Tài liệu Đồ án thiết kế hệ thống thay dao cho máy CNC docx

Đồ án
Thiết kế hệ thống thay dao cho
máy CNC


TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN MÔN HỌC:THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Mã HP:ME4336

Giáo viên hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện:
Lớp :
MSSV:
I.
II.

Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế mô đun cấp dao cho hệ thống thay dao tự động
Số liệu cho trƣớc :
1.Hệ thống thay dao cho máy phay đứng
2.Hệ thống tháo và kẹp dao: dùng xi lanh chuyển đổi khí nén – thủy lực
3.Loại thay dao (TP): KTM (Không tay máy)
4.Nguồn lực di chuyển cụm chứa dao chạy đến trục chính (PO 1 ): KN(Khí nén)
5.Nguồn lực quay cụm chứa dao(PO 2 ):ĐC(Động cơ điện)
6.Số lượng ổ chứa dao : N =16
7.Loại côn gắn chuôi dao :BT40
8.Khối lượng một con dao:M=7 Kg
9.Đường kính lớn nhất của một con dao : D max = 80 mm
10.Thời gian thay dao gần nhất : T1 = 3 s
11.Thời gian thay dao xa nhất : T 2 = 7s

III.

Nội dung:
1. Xây dựng sơ đồ động của toàn hệ thống thay dao tự động,trình bày sơ lược về quy trình thiết
kế hệ thống thay dao tự động(có thể tham khảo đồ án CĐT1 và lấy cơng thức tính tốn từ đó)
2. Xây dựng sơ đồ khối thuật tốn điều khiển trả dao / lấy dao
3. Bản vẽ sơ đồ điều khiển điện,khí nén(hoặc thủy lực) phù hợp với yêu cầu của đầu bài
4. Mô phỏng hoạt động của hệ thống thay dao tự động bằng phần mềm máy tính (tự chọn phần
mềm)
5. Lập trình PLC trên 1 hệ thống điều khiển CNC cụ thể (không bắt buộc)
Hà Nội ,ngày …..tháng ….. năm 2012
Giáo viên hƣớng dẫn


Mục lục
Contents
LỜI NÓI ĐẦU ..............................................................................................3
1.1.Xây dựng sơ đồ khối cho toàn hệ thống thay dao tự động: .......................4
1.1.1.Khái niệm sơ đồ động: ........................................................................4
1.1.2.Sơ đồ động của toàn hệ thống thay dao tự động : ..................................4
1.2.Quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự động với 16 đài dao: ...................5
1.2.1.Quy trình tính tốn thiết kế hệ thống thay dao tự động: .........................5
1.2.2.Tính tốn Đĩa tích dao :.......................................................................6
1.2.2.1 Xác định các thơng số hình học của Đĩa tích dao : .............................6
1.2.2.2. Tính toán cơ cấu Man cho Tang chứa dao ...................................... 12
1.2.2.3. Tính tốn và lựa chọn ổ lăn............................................................ 20
1.2.2.4. Tính tốn trục đỡ Tang .................................................................. 23
1.2.3. Tính tốn hệ thống dẫn động cho cơ cấu thay dao .............................. 24
PHẦN 2. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN TRẢ DAO/ LẤY DAO

........................................................................................................................ 27
2.1.Khái niệm sơ đồ khối thuật toán : ......................................................... 27
2.2 Sơ đồ khối thuật toán trả dao/lấy dao(thay dao) ..................................... 30
PHẦN 3: BẢN VẼ SƠ ĐỒ ĐIỆN ,KHÍ NÉN PHÙ HỢP VỚI YÊU ................ 38
1.Sơ đồ điện điều khiển ............................................................................. 38
2.Sơ đồ khí nén ......................................................................................... 39
PHẦN 4.MƠ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ
ĐỘNG BẰNG PHẦN MÊM SOLIDWORKS .................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 50


