Nghiên cứu, thiết kế máy phay CNC MINI

Vì vậy, việc áp dụng điều khiển số vào máy công cụ là một bước tiến nhảy vọt về công nghệ gia công.. Mẫu đầu tiên của máy công cụ điều khiển số NC – Numerical Control doViện công nghệ Ma

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Trương Văn Hợi, học viên lớp Cao học 11BCĐT.KH Sau gầnhai năm học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là

sự giúp đỡ của giao viên hướng dẫn tốt nghiệp TS Nguyễn Văn Huyến, tôi đã điđến cuối chặng đường để kết thúc khóa học

Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là:"Nghiên cứu, thiết kế máy phay CNC MINI" Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân

tôi dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Văn Huyến, và chỉ tham khảo các tài liệu

đã được liệt kê Tôi không sao chép công trình của các cá nhân khác dưới bất cứhình thức nào Nếu có tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Người cam đoan

Trương Văn Hợi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Mô hình máy khoan CNC loại 2 và 3 trục

Hình 1.2: Hai dạng máy khoan đứng với khả năng tự động thay mũi khoan Hình 1.3: Máy phay 5 trục có trục chính nằm ngang

Hình 2.3: Ph©n tÝch lùc t¸c dông lªn ®Çu dao

Hình 2.4: Lùc chiÒu trôc khi khoan

Hình 4.1 Mô hình động lực học của trục quay

Hình 4.3 Hệ thống điều khiển servo tốc độ của trục tịnh tiến

Hình4 5 Đáp ứng của hệ truyền đông khi tín hiệu là hình nấc và hình sin.

Hình4 6 Đáp ứng của hệ dùngPID khi tín hiệu là hàm xung và hàm tuyến tính Hình 4.7 Đáp ứng vị trí goc khi tín hiệu là hàm nấc.

H×nh 4.19: Chi tiÕt vÝ dô 2

H×nh 4.20 Ph«i chi tiÕt vÝ dô 2

H×nh 4.21: Dao vµ c¸c th«ng sè dao

H×nh 4.22: M« pháng gia c«ng

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN

DANH M C CÁC HÌNH V ỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Ẽ ĐỒ THỊ ĐỒ THỊ THỊ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CNC 2

I.1 CNC là gỡ? 2

I.2 Lịch sử hỡnh thành và phỏt triển 2

I.3 Lợi ớch của mỏy CNC 4

I.3.1 Tự động húa sản xuất 4

I.3.2 Độ chớnh xỏc và lặp lại cao của sản phẩm 4

I.3.3 Linh hoạt 4

II Phạm vi ứng dụng 5

Chơng II: thiết kế cơ khí 8

* Đặt yêu cầu thiết kế 8

** Giải pháp kỹ thuật 8

II.1 Thiết kế hệ chuyển động chay dao 9

II.1.2 Nhiệm vụ của truyền động chạy dao 9

II.1.3 Cơ sở tính toán cho chuyển động chạy dao 10

II.2 Chọn động cơ đầu cắt 11

II.2.1 Xác định thông số dao sử dụng 11

II.2.2 Phân tích lực tác dụng lên đầu dao 13

II.2.3 Xác định công suất và mômen xoắn trên trụ động cơ 14

II.3 Chọn động cơ trục Z 20

II.3 1 Lực chiều trục khi khoan 20

II.3.2 Công suất động cơ trục Z 21

II.4 Chọn động cơ trục Y 23

II.5 Chọn động cơ trục X 27

II.6 Tính toán thiết kế bộ truyền động 31

II.6.1 Bộ truyền động trục Z 31

II.6 2 Bộ truyền động trục Y 33

II.6 3 Bộ truyền động trục X 40

II.7 Kiểm nghiện độ bền trục vít me 47

Chơng IIi:THIẾT KẾ mạch điều khiển 49

Chức năng của từng khối 50

I Khối PC 50

II Khối điều khiển trung tâm 50

III Khối mạch công suất 50

Sơ đồ khối mạch cụng suất 51

II.Khối nguồn 51

III Khối giao tiếp máy tính và mạch điều khiển trung tâm 53

IV Khối đệm tín hiệu 54

VI Khối bật tắt đầu cắt 54

VII Khối công suất 55

VIII Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 56

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHAY CNC 57

IV.1 Mụ hỡnh trục chuyển động quay 57

IV.2.Phương trỡnh động lực học của trục này được biểu diễn như sau: 58

IV.3.Đỏnh giỏ tớnh ổn định và chất lượng của hệ thống điều khiển 60

IV 4 Mô phỏng gia công 62

KẾT LUẬN CHUNG 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC 78

MỞ ĐẦU

Máy phay CNC là một trong những thành tựu của tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới Nó ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo máy, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí chính xác và tự động hóa Sự ra đời của máy CNC

đã giải quyết được những nhiệm vụ cấp bách hiện nay là tự động hoá quá trình sản xuất và nhất là sản xuất hàng loạt nhỏ, sản xuất linh hoạt Đề tài này đi sâu vào việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phay CNC tạo chữ nhằm ứng dụng vào giảng dạy, học tập và sản xuất một cách có hiệu quả.

Do đó, để cập nhật được kiến thức, đồng thời giúp cho sự phát triển hoàn thiện hơn về máy CNC,đề tài tập trung nghiên cứu và chế tạo máy phay Mini CNC hoàn chỉnh, phục vụ cho công tác giảng dạy, học tập của sinh viên ở các trường đại học.

sử dụng trong các máy gia công, chế biến Cho phép thực hiện các quy trình giacông trên cơ sở các thông số về kích thước, hình dáng của sản phẩm, chuyểnsang thành quỹ đạo chuyển động trên không gian ba chiều

I.2 Lịch sử hình thành và phát triển

Trước đây, các chi tiết máy hoặc khuôn mẫu phức tạp thường được chiathành những phần nhỏ, đơn giản Sau đó, chúng được ghép nối lại với nhauthành chi tiết hoàn chỉnh bằng phương pháp hàn, tán Việc gia công này khôngđảm bảo độ chính xác cao, chi phí tốn kém Sau này nhờ công nghệ chép hình cóthể gia công được những chi tiết phức tạp hơn Tuy vậy, việc gia công này vẫncòn nhiều nhược điểm như năng suất thấp và với khó đảm bảo độ chính xác cao

Vì vậy, việc áp dụng điều khiển số vào máy công cụ là một bước tiến nhảy vọt

về công nghệ gia công Nó đảm bảo độ chính xác cao, có thể gia công được cácchi tiết phức tạp

Vào những năm 80 của thế kỉ 19, những tấm thẻ đục lỗ được sử dụngtrong khung cửi ngành dệt Trước đó, trong ngành công nghiệp dầu mỏ và hoáchất đã sử dụng khái niệm này để điều khiển quá trình Những mẫu đàn piano cổcũng sử dụng nguyên lý điều khiển kiểu NC

Mẫu đầu tiên của máy công cụ điều khiển số NC – Numerical Control doViện công nghệ Massachusetts - Mỹ thiết kế và chế tạo năm 1949, theo đặt hàng

của Không lực Hoa kỳ, để sản xuất các chi tiết phúc tạp và chính xác của máybay Năm 1952, chế tạo thành công mẫu máy 3 trục và đến năm 1964 có 3500chương trình NC được sử dụng Tuy nhiên, các bộ điều khiển số đầu tiên dungđèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, tiêu tốn nhiều năng lượng, kích thước lớn.Không có màn hình giao diện nên việc điều khiển gặp khó khăn Khi công nghệbán dẫn phát triển, việc ứng dụng công nghệ bán dẫn làm cho máy NC gọn hơn,tốc độ xử lý cao hơn Các băng đục lỗ thay bằng băng hoặc đĩa từ Nhưng tínhnăng sử dụng của máy NC vẫn chưa được cải thiện

Sự xuất hiện IC (1959), LSI (1965), vi xử lý ( 1974) và các tiến bộ kỹthuật vể lưu trữ và xử làm thay đổi to lớn trong sự phát triển của máy công cụ.Các bộ điều khiển trên máy công cụ được tích hợp máy tính Việc điều khiểnthông qua bàn phìm và giao diện màn hình máy tính nên việc điều khiển trở nên

dễ dàng hơn

Chúng ta đã có bước tiến từ ống chân không và máy cơ khí lặp lại tớicông nghệ cao dòng điện tích hợp dày đặc Khả năng của điều khiển tới phátsinh của 3 kích thước tạo hình được mở rộng Ngày nay, bộ vi xử lý điều khiển(CNC) có khả năng xử lý cao Nó có thể đưa ra lệnh điều khiển, cất giữ, phântích chương trình và giao diện với người sử dụng Đồng thời nó có thể giám sátchất lượng sản phẩm, thay đổi dụng cụ khi cần thiết và truyền thông với các máytính khác, robot như việc tải và gửi chương trình Những máy CNC có thể phântích những vấn đề bên trong và cảnh báo cho người sử dụng biết những vấn đềnguy hiểm Sự khác nhau lớn nhất giữa máy NC và CNC là khả năng của bộđiều khiển Máy NC không có khả năng phân tích, giám sát như máy CNC

Hiện nay, với việc áp dụng Cad/Cam (thiết kế và sản xuất có trợ giúpcủa máy tính) vào việc thiết kế, tính toán kết cấu, mô phỏng quá trình gia công

đã trợ giúp hiệu quả cho quá trình thiết kế và điều khiển

Chính vì những tính năng nổi bật của máy CNC mang lại nên chúng được

sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới Ở nước ta, trong hơn 10 năm qua Nhà nước

đã đầu tư nhiều nhằm mục tiêu tạo ra thiết bị CNC

I.3 Lợi ích của máy CNC

I.3.1 Tự động hóa sản xuất

Máy CNC không chỉ quan trọng trong ngành cơ khí mà còn trongnhiều ngành khác như may mặc, giày dép, điện tử v.v Bất cứ máy CNC nàocũng cải thiện trình độ tự động hóa của doanh nghiệp: người vận hành ít, thậmchỉ không còn phải can thiệp vào hoạt động của máy Sau khi nạp chương trìnhgia công, nhiều máy CNC có thể tự động chạy liên tục cho tới khi kết thúc, vànhư vậy giải phóng nhân lực cho công việc khác Thứ nữa, ít xảy ra hỏng hóc dolỗi vận hành, thời gian gia công được dự báo chính xác, người vận hành khôngđòi hỏi phải có kỹ năng thao tác (chân tay) cao như điều khiển máy công cụtruyền thống

I.3.2 Độ chính xác và lặp lại cao của sản phẩm

Các máy CNC thế hệ mới cho phép gia công các sản phẩm có độ chínhxác và độ phức tạp cao mà máy công cụ truyền thống không thể làm được Mộtkhi chương trình gia công đã được kiểm tra và hiệu chỉnh, máy CNC sẽ đảm bảocho “ra lò” hàng loạt sản phẩm phẩm với chất lượng đồng nhất Đây là yếu tố vôcùng quan trọng trong sản xuất công nghiệp quy mô lớn

I.3.3 Linh hoạt

Chế tạo một chi tiết mới trên máy CNC đồng nghĩa với nạp cho máy mộtchương trình gia công mới Được kết nối với các phần mềm CAD/CAM, côngnghệ CNC trở nên vô cùng linh hoạt giúp các doanh nghiệp thích ứng với các thayđổi nhanh chóng và liên tục về mẫu mã và chủng loại sản phẩm của khách hàng

Xuất phát từ các ứng dụng ban đầu của công nghệ chế tạo máy, chủ yếu làgia công cắt gọt kim loại, hiện tại CNC được dùng trong nhiều loại máy thuộccác lĩnh vực khác nhau: trải dài từ chế tạo máy tới ngành dệt may, điều khiểnrobot hay chế tạo thiết bị điện tử Từ dạng thiết bị NC (Numerical Control) đơngiản bằng vi mạch Lôgic rời ở đầu thập kỉ 70 (của thế kỉ trước) tới CNC ngàynay sử dụng các loại vi điều khiển với tính năng mạnh Trong nhiều ứng dụng,thậm chí ta không thể hình dung ra được sự thiếu vắng của CNC, đặc biệt làcông nghệ chế tạo máy, ngành công nghệ đẻ ra các máy cái, phục vụ cho mọingành công nghiệp khác Chính vì vậy, thật dễ hiểu khi chúng ta – một đất nướccòn chậm phát triển – đã và đang nỗ lực tìm ra con đường đi để tiến tới thiết bịCNC của riêng mình Bây giờ chúng ta sẽ đi vào một số máy ứng dụng cụ thể:

Hình 1.1: Mô hình máy khoan CNC loại 2 và 3 trục

Hình 1.2: Hai dạng máy khoan đứng với khả năng tự động thay mũi khoan

Hình 1.3: Máy phay 5 trục có trục chính nằm ngang

Hình 1.4: Máy phay 5 trục có trục chính thẳng đứng

Hình 1.5: Máy phay 5 trục loại thay dao thủ công (trái) và loại có 4 trục chính

song song (phải)

Hình 1.6: Máy phay CNC

Chơng II: thiết kế cơ khí

* Đặt yêu cầu thiết kế

- Thiết kế loại máy phay CNC 3 trục loại nhỏ với giá thành hợp lý

1 GIỚI THIỆU VỀ KẾT CẤU THễNG SỐ MÁY PHAY CNC.

* Thông số kỹ thuật dự kiến đạt đợc sau khí chế tạo:

l-+ Mạch công suất: Thiết kế mạch công suất sử dụng mosfet để tăng côngsuất điều khiển, sử dụng đợc động cơ có dòng điều khiển lớn

+ Điều khiển: Lập trình điều khiển phối hợp các trục, xây dựng các modul bộ nộisuy.Sử dụng Visual Basic để thiết kế giao diện

II.1 Thiết kế hệ chuyển động chay dao.

Hỡnh 2.1: truyền động chay dao

Cấu trúc của một hệ truyền động chạy dao đợc thể hiện nh trờn Hệ truyền động bao gồm: một động cơ dẫn động qua một cặp truyền động nữa đi tới bộ vít me-đai ốc biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Đó là phơng thức tiêu chuẩn của một hệ truyền động chạy dao hiện đại

II.1.2 Nhiệm vụ của truyền động chạy dao

Nhiệm vụ chính của các hệ truyền động chạy dao là chuyển đổi các lệnhtrong bộ điều khiển thành các chuyển động tịnh tiến hay quay tròn của nhữngbàn máy mang dao hoặc chi tiết gia công trên máy công cụ Các chuyển độngtịnh tiến là các chuyển động thẳng theo phơng ba trục toạ độ của không gian bachiều, còn các chuyển động quay tròn là các chuyển động xung quanh các trụctoạ độ này

Chuyển động chạy dao là chuyển động dịch chuyển tơng đối giữa dao và chi tiếttheo một phơng trình xác định và phải đảm bảo đợc tốc độ cắt

Truyền động chạy dao phải đảm bảo dịch chuyển của dụng cụ cắt theo quỹ đạo

và đảm bảo các yếu tố: biên dạng đờng cắt, biên dạng của dụng cụ cắt và các yêucầu chi tiết gia công khác phải đạt đợc, do đó sẽ có các động cơ khác nhau điềukhiển chuyển động cắt

Hệ truyền động chạy dao của một máy công cụ CNC phải thể hiện đợc nhữngtính chất sau đây:

+ Có tính động học cao: nếu đại lợng dẫn biến đổi, bàn máy phải theokịp biến đổi đó trong khoảng thời gian ngắn nhất

+ Có độ ổn số vòng quay cao: khi các lực cản chạy dao biến đổi, cầnhạn chế tới mức thấp nhất ảnh hởng của nó đến tốc độ chạy dao, tốt nhất làkhông ảnh hởng gì Ngay cả khi chạy dao tốc độ nhỏ nhất cũng đòi hỏi một quátrình tốc độ ổn định.

+ Phạm vi điều chỉnh số vòng quay lớn

+ Phải giải quyết đợc cả độ phân giải kích thớc nhỏ nhất ( 1m)

II.1.3 Cơ sở tính toán cho chuyển động chạy dao.

Lực tác dụng lên đai ốc đợc tính theo công thức:

sec

2

m m

v m

d d

t d

T





( CT 5-2 [4] )Trong đó: - hệ số ma sát giữ vít me và đai ốc;

- Góc nghiêng của biên dạng ren;

tv - bớc vít me, mm;

F - lực tác dụng lên vít me - đai ốc, N;

T – Mô mem đặt lên trục vít me, N.m;

dm- đờng kính danh nghĩa của trục vít me, mm

II.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:

Dao phay ngón đờng kính 3,0 – 5,5mm đợc chế tạo có số răng 3 và 4.

+ Dao phay rãnh then chuôi trụ,mm:

5,0 42 8

II.2.2 Phân tích lực tác dụng lên đầu dao

Hỡnh 2.3: Phân tích lực tác dụng lên đầu dao

Tổng hợp lực R1 có thể đợc chia ra 2 thành phần: Lực vòng P (lực Pz) tácdụng theo tiếp tuyến của quỹ đạo chuyển động của lỡi cắt và lực hớng kính Py

Ngoài ra tổng hợp lực R1 có thể đợc chia ra: lực năm ngang Ph và lựcthẳng đứng Pv Nếu dao có rang xoắn (răng nghiêng) ngoài lực R1 tác dụng lênrăng dao trong mặt phẳng vuông góc với trục dao, còn xuất hiện lực dọc trục P0,khi đó tổng hợp lực sẽ là R

II.2.3 Xác định công suất và mômen xoắn trên trụ động cơ

Lực P là lực cần quan tâm nhất, vì nó thực hiện công việc chính để cắtphoi Dựa theo lực này mà ngời ta tính ra công suất cắt và tính các chi tiết của cơcấu chuyển động chính của máy Lực hớng kính Py gây ra áp lực lên ổ bi củatrục chính của máy và uốn võng trục dao Dựa theo lực nằm ngang Ph (lực chạydao) Ngời ta tính cơ cấu chuyển động chay dao và đồ gá kẹp phôi Lực này cóthể gây ra rung động khi giữa vít me - đai ốc có khe hở Lực hớng kính Pv có xuhớng 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”

q

Z B S t T

D C

v v v v

v

.

.

1 1

Trong đó :

Cv : hệ số xét đến vật liệu gia công và điều kiện khi tính vận tốc cắt

D1 : đờng kính dao phay

T1 : tuổi bền trung bình của dụng cụ cắt

t : chiều sâu phay

 = 75kg/mm2

Theo b ng (1-5)ảng (1-5) :

Cv = 46,7 ; qv = 0,45 ; xv = 0,5 ; yv = 0,5 ; uv = 0,1 ; pv = 0,1 ; m = 0,33Theo b ng (2-5):ảng (1-5)

2 7 , 46

1 , 0 1 , 0 5 , 0 5 , 0 33 , 0

45 , 0

1000

D

v

 = 10003,14.24.2,75 = 3941 (vòng/phút)Tốc độ quay này là rất lớm so với thực tế chế tạo, vì vậy ta chọn tốc độquay của động cơ là: ntt1 = 1500(vòng/phút)

 Vậy tốc độ thực tế lúc này sẽ là:

Vt1 =

1000

.D1 n tt1



=

1000

1500 2 14 , 3

1 tt

M

n Z

S

=

1500 3

810

= 0.18 (mm/răng)

Các giá trị trên đợc tính cho gia công phôi là thép carbon.Với yêu cầu của

đồ án này ta có thể áp dụng các giá trị tính toán trên cho kế quả gia công với vậtliệu là nhôm

* Lực cắt P1:

Lực cắt P1’ khi cắt thép cacbon đợc tính theo công thức:

P1’ = p

tt q

u y z

x p

K n

D

Z B S t C

p p

p p p

1 1

1 1

2 3 18 , 0 2 2 , 68

0 86

, 0

1 72 , 0 86

, 0

= 119(KG)Gi¸ trÞ trªn tÝnh cho gia c«ng khi ph«i lµ thÐp cacbon, khi ph«i lµ nh«m th×gia trÞ trªn ®uîc nh©n víi hÖ sè 0,25

= 45,8(W)

* M«men x¾n:

Mc1 =

1000 2

. 1

1D P

=

1000 2

2 55 , 291

Vận tốc cắt đợc xác định theo công thức:

z x m

q

Z B S t T

D C

v v v v

v

.

.

2 2

5 7 , 46

1 , 0 1 , 0 5 , 0 5 , 0 33 , 0

45 , 0

1000

D

v

 = 10003,14.36.5,33 = 2314 (vòng/phút)Tốc độ quay này là rất lớm so với thực tế chế tạo, vì vậy ta chọn tốc độquay của động cơ là: ntt2 = 1500(vòng/phút)

 Vậy tốc độ thực tế lúc này sẽ là:

Vt2 =

1000

.D2 n tt2



=

1000

1500 5 14 , 3

2 tt

M

n Z

S

=

1500 4 1080

= 0.18 (mm/răng)

Các giá trị trên đợc tính cho gia công phôi là thép carbon.Với yêu cầu của

đồ án này ta có thể áp dụng các giá trị tính toán trên cho kế quả gia công với vậtliệu là nhôm

* Lực cắt P2:

Lực cắt P2’ khi cắt thép cacbon đợc tính theo công thức:

tt q

u y z

x p

K n

D

Z B S t C

p p

p p p

2 2

2 2

4 3 18 , 0 2 2 , 68

0 86

, 0

1 72 , 0 86

, 0

= 108,3(KG)Giá trị trên tính cho gia công khi phôi là thép cacbon, khi phôi là nhôm thìgia trị trên đuợc nhân với hệ số 0,25

= 104(W)

* Mômen xắn:

Mc2 =

1000 2

. 2

2 D P

=

1000 2

5 6 , 264

II.3 1 Lực chiều trục khi khoan

S : lợng chạy dao khi khoan

Kmp = KmM : hệ số hiệu chỉnh khi tính chất cơ lý của vật liệu khácvới điều kiện đang xét

zp; yp : chỉ số mũ xét đến ảnh hởng của đơng kính dao, lợng chạydao

Ta thấy lực P0 tỷ lệ thuận với đờng kính dao D, vì vậy ta chọn dao có đờngkính lớn nhất để tính

* chọn dao: - Đờng kính dao: D = 5mm

Hỡnh 2.5: Lực động cơ lờn trục z

- Tổng khối lợng động cơ đầu cắt và bàn mang đầu cắt : mz = 2(kg)

 Trọng lực ấn đầu dao xuông:

 Mômen xoắn tác dụng lên vitme ( trục động cơ ):Do dùng bộ chuyềnkhớp nối, tỷ số chuyền uz = 1.

MDCZ =

1000 2

'.d z Z

=

1000 2

10 76 , 142

= 27,9(rad/s)

 Công suất động cơ trục Z:

dcz z

dcz

M

.

.







Trong đó: dcz : hiệu suất động cơ ( chọn dcz = 0,95)

Kz : hệ số quá tải cho phép ( Kz = 1,3 – 1,5 )

Chọn Kz = 1,5

Theo giáo trình “ tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí”- Trịnh Chất– Lê Văn Uyển.Bảng (2.3)

knz : hiệu suất khớp nối Chọn  knz = 1

obz : hiệu suất ổ bi Chọn obz = 0,99

vmz: hiệu suất vít me Chọn vmz = 0,99

  z = 1.0,99.0,99 = 0,98

98 , 0 95 , 0

9 , 27 714 , 0

Ftty = Pmy.tty = mz.g.tty = 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 phơng Y là lớn nhất

Các thành phần lực cắt theo phơng X, Y đợc xác định theo tỷ lệ đối với lựccắt vòng P

- Phay nghịch:

Py = (0,6 – 0,8)P; Ph = (1,1 – 1,2)P; Pv = (0,2 – 0,3)P

- Phay thuận:

Py = (0,6 – 0,8)P; Ph = (0,8 – 0,9)P; Pv = (0,75 – 0,8)P

Vì quá trình gia công ở đây là cắt đứt hay tạo rãnh trên phôi nên quá trìnhphay ở đây là phay thuận, ta có:

Fvmy = Y1.vmy = 240,5.0,1 = 24,05(N)

 Lực ma sát chiếu lên phơng vuông góc với trục vitme:

F’vmy = Fvmy.cos250 = 24,05.cos250 = 21,8(N)

 Tổng hợp lực tác dụng lên vitme theo phơng vuông góc với trục vitme:Y’ = Y3 + F’vmy = 101,6 + 21,8 = 123,4(N)

 Mômen xoăn tác dụng lên trục vitme :

My =

1000 2

'.d y Y

=

1000 2

16 4 , 123

dcy

M

.

Trong đó: dcy : hiệu suất động cơ ( chọn dcy = 0,95)

Ky : hệ số quá tải cho phép ( Ky = 1,3 – 1,5 )

oby : hiệu suất ổ bi Chọn oby = 0,99

vmy: hiệu suất vít me Chọn vmy = 0,99

= 10,47(rad/s)

 Công suất động cơ trục Y:

NDCY = 1 , 5

94 , 0 95 , 0

47 , 10 658 , 0

- Khối lợng trục Y và 2 thanh đứng: my = 7(kg)

Tổng khôi lợng trục Z, trục Y và 2 thanh đứng tác dụng lên thanh trợt Xlà: mx = 3 + 7 = 10(kg)

20

) = 36,70

X1 = X.cos36,70 = 274,2.cos36,70 = 219,85(N)

'.d x X

=

1000 2

15 03 , 149

= 0,56 (N.m)

 Công suất động cơ trục X:

dcx x

dcx

M

.

.







Trong đó: dcx : hiệu suất động cơ ( chọn dcx = 0,95)

Kx : hệ số quá tải cho phép ( Kx = 1,3 – 1,5 )

Chọn Kx = 1,5

x =  dx.obx.vmx

Theo giáo trình “ tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí”- Trịnh Chất– Lê Văn Uyển.Bảng (2.3)

dx : hiệu suất bộ truyền đai Chọn dx = 0,96

obx : hiệu suất ổ bi Chọn obx = 0,99

vmx: hiệu suất vít me Chọn vmx = 0,99

= 10,47(rad/s)

 Công suất động cơ trục X:

NDCX = 1 , 5

94 , 0 95 , 0

47 , 10 56 , 0

= 9,85 (W)

* Bảng thông số về công suất và mômen động cơ sử dụng:

xoắn(N.m)

II.6 Tính toán thiết kế bộ truyền động

Để tính toán, thiết kế bộ truyền động ta dựa trên giáo trình “ Tính toánthiết kế hệ thống dẫn động”- Trịnh Chất - Lê Văn Uyển

II.6.1 Bộ truyền động trục Z

Máy CNC đợc thiết kế là loại 2,5D và nguyên công gia công chỉ là cắt vàtạo rãnh trên phôi Vì vậy để đơn giản cho việc chế tạo và lắp ráp, chúng emchấp nhận sai số lớn hơn ở trục Z và sử dụng khớp nối trục là khớp đàn hồi với

đĩa hình sao để nối trục động cơ và vitme

- Mômen xoắn trên trục động cơ là:

D T k

32 5 , 2 2 24

3 3

 = 3,95.10-3 (MPa)Vì khớp nối làm việc với tốc độ khoảng 1750vòng/phút

nên []d = 2(MPa)

 d = 3,95.10-3 (MPa)  []d = 2(MPa)

 Khớp nối đủ an toàn với ứng suất dập

* Kiểm tra mômen xoắn:

II.6 2 Bộ truyền động trục Y

Trục X, Y dùng để điều khiển chạy dao cắt theo biên dạng mong muốn.Vì vậy cần điều khiển chính xác về vị trí và tốc độ Để làm đợc nh vậy ta cần sửdụng bộ truyền có độ chính xác cao, mômen lớn Với yêu cầu trên và cũng để

đơn giản cho việc lắp ráp, chế tạo ta sử dụng bộ truyền động đai răng

Đai răng là loại đai dẹt đợc chế tạo thành vòng kín, có răng ở mặt trong khi vàotiếp xúc với bánh đai, các răng của đai sẽ ắn khớp với các răng trên bánh đai Dotiếp xúc bằng ăn khớp, truyền động đai răng có những u điểm sau: không có trợt,

tỉ số truyền lớn (u≤12), hiệu suất cao, không cần lực căng ban đầu lớn, lực tácdụng lên trục và ổ nhỏ Đai răng đợc chế tạo bằng cao su trộn với nhựa natrichoặc đợc đúc từ cao su poliuretan Lớp chịu tải chủ yếu là dây thép, sợi thuỷ tinhhoặc sợi poliamit

banh dai nho

banh dai lon

Trong đó: Py: Công suất trên bánh đai chủ động (kW)

ndcy: Số vòng quay trên bánh đai chủ động(vòng/phut)

= 1,7Chọn my = 2

p Z Z

40

)

28 , 6 ) 18 27

= 48(răng)Theo bảng (4.30) chọn zdy = 50 (răng) và chiều dài đai răng ldy=314(mm)

Từ chiều dài đai răng ta xác định lại khoảng cách trục:

y dy y

Z Z p

y y

Z Z

= 9Thay số ta đợc:

a’y =

4

9 8 7 , 172 7

y

y y y

a

Z Z

88 , 85

) 18 27 ( 2

360

168 18

= 8,4(r¨ng)

VËy Za1y = 8,4 > 6  tho¶ m·n ®iÒu kiÖn vÒ sè r¨ng ¨n khíp

II.6 2.3 KiÓm nghiÖm ®ai vÒ lùc vßng riªng

Lc vßng riªng trªn ®ai ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn:

] [

y my

y

dy ty

b

K F

Víi: NDCY = 11,57(W) = 11,57.10-3 (kW)

vy =

60000

y

n d

60000

100 36 14 ,

1884 , 0

10 57 , 11

= 61,41(N)

- Theo b¶ng (4.31) ta cã: qmy = 0,0032(kg)

- Theo b¶ng (4.7) ta cã: Kdy = 1,1