Nghiên cứu thiết kế mô hình máy phay CNC

Nghiên cứu thiết kế mô hình máy phay CNC Nghiên cứu thiết kế mô hình máy phay CNC Nghiên cứu thiết kế mô hình máy phay CNC luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội -

TRƯƠNG VĂN HỢI

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ HÌNH

TS Nguyễn Văn Huyến

HÀ NỘI - Năm 2013

1

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN………3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ……… 4

MỞ ĐẦU 6

Chương 1: TỔNG QUAN MÁY CNC 7

1.1 CNC là gì? 7

1.2 Lịch sử hình thành và phát triển 7

1.3 Lợi ích của máy CNC 9

1.3.1 Tự động hóa sản xuất 9

1.3.2 Độ chính xác và lặp lại cao của sản phẩm 9

1.3.3 Linh hoạt 9

1.4 Phạm vi ứng dụng 10

Chương 2: thiết kế cơ khí 13

2.1 Thiết kế hệ chuyển động chay dao 13

2.1.2 Nhiệm vụ của truyền động chạy dao 14

2.1.3 Cơ sở tính toán cho chuyển động chạy dao 15

2.2 Chọn động cơ đầu cắt 16

2.2.1 Xác định thông số dao sử dụng 16

2.2.2 Phân tích lực tác dụng lên đầu dao 17

2.2.3 Xác định công suất và mômen xoắn trên trụ động cơ 18

2.3 Chọn động cơ trục Z 24

2.3 1 Lực chiều trục khi khoan 24

2.3.2 Công suất động cơ trục Z 25

2.4 Chọn động cơ trục Y 28

2.5 Chọn động cơ trục X 32

2.6 Tính toán thiết kế bộ truyền động 36

2.6.1 Bộ truyền động trục Z 36

2.6 2 Bộ truyền động trục Y 38

2

2.6 3 Bộ truyền động trục X 44

2.7 Kiểm nghiện độ bền trục vít me 49

Chương 3 :THIẾT KẾ mạch điều khiển 51

3.1 Khối PC 52

3.2 Khối điều khiển trung tâm 52

3.3 Khối mạch công suất 52

3.4.Khối nguồn 53

3.5 Khối giao tiếp máy tính và mạch điều khiển trung tâm 55

3.6 Khối đệm tín hiệu 56

3.7 Khối bật tắt đầu cắt 56

3.8 Khối công suất 57

Chương 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 59

4.1 Mô hình trục chuyển động quay 59

4.2.Phương trình động lực học của trục: 60

4.3.Đánh giá tính ổn định và chất lượng của hệ thống điều khiển 62

4 4 Mô phỏng gia công 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

PHỤ LỤC 80

3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Trương Văn Hợi, học viên lớp Cao học 11B.CĐT.KH Sau gần hai 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 đi đến cuối chặng đường để kết thúc khóa học

Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là:"Nghiên cứu, thiết kế

mô hình máy phay CNC " 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 cứ hình thức nào Nếu có tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Người cam đoan

Trương Văn Hợi

4

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 1.4: Máy phay 5 trục có trục chính thẳng đứng

Hình 1.5: Máy phay 5 trục loại thay dao thủ cụng (trỏi) và loại cú 4 trục chớnh song song (phải)

Hình 1.6: Máy phay CNC

Hình 2.1: truyền động chay dao

Hình 2.2: Mô hình truyền động vít me-đai ốc

Hình 2.3: Phân tích lực tác dụng lên đầu dao

Hình 2.4: Lực chiều trục khi khoan

5

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý

Hình 4.1 Mô Hình động lực học của trục quay

Hình 4.2 Hệ thống điều khiển tốc độ dưới tác động nhiễu Mc

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

Hình 4 5 Đáp ứng của hệ truyền đông khi tín hiệu là hỡnh nấc và hỡnh sin Hình 4 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

Hình 4.19: Tạo chi tiết

Hình 4.20 Phôi chi tiết

Hình 4.21: Dao và các thông số dao

Hình 4.22: Mô phỏng gia công

6

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 gia công trên cơ sở các thông số về kích thước, hình dáng của sản phẩm, chuyển sang thành quỹ đạo chuyển động trên không gian ba chiều

