Những ưu điểm của máy CNC so với máy công cụ thông thường : - Nâng cao tính tự động - Nâng cao tính chính xác và chất lượng gia công - Nâng cao tính tập trung nguyên công - Nâng cao hiệu
Phân tích nguyên lý và thông số kỹ thuật
Khái niệm về máy điều khiển số
CNC là viết tắt của các từ Computer Numerical Control, xuất hiện vào khoảng đầu thập niên 1970 khi máy tính bắt đầu được dùng ở các hệ điều khiển máy công cụ thay cho NC, Numerical (Điều khiển số ) CNC đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc với mục đích sản xuất( có tính lặp lại) các bộ phận kim khí( hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi mã G CNC được phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở trong phòng thí nghiệm Servomechanism của trường MIT Trước khoảng thời gian này, các chương trình
NC thường phải được mã hoá và xử lý trên các băng đục lỗ, hệ điều khiển các trục máy chuyển động Cách này đã cho thấy nhiều bất tiện, chẳng hạn khi sửa chữa, hiệu chỉnh chương trình, băng chóng mỏn, khó lưu trữ, truyền tải, dung lượng bé Hệ điều khiển CNC khắc phục các nhược điểm trên nhờ khả năng điều khiển máy bằng cách đọc hàng loạt ngàn bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ, cho phép giao tiếp, truyền tải và xử lý, điều khiển các quá trình một cách nhanh chóng, chính xác
Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con
6 người thực hiện được giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng Kĩ thuật tự động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác Trong môi trường sản xuất, một loạt các máy CNC kết hợp thành một tổ hợp, gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận Máy CNC ngày nay được điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mềm CAM, vì thế một bộ phận hay lắp ráp có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần các bản vẽ in của từng chi tiết Có thể nói CNC là các phân đoạn của các hệ thống robot công nghiệp, tức là chúng được thiết kế để thực hiện nhiều thao các sản xuất (trong tầm giới hạn) Ngày nay, với nhiều chức năng hiện đại và tân tiến thì máy CNC đã trở thành thiết bị quan trọng trong gia công cơ khí chính xác Thị trường máy CNC đang có lượng cầu rất lớn Quy mô thị trường máy CNC toàn cầu ước tính đạt 96,4 tỷ USD vào năm 2021 và dự kiến sẽ đạt khoảng 153,6 tỷ USD vào năm 2030, với tăng trưởng trung bình hằng năm 5,33% từ 2022-2030 Đến năm 2030, người ta dự đoán rằng nhu cầu máy CNC sẽ đạt tới trên 2,8 triệu chiếc
Các loại máy CNC phổ biến hiện nay bao gồm:
• Máy khoan tia lửa điện CNC
Hình 1.2 Đồ thị quy mô thị trường máy CNC 2021-2030
So sánh máy công cụ truyền thống và máy CNC
• Nhìn chung thì tương tự nhau, cùng sử dụng bàn máy hình chữ thập nhằm nâng cao độ cứng vững cho máy
• Đều sử dụng các công cụ cắt để loại bỏ vật liệu không mong muốn và tạo hình sản phẩm
• Thực hiện các bước gia công như tiện, phay, khoan, mài,…
• Dùng để gia công các bề mặt: mặt phẳng, mặt định hình,…
• Gia công các mặt rãnh: rãnh thẳng, rãnh nghiêng, rãnh xoắn,…
Bảng 1-1: So sánh giữa máy CNC và máy dụng cụ
Tiêu chí Máy điều khiển số
Từ bàn phím hoặc phần mềm chuyên dụng
Kẹp phôi Gá kẹp tự động bằng
Thay dao Thay dao tự động bằng cơ cấu thay dao
Xác định chuẩn gia công
Dùng các thiết bị rà gá chuyên dùng
Dùng phương pháp rà gá, gá đơn giản
Tốc độ trục chính Đưa vào từ bàn phím hoặc phần mềm
Dùng tay để điều chỉnh cơ cấu thay đổi tốc độ
Phím bấm điều khiển hoặc tay quay điện tử
Tay quay cơ khí Độ chính xác Cao Thấp
So sánh giá trị thực và lý thuyết
Trên màn hình hiển thị vị trí đang gia công và khoảng cách đạt kích thước lí thuyết
Dùng mắt quan sát tại vị trí gia công, ước lượng giá trị khoảng cách hình học
Kiểm tra kích thước sản phẩm
Dùng đầu đo chuyên Bảng dùng
1.1.2.3 Ưu điểm của máy CNC
So với các máy công cụ thường dùng, máy CNC có nhiều ưu việt hơn, thể hiện ở các điểm sau: o Gia công được các chi tiết phức tạp hơn o Quy hoạch thời gian sản xuất tốt hơn o Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao và giảm thời gian phụ o Tính linh hoạt cao hơn o Độ lớn loạt tối ưu nhỏ hơn o Độ chính xác gia công cao và ổn định đều o Chi phí kiểm tra giảm o Chi phí do phế phẩm giảm o Hoạt động liên tục nhiều ca sản xuất o Giảm số nhân công o Hiệu suất cao o Tăng năng lực sản xuất o Có khả năng tích hợp trong hệ thống gia công linh hoạt
1.1.2.4 Nhược điểm của máy CNC
Giá thành, chi phí bảo dưỡng sửa chữa cao, yêu cầu trình độ hiểu biết sâu để vận hành và bảo quản máy.
Kết cấu và hệ thống dẫn động máy CNC
Gồm 2 phần chính đó là:
+ Phần chấp hành: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục vít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng
+ Phần điều khiển: các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính trung tâm
Hình 1.3 Mô hình tổng quát của 1 máy CNC
Hình 1.4: Cụm trục chính
1.2.1.1 Thân máy và đế máy
Thường được chế tạo bằng các chi tiết gang vì gang có độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép và đều ược kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo không có khuyết tật đúc Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất nhiều hệ thống khác
- Phải có độ cứng vững cao
- Phải có các thiết bị chống rung động
- Phải có độ ổn định nhiệt
- Phải đảm bảo độ chính xác gia công
- Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy
Bàn máy dùng để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá, các chuyển động của bàn máy X và Y kết hợp với chuyển động theo trục Z của trục chính tạo nên các chuyển động tạo hình của máy
Yêu cầu của bàn máy: Phải có độ ổn định, cứng vững, được điều khiển chuyển động một cách chính xác
Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi trong quá trình gia công
Nguồn động lực điều khiển trục chính: Trục chính được điều khiển bởi các động cơ Thường sử dụng động cơ Servo theo chế độ vòng lặp kín, bằng công nghệ số để tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao dưới chế độ tải nặng
Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của bàn theo X, Y và chuyển động theo trục Z của trục chính
Yêu cầu của hệ thống thanh trượt phải thẳng, có khả năng tải cao, độ cứng vững tốt, không có hiện tượng dính, trơn khi trượt
1.2.1.5 Trục vít me, đai ốc
Chuyển động chạy dao tịnh tiến thường được dẫn động bởi các động cơ servo quay thông qua cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến là: trục vít me – đai ốc bi
Trục vít me – đai ốc đảm bảo truyền lực và chuyển động không có khe hở, độ nhạy cao
Mỗi trục chuyển động đều có hệ thống đo, khi đo gián tiếp thì đầu đo lắp ngay trên trục vít me
Hình 1.5 Ray dẫn hướng trong máy CNC
Hình 1.6 Trục vít ve đai ốc bi trong máy CNC
Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho quá trình gia công Nhờ có ổ tích dao mà máy CNC có thể thực hiện được nhiều nguyên công cắt gọt khác nhau liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác nhau Do đó quá trình gia công nhanh hơn và mang tính tự động hoá cao
Hình 1.7 Một số dạng của ổ chứa dao
1.2.2.1 Các cụm điều khiển trên máy CNC
- Cụm điều khiển máy MCU(Machine Control Unit)
Cụm điều khiển được hình thành trên cơ sở thiết bị điều khiển điện tử, thiết bị vào ra và các thiết bị số Nó được coi là trái tim của máy công cụ điều khiển số CNC
Lệnh CNC thực hiện bên trong bộ điều khiển sẽ thông báo cho mô tơ chuyển động quay đúng số vòng cần thiết —trục vit me bi quay đúng số vòng quay tương ứng
— kéo theo chuyển động thẳng của bản máy và dao
Thiết bị phản hồi ở đầu kia của vit me bi cho phép kiểm soát kết thúc lệnh đúng khi số vòng quay cần thiết được thực hiện
- Cụm dẫn động(Driving Unit)
Cụm dẫn động là tập hợp những động cơ, sensor phản hồi, phần tử điều khiển, khuếch đại và các hệ dẫn động Trong đó, động cơ và các sensor phản hồi là thành phần đặc trưng cho máy công cụ điều khiển só CNC:
Cụm điều khiển có nhiệm vụ liên kết các chức năng để thực hiện điều khiển máy, các chức năng bao gồm:
+ Số liệu vào (Data input)
+Xử lý số liệu (Data procesing)
+ Số liệu ra (Data output)
+Ghép nối vào (Machine I/O interface)
+Phần cứng điều khiển: gồm 6 thành phần cơ bản
• Điều khiển trình tự PMC
1.2.2.2 Động cơ trên máy CNC Động cơ máy CNC dùng để điều khiển các hoạt động của trục chính, bàn máy và một số bộ phận khác của máy CNC
Có nhiều loại động cơ được sử dụng trong máy CNC với những chức năng khác nhau Mỗi loại đều có những ưu và nhược điểm riêng
- Động cơ bước Ưu điểm: + Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, không cẩn mạch phản hồi
+ Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC
Nhược điểm: + Giá thành cao, momen xoắn nhỏ, momen máy nhỏ
- Động cơ servo Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hổi tiếp vòng kín Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bất kỳ lí do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác
Loại động cơ này có một số đặc điểm chung như sau:
Momen quán tính nhỏ Đặc điểm động học tốt
Thường được tích hợp sẵn cảm biến đo tốc độ hay góc quay
Hình 1.8 Động cơ bước
Có dải tần số công tác rộng 0-400 Hz
- Động cơ một chiều Ưu điểm: + Momen khởi động lớn, dễ điều khiên tốc độ và chiều, giá thành rẻ
- Nhược điểm: + Dài tốc độ điều khiển hẹp
+ Phải có mạch nguồn riêng
- Động cơ xoay chiều Ưu điểm: + Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều
+ Đa dạng và phong phú về chủng loại, giá thành rẻ
Nhược điểm: + Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển và phần chấp hành để đảm bảo an toàn, momen khởi động nhỏ
+ Mạch điểu khiển tốc độ phức tạp
Máy phay CNC sử dụng với ít nhất 3 trục bước tiến điều khiển và điều chỉnh được, chúng được ký hiệu với X, Y, Z
Ngoài các chuyển động thẳng dọc theo các trục X, Y, Z còn có chuyển động quay điều khiển được quanh các trục này Để thực hiện chuyển động gia công, ta nhập chương trình vào bảng điều khiển Các cơ cấu điều khiển sẽ đọc, giải mã chương trình, thực hiện các phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu chấp hành, xuất các tín hiệu điều khiển tới cơ cấu chấp hành để tiến hành gia công chi tiết, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến
Hình 1.9 Động cơ servo
Thông số yêu cầu thiết kế
3 Gối đỡ vít me bi kèm gá động cơ trục X
7 Gối đỡ vít me bi trục Y
10 Bàn X (đặt chi tiết gia công)
Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT: Phay mặt đầu, 6 lưỡi cắt,
Dmm, JIS, S45C, Grade 4040, v0m/ph, t=1,2mm, F0mm/ph
1 Khối lượng lớn nhất của chi tiết M (300 / 500 / 700 kg): 500 kg
2 Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công V1 (18 / 20 / 25 m/ph): 18 m/ph
3 Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công có lực V2 (10 / 12 / 15 m/ph): 15 m/ph
4 Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống a (0,4g / 0,50g m/s 2 ): 4
5 Thời gian hoạt động: 05 đến 07 năm
6 Cho trước các kết cấu của cụm bàn máy X và Y để gắn vít me bi và ray dẫn hướng có thể tham khảo từ trang web: http://www.mediafire.com/?bwfr2l5xel69kj5
7 Cho trước tài liệu của hãng sản xuất vit me bi và ray dẫn hướng
8 Cho trước tài liệu của hãng sản xuất động cơ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
Tính chọn ray dẫn hướng
Hình 2.1 Hình ảnh về ray dẫn hướng
Quy trình tính toán và số liệu ban đầu
- Giả sử phôi có dạng lập phương, vật liệu S45C có Dx70 kg/m3
-Tính toán cho trường hợp nguy hiểm nhất là tâm của phôi nằm xa bàn máy nhất
Hình 2.2 :Quy trình tính toán
Bảng 2-1: Các thông số ban đầu
Khối lượng bàn máy(kg) m 2 0 m 2 20
Vận tốc khi không gia công
Vận tốc khi gia công có lực V2
Bảng 2-2: Thông số khoảng cách định vị
Khoảng cách định vị (mm) Bàn X Bàn Y
Khoảng cách giữa 2 con chạy cùng ray l1 410 270
Khoảng cách giữa 2 con chạy khác ray l2 286 504
Khoảng cách từ tâm phôi tới tâm bàn máy theo phương song song với ray dẫn l3
Khoảng cách từ tâm phôi tới tâm bàn máy theo phương vuông góc với ray dẫn l4
42.5 539.5 Độ cao từ tâm trục vít me tới mặt bàn máy l5
149 245.5 Độ cao từ tâm trục vít me tới phôi l6 349 538.5
Tổng chiều dài dịch chuyển ls 790 550
Bảng 2-3: Các thông số liên quan
Tính toán các lực riêng rẽ
2.1.2.1 Chuyển động đều, lực hướng kính Pn
Bảng 2-4: Lực tác dụng khi chuyển động đều
2.1.2.2 Chuyển động tăng tốc sang trái, Pnla 1
Bảng 2-5: Lực tác dụng khi tăng tốc sang trái
Hình 2.3 Sơ đồ đặt lực và chế độ hoạt động
Bảng 2-6: Tải phụ khi tăng tốc sang trái
2.1.2.3 Chuyển động giảm tốc sang trái Pnla 3
Bảng 2-7: Lực tác dụng khi giảm tốc sang trái
Bảng 2-8: Tải phụ khi giảm tốc sang trái
2.1.2.4 Chuyển động tăng tốc sang phải P n ra 1
Bảng 2-9: Lực tác dụng khi tăng tốc sang phải
Bảng 2-10: Tải phụ khi tăng tốc sang phải
2.1.2.5 Chuyển động giảm tốc sang phải P n ra 3
Bảng 2-11: Lực tác dụng khi giảm tốc sang phải
Bảng 2-12: Tải phụ khi giảm tốc sang phải
Tính toán tải trọng tương đương
Bảng 2-13: Tải trọng tương đương khi chuyển động đều
Bảng 2-14: Tải trọng tương đương khi tăng tốc sang trái
Bảng 2-15: Tải trọng tương đương khi giảm tốc sang trái
Bảng 2-16: Tải trọng tương đương khi tăng tốc sang phải
Bảng 2-17: Tải trọng tương đương khi giảm tốc sang phải
Tính toán tải trọng trung bình
Ei a Ei Ei a Ei a Ei Ei a mi s
Bảng 2-18: Tải trọng trung bình
Bảng 2-19: Hệ số an toàn tĩnh
Loại máy Điều kiện tải fs (giới hạn thấp nhất) Máy công nghiệp Tải bình thường 1.0 ~ 1.3
Có va chạm và rung động
Máy công cụ Tải bình thường 1.0 ~ 1.5
Có va chạm và rung động
2.5 ~ 7.0 Đối với máy công cụ hoạt động có va chạm thì hệ số an toàn tĩnh 𝑓𝑠 ≥ 2,5
Vậy tải trọng tĩnh yêu cầu:
Tuổi thọ của băng trượt tính theo km
L= Trong đó n là số chu trình trong 1 phút
Bảng 2-20: Hệ số tải trọng Điều kiện chuyển động Tốc độ làm việc f w
Không rung động và va đập v ≤ 15 m/ph 1,0 ~ 1,2
Rung động và va đập nhẹ 15 < v ≤ 60 m/ph 1,2 ~ 1,5
Rung động và va đập vừa phải 60 < v ≤ 120 m/ph 1,5 ~ 2,0
Rung động và va đập mạnh v > 120 m/ph 2,0 ~ 3,5
Từ yêu cầu về C0 và C, chọn được ray dẫn hướng từ catalogue của hãng PMI như sau:
Hình 2.4 Thông số ray dẫn hướng
Trục X: MSA 25 LA có thông số: C= 34.4 kN và C 0 = 56.6 kN
Trục Y: MSA 45 A có thông số: C= 83.8 kN và C 0 = 117.9 kN
Tính chọn vít me
Kết cấu bộ truyền vitme đai ốc bi
Bộ truyền vít me - đai ốc bi thường được dùng trong chuyển động chạy dao của máy công cụ NC, CNC và dùng trong các máy công cụ chính như máy mài, máy doa tốc độ và các loại máy khác Đôi khi còn dùng trong máy tiện, máy tổ hợp, dùng trong truyền dẫn di động xà, trụ và các máy công cụ hạng nặng Ngoài dẫn ra còn dùng trong bộ truyền chính của các loại máy có chuyển động tịnh tiến khứ hồi như máy bào giường, máy chuốt
- Khắc phục độ rơ khớp ren, chịu lực kéo với kết cấu đảm bảo độ cứng vững chiều trục cao
- Tổn thất do ma sát bé, hiệu suất bộ truyền đạt tới 0,9 so với vít me đai ốc trượt là 0.2 ÷ 0.4
- Gần như độc lập hoàn toàn với lực ma sát (biến đổi theo tốc độ), ma sát tĩnh rất bé nên chuyển động êm
- Kết cấu bộ truyền vít me - đai ốc bi hình trên bao gồm trục vít me, đai ốc, dòng bi chuyển động trong vít me - đai ốc và ống hồi bi đảm bảo dòng bi tuần hoàn liên tục
2.2.1.2 Các dạng prôfin ren của vít me và đai ốc
Dạng chữ nhật (hình b), dạng hình thang (hình c), dạng nửa cung tròn và dạng rãnh (dạng cung nhọn) Dạng chữ nhật và dạng prôfin ren hình thang có khả năng tải thấp, chỉ dùng khi máy có khả năng chịu tải trọng chiều trục bé và độ cứng vững không cao
Dạng nửa cung tròn (hình d) được sử dụng phổ biến nhất, bán kính rãnh r2 gần bằng bán kính viên bi R1 sẽ giảm tối đa ứng suất tiếp xúc, có thể chọn r2/r1=0,95÷0,97, giá trị r2/r1 sẽ làm tổn thất do ma sát 1 cách rõ rệt Tại góc tiếp xúc bé thì bộ truyền có độ cứng vững bé và khả năng tải bé, lực hướng kính sẽ lớn
Do tăng góc tiếp xúc thì khả năng đảo và độ cứng vững truyền động tăng và hạ
Hình 2.5 Hình ảnh về trục vít me sử dụng trong máy CNC
27 thấp tổn thất do ma sát vì vậy khe hở đường kính ∆d phải chọn để góc tiếp xúc đạt 45° ∆d = 4.(r2 − r1).(1 − cos α)
Dạng rãnh cung nhọn (a) có nhiều ưu điểm hơn loại cung tròn, nó còn cho phép truyền động không rơ hoặc chọn được độ dôi của đường kính viên bi Còn ở dạng nửa tròn muốn khử độ rơ và tạo độ dôi đều dùng thêm đai ốc thứ hai để điều chỉnh
Hình 2.6 Các dạng profin ren vít me và ổ bi
Hình 2.7: Các bước chọn vít me – đai ốc bi
2.2.2.1 Các thông số ban đầu
Bảng 2-21: Thông số đầu vào
Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT
Vận tốc v = 100m/ph = 400v/ph Chiều sâu cắt t = 1.2mm Lượng chạy dao F = 900mm/ph
Khối lượng chi tiết MP0 kg
Trọng lượng bàn gá trục Wx = 1400(N) Wy = 3200(N)
Vùng hoạt động lớn nhất 790mm 550mm
Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công V1 = 18m/ph = 0.3 m/s
Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công có lực V2 m/ph = 0.25 m/s
Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống a = 0.4g = 4 m/s 2
Thời gian hoạt động Lh = 22000(h)
Tốc độ vòng động cơ Nmax = 2000 rpm Độ chính xác vị trí không tải ± 0.030/1000 mm Độ chính xác lặp ±0.005 mm Độ lệch truyền động ±0.02 mm
Hệ số ma sỏt trượt à = 0.1 mm
Các thông số được tính chọn
• Độ lệch vị trí vì nhiệt
1 đầy đỡ chặn – 1 đầu tùy chỉnh: fixed – supported
Với kiểu lắp ghép này, hệ số phụ thuộc vào kiểu lắp ghép là: m = 10.2; N = 2; f = 15.1; λ = 3.927
Chiều dài trục vít = Chiều dài dịch chuyển + Chiểu dài đai ốc + Chiều dài vùng thoát
2.2.2.4 Bước vít me max max
Lấy bước vít me L (mm)
2.2.2.5 Tính khả năng tải động
Tính toán lực dọc trục
Hình 2.9 Sơ đồ tính lực dọc trục Hình 2.8 Sơ đồ lắp đặt ổ đỡ
Ta có các công thức tính lực dọc trục: o Về phía bên trái
Giảm tốc: F a 4 = mg − ma + f o Về phía bên phải
Fm: lực cắt chính của máy
Fmz: lực cắt theo phương z (thẳng đứng) μ: hệ số ma sát trượt m: khối lượng tổng cộng đặt lên vít me f : lực chống không tải
Tính toán lực cắt chính F m
Sử dụng công cụ trên website Coroguide bằng đường link: https://www.sandvik.coromant.com/en-gb/products/toolguide/cutting-speed- calculator
Với SZ là lượng chạy dao thì
With straight insert cutting edge (Chọn dao cắt là dao thẳng)
Working engagenment( chiều rộng phay ) : 64
Peripheral effective cutting edge count: 6
Hình 2.10 Lực cắt chính của máy
= = + Lực cắt chính của máy : Fm = 2397.5(N)
+ Lực cắt theo phương z ( phương thẳng đứng ) : Fmz = 0
+ Hệ số ma sát lăn : 0,1
+ Lực chống không tải : Trục X: fx d00.0,1d0(N)
Bảng 2-22: Tải trọng dọc trục Điều kiện làm việc Trục X Trục Y
Tăng tốc trái F a 1 = mg + ma + f 3840 5760
Gia công trái F a 3 = F m + ( mg + F mz ) + f 3677.5 4317.5
Giảm tốc trái F a 4 = mg − ma + f -1280 -1920
Tăng tốc phải F a 5 = − mg − ma − f -3840 -5760
Gia công phải F a 7 = − F m − ( mg + F mz ) − f -3677.5 -4317.5
Bảng 2-23: Lực dọc trục lớn nhất
Lực dọc trục lớn nhất khi không gia công
Lực dọc trục lớn nhất khi gia công F2max
Bảng 2-24: Tỷ lệ thời gian làm việc
Lực dọc trục Tốc độ quay (rpm) Tỷ lệ thời gian (%)
- 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
(Trong phần tính lực dọc trung bình này ta lấy 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 ) Lực dọc trục trung bình:
Tốc độ quay trung bình:
Tính toán tải trọng (C0,Ca)
Tải trọng tĩnh: Co=fs.Famax
C0: tải trọng tĩnh fs: hệ số bền tĩnh, với máy công cụ fs = 1,5 – 3 (chọn fs = 2.0)
Famax: lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vitme
Lt là tuổi thọ yêu cầu của vít me, Lt = 22000(h)
Fmx là lực dọc trục trung bình
Vít me trục X chọn có Ca ≥ 5737.39 kgf và C0 ≥ 960 kgf
Vít me trục Y chọn có Ca ≥ 7536.97 kgf và C0 ≥ 1440 kgf
2.2.2.6 Bán kính trục vít me
- dr là đường kính vít me
- N là tốc độ quay giới hạn của trục vít me,
- f là hệ số phụ thuộc phương thức lắp đặt vít me, với kiểu fix-supported
Bảng 2-25: Hệ số tải trọng
Ta có catalogue của hãng PMI có:
Dựa vào bảng trên ta chọn vít me bi là:
Chọn series 45-10B3-FSWC cho trục X: Caw60 kgf, C0#550 kgf
Chọn series 45-10B3-FSWC cho trục X: Caw60 kgf, C0#550 kgf
Chiều dài trục vít = Chiều dài dịch chuyển + Chiểu dài đai ốc + Chiều dài vùng thoát
Trục X: Lx = 790 + 131 + 200 = 1121(mm) => Lx = 1200 (mm)
Trục Y: Ly = 550 + 80 +200 = 830(mm) => Ly = 900 (mm)
Chọn series 45-10B3-FSWC cho trục X: Caw60 kgf, C0#550 kgf
Lt > 22000(h) nên vít me được chọn thỏa mãn
Tốc độ quay cho phép:
Chọn độ chính xác dài: Độ chính xác vị trí yêu cầu: ±0.030/1000mm
Bảng 2-26: Thông số của vít me
Chọn cấp chính xác với độ lệch & độ biến dạng tích luỹ là : Độ dịch do thay đổi nhiệt độ: Đường kính lõi ren của trục vít me:
Tải trọng tới hạn của trục vít:
Vít me trục X đảm bảo an toàn
Chọn series 45-10B3-FSWC cho trục X: Caw60 kgf, C0#550 kgf
Lt > 22000(h) nên vít me được chọn thỏa mãn
Tốc độ quay cho phép:
Chọn độ chính xác dài: Độ chính xác vị trí yêu cầu: ±0.030/1000mm
Chọn cấp chính xác với độ lệch & độ biến dạng tích luỹ là : Độ dịch do thay đổi nhiệt độ:
Bán kính lõi ren của trục vít me:
Tải trọng tới hạn của trục vít:
Vít me trục Y đảm bảo an toàn.
Chọn động cơ
Bảng 2-29: Thông số đầu vào chọn động cơ
Tốc độ quay lớn nhất n = 2000 rpm
Hệ số ma sỏt trượt à =0.1
Khối lượng dịch chuyển 640 kg 960 kg
Chiều dài hành trình Ls(X) = 790 mm Ls(Y) = 550 mm
Chiều dài trục vít 1200 mm 900 mm Đường kính trục vít 45 mm 45 mm
Lực cắt Fm 2397.5 N i =1 (chọn phương án động cơ nối trực tiếp với vít me bi không qua hộp tốc độ)
Vì cơ cấu chấp hành đặt nằm ngang nên α = 0 o
Ta chọn thời gian cần thiết để đạt đến tốc độ lớn nhất là 0,9 ( tự lựa chọn )
➢ Tính mô men ma sát
➢ Tính mô men thắng trọng lực của kết cấu
Vì cơ cấu chấp hành đặt nằm ngang nên α = 0 o
Nên mô men thắng trọng lực kết cấu bằng 0
Với đường kính trục vít được chọn là 45mm, ta có
➢ Tính tốc độ quay của motor:
Dựa vào mô men tĩnh của động cơ và tốc độ của motor, t chọn loại động cơ AM 1160E của hãng ANILAM(ANILAM Support - Download
Manuals & Product Literature | ACU-RITE) có momen khởi động là 10 N.m và tốc độ quay lớn nhất là 3000 rpm như hình dưới : Điều kiện : max
2.4.2.2 Mô men quán tính khối
= = Hình 2.17: Thông số động cơ trục X
Với D là đường kính trục vít, l’ là chiều dài nối trục
➢ Tổng mô men quán tính
Thời gian dành cho quá trình có gia tốc rất ngắn, do đó ở đây ta chỉ tính toán cho giai đoạn chạy đều( chiếm phần lớn thời gian gia công)
Trong đó: k = 0,3; Fa0 = Famax/3 = 384/3 = 128 (kgf)
➢ Mô men do lực ma sát:
Nên mô men phát động cần thiếu bằng tổng mô men đặt trước và mô men cần thiết khi gia công:
2.4.2.4 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: với
: J là tổng mô men quán tính.(Momen tính toán + momen cho bởi động cơ)
TM′ = 2 𝑇𝑀 , (𝑇𝑀 > 𝑇1) ( 𝑇𝑀 là mô men danh định của động cơ)
TL là mô men quay
f = 1,2 là hệ số an toàn ( chọn theo kiểu ổ lắp )
Kết luận : Thỏa mãn điều kiện
GD = GD + GD + GD = + + = kgf cm
➢ Tính mô men ma sát
➢ Tính mô men thắng trọng lực của kết cấu
Vì cơ cấu chấp hành đặt nằm ngang nên α = 0 o
Nên mô men thắng trọng lực kết cấu bằng 0
Với đường kính trục vít được chọn là 45mm, ta có
➢ Tính tốc độ quay của motor:
Dựa vào mô men tĩnh của động cơ và tốc độ của motor, t chọn loại động cơ
AM 1160E của hãng ANILAM (ANILAM Support - Download Manuals
& Product Literature | ACU-RITE) có momen khởi động là 10N.m và tốc độ quay lớn nhất là 3000 rpm như hình dưới : Điều kiện :
Hình 2.18: Thông số động cơ trục Y
2.4.3.2 Mô men quán tính khối
Với D là đường kính trục vít, l’ là chiều dài nối trục
➢ Tổng mô men quán tính
Thời gian dành cho quá trình có gia tốc rất ngắn, do đó ở đây ta chỉ tính toán cho giai đoạn chạy đều( chiếm phần lớn thời gian gia công)
Trong đó: k = 0,3; Fa0 = Famax/3 = 576/3 = 192 (kgf)
➢ Mô men do lực ma sát:
Nên mô men phát động cần thiếu bằng tổng mô men đặt trước và mô men cần thiết khi gia công:
GD = GD + GD + GD = + + = kgf cm
2.4.3.4 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: với:
J là tổng mô men quán tính.(Momen tính toán + momen cho bởi động cơ)
TM′ = 2 𝑇𝑀 , (𝑇𝑀 > 𝑇1) ( 𝑇𝑀 là mô men danh định của động cơ)
TL là mô men phát động
f = 1,2 là hệ số an toàn ( chọn theo kiểu ổ lắp )
Kết luận : Thỏa mãn điều kiện
Ray dẫn hướng PMI – MSA 25 LA PMI – MSA 45A
Vít me PMI – 45-10B3-FSWC PMI – 45-10B3-FSWC Ổ đỡ - chặn SKF – 7208 BE-2RZP SKF – 7208 ACCBM Ổ đỡ 1 dãy SKF - 61908 SKF – 61908 Động cơ ANILAM - AM 1160E ANILAM - AM 1160E