Đồ án 1 thiết kế hệ thống dẫn hướng bàn máy CNC đề 20 . có đính kèm bản vẽ 3D và 2DChế độ cắt thử nghiệm: phay mặt đầu, 8 lưỡi cắt, D = 80mm, JIS, SUS440C, grade 4040, v = 100 mphút, t = 0.8 mm, F = 900 mmphút.Khối lượng lớn nhất của chi tiết gia công :M = 500 kg
TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY CNC
Máy phay CNC là gì?
IV Máy phay CNC là gì?
Máy phay CNC là thiết bị gia công cơ khí phổ biến tại các xưởng sản xuất, từ quy mô nhỏ đến lớn trên toàn quốc Sử dụng công nghệ CNC (Computer Numerical Control), máy phay CNC cho phép điều khiển tự động thông qua máy tính thông minh, nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quá trình gia công.
Hình 1.2: Máy Phay CNC 3 Trục IV.1 Công dụng của máy phay CNC:
- Công dụng chủ yếu của máy phay là dùng để phay, cắt gọt, khoan, … một cách tỉ mỉ và chính xác.
Máy phay CNC có khả năng cắt gọt nhiều chi tiết máy khác nhau đồng thời, đảm bảo chất lượng sản phẩm cao.
- Ngoài ra, máy cũng có công dụng để đo khoảng cách với độ chính xác cao.
IV.2 Ưu điểm của máy phay CNC:
- Máy phay CNC có tốc độ cắt nhanh và độ chính xác rất cao Điều đó giúp cho việc gia công tiết kiệm được thời gian.
Dao cắt của máy phay CNC có khả năng cắt các đường thẳng, ngang và tròn với sự di chuyển đa dạng, cho phép thực hiện nhiều chi tiết khác nhau từ đơn giản đến phức tạp.
- -Có thể hoạt động một cách liên tục mà vẫn đảm bảo được độ chính xác.
IV.3 Các loại máy phay CNC
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại máy phay đa dạng về hình dáng, kiểu mẫu và chức năng Các loại máy phay này thường được phân chia thành ba nhóm chính, mỗi nhóm có cấu tạo và thiết kế riêng biệt.
Máy phay được phân loại theo số trục, bao gồm máy phay 2 trục, 3 trục và các loại máy có nhiều trục hơn Số trục càng nhiều, máy phay sẽ càng linh hoạt trong quá trình gia công.
Máy phay được chia thành hai nhóm dựa trên hướng di chuyển của trục chính: máy phay đứng và máy phay ngang Nếu trục chính của máy phay di chuyển lên xuống, nó được gọi là máy phay đứng Ngược lại, nếu trục chính di chuyển ra vào, thiết bị đó được gọi là máy phay ngang.
Nhóm 3: Máy phay có thể được trang bị bộ thay dao hoặc không, phản ánh sự phát triển không ngừng của công nghệ Sự đa dạng trong các loại máy phay hiện nay không chỉ mang lại tính linh hoạt mà còn cung cấp các tính năng vượt trội, hỗ trợ tối ưu cho công việc gia công.
IV.4 Phân loại máy phay theo số trục
Vậy trục máy phay là gì?
Máy phay CNC hoạt động và gia công vật liệu chủ yếu thông qua phần trục máy Thông thường, máy phay CNC được trang bị tối thiểu 3 trục, được gọi là trục X, Y và Z.
Z Mỗi trục sẽ thực hiện việc gia công theo hướng khác nhau, trục X là hướng dọc, trục Y là hướng ngang và trục Z là độ sâu.
Khi lắp đặt vật liệu cố định trên bàn máy phay và dao cắt ở trục, người dùng có thể vận hành máy để di chuyển trục tới phần vật liệu cần xử lý Hiện nay, các máy phay đang ngày càng được cải tiến để nâng cao hiệu suất làm việc.
