Đồ án tốt nghiệp : Đề tài thiết kế và gia công máy phay gỗ CNC cỡ nhỏ

Đề tài thiết kế và gia công máy phay gỗ CNC cỡ nhỏ Chương 1: Tổng quát về máy phay gỗ CNC cỡ nhỏChương 2: Phân tích và lựa chọn phương án tối ưuChương 3: Tính toán các bộ truyền Chương 4: Thiết kế quy trình công nghệ

Mục lục

Chương 1: Tổng quát về máy phay gỗ CNC cỡ nhỏ……… 4

1.1 Tổng quan về máy CNC……… 4

1.2 Lịch sử hình thành và phát triển 4

1.3 Vị trí của máy CNC trong thời đại hiện nay 5

1.4 Tính thực tiễn của đề tài 6

1.5 Điểm mới của đề tài 7

1.6 Giới hạn của đề tài……….9

1.7 Mục đích nghiên cứu……… 11

1.8 Phương pháp nghiên cứu……… 12

1.9 Kết luận……….13

Chương 2: Phân tích và lựa chọn phương án tối ưu……… 14

2.1 Dữ liệu ban đầu và tiêu chí thiết kế 14

2.2 Phân tích các máy tương tự và chọn sơ đồ phù hợp………14

2.3 Tính toán sơ bộ các thông số động lực học 20

2.3.1 Các thông số đầu vào……… 20

2.3.2 Lực cắt chính của máy ( Fm )……… 20

2.4 Thiết kế kết cấu và chi tiết hóa 21

2.4.1 Các phương án truyền động……….……… 21

2.4.2 Chọn phương án chọn vòng bi……… 24

2.4.3 Chọn phương án chọn khớp nối……….27

2.4.4 Các phương án chọn con trượt………32

2.4.5 Các phương án chọn động cơ……… 38

2.5 Lập hồ sơ thiết kế tổng quan……… 42

2.5.1 Cụm bàn máy và chân máy……… 42

2.5.2 Cụm trục Y……… 44

2.5.3 Cụm trục X và Z……….46

Chương 3: Tính toán các bộ truyền 48

3.1 Tính toán hệ dẫn động với trục vít me đai ốc bi trục X 51

3.1.1 Tính toán lựa chọn cụm trục vít me bi trục X………53

3.1.1.1 Đặc điểm của bộ truyền……….53

3.1.1.2 Các thông số đâu vào………54

3.1.1.3 Tính toán bộ truyền vít me đai ốc bi theo độ bền kéo (nén) ………59

3.1.2 Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối cụm trục X……… 62

3.1.3 Tính toán, chọn động cơ cho cụm trục X………64

3.2 Tính toán hệ dẫn động với trục vít me đai ốc bi trục Y 69

3.2.1 Tính toán lựa chọn cụm trục vít me bi trục Y……….………70

3.2.1.1 Đặc điểm của bộ truyền……… 71

3.2.1.2 Các thông số đâu vào……….72

3.2.1.3 Tính toán bộ truyền vít me đai ốc bi theo độ bền kéo (nén).74 3.2.2 Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối cụm trục Y……….77

3.2.3 Tính toán, chọn động cơ cho cụm trục Y……….80

Chương 4: Thiết kế quy trình công nghệ 85

4.1 Quy trình công nghệ gia công chi tiết Tấm z………85

4.1.1 Phân tích kết cấu và các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết………….…85

4.1.2 Tính công nghệ trong kết cấu……….….86

4.1.3 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi……….87

4.1.4 Phân tích, lựa chọn đường lối công nghệ………89

4.1.5 Thiết kế nguyên công……… …90

4.2.1 Phân tích kết cấu và các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết……… …116

4.2.2 Tính công nghệ trong kết cấu………117

4.2.3 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi……… …118

4.2.4 Phân tích, lựa chọn đường lối công nghệ……… …119

4.2.5 Thiết kế nguyên công………119

Chương I: TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY GỖ CNC CỠ NHỎ

1.1 Tổng quan về máy CNC

CNC – viết tắt cho Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) (điều

khiển bằng máy tính) – đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục đích sản xuất (có tính lặp lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệukhác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G CNC được phát triển

cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở phòng thí nghiệm Servomechanism của trường MIT

Là máy gia công dưới sự kiểm soát của máy tính

Dưới đây là hình ảnh của một số máy CNC

Hình 1.1: Máy phay CNC Elip Platium-Fanuc-E300*600

Hình 1.2: Máy tiện CNC LMW model smartplus

Hình 1.3: Máy tiện đứng CNC TAKISAWA VTL-750

1.2 Lịch sử hình thành và phát triển

Thiết kế máy CNC hiện đại bắt nguồn từ tác phẩm của John T Parsons cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950 Sau Thế chiến II, Parsons tham gia sản xuất cánh máy bay trực thăng, một công việc đòi hỏi phải gia công chính xác các hình dạng phức tạp Parsons sớm nhận ra rằng bằng cách sử dụng máy tính IBM thời kì đầu, ông đã có thể tạo ra những thanh dẫn đường mức chính xáchơn nhiều khi sử dụng các phép tính bằng tay và sơ đồ Dựa trên kinh nghiệm này, ông đã giành được hợp đồng phát triển một “máy cắt đường mức tự động” cho không quân để tạo mặt cong cho cánh máy bay Sử dụng một đầu đọc thẻ máy tính và các bộ điều khiển động cơ trợ động (servomotor) chính xác, chiếc máy được chế tạo cực kì lớn, phức tạp và đắt đỏ Mặc dù vậy, nó làm việc một cách tự động và sản xuất các mặt cong với độ chính xác cao đáp ứng nhu cầu củangành công nghiệp máy bay

Câu chuyện về việc kết nối những chiếc máy tính với máy móc sản xuất gây nhiều tò mò và tranh cãi Nó minh họa cách thức gắn kết giữa ngành công nghiệp, các trường đại học và quân đội trong thế kỉ 20 Câu chuyện cũng cho thấy thật khó để quy ra rằng nhiều sáng tạo là do một cá nhân hay một cơ quan Phân loại ai làm gì, khi nào và với ảnh hưởng gì là một công việc đầy phức tạp.

Năm 1947, John Parsons quản lý một hãng sản xuất hàng không ở thành phố Traverse, Michigan Đối mặt với tính phức tạp ngày càng cao của hình dạng chi tiết và những vấn đề về toán học và kỹ thuật mà họ gặp phải, Parsons đã tìm

ra những biện pháp để giảm chi phí kỹ thuật cho công ty Ông đã xin phép

International Business Machine sử dụng một trong những chiếc máy tính văn phòng trung ương của họ để thực hiện một loạt các phép toán cho một cánh máy bay trực thăng mới Cuối cùng, ông đã dàn xếp với Thomas J Watson, chủ tịch huyền thoại của IBM, nhờ đó IBM sẽ làm việc với tập đoàn Parsons để tạo ra một chiếc máy được điều khiển bởi các thẻ đục lỗ Nhanh chóng, Parsons cũng

ký được hợp đồng với Air Force để sản xuất một chiếc máy được điều khiển bằng thẻ hay băng từ có khả năng cắt các hình dạng đường mức giống như

những hình trong cánh quạt và cánh máy bay Sau đó, Parsons đã đến gặp các kĩ

sư ở Phòng thí nghiệm cơ cấu phụ thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) nhờ hỗ trợ dự án Các nhà nghiên cứu MIT đã thí nghiệm nhiều kiểu quá trình khác nhau và cũng đã làm việc với các dự án Air Force từ thời Thế chiến II Phòng thí nghiệm MIT đã nhận thấy đây là một cơ hội tốt để mở rộng nghiên cứu sang lĩnh vực điều khiển và cơ cấu phản hồi Việc phát triển thành công các công cụ máy CNC đã được các nhà nghiên cứu của trường đại học đảm trách vớimục tiêu đáp ứng nhu cầu của các nhà bảo trợ quân đội

Với những tiến bộ trong điện tử tích hợp, băng từ đã bị loại bỏ và nếu có thì chỉ được sử dụng để tải (load) các chương trình vào bộ nhớ từ

Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính chương trình Để đặt thông tin này vào bộ nhớ, nhân viên lập trình tạo ra một loạt lệnh mà máy có thể hiểu được Chương trình có thể bao gồm các lệnh “mã hóa”, như “M03” — hướng dẫn bộ điều khiểnchuyển trục chính tới một vị trí mới hay “G99” — hướng dẫn bộ điều khiển đọc một đầu vào phụ từ một quá trình nào đó trong máy Các lệnh mã hóa là phương thức phổ biến nhất để lập trình một công cụ máy CNC Tuy nhiên, sự tiến bộ trong máy tính đã cho phép các nhà sản xuất công cụ máy tạo ra “lập trình hội thoại” Trong lập trình hội thoại, lệnh “M03” được nhập đơn giản như “MOVE”

và “G99” là “READ” Kiểu lập trình này cho phép đào tạo nhanh hơn và nhân viên lập trình không phải nhớ nhiều ý nghĩa của mật mã Tuy nhiên, cần phải lưu

ý rằng hầu hết các máy sử dụng lập trình hội thoại vẫn đọc các chương trình mã hóa, do đó ngành công nghiệp vẫn đặt nhiều niềm tin vào dạng lập trình này

Bộ điều khiển cũng giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy Ví

dụ, trong một số máy, nhân viên lập trình có thể đơn giản chỉ cần nhập dữ liệu về

vị trí, đường kính và chiều sâu của một chi tiết và máy tính sẽ lựa chọn phương pháp gia công tốt nhất để sản xuất chi tiết đó dưới dạng phôi Thiết bị mới nhất

có thể chọn một mẫu kỹ thuật được tạo ra từ máy tính, tính toán tốc độ dao cụ, đường vận chuyển vật liệu vào máy và sản xuất chi tiết mà không cần bản vẽ haymột chương trình

Sự tiến bộ trong máy tính và trí thông minh nhân tạo sẽ làm cho những chiếc máy CNC tương lai nhanh hơn và dễ vận hành hơn Tất nhiên, giá của những chiếc máy như vậy chắc chắn sẽ không rẻ và có thể vượt quá tầm với của nhiều công ty Tuy nhiên, nó sẽ đưa giá của những máy CNC cơ bản thực hiện những chuyển động 3 trục ban đầu xuống một mức độ nhất định

1.3 Vị trí của máy CNC trong thời đại hiện nay

Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người thực hiện được giảm thiểu.

Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên

sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng Kỹ thuật tự động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác

Trong môi trường sản xuất, một loạt các máy CNC kết hợp thành một tổ

hợp, gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận Máy CNC ngày

nay được điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mềm CAM, vì thế một bộ phận hay lắp ráp có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần các bản

vẽ in của từng chi tiết Có thể nói CNC là các phân đoạn của các hệ

thống robot công nghiệp, tức là chúng được thiết kế để thực hiện nhiều thao tác sản xuất (trong tầm giới hạn)

Vị trí của máy CNC cỡ nhỏ trong thời đại hiện nay

Bên cạnh những máy thông thường ta cũng có các máy CNC cỡ nhỏ có kích thước và cấu tạo đơn giản Các máy CNC cỡ nhỏ vẫn có những nguyên lí làm việc của các máy CNC nhưng mức độ gia công cũng như độ chính xác

Các máy CNC với cấu tạo đơn giản, chế tạo dễ dàng nên có giá thành rẻ thích hợp với các đơn vị sản xuất vừa và nhỏ Đáp ứng được các công việc như phay, khắc laze lên các sản phẩm dạng tấm

Hình 2.a Một số máy CNC cỡ nhỏ bán trên thị trường

1.4.Tính thực tiễn của đề tài

Để giảm thiểu chi phí sản xuất, yếu tố tác động trực tiếp là giảm thời gian,

ta có thể tự sản xuất những sản phẩm đơn giản Tiềm năng ứng dụng lớn tronglĩnh vực sản xuất có thể khai thác, nghiên cứu và phát triển máy CNC cỡ nhỏ làlĩnh vực có tính cạnh tranh cao, có khả năng ứng dụng lớn trong nhiều ngành,nghề đa dạng Máy có thể thực hiện được nhiều công việc như phay, khắc, khắclade lên các chất liệu như gỗ, nhựa mika,…

Đề tài nghiên cứu: Thiết kế chế tạo máy CNC cỡ nhỏ.

Nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm là một nhiệm vụ quan trọngcủa ngành chế tạo máy Để nâng cao chất lượng sản phẩm cần phải phân tích cácthông số của độ chính xác và nghiên cứu quan hệ phụ thuộc giữa chúng và các yếu tố công nghệ Giải quyết các nhiệm vụ này chỉ có thể được thực hiện bằng các phương pháp thực nghiệm Kết quả thực nghiệm cho phép xây dựng các mô hình toán học biểu thị quan hệ giữa các yếu tố ngẫu nhiên với mục đích tối ưu hóa nguyên công hoặc qui trình công nghệ Độ chính xác gia công là đặc tính quan trọng của chi tiết máy Trong thực tế không thể chế tạo chi tiết có độ chính xác tuyệt đối vì khi gia công xuất hiện các sai số

Trong ngành cơ khí chế tạo, chất lượng bề mặt làm việc cũng như độ chính xác về kích thước của các chi tiết máy có một vai trò đặc biệt quan trọng,

ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của máy móc thiết bị Việc đi sâunghiên cứu để tìm các giải pháp công nghệ nhằm nâng cao độ chính xác cũng như chất lượng bề mặt làm việc của chi tiết máy đã được đặc biệt quan tâm Vấn

đề mà các nhà khoa học kỹ thuật đặt ra là phải nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt, không ngừng đưa ra các công nghệ, phương pháp gia công mới hoàn thiện hơn

Máy CNC cỡ nhỏ có khả năng mang lại hiệu quả kinh tế cao, nó đã được đưa vào nghiên cứu và có một vài ứng dụng ở Việt Nam Đã đạt được kết quả đáng khích lệ:

- Nâng cao độ chính xác khi lắp ráp

- Nâng cao độ nhẵn bóng bề mặt vết cắt của chi tiết lên hai đến ba cấp

- Chi phí sản xuất và giá thành thấp, dễ dàng ứng dụng cho các cơ sở sản xuất

Trong phạm vi của đề tài, em tiến hành nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy Cắt CNC cỡ nhỏ, Dựa trên cơ sở thực tế đã được nghiên cứu chúng em tiến hành khảo sát từ thực tế các máy CNC tại các nhà máy, xí nghiệp từ đó tiến hànhthu thập các số liệu về nhu cầu về máy Đưa ra mô hình và thiết kế mini cho máyphay CNC mini

Trong quá trình thực hiện đề tài, tuy có nhiều cố gắng nhưng không tránhkhỏi những nhược điểm cũng như chưa có điều kiện nghiên cứu sâu hơn những vấn đề liên quan, rất mong được sự đóng góp của quý thầy cô và bạn đọc

Trong dây chuyền sản xuất, các nguyên công khắc chữ khi xuất xưởng vẫnđược thực hiện bằng các máy khắc lade chuyên dụng đắt tiền Nhưng với máy phay CNC cỡ nhỏ ta có thể tiết kiệm được chi phí

Các máy CNC với cấu tạo đơn giản, chế tạo dễ dàng nên có giá thành rẻ

Máy CNC mini sẽ có các ưu điểm nó sẽ mang lại nhiều lợi ích và hiểu quảkinh tế.

1.5 Điểm mới của đề tài.

- Ứng dụng phần mềm điều khiển

- Thiết kế máy khối lượng nhẹ, lắp ráp, di chuyển dễ dàng

- Điều khiển gián tiếp và từ xa (thông qua mạng LAN, internet) Nhờ tính năng Vedio Control của phần mềm, ứng dụng các phần mềm điều khiển gián tiếp Nên chỉ cần một kỹ thuật viên lập trình gia công cho các máy số lượng đến 999 máy con

- Đảm bảo an toàn gần như tuyệt đối và bảo vệ môi trường cao (nếu đặt máy trong môi trường kín)

- Máy có khổ nhỏ

- Ứng dụng hiệu quả khi làm việc ngoài khu vực xưởng sản xuất Công trình đang thi công ngoài xưởng (thiết kế tại văn phòng nhưng gián tiếpđiều khiển gia công tại nơi thi công lắp ráp…)

1.6 Giới hạn của đề tài

Do thời gian nghiên cứu và điều kiện vật chất có hạn nên trong đề tài này người nghiên cứu mới chỉ tính toán, thiết kế và chế tạo thử nghiệm một mô hình máy cắt với kích thước nhỏ Mô hình này gọn nhẹ, có khối lượng nhỏ 20kg, và vận tốc cắt tối đa là 1m/ph, hành trình cắt ở mỗi trục là 640x400mm và ứng dụngchủ yếu trong các xưởng sản xuất, hoặc các phân xưởng có nhu cầu sử dụng máycắt các phôi thép tấm nhỏ có độ dày từ 0.1 mm đến 25 mm với hình dạng khác nhau đối với khách hàng có nhu cầu cắt, gia công

1.7 Mục đích nghiên cứu

Với đề tài “Thiết kế, chế tạo máy phay CNC cỡ nhỏ” người nghiên cứu

thể hiện với các mục đích sau:

- Hoàn thiện một lượng kiến thức khá lớn về tin học và điện tử nói

chung, công nghệ tự động hoá nói riêng

- Nghiên cứu tính toán , thiết kế và chế tạo theo hướng đơn giản hóa các kết cấu, thu nhỏ các kích thước của những máy đã chế tạo trước đây để tạo thành một máy mới có có giá thành hạ, kết cấu đơn giản, dễ vận hành, dễ thao tác và di chuyển từ nơi làm việc này đến nơi làm việc khác Loại máy cắt này có kết cấu tương tự như thiết bị cắt tự hành nhưng có thể di chuyển đầu cắt đến tọa độ bất kì trong mặt phẳng cắt

để tạo thành các hình dạng sản phẩm cần cắt khác nhau Với khả năng cắt tự động, sử dụng như là một máy phay CNC có thể được đặt trực tiếp lên trên vật liệu cắt (tấm lớn…), sử dụng thuận tiện và linh hoạt trong việc di chuyển máy trong phạm vi công việc

- Ngôn ngữ sử dụng để điều khiển hệ thống là tiếng Anh, giao diện đẹp mắt, hoạt động rất đơn giản và thuận tiện, có sẵn thư viện để cắt các hình cơ bản như vuông, tròn, chữ nhật, hoa văn, hình ảnh nghệ thuật (người, xe, con vật, hoa, cây cối….) mà không cần lập trình Ưu điểm của máy là bộ nhớ xử lý lớn có thể gia công những chi tiết phức tạp (file có dung lượng lớn)

- Hình dáng của mẫu cắt có thể vẽ trên phần mềm Auto CAD đơn giản, hiệu quả và dễ sử dụng Chuyển qua phần mềm MastercamX xuất sang dạng Gcode

- Góp phần phát triển ngành công nghệ tự động của nước nhà

1.8 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tham khảo tài liệu: Tài liệu về điều khiển tự động, tài liệu vềcông nghệ CNC, tài liệu về thiết kế mô phỏng, tài liệu về lập trình vi điều khiển,

- Tham khảo một số máy CNC có cấu trúc tương tự và giá thành của chúng trên thị trường.

- Tham khảo một số tài liệu về thiết kế máy phay CNC trước đây

- Tham khảo các tài liệu về thiết kế bộ điều khiển cho máy CNC

- Nghiên cứu kết cấu của các loại máy CNC trên thị trường có tính năng tương tự, cải tiến những khuyết điểm

- Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp và thí nghiệm các mạch điều khiển động cơ DC Step, Bộ điều khiển chính, cổng truyền thông nối tiếp với file hình vẽ trên Auto CAD, gia công toàn bộ các chi tiết và lắp ráp hoàn chỉnh mô hình máy phay CNC mini

1.9.Kết luận

Chúng em đã nghiêm cứu và tìm hiểu nhiều những đề tài khác nhau, và đã quyết định chọn đề tài máy CNC mini bởi sự hiệu quả sử dụng, kinh tế cũng nhưphù hợp với trình độ bản thân em giai đoạn này

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 2.1 Dữ kiện ban đầu và tiêu chí thiết kế.

Máy phay CNC mini được thiết kế phay, cắt laze tạo hình cho các tấm mỏng có chất liệu gỗ hoặc nhựa mika trong các cơ sở sản xuất tự phát vừa và nhỏ

Mỗi lần máy làm việc có thể tạo hình cho một sản phẩm theo hình có sẵn

Đã được vẽ sẵn trên phần các phần mềm vẽ kĩ thuật

Vật liệu có thể gia công lên không phải là vật liệu có độ cứng cao như kimloại, chỉ có thể có độ cứng trung bình hoặc thấp dễ gia công

 Vật liệu: gỗ, nhựa mika

 Kích thước: Không vượt quá 450 x 300 mm

 Chiều dày: khoảng 60 mm hoặc nhỏ hơn

 Khối lượng không đáng kể

2.2 Phân tích các máy tương tự và chọn sơ đồ phù hợp

2.2.1 Xây dựng mô hình chung của máy

A) Phương án 1: Bàn máy di chuyển thay cho trục X, trục X đứng yên,trục Y di chuyển mang theo trục Z, trục Z di chuyển mang theo động cơ trụcchính

Đặc điểm chi tiết:

Trục Y được cố định đặt trên 2 cây sắt chữ I , trục Z chuyển động trên trục

Y , trục X chuyển động độc lập so với 2 trục kia được đặt cố định trên tấm ván

và nó cũng là trục gắn chi tiết phôi di chuyển

Trục X và trục Y đều trượt trên các thanh trượt gắn cố định ở khung sắt, trục Z là trục trươt trên trục Y , nên trên trục Y có gắn thanh trượt , động cơ và

=> Vậy mỗi trục có những chức năng thực hiện và chiệu trọng lực một số cơ cấu

để đảm bảo hiệu năng làm việc của một máy phay CNC

Ưu và nhược điểm:

Ưu điểm:

o Dễ chế tạo

o Kết cấu truyền động có thể chịu ít lực dọc trục nếu phôi có khối lượng nhỏ

o Kết cấu đơn giản

o Được sửa dụng phổ biến

Nhược điểm

o Hành trình máy nhỏ do bàn máy di chuyển

o Kết cấu truyền động có thể chịu nhiều lực dọc trục nếu phôi có khốilượng lớn

Đây là mô hình được sử dụng phổ biến với các máy CNC mini xuất hiệntrên thị trường

Một số hình ảnh về các máy CNC sử dụng phương án này trên thị trường:

Hình 2.2.1.a: Một số máy phay theo phương án A

B) Phương án 2: Bàn máy di chuyển thay cho cả trục X và trục Y, trục Z

di chuyển mang theo trục chính

Đặc điểm chi tiết:

Bàn máy được bố trí trên 1 cơ cấu đai ốc vít me bi giúp nó có thể dichuyển ngang hoặc dọc (thường là theo phương trục Y tức phương ngang)

Trong khi đó lại có 1 cơ cấu đai ốc vít me bi khác nằm bên dưới cả kết cấutrên với phương vuông góc với cơ cấu đai ốc vít me bi nằm bên trên để giúp nó

di chuyển theo phương vuông góc (thường là theo phương trục X tức phươngdọc)

Theo các đó phôi có thể di chuyển theo mọi cách người vận hành muốnnhờ sự phối hợp của 2 động cơ kết nối với 2 hệ thống đai ốc vít me bi

Ưu và nhược điểm

Ưu điểm:

o Dễ chế tạo

o Kết cấu truyền động có thể chịu lực lớn

Nhược điểm

o Máy cồng kềnh không phù hợp cho máy CNC cỡ nhỏ

o Kết cấu truyền động có thể chịu nhiều lực dọc trục nếu phôi có khốilượng lớn

Một số hình ảnh của các máy phay loại này:

Hình 2.2.1.b: Một số máy phay CNC mini theo phương án B

C) Phương án 3: Bàn máy đứng yên, trục X di chuyển mang theo trục Y,trục Y di chuyển mang theo trục Z, trục Z di chuyển mang theo động cơ trụcchính

Đặc điểm chi tiết:

Bàn máy và chân máy là 2 bộ phận cố định mang trọng lượng lớn làm trụcho các trục di chuyển

Trục X mang theo trục Y và Z tỳ trên 2 con trượt di chuyển dọc theo bànmáy

Trục Y nằm trên trục X tỳ trên 2 con trượt di chuyển ngang bàn máy mangtheo trục Z

Trục Z nằm trên trục Y tỳ trên 2 con trượt di chuyển lên xuống

Ưu và nhược điểm:

Ưu điểm:

o Dễ chế tạo

o Kết cấu truyền động có thể chịu lực lớn

o Kết cấu đơn giản

Hình 2.2.1.c: Một số máy bố trí theo phương án này:

Kết luận:

Với mục đích sử dụng mô hình theo ý tưởng chế tạo ban đầu, nên nhómquyết định chọn phương án thứ 3: Bàn máy đứng yên, trục X di chuyển mangtheo trục Y, trục Y di chuyển mang theo trục Z, trục Z di chuyển mang theođộng cơ trục chính

2.3 Tính toán sơ bộ các thông số động lực học

2.3.1 Các thông số đầu vào

- Loại máy CNC: Phay

- Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT:

o Phay mặt đầu

o Dao có 6 lưỡi (z = 6), đường kính = 2 - 10 mm

o Tiêu chuẩn quốc gia : JIS

o Vật liệu gỗ

o Vận tốc : v = 100m/ph

o Chiều sâu cắt : t = 1,2mm

o Lượng chạy dao phút : F = 900mm/ph

- Khối lượng lớn nhất của chi tiết: M = 10 - 15KG

- Trọng lượng bàn gá trục Y và Z: W = 50 - 70 N

- Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công: V1 =7,2m/ph

- Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công: V2 = 6m/ph

- Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a = 0,5g = 5m/s2

- Thời gian hoạt động: Lt = 20000h (khoảng 6,8 năm)

Để tìm lực cắt chính của máy ta sử dụng công cụ trên website

www.coroguide.com

Tính toán và chọn thông số đầu vào để điền vào công cụ:

- Feed per cutting edge (Fz)

- Lượng chạy dao răng

+ Tốc độ quay của động cơ quay dao:

n = 1000V π D =1000.100π 50 = 636,94 ( vòng/ph) + Lượng chạy dao vòng:

S = 𝐹/𝑛 = 900 / 636,94 = 1,4 (mm/vòng) + Lượng chạy dao răng:

Fz = S/6 = 0,23 (mm/răng)(Theo công thức trong cuốn Sổ tay CN-CTM tập 2-trang 26)

- Working engagement (ae) & working engagement start (aei)

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

Ta chọn: ae = 80mm , aei =0

- Mayjor cutting adge angle (Kγ): thường chọn Kγ= 60°): thường chọn Kγ): thường chọn Kγ= 60°= 60°

Sau khi tính toán, lựa chọn kết hợp với các thông số đề cho ta điền vào bảng của công cụ ta được kết quả:

Lựa chọn các phương án chuyển động của các trục

Để đảm bảo thiết bị hoạt động nhịp nhàng đúng vị trí

Chuyển động chính của thiết bị là chuyển động theo trục X chính là hành trình di chuyển Chuyển động này có thể đảo chiều và di chuyển nhanh khi thực hiện hành trình chạy không khi quay về nhận phôi tiếp theo

Yêu cầu của bộ chuyền chuyển động là biến chuyển động quay từ động cơthành chuyển động tịnh tiến thực hiện được hành trình đi và về

Từ các yêu cầu ở trên ta có thể sử dụng: vít me đai ốc bi, vít me thường,bánh răng thanh răng,

Do tính năng ưu việt cũng như độ phổ biến trong các máy phay CNC, chúng em quyết định chọn bộ truyền vít me – đai ốc bi

Truyền động sang ngang theo phương X của tay máy được thực hiện nhờ

bộ truyền vít me- đai ốc bi

Truyển động vít me- đai ốc được dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu vít trượt hoặc cơ cấu vít lăn Truyển động vít

me – đai ốc được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kĩ thuật khác nhau: các dụng cụ chính xác, các thiết bị tải nặng như cơ cấu ép, cần trục…yêu cầu chính xác về vị trí Tuy nhiên tổn thất về ma sát lớn, hiệu suất thấp, nguy hiểm về mòn

Sơ đồ động của chuyển động vít me – đai ốc dựa vào yêu cầu sử dụng và bố trí kết cấu có thể là trục vít quay đai ốc tịnh tiến (trục vít chạy dao trong máy tiện) hoặc trục vít vừa quay vừa tịnh tiến đai ốc cố định Tùy theo ma sát sinh ra trên trục vít me mà người ta phân ra truyền động vít me – đai ốc ma sát trượt gọi tắt

là truyền động trượt và truyền động vít me – đai ốc ma sát lăn gọi là truyền động lăn

Hình 2.4.1.b: Cơ cấu vít me đai ốc bi

Chuyển động chính cần đảm bảo cứng vững để vừa chuyển động vừa chịu lực của cụm hút nhả gắn trên nó Chuyển động cần chính xác có thể đảo chiều nên lựa chọn cơ cấu vít me đai ốc là phù hợp

Vít me gọi chung là cơ cấu trục vít gắn liền với đai ốc dùng để truyền động cho cơ cấu trượt dọc trục theo trục vit me Khi truyền động thường thì trục vít me quay làm cho đai ốc chuyển động tịnh tiến Đôi khi tùy vào thiết kế của từng loại máy mà đai ốc quay làm cho vít me chuyển động tịnh tiến Trên

nguyên lý khi truyền động, nếu trục vít me đứng yên thì đai ốc chuyển động tịnh tiến hoặc đai ốc đứng yên thì trục vít me chuyển động tịnh tiến

Hình 2.4.1.c: Vít me bi chính xác.

Có nhiều loại vít me nhưng phổ biến nhất hiện nay là vít me bi Vít me bi là một

hệ thống truyền động ,được gia công chính xác để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến theo cơ chế con vít - bu lông (Đai ốc bi) Mà tiếp xúc giữa trục vít và đai ốc vít me là một lớp bi thép để giảm tối đa lực ma sát vít

me bi và nguyên lý hoạt động và các loại vít me thông dụng sát Giúp chuyền động một cách trơn tru và có độ chính xác cao, vít me bi có thể hoạt động liên tục và bền bỉ trong một thời gian dài

Kết luận: Với khả năng làm việc, tính năng vượt trội so với vít me đai ốc

thường chúng em quyết định chọn vít me đai ốc bi làm phương án truyền động chính cho cả 3 trục X, Y, Z

2.4.2 Chọn phương án chọn vòng bi.

Trong thuật ngữ về vòng bi thì có rất nhiều cách gọi khác nhau, (Tùy vào

vị trí địa lý, ngành nghề, chuyên ngành ) Nhưng từ để sử dụng chung nhất có lẽ

là "vòng bi’ Các thuật ngữ tương đương của Vòng bi có thể sử dụng những từ

như Bạc Đạn, Ổ bi, Ổ Lăn, Ổ Đỡ vv Nó đếu nhắc đến 1 sản phẩm gọi chung là Vòng bi Những từ ngữ này chỉ đích danh chủng loại của Vòng bi chứ không baohàm tính chung chung là Vòng Bi Bởi trong thuật ngữ Vòng bi nó còn được phân ra nhiều chủng loại với tên gọi khác nhau mà chúng ta sẽ cùng tìm hiểu phía dưới bài viết này để hiểu cặn kẽ

Cấu tạo chung của vòng bi gồm các bộ phận:

Hình 2.4.2.a: Cấu tạo chung của vòng bi

Trong hình ảnh trên thì con lăn của vòng bi là các hạt tròn hình cầu Nên

có thể gọi đó là vòng bi cầu bởi các hạt con lăn có hình hình cầu (hay còn gọi là

được thiết kế nhằm ứng dụng trong các mục đích khác nhau về loại tải và sức tải, chịu được lực hướng kính, lực dọc trục hoặc cả hai Vì vậy có nhiều chủng loại vòng bi khác được phát minh ra từ Vòng bi cầu cơ bản.

Như vậy cấu tạo chủ chốt của vòng bi chính là con lăn (Hay còn gọi là Hạt bi) Cấu tạo của hạt bi có hình thù khác nhau sẽ ứng dụng mục đích khác nhau về sức tải của vòng bi Có 2 loại vòng bi chính

o Dạng vòng bi cầu

Hình 2.4.2.b: Vòng bi cầu

o Dạng vòng bi ổ lăn

Hình 2.4.2.c: Vòng bi ổ lăn

Vòng bi có cấu tạo con lăn (hạt bi) hình cầu Hay còn gọi là vòng bi cầu là

vòng bi phổ biến nhất hiện nay bởi tính thông dụng vì có thể chịu được cả lực

hướng hướng kính và lực dọc trục và do thiết kế linh hoạt cũng như sự tiện lợi

Tuy nhiên điểm yếu của vòng bi cầu là sức tải Vòng bi cầu chỉ chịu được tải nhẹ, cho nên khó được ứng dụng vào các công việc đòi hỏi sức tải lớn do dễ bị biến dạng khi quá tải Do vậy các hãng sản xuất vòng bi đã phát minh ra các dạng vòng bi có hạt bi khác đi so với hình cầu nhằm tối ưu hóa sức tải của hạt bi

Do vậy chúng ta mới thấy có nhiều dạng hình thù của hạt bi không phải là hình tròn

Như vậy cấu tạo của hạt bi được bố trí khác nhau, và có hình thù khác nhau, sẽ quyết định sức tải của vòng bi nhằm phù hợp với nhu cầu tải trọng của máy móc Do đó tên gọi các chủng loại vòng bi này sẽ khác nhau dựa vào hình thù, cấu tạo của hạt bi

Các loại con lăn:

Hình 2.4.2.d: Các dạng con lăn

Cấu tạo của con lăn sẽ quyết định đến sức tải của Vòng bi, và phân loạivòng bi sẽ gọi theo hình thù của hạt bi Trong ví dụ minh họa trên, Con lăn hình

Như vậy qua các dẫn chứng minh họa trên chúng ta đã hiểu cơ bản cáchgọi tên Vòng bi dựa vào yếu tố nào Cũng như cấu tạo của vòng bi gồm những

bộ phận gì Và đâu là bộ phận quyết định đến sức chịu tải của vòng bi

Kết luận: Nhóm em chọn vòng bi cầu nhờ giá thanh không cao và khả

năng chịu lực toàn diện theo mọi phương phù hợp với yêu cầu thiết kế cũng nhưchịu lực của máy

2.4.3 Chọn phương án chọn khớp nối

Khớp khoá trục dùng để thay thế cho then mà không có độ rơ dọc trục.Với đặc điểm như vậy nên khóp khoá trục rất bền bỉ trong những chuyển độngkhông liên tục hoặc tải nặng Ngoài ra khớp khoá trục giúp loại bỏ chi phi giacông, giúp dễ tháo lắp và tăng độ cứng vững cho trục Vật liệu chế tạo từ thép,thép mạ niken, inox

Phương án 1: Khớp nối răng

Khớp nối răng được sử dụng rất phổ biến trong hộp số, cầu trục, tời nâng, ngành sản xuất thép, máy khuấy và băng tải

Hình 2.4.3.a: Khớp nối răng

Đặt điểm:

- Truyền động momen và tỉ số truyền lớn

- Cấu tạo tinh gọn

- Răng hình nón giúp tăng tuổi thọ

- Ít độ rơ dọc trục

- Răng được tôi cứng

- Dung sai đai ốc thấp

- Dễ thay thế tương thích

- Tốc độ: max 12000 v/p, Mômen 5.000.000 kg.cm, độ lệch trục lớn nhất

= 3 độ, độ không thẳng hàng trục lớn nhất = 3 mm

- Vật liệu chế tạo từ thép tiêu chuẩn S45C cho đến thép hợp kim

Phương án 2: Khớp nối nylon

Ứng dụng: nối trục mô tơ, máy phát điện, bươm và rất nhiều ứng dụng coupling trong công nghiệp từ tải nhẹ đến trung bình

Phương án 3: Khớp nối linh hoạt

Hình 2.4.3.c: Khớp nối linh hoạt

Đĩa bằng thép nằm giữa hai mặt bích giúp truyền động mô men lớn hơn vàcứng vững hơn

Tấm đĩa được làm bằng vật liệu inox cho phép độ linh hoạt cao

Ứng dụng: sử dụng cho máy công cụ, tháp giải nhiệt, máy chế biến gỗ, cánh khuấy

Phương án 4: Khớp nối 3 chấu

Hình 2.4.3.d: Khớp nối 3 chấu

Khớp nối ba chấu được cấu tạo bao gồm 2 hub bằng kim loại như: nhôm, đồng, thép, thép không rỉ, sắt dẻo và tấm đệm cao su ở giữa làm bằng vật liệu: Nitril, Urethane, Hytrel® Khớp nối ba chấu được sử dụng rộng rãi trong nhiều lãnh vực công nghiệp như: bơm, hộp số, máy nén khí, quạt, máy trộn, và băng tải

Phương án 5: Khớp nối xích

Hình 2.4.3.e: Khớp nối xích

Nhằm tăng tuổi thọ và tránh sự phân phán của mỡ, tốt nhất nên sủ dụng vỏbảo vệ bằng hợp kim nhôm

Ứng dụng: sử dụng cho hộp số, bươm, cánh khuấy, quạt, băng tải, máy nén khí, cẩu trục

Kết luận: Qua quá trình tìm hiểu chúng em đi đến quyết định chọn khớp

nối 3 chấu cụ thể là khớp nối mềm Lý do bởi nó phù hợp với kết cấu nhỏ của máy cũng như phổ biến trên thị trường

2.4.4 Các phương án chọn con trượt.

Con trượt là một bộ phận quan trọng trong hệ thống thiết bị dẫn hướng bao gồm thanh trượt và gối đỡ thanh trượt Hệ thống này đóng vai trò giúp cho máy móc hoạt động đúng hướng, chuẩn mực hơn, linh hoạt hơn

Con trượt có mặt trong hầu hết các máy móc trong công nghiệp, phổ biến nhất trong các loại máy như máy plasma cnc, robot, máy bốc xếp tự động, máy quấn dây, máy khoan tự động, …

Bên trong con trượt này là một hệ thống tròn lăn, giúp cho con trượtchuyển động êm ái hơn, ít ma sát và chống ồn hiệu quả

Có 2 loại con trượt phổ biến:

A) Con trượt tròn:

Đặc điểm :

Là con trượt nhưng có thanh trượt dạng ống và con trượt cũng dạng ống.

Hình 2.4.4.a: Con trượt tròn

Con trượt tròn là một bộ phận quan trọng trong hệ thống thiết bị dẫn hướng bao gồm thanh trượt tròn và gối đỡ thanh trượt tròn Hệ thống này đóng vai trò giúp cho máy móc hoạt động đúng hướng, chuẩn mực hơn, linh hoạt hơn

Con trượt tròn có mặt trong hầu hết các máy móc trong công nghiệp, phổ biến nhất trong các loại máy như máy plasma cnc, robot, máy bốc xếp tự động, máy quấn dây, máy khoan tự động, …

Bên trong con trượt tròn này là một hệ thống tròn lăn, giúp cho contrượt chuyển động êm ái hơn, ít ma sát và chống ồn hiệu quả

Ưu và nhược điểm

Ưu điểm

o Có khả năng dẫn hướng hiệu quả, linh hoạt và chính xác

o Có khả năng tiếp xúc và chịu được trọng tải lớn (mặc dù nhỏ hơn so với con trượt vuông)

o Khả năng chống ma sát cao

o Chống ồn hiệu quả

o Rẻ tiền

Nhược điểm

o Chịu tải trong nhỏ

o Không tồn tại mô men Mx

Con trượt tròn rất cần thiết để giúp cho các máy móc hoạt động trơn tru và đạt được hiệu quả cao nhất

B) Con trượt vuông:

Đặc điểm chung: Con trượt vuông sẽ giúp cơ cấu máy chuyển động tới lui một cách chính xác cho dù trên bản thân con trượt và rail trượt đang chịu một tải trọng nhất định thì dòng thiết bị này vẫn hoạt động êm ái và chính xác So với một số loại được gọi thanh trượt dẫn hướng khác như thanh trượt tròn thì thanh trượt vuông đáp ứng được độ cứng vững, cấp chính xác và tải trọng nặng gấp gần 1.5 lần so với dòng thanh trượt tuyến tính truyền thống như thanh trượt tròn cũng đồng nghĩa giá cả sẽ cao hơn nhiều so với thanh trượt tròn

Hình 2.4.4.b: Con trượt vuông

Ưu và nhược điểm

Nhược điểm

o Giá thành cao

o Kích thước khối lượng lớn

Hình 2.4.4.c: Cấu tạo con trượt vuông

Con trượt vuông được cấu thành từ 2 bộ phận chủ yếu là thanh trượt vàcon trượt

Thanh trượt hay rail là bộ phân cố định có dạng vuông yêu cầu độ chínhxác cao về mặt hình học, bao gồm các rãnh lăn bi và các lỗ cách đều nhau để bắt

ốc liên kết với các bộ phân cố định của máy

Con trượt bộ phận di trượt được bố trí ăn khớp với thanh trượt chứa bi tạo

ma sát lăn trong quá trình làm việc

So sánh con trượt vuông và con trượt tròn

Giống nhau

Dựa vào khái niệm thanh trượt tròn và thanh trượt vuông kể trên, chúng ta

có thể nhận thấy điểm giống nhau của chúng đều là những thiết bị dẫn hướnghoạt động dựa trên nguyên lý chuyển động tịnh tiến và đều được cấu tạo thanhtrượt bởi 2 bộ phận chính là con trượt và thanh trượt Đặc điểm giống nhau của

cả 2 thanh trượt giá rẻ này còn nằm ở khả năng đem lại những chuyển động trượttrơn tru, chính xác, ít ma sát, nhẹ nhàng và ít phát ra tiếng ồn lớn

Ứng dụng của thanh trượt vuông và thanh trượt tròn đều dùng làm thiết bịdẫn hướng cho các loại máy móc, thiết bị tự động hóa trong các ngành nghề, lĩnhvực công nghiệp

từ thép SUJ2, độ cứng bề mặt 60 đến 64 HRC và dược mạ chrome chống gỉ,chống ăn mòn hiệu quả

- Độ chính xác và độ bền, tuổi thọ của thanh trượt vuông cao hơn thanhtrượt tròn

- Giá thanh trượt vuông cao hơn thanh trượt tròn

- Tiếng ồn phát ra khi chuyển động của thanh trượt vuông êm ái, mượt màhơn thanh trượt tròn

- Thanh trượt vuông không có độ rơ, lắc ngang, đòi hỏi phải lắp đặt trênmặt phẳng còn con trượt tròn có khả năng hỗ trợ phù hợp với các cơ cấu lắp đặt

có bề mặt không phẳng tuyệt đối

- Thanh trượt vuông có cấu tạo đơn giản và dễ lắp đặt, tháo gỡ hơn thanhtrượt tròn

- Thanh trượt vuông có thể sử dụng thuận tiện, dễ dàng với nhu cầu cầnthanh trượt dài hơn 4m bằng cách cắt dây 2 đầu và nối lại được nhằm giảm thiểutối đa độ vấp khi con trượt chạy qua Còn thanh trượt tròn chỉ cho phép sử dụngtối đa đến 4m, khó sử dụng dài hơn vì quy trình nối khó khăn, đòi hỏi kỹ thuậtcao hơn

Vừa rồi là những so sánh thanh trượt vuông và thanh trượt tròn mà chúngtôi muốn giới thiệu, chia sẻ thông tin đến các bạn

Kết luận:

Qua những đặc điểm ưu việt mà con trượt vuông mang lại so với con trượttròn, chúng em đi đến quyết định chọn con trượt vuông làm hệ thống con trượt

o Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC.

Nhược điểm

o Phạm vi ứng dụng là ở vùng công suất nhỏ và trung bình Việc nghiên cứunâng cao công suất động cơ bước đang là vấn đề rất được quan tâm hiện nay (do momen xoắn nhỏ, momen máy nhỏ)

o Hiệu suất của động cơ bước thấp hơn các loại động cơ khác (vấn đề trượt bước)

B) Phương án 2: Động cơ một chiều (DC motor)

Ưu điểm:

o Momen xoắn lớn, giá thành rẻ

Nhược điểm:

o Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển lại phức tạp

o Phải có mạch phản hồi thì mới có thể nâng cao độ chính xác

C) Phương án 3: Động cơ xoay chiều (AC motor)

Ưu điểm

o Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều

o Đa dạng và rất phong phú về chủng loại, giá thành rẻ.

Nhược điểm

o Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển và phần chấp hành để đảm bảo

an toàn, momen khởi động nhỏ

o Mạch điều khiển tốc độ phức tạp ( biến tần )