Đồ Án thiết kế hệ thống cơ khí Đề tài thiết kế hệ dẫn hướng cho bàn máy cnc

Thuật ngữ CNC liên quan đến một nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính để điều khiển các chuyển động và thực hiện quá trình gia công kim loại.. Chuyển động của trục chính được điều khiể

ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CNC

Khái niệm về máy điều khiển số

1.1 Điều khiển: Điều khiển là phương pháp hiệu chỉnh dòng năng từ nguồn cho đến cấp cơ cấu chấp hành hoặc qui trình công nghệ nào đó để có thể đạt được một kết quả mong muốn.

1.2.1 Bản chất của điều khiển số

Trong quá trình gia công trên máy công cụ, chi tiết và dụng cụ cắt có sự chuyển động tương đối với nhau Những chuyển động này lặp lại nhiều lần trong quá trình gia công được gọi là chu kỳ gia công.

Mỗi chu kỳ gia công bao gồm hai thành phần quan trọng: kích thước và điều khiển Đây là thông tin thiết yếu không thể thiếu trong bất kỳ hệ thống điều khiển nào.

Kích thước cung cấp thông tin cần thiết để xác định hành trình của chu kỳ, trong khi thông tin về sự điều khiển giúp xác định thứ tự của hành trình theo thời gian.

1.2.2 Phân loại hệ thống điều khiển máy công cụ

Người ta chia hệ thống điều khiển máy công cụ thành hai loại:

 Điều khiển theo kiểu truyền thống (điều khiển không theo số)

1.2.2.1 Điều khiển theo kiểu truyền thống

Hệ thống điều khiển (HTDK) bao gồm các phương pháp như điều khiển bằng cam, điều khiển theo quãng đường, điều khiển theo thời gian và điều khiển theo chu kỳ Tất cả các loại điều khiển này đều có những đặc điểm chung trong việc thực hiện chức năng điều khiển chính.

Việc điều khiển máy chủ yếu phụ thuộc vào sự tham gia của người vận hành, bao gồm các giai đoạn như cấp phôi, gá phôi, hiệu chỉnh dụng cụ và kiểm tra sản phẩm.

 Các thao tác của HTDK thường khó thay đổi (chính xác là không thay đổi được) Do vậy, nó không thích ứng với sự thay đổi sản phẩm.

Nếu không có sự can thiệp của người vận hành, máy sẽ hoạt động liên tục như một thiết bị tự động Việc thay đổi hoặc điều chỉnh các loại máy này là rất phức tạp và thường không thể thực hiện được.

Khuynh hướng phát triển hiện nay là tạo ra các hệ thống điều khiển dễ dàng thích nghi với sự thay đổi sản phẩm Mặc dù các hệ thống điều khiển truyền thống đang được cải thiện nhờ vào cơ khí hóa và tự động hóa trong các nhà máy sản xuất, nhưng chúng vẫn chưa đáp ứng đầy đủ nhu cầu thực tế.

1.2.2.2 Điều khiển số Điều khiển số NC (Numerical Control) là một hình thức tự động hóa đặc biệt Máy công cụ được lập trình để thực hiện một dãy có thứ tự các sự kiện với một tốc độ xác định trước nhằm gia công một chi tiết máy với toàn bộ những kết quả và tham số vật lí hoàn toàn có thể đoán được Điều này được thực hiện nhờ các bộ vi xử lí Nó có thể tiếp nhận và chuyển đổi các dữ liệu gia công thành các tín hiệu điều khiển máy hoạt động và có thể thay đổi chức năng của nó bằng chương trình ngoài, chứ không phải chỉ thực hiện một số chức năng cố định như trước đây.

2 Hệ thống điều khiển số

Hệ thống này cho phép điều khiển các hoạt động thông qua việc nhập dữ liệu số trực tiếp tại một điểm cụ thể Đồng thời, hệ thống cần tự động xử lý và chuyển đổi ít nhất một phần dữ liệu đã nhập.

Dữ liệu số là thông tin được truyền tải qua tín hiệu mã nhị phân, thể hiện dưới dạng mã số hoặc ký tự Loại thông tin này rất quan trọng trong việc phát triển một chương trình, được gọi là chương trình gia công chi tiết.

Có 2 loại HTDK: hệ thống hở và hệ thống kín. a Hệ thống hở

- Các hệ thống điều khiển được vận hành theo nhịp thời gian của một đồng hồ và độc lập với biến ra.

Không có cảm biến đi kèm với bộ so sánh, vì vậy để đảm bảo độ chính xác cho biến ra của cơ cấu chấp hành, hệ truyền động cần phải đáp ứng yêu cầu cao về độ chính xác.

- Cấu trúc đơn giản và giá thành thấp. b Hệ thống kín

- Độ chính xác của biến ra ít phụ thuộc vào hệ truyền động mà phụ thuộc vào cảm biến.

- Làm việc chính xác và độ tin cậy cao.

Hầu hết các hệ thống điều khiển kín (HTĐKS) hiện nay đều hoạt động theo cơ chế kín, với các hoạt động điều khiển được thực hiện thông qua việc so sánh sai lệch giữa biến vào và biến ra Cấu trúc từng phần của HTĐKS đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu quả và độ chính xác của quá trình điều khiển.

Bộ đọc là thiết bị lưu trữ dữ liệu gia công, mô tả các hoạt động của máy và hiệu chỉnh dụng cụ thông qua từng câu lệnh của chương trình Dữ liệu này được in lên băng đục lỗ, và chỉ khi một dòng lệnh hoàn thành nhiệm vụ, dòng lệnh tiếp theo mới được đọc.

- Bộ giải mã: nhiệm vụ biến nội dung dòng lệnh thành tín hiệu điều khiển.

Bộ so sánh là thiết bị dùng để so sánh giá trị thực hiện của biến ra với giá trị biến vào của hệ điều khiển Nếu có sai lệch giữa hai giá trị này, nó sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển.

- Cảm biến: dùng đo giá trị thực của biến ra Sau đó, cung cấp cho bộ so sánh dưới dạng tín hiệu, thường là tín hiệu điện.

Quá trình phát triển của máy CNC

Điều khiển số NC (Numerical Control) là phương pháp tự động điều chỉnh các máy công tác như máy công cụ, robot và băng tải, với các hành động được kiểm soát thông qua dữ liệu mã nhị phân Dữ liệu này được biểu diễn bằng số thập phân, cùng với các ký tự và ký hiệu đặc trưng, tạo thành chương trình làm việc cho thiết bị hoặc hệ thống.

Trước đây, quá trình gia công cắt gọt chủ yếu được thực hiện bằng các kỹ thuật như chép hình theo mẫu và chép hình bằng hệ thống thủy lực Hiện nay, nhờ sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển tự động và tin học, các nhà chế tạo máy đã có thể tích hợp hệ thống điều khiển tự động vào các máy công cụ truyền thống Điều này đã biến các máy này thành máy điều khiển theo chương trình số, được gọi là máy CNC (Computerized Numerical Control).

