Để thuận tiện trong việc tính tốn và lựa chọn động cơ phù hợp em sử dụng cơng cụ tính của hãng FASTECH.
Với các thông số đầu vào được đánh dấu bằng các ơ màu vàng ở (hình 2.23) như sau:
Total weight of table & work (Tổng trọng lượng của bàn và bàn làm việc) w= (kgf).
Ball Screw Diameter (Đường kính vít me bi) D = (cm).
Ball Screw whole length (Tổng chiều dài vít me) L= (cm).
SVTH: Đặng Hồi Bảo
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Ball Screw Pitch (Bước vít me) P= (cm).
Travel Distance (Chiều dài di chuyển) = (cm).
Positioning Time (Thời gian định vị) t0 (s).
Time of Acc/Dec (Thời gian tăng giảm tốc)
External Force (Ngoại lực) = (kgf).
Encoder Resolution (Độ phân giải bộ mã hóa) (ppr).
Installation angle (Gốc lắp đặt) = °.
Gear Ratio (Tỉ số truyền) R.
Gear Efficiency (Hiệu suất bánh răng)R .
Safety Ratio (Hệ số an tồn) S.
2.2.6.1 Tính tốn, lựa chọn động cơ bước trục
Z Với các thông số đầu vào của trục Z như sau:
Tổng khối lượng của bàn và bàn làm việc: w = 5,5 kgf
Đường kính vít me bi: D = 16mm = 1,6cm
Hình 2.24 Tính tốn động cơ trục Z
Tổng chiều dài vít me: L = 271mm = 27,1cm
SVTH: Đặng Hồi Bảo
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Bước vít me: P = 5mm = 0,5cm
Chiều dài di chuyển: = 189mm = 18,9cm
Thời gian định vị: t0
Thời gian tăng giảm tốc: t1 = 0.2s
Ngoại lực = 0 kgf
Độ phân giải bộ mã hóa: 6400 ppr
Góc lắp đặt: α= 90°
Tỉ số truyền: R=1
Hiệu suất bánh răng:R =1
Hệ số an toàn: S = 2
Ta tiến hành nhập các thơng số vào cơng cụ tính tốn (hình 2.24):
Sau khi ta nhập đầy đủ các thông số ta chọn Calculate trên cơng cụ ta được kết quả như sau (hình 2.25):
Chúng ta cần quan tâm hai thông số là tốc độ quay và moment động cơ để chọn động cơ (hình 2.25):
Ta cần chọn động cơ tạo ra moment lớn hơn 0.24N.m tại 810 vịng/phút (hình 2.25).
Từ biểu đồ moment (hình 2.26) em chọn động cơ của Leadshine với mã số 57CM23 với thơng số như (hình 2.27):
SVTH: Đặng Hồi Bảo
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Hình 2.25 Kết quả tính tốn động cơ trục Z
Hình 2.26 Biểu đồ moment động cơ Leadshine 57CM23SVTH: Đặng Hoài Bảo SVTH: Đặng Hồi Bảo
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Chúng ta
tính, bằng cách
Nhập:
Hình 2.27 Thơng số động cơ Leadshine 57CM23
cần kiểm tra tính hợp lệ của động cơ bằng cách kiểm tra giá trị quán tính moment xoắn cần thiết với quán tính của động cơ như sau:
gcm 3 0, 48kgcm
SVTH: Đặng Hồi Bảo
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Hình 2.28 Kiểm tra giá trị qn tính trục Z
Từ hình 2.28 ta phải chọn động cơ có moment xoắn lớn hơn 0,28N.m tại 810 vịng/phút. Vì động cơ 57CM23 tạo ra moment xoắn 1,1N.m tại 810 vòng/phút nên động cơ đảm bảo điều kiện làm việc.
