ĐA TKHT Cơ Khí TBTĐ GVHD TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền ĐA TKHT Cơ Khí TBTĐ GVHD TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền 1 VUN LIEM 20170279 MỤC LỤC MỤC LỤC BẢNG 4 MỤC LỤC HÌNH 5 LỜI NÓI ĐẦU 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤ[.]
ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền MỤC LỤC MỤC LỤC BẢNG MỤC LỤC HÌNH LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU VÀ HỆ DẪN ĐỘNG CỦA MÁY CNC Khái niệm máy CNC Thành phần máy CNC 1.2.1 Phần điều khiển 1.2.2 Phần chấp hành Sơ đồ động học chuyển động bàn máy X Y 10 Trình bày sơ lược quy trình thiết kế hệ thống truyền động bàn máy X Y 10 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN CỤM TRỤC VÍT ME BI CHO BÀN MÁY X VÀ Y 12 2.1 Tính tốn lựa chọn vít me cho trục X 12 2.1.1 Sơ đồ tính tốn 12 2.1.2 Thông số cho trước 13 2.1.3 Lựa chọn sơ 13 2.1.4 Tính toán lực dọc trục trục X 14 2.1.5 Tính lực tác dụng trung bình tải trọng tác dụng lên vitme 15 2.1.5 Lựa chọn vít me 16 Lựa chọn kiểu bi vitme: máy phay CNC yêu cầu hệ thống dẫn động có độ cứng vững cao , độ hao phí khơng q quan trọng, lựa chọn bi kiểu lưu chuyển bi ngoài, kiểu FDWC, số bi B.2 B.3 có kết cấu hình vẽ 17 2.1.6 Kiểm tra sơ bộ: 18 2.2.Tính tốn chọn vitme cho trục Y 18 2.2.1 Tính tốn lực dọc trục 18 2.2.2 Tính lực tác dụng trung bình tải trọng tác dụng lên vitme 19 2.2.3 Lựa chọn kiểu bi vitme: 21 2.1.4 Kiểm tra sơ bộ: 22 2.3 Tính chọn ổ lăn cho trục X 22 2.3.1.Sơ đồ tính tốn 22 2.3.2.Thông số đầu vào 23 2.3.3.Chọn sơ ổ lăn 23 2.3.4 Kiểm nghiệm độ bền cho ổ lăn 24 2.4 Tính chọn ổ lăn cho trục Y 26 VUN LIEM-20170279 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền 2.4.1.Sơ đồ tính tốn 26 2.4.2.Thông số đầu vào 27 2.4.3 Chọn sơ ổ lăn 27 2.4.4 Kiểm nghiệm độ bền cho ổ lăn 28 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN LỰA CHỌN RAY DẪN HƯỚNG CHO BÀN MÁY X VÀ Y 31 3.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn chọn ray dẫn hướng 31 3.1.1 Sơ đồ tính tốn 31 3.1.2 Hệ số tải tĩnh 𝑪𝒐 31 3.1.3 Momen tĩnh cho phép 𝑴𝒐 31 3.1.4 Hệ số an toàn tĩnh 𝒇𝒔 32 3.1.5 Hệ số tải trọng động tĩnh mức C 32 3.1.6 Tính tốn tuổi bền danh nghĩa L 32 3.1.7 Tính tốn tuổi bền dịch vụ theo thời gian 34 3.1.8 Hệ số ma sát 34 3.1.9 Tính tốn tải trọng làm việc 34 3.1.10 Tính tốn tải trọng tương đương 37 3.1.11 Tính tốn tải trọng trung bình 38 3.2 Tính tốn chọn ray dẫn hướng cho bàn máy X, Y 38 3.2.1 Thông số đầu vào 38 3.2.2 Chọn sơ 38 3.3.3 Tính tốn với bàn máy X, Y 40 3.2.3.1 Các giai đoạn cho bàn X di chuyển hành trình khoảng cách định vị 40 3.2.3.2 Các giai đoạn cho bàn Y di chuyển hành trình khoảng cách định vị 41 3.2.4 Tính tốn lực riêng rẽ 41 3.2.5 Tính tốn tải tương đương 45 3.2.6 Tính tốn hệ số tĩnh 46 3.2.7 Tính tốn tải trung bình 𝑷𝒎𝒏 46 3.2.8 Tính tốn tuổi thọ danh nghĩa 𝑳𝒏 47 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ PHÙ HỢP CHO CHUYỂN ĐỘNG BÀN MÁY X VÀ Y 48 4.1 Sơ đồ tính tốn lựa chọn động cho bàn máy X Y 48 4.2 Thông số đầu vào 48 4.3 Tính tốn chọn động cho bàn máy X 49 VUN LIEM-20170279 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền 4.3.1 Momen quán tính khối: 49 4.3.2 Momen Phát động 49 4.3.3 Chọn động 50 4.4 Tính tốn chọn động cho bàn máy Y 51 4.4.1 Momen quán tính khối: 51 4.4.2 Momen Phát động 51 4.4.3 Chọn động 52 CHƯƠNG 5: SẢN PHẨM ĐÃ CHỌN SAU KHI TÍNH TỐN 54 5.1.Trục X : 54 5.2.Trục Y : 54 CHƯƠNG 6: BẢN VẼ LẮP 55 6.1 MƠ HÌNH BẢN VẼ 3D 55 6.2 BẢN VẼ LẮP 55 6.3 MÔ PHỎNG LẮP BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORK 2020 55 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 VUN LIEM-20170279 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1: Kết tính tốn lực dọc trục 15 Bảng 2.2: lực dọc trục phần tram tương ứng 16 Bảng 2.3: Xác định 𝑓𝑤 16 Bảng 2.4: Bảng kết tính tốn 𝐹𝑎𝑚, 𝑛, 𝐶𝑜 𝑣à 𝐶𝑎 16 Bảng 2.5: Bảng số liệu lực dọc trục tác dụng lên trục 𝑌 19 Bảng 2.6: bảng lực dọc trục phần tram tương ứng 20 Bảng 2.7: Xác định 𝑓𝑤 20 Bảng 2.8: Kết tính tốn thơng số 𝐹𝑎𝑚, 𝑛, 𝐶𝑜 𝑣à 𝐶𝑎 21 Bảng 3.1: Công thức tính tải trọng làm việc theo điều kiện làm việc 35 Bảng 3.2: Chuyển động đều, Lực hướng kính 𝑃𝑛 41 Bảng 3.3: Chuyển động tang tốc sang trái, Lực 𝑃𝑛𝑙𝑎1 42 Bảng 3.4: Tải phụ Pnt1la1 42 Bảng 3.5: Chuyển động giảm tốc sang trái 𝑃𝑛𝑙𝑎3 42 Bảng 3.6: Tải phụ 𝑃𝑛𝑡2𝑙𝑎3 43 Bảng 3.7 : Chuyển động tăng tốc sang phải 𝑃𝑛𝑟𝑎1 43 Bảng 3.8: Tải phụ 𝑃𝑡𝑛𝑟𝑎1 43 Bảng 3.9 : Chuyển động giảm tốc sang phải: 𝑃𝑛𝑟𝑎1 44 Bảng 3.10: Tải Phụ Ptnra3: 44 Bảng 3.11: Khi chuyển động 45 Bảng 3.12: Tăng tốc sang trái 45 Bảng 3.13: Giảm tốc sang trái 45 Bảng 3.14: Tăng tốc sang phải 45 Bảng 3.15: Giảm tốc sang phải 46 Bảng 3.16: Tính tốn hệ số tĩnh 46 Bảng 3.17: Tính tốn tải trung bình 𝑃𝑚𝑛 46 Bảng 3.18: Tính tốn tuổi thọ danh nghĩa 𝐿𝑛 47 VUN LIEM-20170279 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1: Bộ phận khí máy CNC Hình 1.2: Sơ đồ động học chuyển động bàn máy X Y 10 Hình 2.1: Kiểu lắp ổ đỡ chung cho vitme dẫn động 13 Hình 2.2: Các Lực dọc trục bàn máy X 14 Hình 2.3: Bảng datasheet hãng PMI trục X 17 Hình 2.4: Các lực dọc trục bàn máy Y 18 Hình 2.5: Bảng datasheet hãng PMI trục Y 21 Hình 2.6: Sơ đồ lắp ổ bi cho trục vit me trục X 23 Hình 2.7: Bảng thơng số kĩ thuật ổ bi chặn hãng SKF trục X .23 Hình 2.8: Bảng thông số kĩ thuật ổ bi đỡ hãng SKF trục X 24 Hình 2.9: Sơ đồ lắp ổ Bi cho trục vit trục Y .27 Hình 2.10: Bảng thơng số kĩ thuật ổ bi chặn hãng SKF trục Y 27 Hình 2.11: Bảng thơng số kĩ thuật ổ bi đỡ hãng SKF trục Y .28 Hình 3.1 : Bảng datasheet ray dẫn hướng hãng PMI .39 Hình 3.2 : Sơ đồ đặt Lực Chế độ di chuyển 40 Hình 4.1: Bảng datasheet chọn động servo cho trục X Hãng ANILAM 51 Hình 4.2: Bảng datasheet chọn động servo cho trục Y Hãng ANILAM 53 VUN LIEM-20170279 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền LỜI NĨI ĐẦU Máy phay CNC thành tựu tiến khoa học kỹ thuật giới Nó ngày ứng dụng rộng rãi chế tạo máy, đặc biệt lĩnh vực khí xác tự động hóa Sự đời máy CNC giải nhiệm vụ cấp bách tự động hố q trình sản xuất sản xuất hàng loạt nhỏ, sản xuất linh hoạt Những ưu điểm bật máy CNC so với máy thơng thường: - Nâng cao tính tự động - Nâng cao tính tập trung ngun cơng - Nâng cao tính xác đảm bảo chất lượng gia công - Nâng cao hiệu kinh tế Đề tài sâu vào việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy phay CNC nhằm ứng dụng vào giảng dạy, học tập sản xuất cách có hiệu Mục tiêu : Có thể chế tạo máy CNC đơn giản phục vụ cho sản xuất Mục đích: Hiểu kĩ cơng nghệ CNC phục vụ cho trình học tập nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn cô: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền dậy em tận tình suốt trình làm đồ án “ Thiết kế hệ thống khí thiết bị tự động ” Hà Nội, 02/01/2021 Sinh viên VUN LIEM-CK-CĐT-01-K62 liem.v170279@sis.hust.edu.vn VUN LIEM-20170279 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU VÀ HỆ DẪN ĐỘNG CỦA MÁY CNC Khái niệm máy CNC 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 Thành phần máy CNC Máy phay CNC gồm thành phần phần điều khiển phần chấp hành: 1.2.1 Phần điều khiển Gồm chương trình điều khiển cấu điều khiển: ▪ Chương trình điều khiển: Là tập hợp tín hiệu để điều khiển máy, mã hóa dạng chữ cái, số số ký hiệu khác dấu cộng, trừ, dấu chấm, gạch nghiêng … Chương trình ghi lên cấu mang chương trình dạng mã số ( mã thập – nhị phân băng đục lỗ, mã nhị phân nhớ máy tính) ▪ Các cấu điều khiển: Nhận tín hiệu từ cấu đọc chương trình, thực phép biến đổi cần thiết để có tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra hoạt động chúng thông qua tín hiệu gửi từ cảm biến liên hệ ngược Bao gồm cấu đọc, cấu giải mã, cấu chuyển đổi, xử lý tín hiệu, cấu nội suy, cấu so sánh, cấu khuếch đại, cấu đo hành trình, cấu đo vận tốc, nhớ thiết bị xuất nhập tín hiệu Cụm điều khiển có nhiệm vụ liên kết chức để thực điều khiển máy, chức bao gồm: + Số liệu vào (Data Input) + Xử lý số liệu (Data Procesing) + Số liệu (Data Output) VUN LIEM-20170279 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền + Ghép nối vào (Machine I/O interface) + Phần cứng điều khiển bao gồm thành phần : • Máy tính CPU • Bộ nhớ RAM, ROM • Hệ thống BUS • Điều khiển trình tự PMC • Điều khiển Servo • Bộ phận ghép nối 1.2.2 Phần chấp hành ▪ Thân máy đế máy: Thường chế tạo chi tiết gang gang có độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép vàđều kiểm tra sau đúc để đảm bảo khơng có khuyết tật đúc Bên thân máy chứa hệ thống điều khiển, động trục nhiều hệ thống khác ▪ Bàn máy: Bàn máy nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá Nhờ có chuyển động linh hoạt xác bàn máy mà khả gia công máy CNC tăng lên cao, có khả gia cơng chi tiết có biên dạng phức tạp.Đa số máy CNC hay trung tâm gia công đại bàn máy dạng bàn máy xoay được, có ý nghĩa trục thứ 4, thứ máy ▪ Cụm trục chính: Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay trục sinh lực cắt để cắt gọt phơi q trình gia cơng.Trục điều khiển động Thường sử dụng động Servo theo chế độ vòng lặp kín, cơng nghệ số để tạo tốc độ điều khiển xác hiệu cao chế độ tải nặng.Hệ thống điều khiển xác góc phần quay phần tĩnh động trục để tăng momen xoắn gia tốc nhanh Hệ thống điều khiển cho phép người sử dụng tăng tốc độ trục lên nhanh ▪ Băng dẫn hướng: Hệ thống trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho chuyển động ban theo X,Y chuyển động theo trục Z trục ▪ Trục vit me, đai ốc: Trong máy công cụ điều khiển số người ta thường sử dụng hai dạng vit me là: vít me đai ốc thường vít me đai ốc bi:Vít me đai ốc thường: loại vít me đai ốc có dạng tiếp xúc mặtVít me đai ốc bi: loại mà vít me đai ốc có dạng tiếp xúc lăn VUN LIEM-20170279 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ ▪ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền Ổ tích dụng cụ: Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho trình gia cơng Nhờ có ổ tích dao mà máy CNC thực nhiều ngun cơng cắt gọt khác liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác nhau.Do q trình gia cơng nhanh mang tính tự động hố cao ▪ Các xích động máy: Tất đường chuyền động đến cấu chấp hành máy công cụ điều khiển số dùng nguồn động lực riêng biệt, xích động học cịn loại sau:Xích động học tốc độ cắt gọt Xích động học chuyền động chạy dao Hình 1.1: Bộ phận khí máy CNC VUN LIEM-20170279 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền Sơ đồ động học chuyển động bàn máy X Y Hình 1.2: Sơ đồ động học chuyển động bàn máy X Y Hệ thống dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng chuyển động cho bàn máy theo trục X, Y ▪ Nguyên lý: Động quay truyền chuyển động qua truyền động đai (hoặc xích) lắp đầu trục vít, truyền chuyển động quay cho vit me Vit me gá đặt ổ đỡ hai đầu quay tạo chuyển động tịnh tiến cho đai ốc Đai ốc lắp với bàn Y bulong, đai ốc di chuyển dọc theo trục vít me giúp bàn Y chuyển động tịnh tiến trượt ray song song với trục vít me lắp cố định thân máy thân máy.Bàn X chuyển động tương tự ▪ Yêu cầu: hệ thống trượt phải thẳng, có khả tải cao, độ cứng vững tốt, trơn trượt, khơng có tượng dính Trình bày sơ lược quy trình thiết kế hệ thống truyền động bàn máy X Y Các thiết bị dẫn động có vai trị quan trọng máy CNC, nhân tố đảm bảo vận hành gia cơng xác máy Việc tính tốn lựa chọn thiết bị dẫn động công việc bắt buộc phức tạp với nhiều công thức cần thiết lập Vì vậy, để thuận tiện cho cơng việc lựa chọ thiết bị dẫn động, chương 2, chương chương xây dựng cơng thức tính tốn lựa chọn thiết bị dẫn động VUN LIEM-20170279 10 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền 𝑃2 𝑙𝑎3 = 𝑃2 − 𝑚1 𝑎3 𝑙6 𝑚2 𝑎3 𝑙5 − 2𝑙1 2𝑙1 667 708 𝑃3 𝑙𝑎3 = 𝑃3 − 𝑚1 𝑎3 𝑙6 𝑚2 𝑎3 𝑙5 − 2𝑙1 2𝑙1 667 −3326 𝑃4 𝑙𝑎3 = 𝑃4 + 𝑚1 𝑎3 𝑙6 𝑚2 𝑎3 𝑙5 + 2𝑙1 2𝑙1 1783 2418 Bàn X Bàn Y −1428 Bảng 3.6: Tải phụ 𝑷𝒏 𝒕𝟐 𝒍𝒂𝟑 Tải Phụ Pn t la3 𝑃𝑡1 𝑙𝑎3 = − 𝑚1 𝑎3 𝑙4 2𝑙1 𝑃𝑡2 𝑙𝑎3 = 𝑚1 𝑎3 𝑙4 2𝑙1 1428 𝑃𝑡3 𝑙𝑎3 = 𝑚1 𝑎3 𝑙4 2𝑙1 1428 −1428 𝑃𝑡4 𝑙𝑎3 = − 𝑚1 𝑎3 𝑙4 2𝑙1 Bảng 3.7 : Chuyển động tăng tốc sang phải 𝑷𝒏 𝒓𝒂𝟏 Chuyển động tăng tốc sang phải 𝑃𝑛 𝑟𝑎1 Bàn X Bàn Y 𝑃1 𝑟𝑎3 = 𝑃1 + 𝑚1 𝑎1 𝑙6 𝑚2 𝑎1 𝑙5 + 2𝑙1 2𝑙1 667 6452 𝑃2 𝑟𝑎3 = 𝑃2 − 𝑚1 𝑎1 𝑙6 𝑚2 𝑎1 𝑙5 − 2𝑙1 2𝑙1 1783 708 𝑃3 𝑟𝑎3 = 𝑃3 − 𝑚1 𝑎1 𝑙6 𝑚2 𝑎1 𝑙5 − 2𝑙1 2𝑙1 1783 −3326 𝑃4 𝑟𝑎3 = 𝑃4 + 𝑚1 𝑎1 𝑙6 𝑚2 𝑎1 𝑙5 + 2𝑙1 2𝑙1 667 2418 Bàn X Bàn Y Bảng 3.8: Tải phụ 𝑷𝒕𝒏 𝒓𝒂𝟏 𝑇ả𝑖 𝑃ℎụ 𝑃𝑡𝑛 𝑟𝑎1 VUN LIEM-20170279 43 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền 𝑚1 𝑎3 𝑙4 2𝑙1 𝑚1 𝑎3 𝑙4 𝑃𝑡2 𝑟𝑎1 = 2𝑙1 𝑚1 𝑎3 𝑙4 𝑃𝑡3 𝑟𝑎1 = 2𝑙1 −1428 1428 1428 𝑚1 𝑎3 𝑙4 2𝑙1 −1428 𝑃𝑡1 𝑟𝑎1 = − 𝑃𝑡4 𝑟𝑎1 = − Bảng 3.9 : Chuyển động giảm tốc sang phải: 𝑷𝒏 𝒓𝒂𝟏 Chuyển động giảm tốc sang phải: 𝑃𝑛 𝑟𝑎1 Bàn X Bàn Y 𝑃1 𝑟𝑎3 = 𝑃2 − 𝑚1 𝑎1 𝑙6 𝑚2 𝑎1 𝑙5 − 2𝑙1 2𝑙1 667 −3326 𝑃2 𝑟𝑎3 = 𝑃1 + 𝑚1 𝑎1 𝑙6 𝑚2 𝑎1 𝑙5 + 2𝑙1 2𝑙1 1783 2418 𝑃3 𝑟𝑎3 = 𝑃1 + 𝑚1 𝑎1 𝑙6 𝑚2 𝑎1 𝑙5 + 2𝑙1 2𝑙1 1783 6452 𝑃4 𝑟𝑎3 = 𝑃2 − 𝑚1 𝑎1 𝑙6 𝑚2 𝑎1 𝑙5 − 2𝑙1 2𝑙1 667 708 Bàn X Bàn Y −1428 Bảng 3.10: 𝐓ả𝐢 𝐏𝐡ụ 𝐏𝐭 𝐧 𝐫𝐚𝟑 : 𝑇ả𝑖 𝑃ℎụ 𝑃𝑡𝑛 𝑟𝑎3 𝑃𝑡1 𝑟𝑎3 = − 𝑚1 𝑎3 𝑙4 2𝑙1 𝑃𝑡2 𝑟𝑎3 = 𝑚1 𝑎3 𝑙4 2𝑙1 1428 𝑃𝑡3 𝑟𝑎3 = 𝑚1 𝑎3 𝑙4 2𝑙1 1428 −1428 𝑃𝑡4 𝑟𝑎3 = − VUN LIEM-20170279 𝑚1 𝑎3 𝑙4 2𝑙1 44 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền 3.2.5 Tính tốn tải tương đương Bảng 3.11: Khi chuyển động Khi chuyển động Bàn X Bàn Y 𝑃𝐸1 = 𝑃1 1225 3580 𝑃𝐸2 = 𝑃3 1225 3580 𝑃𝐸3 = 𝑃3 1225 −454 𝑃𝐸4 = 𝑃4 1225 −454 Tăng tốc sang trái Bàn X Bàn Y 𝑃𝐸1 𝑙𝑎1 = |𝑃1 𝑙𝑎1 | + |𝑃𝑡1 𝑙𝑎1 | 667 2136 𝑃𝐸2 𝑙𝑎1 = |𝑃2 𝑙𝑎1 | + |𝑃𝑡2 𝑙𝑎1 | 1783 7880 𝑃𝐸3 𝑙𝑎1 = |𝑃3 𝑙𝑎1 | + |𝑃𝑡3 𝑙𝑎1 | 1783 3846 𝑃𝐸4 𝑙𝑎1 = |𝑃4 𝑙𝑎1 | + |𝑃𝑡4 𝑙𝑎1 | 667 4754 Giảm tốc sang trái Bàn X Bàn Y 𝑃𝐸1 𝑙𝑎3 = |𝑃1 𝑙𝑎3 | + |𝑃𝑡1 𝑙𝑎3 | 1783 7880 𝑃𝐸2 𝑙𝑎3 = |𝑃1 𝑙𝑎3 | + |𝑃𝑡2 𝑙𝑎3 | 𝑃𝐸3 𝑙𝑎3 = |𝑃1 𝑙𝑎3 | + |𝑃𝑡3 𝑙𝑎3 | 667 2136 667 4754 𝑃𝐸4 𝑙𝑎3 = |𝑃1 𝑙𝑎3 | + |𝑃𝑡4 𝑙𝑎3 | 1783 3846 Tăng tốc sang phải Bàn X Bàn Y 𝑃𝐸1 𝑟𝑎1 = |𝑃1 𝑟𝑎1 | + |𝑃𝑡1 𝑟𝑎1 | 1783 7880 𝑃𝐸2 𝑟𝑎1 = |𝑃2 𝑟𝑎1 | + |𝑃𝑡2 𝑟𝑎1 | 667 2136 Bảng 3.12: Tăng tốc sang trái Bảng 3.13: Giảm tốc sang trái Bảng 3.14: Tăng tốc sang phải VUN LIEM-20170279 45 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền 𝑃𝐸3 𝑟𝑎1 = |𝑃3 𝑟𝑎1 | + |𝑃𝑡3 𝑟𝑎1 | 667 4754 𝑃𝐸4 𝑟𝑎1 = |𝑃4 𝑟𝑎1 | + |𝑃𝑡4 𝑟𝑎1 | 1783 3846 Giảm tốc sang phải Bàn X Bàn Y 𝑃𝐸1 𝑟𝑎3 = |𝑃1 𝑙𝑎3 | + |𝑃𝑡1 𝑟𝑎3 | 667 4754 𝑃𝐸2 𝑟𝑎3 = |𝑃2 𝑟𝑎3 | + |𝑃𝑡4 𝑟𝑎3 | 1783 3846 𝑃𝐸3 𝑟𝑎3 = |𝑃3 𝑟𝑎3 | + |𝑃𝑡3 𝑟𝑎3 | 1783 7880 𝑃𝐸4 𝑟𝑎3 = |𝑃4 𝑟𝑎3 | + |𝑃𝑡4 𝑟𝑎3 | 667 2136 Bảng 3.15: Giảm tốc sang phải 3.2.6 Tính tốn hệ số tĩnh Bảng 3.16: Tính tốn hệ số tĩnh Hệ số tĩnh Bàn X 𝑓𝑠 = 𝐶𝑜 𝑃max Bàn Y 9,58 42,34 3.2.7 Tính tốn tải trung bình 𝑷𝒎𝒏 Bảng 3.17: Tính tốn tải trung bình 𝑷𝒎𝒏 Tải trung bình 𝑃𝑚𝑛 Bàn X Bàn Y 1235,4 3996,5 𝑃 𝑙𝑎 𝑋 + 𝑃 𝑋 + 𝑃 𝑙𝑎 𝑋 + 𝑃 𝑟𝑎 𝑋 + 𝑃 𝑋 + 𝑃 𝑟𝑎 𝑋 𝐸2 𝐸1 3 𝐸1 1 𝐸1 3 𝐸2 𝐸1 𝑃𝑚2 = √ 2𝑙𝑠 1235,4 3836,5 𝑃 𝑙𝑎 𝑋 + 𝑃 𝑋 + 𝑃 𝑙𝑎 𝑋 + 𝑃 𝑟𝑎 𝑋 + 𝑃 𝑋 + 𝑃 𝑟𝑎 𝑋 𝐸1 1 𝐸1 3 𝐸1 1 𝐸1 3 𝐸1 𝐸1 𝑃𝑚3 = √ 2𝑙𝑠 1235,4 2188,5 𝑃 𝑙𝑎 𝑋 + 𝑃 𝑋 + 𝑃 𝑙𝑎 𝑋 + 𝑃 𝑟𝑎 𝑋 + 𝑃 𝑋 + 𝑃 𝑟𝑎 𝑋 𝐸1 1 𝐸1 3 𝐸1 1 𝐸1 3 𝐸1 𝐸1 𝑃𝑚4 = √ 2𝑙𝑠 1235,4 1462 𝑃 𝑙𝑎 𝑋 + 𝑃 𝑋 + 𝑃 𝑙𝑎 𝑋 + 𝑃 𝑟𝑎 𝑋 + 𝑃 𝑋 + 𝑃 𝑟𝑎 𝑋 𝐸1 1 𝐸1 3 𝐸1 1 𝐸1 3 𝐸1 𝐸1 𝑃𝑚1 = √ 2𝑙𝑠 VUN LIEM-20170279 46 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền 3.2.8 Tính tốn tuổi thọ danh nghĩa 𝑳𝒏 Bảng 3.18: Tính tốn tuổi thọ danh nghĩa 𝑳𝒏 Bàn X Tuổi thọ danh nghĩa 𝐿𝑛 𝐿𝑛 𝐿𝑛 𝐿𝑛 𝐿𝑛 𝐶 ) × 50 =( 𝑓𝑤 × 𝑃𝑚1 𝐶 ) × 50 =( 𝑓𝑤 × 𝑃𝑚1 𝐶 ) × 50 =( 𝑓𝑤 × 𝑃𝑚1 𝐶 ) × 50 =( 𝑓𝑤 × 𝑃𝑚1 Bàn Y 2157812 63738 2157812 72050 2157812 388148 2157812 1301950 Vậy ray dẫn hướng đủ điều kiện bền thời gian hoạt động theo yêu cầu VUN LIEM-20170279 47 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ PHÙ HỢP CHO CHUYỂN ĐỘNG BÀN MÁY X VÀ Y 4.1 Sơ đồ tính tốn lựa chọn động cho bàn máy X Y 4.2 Thông số đầu vào ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ Vít me có bước: ℎ = 10 (𝑚𝑚) Hệ số ma sát trượt: 𝜇 = 0,1 Gia tốc trọng trường: 𝑔 = 9,8 𝑚/𝑠 Khối lượng phần đâu dịch chuyển là: 𝑚𝑥 = 𝑃𝑚𝑎𝑥 + 𝐺𝑥 , 𝑚𝑦 = (𝐺𝑥 + 𝐺𝑦 ) + 𝑃𝑚𝑎𝑥 Góc nghiêng trục: 𝛼 = VUN LIEM-20170279 48 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền ▪ Tỉ số truyền giảm tốc: 𝑖 = 1(Do phương án động nối trực tiếp với vít me không qua hộp giảm tốc) ▪ Hiệu suất máy ta chọn: 𝜂 = 0,9 ▪ Lực cắt lớn nhất: 𝐹𝑎𝑚𝑎𝑥 ▪ Tốc độ quay lớn động cơ: 𝑛𝑚𝑎𝑥 = 2000 (𝑣ị𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡) 4.3 Tính tốn chọn động cho bàn máy X Chọn động servo điều khiển quỹ đạo chọn bàn máy X 4.3.1 Momen quán tính khối: ➢ Trên trục vít me 𝜋𝜌 𝜋 × 7,8 × 10−3 𝐺𝐷𝑠2 = × 𝐷4 × 𝐿 = × 4,54 × 99,3 = 124,7 (𝑘𝐺 𝑐𝑚2 ) 8 ➢ Trên phần dịch chuyển: 2 𝐺𝐷𝑤 = 𝑚𝑋 ( ) = (300 + 200) × ( ) = 12,66 (𝑘𝐺 𝑐𝑚2 ) 2𝜋 2𝜋 ➢ Phần ghép nối 𝜋𝜌 × 3𝐷 × (1,7𝐷)4 𝜋 × 7,8 × 10−3 × 13,5 × 7,644 𝐺𝐷𝐽 = = = 35,2 (𝑘𝐺 𝑐𝑜𝑚2 ) 32 32 ➢ Tổng momen quán tính 𝐺𝐷𝐿2 = 𝐺𝐷𝑆2 + 𝐺𝐷𝑤2 + 𝐺𝐷𝐽2 = 172,56 (𝑘𝐺 𝑐𝑚2 ) 4.3.2 Momen Phát động Thời gian dành cho q trình có gia tốc ngắn, ta tính tốn cho giai đoạn chạy đều(chiếm phần lớn thời gian gia công) ➢ Momen đặt trước 𝑘𝐹𝑎𝑜 206,33 × 𝑇𝑃 = = 0,3 × = 9,85(𝑘𝐺 𝑐𝑚) 2𝜋 2𝜋 𝐹𝑚𝑎𝑥 619 𝑇𝑟𝑜𝑛𝑔 đó: 𝑘 = 0,05 × (𝑡𝑎𝑛𝛽)−0,5 = 0,3; 𝐹𝑎𝑜 = = = 206,33 (𝑘𝐺) 3 ➢ Momen lực ma sát phay khơ 𝐹𝑎𝑚𝑎𝑥 × 𝑙 𝑇𝐶 = = 619 × = 109,46 (𝑘𝐺 𝑐𝑚) 2𝜋𝜂 2𝜋 × 0,9 Do đó, Monen phát động cần thiết tổng momen đặt trước momen cần thiết phai 𝑇𝐿 = 𝑇𝑃 + 𝑇𝐶 = 119,31 (𝑘𝐺 𝑐𝑚) VUN LIEM-20170279 49 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền 4.3.3 Chọn động ➢ Momen ma sát Mô men ma sát quy đổi gây trục đai ốc bi ổ bi không đáng kể nên bỏ qua, mô men ma sát quy đổi gây ray dẫn hướng sử dụng để tính tốn Cụ thể : 𝑀𝑓𝑟𝑖𝑐 = 𝜇 ′ (𝐹𝑚𝑧 +𝑃)𝑑 đai ốc bi ổ bi; Ở 𝜇’ = 0,01, bé so với 𝜇 =0,1(ở trên) Do 𝑀𝑓𝑟𝑖𝑐 không thay đổi đáng kể kể thêm mô men quy đổi gây trục 𝑚 × 𝑔 × 𝜇 × ℎ × 𝑐𝑜𝑠𝛼 500 × 9,8 × 0,1 × 0,01 × 𝑐𝑜𝑠0 = = 