Việc ứng dụng máy CNC trong gia công cơ khí giúp giảm khối lượng công việc, nâng cao độ chính xác và hiệu quả kinh tế, đồng thời rút ngắn chu kỳ sản xuất Nhiều quốc gia trên thế giới đã tích cực áp dụng công nghệ này để chế tạo các khuôn mẫu chính xác và những chi tiết có độ phức tạp cao.

Ý tưởng điều khiển dụng cụ thông qua chuỗi lệnh liên tiếp đã tồn tại từ thế kỷ XIV, khi châu Âu sử dụng các chốt hình trụ để điều khiển chuyển động của hình trang trí trên đồng hồ lớn Đến năm 1808, Joseph M Jacquard đã phát minh ra hệ thống điều khiển tự động cho máy dệt bằng cách sử dụng những tấm tôn đục lỗ.

Năm 1863, M Fourmenx phát minh ra đàn Piano nổi tiếng thế gới Với băng giấy đục lỗ làm vật mang tin.

Năm 1938, Claud E Shanmon đã kết luận trong luận án tiến sĩ của mình rằng việc tính toán và truyền tải dữ liệu một cách nhanh chóng có thể được thực hiện thông qua mã nhị phân.

Từ năm 1949 đến 1952, John Parsons và Học viện kĩ thuật Massachusett (Massachusett Institute

Công nghệ đã phát triển một hệ thống điều khiển máy công cụ, cho phép điều khiển trực tiếp vị trí các trục thông qua dữ liệu đầu ra từ máy tính Hệ thống này được thiết kế nhằm chứng minh chức năng gia công chi tiết, theo hợp đồng với Không lực Hoa Kỳ.

Cũng trong thời gian này, Parsons cùng với đồng nghiệp của ông đã đưa ra 4 tiên đề cơ bản sau:

1 Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng đục lỗ.

2 Các đục lỗ được đọc trên một máy tự động.

3 Những vị trí được đọc ra được liên tục truyền đi và được bổ sung thêm tính toán cho các giá trị trung gian nội tại.

4 Các động cơ servo (vô cấp tốc độ) có thể điều khiển được chuyển động các trục.

Năm 1952, chiếc máy phay ĐKS đầu tiên mang tên “Cincinnate Hydrotel” được giới thiệu với trục thẳng đứng, do Học viện Kỹ thuật Massachusetts phát triển Máy được trang bị đơn vị điều khiển sử dụng bóng đèn điện từ chân không và có khả năng điều khiển 3 trục, nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân.

Vào năm 1954, Bendix đã mua bản quyền phát minh của Parsons và sản xuất thiết bị điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, mặc dù vẫn sử dụng bóng đèn điện từ chân không.

Năm 1958, “công cụ lập trình tự động APT” (Automatically Programmed Tool) ra đời Đánh dấu một bước phát triển mới về lập trình cho máy.

Trong thời gian gần đây, ngành công nghiệp đã nhận ra tiềm năng của kỹ thuật ĐKS, buộc họ phải xem xét kỹ lưỡng các vấn đề trong ngành chế tạo máy Họ cần đánh giá cách công nghệ mới này có thể cải thiện các phương pháp hiện tại Nhiều bài toán cắt gọt kim loại như khoan lỗ và tiện phay không nhất thiết phải sử dụng bộ điều khiển hiện đại hay các phương pháp máy tính hóa Tuy nhiên, việc áp dụng ngay cả những dạng cơ bản nhất của APT cho các thành phần hình học cũng gặp phải khó khăn về tính cồng kềnh, phức tạp và chi phí cao.

Nhiều ngôn ngữ đơn giản hơn đã được phát triển cho các mục đích đặc biệt, nhưng phần lớn trong số đó đều dựa trên APT làm nền tảng.

Vào giữa những thập niên 70 và 80, sự phát triển của công nghệ vi xử lý đã mang lại bước nhảy vọt cho thiết bị điều khiển số, biến các nhà máy điều khiển NC thành CNC với sự hỗ trợ của máy tính Vi xử lý trở thành trung tâm điều khiển, xử lý dữ liệu và tạo xung cho các hệ thống CNC hiện đại Tốc độ truyền nhanh của các phần tử này cho phép thực hiện nhiều chức năng tính toán mà không làm ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của máy công cụ Nếu một vi xử lý không đáp ứng đủ yêu cầu, có thể bổ sung thêm các đơn vị xử lý thứ hai hoặc thứ ba để thực hiện các nhiệm vụ đặc biệt một cách song song hoặc luân phiên.

Từ thập niên 80, sự phát triển của công nghệ truyền số liệu đã cho phép các nhà chế tạo kết nối máy CNC thành các trung tâm gia công DNC, tối ưu hóa cách bố trí và tổ chức sản xuất Dựa trên nền công nghiệp này, nhiều thiết bị, phần mềm và hệ thống đã được phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu thiết kế và chế tạo đặc biệt Các phần mềm CAD/CAM và hệ thống sản xuất linh hoạt FMS đã ra đời, dẫn đến việc chế tạo và gia công chi tiết hoàn toàn qua máy tính, được gọi là CIM (Computer Integrated Manufacturing).

Đến năm 2003, máy công cụ ĐKS đã có 51 năm phát triển và ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới Từ những ứng dụng gia công đơn giản như máy tiện 2 trục, máy phay 3 trục đến các nhiệm vụ gia công phức tạp như khuôn rèn, khuôn đúc áp lực, và các chi tiết như cánh máy bay, tàu thủy Hiện nay, máy CNC còn được sử dụng trong kiểm tra giám sát và nhiều lĩnh vực khác, góp phần nâng cao chất lượng gia công toàn cầu Hệ thống thông tin vệ tinh đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối nhu cầu giữa các nhà thiết kế, nhà chế tạo, nhà cung cấp và người tiêu dùng trong mạng lưới toàn cầu WAN.

2.1 Tình trạng ứng dụng máy CNC tại Việt Nam Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả rất là xa lạ và rất ít người biết đến nó.

Kể từ năm 1991, Việt Nam đã bắt đầu tiếp nhận công nghệ thông qua các dự án hợp tác quốc tế, đặc biệt trong lĩnh vực thiết kế và chế tạo khuôn mẫu Sự xuất hiện của các công nghệ CNC như máy phay CNC, máy tiện CNC và thiết bị đo lường CNC đã thu hút sự chú ý của nhiều chuyên gia và doanh nghiệp trong nước cũng như các liên doanh nước ngoài.

Các hệ điều khiển số và các dạng điều khiển số

3.1 Các hệ điều khiển số

3.1.1 Hệ điều khiển NC (Numerical Control)

Hệ điều khiển này sử dụng các thông số hình học và lệnh điều máy được biểu diễn bằng dãy số, được ghi lại trên băng đục lỗ dưới dạng câu lệnh chương trình Những thông tin này được đưa vào hệ điều khiển, sau đó được mã hóa và phân tách thành thông tin hình học và thông tin công nghệ.

