Truyền dẫn chính Tạo chuyển động cắt Sử dụng động cơ một chiều, xoay chiều để có thể điều khiển vô cấp tốc độ của động cơ.. Truyền dẫn chạy dao Tạo chuyển động tạo hình II.2.1 Truyền độ
Chọn máy tham khảo
Thông số Máy Tham Khảo 1
Vận tốc di chuyển tự do
Tốc độ quay trục chính
Các thông số khác tham khảo tại: https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:70d1a600-5309-404a- aec0-aa711dc1ef08/version:1570541081/catalog-nc-82-sinumerik-828.pdf
Phân tích động học máy tham khảo
II.1 Truyền dẫn chính (Tạo chuyển động cắt)
Việc sử dụng động cơ một chiều và động cơ xoay chiều cho phép điều khiển vô cấp tốc độ của động cơ một cách linh hoạt Các loại động cơ này có đặc điểm thay đổi số vòng quay một cách đơn giản, mô-men truyền tải cao, và khi thay đổi lực tác dụng thì số vòng quay vẫn giữ nguyên, giúp ổn định quá trình vận hành và tối ưu hiệu suất hệ thống.
Truyền động chính của máy CNC phải truyền công suất cắt cần thiết qua động cơ truyền động và trục công tác để gia công chi tiết một cách chính xác Trong quá trình truyền động, tổn thất do ma sát ở các bộ phận cơ khí ảnh hưởng đến độ chính xác và phải được đánh giá để đảm bảo chất lượng gia công Độ ổn định về truyền động phải được duy trì kể cả khi lực gia công lớn, mô-men quay ở mọi vị trí phải ở mức ổn định Đồng thời hệ truyền động cần có công suất và moment xoắn đủ để thích nghi với sự thay đổi nhanh của tốc độ cắt và hạn chế rung động.
Máy vận hành bằng động cơ điện 3 pha Những nhược điểm của điều khiển số vòng quay phức tạp đã được bỏ qua và thay bằng chi phí cao do điều khiển bằng điện tử Hiện nay, phần lớn hệ thống điều khiển động cơ 3 pha sử dụng bộ biến tần để điều khiển.
Trục công tác được tiêu chuẩn hóa nhằm tối đa hóa khả năng thay đổi nhanh chóng các thiết bị kẹp, tăng tính linh hoạt và giảm thời gian chuẩn bị giữa các chi tiết gia công Trong máy CNC, trục công tác và các bộ phận liên quan được chế tạo chắc chắn hơn so với máy công cụ thông thường do yêu cầu gia tốc cao, từ đó đảm bảo hiệu suất gia công chính xác, ổn định và bền bỉ theo thời gian.
(10 đến 40m/s²) và công suất cắt cao hơn.
II.1.2 Sơ đồ động học truyền dẫn chính
III.1.3 Phương trình động học truyền dẫn chính
Ntc = Ndc.i Trong đó: Ntc là tốc độ quay trục chính 5000rpm Ndc là tốc độ quay động cơ 12000rpm
I là tỷ số truyền của hộp số
II.2 Truyền dẫn chạy dao (Tạo chuyển động tạo hình)
II.2.1 Truyền động các trục
Trong máy công cụ CNC, hệ thống NC dùng động cơ bước và động cơ servo để điều khiển các trục X, Y và Z, với mỗi trục được gắn một động cơ riêng vận hành độc lập Thông thường hộp tốc độ chỉ có 1–2 cấp, và truyền động cho trục chính trước đây thường dùng động cơ một chiều để điều khiển tốc độ vô cấp của động cơ Ngày nay, người ta thường chọn động cơ ba pha kết hợp với bộ điều khiển điện tử, mang lại nhiều lợi thế so với động cơ một chiều.
Trục chính được vận hành bởi một động cơ servo cho trục Z, được điều khiển và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC để cho phép ra tốc độ quay bất kỳ trong giới hạn thiết kế của máy Chuyển động theo trục này mang lại độ chính xác và sự linh hoạt trong quá trình gia công, cho phép điều chỉnh tốc độ và vị trí một cách liên tục để đáp ứng mọi yêu cầu sản xuất.
Trục Z của máy được vận hành bởi cụm trục chính, được dẫn động bởi động cơ servo trục Z thông qua bộ truyền vitme đai ốc bi Toàn bộ hệ thống được điều khiển và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC kín có phản hồi, cho phép kiểm soát chính xác và lặp lại cao trong quá trình gia công.
Bàn máy của máy phay CNC thông thường có hai khả năng chuyển động theo
Hệ thống gia công được trang bị hai trục X và Y được dẫn động bởi các động cơ servo thông qua bộ truyền động vitme-bi, cho phép di chuyển tuyến tính chính xác và ổn định Các trục và động cơ được điều khiển và điều chỉnh tốc độ bởi một bộ điều khiển CNC kín có phản hồi, đảm bảo kiểm soát vị trí theo vòng kín và tối ưu hóa đồng bộ giữa các trục dựa trên dữ liệu cảm biến Nhờ cơ chế phản hồi và điều khiển vòng kín, hệ thống tăng cường độ lặp lại và giảm sai lệch, phù hợp với các ứng dụng gia công yêu cầu độ chính xác cao và điều chỉnh tốc độ linh hoạt.
Động cơ servo được thiết kế cho các hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu ra từ động cơ được kết nối với một mạch điều khiển để theo dõi và điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí của nó được hồi tiếp về mạch điều khiển Nếu có bất kỳ nguyên nhân nào ngăn cản chuyển động quay tới vị trí mong muốn, hệ thống hồi tiếp sẽ nhận biết tín hiệu chưa đạt và mạch điều khiển sẽ điều chỉnh sai lệch để động cơ đạt được vị trí chính xác.
Loại động cơ này có một số đặc điểm chung như sau:
- Đặc điểm động học tốt.
- Thường được tích hợp sẵn cảm biến đo tốc độ hay góc quay.
- Có dải tần số công tác rộng 0÷400 Hz.
Truyền động đai là hệ thống truyền động dùng belt và pulley để truyền mô-men xoắn và tốc độ giữa các trục Trục chính nhận động từ động cơ ngoài thông qua bộ truyền đai răng hoặc đai thang, giúp điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn giữa các máy Đây là loại truyền động phổ biến trên các máy gia công truyền thống nhờ cấu hình đơn giản, chi phí hợp lý và độ bền cao.
Hiệu suất của trục chính dẫn động đai đạt khoảng 95% Trục chính dẫn động đạt tốc độ quay 15.000 vòng/phút Truyền mô men xoắn tốt ở tốc độ thấp (1000 vòng/phút) tùy thuộc vào loại đai và tỉ số truyền.
Truyền động đai rất linh hoạt và chúng được dùng cho một dải rộng lớn nhiều công việc khác nhau với các yêu cầu giữa mô men xoắn cao/tốc độ quay thấp và mô men xoắn thấp/tốc độ quay cao Tuy nhiên truyền động này có nhược điểm chính là:
+ Bị giãn nở nhiệt đáng kể so với các truyền động khác.
+ Độ kéo căng của đai gây nên một lực hướng kính lên trục, gây nên tải trên các ổ đỡ.
+ Gây nhiều tiếng ồn hơn do sự chuyển động của đai.
II.2.4 Sơ đồ động học truyền dẫn chạy dao
II.2.5 Phương trình động học truyền dẫn chạy dao
Trong đó: Vcd là tốc độ chuyển động của bàn máy (mm/phút) Vdc là tốc độ của động cơ (mm/phút)
Tx là bước vít me (mm)
II.3 Truyền động thay dao
Trong mâm dao, việc thay đổi dao được thực hiện bằng hệ thống kẹp hai tay, hay còn gọi là tay đòn Quá trình này diễn ra sau khi dao mới được gọi trong chương trình NC và đưa tới vị trí thay dao Để thay dao đúng cách, cần định vị dao mong muốn vào ổ dao ở vị trí thay dao và sau đó đưa trục chính vào đúng vị trí thay đổi để rút dao cũ và lắp dao mới.
Xoay tay kẹp dao trong trục chính để đưa dao cũ về vị trí trước đó, sau đó di chuyển đến vị trí dao mới trong ổ dao và hoàn trả thiết bị kẹp dụng cụ về vị trí ban đầu.
Trong thiết bị thay dao, quá trình thay dao được thực hiện bằng hệ thống cần gạt tên là cần thay dao (hình 14) Khi có một dao mới được nạp vào chương trình gia công NC, việc đổi dao bằng sự trợ giúp của cần gạt kép được tiến hành và được gọi là thao tác thay dao tự động theo chương trình.
Định vị dao chinh mong muốn trong ổ dao vào vị trí thay dao.
Đưa trục chính công tác về vị trí thay dao.
Lưu đồ 8 bước thay dao
Bước 1: Trục chính về mặt phằng thay dao, xoay định hướng góc then.
Bước 2: Ổ chứa dao tự hành đi vào kẹp dao trên trục chính.
Bước 3: Hệ thống khí nén được kích hoạt để thực hiện xy lanh mở chấu kẹp và đầy dao không mút vào mặt côn của trục chính
Bước 4: Trục chính đi lên hết chiều cao của đài dao
Bước 5: Ổ chứa dao quay phân độ đưa dao cần thay vào miệng trục chính
Bước 6: Trục chính đi xuống về mặt phằng thay dao
Bước 7: Giải phóng khí nén để hồi xy lanh kẹp và kẹp dao bằng lực đàn hồi của lò xo
Bước 8: Ổ chứa dao hồi về vị trí ban đầu
Các cơ cấu đặc biệt
Bộ truyền vít me - đai ốc bi hình gồm trục vít me, đai ốc và dòng bi, hoạt động bằng cách kết nối trực tiếp với động cơ hoặc qua các bộ truyền động như đai, xích, bánh răng; khi động cơ quay, vít me quay và đẩy đai ốc di chuyển dọc theo trục vít me, đai ốc được cố định với bàn X,Y để bàn có thể chuyển động tịnh tiến theo cả hai trục X và Y Tốc độ di chuyển của bàn X,Y phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của trục vít, mỗi vòng quay của động cơ sẽ đẩy đai ốc một đoạn bằng bước ren của trục vít Tiếp xúc giữa đai ốc và vít me là tiếp xúc lăn, cho phép chỉ với một lực quay nhỏ cũng có thể làm cho đai ốc chuyển động.
Vành nhựa chắn bi là phụ kiện làm bằng nhựa có tác dụng chặn bụi bẩn trong quá trình làm việc, bảo vệ các thành phần bên trong hệ thống Vòng nhựa được chế tạo với cùng bước ren như bước ren trên trục vít và đai ốc bi, đảm bảo sự tương thích và ăn khớp chính xác giữa các chi tiết, từ đó tăng độ bền và hiệu suất vận hành của cơ cấu.
Trong ổ bi, đường hồi bi là các cơ chế để các viên bi di chuyển và được hồi về sau khi đi qua rãnh ren Nếu không có cơ chế hồi bi, các viên bi sẽ rơi ra khỏi đầu ổ khi đến cuối ổ Có hai kiểu đường hồi bi: đường hồi bi ngoài và đường hồi bi trong Đường hồi bi ngoài là các viên bi được hồi về phía đối diện nhờ ống hồi bi đặt bên ngoài thân của đai ốc bi; kiểu này dễ sửa chữa hơn đường hồi bi trong Đường hồi bi trong có rãnh hồi bi nằm phía bên trong thân đai ốc bi, nơi các viên bi được hồi liên tục; loại này rất khó tháo lắp và khó sửa.
Bộ truyền vít me đai ốc biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của bàn máy, là cơ cấu then chốt trong các hệ thống gia công và tự động hoá, giúp điều khiển vị trí một cách chính xác Trong các loại truyền động vít me đai ốc, loại vít me đai ốc bi có đặc điểm là hai phần tiếp xúc chính là vít me và đai ốc với tiếp xúc dạng lăn, mang lại sự chuyển động mượt mà, ma sát thấp và độ bền cao cho các ứng dụng có yêu cầu về độ chính xác và tải trọng vừa phải.
Các dạng prôfin ren của vít me và đai ốc như sau:
Có bốn dạng phổ biến bao gồm 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 và chỉ nên được dùng khi máy có khả năng chịu tải trọng trục bé và độ cứng vững không cao.
Dạng nửa cung tròn (hình d) được sử dụng phổ biến nhất trong thiết kế truyền động, với bán kính r2 của rãnh gần bằng bán kính viên bi R1 sẽ giảm tối đa ứng suất tiếp xúc Nên chọn tỉ số r2/r1 vào khoảng 0,95–0,97; giá trị này sẽ làm giảm tổn thất do ma sát rõ rệt Khi góc tiếp xúc nhỏ, bộ truyền có độ cứng và khả năng tải yếu, và lực hướng kính lớn Khi tăng góc tiếp xúc thì khả năng đảo và độ cứng truyền động tăng lên và tổn thất ma sát giảm Do đó khe hở đường kính ∆d phải được chọn sao cho góc tiếp xúc đạt khoảng 45°.
Dạng rãnh cung nhọn (a) có nhiều ưu điểm so với loại cung tròn, vì nó cho phép truyền động không rơ và có thể điều chỉnh được độ dôi của đường kính viên bi Trong khi đó, dạng nửa tròn để khử độ rơ và tạo độ dôi đều lại phải dùng thêm đai ốc thứ hai để điều chỉnh.
III.1.3 Ưu điểm Bộ truyền Vít me – Đai ốc bi
- Khắc phục được độ rơ khớp ren, chịu lực kéo với kết cấu đảm bảo độ cứng vững chiều trục cao.
- Tổn thất do ma sát nhỏ, hiệu suất bộ truyền đạt tới 0,9 so với trục vít me đai ốc trượt 0,2-0,4.
- Gần như độc lập hoàn toàn với lực ma sát ( biến đổi theo tốc độ), ma sát tĩnh rất bé nên chuyển động êm.
Thiết kế biến đổi truyền dẫn cho phép thay đổi vận tốc một cách dễ dàng, đồng thời giảm ma sát và loại bỏ khe hở khi truyền động ở vận tốc cao Hệ thống được trang bị bộ truyền đai ốc bi cho từng trục chạy dao độc lập, tăng tính linh hoạt và ổn định cho quá trình gia công.
Hệ thống dẫn hướng băng chịu trách nhiệm dẫn chuyển động cho bàn máy X, Y và di chuyển lên xuống theo trục Z của trục chính Để thực hiện, người ta sử dụng thanh trượt hình chữ I hoặc máng trượt nhằm giảm ma sát và tăng độ ổn định cho cả hệ thống Các yêu cầu thiết kế chính là tổn hao ma sát ở mức thấp, khe hở nhỏ, bôi trơn tốt và khả năng đáp ứng gia tốc lớn để đảm bảo độ chính xác, tốc độ và độ tin cậy trong quá trình gia công.
Trong các máy phay CNC, đường dẫn hướng ưu tiên sử dụng các cặp ma sát lăn được modul hóa và tiêu chuẩn hóa nhằm tăng khả năng dịch chỉnh nhỏ và độ chính xác, đồng thời giảm thiểu hiện tượng trượt nhảy trong quá trình gia công Việc chuẩn hóa và modul hóa các cặp ma sát lăn giúp cải thiện cứng của hệ truyền động, tăng độ lặp lại vị trí và kéo dài tuổi thọ của máy, từ đó tối ưu hóa hiệu suất gia công và chất lượng sản phẩm.
III.3 Cơ cấu Tháo, Kẹp dao bằng khí nén và lò xo
Hệ thống kẹp và tháo dụng cụ của máy phay CNC được tích hợp trên trục chính, cho phép thay dụng cụ nhanh chóng và chính xác Nguồn năng lượng cho quá trình tháo dụng cụ là khí nén, giúp đóng mở kẹp một cách mạnh mẽ và đồng bộ Dụng cụ được kẹp chắc chắn nhờ hệ thống lò xo đĩa, đảm bảo cố định trong quá trình gia công và giảm rung động Thiết kế tích hợp trên trục chính tối ưu hóa độ cứng và thời gian chu trình, nâng cao hiệu suất gia công.
Quy trình tháo lỏng dụng cụ được thực hiện như sau: khí nén được cấp vào phía trên xi lanh, đẩy piston xuống và tác động qua trục kẹp để ép lò xo và làm cho đĩa làm mỏ kẹp mở ra, đẩy dụng cụ ra khỏi trục chính; đồng thời khí nén được thổi qua tâm trục kẹp nhằm làm sạch bề mặt gá kẹp.
Quy trình kẹp chặt dụng cụ diễn ra theo thứ tự sau: đặt dụng cụ đúng vị trí trên trục chính; cấp khí nén vào phía dưới xi lanh để piston đẩy lên; hệ thống lò xo đẩy trục kẹp lên và làm cho các mỏ kẹp di chuyển lên theo; khi mỏ kẹp gặp gờ chặn, các mỏ kẹp sẽ kẹp chặt đuôi dụng cụ và nâng dụng cụ lên phía trên.
Tính toán hệ thống dẫn động bàn máy CNC
II.1.1 Quy trình tính toán
II.1.2 Điều kiện làm việc
Loại máy CNC: máy phay
- Chế độ cắt thử nghiệm: phay mặt đầu, 6 lưỡi cắt, D = 80mm, JIS, S45C, Grade 4040, v = 100 m/phút, t = 1,2 mm, F = 900 mm/phút.
- Khối lượng lớn nhất của chi tiết gia công:M = 300 kg
- Khối lượng bàn máy X: Mx = 200kg
- Khối lượng bàn máy Y: My = 140kg
- Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công : V1 = 20m/ph = 0,33m/s
- Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công : V2 = 12m/ph = 0,2 m/s
- Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống : a = 0,5g = 4,9m/s2
- Thời gian hoạt động : 05 – 07 năm ( Lt 000h)
- Hệ số ma sát trượt : μ =0,1
Tốc độ quay tối đa trong quá trình gia công trục chính Z: n = (1000v)/(pi.D) = (1000.100)/(pi.80) = 397,89 (vòng/phút)
Lượng dịch chuyển của chi tiết trong thời gian 1 lưỡi cắt ăn vào kim loại (Lượng chạy dao răng):
Các thông số cơ bản của lưỡi cắt Grade 4040 với vật liệu S45C (Độ cứng 163 HB)
Tính toán trên phần mềm Sandvik:
Các kết quả thu được:
+ Metal Removal Rate: 51.4 cm^3/min+ Cutting Torque: 2.82 Nm
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG VÍT ME
Tính toán hệ thống vít me cho bàn máy X
1.1.1 Các thông số đầu vào
- Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT :
+ Tiêu chuẩn quốc gia: JIS
+ Lượng chạy dao phút: F0mm/ph
- Khối lượng lớn nhất của chi tiết: M00 kg
- Trọng lượng bàn gá trục X : Mx = 200 kg
- Trọng lượng bàn gá trục Y : My = 140 kg
- Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công : V1 m/ph
- Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công : V2 = 12mm/ph
- Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống : a=0,5g=4,9m/s 2
- Thời gian hoạt động : Lt = 20000h ( khoảng 6,8 năm)
- Tốc độ vòng động cơ : Nmax = 2000rpm
- Độ chính xác vị trí không tải : ±0,03/1000mm
- Độ chính xác lặp : ±0,005mm
- Độ lệch truyền động : ±0,02mm
- Hệ số ma sát tại đường hướng : � =0,1
- Vùng hoạt động lớn nhất: Lxmax = 550mm, Lymax = 400mm
Các máy phay CNC dù tốc độ quay vitme và tốc độ dịch chuyển bàn máy không lớn, nhưng để đáp ứng yêu cầu chất lượng sản phẩm cao khi gia công trên CNC đòi hỏi hệ thống dẫn hướng có độ chính xác cao Vì vậy, kiểu lắp ổ đỡ chung cho vitme dẫn động hai bàn máy nên là kiểu lắp hai đầu lắp chặt (fix - fix) nhằm tăng độ cứng, hạn chế biến dạng và cải thiện độ chính xác gia công.
Với kiểu lắp ghép này, hệ số phụ thuộc vào kiểu lắp ghép f nhận giá trị là : f = 21,9
Lượng chạy dao răng ( f z ) là lượng dịch chuyển của chi tiết trong thời gian
1 răng (1 lưỡi cắt) của dao phay ăn vào kim loại: f Z = F
+ F là lượng chạy dao tính theo phút (mm/phút)
+ n là tốc độ quay của trục chính Z (vòng/phút)
Góc nghiêng chính của lưỡi cắt, đối với dao phay mặt đầu thì α = 45 ÷ 60 °
Tính toán các thành phần lực cắt khi phay mặt đầu:
Hình 16: Lực cắt thành phần khi phay mặt đầu. a) Đối xứng b) Không đối xứng phay nghịch c) Không đối xứng phay thuận
Các công thức tính lực dọc trục:
Khi tăng tốc về bên trái : F 1 = μmg+ma+ f
Khi chạy đều về bên trái : F 2 =μmg+ f
Khi gia công về bên trái : F 3 = F m + μ( ma+F mz )+f
Khi giảm tốc về bên trái : F 4 = μmg−ma +f
Khi tăng tốc về bên phải : F 5 =− μmg−ma− f
Khi chạy đều về bên phải : F 6 =− μmg− f
Khi gia công về bên phải : F 7 =− F m −μ ( ma +F mz ) − f
Khi giảm tốc về bên phải : F 8 =− μmg+ ma−f
- a là gia tốc hoạt động của hệ thống a = 4,9 (m/s 2 ) = 0,5g (m/s 2 )
- F m là lực cắt chính của máy: F m = P y =¿ 600(kgf)
- F mz là lực theo phương Z (thẳng đứng): F mz = P x `0 (kgf)
- μ là hệ số ma sát trượt : μ= 0,1
- f là lực chống trượt theo trục: f = 0
- m là khối lượng ứng với mỗi bàn máy tác dụng lên vitme
Việc thay số liệu vào các biểu thức tính toán lực dọc trục cho phép lập bảng số liệu lực dọc trục tác dụng lên trục X Trong bảng này, hai trường hợp được xét là m không tải bằng 200 kg và m có tải bằng 500 kg, cho thấy sự khác biệt về giá trị lực dọc trục lên trục X.
Trong bảng phần tính lực dọc trục trung bình này, ta lấy Fi cho hai trường hợp: khi không gia công và khi gia công Với tỉ lệ thời gian lần lượt là 30% và 70%, ta xem xét ở giai đoạn ổn định của máy sao cho Ni bằng nhau tại mọi thời điểm.
1 max1 max1 2 max2 max2 am 3 max1 max1 max2 max2
F là lực dọc trục trung bình am n là tốc độ quay trung bình của trục vitme : n= Nmax 1 ∗Tmax 1 + Nmax 2 ∗Tmax 2
Tmax 1+Tmax 2 = 1040 f s là hệ số bền tĩnh, với máy công cụ f s 1,5 3 , chọn f s 2 f là hệ số tải động, lựa chọn theo bảng sau: w
L là tuổi thọ yêu cầu của vitme, từ 5-7 năm làm việc , tương đương 20000h làm t việc
Thay số vào tính toán ta được kết quả như sau:
F am (kG) n (vòng/phút) C 0 (kG) C a (kG)
Nếu độ cứng cần được ưu tiên nhiều nhất, độ hao phí chuyển động không quá quan trọng , theo đó các thông số kích thước sẽ được chọn là :
+ Ổ bi loại lưu chuyển : bi bên ngoài
+ Số dòng lưu chuyển : B× 3 hoặc B x 2 ứng với bảng sau:
+Đường kính trục vít là 45
+ Bán kính lõi ren của trục vít-me: dr = 45 +1,4 – 6,35 = 38,05 mm ( tra trên catalog PMI )
Chiều dài trục vít me sau khi chọn trục:
L x = tổng chiều dài dịch chuyển + chiều dài đai ốc + chiều dài vùng thoát
Kiểm tra sơ bộ Tuổi thọ làm việc
Trong đó : C a là tải trọng động :C ax = 7760 (kgf)
F m là lực dọc trục trung bình: F mx W0,3 (kgf) fw : Hệ số tải trọng: fw = 1,2
N m : Tốc độ quay trung bình của trục vít: N m 40 (rpm)
Kiểu ổ bi là 2 đầu lắp chặt → f = 21,9
Chọn tốc độ quay cho động cơ khoảng 80% so với tốc độ quay giới hạn nên ta có :n% Nmax = 80% 2000 = 1600 vòng/ph Đường kính trục vít : d rx 2
= 12,5mm < 38,05 mm => Do vậy , trục vit-me đảm bảo an toàn
2.2Tính toán chọn ổ đỡ trục X
2.2.1Tính chọn ổ chặn và ổ bị đỡ trục X
2.2.1.1 Lựa chọn loại ổ đỡ Để xác định phương pháp gá lắp trục vitme trên các ổ lăn của hệ dẫn động ngoài lý do nêu trên (bộ truyền vitme đai ốc chịu tải trọng chiều trục), bộ truyền động này còn phát sinh nhiệt khi làm việc Để khắc phục những yếu tố này sơ đồ gá lắp trục vitme lên các ổ lăn sẽ là: hai bên sử dụng hai ổ đỡ chặn, nhằm mục đích cố định 2 đầu trục vitme phù hợp vớiđiều kiện làm việc tải cao gây nên lực dọc trục lớn theo 2 chiều lên trục vít me.
Với kiểu lắp ổ đỡ này, ta có hệ số phụ thuộc thông số lắp ghép như sau: f = 21,9
2.2.1.2 Lựa chọn sơ bộ kích thước ổ lăn
Hình 2.1.Thông số 2 ổ bi đỡ - chặn 7407 BCBM Thông số tải trọng là:
Hình 2.6- Các thông số lắp ghép của ổ bi đỡ 1 dãy 2.2.1.3 Kiểm nghiệm khả năng tải của ổ lăn
Xét lực dọc trục tác động lên cụm ổ đỡ chặn trái 3 (bao gồm hai ổ đỡ chặn A và B)
- Lực dọc trục Fam = 570,3 kgf = 5589 N
- Trọng lực tác dụng lên các ổ:
- Nội lực dọc trục tác dụng lên các ổ bi: Fsi = e.Ri
Lực dọc trục tác dụng lên ổ bi:
- Với ổ C: ∑ F ´ aC = F ´ sC + F ´ am 0,5 = -1861,6 +5589.0,5 = 933 N ¿ FsC
Vậy Fa = max(FaA, FaB, FaC) = 4656 N
Tra theo hãng SKF, với ổ bi đỡ- chặn góc nghiêng 40 ° đã chọn có:
-Kd =1,1 (Chịu va đập nhẹ, chịu tải ngắn hạn so với các máy cắt kim loại, động cơ công suất nhỏ và trung bình);
Tuổi thọ ổ bi theo số vòng quay:
Khả năng tải động: C = Q L m 1 Với ổ lăn bi ta có m = 3
C = 3636 1920 1 3 = 45,2 kN < 60,5 kN Khả năng tải tĩnh: Co = Qo L m 1
Như vậy lựa chọn ổ lăn phù hợp khả năng tải
Phần II: Thiết kế đường dẫn hướng
Hình dạng của ray dẫn hướng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu tải và tuổi thọ của mô hình khi vận hành ở các điều kiện dịch chuyển khác nhau Để có được một mô hình phù hợp nhất với điều kiện dịch chuyển của hệ thống ray dẫn hướng, việc tập trung vào khả năng chịu tải và tuổi thọ là yếu tố hàng đầu Trong quá trình thiết kế và đánh giá, việc xác định tải trọng tĩnh danh nghĩa và tải trọng tương đương thông qua đánh giá tải trọng động định mức (Co) là phương pháp tiếp cận khả quan và chính xác nhất để định lượng khả năng chịu tải của hệ thống.
Tuổi thọ có thể được ước lượng bằng phương pháp tính toán dựa trên cơ sở lý thuyết kết hợp với công thức thực nghiệm, trong đó kết quả đánh giá được xác định dựa trên tải trọng động danh nghĩa Phương pháp này cho phép chuyển đổi các đặc trưng của tải trọng động danh nghĩa thành ước lượng tuổi thọ và độ bền của hệ thống, từ đó hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế và vận hành Việc áp dụng công thức thực nghiệm giúp nhận diện các điều kiện làm việc và chu kỳ tải quan trọng, đảm bảo ước tính tuổi thọ phản ánh thực tế và các yếu tố rủi ro liên quan.
1.2.1 Cơ sở tính toán a.Hệ số tải tĩnh C 0
Tải trọng tĩnh định mức C0 được đặt theo giới hạn tải trọng tĩnh cho phép Sự biến dạng tập trung không đổi sẽ tăng giữa kênh dẫn và bi lăn khi ray dẫn hướng nhận tải trọng thừa hoặc chịu va đập diện rộng; nếu độ lớn của biến dạng vượt quá giới hạn cho phép, nó sẽ cản trở sự di trượt của ray dẫn hướng b Momen tĩnh cho phép M0.
Mômen tĩnh cho phép M0 được đặt trong giới hạn của mômen tĩnh, đảm bảo tính ổn định và an toàn cho cấu kiện Khi một mômen tác dụng lên ray dẫn hướng, các vị trí bi lăn cuối cùng sẽ chịu áp lực lớn nhất giữa các áp lực phân bố trên toàn bộ hệ thống bi lăn Trong mục c, Hệ số an toàn tĩnh f_s cho thấy mức độ an toàn của hệ thống chịu tác động của mômen tĩnh và tải trọng, từ đó hỗ trợ đánh giá độ bền và tối ưu hóa thiết kế.
+ C 0 : tải trọng tĩnh định mức(N)
+ P : tải trọng làm việc tính toán(N)
+ M 0 : momen tĩnh cho phép(Nm)
+ M : momen đã tính toán(Nm)
Các giá trị tham khảo của f s cho các máy công nghiệp thông thường và máy công cụ cho trong bảng bên dưới: d.Hệ số tải trọng động định mức C
Ngay cả khi các ray dẫn hướng được sản xuất giống nhau và chịu tác động bởi điều kiện làm việc tương tự, tuổi bền dịch vụ vẫn khác nhau giữa các hệ thống Vì vậy, tuổi bền dịch vụ được dùng làm chỉ tiêu để xác định tuổi bền của hệ thống ray dẫn hướng Tải trọng định mức động C được xác định như một tải trọng có hướng và độ lớn khi nhóm các ray dẫn hướng làm việc đồng thời dưới cùng điều kiện, và được sử dụng để tính toán tuổi bền dịch vụ Tuổi bền trung bình của ray dẫn hướng được cho là khoảng 50 km nếu bộ phận lăn là bi Tiếp theo, tiến hành tính toán tuổi bền danh nghĩa L.
Tuổi bền danh nghĩa của ray dẫn hướng chịu ảnh hưởng của tải trọng làm việc thực tế và tải trọng động định mức Việc tính toán tuổi bền danh nghĩa dựa trên sự kết hợp của hai yếu tố này cho phép ước lượng độ bền của hệ thống theo điều kiện vận hành thực tế Tuổi bền của hệ thống ray còn chịu tác động lớn bởi các yếu tố môi trường như độ cứng vững của đường ray, nhiệt độ môi trường và điều kiện chuyển động Do đó, các thông số này được đưa vào trong phương trình tính toán tuổi bền danh nghĩa, và công thức tính được áp dụng tương ứng với từng điều kiện làm việc.
Để đảm bảo khả năng tải tối ưu của hệ thống ray, độ cứng vững của đường ray được yêu cầu ở mức HRC từ 58 đến 64 Nếu độ cứng thấp hơn phạm vi này, tải trọng cho phép và tuổi thọ danh nghĩa sẽ bị giảm; vì vậy tải trọng động định mức và tải trọng tĩnh định mức được nhân với hệ số cứng vững trong tính toán Bảng/đồ thị dưới đây minh họa độ cứng vững đảm bảo HRC lớn hơn 58, do đó hệ số f_H bằng 1.0.
Với hệ số nhiệt f_T, khi nhiệt độ điều khiển vượt quá 100°C, tuổi bền danh nghĩa sẽ giảm; do đó tải trọng động và tĩnh định mức được nhân với hệ số nhiệt độ trong tính toán (xem hình bên dưới) Nhiều phần của ray được làm từ nhựa và cao su nên nhiệt độ duy trì dưới 100°C là tối ưu để đảm bảo hiệu suất Các yêu cầu đặc biệt nên liên hệ với nhà sản xuất để được tư vấn và áp dụng biện pháp phù hợp.
Hệ số tải trọng f_w cho ray: Mặc dù tải trọng làm việc của ray đã được xem xét trong tính toán, tải trọng thực tế thường cao hơn do rung động và va đập khi máy hoạt động Rung động xuất hiện khi điều khiển tốc độ ở mức cao, còn va đập xảy ra khi máy khởi động lại hoặc dừng máy, qua đó làm tăng tải trọng tác động lên hệ thống và ảnh hưởng đến độ bền cũng như hiệu quả vận hành.
Xét đến tốc độ chuyển động và rung động, tải trọng động định mức phải được chia cho hệ số tải trọng (hệ số f) theo bảng hệ số bên cạnh Việc điều chỉnh tải trọng này cho phép ước lượng đúng tải động thực tế chịu lên kết cấu và làm căn cứ cho tính toán tuổi bền dịch vụ theo thời gian Kết quả của quá trình này giúp đánh giá khả năng chịu tải của hệ thống trong suốt vòng đời, từ đó hỗ trợ tối ưu thiết kế và quản lý vận hành.
Xét tới tuổi bền danh nghĩa, tuổi thọ dịch vụ được tính toán dựa trên các tham số có được khi chiều dài hành trình và vòng quay được giữ ở mức cố định Quá trình xác định này cho phép ước lượng chính xác tuổi thọ dịch vụ và hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế, bảo trì và vận hành sản phẩm dựa trên các yếu tố liên quan đến chiều dài hành trình và vòng quay.
L h : tuổi bền danh nghĩa l s : chiều dài hành trình n 1 : tốc độ vòng ( min 1 )
Tính chọn động cơ dẫn động trục X
1.3.1 Momen phát động tác dụng lên trục X Đối với trục X do thời gian dành cho quá trình có gia tốc là rất ngắn, do đó ở đây ta chỉ tính toán cho giai đoạn chạy đều ( chiếm phần lớn thời gian gia công )
Mô men do lực ma sát:
Do đó, momen phát động cần thiết bằng tổng momen đặt trước và momen ma sát khi phay thô:
Các thông số đầu vào
- Tốc độ quay lớn nhất của động cơ: nmax ≥ 2000 (vòng/phút)
- Khối lượng của phần đầu dịch chuyển: mP0 kg
- Góc nghiêng của trục động cơ và trục vít me: α = 0 (do sử dụng phương pháp nối trục)
- Hiệu suất truyền động chọn: η = 0,9
- Lực cắt lớn nhất: Famax= 685 (kgf)
1.4 Tính toán và lựa chọn động cơ
- Mô men ma sát: fric m×g×μ×h×cosα 500×9,81×0,1×0,01×cos0
- Mô men chống trọng lực: (Moment of overcoming the force of gravity) w m×g×h×sinα 500×10×0,01×sin0
- Mô men máy : mach amax h×F 0,01×685 9,81
- Mô men tĩnh : stat fric w mach
Tốc độ quay của motor :
Thông số một số động cơ hãng ANILAM [5]
Từ điều kiện đã tính được ở trên kết hợp với bảng thông số 4.1, ta chọn được động cơ phù hợp là:
Model : AM 1550EMomen ước lượng : 14,8 N.mMomen phát động: 21,6 N.mTốc độ quay tối đa: 3000 vòng/phút
Với kiểu lắp ghép này, hệ số phụ thuộc vào kiểu lắp ghép f nhận các giá trị là : f !,9
1.5.2 Lực cắt chính của máy(Fm)
Tốc độ quay tối đa trong quá trình gia công của trục chính Z n= v × 1000 π × D = 100 × 1000
Lượng chạy dao răng ( f z ) là lượng dịch chuyển của chi tiết trong thời gian
1 răng (1 lưỡi cắt) của dao phay ăn vào kim loại: f Z = F
+ F là lượng chạy dao tính theo phút (mm/phút)
+ n là tốc độ quay của trục chính Z (vòng/phút)
Góc nghiêng chính của lưỡi cắt, đối với dao phay mặt đầu thì α = 45 ÷ 60 °
Tính toán các thành phần lực cắt khi phay mặt đầu:
Hình 16: Lực cắt thành phần khi phay mặt đầu. a) Đối xứng b) Không đối xứng phay nghịch c) Không đối xứng phay thuận
Các công thức tính lực dọc trục:
Khi tăng tốc về bên trái : F 1 = μmg + ma + f
Khi chạy đều về bên trái : F 2 =μmg+ f
Khi gia công về bên trái : F 3 = F m + μ( ma+F mz )+f
Khi giảm tốc về bên trái : F 4 = μmg − ma + f
- μ là hệ số ma sát trượt : μ= 0,1
- f là lực chống trượt theo trục: f = 0
- m là khối lượng ứng với mỗi bàn máy tác dụng lên vitme
Để xác định lực dọc trục tác dụng lên trục Y, ta thay số liệu vào các biểu thức tính toán lực dọc trục Kết quả cho bảng số liệu lực dọc trục trên trục Y với hai trường hợp m không tải = 340 kg và m có tải = 640 kg.
Có tải 384 64 692 -256 -384 -64 -692 256 o Lực dọc trục lớn nhất khi không gia công : F 1max = 384kgf = 3763,2 N o Lực dọc trục lớn nhất khi gia công: F 2max = 692kgf = 6781,7 N
2.1.4 Tính lực tác dụng trung bình và tải trọng tác dụng lên vitme
Bảng 2.2.Lực tác dụng Tải trọng (kgf) Tốc độ quay (rpm) Thời gian làm việc ratio(%)
Trong bảng tính lực dọc trục trung bình, ta xác định Fi cho hai trường hợp: khi không gia công và khi gia công Với hai tỉ lệ thời gian lần lượt là 30% và 70%, trong giai đoạn ổn định của máy Ni được xem là bằng nhau tại các thời điểm.
1 max1 max1 2 max2 max2 am 3 max1 max1 max2 max2
F là lực dọc trục trung bình am n là tốc độ quay trung bình của trục vitme : n= Nmax 1 ∗Tmax 1 + Nmax 2 ∗Tmax 2
Tmax 1 +Tmax 2 = 1040 f s là hệ số bền tĩnh, với máy công cụ f s 1,5 3 , chọn f s 2 f là hệ số tải động, lựa chọn theo bảng sau: w
L là tuổi thọ yêu cầu của vitme, từ 5-7 năm làm việc , tương đương 20000h làm t
Nếu độ cứng cần được ưu tiên nhiều nhất, độ hao phí chuyển động không quá quan trọng , theo đó các thông số kích thước sẽ được chọn là :
+ Ổ bi loại lưu chuyển : bi bên ngoài
+ Số dòng lưu chuyển : B× 3 hoặc B x 2 ứng với bảng sau:
Dựa trên C a và l đã tính, do đó chọn được trục vít cho X: 45 – 10B3 – FDWC
+Đường kính trục vít là 45
+ Bán kính lõi ren của trục vít-me: dr = 45 +1,4 – 6,35 = 38,05 mm ( tra trên catalog PMI )
Chiều dài trục vít me sau khi chọn trục:
L x = tổng chiều dài dịch chuyển + chiều dài đai ốc + chiều dài vùng thoát
Kiểm tra sơ bộ Tuổi thọ làm việc
Trong đó : C a là tải trọng động :C ax
F m là lực dọc trục trung bình: F mx W0,3 (kgf) fw : Hệ số tải trọng: fw = 1,2
N m : Tốc độ quay trung bình của trục vít: N m 40 (rpm)
Kiểu ổ bi là 2 đầu lắp chặt → f = 21,9
Chọn tốc độ quay cho động cơ khoảng 80% so với tốc độ quay giới hạn nên ta có : n% Nmax = 80% 2000 = 1600 vòng/ph Đường kính trục vít : d rx 2
Với điều kiện kích thước 15,3 mm nhỏ hơn 38,05 mm, đồ gá lắp trục vít me lên các ổ lăn được đảm bảo an toàn Hai bên được bố trí hai ổ đỡ chặn nhằm cố định hai đầu trục vít me, phù hợp với điều kiện làm việc tải cao gây nên lực dọc trục lớn theo hai chiều tác động lên trục vít me.
Với kiểu lắp ổ đỡ này, ta có hệ số phụ thuộc thông số lắp ghép như sau: f = 21,9
Lựa chọn sơ bộ kích thước ổ lăn
Với điều kiện làm việc như sau:
- Trục vít me X đã chọn: 45-10B3-FDWC có đường kính vít me D= 45 mm.
- Tốc độ vòng động cơ lớn nhất: nmax = 2000 vòng/phút;
Với điều kiện làm việc như trên, đối với hai ổ đỡ chặn ta chọn sơ bộ thông số của ổ lăn mã 7407 BM theo tiêu chuẩn hãng SKF
Hình 2.2.Thông số 2 ổ bi đỡ - chặn 7407 BCBM Thông số tải trọng là:
- Trọng lực tác dụng lên các ổ:
- Nội lực dọc trục tác dụng lên các ổ bi: Fsi = e.Ri
Lực dọc trục tác dụng lên ổ bi:
- Với ổ C: ∑ F ´ aC = F ´ sC + F ´ am 0,5 = -2382,7 + 5774.0,5 = 504,3 N ¿ FsC
Vậy Fa = max(FaA, FaB, FaC, FaD) = 5269,7 N
Tra theo hãng SKF, với ổ bi đỡ- chặn góc nghiêng 40 ° đã chọn có:
-Kd =1,1 (Chịu va đập nhẹ, chịu tải ngắn hạn so với các máy cắt kim loại, động cơ công suất nhỏ và trung bình);
Tuổi thọ ổ bi theo số vòng quay:
Tải trọng động: Q = (X.V.Fr + Y.Fa).Kd.Kt Với V = 1 do vòng trong quay;
Tải trọng tĩnh: Qo = (Xo.V.Fr +Yo.Fa).Kd.Kt
Khả năng tải động: C = Q L m 1 Với ổ lăn bi ta có m = 3
C = 4221,4 1920 1 3 = 52,5 kN < 60,5 kN Khả năng tải tĩnh: Co = Qo L m 1
Như vậy lựa chọn ổ lăn phù hợp khả năng tải.
PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐƯỜNG DẪN HƯỚNG
Quy trình tính toán ray dẫn hướng
Hình dạng của ray dẫn hướng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu tải và tuổi thọ của mô hình, vì vậy việc lựa chọn cấu hình phù hợp với điều kiện dịch chuyển của hệ thống ray dẫn hướng là yếu tố then chốt để đạt được hiệu suất và độ bền cao Để xác định và kiểm nghiệm khả năng chịu tải trọng tĩnh danh nghĩa cũng như tải trọng tương đương, việc đánh giá qua giá trị Co (tải trọng động định mức) được xem là phương pháp có độ chính xác và hiệu quả cao nhất.
Tuổi thọ có thể được xác định bằng phương pháp tính toán dựa trên cơ sở lý thuyết, dùng các công thức thực nghiệm được xây dựng từ việc đánh giá tải trọng động danh nghĩa Phương pháp này ước lượng tuổi thọ của hệ thống thông qua mô hình có dữ liệu tải trọng động, giúp tăng độ chính xác và độ tin cậy của kết quả Việc kết hợp lý thuyết với công thức thực nghiệm dựa trên tải trọng động danh nghĩa cho phép đánh giá tuổi thọ hiệu quả và hỗ trợ các quyết định vận hành bền bỉ.
2.1.1 Cơ sở tính toán a.Hệ số tải tĩnh C 0
Tải trọng tĩnh định mức C0 được xác định theo giới hạn tải trọng tĩnh cho phép Sự biến dạng tập trung không đổi sẽ tăng lên giữa kênh dẫn và bi lăn khi ray dẫn hướng nhận tải trọng thừa hoặc chịu va đập diện rộng Nếu độ lớn của biến dạng vượt quá giới hạn cho phép, nó sẽ cản trở hoạt động của hệ thống, làm giảm hiệu suất và độ bền của các thành phần liên quan.
+ P : tải trọng làm việc tính toán(N)
+ M 0 : momen tĩnh cho phép(Nm)
+ M : momen đã tính toán(Nm)
Các giá trị tham khảo của f s cho các máy công nghiệp thông thường và máy công cụ cho trong bảng bên dưới: d.Hệ số tải trọng động định mức C
Các ray dẫn hướng, dù được sản xuất theo cùng quy trình và chịu tác động dưới điều kiện giống nhau, vẫn cho tuổi bền dịch vụ khác nhau Vì vậy, tuổi bền dịch vụ được dùng như một chỉ tiêu để xác định tuổi bền của hệ thống ray dẫn hướng Tải trọng định mức động C được dùng để tính toán tuổi bền dịch vụ khi hệ thống ray dẫn hướng chịu tải, và C được xác định như một tải trọng có hướng và độ lớn khi nhóm các ray làm việc ở điều kiện đồng nhất Tuổi bền trung bình của ray dẫn hướng là 50 km, nếu bộ phận lăn là bi.
1.1 Tính toán tuổi bền danh nghĩa L
Tuổi bền danh nghĩa của ray dẫn hướng phụ thuộc vào tải trọng làm việc thực tế và tải trọng động định mức; để xác định tuổi bền danh nghĩa, người ta tính dựa trên sự kết hợp giữa tải trọng động định mức và tải trọng làm việc thực tế Tuổi bền của hệ thống ray chịu ảnh hưởng lớn bởi các yếu tố môi trường như độ cứng vững của đường ray, nhiệt độ môi trường và điều kiện chuyển động, vì vậy các thông số này được đưa vào trong tính toán tuổi bền danh nghĩa Công thức tính tương ứng với những tham số trên nhằm đảm bảo độ tin cậy, hiệu suất vận hành và tối ưu hóa chi phí cho hệ thống ray dẫn hướng.
Trong đó : f H : hệ số cứng vững f T : hệ số nhiệt độ f w: hệ số tải trọn
C : hệ số tải trọng động (N)
Để đảm bảo khả năng tải tối ưu của hệ thống ray, độ cứng vững của đường ray phải nằm trong khoảng HRC58-64 Nếu độ cứng thấp hơn phạm vi này, tải cho phép và tuổi bền danh nghĩa sẽ giảm Do đó, tải trọng động định mức và tải trọng tĩnh định mức sẽ được nhân với hệ số cứng vững trong tính toán Bảng dưới đây thể hiện đồ thị độ cứng vững đảm bảo HRC lớn hơn 58, do đó f_H = 1.0.
Với hệ số nhiệt f_T, khi nhiệt độ điều khiển vượt quá 100°C, tuổi bền danh nghĩa giảm, nên tải trọng động và tĩnh định mức được nhân với hệ số nhiệt độ trong tính toán Xem hình bên dưới Do nhiều phần của ray được làm từ nhựa và cao su, nhiệt độ tối ưu nên ở dưới 100°C Nếu có các yêu cầu đặc biệt, liên hệ với nhà sản xuất.
Hệ số tải trọng f_w cho biết tải trọng làm việc của ray đã được xem xét trong tính toán, nhưng tải trọng thực tế thường cao hơn khi vận hành do rung động và va đập; rung động phát sinh khi điều khiển ở tốc độ cao, còn va đập xảy ra trong quá trình máy khởi động lại hoặc dừng máy, khiến tải trọng thực tế tăng lên so với tải trọng tính toán và tác động đến hiệu suất, độ ổn định cũng như tuổi thọ của hệ thống.
Do đó, xét đến tốc độ chuyển động và rung động, tải trọng động định mức phải được chia cho hệ số tải trọng theo bảng bên cạnh Phần 1.2 tập trung vào tính toán tuổi bền dịch vụ theo thời gian, mô tả phương pháp dự báo độ bền và thời gian sử dụng của hệ thống dựa trên giá trị tải động đã được hiệu chỉnh để đảm bảo độ tin cậy và hiệu suất vận hành.
Khi xét đến tuổi thọ danh nghĩa, tuổi thọ dịch vụ được tính toán dựa trên các tham số có được khi chiều dài hành trình và vòng quay ở mức không đổi; lực cản ma sát phát sinh từ ray và phần di trượt được tính dựa trên tải trọng làm việc và lực cản chốt Nói chung, hệ số ma sát sẽ khác nhau giữa các sê-ri khác nhau Hệ số ma sát của sêri MSA và MSB nằm trong khoảng 0.002 đến 0.003.
: hệ số ma sát động
P : tải trọng làm việc f : sức chịu vòng đệm
2.1.2 Tính toán tải trọng làm việc
Một số ví dụ về công thức tính tải trọng làm việc được cho trong bảng sau: Điều kiện làm việc
Sơ đồ lực Công thức tính
Hệ bàn máy nằm ngang, chuyể n động đều hoặc không tải
Hệ bàn máy nằm ngang nhô ra ngoài, chuyể n động đều hoặc không tải
Hệ bàn máy thẳng đứng, chuyể n động đều hoặc không tải
Hệ bàn máy đứng, di chuyể n ngang chuyể n động đều hoặc không tải
Hệ bàn máy ngang, có đặt phôi
Hệ bàn máy đứng, có đặt phôi
2.1.3 Tính toán tải trọng tương đương
Hệ thống ray dẫn hướng có khả năng chịu tải và mô-men ở cả bốn hướng của tải trọng hướng tâm, tải trọng đảo chiều hướng tâm và tải trọng mặt bên cùng lúc Khi nhiều tải tác động lên hệ thống ray đồng thời, các tải trọng còn lại sẽ được phân bổ về tâm hoặc về mặt bên tương đương, phục vụ cho việc tính toán tuổi bền dịch vụ và hệ số an toàn tĩnh.
Công thức tính toán được chỉ ra dưới đây : P E | P R | | P T |
P R : tải trọng hướng tâm tác dụng mặt trên
P T : tải trọng tác dụng lên mặt bên
Momen tác dụng được tính theo công thức:
2.1.4 Tính toán tải trọng trung bình
Công thức tính tải trọng trung bình:
L n : khoảng dịch chuyển dưới tác dụng của P n
L : tổng chiều dài dịch chuyển
2 Tính chọn ray dẫn hướng bàn X,Y
Sử dụng ray dẫn hướng cho bàn
Khối lượng phôi+ bàn X (kg) m1 P0
Khối lượng bàn máy Y(kg) m2 = 140
Vận tốc khi không gia công (m/s) v0 = 0,24
Chuyển động Bàn Y ls = 400 mm
Nhanh dần (mm)(X1) 7,3 Đều (mm)(X2) 385,4
Tính chọn động cơ dẫn động trục Y
2.2.1 Momen phát động tác dụng lên trục X Đối với trục X do thời gian dành cho quá trình có gia tốc là rất ngắn, do đó ở đây ta chỉ tính toán cho giai đoạn chạy đều ( chiếm phần lớn thời gian gia công )
Mô men do lực ma sát:
Do đó, momen phát động cần thiết bằng tổng momen đặt trước và momen ma sát khi phay thô:
2.2.2 Các thông số đầu vào
- Tốc độ quay lớn nhất của động cơ: nmax ≥ 2000 (vòng/phút)
- Hệ số ma sát μ= 0,1 fric m×g×μ×h×cosα 640×9,81×0,1×0,01×cos0
- Mô men chống trọng lực : w m×g×h×sinα 500×10×0,01×sin0
- Mô men máy : mach amax h×F 0,01×692 9,81
- Mô men tĩnh : stat fric w mach
Tốc độ quay của motor : max 20.1 0.01 2000 noml v i n h
(vòng/phút) Suy ra cần phải lựa chọn động cơ có mô men phát động :
M motor ≥ M stat = 12,21 (N.m) ¿ n motor ≥ n Noml = 2000 ¿ vòng/phút)
Dưới đây là bảng thông số một số loại động cơ của hãng ANILAM [5]
Bảng 4.1 Thông số một số động cơ hãng ANILAM [5]
Từ điều kiện đã tính được ở trên kết hợp với bảng thông số 4.1, ta chọn được động cơ phù hợp là:
Model : AM 1550EMomen ước lượng : 14,8 N.mMomen phát động: 21,6 N.mTốc độ quay tối đa: 3000 vòng/phút
Chương 3: THIẾT KẾ BẢN VẼ LẮP VÀ MÔ PHỎNG
Thiết kế bản vẽ kết cấu lắp
Mô phỏng nguyên lý hoạt động (động học)
Bài toán: Thiết kế hệ dẫn hướng dùng cho máy phay CNC 3 trục.
Trong thiết kế máy CNC, phần dẫn động là một trong những thành phần quan trọng nhất, quyết định độ chính xác và hiệu suất gia công của toàn hệ thống Nghiên cứu này tập trung vào tính toán thiết kế và tối ưu hóa chi tiết phần dẫn động của máy CNC, nhằm nâng cao khả năng vận hành ổn định và hiệu quả làm việc Đây là lĩnh vực liên ngành giữa cơ điện tử và tự động hóa, đóng vai trò then chốt trong ngành công nghiệp hiện đại và được chú trọng phát triển để đáp ứng yêu cầu sản xuất ngày càng khắt khe.
Với các thông số và yêu cầu, em đã tính chọn được các chi tiết như sau:
Các thông số tính toán chọn được:
8 Động cơ trục Y AM 1550E ALILAM
Từ đồ án giúp em hiểu hơn nhiều vấn đề như:
- Trình tự tính toán thiết kế một hệ thống cơ khí
- Giúp em hoàn thiện hơn về khả năng tổng hợp các kiến thức của các môn học vào một đồ án cụ thể
- Xây dựng một Project hoàn thiện được thiết kế trên các công cụ phần mềm như solidwork, autocad,.v.v.;
- Hình thành cho em một tổng quan về nghành cơ điện tử mà trong đó lĩnh vực CNC là một lĩnh vực quan trọng.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Giang Nam đã tận tình chỉ dẫn để em có thể hoàn thành tốt đề tài này!