DO AN THIET KE HE THONG DAN DONG BAN MAY PHAY CNC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC MỤC LỤC PHỤ LỤC HÌNH PHỤ LỤC BẢNG LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH SỐ ( MÁY CNC) Giới thiệu chung máy công cụ CNC 1.1 Lịch sử hình thành 1.2 Đặc trưng máy CNC 1.3 Phân loại .11 Máy phay CNC .12 2.1 Sơ đồ kết cấu động học máy phay CNC 12 2.2 Các thành phần hệ thống dẫn động máy phay CNC 14 2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống dẫn động bàn máy CNC .19 CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG HỆ BÀN MÁY CNC 21 Tính chọn vít me – đai ốc bi trục X .21 1.1 Tính chọn vít me bi .21 1.2 Tính chọn vít me trục X 26 1.3 Tính tốn chọn ổ đỡ trục X 31 Tính chọn vít me – đai ốc bi trục Y .35 2.1 Tính tốn tải trọng dọc trục 35 2.2 Tính lực tác dụng trung bình tải trọng tác dụng lên vít me 35 2.3 Lựa chọn vít me kiểm tra sơ 37 2.4 Tính tốn chọn ổ đỡ trục Y 39 Tính tốn lựa chọn khớp nối trục 44 CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN RAY DẪN HƯỚNG 46 Trang 1 Các thơng số tính toán 46 C0 1.1 Hệ số tải tĩnh 46 M0 1.2 Momen tĩnh cho phép .46 fs 1.3 Hệ số an toàn tĩnh .46 1.4 Hệ số tải trọng động định mức C 47 1.5 Tính toán tuổi bền danh nghĩa L 47 1.6 Tính tốn tuổi bền dịch vụ theo thời gian 50 1.7 Hệ số ma sát 50 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC 1.8 Tính tốn tải trọng làm việc 51 1.9 Tính tốn tải trọng tương đương 53 1.10 Tính tốn tải trọng trung bình .54 Tính chọn ray dẫn hướng 55 2.1 Các thông số đầu vào 55 2.2 Tính tốn với bàn máy X .58 2.3 Tính tốn với bàn máy Y .63 CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ 69 Tính chọn động dẫn động trục X .69 1.1 Momen phát động tác dụng lên trục X 69 1.2 Các thông số đầu vào 69 1.3 Tính tốn lựa chọn động 70 Tính chọn động dẫn động trục Y .72 2.1 Momen phát động tác dụng lên trục Y 72 2.2 Các thông số đầu vào 73 2.3 Tính tốn lựa chọn động 73 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO .77 MỤC LỤC HÌNH Hình 1-1: Máy Tiện CNC 11 Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Hình 1-2: Máy phay CNC .11 Hình 1-3: Máy khoan CNC 12 Hình 1-4: Sơ đồ kết cấu động học máy phay CNC 13 Hình 1-5: Thân máy .14 Hình 1-6: Bàn máy 15 Hình 1-7: Ray dẫn hướng 15 Hình 1-8: Trục vít me 16 Hình 1-9: Cấu tạo vít me đai ốc .17 Hình 1-10: Profin vít me 18 Hình 1-11: Động bước 18 Hình 1-12: Động server 19 Hình 1-13: Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động bàn máy CNC 20 Hình 2-1: Quy trình tính tốn 22 Hình 2-2: Bảng thông số hãng Sandvik 24 Hình 2-3: Kiểu lắp fixed – supported 24 Hình 2-4: Sơ đồ lực dọc trục 25 Hình 2-5: Lưu chuyển bi ngồi trục vít me X 29 Hình 2-6: Sơ đồ lắp ổ bi trục X .31 Hình 2-7: Thơng số ổ bi đỡ - chặn 7408 BCBM 31 Hình 2-8: Thơng số ổ bi đỡ dãy 6408 32 Hình 2-9: Lưu chuyển bi ngồi trục vít me Y 37 Hình 2-10: Thơng số ổ bi đỡ - chặn 7409 BCBM 40 Hình 2-11: Thông số ổ bi đỡ dãy 6409 .41 Hình 2-12: Cấu tạo khớp nối 44 Hình 3-1: Dạng ray dẫn hướng .46 Hình 3-2: Đồ thị độ cứng vững .48 Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Hình 3-3: Đồ thị ảnh hướng nhiệt độ thực tế làm viêc tới nhiệt độ ray 49 Hình 3-4: Đồ thị hệ số ma sát 50 Hình 3-5: Tải trọng tác động lên ray dẫn hướng 54 Hình 3-6: Quy trình tính tốn ray dẫn hướng 55 Hình 3-7: Ray dẫn hướng hãng PM .56 Hình 3-8: Thơng số ray dẫn hướng MSA 57 Hình 3-9: Các giai đoạn chuyển dịch 58 Hình 3-10: Sơ đồ phân bố lực .59 MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1: Lực dọc trục X 26 Bảng 2.2: Lực tác dụng vào trục vít me X .27 Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Bảng 2.3: Giá trị fw 28 Bảng 2.4: Bảng kết Ca 28 Bảng 2.5: Bảng thơng số vít me bi X 29 Bảng 2.6: Lực dọc trục Y 35 Bảng 2.7: Lực tác dụng vào trục vít me Y .36 Bảng 2.8: Giá trị fw 36 Bảng 2.9: Bảng kết Ca 37 Bảng 2.10: Bảng thông số vít me bi Y 38 Bảng 2.11: Bảng chọn khớp nối 45 Bảng 3.1: Bảng giá trị Bảng 3.2: Giá trị fw fs 47 49 Bảng 3.3: Công thức tính tải trọng làm việc 51 Bảng 3.4: Thông số đầu vào trục X .56 Bảng 3.5: Thông số đầu vào trục Y .56 Bảng 4.1: Thông số số động hãng ANILAM 71 Bảng 4.2: Thông số chi tiết AM 1160 E- series .72 Bảng 4.3: Thông số số động hãng ANILAM 74 Bảng 4.4: Thông số chi tiết AM 1140 A- series 75 LỜI MỞ ĐẦU Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Trong nghiệp cơng nghiệp hóa – đại hóa, phát triển khoa học kĩ thuật vấn đề quan trọng cần quan tâm lớn Mỗi nghành khí, điện tử, tin học có tảng khoa học vững tạo sản phẩm đặc trưng riêng Tuy nhiên, yêu cầu thời đại đặt yêu cầu cao cách hoạt động máy móc, yêu cầu máy móc cần gọn nhẹ hơn, linh hoạt hơn, uyển chuyển thông minh Việc sử dụng máy móc đề thay sức lao động người xu hướng tất yếu để tăng suất lao động, tạo nhiều sản phẩm chất lượng cao Máy CNC tiến vượt bậc công nghiệp Sự xuất máy CNC nhanh chóng làm thay đổi q trình sản xuất công nghiệp Các đường cong, cấu trúc phức tạp thực dễ dàng giúp tăng suất, giảm hao phí gia cơng Các máy CNC phổ biến như: máy tiện, phay, máy cắt laze, máy cắt dây CNC, Đồ án thiết kế khí này, em tìm hiểu q trình tính tốn thiết kế hệ thống dẫn hướng máy phay CNC Nhiệm vụ tính tốn thiết kế lựa chọn hệ thống vít me, ray dẫn, ổ bi, động trục X, Y Với đề tài giao: Thiết kế hệ thống dẫn hướng cho máy phay CNC giúp em tổng hợp kiến thức học với thực hành Nội dung bao gồm: - Phần 1: Phân tích nguyên lý thông số kỹ thuật Phần 2: Thiết kế hệ thống truyền động Phần 3: Xây dựng vẽ thiết kế Phần 4: Mô nguyên lý hoạt động Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Thái Việt, thầy cô Bộ Môn Cơ Điện Tử - Viện Cơ Khí giúp em hồn thành đồ án Do thời gian kiến thức hạn chế, chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, em kính mong nhận giúp đỡ ý kiến đóng góp thầy để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cám ơn! Hà Nội, Ngày Trang Tháng Năm 2017 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CƠNG CỤ ĐIỀU KHIỂN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH SỐ ( MÁY CNC ) Giới thiệu chung máy cơng cụ CNC 1.1 Lịch sử hình thành CNC – viết tắt cho Computer Numeric Controlled (điều khiển máy tính) – đề cập đến việc điều khiển máy tính loại máy móc với mục đích sản xuất cách sử dụng chương trình viết kí hiệu chuyên biệt Ta bắt gặp CNC dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt mài, máy đột rập nhiều công cụ công nghiệp khác Mặc dù máy tiện chế biến gỗ sử dụng từ thời Kinh Thánh, máy tiện gia công kim loại thực tế Henry Maudslay phát minh vào năm 1800 Nó đơn giản cơng cụ máy giữ mẩu kim loại gia cơng, cơng cụ cắt gia cơng bề mặt theo đường mức mong muốn.Chiếc máy phay vận hành theo cách thức tương tự vậy, ngoại trừ cơng cụ cắt đặt trục quay Phôi lắp bệ máy hay bàn làm việc di chuyển theo công cụ cắt Chiếc máy phay Eli Whitney phát minh năm 1818.Những chuyển động sử dụng công cụ máy gọi trục đề cập đến trục: “X” (thường từ trái qua phải), “Y” (trước sau) “Z” (trên dưới) Bàn làm việc quay theo mặt ngang hay dọc, tạo trục chuyển động thứ tư Một số máy có trục thứ năm, cho phép trục quay theo góc Những nỗ lực ban đầu để “tự động hóa” hoạt động sử dụng loạt cam để di chuyển dao cụ hay bàn làm việc qua liên kết Khi cam quay, liên kết lần theo bề mặt mặt cam di chuyển công cụ cắt hay phôi qua dãy chuyển động Mặt cam định hình để điều khiển khối lượng chuyển động liên kết tốc độ mà cam quay điều khiển tốc độ cấp dao Một số máy tồn ngày gọi máy kiểu Thụy Sĩ tên đồng nghĩa với gia công xác Từ thiết kế sơ khai đến hoạt động ngày nay: Thiết kế máy CNC đại bắt nguồn từ tác phẩm John T Parsons cuối năm 1940 đầu năm 1950 Sau Thế chiến II, Parsons tham gia sản xuất cánh máy bay trực thăng, Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC cơng việc đòi hỏi phải gia cơng xác hình dạng phức tạp Parsons sớm nhận cách sử dụng máy tính IBM thời kì đầu, ơng tạo dẫn đường mức xác nhiều sử dụng phép tính tay sơ đồ Dựa kinh nghiệm này, ông giành hợp đồng phát triển “máy cắt đường mức tự động” cho Không quân để tạo mặt cong cho cánh máy bay Sử dụng đầu đọc thẻ máy tính điều khiển động trợ động (servomotor) xác, máy chế tạo lớn, phức tạp đắt đỏ Mặc dù vậy, làm việc cách tự động sản xuất mặt cong với độ xác cao đáp ứng nhu cầu ngành công nghiệp máy bay Đến năm 1960, giá thành tính phức tạp máy tự động giảm đến mức độ định để ứng dụng ngành công nghiệp khác Những máy sử dụng động truyền động điện chiều để vận dụng vô lăng vận hành dao cụ Các động nhận dẫn điện từ đầu đọc băng từ – đọc băng giấy có chiều rộng khoảng 2,5cm có đục hàng lỗ Vị trí thứ tự lỗ cho phép đầu đọc sản xuất xung điện cần thiết để quay động với thời gian tốc độ xác, thực tế điều khiển máy giống nhân viên vận hành Các xung điện quản lý máy tính đơn giản khơng có nhớ Chúng thường gọi NC hay máy điều khiển số Năm 1947, John Parsons quản lý hãng sản xuất hàng khơng thành phố Traverse, Michigan Đối mặt với tính phức tạp ngày cao hình dạng chi tiết vấn đề toán học kỹ thuật mà họ gặp phải, Parsons tìm biện pháp để giảm chi phí kỹ thuật cho cơng ty Ông xin phép International Business Machine sử dụng máy tính văn phòng trung ương họ để thực loạt phép toán cho cánh máy bay trực thăng Cuối cùng, ông dàn xếp với Thomas J Watson, chủ tịch huyền thoại IBM, nhờ IBM làm việc với tập đoàn Parsons để tạo máy điều khiển thẻ đục lỗ Nhanh chóng, Parsons ký hợp đồng với Air Force để sản xuất máy điều khiển thẻ hay băng từ có khả cắt hình dạng đường mức giống hình cánh quạt cánh máy bay Sau đó, Parsons đến gặp kĩ sư Phòng thí nghiệm cấu phụ thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) nhờ hỗ trợ dự án Các nhà nghiên cứu MIT thí nghiệm nhiều kiểu trình khác làm việc với dự án Air Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Force từ thời Thế chiến II Phòng thí nghiệm MIT nhận thấy hội tốt để mở rộng nghiên cứu sang lĩnh vực điều khiển Các máy CNC đại hoạt động cách đọc hàng nghìn bit thơng tin lưu trữ nhớ máy tính chương trình Để đặt thơng tin vào nhớ, nhân viên lập trình tạo loạt lệnh mà máy hiểu Bộ điều khiển giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy Ví dụ, số máy, nhân viên lập trình đơn giản cần nhập liệu vị trí, đường kính chiều sâu chi tiết máy tính lựa chọn phương pháp gia công tốt để sản xuất chi tiết dạng phơi Thiết bị chọn mẫu kỹ thuật tạo từ máy tính, tính tốn tốc độ dao cụ, đường vận chuyển vật liệu vào máy sản xuất chi tiết mà không cần vẽ hay chương trình Sự tiến máy tính trí thông minh nhân tạo làm cho máy CNC tương lai nhanh dễ vận hành Các loại máy CNC chắn có tương lai bùng nổ mạnh mẽ 1.2 Đặc trưng máy CNC Các ưu điểm: Trang - Tính tự động cao: Máy CNC có suất cắt gọt cao giảm tối đa thời gian phụ, mức độ tự động nâng cao vượt bậc Tuỳ mức độ tự động, máy CNC thực lúc nhiều chuyển động khác nhau, tự động thay dao, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết qua tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối dao chi tiết, tự động tưới nguội, tự động hút phoi khỏi khu vực cắt … - Tính linh hoạt cao: Chương trình thay đổi dễ dàng nhanh chóng, thích ứng với loại chi tiết khác Do rút ngắn thời gian phụ thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện thuận lơi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ Bất lúc sản xuất nhanh chóng chi tiết có chương trình Vì thế, khơng cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, mà giữ lấy chương trình chi tiết Máy CNC gia công chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng cách linh hoạt nhiệm vụ công nghệ thay đổi điều quan trọng việc lập trình gia cơng thực ngồi máy, văn phòng có hỗ trợ kỹ thuật tin học thơng qua thiết bị vi tính, vi xử lý … THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC - Tính tập trung ngun cơng: Đa số máy CNC thực số lượng lớn nguyên công khác mà không cần thay đổi vị trí gá đặt chi tiết Từ khả tập trung nguyên công, máy CNC phát triển thành trung tâm gia cơng CNC - Tính xác, đảm bảo chất lượng cao: Giảm hư hỏng sai sót người, đồng thời giảm cường độ ý người làm việc Có khả gia cơng xác hàng loạt, độ xác lặp lại, đặc trưng cho mức độ ổn định suốt q trình gia cơng điểm ưu việt tuyệt đối máy CNC.Máy CNC với hệ thống điều khiển khép kín có khả gia cơng chi tiết xác hình dáng đến kích thước Những đặc điểm thuận tiện cho việc lắp lẫn, giảm khả tổn thất phôi liệu mức thấp - Gia công biên dạng phức tạp: Máy CNC máy gia cơng xác nhanh chi tiết có hình dáng phức tạp bề mặt chiều - Tính hiệu kinh tế kỹ thuật cao: Cải thiện tuổi bền dao nhờ điều kiện cắt tối ưu Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt, đồ gá phụ tùng khác.Giảm phế phẩm.Tiết kiệm tiền thuê mướn lao động không cần yêu cầu kỹ nghề nghiệp suất gia công cao hơnSử dụng lại chương trình gia cơng Giảm thời gian sản xuấtThời gian sử dụng máy nhiều nhờ vào giảm thời gian dừng máy.Giảm thời gian kiểm tra máy CNC sản xuất chi tiết chất lượng đồng nhất.CNC thay đổi nhanh chóng từ việc gia cơng loại chi tiết sang loại khác với thời gian chuẩn bị thấp Tuy nhiên máy CNC hạn chế: Sự đầu tư ban đầu cao, nhược điểm lớn việc sử dụng máy CNC tiền vốn đầu tư ban đầu cao với chi phí lắp đặt Yêu cầu bảo dưỡng cao, máy CNC thiết bị kỹ thuật cao hệ thống khí, điện phức tạp Để máy gia cơng xác cần thường xun bảo dưỡng Người bảo dưỡng phải tinh thông điện Hiệu thấp với chi tiết đơn giản 1.3 Phân loại Các loại máy CNC phổ biến gồm có : - Máy tiện CNC: Trang 10 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Chọn sơ ổ bi đỡ - chặn 7409 BCBM có thơng số sau: - Đường kính d = 45 mm Đường kính ngồi D = 120 mm Chiều rộng B = 29 mm Tải trọng tĩnh C0 = 55 kN Tải trọng động Ca = 85,2 kN Tốc độ tham chiếu : 7000 vòng/phút Tốc độ giới hạn : 7500 vòng/phút Hình 2-24.Thơng số ổ bi đỡ dãy 6409 Đối với gối đỡ bên tùy động: dựa vào đường kính khả tải trục vít me bi trục Y ta lựa chọn sơ ổ bi đỡ bên gối đỡ tùy động ổ bi đỡ dãy 6409 dựa theo bảng thông số tiêu chuẩn hãng SKF bảng Chọn sơ gối đỡ bên tùy động chọn ổ bi đỡ dãy 6409 với thông số sau: - Đường kính d = 45 mm - Đường kính ngồi D = 120 mm Trang 42 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC - Chiều rộng B = 29 mm Tải trọng tĩnh C0 = 45 kN Tải trọng động Ca = 76,1 kN Tốc độ tham chiếu : 13000 vòng/phút Tốc độ giới hạn : 8500 vòng/phút 2.4.2 Kiểm tra khả tải ổ lăn Xét lực dọc trục tác động lên ổ bi đỡ-chặn ( ổ A B): Fam - Lực dọc trục: =439,1 kG = 4391 N - Trọng lực tác dụng lên ổ lăn R A =R B =R C = ∑ m×g (140+700+220)×10 = 3 = 3533 N= 353 kG - Nội lực dọc trục tác dụng lên ổ bi: Fsi =e×R i - × =1,14 3533 = 4027 N Lực dọc trục tác dụng lên ổ bi: ∑F = - 0,5×FsB +Fam × Ổ A: = -0,5 4027+4391 = 2378 N  = 2378 N ∑ FaB =0,5×FsB +Fam × Ổ B: = 0,5 4027 + 4391 = 6405 N  = 6405 N aB Vậy lực dọc trục tác dụng lên ổ bi: Fa =max(FaA ,FaB )= 6405 N Tra theo hãng SKF, với ổ bi đỡ- chặn góc nghiêng 40đã chọn có: X=0.35 ; Y= 0.57 X0 Y0 = 0.5 ; = 0.26 Kd =1.1 ( Chịu va đập nhẹ, chịu tải ngắn hạn so với máy cắt kim loại, động cơng suất nhỏ trung bình) Kt =1 Tuổi thọ ổ bi: Trang 43 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC L=60×10-6 ×n×L h 60×10-6 × 1300 × 20000 = 1560 = (triệu vòng) Đối với ổ bi đỡ- chặn: - Tải trọng động: Q=(X.V.Fr +Y.Fa ).K d K t × × × =(0,35 3533+0,57 6405) 1,1= 5376 N với V=1 vòng quay - Tải trọng tĩnh: Q =(X V.Fr +Y0 Fa ).K d K t × × × =(0,5 3533+0,26 6405) 1,1=3774 N - Khả tải động: m C=Q×L =5376 × 1560 =62,34 (kN) < 85,2 (kN) Với ổ bi: m = - Khả tải tĩnh: m C0 =Q 0×L =3774 ×1560 =44 (kN) < 55 (kN) Từ kết tính tốn tải trọng động, tải trọng tĩnh ta lựa chọn ổ bi đỡ - chặn đạt yêu cầu Kết luận: Chọn trục vít me : 50-10B2 -FDWC - Đường kính vitme D = 50 mm Bước vitme l = 10 mm Tải trọng tĩnh : C0 = 26130 kG Tải trọng động: Ca = 8200 kG Đường kính lõi ren trục vitme : dr= 42,05 (mm) Chọn ổ bi đỡ - chặn : 7409 BCBM - Đường kính d = 45 mm Đường kính ngồi D = 120 mm Chiều rộng B = 29 mm Tải trọng tĩnh C0 = 55 kN Tải trọng động Ca = 85,2 kN Tốc độ tham chiếu : 7000 vòng/phút Tốc độ giới hạn : 7500 vòng/phút Trang 44 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Gối đỡ tùy động chọn : ổ bi đỡ dãy 6409 - Đường kính d = 45 mm - Đường kính ngồi D = 120 mm - Chiều rộng B = 29 mm - Tải trọng tĩnh C0 = 45 kN - Tải trọng động Ca = 76,1 kN - Tốc độ tham chiếu : 13000 vòng/phút - Tốc độ giới hạn : 8500 vòng/phút Tính tốn lựa chọn khớp nối trục Có nhiều loại khớp nối để ta lựa chọn cho toán này, sở tham khảo tài liệu thực nghiệm từ hãng sản xuất em xin chọn chọn loại khớp nối loại khớp nối trục bù chữ thập có đệm Hình 2-25.Cấu tạo khớp nối (tham khảo ""Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí - Lê Văn Uyên tập 2"" trang 55) Có thể chọn thơng số cho loại khớp nối trục chữ thập theo đường kính trục vitme theo giá trị mô men khởi động động cơ: Vít me trục X: - Trang 45 Đường kính D = 45 mm THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Vít me trục Y : - Đường kính D = 50 mm Giá trị momen khởi động động tính tốn phần chọn động (em tính tốn trước giá trị momen để áp dụng chọn khớp nối): - Momen phát động động dẫn động trục X: =8,91 N.m - Momen phát động động dẫn động trục Y: =11,24 N.m Bảng 2.11.Bảng chọn khớp nối [T] N.m 17 79 210 320 670 900 1700 2050 n max Vg/phút 8200 5700 4700 4000 3200 2700 2200 1900 d D D1 L h a ÷ 15 20 ÷ 25 28 ÷ 30 35 ÷ 40 45 ÷ 50 55 ÷ 60 65 ÷ 70 75 ÷ 80 85 70 100 120 150 180 220 250 290 50 60 75 90 110 130 150 170 84 124 149 184 224 254 274 304 20 20 25 30 40 45 50 60 35 55 65 95 90 110 130 150 Dựa vào thơng số có kết hợp với bảng chọn nối khớp nối em chọn khớp nối cho vít me trục X vít me trục Y có thông số sau : - Khớp nối trục X: [T] N.m 320 n max Vg/phút 4000 d D D1 L h a ÷ 40 45 150 90 184 30 95 d D D1 L h a ÷ 50 55 180 110 224 40 90 - Khớp nối trục Y: [T] N.m 670 Trang 46 n max Vg/phút 3200 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Trang 47 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC CHƯƠNG 1: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ Tính chọn động dẫn động trục X 1.1 Momen phát động tác dụng lên trục X Đối với trục X thời gian dành cho q trình có gia tốc ngắn, ta tính tốn cho giai đoạn chạy ( chiếm phần lớn thời gian gia cơng ) Mơ men đặt trước : Tp =k× Fa0 ×l 140×1 =0,3× =6,7 ( kg.cm ) 2π 2π Fa0 = Trong ∶ k = 0,3 ; Fmax 420 = =140(kgf) 3 Mô men lực ma sát: Tc =k× Famax ×l 420×1 = =74,3 ( kg.cm ) 2π×η 2π×0,9 Do đó, momen phát động cần thiết tổng momen đặt trước momen ma sát phay thô: TL =Tc +Tp =74,3+6,7=81(kg.cm)=8,1(N.m) 1.2 Các thông số đầu vào - Tốc độ quay lớn động cơ: nmax ≥ 2000 (vòng/phút) - Momen động lượng: TM ≥ TL =6,17(N.m) - Bước vít me: h=10 mm =0,01 m - Gia tốc trọng trường: g=10 m/s2 - Hệ số ma sát μ= 0,1 - Khối lượng phần đầu dịch chuyển: m=840 kg - Góc nghiêng trục động trục vít me: = (do sử dụng phương pháp nối trục) - Tỉ số truyền: i= Trang 48 - Hiệu suất truyền động chọn: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC - Lực cắt lớn nhất: Famax= 4200 N = 420 (kgf) 1.3 Tính tốn lựa chọn động - Mơ men ma sát : M fric = m×g×μ×h×cosα 840×10×0,1×0,01×cos0 = =1,49(N.m) 2π×i×η 2π×1×0,9 - Mơ men chống trọng lực kết cấu : m×g×h×sinα 840×10×0,01×sin0 Mw = = =0(N.m) 2π×i×η 2π×1×0,9 - Mơ men máy : h×Famax 0,01×4200 M mach = = =7,42(N.m) 2π×i×η 2π×1×0,9 - Mơ men tĩnh : M stat =M fric +M w +M mach =1,49+0+7,42=8,91(N.m) Tốc độ quay motor : v max = π×D×nπ×40×2000 = =4,2(m/s) 60×1000 60×1000 n noml = v max 4,2 = =420 h 0,01 (vòng/phút) Suy cần phải lựa chọn động có mơ men phát động : (N.m) vòng/phút) Dưới bảng thông số số loại động hãng ANILAM[5] Trang 49 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Bảng 4.1 Thông số số động hãng ANILAM[5] Model number AM 820A AM 820AB AM 960A AM 960AB AM 1150A AM 1150AB AM 1160A AM1160AB AM 1160C AM 1160CB AM 1160E AM 1160EB Stall Torque(100K) 3.0 Nm 3.0 Nm 5.2 Nm 5.2 Nm 9.0 Nm 9.0 Nm 5.2 Nm 5.2 Nm 7.2 Nm 7.2 Nm 10.0 Nm 10.0 Nm Rated speed P/N 3000 rpm 3000 rpm 4500 rpm 4500 rpm 3000 rpm 3000 rpm 3000 rpm 3000 rpm 3000 rpm 3000 rpm 3000 rpm 3000 rpm 34100400 34100401 34100200 34100201 34100310 34100311 34100210 34100211 34100220 34100221 34100230 34100231 Từ điều kiện tính kết hợp với bảng thông số 4.1, ta chọn động phù hợp là: Model : AM 1160E Momen phát động: 10 N.m Tốc độ quay tối đa: 3000 vòng/phút Trang 50 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Bảng 4.2 Thông số chi tiết AM 1160 E-series[5 ] Tính chọn động dẫn động trục Y 2.1 Mô-men phát động tác dụng lên trục Y Đối với trục Y thời gian dành cho trình có gia tốc ngắn, ta tính tốn cho giai đoạn chạy ( chiếm phần lớn thời gian gia công ) Mô men đặt trước : Tp =k× Fa0 ×l 176,7×1 =0,3× =8,4 ( kg.cm ) 2π 2π Fa0 = Trong ∶ k = 0,3 ; Mô men lực ma sát: Trang 51 Fmax 530 = =176,7(kgf) 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Tc =k× Famax ×l 530×1 = =93,7 ( kg.cm ) 2π×η 2π×0,9 Do đó, momen phát động cần thiết tổng momen đặt trước momen ma sát phay thô: TL =Tc +Tp =93,7+8,4=102,1(kg.cm)=10,21(N.m) 2.2 Các thông số đầu vào - Tốc độ quay lớn động cơ: nmax ≥ 2000 (vòng/phút) - Momen động lượng: TM ≥ TL = 8,28 (N.m) - Bước vít me: h=10 mm =0,01 m - Gia tốc trọng trường: g=10 m/s2 - Hệ số ma sát μ= 0,1 - Khối lượng phần đầu dịch chuyển: m=1060 kg - Góc nghiêng trục động trục vít me: = (do sử dụng phương pháp nối trục) - Tỉ số truyền: i= - Hiệu suất truyền động chọn: - Lực cắt lớn nhất: Famax= 4300 N = 430 (kgf) 2.3 Tính tốn lựa chọn động - Mô men ma sát : m×g×μ×h×cosα 1060×10×0,1×0,01×cos0 M fric = = =1,87(N.m) 2π×i×η 2π×1×0,9 - Mơ men chống trọng lực kết cấu : m×g×h×sinα 1060×10×0,01×sin0 Mw = = =0(N.m) 2π×i×η 2π×1×0,9 - Mơ men máy : h×Famax 0,01×5300 M mach = = =9,37(N.m) 2π×i×η 2π×1×0,9 - Mơ men tĩnh : M stat =M fric +M w +M mach =1,87+0+9,37=11,24(N.m) Trang 52 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Tốc độ quay motor : v max = π×D×nπ×45×2000 = =4,71(m/s) 60×1000 60×1000 n noml = v max 4,71 = =471 h 0,01 (vòng/phút) Suy cần phải lựa chọn động có mơ men phát động : (N.m) vòng/phút) Dưới bảng thông số số loại động hãng ANILAM[5 ] Bảng 4.3 Thông số số động ANILAM[5 ] Từ kết tính tốn kết hợp với bảng thông số ta chọn động phù hợp là: Model: AM 1400A Momen phát động: 13 N.m Tốc độ quay tối đa: 3000 vòng/phút Trang 53 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Bảng 4.4 Thông số chi tiết AM 1400A-series[5 Trang 54 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC KẾT LUẬN Bài toán thiết kế hệ thống dẫn hướng máy phay CNC Dựa vào số liệu tốn em tính chọn chi tiết, phận dùng cho máy CNC sau: Vít me bi trục X Y với chiều dài làm việc cho trước ta xác định đường kính cho phép phù hợp với vận tốc yêu cầu máy hệ số tải trọng động yêu cầu tải trọng cho phép Ổ lăn xác định loại cần thiết cho trục với hệ số tải trọng tính tốn Động có cơng suất momen xoắn, mơ men khởi động phù hợp với q trình tăng tốc, giảm tốc giai đoạn làm việc máy Chọn ray dẫn hướng Bảng 4.5:Các thiết bị chọn STT Chi tiết lựa chọn Vít me bi trục X Vít me bi trục Y Tên sản phẩm 45-10B2-FDWC 50-10B2-FDWC Hãng sản xuất PMI PMI Ổ bi đỡ - chặn trục X 7408 BCBM SKF 10 Ổ bi đỡ - chặn trục Y Ổ bi đỡ trục X Ổ bi đỡ trục Y Ray dẫn trục X Ray dẫn trục Y Động trục X Động trục Y 7409 BCBM 6408 6409 MSA 35 A MSA 35 LA AM 1160E AM 1400A SKF SKF SKF PMI PMI ANILAM ANILAM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Catalog hãng PMI, website: www.pim-amt.com [2] Website: www.coroguide.com Trang 55 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC [3] Tính tốn thiết kế dẫn động hệ thống khí (tập 1, tập 2), Trịnh Chất, Lê Văn Tuyển, 2006, NXB Giáo Dục [4] Catalog hãng SKF, website: www.skf.com [5] Catalog hãng ANILAM, website: http://www.acu-rite.com [6] Điều khiển số công nghệ máy điều khiển số CNC, Nguyễn Đắc Lộc, Tăng Huy, 2000 NXB Khoa học & Kĩ thuật [7] Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ, Tạ Duy Liêm, 2002 NXB Khoa học & Kĩ Thuật Trang 56 ... Các loại máy CNC phổ biến gồm có : - Máy tiện CNC: Trang 10 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Hình 1-1.Máy tiện CNC - Máy phay CNC: Hình 1-2.Máy phay CNC - Máy khoan CNC: Trang 11 THIẾT... Tiện CNC 11 Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Hình 1-2: Máy phay CNC .11 Hình 1-3: Máy khoan CNC 12 Hình 1-4: Sơ đồ kết cấu động học máy phay CNC ... THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY PHAY CNC Hình 1-3.Máy khoan CNC Máy Phay CNC Máy phay CNC loại máy phổ biến phân xưởng khí chế tạo khn mẫu nước ta Các máy phay CNC sử dụng nhập từ nước ngồi, chủng