.1 Máy CNC dạng Router

2.1.2 Phương án phôi di chuyển theo trục Y, dụng cụ gia công di chuyểntheo trục X và Z theo trục X và Z

Đặc điểm:

Cơ cấu mang động cơ trục chính sẽ trượt dọc theo trục Z thẳng đứng và toàn bộ

ổ đỡ trục Z thì di chuyển trên trục X. Bàn máy thì di chuyển theo phương Y. Cơ cấu

mang động cơ trục X và Y được lắp cố định vào khung máy.

CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Nếu thiết kế mơ hình theo kiểu này thì sẽ làm trục X chịu tải trọng lớn từ trục Z và có xu hướng bị lật và như vậy sẽ làm giảm độ chính xác khi gia cơng.

Hình 2.2 Máy CNC dạng H-Frame

2.1.3 Phương án trục Z cố định, phôi di chuyển trên trục X và YĐặc điểm: Đặc điểm:

Phần di động gồm có bàn máy (di chuyển theo 2 phương X, Y trên một mặt phẳng nằm ngang) và ổ đỡ chứa động cơ trục chính (di chuyển theo phương thẳng đứng). Các cơ cấu lắp động cơ trục X, Y, Z được cố định vào khung máy.

Do cụm trục chính có khối lượng lớn làm ảnh hưởng đến động cơ trục chính.

Hình 2.3 Máy CNC dạng C-Frame

Kết luận:

Sau khi tìm hiểu về các dạng máy CNC dựa vào đặc điểm chuyển động. Nhận thấy được các ưu điểm phù hợp với mục đích sử dụng cho mơ hình, nên em chọn

SVTH: Đặng Hồi Bảo

CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

phương án phôi cố định X, Y, Z di chuyển nhằm hạn chế việc mang khối lượng phôi lớn di chuyển khi gia công. Với ưu điểm tận dụng hết bàn máy khi làm việc giúp gia cơng chi tiết lớn hơn.

2.2 Tính tốn và thiết kế2.2.1 Cụm trục chính 2.2.1 Cụm trục chính

Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phơi trong q trình gia cơng.

Các dạng điều khiển trục chính

 Điều khiển đai là truyền động từ động cơ tới trục chính thơng qua dây đai. Phương pháp này là sự kết hợp hồn hảo giữa mơ men và tốc độ tạo ra nhiều sự lựa chọn chế độ làm việc của máy.

 Điều khiển trực tiếp là động cơ nối liền với đồ kẹp dụng cụ gia công. Ưu điểm của phương pháp này là cải thiện được tốc độ quay của trục chính tạo ra q trình làm việc êm ái.

2.2.2 Tính tốn, lựa chọn động cơ trục chính

Để xác định sơ bộ các thơng số v, s, t giới hạn, dùng công thức thử nghiệm [9].

t 3,15 mm (2.1)

Trong đó:

C = 1.06 (đối với nhơm).

= 7 (đường kính dao lớn nhất)

Với chế độ cắt cực đại, toàn bộ chi tiết máy được thiết kế với tải trọng lớn nhất, dẫn đến kích thước lớn nhất, trọng lượng tăng lên. Khi sử dụng, do phải đảm bảo độ bóng, độ chính xác gia cơng, trình độ tay nghề của cơng nhân đứng máy,… Nên ít khi người cơng nhân cho máy làm việc hết cơng suất thiết kế. Do đó, chế độ cắt này thường dùng để tham khảo. Chế độ cắt thích hợp là chế độ cắt tính tốn dựa vào quy trình cơng nghệ hợp lý, gia cơng với năng suất cao theo các công thức nguyên lý cắt.

SVTH: Đặng Hồi Bảo

CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ  Tính theo ngun lý cắt  Xác định tốc độ cắt V Trong đó: C v  185, 5; q 0, 45; x 0, 3; y 0, 2; u được xác định ở (bảng 5.39 [9]). T= 80 (phút) chu kỳ bền của dao. Z = 4 số me cắt dao phay.

Kv : hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt, xác định theo công thức: K

V

 K

Trong đó:

= 1 hệ số phụ thuộc vào chất lượng vật liệu gia công, (bảng 5.1 đến 5.4 [9]).

= 0.9 hệ số phụ thuộc vào trạng thái của phôi (bảng 5.5 [9]).

= 1 hệ số phụ thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt (bảng 5.6 [9]).

 Lượng chạy dao

Khi phay cần phân biệt lượng chạy dao răng , lượng chạy dao vòng S và lượng chạy dao ℎ tất cả được biểu diễn theo mối quan hệ sau:

S S .nS  0.06. 4.3826  91 8 (mm/vịng) (2.4) Trong đó: n

Lượng chạy dao xác định ở (bảng 5.33 đến 5.38 [9]).

 Chiều sâu phay t (mm) và chiều rộng phay B (mm)

(2.5)

Chiều sâu phay t và chiều rộng B được hiểu là lượng kim loại của phơi được bóc đi khi phay. Trong tất cả các dạng phay từ phay mặt đầu, chiều sâu cắt được xác định bằng khoảng cách tiếp xúc của răng dao và phơi được đo theo hướng vng góc với đường tâm dao phay.

SVTH: Đặng Hồi Bảo

CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Chiều rộng phay B được xác định chiều dài cắt của răng dao khi cắt, do theo hướng răng dao song song với trục dao.

Xác định lực tác dụng khi gia công

Khái niệm: lực cắt là lực sinh ra trong quá trình cắt tác dụng lên dao.

 Lực cắt (N)

Hình 2.4 Lực cắt khi phay

P 

zt

Trong đó: Với vật liệu nhơm thì = 0.25

C p 68.2; x 0.86; y 0.72; u 1; q 0.86; w 0; KMP1

Khi đó:

P  0, 25.

Z

Các lực thành phần khi phay (bảng 5-42, [9])

Lực chạy dao ngang: Lực chạy dao thẳng đứng: Lực chạy dao hướng kính: Lực chạy dao hướng trục:

 Xác định công suất động cơ truyền động chính

Trên cơ sở V và đã tính ở (2.2) và (2.7) ta có cơng suất cắt :

N e  S V T H : Đ ặ n g H o à i B ả o

(2.6)

(2.7)

(2.8) 16

CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

 Mơ men xoắntrên trục chính của máy

M x (2.9)

Dựa vào các thơng số đã tính, tiến hành chọn động cơ trục chính, với các yếu tố:

 Động cơ phổ biến trên thị trường.

 Thuận tiện q trình gia cơng (dùng được được nhiều loại dao).

 Cơng suất động cơ lớn hơn so với tính tốn.

Kết luận: Tiến hành chọn cơng suất động cơ Spindle của Taiwan, các thông số:

 Công suất: 1.5KW, Điện áp: 220VAC ( Nối với đầu ra biến tần), hoặc 380V.

 Dòng điện: 7A, Tốc độ tối đa: 24.000 vòng/phút.

 Tần số tối đa 400Hz.

 Kích thước: Đường kính 80mm. Chiều dài 200mm.

 Đầu kẹp: ER11.

 Làm mát bằng nước.

 Khối lượng: 4Kg.

Hình 2.5 Động cơ trục chính 2.2.3 Tính tốn, lựa chọn vít me

Truyền động vít me bi là loại truyền động biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại, thường dùng nhất là biến chuyển động quay của trục vít me thành chuyển động tịnh tiến của đai ốc. Loại truyền động này khác với truyền

CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

động vít đai ốc ở chỗ có thêm các con lăn là các bi cầu nhờ đó ma sát trong truyền động vít me bi là ma sát lăn (hình 2.6).

Hình 2.6 Truyền động vít me bi

2.2.3.1 Tính tốn, lựa chọn vít me trục Z

Các thông số đầu vào:

Khối lượng đồ gá và Spindle:= m = 5.5 kg = 55 N.

 Vận tốc lớn nhất khi không gia công: 1 = 10 m/phút.

 Vận tốc lớn nhất khi gia công: 2 = 7 m/phút.

 Gia tốc hoạt động lớn nhất: a = 5 m/ 2.

 Thời gian hoạt động:= 10000h

 Tốc độ vòng động cơ:= 2000 rpm.  Hệ số ma sát bề mặt: = 0.1. Bước vít me [10]: l Suy ra ta chọn bước vít me là: 5 mm Lực cắt chính của máy:

Lực cắt theo phương Z (phương thẳng đứng):

Lực chống trượt:

Fa.WZ 0,1.55 5, 5N

(2.10)

(2.11)

SVTH: Đặng Hồi Bảo

CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Lực dọc trục:

Tăng tốc (đi lên): Fa1 m. g m.a 55.10 55.5 Chạy đều (đi lên): Fa 2

Gia công (đi lên): Fa 3 FmZ.PZ m. g 0 0,1.317 Giảm tốc (đi lên): Fa 4



Lực dọc trục lớn nhất khi không gia công: 

Lực dọc trục lớn nhất khi gia cơng:

Lực dọc trục trung bình:  3 F m (2.12) (2.13) (2.14) (2.15) (2.16) Trong đó:

1 , 2 : Lực dọc trục lớn nhất khi không gia công và gia công. 1 , 2 : Tốc độ quay lớn nhất của trục khi không gia công và gia công. 1, 2: Thời gian máy hoạt động ở chế độ khơng tải và có tải.

Bảng 2.1 Lực dọc trục và phần trăm tương ứng trục ZLực dọc trục (N) Lực dọc trục (N) F 1max F 2 max Tốc độ vịng động cơ (rpm) 2000 1300  F m (2.17) Tính tốn tải trọng. Tải trọng tĩnh: (2.18) Trong đó: 0: tải trọng tĩnh.

: hệ số bền tĩnh (với máy công cụ = 1,5 – 3).

Tải trọng động:

C (60.N

CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Trong đó:

: hệ số tải, do trục Z di chuyển với vận tốc v < 15m nên = 1,2.

Với l = 10 mm suy ra vận tốc quay danh nghĩa:

Nm V1

l

Chọn bán kính trục vít:

Tổng chiều dài trục vít = khoảng dịch chuyển + chiều dài đai ốc + khoảng thốt

= 180 + 40 + 40 = 260 mm. Bán kính trục vít: d  r (2.21) Trong đó: L: tổng chiều dài trục vít.

= 21.9: hệ số xác định từ phương pháp lắp Fixed – Fixed.

Chọn vít me cho trục Z:

Dựa trên cơng thức (2.21) và catalog của hãng TBI MOTION (hình 2.7) ta chọn loại vít me SFNU01605-4 [17]

Thơng số vít me:

Mã số: SFNU01605-4 Đường kính trục: 16 mm Bước vít: 5 mm

Chiều dài trục vít me sau khi chọn trục: L = 271 mm.

Kiểm tra sơ bộ: Tuổi thọ làm việc:  C Lt  a  Fm . f w Khi đó: C a  1380 kgf SVTH: Đặng Hồi Bảo

CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