Quá trình tính toán thiết kế hệ thống dẫn hướng cho gia công dưới sự di chuyển của 2 trục chính x, y

Trong công nghiệp để tạo ra các sản phẩm có chất lượng tốt, độ bền cao, mẫu mã đẹp và đảm bảo tiêu chuẩn, phục vụ nhu cầu cuộc sống, phát triển kinh tế thì cần phải có hệ thống sản xuất tự động bao gồm nhiều loại máy móc công nghiệp hiện đại khác nhau. Máy CNC (computer numerical controlled) là những công cụ gia công kim loại tinh tế có thể tạo ra những chi tiết phức tạp theo yêu cầu của công nghệ hiện đại. Phát triển nhanh chóng với những tiến bộ trong máy tính, ta có thể bắt gặp CNC dưới dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt mài, máy đột rập và nhiều công cụ công nghiệp khác. Thuật ngữ CNC liên quan đến một nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính để điều khiển các chuyển động và thực hiện quá trình gia công kim loại. Bài viết này sẽ thảo luận hai loại máy phổ biến nhất trên thị trường hiện nay là máy tiện và máy phay. Sự tiến bộ trong máy tính và trí thông minh nhân tạo sẽ làm cho những chiếc máy CNC tương lai nhanh hơn và dễ vận hành hơn. Tất nhiên, giá của những chiếc máy như vậy chắc chắn sẽ không rẻ và có thể vượt quá tầm với của nhiều công ty. Tuy nhiên, nó sẽ đưa giá của những máy CNC cơ bản thực hiện những chuyển động 3 trục ban đầu xuống một mức độ nhất định. Các loại máy CNC sẽ có một tương lai bùng nổ mạnh mẽ. Một ý tưởng đang được phát triển là một chiếc máy có trục chính được treo lên bởi sáu thanh giằng vít me bi lồng vào nhau. Chuyển động của trục chính được điều khiển bởi một máy tính phức tạp có khả năng thực hiện hàng triệu phép tính để đảm bảo đường mức chi tiết chính xác. Đồ án này trình bày về quá trình tính toán thiết kế hệ thống dẫn hướng cho gia công dưới sự di chuyển của 2 trục chính X, Y. Nhiệm vụ chính: Tính chọn : Vít me bi ,cụm ổ đỡ , động cơ , ray dẫn hướng

MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH BẢNG DANH SÁCH HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG PHÂN TÍCH NGUN LÝ VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT 1.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Máy công cụ truyền thống máy CNC 1.1.3 Kết cấu máy CNC 10 1.2 THÔNG SỐ/ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG 12 1.2.1 Thân máy đế máy 12 1.2.2 Bàn máy 12 1.2.3 Cụm trục 12 1.2.4 Băng dẫn hướng: 12 1.2.5 Trục vít me đai ốc bi 12 1.2.6 Ổ tích dụng cụ 13 1.2.7 Động máy 13 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 14 2.1 TÍNH TỐN THIẾT KẾ RAY DẪN HƯỚNG 14 2.1.1 Cơ sở tính tốn 14 2.1.2 Tính chọn ray dẫn hướng trục X, Y 23 2.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ CỤM VÍT ME ĐAI ỐC BI .30 2.2.1 Cơ sở tính tốn 31 2.2.2 Tính chọn trục vít me trục X, Y 32 2.3 TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ 44 2.3.1 Tính chọn động 44 2.3.2 Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại 47 KẾT LUẬN .50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Sự khác máy CNC máy công cụ .9 Bảng 1.2 Các cụm phận máy CNC 11 Bảng 1.3 Ba dạng ổ dụng cụ CNC 13 Bảng 2.1 Bảng hệ số an toàn dựa loại máy 16 Bảng 2.2 Hệ số tải trọng .17 Bảng 2.3 Kiểu làm việc cơng thức tính tải trọng lên ray dẫn hướng .19 