Áp dụng công thức 11.15 , ta có :

Hình 2.17 Bảng hệ số tải trọng X 0 ,Y 0 cho ổ đỡ -chặn

- Khả năng tải tĩnh : C0 = 3037,7 × 960 1/3 = 29,9 kN < 45 kN Vậy lựa chọn ổ bi

7408 BCBM phù hợp với khả năng tải

Để đáp ứng yêu cầu của cấu trúc và tham khảo tài liệu về gối đỡ, chúng tôi đã chọn bộ gối đỡ BK-BF 40 (bao gồm một gối cố định và một gối tự điều chỉnh) theo tiêu chuẩn của hãng SKF Loại gối đỡ này thường được sử dụng để hỗ trợ hai đầu trục xoắn dẫn động vitme trên máy CNC.

Hình 2.18 Sơ đồ cấu tạo gối đỡ BK-BF

Hình 2.19 Bảng thông số một số sản phẩm gối đỡ BK-BF

Hình 2.20 Gối đỡ BK tích hợp gá động cơ

Gối BK là gối chính, chịu trách nhiệm đỡ và chặn lực từ vít me, trong khi gối BF đóng vai trò là gối đỡ Khoảng cách giữa gối BK và gối BF có thể được điều chỉnh dễ dàng thông qua việc điều chỉnh vòng bi ở đầu gối BF.

Cơ sở lựa chọn bộ gối đỡ dựa trên đường kính trục vít me và tải trọng động (tĩnh), với đường kính trục là @ mm Theo hình 2.19, bộ gối đỡ BK-BF 40 được chọn là phù hợp.

Trong số nhiều loại khớp nối có sẵn, chúng tôi đã lựa chọn khớp nối trục bù chữ thập đệm Techtôlit dựa trên tài liệu tham khảo và thực nghiệm từ các nhà sản xuất.

- Theo tài liệu Thiết kế dẫn động cơ khí -Tập 2 , thầy Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ( tài liệu 2) , ta có :

Hình 2.22 Thông tin về nối trục chữ thập –trích trong tài liệu 2

Hình 2.23 Hình ảnh khớp nối trục động cơ GWE 5103

Có thể lựa chọn thông số cho khớp nối trục chữ thập dựa trên đường kính trục vitme và giá trị mô men khởi động của động cơ, cụ thể là động cơ AM-1400C.

- Trên cơ sở đó ta lựa chọn thông số cho khớp nối như sau :

Hình 2.24 Bảng thông số kích thước nối trục chữ thập đệm techtolit – tài liệu 2

Tính toán chi tiết cho bàn máy Y

vít me cho bàn máy Y :

- Trọng lượng phôi : P 2 = P + Gx - Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia

- Trọng lượng bàn máy Y : Gy = 140kG - Vận tốc di chuyển lớn nhất khi gia công

- Lực cắt theo phương Y : Py = 600kG : V2max = 8 m / min

- Lực cắt theo phương Z : Pz = 900kG

- Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống - Chiều dài làm việc max: a = 0,5g ( m/s 2 ) = 5 ( m/s 2 )

Lymax = 400mm - Hệ số ma sát trượt bề mặt :  =0.05

- Tuổi thọ tính theo tổng quãng đường: - Độ chính xác vị trí(không tải) :

- Tốc độ lớn nhất của động cơ dẫn động vít - Độ chính xác lặp:  0.005 mm me : Nmax 2000rpm

- Độ lệch chuyển động : 0.02mm

2.3.1.2 Chọn kiểu lắp trục vít a Chọn kiểu lắp: 1 đầu lắp chặt -1 đầu tùy chỉnh : fixed- supported

Hệ số phụ thuộc phương pháp lắp đặt : f = 15,1 ( = 3,927) Trường hợp hệ bàn máy – vít me nằm theo phương ngang (Hình 2.1) b Bước vít me:

-Chọn tốc độ quay lớn nhất của động cơ khi làm việc: Nmax = 2000 (vòng/phút) - Bước vitme l được xác định theo công thức:

- Chọn bước vít me phải hơn 8 mm Chọn sơ bộ bước vitme : l = 10 (mm) c.Lực chống trượt :

Lực chống trượt : 𝑓𝑎 = 𝜇 (Gy+ P2) = 0,05×640 = 32 kG = 320 N

- Tính lực dọc trục : Chọn g (m/s 2 )

- Lực cắt chính của máy theo phương X : Fm=Py`00 (N)

- Lực cắt của máy theo phương Z : Fmz=Pz00(N)