0,89 (𝑁𝑚) 2𝜋 × 𝑖 × 𝜂 2𝜋 × × 0,9 ➢ Momen chống trọng lực kết cấu 𝑀𝑓𝑟𝑖𝑐 = 𝑚 × 𝑔 × ℎ × 𝑠𝑖𝑛𝛼 = (𝑁𝑚) 2𝜋 × 𝑖 × 𝜂 ➢ Momen máy 𝜋 × 𝐷 × 𝑛 𝜋 × 45 × 2000 𝑣𝑚𝑎𝑥 = = = 4,71 (𝑚/𝑠 ) 60 × 1000 60 × 1000 ℎ × 𝐹𝑎𝑚𝑎𝑥 0,01 × 6190 𝑀𝑚𝑎𝑐ℎ = = = 2,32 (𝑁𝑚) 2𝜋 × 𝑖 × 𝑣max 2𝜋 × × 0,9 × 4,71 ➢ Momen tĩnh 𝑀𝑠𝑡𝑎𝑡 = 𝑀𝑓𝑟𝑖𝑐 + 𝑀𝑤 + 𝑀𝑚𝑎𝑐ℎ = 3,21 (𝑁𝑚) ➢ Tốc độ quay motor 𝑣𝑚𝑎𝑥 𝑖 4,71 × 𝑛𝑛𝑜𝑚𝑙 = = = 471 (𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎ) ℎ 0.01 𝑀𝑤 = VUN LIEM-20170279 50 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền Cần phải lựa chọn động có momen phát động lớn momen tĩnh 𝑀𝑠𝑡𝑎𝑡 = 3,21 (𝑁𝑚) Dựa vào momen tĩnh động tốc độ motor, ta lựa chọn động hãng ANILAM tra theo bảng datasheet hãng: Hình 4.1: Bảng datasheet chọn động servo cho trục X Hãng ANILAM Vậy ta chọn động cho trục X động có Model Number AM 1160A có momen khởi động 𝑀 = 5,2 (𝑁𝑚) có tốc độ quay tối da 3000 (𝑣ị𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡) 4.4 Tính tốn chọn động cho bàn máy Y Chọn động servo điều khiển quỹ đạo chọn bàn máy Y 4.4.1 Momen quán tính khối: ➢ Trên trục vít me 𝜋𝜌 𝜋 × 7,8 × 10−3 𝐺𝐷𝑠 = ×𝐷 ×𝐿 = × 4,54 × 84,3 = 105,8 (𝑘𝐺 𝑐𝑚2 ) 8 ➢ Trên phần dịch chuyển: 2 𝐺𝐷𝑤 = 𝑚𝑋 ( ) = (300 + 200 + 140) × ( ) = 16,21 (𝑘𝐺 𝑐𝑚2 ) 2𝜋 2𝜋 ➢ Phần ghép nối 𝜋𝜌 × 3𝐷 × (1,7𝐷)4 𝜋 × 7,8 × 10−3 × 13,5 × 7,644 𝐺𝐷𝐽2 = = = 35,2 (𝑘𝐺 𝑐𝑜𝑚2 ) 32 32 ➢ Tổng momen quán tính 𝐺𝐷𝐿2 = 𝐺𝐷𝑆2 + 𝐺𝐷𝑤2 + 𝐺𝐷𝐽2 = 157,24 (𝑘𝐺 𝑐𝑚2 ) 4.4.2 Momen Phát động VUN LIEM-20170279 51 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền Thời gian dành cho q trình có gia tốc ngắn, ta tính toán cho giai đoạn chạy đều(chiếm phần lớn thời gian gia cơng) ➢ Momen đặt trước 𝑘𝐹𝑎𝑜 𝑙 207,26 × 𝑇𝑃 = = 0,3 × = 10 (𝑘𝐺 𝑐𝑚) 2𝜋 2𝜋 𝐹𝑚𝑎𝑥 621,8 𝑇𝑟𝑜𝑛𝑔 đó: 𝑘 = 0,05 × (𝑡𝑎𝑛𝛽)−0,5 = 0,3; 𝐹𝑎𝑜 = = = 207,26 (𝑘𝐺) 3 ➢ Momen lực ma sát phay khô 𝐹𝑎𝑚𝑎𝑥 × 𝑙 𝑇𝐶 = = 621,8 × = 109,96 (𝑘𝐺 𝑐𝑚) 2𝜋𝜂 2𝜋 × 0,9 Do đó, Monen phát động cần thiết tổng momen đặt trước momen cần thiết phai 𝑇𝐿 = 𝑇𝑃 + 𝑇𝐶 = 119,96 (𝑘𝐺 𝑐𝑚) 4.4.3 Chọn động ➢ Momen ma sát Mô men ma sát quy đổi gây trục đai ốc bi ổ bi khơng đáng kể nên bỏ qua, mô men ma sát quy đổi gây ray dẫn hướng sử dụng để tính tốn Cụ thể : 𝑀𝑓𝑟𝑖𝑐 = 𝜇 ′ (𝐹𝑚𝑧 +𝑃)𝑑 đai ốc bi ổ bi; Ở 𝜇’ = 0,01, bé so với 𝜇 =0,1(ở trên) Do 𝑀𝑓𝑟𝑖𝑐 không thay đổi đáng kể kể thêm mô men quy đổi gây trục 𝑀𝑓𝑟𝑖𝑐 = 𝑚 × 𝑔 × 𝜇 × ℎ × 𝑐𝑜𝑠𝛼 640 × 9,8 × 0,1 × 0,01 × 𝑐𝑜𝑠0 = = 1,11 (𝑁𝑚) 2𝜋 × 𝑖 × 𝜂 2𝜋 × × 0,9 VUN LIEM-20170279 52 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền ➢ Momen chống trọng lực kết cấu 𝑚 × 𝑔 × ℎ × 𝑠𝑖𝑛𝛼 𝑀𝑤 = = (𝑁𝑚) 2𝜋 × 𝑖 × 𝜂 ➢ Momen máy 𝜋 × 𝐷 × 𝑛 𝜋 × 45 × 2000 𝑣𝑚𝑎𝑥 = = = 4,71 (𝑚/𝑠 ) 60 × 1000 60 × 1000 ℎ × 𝐹𝑎𝑚𝑎𝑥 0,01 × 621,8 𝑀𝑚𝑎𝑐ℎ = = = 2,34(𝑁𝑚) 2𝜋 × 𝑖 × 𝑣max 2𝜋 × × 0,9 × 4,71 ➢ Momen tĩnh 𝑀𝑠𝑡𝑎𝑡 = 𝑀𝑓𝑟𝑖𝑐 + 𝑀𝑤 + 𝑀𝑚𝑎𝑐ℎ = 3.45 (𝑁𝑚) ➢ Tốc độ quay motor 𝑣𝑚𝑎𝑥 𝑖 4,71 × 𝑛𝑛𝑜𝑚𝑙 = = = 471 (𝑣ị𝑛𝑔/𝑝ℎ) ℎ 0.01 Cần phải lựa chọn động có momen phát động lớn momen tĩnh 𝑀𝑠𝑡𝑎𝑡 = 3.45 (𝑁𝑚) Dựa vào momen tĩnh động tốc độ motor, ta lựa chọn động hãng ANILAM tra theo bảng datasheet hãng: Hình 4.2: Bảng datasheet chọn động servo cho trục Y Hãng ANILAM Vậy ta chọn động cho trục Y động có Model Number AM 1160A có momen khởi động 𝑀 = 5,2 (𝑁𝑚) có tốc độ quay tối da 3000 (𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡) VUN LIEM-20170279 53 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền CHƯƠNG 5: SẢN PHẨM ĐÃ CHỌN SAU KHI TÍNH TỐN 5.1.Trục X : - Chọn vitme bi số hiệu : 45-10B3-FSWC hãng PMI - Chọn ổ lăn : ❖ Chọn ổ bi chặn có ký hiệu : 7308 ACCBM hãng SKF ❖ Chọn ổ đỡ có kí hiệu : 6308 hãng SKF - Chọn ray dẫn hướng : MSA 35 A hãng PMI - Chọn động AM 1160A hãng ANILAM 5.2.Trục Y : - Chọn vitme bi số hiệu : 45-10B3-FSWC hãng PMI - Chọn ổ lăn : ❖ Chọn ổ bi chặn có ký hiệu : 7308 ACCBM hãng SKF ❖ Chọn ổ đỡ có kí hiệu :6308 hãng SKF - Chọn ray dẫn hướng : MSA 35 A hãng PMI - Chọn động AM 1160A hãng ANILAM VUN LIEM-20170279 54 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền CHƯƠNG 6: BẢN VẼ LẮP 6.1 MÔ HÌNH BẢN VẼ 3D • Thiết kế mơ hình 3D Sử dụng phần Part design solidwork để thiết kế phần sau : - Bệ máy - Bàn máy - Bàn Y - Hệ thống ray dẫn hướng ,vit me bi phần đỡ ổ bi - Sử dụng thư viện ổ bi ốc vit • Tạo vẽ 2D Sử dụng phần Drawing solidwork để tạo vẽ 2D từ mơ hình vẽ 3D 6.2 BẢN VẼ LẮP • Tạo vẽ lắp Sử dụng phần Assembly solidwork để tạo vẽ lắp từ mơ hình vẽ 3D 6.3 MÔ PHỎNG LẮP BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORK 2020 • Tạo video mơ lắp Sử dụng phần Motion Study solidwork tạo video lắp để tăng trực quan xác lắp ráp góp phần trợ giúp cho cơng nhân lắp ráp xác dễ dàng VUN LIEM-20170279 55 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền KẾT LUẬN Với mục tiêu tính tốn thiết kế phần dẫn động cho máy CNC phần quan trọng máy CNC Đề tài sâu vào tính tốn thiết kế chi tiết phần dẫn động máy CNC lĩnh vực điện tử lĩnh vực quan trọng thời kì Từ đồ án giúp em hiểu nhiều vấn đề : - Các bước trình tự tính tốn thiết kế hệ thống - Giúp em hồn 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,maple… - Qua đồ án giúp em hình dung cách tổng thể cơng nghệ CNC - Hình thành cho em tổng quan ngành điện tử mà lĩnh vực CNC lĩnh vực quan trọng Cuối em xin chân thành cảm ơn cô TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền tận tình dẫn cho em suốt thời gian thực đề tài ! VUN LIEM-20170279 56 ĐA TKHT Cơ Khí-TBTĐ GVHD: TS Nguyễn Thị Ngọc Huyền TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hướng dẫn thiết kế hệ thống dẫn hướng dùng cho máy CNC - Bộ môn GCVL DCCN [2] Hướng dẫn thiết kế hệ thống dẫn động khí tập – Trịnh Chất, Lê văn Uyển [3] Catolog hãng ANILAM – Inverter Systems and Motors [5] Catolog hãng PMI – Linear Motion System [6] Chi tiết máy – Nguyễn Trọng Hiệp [7] Sức bền vật liệu – Thái Thế Hùng [8] 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 VUN LIEM-20170279 57