Bảng 2.4 Điều kiện hoạt động bàn X, Y .23 Bảng 2.5 Hành trình chuyển động bàn X, Y 23 Bảng 2.6 Các khoảng cách định vị hai bàn X, Y 24 Bảng 2.7 Thông số làm việc bàn X, Y 25 Bảng 2.8 Thông số làm việc bàn X, Y .25 Bảng 2.9 Tải tọng tương đương bàn X, Y 28 Bảng 2.10 Tải trọng trung bình bàn X,Y 28 Bảng 2.11 Thông số học module dẫn hướng MSA hãng PMI 29 Bảng 2.12 Tuổi thọ danh nghĩa bàn máy X,Y 30 Bảng 2.13 Hệ số tải trọng dựa rung động va chạm 32 Bảng 2.14 Thông số đầu vào cắt thử nghiệm máy phay CNC .32 Bảng 2.15 Lực dọc trục tác dụng lên vít me trục X, Y 35 Bảng 2.16 Module vít me bi hãng PMI .38 Bảng 2.17 Thông số học series 1R40-10B2-FDWC (PMI) 39 Bảng 2.18 Thơng số X, Y tính tải trọng động (theo sổ tay cn chế tạo máy) .43 Bảng 2.19 Thông số X, Y tính tải trọng tĩnh (theo sổ tay cn chế tạo máy) 43 Bảng 2.20 Dữ liệu đầu vào để tính chọn động cho trục X, Y .44 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình Máy tiện CNC 10 Hình Máy phay CNC .10 Hình Mơ hình tổng quan máy CNC 10 Hình Sơ đồ lưu thơng tin máy công cụ điều khiển số 10 Hình Mơmen tĩnh cho phép 15 Hình Hệ số độ cứng 17 Hình Hệ số nhiệt độ .18 Hình Hệ số ma sát 19 Hình Đồ thị v-t bàn máy 21 Hình 10 Các khoảng cách định vị .24 Hình 11 Tải trọng đặt lên trục vít me 31 Hình 12 Tính lực cắt website coroguide 34 Hình 13 Trục vít me với hai gối đỡ chặn 35 Hình 14 Kiểu lắp fixed- support 38 Hình 15 Catalog ổ bi 7306 ACCBM 41 Hình 16 Catalog ổ bi 6306 42 LỜI MỞ ĐẦU Trong giai đoạn phát triển lên theo hướng đại hóa, cơng nghiệp hóa sản xuất đất nước ta nay, việc sử dụng loại máy móc đại thay sức lao động người xu hướng tất yếu để tăng xuất lao động, tạo nhiều sản phẩm chất lượng cao phục vụ sống, giải phóng sức lao động người Trong công nghiệp để tạo sản phẩm có chất lượng tốt, độ bền cao, mẫu mã đẹp đảm bảo tiêu chuẩn, phục vụ nhu cầu sống, phát triển kinh tế cần phải có hệ thống sản xuất tự động bao gồm nhiều loại máy móc cơng nghiệp đại khác Máy CNC (computer numerical controlled) công cụ gia công kim loại tinh tế tạo chi tiết phức tạp theo yêu cầu công nghệ đại Phát triển nhanh chóng với tiến máy tính, ta bắt gặp CNC dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt mài, máy đột rập nhiều cơng cụ công nghiệp khác Thuật ngữ CNC liên quan đến nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính để điều khiển chuyển động thực trình gia công kim loại Bài viết thảo luận hai loại máy phổ biến thị trường máy tiện máy phay Sự tiến máy tính trí thơng minh nhân tạo làm cho máy CNC tương lai nhanh dễ vận hành Tất nhiên, giá máy chắn không rẻ vượt q tầm với nhiều cơng ty Tuy nhiên, đưa giá máy CNC thực chuyển động trục ban đầu xuống mức độ định Các loại máy CNC có tương lai bùng nổ mạnh mẽ Một ý tưởng phát triển máy có trục treo lên sáu giằng vít me bi lồng vào Chuyển động trục điều khiển máy tính phức tạp có khả thực hàng triệu phép tính để đảm bảo đường mức chi tiết xác Đồ án trình bày q trình tính tốn thiết kế hệ thống dẫn hướng cho gia công di chuyển trục X, Y Nhiệm vụ chính: Tính chọn : Vít me bi ,cụm ổ đỡ , động , ray dẫn hướng Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo viện khí- trường Đại học Bách khoa Hà Nội nói chung, thầy Bộ mơn Cơ điện tử nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt q trình học tập, nghiên cứu đồ án mơn học Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến T.S Đặng Thái Việt, người thầy tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình làm đồ án CHƯƠNG PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 1.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1.1 Khái niệm CNC viết tắt từ Computer Numerical Control, xuất vào hoảng đầu thập niên 1970 máy tính bắt đầu dùng hệ điều khiển máy công cụ thay cho NC, Numerical (Điều khiển số) CNC đề cập đến việc điều khiển máy tính máy móc với mục đích sản xuất (có tính lặp lại) phận kim khí (hay vật liệu khác) phức tạp, cách sử dụng chương trình viết ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thương gọi mã G CNC phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 phịng thí nghiệm Servomechanism trường MIT Trước khoảng thời gian này, chương trình NC thường phải mã hóa xử lý băng đục lỗ, hệ điều khiển trục máy chuyển động Cách cho thấy nhiều bất tiện, chẳng hạn sửa chữa, hiệu chỉnh chương trình, băng chống mịn, khó lưu trữ, truyền tải, dung lượng bé… Hệ điều khiển CNC khắc phục nhược điểm, nhờ khả điều khiển máy cách đọc hàng loạt ngàn bit thông tin lưu trữ nhớ, cho phép giao tiếp, truyền tải xử lý, điều khiển trình cách nhanh chóng, xác Sự xuất máy CNC nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp Các đường cong thực dễ dàng đường thẳng, cấu trúc phức tạp chiều dễ dàng thực hiện, lượng lớn thao tác người thực giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa trình sản xuất với máy CNC tạo nên phát triển đáng kể độ xác chất lượng Kĩ thuật tự động CNC giảm thiểu sai sót giúp người thao tác có thời gian cho cơng việc khác Ngồi cịn cho phép linh hoạt thao tác sản phẩm thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất linh kiện khác Trong môi trường sản xuất, loạt máy CNC kết hợp thành tổ hợp, gọi cell, để làm nhiều thao tác phận Máy CNC ngày điều khiển trực tiếp từ vẽ phần mềm CAM, phận hay lắp ráp trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần vẽ in chi tiết Có thể nói CNC phân đoạn hệ thống robot công nghiệp, tức chúng thiết kế để thực nhiều thao tác sản xuất (trong tầm giới hạn) Các loại máy CNC phổ biến là: máy tiện CNC, máy phay CNC, máy khoan CNC, máy đột dập CNC 1.1.2 Máy công cụ truyền thống máy CNC Giống Cấu trúc tổng thể: Nói chung tương tự nhau, sử dụng bàn máy hình chữ thập nhằm nâng cao độ cứng vững cho máy Chức năng: Dùng để gia công bề mặt: mặt phẳng, mặt định hình… Gia cơng mặt rãnh: rãnh thẳng, rãnh nghiêng, rãnh xoắn… Gia công bánh Khác Bảng 1.1 Sự khác máy CNC máy cơng cụ Tiêu chí so sánh Vào chương trình Máy cơng cụ Khơng có Kẹp phôi Gá kẹp tay Thay dao Thay dao tay Xác định chuẩn gia công Dùng phương pháp rà, gá đơn giản Độ xác Đặt tốc độ trục ĐCX thấp Dùng tay để điều chỉnh số vịng Máy điều khiển số Từ bàn phím Gá kẹp phơi tự động Pallet (phiến gá) Thay dao tự động cấu dao Dùng thiết bị rà gá chuyên dùng ĐCX cao Đưa vào từ bàn phím Di chuyển bàn máy Tay quay khí Phím bấm điều khiển tay quay điện tử So sánh giá trị thực giá trị lý thuyết Dùng mắt quan sát vị trí gia cơng, ước