Thiết kế hệ thống cơ điện tử Dẫn hướng máy CNC

II TÍNH TỐN LỰA CHỌN CỤM TRỤC VIT ME BI TRỤC Y Các thông số đầu vào - Loại máy CNC : Phay - Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT :  Phay mặt đầu  Dao có lưỡi (z=6), đường kính D= 80mm  Tiêu chuẩn quốc gia : JIS  Vật liệu S45C  Grade 4040  Vận tốc : v= 100m/ph  Chiều sâu cắt : t= 1,2mm  Lượng chạy dao phút : F=900mm/ph - Khối lượng lớn chi tiết : M=700KG => W=700kgf=7000N - Trọng lượng bàn gá trục X : Wx=1600N - Trọng lượng bàn gá trục Y : Wy=2500N - Vận tốc chạy lớn không gia công : V1=20m/ph - Vận tốc chạy lớn gia công : V2 = 12m/ph - Gia tốc hoạt động lớn hệ thống : a=0,5g=5m/s - Thời gian hoạt động : Lt= năm =14500h - Tốc độ vòng động : Nmax = 2000rpm - Độ xác vị trí khơng tải : ±0,03/1000mm*** - Độ xác lặp : ±0,005mm*** - Độ lệch truyền động : ±0,02mm*** - Hệ số ma sát bi block: � =0,1*** - Hệ số ma sát trơn bề mặt : � =0,005 - Vùng hoạt động lớn nhât Lymax = 400 �*** Bước vít me(l) Chọn l = 7.25m Tính lực cắt máy • Feed per cutting edge (Fz)- Lượng chạy dao – Tốc độ quay động quay dao S – Lượng chạy dao vòng : – Lượng chạy dao : Fz  n 1000 V 1000 �100   397.89rpm D  80 F 900   2.3( mm / vòng ) n 397.89 S  0.38( mm / rang) (Theo CT Sổ tay CN CTM tập 2- trang 26) Lực căt Pz=Fm: Pz  10.C p t x S Zy B M Z Dq nw � kM Trong đó: Z số dao phay N số vòng quay dao (Vòng /phút) Cp sồ mũ- Tra bảng $5.41$ trang 34-35 sách Sỏ tay CN-CTM tập t chiều sâu cắt (mm) Sz lượng chạy dao rāng ( mm /răng ) Bà chiều rộng phay (mm} D dường kính dao phay k hệ số điều chinh cho chất lượng vật liệu gia công thép gang traa bảng $5.9$ trang sách Sỏ tay CN-CTM tập Từ ta thu được: + Z=6 + n=397.89(vịng/phút) + Cp=82.5; x=0.95;y=0.8;u=1.1;q=1.1;w=0 + t=1.2 (mm) + Sz=0.38(mm/Răng) + B==64(mm) Theo sách Sổ tay CN CTM trang 26 D=1.25-1.5 ta chọn D=1.25 + D=80mm + Km= Thay số vào ta có : Pz  10.C p t x S Zy B M Z D q n w  10.82,5.1, 2.6411.6 610 0.3 ( )  801.1 750 1995.9N=199.59kgf Tính tốn lựa chọn trục vít , ổ lăn cho bàn máy di chuyển theo trục Y 4.1.Điều kiện làm việc thơng số tính chọn  Điều kiện làm việc - Lực chống trượt : Fa = � ( M + Wx+Wy) = 0,005 ( 7000+1600+2500) = 55.5N = 5.55 kgf  Các thơng số tính chọn :  Loại ổ bi  Cấp xác  Độ lệch vị trí nhiệt  Mơ men động 4.2.Chọn trục vít ổ bi 4.2.1 Tính tốn lực dọc trục  Các thành phần công thức : + Lực cắt máy : Fm = 1995.9N = 199,59 kgf + Lực cắt theo phương z ( phương thẳng đứng ) : Fmz = 0.5Fm=998N + Hệ số ma sát lăn : 0,005 + Khối lượng tổng cộng : m= M +Wx+ Wy =1110 kg + Lực chống khơng tải : f = 55.5N  Tính lực dọc trục o Tăng tốc (về phía trước): Fa1 = μ(mg+Fmz) + ma + f = 0,1.(1110.10+998) + 1110.5 + 1110 = 6870 N = 687 kgf o Chạy (về phía trước): Fa2 = μ(mg+Fmz) + f = 0,1.(1110.10+998)+ 55.5 = 1265.3 N = 126.5 kgf o Gia cơng (về phía sau): Fa3 = Fm + μ(mg + Fmz) + f = 1995.9 + 0,1.(1110.10 + 998 ) + 55.5= 3261 N = 326,1 kgf o Giảm tốc (về phía trước): Fa4 = μ(mg+Fmz) - ma + f = 0,1.(1110.10 +998)– 1110.5 + 55.5= -4284.7N = -428.5 kgf �F �n �t  �n �t Fm  i i i Lực dọc trục trung bình : i i 3 F1max � N1max � T1  F2max N 2max � T2 N1max � T1  N 2max � T2 Trong đó:  F1max, F2max: Lực dọc trục lớn không gia công gia công  N1max, N2max: Tốc độ quay lớn trục không gia công gia công  T1, T2: Thời gian máy hoạt động chế độ không tải có tải Lực dọc trục lớn khơng gia công : F1max = 6870 N = 687 kgf v=2000rpm Lực dọc trục lớn gia công : F2max = 3261 N = 326.1 kgf Fmy  v=1200rpm 68703 �2000 �0,3  32613 �1200 �0,  5375 N  537.5kgf 2000 �0,3  1200 �0, ( Trong phần tính lực dọc trung bình ta lấy Fi trường hợp không gia công gia công Với tỉ lệ thời gian 30% & 70% , ta xét giai đoạn ổn định máy nên Ni thời điểm ) 4.2.2 Tính tốn tải trọng (Co, Ca ) Tải trọng tĩnh : Các công thức tính tương ứng: C0 = fs Famax Trong đó: C0: tải trọng tĩnh fs: hệ số bền tĩnh, với máy công cụ fs = 1,5 – (chọn fs = 2) Famax: lực dọc trục lớn tác dụng lên vitme C0x = 2.6870 = 13740 N Tải trọng động : Với l = 10 mm => Vận tốc quay danh nghĩa : Nm = V1/l = 20000/10 = 2000 ( vòng/ph) Ca = ∗ Fma ∗ fw ∗ 10 2 = (60 * 2000 * 14500) * 537.5 * 1.2 * = 7758kgf 4.2.3 Chọn kiểu bi Nếu độ cứng cần ưu tiên nhiều nhất, độ hao phí chuyển động khơng q quan trọng , theo thơng số kích thước chọn : + Ổ bi loại lưu chuyển : bi bên + Kiểu : FDWC + Số dịng lưu chuyển : B× B x 4.2.4 Chọn bán kính trục vit L= tổng chiều dài di chuyển max + chiều dài đai ốc,ổ bi/2 + chiều dài vùng thoát = 400 + 100 + 300 =800mm Kiểu lăp ghép ổ đỡ lắp chặt hai đầu -> f = 21,9 Chọn tốc độ quay cho động khoảng 80% so với tốc độ quay giới hạn nên ta có : n=80% Nmax = 80% 2000 = 1600 vịng/ph dr  Bán kính trục vít : dr = nL2 1600.8002 7 107  10  4.68mm f 21.9 => Đường kính trục vít=9.36mm 4.2.5 Chọn series Từ kết tính tốn : Bước vít : 10mm Đường kính trục : d ≥9,36 Tải trọng động : ��� = 13740� Tải trọng tĩnh : �� = 7758� Ta chọn series : Loại trục vit me : 45-10B2-FDWC Đường kính trục : 45 mm Bước vít : 10mm 4.2.6 Chiều dài trục vitme Chiều dài trục vít me sau chọn trục : L= tổng chiều dài dịch chuyển + chiều dài đai ốc + chiều dài vùng thoát = 400 + 243 + 300 = 943mm => 950mm 4.2.7 Kiểm tra sơ + Tuổi thọ làm việc : � Ca Lt  � �F f � my W 3 � 1 � 7760 � 10 � 10  14511h  14500 h � � � 60.N m �537, 5.1, � 60.2000 � + Tốc độ quay cho phép: n f dr 45 10  21,9 .107  10920 2 L 950 Vg/p 4.2.8 Chọn độ xác dài Độ xác vị trí yêu cầu : ±0,03/1000mm Chọn cấp xác với độ lệch & độ biến dạng tích luỹ : Cấp xác : C4 E = 0,025/1250mm E = 0,018mm 4.2.9 Độ dịch thay đổi nhiệt độ ( mức điều chỉnh 3℃ ) + Độ dịch nhiệt: ∆Lθ = � � � = 12 950 = 0,034mm + Bán kính lõi ren trục vít-me: dr = 40,05 mm ( tra catalog PMI ) + Lực gây F  L � Ks  L ��� E  dr 0, 034 � 2,1 � 10 ��  40, 052   946kgf 4 L 4� 950 4.3 Tính tải trọng tới hạn trục vit  NEI P ‫״‬�2 L m dr 103 L 20,3 40, 054 103 950 57870kgf ? Fmax 4.4 Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối 4.4.1 Cụm ổ lăn Chọn ổ lăn 537, 5kgf Trong cấu bàn Y tải trọng chủ yếu tác động lên ray dẫn hướng, mà lực tác dụng theo phương vng lên cấu trục vit me không đáng kể hay nói cách khác tính tốn đến ổ lăn trục vitme để ý đến lực dọc trục tác dụng lên trục vit me Tuy nhiên trình hoạt động xảy tượng rung cấu, yếu tố định tâm quan trọng, => chọn ổ đỡ chặn dãy cho trường hợp  Tính tốn khả tải động:  Tính toán khả tải tĩnh: C=Q.L �0 = m m Q0 L Trong đó: m = ổ bi m=10/3 với ổ đũa L: tuổi thọ ổ lăn tính theo cơng thức: � = 60 10 6 � �ℎ = 60 10 6 2000.14500 = 1740(���ệ� �ò��) Q: tải trọng động ổ lăn tính: � = (� � �� + � �� ).�đ �� Q0: tải trọng tĩnh ổ lăn tính: �0 = (�0.� �� + �0 �� ).�đ �� Kđ = 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) Kt = (nhiệt độ