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay khoa học kĩ thuật đang phát triển rất nhanh,mang lại nhưng lợi ích cho
con người về tất cả những lĩnh vực vật chất và tinh thần.Để nâng cao đời sống nhân dân
và hòa nhập với sự phát triển chung của thế giới,Đảng và nhà nước ta đã đề ra những mục
tiêu đưaa đất nước đi lên thành một nước cơng nghiệp hóa hiện đại hóa.Để thự hiện điều
đó thì một trong những ngành cần quan tâm phát triển đó là ngành Cơ khí nói chung và
ngành Cơ điện tử nói riêng vì nó đóng vai trị quan trọng trong việc sản xuấ ra các thiết bị
công cụ(máy móc,robot…) của mọi ngành kình tế quốc dân.Muốn thực hiện việc phát
triển ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kĩ thuật có trình độ chuyên môn
đáp ứng được yêu cầu của công nghệ tiên tiến,cơng nghệ tự động hóa theo dây chuyền
trong sản xuất.
Tính toán thiết kế hệ thống Cơ điện tử là nội dung khơng thể thiếu trong
chương trình đào tạo kỹ sư Cơ điện tử.Đồ án môn học này giúp cho sinh viên có thể hệ
thống hóa lại các kiến thức của môn học như : Chi tiết máy,Vẽ kĩ thuật,Cơ học kĩ
thuật,Nguyên lỹ máy,Sức bền vật liệu,…Đồng thời cũng giúp chúng em học thêm một số
phần mềm cần thiết cho việc thiết kế ,mơ phỏng cần thiết như Catia,...ngồi ra giúp
chúng em làm quen với công việc thiết kế và làm đồ án tốt nghiệp sau này.
Dù đã có cố gắng hoàn thành đồ án này với cường độ làm việc cao,cùng sự hướng
dẫn nhiệt tình và cụ thể của các thầy trong bộ mơn,nhưng do hiểu biết cịn hạn chế cộng

với chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên chắc chắn đồ án này khơng tránh khỏi được khả
năng thiếu sót và bất cập.Vì vậy em rất mong sự sữa chữa và góp ý của các q thầy cơ
để em rút kinh nghiệm và bổ sung thêm kiến thức cho mình.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các thầy cơ trong Viện Cơ
Khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê
Thanh Sơn đã giúp em hoàn thành đồ án này.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Anh Đức


1.1.Xây dựng sơ đồ khối cho toàn hệ thống thay dao tự động:
1.1.1.Khái niệm sơ đồ động:
Sơ đồ động của máy là những hình vẽ quy ước biểu diễn các bộ truyền,các cơ cấu
liên kết với nhau tạo nên các xích truyền động,xác định những chuyển động cần thiết của
máy.Đồng thời trên đó cịn chỉ rõ cơng suất và số vịng quay của động cơ điện,đường
kính bánh đai,số răng của bánh răng ,số đầu mối của trục vít,số răng của bánh vít
1.1.2.Sơ đồ động của tồn hệ thống thay dao tự động :
Từ định nghĩa sơ đồ động như trên và phân tích các chuyển động cần thiết của hệ
thống thay dao CNC ,cùng với các hình vẽ quy ước ta xây dựng nên sơ đồ động của toàn
hệ thống thay dao tự động bằng Cad như sau :


1.2.Quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự động với 16 đài dao:
1.2.1.Quy trình tính tốn thiết kế hệ thống thay dao tự động:
Các dữ liệu đầu vào
N: số lượng dao của ổ chứa dao N=16
Dmax :đường kính lớn nhất của dao Dmax = 80mm
BT40: loại chuôi dao
M: khối lượng 1 con dao m=7kg
Dtrc: đường kính trục chính Dtrc=120mm

H: hành trình vào lấy dụng cụ của trục chính H=130mm

Tính tốn Đĩa tích dao

Xác định các thơng số hình học của Đĩa
tích dao
a) Bán kính từ tâm dao đến tâm Đĩa tích
dao R0
b) Khoảng cách giữa các dao gần nhau
trong Đĩa tích dao
c) Kiểm tra độ an tồn khi trục chính vào
thay dao
d) Lựa chọn cơ cấu kẹp trên Đĩa
e) Tính tốn các thơng số hình học của Đĩa
Tính tốn cơ cấu Malte cho Đĩa tích dao
a) Tính tốn các thơng số hình học của
Malte
b) Tính tốn động học của Malte
c) Tính tốn động lực học của Malte
d) Tính tốn và lựa chọn động cơ
Tính tốn và lựa chọn ổ lăn
a) Lựa chọn loại ổ lăn
b) Chọn sơ bộ kích thước ổ
c) Tính và kiểm nghiệm khả năng tải
của ổ
d) Lựa chọn ổ bi lăn

Tính tốn hệ dẫn động cho cơ cấu thay dao

Tính tốn trục dẫn hướng

Tính tốn và lựa chọn xy lanh khí nén
a) Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khí
nén
b) Tính tốn hệ dẫn động khí nén

Tính tốn trục đỡ Đĩa tích dao


1.2.2.Tính tốn Đĩa tích dao :
1.2.2.1 Xác định các thơng số hình học của Đĩa tích dao :

Các thơng số ban đầu:
- Tính tốn hệ thống với số lượng dao N = 16 dao
- Đường kính lớn nhất của dao: max= 80 mm {Lấy theo đường kính lớn nhất của
dao phay mặt đầu}
- Chi dao BT40
- Đường kính của trục chính: max= 120 mm
- Hành trình của trục chính trong quá trình vào thay đổi dụng cụ Ltd= 130 mm
Để đảm bảo an tồn trong q trình thay dao ta cần tính tốn cho cơ cấu sao
cho kết cấu của hệ thống phải gọn nhẹ,phải có độ chính xác cao,khơng xảy ra va
đập khi trục chính vào thay dụng cụ.
Để Tang chứa dao chứa đủ 16 dao mà vẫn đảm bảo cho q trình thay dao
khơng xảy ra sự cố thì trước tiên ta đi tính tốn bán kính từ tâm dao đến tâm trục ổ
chứa dao :


Hình 1. Sơ đồ tính tốn kích thước hình học của Tang
a. Bán kính từ tâm của dao đến tâm của Tang chứa dao R 0 được xác định :
R 0>

C
2

Trong đó:
C : Chu vi của đa giác chứa dao được xác định:
C = 2.Rmax . N = 2.40.16 = 1280 (mm)
Rmax : bán kính lớn nhất của dao Rmax=

Dmax
2

= 80 = 40 mm
2

N : số dao của ổ chứa N = 16 dao
Vậy :
R0> 1280 = 203.7 (mm)
2

Để giữa các dao có R max có khoảng các ta lấy R 0 = 300 (mm).
Khi đó chu vi của vịng tròn chứa dao la:
C = 2..R0 = 2.3,14.300 = 1884 (mm)
b.Xác định khoảng cách giữa các dao gần nhau trong Tang :
Khoảng cách giữa hai tâm của dao có thể xác định gần đúng :
L=

C 1884
=


N
16

117.75 (mm)

Khoảng cách giữa các dao có đương kính lớn nhất có thể xác định gần đúng :
L’= L – 2.Rmax = 117.75 – 2.40 = 37.75 (mm)
c.Kiểm tra độ an tồn khi trục chính vào thay dao


Hình 2. Sơ đồ trục chính tham gia vào thay dụng cụ
Để đảm bảo an tồn trong q trình thay dao ta cần kiểm tra xem khi trục
chính vào thay dao số 1 có bị va chạm với các đài dao số 2 và đài dao số 16 hay
khơng
Đường kính lớn nhất của trục chính :max= 120(mm)
Đường kính lớn nhất của độ côn đài dao BT40 là:C = 44,45(mm)
Khoảng cách giữa tâm các đài dao L = 117.75(mm)
Ta đi xác định khoảng cách từ tâm đài dao số 1 đến độ côn của các đài dao số 2
và đài dao số 16 la LT .
LT = L 

C
2

 117.75 

44, 45
 95.525(mm)
2

Để trục chính khơng va chạm vào các đài dao xung quanh thì phải thoả mãn
điều kiện sau :
 Trc
 LT
2

=>

120
 95.525
2

d.Lựa chọn cơ cấu kẹp dao trên Tang

 Vậy thoả mãn điều kiện.


