TÍNH CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG HỆ BÀN MÁY CNC

Đồ án này trình bày về quá trình tính toán thiết kế hệ thống dẫn hướng cho gia công dưới sự di chuyển của 3 trục chính... Chương 1: Tổng quan về máy CNC 1.Tổng quan CNC computer numer

Mục lục

Lời nói đầu ……… ……… 1

Chương 1: Tổng quan về máy CNC 2

1.Tổng quan 2

2 Các cụm kết cấu chính của máy CNC 6

 Cụm trục chính : 6

 Bàn xoay 9

 Hệ thống thay dao tự động 11

 Hệ thống dẫn hướng 12

 Cụm vitme – đai ốc bi 13

CHƯƠNG 2 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG HỆ BÀN MÁY CNC 15

2.1Tính chọn vít me: 15

2.1.1 Kết cấu bộ truyền vitme đai ốc bi 16

2.1.2 Tính chọn vitme bi 17

1.Các thông số đầu vào 17

2 Bước vít me (l) 20

3 Lực cắt chính của máy 20

4 Tính toán lựa chọn trục vít , ổ lăn cho bàn máy di chuyển theo trục Y 21

4.1 Điều kiện làm việc và các thông số được tính chọn 21

4.2 Chọn trục vít ổ bi 22

4.3 Chọn độ chính xác dài 27

4.4.Độ dịch do thay đổi nhiệt độ: (mức hiệu chỉnh 3℃) 28

4.5.Chọn động cơ 28

4.6 Tính tải trọng tới hạn của trục vít 32

4.7 Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối 32

5 Tính toán lựa chọn trục vít , ổ lăn cho bàn máy di chuyển theo trục X 37

5.1 Điều kiện làm việc và các thông số được tính chọn 37

5.2 Chọn trục vít ổ bi 38

5.3 Chọn độ chính xác dài 43

5.4 Độ dịch do thay đổi nhiệt độ: (mức hiệu chỉnh 3℃) 44

5.5.Chọn động cơ 44

5.6 Tính tải trọng tới hạn của trục vít 48

5.7 Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối 48

2.2.TÍNH CHỌN RAY DẪN HƯỚNG 53

1 Cơ sở tính toán 54

2.Tính chọn day dẫn hướng bày Y 61

3.Tính chọn day dẫn hướng bày X 68

Kết luận ………76

Lời nói đầu

Tính toán thiết kế hệ thống Cơ điện tử là nội dung không thể thiếu trong

chương trình đào tạo kỹ sư Cơ điện tử Đồ án môn học này giúp cho em có thể

hệ thống hóa lại các kiến thức của môn học như : Chi tiết máy,Vẽ kĩ thuật,Cơ

học kĩ thuật,Nguyên lỹ máy,Sức bền vật liệu,…Đồng thời cũng giúp chúng em

học thêm một số phần mềm cần thiết cho việc thiết kế ,mô phỏng cần thiết như

solidwork, ngoài ra giúp chúng em làm quen với công việc thiết kế và làm đồ

án tốt nghiệp sau này

Máy CNC (computer numerical controlled) là những công cụ gia công kim

loại tinh tế có thể tạo ra những chi tiết phức tạp theo yêu cầu của công nghệ

hiện đại Phát triển nhanh chóng với những tiến bộ trong máy tính, ta có thể bắt

gặp CNC dưới dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt

mài, máy đột rập và nhiều công cụ công nghiệp khác Thuật ngữ CNC liên quan

đến một nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính để điều khiển các chuyển

động và thực hiện quá trình gia công kim loại

Bài viết này sẽ thảo luận một trong hai loại máy phổ biến nhất trên thị

trường hiện nay là máy phay Đồ án này trình bày về quá trình tính toán thiết kế

hệ thống dẫn hướng cho gia công dưới sự di chuyển của 3 trục chính

Nhiệm vụ chính:

Tính chọn : Vít me bi ,cụm ổ đỡ , động cơ , ray dẫn hướng

Chương 1: Tổng quan về máy CNC

1.Tổng quan

CNC ( computer numerical control ) là một dạng máy NC điều khiển tự động có sự trợ giúp của máy tính , mà trong đó các bộ phận tự động được lập tình để hoạt động theo các sự kiện tiếp nối nhau với tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra được mẫu vật với hình dạng và kích thuốc yêu cầu

Lịch sử phát triển

Ý tưỏng về điều khiển máy bằng các lệnh nhớ ở các máy CNC đã xuất hiện

từ thế kỷ XIV, nó được phát triển và hoàn thiện dần cho đến ngày nay, với một

- Năm 1954 Bendix mua bản quyền của Pasons và chế tạo ra bộ điều khiển

NC hoàn chỉnh đầu tiên có sử dựng các bóng điên tử

- Năm 1954, phát triển ngôn ngữ biểu trưng dược gọi là ngôn ngữ lập trình

tư động APT

- Năm 1957 không quân Mỹ đã trang bị những máy NC đầu tiên ở xưởng

- Năm 1960, kỹ thuật bán dẫn thay thế cho hệ thống điều khiển xung rơle, đèn điện tử

- Năm 1965, giải pháp thay dụng cụ tự động ATC (Automatic Tool Changer),

- Năm 1968, kỹ thuật mạch tích hợp lC ra đời có độ tin cậy cao hơn

- Năm 1972, hệ điểu khiển NC (numerical control – trung tâm điều khiển số) đầu tiên có lắp đặt máy tính nhỏ…

- Năm 1979, hình thành khối liên hoàn CAD/CAM – CNC

- Ngày nay các máy cống cụ CNC (computer numerical control -trung tâm điểu khiển số có sự trợ giúp của máy tính) đã hoàn thiện hơn với tính nâng vượt trội có thể gia công hoàn chỉnh chi tiết trên một máy gia công, với số lần gá đặt ít nhất Đặc biệt chúng có thể gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp

- Hiện nay sự phát triển của các ngành sản xuất vi điện tử ,điều khiển số , máy công cụ , dụng cụ cắt … dẫn đến chế tạo ra các trung tâm gia công (CME) , hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS), hệ thống sản xuất có sự tích hợp của máy tính (CIM)

Phương hướng phát triển của máy CNC

- Nghiên cứu chế tạo các trung tâm đồng bộ với độ chính xác cao nhất

- Gia công với tốc độ cắt gọt cao, khoan với độ chính xác cao nhất

- Giảm khối lượng lập trình cho từng nhiệm vụ gia công (lập trình macro)

- Hệ thống lập trình đơn giản, dễ thao tác, giao diện đồ họa, hiệu quả cao

- Phân tích lỗi với sự giúp đỡ của đồ họa trên máy cnc và hệ thống sản xuất nói chung

Máy đục lỗ băng giấy

Thông tin về hành trình gia công và chức năng máy cần thiết được ghi trên băng giấy đục lỗ với mã hóa chương trình là các chữ số ,chữ cái và

kí tự đặc biệt

- Máy tính trung tâm điều khiển việc xử lí các thông tin về hành trình và các chức năng máy

- Các trục chuyển động chạy dao x,y,z (máy phay ) và x,z ( máy tiện ), trục chính được dẫn động bởi các động cơ riêng biệt

- Hệ thống đo và kiểm tra luôn phản hồi vị trí của dụng cụ về hệ điều khiển

 Máy CNC :

Máy CNC YL-1509 ROUTER

Đầu những năm 1970 ra đời máy CNC: do sự ra đời , phát triển của bộ vi

xử lí và máy tính (PC) , mỗi máy cnc có bộ vi xử lí độc lập  có thêm nhiều chức năng mới

+ Có khả năng lập trình tại chỗ các chi tiết có biên dạng phức tạp

+ Có khả năng mô phỏng đồ họa quá trình gia công ngay trên máy

+ Không cần sự hỗ trợ của các công cụ toán học bên ngoài

+ Chương trình gia công được mã hóa và ghi lại dưới dạng các file dữ liệu

 Trung tâm gia công:

Là tích hợp nhiều chức năng gia công cơ khí như tiện , phay bào , khoan trong

1 máy CNC Giúp máy làm việc linh hoạt , thực hiện được nhiều nguyên , công chính xác hơn

Máy CNC Mori seiki

2 Các cụm kết cấu chính của máy CNC

o Vai trò và nguyên lí làm việc :

- Trục chính máy công cụ đóng vai trò quan trọng trong các quá trình công

vì nó cung cấp tốc độ cắt cho dao và là một phần của chuỗi truyền lực giữa máy công cụ và dụng cụ hoặc chi tiết Tùy theo loại máy mà trục chính có những đặc tính khác nhau Đối với máy tiện, trục chính mang chi tiết và cấp tốc độ cắt Khi khoan và phay thì trục chính quay dao được lắp trên nó để tạo ra tốc độ cắt Trục chính của máy công cụ là đối tượng

mà các nhà chế tạo đã và tập trung nghiên cứu hoàn thiện và phát triển

- Các thành phần cơ bản của một trục chính là bộ phận gá dao, đòn kéo, trục, các ổ đỡ, hệ thống dẫn động, hệ thống làm mát và thân Có một số loại hệ thống dẫn động, về cơ bản nó bao bao gồm một động cơ, trực tiếp hoặc gián tiếp, đi đôi với trục chính

- Dẫn động trục chính là cơ cấu cung cấp và truyền chuyển động đến trục chính, bao gồm động cơ và khớp nối Bằng cách này, tốc độ quay, mo men xoắn và công suất sẽ được truyền đến dụng cụ nhờ cơ cấu kẹp dao

o Phân loại :

sử dụng, bao gồm loại dẫn động đai, dẫn động bánh răng, dẫn động trực tiếp và dẫn động tích hợp

- Trục chính dẫn động bằng đai

thông qua bộ truyền đai răng hoặc đai thang Loại này được sử dụng khá phổ biến trong các máy gia công truyền thống vì chi phí thấp và hiệu suất tốt khi truyền công suất danh nghĩa của động cơ thành công suất có ích trên trục chính Hiệu suất của trục chính dẫn động đai, về mặt truyền công suất động cơ đến trục chính, đạt khoảng 95%

Loại truyền động này có nhược điểm chính là:

 Bị giãn nở nhiệt đáng kể so với các truyền động khác

 Gây nhiều tiếng ồn hơn do sự chuyển động của đai

 Độ kéo căng của đai gây nên một lực hướng kính lên trục, gây nên tải trên các ổ đỡ

- Trục chính dẫn đông bằng bánh răng

Trục chính dẫn động bằng bánh răng có thể đạt mô men xoắn cao ở số vòng quay thấp và chúng có nhiều dải cấp tốc độ Tuy nhiên các bánh răng có thể gây nên rung động, tạo ảnh hưởng xấu lên độ bóng bề mặt chi tiết gia công Hơn nữa, hiệu suất của chúng kém hơn các dạng khác khi chúng chuyển đổi công suất danh nghĩa của động cơ thành công suất cắt của dao Trục chính dẫn động bánh răng không phù hợp cho các trường hợp gia công cao tốc mặc dù rất thích hợp cho các công việc nặng

- Trục chính được dẫn động trực tiếp

Các trục chính được dẫn động trực tiếp đạt hiệt suất truyền công suất từ động cơ đến dao gần 100% Chúng có thể làm việc ở tốc độ quay cao nhưng mô men xoắn thấp Vì không có xích truyền động nên không thể tăng mô men xoắn một cách cơ học để đáp lại sự giảm tốc độ động cơ

Hệ thống truyền động này ứng xử tốt về mặt rung động, có nghĩa là có thể đạt các tốc độ cao và vẫn đạt được độ bóng bề mặt tốt

- Trục chính được dẫn động tích hợp

Ở loại trục chính này, động cơ có thể là động cơ điện đồng bộ hoặc không đồng bộ được tích hợp vào kết cấu trục chính giữa các ổ đỡ trước và sau như hình 3 Bằng cách này, rung động và tiếng ồn được giảm thiểu và công việc có thể được thực hiện ở các tốc độ quay cao, từ 15.000 vg/ph Do đó trục chính loại này rất phổ biến ở các máy công cụ gia công cao tốc

Kiểm soát sự truyền nhiệt bên trong trục chính và giãn nở nhiệt là yếu tố then chốt để đạt được hiệu suất tốt cho loại truyền động này Do động cơ lắp bên trong thân trục chính nên hệ thống tản nhiệt có vai trò vô cùng quan trọng Loại trục chính này đắt tiền do có các hệ thống phụ cho làm mát và giám sát cũng như yêu cầu độ chính xác cực kỳ cao trong lắp ráp

 Bàn xoay

Nhằm mở rộng khả năng công nghệ của máy công cụ, nhất là cho các máy CNC 2 hoặc 3 trục, người ta đã chế tạo một thiết bị có khả năng tăng số trục của máy từ 2 hoặc 3 trục thành các máy 4 hoặc 5 trục Thiết bị đó chính là bàn xoay (Rotary Table) Thực ra bàn xoay chẳng qua là một loại đồ gá đặc biệt và chúng chủ yếu được sử dụng trên các máy phay CNC, trung tâm gia công đứng, trung tâm gia công ngang và máy doa ngang

- Vai trò :

Bàn xoay CNC có tác dụng làm tăng thêm tính vạn năng cho máy CNC Đối với các bàn xoay 2 trục, nhờ khả năng nghiêng bàn xoay đi một góc nào đó, nên cho phép máy CNC 3 trục gia công được các bề mặt phức tạp như cánh tua bin, cánh chân vịt tàu thủy Nói chung chúng có phạm vi sử dụng rất rộng, nhưng chủ yếu là dùng để gia công các chi tiết có các dạng bề mặt sau:

+ Mặt phẳng

+ Các bề mặt định hình (như bề mặt cam, cối dập, khuôn ép …)

+ Cắt ren vít trong và ngoài

+ Gia công bánh răng và dao cắt nhiều lưỡi có răng thẳng hoặc xoắn

+ Cắt rãnh thẳng và xoắn…

+ Các bề mặt nghiêng

Đối với bàn xoay nhiều trục, có thể tiến hành gia công cùng một lúc nhiều chi tiết Điều này làm :

+ Tăng khả năng công nghệ của máy,

+ Tăng năng suất gia công

+ Giảm thời tháo lắp và điều khiển dụng cụ

+ Giảm thời gian gia công cơ bản

- Phân loại:

Bàn xoay trên máy phay CNC và các trung tâm gia công có thể được phân ra làm các loại như sau:

a Loại tiêu chuẩn: Là loại bàn xoay này dùng để gá đặt chi tiết sao cho

tâm của chi tiết trùng với tâm trục chính Có thể gia công được nhiều dạng bề mặt khác nhau như gia công mặt phẳng, gia công rãnh thẳng hoặc rãnh xoắn và gia công các mặt định hình với dao định hình, đôi khi dùng để cắt bánh răng với dao phay môđun

Loại bàn xoay tiêu chuẩn có thể phân ra làm hai loại :

- Loại có trục chính nằm ngang

- Loại có trục chính thẳng đứng

b.Loại bàn xoay có động cơ lắp phía sau: Loại bàn xoay này có khả năng

hạn chế sự rung động khi máy đang làm việc Loại động cơ này có thể che chắn nước và phoi vụn, không cho chúng rơi vào động cơ

c Loại bàn xoay có lỗ trục chính lớn: Loại bàn xoay này có trục chính có

lỗ lớn, dùng để gia công các phôi dài hoặc các ống Kích thước lỗ trục chính của chúng có khả năng được mở rộng để mở rộng phạm vi làm việc cho máy Loại này thích hợp cho việc sản xuất hàng khối Tương tự như loại bàn xoay tiêu chuẩn, loại bàn xoay này cũng loại trục chính nằm ngang và loại trục chính

d Loại bàn xoay có nhiều trục chính: Loại bàn xoay nhiều trục chính cho

phép gá đặt cùng lúc nhiều chi tiết Loại bàn xoay nhiều trục chính có năng suất gấp nhiều lần so với loại bàn xoay tiêu chuẩn, thích hợp cho sản xuất hàng loạt

và hàng khối

e Loại bàn xoay nghiêng: Loại bàn xoay này có hai trục Bàn xoay có thể

nghiêng đi nhờ xoay quanh được một trục nào đó Do đó loại này có khả năng công nghệ cao, có thể sử dụng làm đồ gá để gia công các mặt phẳng, các rãnh các gờ lồi và đặt biệt là gia công các bề mặt nghiêng ở nhiều góc độ khác nhau Loại bàn xoay này được phân ra hai loại như sau:

- Loại điều khiển nghiêng tự động: cả hai trục của bàn xoay được điều khiển hoàn toàn tự động từ hệ thống CNC

- Loại điều khiển nghiêng bằng tay: chuyển động làm nghiêng trục được thực hiện bằng tay

f Loại cỡ lớn: Ngoài các loại nêu trên, các nhà sản xuất bàn xoay còn

chế tạo loại bàn xoay có kích thước bàn từ 1m đến 3m hoặc lớn hơn Loại bàn xoay này có trục chính thẳng đứng hoặc nằm ngang với độ chính xác cao Chúng được dùng để gia công các chi tiết lớn, nặng (có thể lên đến 10.000kg)

và cho các ứng dụng về đo lường

- Máy CNC có hệ thống thay dao hoàn toàn tự động

- Phụ thuộc vào dạng gia công và vùng công tác thiết bị thay dao có khả năng đồng thời :

Chứa dụng cụ Thay dụng cụ đang sử dụng Cài đặt dụng cụ được gọi bởi chương trình NC vào vị trí làm việc

- Các dạng chung là đầu dụng cụ Revonve (máy tiện) và ổ caasp dao (máy phay)

- Đẩy dụng cụ ra khỏi ổ chứa dao và trục chính

- Tay máy quay 180 độ đổi dụng cụ

- Đẩy dụng cụ vào ổ chứa dao và trục chính

- Quay tay máy ngược chiều 90 độ về vị trí ban đầu : 3-16s

+ Sử dụng ổ cấp dao tự hành

- Đưa trục chính vào vị trí thay dao

- ổ chứa dao tiến vào kẹp dụng cụ

- trục chính đi lên , tháo dao

- ổ chưa dao quay tới vị trí dao được gọi bởi chương trình NC

- trục chính đi xuống kẹp chặt dao

- ổ chứa dao lùi về vị trí ban đầu

Đường dẫn hướng ma sát bôi trơn ướt và đường dẫn hướng ma sát lăn

+ Ma sát bôi trơn ướt :

- Hệ số ma sát nhỏ , tổn hao thấp ,độ ổn định cao

- Độ cứng vững cao ,giảm giao động ,tăng tuổi thọ

Đáp ứng được yêu cầu của chuyển động chạy dao

Đảm bảo được các dịch chuyển nhỏ tới 0.001mm

 Sử dụng cho máy công nghiệp , cỡ lớn

+ Ma sát lăn :

- Tổn hao ma sát nhỏ ,độ nhạy cao ,không có khe hở

- Được tiêu chuẩn hóa nâng cao chất lượng ( vật liệu ,các biện pháp

- nâng cao chất lượng bề mặt ), nâng cao độ chính xác

- Bôi trơn :phun sương dầu hoặc nhỏ giọt trực tiếp theo tời gian điều khiển

- Đáp ứng được yêu cầu gia tốc lớn , dịch chuyển nhỏ, gián đoạn, tránh được ma sát trượt kiểu bước nhảy khi ma sát giới hạn

- Có rãnh hồi bi  bi chuyển động thứ hồi  luôn có bi chịu lực trên bề mặt

- Nhược điểm : khả năng chịu quá tải thấp do diện tích tiếp xúc bé

- Vai trò và phân loại:

+ Chuyển động chạy dao tịnh tiến thường được dẫn động bởi các động cơ servo quay thông qua cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến là : trục vitme – đai ốc bi

+ Trục trục vitme – đai ốc bi đảm bảo truyền lực và chuyển động không có khe hở , độ nhạy cao

+ Mỗi trục chuyển động có hệ thống đo , khi đo gián tiếp thì đầu đo lắp ngay trên trục vitme

+ Đai ốc bi trên máy cnc thường được lắp ghép từ 2 phần độc lập vs nhau ,nhằm tạo ra các kết cấu khử khe hở và tạo độ dôi ban đầu

+ Ghép theo phương dọc trục – dùng trong các cơ cấu đòi hỏi truyền động chính xác

+ Ghép theo phương hướng kính – dung trong các cơ cấu đòi hỏi khử khe

hở và truyền động êm , nhẹ

+ Sai số về bước của đai ốc , trục vit có thể được tự cân đối điều chỉnh trong quá trình vận hành máy , nhờ có điều khiển cnc đã lưu trữ các giá trị đo kiểm tra của trục vít và đai ốc khi cài đặt ban đầu

- Nguyên lí làm việc :

+ Vit me – đai ốc biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của bàn máy

+ Hoạt động tương tự vitme-đai ốc bình thường nhưng có thêm rãnh bi biến

ma sát trượt thành ma sát lăn , đảm bảo k có khe hở Các viên bi được chuyển động thứ hồi

CHƯƠNG 2 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG HỆ BÀN MÁY CNC

Các thiết bị dẫn động có một vai trò quan trọng trong máy CNC, là nhân

tố chính đảm bảo sự vận hành và gia công chính xác của máy Việc tính toán lựa chọn các thiết bị dẫn động là một công việc bắt buộc và phức tạp với rất nhiều công thức cần thiết lập Vì vậy, để thuận tiện cho công việc lựa chọn thiết

bị dẫn động, trong chương này chúng ta đi xây dựng công thức tính toán và chương trình tính chọn các thiết bị dẫn động

Nội dung chương này gồm có

- Tính chọn vít me

- Tính chọn block, thanh ray dẫn hướng

Các tính toán ở đây được thực hiện theo catalog của hãng NSK

2.1Tính chọn vít me:

Hình 2.1 Trục vít me dùng trong máy CNC

2.1.1 Kết cấu bộ truyền vitme đai ốc bi

2.1.1.1 Kết cấu chung:

Bộ truyền vít me - đai ốc bi thường được dùng trong chuyển động chạy dao của máy công cụ NC, CNC và dùng trong các máy công cụ chính như máy mài, máy doa tốc độ và các loại máy khác Đôi khi còn dùng trong máy tiện, máy tổ hợp, dùng trong truyền dẫn di động xà, trụ và các máy công cụ hạng nặng Ngoài dẫn ra còn dùng trong bộ truyền chính của các loại máy có chuyển động tịnh tiến khứ hồi như máy bào giường, máy chuốt

Hình 2.2 Kết cấu sơ bộ của vít me đai ốc bi

Kết cấu bộ truyền vít me - đai ốc bi hình trên bao gồm trục vít me, đai ốc, dòng bi chuyển động trong vít me - đai ốc và ống hồi bi đảm bảo dòng bi tuần hoàn liên tục

2.1.1.2 Các dạng prôfin ren của vít me và đai ốc như sau

Dạng chữ nhật (hình b), dạng hình thang (hình c), dạng nửa cung tròn và dạng rãnh (dạng cung nhọn) Dạng chữ nhật và dạng prôfin ren hình thang có khả năng tải thấp, chỉ dùng khi máy có khả năng chịu tải trọng chiều trục bé và

độ cứng vững không cao

Dạng nửa cung tròn (hình d) được sử dụng phổ biến nhất, bán kính rãnh r2 gần bằng bán kính viên bi R1 sẽ giảm tối đa ứng suất tiếp xúc, có thể chọn r2/r1=0,95÷0,97, giá trị r2/r1 sẽ làm tổn thất do ma sát 1 cách rõ rệt Tại góc tiếp xúc bé thì bộ truyền có độ cứng vững bé và khả năng tải bé, lực hướng kính

sẽ lớn Do tăng góc tiếp xúc thì khả năng đảo và độ cứng vững truyền động tăng

và hạ thấp tổn thất do ma sát vì vậy khe hở đường kính ∆d phải chọn để góc tiếp xúc đạt 45° ∆d = 4.(r2 − r1 ).(1 − cos α )

Hình 2.3 Các dạng profin ren vít me và ổ bi

Dạng rãnh cung nhọn (a) có nhiều ưu điểm hơn loại cung tròn, nó còn cho phép truyền động không rơ hoặc chọn được độ dôi của đường kính viên bi Còn ở dạng nửa tròn muốn khử độ rơ và tạo độ dôi đều dùng thêm đai ốc thứ hai để điều chỉnh

2.1.2 Tính chọn vitme bi

Chọn kiểu trục vít me chính xác(Precision Ballscrew)

1.Các thông số đầu vào

- Loại máy CNC : phay

- Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT:

Phay mặt đầu

Dao có 6 lưỡi (z=6), đường kính D= 80mm

Tiêu chuẩn quốc gia : JIS

Vật liệu S45C

Grade 4040

Vận tốc : v= 100 m/ph

Chiều sâu cắt : t= 1,2 mm

Lượng chạy dao phút : F=900 mm/ph

- Khối lượng lớn nhất của chi tiết : M =300 Kg

- Khối lượng bàn máy X: M1=140kg

- Khối lượng bàn máy Y: M2=220kg

- Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công : 𝑉1 = 20 𝑚/𝑝ℎ

- Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công có lực : 𝑉2 = 12 m/ph

- nmax: Tốc độ quay lớn nhất của động cơ dẫn động vít me

- Vmax: Tốc độ dịch chuyển lớn nhất của bàn máy

- amax: Gia tốc lớn của bàn máy : amax = 0.50g m/𝑠2

- Lt: Tuổi thọ của vít me : 05 đến 07 năm

Ưu điểm : hệ thống cứng vững , chịu được tải lớn

Nhược điểm : do cố định 2 đầu nên dễ bị cong vênh khi thay đổi các điều kiện bên ngoài như nhiệt độ …

Hình 2.5 Sơ đồ 1 lắp đặt ổ đỡ

- 1 đầu lắp chặt -1 đầu tùy chỉnh : fixed- supported

Ưu điểm : Tránh được cong vênh khi thay đổi điều kiện bên ngoài

Chịu được tải lớn

Hình 2.6 Sơ đồ 2 lắp ổ đỡ

- 1 đầu lắp chặt – 1 đầu để tự do : fixed – free

Ưu điểm : Không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện bên ngoài

Nhược điểm : Chịu tải kém , dễ cong vênh

Hình 2.7 Sơ đồ 3 lắp ổ đỡ

Do vậy , chúng ta chọn kiểu lắp ổ đỡ 1 đầu chặt – 1 đầu tùy chỉnh cho

3 Lực cắt chính của máy

𝐹𝑧 =𝑆

6 = 0,383 (mm/răng) ( Theo công thức trong cuốn Sổ tay CN-CTM tập 2- trang 26)

Chiều dài tham gia làm việc (ae) và chiều dài bắt đầu tham gia làm việc (aei)

Chọn ae và aei sao cho : ae + aei = 𝐷𝑐= 80mm

Ta chọn: ae= 80mm , aei= 0

Góc cắt chính (𝐾ᵞ) thường chọn 𝐾ᵞ=60˚

Sau khi tính toán, kết hợp số liệu đề bào cho, điền vào bảng ta được kết quả

như trong hình:

4.1 Điều kiện làm việc và các thông số được tính chọn

- Điều kiện làm việc:

Lực chống trượt : F𝑎 = 𝜇(𝑊 + 𝑊1 + 𝑊2) =0,1.(300.10 + 140.10 + 220.10) =660N=66 (kgf)

- Các thông số sẽ được tính chọn:

- Loại ổ bị, trục vít

- Cấp chính xác

- Độ lệch vị trí vì nhiệt

Ta có các công thức tính lực dọc trục:

- Tăng tốc (về phía sau): F1 mgma f =5139 (N)

- Chạy đều (về phía sau): F2  mg f =1839 (N)

- Gia công (về phía sau): F a3 F m  (mgF mz)  f =3914 (N)

- Giảm tốc (về phía sau): F3  mgma f =-1461(N)

- Tăng tốc (về phía trước): F4   mgma f =-5139 (N)

- Chạy đều (về phía trước): F5   mg f =-1839 (N)

- Gia công ( về phía trước): F a5   F m ( mgF mz)  f =-3914 (N)

- Giảm tốc (về phía trước): F6   mgma f =1461 (N)

Với :

Fm: lực cắt chính của máy Fm =2075N = 207,5 kgf

Fmz: lực cắt theo phương z (thẳng đứng) Fmz = 0 μ: Hệ số ma sát trượt μ=0,1

việc8

n n n n m

Lực dọc trục lớn nhất khi không gia công : F1max = 5139N = 513,9kgf

Lực dọc trục lớn nhất khi gia công : F2max = 3914 N = 391,4 kgf

t n

t n F

- fs : Hệ số bền tĩnh, với máy công cụ fs = 1,5 – 3 (chọn 𝑓𝑠 = 2)

- f w : Hệ số tải trọng, được cho theo bảng 2.5 chọn 𝑓𝑤 = 1,2

Nếu độ cứng cần được ưu tiên nhiều nhất, độ hao phái chuyển động

không quá quan trọng, theo đó các thông số kỹ thuật sẽ được chọn như sau:

- Ổ bi loại lưu chuyển bi bên ngoài

- Kiểu : FDWC

- Số bi : B 2

4.2.4 Chọn bán kính trục vít

- L= tổng chiều dài di chuyển max + bán kính bi + chiều dài vùng thoát L=1300 + 100 + 200 = 1600(mm)

- Kiểu ổ bi là 1 đầu lắp chặt – 1 đầu tùy chỉnh → f = 15,1

- n=80% Nmax = 80% 2000 = 1600 vòng/ph

) ( 1 , 27 10

1 , 15

1600 1600 10

2 7

2

mm f

L n

4.2.5.Xem xét độ cứng :

Xem thêm trong catalog của hãng PMI

Từ độ cứng yêu cầu và các yếu tố bên trên, ta chọn được một số series phù

hợp như sau:

Kết hợp với các yếu tố kinh tế….v…, ta chọn series : 40-10B2-FDWC

4.2.6.Chiều dài trục vitme

L= tổng chiều dài dịch chuyển + chiều dài ổ bi + chiều dài vùng thoát

=( 5220 330.1,2)3 106 1

4.4.Độ dịch do thay đổi nhiệt độ: (mức hiệu chỉnh 3℃)

- Do đó, momen phát động cần thiết bằng tổng momen đặt trước và momen cần thiết khi phay thô:

Do cơ cấu đặt nằm ngang lên Mwz=0

 Tính vận tốc dài :với đường kính trục được chọn là 40mm.ta có: Vmax=𝜋 𝐷 𝑛

 Tính momen tĩnh : Mstat= Mfric+ Mwz+ Mmay=1,4+0+0,9=2,3 N.m

 Tính tốc độ quay của motor :

nnoml=𝑣𝑚𝑎𝑥 𝑖

ℎ = 20.10,01=2000 vòng/ph

- Dựa vào mô men tĩnh của động cơ và tốc độ của motor, ta chọn loại động

cơ AM 1400C của hãng ANILAM – www.anilam.com có momen khởi động là 13 N.m và tốc độ quay lớn nhất là 2000rpm như hình dưới:

Trong đó có:

 J là tổng mô men quán tính (Momen tính toán + momen cho bởi động

cơ – Rotor Inertia J ) J=(332,7 + 43) 10−4 (N.𝑚2)

 T’M=2x TM , 𝑇𝑀 = 13 𝑁𝑚

 TL là mô men quay(chế độ chạy không) TL=209,9.10.10−2 Nm

 f là hệ số an toàn ( chọn theo kiểu ổ lắp ), ở đây f=1,4

e Tính toán ứng suất tác dụng lên trục vít :

𝜎 = 𝐹

𝐴 =

𝐹𝑚𝑎𝑥𝜋𝑑𝑟²/4 =

Độ cứng chống uốn là 90.106N/𝑚2>𝜎𝑚𝑎𝑥

 Trục vít đã chọn đảm bảo được điều kiện bền

4.6 Tính tải trọng tới hạn của trục vít

lên trục vit me Tuy nhiên trong quá trình hoạt động xảy ra hiện tượng rung trong cơ cấu, do đó yếu tố định tâm cũng quan trọng,do vậy :

=> Chọn ổ đỡ chặn 1 dãy cho trường hợp này

 Tính toán khả năng tải động:

- Q: tải trọng động của ổ lăn được tính: 𝑄 = (𝑋 𝑉 𝐹𝑟 + 𝑌 𝐹𝑎 ).𝐾đ 𝐾𝑡

- 𝑄0: tải trọng tĩnh của ổ lăn được tính: 𝑄0 = (𝑋0.𝑉 𝐹𝑟 + 𝑌0 𝐹𝑎).𝐾đ 𝐾𝑡

- Kđ = 1,1 (chịu va đập nhẹ, chịu tải ngắn hạn và tới 125% so với tải trọng tính toán: máy cắt kim loại, động cơ công suất nhỏ và trung bình)

Kt = 1 (nhiệt độ <1050C)

Ta có :

Dựa vào đường kính trục vitme và tốc độ quay của động cơ ta chọn sơ bộ

thông số của ổ lăn mã 7407 BM theo hãng SKF (www.skf.com ) như sau

Vậy lựa chọn ổ bi phù hợp với khả năng tải

b Chọn gối đỡ

Do yêu cầu của cơ cấu cùng với sự tham khảo các nguồn tài liệu về chọn gối

đỡ em chọn 1 gối đỡ cố định ,1 gối đỡ di động

Với cở sở để lựa chọn dựa trên đường kính trục vitme và tải trọng dọc trục là

chính, em xin chọn gối cố định mang mã FSL 511-609 ( Ở đây có một chút

tương đồng giữa vòng bi tự lựa và vòng bi đỡ chặn nên gối đỡ cũng có sự tương thích với vòng bi đỡ chặn như tính toán)

4.7.2 Chọn khớp nối

Có rất nhiều loại khớp nối để ta lựa chọn cho bài toán này nhưng trên cơ sở tham khảo tài liệu và thực nghiệm từ các hãng sản xuất em xin chọn loại khớp nối là loại khớp nối trục loại trục bù chữ thập có đệm

( tham khảo cuốn “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – Lê Văn Uyển

tập 2” – trang 55 )

Có thể chọn thông số cho loại khớp nối trục chữ thập này căn cứ theo

đường kính trục vitme và theo giá trị mô men khởi động của động cơ ( xem

thêm ở mục thông số của động cơ AM-1400C)

Trên cơ sở đó em chọn thông số cho khớp nối như sau:

5 Tính toán lựa chọn trục vít , ổ lăn cho bàn máy di chuyển theo

trục X

5.1 Điều kiện làm việc và các thông số được tính chọn

- Điều kiện làm việc: