Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT : • Phay mặt đầu • Dao có 6 lưỡi (z=6), đường kính D=80mm • Tiêu chuẩn : JIS • Vật liệu: S45C • Grade 4040 • Vận tốc : v=100mph • Chiều sâu cắt : t=1.2mm • Lượng chạy dao : F=900mmph
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ DẪN HƯỚNG CHO BÀN MÁY CNC Ngành Kỹ thuật điện tử Chuyên ngành Thiết bị tự động Giảng viên hướng dẫn: TS Lê Giang Nam Bộ mơn: Viện: Cơ Điện TỬ Cơ Khí Chữ ký GVHD HÀ NỘI, 1/2021 THIẾT KẾ HỆ DẪN HƯỚNG CHO BÀN MÁY CNC TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI SME.EDU - Mẫu 6.a VIỆN CƠ KHÍ Học kỳ: Bộ môn Cơ điện tử Năm học: 20 - 20 ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Thời gian thực hiện: 15 tuần; Mã HP: ME4505 Mã đề: VCK02- Ngày giao nhiệm vụ: /./20.; Ngày hoàn thành: /./20 Họ tên sv: Ngày /./20 ĐƠN VỊ CHUYÊN MÔN (ký, ghi rõ họ tên) MSSV: Mã Ngày /./20 lớp: Ngày /./20 NGƯỜI RA ĐỀ CB Hướng dẫn (ký, ghi rõ họ tên) I.Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ dẫn hướng cho bàn máy CNC II Số liệu cho trước: III Ray dẫn hướng trục Z 1- Cột đứng máy phay 2- Gối đỡ vít me bi kèm gá động trục X 3- Ray dẫn hướng trục X 4- Thân máy 5- Vít me bi trục X 6- Gối đỡ vít me bi trục Y 7- Ray dẫn hướng trục Y 8- Bàn Y 9- Bàn X (đặt chi tiết gia công) 10- Cụm trục 11- Cụm trục Z 12- Vít me bi trục Z Chữ ký sv: (ký, ghi rõ họ tên) Loại máy CNC: Phay Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT: Khối lượng lớn chi tiết M (300 / 500 / 700 kg): Vận tốc chạy lớn không gia công V1 (18 / 20 / 25 m/ph): Vận tốc chạy lớn gia cơng có lực V2 (10 / 12 / 15 m/ph): Gia tốc hoạt động lớn hệ thống a (0,4g / 0,50g m/s2): Thời gian hoạt động: 05 đến 07 năm Cho trước kết cấu cụm bàn máy X Y để gắn vít me bi ray dẫn hướng tham khảo từ trang web: http://www.mediafire.com/?bwfr2l5xel69kj5 Cho trước tài liệu hãng sản xuất vit me bi ray dẫn hướng 10 Cho trước tài liệu hãng sản xuất động IV Nội dung thực hiện: Phân tích ngun lý thơng số kỹ thuật - Tổng quan hệ thống - Nguyên lý hoạt động - Xác định thành phần thông số/yêu cầu kỹ thuật hệ thống Thiết kế hệ thống truyền động - Thiết kế hệ thống dẫn động - Thiết kế phận chính: khớp nối, dẫn hướng, kết cấu để lắp điều chỉnh - Tính chọn động Xây dựng vẽ thiết kế - Xây dựng vẽ lắp 2D/3D - Xây dựng vẽ chế tạo chi tiết Mơ ngun lý hoạt động (động học) BẢNG SỐ LIỆU CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Đề số SVT M V1 V2 a 300 18 15 0,4 VCK02-2 F=900mm/ph nt 500 18 15 0,4 VCK02-3 nt 700 18 15 0,4 VCK02-4 nt 300 20 15 0,4 VCK02-5 nt 500 20 15 0,4 VCK02-6 Nt 700 20 15 0,4 VCK02-7 Nt 300 18 12 0,5 VCK02-8 Nt 500 18 12 0,5 VCK02-9 Nt 700 18 12 0,5 VCK02-10 Nt 300 20 12 0,5 VCK02-11 Nt 500 20 12 0,5 VCK02-12 Nt 700 20 12 0,5 300 25 15 0,4 VCK02-14 t=0,8mm, F=900mm/ph Nt 500 25 10 0,4 VCK02-15 Nt 700 25 10 0,4 VCK02-16 Nt 300 25 10 0,5 VCK02-17 Nt 500 25 10 0,5 VCK02-18 Nt 700 25 10 0,5 VCK02-19 Nt 300 18 15 0,4 VCK02-20 Nt 500 18 15 0,4 VCK02-21 nt 700 18 15 0,4 VCK02-22 Nt 300 20 10 0,4 Phay mặt đầu, lưỡi cắt, VCK02-1 D=80mm, JIS, S45C, Grade 4040, v=100m/ph, t=1,2mm, Phay mặt đầu, lưỡi cắt, VCK02-13 D=80mm, JIS, SUS440C, Grade 4040, v=100m/ph, Ghi Mục Lục CHƯƠNG1 PHÂN TÍCH NGUN LÝ VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT u cầu thông số kỹ thuật: Loại máy: phay Chế độ cắt thử nghiệm SVT: Phay mặt đầu, lưỡi cắt, D=80mm, JIS, S45C, v=100m/p, t=1.2mm, F=900mm/p Khối lượng lớn chi tiết M: 700kg Vận tốc chạy không gia công V1: 18 m/p Vận tốc chạy gia công V2: 15 m/p Gia tốc lớn hệ thống a: m/s2 Thời gian hoạt động 5-7 năm: khoảng 20000h Cho trước cụm bàn máy X Y, cho trước tài liệu hãng sản xuất vít me day dẫn hướng, cho trước tài liệu hãng sản xuất động 1.1 Phân tích số loại máy tham khảo So sánh số máy tham khảo có thơng số kỹ thuật tương đồng OPTImil F105 808D Thông số cần thiết kế Số trục: Tốc độ quay trục (v/p) 10000 DELTA CENTER V6L 10000 Extron L660 10000 Đường kính dao: D=80 (mm) Kích thước bàn máy theo trục X: 770mm Kích thước bàn máy theo trục Y:485mm T kích thước/số rãnh/khoảng cách: 14/3/100(mm) Khối lượng lớn chi tiết M: 300 Kg Vận tốc chạy lớn không gia công V1: 18 (m/p) Vận tốc chạy lớn gia cơng có lưc V2: 12 m/p Gia tốc hệ thống tối đa: m/s2 Thời gian hoạt động: 5-7 năm 70 800 78 750 78 760 320 400 456 14/3/100 14/3/125 18/4/120 300 350 500 10 48 30 12 10 Chưa rõ Chưa rõ Chưa rõ Đạt Đạt Đạt Chọn máy DELTA CENTER V6L làm máy tham khảo có nhiều điểm tương đồng với máy cần thiết kế Hình 1.1 Delta Center V6L 1.2 Phân tích động học máy tham khảo 1.2.1 Trục Cụm trục nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay trục sinh lực cắt gọt phơi q trình gia cơng Hình 1.2 : Cụm trục máy Delta Center V6L - Nguồn động lực điều khiển trục chính: Trục máy Delta Center V6L Được điều khiển động Servo theo chế độ vịng lặp kín, cơng nghệ số để tạo tốc độ điều khiển xác hiệu cao chế độ tải nặng - Truyền động từ động tới trục thơng qua dây đai - Tốc độ trục tối đa máy Delta Center V6L đạt: 10000 vòng/phút theo tiêu chuẩn ISO40/BT40/120 - Cơng suất trục chính(option): 7/15 Kw - Phương trình xích động: ntc=ndc i Sơ đồ truyền dẫn trục 1.2.2 - Truyền động chạy dao Hành trình trục máy Delta Center V6L: - + Trục X : 600mm + Trục Y : 400mm + Trục Z : 450mm Tốc độ chạy dao không cắt cắt theo trục : + Trục X : 48/12 v/ph + Trục Y : 48/12 v/ph + Trục Z : 48/12 v/ph - Độ xác vị trí : ±0.004mm - Dẫn động động servo qua hệ thống trục vít me đai ốc bi - Phương trình xích động : vcd=vdc tx vcd : tốc độ chạy dao máy (mm/ph) vdc : tốc độ động (mm/ph) tx : bước vít me (mm) - Sơ đồ động truyền động chạy dao trục X, Y : 1.2.3 Truyền động thay dao - Máy trang bị cấu thay dao tự động sử dụng tay máy - Thời gian thay dao : 2s - Ổ chứa dao chứa 20 dao với khối lượng dao 8kg đường kính dao tối đa 78mm - Quy trình thay dao máy : Bàn thay dao ISO 40 + Ổ tích dao nằm vng góc với trục + Khi có lệnh gọi dao, trục đưa đài dao vị trí thay dao, ổ tích dao xoay dao chọn đến vị trí thay dao + Dao đươc chọn quay xuống 90 độ Cần thay dao vào kẹp hai dao, hệ thống khí nén hoạt động nhả dao khỏi trục + Cần thay dao quay 180o đổi vị trí hai dao cho , hệ thống khí nén dừng hoạt động để kẹp chặt dao + - Dao cũ cất vào ổ chứa dao, cần thay dao đưa vị trí nghỉ Sơ đồ động truyền dẫn thay dao : https://www.youtube.com/watch?v=9BK1Cjdoc-c 1.3 Các cấu đặc biệt Chọn series : 1R40-12B2-FDWC-680-969-0,018 có - L= chiều dài dịch chuyển + chiều dài đai ốc + chiều dài vùng thoát dao = 610 + 180 + 100 = 890 mm; chọn L=900mm + Tuổi thọ làm việc: + Tốc độ quay cho phép Tốc độ lớn nhiều so với tốc độ quay lớn thiết kế Do vậy, lựa chọn thỏa mãn 2.2.3.7 Chọn độ xác - Độ xác vị trí yêu cầu: ±0,030/1000mm - Cấp xác: C4 2.2.3.8 Độ dịch thay đổi nhiệt độ : - Độ dịch nhiệt : 2.2.3.9 Chọn ổ lăn : - Chọn ổ lăn giống ổ lăn bàn X M= + M = 140 + 250 + 300 = 690 (kgf) Lực dọc trục trung bình: Fmy = 2878,3 N Lực tác dụng lên ổ A, B, C, D: RA = RB = RC = RD = mg/4 = 690x10/4 = 1725 N Dựa vào đường kính trục vitme tốc độ quay động ta chọn sơ thông số ổ lăn mã 7308 BECBY theo hãng SKF (www.skf.com ) sau: ▪ Khả tải trọng động : ▪ Khả tải trọng tĩnh ▪ Nội lực dọc trục Fsi ổ nhau: Fsi = e Ri =1,14 1725 = 1966,5 N ▪ Lực dọc trục tác dụng lên ổ bi: A: B: C: D: Fa = max (, , , ) = 3405,6 (N) 2.2.3.10 Kiểm tra + Chọn : X = 0,35 Y = 0,57 ▪ Tải trọng tĩnh : ▪ Khả tải tĩnh : Ổ bi phù hợp với khả tải 2.2.3.11 Chọn gối đỡ Do yêu cầu cấu với tham khảo nguồn tài liệu chọn gối đỡ em chọn gối đỡ loại gối cố định gối tự điều chỉnh Cở sở để lựa chọn dựa đường kính trục vitme tải trọng động (tĩnh) hai yếu tố quan trọng cho việc lựa chọn gối đỡ đạt yêu cầu 2.2.3.12 Chọn khớp nối + Có nhiều loại khớp nối để ta lựa chọn cho toán sở tham khảo tài liệu thực nghiệm từ hãng sản xuất em xin chọn loại + khớp nối loại khớp nối trục loại trục bù chữ thập có đệm : Có thể chọn thông số cho loại khớp nối trục chữ thập theo đường kính trục vitme theo giá trị mô men khởi động động (xem thêm mục thông số động AM-1550G) + Trên sở ta có thơng số khớp nối : + 2.3 Tính chọn động 2.3.1 Quy trình tính tốn : 2.3.2 Tính chọn động bàn X - Tốc độ vòng lớn : N= 2000 v/ph - Thời gian để đạt tốc độ lớn : 0.9s 2.3.2.1 Momen quan tính khối : - Trên trục vít me : - Trên phần dịch chuyển : - Trên phần ghép nối - đường kính trục vít, chiều dài nối trục Tổng momen quán tính 2.3.2.2 Momen phát động - Momen đặt trước : Trong : k=0.3; = 211,1/3 = 70,3 kgf - Momen lực ma sát : - Do momen phát động cần thiết : 2.3.2.3 Chọn động - Chọn động servo để điều khiển quỹ đạo chuyển động theo trục Ox Các liệu cho việc tính chọn động : + Chọn vít me có bước l=10 mm + Hệ số ma sát lăn thép gang ta chọn + Gia tốc trọng trường g = 10 m/s2 + Khối lượng phần đầu dịch chuyển m=440 kg Góc nghiêng trục α = ̊ + Tỉ số truyền giảm tốc i = (Do chọn phương án động nối trực tiếp với vit-me không qua truyền giảm tốc) + Hiệu suất máy chọn = 0,9 + Lực cắt lớn = 1570N = 157 kgf + Lực cắt theo phương z (phương thẳng đứng): = 0,5 =785 N + Tốc độ quay lớn động 2000 vg/ph (Nếu trường hợp yêu cầu mở máy với tốc độ quay nhỏ tốc độ quay Nmax ta thêm truyền giảm tốc vào để nâng cao mô men) - Momen ma sát quy đổi ) : Momen ma sát quy đổi gây trục đai ốc bi ổ bi không đáng kể nên bỏ qua, mơ men ma sát quy đổi gây ray dẫn hướng sử dụng để tính tốn: + Trong đó: = 0,005, bé so với =0 Do không thay đổi đáng kể kể thêm mô men quy đổi gây trục đai ốc bi ổ bi + Momen ma sát : + Momen trọng lực quy đổi ( : + Tính momen chống trọng lực kết cấu : Vì cấu nằm ngang nên = hay =0 + Tính vận tốc dài : Với đường kính trục vít chọn 32 mm, ta có : - Momen cắt quay đổi : + Tính momen máy : + Tính momen tĩnh : + + Tính tốc đọ quay motor : Dựa vào momen tĩnh động tốc độ motor, t chọn loại động AM 1550G hãng ANILAM – www.anilam.com có momen khởi động 13 N.m tốc độ quay lớn 2000rpm hình : Điều kiện: • Điều kiện: -Nmax ≥ 2000 • • • • Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại - Thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại : 2.2.3.4 : • J tổng momen qn tính • = ,() • TL : mơ men quay • f : hệ số an tồn (chọn theo kiểu ổ lắp) - Tính tốn ứng suất tác dụng lên trục vít : Vật liệu làm trục có thành phần 50CrMo4 QT có ▪ Độ bền kéo : 800x106 N/m2 > ▪ Độ bền đàn hồi : 550x106 N/m2 > - Số liệu độ bền kéo, độ bền đàn hồi lấy theo "Handbook of Comparative World Steel Standards" hình : 2.3.3Tính chọn động cho trục Y - Tốc độ vòng lớn : 2000 v/ph - Thời gian cần thiết để đạt tốc độ lớn 0,9 s 2.3.3.1 Momen tính khối quán - T rê n trục vít me: - Trên phần dịch chuyển : - Trên phần ghép nối : D đường kính trục vít, - Tổng momen quán tính : chiều dài nối trục 2.3.3.2 Momen phát động - Thời gian dành cho q trình có gia tốc ngắn, ta tính tốn cho giai đoạn chạy (chiếm phần lớn thời gian gia công) - Momen đặt trước : Trong : k=0,3 ; ==230/3=76,7 kgf - Momen lực ma sát : Do momen phát động cần thiết tổng momen đặt trước momen cần thiết gia công : 2.3.3.3 Chọn động - Chọn động servo dẫn động theo trục Y - Các liệu cho tính chọn động : + Chọn vít me có bước l=10mm Hệ số ma sát trượt =0,1 + Gia tốc trọng trường g = 10 m/ + Khối lượng phần đầu dịch chuyển m =620 kg + Góc nghiêng trục α = ̊ + + + + + + Tỉ số truyền giảm tốc i = (Do chọn phương án động nối trực tiếp với vit-me không qua hộp giảm tốc) Hiệu suất máy chọn = 0,9 Lực cắt lớn = 1570N = 157 kgf Lực cắt theo phương z (phương thẳng đứng): =0,5 = 785N Tốc độ quay lớn động 2000 vg/ph (Nếu trường hợp yêu cầu mở máy với tốc độ quay nhỏ tốc độ quay Nmax ta thêm truyền giảm tốc vào để nâng cao mô men) - Momen ma sát quy đổi ): + Momen ma sát : - Momen lực quy đổi :=0 + Vì cấu nằm ngang nên = hay Twz =0 Tính vận tốc dài: Với đường kính trục vít chọn 32mm ta có : - Momen cắt quy đổi : + Tính momen máy: + Tính momen tĩnh : + Tính tốc độ quay motor: Dựa vào mô men tĩnh động tốc độ motor, ta chọn loại động AM 1550G hãng ANILAM – www.anilam.com có momen khởi động 13 N.m tốc độ quay lớn 2000rpm hình : Điều kiện : • N_max≥2000 rpm • • Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại - Thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại : Trong : • J tổng mơ men qn tính (Momen tính tốn + momen cho động – Rotor Inertia J) • = ,() • TL : mơ men quay • f : hệ số an toàn (chọn theo kiểu ổ lắp) - Tính tốn ứng suất tác dụng lên trục vít : Vật liệu làm trục có thành phần 50CrMo4 QT có : ▪ Độ bền kéo : 800x106 N/m2 > ▪ Độ bền đàn hồi : 550x106 N/m2 > Số liệu độ bền kéo , độ bền đàn hồi lấy theo "Handbook of Comparative World Steel Standards" hình : TỔNG KẾT BẢNG THƠNG SỐ : STT TÊN Ray dẫn hướng trục X Ray dẫn hướng trục Y Vít me bi trục X Vít me bi trục Y Ổ bi trục X Ổ bi trục Y Động trục X Động trục Y SERIES MSA 35A MSA 35LA 32-10B2-FDWC 40-12B2-FDWC 7308 BECBY 7308 BECBY AM1550G AM1550G HÃNG PMI PMI PMI PMI SKF SKF ANILAM ANILAM CHƯƠNG III : THIẾT KẾ BẢN VẼ 3D/2D TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Hướng dẫn thiết kế hệ thống dẫn hướng dùng cho máy CNC – Bộ môn GCVL DCCN 2) Trịnh Chất, Cơ sở thiết kế máy chi tiết máy, Nhà xuất bàn Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội 2008 3) https://www.emco- world.com/fileadmin/user_upload/Vertical_milling_machine_E1200-750.pdf 4) https://www.emco- world.com/en/products/milling/cat/27/d/2/p/32%2C27/pr/emcomill750.html#view_2 5) https://paramountindustrialproducts.com/pdf/2/2.pdf 6) https://www.sandvik.coromant.com/en-gb/products/Pages/toolguide.aspx 7) https://kythuatchetao.com/bo-phan-dan-huong/ 8) https://www.skf.com/group/products/bearings-units-housings/super-precisionbearings/principles/design-considerations/system-rigidity/bearingstiffness/index.html?switch=y 9) www.anilam.com 10) PMI ballscrews catalog, Precision motion industries, INC ... 2233 ,1 -11 54,2 12 16,9 Bàn X 99,7 -99,7 99,7 -99,7 Bàn Y 15 80,7 -15 80,7 15 80,7 -15 80,7 Bàn X 13 81, 3 13 90,4 818 ,7 809,6 Bàn Y 4604,2 2233 ,1 -11 54,2 12 16,9 Bàn X 99,7 -99,7 -99,7 99,7 Bàn Y 15 80,7 -15 80,7... 7798,3 4 411 -4348,3 Bàn X -99,7 99,7 99,7 -99,7 Bàn Y -15 80,7 15 80,7 15 80,7 -15 80,7 Bàn X 646,8 212 4,8 15 53,2 75 ,1 Bàn Y 18 21, 6 5 015 ,7 16 28,4 -15 65,7 Bàn X 18 7,4 2959 ,1 2387,4 752 ,1 Bàn Y 25 41, 7 9379... 700 25 10 0,4 VCK02 -16 Nt 300 25 10 0,5 VCK02 -17 Nt 500 25 10 0,5 VCK02 -18 Nt 700 25 10 0,5 VCK02 -19 Nt 300 18 15 0,4 VCK02-20 Nt 500 18 15 0,4 VCK02- 21 nt 700 18 15 0,4 VCK02-22 Nt 300 20 10 0,4