Lý do chọn đề tài Chương 2: Tính toán các thông số về chế độ cắt và vật liệu Chương 3: Tính toán và kiểm nghiệm độ bền của các bộ phận cấu thành máy Chương 4: Tính toán phần điệ
GIỚI THIỆU CHUNG
Máy công cụ
Máy công cụ là loại máy cơ khí gia công khuôn hoặc linh kiện để cấu tạo nên các máy móc khác, vì vậy có người còn gọi máy công cụ là máy mẹ Có những máy công cụ như máy tiện, máy cắt răng, máy khoan lỗ, máy tiện doa lỗ, máy phay, máy cắt, máy bào
Về cơ bản, hoạt động của nó là cho chuyển động xoay tròn (hoặc tịnh tiến) các dao cắt hoặc đối tượng gia công, và bằng việc điều khiển vị trí tương đối của 2 đối tượng đó mà gia công hình dáng theo ý muốn Đối tượng gia công là kim loại, vật liệu gỗ hay Plastic Dao cắt là mũi khoan, dao endomiru, dao thông thường Đầu kẹp (hay đồ gá) dùng để giữ chặt dao cắt, đảm bảo cho đường dao cắt ăn vào vật liệu gia công (phôi) một cách chính xác hơn
Trong những năm gần đây, máy công cụ gia công CNC ngày càng được trang bị hệ thống tự động hóa hộp số và điều khiển vị trí tương đối, giúp tự động hóa quá trình gia công, giảm sai số và tăng năng suất Với cơ chế điều khiển vị trí tương đối, quá trình gia công trở nên ổn định và có độ lặp lại cao, từ đó tối ưu hóa chu trình sản xuất và nâng cao hiệu quả làm việc của phòng gia công Đây là xu hướng công nghệ nổi bật, mang lại hiệu suất gia công CNC vượt trội và đáp ứng yêu cầu sản xuất hiện đại.
Lịch sử phát triển
Từ xưa con người đã biết dùng các khí cụ bằng tay và sức của đôi tay để tạo nên những vật dụng bằng đất sét, bằng gỗm, đá và sau đó là bằng kim loại Yêu cầu và đòi hỏi không ngừng nâng cao năng suất trong sản xuất cho nên buộc con người phải nghĩ ra những cơ cấu có thể làm giảm nhẹ sức lao động của con người đồng thời tăng năng suất trong quá trình sản xuất Từ đây, khái niệm về máy móc ra đời và thu hút sự chú ý mạnh mẽ của con người
Xác định thời điểm ra đời của các máy công cụ vẫn còn nhiều khó khăn, nhưng bằng chứng khảo cổ cho thấy máy tiện đã xuất hiện từ rất sớm Khoảng năm 1200 trước Công nguyên, một chậu cây được khai quật và được cho là đã gia công bằng máy tiện cổ Kỹ thuật máy tiện thời kỳ này cho thấy trình độ cơ khí đáng kể và sau đó lan rộng ra châu Âu và vùng Cận Đông, chứng tỏ sự lan tỏa của công nghệ gia công kim loại cổ đại.
Trong ngành khảo cổ học, người ta đã phát hiện ở nhiều nơi trên thế giới một trong những cơ cấu máy móc sơ khai nhất: máy khoan tay bằng dây cung của người Ai Cập Thiết kế này cho thấy cách các nền văn minh cổ đại khai thác lực từ dây cung để quay mũi khoan, từ đó thực hiện việc khoan đá và gỗ một cách hiệu quả.
Truyền động chính ở đây là mũi khoan do dây cung truyền từ tay người đến Loại truyền động này có cách đây khoảng từ 3000 đến 4000 năm
Hình I.1 Máy công cụ đời đầu thô sơ
Thời kỳ bùng nổ của máy công cụ
Việc sản xuất ra các cơ cấu máy khác nhau đã trải qua một thời gian khá dài và cho đến ngày nay đã hình thành nên ngành công nghiệp chế tạo máy
Phát triển máy công cụ có thể được nhìn nhận bắt đầu từ thế kỉ 14, khi nhu cầu gia công chính xác được đáp ứng nhờ phát minh đồng hồ máy Dù là một thiết bị nhỏ, đồng hồ máy đã đặt nền tảng cho sự xuất hiện của máy công cụ có độ chính xác ngày càng cao Sự tiến bộ thực sự diễn ra từ thế kỉ 18 với máy chạy bằng hơi nước, mở ra kỉ nguyên gia công chất lượng cao dựa trên pittông và xi-lanh Đến thế kỉ 20, với sự ra đời của máy tính ở giai đoạn đầu, việc điều khiển tự động hoá máy công cụ được nâng lên một bước tiến mới, đưa công nghệ chế tạo tiến gần hơn tới robot hóa và tự động hóa toàn diện.
Cách mạng công nghiệp 4.0 đối với cơ khí Việt Nam
Trang thiết bị, công nghệ và trình độ quản lý sản xuất còn yếu kém, khiến hầu hết các doanh nghiệp gặp khó khăn trong tối ưu hóa quy trình và đạt được hiệu quả vận hành Việc thiếu đầu tư, bảo trì chưa đầy đủ và sự lạc hậu của công nghệ khiến thiết bị xuống cấp, thời gian ngừng máy kéo dài và chi phí vận hành tăng cao Sự bất đồng giữa các khâu sản xuất, thiếu hệ thống quản lý và dữ liệu hiệu quả làm năng suất bị giới hạn và chất lượng sản phẩm khó ổn định, từ đó làm giảm sức cạnh tranh Nền tảng quản trị sản xuất còn yếu, thiếu thông tin tức thời để ra quyết định và lập kế hoạch sản xuất tối ưu Đầu tư vào trang thiết bị và công nghệ mới, nâng cao trình độ quản lý sản xuất, đào tạo nguồn nhân lực và áp dụng các giải pháp sản xuất thông minh sẽ giúp các doanh nghiệp cải thiện hiệu suất, giảm chi phí và tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường.
Do vậy ngành cơ khí Việt Nam đang có xu hướng ngày càng tụt hậu so với các nước trong khu vực và thế giới. Đội ngũ nhân sự chuyên môn thấp: theo kết quả thống kê, Việt Nam chỉ có khoảng 20.000 doanh nghiệp cơ khí nội địa nhưng hầu hết đều có quy mô nhỏ, nhân sự có trình độ chuyên môn hạn chế.
Việt Nam đang đối mặt với hạn chế về số lượng sáng chế và giải pháp được đăng ký, khiến quá trình đổi mới công nghệ diễn ra chậm Thiết bị và trình độ công nghệ của cả ngành vẫn chưa có sự đổi mới mạnh mẽ, hạn chế khả năng nâng cao năng lực cạnh tranh Bên cạnh đó, các sản phẩm cơ khí đang gặp tình trạng thiếu đầu ra, khiến các cơ hội tích lũy vốn và đầu tư cho đổi mới công nghệ bị hạn chế.
Ngành cơ khí Việt Nam đang đối mặt với tình trạng thiếu vốn nghiêm trọng, khiến doanh nghiệp khó đầu tư và nâng cấp công nghệ cũng như thiết bị chế tạo hiện đại Công nghệ và thiết bị chế tạo còn lạc hậu, sản xuất mang tính manh mún, chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của các sản phẩm công nghệ cao Vốn ít và việc tiếp cận nguồn vốn từ ngân hàng với lãi suất thấp vẫn là thách thức lớn, gây nhiều khó khăn cho hoạt động sản xuất và mở rộng quy mô.
I.4.2.Mối liên hệ tác động qua lại
Nhiều chuyên gia cho biết, cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 sẽ mang đến nhiều tác động đối với ngành cơ khí Việt Nam ở hiện tại và tương lai, đặc biệt là các vấn đề quản trị công nghệ, quản trị sản xuất… Cụ thể:
•Cho phép Doanh nghiệp tiếp cận thông tin, tiếp cận tri thức, tiếp cận các công nghệ tiên tiến…
Cách mạng công nghiệp 4.0 mang đến nhiều đột phá về công nghệ mới giúp giảm chi phí chế tạo và vận hành robot, cũng làm giảm chi phí sản xuất của công nghệ đắp dần Nhờ đó, khả năng ứng dụng robot được mở rộng và công nghệ đắp dần dần thay thế công nghệ cắt gọt trong sản xuất cơ khí, đặc biệt đối với những nước có tiềm lực kinh tế hạn chế như Việt Nam.
Việt Nam “đi tắt đón đầu” trong lĩnh vực Cơ khí nhờ quy mô ngành còn nhỏ nên quán tính thấp, cho phép triển khai đổi mới và thử nghiệm công nghệ nhanh hơn Rủi ro khi đầu tư và áp dụng các giải pháp kỹ thuật mới có thể không gây thiệt hại lớn, từ đó tạo điều kiện cho ngành Cơ khí Việt Nam bắt kịp các chuẩn kỹ thuật tiên tiến và nhanh chóng tăng tốc tiếp cận cơ hội phát triển trên thị trường toàn cầu.
•Lao động ngành cơ khí có tố chất ham học hỏi và nhanh nhạy, dễ thích ứng với cái mới, do đó dễ dàng thích ứng với những cơ hội, công nghệ mới đến của cuộc cách mạng 4.0 Nhờ đó, sẽ giúp nâng cao trình độ, sáng tạo và nắm bắt công nghệ tiên tiến để ứng dụng.
Ngành cơ khí có nhiều cơ hội nâng cao trình độ công nghệ, tăng năng suất và rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường, từ đó sản xuất những sản phẩm chất lượng với giá cạnh tranh và làm thay đổi phương thức quản lý, quản trị trong sản xuất Tuy nhiên, ngành cũng đối mặt với những tác động tiêu cực đòi hỏi các giải pháp cân bằng giữa đổi mới công nghệ, đào tạo nguồn nhân lực và quản trị rủi ro để đảm bảo sự phát triển bền vững.
Lao động gặp khó khăn trong tìm kiếm việc làm, vì những việc thủ công sẽ chuyển dần sang tự hóa nhờ có robot, máy móc tự động Bên cạnh đó, lao động trang bị kỹ năng, làm chủ được công nghệ, phương thức vận hành cũng là một thách thức lớn đối với công tác đào tạo nguồn nhân lực
Doanh Nghiệp cơ khí phần lớn có quy mô là nhỏ và vừa, chưa đủ năng lực cạnh tranh, chưa sẵn sàng tiếp cận công nghệ mới Nhiều doanh nghiệp còn bị động với các xu thế phát triển mới, nên chưa sẵn sàng chuyển hướng mô hình tổ chức kinh doanh
Trình độ của ban lãnh đạo và người lao động còn nhiều hạn chế, khiến khả năng phân tích thị trường và bắt kịp xu hướng chưa đủ mạnh để doanh nghiệp nắm bắt cơ hội Do đó, việc đầu tư vào công nghệ tiên tiến theo định hướng sản phẩm gặp khó khăn và thiếu tính hiệu quả Để nâng cao năng lực cạnh tranh và tăng trưởng bền vững, doanh nghiệp cần cải thiện quản trị, đào tạo nhân sự, xây dựng hệ thống thu thập và phân tích dữ liệu thị trường, đồng thời tập trung đầu tư vào công nghệ phù hợp với định hướng sản phẩm và chiến lược phát triển.
Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 sẽ tác động mạnh đến ngành cơ khí ở nhiều mặt, từ quản lý vận hành đến thiết kế sản xuất và chế tạo Để tận dụng cơ hội này, các doanh nghiệp cần chủ động đầu tư công nghệ mới trong quản trị doanh nghiệp, quy trình thiết kế và gia công chế tạo, đồng thời tăng cường tìm kiếm đơn hàng Việc ứng dụng giải pháp ERP vào quản trị doanh nghiệp được xem là xu hướng chủ đạo của công nghiệp 4.0, giúp tối ưu hóa quy trình, liên kết dữ liệu và nâng cao hiệu quả hoạt động Nhờ đó, doanh nghiệp có thể nâng cao năng lực cạnh tranh, cải thiện chất lượng sản phẩm và tối ưu chi phí sản xuất.
Lịch sử phát triển máy CNC
CNC (Computer Numeric Control) là khái niệm mô tả sự điều khiển số của các máy công cụ như phay, tiện, cắt dây, đột dập và khắc bằng hệ thống điều khiển bằng máy tính Các loại máy CNC phổ biến gồm máy tiện, máy phay, máy xung, máy cắt dây tia lửa điện, máy cắt laser, máy cắt tia nước có hạt mài và máy đột dập, được ứng dụng rộng rãi tại các nhà máy cơ khí chính xác, xưởng cơ khí, trường kỹ thuật và viện nghiên cứu để gia công chi tiết với độ chính xác cao và hiệu suất tối ưu.
Quay ngược về quá khứ, nguồn gốc và lịch sử hình thành của máy CNC bắt nguồn từ cuối thế kỷ 18 và đầu thế kỷ 19 với sự ra đời của chiếc máy tiện gia công kim loại do Henry Maudslay phát minh năm 1800 Nó ban đầu chỉ là một công cụ giữ mẩu kim loại và một dụng cụ cắt để gia công bề mặt theo đường mức mong muốn Chiếc máy phay đầu tiên vận hành theo nguyên lý tương tự, nhưng công cụ cắt được đặt ở trục chính quay trong khi phôi được lắp trên bàn làm việc và di chuyển theo công cụ; máy phay này do Eli Whitney phát minh năm 1818 Các chuyển động trong các máy công cụ được gọi là trục và thường đề cập đến ba trục: X (trái–phải), Y (trước–sau) và Z (trên–dưới) Bàn làm việc có thể quay theo mặt ngang hoặc dọc, tạo ra trục chuyển động thứ tư Một số máy còn có trục thứ năm cho phép quay theo một góc (các trục A, B, C).
Những nỗ lực đầu tiên để tự động hóa các hoạt động này dựa trên hệ thống cam quay và các liên kết truyền động để di chuyển dụng cụ gia công hoặc phôi qua một loạt chuyển động Khi cam quay, một liên kết lần theo bề mặt cam để đẩy dụng cụ cắt hoặc phôi qua các bước di chuyển liên tiếp Mặt cam được định hình để kiểm soát biên độ của chuyển động liên kết và tốc độ cấp dao, với tốc độ quay của cam xác định cách thức di chuyển và cấp dao Một số máy vẫn còn tồn tại cho tới ngày nay và được gọi là máy kiểu Thụy Sĩ.
Thiết kế máy CNC hiện đại bắt nguồn từ công trình của John T Parsons vào cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950, khi sau chiến tranh thế giới thứ hai ông tham gia sản xuất cánh máy bay trực thăng và nhận thấy có thể tăng độ chính xác bằng cách dùng máy tính IBM thời kỳ đầu thay cho các phép tính thủ công và sơ đồ Dựa trên kinh nghiệm này, Parsons được giao phát triển một “máy cắt đường mức tự động” cho không quân để gia công mặt cong cho cánh máy bay, sử dụng một đầu đọc thẻ máy tính và các bộ điều khiển động cơ trợ động (servo motor); chiếc máy rất lớn, phức tạp và đắt đỏ nhưng hoạt động tự động và có thể gia công các mặt cong với độ chính xác cao đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp hàng không Đến những năm 1960, giá thành và tính phức tạp của các máy tự động đã giảm xuống mức có thể ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác Những chiếc máy này dùng động cơ truyền động điện một chiều để vận dụng vô-lăng và vận hành dao cụ, nhận chỉ dẫn điện từ một đầu đọc băng từ—đọc một băng giấy có chiều rộng khoảng 2,5 cm có đục một hàng lỗ; vị trí và thứ tự lỗ cho phép đầu đọc sản xuất ra các xung điện cần thiết để quay động cơ với thời gian và tốc độ chính xác Trong thực tế, chúng vận hành như một nhân viên vận hành được điều khiển bởi một máy tính đơn giản không có bộ nhớ, và chúng thường được gọi là NC hay máy công cụ có bộ điều khiển số.
John Parsons đã xin phép IBM được sử dụng một trong những máy tính văn phòng trung tâm của hãng để thực hiện một loạt phép toán cho chiếc cánh máy bay trực thăng mới, nhanh chóng dàn xếp với Thomas J Watson, chủ tịch huyền thoại của IBM, để IBM hợp tác với tập đoàn Parsons chế tạo một máy điều khiển bằng thẻ đục lỗ, và Parsons cũng ký hợp đồng với Không quân để sản xuất một máy điều khiển bằng thẻ hoặc băng từ có khả năng cắt các hình dạng đường viền giống như những hình trên cánh quạt và cánh máy bay; sau đó, ông đến gặp các kỹ sư tại Phòng thí nghiệm cơ cấu phụ thuộc của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) để nhờ sự hỗ trợ cho dự án.
Các nhà nghiên cứu MIT đã thí nghiệm nhiều kiểu quá trình và hợp tác với các dự án của Không quân Mỹ từ thời Thế chiến II Phòng thí nghiệm MIT nhận thấy đây là một cơ hội mở rộng nghiên cứu sang lĩnh vực điều khiển tự động Việc phát triển thành công các công cụ máy CNC do các nhà khoa học của trường đảm nhiệm đã mở ra hướng nghiên cứu trên toàn thế giới về nguyên lý điều khiển và vận hành CNC Từ các công trình độc lập, các dự án đòi hỏi trí tuệ tập thể, máy CNC ngày càng được thiết kế nhỏ gọn, chính xác và thông minh hơn trong gia công Máy CNC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học kỹ thuật, công nghiệp, y tế và quân sự, và khó có thể coi nó là tài sản hay sở hữu trí tuệ riêng của bất kỳ cá nhân hay quốc gia nào.
Máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ chương trình của máy tính điều khiển, giúp quá trình gia công được tự động hóa và chính xác Bộ điều khiển không chỉ hỗ trợ nhân viên lập trình mà còn tăng tốc độ và tối ưu hóa các phương pháp gia công cho từng chi tiết, từ đó biến dữ liệu vị trí, đường kính và chiều sâu thành sản phẩm dưới dạng phôi một cách hiệu quả Các thiết bị tiên tiến có thể suy ra mẫu kỹ thuật từ máy tính, tính toán tốc độ dao cụ và đường vận chuyển vật liệu mà không cần bản vẽ hay chương trình ban đầu, nhờ đó rút ngắn thời gian chế tạo Từ những máy công cụ cơ khí sơ khai, CNC ngày nay vận hành dưới hệ điều hành được lập trình tinh vi và có thể thực hiện các chức năng chuyên biệt trên các dòng máy phay đứng, phay ngang, phay giường cỡ lớn, đôi cột, máy tiện đứng, máy tiện cỡ lớn, máy tiện kiểu Thụy Sĩ, cũng như các loại máy phay và tiện khác.
Trên các trung tâm gia công 3 trục và 5 trục hiện đại, các bề mặt phức tạp được gia công bằng nhiều công nghệ như máy xung, máy cắt dây EDM, đột dập liên hoàn và cắt khắc laser kim loại và phi kim Các trung tâm gia công có thể thực hiện nhiều nguyên công liên tiếp như phay, tiện, khoan và mài trên một máy chỉ với một lần gá đặt, tăng tính tự động hóa và hiệu suất sản xuất Nhờ sự trợ giúp của các cơ cấu thay dao tự động ATC, cấp phôi tự động và cánh tay robot công nghiệp, hệ thống sản xuất có thể được tích hợp và tối ưu hóa quy trình làm việc.
MÁY PHAY CNC
Khái niệm
Máy phay CNC là một loại máy móc gia công cơ khí thông dụng tại các công xưởng, từ quy mô nhỏ đến quy mô lớn trên toàn quốc
Máy phay CNC là loại máy được áp dụng công nghệ hiện đại CNC (Computer Numerical Control) – điều khiển tự động bằng máy tính thông minh.
Phân loại máy phay
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại máy phay khác nhau với hình dáng, kiểu mẫu và chức năng đa dạng Nhìn chung, các loại máy phay được chia thành 3 nhóm chính với cấu tạo và thiết kế khác nhau, mỗi nhóm có đặc điểm riêng và ứng dụng trong gia công.
