Bài giảng Truyền động và điều khiển máy CNC: Chương 4.1 Truyền động trong máy công cụ CNC cung cấp cho người học những kiến thức như: Truyền động trục chính; Nhiệm vụ của truyền động chạy dao; Tính chất của truyền động chạy dao; Cấu trúc hệ truyền động chạy dao; Tính toán truyền động chạy dao; Tính toán tải trọng tĩnh – Static load.
Trang 1TRUYỀN ĐỘNG VÀ
ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC
Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM
Đường Công Truyền
Chương 4
TRUYỀN ĐỘNG TRONG MÁY
CÔNG CỤ CNC
Trang 2TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CHÍNH
Truyền động trục chính
• Tạo ra chuyển động
chính
• Gồm:
– Động cơ servo
– Thiết bị truyền động
• Chuyển động quay của
động cơ được truyền
đến trục chính qua bộ
truyền đai
Trang 3Truyền động trục chính
• Truyền động bánh
răng : không thích hợp
cho gia công tốc độ
cao
• Gần đây, truyền động
trực tiếp (không qua
bộ truyền đai) được
sử dụng cho số vòng
quay rất cao (> 10000
vg/ph) n 1000 V ( vg ph / )
d
=
Truyền động trục chính
Trang 4Truyền động trục chính
Bài tập về nhà 1
• Tính số vòng quay (vòng/phút) và tốc độ chạy dao (inch/phút) cho
dao phay ngón (vật liệu HSS, 4 răng , đường kính 1 inch) gia công trên
phôi bằng hợp kim nhôm
Trang 5TRUYỀN ĐỘNG CHẠY DAO
Nhiệm vụ của truyền động chạy dao
• Tạo chuyển động chạy dao
• Chuyển đổi các lệnh điều chỉnh trong bộ
điều khiển thành các chuyển động tịnh
tiến (hay quay tròn) của bàn máy mang
dao (hay phôi) trên máy công cụ
Trang 6Tính chất của truyền động chạy dao
• Có tính động học rất cao: bàn máy phải theo
kịp biến đổi trong thời gian ngắn nhất nếu đại
lượng dẫn biến đổi
• Có độ vững chắc số vòng quay cao: cần giảm
đến mức thấp nhất ảnh hưởng của lực cản
chạy dao đến tốc độ chạy dao
• Phạm vi điều chỉnh số vòng quay rất cao: từ
1:10000 đến 1:30000
• Đáp ứng được những lượng gia tăng dịch
chuyển rất nhỏ (≤ 1 m)
Cấu trúc hệ truyền động chạy dao
• Gồm:
– Động cơ servo
– Thiết bị truyền động
• Chuyển động quay của động cơ được truyền
đến trục chính qua bộ truyền trục vít-đai ốc bi
Trang 7Cấu trúc hệ truyền động chạy dao
• Truyền động chạy dao kiểm soát vận tốc và
mômen xoắn của bàn máy thông qua các thiết
bị truyền động của các trục dựa trên các lệnh
về vận tốc từ hệ điều khiển CNC
TÍNH TOÁN TRUYỀN ĐỘNG CHẠY DAO
Trang 8Tính toán truyền động chạy dao
• Các động cơ truyền động chạy dao cần phải
vượt qua các tải trọng tĩnh (static load) và tải
trọng động (dynamic load) trong máy CNC
• Static load để vượt qua:
– Ma sát trong các thanh dẫn hướng
– Ma sát trong các ổ bi
– Lực chạy dao tác động lên bàn máy
• Dynamic load để làm chuyển động:
– Bàn máy, chi tiết
– Trục vít truyền động
Tính toán tải trọng tĩnh – Static load
• Do ma sát giữa bàn máy và thanh dẫn hướng
(guideway):
– Mômen xoắn tác động lên motor do ma sát:
– gf: hệ số ma sát trên thanh dẫn hướng
– m t: khối lượng bàn máy
– m w: khối lượng chi tiết
– h p: bước vít
– g: gia tốc trọng trường
Trang 9Tính toán tải trọng tĩnh – Static load
• Do ma sát của bi trục vít
– Mômen xoắn mất đi do ma sát của ổ bi :
– p: hệ số ma sát trên ổ bi
– d b: đường kính ổ bi
– F f: lực cắt chạy dao max
– F p: tải trọng trước khi làm việc (preload)
Tính toán tải trọng tĩnh – Static load
• Lực chạy dao tác động lên bàn máy
– Mômen xoắn tác động lên trục vít do lực chạy dao
– F f : lực cắt chạy dao max (theo phương x)
– h p: bước vít
Trang 10• Tổng mômen xoắn do tải trọng tĩnh
• Trường hợp có sử dụng hộp giảm tốc với tỉ số
truyền là r g, thì tổng tải trọng tĩnh tác động lên
motor sẽ giảm:
Tính toán tải trọng tĩnh – Static load
• Mômen quán tính của bàn máy và chi tiết tác động
lên trục vít
Tính toán tải trọng động – Dynamic load
Trang 11• Tổng mômen quán tính tác động lên trục động cơ
• J m : mô men quán tính của trục động cơ (tra bảng từ loại động cơ)
• r g: tỉ số truyền hộp giảm tốc
Tính toán tải trọng động – Dynamic load
• Mômen quán xoắn do tải động và tĩnh
• : vận tốc góc của động cơ
• B : hệ số giảm chấn
• J e: tổng mômen quán tính tác động lên trục động cơ
Tính toán tải trọng động – Dynamic load
Trang 12• Tính toán lựa chọn động cơ DC servo cho truyền động chạy
dao trên máy phay CNC 3 trục với các thông số như sau:
Ví dụ
• Mômen xoắn tác động lên motor do ma sát giữa
bàn máy và thanh dẫn hướng
Ví dụ
Trang 13Ví dụ
• Mômen xoắn mất đi do ma sát của ổ bi :
Ví dụ
• Mômen xoắn tác động lên trục vít do lực chạy dao
• Tổng mômen quán tính do tải trọng tĩnh
Trang 14• Mômen quán tính của bàn máy và chi tiết tác động
lên trục vít
Ví dụ
• Mômen quán tính của trục vít
Ví dụ
Trang 15• Tổng mômen quán tính tác động lên trục động cơ
Ví dụ
• Gia tốc góc trên trục động cơ
Tính toán tải trọng động – Dynamic load
Trang 16• Mômen quán xoắn do tải động và tĩnh
Ví dụ
• Chọn động cơ DC servo
Ví dụ
Động cơ DC servo được chọn
18.90 N.m trong khoảng thời
gian tăng tốc là 0.1 s