- Tăng tốc (về bờn trỏi) : 𝐹𝑎1= àmg + ma = 0,05ì640ì10+640ì5 = 3520 (N)

- Chạy đều (về bờn trỏi): 𝐹𝑎2 = 𝑓𝑎 = àmg = 0.05ì640ì10 20 (N)

- Giảm tốc(về bờn trỏi): 𝐹𝑎3= àmg – ma =0.05ì640ì10- 640ì5 = -2880 (N)

- Gia công (về bên trái): 𝐹𝑎4 = 𝐹𝑚 + 𝜇(𝑚𝑔 + 𝐹𝑚𝑧)

- Tăng tốc (về bờn phải) : 𝐹𝑎5= -àmg - ma = - 3520 (N)

- Chạy đều (về bờn phải): 𝐹𝑎6 = -àmg = -320 (N)

- Giảm tốc(về bờn phải): 𝐹𝑎7= -àmg + ma = 2880 (N)

- Gia công (về bên phải): 𝐹𝑎8 = −𝐹𝑚 − 𝜇(𝑚𝑔 + 𝐹𝑚𝑧) = -6770 (N) - Lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vít me :

Lực dọc trục (N) Tốc độ vòng (v/ph) Thời gian (%)

- Tốc độ quay trục bàn máy lớn nhất : 𝑛1 = V1max 16000 = 1600 (v/ph)

- Tốc độ quay trục bàn máy khi gia công : 𝑛2 𝑙 10 = 800 (v/ph)

- Fkhông tải , Fcó tải : Lực dọc trục khi không gia công và gia công

Tốc độ quay lớn nhất của trục trong quá trình không gia công và gia công được xác định bởi n1 và n2 Thời gian máy hoạt động ở chế độ không tải và có tải lần lượt là t1 và t2 Từ đó, có thể tính toán tốc độ quay trung bình của máy.

2.3.1.4 Tính toán tải trọng (C 0 , C a ) - Tải trọng tĩnh :

- Với lmm ; V1 (m/ph) ; V2=8 (m/ph) Chọn 𝑓𝑤=1,2 (Hình 2.2)

- Vận tốc quay danh nghĩa : 𝑁𝑚 = 𝑛𝑡𝑏 = 𝑛 1 𝑡 𝑡 1 1+ +

Chọn bán kính trục vít : n

- Lựa chọn khoảng cách giữa 2 ổ đỡ X :

L = tổng chiều dài di chuyển max + chiều dài đai ốc, ổ bi /2 + chiều dài vùng thoát 400+200+2000 mm

- Tốc độ quay : Chọn tốc độ quay cho động cơ khoảng 80% so với tốc độ quay giới hạn , nên ta có :

 𝑑𝑟 × 10 −7 = 6,8 (𝑚𝑚) (bán kính lõi ren trục vít)

Do đó, lấy đường kính trục vit nằm trong khoảng 16mm đến 50mm

Khi độ cứng là yếu tố quan trọng nhất, độ hao phí chuyển động có thể không cần được chú trọng nhiều Do đó, các thông số kỹ thuật sẽ được lựa chọn dựa trên tiêu chí này.

- Ổ bi loại lưu chuyển bi bên ngoài

- Số bi : Bx2 hoặc Bx3

Với l và 𝐶𝑎 ≥ 7116,1 (kgf) (Hình 2.3) Chọn số bi : Bx3

2.3.1.7.Chọn Series a Xem xét độ cứng

Theo điều kiện ban đầu : Độ lệch chuyển động ： 0,02 mm (không tải)

Tổng dịch chuyển của các bộ phận trong hệ thống cấp liệu, bao gồm trục vít, bi và giá đỡ ổ trục, được giả định là 0,016 mm Điều này dẫn đến chuyển vị đàn hồi đơn phương của hệ thống cấp liệu, như đã được nêu trong catalog của hãng PMI.

Dựa trên độ cứng yêu cầu và các yếu tố đã đề cập, chúng tôi đã xác định một số series phù hợp (Hình 2.4) Kết hợp với các yếu tố kinh tế, chúng tôi đã lựa chọn series sau:

L = tổng chiều dài dịch chuyển + chiều dài ổ bi + chiều dài vùng thoát = 400

- Với thông số : Đường kính trục: 50 mm

- Đường kính chân ren: dr = 42,05 mm

- Tốc độ quay cho phép :

 Do tốc độ lớn hơn so với tốc độ quay lớn nhất được thiết kế nên lựa chọn trên là thỏa mãn

