ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC 4 TRỤC CỠ NHỎ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPTHIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC 4 TRỤC CỠ NHỎCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CHỌN SƠ BỘ MÁY CNC VÀ THIẾT KẾ TRỤC A101.1.Tính toán lựa chọn cụm trục vít me 3 trục X,Y,Z101.1.1.Các thông số đầu vào101.1.2.Bước vít me101.1.3.Lực cắt chính101.1.4.Tính toán lựa chọn trục vít111.1.5.Tính toán chọn thanh dẫn hướng và con trượt151.1.6.Tính chọn động cơ221.1.7.Tính toán động học221.2.Thiết kế trục A241.2.1.Thông số đầu vào241.2.2.Tính chọn động cơ241.2.3.Tính chọn ổ lăn25CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG MỘT SỐ CHI TIẾT CỤM TRỤC A262.1.Vỏ hộp trục A262.1.1.Phân tích chức năng làm việc, tính công nghệ trong kết cấu, Xác định sản xuất, phương pháp chế tạo phôi262.1.2.Thiết kế quy trình gia công312.1.3.Tính và chọn lượng dư khi gia công392.1.4.Tính và chọn chế độ cắt442.1.5.Tính thời gian gia công cơ bản572.1.6.Thiết kế đồ gá đặt chi tiết cho nguyên công gia công lỗ 622.2. Trục652.2.1. Phân tích chức năng làm việc, tính công nghệ trong kết cấu, Xác định dạng sản xuất, phương pháp chế tạo phôi652.2.2. Thiết kế quy trình gia công702.2.3. Tính và tra lượng dư gia công802.2.4. Tính và chọn toán chế độ cắt852.2.5. Thiết kế đồ gá đặt chi tiết cho nguyên công VII88CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN923.1. Phần mềm MACH3 CNC923.1.1. Giới thiệu phần mềm Mach3924.2. Các phần mạch điện1034.2.1. Biến tần1034.2.2. Cảm biến tiệm cận1054.2.3. Mạch BOB Mach31054.2.4. Nguồn xung tổ ong1064.2.5. Aptomat 3 pha1064.2.6. Lọc nhiễu107KẾT LUẬN108TÀI LIỆU THAM KHẢO109

Tính toán lựa chọn cụm trục vít me 3 trục X,Y,Z

Các thông số đầu vào

 Loại máy CNC: phay, mài

 Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT:

 Dao có 6 lưỡi ( Z=6), đường kính Dmm

 Tiêu chuẩn quốc gia: JIS

 Lượng chạy dao: F0mm/ph

 Khối lượng lớn nhất của chi tiết 50kg

 Trọng lượng bàn máy trục X: 200N

 Vận tốc chạy dao lớn nhất khi không gia công: V1m/ph

 Vận tốc chạy dao lớn nhất khi gia công: V2m/ph

 Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a=0,5g=5 m/s 2

 Thời gian hoạt động: Lt 000h.

 Tốc độ vòng lớn nhất: Nmax000 rpm.

 Độ chính xác vị trí không tải:  0,0003mm

 Độ lệch truyền động:  0,02mm

 Hệ số ma sát trơn:  0,005

Bước vít me

Lực cắt chính

Để tìm lực cắt chính của máy ta sử dụng công cụ trên website: www.coroguide.com Feed per cutting edge (Fz)- Lượng chạy dao răng

 Tốc độ quay của động cơ quay dao:

(mm/ răng) (Theo công thức trong cuốn Sổ tay CN-CTM tập 2-trang 26)

 Working engagement (ae) & working engagement start (aei)

Chọn ae & aei sao cho: ae + aei = Dc = 80mm

Ta chọn: ae = 80mm, aei =0

 Mayjor cutting adge angle (Kγ): thường chọn Kγ= 60° ): thường chọn Kγ): thường chọn Kγ= 60° = 60°

Sau khi tính toán, lựa chọn kết hợp với các thông số đề cho ta điền vào bảng của công cụ ta được kết quả

Mc= 83Nm => Fm = 2.Mc /Dc= 2.83/0,08 = 2075N = 207,5 kgf.

Tính toán lựa chọn trục vít

a Điều kiện làm việc và các thông số được tính chọn

Lực chống trượt (lực ma sát bi ổ lăn):

Các thông số được tính chọn :

 Độ lệch vị trí vì nhiệt

 Mô men động cơ b Tính toán lực dọc trục

Hình 1 2: Sơ đồ đặt lực

Các thành phần trong công thức :

 Lực cắt chính của máy : Fm = 2075N = 207,5 kgf

 Lực cắt theo phương z ( phương thẳng đứng ) : Fmz = 0,5Fm = 1037.5N

 Hệ số ma sát lăn của bi trên block : μ = 0,1

 Khối lượng tổng cộng : m= M + Wy 0 kg

 Lực ma sát bi ổ lăn : f = 5 N

Tính các lực dọc trục

Lực dọc trục trung bình :

 F1max, F2max: Lực dọc trục lớn nhất khi không gia công và gia công

 N1max, N2max: Tốc độ quay lớn nhất của trục khi không gia công và gia công

 T1, T2: Thời gian máy hoạt động ở chế độ không tải và có tải

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

Bảng 1 1: Lực dọc trục và phần trăm tương ứng

(Trong phần tính lực dọc trung bình này ta lấy Fi ở 2 trường hợp khi không gia công và khi gia công Với các tỉ lệ thời gian lần lượt 30% & 70%, ta xét trong giai đoạn ổn định của máy nên Ni là như nhau tại các thời điểm.) c Tính toán tải trọng tĩnh, tải trọng động

Các công thức tính tương ứng:

Trong đó: C0: tải trọng tĩnh fs: hệ số bền tĩnh, với máy công cụ fs = 1,5 – 3 (chọn fs = 2)

Famax: lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vitme

Với l = 5 mm => Vận tốc quay danh nghĩa là :

 Ca = (60 ∗ Nm ∗ Lt) 1⁄3 ∗ Fma ∗ fw ∗ 10 -2

Nếu độ cứng cần được ưu tiên nhiều nhất, độ hao phí chuyển động không quá quan trọng , theo đó các thông số kích thước sẽ được chọn là :

 Ổ bi loại lưu chuyển : bi bên ngoài

 Số dòng lưu chuyển : B× 3 hoặc B x 2 d Chọn bán kính trục vít

L= tổng chiều dài di chuyển max + chiều dài đai ốc, ổ bi/2 + chiều dài vùng thoát 300 + 100 + 200 `0mm

Kiểu lăp ghép ổ đỡ là lắp chặt ở cả hai đầu -> f = 21,9

Chọn tốc độ quay cho động cơ khoảng 80% so với tốc độ quay giới hạn nên ta có : n% Nmax = 80% 3000 = 2400 vòng/ph

Từ các kết quả tính toán trên :

 Loại trục vit me : SFU1605-4

Hình 1 3:Thông số vít me

 Tốc độ quay cho phép:

=> Do vậy trục vit-me đảm bảo an toàn Để thuận tiện cho viêc chọn mua vật liệu chon vít me trục Z giống với trục X và Y.Bởi vì, trục Z chỉ chịu lực cắt chính nên sẽ đủ bền nếu X và Y đủ bền.

Tính toán chọn thanh dẫn hướng và con trượt

a Chọn thanh dẫn hướng và con trượt

Hình 1 4: Thông số thanh trượt

Hệ số tải động: C= 14,7kN

Hệ số tải tĩnh: C0= 16,5kN

Chọn thanh trượt dẫn hướng cho cả ba trục có seri là: SSR 15KW

Khối lượng bàn máy (kg) m2 = 20 m2 = 30

Vận tốc khi không gia công (m/ s) v0 = 0,35 v0 = 0,35

Bảng 1 2: Thông số động học

Các giai đoạn khi cho bàn X di chuyển trên hành trình:

Ta có gia tốc a = 5m/s2 và vận tốc gia công gia công v = 0.35m/s

⇒ cần thời gian là t1 = t3 = v/a = 0.35/5 = 0.07s với đoạn di chuyển

Vậy đoạn tăng/giảm tốc là 12,25 mm ⇒ đoạn chuyển động đều: ls -(12,25x2)

Chuyển động Bàn X ls = 300 mm Bàn Y ls = 200 mm

Nhanh dần (mm) 12,25 12,25 Đều (mm) 275,5 175,5

Bảng 1 3: Chuyển động của bàn máy

Các khoảng cách định vị: Với bàn Y: Các khoảng cách định vị:

 Nếu bàn Y nằm chính giữa bàn X thì sẽ không có các momen lật Do vậy, trong khi tính toán nên để bàn Y ở vị trí xa nhất so với tâm của bàn X để được trường hợp hệ thống hoạt động khắc nghiệt nhất

 Khi tính cho bàn X, coi bàn Y và phôi là một khối duy nhất có khối lượng bằng tổng hai thành phần ( mo+ mx ) = 80kg.

 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: l1 240 140

Khoảng cách giữa hai con chạy cùng ray: l2 135 170

Theo phương z thì tâm phôi trùng tâm bàn máy: l3

Khoảng cách từ tâm phôi tới tâm bàn máy : l4 200 0 Độ cao từ tâm trục vít-me tới mặt bàn máy: l5 170 70 Độ cao từ tâm trục vít-me tới mặt phôi: l6 300 150

Hình 1 5: Phân bố các trục

Bàn máy Y đang di chuyển tăng tốc sang phải hay giảm tốc sang trái

Bàn X tăng tốc về phía trước hoặc giảm tốc về phía sau b Tính toán lực riêng rẽ

Chuyển động đều, lực hướng kính P

Chuyển động đều, lực hướng kính Pn (N) Bàn X Bàn Y

Bảng 1 4: giá trị lực hướng kính bàn X, Y

Chuyển động tăng tốc sang trái, lực Pnla1

Chuyển động tăng tốc sang trái, lực Pnla1 Bàn X Bàn Y

Chuyển động tăng tốc sang phải P ra

Chuyển động tăng tốc sang phải, lực Pnra1 Bàn X Bàn Y

Chuyển động giảm tốc sang phải, lực Pnra3

Chuyển động giảm tốc sang phải, lực Pnra3 Bàn X Bàn Y

 l -167 0 c 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

Kiểm tra hệ số tải tĩnh:

Ray dẫn hướng chịu được tải trọng rung và va đập

Tính toán tải trọng trung bình

Tính toán tải trọng trung bình Bàn

Bảng 1 5: Tải trọng trung bình

Tính toán tuổi thọ danh nghĩa Chọn fw = 1,2:

Tính toán tuổi thọ danh nghĩa: Ln Bàn X Bàn Y

Lớn hơn 20000h nên thanh trượt đủ bền

Tính chọn động cơ

Chọn động cơ servo để điều khiển quỹ đạo chuyển động theo trục Ox

Các dữ liệu cho tính chọn động cơ:

 Chọn vit-me có bước h = 5mm

 Hệ số ma sát lăn giữa thép và gang ta chọn 𝜇 =0,1

 Khối lượng của phần đầu dịch chuyển là m = 100 kg

 Tỉ số truyền giảm tốc i = 1 (Do chọn phương án động cơ nối trực tiếp với vit- me không qua bộ truyền giảm tốc)

 Hiệu suất của máy chọn 0,9

 Lực cắt lớn nhất Fm = 2075N = 207,5 kgf

 Lực cắt theo phương z (phương thẳng đứng): Fmz = 0,5Fm = 1037.5N

 Tốc độ quay lớn nhất của động cơ 3000 vg/ph (Nếu trong trường hợp yêu cầu mở máy với tốc độ quay nhỏ hơn tốc độ quay Nmax thì ta có thể thêm bộ truyền giảm tốc vào để nâng cao mô men)

Mô men ma sát quy đổi (𝑇𝑓𝑟𝑖𝑐): Mô men ma sát quy đổi gây ra bởi trục đai ốc bi và ổ bi là không đáng kể nên có thể bỏ qua, do vậy ở đây mô men ma sát quy đổi gây ra bởi ray dẫn hướng được sử dụng để tính toán.

Tính toán động học

Cụ thể: 𝑇𝑙𝑓 = 𝜇𝑏 (𝐹𝑚𝑧 + 𝑃) 𝑑/2 Ở đây 𝜇𝑏 = 0,005, rất bé so với 𝜇 =0,1(ở trên) Do vậy 𝑇𝑓𝑟𝑖𝑐 sẽ không thay đổi đáng kể khi kể thêm mô men quy đổi gây ra bởi trục đai ốc bi và ổ bi

Hình 1 6: Sơ đồ bàn máy

Tính mô men ma sát :

Momen trọng lực quy đổi (𝑇𝑤𝑧) :

Hình 1 7: Lực tác dụng lên bàn máy

Tính tính mô men chống trọng lực của kết cấu

Vì cơ cấu nằm ngang nên 𝛼 = 0 hay 𝑀𝑤𝑧= 0

Với đường kính trục vít được chọn là 16mm, ta có : max

Mô men cắt quy đổi (𝑇𝑚𝑎𝑐ℎ):

Tính mô men máy: max

Tstart=Tfric+Twz+Tmach=0.21+0+1,46=1,67 Tính tốc độ quay của motor :

Dựa vào mô men tĩnh của động cơ và tốc độ của motor, t chọn loại động cơ tốc độ quay lớn nhất là 3000rpm: Điều kiện : nmotor ≥ nnoml

Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt được vận tốc cực đại

Thời gian cần thiết để đạt được vận tốc cực đại là :

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

TL:là mô men quay f là hệ số an toàn ( chọn theo kiểu ổ lắp )

Thay số vào ta được:

Thiết kế trục A

Thông số đầu vào

 Tốc độ lớn nhất không tải: 500 vg ph /

 Kích thước phôi nhỏ nhất: d min 2mm

 Kích thước phôi lớn nhất: d max 70mm

Tính chọn động cơ

Các dữ liệu cho tính chọn động cơ:

Hệ số ma sát lăn giữa thép và gang ta chọn 𝜇 =0,1

 Khối lượng của phần đầu dịch chuyển là m = 100 kg

 Tỉ số truyền giảm tốc i = 1/3 (Do chọn phương án động cơ nối với trục thông qua bộ truyền đai)

 Hiệu suất của máy chọn 0,9

 Lực cắt lớn nhất Fm = 2075N = 207,5 kgf

 Lực cắt theo phương z (phương thẳng đứng): Fmz = 0,5Fm = 1037.5N

 Tốc độ quay lớn nhất của động cơ 3000 vg/ph (Nếu trong trường hợp yêu cầu mở máy với tốc độ quay nhỏ hơn tốc độ quay Nmax thì ta có thể thêm bộ truyền giảm tốc vào để nâng cao mô men)

Tính chọn ổ lăn

Ta chọn ổ bi  25đỡ chặn cỡ trung hẹp với các thông số sau:

 Khả năng tải động : C,9kN

 Khả năng tải tĩnh: C 0 6,55kN

Ta chọn ổ bi  20 đỡ chặn trung hẹp với các thông số sau:

 Khả năng tải động: C= 13,5kN

 Khả năng tải tĩnh: C 0 6,55kN

THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG MỘT SỐ

Vỏ hộp trục A

2.1.1 Phân tích chức năng làm việc, tính công nghệ trong kết cấu, Xác định sản xuất, phương pháp chế tạo phôi a Phân tích chức năng làm việc

Hộp trục 4 là một chi tiết máy thuộc họ chi tiết dạng hộp, là loại chi tiết có đặc trưng cơ bản là những chi tiết có hình khối rỗng (xung quanh có thành vách) thường làm nhiệm vụ của chi tiết cơ sở để lắp các đơn vị lắp (nhóm, cụm, bộ phận) của những chi tiết khác lên nó tạo thành một bộ phận máy nhằm thực hiện một nhiệm vụ nào đó của động lực học toàn máy

Trên hộp trục A có các bề mặt, các hệ thống lỗ chính xác cần phải gia công Cụ thể là:

 Bề mặt lỗ 47 dùng để lắp trục

 Bề mặt đáy là bề mặt lắp ghép giữa cụm trục A và bàn máy

 Bề mặt lỗ 72 dùng để lắp với nắp ổ lăn

 Bề mặt 4 lỗ 12 để lắp giữa cụm trục A và bàn máy

Hộp trục A là chi tiết làm việc trong điều kiện ít và đập nên vật liệu chế tạo là GX 15- 32 b Phân tích tính công nghệ trong kết cấu Đối với chi tiết dạng hộp không yêu cầu quá cao về điều kiện kĩ thuật ta dùng vật liệu GX 15-32- một vật liệu thông dụng trong công nghiệp sản xuất.

Khối lượng chi tiết không quá lớn nhưng vẫn đảm bảo khả năng làm việc

Trên vỏ hộp giảm tốc có một số bề mặt cần phải gia công đạt độ chính xác khác nhau. Đó là các bề mặt lắp ghép với ổ lăn, mặt đáy lắp ghép với bàn máy Các bề mặt:

 Bề mặt lỗ 47 có độ nhẵn bóng bề mặt R a 1,25m vì được lắp ghép chính xác với ổ lăn nên cần độ chính xác cấp 7

 Mặt lắp ghép bulong là 4 vấu lồi để thể hiện sự phân biệt giữa phân gia công và phần không gia công Qua đó giảm chi phí và thời gian gia công

 Khả năng tiến dao: Khả năng tiến dao thuận lợi

 Các bề mặt làm chuẩn có đủ diện tích nhất định cho phép thực hiện nhiều nguyên công khi dùng bề mặt đó làm chuẩn và đảm bảo thực hiện quá trình gá đặt nhanh

 Kết luận: Chi tiết có tính công nghệ c Xác định dạng sản xuất

 Xác định sản lượng hàng năm

Sản lượng hàng năm của chi tiết gia công tính theo công thức:

 N: số chi tiết được sản suất trong 1 năm

 N 1 : Số sản phẩm ( số máy) được sản xuất trong 1 năm

 m: Số lượng chi tiết được chế tạo thêm để dữ trữ ( 5%- 7%)

 : Phế phẩm chủ yếu trong phân xưởng đúc và rèn ( 3% -6%)

Xác định khối lượng chi tiết chế tạo Sử dụng phần mềm Solidworks tính toán có khối lượng chi tiết là 5,7kg

Hình 2 2: Khối lượng vỏ hộp trục 4

Dựa vào bảng 2 (trang 21 Hướng dẫn thiết kế đồ án CNCTM)

Dạng sản xuất Q- Trọng lượng của chi tiết

>200 kg 4 tới 200 kg < 4 kg Sản lượng hàng năm của chi tiết ( chiếc) Đơn chiếc