TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 3 TRỤC
TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC
1.1.1.Khái niệm về máy CNC
Máy CNC (Computer Numerical Control) là thiết bị gia công chính xác, được điều khiển bởi máy tính, cho phép thực hiện các hoạt động trên nhiều loại vật liệu như kim loại, gỗ, nhựa và composite Với chương trình điều khiển số, máy CNC có khả năng điều chỉnh và kiểm soát các động cơ cùng hệ thống khác trong quá trình gia công, mang lại hiệu quả và độ chính xác cao.
Máy CNC có khả năng thực hiện nhiều phép gia công phức tạp như cắt, khoan, tiện, phay và mài Chúng cho phép sản xuất hàng loạt sản phẩm với độ chính xác cao và tốc độ gia công nhanh hơn so với các phương pháp truyền thống.
Một máy CNC thông thường bao gồm các thành phần sau:
- Đầu dao: Được sử dụng để cắt hoặc tiện vật liệu.
- Bàn làm việc: Nơi kẹp và giữ vật liệu trong quá trình gia công.
- Trục di chuyển: Cung cấp chuyển động cho dao hoặc bàn làm việc theo ba chiều (X, Y, Z).
- Hệ thống điều khiển: Một máy tính hoặc bộ điều khiển số để lập trình và điều khiển các hoạt động của máy CNC.
Máy CNC là thiết bị quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như sản xuất ô tô, hàng không, y tế, điện tử và gia công kim loại Chúng mang lại sự linh hoạt và hiệu suất cao, giúp sản xuất và gia công các chi tiết phức tạp một cách hiệu quả.
1.1.2.Lịch sử và quá trình ra đời của máy CNC
- 1725: Phiếu đục lỗ được dung để tạo mẫu quần áo
- 1808: Phiếu đục lỗ trên lá kim loại được dùng để điều khiển tự động máy thêu
- 1863: Tự động điều khiển chơi nhạc trên piano nhờ bang đục lỗ
- 1940: John Parsons thiết kế máy CNC hiện đại
- 1952: Ra đời máy công cụ NC điều khiển số đầu tiên
- 1959: Ngôn ngữ APT được đưa vào sử dụng
- 1960: Điều khiển số trực tiếp DNC
- 1970: Máy CNC được đưa vào sử dụng
- 1980: Điều khiển số phân phối được đưa vào sử dụng
Máy điều khiển số cổ điển được phát triển dựa trên công trình của John Parsons từ những năm 1940 Ông đã sáng chế ra phương pháp sử dụng phiếu đục lỗ để ghi lại dữ liệu tọa độ, giúp điều khiển máy công cụ Nhờ vào việc điều khiển theo từng tọa độ, máy có khả năng tạo ra bề mặt cần thiết cho cánh máy bay.
Năm 1948, J Parson đã trình bày những hiểu biết của mình cho không lực Hoa Kỳ, dẫn đến việc cơ quan này tài trợ cho nhiều nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Servomechanism thuộc trường Đại học Kỹ thuật Massachusetts (MIT).
Công trình đầu tiên tại MIT liên quan đến việc phát triển máy phay NC, với khả năng điều khiển chuyển động của đầu dao theo 3 trục tọa độ Mẫu máy NC đầu tiên đã được giới thiệu vào năm 1952, và từ năm 1953, khả năng của máy NC đã được khẳng định.
Sau một thời gian ngắn, các nhà sản xuất máy bắt đầu chế tạo máy NC để bán ra thị trường Các nhà công nghiệp, đặc biệt là trong ngành chế tạo máy bay, đã áp dụng máy NC để sản xuất các chi tiết cần thiết cho quy trình sản xuất của họ.
Mỹ đang nỗ lực phát triển công nghệ NC thông qua việc tài trợ cho Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) nghiên cứu ngôn ngữ lập trình để điều khiển máy NC Kết quả của sự đầu tư này là sự ra đời của ngôn ngữ APT (Automatically Programmed Tools) vào năm 1959.
Máy CNC (Điều khiển số bằng máy tính) có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau Một trong những cách phân loại phổ biến là theo công việc mà máy thực hiện.
Máy CNC gia công kim loại là thiết bị chuyên dụng để chế tạo các chi tiết kim loại, bao gồm các loại máy như máy tiện CNC, máy phay CNC, máy mài CNC và máy khoan CNC.
Hình 1.1 Máy cắt laser CNC Fiber
Máy CNC gia công gỗ: Được sử dụng để gia công các sản phẩm từ gỗ như đồ nội thất, cửa sổ, cánh cửa và tượng gỗ.
Hình 1.2 Máy phay gỗ CNC SD-1325S
- Máy CNC gia công composite: Sử dụng để gia công các vật liệu composite như carbon fiber hoặc fiberglass.
Hình1.3 Máy CNC gia công composite b) Phân loại theo số trục
- Máy 3 trục: Có thể di chuyển trong ba hướng X, Y và Z.
Hình 1.4 Máy phay CNC 3 trục
- Máy 4 trục: Ngoài ba hướng X, Y và Z, có thêm một trục quay (trục A) cho phép xoay chi tiết trong không gian.
Hình 1.5 Máy chép hình CNC 4 trục
Máy 5 trục là loại máy công cụ tiên tiến, không chỉ có ba hướng di chuyển X, Y và Z và trục quay A, mà còn được trang bị thêm bàn xoay (trục B), cho phép chi tiết xoay quanh một điểm tùy ý Việc phân loại máy 5 trục cũng có thể dựa trên kích thước của chúng.
- Máy CNC mini: Nhỏ gọn và thích hợp cho các ứng dụng nhỏ và gia đình.
- Máy CNC trung bình: Có kích thước vừa phải, phù hợp cho các công việc gia công trung bình.
- Máy CNC công nghiệp: Lớn và mạnh mẽ, được sử dụng trong các nhà máy sản xuất lớn. d) Phân loại theo ngành công nghiệp
Máy CNC chế tạo kim loại đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo, được sử dụng để sản xuất các chi tiết máy móc cho ô tô, hàng không vũ trụ và nhiều lĩnh vực khác.
- Máy CNC gỗ: Được sử dụng trong ngành chế biến gỗ để sản xuất đồ nội thất, cửa sổ, cánh cửa và các sản phẩm từ gỗ khác.
Máy CNC 3D là thiết bị chuyên dụng để in các mô hình 3D từ nhiều loại vật liệu như nhựa, kim loại và composite Đây chỉ là một trong những phân loại máy CNC phổ biến, và còn nhiều yếu tố khác để phân loại máy CNC tùy thuộc vào nhu cầu của từng ngành công nghiệp và ứng dụng cụ thể.
MÁY PHAY GỖ CNC 3 TRỤC
1.2.1 Khái niệm máy phay gỗ CNC 3 trục
Máy phay gỗ CNC 3 trục là thiết bị gia công gỗ tiên tiến, sử dụng công nghệ điều khiển số (CNC) để điều chỉnh chuyển động của ba trục chính.
- Trục X: di chuyển theo chiều ngang, từ trái sang phải.
- Trục Y: di chuyển theo chiều dọc, từ trên xuống dưới.
- Trục Z: di chuyển theo chiều sâu, từ trước ra sau.
Với 3 trục này, máy phay gỗ CNC 3 trục có thể thực hiện các thao tác gia công như cắt, phay, đục, tạo hình trên bề mặt gỗ.
1.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy phay gỗ CNC 3 trục
Nguyên lý hoạt động của máy phay gỗ CNC 3 trục dựa trên sự kết hợp giữa các hệ thống điều khiển số và các trục chuyển động Máy phay này sử dụng công nghệ CNC để điều khiển chính xác các chuyển động của dao cắt, cho phép thực hiện các thao tác phay gỗ một cách hiệu quả và chính xác Sự phối hợp giữa các trục giúp máy có khả năng gia công nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, đáp ứng nhu cầu đa dạng trong sản xuất đồ gỗ.
- Đầu tiên, một mô hình 3D của sản phẩm hoặc hình dạng cần tạo được tạo ra trên một phần mềm CAD/CAM.
Máy phay gỗ CNC 3 trục được điều khiển bởi hệ thống điều khiển số, thường là máy tính hoặc bộ điều khiển chuyên dụng Hệ thống này có nhiệm vụ nhận và xử lý các lệnh cùng dữ liệu đầu vào, từ đó điều khiển các hành động của máy một cách chính xác.
- Trục chuyển động: Máy phay gỗ CNC 3 trục có ba trục chuyển động chính, đó là trục X, trục Y và trục Z.
Trục X: Trục X là trục ngang, di chuyển theo chiều ngang qua bề mặt của vật liệu gỗ Nó điều khiển chuyển động ngang của đầu phay.
Trục Y: Trục Y là trục dọc, di chuyển theo chiều dọc dọc theo bề mặt của vật liệu gỗ Nó điều khiển chuyển động dọc của đầu phay.
Trục Z: Trục Z là trục đứng, di chuyển theo chiều thẳng đứng, thường là từ trên xuống Nó điều khiển chuyển động đứng lên xuống của đầu phay.
Máy phay gỗ CNC 3 trục được trang bị một đầu phay chuyên dụng gắn vào trục chuyển động, cho phép thực hiện các thao tác cắt gỗ chính xác Đầu phay có thể sử dụng nhiều loại công cụ cắt khác nhau như dao phay, dao đục hoặc công cụ khắc Thiết bị này được điều khiển để di chuyển và cắt gỗ theo các mẫu và hình dạng đã được lập trình sẵn, mang lại hiệu quả cao trong sản xuất.
Trước khi tiến hành gia công, việc lập trình các tập lệnh và dữ liệu mẫu thiết kế vào hệ thống điều khiển là rất quan trọng Người sử dụng có thể sử dụng phần mềm CAD/CAM để tạo ra mô hình và mẫu thiết kế, sau đó chuyển đổi chúng thành các tập lệnh và lệnh điều khiển cho máy phay.
Gia công gỗ bằng máy phay gỗ CNC 3 trục bắt đầu sau khi lập trình và cấu hình hoàn tất Hệ thống điều khiển gửi tín hiệu để điều khiển các trục chuyển động và đầu phay, cho phép thực hiện các đường cong và hình dạng đã được lập trình Quá trình này giúp đầu phay cắt và gia công gỗ, tạo ra các chi tiết và mẫu thiết kế theo yêu cầu.
1.2.3 Ưu nhược điểm của máy phay gỗ CNC 3 trục a) Ưu điểm
Máy phay gỗ CNC 3 trục, được điều khiển bằng máy tính, mang lại độ chính xác cao trong việc điều chỉnh các chuyển động và quy trình gia công Điều này đảm bảo rằng các chi tiết gia công không chỉ chính xác mà còn có độ trơn tru vượt trội.
Máy phay gỗ CNC 3 trục mang lại tính linh hoạt cao trong gia công các chi tiết gỗ phức tạp và đa dạng Với khả năng điều chỉnh lệnh điều khiển và lựa chọn công cụ phù hợp, máy có thể thực hiện nhiều hoạt động như cắt, khoan, phay và tạo hình dạng phức tạp trên bề mặt gỗ.
Máy phay gỗ CNC 3 trục hoạt động tự động, cho phép làm việc liên tục mà không cần can thiệp của con người, giúp tăng năng suất và tiết kiệm thời gian so với phương pháp gia công thủ công.
Máy phay gỗ CNC 3 trục giúp tiết kiệm lao động bằng cách giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhân công Với khả năng tự động hoạt động và thực hiện các tác vụ một cách chính xác và liên tục, máy không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm bớt yêu cầu về kỹ năng thủ công của người lao động.
Máy phay gỗ CNC 3 trục mang lại khả năng lập trình linh hoạt, cho phép người dùng tạo ra nhiều mẫu thiết kế đa dạng Thông qua phần mềm thiết kế và lập trình, người sử dụng có thể dễ dàng tạo ra các mẫu riêng biệt và điều chỉnh quy trình gia công một cách hiệu quả.
Sử dụng máy phay gỗ CNC 3 trục yêu cầu kiến thức và kỹ năng kỹ thuật chuyên sâu Người vận hành cần nắm vững cách lập trình, thiết kế và điều khiển máy để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả.
Máy phay gỗ CNC 3 trục đòi hỏi một khoản chi phí đầu tư ban đầu cao, bao gồm chi phí mua máy, phần mềm điều khiển và đào tạo nhân viên để sử dụng và vận hành máy một cách hiệu quả.
Bảo trì và sửa chữa máy phay gỗ CNC 3 trục là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu Các bộ phận máy và hệ thống điều khiển có thể gặp sự cố hoặc cần điều chỉnh định kỳ, vì vậy việc yêu cầu chuyên môn trong việc khắc phục là rất quan trọng.
Máy phay gỗ CNC 3 trục có giới hạn kích thước gia công do cấu trúc ba trục chính, khiến kích thước chi tiết gia công phụ thuộc vào kích thước bàn làm việc và phạm vi chuyển động của các trục Điều này có thể hạn chế khả năng gia công các chi tiết lớn hoặc bề mặt rộng.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
Chọn vitme dẫn động cho trục X, Y, Z
Có 2 loại vitme dẫn động là:
Vitme đai ốc thường là loại vitme và đai ốc có tiếp xúc mặt (hai bề mặt trượt trên nhau để chuyển động).
Vít me đai ốc bi được kết nối với động cơ, cho phép khi động cơ quay, vít me cũng quay theo Cả động cơ và vít me đều được gắn cố định, giúp đai ốc di chuyển dọc theo trục vít me Đai ốc này được gắn chặt vào bộ phận cần truyền động, từ đó tạo ra chuyển động cho bộ phận đó so với hệ thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động.
Tốc độ di chuyển được xác định bởi tốc độ động cơ và bước ren của trục vít; mỗi vòng quay của trục động cơ sẽ khiến đai ốc di chuyển một khoảng tương ứng với bước ren Điều này dẫn đến việc tốc độ di chuyển có thể nhanh, nhưng độ chính xác lại không cao, đồng thời tạo ra lực đẩy nhỏ khi gia công vật mẫu.
- Ưu điểm vitme thường: khả năng chịu tải tốt, giá thành rẻ
- Nhược điểm của vitme thường: ma sát lớn khó kiểm soát
Vitme đai ốc bi là loại vitme và đai ốc có tiếp xúc bi (hai bề mặt chuyển động thông qua dãy bi nằm giữa).
Hình 2.2 Cấu tạo cơ bản vít me bi.
Tiếp xúc giữa vitme bi và đai ốc có rãnh me được lắp đầy bởi những viên bi thép, giúp chuyển đổi ma sát trượt thành ma sát lăn khi trục vít xoay Các viên bi lăn tròn trong mối ren của trục vit và đai ốc, và do chúng sẽ rơi ra ngoài, đai ốc được thiết kế với đường hồi để hứng những viên bi và đưa chúng trở lại phần đầu của đường bi Nhờ vào chuyển động lăn của những viên bi, lực đẩy của đai ốc trở nên nhẹ nhàng hơn so với ma sát trượt.
Hình 2 1 Nguyên lý hoạt động của vime đai ốc bi Ưu điểm vitme bi:
- Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ chuyền lớn gần 0.9.
- Đảm bảo chuyền động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ
- Có thể loại trừ khe hở và sức căng ban đầu nên đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao
- Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài
- Khả năng chịu tải kém hơn vitme thường do đặc điểm cấu tạo.
- Độ chính xác cao nên chế tạo khó khăn và giá thành đắt.
Kết luận: Chúng em lựa chọn vitme đai ốc bi cho cả 3 trục X, Y, Z nhằm nâng cao độ chính xác cho máy CNC.
Tính toán chọn trục trục vít me
Các thông số giả thiết trong Sổ tay công nghệ chế tạo máy 2 được áp dụng để cắt thử khi máy hoạt động ở chế độ khắc nghiệt nhất, từ đó giúp tính toán các thông số cần thiết cho hệ thống dẫn động của máy CNC.
Vận tốc: V = 20 (m/ph). Đường kính dao: D = 12 (mm).
Khối lượng lớn nhất của chi tiết: M1 = 8 (kg) —> W1 = 80 (N).
Trọng lượng bàn gá: Wx = 100 (N), Wy = 200 (N), Wz = 50 (N).
Chiều dài làm việc: Sx = 300 (mm), Sy = 300 (mm), Sz = 150 (mm).
Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a = 0.5g =5 m/s 2
Thời gian hoạt động: 2 đến 3 năm —> Lt= 8760h (= 3năm × 365ngày × 8giờ).
Hệ số ma sát trượt bề mặt: μ = 0,1.
Tốc độ vòng động cơ: Nmax = 20000 (v/ph). Độ chính xác vị trí (không tải): ±0.03/1000 (mm).
Trường hợp hệ bàn máy - vít me nằm theo phương ngang.
Quá trình gia công của máy CNC yêu cầu di chuyển liên tục trên ba trục X, Y, Z, do đó, việc tính toán chính xác các thông số cho cụm truyền động là rất quan trọng để đảm bảo thiết kế máy CNC hiệu quả nhất.
Từ các thông số đầu vào, ta sẽ tính được những thông số cần thiết được thể hiện ở bảng sau:
Chọn kiểulắp đặt, tínhlực cắt
Buớc vít me: l ≥ Vmax = 20000 = 1 (mm) => chọn l = 10 (mm).
6 dr Đường kính trục vít me
7 Lt Tuổi thọ làm việc
Với Vmax = 30 m/ph (Vận tốc lớn nhất khi không gia công).
Nmax = 20000 v/ph (Tốc độ vòng động cơ).
Tìm lực cắt chính của máy Fm
Mc = 10 (Công cụ tính cơ khí tại trang: http://www.coroguide.com).
2.2.2 Tính toán lựa chọn trục vít, ổ bi đỡ cho trục Điều kiện làm việc:
Trục Y: f y = Fay=à ì (Wl + Wx+ Wy) = 31 (N).
Tính toán lực dọc trục:
- Theo trục X: Khối lượng tổng cộng: m = M + Wx = 8 + 10 = 18 (kg). Tăng tốc (về bờn trỏi): Fa1 = àmxg + mxa + f x = 126 (N).
Chạy đều (về bờn trỏi): Fa2 = àmxg + f x = 36 (N).
Gia cụng (về bờn trỏi): Fa3 = Fm+ à(mxg + Fm) + f x = 1844 (N).
Giảm tốc (về bờn trỏi): Fa3 = àmxg - mxa + f x = -54 (N).
Tăng tốc (về bờn phải): Fa4 = -àmxg - mxa - f x = -126 (N).
Chạy đều (về bờn phải): Fa5 = -àmxg - f x = -36 (N).
Gia cụng (về bờn phải): Fa5= -Fm- à(mxg + Fm) - f x = -1862 (N). Giảm tốc (về bờn phải): Fa6= -àmxg + mxa - f x = 54 (N).
Lực dọc trục lớn nhất:
Từ các lực dọc trục tính ở trên ta thấy lực dọc trục max là:
F1xmax= max( Fa1, Fa2, Fa3, Fa4, Fa5, Fa6) = 1844 (N) = 184,4 (kgf).
- Theo trục Y: Khối lượng tổng cộng: m = M + Wy = 8 + 20 = 28 (kg). Tăng tốc (về phớa sau): Fa1 = àmyg + mya + f y = 199 (N).
Chạy đều (về phớa sau): Fa2 = àmyg + f y = 59 (N).
Gia cụng (về phớa sau): Fa3 = Fm+ à(myg + Fm) + f y = 1885 (N). Giảm tốc (về phớa sau): Fa3 = àmyg – mya + f y = -81 (N).
Tăng tốc (về phớa trước): Fa4 = -àmyg – mya - f y = -199 (N).
Chạy đều (về phớa trước): Fa5 = -àmyg - f y= -59 (N).
Gia cụng (về phớa trước): Fa5= -Fm- à(myg + Fm) - f y = -1885 (N). Giảm tốc (về phớa trước): Fa6= -àmyg + mya - f y = 81 (N).
Lực dọc trục lớn nhất:
Từ các lực dọc trục tính ở trên ta thấy lực dọc trục max là:
F1ymax= max( Fa1, Fa2, Fa3, Fa4, Fa5, Fa6) = 1885 (N) = 188.5 (kgf).
- Theo trục Z: Khối tổng cộng: m = M + Wz = 0 + 5 = 5 (kg). Tăng tốc (đi lên): Fa1 = mg + ma = 75 (N).
Chạy đều (đi lên): Fa2 = mg = 50 (N).
Gia công (đi lên): Fa3 = Fm + μFm + mg = 1876 (N).
Giảm tốc (đi lên): Fa3 = mg – ma = 25 (N).
Tăng tốc (đi xuống): Fa = - mg + ma = -25 (N).
Chạy đều (đi xuống): Fa5 = -mg = -50 (N).
Gia công (đi xuống): Fa5 = Fm + μFm - mg = 1776 (N).
Giảm tốc (đi xuống): Fa6 = ma – mg = -25 (N).
Lực dọc trục lớn nhất:
Từ các lực dọc trục tính ở trên ta thấy lực dọc trục max là:
F1zmax= max( Fa1, Fa2, Fa3, Fa4, Fa5, Fa6) = 1876 (N) = 187.6 (kgf). 2.2.3 Tính toán tải trọng
Trong đó: f slà hệ số bền tĩnh (1,5 - 3).
Bảng 2 2 Chế độ làm việc
Ta chọn cho máy phay giá trị: fs = 2.
Famax: lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vít me.
Chế độ Vận tốc (m/ph) fs
Với l = 10 mm, ta có vận tốc quay danh nghĩa là:
Trong đó: Nm: Tốc độ quay trung bình của trục vít, Nm = 2000 (v/ph), Nmz = 4000 (v/ph).
Lt: Tuổi thọ yêu cầu, Lt = 17520h.
Fm: Tải trọng tác dụng lên trục vít. f w: Hệ số tải trọng chọn f w = 1,5.
Từ đó ta tính được:
2.2.4 Chọn kiểu bi Độ cứng cần được ưu tiên, hao phí chuyển động không quá quan trọng thì ta chọn các thông số sau cho bi: Ổ bi loại lưu chuyển bên ngoài.
2.2.5 Tính chiều dài trục vít me
L = Tổng di chuyển max + chiều dài đai ốc + chiều dài vùng thoát.
2.2.6 Tính đường kính trục vít me dr ≥ n L x
Hệ số phụ thuộc kiểu lắp, f = 41,9 (lắp chặt hai đầu).
Chọn tốc độ quay cho động cơ khoảng 60% so với tốc độ quay giới hạn nên ta có n`% Nmax = 60% 20000 = 12000 vòng/ph.
Từ tính toán trên, ta thống nhất sử dụng vít me có đường kính: dr = 12 (mm). 2.2.7 Chọn series.
Từ các kết quả tính toán trên:
-Đường kính trục: : dr = 12 (mm).
-Tải trọng động Max: Ca= 2874 (N).
-Tải trọng tĩnh Max: Co= 3770 (N).
Ta chọn series: FR1520PS-HPNR.
Từ các kết quả tính toán trên:
-Đường kính trục: : dr = 12 (mm).
-Tải trọng động Max: Ca= 3604 (N).
-Tải trọng tĩnh Max: Co= 3752 (N).
-Ta chọn series: FR1525PS-HPNR.
2.2.8 Kiểm nghiệm trục vít me
Trong đó: Ca: Tải trọng động. f w: Hệ số tải trọng (f w= 1,2).
Nm: Tốc độ quay trung bình.
Tuổi thọ làm việc của trục vít me ở 3 trục X, Y, Z đều thỏa mãn độ bền về thời gian sử dụng.