2.3.1.10 Chọn độ chính xác dài Độ chính xác vị trí yêu cầu :  0,030/1000mm, chọn cấp chính xác C4

→ độ lệch và độ biến dạng tích lũy

2.3.1.11 Độ dịch do thay đổi nhiệt độ: (mức hiệu chỉnh 3℃) )

2.3.1.12 Tải trọng tới hạn của trục vít

Vậy vít me đảm bảo an toàn

- Tải trọng tác động lên vít me : m = My + M2 = 500 + 140 = 640 (kg)

- Lực dọc trung bình : Fmy = 5507,9 N

- Tải trọng hướng tâm tác dụng lên các gối đỡ ( Giả sử trọng tâm điểm đặt lực trục vít me đặt ở trung điểm khoảng cách giữa 2 gối đỡ) :

- Chọn sơ bộ ổ lăn : Dựa vào cấu trúc , đường kính trục vitme và tốc độ quay của động cơ ( dổ bi=d ngõng tr ụ c vit me ).( Hình 2.8 )

Chọn ổ bi đỡ chặn mã 6408 từ hãng SKF với thông số kỹ thuật như sau: đường kính trong (d) là 40 mm, đường kính ngoài (D) là 110 mm, chiều rộng (B) là 27 mm, tải trọng tác dụng (Cc) là 7 kN và tải trọng tĩnh (C0) là 36,5 kN.

- Chọn ổ bi đỡ có mã 7408 BCBM có thông số: d = 40 mm, D = 110 mm, B

' mm, C = 70,2 kN, C0 = 45 kN ( Hình 2.10) Tính toán cho ổ bi đỡ mã 6408 :

- Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ đỡ A :

- Áp dụng công thức 11.6 ( Hình 2.12) , ta có :

Q = V FrA Kd Kt = 1.3200.1,1.1 = 3520 (N) - Khả năng tải động:

- Kiểm tra : C< Cr= 63,7 kN Đảm bảo điều kiện 11.16 trong tài liệu ( Hình 2.13 )

- Tính tải trọng tĩnh : Từ hình 2.14 :

 Chọn X0=0,6 ; Y0=0,5 Tải trọng tĩnh : Q0 = 𝐹𝑟 = 3200 N ( Do Fr > X0.Fr=0,6.320020 N ) + Khả năng tải tĩnh : CQ = 3200 × 960 1/3 = 31,7 kN < 𝐶0 = 36,5 kN

+ Đảm bảo điều kiện 11.18 trong tài liệu ( Hình 2.15 )

 Vậy lựa chọn ổ bi 6408 phù hợp với khả năng tải của gối tùy động

Tính toán cho ổ đỡ chặn mã 7408 BCBM :

+ Áp dụng công thức 11.15a ( Hình 2.11) , ta có : - Lực dọc trục tác dụng lên các ổ bi đỡ chặn B , C :

Fa = max (FaB, FaC) = 7331,9 (N) + Kiểm tra :

- Áp dụng công thức 11.15 (Hình 2.11), ta có :

C = 5213,1 × 960 1/3 = 51,4 kN < Cr= 70,2 kN - Tính tải trọng tĩnh : Từ bảng 2.17:

+ Khả năng tải tĩnh : C0 = 3506,3 × 960 1/3 = 34,6 kN < 45 kN  Vậy lựa chọn ổ bi 7408 BCBM phù hợp với khả năng tải

2.3.3 Chọn gối đỡ Do yêu cầu của cơ cấu cùng với sự tham khảo các tài liệu về gối đỡ, ta chọn gối đỡ loại : Bộ gối đỡ BK-BF 40 (1 gối cố định một gối tự điều chỉnh) theo chuẩn của hãng SKF, thường dùng để đỡ hai đầu trục xoắn dẫn động vitme trên máy CNC ( Hình 2.18) Gối BK là gối chính có tác dụng đỡ và chặn chịu lực chủ yếu của vít me sinh ra, gối BF là gối đỡ Có thể điều chỉnh khoảng cách giữa BK-BF bằng cách điều chỉnh vòng bi ở đầu BF

Cơ sở chọn lựa là dựa trên đường kính trục vít me và tải trọng động ( tĩnh ) , với : dngõng trục@ mm

Từ hình 2.19, ta chọn bộ gối đỡ BK-BF 40

Trong số nhiều loại khớp nối có sẵn, chúng tôi đã lựa chọn khớp nối trục bù chữ thập đệm Techtôlit dựa trên tài liệu tham khảo và thực nghiệm từ các hãng sản xuất.

Có thể lựa chọn thông số cho khớp nối trục chữ thập dựa trên đường kính trục vitme và giá trị mô men khởi động của động cơ, cụ thể là động cơ AM-1400C.