• Theo số trục của máy phay thì có loại máy phay 2 trục, 3 trục hoặc có thể là nhiều hơn
• Các máy sẽ linh hoạt hơn khi có số trục nhiều hơn
• Được chia theo hướng đi của trục đứng hoặc ngang
• Trục chính của máy phay chuyển động lên xuống thì gọi là máy phay đứng
• Trục chính chuyển động ra vào thì được gọi là máy phay ngang
• Máy phay có bộ thay dao hoặc không có
Nhờ sự phát triển của công nghệ, ngày càng nhiều loại máy phay được phát minh và chế tạo với sự linh hoạt và các tính năng vượt trội, nhằm hỗ trợ hiệu quả cho quá trình gia công Những máy phay ngày nay, từ máy phay thông thường đến máy phay CNC, đa dạng về kích thước và ứng dụng, cho phép người dùng chọn lựa đúng công cụ phù hợp với từng chi tiết và yêu cầu sản phẩm Nhờ đó, năng suất làm việc được nâng cao, chất lượng gia công được cải thiện và chi phí vận hành được tối ưu nhờ độ chính xác và vận hành dễ dàng của các dòng máy phay hiện đại.
Ứng dụng
Máy phay CNC đáp ứng được rất nhiều nhu cầu của con người nên nó cũng được ứng dụng và thực tế trong đời sống Các ứng dụng của máy phay CNC là:
• Gia công, cắt gọt các sản phẩm theo khuôn đúc theo nhu cầu của khách hàng
• Được ứng dụng vào ngành gia công và sản xuất đồ gia dụng cho con người
• Được ứng dụng ở trong các công ty, xưởng máy chuyên chế tạo các phụ tùng, chi tiết máy
Máy cắt gọt và phay gỗ có thể gia công các vật dụng từ gỗ và được ứng dụng rộng rãi trong ngành chế biến đồ gỗ Nhờ khả năng cắt gọt và phay chính xác, thiết bị hỗ trợ quá trình tạo hình và hoàn thiện các chi tiết gỗ, từ các vật liệu thô đến sản phẩm cuối cùng Đồng thời, nó giúp người vận hành chạm khắc các hoạ tiết và các chi tiết gỗ một cách tinh xảo, mang lại sự đa dạng về thiết kế và độ chính xác cao cho các sản phẩm đồ gỗ.
Cấu tạo máy phay 3 trục thông dụng
Hình II.1 Máy phay 3 trục cơ bản
Thân máy đóng vai trò là chân đế của toàn bộ máy nơi các bộ phận khác nhau được gắn vào nó Nói chung rất cứng chắc về cấu trúc, thân máy được đúc bằng gang cường lực
Bộ phận chính của hệ thống dẫn động gồm băng bi (thanh trượt vuông) và băng bản (băng cơ) Băng bản cứng vững, bền hơn băng bi và chịu tải trọng lớn hơn nhiều, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và ổn định cao Máy phay CNC sử dụng vitme bi có độ chính xác cao và ít bị rơ so với vitme thường, giúp cải thiện hiệu suất gia công và chất lượng sản phẩm.
Cấu tạo bằng thép đúc có rãnh T để kẹp phôi
Lưu trữ các loại dao cụ chờ trong quá trình gia công Nó có cánh tay để thực hiện việc thay dao tự động vào trục chính
Thực hiện chuyển động quay vòng của dao Với máy có thay dao tự động, đầu phay BT thể hiện sự thuận tiện vượt trội so với đầu phay NT, vốn là loại đầu phay dùng thanh ren phía trên hoặc dùng với máy phay CNC không có hệ thống thay dao tự động; nhìn chung NT không tiện lợi bằng BT.
II.1.4.6.Bảng điều khiển CNC
Trung tâm lưu trữ của máy và bảng điều khiển CNC lưu giữ toàn bộ các chương trình CNC và hướng dẫn vận hành, cho phép thực hiện các thao tác vận hành máy trực tiếp tại bảng điều khiển Việc lưu trữ tập trung này giúp người vận hành truy cập nhanh chóng, chỉnh sửa và chạy chương trình CNC một cách chính xác ngay trên giao diện CNC, đồng thời tăng hiệu suất sản xuất và đảm bảo an toàn khi vận hành máy.
II.1.4.7.Động cơ truyền động Động cơ truyền động giúp di chuyển bàn máy và tạo chuyển động quay của dao cụ, do đó điều khiển toàn bộ máy Động cơ AC Servo có nắp phía sau màu đỏ thì đời cao hơn là loại động cơ DC Servo nắp vàng.
Máy phay CNC 5 trục
Ngoài các chuyển động cơ bản của ba trục X, Y, Z, máy phay 5 trục được tích hợp thêm hai trục phụ trong ba trục A, B, C Hai trục phụ này quay quanh các trục chính X, Y, Z, mở rộng phạm vi gia công và cho phép gia công ở nhiều góc độ khác nhau.
Việc bổ sung thêm 2 trục phụ cho máy gia công giúp tiếp cận dễ dàng các khu vực khó tiếp cận và gia công các chi tiết phức tạp đòi hỏi kỹ thuật cao Với các trục phụ này, máy có thể thực hiện các bước gia công ở vùng hẹp, tăng tính linh hoạt và hiệu suất làm việc Nhờ đó, quá trình gia công đạt được độ chính xác cao và đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật khắt khe của các sản phẩm.
Máy được sử dụng trong nhiều ngành như hàng không, tàu thuyền, sản xuất các bộ phận ô tô, kiến trúc, quân sự, y tế…
Tuỳ thuộc vào nhà sản xuất và nhu cầu sử dụng trong công nghiệp, thiết kế các trục chuyển động và quá trình chế tạo phải tuân theo các mô hình động học khác nhau Tuy nhiên, mọi giải pháp thiết kế vẫn phải đảm bảo duy trì cơ cấu hoạt động của máy phay CNC 3 trục ở mức căn bản và đảm bảo tính ổn định của quá trình gia công Việc lựa chọn mô hình động học phù hợp giúp tối ưu hiệu suất, độ chính xác và độ bền của hệ thống, đồng thời giữ được sự linh hoạt cần thiết cho ứng dụng gia công CNC 3 trục.
Các phương án triển khai máy phay CNC 5 trục
II.3.1.Máy theo cấu trúc head – head
Các máy có kết cấu này thường có kích thước lớn, tích hợp đầu gia công 5 mặt thay vì đầu dao như máy thông thường Việc này giúp làm tăng độ cứng vững và độ chính xác gia công, tăng tuổi thọ máy
Toàn bộ chuyển động quay trên máy được thực hiện bằng các đầu trục chính, đảm bảo độ chính xác và hiệu suất trong quá trình gia công Một số máy có thể thay đổi đầu trục, trong khi một số máy có thể chuyển động đồng thời hoặc không đồng thời giữa các đầu trục tùy thuộc vào cấu hình hệ thống.
Đa số các máy Head-Head có các chuyển động tương đối khác nhau, bao gồm giới hạn quay, hướng quay và tọa độ rút dao, và sự đa dạng này phụ thuộc vào cài đặt máy, giúp tối ưu hóa hiệu suất vận hành tùy theo mục đích gia công.
Hình II.2 Đầu trục dạng Head – Head
II.3.2.Máy theo cấu trúc head-table
Các máy có kiểu kết cấu này thường có kích thước trung bình và được trang bị hệ thống thay pallet tự động Trục chính có thể gia công các góc nhỏ do đặc tính của loại máy này, trong khi bàn máy có thể quay liên tục mà không giới hạn Bàn máy thường có kích thước nhỏ nên phôi gá đặt cũng cần có kích thước phù hợp để đảm bảo quá trình gia công hiệu quả Nhờ sự kết hợp giữa kích thước vừa phải, khả năng gia công góc linh hoạt và hệ thống thay pallet tự động, dòng máy này thích hợp cho các ứng dụng gia công chi tiết có góc cạnh phức tạp với quy mô phôi vừa phải.
Hình II.3 Đầu trục dạng Head – Table
II.3.3.Máy theo cấu trúc table-table Đây là dạng máy thông dụng nhất, thường có kích thước vừa và nhỏ với cấu tạo 2 trục A, C hoặc B, C Hai trục này nằm trên bàn máy có khả năng xoay và nghiêng dao để dao tiếp xúc với khu vực cần gia công
Dạng máy này phù hợp với gia công vừa và nhỏ
Hình II.4 Đầu trục dạng Table - Table
Ưu điểm so với máy phay CNC thông thường
• Gia công các sản phẩm có hình dạng phức tạp
• Tăng chất lượng bề mặt sản phẩm
Thông số kỹ thuật và đặc điểm trong thực tế
Đây là một trong những dòng máy phay CNC đứng 5 trục theo dạng table, được coi là bàn máy hiện đại nhất đang được sử dụng trong gia công và chế tạo các bộ phận, chi tiết máy có kích thước lớn và yêu cầu độ chính xác cao Với hệ thống 5 trục, máy cho phép gia công các bề mặt phức tạp và các chi tiết khó tiếp cận ở nhiều góc độ khác nhau, tối ưu hóa quy trình sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm ở mức cao.
Hình II.5 Model máy thực tế theo nhà sản xuất
Bảng II.1 Thông số máy thực tế theo nhà sản xuất
Xem xét các phương án
Sau khi phân tích và nắm bắt các khái niệm đặc trưng của từng cấu trúc máy phay CNC 5 trục, chúng tôi tiến hành chọn phương án thiết kế và mô phỏng 3D cho mô hình máy Dựa trên dòng máy phay CNC đứng 5 trục của nhà sản xuất Okuma, tôi quyết định thiết kế và mô phỏng máy theo cấu trúc máy phay đứng nhằm tối ưu hóa hiệu suất gia công, độ chính xác và khả năng tích hợp các chức năng điều khiển Kết quả là một mô hình 3D trực quan, phục vụ cho đánh giá thiết kế và chuẩn bị cho các bước tối ưu hóa quy trình gia công trên máy phay CNC 5 trục.
3 trục cơ bản và 2 trục còn lại theo kiểu table – table
Việc lựa chọn phương án này xuất phát từ đặc điểm của máy phay CNC 5 trục phổ biến và khả năng tối ưu hóa quá trình vận hành, giúp kỹ thuật viên điều hành máy dễ dàng thao tác và phù hợp với gia công các chi tiết có kích thước trung bình và nhỏ Thêm vào đó, việc bảo dưỡng, bảo trì, tháo lắp và nâng cấp được thuận tiện hơn nhờ bộ phận lắp của hai trục còn lại thiết kế riêng biệt, không bị ràng buộc bởi cấu tạo chung của máy.
Chương tiếp theo sẽ phân tích kỹ hơn các thông số kỹ thuật và đánh giá tác động của chúng đến hoạt động của hệ thống Đồng thời, chúng ta sẽ tập trung tính toán dữ liệu cơ bản làm nền tảng để xây dựng hệ thống điều khiển và vận hành máy một cách hoàn chỉnh.
Thiết kế truyền động
Thiết kế hệ chuyển động chay dao
Hình III.1 Truyền động chạy dao mô tả cấu trúc của hệ truyền động này Hệ truyền động gồm động cơ dẫn động qua một cặp truyền động tới bộ vít me-đai ốc, biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Đây là phương thức chuẩn của hệ truyền động chạy dao hiện đại, giúp đảm bảo chính xác, hiệu suất và khả năng gia công liên tục cho máy gia công CNC.
III.1.1.Nhiệm vụ của truyền động chạy dao
Nhiệm vụ chính của hệ truyền động chạy dao trên máy công cụ là chuyển đổi các lệnh từ bộ điều khiển thành các chuyển động tịnh tiến và quay tròn của bàn máy mang dao hoặc chi tiết gia công Các chuyển động tịnh tiến là các chuyển động thẳng theo ba trục tọa độ của không gian 3D, trong khi các chuyển động quay tròn là các chuyển động quanh các trục này, giúp thực hiện gia công chính xác và linh hoạt trên nhiều dạng chi tiết.
Chuyển động chạy dao là sự dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết được xác định bởi một phương trình cụ thể nhằm điều khiển quá trình gia công và bảo đảm tốc độ cắt phù hợp Việc tối ưu hóa đường chạy và tốc độ cắt có vai trò quyết định đến chất lượng bề mặt, độ chính xác kích thước và tuổi thọ dụng cụ Quá trình này được mô tả bằng các mô hình toán học và áp dụng trong gia công CNC để tối ưu hiệu suất và lặp lại kết quả Vì vậy, hiểu và kiểm soát chuyển động chạy dao là yếu tố nền tảng của quá trình gia công hiện đại.
Truyền động chạy dao chịu trách nhiệm đảm bảo dụng cụ cắt dịch chuyển theo quỹ đạo thiết kế và đáp ứng các yếu tố then chốt như biên dạng đường cắt, biên dạng của dụng cụ cắt và các yêu cầu gia công chi tiết khác Vì vậy, hệ thống sẽ dùng các động cơ khác nhau để điều khiển chuyển động cắt nhằm đảm bảo độ chính xác và hiệu suất gia công đạt yêu cầu.
Hệ truyền động chạy dao của một máy công cụ CNC phải thể hiện được những tính chất sau đây:
• Có tính động học cao: nếu đại lượng dẫn biến đổi, bàn máy phải theo kịp biến đổi đó trong khoảng thời gian ngắn nhất
Độ ổn định của vòng quay ở mức cao là yếu tố then chốt trong quá trình gia công Khi các lực cản tác động lên dao cắt biến đổi, cần hạn chế tối đa ảnh hưởng của chúng đến tốc độ chạy dao, mục tiêu là để tốc độ này không bị ảnh hưởng và duy trì hiệu suất vận hành ở mức ổn định.
• Ngay cả khi chạy dao tốc độ nhỏ nhất cũng đòi hỏi một quá trình tốc độ ổn định
• Phạm vi điều chỉnh số vòng quay lớn
• Phải giải quyết được cả độ phân giải kích thước nhỏ nhất ( 1m)
2 II.1.3 CƠ SỞ TÍNH TOÁN CHO CHUYỂN ĐỘNG CHẠY DAO
3 LỰC TÁC DỤNG LÊN ĐAI ỐC ĐƯỢC TÍNH THEO CÔNG THỨC:
5 TRONG ĐÓ:𝝁 - HỆ SỐ MA SÁT GIỮ VÍT ME VÀ ĐAI ỐC;
𝛽 - Góc nghiêng của biên dạng ren; tv - bước vít me, mm;
F - lực tác dụng lên vít me - đai ốc, N;
T - Mô mem đặt lên trục vít me, N.m; dm- đường kính danh nghĩa của trục vít me, mm
III.1.2.Trục vít me - đai ốc
Hình III.2 mô tả mô hình truyền động vít me-đai ốc Truyền động vít me-đai ốc được dùng để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu vít trượt, cho phép điều khiển chính xác vị trí và tốc độ của chuyển động tuyến tính.
Chọn động cơ đầu cắt
III.2.1.Xác định thông số dao sử dụng
Với yêu cầu của thiết kế, ta chọn dao gia công là dao phay ngón
* Bảng thông số các dao sử dụng:
• Dao phay ngón chuôi trụ, mm:
D L l Số răng dao theo loại
Bảng III.1 Thông số các loại dao phay
• Góc nghiêng của răng theo loại:
Bảng III.2 Thông số góc nghiêng dao
• Dao phay ngón đường kính 3,0 – 5,5mm được chế tạo có số răng 3 và 4
• Dao phay rãnh then chuôi trụ,mm:
Bảng III.3 Thông số dao phay rãnh then
III.2.2.Phân tích lực tác dụng lên đầu dao
Hình III.3 Phân tích lực tác dụng lên đầu dao
Trong phân tích tổng hợp lực R1, ta nhận thấy nó có thể được chia thành hai thành phần chính: Lực vòng P (lực Pz) tác dụng theo tiếp tuyến của quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt, và lực hướng kính Py tác động theo hướng Py Việc phân tách này cho phép đánh giá cụ thể tác động của từng thành phần lên quá trình gia công, từ đó tối ưu hóa điều kiện cắt và nâng cao độ chính xác của chi tiết được gia công.
Trong phân tích lực tác dụng lên dao, tổng hợp lực R1 được phân tích thành hai thành phần chủ yếu là lực ngang Ph và lực thẳng Pv Khi dao có răng xoắn (răng nghiêng), ngoài lực R1 tác dụng lên răng dao trong mặt phẳng vuông góc với trục dao, còn xuất hiện lực dọc trục P0 Do đó tổng hợp lực sẽ bao gồm ba thành phần: Ph ở phương ngang, Pv ở phương thẳng đứng và P0 theo hướng dọc trục Việc xác định tổng hợp lực này là cơ sở để mô tả đúng động lực tác động lên dao ở các chế độ làm việc và phục vụ cho quá trình tối ưu hóa thiết kế dao.
Xác định công suất và mômen xoắn trên trụ động cơ
Lực P là lực quan trọng nhất trong quá trình gia công, thực hiện công việc cắt phoi và được dùng để tính công suất cắt cũng như thiết kế và điều khiển các chi tiết của cơ cấu chuyển động chính của máy Lực hướng kính Py gây áp lực lên ổ bi của trục chính và có thể làm uốn võng trục dao Dựa theo lực nằm ngang Ph, là lực chạy dao, người ta tính được cơ cấu chuyển động chạy dao và đồ gá kẹp phôi; lực này cũng có thể gây rung động khi giữa vít me và đai ốc có khe hở Lực hướng kính Pv có xu hướng nâng phôi lên khỏi mặt bàn và nâng bàn máy lên khỏi thân máy Để tính lực Pz ta dựa vào giáo trình “Sổ tay công nghệ chế tạo máy”.
- Vật liêu gia công : nhôm
- Chọn độ sâu phay: t = 2mm
- Chọn lượng chạy dao răng: Sz = (0,18 – 0,15)(mm/răng)
III.3.1.Hệ số khi gia công với dao có đường kính nhỏ nhất
- Dao không gắn mảnh hợp kim cứng
Vận tốc cắt được xác định theo công thức:
Cv : hệ số xét đến vật liệu gia công và điều kiện khi tính vận tốc cắt
T1 : tuổi bền trung bình của dụng cụ cắt t : chiều sâu phay
Kv : hệ số hiệu chuẩn chung về lực cắt qv; m ; yv ; uv ; pv ; xv : các hệ số mũ khi tính tốc độ phay
Ta tính tốc độ cắt khi vật liệu gia công là thép Carbon xây dựng
Cv = 46,7 ; qv = 0,45 ; xv = 0,5 ; yv = 0,5 ; uv = 0,1 ; pv = 0,1 ; m = 0,33
Số vòng quay trong 1 phút của dao :
3,14.2 = 3941 (vòng/phút) Tốc độ quay này là rất lớm so với thực tế chế tạo, vì vậy ta chọn tốc độ quay của động cơ là: ntt1 = 1500(vòng/phút)
⇒ Vậy tốc độ thực tế lúc này sẽ là:
• Lượng chạy dao phút và lượng chay dao răng thực tế :
SM1 = Sz bảng.Z1.ntt1 = 0,18.3.1500 = 810 (mm/phút)
Các giá trị đã được tính cho gia công phôi thép carbon có thể được áp dụng cho kết quả gia công khi gia công với vật liệu nhôm Theo yêu cầu của đồ án này, các giá trị tính toán trên có thể tham khảo và điều chỉnh để phù hợp với đặc tính gia công của nhôm.
Lực cắt P1’ khi cắt thép cacbon được tính theo công thức:
Cp : hệ số xét đến điều kiện nhất định đến lực cắt xp; yp; up; qp; 𝜔p : hệ số mũ kp : hệ số hiệu chỉnh chung về lực cắt
Cp = 68,2; xp = 0,86; yp = 0,72; up = 1,0; ựp = 0; qp = 0,86
2 0,86 1500 0 1 = 119(KG) Giá trị trên tính cho gia công khi phôi là thép cacbon, khi phôi là nhôm thì gia trị trên đuợc nhân với hệ số 0,25
Công suất cắt khi phay
III.3.2.Hệ số khi gia công với dao có đường kính lớn nhất
• Thông số dao: Đường kính : D2 = 5(mm)
Dao không gắn mảnh hợp kim cứng
Vận tốc cắt được xác định theo công thức:
Ta tính tốc độ cắt khi vật liệu gia công là thép Carbon xây dựng
Cv = 46,7 ; qv = 0,45 ; xv = 0,5 ; yv = 0,5 ; uv = 0,1 ; pv = 0,1 ; m = 0,33
• Số vòng quay trong 1 phút của dao :
Tốc độ quay này là rất lớm so với thực tế chế tạo, vì vậy ta chọn tốc độ quay của động cơ là: ntt2 = 1500(vòng/phút)
⇒ Vậy tốc độ thực tế lúc này sẽ là:
Lượng chạy dao phút và lượng chay dao răng thực tế :
SM2 = Sz bảng.Z2.ntt2 = 0,18.4.1500 = 1080 (mm/phút)
Các giá trị trên được tính cho việc gia công phôi thép carbon và có thể làm cơ sở tham chiếu cho các kết quả gia công với vật liệu khác Với yêu cầu của đồ án này, các giá trị tính toán trên có thể áp dụng cho kết quả gia công bằng vật liệu nhôm.
Lực cắt P2’ khi cắt thép cacbon được tính theo công thức:
Cp = 68,2; xp = 0,86; yp = 0,72; up = 1,0; ựp = 0; qp = 0,86
5 0,86 1500 0 1 = 108,3(KG) Giá trị trên tính cho gia công khi phôi là thép cacbon, khi phôi là nhôm thì gia trị trên đuợc nhân với hệ số 0,25
• Công xuất cắt khi phay
⇒Như vậy khi chọn động cơ ta phải chọn thoả mãn điều kiện sau:
- Công suất động cơ: NĐC ≥ NC2 = 104 (W)
- Môme mở máy : MĐC ≥ MC2 = 0,66 (N.m)
- Tốc độ quay: ndc = 1500(vòng/phút)
Tính chọn động cơ các trục
Chọn động cơ trục Z
Để chọn động cơ cho trụ Z, ta cần xác định thời điểm mômen xoắn trên trục Z đạt giá trị lớn nhất (tương ứng với lực dọc trục tối đa) Khi đó máy có thể vận hành ở chế độ khoan, tối ưu hóa hiệu suất gia công và độ ổn định của quá trình Việc tối ưu mômen xoắn ở trục Z giúp chọn công suất phù hợp và nâng cao tuổi thọ hệ thống trụ.
IV.1.1.Lực chiều trục khi khoan
Hình IV.1 Lực chiều trục khi khoan
P0 = Cp.D zp S yp Kmp (KG) Trong đó:
Cp : hệ số đối với lực chiêu trục xét đến điều kiện cắt nhất định
S : lượng chạy dao khi khoan
Kmp = KmM : hệ số hiệu chỉnh khi tính chất cơ lý của vật liệu khác với điều kiện đang xét zp; yp : chỉ số mũ xét đến ảnh hưởng của đương kính dao, lượng chạy dao
Ta thấy lực P0 tỷ lệ thuận với đường kính dao D, vì vậy ta chọn dao có đường kính lớn nhất để tính
* chọn dao: - Đường kính dao: D = 5mm
75) 0,75 = 1 Theo bảng ( 8-3) chọn bước tiến dao:
IV.1.2.Công suất động cơ trục Z
Hình IV.2 Lực động cơ lên trục z
- Tổng khối lượng động cơ đầu cắt và bàn mang đầu cắt : mz = 2(kg)
⇒ Trọng lực ấn đầu dao xuông:
⇒Tổng hợp lực tác dụng lên vitme trục Z:
Vitme trục Z có đường kính dz = 10mm; bước ren qz = 3mm
Chọn hệ số ma sát trục vít me là: 𝜂msz = 0,1
Lực ma sát chiếu theo phương vuông góc với trục vitme:
⇒Hợp lực tác dụng lên vitme theo phương vuông góc là:
⇒Mômen xoắn tác dụng lên vitme ( trục động cơ ):Do dùng bộ chuyền khớp nối, tỷ số chuyền uz = 1
Tốc độ quay truc Z lớn nhất : nz = tốc độ dịch chuyển lớn nhất/qz = 800/3(v/ph)
⇒Tốc độ quay động cơ trục Z: ndcz = nz.uz = 266,67 (vòng/phút)
⇒ Công suất động cơ trục Z:
Trong đó: 𝜂dcz : hiệu suất động cơ ( chọn 𝜂dcz = 0,95)
Kz : hệ số quá tải cho phép ( Kz = 1,3 – 1,5 )
Theo giáo trình “ tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí”- Trịnh Chất – Lê Văn Uyển.Bảng (2.3)
𝜂knz : hiệu suất khớp nối Chọn 𝜂knz = 1
𝜂obz : hiệu suất ổ bi Chọn 𝜂obz = 0,99
𝜂vmz: hiệu suất vít me Chọn 𝜂vmz = 0,99
Chọn động cơ trục Y
* Sơ đồ lực tác dụng lên thanh trượt:
Hình IV.3 Lực động cơ lên trục y
- Tổng khối lượng trụ Z: m’z = 3(kg)
- Hê số ma sát thanh trượt: 𝜂tty = 0,1
- Hệ số ma sát của vít me: 𝜂vmy = 0,1
⇒Lực ma sát tác dụnglên thanh trượt:
Ftty = Pmy.𝜂tty = mz.g.𝜂tty = 3.9,8.0.1 = 2,94 (N) Để tính chọn công suất động cơ trục Y, ta tính chọn khi lực tác dụng lên đầu dao theo phương Y là lớn nhất
Các thành phần lực cắt theo phương X, Y được xác định theo tỷ lệ với lực cắt vòng P
Vì quá trình gia công ở đây là cắt đứt hay tạo rãnh trên phôi nên quá trình phay ở đây là phay thuận, ta có:
⇒Hợp lực tác dụng dọc trục vitme:
* Sơ đồ lực tác dụng lên vitme:;
Hình IV.4 Lực động cơ lên trục vit me
-Vítme có đường kính dy = 16mm; bước ren qy = 15mm
- Lực ma sát tác dụng lên vítme:
⇒Lực ma sát chiếu lên phương vuông góc với trục vitme:
⇒Tổng hợp lực tác dụng lên vitme theo phương vuông góc với trục vitme:
⇒Mômen xoắn tác dụng lên trục vitme :
Chọn tỷ số truyền trục y là: uy = 𝑛 𝑑𝑐
⇒Mô men xoắn trên trục động cơ:
⇒Công suất động cơ trục Y:
Trong đó: 𝜂dcy : hiệu suất động cơ ( chọn 𝜂dcy = 0,95)
Ky : hệ số quá tải cho phép ( Ky = 1,3 – 1,5 )
Theo giáo trình “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí”- Trịnh Chất – Lê Văn Uyển.Bảng (2.3)
𝜂dy : hiệu suất bộ truyền đai Chọn 𝜂dy = 0,96
𝜂oby : hiệu suất ổ bi Chọn 𝜂oby = 0,99
𝜂vmy: hiệu suất vít me Chọn 𝜂vmy = 0,99
Tốc độ quay trục Y lớn nhất : ny = tốc độ dịch chuyển lớn nhất/qy = 1000/15(v/ph)
⇒Tốc độ quay động cơ trục Y: ndcy = ny.uy = 1000
⇒Công suất động cơ trục Y:
Chọn động cơ trục X
* Sơ đồ lực tác dụng lên thanh trượt:
Hình IV.5 Lực động cơ lên trục x
- Khối lượng trục Y và 2 thanh đứng: my = 7(kg)
Tổng khôi lượng trục Z, trục Y và 2 thanh đứng tác dụng lên thanh trượt X là: mx = 3 + 7 = 10(kg)
- Hê số ma sát thanh trượt: 𝜂ttx = 0,1
- Hệ số ma sát của vít me: 𝜂vmx = 0,1
⇒Lực ma sát tác dụng lên thanh trượt:
Fttx = Pmx.𝜂ttx = mx.g.𝜂ttx = 10.9,8.0.1 = 9,8 (N)
⇒Hợp lực tác dụng lên trục vítme trục X:
* Sơ đồ lực tác dụng lên vitme:
Hình IV.6 Lực động cơ lên trục vitme
-Vítme có đường kính dx = 15mm; bước ren qx = 20mm
- Lực ma sát tác dụng lên vítme:
⇒Lực ma sát chiếu lên phương vuông góc với trục vitme:
⇒Tổng hợp lực tác dụng lên vitme theo phương vuông góc với trục vitme:
⇒Mômen xoăn tác dụng lên trục vitme :
Chọn tỷ số truyền đai trục là: ux = 𝑛 𝑑𝑐
⇒Mômen xoắn trên trục động cơ:
⇒Công suất động cơ trục X:
Trong đó: 𝜂dcx : hiệu suất động cơ ( chọn 𝜂dcx = 0,95)
Kx : hệ số quá tải cho phép ( Kx = 1,3 – 1,5 ) Chọn Kx = 1,5
Theo giáo trình “ tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí”- Trịnh Chất – Lê Văn Uyển.Bảng (2.3)
𝜂dx : hiệu suất bộ truyền đai Chọn 𝜂dx = 0,96
𝜂obx : hiệu suất ổ bi Chọn 𝜂obx = 0,99
𝜂vmx: hiệu suất vít me Chọn 𝜂vmx = 0,99
Tốc độ quay trục X lớn nhất : nx = tốc độ dịch chuyển lớn nhất/qx = 1000/20(v/ph)
⇒Tốc độ quay của động cơ truc X: ndcx = nx.ux = 1000
⇒Công suất động cơ trục X:
Trục Loại động cơ Công xuất(W) Mômen xoắn(N.m) Đầu căt DC 104 0,66
Bảng IV.1Bảng thông số về công suất và mômen động cơ sử dụng:
Sau khi tính toán ta chọn được các loại động cơ là:
+ Đông cơ DC:- nguồn vào 230V
- Tốc độ tối đa 1500(vg/ph)
Tính toán thiết kế bộ truyền động
Bộ truyền động trục Z
Máy CNC được thiết kế ở chế độ 2,5D, tập trung vào các công đoạn gia công cắt và tạo rãnh trên phôi Do đặc tính này, sai số ở trục Z thường lớn hơn, vì vậy cần các giải pháp liên kết động cơ với vitme hợp lý Để đơn giản hóa quá trình sản xuất và lắp ráp, người ta sử dụng khớp nối trục đàn hồi kết hợp với đĩa hình sao để nối trục động cơ với vitme, giúp giảm lệch tâm và tăng độ ổn định khi vận hành.
- Mômen xoắn trên trục động cơ là:
Dựa vào bảng (16-11)trang70 giáo trình “tính toán thiết kế hệ thống dẫn động” chọn khớp có các thông số sau:
Bảng V.1Bảng thông số chọn khớp nối trục
- Độ lệch tâm cho phép: r = 0,2mm
- Độ lệch góc cho phép: = 1 0 30’
* Kiểm tra ứng suất dập sinh ra trên đĩa:
Z : số răng đĩa đàn hồi.Z = 6 h: độ dày đĩa h = 5
Vì khớp nối làm việc với tốc độ khoảng 1750vòng/phút nên []d = 2(MPa)
⇒Khớp nối đủ an toàn với ứng suất dập
Với: Tt : mômen xoắn tính toán k : hệ số chế độ làm việc Theo bảng (16-1) ta có k = 2
⇒ Tt< [T] ⇒ Khớp nối an toàn.
Bộ truyền động trục Y
Trục X và trục Y được dùng để điều khiển chạy dao cắt theo biên dạng mong muốn, nên cần điều khiển chính xác về vị trí và tốc độ Để đáp ứng yêu cầu này, chúng ta cần bộ truyền động có độ chính xác cao và mô-men lớn Để tối ưu hóa sự cân bằng giữa hiệu suất và thuận tiện trong lắp ráp, giải pháp được chọn là bộ truyền động đai răng.
6 ĐAI RĂNG LÀ LOẠI ĐAI DẸT ĐƯỢC CHẾ TẠO THÀNH VÒNG KÍN, CÓ RĂNG Ở MẶT TRONG KHI VÀO TIẾP XÚC VỚI BÁNH ĐAI, CÁC RĂNG CỦA ĐAI SẼ ẮN KHỚP VỚI CÁC RĂNG TRÊN BÁNH ĐAI DO TIẾP XÚC BẰNG ĂN KHỚP, TRUYỀN ĐỘNG ĐAI RĂNG CÓ NHỮNG ƯU ĐIỂM SAU: KHÔNG CÓ TRƯỢT, TỈ SỐ TRUYỀN LỚN (U≤12), HIỆU SUẤT CAO, KHÔNG CẦN LỰC CĂNG BAN ĐẦU LỚN, LỰC TÁC DỤNG LÊN TRỤC VÀ Ổ NHỎ ĐAI RĂNG ĐƯỢC CHẾ TẠO BẰNG CAO SU TRỘN VỚI NHỰA NATRIC HOẶC ĐƯỢC ĐÚC TỪ CAO SU POLIURETAN LỚP CHỊU TẢI CHỦ YẾU LÀ DÂY THÉP, SỢI THUỶ TINH HOẶC SỢI POLIAMIT
Hình V.2 Bộ truyền động trục Y
V.2.1.Xác định môdun và chiều rộng đai
+ Môdun được xác định theo công thức: my = 35√ 𝑃 𝑦
Py: Công suất trên bánh đai chủ động (kW) ndcy: Số vòng quay trên bánh đai chủ động(vòng/phut)
Py = NDCY = 11,57 (W) = 11,57.10 -3 (kW) ndcy = 100(vòng/phút)
⇒Chiều rộng đai: by = 𝜓d.my
Trong đó: 𝜓d = 6 9 là hệ số chiều rộng đai
Theo bảng (4.28) chọn by = 16(mm)
V.2.2.Xác định thông số bộ truyền đai
𝑛 𝑣𝑚 = 1,5 Theo bảng (4.29) chọn số răng của bánh đai nhỏ:
⇒Số răng của bánh đai lớn:
Ta có: aymin ay aymax
Với: aymin = 0,5.my(Z1y + Z2y) + 2my = 0,5.2(18 + 27) + 2.2 = 49 (mm) aymax = 2my(Z1y + Z2y) = 2.2(18 + 27) = 180 (mm)
+ Số răng đai zdy: zdy = 2𝑎 𝑦
Với py là bước đai Theo bảng (4.27) chọn py = 6,28 zdy = 2.80
40.80 = 48(răng) Theo bảng (4.30) chọn zdy = 50 (răng) và chiều dài đai răng ldy14(mm)
Từ chiều dài đai răng ta xác định lại khoảng cách trục: a’y 𝜆 𝑦 +√𝜆 𝑦 2 −8𝛥 𝑦 2
- Đường kính chia của các bánh đai: d1y = my.Z1y = 2.18 = 36(mm) d2y = my.Z2y = 2.27 = 54 (mm)
- Đường kính ngoài của bánh đai: da1y = my.Z1y - 2𝛿 𝑦
Với 𝛿 𝑦 khoảng cách từ đáy răng đến đường trung bình của lớp chịu tải Theo bảng 4.27 ta có 𝛿 𝑦 = 0,6
⇒da1y = my.Z1y - 2𝛿 𝑦 = 2.18 - 2.0,6 = 34,8(mm) da2y = my.Z2y - 2.𝛿 𝑦 = 2.27 - 2.0,6 = 52,8(mm)
- Số răng đồng thời ăn khớp trên bánh đai nhỏ:
Với 𝛼 1𝑦 là góc ôm trên bánh đai nhỏ
Vậy Za1y = 8,4 > 6 ⇒thoả mãn điều kiện về số răng ăn khớp
V.2.3.Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng
Lưc vòng riêng trên đai phải thoả mãn điều kiện:
𝑏 𝑦 + 𝑞 𝑚𝑦 𝑣 𝑦 2 ≤ [𝑞 𝑦 ] Trong đó: Fty: lực vòng(N) qmy: khối lượng 1m đai có chiều rộng 1mm
Kdy: hệ số tải trọng động vy: vận tốc vòng(m/s)
Theo bảng (4.31) ta có: qmy = 0,0032(kg)
Theo bảng (4.7) ta có: Kdy = 1,1
Ta có: [qy] = [q0].Cz.Cu
Trong đó: [q0]: lực vòng riêng cho phép Theo bảng (4.31) chọn [q0]=5(N/mm)
Cz:hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đồng thời ăn khơp
Cu: hệ số xét đến ảnh hưởng của chuyển động tăng tốc u = 1
Vậy ta có: qy = 4,22(N/mm) < [qy] = 4,75(N/mm)
⇒Vậy đai đủ an toàn với lực vòng
* Bảng thông số đai răng trục Y:
Thông số Ký hiệu Giá trị
18(răng) 27(răng) Đường kính đỉnh răng da1y da2y
Chiều cao răng hy = 0,9my 1.8(mm) Đường kính vòng chia d1y d2y
Chiều dài răng By=by+my 18(mm)
Chiều rộng nhỏ nhất của rãnh Sy 1,8(mm)
Chiều sâu rãnh hy 2,2(mm)
Bán kính góc lượn r1y=r2y 0,5(mm)
Số răng trên đai Zdy 50(răng)
Chiều dài đai ldy 314(mm)
Khoảng cách trục ay 85,88(mm)
Hình V.3 Các trị số đai răng trục Y
Bộ truyền động trục X
Hình V.4 Bộ truyền động trục x
V.3.1.Xác định môdun và chiều rộng đai
+ Môdun được xác định theo công thức: mx = 35√ 𝑃 𝑥
Trong đó: Px: Công suất trên bánh đai chủ động (kW) ndcx: Số vòng quay trên bánh đai chủ động(vòng/phut)
Px = NDCX = 9,85 (W) = 9,85.10 -3 (kW) ndcx = 100(vòng/phút)
⇒Chiều rộng đai: bx = 𝜓d.mx
Trong đó: 𝜓d = 6 9 là hệ số chiều rộng đai
Theo bảng (4.28) chọn bx = 16(mm)
V.3.2.Xác định thông số bộ truyền đai
𝑛 𝑣𝑚 = 2 Theo bảng (4.29) chọn số răng của bánh đai nhỏ:
⇒Số răng của bánh đai lớn:
Ta có: axmin ax axmax
Với: axmin = 0,5.mx(Z1x + Z2x) + 2mx = 0,5.2(18 + 36) + 2.2 = 58 (mm) axmax = 2mx(Z1x + Z2x) = 2.2(18 + 36) = 216 (mm)
+ Số răng đai zdx: zdx = 2𝑎 𝑥
Với px là bước đai Theo bảng (4.27) chọn px = 6,28 zdx = 2.100
2 6,28 40.100 = 59,3(răng) Theo bảng (4.30) chọn zdx = 56 (răng) và chiều dài đai răng ldx51,7(mm)
Từ chiều dài đai răng ta xác định lại khoảng cách trục: a’x = 𝜆 𝑥 +√𝜆 𝑥
- Đường kính chia của các bánh đai: d1x = mx.Z1x = 2.18 = 36(mm) d2x = mx.Z2x = 2.36 = 72 (mm)
- Đường kính ngoài của bánh đai: da1x = mx.Z1x - 2𝛿 𝑥
Với 𝛿 𝑥 khoảng cách từ đáy răng đến đường trung bình của lớp chịu tải Theo bảng 4.27 ta có 𝛿 𝑥 = 0,6
⇒da1x = mx.Z1x - 2𝛿 𝑥 = 2.18 - 2.0,6 = 34,8(mm) da2x = mx.Z2x - 2.𝛿 𝑥 = 2.36 - 2.0,6 = 70,8(mm)
- Số răng đồng thời ăn khớp trên bánh đai nhỏ:
Với 𝛼 1𝑥 là góc ôm trên bánh đai nhỏ
Vậy Za1x = 7,82 > 6 ⇒thoả mãn điều kiện về số răng ăn khớp
V.3.3.Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng
Lưc vòng riêng trên đai phải thoả mãn điều kiện: 𝑞 𝑥 = 𝐹 𝑡𝑥 𝐾 𝑑𝑥
𝑏 𝑥 + 𝑞 𝑚𝑥 𝑣 𝑥 2 ≤ [𝑞 𝑥 ] Trong đó: Ftx: lực vòng(N) qmx: khối lượng 1m đai có chiều rộng 1mm
Kdx: hệ số tải trọng động vx: vận tốc vòng(m/s)
Theo bảng (4.31) ta có: qmx = 0,0032(kg)
Theo bảng (4.7) ta có: Kdx = 1,1
- Ta có: [qx] = [q0].Cz.Cu
Trong đó: [q0]: lực vòng riêng cho phép Theo bảng (4.31) chọn [q0]=5(N/mm)
Cz:hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đồng thời ăn khơp
Cu: hệ số xét đến ảnh hưởng của chuyển động tăng tốc u = 1
Vậy ta có: qx = 3,6(N/mm) < [qx] = 4,5(N/mm) ⇒Vậy đai đủ an toàn với lực vòng
Bảng thông số đai răng trục X:
Thông số Ký hiệu Giá trị
18(răng) 36(răng) Đường kính đỉnh răng da1x da2x
Chiều cao răng hx = 0,9mx 1.8(mm) Đường kính vòng chia d1x d2x
Chiều dài răng Bx=bx+mx 18(mm)
Chiều rộng nhỏ nhất của rãnh Sx 1,8(mm)
Bán kính góc lượn r1x=r2x 0,5(mm)
Số răng trên đai Zdx 56(răng)
Chiều dài đai ldx 351,7(mm)
Bảng V.2 Các trị số răng trục X
Kiểm nghiện độ bền trục vít me
Vítme trục Z có đường kính nhỏ nhất và chịu lực dọc trục lớn nhất, nên trục vítme trục Z là trục mất an toàn nhất Khi kiểm nghiệm về độ bền, ta chỉ cần kiểm nghiệm trục vítme trục Z.
- Tải trọng riêng dọc trục được xác định theo công thức: qa = 𝐹 𝑎
Fa : Lực dọc trục Fa = Z = 585,06(N)
Zb : Số bi trên các vòng ren làm việc
𝑑 𝑏 − 1 Với: Dtb:đường kính vòng tròn qua các tâm chia.Dtb = 9(mm)
K: số vòng ren làm việc.K = 2 db: đường kính bi.db = 2(mm)
𝜆 : hệ số phân bố không đều tải trọng cho các viên bi Chọn 𝜆 = 0,8
Dựa vào đồ thị (8.10) lấy ứng suất lớn nhất 𝜎 𝑚𝑎𝑥 #00(MPa)
Trị số trên phải thoả mãn điều kiện: 𝜎 𝑚𝑎𝑥 ≤ [𝜎 𝑚𝑎𝑥 ]
Vì trục vít me đã được tôi hoá bề măt nên [𝜎 𝑚𝑎𝑥 ] ≈5000(MPa)
⇒ 𝜎𝑚𝑎𝑥 𝑚𝑎𝑥 Vậy trục vítme an toàn.
Tính toán và thiết kế bàn xoay theo kết cấu xyzac
Thiết kế các chi tiết của bàn xoay
VI.1.1.Tính chọn các thông số đầu vào cho bàn gá phôi
Dựa trên tài liệu tính toán và thiết kế bàn xoay của hãng DETRON, dựa theo mẫu bàn xoay thiết kế GFS-171S ta tính toán thiết kế bàn xoay
+ Khối lượng phôi do máy phay phục vụ nghiên cứu cho sinh viên nên ta chọn mẫu phôi có khối lượng lớn nhất là M=3kg
+ Chọn tốc độ quay lớn nhất của trục gá phôi lớn nhất là nmax".2 vòng/phút(bằng tốc độ của bàn xoay GFS-171S)
+ Ta có biểu thức liên hệ: 1 1 1
- M1 (N.m) là momen của bàn gá phôi GFS-171S theo trục B khi mang phôi
- M2 (N.m)là momen của bàn gá phôi mà ta thiết kế theo trục B khi mang phôi
J =m r ) lần lượt là momen quán tính của bàn gá phôi theo trục B khi mang phôi
2 rad s ) là gia tốc góc của bàn gá phôi theo trục B khi mang phôi
Lần lượt thay các thông số vào biểu thức trên ta có kết quả cần tìm ở dưới bảng sau:
THÔNG SỐ GFS-171S BÀN GÁ PHÔI
Số vòng quay(vòng/phút) 22.2 22.2
Khối lượng phôi(kg) 50 3 Đường kính bàn máy(mm) 170 100
Bảng VI.1Thông số kỹ thuật cho chi tiết bàn quay
VI.1.2.Tính toán thiết kế trục, thiết kế ổ bi và lựa chọn bộ truyền đai
VI.1.2.1.Lựa chọn bộ truyền cho đề tài Đề tài lựa chọn bộ truyền đai cho hệ thống truyền động của bàn xoay, mỗi bộ truyền đều có cho mình những ưu nhược điểm riêng, để phù hợp với đề tài với phạm vi nghiên cứu chúng tôi lựa chọn bộ truyền đai Bộ truyền đai có đặc điểm truyền chuyển động giữa các trục xa nhau Đai được mắc lên hai bánh đai với lực căng ban đầu F0 , nhờ đó có thể tạo ra lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa đai và bánh đai nhờ lực ma sát mà tải trọng được truyền đi
Bộ truyền đai có nhiều loại đai khác nhau:
Bộ truyền đai dẹt có độ bền mòn cao, độ dẻo dai và hiệu suất vận hành cao nhờ khả năng chịu đựng tốt Tuy nhiên, nó có khả năng kéo lực thấp hơn các loại đai khác và khả năng chống trượt kém, nên không phải là lựa chọn tối ưu cho các hệ truyền tải yêu cầu lực kéo mạnh hoặc độ bám cao ở điều kiện tải lớn.
Bộ truyền đai thang có tiết diện hình thang, mặt làm việc là hai mặt bên tiếp xúc với các rãnh hình thang trên bánh đai Nhờ đó, hệ số ma sát giữa đai và bánh đai hình thang lớn hơn so với đai dẹt, nên khả năng kéo của hệ truyền động cao hơn Tuy nhiên, hiệu suất thấp và khả năng chống trượt không cao.
Bộ truyền đai nhiều chêm có các đoạn nhô hình chêm phân bố dọc theo mặt trong của đai và tiếp xúc với các rãnh chêm của bánh đai, lớp sợi chịu tải chủ yếu Ưu điểm của đai nhiều chêm là chiều rộng nhỏ, kết hợp hai đặc tính của đai thang và đai dẹt, cho phép dùng bánh đai nhỏ hơn với đường kính bé hơn dù khả năng chống trượt không cao Bộ truyền đai răng là bộ truyền đai dẹt có răng ở mặt trong; khi tiếp xúc với bánh đai, các răng của đai sẽ ăn khớp với các răng trên bánh đai Do truyền lực bằng ăn khớp, truyền động bằng đai răng có những ưu điểm: không có trượt, tỉ số truyền lớn, lực tác dụng lên trục và lên ổ nhỏ.
Trong thiết kế truyền động giữa trục động cơ và trục quay của trục chứa bàn gá phôi, chúng tôi căn cứ vào ưu nhược điểm của các loại đai để lựa chọn bộ truyền đai răng phù hợp Việc sử dụng đai răng giúp tăng cường độ bền và độ ổn định khi truyền mô-men, giảm hiện tượng trượt và lệch pha giữa hai trục, đồng thời nâng cao độ chính xác gia công và tuổi thọ hệ thống Quy trình đánh giá tập trung vào khả năng chịu tải, độ bền mài mòn, hiệu suất truyền động và chi phí bảo trì, từ đó đảm bảo sự đồng bộ giữa trục động cơ và trục quay của trục chứa bàn gá phôi, đáp ứng yêu cầu vận hành liên tục và hiệu quả sản xuất.
VI.1.2.2.Thiết kế bộ truyền
Truyền động từ trục động cơ qua trục bàn gá phôi được thực hiện bằng một bộ truyền đai và một cặp ổ bi, cho hiệu suất của bộ truyền đai η_ol = 0.98 và hiệu suất của ổ bi η_d = 0.96, giúp tối ưu hóa hệ thống truyền động Từ các giá trị hiệu suất này, công suất cần thiết cho động cơ được xác định là 0.012.
Chọn tỉ số truyền cho bộ truyền bằng 2 vậy ta có nđcD.4 vòng/phút
Vậy momen cần thiết cho động cơ là :
= n = Dựa trên các thông số trên ta lựa chọn động cơ bước phù hợp
VI.1.2.3.Động cơ SUMTOR 57HS11230A4
Mẫu động cơ SUMTOR 57HS11230A4
Bước Góc Độ chính xác 5%
Nhiệt độ 80 Max nhiệt độ môi trường xung quanh -20 ~ +50 Độ bền điện môi 500V AC 1 phút đường kính trục (mm) 6
Hình VI.1 Thông số động cơ SUMTOR 57HS11230A4 Tính toán thiết kế bộ truyền đai trên phần mềm inventor loại đai chọn là L synchronous Belt 187L050
Công suất bộ truyền đai P=0.013kW
Số vòng quay trên bánh dẫn nD,4 vòng/phút
Tỉ số truyền bộ truyền đai uđ= 2
Thời gian làm việc LhH000 giờ (10 năm mỗi năm làm việc 300 ngày mỗi ngày làm việc 2 ca mỗi ca 8 tiếng)
Modun của đai với m = 2 được dùng để đảm bảo kích thước bàn xoay và khả năng tải của hệ truyền động, bằng cách chọn số răng bánh đai z1 và z2 sao cho đường kính vòng chia (pitch diameter) d1 và d2 phù hợp với yêu cầu Với modun m = 2, các đường kính vòng chia lần lượt là d1 = m · z1 = 2 · z1 (mm) và d2 = m · z2 = 2 · z2 (mm), giúp xác định khoảng cách tâm giữa hai bánh răng và khả năng ăn khớp với hệ thống truyền động Việc lựa chọn đúng z1, z2 sẽ ảnh hưởng tới mật độ truyền lực, hiệu suất và độ bền của toàn bộ hệ thống, đồng thời đảm bảo kích thước bàn xoay phù hợp với tải trọng mong muốn.
Khoảng cách trục sơ bộ được tính 0,5 ( m z 1 + z 2 ) a 2 ( m z 1 + z 2 ) 42mm a 168mm
Nhập các kích thước vào phần mềm AUTODESK INVENTOR ta có các kết quả sau:
Hình VI.2 Thông số trên tab design
Hình VI.3 Thông số trên tab calculation
Hình VI.4 Nhập kích thước bánh dẫn
Hình VI.5 Nhập kích thước bánh bị dẫn
Hình VI.6 Mô hình 3D bộ truyền đai thang
4 Lực căng đai ban đầu Ft 65,871 N
5 Lực căng trên mỗi nhánh đai Ft 65,871 N
8 Lực vòng có ích Fp/z 131,740N
9 Lực tác dụng lên trục Fr 131,742N
10 Góc ôm đai 𝛽1 , 𝛽2 162 độ và 197.89 độ
11 Chiều dài dây đai 476,250mm
Bảng VI.2 Kết quả tính toán theo phần mềm
Thiết kế trục bàn gá phôi
- Công suất trên trục 0.012kW
- Các lực tác dụng lên trục từ bộ truyền đai
- Lực tác dụng từ bộ truyền đai Fr1,742N
Tính sơ bộ đường kính trục vị trí lắp bánh đai: d 3
= = chọn d0mm phác thảo kết cấu trục:
Hình VI.7 Phác thảo kết cấu trục dẫn động bàn gá phôi
Hình VI.8 Tab design cho trục dẫn động bàn gá phôi
Hình VI.10 Nhập lực cho trục
Hình VI.11 Biểu đồ nội lực tổng cộng
Hình VI.12 Biểu đồ nội lực mặt yz
Hình VI.13 Biểu đồ momen uốn tổng cộng
Hình VI.14 Biểu đồ momen mặt phẳng yz
Hình VI.15 Ứng suất uốn tổng cộng
Hình VI.16 Biểu đồ ứng suất uốn mặt phẳng yz
Hình VI.17 Biểu đồ ứng suất tổng cộng
Thiết kế bộ truyền đai lắc bàn xoay
Bộ truyền được chọn tương tự bộ truyền trên là loại đai thang
Do trục cần công suất lớn nên ta chọn bánh đai có tỷ số truyền lớn để tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm công suất cho động cơ Bài toán điều khiển chính xác tỷ số truyền là yếu tố then chốt và trong thiết kế này chúng tôi lựa chọn tỷ số truyền 1:5 để cân bằng giữa tốc độ và mô-men tải Với tỷ số 1:5, hệ truyền động bánh đai sẽ tăng mô-men xoắn cho tải đồng thời duy trì tốc độ phù hợp, đồng thời đơn giản hoá quá trình điều khiển và tối ưu hóa hiệu suất tổng thể.
Số vòng quay trên bánh dẫn n1 vòng/phút
Momen xoắn trên trục MN.m
Số giờ làm việc Lh= 48000hr
Công suất cần thiết của trục vào 0, 028 0, 03
= = Từ động cơ tới trục vào cần qua một bộ truyền đai, một cặp ổ lăn vậy công suất thực tế mà bộ truyền cần là: 0, 028 0, 03
= = Momen trên trục động cơ Mđc=2,58N.m
Chọn động cơ step SANYO 103H-7823-0712 http://www.ebay.com/itm/1pcs-Used-SANYO-StepSyn-60-SERIES-103H7823-0712-DC3A- 1-8DEG-STEP-Motor-E-MT-/181590724617
Bước Góc Độ chính xác 5%
Nhiệt độ 80 Max nhiệt độ môi trường xung quanh -20 ~ +50 Độ bền điện môi 500V AC 1 phút đường kính trục (mm) 8
Hình VI.18 Trị số kỹ thuật của động cơ bước Thiết kế bộ truyền đai trên inventor
Hình VI.19 Thông số tab design
Hình VI.20 Thông số tab calculator
Hình VI.21 Nhập thông số bánh dẫn
Hình VI.22 Nhập thông số bánh bị dẫn
Bảng kết quả tính toán
4 Lực căng đai ban đầu Ft 39,915 N
5 Lực căng trên mỗi nhánh đai Ft 39,915 N
8 Lực vòng có ích Fp/z 79,804N
9 Lực tác dụng lên trục Fr 79,822N
10 Góc ôm đai 𝛽1 , 𝛽2 114,45 độvà 245,55 độ
Bảng VI.3 Thông số dây đai di bàn xoay
Thiết kế trục dẫn động lắc bàn xoay
Tỷ lệ giữa momen xoắn tạo chuyển động lắc ngang bàn xoay gấp 2,41 lần vì vậy ta có các thông số đầu vào thiết kế:
Số vòng quay của trục n",2 vòng/phút
Thời gian làm việc Lh(000hr
Lực tác dụng từ bộ truyền đai lên trục Fry,822N Đường kính trục bé nhất bằng
P = M n = = kW chọn đường kính trục là 15mm
Hình VI.23 Phác thảo trục 1 sơ bộ
Hình VI.24 Phác thảo trục 2 sơ bộ Nhập các thông số vào tính toán thiết kế trên inventor
Hình VI.27 Nhập lực cho trục
Hình VI.28 Biểu đồ nội lực
Hình VI.29 Biểu đồ momen uốn mặt phẳng yz
Hình VI.30 Biểu đồ ứng suất uốn tổng cộng
Hình VI.31 Biểu đồ ứng suất xoắn
Hình VI.32 Biểu đồ ứng suất tổng cộng
Thiết kế ổ bi cho bàn xoay
Thiết kế bàn xoay sử dụng 4 ổ bi với việc chọn kích thước ổ bi giống nhau cho mỗi trục dẫn động nhằm đảm bảo sự đồng bộ và phân bổ tải trọng đều, tối ưu hóa độ chính xác và khả năng chịu tải của hệ thống Quá trình tính toán thiết kế được thực hiện dựa trên phần mềm Inventor, trong đó nhập đầy đủ các thông số đầu vào của ổ bi để mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa các yếu tố như đường kính, lực tác động và ma sát, từ đó đưa ra các yếu tố thiết kế phù hợp cho bàn xoay.
Hình VI.35 Mô hình 3D của ổ bi
Chế tạo kết cấu cơ khí cho bàn xoay
Thiết kế cơ khí được thực hiện trên phần mềm Inventor, với 11 chi tiết được dựng hình và tích hợp cùng với các chi tiết tiêu chuẩn như động cơ, ổ bi, ốc vít, dây đai và bu lông Quá trình mô phỏng, phân tích lực và tối ưu hóa kích thước trên Inventor giúp đảm bảo tính chính xác, khả năng chế tạo và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống Việc sử dụng các chi tiết tiêu chuẩn cũng tăng hiệu quả sản xuất và dễ dàng bảo trì, đồng bộ dữ liệu thiết kế cho gia công và lắp ráp thực tế.
Thiết kế các chi tiết
VI.6.1.thiết kế đáy giá bàn xoay
Chi tiết gia công này được thiết kế để cố định bàn xoay và liên kết với trục X của máy EMCO MILL 50 Vật liệu chế tạo là nhôm cấp 61, liên kết giữa các tấm được gia cố bằng vít để vặn chặt, đảm bảo sự liên kết chắc chắn Thiết kế có chiều rộng bằng chiều rộng của giá đỡ trục X của máy và được bố trí các lỗ để cố định bàn xoay lên trục X Kích thước của giá đỡ được trình bày như sau.
Hình VI.36 Bản vẽ đáy giá bàn xoay
VI.6.2.Thiết kế giá đứng bàn máy lớn
Giá đứng bàn máy lớn được thiết kế để tạo khung cho bàn máy, cố định hai trục và tạo không gian làm việc cho bàn xoay; các lỗ trên giá được gia công có dung sai chuẩn nhằm bảo đảm quá trình lắp ghép sau này diễn ra chính xác Vật liệu chính của giá đứng là Nhôm 61, các tấm được liên kết với nhau bằng vít vặn chặt để tăng độ bền và dễ bảo trì Kích thước của giá đứng được mô tả cụ thể như sau:
Hình VI.37 Giá đứng bàn máy lớn 1
Hình VI.38 Giá đứng lớn bàn máy 2
VI.6.3.Thiết kế bàn gá bàn xoay, giá đứng bàn máy nhỏ
Thiết kế bàn gá bàn xoay và giá đứng cho bàn máy nhỏ nhằm tạo giá đỡ vững chắc cho động cơ và bàn gá phôi, đồng thời tích hợp các lỗ định vị để lắp trục và động cơ cũng như tra ổ bi cho chuyển động ổn định Liên kết giữa các chi tiết được thực hiện bằng ốc vít vặn chặt, đảm bảo tính cơ động và độ bền khi vận hành Vật liệu được sử dụng là nhôm 6061, có ưu điểm nhẹ, cứng và kháng ăn mòn phù hợp với các chi tiết máy gia công Các chi tiết được thiết kế cụ thể để tối ưu vị trí lắp trục, vị trí động cơ và các lỗ định vị, từ đó tạo ra một hệ thống bàn gá vững chắc và hiệu quả cho quá trình chế tạo và gia công.
Hình VI.39 Bàn gá bàn xoay
Hình VI.40 Giá đứng bàn máy nhỏ
VI.6.4.Thiết kế bàn gá phôi, giá cố định động cơ bước
Bàn gá phôi được thiết kế để mang phôi và gia công, trang bị các rãnh chữ T để cố định phôi và các ốc vít siết chặt giúp cố định bàn gá phôi trong quá trình gia công Vật liệu chế tạo là Nhôm 61, cho độ cứng và trọng lượng nhẹ phù hợp với các ứng dụng gia công.
Giá cố định động cơ bước dùng để cố định động cơ, liên kết bằng các bu lông, ốc vít Vật liệu sử dụng là Nhôm 61
Các chi tiết được thiết kế cụ thể như sau
Hình VI.41 Giá cố định động cơ bước
Hình VI.42 Bàn gá phôi
VI.6.5.Lắp ráp bàn xoay
Bàn xoay được lắp ráp từ các chi tiết được thiết kế sẵn và các chi tiết tiêu chuẩn, đảm bảo tính chính xác và đồng bộ cho toàn bộ cấu kiện Sau quá trình lắp ghép, ta có hình ảnh tổng thể của bản vẽ lắp như hình minh họa dưới đây.
Hình VI.43 Bản vẽ lắp