CNC thông dụng có 3 trục thì cũng có các loại máy phay khác với số trục nhiều hơn như 4 trục, 5 trục, …
Dựa vào bản vẽ gia công, doanh nghiệp sẽ lựa chọn loại máy phay phù hợp với số lượng trục cần thiết Máy phay CNC với nhiều trục cho phép sản phẩm hoàn thiện đạt độ sâu và chi tiết cao hơn Đặc biệt, máy phay 5 trục có các trục A và B, trong đó trục A quay quanh trục X, mang lại khả năng gia công linh hoạt và chính xác.
IV.5 Máy phay CNC 3 trục
Số lượng trục trên máy phay CNC xác định các hoạt động phay mà máy có thể thực hiện, mức độ phức tạp tối đa của các chi tiết có thể cắt, cũng như vị trí mà dụng cụ cắt có thể thao tác trên phôi.
Máy phay CNC 3 trục bao gồm ba trục chính: X, Y và Z, trong đó trục X đại diện cho chiều dọc, trục Y cho chiều ngang, và trục Z cho độ sâu Khi dụng cụ cắt hoạt động theo mặt phẳng XYZ, phôi được giữ cố định tại một vị trí.
Máy phay 3 trục sử dụng hệ tọa độ không gian, trong đó chiều dương của trục Z chạy từ chi tiết cần phay tới dụng cụ gia công Hai trục tọa độ XY được xác định theo quy tắc bàn tay phải Cấu tạo của máy CNC phay 3 trục bao gồm các thành phần chính như sau:
- Trục chính chuyển động tịnh tiến theo trục Z, phương thẳng đứng
- Bàn máy có mang bộ đồ gá để lắp phôi, có khả năng chuyển động tịnh tiến theo hai trục X, Y nằm phía dưới trục chính
- Hệ điều khiển CNC và giao diện hiển thị
- Bộ phận chứa dụng cụ cắt
- Cơ cấu thay dao phay
IV.6 Đối tượng chi tiết sử dụng
Máy phay CNC 3 trục là lựa chọn lý tưởng để gia công các chi tiết nhỏ bên trong với thông số kỹ thuật đơn giản, không yêu cầu độ sâu lớn.
Máy phay 3 trục điều khiển số là thiết bị phổ biến trong ngành sản xuất cơ khí, được sử dụng rộng rãi cho các hoạt động như phay rãnh, biên dạng và khoan lỗ.
Máy phay CNC 4 trục
Máy phay 4 trục CNC, giống như máy phay đứng 3 trục, được thiết kế để hoạt động linh hoạt theo chiều dọc Quy trình gia công 4 trục bao gồm các bước tương tự như gia công 3 trục, trong đó dụng cụ cắt được sử dụng để loại bỏ vật liệu từ chi tiết, tạo hình sản phẩm một cách chính xác.
Máy CNC 4 trục hoạt động trên các trục X, Y và Z tương tự như máy 3 trục, nhưng được trang bị thêm trục A xoay quanh trục X, tạo ra khả năng gia công các chi tiết có góc cạnh phức tạp với độ chính xác cao Sự bổ sung này giúp máy 4 trục sản xuất nhanh chóng và đáng tin cậy hơn cho những chi tiết có độ phức tạp cao.
V.2 Đối tượng chi tiết sử dụng
Sử dụng máy phay 4 trục là lựa chọn lý tưởng cho những công việc yêu cầu chất lượng cao và độ chính xác, đặc biệt trong gia công thiết bị y tế và khoan phay các lỗ có hình dạng phức tạp Trong khi máy phay CNC 3 trục cho phép thực hiện các khe phay, lỗ khoan và mặt chi tiết với dao cắt theo hướng thẳng đứng, việc thêm trục thứ tư xoay quanh trục X mang lại khả năng tạo ra các lỗ và khe ở cả phía trước và phía sau sản phẩm một cách linh hoạt hơn.
Máy phay 4 trục vượt trội hơn máy gia công 3 trục bởi khả năng thực hiện các thao tác phay phức tạp mà không cần nhiều nguyên công Điều này giúp tiết kiệm thời gian và công sức cho người vận hành, đồng thời giảm thiểu việc kẹp khống chế bậc tự do, mang lại hiệu quả cao hơn trong quá trình gia công.
Lĩnh vực thường được sử dụng gia công trên phay 4 trục
Máy CNC 4 trục có thể được sử dụng cho các mục đích khác nhau, bao gồm:
Máy phay CNC 5 trục
- Sáng tạo thiết bị y tế.
VI Máy phay CNC 5 trục.
Ngoài 3 trục thông dụng X, Y, Z, máy phay 5 trục có thêm 2 trục trong các loại trục
A, B, C Những trục này khi gia công sẽ quay quanh các trục thông dụng của máy. Với 5 trục, người dùng có thể gia công vật liệu đòi hỏi độ sâu, chi tiết cao Ngoài ra, máy phay 5 trục thường áp dụng cho sản phẩm thuộc ngành hàng không, tàu thuyền và ô tô.
VI.2 Cấu tạo máy phay CNC 5 trục
Hệ toạ độ trong không gian
Trong không gian như ta đã biết một vật tồn tại 6 bậc tự do, 3 tịnh tiến dọc trục và
Máy CNC thường có 6 trục chính, nhưng nhà sản xuất còn bổ sung thêm 3 trục phụ là U, V, W để mở rộng khả năng chuyển động Các trục này giúp tăng cường độ chính xác và linh hoạt trong quá trình gia công Hình ảnh minh họa cho thấy rõ cách thức hoạt động của các trục chuyển động này.
Cấu tạo cơ bản của máy phay 5 trục CNC:
Bàn-bàn (Table-Table) là cấu trúc cơ bản thường thấy ở các máy có kích thước vừa và nhỏ, thường sử dụng 2 trục xoay A hoặc B, trong đó kiểu xoay A và C là phổ biến nhất.
Kết cấu máy kiểu Head-Head có kích thước lớn và tích hợp đầu gia công 5 mặt, cho phép thay thế toàn bộ đầu mang dao bằng đầu gia công 5 mặt Sự thay thế linh hoạt này không chỉ tăng cường độ cứng vững mà còn cải thiện độ chính xác trong quá trình gia công, đồng thời nâng cao tuổi bền của máy.
Kiểu Head-table (đầu-bàn) thường có kích thước máy hạng trung và được trang bị hệ thống thay pallet tự động Trong cấu trúc này, máy thường được bố trí ở vị trí đầu ngay hoặc đứng Các đặc điểm nổi bật của kiểu này giúp tối ưu hóa quy trình làm việc.
Máy phay CNC cấu tạo Head – Head thường có kích thước lớn, với mỗi đầu trục được trang bị đầu gia công cho 5 mặt thay vì sử dụng đầu dao như máy thông thường Sự thay thế này giúp máy phay Head – Head đảm bảo độ chính xác và chi tiết cho sản phẩm, đồng thời tăng cường độ bền của máy.
Máy phay CNC kiểu Table – Table có kích thước nhỏ gọn, được nhiều doanh nghiệp ưa chuộng nhờ tính phổ biến và tiện dụng Ngoài ba trục chính X, Y, Z, loại máy này còn được trang bị thêm hai trục A và B, tương tự như các máy phay 5 trục, giúp nâng cao khả năng gia công.
Cấu tạo Head – Table thường được áp dụng cho máy phay CNC tầm trung, với hai đầu trục là đầu đứng và đầu ngang Loại máy này còn được trang bị hệ thống tự động thay palet, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất cho doanh nghiệp.
VI.3 Lợi ích của máy phay CNC 5 trục:
Máy phay CNC 5 trục mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp, đặc biệt trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm So với các phương pháp phay thủ công, máy phay CNC giúp cải thiện độ chính xác và tốc độ cắt, đồng thời giảm thiểu tình trạng không đồng đều và lệch kích thước trong quá trình sản xuất Nhờ vào công nghệ tiên tiến này, doanh nghiệp có thể yên tâm về hiệu suất và chất lượng sản phẩm của mình.
Sản phẩm được gia công bằng máy phay CNC đạt tiêu chuẩn với đường cắt chính xác và tinh xảo Việc sử dụng công nghệ này giúp hạn chế độ rung khi gia công bằng tay, từ đó giảm thiểu tình trạng lệch đường cắt và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Tiết kiệm thời gian và công sức là lợi ích lớn từ việc sử dụng máy phay, khi người dùng không cần tốn công lắp đặt hay thay đổi gá đặt thường xuyên Với tốc độ cắt nhanh và độ chính xác cao, máy phay giúp giảm thiểu thời gian cho doanh nghiệp, nâng cao hiệu quả sản xuất.
VII Ưu điểm của máy phay CNC 5 trục và 4 trục
Máy phay CNC 4 trục và 5 trục giúp doanh nghiệp tiết kiệm thời gian gia công vật liệu bằng cách giảm thiểu việc cài đặt lại gá đặt và gốc tọa độ Việc này không chỉ đơn giản hóa quy trình sản xuất mà còn hạn chế sai số kỹ thuật sau mỗi lần gia công, nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quá trình sản xuất.
Máy phay CNC 3 trục yêu cầu gá đặt để giữ vật liệu cố định trên bàn máy, trong khi máy phay 4 trục và 5 trục cho phép doanh nghiệp bỏ qua bước này, giảm thiểu sự phức tạp trong quá trình gia công Mặc dù không cần gá đặt, máy phay 4 trục và 5 trục vẫn có khả năng xử lý các chi tiết tinh xảo và phức tạp, mang lại hiệu quả cao cho sản phẩm.
Việc sử dụng nhiều trục máy quay quanh vật liệu giúp gia công hiệu quả và tối ưu hóa từng chi tiết của sản phẩm Trục máy kết hợp với đầu dao mang lại khả năng gia công hoàn chỉnh và chất lượng cao Trong khi máy 3 trục chỉ có thể cắt từng vết nhỏ, tốn thời gian và không đảm bảo độ chính xác, máy 4 trục và 5 trục có khả năng cắt đường viền vật liệu đồng thời, giúp bề mặt đạt độ bóng nhất định.
VIII Đánh giá chung:
Những doanh nghiệp có ngân sách cao thường lựa chọn máy phay CNC 5 trục hoặc
Máy phay 4 trục cho phép gia công phức tạp với nhiều chi tiết, nhưng không phải doanh nghiệp nào cũng cần sử dụng loại máy này Do đó, các doanh nghiệp cần xác định rõ mục đích, nhu cầu và ngân sách của mình trước khi quyết định đầu tư.
Phân loại máy phay theo hướng đi của trục chính
về thông tin các loại máy.
IX Phân loại máy phay theo hướng đi của trục chính. Được chia theo hướng đi của trục đứng hoặc ngang. Trục chính của máy phay chuyển động lên xuống thì gọi là máy phay đứng. Trục chính chuyển động ra vào thì được gọi là máy phay ngang
IX.1 Máy phay đứng
Là loại máy phay có trục chính vuông góc với bàn máy
Trong quá trình gia công, dao thực hiện hai chuyển động chính: chuyển động cắt, hay còn gọi là chuyển động quay tròn của dao, và chuyển động tiến dao, tức là chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết cần gia công.
Máy phay đứng là thiết bị quan trọng trong gia công cơ khí, được sử dụng để làm nhẵn, làm phẳng và định hình các chi tiết Nó cho phép gia công nhiều loại bề mặt, khoét lỗ, cắt bánh răng và gia công các rãnh trên chi tiết một cách chính xác.
Máy phay ngang là máy có trục chính nằm ngang song song với bề mặt làm việc của bàn máy
Công dụng của máy phay ngang: Dùng để gia công các chi tiết dạng phẳng, rãnh, bậc, ren, răng, định hình, …Với độ chính xác cao.
Chuyển động cắt gọt trên máy phay được thực hiện dựa trên nguyên lý cắt gọt, trong đó dụng cụ cắt quay quanh trục chính và phôi di chuyển thẳng theo bàn máy Quá trình phay tạo hình được thực hiện thông qua sự phối hợp đồng thời của hai chuyển động: chuyển động chính và chuyển động chạy dao.
Chuyển động chính là quá trình quay của dao do trục chính của máy thực hiện, đóng vai trò quan trọng trong việc cắt và tạo ra phoi.
Chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến theo chiều dọc, ngang hoặc thẳng đứng do bàn máy mang phôi thực hiện, thường vuông góc với trục dao Đây là quá trình cần thiết để thực hiện cắt liên tục và cắt hết chiều dài chi tiết.
Đặc điểm máy phay ngang
Máy phay đứng và máy phay ngang có sự khác biệt về thiết kế và giá thành, với máy phay ngang thường có giá cao hơn và khả năng gia công đa diện phôi tốt hơn Tuy nhiên, cả hai loại máy đều thực hiện các nhiệm vụ tương tự trong gia công cơ khí, như làm nhẵn, làm phẳng và định hình các chi tiết cần gia công Máy phay ngang còn được sử dụng để gia công các bề mặt phức tạp, khoan cắt bánh răng và gia công các rãnh trên chi tiết một cách đơn giản và hiệu quả.
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG
Các cơ cấu đặc trưng của máy phay điều khiển số
- Cấp điện trực tiếp từ lưới điện.
- Đa dạng, phong phú nhiều chủng loại, dễ tìm, giá thành rẻ.
Nhược điểm: Mạch điều khiển rất phức tạp.
3) Động cơ bước. Ưu điểm: Điều khiển vị trí, tốc độ rất chính xác.
Nhược điểm: Giá thành cao, momen xoắn nhỏ.
4) Động cơ servo. Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu ra của loại động cơ này được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có sự cố ngăn cản chuyển động quay của động cơ thì cơ cấu hồi sẽ nhận được tín hiệu báo chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển sẽ tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được vị trí chính xác
Chính vì vậy, loại động cơ này gắn với vít me tạo chuyển động chính xác cho bàn máy gia công.
TINH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ DẪN HƯỚNG MÁY CNC
TÍNH TOÁN, CHỌN Ổ ĐỠ TRỤC X
Do tải trọng trục lớn, gối đỡ trục vít cần lắp hai ổ đỡ chặn đối nhau để hạn chế chuyển động dọc trục Trong khi đó, gối đỡ còn lại sử dụng ổ lăn tùy động, cụ thể là ổ bi đỡ một dãy, cho phép trục di chuyển linh hoạt khi nở nhiệt.
III.1 Lựa chọn sơ bộ kích thước ổ bi
- Trục vit me X đã chọn: 45-10B2-FDWC có đường kính vit me DEmm, tải trọng tĩnh: = 15700 kgf, tải trọng động: = 5480 kgf
Khi chọn ổ bi theo tiêu chuẩn của hãng SKF, cần dựa vào đường kính vít me và tốc độ quay của động cơ để lựa chọn sơ bộ ổ bi cho trục vít me X: 7408 Đối với gối đỡ bên, cần xem xét đường kính và khả năng tải của trục vít me bi trục để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
X, lựa chọn sơ bộ ổ bi đỡ là ổ bi đỡ 1 dãy theo bảng thông số tiêu chuẩn của hãngSKF: 4308 ATN9
III.2 Khả năng tải của ổ bi
Xét lực dọc trục tác động lên 2 ổ bi đỡ - chặn (ổ A và B):
- Trọng lực tác dụng lên các ổ lăn:
- Nội lực dọc trục tác dụng lên các ổ bi là như nhau: Chọn góc tiếp xúc = 40 độ, nên e = 1.14
- Lực dọc trục tác dụng lên ổ bi: Ổ A:
Tra theo hãng SKF, với ổ bi đỡ- chặn góc nghiêng 40đã chọn có:
Kđ=1.1 (Chịu va đập nhẹ, chịu tải ngắn hạn so với các máy cắt kim loại, động cơ công suất nhỏ và trung bình)
Tuổi thọ ổ bi: Đối với ổ bi đỡ- chặn: với V=1 do vòng trong quay
TÍNH TOÁN, CHỌN Ổ ĐỠ TRỤC Y
Khả năng tải tĩnh:
IV TINH TOÁN, CHỌN Ổ ĐỠ TRỤC Y
IV.1 Lựa chọn sơ bộ kích thước ổ bi
- Trục vit me Y đã chọn: 45-10B3-FDWC có đường kính vit me DEmm, tải trọng tĩnh: = 23550 kgf, tải trọng động: = 7760 kgf
Khi chọn ổ bi theo tiêu chuẩn của hãng SKF, cần dựa vào đường kính vít me và tốc độ quay của động cơ Qua đó, ổ bi sơ bộ cho trục vít me Y được xác định là 7408 BCMB.