- Trên cơ sở đó ta lựa chọn thông số cho khớp nối như sau :

Chương 3 Tính chọn ray dẫn hướng

Nội dung chương này là:

- Tính chọn hệ thống đường hướng cho bàn máy trục X, Y

Trong lĩnh vực thiết kế, có nhiều hãng cung cấp sản phẩm hỗ trợ tính toán Tôi đã chọn hãng PMI cho các tính toán của mình Quy trình tính toán sẽ được thực hiện theo các bước cụ thể để đảm bảo hiệu quả và độ chính xác cao.

Tính toán tải trọng tác dụng

Tính toán tải trọng tương đương

Tính tải trọng trung bình

Tính tuổi thọ trung bình

Loại hoặc kích thước đã thay đổi

Nhịp, số ray thay đổi

Bắt đầu Điều kiện làm việc

Kiểm nghiệm hệ số an toàn

Kiểm tra với tuổi Tính hệ số an toàn tĩnh

Quy trình tính toán ray dẫn hướng

Xác định độ cứng vững

Xác định độ chính xác

Bôi trơn và chống bụi

3.2.1 Chọn ray dẫn hướng trục X có seri MSA 30A

− Quãng đường dịch chuyể n bàn X: 𝑙 𝑠𝑥 U0 (mm)

− Quãng đường bàn máy chuyển động đều: 𝑋 2 = 𝑙 𝑠𝑥- X1 - X3 = 550-7,3.2S5,4 (mm)

− Thời gian bàn máy chuyển động đều:t2= 𝑋 2 = 535,4 =1,98 (s)

− Hệ số tải động: C = 47,9 kN

− Hệ số tải tĩnh : 𝐶 0= 77,0 kN

− Vận tốc không gia công : 𝑣 1 = 16

− Thời gian giai đoạn tăng/giảm tốc:

− Quãng đường khi tăng/giảm tốc: t1 t2 t3 t(s) v(m/s)

Hình 3.1 Bản vẽ tham khảo hệ thống dận động chạy dao máy CNC

− Coi tâm phôi, tâm bàn X trùng nhau

− Giả sử phôi có dạng lập phương với kích thước : 200x200x200 ( mm x mm x mm)

( Chọn kích thước phôi dựa trên khoảng cách lớn nhất từ bàn máy đến tâm đặt lực cắt của máy : Hmax 0 mm)

− Khi tính toán làm việc cho bàn Y thì bàn X và phôi được coi là một khối phôi duy nhất

− Khoảng cách 2 con chạy cùng thanh ray: 𝑙 1= 450 mm

− Khoảng cách 2 con chạy khác thanh ray: 𝑙 2#4 mm

− Khoảng cách từ tâm phôi tới tâm bàn máy:

Chiều cao từ trục vít me đến tâm bàn máy X được xác định là 55 mm, dựa trên việc chọn trục vít me có đường kính 50 mm và khoảng cách từ tâm trục đến mặt bàn máy là 85 mm Do đó, chiều cao bàn máy X theo phương Z là 60 mm Ngoài ra, độ cao từ trục vít me đến tâm phôi M là 85 mm.

3.2.2 Chọn ray dẫn hướng trục Y có seri MSA 35A

− Quãng đường dịch chuyển bàn Y: 𝑙𝑠𝑦 = 400 mm

− Quãng đường bàn máy chuyển động đều: 𝑋 2 = 𝑙𝑠𝑦 - X1 - X3 = 400 - 2x7,3 = 385,4

− Thời gian bàn máy chuyển động đều: t2 = 𝑋 2 = 385,4 = 1,43 (s)

− Coi tâm phôi, tâm bàn X trùng nhau, coi bàn X ở vị trí xa nhất so với tâm của bàn Y

− Khoảng cách 2 con chạy cùng thanh ray: l 1= 235 mm

− Khoảng cách 2 con chạy khác thanh ray: l 2= 332 mm

− Hệ số tải động : C = 52 kN

− Hệ số tải tĩnh : 𝐶0u,5 kN v1

− Khối lượng phôi : m 1 = M+Mx P0 kg

− Vận tốc không gia công 𝑣1 = 16

− Thời gian giai đoạn tăng/giảm tốc: t1 t2 t3

− Quãng đường khi tăng/giảm tốc: v(m/s) t(s)

Độ cao từ trục vít me đến tâm bàn máy Y được xác định là l5 < + 25 = 94,5 mm Sau khi trừ đi chiều cao gối đỡ theo phương Z, ta chọn l5 = 80 mm Trục vít me có đường kính D = 50 mm, và khoảng cách từ tâm ray dẫn Y đến mặt bàn máy X theo bản vẽ là 274 mm.