Thông tin hình học là hệ thống điều khiển các chuyển động giữa dao và chi tiết, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tạo hình bề mặt Nó đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học.

Thông tin công nghệ là hệ thống thông tin quan trọng, cho phép máy thực hiện gia công theo các giá trị công nghệ yêu cầu như chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao và số vòng quay trục chính.

Nguyên tắc hoạt động của hệ điều khiển NC bắt đầu bằng việc đọc lệnh thứ nhất và thứ hai ngay sau khi mở máy Khi quá trình đọc hoàn tất, máy sẽ thực hiện lệnh thứ nhất, trong khi thông tin của lệnh thứ hai được lưu trữ trong bộ nhớ của hệ điều khiển.

Sau khi lệnh thứ nhất hoàn thành, lệnh thứ hai sẽ bắt đầu thực hiện Trong khi đó, lệnh thứ ba được đọc và lưu trữ vào bộ nhớ tại vị trí mà lệnh thứ hai vừa giải phóng Quá trình đọc và dịch này tiếp tục cho đến khi chương trình kết thúc.

Nhược điểm của hệ điều khiển NC là:

Khi gia công các chi tiết, việc tiếp lệnh từ đầu có thể gây ra nhầm lẫn và sai sót trong hệ điều khiển Điều này buộc hệ thống phải đọc lại tất cả các lỗi của bộ tính toán, dẫn đến nguy cơ cao về việc sản xuất phế phẩm cho các chi tiết gia công.

- Chương trình dễ bị lỗi do băng đục lỗ, băng từ bị nhiễm bẩn hoặc bị mòn.

- Khó thay đổi chương trình.

3.1.2 Hệ điều khiển CNC (Computerized Numerical Control) Đặc điểm chính của hệ điều khiển CNC là có sự tham gia của máy tính Trong hệ điều khiển này, các nhà chế tạo máy đã cài đặt vào máy tính một chương trình điều khiển riêng cho từng loại máy Với hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh chương trình hoạt động của bản thân nó Các chương trình có thể được nạp vào nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh Các lệnh điều khiển không chỉ viết cho từng lệnh riêng rẽ mà còn cho nhiều chuyển động cùng một lúc Điều này cho phép giảm tối thiểu số câu lệnh của chương trình; từ đó nâng cao độ tin cậy và khả năng làm việc của máy Ngoài ra, so với hệ điều khiến NC hệ điều khiển CNC có kích thước nhỏ hơn và giá thành cũng thấp hơn nhưng hiệu quả đạt được thì lại rất cao.

3.13 Hệ điều khiển DNC (Directe Numerical Control)

Hệ điều khiển DNC kết nối các máy CNC riêng lẻ thành một trung tâm gia công, cho phép quản lý và điều khiển hiệu quả từ các máy tính trung tâm.

Tất cả các chương trình CNC được lưu trữ trên đĩa cứng máy tính, cho phép truy cập trực tiếp theo nhu cầu từng máy Trong một số trường hợp, máy tính còn đảm nhận vai trò chỉ đạo, lựa chọn các chi tiết gia công theo thứ tự ưu tiên để phân phối cho các máy khác nhau.

Ngoài ra, nó còn có khả năng truyền dữ liệu nhanh và nối ghép vào hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System).

3.1.4 Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control)

HTĐK thích nghi là một hệ thống điều khiển thông minh, điều chỉnh chu kỳ gia công dựa trên các tác động bên ngoài của hệ thống công nghệ Mục tiêu của hệ thống này là loại bỏ những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác trong quá trình gia công, bao gồm lượng dư gia công, độ mòn dụng cụ và lượng chạy dao.

HTĐK thích nghỉ có 2 loại:

- Điều khiển thích nghi cưỡng bức ACC (Adaptive Control Contrain).

- Điều khiển thích nghi tối ưu ACO (Adaptive Control Optimation).

Hệ thống điều khiển ACC chủ yếu được sử dụng để giới hạn các thông số cắt gọt, trong khi hệ thống điều khiển ACO tập trung vào việc tối ưu hóa các quá trình gia công Mục tiêu của ACO là giảm thiểu thời gian gia công và hạ giá thành sản phẩm.

Hệ thống điều khiển thích nghỉ ngày càng phát triển, điều đó làm tăng hiệu quả quá trình

3.1.5 Hệ thống gia linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System)

Là hệ thống có thể gia công một chủng loại chi tiết có mức độ khác nhau nhất định, với số lượng và thứ tự gia công tùy ý.

Một hệ thống gia công linh hoạt thường có 3 yếu tố cơ bản sau:

- Lưu trũ và vận chuyển nguyên vật liệu.

- Hệ thống điều khiển máy tính.

Một yếu tố quan trọng trong hệ điều khiển FMS là con người, người đảm nhận vai trò quản lý và điều hành hệ thống chế tạo, trong khi các nguyên công được thực hiện tự động bởi máy theo chương trình đã được cài đặt sẵn.

Hệ trục tọa độ máy CNC và các điểm chuẩn

4.1 Hệ trục tọa độ máy CNC Để xác định vị trí tương quan hình học trong vùng làm việc của máy, trong phạm vi chỉ tiết gia công một cách rõ ràng thì cần thiết phải gần nó vào một hệ toạ độ nào đó.

Trên các máy CNC, hệ tọa độ Đề Các thường được sử dụng để xác định các trục Việc xác định này tuân theo quy tắc bàn tay phải và luôn được gắn liền với chi tiết gia công.

Hình 1.2: Hệ trục tọa độ Đề Các

Khi làm việc với máy CNC, cần tuân thủ quy tắc rằng chi tiết gia công được coi là cố định, trong khi tất cả các chuyển động tạo hình và cắt gọt đều do dao cụ thực hiện.

 Phương trục chính là Oz, chiều dương là chiều dao tiến ra xa chi tiết.

 Phương chuyển động của bàn xe dao là Ox và có chiều dương hướng ra xa chỉ tiết gia công.

 Trục Oy xác định theo qui tắc bàn tay phải.

 Trục Z song song với trục chính và có chiều dương hướng lên trên.

 Trục X nằm trên bàn máy, nếu nhìn vào trục chính thì chiều dương hướng về bên phải.

 Trục Y xác định theo qui tắc bản tay phải.

4.1.2 Máy phay nằm ngang (Hình1.11)

 Trục Z nằm ngang và có chiều dương hướng vào trục máy.

 Trục X nằm trên bàn máy, có chiều dương là chiều mà khi nhìn vào trục chính thì nó nằm phía bên trái.

 Trục Y xác định theo quy tắc bàn tay phải.