lượng giá trị khoảng cách hình học Trên hình hiển thị vị trí gia cơng khoảng cách đạt kích thước lý thuyết Kiểm tra kích thước sản Dùng thước cặp panme Dùng đầu đo chuyên dùng phẩm Ngày nay, máy CNC chiếm phần lớn dây truyền sản xuất phân xưởng, nhà máy quy mô lớn Ưu nhược điểm máy CNC Ưu điểm máy CNC: so với máy cơng cụ thường dùng, máy CNC có nhiều ưu việt hơn, thể điểm sau - Gia công nhiều chi tiết phức tạp - Quy hoạch thời gian sản xuất tốt - Thời gian lưu thông ngắn tập trung nguyên cơng cao giảm thời gian phụ - Tính linh hoạt cao - Độ lớn loạt tối ưu nhỏ - Chi phí kiểm tra giảm - Chi phí phế phẩm giảm - Hoạt động liên tục nhiều ca sản xuất - Giảm số nhân công - Hiệu suất cao - Tăng lực sản xuất Nhược điểm: giá thành, cho phí bảo dưỡng sửa chữa cao; yêu cầu trình độ hiểu biết sâu vận hành bảo quản máy Hình Máy tiện CNC Hình Máy phay CNC 1.1.3 Kết cấu máy CNC Gồm phần là: - Phần chấp hành: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục vít me, ổ tích dụng cụ, cụm trục băng dẫn hướng - Phần điều khiển: loại động cơ, hệ thống điều khiển máy tính trung tâm Hình Mơ hình tổng quan máy CNC Hình Sơ đồ lưu thơng tin máy cơng cụ điều khiển số Bảng 1.2 Các cụm phận máy CNC Thân máy đế máy: Bên thân máy chứa phận, hệ thống máy Đế máy có tác dụng đỡ để tạo cân bằng, ổn định cho máy Vì vậy, thân đế phải có độ cứng vững cao, có giảm chấn Mục đích đảm bảo độ xác cho máy Bàn máy: Là nơi gá đặt chi tiết, phải có độ cứng vững cao điều khiển xác để tạo biên dạng cần thiết Cụm trục chính: Là nơi lắp dụng cụ cắt, chuyển động quay sinh lực cắt gọt Băng dẫn hướng: Hệ thống trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho chuyển động máy Trục vít me, đai ốc: Có cơng dụng dẫn động từ động để tạo chuyển động cho máy Ổ tích dụng cụ: Chứa nhiều dao khác phù hợp với q trình gia cơng 1.2 THƠNG SỐ/ U CẦU KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG 1.2.1 Thân máy đế máy Thường chế tạo chi tiết gang có độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép kiểm tra sau đúc để đảm bảo khơng có khuyết tật đúc Bên thân máy chứa hệ thống điều khiển, động trục nhiều hệ thống khác Yêu cầu: - Phải có độ cứng vững cao - Phải có thiết bị chống rung động - Phải có độ ổn định nhiệt 1.2.2 Bàn máy Bàn máy nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá Nhờ có chuyển động linh hoạt xác bàn máy mà khả gia công máy CNC tăng lên cao, có khả gia cơng chi tiết có biên dạng phức tạp Đa số máy CNC hay trung tâm gia công đại dạng bàn máy xoay Nó làm tăng tính vạn cho máy CNC Yêu cầu: - Phải có độ ổn định, cứng vững - Điều khiển chuyển động cách xác 1.2.3 Cụm trục Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay trục sinh lực cắt để gọt phơi q trình gia cơng u cầu: tốc độ điều khiển xác hiệu cao 1.2.4 Băng dẫn hướng: Hệ thống trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho chuyển động bàn máy theo trục X, Y chuyển động theo trục Z trục Yêu cầu: - Thanh trượt phải thẳng - Chịu tải cao - Độ cứng vững tốt - Trơn trượt 1.2.5 Trục vít me đai ốc bi Bao gồm vít me, đai ốc bi Các viên bi thép lăn rãnh trục vít me đai ốc Khi vít me quay, viên bi dịch chuyển nhờ ống lệch hướng vào hệ thống hồi bi đai ốc liên tục dịch chuyển phía cuối đai ốc, chứng khỏi hệ thống hồi bi tiếp tục lăn rãnh đai ốc vít me Q trình lặp lại liên tục giúp vít me hoạt động trơn tru Yêu cầu: - Độ xác cao - Độ bền cao 1.2.6 Ổ tích dụng cụ Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho q trình gia cơng Nhờ có ổ tích dao mà máy CNC thực nhiều ngun cơng cắt gọt khác liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác Do q trình gia cơng nhanh mang tính tự động hóa cao Có dạng chính: Bảng 1.3 Ba dạng ổ dụng cụ CNC Dạng xích Dạng đĩa Dạng 1.2.7 Động máy Từng cấu chấp hành máy CNC dùng nguồn động lực riêng biệt Loại bản: - Động tạo tốc độ cắt gọt - Động tạo tốc độ dịch chuyển CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG Có nhiều hãng để lựa chọn sử dụng cho việc tính tốn lựa chọn sản phẩm phục vụ vào thiết kế, em chọn hãng PMI để tính tốn cho sản phẩm Các thơng số tính tốn: 2.1 TÍNH TỐN THIẾT KẾ RAY DẪN HƯỚNG - Khơng gian lắp đặt 2.1.1 Cơ sở tính tốn - Kích thước Thay đổi loại ray dẫn hướng Xác định điều kiện hoạt động - Vị trí lắp đặt (ngang, dọc, nghiêng…) - Độ lớn, hướng, vị trí tần số cưỡng sử dụng - Chiều dài hành trình Thay đổi loại kích thước Lựa chọn đối tượng Chọn loại kích thước phù hợp (Nếu dùng vít me bi, kích thước ray dẫn hướng phải giống đường kính trục vít) Tính tải tương đương Tính tải trọng tác dụng lên ray Tính tốn tải trọng áp dụng Chuyển đổi tải tác dụng lên ray dẫn hướng thành tải tương đương Tính tốn hệ số an toàn Hệ số an toàn xác định bảng tải tĩnh tải tương đưuong tối đa Kiểm nghiệm hệ số an tồn Tính tốn tải trung bình Tính tốn tuổi thọ danh nghĩa Tính trung bình tải có dao động q trình hoạt động Sử dụng phương tình tuổi thọ để tính So sánh tuổi thọ danh nghĩa với yêu cầu Xác định độ cứng Xác định phương pháp gá đặt Xác định độ cứng khu vực gá đặt Xác đinh độ xác Bơi trơn bảo vệ Chọn cấp xác Xác định độ xác bề mặt lắp 10 L Ca L= ×106 ; Lt = 60 Nm Fa × f w ( Cơng thức ) Trong đó: ⇒ Ca=( 60 N m × Lt )1 /3 × F m × f w ×10−2 Trục X Trục Y −2 Ca ( X )=( 60 ×1650 × 20000 ) ×389.4 × 1.2× 10 ¿ 3338 (kgf) −2 Ca(Y )=( 60 ×1650 ×20000 ) × 420.5× 1.2× 10 ¿ 4046 (kgf) Ca: tải trọng động F m: lưc dọc trục trung bình f w: hệ số tải trọng, chọn f w =1.2 c Chọn kiểu bi Nếu độ cứng cần ưu tiên nhiều nhất, độ hao phí chuyển động khơng q quan trọng, theo thơng số kích thưc chọn là: + Ổ bi loại lưu chuyển: bi bên + Kiểu: FDWC + Số dịng lưu chuyển: B×3 B×2 d Chọn bán kính trục vít Chiều dài trục vít Trục X L=Max stroke+Nut length /2+unthread area length 600+100+276=976 (mm) Trục Y 500+100+276=776 Chọn tốc độ quay cho động khoảng 80% so với tốc độ quay giới hạn nên ta có: n= 80 × N max =0.8 ×2000=1600 vịng / ph 100 Trong phương pháp lắp ổ fixed-free, fixed-support, fixed-fixed; em lựa chọn phương pháp fixed-support vì: phương pháp fixed-free có độ cứng vững khơng cao, tải nặng làm cong trục xuống đầu free Đối với phương pháp fixedfixed, ổ vít me bi có độ cứng vững cao, bước vít me có sai số tích lũy lúc gia cơng làm gãy trục vít me Vậy nên để an tồn, có độ cứng vững tốt, em chọn phương pháp lắp fixed-support Có f=15.1 33 Hình 14 Kiểu lắp fixed- support Bán kính trục vít Trục X dr ≥ n×L −7 × 10 f (mm) dr ( X )≥ Trục Y 1600 × 9002 −7 ×10 =8.6 15.1 dr (Y ) ≥ 1600 ×7002 −7 × 10 =5.2 15.1 e Chọn series Kết tính tốn Trục X Trục Y 10 mm Bước vít d ( X ) ≥17.2 mm d ( Y ) ≥ 10.4 mm Đường kính trục Co X =5280 N CoY =8100 N Tải trọng tĩnh Ca ( X )=3338 kgf Ca (Y )=4046 kgf Tải trọng động Chọn series 40-10B2-FDWC cho trục X: Ca=5220 kgf , Co=13900 kgf Chọn series 40-10B2-FDWC cho trục Y: Ca=5220 kgf , Co=13900 kgf Bảng 2.16 Module vít me bi hãng PMI f Chiều dài trục vít me sau chọn Chiều dài trục vít Trục X L=Max stroke+Nut length +unthread area length 600+193+276=1069 (mm) Trục Y 500+193+276=969 34 Bảng 2.17 Thông số học series 1R40-10B2-FDWC(PMI) → Em chọn series 1R40-10B2-FWDC-680-969-0.018 cho vít me bi trục Y → Em chọn series 1R40-10B2-FWDC-780-1069-0.018 cho vít me bi trục X g Kiểm tra sơ Tuổi thọ làm việc Ca Lt = ×10 × Fm× f w 60 n ¿ ( ) (h) ( dr ×107 (rpm) L dr =35.05 (mm) Trục Y Lt (X ) Lt (Y ) 5220 5220 ×10 × ¿ ×10 × 238.7 ×1.2 60 ×1650 331.6 ×1.2 60 ×1650 ¿ 61132 ( h ) >20000( h) ¿ 22802 ( h ) >20000(h) Tốc độ quay cho phép n=f × Trục X ) ( Trục X n X =15.1 × 35.05 ×107 =4865 1043 ) Trục Y nY =15.1 × 35.05 × 107=7447 843 Tốc độ quay trục vít nX = 4865 rpm nY = 7447 rpm, lớn nhiều so với tốc độ quay tối đa thiết kế 2000 rpm Vì trục vít chọn an tồn h Chọn độ xác dài Độ xác vị trí yêu cầu: ± 0.030/max travel mm Chọn cấp xác với độ lệch độ biến dạng tích lũy: Cấp xác: C4 E=±0.025 /1250 (mm) e=0.018 (mm) 35 Độ xác vị trí yêu cầu Trục X Trục Y Smax =600 mm Smax =500 mm ± 0.030/1000 (mm) C4 Cấp xác E=±0.018 /630 (mm) E=±0.016 /500 (mm) Độ lệch tích lũy e=0.014 (mm) e=0.012 (mm) Độ biến dạng tích lũy i Độ dịch thay đổi nhiệt độ (mức điều chỉnh 30 C ) Độ dịch nhiệt Trục X Trục Y ∆ Lθ =ρ θ L (mm) 12 ×10−6 ×3 ×1069=0.04 12 ×10−6 ×3 × 869=0.03 Lực nén trước F θ=Δ Lθ × K s ¿ Δ Lθ ⋅ E ⋅ π ∙ dr 4L Trục X Trục Y 0.04 ×2.1 ×10 × π × 35.052 × 1069 0.03× 2.1× 104 × π ×35.052 ×869 ¿ 760 ¿ 700 (kgf) Kiểm tra tính ổn định Công thức P=α π nEI dr =m ×10 L L (kgf) Trục X 35.05 × 10 1069 ¿ 2866>760 20.3 × Trục Y 35.054 × 10 869 ¿ 3526>700 20.3 × Tính chọn ổ bi cho trục X, Y: Với 100 năm kinh nghiệm lĩnh vực sản xuất vòng bi, SKF đầu giới việc thiết kế, phát triển chế tạo các loại gối đỡ vòng bi chất lượng cao. Vậy nên em chọn hãng SKF để tính tốn cho sản phẩm 5.1 Ổ bi Trong cấu bàn X bàn Y tải trọng chủ yếu tác dụng lên ray dẫn hướng, mà lực tác dụng theo phương vng lên cấu trục vít-me khơng đáng kể Đối với bên gối đỡ- chặn chọn ổ bi cầu tiếp xúc góc dãy bi Đối với bên gối tùy động chọn ổ bi dãy cầu rãnh sâu a Chọn sơ ổ bi dựa theo tải trọng động, tĩnh vít me trục X, Y: Kết tính tốn Trục X Trục Y 10 mm Bước vít d ( X ) ≥17.2 mm d ( Y ) ≥ 10.4 mm Đường kính trục Co X =5280 N CoY =8100 N Tải trọng tĩnh Ca ( X )=3338 kgf Ca (Y )=4046 kgf Tải trọng động 36 Ta chọn ổ bi 7306 ACCBM cho bên fixed, ổ bi 6306 cho bên supported Hình 15 Catalog ổ bi 7306 ACCBM Ổ bi đỡ- chặn 7306 ACCBM có thơng số sau: + Đường kính d = 30 mm + Đường kính ngồi D = 72 mm + Chiều rộng B = 19 mm + Tải trọng tĩnh Co = 23.6 kN + Tải trọng động C = 39 kN + Tốc độ tham chiếu: 13000 vòng/phút + Tốc độ giới hạn: 19000vịng/phút 37 Hình 16 Catalog ổ bi 6306 - Đối với gối đỡ bên tùy động chọn ổ bi đỡ dãy 6306 với thông số sau: + Đường kính d = 30 mm + Đường kính ngồi D = 72 mm + Chiều rộng B = 19 mm + Tải trọng tĩnh Co = 16 kN + Tải trọng động C = 29,6 kN + Tốc độ tham chiếu: 20000 vòng/phút + Tốc độ giới hạn: 13000vòng/phút b Kiểm tra độ bền ổ lăn: 6 Tuổi thọ ổ bi: L  60 10  1650  21000  2079 (triệu vòng) Tải trọng: Q=( 0,5 XV F r +YF a ) k t k d Trong đó: k t=1, k d=1.1(chịu va đập nhẹ, chịu tải ngắn hạn tới 125% so với tải trọng tính tốn: máy cắt kim loại, động cơng suất nhỏ trung bình) Khả tải: C= Q×L1/m 38 Trong đó: Q tải trọng lên ổ bi, L tuổi thọ ổ bi, m=3 với ổ bi Lực tác dụng lên ổ trục X: RA = RB = RC = RD = m.g/4 = 440.10/4 = 1100 N Nội lực dọc trục X: fsi= e* 1100=1.14*1100=1254 N Lực dọc trục X lớn tác dụng lên ổ bi: fmax=1254+2387/2=2247.5 Có fmax/ fsi=1.79>1.14 Lực tác dụng lên ổ trục Y: RA = RB = RC = RD = m.g/4 = 675.10/4 = 1687.5 N Nội lực dọc trục X: fsi= e* 1687.5=1.14*1687.5=1924 N Lực dọc trục X lớn tác dụng lên ổ bi: fmax=1924+3316/2=3582 N Có fmax/ fsi=1.86>1.14 Bảng 2.18 Thơng số X, Y tính tải trọng động (theo sổ tay cn chế tạo máy) Chọn X=0.35,Y=0,57 cho công thức tải trọng động ô bi ổ bi tiếp xúc góc 400 Bảng 2.19 Thơng số X, Y tính tải trọng tĩnh (theo sổ tay cn chế tạo máy) 39 Chọn X=0.5,Y=0,26 cho công thức tải trọng tĩnh ô bi ổ bi tiếp xúc góc 400 Tính tải trọng động trục X: 𝑄 = (0,35.1254 + 0,57.2247,5) 1,1.1 = 1892𝑁 Khả tải động trục X: 𝐶đ = 1892 × 2079^(1/3)=24147 N < C=39 kN Khả tải tĩnh trục X: 𝐶0= (0,5.1254 + 0,26.2247,5) 1,1.1× 2079^(1/3)=15460N < C0=23.6kN Tính tải trọng động trục Y: 𝑄 = (0,35.1924 + 0,57.3582) 1,1.1 = 2987𝑁 Khả tải động trục Y: 𝐶đ = 2987 × 2079^(1/3)=37122 N < C=39 kN Khả tải tĩnh trục Y: 𝐶0= (0,5.1924 + 0,26.3582) 1,1.1× 2079^(1/3)=21883N < C0=23.6kN Vậy ổ bi 7306 ACCBM có độ bền đạt yêu cầu cho trục X Y 5.2 Ổ đỡ Vì lực hướng tâm dồn vào ray dẫn hướng nên lực bỏ qua ổ đỡ đủ bền 2.3 TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ Có nhiều hãng để lựa chọn sử dụng cho việc tính tốn lựa chọn sản phẩm phục vụ vào thiết kế, em chọn hãng ANILAM để tính tốn cho sản phẩm 2.3.1 Tính chọn động Chọn động servo để điều khiển quỹ đạo chuyển động Bảng 2.20 Dữ liệu đầu vào để tính chọn động cho trục X, Y Dữ liệu Tốc độ quay lớn Thời gian cần thiết để đạt tốc độ lớn Bước vít me Hệ số ma sát trượt thép gang Gia tốc trọng trường Khối lượng phần đầu dịch Trục X Trục Y n=2000 rpm 0.5 s h=10 mm μ=0.1 g=10 m/ s2 m X =440 kg m Y =675 kg 40 chuyển Góc nghiêng trục Tỉ số truyền giảm tốc Hiệu suất máy Lực cắt lớn Tốc độ quay lớn Chiều dài hành trình Đường kính trục vít Trục đặt nằm ngang nên α =0 Động nối trực tiếp với vitme không qua giảm tốc nên i=1 η=0.9 F m=1335 N=133.5 kgf n=2000 rpm LS ( X )=600 mm D=40 mm LS ( Y )=500 mm Momen ma sát quy đổi ( M fric ) Momen ma sát quy đổi gây trục đai ốc bi ổ bi khơng đáng kể nên bỏ qua, momen ma sát quy đổi gây ray dẫn hướng sử dụng để tính tốn d Cụ thể: M lf =μb ( F mz + P ) Ở μb =0,005, bé so với μ=0.1 Do M fric không thay đổi đáng kể thêm momen quy đổi gây trục đai ốc bi ổ bi Tính momen ma sát: M fric = ( m⋅ g+ F mz ) ⋅ μ⋅ h⋅ cosα π i⋅ η Trục X: M fric (X )= ( 440 ⋅10+0 ) ⋅0.1 ⋅0.01⋅ cos =0.778 Nm π 0⋅ 0.9 Trục Y: M fric (Y )= ( 675 ⋅10+0 ) ⋅0.1 ⋅0.01 ⋅cos =1.19 Nm π 1.0 ⋅0.9 41 Momen trọng lực quy đổi ( M wz ) Tính momen chống trọng lực kết cấu M wz = ( m× g+ F mx ) × μ ×h × sin ⁡α 2× π ×i ×η =0 (góc α =0 ) Vận tốc dài ( v max) π × D× n Cơng thức: v max= 60 × L S v max ( X )= π × 40 × 2000 =6.98 m/s 60 ×600 v max (Y )= π × 40 ×2000 =8.38m/ s 60 ×500 Momen gia công ( M mach) Công thức: M mach = h× Fm π × i× η× v max Trục X: M mach = 0.01 ×1335 =0.34 Nm π × 1× 0.9× 7.85 Trục Y: M mach = 0.01× 1335 =0.26 Nm π × 1× 0.9× 11.78 Momen tĩnh ( M stat ) Công thức: M stat =M fric + M wz + M mach Trục X: M stat =0.778+0+ 0.34=1.12 Nm Trục Y: M stat =1.19+0+ 0.26=1.45 Nm 42 Tốc độ quay motor (n Noml) Công thức: n Noml= v max × i h Trục X: n Noml ( X )= 6.98 ×1 =698 vg / ph 0.01 Trục Y: n Noml (Y )= 8.38× =838 vg / ph 0.01 Điều kiện chọn động ¿ M 0Motor ≥ M stat ¿ n NMotor ≥ n Noml Theo catalogue hãng ANILAM, em chọn động AM 1400C cho trục X Y (với bàn X bàn Y không cần chọn động có phanh) 2.3.2 Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại Momen phát động Thời gian dành cho q trình có gia tốc ngắn (0.06s), ta tính toán cho gia đoạn chạy (chiếm phần lớn thời gian gia công) Lực Momen tĩnh đặt trước T p (kgf.cm) Cơng thức Trục X F a × l F max=264 kgf , l=0.6 m 264 =88 2× π ⇒ F a 0= đó: 88 ×0.6 T p ( X )=0.3 × =2.52 k =0.3 2×π F a 0=F max / T p=k × Trục Y F max=405 kgf , l=0.4 m 405 ⇒ F a 0= =135 135× 0.4 T p ( Y ) =0.3 × =2.57 2×π 43 Khi gia cơng T c= F max ×l 2π ×η Momen ma sát Khi khơng (kgf.cm) gia cơng T a= F2 max ×l 2π ×η F 1max =264 kgf 264 ×0.6 T c ( X )= =28 π × 0.9 F 1max =405 kgf ,l=0.4 m 405× 0.4 T c ( Y )= =28.65 π ×0.9 F 2max =221 kgf , l=0.6 m 221× 0.6 T a ( X )= =23.45 π × 0.9 F 2max =260 kgf , l=0.4 m 260 × 0.4 T a(Y )= =18.39 π × 0.9 Do đó, momen phát động T L cần thiết tổng momen đặt trước T L ( X )=2.52+28=30.52 momen gia công T L ( Y ) =2.57+28.65=31.22 T L =T p+ T c (kgf.cm) Momen qn tính Vị trí Cơng thức Trục vít G D 2S = πγ × D4 × L (kgf.cm2) l Phần G D2w =W 2π dịch chuyển (kgf.cm2) ( ) ρ × π ×l ' × D ' 32 −3 ¿ 7,8 ×10 × π ×(3 D)׿ ¿ Ghép nối G DJ = Trục X Trục Y D=4.0 cm , D=4.0 cm , L=106.9 cm L=86.9cm −3 π ×7.8 ×10 π × 7.8× 10−3 4 G D S ( X )= ×4 G×106.9=83.8 D S ( Y )= × ×86.9=68 8 W =300+140=440 kgf W =440+235=675 kgf 1.0 1.0 2 ( ) ( ) G Dw X =440 =11.1 G Dw Y =675 =17.1 2π 2π ( ) ( ) G D2J ( X )=G D2J ( Y ) ¿ 7,8 ×10−3 × π ×(3 ∙ 4)× ¿ ¿ (kgf.cm2) Do tổng momen qn tính: G D2L =G D2S +G D2W +G D2J Trục X: G D2L ( X )=83.8+11.1 +19.6=114.5 (kgf.cm2) Trục Y: G D2L ( Y ) =68.2+ 17.1+ 19.6=104.9 (kgf.cm2) Thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại Công thức: t a= J πN × × f , đó: 60 T −T L ' M J : tổng momen quán tính ( J=Rotor Inertia+ G D2L) T 'M =2 M N : lần Rate Torque T L: momen phát động f : hệ số an toàn theo kiểu ổ lắp (chọn f =1.2) 44 Trục X: t a ( X )= ( 43+114.5 ) ×10−4 π ×2000 × ×1.2=0.21 s20 000(h) Tốc độ quay cho phép n=f × Trục X ) ( Trục X n X =15. 1... tính tốn thiết kế hệ thống dẫn hướng cho gia công di chuyển trục X, Y Nhiệm vụ chính: Tính chọn : Vít me bi ,cụm ổ đỡ , động , ray dẫn hướng Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến th? ?y cô giáo viện