Máy phay CNC là một trong những thành tựu của tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới. Nó ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo máy, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí chính xác và tự động hóa. Sự ra đời của máy CNC đã giải quyết được những nhiệm vụ cấp bách hiện nay là tự động hoá quá trình sản xuất và nhất là sản xuất hàng loạt nhỏ, sản xuất linh hoạt. Những ưu điểm nổi bật của máy CNC so với máy thông thường: Nâng cao tính tự động Nâng cao tính tập trung nguyên công Nâng cao tính chính xác và đảm bảo chất lượng gia công Nâng cao hiệu quả kinh tế Đề tài này đi sâu vào việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phay CNC nhằm ứng dụng vào giảng dạy, học tập và sản xuất một cách có hiệu quả. Mục tiêu : Có thể chế tạo được một máy CNC 3 trục đơn giản phục vụ cho sản xuất.
MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU T CHƯƠNG : TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY…………………………… 1.1 TÍNH TỐN VÀ TRA CÁC THƠNG SỐ CẮT………………………………………… 1.2.TÍNH TỐN LỰC CẮT………………………………………………………………… CHƯƠNG : TÍNH CHỌN CHO TRỤC X………………………………………… 6 2.1 TÍNH VITME BI………………………………………………………………………… 2.1.1.Sơ đồ tính vít me bi ……………………………………………………………………… 2.1.2.Thơng sơ ban đầu………………………………………………………………………… 10 2.1.3.Tính chọn trục vít………………………………………………………………………… 2.1.4.Kiểm nghiệm trục vít……………………………………………………………………… 11 2.2.TÍNH CHỌN Ổ LĂN……………………………………………………………………… 12 2.2.1.Sơ đồ tính ổ lăn…………………………………………………………………………… 12 2.2.1.Chọn sơ ổ lăn …………………………………………………………………………… 12 2.2.1.Kiểm nghiệm độ bền cho ổ lăn…………………………………………………………… 13 2.3.TÍNH CHỌN RAY DẪN HƯỚNG ……………………………………………………… 13 2.3.1.Sơ đồ tính ray dẫn hướng ………………………………………………………………… 14 2.3.1 Tính tốn lực ……………………………………………………………………………… 17 2.3.2 Chọn ray dẫn hướng ……………………………………………………………………… 17 2.4.TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ …………………………………………………………………… 20 CHƯƠNG : TÍNH CHỌN CHO TRỤC Y………………………………………… 20 3.1 TÍNH VITME BI…………………………………………………………………………… 20 3.1.1.Sơ đồ tính vít me bi ………………………………………………………………………… 21 3.1.2.Thơng sơ ban đầu…………………………………………………………………………… 21 22 3.1.3.Tính chọn trục vít………………………………………………………………………… Vũ Minh Hiếu 22 3.1.4.Kiểm nghiệm trục vít……………………………………………………………………… 25 3.2.TÍNH CHỌN Ổ LĂN……………………………………………………………………… 25 3.2.1.Sơ đồ tính ổ lăn…………………………………………………………………………… 26 3.2.1.Chọn sơ ổ lăn …………………………………………………………………………… 26 3.2.1.Kiểm nghiệm độ bền cho ổ lăn…………………………………………………………… 27 3.3.TÍNH CHỌN RAY DẪN HƯỚNG ……………………………………………………… 27 3.3.1.Sơ đồ tính ray dẫn hướng ………………………………………………………………… 31 3.3.1 Tính tốn lực ……………………………………………………………………………… 31 3.3.2 Chọn ray dẫn hướng …………………………………………………………………… 32 3.4.TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ………………………………………………………………… 33 CHƯƠNG : THÔNG SỐ KĨ THUẬT…………………………………………………… 4.1.Truc X…………………………………………………………………………………….…33 4.2.Trục Y………………………………………………………………………………….……33 34 CHƯƠNG : BẢN VẼ LẮP………………………………………………………………… 5.1.MƠ HÌNH BẢN VẼ 3D……………………………………………………………………35 5.2.BẢN VẼ LẮP ………………………………………………………………………….….35 5.3.MÔ PHỎNG LẮP BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORK 2011…………………………36 KẾT LUẬN……………………………………………………………………………………36 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………………36 Vũ Minh Hiếu LỜI NÓI ĐẦU Máy phay CNC thành tựu tiến khoa học kỹ thuật giới Nó ngày ứng dụng rộng rãi chế tạo máy, đặc biệt lĩnh vực khí xác tự động hóa Sự đời máy CNC giải nhiệm vụ cấp bách tự động hố q trình sản xuất sản xuất hàng loạt nhỏ, sản xuất linh hoạt Những ưu điểm bật máy CNC so với máy thơng thường: - Nâng cao tính tự động - Nâng cao tính tập trung ngun cơng - Nâng cao tính xác đảm bảo chất lượng gia công - Nâng cao hiệu kinh tế Đề tài sâu vào việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy phay CNC nhằm ứng dụng vào giảng dạy, học tập sản xuất cách có hiệu Mục tiêu : Có thể chế tạo máy CNC trục đơn giản phục vụ cho sản xuất Mục đích: Hiểu kĩ cơng nghệ CNC phục vụ cho trình học tập nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn Thầy: TS Nguyễn Anh Tuấn dậy em tận tình suối trình làm đồ án “ Thiếu kế hệ thống Cơ Điện Tử 1” Vũ Minh Hiếu CHƯƠNG 1: TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY 1.1 TÍNH TỐN VÀ TRA CÁC THƠNG SỐ CẮT Tính tốn thơng số cắt tính từ chế độ cắt SVT: Phay mặt đầu, lưỡi cắt , D=80mm JIS , v=100m/phút, t=1,2mm, F=900mm/phút Tốc độ tiến dao : F = S z nr ntc = S z nr F 900 v (mm / min) → Lượng chạy dao : S z = = = 0,37( mm) v 100000 D nr D 80 Chiều rộng phay B : D=(1,25-1,5) B → B=(0,67-0,8) D = 53-64 (mm) lấy B= 56 mm Điền thơng số vào trang tính tốn http://www.coroguide.com/CuttingDataModule/CDMMilling.asp Vũ Minh Hiếu → Mơ men cắt : 𝑀𝑐 = 61 𝑁𝑚 1.2 TÍNH TỐN LỰC CẮT Theo cơng thức tính lực cắt lực cắt ta có: 𝑃𝑚 = 𝑃𝑧 = 2.1000 𝑀𝑐 2.1000.61 = = 1525 𝑁 𝐷 80 Theo bảng tỷ số lực cắt phay theo tài liệu [2] trang T35 : Lực hướng kính : Py = (0,3 − 0,4)Pm ; Lấy Py = 0,35.1445 = 534 N Vậy lực lớn theo phương nằm ngang : 𝑃𝑛 = √𝑃𝑦 + 𝑃𝑧 = √5342 + 15252 = 1616 𝑁 Lực cắt theo phương z (phương thẳng đứng): 𝐹𝑚𝑧 = 𝑃𝑥 = Vũ Minh Hiếu CHƯƠNG : TÍNH CHỌN CHO TRỤC X 2.1 TÍNH VITME BI 2.1.1.Sơ đồ tính : Điều kiện làm việc Chọn chiều dài trục vít Tính chọn bước vít Khơng đảm bảo Tính hệ số tải trọng động Xác định kiểu lắp ổ lăn Tính đường kính trục vít Kiểm tra tuổi thọ làm việc Kiểm tra tải trọng tới hạn trục vít Khơng đảm bảo Chọn vít me bi Kiểm tra tốc độ quay cho phép Kiểm tra ứng suất cho phép Kết thúc Vũ Minh Hiếu 2.1.2.Thông số ban đầu : Trọng lượng phôi : W1=500 kg Trọng lượng bàn X : W2=140 kg Chiều dài làm việc : Smax=1000 mm Tốc độ dịch chuyển max : Vmax = V1 = 18m/phút = 0.3 m/s Tốc độ gia công max : V2 = 15 m/phút = 0.25 m/s Gia tốc max : a = 0.4g (m/s2) Tuổi thọ : Lt = 20000h Hệ số ma sát trượt : µ = 0.1 Tốc độ động : Nmax = 2000 rpm 2.1.3.Tính chọn trục vít • Chọn phương án lắp vòng bi đầu cố định đầu tùy chỉnh : • Chiều dài trục vít : L= Chiều dài dịch chuyển + Chiều dài ổ bi + Chiều dài vùng thoát L=1000+180+100=1280 mm ≈ 1300 mm • Chọn bước vít : Bước vít : l Vmax 18000 = = 9(mm) N max 2000 Vậy phải chọn trục vít bước vít : l >9 mm chọn l= 10 để tính tốn Vũ Minh Hiếu • Tính khả tải động : Điều kiện làm việc : Tổng khối lượng : m = 𝑊1 + 𝑊2 = 500 + 140 = 640𝑘𝑔 Chạy nhanh dần: 𝐹𝑎1 = µ𝑚𝑔 + 𝑚𝑎 = 0,1.640.9,8 + 640.0,4.9,8 = 3136𝑁 Chạy đều: 𝐹𝑎2 = µ𝑚𝑔 = 0,1.640.9,8 = 627,2𝑁 Chạy chậm dần: 𝐹𝑎3 = µ𝑚𝑔 − 𝑚𝑎 = 0,1.640.9,8 − 640.0,4.9,8 = −1881,6𝑁 Gia công: 𝐹𝑎4 = 𝐹𝑛 + µ(𝑚𝑔 + 𝐹𝑚𝑧 ) = 1616 + 0,1(640.9,8 + 0) = 2243,2𝑁 Tính Ca: 𝐶𝑎 = (60 𝑁𝑚 𝐿𝑡 )1⁄3 𝐹𝑎4 𝑓𝑤 10−2 10−2 = (60.1500.20000)1⁄3 2243,2.1,5 = 4176,6 (𝑘𝑔𝑓) 𝑔 9,8 Hệ số tải trọng : fw=1.5 chế độ trung bình theo tài liệu [1] trang 19 Vậy phải chọn Ca ≥ 4176,6 kgf • Chọn đường kính trục vit me : nL2 −7 vmax L2 −7 18000 13002 −7 dr 10 = 10 = 10 = 20,1(mm) f l f 10 15,1 Trong : Kiểu lắp ổ bi : đầu cố định đầu tùy chỉnh nên : f=15,1 theo tài liệu [1] trang 14 Vậy với : l=10 mm chọn dr > 20,1 mm • Chọn vít me bi : Từ điều kiện tải trọng Ca bước vít ta tra catalog nhà sản xuất PMI ta chọn series sau : 40-10B2-FSWC Với thông số: dr = 40 mm, l= 10 mm, Ca=5220 (kgf) 2.1.4.Kiểm nghiệm trục vít • Tuổi thọ làm việc : 𝐿𝑡 = (𝐹 𝐶𝑎 𝑚 𝑓𝑤 Vũ Minh Hiếu 5220 ) 106 60𝑛 = (228,9.1,5) 106 60.1800 = 32538(ℎ) > 20000(ℎ) → Thỏa mãn độ bền thời gian sử dụng Với: 𝐹𝑚 = 2243,2 𝑔 = 2243,2 9,8 = 228,9(𝑘𝑔𝑓), 𝑛 = 𝑉1 𝑙 = 18000 10 = 1800(𝑟𝑝𝑚) Hệ số tải trọng : fw=1.5 chế độ trung bình theo tài liệu [1] trang 19 • Tính tải trọng tới hạn trục vit : 𝜋 𝑛𝐸𝐼 𝑑𝑟 404 𝑃=𝛼 = 𝑚 10 = 10,2 103 = 15450(𝑘𝑔𝑓) > 𝐹𝑚𝑎𝑥 = 228,9(𝑘𝑔𝑓) 𝐿2 𝐿 13002 Trong : m= 10,2 lắp theo kiểu đầu cố định đầu điều chỉnh → Do vit me đảm bảo an tồn • Tốc độ quay cho phép : ncp = f dr 40 10 = 15,1 .107 = 3573( rpm) vmax = 1800( rpm) 2 L 1300 Trong đó: f=15,1 lắp theo kiểu đầu cố định đầu điều chỉnh • Kiểm tra ứng suất cho phép : 𝜎= 𝐹 𝐹𝑚𝑎𝑥 2243,2 = = = 1,79 106 (𝑁/𝑚2 ) 𝐴 𝜋𝑑𝑟 /4 𝜋(40 10−3 )2 /4 = Tmax r TL r 25.40 /1000 = = = 2, 04.106 ( N / m2 ) −7 J J 1, 48.10 Với : J = (40 /1000)4 dr = = 1, 48.10−7 (m4 ) 32 32 TL xác định sau : + Momen quán tính khối : Js = - Trục vitme : 32 D L = 25,5(kgf cm ) Với : = 7,8.10−3 (kg / cm2 ); D = 4(cm); L = 130(cm) Phần dịch chuyển : 𝐽𝑤 = 𝑊 (2𝜋) = 16,21 (𝑘𝑔 𝑐𝑚2 ) Với: 𝑊 = 𝑚 = 𝑊1 + 𝑊2 = 640(𝑘𝑔); 𝑙 = 1(𝑐𝑚) Vũ Minh Hiếu - Phần ghép nối : J c = 40( kg.cm ) - Tổng monen quán tính : 𝐽𝐿 = (𝐽𝑠 + 𝐽𝑤 + 𝐽𝑐 ) 10−4 = 817 10−5 (𝑘𝑔 𝑚2 ) + Mô men lực quay : 𝑇𝑝 = 𝑘 Mô men đặt trước : 𝐹𝑎0 𝑙 747,7.0,01 = 0,3 = 0,36(𝑁𝑚) 2𝜋 2𝜋 Trong tải trọng đặt trước : 𝐹𝑎0 = - 𝐹𝑚𝑎𝑥 = 2243,2 = 747,7𝑁 Momen phát động chạy : 𝐹 𝑙 𝑎 𝑇1 = 𝑇𝑝 + 2𝜋𝜂 = 0,36 + 627,2.0,01 2𝜋.0,9 = 1,5 (𝑁𝑚) Với : 𝐹𝑎 = 𝐹𝑎2 = 627,2𝑁; 𝜂 = 0,9; 𝑙 = 0,01𝑚 Fa = Fa = 431, 2( N ); = 0,9; l = 0,01(m) - Chạy nhanh dần: 𝑇2 = 𝑇1 + 𝜀 𝐽𝐿 =1,5 + 2463.817.10−5 = 21,6 (𝑁𝑚) Với: ε = - 2𝜋𝑎 𝑙 = 2𝜋.0,4𝑔 0,01 𝑟𝑎𝑑 = 2463 ( 𝑠2 ) Chạy gia công : 𝑇3 = 𝑇𝑝 + 𝐹𝑎4 𝑙 2243,2.0,01 = 0,36 + = 4,3 (𝑁𝑚) 2𝜋𝜂 2𝜋 0,9 Chạy chậm dần : 𝑇4 = 𝑇1 − 𝜀𝐽𝐿 = 1,5 − 2460.817 10−5 = −18,6 (𝑁𝑚) + Do momen phát động cần thiết: 𝑇𝐿 = max(𝑇𝑖 )𝑖=1…4 = 21,6 𝑁𝑚 Vậy : Vũ Minh Hiếu 10 Điều kiện làm việc : Tổng khối lượng : m = W1 + W2 = 640 + 180 = 820(Kg) Chạy nhanh dần : Fa1 = µmg + ma = 4018(N) Chạy : Fa2 = µmg = 803,6(N) Chạy chậm dần : 𝐹𝑎3 = µ𝑚𝑔 − 𝑚𝑎 = −2410,8(𝑁) Gia công : 𝐹𝑎4 = 𝐹𝑛 + µ(𝑚𝑔 + 𝐹𝑚𝑧 ) = 2420(𝑁) Tính Ca: 𝐶𝑎 = (60 𝑁𝑚 𝐿𝑡 )3 𝐹𝑚 𝑓𝑤 10−2 10−2 = (60.1500.20000)3 4018.1,2 = 5984,9(𝑁) 𝑔 9,8 Hệ số tải trọng : fw=1,2 chế độ trung bình theo tài liệu [1] trang 13 Vậy phải chọn Ca ≥ 5984,9 (kgf) • dr Chọn đường kính trục vit me : nL2 −7 vmax L2 −7 18000 13002 −7 10 = 10 = 10 = 20,1(mm) f l f 10 15,1 Trong : Kiểu lắp ổ bi : đầu cố định đầu tùy chỉnh nên : f=15,1 theo tài liệu [1] trang 14 Vậy với : l=10 mm chọn dr > 20,1 mm • Chọn vít me bi : Từ điều kiện tải trọng Ca bước vít ta tra catalog nhà sản xuất PMI ta chọn series sau : 45-10B3-FDWC Với dr = 38,05 mm, l= 10 mm, Ca=7760 kgf 2.1.4.Kiểm nghiệm trục vít • Tuổi thọ làm việc : 𝐶𝑎 7760 ) 10 ) 106 𝐿𝑡 = ( =( = 36330(ℎ) > 20000(ℎ) 𝐹𝑚 𝑓𝑤 60𝑛 410.1,2 60.1800 → Thỏa mãn độ bền thời gian sử dụng Vũ Minh Hiếu 21 Với : 𝐹𝑚 = 4018 𝑔 = 410(𝑘𝑔𝑓), 𝑛 = 1800 𝑟𝑝𝑚 Fm = 3203 / g = 327(kgf ), n = 1800(rpm) Hệ số tải trọng : fw=1,2 chế độ trung bình theo tài liệu [1] trang 13 • Tính tải trọng tới hạn trục vit : 𝑃=𝛼 𝜋 𝑛𝐸𝐼 𝑑𝑟 38,054 = 𝑚 10 = 10,2 10 = 12651 (𝑘𝑔𝑓) > 𝐹𝑚 = 410 𝑘𝑔𝑓 𝐿2 𝐿2 13002 Trong : m= 10,2 lắp theo kiểu đầu cố định đầu điều chỉnh theo tài liệu [1] trang 13 → Do vit me đảm bảo an tồn • Tốc độ quay cho phép : 𝑛𝑐𝑝 = 𝑓 • 𝑑𝑟 38,05 10 = 15,1 10 = 3400 (𝑟𝑝𝑚) > 𝑛𝑚𝑎𝑥 = 1800 𝑟𝑝𝑚 𝐿 13002 Kiểm tra ứng suất cho phép : 𝜎= 𝐹 𝐹𝑚𝑎𝑥 4018 = = = 3,54 106 (𝑁𝑚) 𝐴 𝜋𝑑𝑟 /4 𝜋 (38,05 10−3 )2 /4 𝜏= 𝑇𝑚𝑎𝑥 𝑟 𝑇𝐿 𝑟 27.40/1000 𝑁 = = = 5,3 10 ( ) 𝐽 𝐽 2,05.10−7 𝑚2 1 38,05 Với : Với 𝐽 = 32 𝜋𝑑𝑟 = 32 𝜋( 1000 )4 = 2,05 10−7 (𝑚4 ) TL xác định sau : + Momen quán tính khối : 𝐽𝑠 = - Trục vitme : 𝜋𝜌 32 𝑘𝑔 𝐷4 𝐿 = 40,8(𝑘𝑔𝑓 𝑐𝑚2 ) Với: 𝜌 = 7,8.10−3 (𝑐𝑚2 ) ; 𝐷 = 4,5 𝑐𝑚; 𝐿 = 130 𝑐𝑚 Phần dịch chuyển : 𝑙 𝐽𝑊 = 𝑊(2𝜋)2 = 20,8 (𝑘𝑔 𝑐𝑚2 ) Với : 𝑊 = 820(𝑘𝑔); 𝑙 = 1(𝑐m) - Phần ghép nối : Vũ Minh Hiếu 22 J c = 40( kg.cm ) - Tổng monen quán tính : 𝐽𝐿 = (𝐽𝑆 + 𝐽𝑊 + 𝐽𝐶 ) 10−4 = 1016.10−5 (𝑘𝑔 𝑚2 ) + Mô men lực quay : 𝑇𝑃 = 𝑘 Mô men đặt trước : 𝐹𝑎0 𝑙 1339,3.0,01 = 0,3 = 0,64(𝑁𝑚) 𝜋 2𝜋 Trong tải trọng đặt trước : 𝐹𝑎0 = - 𝐹𝑚𝑎𝑥 = 4018 = 1339,3(𝑁) Momen phát động chạy : 𝑇1 = 𝑇𝑃 + 𝐹𝑎 𝑙 803,6.0,01 = 0,64 + = 2,06 (𝑁𝑚) 2𝜋η 2𝜋 0,9 Với : 𝐹𝑎 = 𝐹𝑎2 = 803,6N; 𝜂 = 0,9; 𝑙 = 0,01(𝑚) - Chạy nhanh dần : 𝑇2 = (𝑇1 + 𝜀𝐽𝐿 ) =2,06 + 2460 1016.10−5 = 27(𝑁𝑚) Với : = - 2 a 2 0, g = = 2460(rad / s ) l 0, 01 Chạy gia công : 𝐹 𝑙 𝑎4 𝑇3 = 𝑇𝑃 + 2𝜋η = 0,64 + 2420.0,01 2𝜋.0,9 = 4,9(𝑁𝑚) Chạy chậm dần : 𝑇4 = 𝑇1 − 𝜀𝐽𝐿 = 2,06 − 2460 1016.10−5 = −23(𝑁𝑚) + Do momen phát động cần thiết : TL = max(Ti )i =1 = 27( Nm) Vậy : 𝜎𝑚𝑎𝑥 = √𝜎 + 𝜏 = 6,4 106 (𝑁/𝑚2 ) < [𝜎] = 1,1 108 𝑁/𝑚2 → Trục vít đủ bền 2.2.TÍNH CHỌN Ổ LĂN 2.2.1.Sơ đồ tính Vũ Minh Hiếu 23 Điều kiện làm việc Chọn sơ ổ lăn Kiểm nghiệm khả tải động Kiểm nghiệm khả tải tĩnh Kết thúc 2.2.2.Thông số đầu vào Fat = Fmax = 4018 (N) Fr nhỏ lực hướng tâm ray dẫn hướng chịu lực Lh=20000(h) Nhiệt độ làm việc 1050C Fat Sơ đồ lắp ổ Bi cho trục vit me bi 2.2.3.Chọn sơ ổ lăn Chọn ổ bi chặn có ký hiệu : 8309 d=45 mm ; D= 85 mm ; H=28mm ; r = 1,5 mm ; C=59,2kN ; 𝐶0 = 133,0 kN Chọn ổ đỡ chặn có kí hiệu : 1000907 d= 35mm ; D=55 mm; B=10mm ; r =1,0 mm; C=8,16 kN; 𝐶0 = 5,76 kN Vũ Minh Hiếu 24 2.2.4.Kiểm nghiệm độ bền cho ổ lăn a Tính cho ổ chặn - Kiểm nghiệm khả tải động : Tải trọng quy ước : 𝑄 = (0,5𝑋𝑉𝐹𝑟 + 𝑌𝐹𝑎 )𝑘𝑡 𝑘𝑑 Trong đó: 𝑘𝑡 : Hệ số ảnh hưởng đến nhiệt độ Khi θ < 1050 𝐶 𝑘𝑡 =1 2050 C > θ > 1050 C 𝑘𝑡 = (108+0,4𝜃) /150 Ở lấy 𝑘𝑡 = 𝑘𝑑 : Hệ số tải trọng động tra theo bảng 11.3 T215 tài liệu [2], ta 𝑘𝑑 = Theo bảng 11.4 tài liệu [2] trang 216 Ổ bi chặn ta có : X=0,Y=1 Tổng hợp lực dọc trục : 𝐹𝑎 = 0,5𝐹𝑟 𝑒 + 𝐹𝑎𝑡 Theo tài liệu [2] mục 11.5a trang 219 Do Fr bỏ qua nên : 𝐹𝑎 = 𝐹𝑎𝑡 = 4018𝑁 Nên : 𝑄 = 𝑌𝐹𝑎𝑡 𝑘𝑡 𝑘𝑑 = 1.4018.1.1 = 4018(𝑁) = 4(𝑘𝑁) Tuổi thọ tính theo triệu vịng : 𝐿= 60 𝑁 𝐿𝑡 60.1500.20000 = = 1800(𝑡𝑟𝑖ệ𝑢 𝑣ò𝑛𝑔) 106 106 𝐶𝑑 = 𝑄 𝐿1/3 = 18001/3 = 48,7(𝑘𝑁) < 𝐶 = 59,2(𝑘𝑁) → Đảm bảo khả tải động - Kiểm nghiệm khả tải tỉnh : Qt = X Fr + Y0 Fa Tra bảng : 11.6 T221 với ổ bi đỡ chặn α=12 ta :X0 = 0,5 Y0 = 0,47 Ta : 𝑄𝑡 = 𝑋0 𝐹𝑟 + 𝑌0 𝐹𝑎 = 0,5.0 + 0,47.4018 = 1888,5𝑁 = 1,9(𝑘𝑁) < 𝐶0 = 133,0𝑘𝑁 → Đảm bảo khả tải tĩnh b.Tính cho ổ đỡ Vì lực hướng tâm nhỏ lực ray dẫn hướng lực bỏ qua ổ đỡ đủ bền Vũ Minh Hiếu 25 2.3.TÍNH CHỌN RAY DẪN HƯỚNG 2.3.1.Sơ đồ tính Điều kiện làm việc Tính tốn lực theo mơ hình làm việc Tính khả tải tĩnh giới hạn Tính khả tải động giới hạn Chọn ray dẫn hướng Kết thúc 2.3.2.Thông số đầu vào Khối lượng : m1= 640 kg ; m2 = 180 kg Vận tốc : v = 0,3 (m/s) Các giai đoạn : t1 = v 0,3 = = 0, 076( s ) a1 0, 4.9,8 a1t1 = 0, 0115(m) v 0,3 t3 = = = 0, 076( s ) a3 0, 4.9,8 X1 = X = X = 0, 0115(m) X 0,977 = = 3, 26( s ) v 0,3 X = S max − X − X = 0,977(m) t2 = t = t +t2 + t3 = 3, 4( s ) Gia tốc Hiếu : a1 = 3,92 m/s2 ; a3 = 3,92 m/s2 Vũ Minh 26 Tổng chiều dài dịch chuyển : ls = 1000 (mm) Các đoạn di chuyển : l1 = 496 mm; l2 = 506 mm; l3 = 135 mm; l4 = 60 mm; l5 = 100mm; l6 = 350mm 2.3.3.Tính tốn lực • - Tính lực riêng rẽ : Chuyển động , lực hướng kính Pn : P1 = m1 g m1 gl3 m1 gl4 m2 g − + + = 1527,3(N) 2l1 2l2 P3 = m1 g m1 gl3 m1 gl4 m2 g + − + = 2490,7(N) 2l1 2l2 P2 = m1 g m1 gl3 m1 gl4 m2 g + + + = 3234,4 (N) 2l1 2l2 P4 = m1 g m1 gl3 m1 gl4 m2 g − − + = 783,6(N) 2l1 2l2 - Chuyển động tăng tốc sang trái , lực Pnla1 Pla 1 = P1 − m1a1l6 m1a1l5 − = 389,2 (N) 2l1 2l1 P3la1 = P3 + m1a1l6 m1a1l5 + = 3628,8 (N) 2l1 2l1 P2la1 = P2 + m1a1l6 m1a1l5 + = 4372,5 (N) 2l1 2l1 P4la1 = P4 − m1a1l6 m1a1l5 − = -354,5 (N) 2l1 2l1 Tải phụ Pnt1a1 : Pt1la1 = − m1a1l4 = -151,7 (N) 2l1 𝑃𝑡2 𝑙𝑎1 = - 𝑚1 𝑎1 𝑙4 2𝑙1 Pt3la1 = m1a1l4 = 151,7(N) 2l1 Pt4la1 = − = 151,7(N) m1a1l4 = -151,7(N) 2l1 Chuyển động giảm tốc sang trái Pla = P1 + m1a3l6 m1a3l5 + = 2665,4 (N) 2l1 2l1 𝑃2 𝑙𝑎3 = 𝑃2 − 𝑚1 𝑎3 𝑙6 2𝑙1 − 𝑚2 𝑎3 𝑙5 2𝑙1 = 1352,6(N) 𝑃3 𝑙𝑎3 = 𝑃3 − 𝑃4 𝑙𝑎3 = 𝑃4 + 𝑚1 𝑎3 𝑙6 2𝑙1 𝑚1 𝑎3 𝑙6 2𝑙1 − + 𝑚2 𝑎3 𝑙5 2𝑙1 𝑚2 𝑎3 𝑙5 2𝑙1 = 2096,3(N) = 1921,7(N) Tải phụ Pn t1la3 : Vũ Minh Hiếu 27 Pt1la3 = m1a3l4 = 151,7 (N) 2l1 Pt2la3 = − - m1a3l4 = -151,7 (N) 2l1 𝑃𝑡3 𝑙𝑎3 = 𝑚1 𝑎3 𝑙4 2𝑙1 𝑃𝑡1 𝑙𝑎3 = − = 151,7(N) 𝑚1 𝑎3 𝑙4 2𝑙1 = -151,7 (N) Chuyển động tăng tốc sang phải Pn ra1 : Pra 1 = P1 + m1a1l6 m2 a1l5 = 2483,6(N) + 2l1 2l1 P2 ra1 = P2 − m1a1l6 m2 a1l5 − = 1534,4 (N) 2l1 2l1 P3 ra1 = P3 − m1a1l6 m2 a1l5 = 2278,1(N) − 2l1 2l1 P4 ra1 = P4 + m1a1l6 m2 a1l5 + = 1739,9(N) 2l1 2l1 Tải phụ Ptn ra1 : Pt1ra1 = m1a1l4 = 151,7 (N) 2l1 Pt2 ra1 = − - m1a1l4 = -151,7(N) 2l1 Pt3 ra1 = − Pt4 ra1 = m1a1l4 = -151,7 (N) 2l1 m1a1l4 = 151,7 (N) 2l1 Chuyển động giảm tốc sang phải Pn ra3 : Pra = P1 − m1a3l6 m1a3l5 − = 389,2 (N) 2l1 2l1 P3 ra3 = P3 + m1a3l6 m1a3l5 + = 3628,8 (N) 2l1 2l1 P2 ra3 = P2 + m1a3l6 m1a3l5 = 4372,5 (N) + 2l1 2l1 P4 ra3 = P4 − m1a3l6 m1a3l5 = -354,5(N) − 2l1 2l1 Ptn ra1 : Tải phụ Pt1ra3 = − Pt2 ra3 = • - m1a3l4 = -151,7 (N) 2l1 m1a3l4 = 151,7 (N) 2l1 Pt3 ra3 = m1a3l4 = 151,7(N) 2l1 Pt4 ra3 = − m1a3l4 = -151,7 (N) 2l1 Tính tốn tải tương đương : Khi chuyển động : PE1 = P1 = 1527,3(N) Vũ Minh Hiếu PE = P3 = 2490,2(N) 28 PE = P2 = 3234,4(N) - PE = P4 = 783,6(N) Tăng tốc sang trái : PE1la1 = Pla 1 + Pt1la1 = 540,9 (N) PE 3la1 = Pla + Pt3la1 = 3780,5 (N) PE 2la1 = P2la1 + Pt2la1 = 4524,2 (N) PE 4la1 = P4la1 + Pt4la1 = 506,2 (N) - Giảm tốc sang trái : PE1la3 = Pla + Pt1la3 = 2817,1 (N) PE 3la3 = Pla 3 + Pt3la3 = 2248 (N) PE 2la3 = P2la3 + Pt2la3 = 1504,3 (N) PE 4la3 = P4la3 + Pt4la3 = 2073,4 (N) - Tăng tốc sang phải : PE1ra1 = Pra 1 + Pt1ra1 = 2635,3 (N) PE ra1 = P2 ra1 + Pt2 ra1 = 1686,1 (N) PE 3ra1 = P3ra1 + Pt3ra1 = 2429,8 (N) PE ra1 = P4 ra1 + Pt4 ra1 = 1891,6 (N) Giảm tốc sang phải : PE1ra3 = Pra + Pt1ra3 = 540,9 (N) PE ra3 = P2 ra3 + Pt2 ra3 = 34524,2 (N) • PE 3ra3 = P3ra3 + Pt3ra3 = 3780,5 (N) PE 4la3 = P4la3 + Pt4la3 = 506,2 (N) Tính tải trọng trung bình : 𝑋 +𝑃 𝑙𝑎 𝑋 +𝑃 𝑟𝑎 𝑋 +𝑃 𝑋 +𝑃 𝑟𝑎 𝑋 𝑃𝐸1 𝑙𝑎13 𝑋1 +𝑃𝐸1 𝐸1 3 𝐸1 1 𝐸1 3 𝐸1 • 𝑃𝑚1 = √ • 𝑃𝑚2 = √ • • 2𝑙𝑆 𝑋 +𝑃 𝑙𝑎 𝑋 +𝑃 𝑟𝑎 𝑋 +𝑃 𝑋 +𝑃 𝑟𝑎 𝑋 𝑃𝐸2 𝑙𝑎13 𝑋1 +𝑃𝐸2 𝐸2 3 𝐸2 1 𝐸2 3 𝐸2 2𝑙𝑆 𝑋 +𝑃 𝑙𝑎 𝑋 +𝑃 𝑟𝑎 𝑋 +𝑃 𝑋 +𝑃 𝑟𝑎 𝑋 𝑃𝐸3 𝑙𝑎13 𝑋1 +𝑃𝐸3 𝐸3 3 𝐸3 1 𝐸3 3 𝐸3 𝑃𝑚3 = √ 𝑃𝑚4 = √ 2𝑙𝑆 𝑋 +𝑃 𝑙𝑎 𝑋 +𝑃 𝑟𝑎 𝑋 +𝑃3 𝑋 +𝑃 𝑟𝑎 𝑋 𝑃𝐸4 𝑙𝑎13 𝑋1 +𝑃𝐸4 𝐸4 3 41 1 𝐸4 3 𝐸4 2𝑙𝑆 = 1549 (𝑁) = 3245 (𝑁) = 2512,7 (𝑁) = 825,1 (𝑁) 2.3.4.Tính chọn ray dẫn hướng Vũ Minh Hiếu 29 • Tính hệ số an tồn tĩnh : 𝐶 𝑓𝑠 = 𝑃𝑡𝑑0 = 𝑃 𝑚𝑎𝑥 𝐶0 𝐸2 𝑙𝑎1 𝐶 = 4524,2 Với máy công cụ theo tài liệu [1] trang 35 hệ số an toàn thấp : f s 2,5 Vậy điều kiện tải trọng tĩnh : 𝐶𝑂 ≥ 4524,2 𝑓𝑆 = 4524,2.2,5 = 11310,5 (𝑁) = 11,3 (𝑘𝑁) • Tính tuổi thọ danh nghĩa băng trượt ray dẫn hướng: C Li = 50 L(km) f w Pmi Với tuổi thọ danh nghĩa tính theo km : L= Lh 2ls n.60 20000.2.1.8,8.60 = = 21120(km) 103 103 Trong n tốc độ vịng để thực chu trình hành trình hoàn chỉnh : n= 60 60 = = 8,8(ct / min) 2t 2.3, Vậy : 𝐶 ≥ 𝑓𝑤 𝑃𝑚𝑖 √ 21120 𝐿 𝐿 = 𝑓𝑤 𝑃𝑚2 √ = 1,2.3245 √ = 29217 (𝑁) = 29,2 (𝑘𝑁) 50 50 50 Từ điều kiện tải trọng tĩnh tải trọng động ta tra catalog nhà sản xuất PMI chọn series : MSA 30A Với thông số : Hệ số tải động : C = 39,2 (kN); Hệ số tải tĩnh : 𝐶𝑂 = 57,8(kN) 3.4.TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ → Chọn động secvo điều khiển quỹ đạo cho trục Y : • Momen ma sát : Vũ Minh Hiếu 30 𝑀𝑓𝑟𝑖𝑐 = • M wz = • 𝑚𝑔𝜇ℎcos(𝛼) 820.9,8.0,1.0,01 cos (0) = = 1,42 (𝑁𝑚) 2𝜋𝑖𝜂 2.3,14.1.0,9 Momen thắng lực kết cấu : mgh cos( ) = Vì : β =90 2 i Tính momen máy : 𝑀𝑚𝑎𝑐ℎ = • 𝐹𝑚𝑎𝑥 ℎ 4018.0,01 = = 7,1 (𝑁𝑚) 2𝜋𝑖𝜂 2.3,14.1.0,9 Tính monen tĩnh : 𝑀𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 𝑀𝑓𝑟𝑖𝑐 + 𝑀𝑤𝑧 + 𝑀𝑚𝑎𝑐ℎ = 8,52 (𝑁𝑚) • 𝑛= Tốc độ quay motor : 𝑣𝑚𝑎𝑥 𝑖 18000.1 = = 1800 (𝑣/𝑝ℎ) ℎ 10 Dựa vào momen tĩnh tốc độ motor Chọn động : AM1150A hãng ANILAM có Momen khởi động 9.0(Nm) tốc độ quay lớn : Vmax= 3000 v/min Đồng thời chọn inventer SA301A hãng ANILAM có : I Ninverter = 7,5( A) I 0.Motor = 7, 2( A) Vũ Minh Hiếu 31 CHƯƠNG : THÔNG SỐ KĨ THUẬT 4.1.Trục X : - Chọn vitme bi số hiệu : 40-10B2-FSWC Chọn ổ lăn : Chọn ổ bi chặn có ký hiệu : 8307 d=35 mm ; D= 68 mm ; H=24mm ; r1= 0,5 mm ; C=40,8kN ; C0=85 kN Chọn ổ đỡ có kí hiệu : 1000906 ; d= 30mm ; D=27 mm; B=9mm ; r=0,5 mm; C=5,59 kN; C0=4,06 kN - Chọn ray dẫn hướng : MSA 20LA Chọn động AM1150A Chọn Inventer SA301A 4.1.Trục Y : - Chọn vitme bi số hiệu : 45-10B3-FDWC Chọn ổ lăn : Chọn ổ bi chặn có ký hiệu : 8309 d=45 mm ; D= 85 mm ; H=28mm ; r = 1,5 mm ; C=59,2kN ; 𝐶0 = 133,0 kN Chọn ổ đỡ có kí hiệu : 1000907 d= 35mm ; D=55 mm; B=10mm ; r =1,0 mm; C=8,16 kN; 𝐶0 = 5,76 kN - Chọn ray dẫn hướng : MSA 30A Chọn động AM1150A Chọn Inventer SA301A Vũ Minh Hiếu 32 CHƯƠNG : BẢN VẼ LẮP 4.1.MƠ HÌNH BẢN VẼ 3D • Thiết kế mơ hình 3D Sử dụng phần Part design solidwork để thiết kế phần sau : - Bệ máy - Bàn máy - Bàn Y - Hệ thống ray dẫn hướng ,vit me bi phần đỡ ổ bi - Sử dụng thư viện ổ bi ốc vit • Tạo vẽ 2D Sử dụng phần Drawing solidwork để tạo vẽ 2D từ mơ hình vẽ 3D 4.2.BẢN VẼ LẮP • Tạo vẽ lắp Sử dụng phần Assembly solidwork để tạo vẽ lắp từ mơ hình vẽ 3D 4.3.MƠ PHỎNG LẮP BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORK 2011 • Tạo video mơ lắp Sử dụng phần Motion Study solidwork tạo video lắp để tăng trực quan xác lắp ráp góp phần trợ giúp cho cơng nhân lắp ráp xác dễ dàng Vũ Minh Hiếu 33 KẾT LUẬN Với mục tiêu tính tốn thiết kế phần dẫn động cho máy CNC phần quan trọng máy CNC Đề tài sâu vào tính tốn thiết kế chi tiết phần dẫn động máyCNC lĩnh vực điện tử lĩnh vực quan trọng thời kì Từ đồ án giúp em hiểu nhiều vấn đề : - Các bước trình tự tính tốn thiết kế hệ thống Giúp em hoàn thiện khả tổng hợp kiến thức môn học vào đồ án cụ thể Xây dựng Project hoàn thiện thiết kế công cụ phần mềm solidwork, autocad,maple… Qua đồ án giúp em hình dung cách tổng thể cơng nghệ CNC Hình thành cho em tổng quan nghành điện tử mà lĩnh vực CNC lĩnh vực quan trọng Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Anh Tuấn tận tình dẫn cho em suốt thời gian thực đề tài ! Vũ Minh Hiếu 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Hướng dẫn thiết kế hệ thống dẫn hướng dùng cho máy CNC - Bộ môn GCVL DCCN Hướng dẫn thiết kế hệ thống dẫn động khí tập – Trịnh Chất, Lê văn Uyển 3.Catolog hãng ANILAM – Inverter Systems and Motors Catolog hãng PMI – Linear Motion System 6.Chi tiết máy – Nguyễn Trọng Hiệp 7.Sức bền vật liệu – Thái Thế Hùng Sổ tay công nghệ chế tạo máy - Nguyễn Đắc Lộc, Ninh Đức Tốn 9.Dung sai lắp ghép – Ninh Đức Tốn 10.Tập vẻ lắp – Bộ mơn Hình Họa Vẽ Kĩ Thuật ĐHBKHN 11.Hướng dẫn sử dụng solidwork 2008 – Nguyễn Trọng Hữu 12.Maple tốn ứng dụng – Phạm Minh Hồng Vũ Minh Hiếu 35 ... Vũ Minh Hiếu 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Hướng dẫn thiết kế hệ thống dẫn hướng dùng cho máy CNC - Bộ môn GCVL DCCN Hướng dẫn thiết kế hệ thống dẫn động khí tập – Trịnh Chất, Lê văn Uyển 3.Catolog hãng... CHƯƠNG : BẢN VẼ LẮP 4.1.MƠ HÌNH BẢN VẼ 3D • Thiết kế mơ hình 3D Sử dụng phần Part design solidwork để thiết kế phần sau : - Bệ máy - Bàn máy - Bàn Y - Hệ thống ray dẫn hướng ,vit me bi phần đỡ ổ... trợ giúp cho cơng nhân lắp ráp xác dễ dàng Vũ Minh Hiếu 33 KẾT LUẬN Với mục tiêu tính tốn thiết kế phần dẫn động cho máy CNC phần quan trọng máy CNC Đề tài sâu vào tính tốn thiết kế chi tiết phần