Đồ án này trình bày về quá trình tính toán thiết kế hệ thống dẫn hướng cho gia công dưới sự di chuyển của 3 trục chính

Mục lục Lời nói đầu ………………………… ……………………………………… Chương 1: Tổng quan máy CNC 1.Tổng quan .2 Các cụm kết cấu máy CNC • Cụm trục :6 • Bàn xoay • Hệ thống thay dao tự động 11 • Hệ thống dẫn hướng 12 • Cụm vitme – đai ốc bi 13 CHƯƠNG TÍNH CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG HỆ BÀN MÁY CNC 15 2.1Tính chọn vít me: 15 2.1.1 Kết cấu truyền vitme đai ốc bi 16 2.1.2 Tính chọn vitme bi 17 1.Các thông số đầu vào 17 Bước vít me (l) 20 Lực cắt máy 20 Tính tốn lựa chọn trục vít , ổ lăn cho bàn máy di chuyển theo trục Y 21 4.1 Điều kiện làm việc thông số tính chọn 4.2 Chọn trục vít ổ bi 4.3 Chọn độ xác dài 4.4.Độ dịch thay đổi nhiệt độ: (mức hiệu chỉnh ℃) 21 22 27 28 4.5.Chọn động 28 4.6 Tính tải trọng tới hạn trục vít 32 4.7 Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối 32 Tính tốn lựa chọn trục vít , ổ lăn cho bàn máy di chuyển theo trục X 37 5.1 Điều kiện làm việc thơng số tính chọn 37 5.2 Chọn trục vít ổ bi 38 5.3 Chọn độ xác dài 43 44 5.4 Độ dịch thay đổi nhiệt độ: (mức hiệu chỉnh 3℃) 5.5.Chọn động 44 5.6 Tính tải trọng tới hạn trục vít 48 5.7 Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối 48 2.2.TÍNH CHỌN RAY DẪN HƯỚNG 53 Cơ sở tính tốn 54 2.Tính chọn day dẫn hướng bày Y .61 3.Tính chọn day dẫn hướng bày X .68 Kết luận ……………………………………………………………………76 Lời nói đầu Tính tốn thiết kế hệ thống Cơ điện tử nội dung khơng thể thiếu chương trình đào tạo kỹ sư Cơ điện tử Đồ án môn học giúp cho em hệ thống hóa lại kiến thức môn học : Chi tiết máy,Vẽ kĩ thuật,Cơ học kĩ thuật,Nguyên lỹ máy,Sức bền vật liệu,…Đồng thời giúp chúng em học thêm số phần mềm cần thiết cho việc thiết kế ,mô cần thiết solidwork, giúp chúng em làm quen với công việc thiết kế làm đồ án tốt nghiệp sau Máy CNC (computer numerical controlled) công cụ gia công kim loại tinh tế tạo chi tiết phức tạp theo yêu cầu công nghệ đại Phát triển nhanh chóng với tiến máy tính, ta bắt gặp CNC dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt mài, máy đột rập nhiều công cụ công nghiệp khác Thuật ngữ CNC liên quan đến nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính để điều khiển chuyển động thực q trình gia cơng kim loại Bài viết thảo luận hai loại máy phổ biến thị trường máy phay Đồ án trình bày trình tính tốn thiết kế hệ thống dẫn hướng cho gia cơng di chuyển trục Nhiệm vụ chính: Tính chọn : Vít me bi ,cụm ổ đỡ , động , ray dẫn hướng Chương 1: Tổng quan máy CNC 1.Tổng quan  Khái niệm: CNC ( computer numerical control ) dạng máy NC điều khiển tự động có trợ giúp máy tính , mà phận tự động lập tình để hoạt động theo kiện tiếp nối với tốc độ xác định trước để tạo mẫu vật với hình dạng kích thuốc u cầu Lịch sử phát triển tưỏng điều khiển máy lệnh nhớ máy CNC xuất từ kỷ XIV, phát triển hồn thiện dần ngày nay, với số mốc lịch sử sau: Ý - Năm 1808 Toseph M Jacquard dùng bìa tơn đục lỗ để điều khiển máy dệt (bìa đục lỗ vật mang tin) - Năm 1938 Claude Shannon bảo vệ luân án tiến sỹ Viện cơng nghệ MÍT (Mỹ) với- nội dung tính tốn chuyển giao liệu dạng nhị phân - Năm 1946 tiến sỹ John W,Mauchly cung cấp máy tính số diên tử có tên ENIAC cho quân đội Mỹ, - Năm 1954 Bendix mua quyền Pasons chế tạo điều khiển NC hồn chỉnh có sử dựng bóng điên tử - Năm 1954, phát triển ngôn ngữ biểu trưng dược gọi ngơn ngữ lập trình tư động APT - Năm 1957 không quân Mỹ trang bị máy NC xưởng Năm 1960, kỹ thuật bán dẫn thay cho hệ thống điều khiển xung rơle, đèn điện tử - - Năm 1965, giải pháp thay dụng cụ tự động ATC (Automatic Tool Changer), - Năm 1968, kỹ thuật mạch tích hợp lC đời có độ tin cậy cao - Năm 1972, hệ điểu khiển NC (numerical control – trung tâm điều khiển số) có lắp đặt máy tính nhỏ… - Năm 1979, hình thành khối liên hồn CAD/CAM – CNC - Ngày máy cống cụ CNC (computer numerical control -trung tâm điểu khiển số có trợ giúp máy tính) hồn thiện với tính nâng vượt trội gia cơng hồn chỉnh chi tiết máy gia công, với số lần gá đặt Đặc biệt chúng gia cơng chi tiết có bề mặt phức tạp - Hiện phát triển ngành sản xuất vi điện tử ,điều khiển số , máy công cụ , dụng cụ cắt … dẫn đến chế tạo trung tâm gia công (CME) , hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS), hệ thống sản xuất có tích hợp máy tính (CIM) Phương hướng phát triển máy CNC - Nghiên cứu chế tạo trung tâm đồng với độ xác cao Gia cơng với tốc độ cắt gọt cao, khoan với độ xác cao Giảm khối lượng lập trình cho nhiệm vụ gia cơng (lập trình macro) Hệ thống lập trình đơn giản, dễ thao tác, giao diện đồ họa, hiệu cao Phân tích lỗi với giúp đỡ đồ họa máy cnc hệ thống sản xuất nói chung Máy đục lỗ băng giấy - Thơng tin hành trình gia cơng chức máy cần thiết ghi băng giấy đục lỗ với mã hóa chương trình chữ số ,chữ kí tự đặc biệt Máy tính trung tâm điều khiển việc xử lí thơng tin hành trình chức máy - Các trục chuyển động chạy dao x,y,z (máy phay ) x,z ( máy tiện ), trục dẫn động động riêng biệt Hệ thống đo kiểm tra ln phản hồi vị trí dụng cụ hệ điều khiển • Máy CNC: Máy CNC YL-1509 ROUTER Đầu năm 1970 đời máy CNC: đời , phát triển vi xử lí máy tính (PC) , máy cnc có vi xử lí độc lập chức + + + +  có thêm nhiều Có khả lập trình chỗ chi tiết có biên