Đề số: 02-….. THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CHẠY DAO MÁY PHAY CNC I. Số liệu cho trước -Loại máy phay: Máy phay đứng -Trọng lượng phôi: G=340 kg -Trọng lượng bàn làm việc: Bàn X : GX=140 kg ; Bàn Y: GY = 200 kg -Quãng đường làm việc lớn nhất: Smax = 1000 mm -Vận tốc tối đa khi chạy không: V1 = 20 m/ph -Vận tốc tối đa khi gia công: V2= 10 m/ph -Tuổi thọ: 20000 h -Hệ số ma sát trượt: µ = 0,1 -Tốc độ lớn nhất của động cơ: Vmax = 2000 rpm 1 - Trục chính 2 - Bàn trục X 3- Vít me bi trục X 4 - Ray dẫn trục X 5 - Bàn trục Y 6 - Gối đỡ 7 - Ray dẫn trục Y 8 - Vít me bi trụcY Z Y X 1 2 8 7 6 5 4 3 Py Px Pz Gx P Gy Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431 3 II. Yêu cầu thiết kế - Tính toán,thiết kế và lựa chọn hệ thống vít me đai ốc bi,hệ thống đường dẫn hướng cho trục X,trục Y và ổ lăn. - Tính toán và lựa chọn động cơ điện dẫn động trục X và trục Y - 01 bản vẽ lắm hệ thống cụm trục X,Y (Bản vẽ dọc trục X,cắt ngang trục Y hoặc cắt ngang trục X,cắt dọc trục Y) Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431 4 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ................................................................................... 5 1. Tính toán lựa chọn trục vít............................................................................................... 6 1.1. Kiểu lắp ổ đỡ................................................................................................................ 6 1.2. Tính chọn vít me........................................................................................................... 7 1.3. Kiểm nghiệm lại trục vít .............................................................................................. 10 1.4. Tính toán các thông số của hệ thống phát động (động cơ,khớp nối,hộp giảm tốc)................ 10 2. Tính chọn ổ lăn............................................................................................................. 12 2.1. Thông số đầu vào........................................................................................................ 12 2.2. Chọn sơ bộ ổ lăn......................................................................................................... 12 2.3. Kiểm nghiệm cho ổ lăn................................................................................................ 12 3. Tính chọn ray dẫn hướng............................................................................................... 13 3.1. Ray dẫn hướng trục X ................................................................................................. 13 3.1.1. Thông số đầu vào .................................................................................................... 13 3.1.2. Tính toán lực .......................................................................................................... 14 3.1.3. Tính tải trọng tương đương....................................................................................... 15 3.1.4. Tính tải trọng trung bình .......................................................................................... 15 3.1.5. Tính chọn ray dẫn hướng.......................................................................................... 16 3.2. Ray dẫn hướng trục Y ................................................................................................. 16 3.2.1. Thông số đầu vào .................................................................................................... 16 3.2.2. Tính toán lực .......................................................................................................... 17 3.2.3. Tính tải trọng tương đương....................................................................................... 18 3.2.4. Tính tải trọng trung bình .......................................................................................... 18 3.2.5. Tính chọn ray dẫn hướng.......................................................................................... 19 4. Tính chọn động cơ......................................................................................................... 19 4.1. Động cơ trục X........................................................................................................... 19 4.2. Tính chọn động cơ trục Y ............................................................................................ 21 CHƯƠNG 2: THÔNG SỐ KỸ THUẬT ................................................................................ 