Hình 1.4: trục Z nằm ngang 4.2 Các điểm gốc và điểm chuẩn

4.2.1 Điểm gốc của máy M (Machine Reference Point)

Quá trình gia công trên máy ĐKS được điều khiển bởi một chương trình xác định mối quan hệ giữa dao và chi tiết, vì vậy để đảm bảo độ chính xác, các điểm chuyển động của dao cần phải được so sánh với điểm gốc của máy, điều này do các nhà chế tạo quy định Đối với máy phay, điểm gốc thường nằm ở vị trí giới hạn dịch chuyển của bàn máy.

4.2.2 Điểm chuẩn của máy R (Machine Reference Point)

Là điểm mà tọa độ của nó so với điểm gốc của máy M là không thay đổi và cũng là do nhà chế tạo quy định.

4.2.3 Điểm zero của phôi W (Workpiece Zero Point)

Gốc tọa độ chi tiết là yếu tố quan trọng và phụ thuộc vào người lập trình Đối với chi tiết phay, điểm W thường được chọn ở góc ngoài của đường viền để đảm bảo tính chính xác trong quá trình gia công.

Hình 1.5: Các điểm chuẩn Điểm gốc của chương tình P (Programmed) Điểm gốc của chương trình thực tế là điểm P của dụng cụ cắt

Chú ý khi chọn điểm P phải thuận tiện cho việc thay dao ( không làm ảnh hưởng đến chi tiết và đồ gá).

4.2.4 Điểm chuẩn của gá dao T và điểm gá dao N Điểm T dùng để xác định hệ trục tọa độ của dao Thường khi gá dao trên máy thì điểm T trùng với điểm N

Hình 1.6: Điểm chuẩn của gá dao T và điểm gá dao N

Kết cấu máy CNC

Gồm 2 thành phần chính sau:

Kết cấu khái quát được mô tả như sơ đồ sau:

Hình 1.7: Khái quát cơ cấu máy CNC

 Phần điều khiển: gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển

Chương trình điều khiển là một tập hợp các tín hiệu và lệnh dùng để điều khiển máy móc, được mã hóa dưới dạng chữ cái, chữ số và các ký hiệu như dấu cộng, dấu trừ Tập lệnh này đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành và quản lý thiết bị một cách hiệu quả.

(chương trình) này được ghi lên các cơ cấu mang chương trình dưới dạng mã như băng đục lỗ hay bộ nhớ máy tính….

Các cơ cấu điều khiển nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình và thực hiện các phép biến đổi cần thiết để tạo ra tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu chấp hành Đồng thời, chúng cũng kiểm tra hoạt động của các cơ cấu chấp hành thông qua các cảm biến.

Phần chấp hành của máy gia công kim loại bao gồm các cơ cấu như tay máy, ổ chứa dao và hệ thống bôi trơn, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tự động hóa Đây là bộ phận trực tiếp thực hiện cắt gọt kim loại thành các chi tiết Tùy thuộc vào công nghệ của máy, các thành phần như thân máy, bàn máy và trục chính được thiết kế để đáp ứng yêu cầu điều khiển tự động, bao gồm khả năng điều chỉnh tốc độ linh hoạt, thân máy cứng vững và kết cấu hợp lý để dễ dàng thải phoi và bôi trơn.

Hình 1.8: Mô hình máy phay CNC

5.1.1 Thân máy và đế máy

Các chi tiết thường được chế tạo từ gang do gang có độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép Tất cả sản phẩm đều được kiểm tra kỹ lưỡng sau khi đúc để đảm bảo không có khuyết tật nào.

Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất nhiều hệ thống khác.

 Phải có độ cứng vững cao.

 Phải có các thiết bị chống rung động.

 Phải có độ ổn định nhiệt.

 Phải đảm bảo độ chính xác gia công.

 Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy.

Bàn máy là thiết bị quan trọng trong gia công CNC, giúp gá đặt chi tiết và tăng cường khả năng gia công với độ chính xác cao Sự chuyển động linh hoạt của bàn máy cho phép gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp Hầu hết các máy CNC và trung tâm gia công hiện đại đều sử dụng bàn máy xoay, hoạt động như trục thứ 4 hoặc thứ 5, từ đó nâng cao tính vạn năng của máy Yêu cầu về bàn máy bao gồm độ chính xác, khả năng chịu lực và tính ổn định trong quá trình gia công.

Phải có độ ổn định, cứng vững, được điều khiển chuyển động một cách chính xác.

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

Trục chính được điều khiển bởi động cơ Servo trong chế độ vòng lặp kín, sử dụng công nghệ số để đảm bảo tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao, đặc biệt là trong điều kiện tải nặng.

Hệ thống điều khiển chính xác giữa phần quay và phần tĩnh của động cơ trục chính giúp tăng cường momen xoắn và gia tốc nhanh chóng, cho phép người sử dụng nâng cao tốc độ trục chính một cách hiệu quả.

- Các dạng điều khiển trục chính. Điều khiển đai

+ truyền động từ động cơ tới trục chính thông qua dây đai

+ Sự kết hợp tốt giữa momen và tốc độ tạo ra nhiều sự lựa chọn cho chế độ làm việc của máy Điều khiển trực tiếp

+ Ưu điểm chính là nó có thể cải thiện được tốc độ trục chính lên đến 12000v/p

+ Tạo ra quá trình làm việc êm Điều khiển bảnh răng

+ Nó có khả năng duy trì tốc độ 10000v/p ở chế độ tải nặng

Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của ban theo X,Y và chuyển động theo trục Z của trục chính.

Yêu cầu của hệ thống thanh trượt trượt phải thẳng, có khả năng tải cao độ cứng vững tốt, không có hiện tượng dính, trơn khi trượt.

5.1.5Trục vít me, đai ốc bi

Nhiệm vụ: biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến cả bàn máy.

Trong máy công cụ điều khiển số người ta thường sử dụng hai dạng vít me cơ bản đó là: vít me

- đai ốc trượt và vít me - đai ốc bi.

+ Vít me – đai ốc bi: Là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn.

Hình 1.11: Trục vít me - đai ốc bi

Bộ truyền vít me – đai ốc bi là thiết bị quan trọng trong chuyển động chạy dao của máy công cụ CNC, thường được sử dụng trong các máy mài, máy doa tốc độ và nhiều loại máy công cụ khác Ngoài ra, nó còn được áp dụng trong máy tiện, máy tổ hợp và trong việc truyền dẫn di động cho các máy công cụ hạng nặng Thiết bị này cũng đóng vai trò trong bộ truyền chính của các loại máy có chuyển động tịnh tiến khứ hồi như máy bào giường và máy chuốt.

- Khắc phục độ rơ khớp ren, chịu lực kéo với kết cấu đảm bảo độ cứng vững chiều trục cao.

- Tổn thất do ma sát bé, hiệu suất bộ truyền đạt 0,9 so với vít me – đai ốc trượt là 0,2 ÷ 0,4.

- Gần như độc lập hoàn toàn với lực ma sát (biến đổi theo tốc độ), ma sát tĩnh rất bé nên chuyển động êm.

- Khả năng chịu tải kém hơn so với vít me thường (do đặc điểm cấu tạo, …)

- Do cần độ chính xác rất cao nên chế tạo khó khan và giá thành đắt.

Bộ truyền vít me - đai ốc bi hình bao gồm các thành phần chính như trục vít me, đai ốc và dòng bi Chuyển động trong hệ thống này diễn ra giữa vít me và đai ốc, cùng với ống hồi bi, đảm bảo dòng bi tuần hoàn liên tục.

 Các dạng prôfin ren của vít me và đai ốc như sau:

Có bốn dạng chính của cấu trúc là: hình chữ nhật, hình thang, nửa cung tròn và dạng rãnh (cung nhọn) Trong đó, dạng chữ nhật và dạng profin ren hình thang có khả năng tải thấp, phù hợp cho các máy có khả năng chịu tải trọng chiều trục nhỏ và độ cứng vững không cao.

Dạng nửa cung tròn (hình d) là loại phổ biến nhất trong thiết kế, với bán kính rãnh r2 gần bằng bán kính viên bi R1, giúp giảm tối đa ứng suất tiếp xúc Tỷ lệ r2/r1 nên được chọn trong khoảng 0,95 đến 0,97 để giảm thiểu tổn thất do ma sát Khi góc tiếp xúc nhỏ, bộ truyền sẽ có độ cứng vững và khả năng tải thấp, dẫn đến lực hướng kính lớn Tuy nhiên, khi tăng góc tiếp xúc, khả năng đảo và độ cứng vững của truyền động cũng tăng lên, đồng thời giảm thiểu tổn thất do ma sát Do đó, khe hở đường kính ∆d cần được lựa chọn để đạt được góc tiếp xúc 45°.

Hình 1.12: Các dạng profin ren của vít me và ổ bi

Dạng rãnh cung nhọn (a) vượt trội hơn so với loại cung tròn nhờ khả năng truyền động không rơ và khả năng điều chỉnh độ dôi của đường kính viên bi Ngược lại, với dạng nửa tròn, để khử độ rơ và tạo độ dôi đều, cần sử dụng thêm đai ốc thứ hai để điều chỉnh.

Vít me đai ốc trượt là một loại vít me kết hợp với đai ốc, có thiết kế tiếp xúc mặt Loại vít này thường có hai dạng ren chính: ren hình thang và ren hình vuông, mang lại hiệu suất hoạt động ổn định và hiệu quả trong các ứng dụng cơ khí.

Để tối ưu hóa tuổi thọ của vít me, nên thiết kế với hai cổ trục giống nhau Điều này cho phép người dùng có thể lắp đảo ngược vít me sau một thời gian sử dụng, giúp bề mặt làm việc của vít me được mòn đều ở cả hai bên.

+ Truyền động em, có khả năng tự hãm, lực truyền lớn.

+ Có thể truyền động nhanh với vít me có bước ren hoặc số vòng qua lớn.

+ Hiệu suất làm việc thấp.

+ Xuất hiện độ rơ khi đảo ngược chiều chuyển động

Ô tích dao là thiết bị quan trọng giúp lưu trữ nhiều loại dao cắt, cho phép máy CNC thực hiện liên tiếp các nguyên công gia công khác nhau Nhờ vào ô tích dao, quá trình cắt gọt trở nên linh hoạt và hiệu quả hơn, đáp ứng nhu cầu sử dụng đa dạng của các loại dao cắt.

Do đó quá trình gia công nhanh hơn và mang tính tự động hoá cao.

Hinh 1.13: Các dạng ổ tích dao 5.1.7 Các xích động của máy

TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG BÀN MÁY CNC

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CỤM TRỤC VÍT ME B

Hình 2.3: Sơ đồ tính chọn truyền vít me bi

1 Các thông số đầu vào

 Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT:

 Dao có 8 lưỡi (z=8), đường kính D= 80mm

 Tiêu chuẩn quốc gia : JIS

 Lượng chạy dao phút : F0mm/ph

 Khối lượng lớn nhất của chi tiết : MP0KG

 Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công : V1 m/ph

 Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công : V2 = 15m/ph

 Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống : a=0,4g=4m/s

 Tốc độ vòng lớn nhất N max 00 vòng/phút

 Hệ số ma sát trượt: μ=0,1

2 Tính toán lực cắt với chế độ thử nghiệm

 Tốc độ quay tối đa trong quá trình gia công của trục chính Z: n=v ×1000 π × D 0×1000

 Lượng chạy dao rang (S Z ) là lượng dịch chuyển của chi tiết trong thời gian một răng (1 lưỡi cắt) của dao phay ăn vào kim loại (đơn vị: mm/răng)

6×398=0,377(mm/răng) ( T115 tài liệu [10] ) Trong đó:

+ F là lượng chạy dao tính theo phút (mm/phút)

+ n là tốc độ quay của trục chính Z(vòng/phút)

Góc nghiêng chính của lưỡi cắt đối với dao phay mặt đầu thì αE°÷60°

Chọn α`° Để tìm lực cắt chính của máy ta sử dụng công cụ trên website: https://www.sandvik.coromant.com và được kết quả như sau:

Tính toán trên ta lấy momen cắt: M C Q,6 (Nm)

Lực cắt chính của máy là: P z =2M C

3 Tính toán lựa chọn trục vít, ổ lăn cho bàn máy di chuyển theo trục X

Để đảm bảo độ chính xác cao và giảm thiểu ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ, phương pháp lắp ghép một đầu lắp chặt và một đầu tùy chỉnh (fixed-supported) được khuyến nghị Với kiểu lắp này, hai hệ số f và λ có giá trị lần lượt là f = 1 và λ = 3,927.

Hình 2.4: Kiểu lắp fix – support

- Tốc độ quay lớn nhất của động cơ khi làm việc N max 00 (vòng/phút)

- Bước vít me l được xác định theo công thức: l ≥ V max

3.2.2 Tính toán lực dọc trục

Hình 2.5: Các lực dọc trụ

 Các thành phần trong công thức: Điều kiện làm việc và các thông số được tính chọn Điều kiện làm việc

+Lực chống trượt (lực ma sát bi ổ lăn) : F a =f=μ × ( M + M X ) =0 ,1( 5000+ 1400)=¿ 640 (N) d (kgf)

+ Lực cắt chính của máy : F m =¿1290 (N)= 129 (kgf)

+ Lực cắt theo phương z : F zm =¿ 0

+ Hệ số ma sát lăn : μ=¿ 0,1

+ Khối lượng tổng cộng : m = M + W x =¿ 500+140= 640 (kg)

+ Lực chống không tải : f= 640 (N)= 64 (kgf)

+ Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống : a = 0,4g = 4 (m/s 2 )

Tính các lực dọc trục :

