Hình 3.1: S đ nguyên lý c a máy phay CNC.
Nh hình 3.1 ta th y m t máy phay CNC 3 tr c nó g m 2 thành ph n chính là ph n cứng và ph n đi u khi n.
Ph n cứng bao g m: Khung máy, tr c X, tr c Y, tr c Z, các đ ng c c a 3 tr c và tr c chính.
Ph n đi u khi n bao g m : Driver 3 tr c đ ng c , m ch giao ti p v i máy tính PC và ph n m m đi u khi n máy.
Hình 3.2 S đ đi u khi n h th ng - Xung đi u khi n đ ợc xu t ra c ng LPT
3.1.2 K t c u phần cứng máy phay CNC
K t c u ph n cứng máy phay bao g m khung máy phay , tr c vime bi, thanh tr ợt bi ( s ng lăn), đ ng c b c.
3.1.2.1 Tr c vitme bi
Trong máy công c đi u khi n s ng i ta s d ng hai d ng vit me c b n đó là: vít me đai c th ng vƠ vít me đai c bi.
- Vít me đai c th ng: là lo i mƠ vít me vƠ đai c có d ng ti p xúc mặt; - Vít me đai c bi: là lo i mà vít me vƠ đai c có d ng ti p xúc lăn.
Khi đi u khi n máy CNC hai hoặc nhi u tr c đòi h i th i gian kh i đ ng bàn máy nhanh và momen nh . Nhìn vào đ ng cong trên ta th y vít me đai c th ng không đ m b o đ ợc yêu c u trên c a máy CNC.
Thay vì tr ng thái ti p xúc mặt nh vít me đai c th ng thì vít me đai c bi có d ng ti p xúc lăn bằng cách đ a vƠo các rãnh ren s l ợng l n bi hoặc bi tr . Do ti p xúc gi a vít me vƠ đai c lƠ ma sát lăn nên ma sát có th lƠ coi lƠ không đáng k . Từ đ th trên ta th y vít me đai c bi đã xóa b đ ợc vùng ma sát khô và ma sát n a khô c a ma sát th ng.
Hình 3.3 Quan h gi a l c và t c đ c a vitme đai c th ng vƠ vitme đai c bi Ta xét m i quan h gi a l c ma sát và t c đ c a vít me đai c th ng và vít me đai c bi:
- Đ ng cong trên lƠ đ ng cong bi u th m i quan h gi a l c ma sát và t c đ c a vít me đai c th ng. Đ ng cong này chia làm hai ph n:
- Ph n từa đ n b là vùng ma sát n a t. Vùng này có s ti p xúc tr c ti p gi a vít me vƠ đai c. Khi v n t c bằng không, l c ma sát t l n nh t, khi v n t c tăng nêm d u d n d n hình thành làm l c ma sát gi m d n t i b.
- Giai đo n ti p theo lƠ quá trình bôi tr n gi a hai b mặt th y đ ng vƠ nh đ th thì l c ma sát tăng theo t c đ .
- Khi đi u khi n máy CNC hai hoặc nhi u tr c đòi h i th i gian kh i đ ng bàn máy nhanh và momen nh . Nhìn vƠo đ ng cong trên ta th y vít me đai c th ng không đ m b o đ ợc yêu c u trên c a máy CNC.
- Thay vì tr ng thái ti p xúc mặt nh vít me đai c th ng thì vít me đai c bi có d ng:
- Ti p xúc lăn bằng cách đ a vƠo các rƣnh ren s l ợng l n bi hoặc bi tr . Do ti p xúc gi a vítme vƠ đai c lƠ ma sát lăn nên ma sát có th lƠ coi lƠ không đáng k .