1.2 Lịch sử hình thành và phát triển

Trước đây, các chi tiết máy hoặc khuôn mẫu phức tạp thường được chia thành những phần nhỏ, đơn giản Sau đó, chúng được ghép nối lại với nhau thành chi tiết hoàn chỉnh bằng phương pháp hàn, tán Việc gia công này không đảm bảo độ chính xác cao, chi phí tốn kém Sau này nhờ công nghệ chép hình có thể gia công được những chi tiết phức tạp hơn Tuy vậy, việc gia công này vẫn còn 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 các chi tiết phức tạp

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

Mẫu đầu tiên của máy công cụ điều khiển số NC – Numerical Control do Viện 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 máy

8

bay Năm 1952, chế tạo thành công mẫu máy 3 trục và đến năm 1964 có 3500 chương trình NC được sử dụng Tuy nhiên, các bộ điều khiển số đầu tiên dung đèn 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 nghệ bán 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 tính năng 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 kỹ thuật 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 khiển thông 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 tới công nghệ cao dòng điện tích hợp dày đặc Khả năng của điều khiển tới phát sinh 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, phân tích chương trình và giao diện với người sử dụng Đồng thời nó có thể giám sát chất lượng sản phẩm, thay đổi dụng cụ khi cần thiết và truyền thông với các máy tính khác, robot như việc tải và gửi chương trình Những máy CNC có thể phân tích những vấn đề bên trong và cảnh báo cho người sử dụng biết những vấn đề nguy hiểm Sự khác nhau lớn nhất giữa máy NC và CNC là khả năng của bộ điều 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 giúp của 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

9

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

1.3 Lợi ích của máy CNC

1.3.1 Tự động hóa sản xuất

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

1.3.2 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 chính xác và độ phức tạp cao mà máy công cụ truyền thống không thể làm được Một khi chương trình gia công đã được kiểm tra và hiệu chỉnh, máy CNC sẽ đảm bảo cho “ra lò” hàng loạt sản phẩm phẩm với chất lượng đồng nhất Đây là yếu tố vô cùng quan trọng trong sản xuất công nghiệp quy mô lớn

1.3.3 Linh hoạt

Chế tạo một chi tiết mới trên máy CNC đồng nghĩa với nạp cho máy một chương trình gia công mới Được kết nối với các phần mềm CAD/CAM, công nghệ CNC trở nên vô cùng linh hoạt giúp các doanh nghiệp thích ứng với các thay đổi 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 là gia công cắt gọt kim loại, hiện tại CNC được dùng trong nhiều loại máy thuộc các lĩnh vực khác nhau: trải dài từ chế tạo máy tới ngành dệt may, điều khiển robot hay chế tạo thiết bị điện tử Từ dạng thiết bị NC (Numerical Control) đơn giản bằng vi mạch Lôgic rời ở đầu thập kỉ 70 (của thế kỉ trước) tới CNC ngày nay 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 là công nghệ chế tạo máy, ngành công nghệ đẻ ra các máy cái, phục vụ cho mọi ngành công nghiệp khác Chính vì vậy, thật dễ hiểu khi chúng ta – một đất nước còn chậm phát triển – đã và đang nỗ lực tìm ra con đường đi để tiến tới thiết bị CNC 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

11

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

12

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

13

Chương 2: thiết kế cơ khớ

* Đặt yờu cầu thiết kế

- Thiết kế loại mỏy phay CNC 3 trục loại nhỏ với giỏ thành hợp lý

GIỚI THIỆU VỀ KẾT CẤU THễNG SỐ MÁY PHAY CNC

* Thông số kỹ thuật dự kiến đạt đ-ợc sau khí chế tạo:

Mạch cụng suất: Thiết kế mạch cụng suất sử dụng mosfet để tăng cụng suất điều khiển, sử dụng được động cơ cú dũng điều khiển lớn

Điều khiển: Lập trỡnh điều khiển phối hợp cỏc trục, xõy dựng cỏc modul

bộ nội suy.Sử dụng Visual Basic để thiết kế giao diện

14

2.1 Thiết kế hệ chuyển động chay dao

Hình 2.1: truyền động chay dao

Cấu trúc của một hệ truyền động chạy dao được thể hiện như 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 phương thức tiêu chuẩn của một hệ truyền động chạy dao hiện đại

2.1.2 Nhiệm vụ của truyền động chạy dao

Nhiệm vụ chính của các hệ truyền động chạy dao là chuyển đổi các lệnh trong bộ điều khiển thành các chuyển động tịnh tiến hay quay tròn của những bàn máy mang dao hoặc chi tiết gia công trên máy công cụ Các chuyển động tịnh tiến là các chuyển động thẳng theo phương ba trục toạ độ của không gian ba chiều, còn các chuyển động quay tròn là các chuyển động xung quanh các trục toạ độ này

Chuyển động chạy dao là chuyển động dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo một phương trình xác định và phải đảm bảo được 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 đường cắt, biên dạng của dụng cụ cắt và c¸c yªu cÇu chi

+ Phạm vi điều chỉnh số vòng quay lớn

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

2.1.3 Cơ sở tính toán cho chuyển động chạy dao

Lực tác dụng lên đai ốc được 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 - bước vít me, mm;

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

T – Mô mem đặt lên trục vít me, N.m;

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

16

2.1.4 Trục vít me - đai ốc

Hỡnh 2.2: Mô hình truyền động vít me-đai ốc

Truyền động vit me - đai ốc được dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu vít trượt

18

2.2.2 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 được chia ra 2 thành phần: Lực vòng P (lực Pz) tác dụng theo tiếp tuyến của quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt và lực hướng kính Py

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

2.2.3 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 cắt phoi Dựa theo lực này mà người ta tính ra công suất cắt và tính các chi tiết của

cơ cấu chuyển động chính của máy Lực hướng kính Py gây ra áp lực lên ổ bi của trục chính của máy và uốn võng trục dao Dựa theo lực nằm ngang Ph (lực chạy dao) Người ta tính cơ cấu chuyển động chay dao và đồ gá kẹp phôi Lực này có thể gây ra rung động khi giữa vít me - đai ốc có khe hở Lực hướng kính

Pv có xu hướng 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”

- Số răng dao : Z1 = 3 (răng)

- Dao không gắn mảnh hợp kim cứng

* Vận tốc cắt:

Vận tốc cắt được xác định theo công thức:

z x m

q

Z B S t T

D C

v v v v

v

1 1

1

(m/ph) Trong đó :

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

D1 : đường kính dao phay

T1 : tuổi bền trung bình của dụng cụ cắt

t : chiều sâu phay

Sz : lượng chay dao

B : chiều rộng phay

Z1 : số lượng răng dao

2 7 , 46

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

45 , 0

1000

D

v

 = 3 , 14 2

75 , 24 1000

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

= 9,42 (m/phút)

Lượng chạy dao phút và lượng chay dao răng thực tế :

Chän SM1 = 810 ( mm/phót )

21

1 1

1

M

n Z

S

=

1500 3

810

= 0.18 (mm/răng)

Các giá trị trên được 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 vật liệu là nhôm

* Lực cắt P1:

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

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) Giá trị trên tính cho gia công khi phôi là thép cacbon, khi phôi là nhôm thì gia trị trên đuợc nhân với hệ số 0,25

= 45,8(W)

* Mômen xắn:

Mc1 =

1000 2

2 55 , 291

= 0,29(N.m)

- Số răng dao : Z2 = 4 (răng)

- Dao không gắn mảnh hợp kim cứng

* Vận tốc cắt:

Vận tốc cắt được xác định theo công thức:

z x m

q

Z B S t T

D C

v v v v

v

.

.

2 2

Knv = 0,8

Theo bảng (8-1) trang 17:

Kuv = 1,4

 Kv = Kmv Knv Kuv = 1.0,8.1,4 = 1,12

23

Ta có:

4 3 18 , 0 2 60

5 7 , 46

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

45 , 0

1000

D

v

 = 3 , 14 5

33 , 36 1000

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

2

M

n Z

S

=

1500 4

1080

= 0.18 (mm/răng)

Các giá trị trên được 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 vật liệu là nhôm

* Lực cắt P2:

Lực cắt P2’ khi cắt thép cacbon được 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)

= 104(W)

* Mômen xắn:

Mc2 =

1000 2

5 6 , 264

= 0,66(N.m)

Như vậy khi chọn động cơ ta phải chọn thoả mãn điều kiện sau:

- Công suất động cơ: NĐC ≥ NC2 = 104 (W)

2.3 1 Lực chiều trục khi khoan

P0

Hỡnh 2.4: Lực chiều trục khi khoan

P0 = Cp.Dzp.Syp.Kmp (KG)

Trong đó:

25

Cp : hệ số đối với lực chiêu trục xét đến điều kiện cắt nhất định

D : đường kính dao

S : lượng chạy dao khi khoan

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

zp; yp : chỉ số mũ xét đến ảnh hưởng của đương kính dao, lượng chạy dao

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

* chọn dao: - Đường kính dao: D = 5mm

- Số răng dao : Z = 4 (răng)

26

Z3 F'msz Fmsz Z2 Z1

Z

Hình 2.5: Lùc động cơ lên trục z

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

 Trọng lực ấn đầu dao xuông:

3

) = 8,50 Z1 = Z.cos8,50 = 585,06.cos8,50 = 578,63 (N)

27

MDCZ =

1000 2

Z

=

1000 2

10 76 , 142

30

67 , 266 14 3

= 27,9(rad/s)

 Công suất động cơ trục Z:

dcz z

dcz DCZ K

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

 z = knz.obz.vmz

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

9 , 27 714 , 0

- Hê số ma sát thanh trượt: tty = 0,1

- Hệ số ma sát của vít me: vmy = 0,1

Lực ma sát tác dụnglên thanh trượt:

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 phương Y là lớn nhất

Các thành phần lực cắt theo phương X, Y được xác định theo tỷ lệ đối với lực cắt vòng P

- Phay nghịch:

30

y = arctg(

16 2

Fvmy = Y1.vmy = 240,5.0,1 = 24,05(N)

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

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

Tổng hợp lực tác dụng lên vitme theo phương 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

Y

=

1000 2

16 4 , 123

9872 , 0

= 0,658 (N.m)

Công suất động cơ trục Y:

31

dcy y

dcy DCY

K

M

.

.







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

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

Chọn Ky = 1,5

 y = dy.oby.vmy

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

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

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

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

= 10,47(rad/s)

32

Công suất động cơ trục Y:

NDCY = 1 , 5

94 , 0 95 , 0

47 , 10 658 , 0

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

Tổng khôi lượng trục Z, trục Y và 2 thanh đứng tác dụng lên thanh trượt

33

* Sơ đồ lực tác dụng lên vitme:

x

Fvmx F'vmx X3 X1

=

1000 2

15 03 , 149

= 0,56 (N.m)

Công suất động cơ trục X:

dcx x

dcx DCX K

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

100 14 , 3

= 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:

36

+ Đông cơ DC:- nguồn vào 230V

- Công suất 135W

- Tốc độ tối đa 1500(vg/ph)

2.6 Tính toán thiết kế bộ truyền động

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

2.6.1 Bộ truyền động trục Z

Máy CNC được thiết kế là loại 2,5D và nguyên công gia công chỉ là cắt

và tạo rãnh trên phôi Vì vậy để đơn giản cho việc chế tạo và lắp ráp, chúng em chấp 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:

37

d =

) (

.

24

3 0 3

d D h Z

D T k

32 5 , 2 2 24

Khớp nối đủ an toàn với ứng suất dập

* Kiểm tra mômen xoắn:

38

Mà [T] = 2,5 (N.m)

 Tt < [T]  Khớp nối an toàn

2.6 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 được như vậy ta cần

sử dụng 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 được chế tạo thành vòng kín, có răng ở mặt trong khi vào tiếp xúc với bánh đai, các răng của đai sẽ ắn khớp với các răng trên bánh đai Do tiếp xúc bằng ăn khớp, truyền động đai răng có những ưu điểm sau: không có trượt, tỉ số truyền lớn (u≤12), hiệu suất cao, không cần lực căng ban đầu lớn, lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ Đai răng được chế tạo bằng cao su trộn với nhựa natric hoặc được đúc từ cao su poliuretan Lớp chịu tải chủ yếu là dây thép, sợi thuỷ tinh hoặc sợi poliamit

banh dai nho

banh dai lon

2.6 2.1 Xác định môdun và chiều rộng đai

+ môdun được xác định theo công thức:

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

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

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

ndcy = 100(vòng/phút)

my = 35.3

3 100

10 57 ,