tính toán thiết kế hệ thống dẫn hướng cho gia công dưới sự di chuyển của một trục và một trục xoay

tính toán thiết kế hệ thống dẫn hướng cho gia công dưới sự di chuyển của một trục và một trục xoay

Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Sau bốn năm học tại trường Đại học Công Nghệ Thành Phố Hố Chí Minh, chúng em đã được học và tiếp thu rất nhiều kiến thức mới từ sự chỉ bảo tận tình của Quý Thầy Cô, cũng như sự giúp đỡ của bạn bè. Đây là khoảng thời gian đầy ý nghĩa . Đồ án tốt nghiệp là nền tản quan trọng để đánh dấu một bước ngoặc mới trong cuộc đời chúng em. Chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy Hà Ngọc Nguyên. Người đã hướng dẫn chúng em thực hiện đồ án tốt nghiệp và cung cấp cho chúng em nhiều kinh nghiệm quý báu. Chúng em xin chân thành cám ơn quý thầy cô bộ môn cơ điện tử và các cán bộ công nhân viên trường Đại học Công Nghệ Thành Phố Hố Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi để nhóm em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Sinh viên thực hiện: Trang 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan : 1 Những nội dung trong đồ án này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Hà Ngọc Nguyên. 2 Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. 3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Sinh viên Lời mở đầu Trong giai đoạn phát triển đi lên theo hướng hiện đại hóa, công nghiệp hóa sản xuất của đất nước ta hiện nay, thì việc sử dụng các loại máy móc hiện đại thay thế sức lao động của con người là xu hướng tất yếu để tăng năng xuất lao động, tạo được nhiều sản phẩm chất lượng cao phục vụ cuộc sống, giải phóng sức lao động con người. Trong công nghiệp để tạo ra các sản phẩm có chất lượng tốt, độ bền cao, mẫu mã đẹp và đảm bảo tiêu chuẩn, phục vụ nhu cầu cuộc sống, phát triển kinh tế thì cần phải có hệ thống sản xuất tự động bao gồm nhiều loại máy móc công nghiệp hiện đại khác nhau. Máy CNC (computer numerical controlled) là những công cụ gia công kim loại tinh tế có thể tạo ra những chi tiết phức tạp theo yêu cầu của công nghệ hiện đại. Phát triển nhanh chóng với những tiến bộ trong máy tính, ta có thể bắt gặp CNC dưới dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt mài, máy đột rập và nhiều công cụ công nghiệp khác. Thuật ngữ CNC liên quan đến một nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính để điều khiển các chuyển động và thực hiện quá trình gia công kim loại. Đồ án này sẽ kết hợp hai loại máy phổ biến nhất trên thị trường hiện nay là máy tiện và máy phay thành một máy. Sự tiến bộ trong máy tính và trí thông minh nhân tạo sẽ làm cho những chiếc máy CNC tương lai nhanh hơn và dễ vận hành hơn. Tất nhiên, giá của những chiếc máy như vậy chắc chắn sẽ không rẻ và có thể vượt quá tầm với của nhiều công ty. Tuy nhiên, nó sẽ đưa giá của những máy CNC cơ bản thực hiện những chuyển động 3 trục ban đầu xuống một mức độ nhất định. Các loại máy CNC sẽ có một tương lai bùng nổ mạnh mẽ. Một ý tưởng đang được phát triển là một chiếc máy có trục chính được treo lên bởi sáu thanh giằng vít me bi lồng vào nhau. Chuyển động của trục chính được điều khiển bởi một máy tính phức tạp có khả năng thực hiện hàng triệu phép tính để đảm bảo đường mức chi tiết chính xác. Đồ án này trình bày về quá trình tính toán thiết kế hệ thống dẫn hướng cho gia công dưới sự di chuyển của một trục và một trục xoay. Chương 1: Mục tiêu và tổng quan 1.1 Mục tiêu : - Thiết kế và điều khiển máy CNC trục XZA. 1.2 Tổng quan : 1.2.1 Khái niệm : - CNC ( computer numerical control ) là một dạng máy NC điều khiển tự động có sự trợ giúp của máy tính , mà trong đó các bộ phận tự động được lập tình để hoạt động theo các sự kiện tiếp nối nhau với tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra được mẫu vật với hình dạng và kích thuốc yêu cầu. 1.2.2 Phân loại : - Các máy CNC có thể phần chia theo loại và theo hệ thống điều khiển: • • Theo loại máy cũng tương tự như các máy công cụ truyền thống , chia ra các loại như máy khoan CNC , máy phay CNC , máy tiện CNC…và các trung tâm gia công CNC Các trung tâm CNC có khả năng thực hiện gia công nhiều loại bề mặt và sử dụng nhiều loại dụng cụ khác nhau. Phân chia theo hệ điều khiển có thể phân ra các loại: Các máy điều khiển điểm tới điểm. Ví dụ như máy khoan, khoét, máy hàn điểm, máy đột, dập… Các máy điều khiển đoạn thẳng : đó là các máy có khả năng gia công trong qua trình thực hiện dịch chuyển theo các trục. Các máy điều khiển đường : bao gồm các máy. Máy 2D Máy 3D Điều khiển 2D1/2 Điều khiển 4D , 5D. 1.2.2.aƯu điểm của máy CNC : - - So với các máy điều khiển công cụ bằng tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung, chương trình được đưa vào máy. Người điều khiển chỉ chú yếu theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy. Độ chính xác lằm việc cao. Thông thường các máy CNC có độ chính xác máy là 0.001mm do đó có thể đạt được độ chính xác cao hơn Tốc độ cắt cao. Nhờ cấu trúc cơ khí bền chắc của máy, Những vật liệu cắt hiện đại như kim loại cứng hay gốm oxit có thể sử dụng tốt hơn . Thời quan gia công ngắn hơn . Máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm thời quan chỉnh máy, đạt được tính kinh tế cao trong việc gia công hàng loạt các sản phẩm nhỏ. Ít phải dừng máy vì kỹ thuật, do đó chi phí dừng máy nhỏ. Tiêu hao do kiểm tra ít, giá thành đo kiểm tra giảm. Thời gian hiệu chỉnh máy nhỏ Có thể gia công hàng loạt. 1.2.2.b Nhược điểm : - Giá thành chế tạo máy cao hơn. - Giá thành bảo dưỡng, sữa chữa máy cũng cao hơn. - Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khăn hơn. 1.2.3 Lựa chọn phương án thiết kế và điều khiển máy CNC trục XZA : Gồm nhưng phương án sau: 1.2.3.a Giao tiếp máy tính với máy CNC. 1.2.3.a.1 Cổng nối tiếp (serial Port hay COM port) : Ưu điểm: Truyền tính hiệu đi được khá xa. Dễ lập trình điều khiển vì hầu hết các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng đều đa tích hợp sẵn module điều khiển cổng nối tiếp. Nhược điểm: Tính hiệu truyền nối tiếp nên việc đồng bộ chuyển động các trục khó khăn. Sử dụng chuẩn RS-232 không tương thích TTL . Phải có module chuyển đổi qua lại giữa RS-232 . 