Thiết kế hệ dẫn hướng cho bàn máy cho máy CNC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN : CƠ ĐIỆN TỬ   ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Đề tài: Thiết kế ̣ dẫn hướng cho bàn máy cho máy CNC Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS Nguyễn Thành Đông Phạm Mạnh Cường Lớp: MSSV: CK Cơ điện tử 07 – K62 20170674 Hà Nội, tháng 10 năm 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI SME.EDU - Mẫu 6.a Học kỳ: VIỆN CƠ KHÍ Năm học: 2021 - 2022 Đơn vị chun mơn: Nhóm Cơ điện tử Mã HP: ME4505 Thời gian thực hiện: 15 tuần; ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ VCK04 -…; Ngày giao nhiệm vụ: …/…/20…; thành: …/…/20…; Họ tên sv: Phạm Mạnh Cường 20170674 Chữ ký sv: Cường Ngày …/…/20… …/…/20… …/…/20… ĐƠN VỊ CHUYÊN MÔN CB Hướng dẫn (ký, ghi rõ họ tên) rõ họ tên) tên) I Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế ̣ dẫn hướng bàn cho máy CNC Cột đ phay Gối đ kèm g trục X Ray d trục X Thân Vít m Gối đ trục Y Ray d trục Y Bàn Y 10 Bàn X tiết gi 11 Cụm 12 Cụm 13 Vít m II Số liệu cho trước : R a y d â ̃ n h ́ n g t r u ̣ c Z Loại máy phay : Phay đứng Chế đô ̣ cắt thử nghiê ̣m tối đa: Khối lượng lớn nhất của chi tiết M: 300K g Vâ ̣n tốc chạy lớn nhất gia công V1 : Vâ ̣n tốc chạy lớn nhất gia công có lực V2 : Gia tốc hoạt đô ̣ng lớn nhất của ̣ thống a Thời gian hoạt đô ̣ng từ 05 đến 07 năm : chọn 25000h Cho trước các kết cấu của cụm bàn máy X và Y để gắn vít me bi và ray dẫn hướng Cho trước tài liê ̣u của hãng sản xuất vít me bi và ray dẫn hướng 10 Cho trước tài liê ̣u của hãng sản xuất đô ̣ng III Nô ̣i dung thực hiêṇ Phân tích nguyên lí và thông số kỹ thuâ ̣t - Tổng quan ̣ thống -Nguyên lý hoạt đô ̣ng - Xác định các thành phần bản và yêu cầu thông số/kỹ thuâ ̣t của ̣ thống Thiết kế ̣ thống truyền đô ̣ng - Thiết kế ̣ thống dẫn đô ̣ng - Thiết kế các bô ̣ phâ ̣n chính : khớp nối, dẫn hướng, các kết nối để lắp và điều chỉnh - Tính chọn đô ̣ng Xây dựng bản vẽ thiết kế -Xây dựng bản vẽ lắp 2D/3D - Xây dựng các bản vẽ chế tạo các chi tiết chính BẢNG SỐ LIỆU CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ: Đề số VCK02-1 SVT Phay mặt đầu, lưỡi cắt, D=80mm, JIS, S45C, Grade 4040, v=100m/ph, t=1,2mm, M V1 V2 a 300 18 15 0.4 F=900mm/ph VCK02-2 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 Phay mặt đầu, lưỡi cắt, D=80mm, 700 20 12 0,5 300 25 15 0,4 VCK02-13 JIS, SUS440C, Grade 4040, v=100m/ph, t=0,8mm, F=900mm/ph VCK02-14 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 VCK02-23 Nt 500 20 10 0,4 VCK02-24 nt 700 20 10 0,4 Ghi chú MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG PHÂN TÍCH NGUN LÝ VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT 1.1 Khái niệm máy điều khiển số .8 1.2 Nguyên lý hoạt động 1.3 Kết cấu hệ thống dẫn động máy CNC 1.4 Thành phần 10 1.4.1 Trục vít me - đai ốc