PHÂN TÍCH NGUYÊN lý và THÔNG số kỹ THUẬT máy phay CNC có 3 trục chính

Phân tích động học máy tham khảoCụm trục chính là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để gọt phôi trong quá trình gia côngMáy phay CNC EMCOMILL750 sử dụng

Trang 1

Máy CNC là một tiến bộ phát triển vượt bậc của nền công nghiệp.Sự xuất hiện củamáy CNC đã nhanh chóng làm thay đổi quá trình sản xuất công nghiệp.Các đường cong

được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng được dễ

dàng thực hiện và một lượng lớn các thao tác của con người được giảm thiểu Việc gia

tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất tạo nên sự chính xác và chất lượng ngày càng

cao Máy CNC phổ biến hiện nay như: máy tiện CNC, máy phay CNC, máy cắt laze,

máy cắt dây CNC, Sự tiến bộ của kĩ thuật, trí thông minh nhân tạo, điều khiển số tạo ra

những máy CNC có nhiều trục chính như 3, 6 trục chính chuyển động ngày càng linh

hoạt và khéo léo.Bài báo cáo này sẽ trình bày chủ yếu về máy phay CNC có 3 trục chính

Lời cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy cô bởi sự chỉ bảo và giúp đỡ tận tình để em hoàn thành bản báo cáo đồ án này.

Trang 2

Nô i dung

LỜI MỞ ĐẦU 2

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat

Trang 3

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT

I Tính năng của máy cần thiết kế

D=80mm,JIS, S45C, Grade4040,v=100m/ph, t=1.2mm, F=900mm/phVân tốc chạy lớn nhất khi không gia công 18 m/ph

Vân tốc chạy lớn nhất khi gia công 15 m/phGia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống 0.4 m/s2

Tốc độ trục chính ở chế độ cắt thử ~400 v/ph

Cơ cấu truyền động và truyền dẫn cụm bàn Vít me bi và ray dẫn hướngmáy X, Y

II So sánh với một số máy CNC cùng loại

Trang 4

 Chọn máy EMCOMILL 750 làm máy tham khảo do có nhiều thông số tương đồng

với máy cần thiết kế

Trang 5

- Bảng thông số kĩ thuật :

Trang 6

III Phân tích động học máy tham khảo

Cụm trục chính là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh

ra lực cắt để gọt phôi trong quá trình gia côngMáy phay CNC EMCOMILL750 sử dụng động cơ motor trực tiếp 15/20

kW , momen xoắn cực đại 100 N/m, tốc độ 50-15000v/ph thông qua bộ truyền đai tốc độ trục chính tối đa lên đến 12000 v/ph

Phương trình xích động : ntc=ndc iđ

ntc=12000rpm, ndc=15000rpm => iđ =0.8 là tỉ số truyền

Sơ đồ động truyền dẫn trục chính :

Hành trình các trục của máy EMCOMILL750:

Trang 7

Tốc độ chạy dao khi không cắt và khi cắt theo các trục lần lượt là :

X, Y :

Chuyển động chạy dao :

+ Chuyển động chạy dao ngang/dọc : là chuyển động một trục, khi đó bàn máy sẽ di chuyển để tạo ra chuyển động cắt trong quá trình gia công

+ Chuyển động chạy dao chéo : là chuyển động 2 trục, khi đó bàn máy Xvà Y sẽ chuyển động đồng thời tạo ra chuyển động chéo

Trang 8

3 Truyền động thay dao

Máy được trang bị cơ cấu thay dao tự động sử dụng tay máy

Thời gian thay dao : 2s

Ổ chứa dao chứa được 30 (40/60) dao với khối lượngdao là 8kg và đường kính dao tối đa là 80mm

Quy trình thay dao trên máy :

+ Khi có lệnh gọi dao, trục chính đưa đài dao về vị trí thay dao, ổ tích dao xoay daođược chọn đến vị trí thay dao

+ Dao đươc chọn quay xuống 90 độ Cần thay dao đi vào kẹp hai dao, hệ thống khí nén hoạt động nhả dao khỏi trục chính

+ Cần thay dao quay 180o đổi vị trí hai dao cho nhau , hệ thống khí nén dừng hoạt động để kẹp chặt dao

+ Dao cũ được cất vào ổ chứa dao, cần thay dao được đưa về vị trí nghỉ Sơ đồ động truyền dẫn thay dao :

Trang 9

Sơ đồ động tổng thể của máy :

IV Các cơ cấu đặc biệt

Nhiệm vụ : dẫn hướng chuyển động cho các bàn máy X,Y và chuyển động lên xuống theo trục Z củatrục chính

Yêu cầu : thẳng, có khả năng tải cao, độ cứng vững tốt, trơn khi trượt, không có hiện tượng dínhKết cấu :

+ Kết cấu chung của dẫn hướng bao gồm : thanh dẫn hướng( xích bi nếu là dẫn hướng

ma sát lăn), xe trượt, đệm khí,…

Một số dạng đường dẫn hướng :

và

Trang 10

một thanh khóa nhằm ngăn cản việc bàn trượt bị nâng lên;chịu lực vuông góc với mặt dẫn hướng

+ Dẫn hướng V kết hợp với phẳng: chịu lực cắt ngang nhỏ vì có bề mặt nghiêng, nếu

bị mòn nó sẽ tự điều chỉnh Một thanh khóa ngăn cản nâng bàn dao lên

+ Dẫn hướng đuôi én : mộng đuôi én ngăn chặn việc bị nâng lên của bàn máy Với một thanh chỉnh thêm ta có thể chỉnh độ hở hoặc cân bằng độ mòn; chi phí sản xuất đắt

+ Đẫn hướng tròn: dễ sản xuất và chính xác Đảm bảo chống lại xoay tròn bằng rãnh hoặc kết hợp với bộ phận dẫn hướng khác

+ Có thể chuyển động ở tốc độ cao với lực truyền động thấp

+ Cài đặt, bôi trơn dễ dàng, có thể thay thế cho nhau

Chuyển động chạy dao tịnh tiến thường đước dẫn động bằng các động cơ servo quay thông qua cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến là : trục vít me -đai ốc bi

Vít me đai ốc bi là cơ cấu truyền động biến chuyển động quay thành chuyển độngtịnh tiến nhờ biến đổi chuyển động lăn của các viên bi trong thân đai ốc bi, hay nói các khác nó chuyển đổi momen xoắn thành lực đảo chiều dọc trục

Trang 11

Kết cấu : gồm 5 thành phần chính sau :

bi

2 Đai ốc bi: được chế tạo giống như chức năng của đai ốc, bên trong chữa các rãnh tròn

để chứa bi và dẫn chuyển động của bi

3 Bi: Bi được chế tạo dạng cầu, đường kính bi tùy thuộc vào từng loại vít me đai ốc Bi

sẽ tiếp xúc với rãnh của trục vít và đai ốc, chuyển động lăn, để truyền chuyển động giữa trục vít me và đai ốc

làm việc Vành nhựa được chế tạo cùng bước ren với bước trên trục vít và đai ốc bi

thông qua các loại cơ chế trả về khác nhau Nếu bi không có cơ chế trả lại (hồi bi) thì nó sẽ rơi ra khỏi đầu ổ

bi khi chúng đến cuối ổ Vì vậy có 2 kiểu đường hồi bi : là đường hồi bi ngoài và hồi bi trong Đường hồi bi ngoài là các viên bi được hồi về bên đối diện nhờ ống hồi bi đặt bên ngoài thân của đai ốc bi Kiểu hồi bi này dễ sửa chữa hơn kiểu hồi bi trong Đường hồi bi trong là các viên bi được hồi liên tục qua rãnh hồi bi nằm phía trong thân đai ốc bi Loại này rất khó tháo lắp, khó sửa

Ưu điểm :+ Hệ số ma sát nhỏ (~0.005), tổn hao thấp hiệu suất có thể đạt tới 0.9

+ Độ cứng vững cao nhờ sử dụng phương pháp tạo lực căng sơ bộ ban đầu

+ Lực ma sát không phụ thuộc vào vận tốc, đảm bảo

+ Đảm bảo dịch chuyển nhỏ tới 0.001mm, làm việc lâu dài

+ Đảm bảo truyền lực và chuyển động không khe hở độ nhạy cao Nhược điểm :

Trang 12

+ Do đặc điểm cấu tạo mà trục vitme đai ốc bi có khả năng chịu tải kém hơn so với vít

Trang 13

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

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 gối trượt, ray dẫn hướng ( theo hãng PMI )

Các thông số đầu vào

Loại máy CNC: PhayChế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT :Phay mặt đầu

Dao có 6 lưỡi (z=6), đường kính D=80mm Tiêu chuẩn : JIS

Vật liệu: S45CGrade 4040

Vận tốc : v=100m/phChiều sâu cắt : t=1.2mmLượng chạy dao : F=900mm/ph Khối lượng lớn nhất chi tiết : M=300 kgKhối lượng bàn máy X/Y : 140/190 kgVận tốc chạy lớn nhất khi không gia công : v1 = 18m/phVận tốc chạy lớn nhất khi gia công có lưc : v2 = 15m/phGia tốc lớn nhất của hệ thống : a=0.4g = 4m/s2

Thời gian hoạt động : 5-7 năm => Lt=20000h (~ngày làm 8h)Tốc độ vòng động cơ : Nmax = 6000 rpm

Trang 14

I Tính chọn ray dẫn hướng

Nhịp, số ray thayđổi

Trang 15

2 Tính cho trục X

Khối lượng : m1= 300 kg; m2 = 140 kgGiả sử phôi có dạng lập phương; vật liệu S45C có D=7870 kg/m3

Vận tốc tối đa khi gia công: V= 18 m/ph =0.3 m/sTổng chiều dài dịch chuyển: l s = 750 mmCác đoạn di chuyển :

+ Khoảng cách từ tâm phôi tới tâm bàn máy theo phương song song với ray dẫn:l3

=0 mm

mm

+ Độ cao từ tâm trục vít me tới mặt bàn máy:l5 = 149 mm

+ Độ cao từ tâm trục vít me tới phôi:l6 = 485 mm

Trang 16

Sơ đồ phân bố tải trọng lên ray dẫn hướng

2.3 Tính toán chi tiết

Chuyển động đều, lực hướng kính P n:

Trang 17

Trang 19

Trang 20

Chuyển động tăng tốc sang phải P

Trang 21

Trang 23

+ Giảm tốc sang phải :

Trang 24

 Từ điều kiện về tải trọng tĩnh và tải trọng động ta tra catalog của hãng PMI chọn

series MSA 20A

Với các hệ số tải động: C = 19.2 (kN); Hệ số tải tĩnh: C O= 29.5(kN)

+ Khoảng cách từ tâm phôi tới tâm bàn máy theo phương song song với ray dẫn:l3

=0 mm

+ Khoảng cách từ tâm phôi tới tâm bàn máy theo phương vuông góc với ray dẫn: l4

= 357,5 mm

+ Độ cao từ tâm trục vít me tới mặt bàn máy:l5 = 245,5 mm

Độ cao từ tâm trục vít me tới phôi:l6 =l5 +h ray + l phôi+h X

Trang 26

Trang 27

- Chuyển động giảm tốc sang trái P n la3 : P1 l a3 =P1 + m1 a3 l6

Trang 30

Trang 31

Từ điều kiện tải trọng tĩnh và động ta tra catalog hãng PMI chọn series : MSA30A

Với các thông số : C = 39.2 (kN); Hệ số tải tĩnh: C O= 57.8 (kN)

Trang 32

Trang 33

4 Tính chọn vít me 4.1 Kết cấu cấu bộ truyền vitme đai ốc

bi 4.1.1 Kết cấu chung

cụ 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 trongmáy 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

7 Kết cấu bộ truyền vít me - đai ốc bi hình

trên bao gồm: trục vít me, đai ốc, dòng bichuyển động trong vít me - đai ốc và ốnghồi bi đảm bảo dòng bi tuần hoàn liên tục

7.1.1 Các dạng profin ren của vít me đai ốc bi

Trang 34

11.Dạng nửa cung tròn ( hình d )

12.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

13.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 tiếpxúc đạt 45°:

∆d = 4.(r2 − r1).(1 − cos α) )

14.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

Trang 35

+ Chọn kiểu lắp

17.Thông số đầu vào :+ 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

+ 1 đầu đỡ chặn -1 đầu tùy chỉnh: fixed-supported

Trang 36

+ 1 đầu đỡ chặn-1 đầu tự do: fixed-free

18.1.1.2 Tải kéo nén cho phép

Tải kéo nén được tính theo công thức :

Trang 37

P=σ A=σ π d

4r4

Trong đó :

18.1.2.Tốc độ quay cho phép 18.1.2.1 Tốc độ quay tới hạn : 19.Khi tốc độ quay của động cơ trùng với tần số riêng của hệ thống, sự cộng

hường bắt đầu xảy ra Tốc độ quay này gọi là tốc độ quay tới hạn cần chọn tốc

độ động cơ để sự cộng hưởng không xảy ra; thường chọn khoản 80% tốc độ quay giới hạn làm tốc độ quay cho động cơ :

19.1.1.1 Giá trị dm.n của vít me

Trang 38

20.dm là đường kính trục vít21.n là tốc độ quay lớn nhất22.Giá trị dm, n liên quan và ảnh hưởng đến độ ồn, độ tăng nhiệt độ, tuổi đời làmviệc, vòng bi của vitme Nói chung, giá trị này được lựa chọn theo mẫu Trênthực tế, giá trị này được quyết định bởi cách lắp đặt phần cuối vitme và khoảngcách giữa chúng.

23.Đối với độ chính xác cao: dm.n ≤ 7000024.Đối với độ chính xác thấp: dm.n ≤ 5000025.Với công nghệ sản xuất chế tạo hiện nay, giá trị trên thậm chí có thể lên tới100000

25.1.1.Tính toán lực dọc trục 25.1.1.1 Trường hợp bàn máy – vít me nằm ngang

26.Ta có hệ công thức tính lực dọc trục :+ Tăng tốc ( về bên trái ): ): Fa1 = mg +ma+f

+ Chạy đều (về bên trái): Fa2 = mg + f

+ Gia công (về bên trái): Fa3 = Fm + (mg + Fmz) + f

+ Giảm tốc (về bên trái): Fa3 = mg −ma+ f

+ Tăng tốc (về bên phải): Fa4 =− mg −ma− f

+ Chạy đều (về bên phải): Fa5 =− mg – f

+ Gia công (về bên phải): Fa5 =−Fm − ( mg + Fmz) – f

Trang 39

27.1.1.1 Tính lực dọc trục trung bình và lực

lớn nhất tác dụng lên vít me 28.Lực lớn nhất :

Fmax = Max (Fa1, Fa2, Fa3, Fa4, Fa5, Fa6)

29.Lực trung bình :

Tại mỗi chế độ làm việc khác nhau, lực tác dụng vào vít me là khác nhau Gọi Fi làlực tác dụng lên vit me trong khoảng thời gian ti, tốc độ quay ni ; ta có công thứcxác định lực trung bình như sau :

Trang 40

• f s: Hệ số bền tĩnh, với máy công cụ fs = 1,5 – 3

• f: Hệ số phụ thuộc phương thức lắp đặt vít me:

supported-supported : f=9,7fixed-supported : f=15,1fixed-fixed : f=21,9fixed-free : f=3,4

• f w: Hệ số tải trọng, được cho theo bảng sau:

30.1.1.Tuổi thọ 31.Tuổi thọ tính theo số vòng quay :

Trang 41

Trang 42

32.Tuổi thọ tính theo thời gian hoạt động:

• l: chiều dài khoảng làm việc (mm)

• f w: hệ số tải trọng, tra theo bảng trên

33.1.1.Tính toán momen 33.1.1.1 Momen truyền động trục vít : 34.Truyền động thông thường :

Là momen cần sinh ra khi chuyển từ chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến (momen phát động nằm ở phần quay) :

T = F a ×l

1: hiệu suất của quá trình

35.Điều khiển đảo :

Là momen sinh ra khi chuyển từ chuyển động tịnh tiến sang chuyển động quay (momen phát động nằm ở phần tịnh tiến) :

T = F a ×l ×η

2

2: hiệu suất

36.Momen do tải đặt trước :

Momen ma sát sinh ra do tải trọng đặt trước của trục vít :

Trang 43

• N1, N2: số vòng quay bánh răng 1 &2

38.Khi chạy với gia tốc không đổi :

• JG1, JG2: momen quán tính của bánh răng 1&2 trong bộ truyền

• J: momen quán tính của các phần dịch chuyển (bàn máy, ổ bi, …)

39.Momen quán tính của hình trụ :

Trang 44

42.Tính toán lực cắt theo Coroguide

Trang 47

• F1max F2max : Lực dọn trục lớn nhất khi không gia công và gia công

• N1 N2: Tốc độ quay lớn nhất của trục khi không gia công và gia công

• T1 T2: Thời gian máy hoạt động ở chế độ không tải và có tải

• f s: hệ số bền tĩnh, với máy công cụf s = 1,5 – 3 (chọn f s = 2)

• F amax: Lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vitme

Với l=10mm ; f w=1,2Vận tốc danh nghĩa :N m =V

Trang 48

Trang 49

• L: tổng chiều dài di chuyển max + bán kính bi + chiều dài vùng

Trang 50

Chọn series 1R40-10B2-FDWC-780-1069-0.018 có : L= 1069, Ca=33400(N), C0=70800(N)

55.Chiều dài trục vít me

L = 600 + 90 + 300 = 990 mm

56.Kiểm tra sơ bộ :

Trang 52

Trang 53

• L: tuổi thọ của ổ lăn được tính theo công thức:

Trang 56

59.Chọn khớp nối

+ Có rất nhiều loại khớp nối để ta lựa chọn cho bài toán này nhưng trên cơ sở tham khảo tàiliệu 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

+ Có thể chọn thông số cho loại khớp nối trục chữ thập này căn cứ theo đường kính trụcvitme và theo giá trị mô men khởi động của động cơ (xem thêm ở mục thông số của động cơ AM-1550G)

+ Trên cơ sở đó ta lựa chọn thông số cho khớp nối như sau :

Tiêu đề	Phân Tích Nguyên Lý Và Thông Số Kỹ Thuật Máy Phay CNC Có 3 Trục Chính
Thể loại	báo cáo

Định dạng
Số trang	79
Dung lượng	4,09 MB