 Tăng tốc (về bên trái): Fa1 =μmg + ma + f = 0,1.640.10 + 640.4 + 640 = 3840 (N)= 384 (kgf)

 Chạy đều (về bên trái): Fa2 =μmg + f = 0,1.640.10 + 640 = 1280 (N) = 128 (kgf)

 Gia công (về bên trái): Fa3 = Fm +μ(mg +Fmz )+ f = 1290 + 0,1.(640.10 +0) + 640 = 2570 (N) 257(kgf)

 Giảm tốc (về bên trái): Fa3 =μmg −ma+ f = 0,1.640.10 – 640.4 + 640 = -1280 (N) = -128 (kgf)

Lực dọc trục trung bình

F mx =√ 3 ∑ ∑ F l 3 l t n l l t l = √ 3 F 1max 3 N N 1 1 max max T T 1 1 + + F N 2 3 2max max N T 2 2 max T 2

 F 1max , F 2max : : Lực dọc trục lớn nhất khi không gia công và gia công

 N 1 max , N 2 max : 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

Bảng lực dọc trục và phần trăm tương ứng:

Axial load(N) Rotation speed (rpm) Time Ratio (sec or %)

 Tải trọng tĩnh : C 0 =f s × F amax =¿2.3840 = 7680 (N) = 768 (kgf)

+ F mx là lực dọc trục trung bình

+ n là tốc độ quay trung bình của trục vít me: n 1 ×0,3t+n 2 ×0,7t=¿1650 (rpm)

(n 1 , n 2 là tốc độ quay lớn nhất của trục khi gia công và không gia công ở các khoảng thời gian tương ứng là 70% làm việc và 30% không làm viêc)

+ f s là hệ số bền tĩnh, với máy công cụ f s =1,5÷3, chọn f s =2

+ f w là hệ số tải động, lựa chọn theo bảng sau:

Hình 2.6 Hệ số tải động Chọn f w =1,2 (theo tài liệu [1] trang 19)

 L t là tuổi thọ yêu cầu làm việc của vít me tương đương 20000h làm việc

 Vậy vít me trục X phải có tải trọng động C a ≥4754(kgf)

Máy phay CNC cần một hệ thống dẫn động có độ cứng vững cao và độ hao phí không quá quan trọng Vì vậy, việc lựa chọn bi kiểu lưu truyền bi ngoài, kiểu FDWC, với số dòng lưu chuyển B ×2 hoặc B ×3 là rất phù hợp.

3.2.5 Chọn bán kính trục vít:

L = Hành trình trục X max ( L max ) + chiều dài đai ốc, ổ bi + chiều dài vùng thoát = 1000 + 100 +

- Kiểu lắp ghép ổ đỡ một đầu đỡ chặn một đầu tùy chỉnh có f,1 (theo tài liệu [1] trang 14).

- Từ các kế quả tính toán ta chọn series:

+ Loại trục vít me: 45-10B2-FDWC

Hình 2.7: Bản vẽ thiết kế đai ốc bi

Hình 2.8: Các thông số của trục vít 45-10B2-FDWC

Chiều dài trục vít me sau khi chọn trục:

L = Hành trình trục X max (L max ) + chiều dài đai ốc, ổ bi + chiều dài vùng thoát = 1000 +180 +

 Tốc độ quay cho phép: n=f ×d r

1300 2 ×10 7 @20(v/p)>2000(v/p) 3.2.9 Chọn cấp chính xác Độ chính xác vị trí yêu cầu là ± 0,03/1000 mm.

Chọn cấp chính xác với độ lệch biến dạng và độ biến dạng tích lũy là:

Hình 2.9: Thông số cấp chính xác của trục vít theo hãng PMI

3.2.10 Độ dịch do thay đổi nhiệt độ ( mức điều chỉnh 3 0 C)

 Bán kính lõi ren của trục vít-me:

Dr = 38,05 mm ( tra trên catalog PMI )

3.2 Chọn động cơ cho bàn X:

 Tốc độ vòng lớn nhất: 2000 vòng/phút.

 Thời gian cần thiết để đạt tốc độ lớn nhất là 0,9s.

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

2+GD W 2 +GD 2 J =¿162,5 + 16,2 + 35,4 = 214,1 (kgf cm 2 ) 3.2.2 Momen phát động

Thời gian cho quá trình gia tốc rất ngắn, vì vậy trong bài viết này, chúng ta chỉ tập trung vào giai đoạn chạy đều, chiếm phần lớn thời gian gia công.

 Momen do lực ma sát:

 Do đó momen phát động cần thiết là:

Các thông số yêu cầu:

+ Tốc độ quay lớn nhất của động cơ: 2000v/p

+ Hệ số ma sỏt giữa thộp và gang ta chọn à = 0,1

+ Bước của vít me: h mm

+Khối lượng của phần đầu dịch chuyển: m = 640 kg

+ Góc nghiêng của trục động cơ và trục vít me α=0°

+ Lực cắt lớn nhất: F m =¿ 1290 (N) = 129 (kgf)

 Tính vận tốc dài : v max =π × D × n

M stat =M fric +M wz +M mach =1,13+0+0,49=1,62(Nm)

Tốc độ quay của motor:

0,01 00(vòng/phút) Điều kiện để chọn motor:

Dựa trên các tiêu chí đã nêu, chúng tôi lựa chọn động cơ AM 1400C của hãng ANILAM, với mô men khởi động đạt 13 Nm và tốc độ quay tối đa lên đến 2000 rpm.

Hình 2.10: Thông số động cơ AM 1400C Đồng thời chọn inverter SA301A của hãng Anilam có: I inverter =7,5(A)>I 0 motor =7,2(A).

3.2.4 Kiểm tra thời gian đặt vận tốc cực đại

Thời gian để đạt vận tốc cực đại là : t a = J

Trong đó: J là tổng momen quán tính (Momen tính toán + momen cho bởi động cơ – Rotor Inertia J)

T L là momen quay f là hệ số an toàn ( chọn theo kiểu ổ lắp)

Thay số vào ta được : t a = (214,1+43).10 −4

60 ×1,2=0,44 thỏa mãn3.2.5 Tính toán ứng suất tác dụng lên trục vít σ=F

Vật liệu làm trục là 50CrMo4 có độ cứng biến dạng 1,1×10 8 (N/m 2 )>σ max độ cứng chống uốn 0,9×10 8 (N/m 2 )>σ max

3.3 Tính tải trọng tới hạn của trục vít

 Do vậy trục vít đảm bảo an toàn

Hình 2.11: sơ đồ tính toán chọn ổ lăn.

Theo kiểu lắp fixed-supported, lực tác dụng chủ yếu lên vít me là lực dọc trục, trong khi lực vuông góc là không đáng kể Do hiện tượng rung trong quá trình hoạt động, cần chọn 2 ổ bi chặn lắp theo kiểu back to back và 1 đỡ bi 2 dãy để đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định.