Để lựa chọn gối đỡ bên tùy động cho trục vit me bi trục X, cần dựa vào đường kính và khả năng tải của trục Sơ bộ, ổ bi đỡ 1 dãy được khuyến nghị là ổ bi SKF 4309 ATN9 theo bảng thông số tiêu chuẩn.
IV.2 Khả năng tải của ổ bi
Xét lực dọc trục tác động lên 2 ổ bi đỡ - chặn (ổ A và B):
- Trọng lực tác dụng lên các ổ lăn
- Nội lực dọc trục tác dụng lên các ổ bi là như nhau:
- Chọn góc tiếp xúc = 40 độ, nên e = 1.14
- Lực dọc trục tác dụng lên ổ bi: Ổ A: 78.2 (N)
Tra theo hãng SKF, với ổ bi đỡ- chặn góc nghiêng 40đã chọn có:
Kđ=1.1 (Chịu va đập nhẹ, chịu tải ngắn hạn so với các máy cắt kim loại, động cơ công suất nhỏ và trung bình)
Tuổi thọ ổ bi: Đối với ổ bi đỡ- chặn: với V=1 do vòng trong quay
Khả năng tải tĩnh:
Từ kết quả tính toán tải trọng động, tải trọng tĩnh ta lựa chọn ổ bi đỡ - chặn đạt yêu cầu.
TINH TOÁN, LỰA CHỌN HỆ THỐNG RAY DẪN HƯỚNG
CHỌN RAY DẪN HƯỚNG TRỤC X
I.1 Các thông số đầu vào
Tải trọng tĩnh C0 = 840.3 kgf Tải trọng tĩnh C0 = 859.3 kgf
Tải trọng động Ca = 5450.48 kgf Tải trọng động Ca = 6657.28 kgf
Lựa chọn ray dẫn hướng sơ bộ: Hãng PMI có các thông số tải trọng động và tải trọng tĩnh lớn hơn yêu cầu cho phép.
Quy trình tính toán
Xác định kiểu Tính toán tải trọng tác dụng
Loại hoặc kích thước đã thay đổi
Nhịp, số ray thay đổi Điều kiện làm việc
Kiểm tra với tuổi thọ yêu cầuKiểm nghiệm hệ số an toàn
Quy trình tính toán ray dẫn hướng
Xác định độ cứng vững
Xác định độ chính xác
Bôi trơn và chống bụi
I.3 Hệ số tải tĩnh
Tải trọng tĩnh định mức được đặt theo giới hạn tải trọng tĩnh cho phép.
Sự biến dạng tập trung không đổi giữa kênh dẫn và bi lăn sẽ gia tăng khi ray dẫn hướng phải chịu tải trọng vượt mức hoặc va đập diện rộng Nếu độ lớn của biến dạng vượt quá giới hạn cho phép, nó sẽ gây cản trở cho sự di chuyển của ray dẫn hướng.
Momen tĩnh cho phép
- Momen tĩnh cho phép được đặt theo giới hạn của momen tĩnh.
Khi một momen tác động lên ray dẫn hướng, các vị trí lăn cuối cùng sẽ chịu áp lực lớn nhất trong số các áp lực phân bố trên toàn bộ ổ lăn của hệ thống.
Hệ số an toàn tĩnh
Công thức tính: = or Trong đó:
- : tải trọng tĩnh định mức (N)
- P: tải trọng làm việc tính toán (N)
- : momen tĩnh cho phép (Nm)
- M: momen đã tính toán (Nm)
Các giá trị tham khảo của cho các máy công nghiệp thông thường và máy công cụ cho trong bảng bên dưới:
Hệ số tải trọng động định mức C
Tuổi bền dịch vụ của các ray dẫn hướng, dù được sản xuất giống nhau và chịu tác dụng trong cùng điều kiện, vẫn có sự khác biệt Do đó, tuổi bền dịch vụ được coi là chỉ tiêu quan trọng để xác định tuổi bền của hệ thống ray dẫn hướng Tải trọng định mức động C được sử dụng để tính toán tuổi bền dịch vụ khi hệ thống ray dẫn hướng chịu tải Tải trọng này được xác định dựa trên hướng và độ lớn khi các ray dẫn hướng hoạt động trong cùng điều kiện Trung bình, tuổi bền của ray dẫn hướng là 50 km, đặc biệt khi bộ phận lăn là bi.
Tính toán tuổi bền danh nghĩa L
Tuổi bền danh nghĩa của ray dẫn hướng chịu ảnh hưởng từ tải trọng làm việc thực tế Để tính toán tuổi bền danh nghĩa, cần xem xét tải trọng động định mức và tải trọng thực tế Hệ số môi trường như độ cứng của đường ray, nhiệt độ môi trường và điều kiện chuyển động cũng có tác động lớn đến tuổi bền của hệ thống ray Do đó, các thông số này cần được đưa vào trong quá trình tính toán tuổi bền danh nghĩa.
Loại xích bi : L Loại xích cuộn : L Trong đó
: hệ số cứng vững
C: hệ số tải trọng động (N)
P: tải trọng làm việc (N) Để đảm bảo khả năng tải tối ưu của hệ thống ray, độ cứng vững của đường ray phải trong khoảng HRC58-64 Nếu độ cứng dưới khoảng nói trên, tải cho phép và tuổi bền danh nghĩa sẽ giảm Vì lí do này, tải trọng động định mức và tải trọng tĩnh định mức sẽ được nhân với hệ số cững vững trong tính toán Bảng dưới đây là đồ thị độ cứng vững đảm bảo HRC lớn hơn 58, do đó =1.0
Khi nhiệt độ điều khiển vượt quá 100 độ C, tuổi bền danh nghĩa sẽ giảm, do đó cần nhân tải trọng động và tĩnh với hệ số nhiệt độ trong tính toán Nhiều phần của ray được làm từ nhựa và cao su, vì vậy nhiệt độ lý tưởng nên dưới 100 độ C Các yêu cầu đặc biệt cần được liên hệ với nhà sản xuất.
Hệ số tải trọng là yếu tố quan trọng trong tính toán ray, tuy nhiên, tải trọng thực tế thường cao hơn so với dự tính Nguyên nhân chủ yếu là do rung động và va đập phát sinh trong quá trình máy hoạt động Rung động thường xảy ra khi điều khiển ở tốc độ cao, trong khi va đập chủ yếu xảy ra khi máy khởi động lại hoặc dừng lại.
Do đó, xét đến tốc độ chuyển động và rung động, tải trọng định mức phải được chia cho hệ số tải trọng theo bảng ở trên
Tính toán tuổi bền dịch vụ theo thời gian
Khi xem xét tuổi bền danh nghĩa, tuổi bền dịch vụ được xác định dựa trên các thông số khi chiều dài hành trình và vòng quay giữ nguyên không đổi.
Ray dẫn hướng hoạt động thông qua chuyển động của các viên bi lăn giữa ray và phần di trượt Lực cản ma sát được xác định dựa trên tải trọng làm việc và lực cản chốt Hệ số ma sát có sự khác biệt giữa các sê ri khác nhau, với hệ số ma sát của sê ri MSA và MSB nằm trong khoảng 0,002 đến 0,003.
- : hệ số ma sát động
Tính toán tải trọng làm việc
Một số ví dụ về công thức tính tải trọng làm việc được cho trong bảng sau: Điều kiện làm việc
Sơ đồ lực Công thức tính
Hệ bàn máy nằm ngang
,chuyển động đều hoặc không tải
Hệ bàn máy nằm ngang nhô ra ngoài, chuyển động đều hoặc không tải
Hệ bàn máy nằm ngang có đặt phôi
== = Tính toán tải trọng tương đương
Hệ thống ray dẫn hướng có khả năng chịu tải và mô men từ bốn hướng, bao gồm tải trọng hướng tâm, tải trọng đảo chiều hướng tâm và tải trọng mặt bên đồng thời Khi nhiều tải trọng tác động lên hệ thống ray cùng lúc, tất cả sẽ hướng vào tâm hoặc mặt bên tương ứng, giúp tính toán tuổi bền dịch vụ và hệ số an toàn tĩnh Công thức tính toán sẽ được trình bày dưới đây: =+
: tải trọng hướng tâm tác dụng mặt trên
: tải trọng tác dụng lên mặt bên
Momen tác dụng được tính theo công thức:
: tải trọng tĩnh định mức
: momen tĩnh cho phép
Công thức tính tải trọng trung bình:
Tính chọn ray dẫn hướng bàn X,Y
L: tổng chiều dài dịch chuyển
II Tính chọn ray dẫn hướng bàn X,Y
II.1 Các điều kiện đầu :
- Sử dụng ray dẫn hướng cho bàn X có series: Model MSA30LA
- Sử dụng ray dẫn hướng cho bàn Y có series: Model MSA35A
- Bàn X có hệ số tải động : C=47,9 kN và hệ số tải tĩnh : = 77,0 kN
- Bàn Y có hệ số tải động : C=63,6 kN và hệ số tải tĩnh : =100,6 kN
Khối lượng phôi (kg) 500 640
Khối lượng bàn máy (kg) 140 220
Vận tốc khi không gia công(m/s) v=0,3 v=0,3
Ta có gia tốc a=4 m/ và vận tốc khi không gia công v = 0,3m/s ta tính được quãng đường tăng giảm tốc = = ==0,01125m= 11,25mm và quãng đường chuyển động thẳng đều ;
Nhanh dần(mm) 11,25 11,25 Đều (mm) 877,5 627,5
Các khoảng cách định vị:
Với bàn Y: Các khoảng cách định vị:
Nếu bàn X đặt chính giữa bàn Y, sẽ không xảy ra momen lật Do đó, trong quá trình tính toán, nên đặt bàn X ở vị trí xa nhất so với tâm của bàn Y để đảm bảo hệ thống hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt nhất.
- Khi tính cho bàn , coi bàn X và phôi là một khối duy nhất có khối lượng bằng hai thành phần ( )= 500+140d0 kg.
- Coi tâm bàn X,Y,dao cắt nằm trên cùng một đường thẳng.
Các khoảng cách định vị (mm) Bàn X Bàn Y
Khoảng cách giữa hai con chạy cùng ray 410 270
Khoảng cách giữa hai con chạy khác ray 296 504
Khoảng cách từ tâm phôi đến tâm bàn máy theo phương vuông góc trục vit-me
Khoảng cách từ tâm phôi đến tâm bàn máy theo phương song song trục vit-me
0 225 Độ cao từ tâm trục vit-me tới mặt bàn máy 149 245 Độ cao từ tâm trục vit-me tới mặt phôi 400 631
II.2 Tính toán các lực riêng rẽ
Chuyển động đều , lực hướng kính
Chuyển động đều , lực hướng kính
Chuyển động tăng tốc sang trái, lực
Chuyển động tăng tốc sang trái, lực Bàn X Bàn Y
Chuyển động giảm tốc sang trái, lực
Chuyển động giảm tốc sang trái, lực Bàn X Bàn Y
Chuyển động tăng tốc sang phải
Chuyển động tăng tốc sang phải Bàn X Bàn Y
Chuyển động giảm tốc sang phải:
Chuyển động giảm tốc sang phải: Bàn X Bàn Y
II.3 Tính toán tải trọng tương đương
Khi chuyển động đều Bàn X Bàn Y
Tăng tốc sang trái Bàn X Bàn Y
Giảm tốc sang trái Bàn X Bàn Y
Tăng tốc sang phải Bàn X Bàn Y
Giảm tốc sang phải Bàn X Bàn Y
II.4 Kiểm tra hệ số tải tĩnh
II.5 Tính toán tải trọng trung bình
II.6 Tính toán tuổi thọ danh nghĩa
Thời gian phục vụ tính theo giờ là:
Tính toán tải trọng trung bình Bàn X Bàn Y
Vậy hai model ray đã chọn đủ điều kiện làm việc theo yêu cầu