Độ cao từ trục vít me đến tâm phôi được tính là M+Mx = 247,5 mm, cộng thêm chiều cao gối đỡ theo phương Z với giá trị xác định là l6 &0 mm Tiếp theo, cần tính toán các lực riêng rẽ với đơn vị là Newton (N).

* Các kết quả dưới đây được tính toán với hệ số g = 10 m/s2 a) Chuyển động đều, lực hướng kính P n (N)

1250 -470,8 b)Chuyển động tăng tốc sang trái, lực 𝑃𝑛𝑙𝑎1 (N)

𝑃𝑡4𝑙𝑎1 = − 1 2𝑎𝑙 11 𝑙 4 = 0 -1462,8 c) Chuyển động giảm tốc sang trái 𝑃𝑛𝑙𝑎3 (N)

𝑃𝑡4𝑙𝑎3 = 1 2𝑎𝑙 13 𝑙 4 = 0 1462,8 d)Chuyển động tăng tốc sang phải 𝑃𝑛𝑟𝑎1 (N)

𝑃𝑡4𝑟𝑎1 = 1 2𝑎𝑙 11 𝑙 4 = 0 1462,8 e) Chuyển động giảm tốc sang phải 𝑃𝑛𝑟𝑎3 (N)

𝑃𝑡 4 𝑟𝑎 3 = − 1 2𝑎𝑙 13 𝑙 4 = 0 -1462,8 2.1.3 Tính toán tải tương đương (N) a) Khi chuyển động đều

2.1.4 Tính toán an toàn hệ số tĩnh (N)

Các giá trị tham khảo của fs cho các máy công nghiệp thông thường và máy công cụ cho trong bảng bên dưới:

Hình 3.2 Bảng giá trị f s cho các loại máy công nghiệp và máy công cụ

Dựa vào bảng trên, giá trị 𝑓𝑆 lớn hơn giá trị tối thiểu của máy công cụ (2,5-7) cho thấy ray được chọn đáp ứng đầy đủ yêu cầu về tải tĩnh, khả năng chịu va đập và rung động.

2.1.5 Tính toán tải trung bình (N)

2.1.6 Tính toán tuổi thọ (km) ( Chọn hệ số tải trọng : 𝑓𝑤=1,2 )

Tính toán tuổi bền yêu cầu theo thời gian :

- Với LminX = 1616902 km , ta có : Lhx = 1616902.1000 = 1531157 h > 20000h

- Với LminY = 75532 km , ta có : Lhy = 75532.1000 = 98348 h > 20000 h

Vậy 2 model ray đã chọn thỏa mãn tuổi thọ làm việc theo yêu cầu

Chương 4 Tính chọn động cơ

Quy trình tính toán chọn động cơ

4.2 Chọn động cơ cho bàn máy X

- Chọn động cơ servo để điều khiển quỹ đạo chuyển động theo trục Ox - Các dữ liệu cho việc tính chọn động cơ :

+ Chọn vít me có bước l = h = 10 mm

+ Hệ số ma sát lăn giữa thép và gang ta chọn 𝜇 = 0.05

+ Khối lượng của phần đầu dịch chuyển là m X P0 kg

+ Tỉ số truyền giảm tốc i = 1 (Do chọn phương án động cơ nối trực tiếp với vitme không qua bộ truyền giảm tốc) + Hiệu suất của máy chọn = 0,9

Động cơ có tốc độ quay lớn nhất đạt 2000 vg/ph Trong trường hợp cần khởi động với tốc độ thấp hơn tốc độ tối đa Nmax, có thể lắp thêm bộ truyền giảm tốc để tăng mô men Thời gian cần thiết để động cơ đạt tốc độ lớn nhất là 0.9 giây.

D là đường kính trục vít, là chiều dài nối trục

GD 2 L = GD 2 S + GD 2 W + GD 2 J = 190,1 + 12,7 + 60 = 262,8 kgf cm 2

2π Trong đó : k=0,3; Fa0 = Fmax/3= 670/3 = 223,3 kgf

- Do đó momen phát động cần thiết là :

TL = TP + TC = 10,7 + 118,5 = 129,2 kgf cm

- Momen do lực ma sát :

- Momen trọng lực quy đổi (𝑇𝑊𝑍) :

+ Tính momen chống trọng lực của kết cấu :

Vì cơ cấu nằm ngang nên = 0 hay TWZ=0 + Tính vận tốc dài :

Với đường kính trục vít được chọn là 50 mm, ta có : π × D × Nmax π × 50 × 2000 m vmax = == 5,24 ( )

+ Tính momen gia công : h × Fmx 0.01 × 6000

Tstat = Tfric + Twz + Tmach = 1,24 + 0 + 2,02 = 3,26 Nm

+ Tính tốc độ quay của motor : vmax × i 5,24 × 1 nnoml = = = 524 vòng/ph h

• Momen khối lượng của roto: JM ≥ JL/3

• Momen ước lượng : TM > TL9,2 (kgf.cm)

Dựa vào mô men tĩnh và tốc độ của động cơ, chúng ta lựa chọn động cơ AM 1400C từ hãng ANILAM, có mô men khởi động đạt 11 N.m và tốc độ tối đa lên tới 2000rpm Thông tin chi tiết có thể tham khảo tại website www.anilam.com.

Bảng 4.1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ AM 1400C

Highest rotation speeds : Nmax= 2000 (rpm)

Rotor inertia : J = GD 2 M C (kgf.cm 2 )

Hình 4.2 Động cơ Servo ALIAM AM 1400C

- Chọn Inventer SA 301A của hãng SKF có :

4.2.2 Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt được vận tốc cực đại

- Thời gian cần thiết để đạt được vận tốc cực đại : ( vận tốc cực đại đạt được chọn bằng 80% tốc độ giới hạn của động cơ : N = 80%.Nmax00 rpm)

- f : hệ số an toàn (chọn theo kiểu lắp ổ) , chọn f = 1,4 4.2.3 Tính toán ứng suất tác dụng lên trục vít : σ = F F max 6700 × 4 N 6 (N/m 2 )

A = πdr2/4 = π × 42,052 4,82 (m2) = 4,82 × 10 dr = 42,05 (mm) : bán kính lõi ren của trục vit me

Tmax = TL = 129,2 kgf cm = 12920 Nmm

Bán kính trục vít me : r N m

Vật liệu làm trục có thành phần là 50CrMo4 QT có

▪ Độ bền đàn hồi là : 550x10 6 N/m 2 >𝜎𝑚𝑎𝑥

- Số liệu về độ bền kéo, độ bền đàn hồi lấy theo cuốn " Handbook of Comparative

World Steel Standards" như hình dưới :

Bảng 4.3 Bảng số liệu về độ bến kéo , đàn hồi của 50CrMo4

4.3 Chọn động cơ cho bàn máy Y

Tính toán lựa chọn ray dẫn hướng

Tính toán chi tiết

3.2.1 Chọn ray dẫn hướng trục X có seri MSA 30A

− Quãng đường dịch chuyể n bàn X: 𝑙 𝑠𝑥 U0 (mm)

− Quãng đường bàn máy chuyển động đều: 𝑋 2 = 𝑙 𝑠𝑥- X1 - X3 = 550-7,3.2S5,4 (mm)

− Thời gian bàn máy chuyển động đều:t2= 𝑋 2 = 535,4 =1,98 (s)

− Hệ số tải động: C = 47,9 kN

− Hệ số tải tĩnh : 𝐶 0= 77,0 kN

− Vận tốc không gia công : 𝑣 1 = 16

− Thời gian giai đoạn tăng/giảm tốc:

− Quãng đường khi tăng/giảm tốc: t1 t2 t3 t(s) v(m/s)

Hình 3.1 Bản vẽ tham khảo hệ thống dận động chạy dao máy CNC

− Coi tâm phôi, tâm bàn X trùng nhau

− Giả sử phôi có dạng lập phương với kích thước : 200x200x200 ( mm x mm x mm)

( Chọn kích thước phôi dựa trên khoảng cách lớn nhất từ bàn máy đến tâm đặt lực cắt của máy : Hmax 0 mm)

− Khi tính toán làm việc cho bàn Y thì bàn X và phôi được coi là một khối phôi duy nhất

− Khoảng cách 2 con chạy cùng thanh ray: 𝑙 1= 450 mm

− Khoảng cách 2 con chạy khác thanh ray: 𝑙 2#4 mm

Độ cao từ trục vít me tới tâm bàn máy X được tính là 55 mm, dựa trên việc chọn trục vít me có đường kính 50 mm và khoảng cách từ tâm trục vít me đến mặt bàn máy là 85 mm Do đó, chiều cao bàn máy X theo phương Z là 60 mm Ngoài ra, độ cao từ trục vít me tới tâm phôi M được xác định là 25 mm cộng với 60 mm.