24 CHƯƠNG 3: BẢN VẼ CÁC CHI TIẾT CHÍNH ................................................................... 25 1. Động cơ trục X .............................................................................................................. 25 2. Động cơ trục Y .............................................................................................................. 26 3. Cụm vít me.................................................................................................................... 27 4. Ổ lăn đầu cố định ........................................................................................................... 28 5. Ổ lăn đầu tùy chỉnh......................................................................................................... 29 6. Ray dẫn hướng............................................................................................................... 30 KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 32 Tài liệu tham khảo............................................................................................................... 33
Tính toán lựa chọn trục vít
Tính chọn ổ lăn
Thông số đầu vào
Lực dọc trục lớn nhất: FaX = 3433,5 N ; FaY = 5003,1 N
Nhiệt độ làm việc dưới 105 o C
Chọn sơ bộ ổ lăn
- Chọn ổ bi đỡ cho đầu cố định,hãng SFK mã 3306A với thông số: d = 30 mm; D = 72 mm; B = 30.2 mm;
- Chọn ổ đỡ cho đầu tùy chỉnh,hãng SFK mã 16006
Với thông số: d = 30 mm; D = 55 mm; B = 9 mm
Kiểm nghiệm cho ổ lăn
- Kiểm nghiệm khả năng tải động:
+ Tải trọng quy ước: Q = Fa.kt.kđ (Theo tài liệu [2] trang 214 )
(Coi lực hướng tâm rất bé so với lực dọc trục và được ray dẫn hướng chịu lực)
Trong đó: kt:hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ,dưới 105 o C => kt = 1 kđ:hệ số kể đến đặc tính tải trọng
(theo bảng 11.3 tài liệu [2] trang 215 tra ra kđ = 1,2)
+ Tuổi thọ tính theo triệu vòng
+ Tải trọng động: C=Q.√𝐿 3 (do tính toán với ổ bi)
Đảm bảo khả năng tải động
- Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh
Qt = X0.Fr+Y0.Fa (theo tài liệu [2] trang 221)
Đảm bảo khả năng tải tĩnh b, Tính cho ổ đỡ
Vì lực hướng tâm nhỏ do được ray dẫn hướng chịu lực nên coi như ổ đỡ đủ bền
Tính chọn ray dẫn hướng
Ray dẫn hướng trục X
Khối lượng: Phôi m140 kg; Bàn X m20 kg
Vận tốc: gia công v1 = 1/3 (m/s) chạy không v2 = 1/6 (m/s)
Hình 3.1 :Sơ đồ tính toán ray dẫn hướng
Tổng chiều dài dịch chuyển: lsU0 mm
Với các đoạn:l1E0 mm ; l2#4 mm ; l3'5 mm ; l4` mm ; l5 mm ; l6@0 mm
3.1.3 Tính tải trọng tương đương
PE = |PR| + |PT| + Tăng tốc: PE1tt = PE4tt = 502,96 N
+ Chạy đều: PE1 = PE2 = PE3 = PE4 = 1177,2 N
+ Giảm tốc: PE1gt = PE4gt = 2227,76 N
3.1.4 Tính tải trọng trung bình
3.1.5 Tính chọn ray dẫn hướng
- Tính hệ số an toàn tĩnh: 0 0 max 1209 s m
Với máy công cụ,theo tài liệu [1] trang 40 => fs ≥ 2,5 Điều kiện tải trọng tĩnh:
- Tính tuổi thọ danh nghĩa theo quãng đường di chuyển:
Trong đó n là tốc độ vòng để thực hiện 1 chu trình hành trình hoàn chỉnh : n = 60
3 = 11273,7 N = 11,27 kN fw : Hệ số tải trọng tra theo tài liệu [1] trang 43 => fw = 1,5
Từ điều kiện tải động và tải tĩnh,tra trong catalog hãng PMI,chọn được ray dẫn hướng mã MSA 25A với thông số:
Ray dẫn hướng trục Y
Khối lượng: Phôi+bàn X m1H0 kg; Bàn Y m2 0 kg
Vận tốc: gia công v1 = 1/6 m/s chạy không v2 = 1/3 m/s
Hình 3.1 :Sơ đồ tính toán ray dẫn hướng
Tổng chiều dài dịch chuyển: ls@0 mm = 0,4 m
Với các đoạn:l1#4 mm ; l232 mm ; l3` mm ; l4'5 mm ; l5 mm ; l6@0 mm
3.2.3 Tính tải trọng tương đương
PE = |PR| + |PT| + Tăng tốc: PE1tt = PE4tt = 3504,6 N
+ Chạy đều: PE1 = PE2 = PE3 = PE4 = 1667,7 N
+ Giảm tốc: PE1gt = PE4gt = 4529,8 N
3.2.4 Tính tải trọng trung bình
3.2.5 Tính chọn ray dẫn hướng
- Tính hệ số an toàn tĩnh: 0 0 max 1860,8 s m
Với máy công cụ theo tài liệu [1] trang 40 fs ≥ 2,5 Điều kiện tải trọng tĩnh:
- Tính tuổi thọ danh nghĩa theo quãng đường di chuyển:
Trong đó n là tốc độ vòng để thực hiện 1 chu trình hành trình hoàn chỉnh : n = 60
3 = 17336,7 N = 17,34 kN fw : Hệ số tải trọng tra theo tài liệu [1] trang 43 => fw = 1,5
Từ điều kiện tải động và tải tĩnh,tra trong catalog hãng PMI,chọn được ray dẫn hướng mã MSA 25A với thông số:
Tính chọn động cơ
Động cơ trục X
Tính momen ma sát: cos
- Hệ số ma sỏt giữa thộp và gang chọn à=0,12
Tỉ số truyền i=1 cho phép kết nối động cơ trực tiếp với vít me bi mà không cần hộp tốc độ Trong trường hợp này, cần đảm bảo máy hoạt động êm ái, mô men cung cấp ở mức nhỏ và vận tốc tối đa Vmax@00 vg/ph được duy trì, vì tốc độ trục chính có thể đạt được hiệu suất cao.
12000 vg/ph) – η công suất (chọn η = 0,9) Thay số ta được kết quả tính toán sau:
Tính momen thắng lực kết cấu W
Vì cơ cấu chấp hành nằm ngang nên α = 0 0 nên M W Z =0
Tính vận tốc dài max
Tính tốc đọ quay của motor max 3,14 60
Để chọn loại động cơ phù hợp, cần dựa vào momen tĩnh và tốc độ của motor Động cơ hãng ANILAM mã AM960A là lựa chọn lý tưởng với momen khởi động 5,2 Nm, tốc độ vòng quay lớn nhất đạt 6000 rpm và tốc độ định mức 4500 rpm.
Chọn inverter dựa trên điều kiện: I N Inverter I 0 Motor
Chọn khớp nối trục hãng Zero-Max mã 6A22-A1C với các thông số :
Tính chọn động cơ trục Y
Tính momen ma sát: cos
- Hệ số ma sỏt giữa thộp và gang chọn à=0,12
Tỉ số truyền i=1 được chọn khi kết nối động cơ trực tiếp với vít me bi mà không qua hộp tốc độ Trong trường hợp này, cần đảm bảo máy hoạt động êm ái, yêu cầu mô men cung cấp nhỏ và đạt vận tốc tối đa Vmax@00 vg/ph.
SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431 22 được đảm bảo (vì tốc độ trục chính trong trường hợp này có thể đạt
12000 vg/ph) – η công suất (chọn η = 0,9) Thay số ta được kết quả tính toán sau:
Tính momen thắng lực kết cấu W
Vì cơ cấu chấp hành nằm ngang nên α = 0 0 nên M W Z =0
Tính vận tốc dài max
Tính tốc độ quay của motor max 3,14 60
Dựa vào momen tĩnh và tốc độ của động cơ, loại động cơ ANILAM mã AM 1160A được lựa chọn với momen khởi động 7,7 Nm, tốc độ vòng quay lớn nhất đạt 5400 rpm và tốc độ định mức là 3000 rpm.
Chọn inverter dựa trên điều kiện: I N Inverter I 0 Motor
Chọn khớp nối trục hãng Zero-Max mã 6A22-A1C với các thông số :
THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Hãng PMI,số hiệu : 1R40-10B2-FDWC-580-869-0.018
(Theo catalog hãng PMI) dr = 40 mm ; l = 10 mm
Ổ bi đầu cố định có ký hiệu : 3306A (Theo catalog hãng SKF) d= 30 mm; D = 72 mm; B = 30,2 mm;
Ổ bi đầu tùy chỉnh có kí hiệu : 16006 (Theo catalog hãng SKF) d = 30 mm; D = 55 mm; B = 9 mm
Hãng PMI,số hiệu : MSA 25A
Momen khởi động 5,2 Nm ; tốc độ quay định mức 5400 rpm Trục Y : ANILAM mã AM 1160A
Momen khởi động 7,7 Nm ; tốc độ quay định mức 3000 rpm
Hãng Zero-Max có kí hiệu: 6A22-A1C