Để trục chính tham gia vào thay dao được chính xác thì dao cần có một vị trí
xác định trên Tang chứa dao.Vậy ta cần hạn chế 5 bậc tự do của dao trên Tang.
Để kẹp dao lên Tang ta có thể dùng hệ thống kẹp dao của hệ thống thay dao
tự động của trung tâm gia công CNC_V30.Hệ thống kẹp dao gồm :Tay kẹp
trái,Tay kẹp phải,Chốt định vị và một loxo tạo ra lực kẹp dao.

Hình 3. Các thơng số của tay kẹt
Các thơng số hình học tấm định vị


Hình 4. Thơng số hình học của tấm định vị
Dao sẽ có khoảng cách xác định so với đường tâm của Tang mang dao nhờ
tấm đi vị hạn chế 1 bậc tự do theo phương ngang và cơ cấu kẹp t nh tõm.

Quỏ trỡnh kp dao:
o

o

1

1

B
A

o

o

2

2

dao tiến vào tay kẹp

Vị trí ban đầu

o

o

1

2

Vị trí cuối

Hỡnh 5. Quy trỡnh kp dao
Tớnh tốn khe hở giữa các tay kẹp dao
Ta có thể xác định gần đúng theo cơng thức hình học
C = N.(2r + 2h + L)
Trong đó :
C : chu vi vòng tròn từ tâm dao đến đường tâm của Tang : C = 1884 (mm)
r : bán kính cổ đài dao : r =

C 44, 45

 22.225
2
2

(mm)

h : chiều dày kẹp dao : h = 23 (mm)
L : khe hơ cần tính để tránh va đập giưa các tay kẹp
N : số dao kẹp Tang có thể chứa


 L  C  2r  2h  1884  2.22, 225  2.23  27.3 (mm)
N

16

Kiểm tra khi tay kẹp mở
Khi thay dao tay kẹp sẽ xoay quanh điểm O 1một góc  = 5o vậy lượng mở thêm
của tay kẹp ứng với bề dầy nhất là :
Lk 83.tg 83.tg5o 7,26 < 27.3 (mm)
Vậy các tay kẹp không bị va chạm vào nhau trong q trình thay dao.
e.Tính tốn các thơng số hình học của Tang
-Tính bán kính vịng ngồi của Tang R 1:
R1 = R0 – h – Rmaxd
Trong đó :
R0 : bán kính từ tâm dao đến đường tâm Tang R 0= 250 (mm)
h : Lượng nhô ra của tấm định vị so với Tang h = 16 (mm)


Rmaxd: bán kính lớn nhất của đài dao R maxd=

max d  63  31.5 (mm)
2
2

R1= 300 – 16 – 31.5 = 252.5 (mm)
Lấy R1= 250 (mm).
- Bán kính vịng trong của Tang R 2:
Để có khơng gian cho tay kẹp di chuyển va lắp ghép lò xo để tạo ra lực kẹp ta
cần phải xác định bán kính vịng trong của Tang R 2
R2< R1 - Lk –L
L : khoảng cách từ chốt tay kẹp đến vòng trịn ngồi của Tang L = 16 (mm)
Lk : Chiều dài chuôi tay kẹp Lk= 58 (mm)
R2< 250 –58 – 16 = 176 (mm)
Lấy R2= 175 (mm)
- Tính kích thước chiều cao Tang

Chiều cao của đài dao h =125,4 mm
Với chiều cao của dao ta có thể lấy chiều cao của Tang gần bằng chiều cao của
dao.Ta lấy H = 120 mm
 Vậy kết cấu hình học của đĩa Man :
1.2.2.2. Tính tốn cơ cấu Man cho Tang chứa dao

a. Tính tốn các thơng số hình học của cơ cấu Man
Ngun lý hoạt động của cơ cấu Man :
Cơ cấu Mante là cơ cấu dùng để biến chuyển động quay liên tục của đĩa O 2
thành chuyển động quay gián đoạn của đĩa O 1. Chuyển động gián đoạn của đĩa O 1
chính là chuyển động quay phân độ các vị trí của các đài dao tham gia vào vị trí
thay dao.Thường số rãnh trên đĩa Man là Z = 4,6,8,...,16,18,10..
Với hệ thống thay dao gồm có 16 đài dao vậy ta cần tính cơ cấu Man với số
rãnh là : Z = 16.
Với kết cấu của đài Tang mang dao ta đi tính tốn cơ cấu Man với bán kính của
đĩa là R = 147 (mm).


Hình 6. Sơ đồ tính tốn cơ cấu Man
Điều kiện bắt buộc để chống va đập là :
 +  = 180o
Trong đó góc  được xác định theo số rãnh của đĩa Man là Z = 16 rãnh:



Z



180 o
 11,25o
16

Do đó :




180o 180o
  

 78,75o
2 Z
2
16

Khi thiết kế góc 2 T thực tế nhận được là tích số của góc 2 đã cho trước với tỷ
số truyền động i của cơ cấu Man :
2 T = 2..i
ở đây 2 T là góc quay thực tế.


Khi quay góc 2 T sau một thời gian tT thì thời gian của cơ cấu Man tm sau một
góc 2 có thể tính :
tm 

tT
i

Ta có tỷ số giữa thời gian quay của đĩa Man tm và thời gian khơng quay của nó to
là :
tm Z  2

to
Z 2

Khi cần Man quay với tốc độ đều  = const thì thời gian quay đúng một vịng là:
T

60
giây
n

Trong đó n : số vịng quay/phút của cần chính là số vịng quay của động cơ
bước.
Ta có :
tm  Z  2
 
T 
2Z

tm 
n

Z 2
Z  2 60
.T 
.

2Z
2Z n

Z  2 30
(vịng/phút)
.
Z
tm

Các thơng số hình học của cơ cấu Man được xác định :
Khoảng cách giữa trục cần và trục đĩa Man L :
L

R
147

 149,879 (mm)
cos cos11,25o

Lấy L = 150 (mm)
Chiều dài của rãnh đĩa Man :
h = L(sin + cos - 1) + r
h = 150(sin11,25o+ cos11,25o- 1) + 9 = 35,38 (mm)


Lấy h = 36 (mm)
Bán kính quỹ đạo cần :
Rc = L.sin = 150.sin11,25o.= 29,26 (mm).
b. Tính tốn động học của cơ cấu Man
Xác định góc  của đĩa Man khi cần quay được một góc  :

tg 



Trong đó :

.sin 
1   cos

Rc L. sin 

 sin 
L
L

Vậy Tốc độ của đĩa Man có thể viết :

d 

d d 
 sin  
 (cos   )
  arctg
.

dt dt 
1   cos  1  2 cos  2
d 

sin  (cos  sin  )

.
1  2 sin  cos  sin 2 

Với  = 11,25o thì:
d 

0,195(cos  0,195)
.
1,038  0,39 cos

Gia tốc của đĩa Man :

d 2
 (1  2 ) sin 
d  2 
. 2
2 2
dt
(1  2 cos   )
 sin  .cos2  .sin 
d 
. 2
2
2
(1  2 sin  cos  sin  )
Khi bắt đầu và kết thúc thì  = /2 -  :  đ= 0

 sin  .cos3 
d 
. 2   2 .tg

2
2
(1  2 sin  sin   sin  )
Gia tốc lớn nhất của đĩa Man xảy ra khi


2

 2  1 
2  1
cos  
 4   2  4  0.6113



 = 52,3169o
Vận tốc góc lớn nhất khi  = 0o

d 

sin  .
(rad/s)
1  sin 

Vậy khi cần Man quay đều với vận tốc góc  thì đĩa Man sẽ quay khơng đều với
vận tốc góc  đ và có gia tốc là  đ,và có vận tốc lớn nhất khi  = 0o và gia tốc lớn
nhất khi  = 52,3169o khi đó  = 9,95o
Với thời gian thay dao hệ thống là : 3/7 (s)
Trong đó :
- T = 3 (s) là thời gian thay dao nhanh nhất của hệ thống khi dao cần thay ở

