CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 2.1. Nguyên lý thiết kế máy
2.4. Lựa chọn phương án dẫn hướng cho các trục
2.4.1. Các phương án dẫn hướng
Trong máy CNC thì các trục cần chuyển động tịnh tiến, đồng thời các tải về khối lượng thân máy, tải về lực khi cắt gọt…ảnh hưởng rất nhiều đến cơ cấu dẫn hướng. Cơ cấu dẫn hướng giúp dẫn hướng cho chuyển động của các trục, đảm bảo các trục truyền động theo hướng đã đề ra ban đầu, hạn chế các sai sót cũng như đáp ứng được tính chính xác trong khâu truyền động.
Một cơ cấu dẫn hướng tốt không chỉ đảm bảo về tính chính xác trong chuyển động, mà còn đảm bảo trơn nhẹ, ít ma sát, đồng thời có khả năng chịu tải cao, lâu mòn.
Trên thị trường hiện nay có nhiều lựa chọn phương án dẫn hướng cho các trục, có thể nhắc qua các phương án sau.
DUT.LRCC
a. Phương án dẫn hướng bằng cặp trục trơn
Hình 2.11: Dẫn hướng bằng cặp trục trơn
Theo phương án này, trục vít me được bố trí cố định với khung máy ở giữa hai trục trơn. Khi động cơ quay vít me, đai ốc gắn cố định trên bàn máy hoặc đầu gá dụng cụ sẽ di chuyển kéo theo bàn máy hoặc đầu gá dụng cụ di chuyển theo. Cả cơ cấu sẽ trượt trên cặp trục trơn.
Ưu điểm của phương án này đó là dễ chế tạo các trục trơn và cơ cấu gá các trục trơn lên khung máy, dẫn hướng và chống xoay tốt. Song nhược điểm chính là độ không song song giữa hai trục có thể khiến cho cơ cấu di chuyển bị kẹt. Khi đó sẽ phải cạo sửa đi các trục trơn và các lỗ cho trục trơn đi qua trên cơ cấu khá mất thời gian và khó. Mặt khác, việc đảm bảo độ nhẵn bóngcủa trục trơn và lỗ để bộ phận chuyển động có thể di động một các dễ dàng (tiếp xúc mặt) là khá khó khăn.
b. Phương án dẫn hướng bằng rãnh trượt đuôi én
Theo phương án này, trục vít me được nối với động cơ được gắn chặt vào phần cố định của mang cá dưới. Đai ốc được gắn chặt vào phần mang cá trên . Khi động cơ quay trục vít me, đai ốc sẽ kéo đuôi én trên mang bộ phận cần chuyển động trượt tịnh tiến dọc theo rãnh của đuôi én dưới bàn máy.
Phương án này có ưu điểm là kết cấu máy sẽ rất gọn nhẹ và mang tính công nghệ cao, chịu tải lớn, ma sát thấp, độ chính xác cao, tùy theo thiết kế rãnh đuôi én mà có
DUT.LRCC
thể dễ dàng khử rơ do mòn theo thời gian, có kết cấu gần giống với máy CNC trong công nghiệp. Tuy nhiên lại có nhược điểm là việc gia công sống trượt đuôi én phức tạp và mất nhiều thời gian hơn việc sử dụng các trục trơn, vì trục trơn có thể mua sẵn trên thị trường.
Hình 2.12: Dẫn hướng bằng sống trượt dạng đuôi én c. Phương án dẫn hướng bằng thanh trượt bi chữ U
Trên thực tế, thanh trượt chữ U không được thiết kế để dẫn hướng các trục của bất cứ một máy móc nào. Thông thường chúng ta bắt gặp loại thanh trượt này ở các thiết bị gia dụng nhiều hơn là ở máy móc. Chúng hiện diện ở các ngăn bàn, hộc tủ, các ngăn kéo…trong gia đình. Kết cấu của nó khá là đơn giản, bao gồm 2 thanh trượt ăn khớp với và trượt lên nhau. Ma sát giữa 2 thanh là khá nhỏ vì ở giữa chúng có một kết cấu các viên bi nhỏ, nên ma sát ở đây là ma sát lăn. Loại này khả năng chịu tải chỉ tương đối, đồng thời độ chính xác không cao, có một độ rơ nhất định khi sử dụng. Tuy nhiên lại có ưu điểm là rẻ tiền, dễ dàng gá đặt, có bán sẵn theo modun trên thị trường với các kích thước bề rộng và chiều dài khác nhau.
DUT.LRCC
Hình 2.13: Thanh trượt bi chữ U
d. Phương án dẫn hướng bằng thanh trượt con trượt vuông
Xét về kết cấu, loại dẫn hướng này khá tương tự loại sống trượt dạng đuôi én, tuy nhiên điểm khác biệt là thanh trượt vuông, bề ngang nhỏ hơn, khi gá đặt cũng như cặp trục trơn, loại này cũng phải đảm bảo về độ song song và đồng phẳng.
Hình 2.14: Thanh trượt con trượt vuông
Loại này có ưu điểm là rất gọn nhẹ, khả năng chịu tải cao, có bán sẵn modun trên thị trường với các kích thước khác nhau, rất phong phú để lựa chọn. Đồng thời các bộ phận ăn khớp của nó đã được chế tạo sẵn, người sử dụng chỉ cần mua về và gá đặt là có thể sử dụng được. Trong thanh trượt vuông, tùy loại thì có thể dùng bạc trượt hoặc
DUT.LRCC
bi. Hệ số ma sát của thanh trượt này tương đối nhỏ. Tuy nhiên nhược điểm là khó gá đặt, đồng thời giá thành thì rất đắt.
2.4.2. Lựa chọn phương án cho máy.
Từ các yêu cầu thiết kế máy cần độ chính xác cao, dẫn hướng đến đúng vị trí đóng dấu thì phương án dẫn hướng được chọn là thanh trượt và con trượt vuông dùng bi trượt.
Ưu điểm của phương án này là có bề ngang nhỏ gọn, đảm bảo độ dồng phẳng. Khi trượt thì giảm được độ rơ của con trượt và thanh trượt. Phương án này chống xoay tốt, hệ số ma sát của con trượt và thanh trượt thấp, đáp ứng được nhu cầu truyền lực nhanh, chính xác, gọn nhẹ. Phương án này mua sẵn trên thị trường, chỉ cần gá đặt và sử dụng, thích hợp cho các máy CNC cần độ chính xác về vị trí cao, khi chuyển động hạn chế rung động và va đập. Có thể gá được chi tiết lên con trượt chắc chắn, độ cứng vững cao.
Tuy nhiên nhược điểm là giá thành cao, chỉ thích hợp cho cơ cấu cần độ chính xác cao. Khi chế tạo khó đáp ứng được các yêu cầu về độ phẳng, độ song song, tính chính xác khi lắp giữ con trượt và thanh trượt.
Hình 2.15: Thanh trượt con trượt vuông
DUT.LRCC
2.5. Lựa chọn động cơ cho cơ cấu dẫn động các trục
Trong các máy CNC, có thể điều khiển được tốc độ của động cơ. Động cơ dẫn động trên máy CNC cho các trục trong thực tế là các động cơ servo, với khả năng điều khiển chính xác ấn tượng, đồng thời kèm theo cả một bộ phận phản hồi và bù sai số.
Tuy nhiên với mức độ là một mô hình thí nghiệm thì phương án dùng loại động cơ này để dẫn động là không khả thi, vì trên thực tế động cơ servo kèm với bộ phản hồi có giá thành rất đắt. Do vậy ở đây chúng em thống nhất phương án dùng động cơ bước để dẫn động các trục, vì loại động cơ này dễ điều khiển, dễ mua và có giá thành hợp lý.
Tuy nhiên do không kèm theo bộ phận phản hồi bù sai số nên trong một số trường hợp như quá tải, qua nhiệt…động cơ sẽ không giữ được độ chính xác yêu cầu, xảy ra tình trạng tụt bước hay mất bước. Do vậy khi tính toán thiết kế phải cố gắng giảm sự sai lệch không mong muốn này về mức tối thiểu.