Đồ án tốt nghiệp - thiết kế và chế tạo máy phay tạo chữ CNC mini 2.5 D

Đồ án tốt nghiệp - thiết kế và chế tạo máy phay tạo chữ CNC mini 2.5 D

Phần A: GIỚI THIỆU

LỜI NÓI ĐẦU

˜¯˜¯˜

Như chúng ta đã biết, ngành chế tạo máy là một trong những ngành công

nghiệp chủ yếu sản xuất ra máy móc và các công cụ, thiết bị quan trọng khác, là mộttrong số chỉ tiêu đánh giá sự tiến bộ khoa học kỹ thuật của một quốc gia Mức độ phát

triển, khối lượng nhịp độ, cơ cấu ngành chế tạo máy ảnh hưởng đến chỉ tiêu sản xuất của xã hội Đảng và Nhà nước ta cũng đã khẳng định ngành cơ khí chế tạo máy là một

trong những ngành công nghiệp mũi nhọn trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đạihoá đất nước

Nâng cao hiệu quả sản xuất, hàm lượng công nghệ, khoa học trong mỗi sảnphẩm là con đường chính để phát triển kinh tế đất nước trong những năm tới đây cũngnhư trong tương lai Vì vậy, việc áp dụng thành tựu khoa học công nghệ vào sản xuất,

sử dụng máy móc, thiết bị có năng suất cao, khả năng công nghệ đa dạng, áp dụng linhhoạt trong các hệ thống sản xuất khác nhau cũng như áp dụng những phương phápđiều khiển hiện đại trong các dây chuyền tự động hóa…là vấn đề quan trọng, cấp báchhiện nay để nước ta hướng đến một nền công nghiệp sản xuất tiên tiến, mức độ tựđộng hóa, cơ khí hóa cao, để trở thành nước công nghiệp phát triển theo hướng bềnvững

Máy CNC (Computerized Numeric Control) ra đời là một trong những thànhtựu khoa học, kỹ thuật của nhân loại và nó ngày càng được ứng dụng rộng rãi trongsản xuất Máy CNC đã góp phần không nhỏ vào việc giải quyết nhiệm vụ cấp báchhiện nay là tự động hoá quá trình sản xuất, nó được ứng dụng rộng rãi từ hệ thống sảnxuất hàng khối cho đến sản xuất đơn chiếc và các hệ thống sản xuất linh hoạt

Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam, việc nghiên cứu, chế tạo và áp dụng vào sảnxuất các máy này gặp rất nhiều hạn chế Đa phần chỉ ở các doanh nghiệp chế tạokhuôn mẫu với quy mô sản xuất lớn và các trường Đại học kỹ thuật mới sử dụng đếnmáy CNC

Máy phay CNC là một dạng của máy CNC, do đó chúng em cho ra đời máy phay CNC mini tạo chữ trong thời điểm này là hoàn toàn hợp lý Nó không những giúp

em tìm tòi nghiên cứu, am hiểu và dần dần làm chủ kiến thức lĩnh vực này trong tươnglai mà còn giúp sinh viên chuyên ngành cơ khí chế tạo máy và các ngành có liên quantrong các trường Đại học, Cao đẳng có điều kiện học tập, nghiên cứu và phát triển nó

ngày càng hoàn thiện hơn Đây chính là lý do em chọn đề tài Tốt nghiệp này.

Đà Nẵng, ngày 15 tháng 05 năm 2010

Phần B: NỘI DUNG PHẦN CƠ KHÍ

Thị trường ngày càng xuất hiện nhiều chủng loại và mẫu mã hàng hóa, thay đổithường xuyên Để giải quyết những yêu cầu về sự đa dạng này thì giải pháp máy CNC

là phù hợp

Ở Việt Nam, máy CNC đã được đưa vào sử dụng ở các xí nghiệp dân sự vàquốc phòng nhưng chưa phổ biến Gần đây, phong trào chế tạo máy CNC (HomemakeCNC) đang được nhiều bạn sinh viên cũng như kỹ sư quan tâm Tuy nhiên ở khu vựcmiền Trung còn gặp rất nhiều hạn chế Do đó, để cập nhật đựơc kiến thức về máyCNC đồng thời giúp cho các sinh viên hiểu nhiều hơn về máy CNC chính là lý do ra

đời của đề tài “Thiết kế và chế tạo máy CNC tạo chữ CNC 2D”.

Ngoài ra đề tài còn tạo cơ sở cho việc chế tạo một máy phay Mini CNC hoànchỉnh, phục cho công tác giảng dạy của trường, của khoa

Sự ra đời của đề tài còn do sự ham thích tìm hiểu về máy CNC, sự say mê tìmhiểu cách thức hoạt động, các cơ cấu bộ phận của máy CNC và đây cũng là cơ hội đểngười nghiên cứu ôn lại các kiến thức tổng quát đã được học về công nghệ chế tạomáy

2 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Vì điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị và thời gian bị còn hạn chế nên chúng

em chỉ tập trung tính toán và hoàn thành một máy CNC mini cơ bản có thể hoạt độngđược, còn rất nhiều vấn đề khác cần phải hoàn thiện thêm

Do kinh phí để chế tạo hạn hẹp nên không thể sử dụng được hết những chi tiết,

cơ cấu hiện đại, như động cơ Servo xoay chiều, hệ thống làm mát tiên, hệ thống thoátphoi

Kiến thức còn hạn chế và không chuyên về lĩnh vực chế tạo máy nên chúng emgặp rất nhiều khó khăn trong việc tiếp cận và lĩnh hội thông tin về đề tài

Về lâu dài đề còn là tài liệu tham khảo cho các sinh viên chuyên ngành chế tạomáy, là cơ sở cho việc phát triển các đề tài sau này

4 CƠ SỞ LÝ LUẬN

Như ta đã biết máy phay CNC cũng chính là một dụng cụ để cắt gọt kim loại, vìvậy ngoài phần điều khiển chúng còn có thêm một máy cắt kim loại Nói cách khácphần cơ của máy phay CNC chính là máy cắt kim loại Vì vậy việc tính toán thiết kếcác bộ phận của máy hoàn toàn dựa vào lý thuyết của môn học máy cắt kim loại, mônsức bền vật liệu, vẽ kỹ thuật Vậy cơ sở tính toán thiết kế bao gồm các chỉ tiêu sau:

- Chỉ tiêu độ bền

- Chỉ tiêu độ chính xác

- Chỉ tiêu về tính công nghệ

Để đảm bảo các chỉ tiêu trên người thiết kế dùng các phương pháp sau đây:

- Phương pháp tham khảo tài liệu: nghiên cứu, tìm cách ứng dụng các côngthức, phương trình để tính toán, kiểm tra độ bền của các chi tiết, bộ phận máy

- Phương pháp phân tích: sử dụng các kiến thức với sự trợ giúp của máy tính đểtính toán thiết kế, sử dụng các phần mềm để tính toán thiết kế Đây là phương phápcho độ chính xác tương đối cao, thời gian nhanh.