dạng phức tạp Có khả mơ đồ họa q trình gia cơng máy Khơng cần hỗ trợ cơng cụ tốn học bên ngồi Chương trình gia cơng mã hóa ghi lại dạng file liệu  Trung tâm gia cơng: Là tích hợp nhiều chức gia cơng khí tiện , phay bào , khoan máy CNC Giúp máy làm việc linh hoạt , thực nhiều nguyên , cơng xác Máy CNC Mori seiki Các cụm kết cấu máy CNC  Cụm trục : o Vai trị ngun lí làm việc : - Trục máy cơng cụ đóng vai trị quan trọng q trình cơng cung cấp tốc độ cắt cho dao phần chuỗi truyền lực máy công cụ dụng cụ chi tiết Tùy theo loại máy mà trục có đặc tính khác Đối với máy tiện, trục mang chi tiết cấp tốc độ cắt Khi khoan phay trục quay dao lắp để tạo tốc độ cắt Trục máy cơng cụ đối tượng mà nhà chế tạo tập trung nghiên cứu hoàn thiện phát triển - Các thành phần trục phận gá dao, đòn kéo, trục, ổ đỡ, hệ thống dẫn động, hệ thống làm mát thân Có số loại hệ thống dẫn động, bao bao gồm động cơ, trực tiếp gián tiếp, đơi với trục - Dẫn động trục cấu cung cấp truyền chuyển động đến trục chính, bao gồm động khớp nối Bằng cách này, tốc độ quay, mo men xoắn công suất truyền đến dụng cụ nhờ cấu kẹp dao o Phân loại : Nói chung, có bốn loại trục phụ thuộc vào dạng dẫn động sử dụng, bao gồm loại dẫn động đai, dẫn động bánh răng, dẫn động trực tiếp dẫn động tích hợp - Trục dẫn động đai Trục loại truyền chuyển động từ động bên ngồi thơng qua truyền đai đai thang Loại sử dụng phổ biến máy gia cơng truyền thống chi phí thấp hiệu suất tốt truyền công suất danh nghĩa động thành cơng suất có ích trục Hiệu suất trục dẫn động đai, mặt truyền cơng suất động đến trục chính, đạt khoảng 95%    Loại truyền động có nhược điểm là: Bị giãn nở nhiệt đáng kể so với truyền động khác Gây nhiều tiếng ồn chuyển động đai Độ kéo căng đai gây nên lực hướng kính lên trục, gây nên tải ổ đỡ - Trục dẫn đơng bánh Trục dẫn động bánh đạt mơ men xoắn cao số vịng quay thấp chúng có nhiều dải cấp tốc độ Tuy nhiên bánh gây nên rung động, tạo ảnh hưởng xấu lên độ bóng bề mặt chi tiết gia cơng Hơn nữa, hiệu suất chúng dạng khác chúng chuyển đổi công suất danh nghĩa động thành cơng suất cắt dao Trục dẫn động bánh không phù hợp cho trường hợp gia cơng cao tốc thích hợp cho cơng việc nặng - Trục dẫn động trực tiếp Các trục dẫn động trực tiếp đạt hiệt suất truyền công suất từ động đến dao gần 100% Chúng làm việc tốc độ quay cao mơ men xoắn thấp Vì khơng có xích truyền động nên khơng thể tăng mơ men xoắn cách học để đáp lại giảm tốc độ động Hệ thống truyền động ứng xử tốt mặt rung động, có nghĩa đạt tốc độ cao đạt độ bóng bề mặt tốt - Trục dẫn động tích hợp loại trục này, động động điện đồng không đồng tích hợp vào kết cấu trục ổ đỡ trước sau hình Bằng cách này, rung động tiếng ồn giảm thiểu cơng việc thực tốc độ quay cao, từ 15.000 vg/ph Do trục loại phổ biến máy cơng cụ gia cơng cao tốc Ở Kiểm sốt truyền nhiệt bên trục giãn nở nhiệt yếu tố then chốt để đạt hiệu suất tốt cho loại truyền động Do động lắp bên thân trục nên hệ thống tản nhiệt có vai trị vơ quan trọng Loại trục đắt tiền có hệ thống phụ cho làm mát giám sát yêu cầu độ xác cao lắp ráp - Khối lượng phôi bàn X: m1 = 300+140=440 kg Khối lượng cụm bàn Y: m2 = 220 kg Vận tốc chạy lớn không gia công: v = 20 m/ph = 0,33 m/s Gia tốc: a = a1 = a3 = m/s2 Hành trình dịch chuyển : Ls = Ly = 1300 mm Các giai đoạn : + Tăng tốc giảm tốc = + Quãn đường di chuyển 1= + = + 2 = 0,5.0,33²/5 = 0,0055( ) = 5,5 Quãng đường chạy 2= Tổng thời gian : t= − ( + 3) = 1300 − 5,5 = 1289 + Thời gian chạy 1,289 2= + = 4,03 = 0,33 = 3,9 Trong tính tốn ta để đơn giản hóa ta chọn phơi đặt bàn máy,do đó:       Khoảng cách chạy ray : Khoảng cách chạy khác ray: =650 mm = 500 mm Khoảng cách từ tâm phôi đến tâm bàn máy theo phương Y: Khoảng cách từ tâm phôi đến tâm bàn máy theo phương X : Khoảng cách từ tâm trục vít me đến bề mặt bàn máy : Khoảng cách từ tâm trục vít me đến bề mặt phơi : = mm = mm =175 mm =400 mm 2.2.Tính tốn lực a, Chuyển động đều, lực hướng kính Pn: = = 62 = = b, Chuyển động tăng tốc phía trước, lực 16 1= 1− 1= 1= 1= tải phụ 2+ + 15 3+ 16 + 15 1 16− 4− 2 16 15=825 − =2475 2 =2475 1 15=825 1 14 1=− =0 14 1= 1= =0 14 =0 14 1=− =0 c, Chuyển động giảm tốc phía trước, lực 3= 36 1+ + 2 3= 2− 3= 3− 3 35 =2475 1 36− 2 1 36− 1 35=825 35=825N 63 36 3= 4+ Tải phụ + 35 =2475 34 3= =0 34 3=− 3=− =0 34 =0 34 3= =0 d, Chuyển động tăng tốc phía sau Tính tốn tương tự ta có : 1= 1= 1= Tải phụ P 1= 2− 3− 16 + 1+ 2 16− =2475 15=825 1 16− 15=825 16 15 4+ 2 15 + =2475 1 14 1= =0 64 14 1=− =0 14 1==− =0 14 1== =0 e,Chuyển động giảm tốc phía sau1 36 3= 1− 2 3= 3= 36 1+ 36 + + 1 36− 1− 2 35=825 1+ − 3= =2475 2 35 2 1 35 =2475 35=825 Tải phụ Ptnra3 3=0 3=0 3=0 3=0 2.3.Tính tốn tải trọng tương đương : a, Khi chuyển động 1= 2= 3= 4= = 1650 = 1650 = 1650 = 1650 b, tăng tốc phía trước : 65 1=| =2475 1|=825 1|+| 1|=825 1=| 1|+| 1| 1=| 1|+| 1|=2475 1=| 1|+| c, Giảm tốc phía trước : 3=| 3|+| 3|=2475 3=| 3|+| 3|=825 3=| 3|+| 3|=825 3=| 3|+| 3|=2475 d,Tăng tốc phía sau : 1=| 1|+| 1|=2475 1=| 1|+| 1|=825 1=| 1|+| 1|=825 1=| 1|+| 1|=2475 e, Giảm tốc phía sau : 3=| 3|+| 3|=825 3=| 3|+| 3|=2475 3=| 3|+| 3|=2475 3=| 3|+| 3|=825 2.4.Tính tóan tải trọng trung bình : = 1653,5 N 66 =1653,5 N =1653,5 N Tương tự = 1653,5 2.5 Tính chọn ray dẫn hướng a Tính theo hệ số an toàn tĩnh : = = = 0 2475 Với máy công cụ chịu va chạm rung động ta chọn hệ số an tồn  chọn = =2÷3 2,5 0≥ 2475 = 2475.2,5 = 6178,5 = 6,2 b tính theo tuổi thọ danh nghĩa băng trượt ray dẫn hướng Li= ( )3 50 ≥ L (km) Tuổi thọ danh nghĩa : L= ℎ.2 60 = 25000.2.1,3.14,9.60 = 58110 ( 1000 ) 1000 Trong : n – tốc độ vịng để thực chu trình hành trình n= C ≥ √ /50 = √ /50 67  Tra catalog nhà sản xuất PMI chọn series MSA 25A Với C=28,1 kN , Co=42,4 kN 3.Tính chọn day dẫn hướng bày X 3.1 Sơ đồ đặt lực bàn X: Các thông số đầu vào : - Khối lượng phôi: m1 =300kg Khối lượng cụm bàn X: m2 = 140 kg Vận tốc chạy lớn không gia công: v = 20 m/ph = 0,33 m/s Gia tốc: a = a1 = a3 = m/s2 Hành trình dịch chuyển : Ls = Lx = 1300 mm Các giai đoạn : + Tăng tốc giảm tốc = 68 + Quãng đường di chuyển 1= + = 2 = 0.5 0,33²/5 = 0,0055( ) = 5,5 Quãng đường chạy 2= − ( + 3) = 1300 − 5,5 = 1289 + Thời gian chạy 1,289 2= = 0,33 = 3,9 Trong tính tốn ta để đơn giản hóa ta chọn phơi đặt bàn máy,do đó:       Khoảng cách chạy ray : Khoảng cách chạy khác ray: =650 mm = 500 mm Khoảng cách từ tâm phôi đến tâm bàn máy theo phương Y: Khoảng cách từ tâm phôi đến tâm bàn máy theo phương X : Khoảng cách từ tâm trục vít me đến bề mặt bàn máy : Khoảng cách từ tâm trục vít me đến bề mặt phôi : = mm = mm =175 mm =400 mm 3.2.Tính tốn lực a, Chuyển động đều, lực hướng kính Pn: = 1 = = = b, Chuyển động tăng tốc sang trái, lực 1= 1− 1 16− 2 15=544 69 16 1= 2+ 1= tải phụ + 1 16− 4− 2 15 16 3+ 1= + =1656 2 1 =1656 15 15=544 1 14 1=− =0 14 1= 1= =0 14 =0 14 1=− =0 c, Chuyển động giảm tốc sang trái, lực 3= 36 1+ + 2 3= =1656 3= 36− 3− Tải phụ 3= 36 4+ 2 36− 2− 35 + 35=544N 2 35 =1656 2 35=544 1 34 3= =0 34 3=− =0 70 34 3=− =0 34 3= =0 d, Chuyển động tăng tốc sang phải Tính tốn tương tự ta có : 1= 1= 1= 16 − 3− 1= 15 =1656 2 =1656 2 15=544 15 16+ 4+ Tải phụ 16− 2− + 16 1+ 2 15=544 1 14 1= =0 14 1=− =0 14 1==− =0 14 1== e,Chuyển động giảm tốc sang phải 3= 1− =0 36− 3= 1+ 35=544 36 + 2 35 =1656 71 36 3= 1+ 3= + 36− 1− 2 35 2 1 =1656 35=544 Tải phụ Ptnra3 3=0 3=0 3=0 3=0 3.3.Tính tốn tải trọng tương đương : == 1100 = a, Khi chuyển động 2= 3= 4= 1100 = 1100 = 1100 = | 1|+| 1|=544 = | |+| |=1656 = | |+| |=1656 = | |+| |=544 = | 3|+| 3|=1656 2 3 4 b, tăng tốc sang trái : 1 41 c, Giảm tốc sang trái : 72 33 d,Tăng tốc sang phải : 1 3 1 = | 3|+| 3|=544 = | |+| |=544 = | |+| |=1656 = | 1|+| 1|=1656 = | |+| |=544 = | |+| |=1656 = | |+| |=544 1 3 3 e, Giảm tốc sang phải : 3=| 3|+| 3|=544 =| 3|+| 3| =1656 3 =| 3|+| 3| =1656 3=| 3|+| 3| =544 3.4.Tính tóan tải trọng trung bình : =1102,4 N =1102,4 N 73 =1102,4 N Tương tự = 1102,4 3.5 Tính chọn ray dẫn hướng a Tính theo hệ số an tồn tĩnh : = = = 0 1656 Với máy công cụ chịu va chạm rung động ta chọn hệ số an tồn  chọn = =2÷3 2,5 0≥ 1656 = 1656.2,5 = 4140 = 4,1 b tính theo tuổi thọ danh nghĩa băng trượt ray dẫn hướng Li= ( )3 50 ≥ L (km) Tuổi thọ danh nghĩa : L= ℎ.2 60 = 25000.2.1,3.14,9.60 = 58110 ( 1000 ) 1000 Trong : n – tốc độ vịng để thực chu trình hành trình n= C ≥  √ /50 = Tra catalog nhà sản xuất PMI chọn series MSA 25 A Với C=28,1 kN , Co=42,4 kN 74 Kết luận Bài tốn : tính tốn thiết kế hệ thống dẫn hướng dùng cho máy phay CNC trục Dựa vào tốn ta tính chọn chi tiết ,bộ phận dùng cho máy CNC Vít me bi trục X Y với chiều dài làm việc cho trước ta xác định đường kính cho phép phù hợp với vận tốc yêu cầu máy hệ số tải trọng động yêu cầu tải trọng cho phép Xác định loại ổ bi ổ đỡ cần thiết cho trục với hệ số tải trọng tính tốn Động có cơng suất momen xoắn ,momen khởi động phù hợp với trình tăng tốc, giảm tốc giai đoạn làm việc máy Chọn ray dẫn hướng Từ đồ án giúp em hiểu nhiều vấn đề : - Các bước trình tự tính tốn thiết kế hệ thống Giúp em hoàn thiện khả tổng hợp kiến thức môn học vào đồ án cụ thể Xây dựng Project hoàn thiện thiết kế công cụ phần mềm solidwork, autocad, … Qua đồ án giúp em hình dung cách tổng thể cơng nghệ CNC Hình thành cho em tổng quan nghành điện tử mà lĩnh vực CNC lĩnh vực quan trọng 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Hướng dẫn thiết kế hệ thống dẫn hướng dùng cho máy CNC - Bộ môn GCVL DCCN Hướng dẫn thiết kế hệ thống dẫn động khí tập – Trịnh Chất, Lê văn Uyển 3.Catolog hãng ANILAM – Inverter Systems and Motors Catolog hãng PMI – Linear Motion System 6.Chi tiết máy – Nguyễn Trọng Hiệp 7.Sức bền vật liệu – Thái Thế Hùng Sổ tay công nghệ chế tạo máy - Nguyễn Đắc Lộc, Ninh Đức Tốn 9.Dung sai lắp ghép – Ninh Đức Tốn 10.Tập vẻ lắp – Bộ mơn Hình Họa Vẽ Kĩ Thuật ĐHBKHN 11.Hướng dẫn sử dụng solidwork 2008 – Nguyễn Trọng Hữu 12.Maple toán ứng dụng – Phạm Minh Hoàng 76 ... thị trường máy phay Đồ án trình bày trình tính tốn thiết kế hệ thống dẫn hướng cho gia cơng di chuyển trục Nhiệm vụ chính: Tính chọn : Vít me bi ,cụm ổ đỡ , động , ray dẫn hướng Chương 1: Tổng... 5.7 Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối 48 2.2.TÍNH CHỌN RAY DẪN HƯỚNG 53 Cơ sở tính tốn 54 2 .Tính chọn day dẫn hướng bày Y .61 3 .Tính chọn day dẫn hướng bày X .68 Kết... chương trình NC trục xuống kẹp chặt dao ổ chứa dao lùi vị trí ban đầu Hệ thống dẫn hướng Vai trò :  - Hệ thống trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho chuyển động bàn theo X,Y theo trục Z trục