3.2.2 Chọn ray dẫn hướng trục Y có seri MSA 35A

− Quãng đường dịch chuyển bàn Y: 𝑙𝑠𝑦 = 400 mm

− Quãng đường bàn máy chuyển động đều: 𝑋 2 = 𝑙𝑠𝑦 - X1 - X3 = 400 - 2x7,3 = 385,4

− Thời gian bàn máy chuyển động đều: t2 = 𝑋 2 = 385,4 = 1,43 (s)

− Coi tâm phôi, tâm bàn X trùng nhau, coi bàn X ở vị trí xa nhất so với tâm của bàn Y

− Khoảng cách 2 con chạy cùng thanh ray: l 1= 235 mm

− Khoảng cách 2 con chạy khác thanh ray: l 2= 332 mm

− Hệ số tải động : C = 52 kN

− Hệ số tải tĩnh : 𝐶0u,5 kN v1

− Khối lượng phôi : m 1 = M+Mx P0 kg

− Vận tốc không gia công 𝑣1 = 16

− Thời gian giai đoạn tăng/giảm tốc: t1 t2 t3

− Quãng đường khi tăng/giảm tốc: v(m/s) t(s)

Độ cao từ trục vít me đến tâm bàn máy Y được tính là l5 < + 25 = 94,5 mm Sau khi trừ chiều cao gối đỡ theo phương Z, chúng ta chọn l5 = 80 mm Trục vít me được chọn có đường kính D = 50 mm, và khoảng cách từ tâm ray dẫn Y đến mặt bàn máy X theo bản vẽ là 274 mm.

Độ cao từ trục vít me đến tâm phôi được xác định là 247,5 mm, cộng với chiều cao gối đỡ theo phương Z là l6 &0 mm Tiếp theo, tiến hành tính toán các lực riêng rẽ với đơn vị tính là Newton (N).

* Các kết quả dưới đây được tính toán với hệ số g = 10 m/s2 a) Chuyển động đều, lực hướng kính P n (N)

1250 -470,8 b)Chuyển động tăng tốc sang trái, lực 𝑃𝑛𝑙𝑎1 (N)

𝑃𝑡4𝑙𝑎1 = − 1 2𝑎𝑙 11 𝑙 4 = 0 -1462,8 c) Chuyển động giảm tốc sang trái 𝑃𝑛𝑙𝑎3 (N)

𝑃𝑡4𝑙𝑎3 = 1 2𝑎𝑙 13 𝑙 4 = 0 1462,8 d)Chuyển động tăng tốc sang phải 𝑃𝑛𝑟𝑎1 (N)

𝑃𝑡4𝑟𝑎1 = 1 2𝑎𝑙 11 𝑙 4 = 0 1462,8 e) Chuyển động giảm tốc sang phải 𝑃𝑛𝑟𝑎3 (N)

𝑃𝑡 4 𝑟𝑎 3 = − 1 2𝑎𝑙 13 𝑙 4 = 0 -1462,8 2.1.3 Tính toán tải tương đương (N) a) Khi chuyển động đều

2.1.4 Tính toán an toàn hệ số tĩnh (N)

Các giá trị tham khảo của fs cho các máy công nghiệp thông thường và máy công cụ cho trong bảng bên dưới:

Hình 3.2 Bảng giá trị f s cho các loại máy công nghiệp và máy công cụ

Dựa vào bảng trên, giá trị 𝑓𝑆 lớn hơn giá trị tối thiểu của máy công cụ (2,5-7) cho thấy rằng ray đã được chọn đáp ứng đầy đủ yêu cầu về tải tĩnh, đồng thời có khả năng chịu đựng va đập và rung động.

2.1.5 Tính toán tải trung bình (N)

2.1.6 Tính toán tuổi thọ (km) ( Chọn hệ số tải trọng : 𝑓𝑤=1,2 )

Tính toán tuổi bền yêu cầu theo thời gian :

- Với LminX = 1616902 km , ta có : Lhx = 1616902.1000 = 1531157 h > 20000h

- Với LminY = 75532 km , ta có : Lhy = 75532.1000 = 98348 h > 20000 h

Vậy 2 model ray đã chọn thỏa mãn tuổi thọ làm việc theo yêu cầu.

Tính chọn động cơ

Tính chọn động cơ bàn X

Quy trình tính toán chọn động cơ

4.2 Chọn động cơ cho bàn máy X

Động cơ có tốc độ quay lớn nhất đạt 2000 vg/ph Trong trường hợp cần khởi động với tốc độ thấp hơn tốc độ Nmax, có thể lắp thêm bộ truyền giảm tốc để tăng mô men Thời gian cần thiết để động cơ đạt tốc độ tối đa là 0.9 giây.