1.2.3.a.2 Giao tiếp qua Slot Card : Trong máy tính người ta chế tạo sẵn các slot cho phép người sử dụng tính năng của máy bằng cách gắn các thiết bị vào đó. Mỗi slot đều có các đường dữ liệu (data), địa chỉ (address), các đường +5v, -5v, +12v, -12v và các đường điều khiển như CLK, IRQ, RESET, IOW, IOR…vì vậy nếu thiết kế mạch giao tiếp qua slot sẽ giảm được nhiều linh kiện, giảm được nguồn bên ngoài, dễ điều khiển giá thành thấp, tốc độ truyễn dữ liệu nhanh. Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm thì giao tiếp qua slot cũng có những nhược điểm. Do slotcard gắn bên trong máy tính nên cách giao tiếp này khó có thế nhận dữ liệu từ bên ngoài vào, và cũng bị hạn chế về khoảng cách làm việc đồng thời mỗi khi sử dụng đều phải mở máy tính gây bất tiện cho người sử dụng. 1.2.3.a.3 Cổng song song (LPT port hay parallel port) : Ưu điểm: Tín hiệu được truyền song song, việc loại suy được thực hiện dễ dàng. Tương thích TTL nên không cần module chuyển đổi. • • Nhược điểm: • • Tính hiệu truyền đi không được xa. Khó lập trình. 1.2.3.a.4 Kết luận :Nhóm chọn cổng song song để giao tiếp với máy tính. 1.2.3.bCHỌN CƠ CẤU DẪN ĐỘNG: Động cơ dẫn động các trục tọa độ. 1.2.3.b.1 Động cơ bước (stepping motor ). Ưu điểm : • • • Khi dùng động cơ bước không cần mạch phản hồi cho cả vi điều khiển vị trí và vận tốc . Thích hợp với các thiết bị điều khiển số. Với khả năng điều khiển số trực tiếp, động cơ bước trở thành thông dụng trong các thiết bị cơ điện tử hiện đại. Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC. Nhược điểm : • • Phạm vi ứng dụng là ở vùng công suất nhỏ và trung bình. Việc nghiên cứu nâng công suất động cơ bước đang là vấn đề rất được quan tâm hiện nay. Hiệu suất động cơ bước thấp hơn các loại động cơ khác. 1.2.3.b.2 Động cơ một chiều (DC motor). Ưu điểm: • Momen xoắn lớn, giá thành rẻ. Nhược điểm: • • Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển lại phức tạp. Phải có mạch phản hồi thì mới nâng cao độ chính xác. 1.2.3.b.3 Động cơ SERVO: Ưu điểm: • • Momen xoắn lớn, có cả 2 loại AC và DC. Tốc độ đáp ứng nhanh, độ chính xác cao. Nhược điểm: • Driver phức tạp, giá thành cao. 1.2.3.b.4 Kết luận : Ta chọn động cơ bước làm động cơ dẫn động các trục tọa độ. 1.2.3.c Lựa chọn phương án duy chuyển các trục 1.2.3.c.1 Phương án 1: phôi xoay trên trục A, dụng cụ gia công di chuyển trên trục Z và trục Z di chuyển trên trục X. 1.2.3.c.2 Phương án 2 : Phôi xoay trên trục A, trục A di chuyển trên trục X, dụng cụ gia công trên trục Z. 1.2.3.c.3 Kết luận : Nhóm chọn phương án 1. Hình 1: Mô hình máy điêu khắc gỗ 3D Chương 2 : Tính toán thiết kế trục X và Z 2.1. Xác định chế độ làm việc giới hạn: 2.1.1 Chế độ cắt cực đại: - Để đảm bảo máy làm việc với năng suất cao nhất đồng thời cũng đảm bảo chất lượng của chi tiết gia công, máy thiết kế cần phải có khả năng để lựa chọn vận tốc cắt và lượng chay dao thích hợp nhất. - Chuyển động chạy dao là chuyển động tương đối của dụng cụ và chi tiết gia công được thêm vào và tạo điều kiện đưa vùng gia công lan rộng ra toàn bề mặt gia công. Chuyển động chạy dao có thể liên tục hoặc gián đoạn. - Tốc độ cắt là quãng đường mà một điểm trên lưỡi cắt chính nằm cách trục xa nhất đi được trong một phút. - Sau một vòng quay của dao phay, điểm của lưỡi cắt nằm trên đường tròn của đường dao có đường kính d sẽ đi được một quãng đường mà chiều dài là chu vi của đường tròn đó, tức là nd. -quãng Để xác địnhđiquãng màvòng điểmvới đó số đi được cần trong phải nhân đường được đường sau một vòng một quayphút, của dao một phút, tức là ndn. Lúc đó, tốc độ cắt xác định thức sau : ndn 100 V=0 Trong đó : V : vận tốc (m/ph) d : đường kính của dao (mm) n : Số vòng quay trục chính (v/ph) - Đối với chi tiết gia công cùng chu vi, như cơ tính khác nhau, thì cần phải gia công vận tốc khác nhau. Trong trường hợp gia công chi tiết có đường kính dao khác nhau, nhưng vận tốc như nhau thì số vòng quay phải được chỉnh từ - mas nmasthì tức là dùng chi tiếtđiều có đường kínhndao số vòng cầnvận thiếttốc là V : mas để gia công min d 1000.V max nmin = n. max d - Khi dùng vận tốc Vmas để gia công chi tiết có đường kính dao dmin thì số vòng quay cần thiết là: 1000.Vmax nmas = n. min d - Ta có thể thấy phạm vi điều chỉnh thay đổi vận tốc cắt, thì ta phải thay đổi số vòng quay của động cơ. - Tóm lại, máy CNC thì phạm vi điều chỉnh khá lớn. Điều đó lí giải cho phép đáp ứng được các thông số công nghệ một cách cao nhất và góp phần quyết định vấn đề tối ưu chế độ cắt. 2.1.2 Thông số trục quay chính. - Để có thể thay đổi số vòng quay động cơ, ta chọn loại động cơ thay đổi được số vòng quay thông qua biến tần, động cơ này có thông số sau : Công suất định mức của động cơ P = 1,5 KW. Số vòng quay động cơ n =23 000rpm. Mô men xoắn của động cơ T = P.9,55.10 6 n = = 622,82 Nmm 1,5.9,55.10 6 23 000 Ta chọn bộ biến tần gián tiếp thay đổi tần số f. Khoản thay đổi từ (5 Hz – 400Hz ). - Với chế độ cực đại, toàn bộ chi tiết máy được thiết kế với tải trọng lớn nhất, dẫn đến kích thước lớn nhất, trọng lượng tăng lên. Khi sử dụng Trang 1 7 do phải đảm bảo độ bóng, độ chính xác khi gia công, trình độ tay nghề công nhân đứng máy… nên ít người công nhân cho máy làm việc hết công suất thiết kế. Do đó, chế độ cắt này thường dùng để tham khảo. Chế độ cắt thích hợp là chế độ cắt tính toán dựa vào qui trình công nghệ hợp lí, gia công với năng suất cao theo các công thức ở nguyên lí cắt. Trang 1 8 2.1.3 Xác định tốc độ cắt: - Ta có công thức xác định vận tốc cắt: C V. D q Trong đó : V = T m . t s. s y. Bu. Zp Kr Cr : Hệ số điều chỉnh. m, x, y, u, p, q – các hệ số mũ được xác định ở bảng Bảng 2.1 Hệ số và các số mũ trong công thức tính tốc độ phay.(Sổ tay Công Nghệ Chế Tạo máy _Tập 2). Dao Phay Ngón dạng mũi khoan Vật liệu cắt T15K 6 Nguyên công Phay mặt phẳng và rãnh cắt khi Chế độ Hệ số và các số mũ cắt B t S Cr q x y u p m - - - 245 0,44 0,24 0,26 0,1 0,13 0,37 T : chu kì bền dao T = 70 (bảng 5.40. Chu kì bền dao của dao phay. Sách Cơ sở chế tạo máy_tập 2) KV : Hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt phụ thuộc vào các điều kiện cắt cụ thể : KV = KMV . KNV . KUV Trong đó: KMV – hệ số phụ thuộc vào chất lượng vật liệu gia công.( bảng 5.1-5.4 Sách Cơ sở chế tạo máy _ tập 2). KNV - hệ số phụ thuộc vào trạng thái phôi.(bảng 5.5 Sách Cơ sở chế tạo máy _ tập 2). KUV - hệ số phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt.( bảng 5.6 Sách Cơ sở chế tạo máy _ tập 2). 2.1.4 Lượng chạy dao: - Khi phay cần phân biệt lượng chạy dao răng SZ ,lượng chạy dao vòng S và lượng chạy dao phút, tất cả được biểu diễn mối quan hệ sau: Trong đó: Sph = S. n = SZ. Z. n n : số vòng quay cảu dao (v/ph). Z : số răng của dao phay. Lượng chạy dao xác định ở bảng(5.33-5.38/ Cơ sở chế tạo máy _ tập 2) 2.1.5 Chiều sâu phay t(mm) và chiều rộng phay B(mm): - Chiều sâu phay t và chiều rộng phay B được hiểu là lượng gỗ của phôi được bóc đi khi phay. Trong tất cả các dạng phay trừ dao phay mặt đầu, chiều sâu cắt được xác định bằng khoảng cách tiếp xúc của răng dao và phôi được đo theo hướng vuông góc của đường tâm dao phay. - Chiều rộng phay B được xác định bằng chiều dài cắt của răng dao khi cắt, đo theo hướng răng dao song song với trục dao. 2.1.6 Xác định lực tác dụng khi gia công: a. Lực cắt : - Lực cắt là lực sinh ra trong quá trình cắt tác dụng lên dao. b. Thành phần lực cắt : - Lực tác dụng lên dao và phôi khi gia công, khi gia công chủ yếu lực cắt và lực chạy dao. Độ lớn và hướng của lực có ảnh hưởng quyết định đối với kết cấu của máy thiết kế. Tùy thuộc vào quá trình tạo phôi, lực cắt P hình thành với các phần lực hướng trục Ps , hướng kính Py , pháp tuyến PZ . Hình 2.1: Sơ đồ lực cắt Lực PZ – Xác định tải trọng động của cơ cấu hộp tốc độ và tạo cắt. nên công suất cắt, là thành phần lực cắt theo phương chiều sâu Lực PV – Là lực ép dao vào chi tiết gia công là thành phần lực cắt, theo phương vận tốc V. Lực Ps , Py - Xác định tải trọng động của cơ cấu chạy dao là thành phần lực cắt theo phương dao S. 2.1.7Xác định chế độ cắt khi phay: Dao được chọn ở đây là dao phay ngón hợp kim cứng: - Đường kính dao : D = 6mm . - Chiều dài phần làm việc của dao l =16mm . - Chiều dài dao: L = 40mm. - Số răng dao Z = 4. Bảng 2.2: Lựa chọn dao phay ngón hợp kim cứng D l L 3,0;3,5 8 28 4,0;4,5 10 32 5,0;5,5 12 36 6,0; 6,5; 7,0; 7,5 16 40 8,0; 8,5; 11,0; 11,5 20 45 10,0; 10,5; 11,0 11,5 20 50 12,0 25 60 Dao có đường kính 3 – 5,5 mm được chế tạo có số răng 3 và 4, còn đường kính 6 – 12 mm thì cố răng dao là 3 – 5. Dao phay ngón hợp kim cứng liền khối có độ chính xác tiêu chuẩn và độ chính xác nâng cao dùng để gia công vật liệu khó gia công. a) Phay vật liệu gỗ: - Xác định chiều sâu cắt t: tmas = 6 (mm) - Chọn lượng chạy dao: S = 1mm/vòng - Chiều rông phôi B = = D 1,25 6 = 4,8 mm 1,25 - Ta có công thức xác định vận tốc cắt: C V. D q V = Trong đó : T m . t s . s y . B u . Zp Kr Cr = 245 Hệ số điều chỉnh. m=0,37 ; x = 0,24; y = 0,26 ; u= 0,1; p = 0,13, q = 0,44 – các hệ số mũ được xác định ở bảng 5.39. Hệ số và các số mũ trong công thức tính tốc độ cắt khi phay.(Sổ tay Công Nghệ Chế Tạo máy _Tập 2). T : chu kì bền dao T = 70. KV : Hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt phụ thuộc vào các điều kiện cắt cụ thể : Trong đó: KV = KMV. KNV. KUV KMV = 1,27 hệ số phụ thuộc vào chất lượng vật liệu gia công.( bảng 5.1-5.4 Sách Cơ sở chế tạo máy _ tập 2). KNV = 1- hệ số phụ thuộc vào trạng thái phôi.(bảng 5.5 Sách Cơ sở chế tạo máy _ tập 2). KUV = 0,8- hệ số phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt.( bảng 5.6 Sách Cơ sở chế tạo máy _ tập 2). Thay các thông số trên vào công thức tính tốc độ cắt ta được 245.60,26 V= 700,37.60,24.10,26.4,80,1.40,13 = 35,15 (m/ph) 1,016 Ở đây ta chọn dao lớn nhất để thiết kế máy ta tính lực PZ theo thông số sau : y 10.¢Pu.tx.S .B .Z PZ = Z Dq.nw .K M Trong đó: Dao được chọn ở đây là dao phay ngón hợp kim cứng: - Đường kính dao : D = 6mm . - Số vòng quay động cơ n = 23 000 vòng / phút - Chiều dài phần làm việc của dao l =16mm . - Chiều dài dao: L = 40mm. Số răng dao Z = 4. - Xác định chiều sâu cắt t: tmas = 6 (mm) Chọn lượng chạy dao: S = 1mm/vòng 1 S = 0,25 => SZ = Z 4 = - Chiều rộng phôi B = D 6 = 1,25 = 4,8 mm 1,2 5 Hệ số và hệ số mũ được sát định theo Công nghệ chế tạo máy - tập2 Bảng 2.3: Hệ số CP và các số mũ trong công thức tính lực cắt khi phay. Vật liệu phần cắt Hệ số và số mũ Dao phay x y u q w CP Ngón Hợp kim cứng,thép gió 12,5 0,85 0,75 1,0 0,73 -0,13 68,2 0,86 0,72 1,0 0,786 0 Thay vào công thức ta có : y 10.¢Pu.tx.S .B .Z PZ Z .K Dq.nw M = 10 12 5 60,85 0 20,75 4 81 4 . , . . , . , 60,73.23 000—0,13 = Theo công thức ta có: PV = 0,85. PZ = 0,85.1 106,5 = 940,52 N Py = 0,3 . PZ = 0,3. 1 106,5 = 331,95 N Ps = 0,5 . PZ = 0,5. 1 106,5 =553,25 N Công suất cắt . 1,27 = 1 106,05 N Trên cơ sở PZ và V xác định từ trước. Ta có công suất cắt Nc là 1 106,5.35.10 PZ.V 3 = 0,64 Kw < 1,5Kw ( Công suất động N¢ = 612.104.9,81= 612.104.9,81 cơ đáp ứng đủ công suất cho việc cắt ) Mô men xoắn Ms (Nmm) trên trục chính của máy : M s = = PZ.D 1 106,5.6 = 33 , 18 Nmm 2.100 2.100 Tóm lại ta có thông số trục chính như sau : Bảng 2.4: Thông số trục chính Thông số 1 Công suất động cơ chính 2 Số vòng quay động cơ 3 Mô men xoắn của động cơ T 4 Vân tốc cắt cực đại 5 Đường kính dao lớn nhất 6 Chiều sâu cắt lớn nhất 2.2 Tính toán vít me : 2.2.1 Tính toán trục vít me Z : Hình 2.2 : Vít me trục Z Ghi chú 1,5 Kw 23 000 rpm. 622,82 Nmm 35 m/ph 6 mm 6 mm Trong đó: 1 : động cơ trục Z 2: vít me trục Z 3 : ray trượt trục Z 2.2.1.a Chọn động cơ Ta có động cơ Vexta PK266-02A gồm thông số sau : Bảng 2.4 : Thông số động cơ Vexta PK266-02A . Thông số Mô tả 1 Loại động cơ Đơn cực 0 2 Step angle 1,8 3 Chiều dài 56 mm 4 Moment giữ 71 – 140Ncm 5 Khối lượng 0,7 Kg 6 Mô men xoắn 2Nm 2.2.1.b Ta chọn vít me bi vì các ưu điểm của bộ truyền: - Tổn thất ma sát bé, hiệu suất của cơ cấu vít me đai ốc có thể đạt tới 0,9 trong khi các vít me thường chỉ là (0,2 – 0,4) - Lực ma sát không phụ thuộc vào vận tốc, do đó đảm bảo truyền động ổn định. Ta chọn vít me của hãng HIWIN 16-2T4 gồm thông số sau : Bảng 2.5: Thông số vít me HIWIN 16-2T4 1 2 3 4 5 6 Thông số Bước vít Đường kính vít-me Chiều dài hành trình Đường kính trục nối với động cơ Góc vít Chiều dài vít me Tính toán lực dọc trục dựa trên lực cắt : Các thành phần trong công thức : Kích thước 2 mm 15 mm 210 mm 10 mm 0 5 310 mm + Lực cắt chính của máy : Fm = PZ = 1 106,05N + Hệ số ma sát lăn :µ = 0,1 + Khối lượng tổng cộng : m=5kg + Lực chống không tải : f =Fa =m. µ = 0,1.2 = 0,2N Tính các lực dọc trục Gia công : Fa3 = Fm + m.g = 1 106,05 + 5.10 = 1 156,05 N Lực dọc trục lớn nhất khi gia công : Famas =1 156,05 N Trong thực tế trường hợp biến đổi biến đổi chuyển động quay thành tịnh tiến thì mô men xoắn T (Nmm) trên khâu dẫn xác định theo công thức : d1 T .tan(y + g 2 =Faz Faz = ′) T.2 (1) d1 .tan(y+pr) Trong đó : T : mô men trục vít (do ở đây truyền động trực tiếp nên mô men động cơ bằng mô men trục vít ) Faz : là lực dọc trục. y: đường kính vít me. ߛ : góc nâng ren xác định theo công thức sau : bước rít 2 Tan y = = n.d n.15 y = 1 2,4 p’= góc ma sát xác định theo công thức p’= arctan f’ (17.5 CSTKM) f’ = 1,15.f = 1,15.0,13 = 0,1495 (f xác định ở bảng 8.1 CSTKM) p’ = 8,5 0 Từ công thức (1) ta có: T.2 =F = Faz = a d1.tan(y+pr) 2000.2 = 1 384,78 (N) 15.tan(2,40+8,50) Hiệu suất bộ truyền vít me: tan(2,40 ) tan(y) nqt =0,9. tan(y+pr) = 0,9. tan(2,40+8,50) = 0,19 Ứng suất tiếp tại tiết diện nguy hiểm của vít : r= 16.T n.d31 = 16.2 000 n.153 = 3,02 MPa Ứng suất pháp tại tiết diện nguy hiểm của vít : o= 16.Faz 1 n.d2 16.1 = 31,36 MPa = 384,78 2 Ứng suất tươngn.15 đương : otd = √o2 + 3. r2 = ƒ31,362 + 3. 3,022 = 31,79 MPa Với vật liệu vít me là thép CT3 có giới hạn chảy och= 310, do đó ứng suất cho650 phép (hệ số an toàn s = 3): och = 130,3 MPa [o ] = = 3 3 Điều kiện bền được thỏa vì otd = 31,79 MPa Famas =1 156,05( N) nên khả năng truyền của vít me kéo theo phương Z. Vậy ta có thể kết luận động cơ có thể đáp ứng trục Z. Tính toán tải trọng: Theo thông số của vít me HIWIN 16-2T4 ta có: Tải trọng tĩnh: C0 = 1331 kgf Tải trọng động : C = 731 kgf 2.2.1.c Kiểm tra sơ bộ: + Tuổi thọ làm việc: ¢ Lt = ( Trong đó: Fm .f 6 ) 3.10 . 1 60.Nm w Lt : tải trọng động của vít me. Fm : lực cắt của máy (Fm = 1 106.05N =110,605 kgf) Trang 3 7 fw = 1,2 hệ số ma sát của vít me. Nm : vận tốc quay danh nghĩa: Trang 3 8 1000 phút Với bước vít bằng 2 mm -> vận tốc danh nghĩa Nm = Thay vào công thức ta có: ¢ Fm .fw =( 1 6 ) 3.10 . Lt = ( 731 3 60.Nm 6 ) .10 . = 5 568h 1 110,605.1,2 60.500 + Tốc độ quay cho phép: dr n =f. .107 L2 Trong đó: f= 21,9 kiểu ổ là lắp chặt ở 2 đầu. dr = 28 bán kính đai ốc bi L = 310 chiều dài làm việc của vít me. Thay vào công thức ta có: 7 n =21,9. dr L2 =f. .10 28 7 .10 = 6 380 vòng/phút. 3102 Chọn độ chính xác: Bước vít = 2mm 0 Góc quay nhỏ nhất của vít = 1,8 2 = 500 vong/ Độ chính xác vị trí là: 0,01 mm Tóm lại ta có thông số trục vít me Z như sau: Bảng 2.6 : Thông số làm việc của vít me trục Z 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Thông số Bước vít Đường kính vít-me Chiều dài hành trình Đường kính trục nối với động cơ Góc vít Chiều dài vít me Tuổi thọ làm việc Tốc độ quay cho phép Độ chính xác vị trí Kích thước 2 mm 15 mm 210 mm 10 mm 0 5 310 mm 5 568h 6 380 vòng/phút 0,01mm Hình 2.3 : Bản vẽ chi tiết vít me trục Z Hình 2.4 : Bản vẽ hình vít me trục Z 2.2.2 Chọn ray trục Z: Các thông số đầu vào: Khối lượng phôi trên bàn Z: m = 0 kg. Khối lượng cụm bàn Z : m = 5 kg. Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công: v = 18 m/ph = 0.3 m/s. Hành trình dịch chuyển : LS = Lz = 210mm Các đoạn di chuyển:( Coi cụm bàn máy Z làm tải trọng chính, tâm là tâm bàn máy) Hình 2.5 : Sơ đồ lực cụm bàn máy Z Ở đây ta chọn ray vuông dẫn hướng trục Z: Hình 2.6 :Sơ đồ phân bố tải trọng trên ray Chuyển động của bàn Z là chuyển động thẳng đứng (gồm lên và xuống ). + Sử dụng ray dẫn hướng có series: MSA25LA2SSF0 + R1000–20/20 P II có : Hệ số tải động: C = 34,4 kN. Hệ số tải tĩnh: C0 = 56,6 kN. a) Hệ số tải tĩnh C0 Tải trọng tĩnh định mức C0 được đặt theo giới hạn tải trọng tĩnh cho phép. Sự biến dạng tập trung không đổi sẽ tăng giữa kênh dẫn và bi lăn khi ray dẫn hướng nhận tải trọng thừa hay chịu va đập diện rộng. Nếu độ lớn của biến dạng vượt quá giới hạn cho phép, nó sẽ cản trở sự di trượt của ray dẫn hướng. b) Mô men tĩnh cho phép: Mô men tĩnh cho phép được đặt theo giới hạn của mômen tĩnh. Khi 1 mô men tác dụng vào ray dẫn hướng, các vị trí bi lăn cuối cùng sẽ chịu áp lực lớn nhất giữa các áp lực phân bố trên toàn bộ bi lăn của hệ thống . c)Hệ số an toàn tĩnh: Công thức tính : ¢ 0 fs = P đó: Trong C0: tải trọng tĩnh định mức(N). P: tải trọng làm việc tính toán(N) P = m.g = 5.10= 50N Thay vào công thức ta có: 56,6 ¢0 fs = = = 1,13 50 P Các giá trị tham khảo fs của cho các máy công nghiệp thông thường và máy công cụ cho trong bảng bên dưới: Bảng 2.7 : Giá †s của cho các máy công nghiệp thông thường và máy công cụ. Loại máy Máy công nghiệp thông thường Điều kiện tải Điều kiện tải bình thường Với tác động của độ rung Điều kiện tải bình thường Với tác động của độ rung Máy công cụ †s 1,0 - 1,3 2,0 – 3,0 1,0 – 1,5 2,5 - 7,0 Sau khi tính, ta thấy fs nằm trong khoảng máy làm việc điều kiện bình thường theo thông số của nhà sản xuất đưa ra . Đủ điều kiện an toàn. Tính toán tuổi thọ danh nghĩa Lấy hệ số tải trọng fw = 1,5 Bảng 2.8 : Giá trị tải trọng †w Chế độ Vận tốc Nhẹ V < 15 (m/min) Trung bình 15 < V < 60 (m/min) Nặng V > 60 (m/min) ¢ L=( 3 34,4.1 0003 ) .50 = ( fw .P L Lt = 1,0 – 1,2 1,2 -1,5 1,5 – 3,0 r tb .60 = 1,5 .50 ) .50 22 824 000 = 25 360h 15.60 = 22 824 000 m fw Từ có bản thông số ray trượt vuông: Bảng 2.8 : Thông số ray trượt vuông MSA25LA2SSF0 1 2 3 4 Thông số Bề rộng ray trượt Chiều dài Vật liệu Thời gian làm việc giới hạn Hình 2.7 : Bản vẽ ray trượt trục Z Kích thước 15 mm 160 mm Thép hợp kim 25 360 h 2.3.1 Tính toán trục vít me X : Hình 2.8 : Vít me trục X Trong đó: 1 : động cơ trục Z 2: vít me trục Z 3 : ray trượt trục Z a) Chọn động cơ Ta có động cơ Vexta PK266-02A gồm thông số sau : Bảng 2.9 :Thông số động cơ Vexta PK266-02A . Thông số 1 Loại động cơ 2 Step angle 3 Chiều dài 4 Moment giữ 5 Khối lượng 6 Mô men xoắn b) Ta chọn vít me bi vì các ưu điểm của bộ truyền: Mô tả Đơn cực 0 1,8 56 mm 71 – 140Ncm 0,7 Kg 2Nm - Tổn thất ma sát bé, hiệu suất của cơ cấu vít me đai ốc có thể đạt tới 0,9 trong khi các vít me thường chỉ là (0,2 – 0,4) - Lực ma sát không phụ thuộc vào vận tốc, do đó đảm bảo truyền động ổn định. Ta chọn vít me của hãng HIWIN 16-5T4 gồm thông số sau : Bảng 2.10 : Thông số vít me HIWIN 16-5T4. Thông số 1 Bước vít 2 Đường kính vít-me 3 Chiều dài hành trình 4 Đường kính trục nối với động cơ 5 Góc vít 6 Chiều dài vít me Tính toán lực dọc trục dựa trên lực cắt : Kích thước 5 mm 15 mm 400 mm 10 mm 0 5 550 mm Các thành phần trong công thức : + Lực cắt chính của máy : Fm = PX = 553,25N + Hệ số ma sát lăn :µ = 0,1 + Khối lượng tổng cộng : m=10kg + Lực chống không tải : f =Fa =m. µ = 0,1.2 = 1 N Tính các lực dọc trục Trang 5 7 Gia công : Fa3 = Fm + m.g = 553,25+ 10.10 = 653,53 N Trang 5 8 Lực dọc trục lớn nhất khi gia công : Famas = 653,53 N Trong thực tế trường hợp biến đổi biến đổi chuyển động quay thành tịnh tiến thì mô men xoắn T (Nmm) trên khâu dẫn xác định theo công thức : d1 T .tan(y + g ′) 2 =Faz Fas = T.2 d1 (1) .tan(y+pr) Trong đó : T : mô men trục vít (do ở đây truyền động trực tiếp nên mô men động cơ menbằng trụcmô vít ) Faz : là lực dọc trục. y: đường kính vít me. ߛ : góc nâng ren xác định theo công thức sau : bước rít 5 Tan y = = n.d n.15 y = 5 1 6,0 0 p’= góc ma sát xác định theo công thức p’= arctan f’ (17.5 CSTKM) f’ = 1,15.f = 1,15.0,13 = 0,1495 (f xác định ở bảng 8.1 CSTKM) p’ = 8,5 0 Từ công thức (1) ta có: T.2 =F = Faz = a d1 .tan(y+pr) 2000.2 = 1 027,42 (N) 15.tan(6,050+8,50) Hiệu suất bộ truyền vít me: tan(6,050) tan(y) nqt =0,9. tan(y+pr) = 0,9. tan(6,050+8,50) = 0,14 Ứng suất tiếp tại tiết diện nguy hiểm của vít : r= 16.T 1 = 16.2 000 = 3,02 MPa n.d3 n.153 Ứng suất pháp tại tiết diện nguy hiểm của vít : 16.Faz 16.1 384,78 = 31,36 MPa o= 2 = n.d 1 2 Ứng suất tươngn.15 đương : otd = √o2 + 3. r2 = ƒ31,362 + 3. 3,022 = 31,79 MPa Với vật liệu vít me là thép CT3 có giới hạn chảy och= 310, do đó ứng suất cho310 phép (hệ số an toàn s = 3): och = 130,3 MPa [o ] = = 3 3 Điều kiện bền được thỏa vì otd = 31,79 MPa Famas =653,53 N nên khả năng truyền của vít me kéo theo phương X. Vậy ta có thể kết luận động cơ có thể đáp ứng trục X. Tính toán tải trọng: Theo thông số của vít me HIWIN 16-5T4 ta có: Tải trọng tĩnh: C0 = 1775 kgf Tải trọng động : C = 936 kgf Kiểm tra sơ bộ: + Tuổi thọ làm việc: ¢ Lt = ( ) 3.10 . 6 Fm .fw 1 60.Nm Trong đó: Lt : tải trọng động của vít me. Fm : lực cắt của máy (Fm = 1 106.05N =110,605 kgf) fw = 1,2 hệ số ma sát của vít me. Nm : vận tốc quay danh nghĩa: Với bước vít bằng 5mm -> vận tốc danh nghĩa Nm = Thay vào công thức ta có: 1000 5 = 200 vong/ phut ¢ Lt = ( Fm .fw ) 3.10 . 6 1 60.Nm = 29 226h 6 ) .10 . =( 1 936 3 110,605. 1,2 60.200 + Tốc độ quay cho phép: dr n =f. .107 L2 Trong đó: f= 21,9 kiểu ổ là lắp chặt ở 2 đầu. dr = 28 bán kính đai ốc bi L = 550 chiều dài làm việc của vít me. Thay vào công thức ta có: 7 n L2 =21,9. 28 2 .107= 2 027 vòng/phút. dr 550 =f. .10 Chọn độ chính xác: Bước vít = 5 mm 8 Góc quay nhỏ nhất của vít = 1, 0 Độ chính xác vị trí là: 0,025 mm Tóm lại ta có thông số trục vít meX như sau: Bảng 2.11 : Thông số làm việc của vít me X. Thông số 1 Bước vít 2 Đường kính vít-me 3 Chiều dài hành trình 4 Đường kính trục nối với động cơ 5 Góc vít 6 Chiều dài vít me Kích thước 5 mm 15 mm 400 mm 10 mm 0 5 550 mm 7 8 9 Tuổi thọ làm việc Tốc độ quay cho phép Độ chính xác vị trí 29 226h 2 027 vòng/phút 0,025mm Hình 2.9 : Bản vẽ vít me trục X Hình 2.10 : Bản vẽ chi tiết vít me trục X 2.3.2 Chọn ray trượt X Hình dạng của ray dẫn hướng: Để có được một mô hình phù hợp nhất cho các điều kiện dịch chuyển của hệ thống ray dẫn hướng thì khả năng chịu tải và tuổi thọ của mô hình phải được chú trọng nhất . Để xác định, kiểm nghiệm khả năng tải trọng tĩnh danh nghĩa, tải trọng tương đương thì việc đánh giá qua giá trị C (tải trọng động định mức) là khả quan và chính xác hơn cả. Tuổi thọ có thể thu được bằng cách tính toán trên cơ sở lý thuyết bằng công thức thực nghiệm dựa trên việc đánh giá thông qua tải trọng động danh nghĩa. Ray trượt cho trục X, ở đây do mô hình nhỏ ta chọn trục trượt của hãng THKWCS LM12UU gồm thông số sau: Bảng 2.12 : Thông số trục trượt X 1 2 3 4 5 Thông số Đường kính trục Chiều dài trục Vật liệu Tải trọng tĩnh Tải trong động c) Hệ số an toàn tĩnh: Công thức tính : ¢ 0 fs = P đó: Trong Ghi chú 12 mm 650 mm Thép 420 N = 42kgf 610 N = 61kgf C0: tải trọng tĩnh định mức(N). P: tải trọng làm việc tính toán(N) P = m.g = 10.10= 100N Thay vào công thức ta có: ¢0 = 420= fs = P 4,2 100 Bảng 2.13: Giá trị †s của cho các máy công nghiệp thông thường và máy công cụ. Loại máy Máy công nghiệp thông thường Máy công cụ Điều kiện tải Điều kiện tải bình thường Với tác động của độ rung Điều kiện tải bình thường Với tác động của độ rung †s 1,0 - 1,3 2,0 – 3,0 1,0 – 1,5 2,5 - 7,0 Sau khi tính, ta thấy fs nằm trong khoảng máy làm việc Với tác động của độ rung theo thông số của nhà sản xuất đưa ra . Đủ điều kiện an toàn. Tính toán tuổi thọ danh nghĩa 61 ¢ )3 L = ( )3 5 = ( 5 = 21 600 km = 21 600 000m .10 . 10 100 .P Lt = r L 21 600 000 .60 = 15.60 = 24 000 h. tb Tóm lại ta có trục X với thông số sau: Bảng 2.14 : Thông số làm việc trục trượt X. 1 2 3 4 5 6 Thông số Đường kính trục Chiều dài trục Vật liệu Tải trọng tĩnh Tải trong động Thời gian làm việc Ghi chú 12 mm 650 mm Thép 420 N 610 N 24 000 h Hình 2.11 : Bản vẽ ray trượt tròn trục X Chương 3: Tính toán thiết kế trục xoay A 3.1 Sơ đồ nguyên lý: Hình 3.1 : Sơ đồ nguyên lý trục xoay A 3.2 Chọn động cơ Ta có động cơ Vexta PK266-02A gồm thông số sau : Bảng 3.1 :Thông số động cơ Vexta PK266-02A 1 2 3 4 5 6 Thông số Loại động cơ Step angle Chiều dài Moment giữ Khối lượng Mô men xoắn Mô tả Đơn cực 0 1,8 56 mm 71 – 140Ncm 0,7 Kg 2Nm 3.3 Tính bộ truyền đai: Hộp giảm tốc VRKF 25-100 có tỉ số truyền u = 1/25 Hình 3.2 : Hộp giảm tốc VRKF 25-100 Hiệu suất hộp giảm tốc là 0,98 Mô men động cơ tại trục II: TII = Tđộng cơ.25.0,98= 2 000.25.0,98 = 49 000 Nmm Chọn bộ truyền đai thang từ hộp giảm tốc tới trục III vì : - Không có hiện tượng trượt giữa đai và bánh đai. - Hiệu suất cao n = 0,92 -0,98. - Lực tác dụng lên trục và ổ truyền nhỏ. Số vòng quay động cơ: 1 2000 25 25 n =n . = I Trong đó: =80vòng/ phút Trang 7 7 nđc= 2000 vòng / phút số vòng quay động cơ bước Trang 7 8 Tính bộ truyền đai răng: Các kích thước chủ yếu của bộ truyền đai: Xác định mơ đun m: m= p n = 4,71 = 1,5 n p: bước đai thực tế.(mm) Sau khi xác định m ta có thể chọn: Chiều cao răng h: h = (0,6÷0,9).m = (0,6÷0,9).1,5 = (0,9 ÷ 1,35) Ta chọn h= 1,2 mm Chiều rộng nhỏ nhất của răng : S = ( 1÷1,2 )m =( 1÷1,2 ).1,5 = (1,5÷1,8) Ta chọn S = 1,5 mm Đường kính vòng chia : d1= m.z1= 1,5.28 = 42 mm d2= m.z2= 1,5.42 = 63 mm Mô men tại bánh đai 2; 2 = 31 23 Nmm = 49 TIII = TII. 3 000. 3 Khoảng cách trục nhỏ nhất amin 2 amin = 0,5.( d1 + d2 ) +C = 0,5.( 42+ 63) + 2.1,5 = 55,5 mm Trong đó : C = 2.m ( m – mô đun đai) khi m < 5. Sau khi tính toán dựa vào bản số liệu phía bên dưới để chọn Zp: Bảng 3.1 : Kích thước bộ truyền đai răng. m 1 1,5 2 p 3,14 4,71 6,28 s 1 1,5 1,8 h 0,8 1,2 1,5 Zp 40 ÷ 160 40 ÷ 160 40 ÷ 160 Ta chọn: Zp = 85 răng Chiều dài đai: L = n. m. Zp= n .1,5.85 = 400 mm Khoảng cách trục a: a= k+2 ƒ(k2–8.∆2 4 Trong đó: k=L- n(d1+ d2 ) = 400 - 2 ∆= (d2– d1 ) 2 235,06+2 n(42+ 63) = 235,06 2 = (63–42) = 10,5 2 ƒ(235,062–8.10,52) a= = 117,04 mm 4 3.4 Kiểm tra độ bền đai: Bộ truyền bị hỏng khi dây đai bị mòn hoặc bị cắt răng . Kiểm tra độ bền theo tải trong riêng pt: pt ≤ [pt] Trong đó : [pt] : tải trọng riêng cho phép, N/mm. Tải trọng riêng xác định theo công thức: Ft pt = b + q.r 2 10 Trong đó: Ft : lực vòng, N v; vận tốc đai, m/s q: khối lượng 1m dây đai với chiều rộng b = 10 mm. Bảng 3.2 : Các thông số bộ truyền đai răng. Mô đun Khối lượng q. 1 2 2 0,032 kg/mm 3 0,04 4 0,06 5 6 7 0,075 0,09 0,11 Xác định lực Ft : Theo điều kiện cân bằng lực của bánh đai: T1 = Ft .0,5. d1 Trong đó: T1= 49 000Nmm : mô men tại trục II d1= 42 mm đường kính bánh đai => Ft =2 333,33 N Fr = 1,2. Ft = 1,2.2 333,33 = 2 799,6 N Xác định vận tốc đai v(m/s): Vận tốc vòng trên bánh đai: nd1n1 V = 1000.60 n.80.42 = 1000.60 = 0,172 m/s Thay vào công thức tải trọng riêng ta có : Ft pt = b + = + = 0,24 N/mm q.r 2 2,33 0,032.102.0,1722 10 10 10 Tải trọng riêng cho phép [pt] được xác định theo công thức: [pt] = [p0].Cr. Cu. Cc. Cb Trong đó: [p0] ∶ tải trọng riêng cho phép, tra bảng 4.13 sách thiết kế máy ta có [p0]= 3,5 N/mm. Cr: hệ số chế độ làm việc, tra bảng 4.8 sách thiết kế máy do tại trong dao động nhẹ ta chọn Cr = 0,9. Cu. :hệ số xét đến ảnh hưởng tỉ số truyền ( khi u > 1, thì Cu. = 1) Cc. :hệ số xét đến việc sử dụng con lăn căng hoặc lăn dẫn hướng (Cb = 1 do không sử dụng). C số xét đến ảnhta hưởng chiều rộng dây đai(ở đây chọn b = 10 b: hệ nên Cvào 0,77). Thay thức có: b =công [pt] = [p0].Cr. Cu. Cc. Cb = 3,5.0,9.1.1.0,77 = 2,66 N/mm Ta thấy : pt = 0,23 N/mm < [pt] =2,66 N/mm dây đai chịu được độ bền mài mòn. 3.5 Tính toán trục xoay A : Hình 3.3 : Sơ đồ phân tích lực trục xoay A - Trong mặt phẳng đứng ZY , phương trình cân bằng momen: Trang 8 5 ∑ MÆ x= Rby.100 + FR1.65=0 Với: 65 = 1 819,74 Nmm Rby =FR1. 2 ∑ Fy =RAy +Rby + FR1 =0 RAy = - Rby + FR1 = - 1 819,74 + 2 799,6 = 979,86 N ∑ MÆ y= -Rbx.100 – Ft1.65 = 0 Rbx = 1 516,66N ∑ Fs =RAx - Rbx + Ft1 =0 RAx = 817 N Momen uốn tại C:Mc = ƒ(Ras. 100)2 + (Ray. 100)2 = ƒ(817.100)2 + (980.100)2 = 1 275Nmm Momen tác động: Mtd = Mc = 49 000Nmm Công thức xác định đừng kính trục tại C 3 dc ≥ Mtd 0,1. [o] 49 = 000 3J = 14,8 mm 0,1.8 J 0 Ở đây ta chon đường kính trục là 15mm 3.6 Chọn then: Kiểm nghiệm điều kiện bền dập và bền cắt đối với then bằng: Với các tiết diện trục dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập và độ bền cắt theo công thức sau: od = 2T d.1 2Tt .(h– ) ≤ [od ] . rc = t1 d.1 t .b ≤ [rc ] . Trong đó [odhơn ] = giá 150trị MPa tra÷ trong Bảnglà9.5 [1]suất và cắt phép. chocho phép lớn choứng phépsuất 5%dập và cho [rc phép ] = 40 60 MPa ứng Bảng 3.3 : Kiểm nghiệm then: Đường kính (mm) Trục III 15(D) Then (mm) b× h t1 3 5× 5 Chiều Chiều dài Momen T o rc d dài then làm việc (Nmm) (MPa) (MPa) l (mm) cả then lt (mm) 100 6,8 49 000 22,87 9,1 Thay vào công thức: 2T od = d.1 t . .(h– ) 2.49 000 = 22,87 MPa ≤ [od ] = 150 MPa 15.6,8.(5–3) t1 2T rc = = 2.49 000 t d.1.b . 15.6,8.5 = 9,1 MPa ≤ [rc ] = 40 ÷ 60 MPa = Then đủ điều kiện bền dập và bền cắt. Góc quay của trục A nhỏ nhất: Sau qua hộp giả m tốc có tỉ số truyền là 1/25 Bộ truyền đai làcủa 2/3 tải: Ta có góc quay Góc quay tải = Giới hạn phôi: Góc quay động cơ 25. = 1,8.2 0 = 0,05 25.5 5 Theo sơ đồ nguyên lý ta có: Hình 3.4 : Sơ đồ lực tác dụng lên phôi. Từ 2 sơ đồ nguyên lí trên ta thấy, để dao có thể cắt vào vật thì lực vật xoay phải lớn hơn lực ăn dao theo phương Y. Ta có công thức : Fdao ≤ Fquay Mặc khác ta có Fdao = PV = 940,52 N Ma ( Từ đây ta có thể tính giới hạn của phôi). (1) R 940,52 49 000 N≤ 233,75 N ≤ R R ≤ 52 mm Ở đây ta chọn phôi có đường kính R ≤ 50 mm. Chọn ổ bi cho trục A: Bảng 3.4: Thông số then dài Chiều dài Momen T o rc d l làm việc (Nmm) Đường kính (MPa) (MPa) cả then lt (mm) t1 b× h (mm) Trục III 15(D) 5× 5 3 100 6,8 49 000 22,87 9,1 Do trục A chỉ chịu tác dụng từ lực kéo ,lực hướng tâm của dao cắt và lực Then (mm) Chiều then (mm) dòng trục lúc gá phôi nên ta chọn ổ bi đỡ chặn. Ta chon ổ bi gối đỡ UCP 202 gồm thông số sau : Hình 3.5 : Bản vẽ chi tiết ổ bi UCP 202 Ưu điểm: + Dễ lắp đặt. + Không phải gia công áo đỡ cho ổ bi. Thiết kế chống tâm cho phôi. Do nhu cầu đòi hỏi độ chính xác cao, ở đây là đồng tam giữa trục A và chống tâm nên ta sử dụng trục chống tâm đường kính 15m. Mục đích : + Sử dụng ổ bi ỡ UCP 202,nhằm cho ta được sự đồng tâm gần như là chính xác . Cơ cấu trượt của chống tâm : Do ở đây ta sử dụng toàn bộ kết cấu là nhôm định hình nên ta có thể cho chống tâm trượt trên rãnh nhôm định hình, phía dưới bàn trượt chống tâm ta thiết kế một bạc rượt vừa rãnh nhằm tăng độ chính xác khi trượt. 3.7 Độ chính xác của máy : - Sau khi hoàn thành máy, thử phay thử 10 chi tiết với kích thước điều chỉnh là 30 mm. - Khi đo kích thước thực cảu chi tiết được các số liệu sau (xi): Bảng 3.5: Thông số sau khi đo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 29,99 29,98 29,97 29,96 30 30,01 30,02 30,03 30,04 30,05 - Có thể thấy rằng thông số đo là đường kính chi tiết nó phụ thuộc vào loại thông số dạng giới hạn có phân bố chuẩn. - Tính kích thước trung bình X với xi là kích thước đo, số lần đo n = 10: i=1 ∑n X xi = = 30,005 mm n - Nếu ta chi quan tâm tới giá trị phần trăm, nên lấy X = 30,00 mm - Giá trị trị số sai lệch bình phương trung bình : n ∑i=1(xi–X) X= J 2 = X) n ∑i=1(xi– J 2 n ∑i=1(xi– JX) 2 = 0,03 (mm) = 10–1 9 - Với n =10, k = n – 1 và α = 95%, tra bảng student ta được tα = 2,262 s = tα. o = 2,262.0,03 = 0,0678 - Nếu ta chi quan tâm tới giá trị phần trăm, nên lấy s = 0,07 mm n–1 - Vậy nếu kích thước điều chỉnh có phạm vi phân tán là ±sα = ± 0,07 - Kích thước điều chỉnh sau khi cắt thử được biểu diễn là : X = X ± sα = 30,00 ± 0,07 Vậy độ chính xác của máy là X = X ± 0,07 Hình 3.6 : Mô hình hoàn thành Hình 3.7 : Mô hình hoàn thành Hình 3.8 : Mô hình hoàn thành Trang 9 6 Trang 9 7 Kết luận Kết quả đạt được: - Sau nhiều tháng cùng nhau tính toán thiết kế thì nhóm cũng làm ra máy CNC trục XZA đáp ứng được yêu cầu với các thông số như sau: Động cơ Vexta PK266-02A cho cả hệ thống . Hành trình làm việc của trục X : 400 mm Hành trình làm việc của trục Z : 100 mm Góc quay trục A: 360 0 Góc quay nhỏ nhất của trục A: 0,05 0 Đường kính phôi 20 – 80 mm Độ sai số là ± 0,07 mm. Thời gian làm việc 5 568 giờ. Kết quả chưa đạt được: - Song song với đó vẫn còn nhiều thiếu xót do trình độ gia công còn yếu, dẫn đến độ chính xác của máy không cao như mong đợi. - Chưa xây dựng hoàn thiện giao diện hệ thống điều khiển theo hướng thân thiện hơn với người sử dụng. Hướng phát triển đề tài: - Hướng phát triển của đồ án sau này nếu có được thêm thời gian thì nhóm sẽ nghiên cứu phát triển thêm trục Y. Giúp cho máy có thể tạo ra những sản phẩm đa dạng hơn thay vì những sản phẩm hình trụ như máy hiện nay nhóm đang làm. - Ngoài ra, nhóm sẽ dùng động cơ servo vào nhằm đảm bảo được hoạt động của máy là vòng hồi tiếp kín, giúp cho việc gia công độ chính xác được cao hơn. Tài liệu tham khảo 1. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập 1, tập 2) - Trịnh Chất – Lê Văn Uyển – NXB Giáo dục. 2. Sổ tay Công nghệ chế tạo máy - tập 1,2,3 - GS N Nguyễn Đắc Lộc - XB Khoa học và Kỹ thuật. 3. Giáo trình dung sai lắp ghép và kỹ thuật đo lường - Pgs.Ts.Ninh Đức Tốn. 4. Phương pháp tính toán thiết kế và lựa chọn truyền động vít me bi- Lê Văn Uyển, Vũ Lê Huy. 5. Cơ sở thiết kế máy – Nguyễn Hữu Lộc- NXB Đại học bách khoa tp Hồ Chí Minh. 6. Website của các hãng : www.pmi-amt.com, www.Hiwin.com, www.skf.com. [...]... loại AC và DC Tốc độ đáp ứng nhanh, độ chính xác cao Nhược điểm: • Driver phức tạp, giá thành cao 1.2.3.b.4 Kết luận : Ta chọn động cơ bước làm động cơ dẫn động các trục tọa độ 1.2.3.c Lựa chọn phương án duy chuyển các trục 1.2.3.c.1 Phương án 1: phôi xoay trên trục A, dụng cụ gia công di chuyển trên trục Z và trục Z di chuyển trên trục X 1.2.3.c.2 Phương án 2 : Phôi xoay trên trục A, trục A di chuyển. .. nhất - Chuyển động chạy dao là chuyển động tương đối của dụng cụ và chi tiết gia công được thêm vào và tạo điều kiện đưa vùng gia công lan rộng ra toàn bề mặt gia công Chuyển động chạy dao có thể liên tục hoặc gián đoạn - Tốc độ cắt là quãng đường mà một điểm trên lưỡi cắt chính nằm cách trục xa nhất đi được trong một phút - Sau một vòng quay của dao phay, điểm của lưỡi cắt nằm trên đường tròn của đường... chuyển trên trục X, dụng cụ gia công trên trục Z 1.2.3.c.3 Kết luận : Nhóm chọn phương án 1 Hình 1: Mô hình máy điêu khắc gỗ 3D Chương 2 : Tính toán thiết kế trục X và Z 2.1 Xác định chế độ làm việc giới hạn: 2.1.1 Chế độ cắt cực đại: - Để đảm bảo máy làm việc với năng suất cao nhất đồng thời cũng đảm bảo chất lượng của chi tiết gia công, máy thiết kế cần phải có khả năng để lựa chọn vận tốc cắt và lượng... bảo độ bóng, độ chính xác khi gia công, trình độ tay nghề công nhân đứng máy… nên ít người công nhân cho máy làm việc hết công suất thiết kế Do đó, chế độ cắt này thường dùng để tham khảo Chế độ cắt thích hợp là chế độ cắt tính toán dựa vào qui trình công nghệ hợp lí, gia công với năng suất cao theo các công thức ở nguyên lí cắt Trang 1 8 2.1.3 Xác định tốc độ cắt: - Ta có công thức xác định vận tốc cắt:... cắt và lực chạy dao Độ lớn và hướng của lực có ảnh hưởng quyết định đối với kết cấu của máy thiết kế Tùy thuộc vào quá trình tạo phôi, lực cắt P hình thành với các phần lực hướng trục Ps , hướng kính Py , pháp tuyến PZ Hình 2.1: Sơ đồ lực cắt Lực PZ – Xác định tải trọng động của cơ cấu hộp tốc độ và tạo cắt nên công suất cắt, là thành phần lực cắt theo phương chiều sâu Lực PV – Là lực ép dao vào chi... tiếp xúc của răng dao và phôi được đo theo hướng vuông góc của đường tâm dao phay - Chiều rộng phay B được xác định bằng chiều dài cắt của răng dao khi cắt, đo theo hướng răng dao song song với trục dao 2.1.6 Xác định lực tác dụng khi gia công: a Lực cắt : - Lực cắt là lực sinh ra trong quá trình cắt tác dụng lên dao b Thành phần lực cắt : - Lực tác dụng lên dao và phôi khi gia công, khi gia công chủ... Kr Cr = 245 Hệ số điều chỉnh m=0,37 ; x = 0,24; y = 0,26 ; u= 0,1; p = 0,13, q = 0,44 – các hệ số mũ được xác định ở bảng 5.39 Hệ số và các số mũ trong công thức tính tốc độ cắt khi phay.(Sổ tay Công Nghệ Chế Tạo máy _Tập 2) T : chu kì bền dao T = 70 KV : Hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt phụ thuộc vào các điều kiện cắt cụ thể : Trong đó: KV = KMV KNV KUV KMV = 1,27 hệ số phụ thuộc vào chất lượng... SZ = Z 4 = - Chiều rộng phôi B = D 6 = 1,25 = 4,8 mm 1,2 5 Hệ số và hệ số mũ được sát định theo Công nghệ chế tạo máy - tập2 Bảng 2.3: Hệ số CP và các số mũ trong công thức tính lực cắt khi phay Vật liệu phần cắt Hệ số và số mũ Dao phay x y u q w CP Ngón Hợp kim cứng,thép gió 12,5 0,85 0,75 1,0 0,73 -0,13 68,2 0,86 0,72 1,0 0,786 0 Thay vào công thức ta có : y 10.¢Pu.tx.S B Z PZ Z K Dq.nw M = 10 12... vận tốc cắt: C V D q Trong đó : V = T m t s s y Bu Zp Kr Cr : Hệ số điều chỉnh m, x, y, u, p, q – các hệ số mũ được xác định ở bảng Bảng 2.1 Hệ số và các số mũ trong công thức tính tốc độ phay.(Sổ tay Công Nghệ Chế Tạo máy _Tập 2) Dao Phay Ngón dạng mũi khoan Vật liệu cắt T15K 6 Nguyên công Phay mặt phẳng và rãnh cắt khi Chế độ Hệ số và các số mũ cắt B t S Cr q x y u p m - - - 245 0,44 0,24 0,26 0,1... 5.40 Chu kì bền dao của dao phay Sách Cơ sở chế tạo máy_tập 2) KV : Hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt phụ thuộc vào các điều kiện cắt cụ thể : KV = KMV KNV KUV Trong đó: KMV – hệ số phụ thuộc vào chất lượng vật liệu gia công. ( bảng 5.1-5.4 Sách Cơ sở chế tạo máy _ tập 2) KNV - hệ số phụ thuộc vào trạng thái phôi.(bảng 5.5 Sách Cơ sở chế tạo máy _ tập 2) KUV - hệ số phụ thuộc vào vật liệu dụng ... vào Chuyển động trục điều khiển máy tính phức tạp có khả thực hàng triệu phép tính để đảm bảo đường mức chi tiết xác Đồ án trình bày trình tính toán thiết kế hệ thống dẫn hướng cho gia công di. .. Kết luận : Ta chọn động bước làm động dẫn động trục tọa độ 1.2.3.c Lựa chọn phương án chuyển trục 1.2.3.c.1 Phương án 1: phôi xoay trục A, dụng cụ gia công di chuyển trục Z trục Z di chuyển trục. .. Phương án : Phôi xoay trục A, trục A di chuyển trục X, dụng cụ gia công trục Z 1.2.3.c.3 Kết luận : Nhóm chọn phương án Hình 1: Mô hình máy điêu khắc gỗ 3D Chương : Tính toán thiết kế trục X Z 2.1