Vì vậy để quá trình thiết kế được tốt thì cần có sự dung hòa giữa hai phương pháp này

˜¯˜¯˜

- Chiếc máy phay đứng 3 trục điều khiển số của hãng Cincinnati Hydrotel đượctrưng bày tại MIT

1960’s

- Máy NC được sản xuất và sử dụng trong công nghiệp

- Các bộ điều khiển số đầu tiên dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, cồngkềnh và tiêu tốn nhiều năng lượng

- Chương trình được chứa trong các băng và bìa đục lỗ, khó hiểu và không sửachữa được

- Giao tiếp người - máy rất khó khăn vì không có màn hình, bàn phím

1970’s

- Các linh kiện bán dẫn được sử dụng phổ biến trong công nghiệp

- Máy NC gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn ít năng lượng hơn,

- Các băng đục lỗ sau này được thay bằng băng hoặc đĩa từ,

- Tính năng sử dụng của các máy NC vẫn chưa được cải thiện đáng kể, cho đếnkhi máy tính được ứng dụng

CNC = Computer Numerical Control

Đầu 1970’s, máy CNC ra đời:

- Các bộ điều khiển số trên máy công cụ được tích hợp máy tính và thuật ngữCNC ra đời.

Máy CNC ưu việt hơn máy NC thông thường về nhiều mặt

- Tốc độ xử lý cao, kết cấu gọn,

- Ưu điểm quan trọng nhất của chúng là ở tính năng sử dụng, giao diện vớingười dùng và các thiết bị ngoại vi khác

Các máy CNC ngày nay

- Có màn hình, bàn phím và nhiều thiết bị khác để trao đổi thông tin với người dùng

- Nhờ màn hình, người dùng được thông báo thường xuyên về tình trạng củamáy, cảnh báo báo lỗi và nguy hiểm có thể xảy ra, có thể mô phỏng để kiểm tra trướcquá trình gia công,

- Có thể làm việc đồng bộ với các thiết bị sản xuất khác như robot, băng tải,thiết bị đo, trong hệ thống sản xuất

- Có thể trao đổi thông tin trong mạng máy tính các loại, từ mạng cục bộ (LAN)đến mạng diện rộng (WAN) và Internet

Hiện nay máy công cụ CNC đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi vàonhiều lĩnh vực cuộc sống nhiều nước trên thế giới Cùng với sự phát triển vượt bậc củacông nghệ vi xử lý, trung tâm điều khiển của máy CNC hiện đại được điều khiển bởi

bộ vi xử lý Nhờ tốc độ xử lý của các phần tử này mà nhịp độ làm việc của các máyCNC được ghép với chúng không bị thay đổi Có thể coi sự ra đời của máy CNC làmột cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy, đó là một phần tử vô cùngquan trọng trong hệ thống sản xuất linh hoạt Nó góp phần thúc đẩy quá trình tự độnghóa nhằm dần dần thay thế vai trò của con người trong quá trình sản xuất

1.3 Những đặc điểm cơ bản của máy CNC

Khả năng tự động hoá cao

Năng suất gia công cao, thời gian phụ ( thay dao, chạy không, …) giảm

Khả năng đạt độ chính xác cao, tính ổn định cao

Có khả năng tập trung nguyên công cao, khả năng gia công nhiều bề mặt trongcùng một lần gá

So với máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (cam, cữ hành trình, trụcgài bi…) máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm được thời gianđiều chỉnh máy đạt được tính chính xác cao ngay cả với sản xuất hàng loạt nhỏ.

Một ưu điểm nổi bậc khác chỉ có trong máy CNC đó là phương thức làm việcvới hệ thống xử lý thông tin “điện tử – số hóa” Phương thức này cho phép nối ghépvới hệ thống xử lý số trong phạm vi quản lý xí nghiệp Đồng thời cũng tạo điều kiệncho việc ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên kết cục bộ( LAN) hay mạng liên thông (WAN)

Máy công cụ CNC tuy có được nhiều ưu điểm so với máy vạn năng nhưng cũngcòn có nhược điểm là:

+ Không thích hợp với việc gia công những chi tiết đơn giản

+ Chi phí cho việc mua sắm trang thiết bị quá cao

+ Đòi hỏi người thợ đứng máy phải có một kiến thức tương đối rộng cả về cơ khí, lẫn điện tử khi tiến hành gia công

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY CNC

2.1 Điều khiển 2D

Với điều khiển 2D hai trục có thể điều

khiển đồng thời Do vậy các dịch chuyển của

dụng cụ có thể thực hiện theo đường thẳng và

dạng tròn trên cùng một mặt phẳng

Ví dụ: một máy phay CNC 3 trục, điều

khiển 2D,nghĩa là, các biên dạng có thể phay

theo hai trục còn trục thứ ba phải được tiến dao

đặc biệt độc lập với hai trục kia

2.2 Điều khiển 21/2 D

Điều khiển 21/2D tạo ra các chuyển

động của dụg cụ cắt trong nhiều mặt phẳng,

bằng cách nội suy chuyển đổi giữa một trong

ba mặt phẳng chính

Tất cả 3 trục được điều khiển trong

điều khiển 21/2D tuy nhiên trong mỗi mặt

phẳng luôn luôn chỉ có hai trục được điều khiển đồng thời Trục thứ ba gọi là trục tiếndao.

Tuỳ thuộc vào mặt phẳng gia công được chọn mà các trục khác nhau được điềukhiển đồng thời Do vậy, các chuyển động có thể có các mặt phẳng sau:

-Mặt phẳng X/Y

-Mặt phẳng X/Z

-Mặt phẳng Y/Z

2.3 Điều khiển 3D

Ba trục được nội suy đồng thờitrong

điều khiển 3D, nhờ đó các chuyển động của

dụng cụ cắt được thực hiện trong không

gian theo kích thước 3 chiều

Qua đó có khả năng gia công được

các biên dạng phức tạp, ví dụ như chế tạo

dao cắt, chế tạo khuôn mẫu gia công trong

một lần kẹp

Ngày nay hầu hết các máy công cụ

được điều khiển bằng 3D

3 CẤU TRÚC TỔNG THỂ MÁY CNC

Máy CNC gồm có hai phần chính như sau:

Cấu trúc tổng thể máy CNC

+ Cơ cấu điều khiển: có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình,thực hiện các biến đổi cần thiết để điều khiển được cơ cấu chấp hành và kiểm tra sựhoạt động của cơ cấu chấp hành thông qua các cảm biến liên hệ ngược Cơ cấu điềukhiển gồm: cơ cấu giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu

so sánh, cơ cấu khuếch đại, cơ cấu hành trình, cơ cấu đo vận tốc các thiết bị xuất nhậptín hiệu

3.2 Phần chấp hành

Phần chấp hành gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề từ độnghóa như cơ cấu chứa dao, cơ cấu tay máy, hệ thống bôi trơn, hệ thống hút thổi phoi,cấp phôi

Phần máy cắt kim loại là bộ phận trực tiếp tham gia vào quá trình cắt gọt để tạothành chi tiết