2π Trong đó : k=0,3; Fa0 = Fmax/3= 670/3 = 223,3 kgf

TL = TP + TC = 10,7 + 118,5 = 129,2 kgf cm

- Momen trọng lực quy đổi (𝑇𝑊𝑍) :

+ Tính momen chống trọng lực của kết cấu :

+ Tính momen gia công : h × Fmx 0.01 × 6000

+ Tính tốc độ quay của motor : vmax × i 5,24 × 1 nnoml = = = 524 vòng/ph h

Dựa vào mô men tĩnh và tốc độ của động cơ, chúng ta chọn động cơ AM 1400C của hãng ANILAM, với mô men khởi động đạt 11 N.m và tốc độ quay tối đa 2000rpm.

Bảng 4.1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ AM 1400C

Hình 4.2 Động cơ Servo ALIAM AM 1400C

- f : hệ số an toàn (chọn theo kiểu lắp ổ) , chọn f = 1,4 4.2.3 Tính toán ứng suất tác dụng lên trục vít : σ = F F max 6700 × 4 N 6 (N/m 2 )

A = πdr2/4 = π × 42,052 4,82 (m2) = 4,82 × 10 dr = 42,05 (mm) : bán kính lõi ren của trục vit me

Tmax = TL = 129,2 kgf cm = 12920 Nmm

Tính chọn động cơ bàn Y

Bán kính trục vít me : r N m

Vật liệu làm trục có thành phần là 50CrMo4 QT có

- Số liệu về độ bền kéo, độ bền đàn hồi lấy theo cuốn " Handbook of Comparative

World Steel Standards" như hình dưới :

Bảng 4.3 Bảng số liệu về độ bến kéo , đàn hồi của 50CrMo4

4.3 Chọn động cơ cho bàn máy Y

Động cơ có tốc độ quay tối đa đạt 2000 vg/ph Trong trường hợp cần khởi động máy với tốc độ thấp hơn tốc độ quay Nmax, có thể lắp thêm bộ truyền giảm tốc để tăng cường mô men.

+ Thời gian để đạt tốc độ lớn nhất : t = 0.9s

Trong đó : k=0,3; Fa0 = Fmax/3= 677/3 = 225,7 kgf

TL = TP + TC = 10,8 + 119,7 = 130,5 kgf cm

- Momen trọng lực quy đổi (TWZ) :

- Tính momen chống trọng lực của kết cấu :

- Momen cắt quay đổi : + Tính momen gia công : h × Fmy 0.01 × 6000

+ Tính tốc độ quay của motor : vmax × i 5,24 × 1 nnoml = = = 524 vong/ph h

Dựa vào mô men tĩnh và tốc độ của động cơ, chúng ta lựa chọn động cơ AM 1400C từ hãng ANILAM, có mô men khởi động đạt 11 N.m và tốc độ quay tối đa lên đến 2000rpm.

- f : hệ số an toàn (chọn theo kiểu lắp ổ) , chọn f = 1,4 4.3.3 Tính toán ứng suất tác dụng lên trục vít : σ = AF = πFdr max 2/4 = π6770× 42×,054 2 = mN ) 4,87 ×

4,87 ( 2 = 10 dr = 42,05 (mm) : bán kính lõi ren của trục vit me

Tmax = TL = 130,5 kgf cm = 13050 Nmm

Bán kính trục vít me : r N m Vật liệu làm trục có thành phần là 50CrMo4 QT có

TỔNG KẾT BẢNG THÔNG SỐ :

1 Ray dẫn hướng trục X MSA 30LA PMI

2 Ray dẫn hướng trục Y MSA 35A PMI

3 Vít me bi trục X 50-10B3-FDWC PMI

4 Vít me bi trục Y 50-10B3-FDWC PMI

5 Ổ bi trục X (gối cố định) 7408 BCBM SKF

6 Ổ bi trục X (gối tùy động) 6408 SKF

7 Ổ bi trục Y(gối cố định) 7408 BCBM SKF

8 Ổ bi trục Y (gối tùy động) 6408 SKF

9 Động cơ trục X AM 1400C ANILAM

10 Động cơ trục Y AM 1400C ANILAM

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Cho Bàn Máy CNC
Người hướng dẫn	Thầy Bùi Tuấn Anh
Trường học	Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Cơ khí
Thể loại	Đồ án
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	4,15 MB