CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 2.1. Nguyên lý thiết kế máy
2.3. Lựa chọn phương án cho truyền động các trục
Cơ cấu truyền động có nhiệm vụ truyền chuyển động từ động cơ đến các trục.
Trong các máy CNC thì cơ cấu truyền động cần độ chính xác cao, đảm bảo đúng vị trí, giúp chuyển động từ động cơ sang các trục nhanh chóng, hiệu quả và an toàn.
Khi thiết kế máy, chúng ta cần tìm hiểu các cơ cấu truyền động thường dùng trong các loại máy đó, ưu nhược điểm cũng như độ chính xác và giá thành.
a. Phương án dùng vít me đai ốc thường.
Vít me được gắn đồng trục với động cơ, khi động cơ quay, vít me quay, động cơ và vit me gắn cố định, làm cho đai ốc sẽ di chuyển dọc theo trục vít me. Đai ốc thì được gắn chặt vào bộ phận cần chuyển động( trục X, Y, Z). Từ đó làm cho bộ phận đó chuyển động so với hệ thống thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động.
Tốc độ di chuyển được phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của trục vít, thường thì bước ren rất nhỏ cỡ 1 đến 2 mm, một vòng quay của trục động cơ sẽ làm đai ốc di chuyển một đoạn bằng bước ren của trục vít, vì vậy tốc độ di chuyển của bộ phận trượt ở phương pháp này là chậm nhưng lại có độ chính xác khi chuyển động khá cao. Dùng động cơ bước có bước góc càng nhỏ và trục ren có bước ren nhỏ thì độ chính xác di chuyển càng cao. Ví dụ nếu dùng động cơ bước với bước góc 1.8 độ làm và trục ren đường kính 6mm ( bước ren 1mm ) thì độ chính xác di chuyển có thể đạt được là 0.005mm.
Một ưu điểm khác của phương án này là tạo ra lực đẩy lớn khi gia công mẫu vật.
Phương án này thường được dùng trong các máy CNC công nghiệp, gia công các loại vật liệu cứng, kính thước lớn…
DUT.LRCC
Hình 2.5: Cơ cấu dung vít me
Hình 2.6: Vít me đai ốc thường b. Phương án dùng vít me đai ốc bi
Trong máy công cụ điều khiển số công nghiệp, người ta thường sử dụng 2 dạng vít me – đai ốc đó là vít me – đai ốc với mặt tiếp xúc còn được gọi là vít me đai ốc thường (như đã giới thiệu ở trên) và một dạng nữa đó là vít me – đai ốc bi. Đây là dạng vit me – đai ốc thay vì ma sát trượt thông thường, tiếp xúc giữa vít me và đai ốc thông qua các viên bi được chuyển thành mà sát lăn. Điều này đem đến một ưu điểm: chỉ cần một lực quay rất nhỏ vào trục vít me đã có thể làm cho đai ốc chuyển động.
DUT.LRCC
Hình 2.7: Vít me đai ốc bi
Trên đây là kết cấu bộ truyền vít me – đai ốc bi. Tuy có kết cấu đa dạng nhưng các thành phần chủ yếu của bộ truyền bao gồm: vít me, đai ốc, các viên bi và rãnh hồi bi.
Vấn đề quan tâm trong bộ truyền vít me – đai ốc bi đó là dạng profin răng vít me và đai ốc. Profin răng vít me dạng chữ nhật và hình thang là chế tạo dễ dàng hơn cả xong khả năng chịu tải kém. Để tăng khả năng chịu tải, người ta tăng bề mặt làm việc của bộ truyền bằng cách chếtạo profin dạng tròn.
Một vấn đề cũng rất quan trọng trong kết cấu của bộ truyền đó là kết cấu của rãnh hồi bi. Rãnh hồi bi có thể là dạng ống, hoặc dạng theo lỗ khoan trong đai ốc hoặc là dạng rãnh hồi bi gữa hai vòng ren kế tiếp.
Đặc điểm:
- Rãnh hồi bi dạng ống có nhược điểm là tăng kích thước bộ truyền, độ bền mòn của đầu ống thấp, kẹp chặt ống có độ tin cậy không cao.
- Rãnh hồi bi theo lỗ khoan trên đai ốc có ưu điểm là kết cấu gọn và tính công nghệ tốt song khả năng tách thành nhiều nhóm, hồi bị khó khăn.
- Rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp:là dạng hồi bi được dùng nhiều hơn cả do có kích thước gọn nhất,không bị mòn nhanh,độ tin cậy cao và chiều dài rãnh hồi bilớn.
DUT.LRCC
Hình 2.8: Các kiểu hồi bi trong vít me đai ốc bi c. Phương án dùng đai răng
Phương án dùng đai răng sử dụng một vòng đai cao su khép kín với các răng cưa ở mặt trong. Hai đầu của đai được đặt vừa vào 2 puli có cùng kính thước răng cưa của đai. Một lô bắt chặt vào trục động cơ, còn lô kia được gắn vào một trục quay ở phía bên kia của khu vực chuyển động sao cho lô có thể quay tự do tại chỗ. Một đoạn của đai được gắn với bộ phận cần trượt, khi động cơ quay, toàn bộ đai dịch chuyển và kéo bộ phận cần trượt di chuyển theo.
Tốc độ di chuyển của bộ phận cần trượt phụ thuộc vào tốc độ động cơ và đường kính của lỗ. Một vòng của trục động cơ sẽ làm bộ phận trượt di chuyển một đoạn bằng với chu vi của lô (thường là cỡ 20-30 mm). Rõ ràng phương án này bọ phận cần trượt có tốc độ di chuyển rất nhanh.
Tuy nhiên, do độ chính xác di chuyển thấp vì tính co giãn của vật liệu làm đai có thể dẫn đến những sai lệch khi gia công. Bên cạnh đó do lực đẩy sinh ra nhỏ nên khi cơ cấu truyền động gặp phải tải lớn sẽ bị trượt bước (khi dùng với động cơ bước).
Phương án này thường được sử dụng trong các loại máy cần tốc độ di chuyển nhanh mà không cần công suất lớn, như máy in, máy photocopy, máy cắt đề can…
DUT.LRCC
Hình 2.9: Truyền động bằng đai răng d. Phương án dùng xích
Hình 2.10: Truyền động bằng xích
Tương tự như phương án dùng đai, chỉ khác là bánh đai được thay bằng bánh xích, và dây đai được thay bằng dây xích ăn khớp với bánh xích. Phương án này có ưu điểm là không tồn tại lực căng đai, tải lớn, độ chính xác cao vì ít giãn và không trượt. Tuy nhiên phương án này lại cần bôi trơn và bảo trì thường xuyên, đồng thời vẫn tồn tại vấn đề trượt bước của động cơ bước khi gặp phải tải lớn.
DUT.LRCC
2.3.2. Lựa chọn phương án truyền động.
- Với phương án dùng vít me đai ốc bi là rất chính xác cho việc chế tạo mô hình, tuy nhiên đai có bán trên thị trường giá cả cảu vít me đai ốc bi rất đắt, đồng thời rất khó có thể tìm được các loại vít me đai ốc bi tại Đà Nẵng.
- Phương án dung vít me đai ốc thường có độ chính xác tương đối cao ,có thể dễ dàng chế tạo và tìm thấy trên thị trường ,giá thành hợp lý , mặt khác dung vít me đai ốc thường tạo ra lực đẩy lớn khi gia công mẫu vật.
- Với phương án dùng xích, phương án này lại cần bôi trơn và bảo trì thường xuyên, đồng thời vẫn tồn tại vấn đề trượt bước của động cơ bước khi gặp phải tải lớn.
- Phương án dùng đai răng thì rất tiện và có nhiều trên thị trường, truyền được khoảng cách xa, tốc độ truyền nhanh với máy đóng dấu không đòi hỏi phải truyền tải 1 lực lớn mà cần tốc độ việc dung bộ truyền đai rất hợp lý, tuy nhiên có sự giãn đai và mòn có thể khắc phục bằng bộ phận căng đai.
Với việc chế tạo mô hình một máy CNC yêu cầu về độ chính tương đối, giá cả phù hợp với túi tiền sinh viên, bền, dễ dàng sữa chữa và thay thế khi hư hỏng xảy ra, nên chúng em quyết định chọn phương án truyền động bằng đai răng cho máy CNC này.