( kèm bản vẽ 3D vs CAD ) Đồ án 1 thiết kế hệ thống dẫn hướng bàn máy CNC đề 20

Đồ án 1 thiết kế hệ thống dẫn hướng bàn máy CNC đề 20 . có đính kèm bản vẽ 3D và 2DChế độ cắt thử nghiệm: phay mặt đầu, 8 lưỡi cắt, D = 80mm, JIS, SUS440C, grade 4040, v = 100 mphút, t = 0.8 mm, F = 900 mmphút.Khối lượng lớn nhất của chi tiết gia công :M = 500 kg

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHI ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ DẪN HƯỚNG CHO BÀN MÁY CNC Họ tên sinh viên : Mã SV : Lớp : Giáo viên hướng dẫn : HÀ NỘI - 2021 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY CNC I Khái niệm máy CNC II Kết cấu khái quát máy CNC III Máy phay CNC IV Máy phay CNC gì? IV.1 Công dụng máy phay CNC: IV.2 Ưu điểm máy phay CNC: .4 IV.3 Các loại máy phay CNC .4 IV.4 Phân loại máy phay theo số trục IV.5 Máy phay CNC trục IV.6 Đối tượng chi tiết sử dụng V Máy phay CNC trục V.1 Cấu tạo máy phay CNC trục V.2 Đối tượng chi tiết sử dụng VI Máy phay CNC trục VI.1 Định nghĩa VI.2 Cấu tạo máy phay CNC trục VI.3 Lợi ích máy phay CNC trục: .10 VII Ưu điểm máy phay CNC trục trục 10 VIII Đánh giá chung: .11 IX Phân loại máy phay theo hướng trục .11 IX.1 Máy phay đứng 12 IX.2 Máy phay ngang 12 CHƯƠNG CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG 14 I Sơ đồ kết cấu động học máy phay cnc 14 II Các cấu đặc trưng máy phay điều khiển số 16 II.1 Hệ thống kẹp tháo dụng cụ tự động máy phay CNC 16 II.2 Hệ thống thay dao tự động máy phay CNC 17 II.3 Hệ thống gá kẹp chi tiết gia công 17 II.4 Băng dẫn hướng 17 II.5 Trục vit me, đai ốc 18 II.6 Các xích động máy .19 II.7 Các loại động máy cnc 19 CHƯƠNG TINH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ DẪN HƯỚNG MÁY CNC 20 I Thông số đầu vào 20 I.1 Thông số cho trước 20 I.2 Tính toán lực cắt với chế độ thử nghiệm 21 II TÍNH CHỌN VÍT ME .23 II.1 Quy trình tính tốn 24 II.2 Chọn vít me trục X .26 II.3 Tính chọn vít me Y .33 III TÍNH TỐN, CHỌN Ổ ĐỠ TRỤC X 37 III.1 Lựa chọn sơ kích thước ổ bi 38 III.2 Khả tải ổ bi 40 IV TÍNH TỐN, CHỌN Ổ ĐỠ TRỤC Y .42 IV.1 Lựa chọn sơ kích thước ổ bi 42 IV.2 Khả tải ổ bi 44 CHƯƠNG TINH TOÁN, LỰA CHỌN HỆ THỐNG RAY DẪN HƯỚNG .46 I CHỌN RAY DẪN HƯỚNG TRỤC X 46 II I.1 Các thông số đầu vào .46 I.2 Cơ sở tính tốn .47 I.3 Hệ số tải tĩnh 50 Tính chọn ray dẫn hướng bàn X,Y 56 II.1 Các điều kiện đầu : .56 II.2 Tính tốn lực riêng rẽ 58 II.3 Tính tốn tải trọng tương đương 61 II.4 Kiểm tra hệ số tải tĩnh 62 II.5 Tính tốn tải trọng trung bình .62 II.6 Tính tốn tuổi thọ danh nghĩa .63 CHƯƠNG TINH CHỌN ĐỘNG CƠ 65 I Tính chọn động cơ: .65 II I.1 Tính chọn động bàn X .65 I.2 Tính chọn động bàn Y .70 Chọn khớp nối trục 73 KẾT LUẬN 76 Tài liệu tham khảo 78 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY CNC I Khái niệm máy CNC CNC – viết tắt cho Computer Numerical Control hiểu điều khiển sớ máy tính máy móc sản xuất Sự xuất hiện máy CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản x́t cơng nghiệp Các chi tiết có bề mặt phức tạp được thực hiện dễ dàng giảm thiểu tối đa thao tác người Qua đó, chất lượng suất sản phẩm được nâng cao Máy CNC có đặc điểm vượt trội so với máy gia công khác:  Gia công được nhiều chi tiết phức tạp  Tính tự động hóa, linh hoạt cao  Ít phế phẩm  Hiệu suất cao  Giảm lượng nhân công Các loại máy CNC hiện nay:  Máy phay CNC  Máy tiện CNC  Máy Khoan tia lửa điện CNC II Kết cấu khái quát máy CNC Gồm thành phấn là: Phần điều khiển Phấn chấp hành Các cấu điều khiển gia cơng kim loại Hệ thớng phới hợp máy tính thiết bị khác Kết cấu khái quát được mơ tả sơ đồ: 1|Page Hình 1.1: Kết cấu khái quát máy CNC Máy gồm phần chính: phần điều khiển phần chấp hành:  Phần điều khiển: Gồm chương trình điều khiển cấu điều khiển Chương trình điều khiển: tập hợp tín hiệu (các lệnh) để điều khiển máy, được mã hóa dưới dạng chữ cái, chữ số số ký hiệu khác dấu cộng, dấu trừ, Tập lệnh (chương trình) được ghi lên cấu mang chương trình dưới dạng mã băng đục lỗ hay nhớ máy tính… Các cấu điều khiển: nhận tín hiệu từ cấu đọc chương trình, thực hiện phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra hoạt động cấu chấp hành thông qua cảm biến…  Phần chấp hành: Gồm cấu gia công kim loại số cấu phục vụ vấn đề tự động hóa cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, …Cũng máy cắt gọt kim loại khác, phận trực tiếp tham gia cắt gọt kim loại để thành chi tiêt Tùy theo khả công nghệ máy mà máy có: thân máy, bàn máy, trục chính, kết cấu được thiết kế với đặc điểm đáp ứng được yêu cầu trình 2|Page điều khiển tự động máy, ví dụ phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý dễ thải phoi bôi trơn, … III Máy phay CNC IV Máy phay CNC gì? Máy phay CNC loại máy móc gia cơng khí thơng dụng tại cơng xưởng, từ quy mơ nhỏ đến quy mơ lớn tồn q́c Máy được áp dụng công nghệ hiện đại CNC (Computer Numerical Control) – điều khiển tự động máy tính thơng minh Hình 1.2: Máy Phay CNC Trục IV.1 Cơng dụng máy phay CNC: - Công dụng chủ yếu máy phay dùng để phay, cắt gọt, khoan, … cách tỉ mỉ xác - Máy phay CNC có khả cắt gọt nhiều chi tiết máy khác cắt gọt được nhiều chi tiết lúc đảm bảo được chất lượng sản phẩm 3|Page - Ngồi ra, máy có cơng dụng để đo khoảng cách với độ xác cao IV.2 Ưu điểm máy phay CNC: - Máy phay CNC có tớc độ cắt nhanh độ xác rất cao Điều giúp cho việc gia cơng tiết kiệm được thời gian - Dao cắt máy phay CNC cắt được đường thẳng, ngang, trịn, di chuyển đa dạng nên cắt được nhiều chi tiết đa dạng khác nhau, từ đơn giản đến phức tạo - -Có thể hoạt động cách liên tục mà đảm bảo được độ xác IV.3 Các loại máy phay CNC Trên thị trường hiện có nhiều loại máy phay khác với hình dáng, kiểu mẫu, chức khác Nhìn chung, loại máy phay thường được chia thành nhóm với cấu tạo thiết kế khác nhau: - Nhóm 1: Theo sớ trục máy phay có loại máy phay trục, trục nhiều Các máy linh hoạt có sớ trục nhiều - Nhóm 2: Được chia theo hướng trục đứng ngang Trục máy phay chuyển động lên x́ng gọi máy phay đứng Trục chuyển động vào được gọi máy phay ngang - Nhóm 3: Máy phay có thay dao khơng có Cơng nghệ ngày phát triển nên ngày phát minh, chế tạo được nhiều loại máy phay khác với linh hoạt tính vượt trội nhắm hỗ trợ cho công việc IV.4 Phân loại máy phay theo số trục Vậy trục máy phay gì? Có thể nói máy phay CNC vận hành gia công vật liệu nhờ vào phần trục máy Thông thường, máy phay CNC có nhất trục trục được gọi X, Y Z Mỗi trục thực hiện việc gia công theo hướng khác nhau, trục X hướng dọc, trục Y hướng ngang trục Z độ sâu Khi lắp đặt vật liệu cố định bàn máy phay dao cắt trục, người dùng vận hành máy để di chuyển trục tới phần vật liệu cần xử lý Hiện nay, máy phay 4|Page CNC thơng dụng có trục có loại máy phay khác với sớ trục nhiều trục, trục, … Dựa vào vẽ gia công, doanh nghiệp chọn loại máy phay với sớ lượng trục thích hợp Máy phay CNC nhiều trục gia cơng, sản phẩm hoàn thiện đạt độ sâu độ chi tiết cao Với loại máy phay nhiều trục, đặc biệt trục, trục lại được đặt tên A B Trục A quay quanh trục X trục B quay quanh trục Y IV.5 Máy phay CNC trục  Định nghĩa - Sớ lượng trục máy phay CNC thơng sớ xác định hoạt động phay mà máy làm, mức độ phức tạp tối đa chi tiết mà máy cắt vị trí phơi mà dụng cụ cắt thao tác - Đối với máy phay CNC trục, loại máy gồm trục X, Y, Z, trục X trục dọc, trục Y trục ngang trục Z độ sâu Khi dụng cụ cắt loại máy phay hoạt động dọc theo mặt phẳng XYZ phơi vị trí  Cấu tạo - Máy phay trục sử dụng hệ tọa độ không gian nên chiều dương trục Z chiều chạy từ chi tiết cần phay tới dụng cụ gia cơng Cịn hai trục tọa độ XY lại được xác định theo quy tắc bàn tay phải Cấu tạo máy cnc máy phay CNC trục bao gồm thành phần sau: - Trục chuyển động tịnh tiến theo trục Z, phương thẳng đứng - Bàn máy có mang đồ gá để lắp phơi, có khả chuyển động tịnh tiến theo hai trục X, Y nằm phía dưới trục - Hệ điều khiển CNC giao diện hiển thị - Bộ phận chứa dụng cụ cắt - Cơ cấu thay dao phay 5|Page Bộ phận truyền dẫn IV.6 Đối tượng chi tiết sử dụng Máy phay CNC trục cần gia công chi tiết nhỏ bên trong, thông số kỹ thuật không phức tạp khơng địi hỏi q nhiều độ sâu Máy phay trục điều khiển số được ứng dụng phổ biến nhất lĩnh vực sản xuất khí phù hợp với hoạt động phay như: Phay rãnh, biên dạng, khoan lỗ V Máy phay CNC trục Về cách hoạt động, máy phay CNC trục không khác mấy so với máy phay CNC trục Máy phay trục được trang bị thêm trục gọi trục A hỗ trợ gia công vật liệu Trục A có tác dụng gia cơng đồng tự động lật vật liệu đồng nghĩa trục A cắt vật liệu không cần thiết lúc Đa số doanh nghiệp hiện sử dụng máy phay CNC trục để khắc vật liệu cong, cắt liên tục khơng liên tục 6|Page II.5 II.6 Tính tốn tải trọng trung bình Tính tốn tuổi thọ danh nghĩa Tính toán tải trọng trung bình Bàn X Bàn Y = 1587,6 3593,1 = 1587,6 3593,1 = 1587,6 1213,7 = 1587,6 1213,7 Chọn Thời gian phục vụ tính theo là: Trong đó: - Bàn X: - Bàn Y: 60 | P a g e Bàn X Bàn Y 794712 km 160468 km 794712 km 160468 km 794712 km 4163547 km 794712 km 4163547 km Vậy hai model ray đã chọn đủ điều kiện làm việc theo yêu cầu 61 | P a g e CHƯƠNG TINH CHỌN ĐỘNG CƠ I Tính chọn động cơ: I.1 Tính chọn động bàn X Momen qn tính khới  Trên trục vit me:  Trên phần dịch chuyển:  Trên phần ghép nối: 62 | P a g e = D đường kính trục vít, l’ chiều dài nới trục Tổng momen qn tính Momen phát động Đới với trục X thời gian dành cho trình có gia tớc rất ngắn, ta tính tốn cho giai đoạn chạy (chiếm phần lớn thời gian gia công) Mô men đặt trước: Trong ∶ k = 0.3; Mơ men lực ma sát: Do đó, momen phát động cần thiết tổng momen đặt trước momen ma sát phay thô: Chọn dộng  Các thông số đầu vào - Tốc độ quay lớn nhất động cơ: nmax ≥ 2000 (vịng/phút) - Thời gian đạt tớc độ lớn nhất: 0,9s - Momen động lượng: - Bước vít me: h=10 mm =0,01 m - Hệ số ma sát μ= 0,1 - Khối lượng phần đầu dịch chuyển: m=620 kg - Góc nghiêng trục động trục vít me: = (do sử dụng phương pháp nới trục) 63 | P a g e - Tỉ số truyền: i= (do chọn phương án động nối trực tiếp với vit-me không qua truyền giảm tốc) - Hiệu suất truyền động chọn: - Lực cắt lớn nhất: Fmax= 4121,7 N = 420,2 (kgf) - Lực cắt theo phương z (phương thẳng đứng): = 0,5= 169,6 (kgf) Momen ma sát quy đổi ():  Mô men ma sát quy đổi gây trục đai ốc bi ổ bi khơng đáng kể nên bỏ qua, mô men ma sát quy đổi gây ray dẫn hướng được sử dụng để tính tốn Tính momen ma sát: Momen trọng lực quy đổi ()  Tính momen chớng trọng lực kết cấu cấu nằm ngang Tính vận tớc dài Với đường kính trục vít được chọn 50 mm, ta có:  Momen cắt quy đổi (: Tính momen máy Tính momen tĩnh Tính tớc độ quay motor: 64 | P a g e Dựa vào momen tĩnh động tốc độ motor, ta chọn loại động AM 1400C hãng ANILAM- www.anilam.com có momen khởi động 13 Nm tớc độ quay lớn nhất 2000rpm Thông số số động ANILAM Kiểm tra sơ 65 | P a g e Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt được vận tốc cực đại Thời gian cần thiết để đạt được vận tớc cực đại : Trong đó: J tổng mơ men qn tính (Momen tính tốn + momen cho động – Rotor Inertia J) TL mơ men quay hệ sớ an tồn (chọn theo kiểu ổ lắp) Thay số vào ta được: I.2 Tính chọn động bàn Y Momen quán tính khối  Trên trục vit me:  Trên phần dịch chuyển:  Trên phần ghép nối: = = 60(kgf.) D đường kính trục vít, l’ chiều dài nới trục Tổng momen quán tính = 210,6 + 21,8 + 60 = 292.4 (kgf.) Momen phát động Thời gian dành cho q trình có gia tớc rất ngắn, ta tính tốn cho giai đoạn chạy (chiếm phần lớn thời gian gia công ) Mô men đặt trước: 66 | P a g e =k = 0,3 = 25.8 (kgf.cm) Trong ∶ k = 0,3; = kgf Mô men lực ma sát: Do đó, momen phát động cần thiết tổng momen đặt trước momen ma sát phay thô: Chọn động Các thông số đầu vào - Tốc độ quay lớn nhất động cơ: nmax ≥ 2000 (vòng/phút) - Thời gian đạt tốc độ lớn nhất : 0.9s - Momen động lượng: - Bước vít me: h=10 mm =0.01 m - Hệ số ma sát μ= 0.1 - Khối lượng phần đầu dịch chuyển: m=860 kg - Góc nghiêng trục động trục vít me: = (do sử dụng phương pháp nối trục) - Tỉ số truyền: i= (do chọn phương án động nối trực tiếp với vit-me không qua truyền giảm tốc) - Hiệu suất truyền động chọn: - Lực cắt lớn nhất: Famax=4337.5 N=442.2kgf - Lực cắt theo phương z (phương thẳng đứng) : = 0.5= 169.6 ( kgf)  Momen ma sát quy đổi (): Tính momen ma sát: (N.m)  67 | P a g e Momen trọng lực quy đổi (): Tính momen chớng trọng lực kết cấu cấu nằm ngang Tính vận tớc dài Với đường kính trục vít được chọn 45 mm, ta có:  Momen cắt quy đổi (: Tính momen máy Tính momen tĩnh Tính tớc độ quay motor: Dựa vào momen tĩnh động tốc độ motor, ta chọn loại động AM 1400C hãng ANILAM- www.anilam.com có momen khởi động 13 Nm tốc độ quay lớn nhất 2000rpm 68 | P a g e Kiểm tra sơ Thời gian cần thiết để đạt được vận tốc cực đại: Trong đó: J tổng mơ men qn tính (Momen tính tốn + momen cho động – Rotor Inertia J) TL mô men quay hệ sớ an tồn (chọn theo kiểu ổ lắp) Thay sớ vào ta được: s II Chọn khớp nối trục Có rất 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 69 | P a g e Có thể chọn thơng sớ cho loại khớp nới trục chữ thập cứ theo đường kính trục vitme theo giá trị mô men khởi động động cơ: Vít me trục X: Đường kính D = 50 mm Vít me trục Y: Đường kính D = 50 mm Bảng chọn khớp nối [T] N.m 70 | P a g e Vg/phút d D L h a 17 8200 1520 70 50 84 20 35 79 5700 2528 100 60 124 20 55 210 4700 3035 120 75 149 25 65 320 4000 4045 150 90 184 30 95 670 3200 5055 180 110 224 40 90 900 2700 6065 220 130 254 45 110 1700 2200 7075 250 150 274 50 130 2050 1900 8085 290 170 304 60 150 Dựa vào thơng sớ đã có kết hợp với bảng chọn nối khớp nối em chọn được khớp nới cho vít me trục X vít me trục Y có thơng sớ sau: - Khớp nối trục X, Y: [T] N.m 670 71 | P a g e Vg/phút 3200 d D 5055 L 180 110 h 224 a 40 90 KẾT LUẬN Với thơng sớ u cầu, ta đã tính chọn được chi tiết sau: STT Chi tiết Vit me trục X Thông số Hãng sản xuất 45-10-B2FDWC PMI Ghi D = 45 mm l = 10 mm C0=15700 kgf Ca = 5480 kgf Vit me trục Y 45-10-B3FDWC PMI D = 45 mm l = 10 mm C0= 23550 kgf Ca = 7760 kgf Ổ bi trụcX Ổ bi đỡchặn 7408 BCBM SKF d=40mm C=45kN Ca=70,2kN Ổ bi đỡ 4308 ATN9 SKF d=40mm Co=45kN C=55,9kN Ổ bi trục Y Ổ bi đỡchặn 7408 BCMB SKF d=40mm Co=45kN C=70,2kN Ổ bi đỡ 4309 ATN9 SKF d=45mm Co=56 kN C=68,9 kN Ray dẫn hướng trục X 72 | P a g e MSA 30LA PMI C=47,9 kN Co=77,0 kN Ray dẫn hướng trục Y MSA 35A PMI C=63,6 kN Co=100,6 kN Động trục X AM 1400C ALILAM Mo=13 Nm Động trục Y AM 1400C ALILAM Mo=13 Nm 73 | P a g e Tài liệu tham khảo Website hãng PMI: www.pmi-amt.com Catalog hãng ANILAM, website: http://www.acu-rite.com Website hãng SKF: www.skf.com Trịnh Chất: “Cơ sở thiết kế máy chi tiết máy,” nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2001 Trịnh Chất – Lê Văn Uyển: “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập I tập II,” nhà xuất giáo dục, 1998 Nguyên Lý Và Dụng Cụ Cắt (NXB Giáo Dục 2009) - Trần Thế Lục 74 | P a g e ... trục X F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 Đơn vị F1 313 6.64 627.84 412 1.67 -18 80.96 - 313 6.64 -627.84 - 412 1.67 18 80.96 N 319 .74 64 420 .15 -19 1.74 - 319 .74 -64 - 420 .15 19 1.74 kg Tính lực tác dụng trung bình... phay CNC 16 II.2 Hệ thống thay dao tự động máy phay CNC 17 II.3 Hệ thống gá kẹp chi tiết gia công 17 II.4 Băng dẫn hướng 17 II.5 Trục vit me, đai ốc 18 ... phay CNC trục: .10 VII Ưu điểm máy phay CNC trục trục 10 VIII Đánh giá chung: .11 IX Phân loại máy phay theo hướng trục .11 IX .1 Máy phay đứng 12 IX.2