Phần máy cắt kim loại cũng bao gồm hộp tốc độ, hộp chạy dao thân máy, sóngtrượt, bàn máy, trục chính,… Các bộ phận này về cơ bản cũng chính là những bộ phậntrong máy vạn năng thông thường Tuy nhiên để phù hợp với quá trình điều khiển tựđộng, có độ chính xác, năng suất cao và mở rộng khả năng công nghệ của máy thìnhững bộ phận trên có những khác biệt so với máy thông thường

+ Hộp tốc độ: thường là điều chỉnh vô cấp nmin đến nmax, hoặc vô cấp trong mộtkhoảng giá trị nhất định trong hộp tốc độ

+ Hộp chạy dao: có nguồn dẫn động riêng, thông thường mỗi chuyển động chạydao được dẫn động bởi một động cơ riêng lẻ Xét về mặt cơ khí thì giữa chúng hoàntoàn độc lập với nhau Trong xích truyền động thường sử dụng các phương pháp khửkhe hở của bộ truyền vít me- đai ốc bi…

+ Thân máy được thiết kế sao cho dễ thải phoi, tưới trơn, dễ thay dao tự động,một số máy còn có thiết bị thay dao tự động hiệu chỉnh tự động khi dao bị mòn…

4 HỆ TRỤC TỌA ĐỘ TRÊN MÁY CNC

Theo tiêu chuẩn ISO, các chuyển động cắt gọt khi gia công trên máy CNC phảinằm trong hệ tọa độ Descarte theo nguyên tắc bàn tay phải:

+ Đặt ngửa bàn tay phải lên bàn máy với phương chiều các ngón tay như hình

vẽ, chiều ngón giữa là chiều trục Z, ngón trỏ là chiều trục Y, ngón cái là chiều trục X

+ Trong hệ tọa độ này có 6 chuyển động: 3 chuyển động tịnh tiến theo 3 trục và

3 chuyển động quay theo 3 trục

+ Trục Z: tương ứng với trục chính của máy CNC, có chiều dương là chiều màtheo đó khoảng cách giữa dao và chi tiết tăng dần

+ Trục X: là chuyển động tịnh tiến lớn nhất của máy CNC

Ví dụ: Trên máy phay là chuyển động dọc trục, trên máy tiện là chuyển độngtheo phương ngang Cũng tương tự như trục Z, chiều cũng là chiều làm tăng khoảngcách giữa dao và chi tiết gia công

+ Trục Y: là trục mà tự nó cùng với hai trục trên làm thành một hệ trục toạ độ

Ví dụ: trên máy phay là chuyển động chạy dao ngang Trên máy tiện không cótrục này (cho dạng chi tiết là tròn xoay)

Một lưu ý quan trọng khi xét hệ trục tọa độ của một máy CNC thì phải coi chitiết đứng yên, còn dao chuyển động theo các phương của hệ trục tọa độ

Trong quá trình làm việc, để gia công được trên máy CNC thì hệ tọa độ củamáy phải được xác định Nói cách khác vị trí của hệ tọa độ phải được xác định so vớimột số điểm cố định nào đó mà người ta gọi là điểm chuẩn

Trong một máy CNC gồm có các điểm chuẩn sau đây:

+ Chuẩn M (Machine Datum Point): là chuẩn máy Máy sẽ đo lường từ vị trínày đến vị trí khác khi làm việc.

+ Chuẩn R (Reference Point): đây là chuẩn qui định trên máy, thường là vị tríthay dao

+ Chuẩn T (Tool offset): chuẩn dao

+ W ( Work Datum Point): chuẩn chi tiết

+ P ( Program Datum Point): chuẩn thảo chương

- Vị trí và ứng dụng của các chuẩn này thể hiện ở bảng sau:

Chuẩ

n

M Không thể thay đổi

Gốc của hệ thống tọa độ máy

Dùng làm chuẩn đo lường khimáy làm việc

R

Do dao cắt không thể đi tới được điểm gốc

tọa độ máy, nên người thiết kế máy ấn định

điểm này để dao cắt có thể di chuyển tới

một cách dễ dàng

Không thể thay đổi được

Dùng để thay thế chuẩn máy,thường là vị trí thay dao khi có ổchứa dao và thay dao tự động

W Là gốc của hệ toạ độ của chi tiết gia công,

có thể thay đổi

Dùng làm gốc của hệ toạ độ làmviệc trong quá trình gia côngP

Là gốc của hệ toạ độ lập trình

Có thể thay đổi theo ý muốn của người lập

trình

Dùng làm gốc của hệ tọa độtrong quá trình soạn thảochương trình

5 PHÂN LOẠI I MÁY CNC

Máy CNC được phân thành từng nhóm dực trên một số đặc điểm của nó:

5.1 Dựa vào đặc điểm chuyển động của dao cắt: ta có hai loại máy

- Máy CNC có dao cắt đứng yên

- Máy CNC có dao cắt quay

5.2 Dựa vào đặt điểm gia công cơ bản: ta có các nhóm máy

- Máy tiện CNC

- Máy khoan-doa CNC

- Máy phay CNC

- Trung tâm gia công

6 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY PHAY CNC

6.1 Tình hình sử dụng máy CNC ở nước ta

Cho đến nay ở nước ta số lượng máy CNC được sử dụng chưa nhiều Mà phầnlớn những máy được sử dụng là máy phay CNC vì máy này có thể đảm nhận đượcnhiều công việc như gia công lỗ, rãnh, mặt phẳng, các loại mặt định hình phức tạp

Ở nước ta, máy CNC thường dùng để gia công những nguyên công khó, vì thếgiá thành để gia công tương đối cao, đây là nhược điểm cần được khắc phục

Hiện nay, một số trường đại học kỹ thuật cũng đã trang bị được một vài máyCNC phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập Mặc dù số lượng còn rất khiêm tốn

và sinh viên cũng không có nhiều cơ hội tiếp xúc

Gần đây, phong trào tự chế tạo máy CNC (Homemake CNC) đang được nhiềubạn sinh viên cũng như kỹ sư quan tâm Tuy nhiên ở khu vực miền Trung còn gặp rấtnhiều hạn chế

Máy phay CNC: ALZMETALL Baz15 ở khoa Chất l ượng cao – ĐHBK Đà Nẵng

6.2 Phân loại máy phay CNC

Tùy thuộc vào vị trí tương đối của trục chính so với các bề mặt làm việc máyngười ta phân thành hai loại:

+Máy phay CNC có trục đứng: như máy phay đứng, phay Revolve, phaykhoan, doa tọa độ một phía, hai phía, phay giường

+Máy CNC có dạng trục ngang: trục chính nằm ngang, dao cắt được đặt trên cơcấu chứa dao, cơ cấu này có thể có dạng hình mâm cặp hoặc hình băng tải Việc lấydao từ ổ chứa dao và đưa dao từ trục chính vào ổ chứa dao được thực hiện bằng cơ cấutay máy Loại CNC trục ngang có thể gia công được từ nhiều phía

6.3 Giới thiệu về một số mẫu mã máy phay CNC đang có trên thị trường

Máy CNC XK

Máy CNC thay dao bằng đầu Revolve

Loại máy phay CNC kiểu Router

˜¯˜¯˜

Chương 2

CÁC PHƯƠNG ÁN CHO MÔ HÌNH THIẾT KẾ

1 PHƯƠNG ÁN CHO CHUYỂN ĐỘNG CHẠY DAO

1.1 Phương án 1

- Trong phương án này, đầu máy thực hiện chuyển động chạy dao theo phương

Z ( Trục chính dịch chuyển theo phương Z )

- Chuyển động chạy dao theo cả hai phuơng X,Y được thực hiện bởi hai động

cơ riêng lẽ

- Đây là phương án thường được sữ dụng trong thực tế

Hình mô phỏng phương án 1

1.1.1 Ưu diểm của phương án 1

So với phương án 1 thì phương án này cần không gian đặt máy nhỏ hơn (vớimáy có cùng kích thước)

Động cơ chạy dao theo phương Z có công suất nhỏ hơn so với động cơ chạydao theo phương Z trong phương án 1( đặc biệt khi gia công những chi tiết có trọnglượng lớn)

1.1.2 Nhược điểm của phương án 1

Độ cứng vững của máy không đựơc cao

1.2.1 Ưu diểm của phương án 2

Với máy có cùng kích thước, phương án này cần không gian đặt máy nhỏhơnphương án 1, 2

Động cơ chạy dao theo các phương có công suất nhỏ, không bị ảnh hưởng bởitrọng lượng vật gia công

1.2.2 Nhược điểm của phương án 2

Độ cứng vững của máy không cao

Khó mở rộng phạm vi hoạt động của bàn máy

2 CHỌN PHƯƠNG ÁN CHO CHUYỂN ĐỘNG CHẠ Y DAO

Sau khi nghiên cứu các phương án cho mô hình, ta chọn phương án thứ 1 làmlàm phương án cho chuyển động chạy dao của mô hình vì:

- Đề tài nghiên cứu chỉ ở mức là mô hình phục vụ cho giảng dạy, học tập.

- Đảm bảo độ cứng vững cũng như kích thước đơn giản của máy

- Dễ chế tạo trên các mô hình cũ sẵn có

3 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHO MÁY

- Lượng dịch chuyển dao theo phương X: Sd = 200 mm

- Lượng dịch chuyển dao theo phương Y: Sn = 160 mm

- Lượng dịch chuyển dao theo phương Z: Sd = 40 mm

- Tốc độ trục chính 1000 vòng/phút

- Công suất của động cơ chạy dao trục chính N= 150W

˜¯˜¯˜

Chương 3

CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MÁY CNC

1 YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ CHẤP HÀNH ( ĐCCH) TRONG MÁY CNC

1.1 Vai trò của động cơ chấp hành trong máy CNC

Trong hệ thống máy CNC, ĐCCH đóng một vai trò cực kì quan trọng, đây lànguồn năng lượng thiết yếu cho sự hoạt động của máy

Mặc khác trong động cơ máy CNC, bất cứ mỗi chuyển động của máy như trụcchính, bàn xe dao, tay máy thay, bôi trơn, làm nguội đều được điều khiển bởi mộtĐCCH Nhờ đó mà kết cấu cơ khí gọn nhẹ, đơn giản

1.2 Yêu cầu kỹ thuật của động cơ chấp hành trong máy CNC

Trong máy CNC, ĐCCH thường làm việc ở dạng khởi động, dừng máy hoặcđảo chiều quay, đây là điều kiện làm việc “khắc nghiệt” của động cơ Vì vậy động cơcần có những yêu cầu sau:

– Không có hiện tượng tự quay, tự hãm khi ngắt tín hiệu điều khiển.– Đặc tính cơ và đặc tính điều khiển là phi tuyến

– Làm việc ổn định trong dãy tốc độ làm việc

– Momen khởi động lớn

– Tác động nhanh

– Công suất điều khiển nhỏ

– Dễ điều khiển vô cấp

– Dãy điều khiển tốc độ rộng

So với động cơ điện xoay chiều, động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như sau:

Dễ điều chỉnh vô cấp vì số vòng quay của động cơ được tính theo công thức sau:

1

dc E

Từ biểu thức trên ta nhận thấy, muốn điều chỉnh tốc độ động cơ ta có thể:

Thay đổi điện trở phần ứng

Thay đổi điện áp (bằng mạch chiết áp)

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi vì tiết kiệm năng lượng, không gây tổnhao công suất

Làm việc ổn định ở mọi cấp tốc độ (trong phạm vi điều khiển)

Không có hiện tượng tự quay

Khối lượng, kích thước nhỏ so với động cơ xoay chiều cùng công suất

Mặt khác động cơ một chiều có nhược điểm lớn đó là: do có chổi than nênthường xuất hiện tia lửa điện ở vùng tiếp xúc Chính vì vậy động cơ điện một chiềukhông làm việc ở những nơi dễ cháy nổ Ngoài ra tia lửa điện là tác nhân gây ra tínhiệu nhiễu, cần phải có bộ lọc nhiễu và lưới chặn

2.1.2 Phân loại động cơ điện một chiều

Theo cấu trúc động cơ điện một chiều dùng trong hệ thống CNC có thể phânthành:

Động cơ điện một chiều có kích thích độc lập hoặc bằng nam châm vĩnh cửu.Động cơ điện một chiều có phần ứng nhẵn

Động cơ điện một chiều có quán tính nhỏ

Trong các loại động cơ một chiều trên, hiện nay trên các máy công cụ CNC phổbiến vẫn dùng loại động cơ điện một chiều kích từ dùng vòng mạch từ phụ với namchâm vĩnh cửu

Sở dĩ loại động cơ này được dụng rộng rãi vì:

Tổn hao công suất điện năng nhỏ hơn loại động cơ kích từ bằng mạch ngoại lai.Lượng nhiệt tỏa ra thường nhỏ đến mức có thể qua vỏ động cơ mà truyền ramôi trường xung quanh

Đặc tính chuyển động của động cơ bước là rời rạc (trái ngược với đặc tínhchuyển động quay liên tục và trơn như các loại động cơ khác).

Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato (phần ứng) thì rôto (phần cảm)của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định gọi là bước góc

So với động cơ servo, động cơ bước có những ưu điểm sau:

Điều khiển định vị chính xác; không yêu cầu sự điều chỉnh; giá thành rẻ; cóthể làm việc trong vòng mở; có khả năng điều khiển trực tiếp bằng mạch số nên trongmạch điều khiển không cần mạch biến đổi số – tương tự (DAC); cấp mômen cao tạitốc độ thấp và mômen thấp tại tốc độ cao; chi phí bảo dưỡng thấp (do không có chổithan), rất khỏe trong mọi môi trường

Tuy nhiên nhược điểm của chúng là ồn, tiêu thụ dòng bất kể có hay không cótải, kích thước bị giới hạn và có thể bị cản trở hoặc mất định vị vị trí (mất bước) khikhông có vòng điều khiển

Lựa chọn động cơ bước, cần xem xét các tham số sau:

-Tốc độ hoạt động (bước/giây)

-Mômen xoắn

-Mômen quán tính

-Góc bước yêu cầu

-Thời gian để tăng tốc (ms)

-Thời gian để giảm tốc (ms)

-Kiểu truyền động được sử dụng.

-Kích thước và trọng lượng

Vậy bước động cơ càng nhỏ thì độ chính xác trong điều khiển càng cao.

*Phân loại:

Động cơ bước có 3 loại cơ bản:

- Nam châm vĩnh cửu (Permanent Motor)

- Từ trở thay đổi (Variable Reluctance)

- Động cơ lai (Hybrid) – kết hợp hai loại trên

2.2.2 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu (Permanent Motor)

* Cấu tạo:

Rôto sử dụng trong động cơ bước loại này gồm một nam châm vĩnh cửu hìnhtròn, lắp vào một trục thép có độ cách từ cao Rôto thường không có răng, được từ hóavĩnh cửu vuông góc với trục (ngang trục) Stato có dạng hình móng được từ hóa vớicác cực N & S xen kẽ nhau và trên các cực có quấn các cuộn dây pha Động cơ bước

PM cho góc bước rộng, từ 450 ÷ 1200, tốc độ chậm nhưng mômen khá lớn

Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu

* Nguyên lý làm việc:

Hình bên dưới trình bày động cơ bước có hai cặp cuộn pha Cuộn L1, L3 hình thành một cặp cuộn pha và L2, L4 là cặp cuộn pha thứ hai

Ta giả thiết vị trí ban đầu của động cơ như hình 2.16A

Ban đầu 4 chuyển mạch S1, S2, S3, S4 đều hở nên không có dòng qua

các cuộn dây (hình 2.16A)

Đóng chuyển mạch S1 và S3, dòng điện đi qua các cuộn dây pha L1 và L3,trường điện từ xuất hiện và rôto quay đến vị trí như trong hình 2.16B Nếu ta cứ giữnguyên như vậy thì rôto cũng sẽ đứng yên

Ngắt chuyển mạch S1 và S3, rôto ở nguyên vị trí như hình 2.16C

Đóng chuyển mạch S2 và S4 thì dòng điện, điện trường và vị trí của rôto nhưhình 2.16D

Cứ luân phiên đóng và ngắt các cặp chuyển mạch S1, S3 và S2, S4 thì rôto sẽ quaytròn theo một hướng

2.2.3 Động cơ bước có từ trở thay đổi

*Cấu tạo:

Rôto làm bằng thép non có độ dẫn từ cao và có từ trở thay đổi theo góc quay.Mỗi răng của stato và rôto gọi là một cực Mỗi pha trên stato được quấn thành haicuộn nối tiếp nhau ở vị trí xuyên tâm đối trên stato Kết cấu stato trên từng pha củađộng cơ bước biến từ trở giống với động cơ bước PM Loại động cơ này cấp gócbước nhỏ đến trung bình và có khả năng hoạt động với tốc độ chạy bước cao

Động cơ bước có từ trở thay đổi

*Nguyên lí hoạt động:

Khi cấp điện cho pha A, các cuộn A1 và A2 có cùng cực tính là cực bắc (N), từthông của hai cực này tăng dần và khép kín với rôto Cực A3 và A4 mang cực tínhnam (S), từ thông của hai cực này cũng tăng dần và khép kín với roto Đường sức từrời khỏi cực bắc A1 vào răng 1 trên rôto, sau đó tách thành 2 nhánh, nhánh thứ nhấtphát triển đến răng 3 trên rôto, qua cực nam A3 vào stato và khép kín mạch từ tại cựcbắc A1 Nhánh thứ hai phát triển đến răng 4 trên roto, sau đó qua cực A4 vào stato vàcũng khép kín mạch từ ở A1

Tương tự cho đường sức từ xuất phát từ A2

Dòng điện cấp cho cuộn pha A, ở vị trí đang khảo sát thì từ trở là nhỏ nhất, động

cơ ở điều kiện cân bằng, rôto đứng yên

Bây giờ ta ngắt điện trên cuộn pha A và cấp điện cho cuộn pha B thì ngay lúcnày từ trở trong động cơ lớn nên trục roto sẽ quay theo chiều giảm từ trở (cùng chiềukim đồng hồ) cho đến khi từ trở nhỏ nhất thì động cơ lại đứng yên ở vị trí mới

Cứ luân phiên cấp điện cho các cuộn dây A, B, C, A thì động cơ sẽ quay theo chiều kim đồng hồ Muốn động cơ quay theo chiều ngược lại thì ta đảongược thứ tự cấp điện cho các cuộn dây thành C, B, A, C

Một điểm cần lưu ý là rôto của động cơ bước biến từ trở làm bằng thép nonnên khi không có dòng điện qua các cuộn dây thì trên rôto cũng không tồn tại từ dư do

đó nó không bị hãm và quay tự do dưới tác dụng của tải Đây cũng chính là khuyết điểm của loại động cơ này.

2.2.4 Động cơ bước hỗn hợp

Về cấu tạo, nó kết hợp cả hai loại động cơ trên Thường stato có một số cực,được cấp năng lượng bởi cuộn 2 pha Rôto gồm một nam châm hình trụ, được cấpnăng lượng quanh trục

Về tính chất, nó phát huy được các ưu điểm của cả động cơ nam châm vĩnh cửu

và động cơ có từ trở thay đổi: có mômen hãm (khi ngắt điện), có mômen giữ vàmômen quay lớn, hoạt động với tốc độ cao và có số bước lớn Góc bước phụ thuộc vàokết cấu, thường từ 0,450÷ 50

Phương pháp bố trí và nối các cuộn pha trong động cơ bước biến từ trở và động

cơ lai cũng khác nhau Ở động cơ bước biến từ trở thì các cuộn pha được lắp riêng biệttrên từng đoạn stato còn ở động cơ lai thì các cuộn pha được quấn nối tiếp từ đoạnstato này sang đoạn stato kia

Hai đoạn roto của động cơ được chế tạo từ thép non và lắp chặt trên trụcnam châm vĩnh cửu nên các đoạn roto này được từ hóa tương ứng với các cực của namchâm

Cấu trúc trong động cơ lai

Trong thực tế, trên các cực ngời ta lắp 2 cuộn dây có chiều quấn ngược nhau để

có thể dễ dàng thay đổi cực tính trường điện từ

Kết cấu thực tế của động cơ lai

2.2.5 Hệ điều khiển động cơ bước

* Hệ điều khiển động cơ bước cần phải có hai chức năng:

– Cấp nguồn cho các cuộn dây theo trình tự tín hiệu vào Chức năng này được thực hiện nhờ mạch logic, mạch trình tự và phần mềm điều khiển

– Xung điện cấp cho cuộn dây phải đủ rộng Đây là yếu tố rất quan trọng đối với momen động cơ Vì vậy hệ số thời gian điện (Lm/Rm) phải lớn hơn đáng kể so vớichiều rộng xung vào

* Các cách điều khiển: có 3 cách:

– Điều khiển cả bước (Full Step)

– Điều khiển nửa bước (Half Step)

– Điều khiển vi bước (Micro Step)

2.3 Động cơ Servo

2.3.1 Khái niệm

Động cơ Servo là loại động cơ mà trong cấu tạo có mạch phản hồi để xác địnhsuất điện động được tạo ra và dựa vào đó để thay đổi thời gian đóng ngắt của trigger.Chính vì vậy động cơ này thường được dùng để truyền động trong máy CNC hệ kín

Động cơ Servo ngày càng được sử dụng rộng rãi trong hệ thống máy CNC vì nó

có nhiều ưu điểm sau:

Cho phép đạt được tốc độ tùy ý (trong phạm vi điều khiển)

Việc điều khiển tốc độ dễ dàng.

Kích thước và trọng lượng nhỏ so với động cơ cùng công suất

Không cần quạt gió làm mát vì lượng nhiệt tỏa ra rất nhỏ, có thể truyền qua vỏ

2.3.2 Phân loại

Theo chức năng thì động cơ Servo được phân thành 2 loại chính:

Động cơ dùng cho trục chính: loại động cơ này có công suất lớn từ vài trăm đếnhàng ngàn KW

Động cơ dùng cho điều khiển bàn máy: loại động cơ này có công suất nhỏ, độnhạy cao

Theo nguồn cung cấp thì động cơ Servo chia làm 2 loại:

AC Servo motor: dùng nguồn xoay chiều

DC Servo motor: dùng nguồn một chiều

2.3.3 Cấu tạo

a) DC Servo motor

Đây là mặt cắt ngang của động cơ DC

Servo có dòng kích từ bằng nam châm vĩnh

đó động cơ có thể dễ dàng tăng tốc, trì hoãn trong khoảng thời gian tương đối ngắn.Stator của động cơ Servo có 2 dạng như sau:

Dạng 1: phần ứng không có rãnh để đặt cuộn dây, mà cuộn dây stator được bốtrí lên bề mặt của rotor Do cách bố trí như vậy sẽ làm cho khe hở không khí giữa cốt

và lõi của phần ứng, từ đó làm tăng dòng kích cần thiết để tăng từ thông ra máy vàđồng thời làm giảm điện kháng của cuộn dây phần ứng.

Dạng 2 (như hình vẽ): loại này ở vỏ động cơ có dòng điện kích từ chạy qua.Cho nên công suất điện năng tiêu hao nhỏ hơn loại động cơ kích từ bằng mạch ngoạilai và lượng nhiệt tỏa ra nhỏ Đây là loại động cơ thường dùng trong máy công cụCNC

Bộ phận phản hồi Encoder: là một mạch điện tử và 1 đĩa mã Đĩa mã được gắn trựctiếp lên trục động cơ Đĩa mã có thể có từ 6 – 20 track, mỗi track tạo ra 1 bit nhị phântheo mã từ các lỗ trên đĩa mã

b) AC Servo motor

Rotor của AC Servo motot cũng là một ống trụ làm bằng những vật liệu không

từ tính Bao ngoài rotor là các nam châm hình bán nguyệt, có tác dụng tạo ra từ trường.Nhờ đó mà làm cho rotor có khối lượng nhỏ, giảm momen quán tính và đáp ứng yêucầu về tác động nhanh

Stator của động cơ AC Servo motor không giống như stator của động cơ khôngđồng bộ mà các rãnh của stator trên AC Servo motor có dạng rãnh xoắn (như trục vít),

để giúp cho AC Servo motor tạo ra từ trường quay và xoắn

Ngoài ra AC Servo motor cũng có Encoder làm nhiệm vụ phản hồi những thôngtin vận tốc, nhiệt độ của động cơ về trung tâm điều khiển

AC Servo motor ngày càng được dùng rộng rãi trong hệ thống máy CNC Sovới DC Servo motor thì AC Servo motor có ưu điểm là: không có chổi than vì vậykhông gây nhiễu, không cần bao

Một mức phát triển cao hơn là các động cơ Servo dòng một chiều, không dùngchổi điện, có cuộn dây stator ba pha và một rotor kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.Đây là sự kết hợp giữa ưu điểm của động cơ một chiều (dễ điều khiển, giá phải chăng)

và động cơ xoay chiều (không cần bảo dưỡng)

2.4 Động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều thường được dùng trong máy CNC là động cơ khôngđồng bộ 1 pha

Tốc độ động cơ được xác định theo biểu thức:

(v/p)f: tần số nguồn cung cấp

p: số cặp cực của động cơ

Vì vậy muốn điều khiển tốc độ động cơ có 2 cách:

- Thay đổi số cặp cực: phương pháp này sẽ không thể điều khiển vô cấp vì sốcặp cực luôn là số nguyên

- Thay đổi tần số f của nguồn cung cấp: đây là phương pháp thường được sửdụng khi muốn điều khiển vô cấp động cơ xoay chiều Tuy nhiên khi giảm hay thayđổi tần số của nguồn thì cũng cần phải thay đổi điện áp U của động cơ để đảm bảomomen giới hạn

2

2 2 gh

Lf8

UpM





So với động cơ điện một chiều thì động cơ điện xoay chiều có ưu điểm:

- Không cần chổi than vì vậy không sinh ra tia lửa điện Chính nhờ đó mà động

cơ xoay chiều không cần bảo dưỡng

- Có thể sử dụng trực tiếp lưới điện nguồn (nguồn xoay chiều)

- Dễ dàng chế tạo ra được những động cơ có công suất lớn

- Một nhược điểm lớn của động cơ xoay chiều dùng trong máy CNC đó là giáthành quá cao do phải dùng thêm bộ biến tần

3 CHỌN ĐỘNG CƠ CHO MÔ HÌNH THIẾT KẾ

3.1 Chọn loại động cơ cho truyền động trục chính của mô hình

Chọn động cơ một chiều DC Motor vì nó có những đặc điểm sau:

– Sử dụng điện áp nhỏ, an toàn cho người sử dụng

– Đa dạng và rất phong phú về chủng loại.

– Giá thành rẻ

– Mômen xoắn lớn

3.2 Chọn loại động cơ cho chuyển động chạy dao của mô hình

Chọn động cơ bước vì nó có những đặc điểm sau:

– Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác và đơn giản

– Không cần mạch phản hồi

– Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC

˜¯˜¯˜

Chương 4

THIẾT KẾ MÁY

1 SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC MÁY

1.1 Sơ đồ kết cấu dẫn động theo 3 trục X,Y và Z

1.1.1 Sơ đồ kết cấu dẫn động bàn máy theo 2 trục X, Y

Bàn máy được dẫn động bởi 2 cụm dẫn động theo 2 trục X, Y Hệ truyền động

sẽ được dẫn động từ động cơ (động cơ bước hay servo) qua nối trục làm quay bộ vít

me - đai ốc bi, biến chuyển động quay của vít me – đai ốc thành chuyển động tịnh tiếncủa bàn máy và làm cho bàn máy dịch chuyển dọc trục X hoặc Y

Hai bộ truyền vít me – đai ốc bi đặt vuông góc với nhau sẽ làm bàn máy dịch chuyểntheo mọi hướng trong mặt phẳng OXY

1.1.2 Sơ đồ kết cấu dẫn động theo trục Z

3 2

Nhờ nối trục, động cơ truyền chuyển động quay sang trục chính có lắp đầu gádao làm quay dụng cụ cắt.

2 TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CÁC ĐỘNG CƠ CHẤP HÀNH

2.1 Động cơ chấp hành trục chính

2.1.1 Ý nghĩa của việc tính toán công suất động cơ

Việc tính toán công suất động cơ có ý nghĩa quan trọng trong quá trình thiết kếmáy Đó là cơ sở cho việc xác định động học và động lực học của máy

- Chính vì vậy trong quá trình tính toán, nếu ta chọn công suất động cơ quá mứccần thiết sẽ làm cho kết cấu chi tiết lớn hơn, hệ thống công nghệ cồng kềnh hơn và làmtăng giá thành của máy

- Ngược lại, nếu ta chọn công suất động cơ nhỏ hơn yêu cầu thì công suất làmviệc của máy bị giảm máy sẽ không đáp ứng được yêu cầu đề ra

2.1.2 Tính toán công suất động cơ trục chính

- Công suất của động cơ trục chính được xác định từ thành phần lực cắt cắt tiếptuyến Pz và vận tốc cắt

- Trong đó thành phần lực cắt Pz chính lực cắt sinh ra khi ta tiến hành gia côngthô với chế độ cắt cao nhất của máy Vận tốc cắt v cũng chính là vận tốc cắt cao nhất

mà máy có thể sinh ra

- Công suất cắt của của động cơ trục chính được xác định theo công thức

* Theo nguyên lý cắt gọt kim loại ta có:

.v

P

v pv uv yv z xv m

qv

Z B S t T

D C

Qv, m, txv, uv, pv: là các hệ số, số mũ, cho trong sổ tay công nghệ chế tạo máy,hoặc các sách nói về chế độc cắt …

- Tra bảng 1-5 tài liệu [ 2 ], trang 121,áp dụng cho gia công Silumin và hợp kimnhôm đúc (HB < 65) ta có:

Kmv: ảnh hửong của vật liệu gia công đế tốc độ cắt

Kmv =1 ( đối với hợp kim nhôm đúc, bảng 5-4,tài liệu [3] )

Knv: ảnh hưởng do chất lượng phôi đến tốc độ cắt

Knv = 0,9 bảng 5-5, tài liệu [ 3 ]

Kuv: ảnh hưởng của vật liệu làm dụng cụ cắt đến tốc độ cắt

Kuv = 0,3 (Thép P18)

- Vậy Kv = 1.0,9.0,3= 0,27

- Đường kính lớn nhất của dao được gia công : D = 10

- Lượng chạy dao răng lớn nhất : Sz = 0,18 mm/r, (0,9 mm/vg)

- Số răng của dao phay : Z = 5

- Tuổi bền của dao phay ngón : T = 60( phút )

Thay vào công thức tính vận tốc cắt ta có:

Số vòng quay lớn nhất của máy:

0,45 0,33 0,3 0,2 0,1 0,1

- Chọn n = 1000 (vòng phút )

*Lực tiếp tuyến Pz sinh ra được tính như sau

- Trong đó: xp, qp, up, (p là các hệ số ảnh hưởng tới lực cắt sinh ra trong quá trình cắt gọt

Theo bảng 3-5 tài liệu [ 1 ] ( ứng với trường hợp gia công thép C bằng dao phayngón thì các hệ số trên sẽ là:

Cp = 68,2 xp = 0,86 yp = 0,72 up = 1 vp = 0 qp = 0,86

Trong đó (b = 75 kg/ cm2 ( với thép C45)

n* = 0,55

Thay vào công thức tính lực cắt ta được

Thực tế máy chỉ dùng để gia công vật liệu mềm ( Mêca, gỗ…) nên lực Pz là:

Pz = 0,125 Pz = 0,125 236,10 = 29,51 ( KG )

Vậy công suất cắt được tính như sau:

Công suất của động cơ điện là:

Với (η = 0,90 là hiệu suất của động cơ)

Vậy ta chọn động cơ có công suất khoảng Nđc = 150 W

p q

u y z

x p

D n

Z B S t C P

p p

p p p

.





1 75

75 75

55 , 0

P v

0,136

0,15( )0,90

c dc

N



  

3 ĐỘNG CƠ CHẤP HÀNH CHO CHUYỂN ĐỘNG CHẠY DAO

3.1 Động cơ chấp hành cho chuyển động chạy dao theo phương ngang Y và phương dọc X

Trong máy phay CNC, động cơ chạy dao theo 2 phương X, Y thường có cùng công suất

Công suất động cơ bước theo 2 phương X, Y được tính theo lực chạy dao Q như sau:

Q = kPx + µ(Pz + 2Py + G) [2]

Trong đó:

Px, Py, Pz: thành phần lực cắt theo các phương

G: trọng lượng của các bộ phận di động

µ: hệ số ma sát thu gọn trên sóng trượt

k: hệ số tăng lực ma sát do Px tạo ra mômen lật

Các đại lượng Px, Py, Pz không thuần nhất tỷ lệ, chúng tùy thuộc vào kiểu dao phay và chế độ gia công

Theo lý thuyết về nguyên lý cắt gọt kim loại, đối với dao phay ngón có góc xoắn từ 250 ÷ 350, tỷ lệ Px : Py : Pz như sau:

Theo [4], hệ số k & µ: k = 1,4 & ˜ = 0,2

Ở đây, trọng lượng các bộ phận di động gồm: rãnh chữ T, 1 động cơ bước, máng chứa phoi, 1 tấm nhôm phía trên gá cặp sống trượt (khối lượng phôi rất nhỏ nên

bỏ qua)

Ta ước lượng tổng khối lượng chúng khoảng 20 kg

Vậy lực chạy dao Q:

Q = kPx + µ(Pz + 2Py + G) = 1,4*14,755 + 0,2*( 29,51 + 2*8,853+ 20) = 34,1 kG

Công suất động cơ chạy dao được tính theo công thức:

Q: lực chạy dao (kG)

v: lượng chạy dao lớn nhất (bằng lượng chạy dao nhanh)

Chọn v = 750 mm/phút = 0,75 m/phút

η: hiệu suất của cơ cấu chạy dao, ˜ = ˜1.˜2

η1 = 1 - hiệu suất khớp nối

η2 = 0,9 - hiệu suất bộ truyền vít me – đai ốc bi

– Số bước trên 1 vòng quay: 200 bước/vòng (hay 1.80/bước)

Khi đó công suất của động cơ thõa yêu cầu

3.2 Tính công suất cho động cơ chạy dao theo trục Z

Để tính công suất cho động cơ chạy dao theo trục Z, ta tính trong trường hợp gia công lỗ đặc bằng phương pháp khoan, với lưỡi khoan có đường kính bằng đường kính của dao phay ngón dùng gia công thô trong trường hợp tính cho công suất của động cơ trục chính

Để tính công suất của động cơ chạy dao khi khoan, ta tiến hành hành tính lực dọc trục P0 và mômen xoắn M0

Tính lực dọc trục P0 theo công thức:

y

D C

( kG ) [1]



6120

.v

Q

N dc 

W kW

N dc 0 , 0047 4 , 7

9 , 0

* 6120

75 , 0

* 1 , 34







W kW

N dc 0 , 0064 6 , 4

9 , 0

* 6120

75 , 0

* 47







Trong đó :

S: lượng chạy dao khi khoan (mm/vòng)

Chọn S = 0,25 mm/vòng (theo bảng 8-3 tài liệu [1], trang 88)

D: đường kính mũi khoan, Dmax = 10 mm

Cp, q, y: là các hệ số tra ở sổ tay công nghệ chế tạo máy hoặc các sổ tay về chế

độ cắt khi gia công cơ

Tra bảng 5-32, tài liệu [1] trang 88, ta có:

KP: hệ số tính đến các yếu tố gia công thực tế, trong trường hợp này chỉ phụthuộc vào vật liệu gia công nên: KP = KMP

Tra bảng 5-10 trang 9, tập 2 sổ tay công nghệ chế tạo máy, có: KMP = 1

Thay các giá trị trên vào công thức tính lực dọc trục, ta được:

P0 9,8*101*0,250,7*137,14 kG

Tính mômen xoắn M0:

M0 được xác định theo công thức:

P y q M

d

M P

µ’: hệ số ma sát giữa trục chính và sống trượt máy khoan, chọn µ’= 0,15

d: đường kính của mũi khoan, d = 10 mm

Ta được

4201

,0

165,0

*2

*15,014,



Q

kG

Từ đó suy ra công thức động cơ chạy dao theo phương Z là:

Với:

vs: lượng chạy dao lớn nhất theo phương Z

V = Smax * nmax = 0,25 * 1000 = 250 (mm/phút) = 0,25 m/phút

η: hiệu suất cơ cấu chạy dao, η = 0,9

Thay vào công thức trên, ta có:

W kW

9,0

*6120

25,0

*42

– Số bước trên 1 vòng quay: 200 bước/vòng (hay 1.80 /bước)

4 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN VÍT ME – ĐAI ỐC BI CỦA MÁY

Tính toán cơ cấu vít me – đai ốc bi thường dùng công thức Hertz, xuất phát từđiều kiện độ bền cho tiếp xúc của vật thể lăn Chỉ tiêu chủ yếu đối với truyền động vít

5 CƠ CẤU DẪN HƯỚNG CHO CHUYỂN ĐỘNG CHẠY DAO TRỤC Z

5.1 Giới thiệu về sóng trượt

Sóng trượt là một bộ phận của thân máy, dùng để dẫn hướng cho các bộ phận diđộng của máy: bàn máy, bàn so dao, đầu Rơnvôlve

Ngoài nhiệm vụ bảo đảm khả năng di động của bộ phận máy, sóng trượt còn cónhiệm vụ truyền lực



6120

. s

Z dc

v Q

N 

a) Yêu cầu kỹ thuật của sóng trượt

Bề mặt sóng trượt cầm phải có độ chịu mòn cao, đối với máy chính xác thì độchịu mòn khoảng 0,004  0,008 (mm/năm)

Để đảm bảo khả năng chịu mài mòn, thì yêu cầu về độ cứng của sóng trượttương đối quan trọng

Sóng trượt của thân máy, trụ máy, bàn máy cần được gia công tinh bằngphương pháp cạo hoặc mài hay bằng phương pháp đánh bóng, mài nghiền

Độ phẳng cho phép của sóng trượt 0,02  0,03 mm/m

c) Kết cấu sóng trượt

Để cho các bàn máy, bàn dao có thể chuyển động theo đường thẳng nhất địnhthì tiết diện sóng trượt có thể có các hình dạng sau:

- Sóng trượt thẳng (còn gọi là sóng trượt hình chữ nhật)

Sóng trượt lăn trụ (còn gọi là sóng trượt hình tam giác)

- Sóng trượt chữ V: chủ yếu dùng cho máy bào giường, phay giường hay cácloại máy cỡ lớn với vận tốc lớn

- Sóng trượt đuôi én: Có thể chịu tải trọng từ 3 mặt, được dùng phổ biến để diđộng bàn máy, bàn dao máy tiện, tiện đứng, khoan cần, phay giường

Sóng trượt hình trụ: loại này thường dùng ở những máy có lực cắt nhỏ hoặc dùng đểnâng cần ở máy khoan cần, máy phay giường

5.2 Giới thiệu về sóng lăn

Nhằm giảm ma sát chuyển động, người ta tìm cách cải tiến sao cho ma sát trượtgiữa những mặt dẫn hướng của thân máy, bàn máy được thay thế bằng ma sát lăn

Vậy sóng lăn là loại cơ cấu dẫn hướng mà ma sát trượt được thay thế bằng masát lăn, nhờ đó nó có khả năng đảm bảo truyền động êm, độ chính xác cao với nhữngtruyền động có vận tốc bé.

Hệ số ma sát giảm khoảng 20 lần ( Khắc phục hiện tượng ‘giật cục’ ở vận tốcthấp

Tuy nhiên sóng lăn có 1 nhược điểm là giá thành cao, những bề mặt đòi hỏi giacông chính xác và việc bảo vệ cũng đòi hỏi phức tạp

Tuỳ theo cách bố trí các chi tiết lăn giữa bộ phận di động và bộ phận cố địnhngười ta phân thành 2 loại: Sóng lăn hở và sóng lăn kín

5.3 Chọn cơ cấu dẫn hướng

Trong mô hình máy phay CNC, người thiết kế quyết định chọn sóng trượt hìnhtrụ để làm bộ phận dẫn hướng cho chuyển động chạy dao theo trục Z của máy vì:+ Đảm bảo vị trí của đầu máy khi trượt lên, xuống

+ Thông dụng, dễ kiếm

+ Dễ tháo lắp, kết cấu đơn giản

Để dẫn hướng cho chuyển động chạy dao theo trục X, Y, người thiết kế quyếtđịnh chọn sóng trượt hình trụ khuyết vì:

+ Gọn nhẹ, kết cấu đơn giản

+ Thừa kế được những mô hình sẵn có

+ Ma sát nhỏ

6 CHỌN CÁC BỘ PHẬN KHÁC CỦA MÁY

6.1 Thân máy

6.1.1 Tác dụng, yêu cầu của thân máy

- Thân máy là một bộ phận cấu thành nên máy hoàn chỉnh

- Chính vì thế thân máy có kết cấu rất phức tạp với nhiều gân, gờ, lỗ được bố trítrong không gian

- Mặt khác thân máy còn là một chi tiết quan trọng của máy, độ chính xác, cứngvững của nó còn ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm việc và độ chính xác gia công

Do đó thân máy phải thõa những yêu cầu sau:

- Đảm bảo đầy đủ độ cứng vững và độ giảm chấn