Chọn sơ bộ 2 ổ bị chặn 1 dãy có kí hiệu 7308 ACCBM của hãng SKF: d = 40 mm, D = 90 mm, B = 23 mm, C = 56 kN, C 6kN Điều kiện làm việc

Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh

Kiểm nghiệm khả năng tải độngChọn sơ bộ ổ lăn

Hình 2.12a: ổ bi chặn 1 dãy Chọn sơ bộ ổ bi đỡ 2 dãy có kí hiệu 4208 ATN9 của hãng SKF : d = 40 mm, D = 80 mm, B = 33 mm, C = 37,1 kN, C 0 2,5kN

Nhiệt độ làm việc dưới 105℃ a Tính toán cho ổ bi chặn

Kiểm nghiệm khả năng tải động :

Tải trọng quy ước : Theo tài liệu [2] mục : 11.15 T219

- kt : Hệ số ảnh hưởng đến nhiệt độ

Khi θ < 105 thì kt=1 và khi 205 0 C > θ > 105 0 C thì Ở đây lấy kt = 1.

- kd: Hệ số tải trọng động tra theo bảng 11.3 T215 Ta được kd = 1,1.

Theo bảng 11.4 tài liệu [2] trang 216 Ổ bi chặn ta có : X=0,Y=1

Tổng hợp lực dọc trục :

(Theo tài liệu [2] mục 11.5a trang 219).

Do Fr nhỏ nên có thể bỏ qua (lực hướng tâm được 2 ray dẫn hướng chịu lực) nên:

Tuổi thọ tính theo triệu vòng :

→ Đảm bảo khả năng tải động

- Kiểm nghiệm khả năng tải tỉnh :

Tra bảng : 11.6 T221 với ổ bi đỡ chặn α 0 ta được :X0 = 0,5 và Y0 = 0,47

→ Đảm bảo khả năng tải tĩnh b Tính cho ổ bi đỡ

Vì lực hướng tâm nhỏ do lực này được 2 ray dẫn hướng chịu nên có thể bỏ qua và ổ đỡ đủ bền.

Vậy ổ bi phù hợp với khả năng tải.

Trong số nhiều loại khớp nối có sẵn, tôi quyết định chọn khớp nối trục dàn hồi với đĩa hình sao dựa trên tài liệu tham khảo và thực nghiệm từ các hãng sản xuất.

Hình 2.14: Nối trục đàn hồi đĩa hình sao ( tham khảo trang 70 tài liệu [10])

Có thể xác định thông số cho khớp nối trục chữ thập dựa trên đường kính trục vít me và giá trị mô men khởi động của động cơ.

Trên cơ sở đó em chọn thông số cho khớp nối như sau:

4 Tính toán lựa chọn trục vít, ổ lăn cho bàn máy di chuyển theo trục Y

Khi cần độ chính xác cao, việc lựa chọn kiểu lắp một đầu lắp chặt và một đầu tùy chỉnh (fixed-supported) là giải pháp hiệu quả để hạn chế ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ đến độ chính xác.

Hình 2.15: Sơ đồ lắp đặt gối đỡ

Với kiểu lắp ghép này, hai hệ số phụ thuộc vào kiểu lắp ghép f và λ nhận các giá trị là: f,1 và λ=3,927

- Tốc độ quay lớn nhất của động cơ khi làm việc N max 00 (vòng/phút)

- Bước vít me l được xác định theo công thức: l ≥ V max

4.1.2 Tính toán lực dọc trục

Hình 2.16: Các lực dọc trụ

W 1 : Trọng lượng bàn máy X và phôi (N)

 Các thành phần trong công thức:

+Lực chống trượt (lực ma sát bi ổ lăn) : F a =f=μ × ( M + M X + M Y ) =0 ,1( 5000+ 1400+ 2000 )=¿ 840

+ Lực cắt chính của máy : F m =¿1290 (N)= 129 (kgf)

+ Lực cắt theo phương z : F zm =¿ 0

+ Hệ số ma sát lăn : μ=¿ 0,1

+ Khối lượng tổng cộng : m = M + M X +M Y =¿ 500+200+140= 840 (kg)

+ Lực chống không tải : f= 840 (N)= 84 (kgf)

+ Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống : a = 0,4g = 4 (m/s 2 )

Tính các lực dọc trục :

 Tăng tốc (về bên trái): Fa1 =μmg + ma + f = 0,1.840.10 + 840.4 + 840 = 5040 (N)= 504 (kgf)

 Chạy đều (về bên trái): Fa2 =μmg + f = 0,1.840.10 + 840 = 1680 (N) = 168 (kgf)

 Gia công (về bên trái): Fa3 = Fm +μ(mg +Fmz )+ f = 1290 + 0,1.(840.10 +0) + 840 = 2970 (N) 297(kgf)

 Giảm tốc (về bên trái): Fa3 =μmg −ma+ f = 0,1.840.10 – 840.4 + 840 = -1680 (N) = -168 (kgf)

Lực dọc trục trung bình

F mx =√ 3 ∑ ∑ F l 3 l t n l l t l = √ 3 F 1max 3 N N 1 1 max max T T 1 1 + + F N 2 3 2max max N T 2 2 max T 2

 F 1max , F 2max : : Lực dọc trục lớn nhất khi không gia công và gia công

 N 1 max , N 2 max : 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

Bảng lực dọc trục và phần trăm tương ứng:

Axial load(N) Rotation speed (rpm) Time Ratio (sec or %)

+ F mx là lực dọc trục trung bình

+ n là tốc độ quay trung bình của trục vít me: n 1 ×0,3t+n 2 ×0,7t=¿1650 (rpm)

(n 1 , n 2 là tốc độ quay lớn nhất của trục khi gia công và không gia công ở các khoảng thời gian tương ứng là 70% làm việc và 30% không làm viêc)

+ f s là hệ số bền tĩnh, với máy công cụ f s =1,5÷3, chọn f s =2

+ f w là hệ số tải động, lựa chọn theo bảng sau:

Hình 2.17 Hệ số tải động

 L t là tuổi thọ yêu cầu làm việc của vít me tương đương 20000h làm việc

 Vậy vít me trục X phải có tải trọng động C a ≥6003(kgf)

Máy phay CNC cần một hệ thống dẫn động với độ cứng vững cao, trong khi độ hao phí không phải là yếu tố quan trọng Vì vậy, nên chọn bi kiểu lưu truyền bi ngoài, cụ thể là kiểu FDWC, với số dòng lưu chuyển B ×2 hoặc B ×3.

4.2.5 Chọn bán kính trục vít:

L = Hành trình trục X max (L max ) + chiều dài đai ốc, ổ bi + chiều dài vùng thoát = 1000 + 100 +

- Kiểu lắp ghép ổ đỡ một đầu đỡ chặn một đầu tùy chỉnh có f,1

- Từ các kế quả tính toán ta chọn series:

+ Loại trục vít me: 45-10B3-FDWC

Hình 2.18: Bản vẽ thiết kế đai ốc bi

Hình 2.19: Các thông số của trục vít 45-10B3-FDWC

4.2.7 Chiều dài trục vít me

Chiều dài trục vít me sau khi chọn trục:

L = Hành trình trục X max ( L max ) + chiều dài đai ốc, ổ bi + chiều dài vùng thoát = 1000 +243 +

 Tốc độ quay cho phép: n=f ×d r

4.2.9 Chọn cấp chính xác Độ chính xác vị trí yêu cầu là ± 0,03/1000 mm.

Chọn cấp chính xác với độ lệch biến dạng và độ biến dạng tích lũy là:

Hình 2.20: Thông số cấp chính xác của trục vít theo hãng PMI

4.2.10 Độ dịch nhiệt độ ( mức điều chỉnh 3 0 C)

 Bán kính lõi ren của trục vít-me:

Dr = 38,05 mm ( tra trên catalog PMI )

4.2 Chọn động cơ cho bàn Y:

 Tốc độ vòng lớn nhất: 2000 vòng/phút.

 Thời gian cần thiết để đạt tốc độ lớn nhất là 0,9s.

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

2+GD W 2 +GD 2 J =¿182 + 21,3 + 35,4 = 238,7 (kgf cm 2 ) 4.2.2 Momen phát động

Thời gian gia tốc rất ngắn, vì vậy chúng ta chỉ tập trung vào giai đoạn chạy đều, giai đoạn này chiếm phần lớn thời gian trong quá trình gia công.

 Momen do lực ma sát:

Do đó momen phát động cần thiết là:

T L =T p +T c =8+89,1,1(kgf cm) 4.2.3 Chọn động cơ

+ Tốc độ quay lớn nhất của động cơ: 2000v/p

+ Hệ số ma sỏt giữa thộp và gang ta chọn à = 0,1

+ Bước của vít me: h mm

+ Gia tốc trọng trường: gm/s 2

+Khối lượng của phần đầu dịch chuyển: m = 840 kg

+ Góc nghiêng của trục động cơ và trục vít me α=0°

+ Lực cắt lớn nhất: F m =¿ 1290 (N) = 129 (kgf)

 Tính vận tốc dài : chọn đường kính vít me bi 32mm ta có v max =π × D × n

M stat =M fric +M wz +M mach =1,49+0+0,49=1,98(Nm)

Tốc độ quay của motor:

0,01 00(vòng/phút) Điều kiện để chọn motor:

Dựa trên các yêu cầu kỹ thuật, chúng tôi đã chọn động cơ AM 1400C của hãng ANILAM, với momen khởi động đạt 13 Nm và tốc độ quay tối đa lên đến 2000 rpm, như hình minh họa dưới đây.

Hình 2.21: Thông số động cơ AM-1400C Đồng thời chọn inverter SA301A của hãng Anilam có: I inverter =7,5(A)>I 0 motor =7,2(A).

4.2.4 Kiểm tra thời gian đặt vận tốc cực đại

Thời gian để đạt vận tốc cực đại là : t a = J

Trong đó: J là tổng momen quán tính (Momen tính toán + momen cho bởi động cơ – Rotor Inertia J)

T L là momen quay f là hệ số an toàn ( chọn theo kiểu ổ lắp)

Thay số vào ta được : t a = (238,7+43).10 −4

60 ×1,2=0,576 thỏa mãn4.2.5 Tính toán ứng suất tác dụng lên trục vít σ=F

Vật liệu làm trục là 50CrMo4 có độ cứng biến dạng 1,1×10 8 (N/m 2 )>σ max độ cứng chống uốn 0,9×10 8 (N/m 2 )>σ max

4.3 Tính tải trọng tới hạn của trục vít

=> Do vậy trục vít đảm bảo an toàn

Hình 2.22: sơ đồ tính toán chọn ổ lăn.

Theo kiểu lắp fixed-supported, lực tác dụng chủ yếu lên vít me là lực dọc trục, trong khi lực vuông góc không đáng kể Do hiện tượng rung trong quá trình hoạt động, cần chọn 2 ổ bi chặn theo kiểu back to back và 1 ổ bi đỡ 2 dãy.

Chọn sơ bộ 2 ổ bị chặn 1 dãy có kí hiệu 7308 ACCBM của hãng SKF: Điều kiện làm việc

Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh

Kiểm nghiệm khả năng tải độngChọn sơ bộ ổ lăn d = 40 mm, D = 90 mm, B = 23 mm, C = 56 kN, C 0 6kN

Hình 2.23a: ổ bi chặn 1 dãy Chọn sơ bộ ổ bi đỡ 2 dãy có kí hiệu 4208 ATN9 của hãng SKF : d = 40 mm, D = 80 mm, B = 33 mm, C = 37,1 kN, C 0 2,5kN

Nhiệt độ làm việc dưới 105℃ a Tính cho ổ bi chặn 1 dãy:

Kiểm nghiệm khả năng tải động :

Tải trọng quy ước : Theo tài liệu [2] mục : 11.15 T219

- kt : Hệ số ảnh hưởng đến nhiệt độ

Khi θ < 105 thì kt=1 và khi 205 0 C > θ > 105 0 C thì Ở đây lấy kt = 1.

- kd: Hệ số tải trọng động tra theo bảng 11.3 T215 tài liệu [2] Ta được kd = 1,1.

Theo bảng 11.4 tài liệu [2] trang 216 Ổ bi chặn ta có : X=0,Y=1

Tổng hợp lực dọc trục :

(Theo tài liệu [2] mục 11.5a trang 219).

Do Fr nhỏ nên có thể bỏ qua (lực hướng tâm được 2 ray dẫn hướng chịu lực) nên:

Tuổi thọ tính theo triệu vòng :

→ Đảm bảo khả năng tải động

- Kiểm nghiệm khả năng tải tỉnh :

Tra bảng : 11.6 T221 với ổ bi đỡ chặn α 0 ta được :X0 = 0,5 và Y0 = 0,47

→ Đảm bảo khả năng tải tĩnh b Tính cho ổ bi đỡ 2 dãy:

Vì lực hướng tâm nhỏ do lực này được 2 ray dẫn hướng chịu nên lực này có thể bỏ qua và ổ đỡ đủ bền.

Vậy ổ bi phù hợp với khả năng tải.

Có nhiều loại khớp nối để lựa chọn cho bài toán này, nhưng dựa trên tài liệu tham khảo và thực nghiệm từ các hãng sản xuất, tôi quyết định chọn khớp nối trục dàn hồi với đĩa hình sao.

Hình 2.24: Nối trục đàn hồi đĩa hình sao ( tham khảo trang 70 tài liệu [10])

Bạn có thể lựa chọn thông số cho khớp nối trục chữ thập dựa trên đường kính trục vít me và giá trị mô men khởi động của động cơ.

Trên cơ sở đó em chọn thông số cho khớp nối như sau: