Hình 4.1 Ph ng án 1
Khung máy nh ph ng án 1 có k t c u d ng c u tr c, đơy lƠ d ng khung máy có k t c u có đ cứng v ng cao, toƠn thơn máy đ ợc ch t o bằng v t li u MDF (ván ép), tr c X, tr c Y, tr c Z đ u đ ợc d n đ ng qua h th ng vitme đai c bi vƠ thanh tr ợt tròn vƠ đ ợc d n h ng qua c c u nh hình sau:
Hình 4.2 Thanh d n h ng Hình 4.3: C c u d n h ng c a các tr c 1: Thanh d n h ng 2: lăn 3: Bulông 5/16-18x1 1/2 4: Đai c 5/16-18 5: Bulông 1/4- 203x1/2
Nhìn vƠo c c u d n tr c th y rằng c c u d n h ng c a tr c d a vào lăn đ tr ợt trên thanh ray tròn.
u vƠ khuy t đi m c a ph ng án 1
Do khung máy đ ợc làm từ v t li u MDF nên có u đi m là d ch t o nhẹ d di chuy n, có đ cứng v ng cao
- Khuyết điểm
Do làm từ v t li u MDF nên nh ợc đi m l n nh t c a nó là d th m n c lâu ngày s lƠm h h ng toàn b k t c u c a khung. H th ng d n h ng c a tr c s không tr ợt êm khi lăn b kẹt.
Ph ng án 2
Hình 4.4 Ph ng án 2
C u trúc khung mô hình c a ph ng án 2 cũng t ng t nh ph ng án 1 cũng d ng khung hình c u tr c. Khung máy vƠ bƠn máy đ ợc làm bằng nhôm đ nh hình.
C c u d n h ng c a các tr c s d ng s ng lăn bi
Hình 4.5: S ng lăn bi
u vƠ nh ợc c a ph ng án 2
u điểm:
- Do khung máy có hình d ng c u tr c và làm từ nhôm đ nh hình nên khung máy có k t c u đ cứng v ng cao d l p ráp;
- Truy n đ ng chính xác v trí cao do s d ng s ng lăn bi lƠm d n h ng; - Khung máy có k t c u nh gọn d dàng di chuy n.
Khuyết điểm:
Do khung lƠm nhôm đ nh hình nên có giá thành cao.
L a chọn ph ng án thi t k khung máy
Do có k t c u nh gọn d dàng di chuy n, kh năng cứng v ng và ch u l c cao truy n đ ng v trí chính xác nên l a chọn ph ng án 2 đ thi t k khung máy.
4.3 Thi t k phần đi u khi n
D a vào s l a chọn ph n thi t k h th ng đi u khi n ph n trên là chọn h th ng đi u khi n h nên đ xu t ra các ph ng án thi t k ph n đi u khi n nh sau:
4.3.1 Ph ng án thi t k m ch đi u khi n Ph ng án 1
Hình 4.6 S đ nguyên lỦ ph ng án 1 Nguyên lý ho t đ ng c a m ch nh sau:
M ch Breakout nh n thông tin đi u khi n từ PC sau đó truy n đ n các m ch đi u khi n đ ng c b c c a 3, tr c ti p đ n các m ch đi u khi n đ ng c b c s truy n các xung đi u khi n đ n đ ng c vƠ th c hi n chuy n đ ng. Trong khi di chuy n khi ch m công t c gi i h n, thì m ch Breakout s nh n thông tin và truy n l i PC và s phát l nh ngừng di chuy n .
Nhìn vƠo s đ nguyên lỦ vƠ s đ kh i c a ph ng án 1 ta th y thành ph n chính c a b đi u khi n là m ch breakout và m ch driver đi u khi n đông c .
- S d ng m ch breakout đ giao ti p v i máy tính thông qua c ng LPT - S d ng IC s TB6560 đ đi u khi n đ ng c b c c a 3 tr c.
Ph ng án 2
Hình 4.7 S đ nguyên lỦ ph ng án 2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ph ng án 2 nƠy b đi u khi n CNC s d ng con vi đi u khi n PIC 16F877 đ giao ti p v i máy tính qua c ng USB vƠ đi u khi n các đ ng c c a 3 tr c X, Y, Z.
Nguyên lý ho t đ ng.
Vi đi u khi n PIC 16F877 nh n thông tin đi u khi n từPC sau đó truy n đ n các m ch đi u khi n đ ng c b c c a 3 tr c ti p đ n các m ch đi u khi n đ ng c b c s truy n các xung đi u khi n đ n đ ng c vƠ th c hi n chuy n đ ng.Trong khi di chuy n khi ch m công t c gi i h n thì Vi đi u khi n PIC 16F877 s nh n thông tin và truy n l i PC và s phát l nh ngừng di chuy n .
Đánh giá vƠ chọn ph ng án
D a vƠo 2 ph ng án trên ta th y ph ng án 2 có u đi m hay h n ph ng án 1 là dùng c ng usb đ giao ti p vƠ đi u khi n máy thông qua máy tính còn ph ng án 1 là dùng c ng LPT nh ng ph ng án 2 gặp khó khăn lƠ tìm ki m ph n firmware Vi t Nam gặp r t nhi u khó khăn nên ta chọn ph ng án 1 vì linh ki n d tìm ki m th tr ng Vi t Nam.
4.3.2 Ph ng án thi t k phần m m đi u khi n Ph ng án 1
D a vào các l a chọn h đi u khi n đƣ chọn nên em đ a ra ph ng án thi t k ph n m m có c u trúc nh sau :
GIAO DI N NG I DÙNG
(PANEL ĐI U KHI N)
BIÊN D CH G-CODE
Hình 4.8 c u trúc ph n m m đi u khi n
D a vào c u trúc ph n đi u khi n ta th y ph n m m này g m 3 ph n chính:
- Phần giao diện ng ời dùng: Chức năng c a ph n nƠy lƠ ng i dùng thông qua giao di n đ đi u khi n máy nh đi u khi n t c đ tr c chính, gia công, nh p ch ng trình và ch nh s a ch ng trình gia công v.v.
- Phần biên dịch g-code: Ph n này có nhi m v chuy n các l nh ch ng trình gia công d i d ng g-code thành các tín hi u đi u khi n chuy n đ ng.
- Phần điều khiển chuyển động: Ph n này có nhi m v g i các tín hi u chuy n đ ng đ n các diver c a các đ ng c c a các tr c đ th c hi n chuy n đ ng gia công.
Ph ng án 2
GIAO DI N NG I DÙNG
(PANEL ĐI U KHI N)
BIÊN D CH G-CODE
THEO DÕI
ph ng án 2 nƠy c u trúc c a ph n m m đi u khi n cũng gi ng nh ph ng án 1 nh ng có them ph n theo dõi quá trình gia công khi gặp s c thì ng i dùng có th dừng ch ng trình l i và ch nh s a và có th ti p t c gia công từ câu l nh vừa ch nh s a.
Chọn ph ng án
Nhìn vƠo 2 ph ng án ta chọn ph ng án 2 vì ph ng án 2 u đi m h n ph ng án 1 là có ph n theo dõi quá trình gia công.
CH NG 5. TệNH TOÁN THI T K MÁY VÀ B ĐI U KHI N
Trong ch ng nƠy trình bƠy các thi t k tính toán chính v ph n c khí, ph n đi u khi n và cách thức xây d ng ph n m m.
5.1 Tính toán thi t k k t c u vƠ h thống d n đ ng c a máy 5.1.1 Xác định l c kéo phần thơn máy:.
Yêu c u chuy n đ ng c a máy là: v i v n t c c t t i đa lƠ 1m/ph, th i gian tăng t c từ 0 l n đ n v n t c c t cao nh t trong kho ng 0.3s. D tính kh i l ợng ph n thân máy kho ng 50kg.
Ta tính đ ợc l c kéo vƠ quƣng đ ng c n thi t đ thơn máy đ t v n t c cao nh t là 1m/ph
Hình 5.1 L c kéo ph n thân máy Gia t c c a ph n thân máy: 1 0 0.31 0,33 / 2
v v w m s t Quƣng đ ng đ đ t đ ợc v n t c cao nh t: 0 0 2 2 0.3 0,33 0.15 2 2 t s s v t w m Áp d ng đ nh lý bi n thiên đ ng năng ta có: 2 2 0 1 0 1 2 2 mv mv A M M v i: v0 0 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2 1 2 1 2 1 2 . . 2 ( . ). 2 25 0,15( 50.9,81.0, 2) 25 98,1 820,6 0,15 Fms Fk Fk ms k ms k k mv A A mv A s A s mv F mg k s F F N
5.1.2 Tính toán đ ng l c học vƠ chọn đ ng c cho từng tr c 5.1.2.1 Tính toán cho tr c X
Hình 5.2 L c tác d ng lên tr c X
Khối l ợng di chuỔển theo ph ơng X:
Từ th c nghi m cho th y kh i l ợng c a c mtr ợt trên tr c X kho ng 10kg Kh i l ợng t ng c ng: mức chênh l ch 10% d tr cho bi, bulong, đai c, c vít, bao che các lo i, v.vầ
110% x 10 = 11kg
Tính lực và tính momen trên động cơ:
- T ng kh i l ợng chuy n đ ng theo ph ng X lƠ 10kg hay P=100N;
Fms= k.P= 0.05 x 100 = 5N
- L c quán tính khi tăng t c hay gi m t c: ta đƣ bi t sau th i gian tăng t c hay gi m t c lƠ 300 ms = 0.3s. T c đ ph i đ t đ ợc từ 0 đ n Fmax= 24000 mm/phút hay 2.4m/60s = 0.02 m/s.
- Gia t c c a h th ng: a= v/t = 0.04/0.3 = 0.13 m/s2 - L c phát sinh do quán tính: Fqt= m.a = 10x 0.13 = 1.3 N
V y, l c t ng c ng tác d ng trên tr c X:
F = P + Fms + Fqt = 100 + 5 + 1.3 = 106.3 N
Do đ ng c đ ợc truy n đ n tr c Visme bằng dơy đai momen trên tr c lƠ: Mx = F.R = 106.3 x 0.018 = 1.91 Nm
Nh v y, do chọn đ ng c v i h s an toƠn n = 1 nên ta có: Mx = 1.91 x 1 = 1.91 Nm
5.1.2.2. V y chọn đ ng c có momen: 2 Nm
Thiết kế bộ phận gối đỡ cho trục X
Chọn ta chọn bi đỡ chặn 1 dãy kí hi u KOYO 6902, Đơy lƠ lo i thông d ng, giá thành rẻ, d thay th và l p đặt d=15(mm); D=28 (mm); B=7 (mm); Cr = 4.3 KN C0r = 2.25 KN 5.1.2.3 Tính Toán cho tr c Y
Hình 5.3 L c tác d ng lên tr c Y
Khối l ợng chuỔển động theo trục Y:
Từ th c nghi m cho th y kh i l ợng c a c m tr ợt trên tr c Y kho ng 15 kg Kh i l ợng t ng c ng: mức chênh l ch 10% d tr cho bi, bulong, đai c, c vít, bao che các lo i, v.vầ
110% x 15 = 16.5 kg
Tính lực và tính moment cho động cơ trục Y
- T ng kh il ợng chuy n đ ng theo ph ng Y lƠ 15 kg hay P= 150 N - Do k t c u chuy n đ ng c a bi lăn trên ray nên chọ h s ma sát lƠ k=0.05
Fms= k.P= 0.05 x 150 = 7.5N
- L c quán tính khi tăng t c hay gi m t c: ta đƣ bi t sau th i gian tăng t c hay gi m t c lƠ 300 ms = 0.3s. T c đ ph i đ t đ ợc từ 0 đ n Fmax= 2400 mm/phút hay 2.4m/60s = 0.04 m/s.
- Gia t c c a h th ng: a= v/t = 0.04/0.3 = 0.133 m/s2
- L c phát sinh do quán tính: Fqt= m.a = 15 x 0.133 = 1.995 N V y, l c t ng c ng tác d ng trên tr c Y:
Do đ ng c đ ợc truy n tr c ti p đ n tr c Visme momen trên tr c lƠ: Mx = F.R = 159.9 x 0.018 = 2.87 Nm
Nh v y, do chọn đ ng c v i h s an toƠn n = 1 nên ta có: Mx = 2.87 x 1 = 2.87 Nm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
* Vậy chọn động cơ có momen: 3 Nm
Thiết kế bộ phận gối đỡ cho trục Y
Chọn ta chọn bi đỡ chặn 1 dãy kí hi u KOYO 6902,. Đơy lƠ lo i thông d ng, giá thành rẻ, d thay th và l p đặt d=15(mm); D=28 (mm); B=7 (mm); Cr = 4.3 KN C0r = 2.25 KN
5.1.2.4 Tính toán cho tr c Z
Hình 5.4 L c tác d ng lên tr c X
Khối l ợng chuỔển động theo trục ổ
Từ th c nghi m cho th y kh i l ợng c a c m tr ợt trên tr c Y kho ng 3 kg
Kh i l ợng t ng c ng: mức chênh l ch 10% d tr cho bi, bulong, đai c, c vít, bao che các lo i, v.vầ
110% x 3 = 3.3 kg
Tính lực và tính moment cho trục Z
- T ng kh i l ợng chuy n đ ng theo ph ng Z lƠ 3 kg hay P= 30 N
- Do k t c u chuy n đ ng c a bi lăn trên ray nên chọ h s ma sát lƠ k=0.05 Fms= k.P= 0.05 x 30 = 1.5N
- L c quán tính khi tăng t c hay gi m t c: ta đƣ bi t sau th i gian tăng t c hay gi m t c lƠ 250 ms = 0.3s. T c đ ph i đ t đ ợc từ 0 đ n Fmax= 2400 mm/phút hay 2.4m/60s = 0.04 m/s.
- Gia t c c a h th ng: a= v/t = 0.04/0.25 = 0.13 m/s2
- L c phát sinh do quán tính: Fqt= m.a = 3 x 0.13 = 0.39 N V y, l c t ng c ng tác d ng trên tr c Z:
Do đ ng c đ ợc truy n tr c ti p đ n tr c Visme momen trên tr c lƠ: Mx = F.R = 31.89 x 0.006 = 0.19 Nm
Nh v y, do chọn đ ng c v i h s an toƠn n = 4 nên ta có: Mx = 0.191 x 4 = 0.767 Nm
V y chọn đ ng c có momen: 0.8 Nm
Thiết kế bộ phận gối đỡ cho trục Z
Chọn ta chọn bi đỡ chặn 1 dãy kí hi u KOYO 6902, Đơy lƠ lo i thông d ng, giá thành rẻ, d thay th và l p đặt d=7(mm); D=14 (mm); B=3.5 (mm); Cr = 1.15 KN C0r = 0.51 KN 5.2 Tính toán chọn sống lăn
V i th i gian làm vi c là 18.000h, v n t c c t t i đa lƠ 1m/ph. Nh v y, tu i thọ c a s ng lăn lƠ 4320km.
Ph n thân trên máy có kh i l ợng 15kg. Do yêu c u v đ cứng v ng và chính xác c a máy nên ta chọn s ng lăn g m 2 dãy d n h ng, m i dãy g m 2 con tr ợt. L c tác d ng lên m i con tr ợt đ ợc tính nh sau:
Hình5.5 lực tác dụng lên sống lăn
Do trọng tâm c a thơn máy đặt chính gi a nên các con tr ợt ch u l c bằng nhau. Do đó l c tác d ng lên m i con tr ợt là: 1 2 3 4 / 4 36,78 n n n n P P P P mg N T i trọng qui c: Pe36,78 N V n t c c c đ i là v=2m/ph Chọn loại sống lăn và cấp chính xác:
-Chọn lo i s ng lăn kí hi u: SR20V c a hãng THK v i con lăn lƠ viên bi c u phù hợp v i các máy lo i nh ,
-Chọn lo i t i trọng ZO v i t i trọng đặt tr c có giá tr 0,02C = 0,02.36,78=0.73(N). Tuổi thọ sống lăn : Tu i thọ : 4320km Ta ch xét d n nh h ng c a t i trọng v i nh h ng c a nhi t đ là không đáng k 3 3 10 4320 10 .1,8 .36,78.1,8 204( ) 100 100 tt e L C P N Chọn lo i s ng lăn có kỦ hi u : SR20V - T i trọng đ ng c s : C = 11,7kN - T i trọng tĩnh c s : C0 = 22,5kN