Từđ th trên ta th y vít me đai c bi đƣ xóa b đ ợc vùng ma sát khô và ma sát n a khô c a ma sát th ng.
u điểm của Vít me đai ốc bi:
- M t mát do ma sát nh , hi u su t c a b truy n l n g n bằng 0.9;
- Đ m b o chuy n đ ng n đnh vì l c ma sát h u nh không ph thu c vào t c đ ;
- Có th lo i trừ khe h và t o sức căng ban đ u đ m b o đ cứng v ng dọc tr c cao;
- Đ m b o đ chính xác làm vi c lâu dài;
Kết cấu của bộ truyền vitme đai ốc bi
Vitme có đa d ng nh ng chúng đ u có k t c u chung nh sau: 1: Đai c bi;
2: Vòng đi u ch nh khe h ; 3: bi;
Hình 3.4 Tr c vime bi
Hình 3.5 K t c u vitme bi
V n đ quan trọng nh t trong k t c u c a b truy n vít me đai c đó là d ng profil rang vít me vƠ răng đai c. Profil răng vít me d ng ch nh t và d ng hình thang là d ch t o nh t.
Tuy nhiên do đ cong c a hai b mặt khác nhau quá l n nên d n đ n ứng su t ti p xúc tăng và kh năng t i c a b truy n th p. Vì v y hai d ng profil nƠy ít đ ợc s d ng. Do đó đ gi m đ ợc ứng su t ti p xúc, tăng kh năng t i, tăng đ cứng v ng c a b truy n và gi m momen ma sát thì ta ph i tăng b mặt làm vi c. Đ đ m b o đ ợc đi u này thì ta ph i thi t k profil d ng tròn.
N u bán kính c a bi là r1, bán kính c a profil ren là r2 nên chọn r1/r2 = 0.95 ÷ 0.97.V i profil là n a cung tròn thì góc ti p xúc c a b truy n có th là α = 600 . Tuy nhiên b truy n v i góc ti p xúc α = 450 s có khe h nh nh t và cho kh năng ch t o v i đ chính xác cao nh t.
Hình 3.6 : Profil ren n a tròn
Kết cấu h i bi
Có nhi u d ng k t c u h i bi nh ng chúng ta có th chia thành các d ng c b n sau:
Rãnh h i bi kiểu ống cong: đ ợc dùng khá ph bi n trong các b truy n
Trên đai c ng i ta khoan l ti p tuy n v i đ ng ren. Vi c d n h ng cho bi vào ng h i bi có th dùng hai cách:
(a): mi ng ng h i bi tỳ lên mặt ren c a vít me (b): dùng t m d n h ng đ đ a bi vƠo ng h i bi.
Hình 3.7 Rãnh h i bi ki u ng
Trên đai c ng i ta có th b trí hai hoặc ba ng d n phân b thành hai hoặc ba vòng tu n hoàn kín. K t c u h i bi d ng nƠy có nh ợc đi m lƠ tăng kích th c b truy n, đ b n mòn c a đ u ng th p, s kẹp chặt ng có đ tin c y không cao.
Rãnh h i bi là lỗkhoan trên thân đai ốc và song song với đ ờngtâm đai ốc.
Đ ng d n bi đ n đ ng h i bi đ ợc b trí trên n p c a đai c đ ợc th hi n trên hình 3.6 K t c u h i bi d ng nƠy có u đi m: gọn nhẹ và tính công ngh t t. Nh ợc đi m là kh năng tách thành nhi u nhóm h i bi khó khăn.
Hình 3.8 Rãnh h i bi theolỗkhoan trong đai ốc
Rãnh h i bi nối giữa hai vòng ren kế tiếp nhau đ ợc bố trí trên máng lót đặc biệt.
Đ đặt máng lót rãnh h i bi ng i ta phay trên đai c các h c nh trên hình 3.9. K t c u này khác hẳn v i các k t c u khác đó lƠ không s d ng các đ ng d n ti p xúc v i b mặt vít me mƠ đ ng d n n i gi a hai rãnh k ti p nhau. Ph n l n các b truy n ng i ta dùng ba h c, các h c cách nhau 1200.
Hình 3.9 H i bi theo rƣnh khoan đ ng ng
K t c u nƠy có u đi m: kích th c đ ng kính b truy n nh bằng v i kích th c c a b truy n vít me th ng có cùng đ ng kính, không b mòn nhanh, có đ tin c y cao và chi u dài rãnh h i bi nh .