2.2.9 Tính toán tải trọng cho phép tác dụng lên trục
L 2 10 3 , với m là hệ số lắp ghép: m = 10,2.
Do vậy, vít me đảm bảo an toàn.
Tính toán chọn ổ lăn
Hinh 2 2 cấu tạo của ổ lăn Gồm 4 bộ phận chính:
Nhờ có con lăn nên ma sát trong ổ là ma sát lăn Hệ số ma sát lăn 0,0015 đến 0,006. Chế độ bôi trơn khá đơn giản.
Kết cấu cho phép chế tạo hàng loạt nên giá thành thấp.
- Theo hình dạng con lăn: bi, đũa trụ ngắn, đũa trụ dài, đũa côn, đúa hình trống đối xứng hoặc không đối xứng, đũa kim, đũa xoắn.
- Theo khả năng chịu tải trọng:
+ Ổ đỡ: chỉ chịu tải trọng hướng tâm và một phần lực dọc trục (ổ bi đỡ) hoặc chỉ chịu tải trọng hướng tâm (ổ đũa trụ ngắn).
+ Ổ đỡ chặn: chịu tải trọng hướng tâm và dọc trục (ổ bi đỡ chặn, ổ đũa côn đỡ chặn).
+ Ổ chặn đỡ: chủ yếu chịu tải trọng dọc trục, đồng thời một phần tải trọng hướng tâm.
+ Ổ chặn: chỉ chịu tải trọng dọc trục.
- Theo số dãy con lăn: ổ một dãy, ổ hai dãy, ổ bốn dãy…
- Theo kích thước: siêu nhẹ, đặc biệt nhẹ, nhẹ, nhẹ rộng, trung, trung rộng, nặng…
- Theo khả năng tự lựa: có hoặc không có khả năng tự lựa. Ưu nhược điểm của ổ lăn:
+ Giá thành thấp do sản xuất hàng loạt.
+ Mất mát công suất do ma sát thấp.
+ Tính lắp lẫn cao, thuận tiện khi sửa chữa.
+ Chăm sóc và bôi trơn đơn giản.
+ So với ổ trượt thì kích thước dọc trục nhỏ hơn.
+ Khả năng quay nhanh, chịu va đập kém.
+ Kích thước hướng kính tương đối lớn.
+ Độ tin cậy thấp khi làm việc với vận tộc cao (do ổ bị nóng nên, vỡ vòng cách do lực li tâm của con lăn).
Trong cấu trúc bàn làm việc của máy phay CNC 3 trục, tải trọng chủ yếu tác động lên hai ray dẫn hướng, dẫn đến lực tác dụng theo phương vuông góc lên trục vít me là không đáng kể Khi tính toán ổ lăn vít me, chỉ cần chú ý đến lực dọc trục Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động, hiện tượng rung xảy ra, vì vậy yếu tố định tâm trở nên quan trọng Do đó, trong trường hợp này, chúng ta chọn ổ đỡ chặn một dãy và một cụm trục hai ổ đỡ chặn để giảm ồn khi làm việc với vận tốc cao.
Hinh 2 3 Các kích thước cơ bản của ổ lăn
2.2.1.2 Chọn sơ bộ kích thước ổ lăn.
2.3.2 Kiểm nghiệm khả năng tải trọng.
Tính toán khả năng tải trọng động:
Tính toán khả năng tải trọng tĩnh:
L: tuổi thọ tính theo công thức:
L = 60.10 − 6 n L t = 60 10 − 6 5800 2000 = 696 ( triệu vòng ) Q: là trải trọng động của ổ lăn được tính theo công thức:
Q0: Là tải trọng tĩnh của ổ lăn được tính theo công thức:
K d: Hệ số kể đến đặc tính tải trọng, K d = 1,1
K t: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ K t = 1
Lực tác dụng lên 2 đầu ổ lăn là:
2 = 140 ( N ) Nội lực dọc trục F si của 2 ổ là như nhau:
F si = e R i = 1 , 14.140 = 160 ( N ) Lực dọc trục tác dụng lên ổ bi là
F aY = max( F aY 1 , F aY 2 ) = 1102 , 5 ( N ) Kiểm tra:
Q 0 =(0 , 5.160 + 0 , 26.1102 , 5).1 , 1.1 = 403 ( N ) Khả năng tải trọng tĩnh:
Vậy lựa chọn ổ bi phù hợp vs khả năng tải trên trục Y.
Tính toán khả năng tải trọng động:
Tính toán khả năng tải trọng tĩnh:
L: tuổi thọ tính theo công thức:
L = 60.10 − 6 n L t = 60 10 − 6 5800 2000 = 696 ( triệu vòng ) Q: là trải trọng động của ổ lăn được tính theo công thức:
Q0: Là tải trọng tĩnh của ổ lăn được tính theo công thức:
K d: Hệ số kể đến đặc tính tải trọng, K d = 1,1
K t: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ K t = 1
Ta có: m=W x + M =10+8=18(kgf ) Lực tác dụng lên 2 đầu ổ lăn là:
2 =90( N ) Nội lực dọc trục F si của 2 ổ là như nhau:
F si = e R i = 1 , 14.90 = 102 , 6 ( N ) Lực dọc trục tác dụng lên ổ bi là
Ta có: Tải trọng động:
Từ bảng số liệu:( Hình 2.8)
Q 0 =(0 , 5.102 , 6 + 0 , 26.1024 , 6).1 , 1.1 = 349 ( N ) Khả năng tải trọng tĩnh:
Vậy lựa chọn ổ bi phù hợp vs khả năng tải trên trục X.
Tính toán khả năng tải trọng động:
Tính toán khả năng tải trọng tĩnh:
L: tuổi thọ tính theo công thức:
L = 60.10 − 6 n L t = 60.10 − 6 5800 4000 = 1392 ( triệuvòng ) Q: là trải trọng động của ổ lăn được tính theo công thức:
Q0: Là tải trọng tĩnh của ổ lăn được tính theo công thức:
K d: Hệ số kể đến đặc tính tải trọng, K d = 1,1
K t: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ K t = 1
Ta có: m=W z + M =5+8=13(kgf ) Lực tác dụng lên 2 đầu ổ lăn là:
2 = 65 ( N ) Nội lực dọc trục F si của 2 ổ là như nhau:
F si =e R i =1 , 14.65=74( N ) Lực dọc trục tác dụng lên ổ bi là
Ta có: Tải trọng động:
Từ bảng số liệu: (Hình 2.8)
Q 0 =(0 , 5.50 + 0 , 26.1012).1 , 1.1 = 316 ( N ) Khả năng tải trọng tĩnh:
Vậy lựa chọn ổ bi phù hợp vs khả năng tải cho trục Z.
Tính toán công suất các động cơ bước
- Thông số tính toán động cơ bước trên trục Y
+ Hệ số má sát của giá dẫn hướng μ=0,12
+ Khối lượng trục vitme=0,5kg
+ Độ chính xác của bàn máy Δl=0,03 mm/bước
+ Khoảng cách dịch chuyển l00mm
+ Hệ số an toàn Sf=3
+ Độ phân giải cần thiết của động cơ bước θs = 360 ∆ l p b = 360.0 , 03
+ Số vòng quay của động cơ bước
+ Momen quán tính do khối lượng của tải tác dụng lên trục động cơ:
= 1 , 26.10 − 5 ( kg.m 2 ) + Momen xoắn do khối lượng của tải tác dụng lên trục động cơ
+ Momen xoắn do ma sát của thanh dẫn hướng tác động lên trục động cơ:
+ Momen tổng cộng tác dụng lên trục động cơ:
T m =( T a + T 1 ) Sf = ( 0 , 01 + 0,0093 ) 3 = 0,0579 Nm + Công suất làm việc P 0 của động cơ
- Thông số tính toán động cơ bước trên trục X
+ Hệ số má sát của giá dẫn hướng: μ = 0,12
+ Đường kính trục vitme:= 12mm = 0,012m
+ Khối lượng trục vitme:= 0,4 kg
+ Độ chính xác của bàn máy:Δl = 0.03 mm/bước
+ Khoảng cách dịch chuyển: l = 200mm
+ Hệ số an toàn:Sf = 3
+ Độ phân giải cần thiết của động cơ bước θs = 360 ∆ l p b = 360.0 , 03
+ Số vòng quay của động cơ bước
+ Momen quán tính do khối lượng của tải tác dụng lên trục động cơ:
=1 , 01.10 − 5 (kg.m 2 ) + Momen xoắn do khối lượng của tải tác dụng lên trục động cơ
+ Momen xoắn do ma sát của thanh dẫn hướng tác động lên trục động cơ:
+ Momen tổng cộng tác dụng lên trục động cơ:
T m =( T a + T 1 ) Sf = ( 0,0095 + 0,0074 ) 3 = 0,0507 Nm + Công suất làm việc P 0 của động cơ:
- Thông số tính toám động cơ bước trên trục Z
+ Hệ số má sát của giá dẫn hướng: μ=0,12
+ Đường kính trục vitme:mm=0,015m
+ Khối lượng trục vitme:=0,5kg
+ Độ chính xác của bàn máy:Δl=0,03 mm/bước
+ Khoảng cách dịch chuyển: l0mm
+ Hệ số an toàn: Sf=3
+ Độ phân giải cần thiết của động cơ bước θs = 360 ∆ l p b = 360.0 , 03
+ Số vòng quay của động cơ bước
+ Momen quán tính do khối lượng của tải tác dụng lên trục động cơ:
= 1 , 64.10 − 6 ( kg.m 2 ) + Momen xoắn do khối lượng của tải tác dụng lên trục động cơ
+ Momen xoắn do ma sát của thanh dẫn hướng tác động lên trục động cơ:
+ Momen tổng cộng tác dụng lên trục động cơ:
+ Công suất làm việc P 0 của động cơ:
- Qua khảo sát thị trường dựa trên cơ sở các thông số tính toán được nhóm quyết định chọn động cơ có thông số như sau:
+ Dòng điện định mức: 1,4A/pha
Tính toán lựa chọn spindle
- Cho chế độ cắt máy phay Do gia công thô nên ta chọn t = h = 0,3mm
- Chọn phôi nhôm có bề mặt rộng 90mm, dài 300mm, lượng dư 2mm, có vỏ cứng
- Dao phay thép gió có D dao = 4 mm; Z = 4;γ = 5 ° ;α = 15 ° λ = 15 ° , T = T ° ( T ° thời gian máy),φ = 60 ° ,φ ° = 5 °
- Hệ thống công nghệ có độ vững cao.
Theo bảng 6-5 (chế độ cắt GCCK) S z =( 0 , 12 − 0 , 18 ) mm/răng
Vì phôi có vỏ cứng và B = 90mm nên S z giảm 20%, do đó S = 0,12 mm/răng
Vận tốc cắt được tính theo công thức
Theo bảng 1-5 ( chế độ cắt GCCK)
Theo Bảng 2-5 ( chế độ cắt GCCK): T = 60’
Vì theo vật liệu nhôm nên : σ b = 20KG/mm 2
Theo bảng 2-1 (chế độ cắt GCCK) tao có: K m v = 75 σ b = 75
Số vòng quay trong 1 phút của dao : n = 1000 v πD = 1000 ∗ 266
3 , 14 ∗ 4 = 21178vòng/phút Theo thuyết minh máy chọn n = 21178 v/phút Lúc này tốcđộ cắt thực tế là:
1000 =265m/phút Lượng chạy dao phút và lượng chạy dao răng thực tế theo máy:
Theo máy, chọn S M = 20000mm/ph Vậy
4∗12141=0 , 1 mm/răng Lực cắt P ztính theo công thức:
D q p ∗ n z ∗ K p (kg) Theo bảng 3-5 ( chế độ cắt GCCK ) c X y u u q
4 0 , 86 ∗300 0 , 2 ∗0 , 6=45 KG Vậy công suất cắt là:
Vậy để cho máy chạy đảm bảo an toàn thì ta chọn spindle với công suất là 2,2 KW
Tính toán lựa chọn kết cấu máy
a, Máy CNC dạng chữ C (C-frame):
Hình 2 5 Kết cấu máy kiểu chữ C
- Mô tả: Máy CNC có trục X được gá nằm trên trục Y, và trục Z chuyển động lên xuống, như hình vẽ.
- Ưu nhược điểm của máy
+ Ưu điểm: Độ chính xác cao nhất trong các kiểu máy CNC, sử dụng tiện lợi.+ Nhược điểm: Khó chế tạo, chiếm diện tích lớn Gá được phôi nhỏ.
Máy Kiểu C được thiết kế để phay cắt gọt kim loại với độ chính xác cao, đặc biệt phù hợp cho các phôi nhỏ Máy có hành trình Y dưới 1000 mm, mang lại hiệu suất tối ưu cho các ứng dụng gia công Bên cạnh đó, máy CNC dạng R (R frame - Router) cũng là một lựa chọn lý tưởng cho việc cắt gọt chính xác.
Hình 2 6 kết cấu máy kiểu chữ R
- Mô tả: Máy CNC có trục X, Y , Z gá trên nhau
- Ưu nhược điểm của máy
+ Ưu điểm: Tận dụng tối đa hành trình Máy có hành trình lớn.
+ Nhược điểm: Độ chính xác thấp nhất trong các loại máy.
- Máy Kiểu R, thường dùng cho phay gỗ. c, Máy CNC dạng chữ H (H-farme):
Hinh 2 7 Kết cấu máy kiểu chữ H
- Mô tả: Máy CNC có trục Z được gá nằm trên trục X, và trục Ychuyển động độc lập, như hình vẽ.
- Ưu nhược điểm của máy
+ Ưu điểm: Dễ chế tạo, rất là gọn Có thể gá được phôi lớn
+ Nhược điểm: Độ chính xác bình thường, không bằng so với máy C
- Máy Kiểu H, thường dùng cho phay cắt gọt kim loại, với độ chính xác cao, và dung với với phôi lớn.
Do điều kiện về thời gian, kinh tế nhóm nghiên cứu đã quyết định lựa chọn phươn án kết cấu máy phay CNC mini kiểu chữ H
kết luận và nhiệm vụ
Kết cấu máy kiểu chữ H