2.2.6.2 Tính tốn, lựa chọn động cơ bước trục X.
Với các thông số đầu vào của trục X như sau:
Tổng khối lượng của bàn và bàn làm việc: w = 10 kgf
Đường kính vít me bi: D = 25mm = 2.5cm
Tổng chiều dài vít me: L = 571mm = 57,1cm
Bước vít me: P = 10mm = 1cm
Chiều dài di chuyển: l= 489mm = 48,9cm
Thời gian định vị: t0 3s
Thời gian tăng giảm tốc: t1 0.2s
Ngoại lực= 0 kgf
Độ phân giải bộ mã hóa: 6400 ppr
Góc lắp đặt: α= 0°
SVTH: Đặng Hồi Bảo
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Tỉ số
truyền: R=1
Hiệu suất bánh răng:
Hệ số an tồn: S = 2
R
=1
Hình 2.29 Tính tốn động cơ trục X
Ta tiến hành nhập các thơng số vào cơng cụ tính tốn (hình 2.29):
Sau khi ta nhập đầy đủ các thông số ta chọn Calculate trên công cụ ta được kết quả như sau (hình 2.30):
Chúng ta cần quan tâm hai thông số là tốc độ quay và moment động cơ để chọn động cơ (hình 2.30):
Ta cần chọn động cơ tạo ra moment lớn hơn 0.28N.m tại 1048 vịng/phút (hình 2.30).
Từ biểu đồ moment (hình 2.26) em chọn động cơ của Leadshine với mã số 57CM23.
Chúng ta cần kiểm tra tính hợp lệ của động cơ bằng cách kiểm tra giá trị quán tính, bằng cách tính moment xoắn cần thiết với quán tính của động cơ như sau:
SVTH: Đặng Hồi Bảo
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Hình 2.30 Kết quả tính tốn động cơ trục X
Nhập: J 0 480 gcm 3 0, 48kgcm3 với J0 : là qn tính rotor của động cơ (hình 2.31).
Hình 2.31 Kiểm tra giá trị qn tính trục X
Từ (hình 2.31) ta phải chọn động cơ có moment xoắn lớn hơn 0,33N.m tại 1048 vịng/phút. Vì động cơ 57CM23 tạo ra moment xoắn 0,9N.m tại 1048 vòng/phút nên động cơ đảm bảo điều kiện làm việc.
SVTH: Đặng Hồi Bảo
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
2.2.6.3 Tính tốn, lựa chọn động cơ bước trục Y.
Với các thông số đầu vào của trục Y như sau:
Tổng khối lượng của bàn và bàn làm việc: w = 23 kgf
Đường kính vít me bi: D = 25mm = 2.5cm
Tổng chiều dài vít me: L = 771mm = 77,1cm
Bước vít me: P = 10mm = 1cm
Chiều dài di chuyển: l= 689mm = 68,9cm
Thời gian định vị: t0 3s
Thời gian tăng giảm tốc:
Ngoại lực= 0 kgf
Độ phân giải bộ mã hóa: 6400 ppr
Hình 2.32 Tính tốn động cơ trục Y
Góc lắp đặt: α= 0°
Tỉ số truyền: R=1
Hiệu suất bánh răng:R =1
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Hệ số an tồn: S = 2
Ta tiến hành nhập các thơng số vào cơng cụ tính tốn (hình 2.32):
Sau khi ta nhập đầy đủ các thông số ta chọn Calculate trên công cụ ta được kết quả như sau (hình 2.33):
Chúng ta cần quan tâm hai thơng số là tốc độ quay và moment động cơ để chọn động cơ (hình 2.33):
Ta cần chọn động cơ tạo ra moment lớn hơn 0.6N.m tại 1476 vịng/phút (hình 2.33).
Từ biểu đồ moment (hình 2.26) em chọn động cơ của Leadshine với mã số 57CM23.
Hình 2.33 Kết quả tính tốn trục Y
Chúng ta cần kiểm tra tính hợp lệ của động cơ bằng cách kiểm tra giá trị quán tính, bằng cách tính mơ men xoắn cần thiết với quán tính của động cơ như sau:
Nhập: J 0 480 gcm 3 0, 48kgcm3 với J0 : là quán tính rotor của động cơ (hình 2.33).
Từ (hình 2.34) ta phải chọn động cơ có moment xoắn lớn hơn 0,67N.m tại 1476 vịng/phút. Vì động cơ 57CM23 tạo ra moment xoắn 0,7N.m tại 1480 vòng/phút nên động cơ đảm bảo điều kiện làm việc.
SVTH: Đặng Hồi Bảo
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Hình 2.34 Kiểm tra giá trị qn tính trục Y
2.3 Thiết kế máy phay CNC trên phần mềm Autodesk Inventor2.3.1 Giới thiệu phần mềm Autodesk Inventor 2.3.1 Giới thiệu phần mềm Autodesk Inventor
Autodesk Inventor được phát triển bởi công ty Autodesk USA. Inventor được sử dụng để thiết kế mơ hình 3D, thiết kế các sản phẩm cơ khí.
Phần mềm có giao diện trực quan, thuận tiện cho người dùng trong quá trình sử dụng.
Hình 2.35 Phần mềm Autodesk Inventor
Những tính năng nổi bật của phần mềm Inventor:
Xây dựng mơ hình 3D của chi tiết một cách dễ dàng.
SVTH: Đặng Hồi Bảo
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Cho phép chuyển từ vẽ 2D sang mơ hình 3D.
Mơ phỏng một cách trực quan và sinh động các quá trình tháo lắp các chi tiết từ bản vẽ hoàn chỉnh.
Cho phép tạo nguyên mẫu kỹ thuật số, các mẫu được tạo ra từ bản vẽ 2D.
AutoCAD được tích hợp và các dữ liệu 3D, hình thành nên sản phẩm ảo.
Thiết kế nhanh và chuẩn xác các sản phẩm từ chi tiết kim loại đến các loại đường ống phức tạp.
Lập trình cho máy phay, tiện cũng như cắt biên dạng 2D.
Ứng dụng của phần mềm Inventor:
Autodesk Inventor có nhiều tính năng nổi bật nên được ứng dụng rộng rãi trong thi công thiết kế các chi tiết sản phẩm cơ khí, mơ hình 3D, phân tích các chuyển động máy.
Hình 2.36 Giới thiệu phần mềm Autodesk Inventor
Phần mềm Inventor tạo ra các nguyên mẫu và thử nghiệm ảo, hạn chế lỗi và lao động thủ cơng giúp cắt giảm chi phí sản xuất.
Nhằm tăng cao chu kỳ sản xuất, nhanh chóng đưa sản phẩm thật đến với thị trường. Khoảng cách giữa các thiết kế, phân tích kỹ thuật, sản xuất được rút ngắn khi ứng dụng Inventor.
Autodesk Inventor được sử dụng chủ yếu trong:
Xây dựng chi tiết, mơ hình 3D.
Thiết kế chi tiết kim loại tấm.
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Tính tốn, thiết kế chi tiết máy.
Xây dựng hệ thống đường ống từ đơn giản đến phức tạp.
Mô phỏng động và động lực học cơ cấu.
Phân tích ứng suất và tối ưu hóa sản phẩm.
Thiết kế và làm khuôn sản phẩm.
Thiết kế khung giàn.
Xây dựng mơ hình thiết kế điện, điện tử.
Lập trình gia cơng cơ khí.
Các thao tác cơ bản trên Inventor:
Phần mềm Autodesk Inventor cung cấp môi trường sketch để thực các thao tác tạo và chỉnh sửa. Trên thanh panel chứa các cơng cụ sketch, người dùng có thể điều khiển các ô và công cụ để tạo nên một bản vẽ.
Các công cụ vẽ cơ bản trong phần mềm Inventor:
Spline: dùng để vẽ đường thẳng, đường cong.
Circle: dùng để vẽ đường trịn.
Elip (ellipse): dùng để vẽ hình elip.
Arc: vẽ đường cung.
Rectangle: dùng để vẽ các hình vng hoặc các hình chữ nhật.
Polygon: dùng để tạo nên những hình đa giác hay các điểm.
Fillet: dùng để tạo nên các đường bo trịn góc. Cơng cụ này cịn được dùng mở rộng hay cắt cung.
Tính năng liên kết của Inventor đến các phần mềm CAD/CAM khác:
Phần mềm Inventor sử dụng các định dạng tập tin cụ thể cho các chi tiết (IPT), cụm (IAM), và bản vẽ (IDW hoặc DWG).
Hỗ trợ tập tin được nhập hoặc xuất trong định dạng DWG. Định dạng bản vẽ trên Web (DWF) được ưa thích của Autodesk 2D/3D có thể dùng kết nối và trao đổi dữ liệu với các phần mềm khác.
Inventor có thể trao đổi dữ liệu với hầu hết các phần mềm được phát triển bởi Autodesk.
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Ngồi ra phần mềm Inventor có thể trao đổi dữ liệu với các ứng dụng như CATIA V5, UGS, SolidWorks, và ENGINEER / Pro. Inventor hỗ trợ nhập và xuất trực tiếp của CATIA V5, Parasolid, Granite, UG-NX, SolidWorks, Pro / E, với các tập tin SAT, STEP, IGS.
Inventor cung cấp rất nhiều công cụ để đơn giản hoá, nhận biết và chuyển đổi sang thiết kế 3D cho những người dùng AutoCAD.
Tất cả các gói phần mềm của Inventor đều hỗ trợ phiên bản mới nhất của AutoCAD Mechanical trong những trường hợp người dùng cần sử dụng công cụ thiết kế bản vẽ kỹ thuật với năng suất cao.
Giới thiệu tính năng Inventor CAM [14]:
Inventor CAM là cơng cụ giúp đơn giản hóa quy trình gia cơng với các khả năng phay, tiện, phay từ 2,5 cho đến 5 trục được tích hợp trực tiếp trong mơi trường CAD của Inventor Professional.
Các chức năng tiêu biểu của Inventor CAM:
Adaptive clearing: Tiết kiệm thời gian gia công thô đến 4 lần so với thông thường và tăng tuổi thọ của công cụ.
Phay 2,5 và 3 trục: Tạo các đường chạy dao với công nghệ hiện đại, tự động bù trừ thích ứng theo biên dạng, cung cấp giải pháp tạo đường chạy hoàn thiện.
Phay 4 và 5 trục: Các tính năng hỗ trợ gia cơng 4 và 5 trục trên các mơ hình phức tạp bao gồm nghiêng, đường viền đa trục và dao cầu.
Tiện và Mill-Turn: Cải thiện năng suất với các chức năng tiện, facing, tạo rãnh truyền thống. Hỗ trợ cho các máy Mill-Turn.
AnyCAD trong Inventor: Thiết kế thay đổi trên tập tin CAD gốc sẽ được tự động cập nhật vào bản vẽ và các đường chạy dao.
Cắt tia nước, plasma và laser: Tạo các đường cắt 2D nhanh chóng với khả năng tạo tất cả đường viền trong cùng mặt phẳng, thêm tab và tùy chỉnh chất lượng.
Tính năng thăm dị: Tự động tránh va chạm giữa các bộ phần giữ, công cụ trong suốt q trình tính tốn gia cơng.
Tối ưu cơng suất: Hỗ trợ CPU đa luồng/đa lõi giúp giảm thời gian tính tốn
đường chạy dao, đặc biệt là trên các chi tiết lớn và phức tạp.
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Gia cơng dốc: Kiểm sốt sự tham gia của giao cắt trong gia cơng góc dốc bằng cách giảm thiểu độ lệch của dụng cụ và cải thiện độ hồn thiện.
Mơ phỏng đường dao: Mơ phỏng gia công phôi, kiểm tra đường dao, loại bỏ va chạm giữa trục, kẹp và đồ gá.
Chỉnh sửa đầu ra CNC: Thực hiện chỉnh sửa các lệnh đầu ra phổ biến cho tập tin CNC.
Cơng cụ phân tích: Đo khoảng cách, xem thơng tin quan trọng như tốc độ, thời gian gia cơng ước tính...
Hình 2.37 Giới thiệu tính năng Inventor CAM
Thiết kế mơ hình 3D:
Sau khi tính tốn đầy đủ các thơng số ta thiết kế mơ hình 3D dựa vào kích thước thực tế của các chi tiết, ta tiến hành lắp ráp từng cụm chi tiết. Bản vẽ chi tiết tham khảo phần phụ lục.
2.3.2 Thiết kế cụm trục Z
Cụm trục Z là phần mang động cơ trục chính để gia cơng chi tiết. Được thiết kế như (hình 3.38), (bản vẽ chi tiết xem phụ lục [3]).
Thơng số cụm trục Z:
Hành trình di chuyển 150mm.
SVTH: Đặng Hồi Bảo
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ Tổng khối lượng 10kg. Động cơ bước 57x57x76 (mm) Vít me bi TBI SFNU01605-4 Ray trượt THK HSR20R. Khớp nối mềm 8 – 8. Động cơ trục chính 1,5 KW. Gối đỡ BF 12, BK 12. Hình 2.38 Cụm chi tiết trục Z 2.3.3 Thiết kế cụm trục X
Cụm trục X là phần giúp cụm chi tiết trục Z di chuyển trái - phải. Được thiết kế như (hình 2.39), (bản vẽ chi tiết xem phụ lục [3]).
Thông số cụm trục X:
Hành trình di chuyển 350mm.
Tổng khối lượng 13kg.
Động cơ bước 57x57x76 (mm).
Vít me TBI SFNU02510-4.
Ray trượt PMI MSA15 S.
SVTH: Đặng Hồi Bảo
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Khớp nối mềm 8 – 8 .
Gối đỡ BK 17, BF 17.
Hình 2.39 Cụm chi tiết trục X 2.3.4 Thiết kế cụm trục Y: X 2.3.4 Thiết kế cụm trục Y:
Cụm trục Y là bộ phận giúp trục X và trục Z di chuyển về phía trước hoặc di chuyển ra phía sau. Được thiết kế như (hình 2.40), (bản vẽ chi tiết xem phụ lục [3]).
Hình 2.40 Cụm chi tiết trục Y Thơng số cụm trục Y: Hành trình di chuyển 600mm. Tổng khối lượng 18kg. Động cơ bước 57x57x76 (mm). Vít me TBI SFNU02510-4.
Ray trượt PMI MSA15 A.
SVTH: Đặng Hồi Bảo
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Khớp nối mềm 8 – 8.
Gối đỡ BK 17, BF 17.
2.3.5 Thiết kế chân bàn máy phay CNC
Hình 2.41 Chân bàn cho máy
Để dễ dàng thao tác máy trong quá trình sử dụng ta thiết kế chân bàn cho máy với kích thước 670mmx1000mmx590mm.
Phân tích lực chân bàn máy:
Bên cạnh việc thiết kế ta vẫn phải đảm bảo tải trọng cho chân máy nên việc tính tốn là vơ cùng cần thiết. Vì vậy, em sử dụng mơi trường Frame Analysis của Inventor để phân tích độ chịu tải của khung.
Đặt lực và tính tốn:
Với g = 9.8 / 2 (Gia tốc trọng trường)
Lực phân bố đều thanh ngang:
F q.L q Lực phân bố đều tháng dọc: