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

Nó chỉ đơn giản là một công cụ máy giữ mẩu kim loại đang đượcgia công, vì vậy một công cụ cắt có thể gia công bề mặt theo đường mức mongmuốn.Chiếc máy phay đầu tiên được vận hành theo cá

MỤC LỤC

PHỤ LỤC HÌNH 3

PHỤ LỤC BẢNG 5

LỜI MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH SỐ ( MÁY CNC) 7

1 Giới thiệu chung về máy công cụ CNC 7

1.1 Lịch sử hình thành 7

1.2 Đặc trưng cơ bản của máy CNC 9

1.3 Phân loại 11

2 Máy phay CNC 12

2.1 Sơ đồ kết cấu động học của máy phay CNC 12

2.2 Các thành phần của hệ thống dẫn động máy phay CNC 14

2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống dẫn động bàn máy CNC 19

CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG HỆ BÀN MÁY CNC 21

1 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 toán chọn ổ đỡ trục X 31

2 Tính chọn vít me – đai ốc bi trục Y 35

2.1 Tính toán tải trọng dọc trục 35

2.2 Tính lực tác dụng trung bình và tải trọng tác dụng lên vít me 35

2.3 Lựa chọn vít me và kiểm tra sơ bộ 37

2.4 Tính toán chọn ổ đỡ trục Y 39

3 Tính toán lựa chọn khớp nối trục 44

CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN RAY DẪN HƯỚNG 46

1 Các thông số tính toán 46

1.1 Hệ số tải tĩnh C0 46

1.2 Momen tĩnh cho phép M0 46

1.3 Hệ số an toàn tĩnh fs 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 toán tuổi bền dịch vụ theo thời gian 50

1.8 Tính toán tải trọng làm việc 51

1.9 Tính toán tải trọng tương đương 53

1.10 Tính toán tải trọng trung bình 54

2 Tính chọn ray dẫn hướng 55

2.1 Các thông số đầu vào 55

2.2 Tính toán với bàn máy X 58

2.3 Tính toán với bàn máy Y 63

CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ 69

1 Tính chọn động cơ 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 toán lựa chọn động cơ 70

2 Tính chọn động cơ 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 toán lựa chọn động cơ 73

KẾT LUẬN 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

MỤC LỤC HÌNH Hình 1-1: Máy Tiện CNC 11

Hình 1-2: Máy phay CNC 11

Hình 1-3: Máy khoan CNC 12

Hình 1-4: Sơ đồ kết cấu động học của 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 cơ bước 18

Hình 1-12: Động cơ server 19

Hình 1-13: Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động bàn máy CNC 20

Hình 2-1: Quy trình tính toán 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 ngoài của trục vít me X 29

Hình 2-6: Sơ đồ lắp ổ bi trục X 31

Hình 2-7: Thông số ổ bi đỡ - chặn 7408 BCBM 31

Hình 2-8: Thông số ổ bi đỡ 1 dãy 6408 32

Hình 2-9: Lưu chuyển bi ngoài của trục vít me Y 37

Hình 2-10: Thông số ổ bi đỡ - chặn 7409 BCBM 40

Hình 2-11: Thông số ổ bi đỡ 1 dãy 6409 41

Hình 2-12: Cấu tạo khớp nối 44

Hình 3-1: Dạng của ray dẫn hướng 46

Hình 3-2: Đồ thị độ cứng vững 48

Hình 3-3: Đồ thị sự ảnh hướng của nhiệt độ thực tế khi làm viêc tới nhiệt độ của

thanh 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 toán ray dẫn hướng 55

Hình 3-7: Ray dẫn hướng hãng PM 56

Hình 3-8: Thông 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

Bảng 2.3: Giá trị fw 28

Bảng 2.4: Bảng kết quả Ca 28

Bảng 2.5: Bảng thông 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 quả 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 fs 47

Bảng 3.2: Giá trị fw 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 một số động cơ hãng ANILAM 71

Bảng 4.2: Thông số chi tiết AM 1160 E- series 72

Bảng 4.3: Thông số một số động cơ hãng ANILAM 74

Bảng 4.4: Thông số chi tiết AM 1140 A- series 75

LỜI MỞ ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa, phát triển khoa học kĩ thuật làvấn đề quan trọng và cần sự quan tâm lớn Mỗi nghành như cơ khí, điện tử, tin họcđều có nền tảng khoa học vững chắc và tạo ra các sản phẩm đặc trưng riêng Tuynhiên, yêu cầu của thời đại đặt ra yêu cầu cao hơn về cách hoạt động của máy móc,yêu cầu máy móc cần gọn nhẹ hơn, linh hoạt hơn, uyển chuyển hơn và thông minhhơn Việc sử dụng máy móc đề thay thế sức lao động của con người là một xuhướng tất yếu để tăng năng suất lao động, tạo ra nhiều sản phẩm chất lượng cao.Máy CNC là một tiến bộ vượt bậc của nền công nghiệp Sự xuất hiện của máyCNC đã nhanh chóng làm thay đổi quá trình sản xuất công nghiệp Các đườngcong, cấu trúc phức tạp cũng được thực hiện dễ dàng giúp tăng năng suất, giảm haophí gia công Các máy CNC phổ biến như: máy tiện, phay, máy cắt laze, máy cắtdây CNC,

Đồ án thiết kế cơ khí này, em sẽ tìm hiểu về quá trình tính toán và thiết kế hệthống dẫn hướng máy phay CNC Nhiệm vụ chính là tính toán thiết kế lựa chọn hệthống vít me, ray dẫn, ổ bi, động cơ các trục X, Y

Với đề tài được giao: Thiết kế hệ thống dẫn hướng cho máy phay CNC đã giúp

em tổng hợp được kiến thức đã học với thực hành

Nội dung bao gồm:

- Phần 1: Phân tích nguyên lý và thông số kỹ thuật

- Phần 2: Thiết kế hệ thống truyền động

- Phần 3: Xây dựng bản vẽ và thiết kế

- Phần 4: Mô phỏng nguyên lý hoạt động

Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Thái Việt, cùng các thầy cô trong Bộ Môn

Cơ Điện Tử - Viện Cơ Khí đã giúp em hoàn thành đồ án này Do thời gian và kiếnthức còn hạn chế, chắc chắn không tránh khỏi sự thiếu sót, em kính mong nhậnđược sự giúp đỡ và các ý kiến đóng góp của các thầy cô để đồ án của em được hoànthiện Em xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, Ngày Tháng Năm 2017

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN BẰNG

CHƯƠNG TRÌNH SỐ ( MÁY CNC )

1 Giới thiệu chung về máy công cụ CNC

1.1 Lịch sử hình thành

CNC – viết tắt cho Computer Numeric Controlled (điều khiển bằng máy

tính) – đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các loại máy móc với mục

đích sản xuất bằng cách sử dụng các chương trình viết kí hiệu chuyên biệt Ta cóthể bắt gặp CNC dưới dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước cóhạt mài, máy đột rập và nhiều công cụ công nghiệp khác

Mặc dù máy tiện chế biến gỗ đã được sử dụng từ thời Kinh Thánh, nhưng chiếcmáy tiện gia công kim loại thực tế đầu tiên mới được Henry Maudslay phát minhvào năm 1800 Nó chỉ đơn giản là một công cụ máy giữ mẩu kim loại đang đượcgia công, vì vậy một công cụ cắt có thể gia công bề mặt theo đường mức mongmuốn.Chiếc máy phay đầu tiên được vận hành theo cách thức tương tự như vậy,ngoại trừ công cụ cắt được đặt ở trục chính đang quay Phôi được lắp trên bệ máyhay bàn làm việc và di chuyển theo công cụ cắt Chiếc máy phay này do EliWhitney phát minh năm 1818.Những chuyển động được sử dụng trong các công cụmáy được gọi là trục và đề cập đến 3 trục: “X” (thường từ trái qua phải), “Y”(trước ra sau) và “Z” (trên và dưới) Bàn làm việc cũng có thể được quay theo mặtngang hay dọc, tạo ra trục chuyển động thứ tư Một số máy còn có trục thứ năm,cho phép trục quay theo một góc

Những nỗ lực ban đầu để “tự động hóa” các hoạt động này sử dụng một loạtcam để di chuyển dao cụ hay bàn làm việc qua những liên kết Khi cam quay, mộtliên kết lần theo bề mặt của mặt cam di chuyển công cụ cắt hay phôi qua một dãycác chuyển động Mặt cam được định hình để điều khiển khối lượng chuyển độngliên kết và tốc độ mà cam quay điều khiển tốc độ cấp dao Một số máy vẫn còn tồntại cho tới ngày nay và được gọi là máy kiểu Thụy Sĩ một cái tên đồng nghĩa vớigia công chính xác

Từ thiết kế sơ khai đến hoạt động ngày nay: Thiết kế máy CNC hiện đại bắtnguồn từ tác phẩm của John T Parsons cuối những năm 1940 và đầu những năm

công việc đòi hỏi phải gia công chính xác các hình dạng phức tạp Parsons sớmnhận ra rằng bằng cách sử dụng máy tính IBM thời kì đầu, ông đã có thể tạo ranhững thanh dẫn đường mức chính xác hơn nhiều khi sử dụng các phép tính bằngtay và sơ đồ Dựa trên kinh nghiệm này, ông đã giành được hợp đồng phát triển một

“máy cắt đường mức tự động” cho Không quân để tạo mặt cong cho cánh máy bay

Sử dụng một đầu đọc thẻ máy tính và các bộ điều khiển động cơ trợ động(servomotor) chính xác, chiếc máy được chế tạo cực kì lớn, phức tạp và đắt đỏ.Mặc dù vậy, nó làm việc một cách tự động và sản xuất các mặt cong với độ chínhxác cao đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp máy bay

Đến những năm 1960, giá thành và tính phức tạp của những chiếc máy tự độnggiảm đến một mức độ nhất định để có thể ứng dụng trong các ngành công nghiệpkhác Những chiếc máy này sử dụng các động cơ truyền động điện một chiều đểvận dụng vô lăng và vận hành dao cụ Các động cơ này nhận chỉ dẫn điện từ mộtđầu đọc băng từ – đọc một băng giấy có chiều rộng khoảng 2,5cm có đục một hàng

lỗ Vị trí và thứ tự lỗ cho phép đầu đọc sản xuất ra những xung điện cần thiết đểquay động cơ với thời gian và tốc độ chính xác, trong thực tế nó điều khiển máygiống như nhân viên vận hành Các xung điện được quản lý bởi một máy tính đơngiản không có bộ nhớ Chúng thường được gọi là NC hay máy điều khiển số

Năm 1947, John Parsons quản lý một hãng sản xuất hàng không ở thành phốTraverse, Michigan Đối mặt với tính phức tạp ngày càng cao của hình dạng chi tiết

và những vấn đề về toán học và kỹ thuật mà họ gặp phải, Parsons đã tìm ra nhữngbiện pháp để giảm chi phí kỹ thuật cho công ty Ông đã xin phép InternationalBusiness Machine sử dụng một trong những chiếc máy tính văn phòng trung ươngcủa họ để thực hiện một loạt các phép toán cho một cánh máy bay trực thăng mới.Cuối cùng, ông đã dàn xếp với Thomas J Watson, chủ tịch huyền thoại của IBM,nhờ đó IBM sẽ làm việc với tập đoàn Parsons để tạo ra một chiếc máy được điềukhiển bởi các thẻ đục lỗ Nhanh chóng, Parsons cũng ký được hợp đồng với AirForce để sản xuất một chiếc máy được điều khiển bằng thẻ hay băng từ có khả năngcắt các hình dạng đường mức giống như những hình trong cánh quạt và cánh máybay Sau đó, Parsons đã đến gặp các kĩ sư ở Phòng thí nghiệm cơ cấu phụ thuộcViện Công nghệ Massachusetts (MIT) nhờ hỗ trợ dự án Các nhà nghiên cứu MIT

đã thí nghiệm nhiều kiểu quá trình khác nhau và cũng đã làm việc với các dự án Air

Force từ thời Thế chiến II Phòng thí nghiệm MIT đã nhận thấy đây là một cơ hộitốt để mở rộng nghiên cứu sang lĩnh vực điều khiển.

Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin đượclưu trữ trong bộ nhớ máy tính chương trình Để đặt thông tin này vào bộ nhớ, nhânviên lập trình tạo ra một loạt lệnh mà máy có thể hiểu được Bộ điều khiển cũnggiúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy Ví dụ, trong một số máy, nhânviên lập trình có thể đơn giản chỉ cần nhập dữ liệu về vị trí, đường kính và chiềusâu của một chi tiết và máy tính sẽ lựa chọn phương pháp gia công tốt nhất để sảnxuất chi tiết đó dưới dạng phôi Thiết bị mới nhất có thể chọn một mẫu kỹ thuậtđược tạo ra từ máy tính, tính toán tốc độ dao cụ, đường vận chuyển vật liệu vàomáy và sản xuất chi tiết mà không cần bản vẽ hay một chương trình

Sự tiến bộ trong máy tính và trí thông minh nhân tạo sẽ làm cho những chiếcmáy CNC tương lai nhanh hơn và dễ vận hành hơn Các loại máy CNC chắc chắn

sẽ có một tương lai bùng nổ mạnh mẽ

1.2 Đặc trưng cơ bản của máy CNC

Các ưu điểm:

- Tính năng tự động cao: Máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối

đa thời gian phụ, do mức độ tự động được nâng cao vượt bậc Tuỳ từng mức

độ tự động, máy CNC có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chuyển động khácnhau, có thể tự động thay dao, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kíchthước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa dao

và chi tiết, tự động tưới nguội, tự động hút phoi ra khỏi khu vực cắt …

- Tính năng linh hoạt cao: Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanhchóng, thích ứng với các loại chi tiết khác nhau Do đó rút ngắn được thờigian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện thuận lơi cho việc tựđộng hóa sản xuất hàng loạt nhỏ Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanhchóng những chi tiết đã có chương trình Vì thế, không cần phải sản xuất chitiết dự trữ, mà chỉ giữ lấy chương trình của chi tiết đó Máy CNC gia côngđược những chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng một cách linh hoạt khi nhiệm vụcông nghệ thay đổi và điều quan trọng nhất là việc lập trình gia công có thểthực hiện ngoài máy, trong các văn phòng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học

- Tính năng tập trung nguyên công: Đa số các máy CNC có thể thực hiện sốlượng lớn các nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặtcủa chi tiết Từ khả năng tập trung các nguyên công, các máy CNC đã đượcphát triển thành các trung tâm gia công CNC.

- Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao: Giảm được hư hỏng do sai sótcủa con người, đồng thời cũng giảm được cường độ chú ý của con người khilàm việc Có khả năng gia công chính xác hàng loạt, độ chính xác lặp lại, đặctrưng cho mức độ ổn định trong suốt quá trình gia công là điểm ưu việt tuyệtđối của máy CNC.Máy CNC với hệ thống điều khiển khép kín có khả nănggia công được những chi tiết chính xác cả về hình dáng đến kích thước.Những đặc điểm này thuận tiện cho việc lắp lẫn, giảm khả năng tổn thất phôiliệu ở mức thấp nhất

- Gia công biên dạng phức tạp: Máy CNC là máy duy nhất có thể gia côngchính xác và nhanh các chi tiết có hình dáng phức tạp như các bề mặt 3chiều

- Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao: Cải thiện tuổi bền dao nhờ điềukiện cắt tối ưu Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt, đồ gá và các phụ tùng khác.Giảmphế phẩm.Tiết kiệm tiền thuê mướn lao động do không cần yêu cầu kỹ năngnghề nghiệp nhưng năng suất gia công cao hơnSử dụng lại chương trình giacông Giảm thời gian sản xuấtThời gian sử dụng máy nhiều hơn nhờ vàogiảm thời gian dừng máy.Giảm thời gian kiểm tra vì máy CNC sản xuất chitiết chất lượng đồng nhất.CNC có thể thay đổi nhanh chóng từ việc gia côngloại chi tiết này sang loại khác với thời gian chuẩn bị thấp nhất

Tuy nhiên máy CNC không phải không có những hạn chế: Sự đầu tư ban đầucao, nhược điểm lớn nhất trong việc sử dụng máy CNC là tiền vốn đầu tư ban đầucao cùng với chi phí lắp đặt Yêu cầu bảo dưỡng cao, máy CNC là thiết bị kỹ thuậtcao và hệ thống cơ khí, điện của nó rất phức tạp Để máy gia công được chính xáccần thường xuyên bảo dưỡng Người bảo dưỡng phải tinh thông cả về cơ và điện.Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản

1.3 Phân loại

Các loại máy CNC phổ biến hiện nay gồm có :

- Máy tiện CNC:

Hình 1-1.Máy tiện CNC

- Máy phay CNC:

Hình 1-2.Máy phay CNC

- Máy khoan CNC:

Hình 1-3.Máy khoan CNC

2 Máy Phay CNC

Máy phay CNC là một trong các loại máy phổ biến trong các phân xưởng cơkhí chế tạo khuôn mẫu ở nước ta Các máy phay CNC được sử dụng được nhậpkhẩu từ nước ngoài, do đó chủng loại và kiểu máy rất khác rất khác nhau tùy thuộcvào hãng sản xuất Để mở rộng khả năng công nghệ thì trong thực tế hiện nayngười ta thường kết hợp máy phay CNC với máy tiện CNC, máy khoan để tạothành trung tâm gia công CNC Các trung tâm gia công thường có 3 trục định vị, đểtăng khả năng gia công của máy đối với các biên dạng chi tiết phức tạp, máy có thể

có 5 trục định vị

2.1 SƠ ĐỒ KẾT CẤU ĐỘNG HỌC CỦA MÁY PHAY CNC

Kết cấu động học của máy phay đứng CNC bao gồm: Cụm trục chính, hệthống thay dao, bàn máy của máy phay và bộ điều khiển CNC

Cụm trục chính là nơi gá đặt các dụng cụ cắt và tạo ra tốc độ cắt gọt Trụcchính được dẫn động bởi một động cơ servo trục chính (trục Z) điều khiển được,được điều khiển và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC, có khả năng cho ra tốc độquay bất kì trong giới hạn thiết kế của máy Hệ thống truyền động và cụm trụcchính được tích hợp hệ thống phanh khí nén, nhằm phục vụ cho việc thay đổi tốc

độ quay trong thời gian ngắn nhất Tốc độ quay của trục chính luôn được các cảmbiến đo và phản hồi về bộ điều khiển CNC Trên trục chính có lắp đặt hệ thống gákẹp dụng cụ tự động bằng khí nén hoặc thủy lực nhằm tự động hóa hoàn toàn quátrình thay dao Chuyển động theo trục Z của máy do cụm trục chính thực hiện, dẫnđộng nhờ một động cơ servo trục Z thông qua bộ truyền vitme đai ốc bi, được điềukhiển và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC kín, có phản hồi

Hình 2-1 Kết cấu động học của máy phay đứng CNC

Hệ thống thay dao của máy phay CNC được tự động hóa hoàn toàn, thôngthường nó là các ổ chứa kết hợp với kẹp dụng cụ kép Vị trí thay dao của cụm trụcchính là vị trí được xác định bởi nhà sản xuất nhằm không xảy ra hiện tượng va đậpvới các chi tiết và các bộ phận khác của máy trong quá trình thay dao Hiện nay,các nhà sản xuất trung tâm gia công cơ khí CNC còn đưa ra một hệ thống thay daođơn giản hơn đó là ổ chứa dao tự hành, vừa có chức năng chứa dao, vừa có chứcnăng thay dao tự động.

Bàn máy của máy phay CNC thông thường có hai khả năng chuyển độngtheo 2 trục X và Y, được dẫn động nhờ các động cơ servo, thông qua bộ truyềnđộng vitme bi, được điều khiển và điều chỉnh tốc độ bởi bộ điều khiển CNC kín có

Hình 1-4.Sơ đồ kết cấu động học của máy phay CNC

Bộ điều khiển CNC của máy phay có nhiệm vụ biên dịch chương trình điềukhiển số được nạp vào bộ điều khiển, tiến hành xử lý thông tin và phát lệnh điềukhiển các cơ cấu chấp hành Các lệnh điều khiển được phân nhánh thành 2 lệnh hệ

cơ bản đó là: hệ lệnh đường đi và hệ lệnh đóng ngắt nhằm điều khiển quá trìnhthình thành hình dáng hình học của chi tiết

- Yêu cầu: Tổn hao ma sát nhỏ, khe hở nhỏ, bôi trơn tốt, đáp ứng gia tốc lớn.

Hình 1-7.Ray dẫn hướng

e, Bộ truyền vít me, đai ốc: Biến chuyển động quay của động cơ thành chuyểnđộng tịnh tiến của bàn máy Loại vít me đai ốc bi: là loại vít me và đai ốc có dạngtiếp xúc lăn.

Kết cấu bộ truyền vít me - đai ốc bi hình trên bao gồm trục vít me, đai ốc,dòng bi.Vít me được nối trực tiếp với động cơ hoặc thông qua bộ truyền động (đai,xích, bánh răng…).Khi động cơ quay ,vít me quay, làm cho đai ốc di chuyển dọctheo trục vít me.Đai ốc được gắn chặt với bàn X,Y làm cho bàn chuyển động tịnhtiến theo X,Y.Tốc độ di chuyển của bàn X,Y phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bướcren của trục vít, một vòng quay của động cơ sẽ làm cho đai ốc di chuyển được mộtđoạn bằng bước ren của trục vít.Tiếp xúc giữa đai ốc và vít me là tiếp xúc lăn, điềunày đem đến một ưu điểm đó là chỉ cần một lực quay rất nhỏ đã có thể làm cho đai

ốc chuyển động

Bộ truyền vít me đai ốc bi thường được dùng trong chuyển động chạy daocủa máy công cụ CNC, NC và dùng trong máy mài, máy doa tốc độ và các loạimáy khác Đôi khi còn dùng trong máy tiện, máy tổ hợp, dùng trong truyền dẫn diđộng xà, trụ và các máy công cụ hạng nặng

- Gần như độc lập hoàn toàn với lực ma sát ( biến đổi theo tốc độ), ma sáttĩnh rất bé nên chuyển động êm.

Hình 1-9.Cấu tạo vít me đai ốc

Kết cấu bộ truyền vít me – đai ốc bi như 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 tuầnhoàn

Các dạng prôfin ren của vít me và đai ốc như sau:

- Dạng chữ nhật (hình b), dạng hình thang (hình c), dạng nửa cung tròn vàdạngrãnh (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 chiềutrục bé và độ cứng vững không cao

- Dạng nửa cung tròn (hình d) được sử dụng phổ biến nhất, bán kính rãnhr2 gần bằng bán kính viên bi R1 sẽ giảm tối đa ứng suất tiếp xúc, có thểchọn 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 cứngvững truyền động tăng và hạ thấp tổn thất do ma sát vì vậy khe hở đườngkính ∆d phải chọn để góc tiếp xúc đạt 45° ∆d = 4.(r2 − r1 ).(1 − cos α )

f, Động cơ :

Động cơ bước:

Ưu điểm:

- Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, không cần mạch phản hồi

- Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC

Nhược điểm:

- Giá thành cao, momen xoắn nhỏ, momen máy nhỏ

Hình 1-11.Động cơ bước

Động cơ servo:

Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tínhiệu 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 donào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tínhiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sailệch 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

- Có dải tần số công tác rộng 0÷400 Hz

2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống dẫn động bàn máy CNC:

Hệ thống dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng chuyển động cho các bàn máytheo trục X, Y và chuyển động lên xuống trục Z

Nguyên lý: Động cơ quay truyền chuyển động qua bộ truyền động đai (hoặcxích) được lắp ở 1 đầu trục vít, truyền chuyển động quay cho vit me Vit me được

gá đặt trên 2 ổ đỡ ở hai đầu quay tạo chuyển động tịnh tiến cho đai ốc.Đai ốc đượclắp với bàn Y bằng bulong, đai ốc di chuyển dọc theo trục vít me giúp bàn Ychuyển động tịnh tiến trượt trên 2 thay ray song song với trục vít me lắp cố địnhtrên thân máy thân máy.Bàn X cũng chuyển động tương tự

Hình 1-12 Động cơ servo

Yêu cầu: hệ thống thanh trượt phải thẳng, có khả năng tải cao, độ cứng vữngtốt, trơn khi trượt, không có hiện tượng dính.

Hình 1-13 Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động bàn máy CNC

CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG HỆ BÀN MÁY CNC

1 Tính chọn vít me - đai ốc bi trục X

1.1 Tính chọn vít me bi

1.1.1 Các bước tính chọn

Loại máy CNC: máy phay

- Chế độ cắt thử nghiệm: phay mặt đầu, 8 lưỡi cắt, D = 80mm, JIS, SUS440C,grade 4040, v = 100 m/phút, t = 0,8 mm, F = 900 mm/phút

- Khối lượng lớn nhất của chi tiết gia công:M = 700 kg

- Khối lượng bàn máy X: Mx= 140kg

- Khối lượng bàn máy Y: My= 220kg

- Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công : V1=20m/ph = 0,33m/s

- Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công : V2 = 10m/ph = 0,16 m/s

- Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống : a=0,4g=4m/s2

- Thời gian hoạt động : Lt= 20000h ( khoảng 5 đến 7 năm)

Hình 2-14.Quy trình tính toán

1.1.2 Điều kiện làm việc

Tốc độ quay tối đa trong quá trình gia công trục chính Z

F 900

fz = = = 0,28Z.n 8.397,89

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

Thông số đầu vào:

- Tiêu chuẩn quốc gia : JIS

- Tên vật liệu : SUS440C

- Máy phay mặt đầu , D=80mm, Grade 4040, v=100m/phút

- F=900mm/phút

- Số lưỡi cắt : 8

- Góc cắt : 60

- Chiều sâu cắt : t=0.8mm

- Chiều rộng phay (ae)

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

Ta chọn : ae = 80mm , aei =0Tính toán lực trên website:www.coroguide.com ta đươc:

2.1000.M 2.1000.71

F = = =1775N=177,5(kgf)

1.1.3 Lựa chọn kiểu lắp ổ đỡ cho vít me

1 đầu lắp chặt 1 đầu lắp tùy chỉnh : fixed – supported

Với kiểu lắp ghép này, hai hệ số phụ thuộc vào kiểu lắp ghép là f và λ

nhận các giátrị là :f=15,1 và λ

=3,927

Hình 2-16 Kiểu lắp fixed – supported

Tính toán lực dọc trục

Các công thức tính lực dọc trục:

- Khi tăng tốc về bên trái : F1 = μmg + ma + f

- Khi chạy đều về bên trái : F2 = μmg + f

- Khi giảm tốc về bên trái : F3 = μmg - ma + f

- Khi tăng tốc về bên phải : F4 = -μmg- ma- f

- Khi chạy đều về bên phải : F5 =- μmg – f

- Khi giảm tốc về bên phải : F6 =- μmg + ma – f

- Khi gia công về bên trái : F7 = Fm +μ ( mg + mz

- Fm là lực cắt chính của máy: Fm= 177,5(kG)

- Fmz là lực theo phương Z (thẳng đứng): Fmz= 0

Hình 2-17 Sơ đồ lực dọc trục

- µ

là hệ số ma sát trượt :

- f là lực chống trượt không tải : f = 0

- m là khối lượng tương ứng tác dụng lên vit me

- Gia tốc trọng trường : g= 10 m/s2

1.1.4 Lựa chọn tốc độ quay lớn nhất của động cơ và bước vít me

Tốc độ quay lớn nhất của động cơ khi làm việc : n=2000 (vòng/phút)Bước vít me 1 được xác định theo công thức:

Chọn sơ bộ bước vít me l=10 (mm)

1.2 Tính chọn vít me trục X

1.2.1 Tính toán và lựa chọn vít me

Tính toán tải dọc trục:

- Khối lượng chi tiết gia công lớn nhất là M = 700 kg

- Khối lượng bàn máy X (cho trước) MX=140 kg

- Tổng khối lượng ứng với bàn máy X là : mX= M + MX= 700 + 140 = 840kg

Ta có bảng số liệu sau:

Bảng 2.1.Lực dọc trục XLực

(N) F1

(kgf)

F2(kgf)

F3(kgf)

F4(kgf)

F5(kgf)

F6(kgf)

F7(kgf)

F8(kgf)Khôn

g tải 70 14 -42 -70 -14 42 191,5 -191,5

Có tải 420 84 -252 -420 -84 252 261,5 -261,5

Lực dọc trục lớn nhất khi không gia công : F1max = 191,5 (kgf)

Lực dọc trục lớn nhất khi gia công: F2max =420 (kgf)

1.2.2 Tính lực tác dụng trung bình và tải trọng tác dụng lên vitme

Lực trung bình:

L=10mm

1 max1

V 10000

l 10

(rpm)Bảng 2.2.Lực tác dụngTải trọng (kgf) Tốc độ quay (rpm) Thời gian làm việc

ratio(%)1max

F

= 191,5 Nmax1=2000 30

F2max =320 Nmax2=1000 70(Trong bảng phần tính lực dọc trục trung bình này ta lấy Fi ở 2 trường hợp khikhông gia công và khi gia công Với các tỉ lệ thời gian lần lượt 30% và 70%, ta xéttrong giai đoạn ổn định của máy nên Ni là như nhau tại các thời điểm)

1 1 1 2 2 2 n n n 3

C = 60×n×L ×F ×f ×10Trong đó:

Vitme lựa chọn phải có tải trọng động