Tài liệu thuyết minh đồ án dẫn hướng CNC pptx

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
PHẦN I – GIỚI THIỆU CHUNG
1- TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH SỐ (MÁY CNC)
1.1 - Giới thiệu chung về máy công cụ CNC
Ở các máy cắt thông thường, việc điều khiển các chuyển động cũng như thay đổi vận
tốc của các bộ phận máy đều phải thực hiện bằng tay,thời gian phụ thường khá lớn. Do đó
không thể nâng cao năng suất lao động. Để giảm thời gian phụ, cần thiết tiến hành tự động
hóa quá trình điều khiển. Trong sản xuất hàng loạt và hàng khối từ lâu người ta đã áp dụng
phương pháp gia công tự động với việc tự động hóa quá trình điều khiển bằng các vấu tỳ,
bằng mẫu chép hình, bằng cam trên trục phân phối…Đặc điểm của các loại máy này là rút
ngắn được thời gian phụ , nhưng thời gian chuẩn bị sản xuất khá dài , chỉ phù hợp với sản
xuất khối lượng lớn, không phù hợp với sản xuất lượng nhỏ và mặt hàng thay đổi thường
xuyên. Yêu cầu tìm ra một phương pháp điều khiển mới được đặt ra.
Với sự ra đời của phương pháp điều khiển theo chương trình số đã giải quyết được vấn
đề này. Đặc điểm quan trọng của việc tự động hóa quá trình gia công trên các máy công cụ
điều khiển bằng chương trình số (máy NC và máy CNC) là đảm bảo cho máy có tính vạn
năng cao. Điều đó cho phép gia công nhều loại chi tiết, phù hợp với sản xuất loạt nhỏ và
loạt vừa (chế tạo trên 70% sản phẩm của ngành chế tạo máy).
Các máy công cụ điều khiển bằng chương trình số – máy NC (numerical control) là máy
được tự động điều khiển toàn bộ hoạt động hay một vài hoạt động, trong đó các hành động
điều khiển được sản sinh trên cơ sở cung cấp dữ liệu dạng lệnh. Các lệnh này hợp thành
chương trình làm việc, các lệnh này được ghi lên một cơ cấu mang chương trình ( băng đột
lỗ, băng từ hoặc bộ nhớ máy tính….). Các thế hệ đầu, máy NC sử dụng các cáp logic hệ
thống, Phương pháp điều khiển theo điểm hoặc đoạn thẳng, vì vậy mà cũng chỉ gia công
được các chi tiết đơn giản như lỗ hay các đường thẳng song song với các chuyển đông mà
máy có. Các thế hệ sau, với sự phát triển của khoa học – kỹ thuật và công nghệ máy tính,
công nghệ phần mềm , các máy NC đã được cài đặt các cụm vi tính , các bộ vi xử lý và việc
điều khiển lúc này là phần lớn hay hoàn toàn. Phương pháp điều khiển theo đường biên, tức
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
1

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
là có mối qua hệ hàm số giữa các chuyển động theo các hướng tọa độ. Các máy NC này
được gọi là máy CNC (computer numerical control).
Hiện nay các máy này đã đươc sử dụng phổ biến trong quá trình sản xuất, đặc biệt là ở
các nước có nền công phiệp phát triển.
1.2 - Đặc trưng cơ bản của máy CNC
Tính năng tự động cao : máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời
gian phụ, do mức độ tự động được nâng lên vượt bậc. Tùy từng mức độ tự động, máy
CNC có thể thực hiện cùng lúc nhiều chuyển động khác nhau, có thể tự động thay
dao, hiệu chỉnh sai số dụng cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động
hiệu chỉnh sai lệc vị trí tương đối giữa đối tượng và chi tiết…
Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của máy có thể thay đổi dễ dàng, nhanh
chóng, thích ứng với các loại chi tiết khác nhau. Do đó rút ngắn thời gian chuẩn bị
sản xuất, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ. Bất cứ
lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết có chương trình, do đó
không cần sản xuất các chi tiết dự trữ mà chỉ cần lưu trữ chương trình của chi tiết đó.
Máy CNC có thể gia công được các chi tiết nhỏ và vừa, có khả năng đáp ứng khi
công nghệ thay đổi, và đặc biệt việc lập trình gia công cho máy không nhất thiết phải
thực hiện trên máy mà có thể thực hiện trên các máy tính
Tính tập trung nguyên công cao: Đa số máy CNC có thể thực hiện phần lớn các
nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặt chi tiết, vì thế các máy
CNC có phát triển và phối hợp với nhau thành các trung tâm gia công CNC.
Tính chính xác và đảm bảo chất lượng chi tiết cao: giảm được hư hỏng sai sót của
con người, có khả năng gia công hàng loạt với độ chính xác cao và lặp lại, đây là đặc
điểm ưu việt của máy CNC.
Gia công các biên dạng phức tạp : Máy CNC có khả năng gia công nhanh và chính
xác cả những biên dạng phức tạp mà các máy công cụ thông thường không thể gia
công được, ví dụ như là các bề mặt 3 chiều.
Tính hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao: có chế độ cắt được lựa chọn tối ưu cũng như là

các điều kiện của quá trình gia công như bôi trơn và làm mát… được tốt hơn hẳn so
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
2
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
với quá trình gia công trên máy thông thường nên tuổi thọ của dao tăng lên, tiết kiệm
dụng cụ cắt, đồ gá, các phụ tùng các. Giảm lượng phế phẩm và tiết kiệm người công,
đồng thời giảm thời gian sản xuất, tăng thời gian sử dụng của máy….
Bên cạnh các ưu điểm trên, các máy CNC cũng có những hạn chế nhất định như chi
phí ban đầu cho cho việc mua máy và lắp đặt rất lớn. Hệ thống cơ khí và hệ thống
điện cũng như các hệ thống các trên máy rất phức tạp, do đó quá trình bảo dưỡng
khó khăn và tốn kém. Và sử dụng máy CNC để gia công các chi tiết đơn giản làm
hiệu quả kinh tế thấp.
1.3 Mô hình khái quát máy CNC
Máy gồm 2 phần chính: phần điều khiển và phần chấp hành:
1.3.1 : Phần điều khiển gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển
+ Chương trình điều khiển: là tập hợp các tín hiệu (các lệnh) để điều khiển máy, được
mã hóa dưới dạng chữ cái , chữ số và một số ký hiệu khác như dấu cộng, dấu
trừ, Tập lệnh (chương trình) này được ghi lên các cơ cấu mang chương trình dưới
dạng mã như băng đục lỗ hay bộ nhớ máy tính….
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
3
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
+ Các cơ cấu điều khiển: nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các phép
biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu
chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của các cơ cấu chấp hành thông qua các
cảm biến….
Đây là thiết bị điện - điện tử rất phức tạp , đóng vai trò cốt yếu trong hệ thống điều khiển
của máy NC.

1.3.2 Phần chấp hành: Gồm các cơ cấu gia công kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề
tự động hóa như các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn….Cũng như các máy cắt gọt kim
loại khác, đây là bộ phận trực tiếp tham gia cắt gọt kim loại để thành chi tiêt. Tùy theo khả
năng công nghệ của máy mà máy có thể có: thân máy, bàn máy, trục chính, ……các kết cấu
được thiết kế với các đặc điểm đáp ứng được yêu cầu trong quá trình điều khiển tự động của
máy, ví dụ như phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý dễ thải
phoi và bôi trơn…
1.4 – Các phương pháp điều khiển
Một số phương pháp điều khiển máy CNC hiện nay là:
 Điều khiển điểm (điều khiển vị trí) : được dùng để gia công lỗ bằng các phương pháp
như khoan, khoét, doa….
 Điều khiển đường : dùng trong các máy để gia công các chi tiết mà dụng cụ căt thự
hiện lượng chay dao song song với 1 trục tọa độ của máy, thường áp dụng trên các
máy phay, máy điện đơn giản.
 Điều khiển theo đường viền: cho phép thực hiện chạy dao trên nhiều trụ 1 lúc, để có
thể gia công các chi tiết có biên dạng phúc tạp
Hình ảnh minh họa
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
4
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
Điều khiển điểm
Điều khiển đoạn
Điều khiển đường
2 - GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHAY ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC ( Computeriered Numberical Control)
Máy phay điều khiển số CNC hiện đang được sử dụng khá phổ biến trong các phân xưởng
cơ khí chế tạo khuôn mẫu ở nước ta. Các máy phay CNC được sử dụng đều được nhập khẩu
từ nước ngoài, do đó chủng loại và kiểu máy rất khác rất khác nhau tùy thuộc vào hãng sản
xuất. Để mở rộng khả năng công nghệ thì trong thực tế hiện nay người ta thương kết hợp
máy phay CNC với mấy khoan để tạo thành trung tâm gia công CNC. Các trung tâm gia

GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
5
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
công thường có 3 trục chuyển động của dao, để tăng khả năng gia công của máy đối với các
biên dạng chi tiết phức tạp, máy có thể có 5 trục chuyển động chay dao và trang bị bàn máy
quay.
2.1- SƠ ĐỒ KẾT CẤU ĐỘNG HỌC CỦA MÁY PHAY CNC
Hình 1: kết cấu động học của máy phay đứng CNC
Hình 1 là kết cấu động học của máy phay đứng CNC, bao gồm ác bộ phận cơ bản sau: Cụm
trục chính, hệ thống thay dao, bàn máy của máy phay và bộ điều khiển CNC
 Cụm trục chính là nơi gá đặt các dụng cụ cắt và tạo ra tốc độ cắt gọt. Trục chính
được dẫn động bởi một động cơ servo trục chính (trục Z) điều khiển được , được
điều khiển và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC, có khả năng cho ra tốc độ quay bất
khì trong giới hạn thiết kế của máy. Hệ thống truyền động và cụm trục chính được
tích hợp hệ thống phanh khí nén, nhằm phụ vụ cho việc thay đổi rốc độ quay trong
thời gian ngắn nhất. Tốc độ quay của trục chính luôn được các cảm biến đo và phản
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
6
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
hồi về bộ điều khiển CNC. Trên trục chính có lắp đặt hệ thống gá kẹp dụng cụ tự
động bằng khí nén hoặc thủy lực nhằm tự động hóa hoàn toàn quá trình thay dao.
Chuyển động theo trục Z của máy do cụm trục chính thực hiện , dẫn động nhờ một
động cơ servo trục Z thông qua bộ truyền vitmr đai ốc bi, được điều khiển và điều
chỉnh bởi bộ điều khiển CNC kín, có phản hồi.
 Hệ thống thay dao của máy phayCNC được tự động hóa hoàn toàn , thông thường
nó là các ổ chứa kết hợp với kẹp dụng cụ kép. Vị trí thay dao của cụm trục chính là
vị trí được xác định bởi nhà sản xuất nhằm không xảy ra hiện tượng va đập với các
chi tiết và các bộ phận khác của máy trong quá trình thay dao. Hiện nay, các nhà sản

xuất trung tâm gia công cơ khí CNC còn đưa ra một hệ thống thay dao đơn giản hơn
đó là ổ chứa dao tự hành, vừa có chức năng chứa dao, vừa có chức năng thay dao tự
động.
 Bàn máy của máy phay CNC thông thường có hai khả năng chuyển động theo 2 trục
X và Y , được dẫn động nhờ các động cơ servo, thông qua bộ truyền động vitme bi,
được điều khiển và điều chỉnh tốc độ bởi bộ điều khiển CNC kín có phản hồi.
 Bộ điều khiển CNC của máy phay có nhiệm vụ biên dịch chương trình điều khiển số
được nạp vào bộ điều khiển , tiến hành xử lý thông tin và phát lệnh điều khiển các cơ
cấu chấp hành. Các lệnh điều khiển được phân nhánh thành 2 lệnh hệ cơ bản đó là :
hệ lệnh đường đi và hệ lệnh đóng ngắt nhằm điều khiển quá trình thình thành hình
dáng hình học của chi tiết.
2.2 - CÁC CƠ CẤU ĐẶC TRƯNG CỦA MÁY PHAY ĐIỀU KHIỂN SỐ.
a, hệ thống kẹp và tháo dụng cụ tự động của máy phay CNC
Hệ thống kẹp và tháo dụng cụ của máy phay CNC được tích hợp trên trục chính với nguồn
năng lượng tháo dụng cụ là khí nén và khép chặt bằng hệ thống lò xo đĩa.
Trình tự tháo lỏng dụng cụ được thực hiện như sau: khí nén đi vào phía trên xylanh đẩy
piston chuyển động đi xuống , thông qua trục kẹp ép lò xo đĩa làm mỏ kẹp mở ra và đẩy
dụng cụ ra khỏi trục chính , đồng thời khí nén được thổi qua tâm trục kẹp làm sạch bề mặt
gá kẹp.
Trình tự kẹp chặt dụng cụ được thực hiện như sau: dụng cụ được cài đặt đúng vị trí trong
trục chính, khí nén được đưa vào phía dưới của xylanh đẩy piston đi lên, hệ thống lò xo đĩa
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
7
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
đẩy trục kẹp đi lên, kéo hệ thống mỏ kẹp chuyển động đi theo lên trên, khi nó gặp gờ chặn
thì các mỏ kẹp kẹp chặt đuôi của dụng cụ kéo lên phía trên.
Sơ đồ hệ thống kẹp và tháo dụng cụ tự động
b/ Hệ thống đường dẫn hướng trong máy phay CNC
Trong các máy phay CNC đường dẫn hướng được ưu tiên sử dụng các cặp ma sát lăn được

Modun hóa và tiêu chuẩn hóa nhằm tăng khả năng dịch chỉnh nhỏ, chính xác, tránh được
hiện tượng trượt kiểu bước nhảy.
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
8
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
c/ Hệ thống thay dao tự động của máy phay CNC
Trong các máy phay điều khiển số và các trung tâm gia công có khí hiện nay thì hệ thống
thay dao có hai dạng cơ bản là : ổ chứa dao kết hợp với tay kẹp dụng cụ kép và ổ chứa dao
tự hành
• Dạng thứ nhất: Hệ thống thay dao có ổ chứ dao kết hợp với tay kẹp dụng cụ kép, khi
chương trình điều khiển số NC gọi một dụng cụ mới thì bộ điều khiển CNC điều
khiển ổ chứa dao quay , đưa dụng cụ được gọi vào vị trí sẵn sàng thay dao đồng thời
điều khiển cụm trục chính chuyển động lùi về vị trí thay dao, tay kẹp dụng cụ quay
90
o
đồng thời kẹp cả hai dụng cụ trên trục chính và trên ổ chứa dao, quá trình tháo 2
dao thực hiện bởi sự phối hợp của hệ thống tháo lỏng dụng cụ khi tay kẹp đi xuống,
sau đó tay kẹp quay 180
o
đổi vị trí hai dụng cụ, rồi chuyển động đi lên đưa 2 dụng cụ
vào ổ trục chính và ổ chứa dao.
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
9
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
• Dạng thứ hai: ổ chứa dao tự hành, khi
chương trình điều khiển số gọi một
dụng cụ thì bộ điều khiển CNC điều
khiển cụm trục chính chuyển động về

mặt phẳng thay dao, đồng thời ở chứa
dao chuyển động tịnh tiến hướng vào
cụm trục chính kẹp dụng cụ cần được
thay trên trục chính. Hệ thống kẹp
dụng cụ trong trục chính được điều
khiển tháo lỏng, trục chính chuyển
động đi lên tháo hoàn toàn dụng cụ
khỏi cụm trục chính. Ổ chứa dao
quay, đưa dụng cụ được gọi bởi chương trình NC vào vị trí thay dao nằm dưới trục
chính, khi đó trục chính chuyển động đi xuống kẹp chặt dụng cụ và ổ chứa dao tịnh
tiến lùi về vị trí ban đầu.
• Hình ảnh minh họa :
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
10
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
d/ Hệ thống gá kẹp chi tiết gia công
Trên máy phay điều khiển só thông thường sử dụng
các thiết bị kẹp như :
+ Thiết bị kẹp cơ khí (gồm đòn kẹp, gối đỡ, bulông kẹp đầu chữ T).
+ Êtô : êtô kẹp bằng tay và êtô thủy lực có lực kẹp điều chỉnh được (có tự định tâm
hoặc không tự định tâm).
+ Bàn Quay có 2 vị trí gá kẹp
+ Gá kẹp modun
Trên các trung tâm gia công hiện đại kết hợp việc sử dụng rôbốt để tự động hóa các quá
trình gá đặt, kẹp chặt cũng như tháo chi tiết sau khi gia công. Điểm không của máy phay
điều khiển số M thường được các nhà sản xuất đặt trước thông thường là điểm phía trên,
bên trái, khí trước của gá kẹp và là điểm cố định. Điểm không của chi tiết W thì do người
dùng quy định , ưu tiên điểm phía trên, bên trái , mặt trước của chi tiết.
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI

11
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
12
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
PHẦN II – THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CẮT THỬ NGHIỆM VÀ CÁC LỰA CHỌN SƠ BỘ
1 SỐ LIỆU CHO TRƯỚC
+ 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
+ Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công: V
1
= 18 m/phút = 0,3 m/s
+ Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công có lực : V
2
= 15 m/phút = 0,25 m/s
+ Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống : a = 0,4g m/s
2
= 3.92 m/s
2
+ Thời gian hoạt động : 05 đến 07 năm
+ Cho trước các kết cấu của các cụm bàn máy X, Y để gắn vitme bi và ray dẫn hướng:
/>+ Cho trước tài liệu hướng dẫn cuae hãng sản xuất vitme và ray dẫn hướng
+ Cho trước tài liệu của các hãng sản xuất động cơ
2 – TÍNH TOÁN LỰC CẮT ỨNG VƠI CHẾ ĐỘ CẮT THỬ NGHIỆM
• Tốc độ quay tối đa trong quá trình gia công của trục chính Z
(vòng/phút)

• Lượng chạy dao răng (fz) là lượng dịch chuyển của chi tiết trong thời gian 1 răng ( 1
lưỡi cắt) của dao phay ăn vào kim loại (đơn vị mm/răng)
(mm/răng)
Trong đó:
+ F là lượng chạy dao tính theo phút (mm)
+ Z là số lưỡi cắt
+ n là tốc độ quay của trục chính Z (vòng/phút)
• Góc nghiêng chính của lưỡi cắt, đối với dao phay mặt đầu thì
• Tính toán lực trên website được kết quả như sau:
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
13
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
Tính toán trên ta được M
C
= 83 (N.m)
• Các thành phần lực cắt khi gia công chi tiết ở chế độ phay mặt đầu:
Tac có :
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
14
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
3- Lựa chọn sơ bộ
a, Lựa chọn kiểu lắp ổ đỡ cho vitme
Các máy phay CNC có tốc độ quay của vitme không lớn hay tốc độ dịch chuyển của
bàn máy là không lớn nhưng để đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng sản phẩm cao khi
gia công trên máy CNC thì hệ thống dẫn hướng yêu cầu độ chính xác cao. Do đó lựa chọn
kiểu lắp ổ đỡ chung cho vitme dẫn động 2 bàn là kiểu lắp 1 đầ lắp chặt và 1 đầu di động
(fix- support):
Với kiểu lắp ghép này, hai hệ số phụ thuộc vào kiểu lắp ghép và nhận các gia trị là :

và
b, Sơ đồ tính toán lực dọc trục
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
15
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
Trường hợp hệ bàn máy và vitme nằm theo phương ngang
Các công thức tính lực dọc trục:
• Khi tăng tốc về bên trái :
• Khi chạy đều về bên trái :
• Khi gia công về bên trái :
• Khi giảm tốc về bên trái :
• Khi tăng tốc về bên phải :
• Khi chạy đều về bên phải :
• Khi gia công về bên phải :
• Khi giảm tốc về bên phải :
Trong đó:
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
16
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
- là lực cắt chính của máy:
- là lực theo phương Z (thẳng đứng):
- là hệ số ma sát trượt :
- f là lực chống không tải : f = 0
- m là tổng khối lượng ứng với mỗi bàn máy tác dụng lên vitme
c, lựa chọn tốc độ quaylớn nhất của động cơ dẫn động khi làm việc và bước vitme
- Tốc độ quay lớn nhất của động cơ khi làm việc: n = 2000 (vòng/phút)
- Bước vitme l được xác định theo công thức:
Chọn sơ bộ bước vitme

II – TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CHO BÀN MÁY X
1 - Tính toán và lựa chọn vitme
1.1- Tính toán tải dọc trục
Khối lượng chi tiết gia công lớn nhất là M = 300 kg
Khối lượng bàn máy X (cho trước) M
X
= 140 kg
• Khối lượng tổng cộng ứng với bàn máy X : m
X
= M + M
X
= 300 + 140 = 440 kg
Thay số liệu vào các biểu thức tính toán lực dọc trục ta được bảng số liệu lực dọc
trục tác dụng lên trục X
(Đơn vị :kgf)
220 44 239 -132 -220 -44 -239 132
1.2- Tính lực tác dụng trung bình và tải trọng tác dụng lên vitme
• Lực trung bình:
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
17
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
Để đơn giản ta tính gần đúng
• Tải trọng tĩnh:
• Tải trọng động:
Trong đó:
 là lực dọc trục trung bình
 là tốc độ quay trung bình của trục vitme :
 là hệ số bền tĩnh, với máy công cụ , chọn
 là hệ số tải động, lựa chọn theo bảng sau:

Lấy
 là tuổi thọ yêu cầu của vitme, từ 5-7 năm làm việc , tương đương 21000h làm
việc
Thay số vào tính toán ta được kết quả như sau:
(kgf) n (vòng/phút) (kgf) (kgf)
232 1590 464 3509
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
18
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
 Vitme lựa chọn phải có tải trọng động
1.3- Lựa chọn vitme và kiểm tra sơ bộ, lựa chọn ổ đỡ
 Lựa chọn kiểu bi và vitme:
Máy phay CNC yêu cầu hệ thống dẫn động có độ cứng vững cao , độ hao phí không quá
quan trọng, do đó lựa chọn bi kiểu lưu chuyển bi ngoài, kiểu FDWC, số bi B.2 hoặc B.3
Kết cấu như hình vẽ
Tra cứu datasheet của hãng PMI ta lựa chọn được vitme với các thông số sau:
Vậy lựa chọn vitme 30 – 10B2-FWDC
+ Đường kính vitme D = 32 mm
+ Bước vitme l = 10 mm
+ Tải trọng tĩnh : C
0
= 10880 kgf
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
19
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
+ Tải trọng động: Ca = 4660 kgf
+ Đường kính lõi ren của trục vitme : (mm)
 Kiểm tra sơ bộ:

+ Tuổi thọ làm việc
(giờ)
+ Tốc độ quay cho phép
L là chiều dài sơ bộ của vitme, dựa vào bản vẽ kết cấu bàn máy cho trước ta
xác định được chiều dài sơ bộ vitme L = 1110 mm
 (vòng/phút)
Như vậy, vitme đã chọn đáp ứng được các yêu cầu đặt ra.
 Lựa chọn ổ đỡ
Thông số lựa chọn ổ đỡ
+ Đường kính trong D = 40 mm
+ Tải trọng tĩnh C
0
= 464 kgf = 4,64 kN
+ Tải trọng động C
a
= 3509 kgf = 35,059 kN
Tính toán và lựa chọn ổ bo trên ta được kết quả:
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
20
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
1.4 - Momen quán tính và momen tác phát động cho trục X
a Momen quán tính
- Momen quán tính khối:

- Trên phần dịch chuyển:
- Trên phần ghép nối
- Tổng momen quán tính:
B, Momen tác động tác dụng lên trục X
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI

21
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
Ta có tốc độ dịch chuyển của bàn máy X là không lớn, tốc độ lớn nhất khi gia công là
15 m/s và tốc độ dịch chuyển lớn nhất khi không gia công là 18 m/s trong khi gia tốc của
bàn máy là rất lớn, ,vì vậy thời gian tăng tốc rất ngắn, Ở đây chỉ tính
cho gian đoạn chạy đều, chiếm phần lớn thời gian gia công,
 Momen đặt trước:

Trong đó : k = 0.3;
 Momen do lực ma sát, trong máy phay CNC , momen lớn nhất trong quá trình gia
công thô:
 Momen phát động cần thiết = momen đặt trước + momen ma sát khi phay thô
 = 4,51 (N.m)
1.5 : Tính toán ứng suất tác dụng lên trục vitme


Trong đó:
• T là momen phát động cần thiết : T = T
L
= 4,51 (N.m)
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
22
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
• J là momen quán tính khối của trục vitme:


Chọn vật liệu làm trục 50CrMo4 có + độ cứng biến dạng : 1,1 x 10
8

N/m
2
+ Độ cứng chống uốn : 0,8 x 10
8
N/m
2
Do vậy trục vitme đảm bảo an toàn
2 - Tính toán và lựa chọn động cơ
2.1 - các thông số đầu vào
- Tốc độ quay lớn nhất của động cơ : (vòng/phút)
- Momen động lượng :
- Momen khối lượng của rôto :
- Bước vitme : h = 10 mm = 0,01m
- Gia tốc trọng trường : g = 9.8 m/s
2
- Hệ số ma sát :
- Khối lượng của phần đầu dịch chuyển : m =440 kg
- Góc nghiêng của trục động cơ và trục vitme α = 0 (do sử dụng phương pháp nối trục)
- Tỉ số truyển: i = 1
- Hiệu suất truyền động: ta lấy
- Lực cắt lớn nhất :
2.2 – Tính toán và lựa chọn động cơ
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
23
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
• Momen ma sát:
• Momen chống trọng lực kết cấu:
• Momen máy:
• Momen tĩnh

Lựa chọn động cơ:
Lựa chọn động cơ servo để dẫn động, tra datasheet của hãng ALILAM ta lựa chọn được
động cơ phù hợp là: AM 1160A có momen phát động M = 5,2 N.m và tốc độ quay tối đa là
3000 vòng.phút
3 – TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN RAY DẪN HƯỚNG CHO BÀN X
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
24
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG DUNG CHO MÁY
CNC
3.1 : Các thông số đầu vào
Tải trọng tĩnh C
0
= 464 kgf = 4,55 kN
Tải trọng động C
a
= 3509 kgf = 34,39 kN
Lựa chọn ray dẫn hướng sơ bộ:
Ta chọn sơ bộ ray dẫn hướng MSA 30 A có:
• Tải trọng tĩnh C
0
= 57,8 kN
• Tải trọng động C = 39,2 kN
Vận tốc lớn nhất khi không gia công V
1
= 18 m/s
Vận tốc lớn nhất khi gia công V
2
= 15 m/s
Gia tốc của bàn máy a = 0,4g = 3,92 m/s
2

Tính toán lực tác dụng lên ray ta xét trường hợp lực lớn hơn, v = 18 m/s
+ Thời gian tăng tốc (t
1
) và thời gian giảm tốc (t
2
):
GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN SVTH: BÙI XUÂN TỚI
25