3.1.2.2 sống lăn
a. u nh ợc đi m c a sống lăn:
S ng lăn lƠ lo i kh p chuy n đ ng t nh ti n s d ng nh ng ph n t lăn nh lƠ bi hoặc con lăn. Do s d ng nh ng ph n t lăn gi a thanh ray v i kh i t nh ti n, s ng lăn
có th chuy n đ ng t nh ti n v i đ chính xác cao. H s ma sát c a s ng lăn ch bằng 1/50 so v i s ng tr ợt truy n th ng. S ng lăn có th ch u t i trọng lên xu ng, trái, ph i. S ng lăn lƠ lo i chi ti t đ ợc s n xu t và bán c b , ng i dùng ch mua v l p ráp chứ không ch t o. M i nhà ch t o có c s tính toán khác nhau đ ng i dùng có th tính toán s b và l a chọn s n phẩm phù hợp.
u đi m c a s ng lăn so v i s ng tr ợt truy n th ng: - Đ chính xác v trí cao;
- Ho t đ ng chính xác cao trong th i gian dài; - Đ t v n t c cao v i l c tác d ng nh ; - Có kh năng chu l c từ mọi h ng; - D l p đặt; - Bôi tr n d dàng; - Có kh năng l p l n cao. b. Các giá trị l c c b n c a sống lăn: - T i tĩnh c s : Giá tr t i tĩnh (C0):
Bi n d ng d x y ra gi a b mặt lăn vƠ con lăn khi s ng lăn chu l c quá l n hoặc t i trọng va đ p. n u bi n d ng d v t quá gi i h n s làm cho s ng lăn ho t đ ng không còn êm. T i tĩnh c s đ ợc đ nh nghĩa lƠ t i tĩnh có đ l n vƠ h ng không đ i làm cho con lan và b mặt bi n d ng d 0.0001 l n đ ng kính con lăn t i đi m ch u
ứng su t l n nh t. giá tr nƠy đ ợc nhà s n xu t cho sẵn. Giá tr t i tĩnh c a s ng lăn không đ ợc v ợt quá giá tr t i tĩnh c s này.
Moment tĩnh cho phép (M0)
Moment tĩnh cho phép d ợc bi u di n bằng h ng và giá tr khi ứng su t l n nh t tác d ng lên con lăn bằng ứng su t gây ra b i t i tĩnh. Moment tĩnh cho phép bao g m 3 thành ph n theo 3 h ng: MR, MP, MY.
Hình 3.10 chiều moment tác dụng lên sống lăn
c. H sốan toƠn tĩnh:
Khi s ng lăn ho t đ ng v i t i tĩnh hoặc chuy n đ ng v i t c đ th p ph i xét đ n h s an toƠn tĩnh. H s an toƠn tĩnh ph thu c vƠo môi tr ng vƠ đi u ki n làm vi c c a s ng lăn. Khi h th ng ch u va đ p vƠ dao đ ng ta s chọn h s an toàn l n. T i tĩnh đ ợc suy ra từ công thức: 0; 0 SL SM C M f f Q M
Trong đó: fSL- h s t i tĩnh đ i v i t i đ n. 0 C - giá tr t i tĩnh, (kN). Q- T i trọng ho t đ ng, (kN). SM f - h s t i tĩnh đ i v i moment. 0 M - mment tĩnh cho phép, (kN.mm). M- moment đặt vào. d.T i trọng đ ng c s T i trọng đ ng c s là y u t quan trọng đ xác đnh tu i thọ c a s ng lăn. T i trọng đ ng c s đ ợc đ nh nghĩa lƠ t i trọng không đ i l n nh t tác đ ng lên s ng lăn đ s ng lăn có tu i thọ danh nghĩa 50km. Giá tr t i trọng c s đ ợc cho trong b ng s li u c a nhà s n xu t. Tu i thọ danh nghĩa dùng đ d doán tu i thọ c a s ng lăn.
e.Tu i thọ c a sống lăn:
Khi b mặt lăn vƠ con lăn ch u tác đ ng cùa t i chu kì, b mặt làm vi c s b tróc r vì m i. Tu i thọ c a s ng lăn lƠ t ng quƣng d ng d ch chuy n cho đ n khi tróc r b mặt do m i xu t hi n.
Tu i thọ danh nghĩa c a s ng lăn lƠ quƣng đ ng mà s ng lăn di chuy n đ ợc khi ch u t i trọng danh nghĩa. Thông th ng tu i thọdanh nghĩa c a s ng lăn lƠ 50km. Giá tr t i trọng c s d ợc cho trong b ng s li u c a nhà s n xu t. Tu i thọ danh nghĩa dùng đ d doán tu i thọ c a s ng lăn.
T i trọng nh h ng đ n tu i thọ c a s ng lăn, d a vào t i trọng đ ng c s và t i th c t ta tính d ợc tu i thọdanh nghĩa d a vào công thức:
.50 m C L Q
Trong đó: L ậ tu i thọdanh nghĩa, km C ậ t i trọng đ ng c s
m = mH/3 v i mH là b c c a đ ng cong m i, mH=10 khi đ i v i s ng lăn dùng con lăn tr , mH=9 đ i v i con lăn bi.
Q ậ t i trọng th t N u xét đ n môi tr ng làm vi c thì ta s d ng công thức: .50 m h t w c f f C L f Q
Trong đó: L ậ tu i thọdanh nghĩa.
fhậ h s nh h ng do đ cứng. ft ậ h s nh h ng do đ cứng . C ậ t i trọng đ ng c s .
fw- h s nh h ng do t i. qc- t i trọng tính toán.
3.1.2 Phần đi u khi n máy phay CNC
- H th ng đi u khi n s - Ph n m m đi u khi n - Đi u khi n đ ng c
3.1.2.1 H thống đi u khi n số
Là h th ng mƠ trong đó các ho t đ ng đ ợc đi u khi n là d li u s đ a vƠo tr c ti p m t đi m nƠo đó. H th ng đó ph i t đ ng d ch chuy n t i thi u m t ph n nƠo đó c a d li u này.
D li u là thông tin cung c p b i mã nh phơn. Nó đ ợc bi u di n d i d ng mã s hoặc ký t . Đơy lƠ thông tin c n thi t đ t o ra m t ch ng trình gọi lƠ ch ng trình gia công.
Có hai lo i h th ng đi u khi n: H th ng đi u khi n kín và h th ng đi u khi n h .
3.1.2.1.1 H thống đi u khi n h
Hình 3.11 H th ng đi u khi n h
Đặc đi m c a h th ng đi u khi n s vòng h nh sau:
- Các h th ng đi u khi n đ ợc v n hành theo nh p th i gian c a m t đ ng h và đ c l p so v i bi n ra;
- Không có c m bi n và b so sánh. Do đó mu n đ m b o chính xác cho bi n ra c a c c u ch p hành thì c n ph i có yêu c u cao v đ chính xác c a c c u truy n đ ng;
3.1.2.1.2 H thống đi u khi n kín
Hình 3.12 H th ng đi u khi n kín
Đặc đi m c a h th ng đi u khi n s vòng kín nh sau:
- Đ chính xác c a bi n ra ít ph thu c vào h truy n đ ng mà ph thu c vào c m bi n.
- Làm vi c chính xác vƠ đ tin c y cao.
Do v y, h u h t các h th ng đi u khi n s hi n nay là h th ng kín. Các ho t đ ng đi u khi n đ ợc v n hành qua các sai l ch gi a bi n vào và ra.
3.1.2.1.3 C u trúc từng ph n c a h th ng đi u khi n s
Hình 3.13 C u trúc từng ph n c a h th ng đi u khi n G m 6 thành ph n chính:
- Ch ng trình gia công (part programe): bao g m các ch th đƣ đ ợc mã hóa; - H đi u khi n máy (machine control unit - MCU) đ ợc chia làm 2 thành ph n:
+ Đ n v x lý d li u (data processing unit ậ DPU): th c hi n chức năng đọc mã l nh từ thi t b nh p d li u, x lý mã l nh (gi i mã), truy n d li u cho CLU.
+M ch đi u khi n (control loop unit ậ CLU): th c hi n các chức năng n i suy chuy n đ ng trên c s các tín hi u nh n đ ợc từ DPU, xu t các tín hi u đi u khi n,