bi 10 1.4.2 Ray dẫn hướng 11 1.4.3 Động .11 1.4.4 Các chi tiết hệ trục .12 1.5 Hệ thống đo .13 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CÁC CHI TIẾT 15 2.1 Tính chọn ray dẫn hướng 15 2.1.1 Quy trình tính tốn 15 2.1.2 Hệ số tải tĩnh (C0) 16 2.1.3 Mô men tĩnh cho phép M0 16 2.1.4 Hệ số an toàn tĩnh fs 16 2.1.5 Hệ số tải trọng động C 17 2.1.6 Tính tuổi bền danh nghĩa L 17 2.1.7 Tính tốn tuổi thọ làm việc theo thời gian 18 2.1.8 Hệ số ma sát 19 2.1.9 Tính tốn tải trọng làm việc 19 2.1.10 Tính tốn tải trọng tương đương 19 2.1.11 Tính tải trọng trung bình 20 2.1.12 Tính toán chi tiết 20 2.2 Tính chọn trục vitme 30 2.2.1 Kết cấu truyền vitme đai ốc bi 30 2.2.2 Tính chọn trục vítme bi 31 2.2.3 Tính tốn chi tiết 36 2.3 Tính chọn động 51 2.3.1 Tính chọn động bàn X 51 2.3.2 Tính chọn động cho trục Y 55 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .60 Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC LỜI MỞ ĐẦU Trong nghiệp công nghiệp hóa – đại hóa, phát triển khoa học kĩ thuật vấn đề quan trọng cần quan tâm lớn Mỗi ngành khí, điện tử, tin học có tảng khoa học vững tạo sản phẩm đặc trưng riêng Tuy nhiên, yêu cầu thời đại đặt yêu cầu cao cách hoạt động máy móc, yêu cầu máy móc cần phải gọn nhẹ hơn, linh động hơn, uyển chuyển thông minh Việc sử dụng máy móc để thay sức lao động người xu hướng tất yếu để tăng suất lao động, tạo nhiều sản phẩm chất lượng cao Máy CNC tiến phát triển vượt bậc công nghiệp Sự xuất máy CNC nhanh chóng làm thay đổi q trình sản xuất công nghiệp Các đường cong thực dễ dàng đường thẳng, cấu trúc phức tạp chiều dễ dàng thực lượng lớn thao tác người giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa q trình sản xuất tạo nên xác chất lượng ngày cao Máy CNC phổ biến như: máy tiện CNC, máy phay CNC, máy cắt laze, máy cắt dây CNC Sự tiến kỹ thuật, trí thông minh nhân tạo, điều khiển số tạo máy CNC có nhiều trục 3, trục chuyển động ngày linh hoạt khéo léo Đồ án thiết kế khí này, em tìm hiểu q trình tính tốn thiết kế hệ thống dẫn hướng máy phay CNC Nhiệm vụ tính tốn thiết kế lựa chọn hệ thống vít me bi, hệ thống ray dẫn hướng, ổ bi động điều khiển cho trục X, Y Thông qua quá trình làm và hoàn thiê ̣n đồ án em sẽ cố gắng đạt được mô ̣t số kỹ kỹ giải quyết mô ̣t vấn đề được đă ̣t yêu cầu trước, tìm kiếm thông tin phù hợp, mô ̣t số kỹ chuyên ngành kỹ vẽ,tính toán chi tiết vv Qua đó có thể tự tin giải quyết bất kì vấn đề nào gă ̣p phải sau trường Đó là mô ̣t kỹ mà bất kì kỹ sư Bách Khoa nào cũng cần đạt được Do kiến thức cịn hạn hẹp lần đầu tìm hiểu đồ án, báo cáo khó tránh khỏi thiếu sót nên em mong muốn có góp ý thầy cô Em xin chân thành cảm ơn Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC CHƯƠNG PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 1.1 Khái niệm máy điều khiển số Điều khiển số đời cách 30 năm tác động mạnh mẽ đến ngành khí chế, tạo máy cơng cụ tự động hố kết cấu khí Máy điều khiển số CNC-Computer Numerical Control máy công cụ điều khiển theo chương trình số, trình gia công thực cách tự động Trước gia công người ta đưa vào hệ thống điều khiển chương trình gia cơng dạng chuỗi lệnh điều khiển Hệ thống điều khiển số cho khả thực lệnh kiểm tra chúng nhờ hệ thống đo lường dịch chuyển bàn trượt máy - Các loại máy CNC phổ biến gồm có: + Máy tiện CNC + Máy phay CNC + Máy gia công tia lửa điện CNC + Máy cắt dây CNC - Ưu điểm máy CNC So với máy công cụ truyền thống, máy CNC có nhiều nét ưu việt hơn, thể điểm sau: + Gia công chi tiết phức tạp + Quy hoạch thời gian sản xuất tốt + Thời gian lưu thông ngắn tập trung nguyên công cao giảm thời gian phụ + Tính linh hoạt cao + Độ lớn loạt tối ưu nhỏ + Độ xác gia cơng cao ổn định + 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 + Có khả tích hợp hệ thống gia công linh hoạt Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC 1.2 Nguyên lý hoạt động Hình 1.1: Nguyên lý dịch chuyển bàn máy - Thông thường bàn máy gắn chặt với gối trượt, dịch chuyển nhờ lực đẩy vít me trượt hai dẫn hướng Khi động hoạt động hệ thống vít me di chuyển tạo lực đẩy bàn máy di chuyển theo phương lập trình sẵn Cùng với sensor gắn đầu động để đo vận tốc độ xác vị trí bàn máy báo trung tâm hệ thống điều khiển - Trong máy CNC, đặc biệt máy phay cao tốc, việc đảm bảo điều kiện bền của thiết bị dẫn động phần quan trong q trình tính tốn lựa chọn thiết bị 1.3 Kết cấu hệ thống dẫn động máy CNC - Kết cấu: + Bệ máy + Các bàn máy theo trục X, Y, Z + Các hệ thống dẫn động vít me bi, hệ thống đường dẫn hướng tương ứng theo trục X, Y, Z + Các điều khiển, động bố trí bàn máy,… Hình 1.2: Sơ đồ chức trung tâm gia công CNC trục điều khiển số - Thông thường, bàn máy gắn chặt với gối trượt, dịch chuyển nhờ lực đẩy vít me trượt hai ray dẫn hướng Trong máy CNC, đặc biệt máy phay cao tốc, việc đảm bảo điều kiện bền thiết bị dẫn động phần quan trọng trình tính tốn lựa chọn thiết bị 10 Đờ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC Bảng 2.12: Thơng số đường kính tải trọng trục vitme Bảng 2.13: Thông số trục vitme bàn Y Chọn series: 40 – 10B2-FDWC Đường kính: 40 mm Bước vít: 10 mm - Kiểm tra sơ + Tuổi thọ làm việc: Lt ¿ Ca ¿ ×10 × Fm × f w 60 n ¿ ( ) + Tốc độ quay cho phép: n≥ f ×dr 15,1× 35,05 × 107= ×10 7=6534> 2000 2 L 900 Tốc độ lớn nhiều so với tốc độ quay lớn thiết kế Do vậy, lựa chọn thỏa mãn 47 Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC + Chọn độ xác dài: Độ xác vị trí yêu cầu: ± 0,030/ 1000 mm, chọn cấp xác C → độ lệch độ biến dạng tích lũy Cấp xác: C E=±0,025 /1250e=0,018 mm +Độ dịch thay đổi nhiệt độ: (mức hiệu chỉnh 3∘ C ) Độ dịch nhiệt: Δ Lθ =ρθL=12× 10−6 ×3 ×900=0,0324 mm Bán kính lõi ren trục vitme: dr =40+1.4−6.35=35,05 mm Lưc nén: F θ=Δ Lθ × K s= Δ Lθ ⋅ E ⋅ π ⋅d r 0,0324 × 2,1× 104 × π ×35 , 052 = =770(kgf ) 4L × 900 - Chọn ổ lăn: + Lựa chọn loại ổ đỡ : Do tải trọng dọc trục lớn, gối đỡ trục vít lắp ổ bi đỡ chặn đối để hạn chế trục di chuyển dọc trục phía, cịn gối đỡ dùng ổ tùy động ổ bi đỡ dãy phép trục tùy ý dịch động nở nhiệt + Lựa chọn sơ kích thước ổ lăn Trục vít me X chọn: 40-10B2-FDWC có đường kính vít me D= 40 mm Chọn ổ bi theo tiêu chuẩn hãng SKF ( http://www.skf.com ) Chọn sơ ổ bi đỡ- chặn 7306 BE có thơng số sau: Co =21.2 kN Cr =34.5 kN Bảng 2.14: Thông số ổ lăn bàn Y Đối với gối đỡ bên tùy động chọn ổ bi đỡ dãy 6306 với thông số: Co =16 kN Cr = 29.6 kN 48 Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC + Kiểm nghiệm khả tải ổ lăn Xét lực dọc trục tác động lên ổ bi đỡ - chặn(ổ A và ổ B): Lực dọc trục: F my = 2880 𝑁 Trọng lực tác dụng lên ổ lăn R A =R B=RC = ∑ m× g = (140+300+250) ×10 =2300 3 N Nội lực dọc trục tác dụng lên ổ bi: F si =e ⋅ R i=1.14 ×2300=2622 N Lực dọc trục tác dụng lên ổ bi: Ổ A: ∑ F aA=0.5 × F sA + F my =−0,5× 2300+2880=17 30 (N) Ở B: ∑ F aB=0.5 × F SB + F my =0,5 ×2300+2880=4030( N ) ⇒ Lực dọc trục tác dụng lên ổ bi: F a= ( F aA , F aB )=4030 N Tra theo hãng SKF, với ổ bi đỡ- chặn chọn có: + X=0.35; Y= 0.57 + X 0= 0.5; Yo= 0.26 + K d = 1,1 (Chịu va đập nhẹ, chịu tải ngắn hạn so với máy cắt kim loại, động cơng suất nhỏ trung bình) + Kt = Tuổi thọ ổ bi: 𝐿 = 60 10−6 𝑛 Lh = 60 10−6 2000.25000 = 3000 (𝑡𝑟𝑖ệ𝑢 𝑣ò𝑛𝑔) Đối với ổ bi đỡ- chặn : + Tải trọng động: 𝑄 = (𝑋 𝑉 F r + 𝑌 F a) K d K t = (0,35 × × 2300 + 0,57 × 4030) × 1,1 = 3412 𝑁 + Tải trọng tĩnh: Q = ( X V F r + Y F a) K d K t = (0,5 × 2300 + 0,26 × 4030) × 1,1 = 2417 𝑁 + Khả tải động: C= Q L1 ∕ m = 2419.3000 = 348 𝑘𝑁 < 69 𝑘𝑁 Với ổ bi: m = + Khả tải tĩnh: C= Q L1 ∕ m = 3412 3000 = 49 𝑘𝑁 < 69 𝑘𝑁 49 Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC => Lựa chọn ổ bi phù hợp khả tải - 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 Hình 2.14: Khớp nối (tham khảo “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí – Lê Văn Uyển tập 2” – trang 55) 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 1555G) Trên sở em chọn thơng số cho khớp nối sau: Bảng 2.10: Thơng số khớp nối 2.3 Tính chọn động Các bước tính chọn động 50 Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC 2.3.1 Tính chọn động bàn X - Tốc độ vòng lớn nhất: 2000 vòng/phút - Thời gian cần thiết để đạt tốc độ lớn 0.9s 2.3.1.1 Momen quán tính khối - Trên trục vit-me: G Ds = πρ π ×7.8 ×10−3 × D × L= ׿ 32 - Trên phàn dịch chuyển : l G D =W ⋅ =11,1 ( kg f ⋅cm ) 2π W ( ) Trên phần ghép nối : πρ π × 7.8 ×10−3 '4 ' × D ×l = ׿ 32 32 D ' đường kính trục vít, l ' chiều dài nối trục G DJ = -Tổng mô men quán tính: G D 2L =G D 2S +G D 2W +G D 2J =40,2+11,1+6,4=57,7 kg f ⋅ cm2 2.3.1.2 Momen phát động Thời gian dành cho trình có gia tốc ngắn, ta tính tốn cho giai đoạn chạy (chiếm phần lớn thời gian gia công) 51 Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC Mơ men đặt trước: Fao ×l 70,3 ×1 =0.3 × =3,4 kg f cm 2π 2π Trong đó: k =0.3 ; F a0 =Fmax / 3=211,1 /3=70,3 kg f T p=k Mô men lực ma sát : T c= F a ×l 211,1 ×1 = =37,3 kg cm π ×n π ×0.9 Do đó, momen phát động cần thiết tổng momen đặt trước momen cần thiết gia công: T L =T P +T C =3,4+ 37,3=40,7 kg f cm 2.3.1.3 Chọn động Chọn động servo để điều khiển quỹ đạo chuyển động theo trục Ox Các liệu cho tính chọn động cơ: + Chọn vit-me có bước h = 10mm + Hệ số ma sát lăn thép gang ta chọn 𝜇=0,1 + 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): Fm = 0,5Fm =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) + Mô men ma sát quy đổi (Tfric): 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 sử dụng để tính tốn Cụ thể : T lf =μb ( F mz+ P ) d Ở μb = 0,005, bé so với 𝜇=0,1(ở trên) Do Tfric không thay đổi đáng kể kể thêm mô men quy đổi gây trục đai ốc bi ổ bi: 52 Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC Hình 2.16: Mơ hình kết hợp hệ bàn máy với động + Tính mơ men ma sát: T fric = ( m g+ F mz ) ⋅ μ h cos ⁡α ( 440 ×10+785)× 0.1 ×0.01 ×cos ⁡(0) 2π i.n = π ×1 ×0.9 =0,92 N /m + Momen trọng lực quy đổi (T WZ ): Hình 2.17: Momen trọng lực + Tính tính mơ men chống trọng lực kết cấu: T WZ = ( m× g+ F mz ) × μ × h× sin ⁡α × π ×i× η Vì cấu nằm ngang nên = hay T WZ = + Tính vận tốc dài : Với đường kính trục vít chọn 40 mm, ta có: π × D × n π × 40 ×2000 = =4,2 m/s 60 ×1000 60 ×1000 + Mô men cắt quy đổi T mach: v max= Hình 2.18: Momen cắt quy đổi -Tính mơ men máy : T mach= h × Fm 0.01 ×1570 = =0,83 N /m π ×i× η × v max π ×1 ×0.9 ×3,35 -Tính mơ men tĩnh : T stat =T fric +T wz +T mach  =0,92+0+0.83=1,75 Nm -Tính tốc độ quay motor: 53 Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC n noml = v max × i 3,35 ×1 = =335  vong  / ph h 0.01 ⇒ Dựa vào mô men tĩnh động tốc độ motor, t chọn loại động co AM 1550 G hãng ANILAM−www anilam com có momen khởi động 13 N m tốc độ quay lớn 2000rpm hình : Điều kiện: Nmax ≥ 2000 rpm M 0motor  ≥ M stat n Nmotor  ≥ n noml  J M ≥ J L /3T M >T L Bảng 2.17: Thông số động bàn X 2.3.1.4 Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại Thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại là: t a= J πN × ×f 60 T −T L ' M (2.40) Trong đó:  J tồng mơ men qn tính (Momen tính tốn + momen cho động cơ-Rotor Inertia J) +T 'M =2.T M , ( T M >T L )+T L : mô men quay  f : hệ số an toàn (chọn theo kiểu ổ lắp) Thay số vào ta : t a= (40,7+75)× 10−4 π ×2000 × ×1.4=0.12 σ max + Độ bền đàn hồi : 550 ×106 ( N /m2 ) > σ max Số liệu độ bền kéo, độ bền đàn hồi lấy theo cuốn"Handbook of Comparative World Steel Standards" hình dưới : Bảng 2.18: Thơng số vật liệu 2.3.1 Tính chọn động bàn Y - Tốc độ vòng lớn nhất: 2000 vòng/phút - Thời gian cần thiết để đạt tốc độ lớn 0.9s 2.3.1.1 Momen quán tính khối - Trên trục vit-me: G Ds = πρ π ×7.8 ×10−3 × D × L= ׿ 32 - Trên phàn dịch chuyển : G D 2W =W ⋅ l =15.7 ( kg f ⋅cm ) 2π ( ) Trên phần ghép nối : πρ π × 7.8 ×10−3 '4 ' × D ×l = ׿ 32 32 D ' đường kính trục vít, l ' chiều dài nối trục G DJ = -Tổng mô men quán tính: G D 2L =G D 2S +G D 2W +G D 2J =106 kg f ⋅ cm2 55 Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC 2.3.1.2 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 cơng) Mơ men đặt trước: Fao ×l 76.7 ×1 =0.3 × =3,7 kg f cm 2π 2π Trong đó: k =0.3 ; F a0 =Fmax /3=230 /3=76.7 kg f T p=k Mô men lực ma sát : T c= F a ×l 211,1 ×1 = =40.7 kgf cm π ×n π ×0.9 Do đó, momen phát động cần thiết tổng momen đặt trước momen cần thiết gia công: T L =T P +T C =3.7+ 40.7=44.4 kg f cm 2.3.1.3 Chọn động Chọn động servo để điều khiển quỹ đạo chuyển động theo trục Oy Các liệu cho tính chọn động cơ: + Chọn vit-me có bước h = 10mm + Hệ số ma sát trượt 𝜇=0,1 + Gia tốc trọng trường g = 10 m/s2 + Khối lượng phần đầu dịch chuyển m = 690 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 = 1570 N = 157 kgf + Lực cắt theo phương z (phương thẳng đứng): Fm = 0,5Fm =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) + Mô men ma sát quy đổi (Tfric) : + Tính mơ men ma sát: T fric = ( m g+ F mz ) ⋅ μ h cos ⁡α ( 440 ×10+785)× 0.1 ×0.01 ×cos ⁡(0) 2π i.n = π ×1 ×0.9 =0,92 N /m + Momen trọng lực quy đổi (T WZ ): T WZ = ( m× g+ F mz ) × μ × h× sin ⁡α × π ×i× η Vì cấu nằm ngang nên = hay T WZ = + Tính vận tốc dài : Với đường kính trục vít chọn 40 mm, ta có: v max= π × D × n π × 40 ×2000 = =4,2 m/s 60 ×1000 60 ×1000 + Mô men cắt quy đổi T mach: Tính mơ men máy : T mach= h × Fm 0.01× 1570 = =0.66 N /m π ×i× η × v max π ×1 ×0.9 × 4.2 56 Đờ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC Tính mơ men tĩnh : T stat =T fric +T wz +T mach  =1.36+0+ 0.66=2.02 Nm Tính tốc độ quay motor: n noml = v max × i 4.2 ×1 = =420  vong / ph h 0.01 ⇒ Dựa vào mô men tĩnh động tốc độ motor, t chọn loại động co AM 1550 G hãng ANILAM−www anilam com có momen khởi động 13 N m tốc độ quay lớn 2000rpm hình : Điều kiện: Nmax ≥ 2000 rpm J M ≥ J L /3T M >T L Bảng 2.17: Thông số động bàn Y 2.3.1.4 Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại Thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại là: t a= J πN × ×f 60 T −T L ' M (2.40) Trong đó:  J tồng mơ men qn tính (Momen tính tốn + momen cho động cơ-Rotor Inertia J) +T 'M =2.T M , ( T M >T L )+T L : mô men quay  f : hệ số an toàn (chọn theo kiểu ổ lắp) Thay số vào ta : t a= (44.4+75) ×10− π ×2000 × ×1.4=0.12 σ max + Độ bền đàn hồi : 550 ×106 ( N /m2 ) > σ max Số liệu độ bền kéo, độ bền đàn hồi lấy theo cuốn"Handbook of Comparative World Steel Standards" hình dưới : Bảng 2.18: Thông số vật liệu 58 Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC TỔNG KẾT BẢNG THÔNG SỐ STT CHI TIẾT TÊN HÃNG SẢN XUẤT GHI CHÚ Vít me bi trục X 40-10B2-FDWC PMI Loại dãy, bi lưu chuyển ngồi Vít me bi trục Y 40-10B2-FDWC PMI Loại dãy, bi lưu chuyển Ổ bi đỡ- chặn 7306 BE SKF ổ loại dãy Ổ bi đỡ 6306 SKF ổ loại dãy Ổ bi đỡ- chẵn 7306 BE SKF ổ loại dãy Ổ bi đỡ 6306 SKF ổ loại dãy Ổ đỡ Ổ đỡ Ray dẫn hướng trục X MSA 35A PMI Ray thẳng chạy bi Ray dẫn hướng trục Y MSA 35 LA PMI Ray thẳng chạy bi Động trục X AM 1550G ALILAM Động servo Động trục Y AM 1550G ALILAM Động servo 59 Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC KẾT LUẬN Để thiết kế một hệ thống dẫn động cho bàn máy CNC cần thiết kế, tính tốn, lựa chọn chi tiết, cấu khí phù hợp với yêu cầu đề Do kiến thức còn hạn hẹp nên quá trình tính toán còn gă ̣p rất nhiều khó khăn Từ viê ̣c tra bảng, lựa chọn thông số phù hợp, tra catalog nhà sản xuất đến những Trong đồ án này, em thực công việc sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống dẫn động bàn máy CNC + Tìm hiểu hệ thống CNC, cấu tạo hệ dẫn động bàn máy CNC Chương 2: Tính tốn lựa chọn chi tiết khí hệ thống dẫn động bàn máy CNC +Dựa vào thông số yêu cầu đề để tính tốn thơng số để lựa chọn chi tiết, cụm chi tiết, mô đun cho hệ thống dẫn động bàn máy CNC 60 Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC 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 Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội 2008 [3] Bài giảng thiết kế hệ thống điện tử - Nguyễn Trọng Doanh [4] http//www.coroguide.com [5] PMI ballscrews catalog - Precision motion industries, INC [6] PMI linear guideway -Precision motion industries, INC [7] Website hãng : www.pmi-amt.com, www.Hiwin.com, www.skf.com, www.alibaba.com, www.anilam.com, https://www.skf.com/group/products/bearings-units-housings/super-precisionbearings/principles/design-considerations/system-rigidity/bearing-stiffness/index.html? switch=y [8] Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí (tập 1, tập 2) - Trịnh Chất – Lê Văn Uyển – NXB Giáo dục [9] Sổ tay Công nghệ chế tạo máy - tập 1,2,3 - GS N Nguyễn Đắc Lộc - XB Khoa học Kỹ thuật [10] Giáo trình dung sai lắp ghép kỹ thuật đo lường - Pgs.Ts.Ninh Đức Tốn 61 ... tĩnh cho phép (Nm) M: momen tính toán (Nm) Các giá trị tham khảo fs cho máy công nghiệp thông thường máy công cụ cho bảng bên dưới: 17 Đồ án TKHT Cơ khí – Hê ̣ dẫn hướng cho bàn máy CNC. .. : cho? ?n 25000h Cho trước các kết cấu của cụm bàn máy X và Y để gắn vít me bi và ray dẫn hướng Cho trước tài liê ̣u của hãng sản xuất vít me bi và ray dẫn hướng 10 Cho. .. lệnh điều khiển Hệ thống điều khiển số cho khả thực lệnh kiểm tra chúng nhờ hệ thống đo lường dịch chuyển bàn trượt máy - Các loại máy CNC phổ biến gồm có: + Máy tiện CNC + Máy phay CNC + Máy gia