gần vị trí thay dao nhất.
- T = 7 (s) là thời gian thay dao lâu nhất của hệ thống khi dao cần thay ở xa vị
trí thay dao nhất.
Thời gian thay dao của hệ thống gồm :
T = Txl + Ttrc + Tt + Ttr= 3 (s)
Txl = 1 (s) thời gian hành trình xylanh vào thay dụng cụ
Ttr = 0,5 (s) thời gian truyền tín hiệu
Ttrc = 1 (s) thời gian hành trình trục chính vào thay dụng cụ
Tt = tm+to= 0.5 (s) thời gian thay đồi một vị trí của Tang
Ta đi tính gia tốc góc và vận tốc góc cho đia Man.
tm Z  2 16  2 14



to Z  2 16  2 18

t o  t m  0.5
 tm = 0,22(s) ; to = 0,28(s)


Số vòng/phút của cần được xác định :
n

Z  2 30 14 30
.

.
 119.3 (vòng/phút)
Z t m 16 0,22

Vận tốc góc của cần  c :



 .n
30



3,14.119.3
2
 12,49 (rad/s )
30

Vận tốc và gia tốc góc ở vị trí bắt đầu và kết thúc của đĩa Man :  đ= 0

 d   2 .tg  12,492.tg11,25o  31,03 (rad/s 2)
Gia tốc lớn nhất của đĩa Man xảy ra khi
2

 2  1 
2  1
 2
cos  
 0.6113
 4 
4


 = 52,3169o

 sin 11,25o. cos2 11,25o. sin 52,3169o
d 
.12,49 2  36,24 (rad/s 2)
o
o
2
o 2
(1  2 sin 11,25 cos 52,3169  sin 11,25 )
Vận tốc góc lớn nhất khi  = 0o

sin 11,25o.12,49
d 
 3,03 (rad/s)
1  sin 11,25o


Hình 7. Biểu đồ sự phụ thuộc vận tốc góc và gia tốc góc của đĩa man vào góc ứ
c. Tính tốn động lực học của cơ cấu Man
Khối lượng của Tang chứa dụng cụ :
GT = GĐ+16.GK+16.GD+G
Trong đó:
GĐ: khối lượng của đĩa man là : 39 (kg)
GK: khối lượng của cơ cấu kẹp dao :G K= 2.GT +GC
GG= 2.0,35 + 0,1 = 0,8 (kg)
GD: khối lượng của một đài dao : 7 (kg)
G : khối lượng của các chi tíêt phụ lấy = 10 (kg)
GT = 39 + 16.0,8 + 16.7 + 10 = 173,8 (kg)
Xét các lực tác dụng lên đĩa Man trong quá trình làm việc
Vậy trọng lượng của Tang chứa dụng cụ là :

PT = G.g = 173.8.9,81 = 1704.978 (N)


®



P









P
P

ms



®


const
Hình 8. Sơ đồ tính động lực học cơ cấu Man
Sơ đồ phân bố lực trên cơ cấu Man

Trong đó :
Pđ : Lực do cần khi quay tác dụng lên rãnh của đĩa Man
Pms: Lực masát tạ ổ côn do trọng lượng của Tang tạo ra
Pms= PT .f = 1704.9.0,02 = 34.098 N
f = 0,02 Hệ số ma sát của ổ đũa côn đỡ chặn
P : Lực của cần
Ro: Bán kính trung bình của ổ cơn = 95 mm
Phương trình cân bằng momen với đĩa Man ứng với lúc đĩa Man có gia tốc lớn
nhất :
J. đmax= Pđ.E – Pms.Ro
Với :


J : Mơmen qn tính do khối lượng của một dụng cụ với đương tâm của
Tang
J = Jdc + d2.Gdc = 8,1.103 + 3002.8 = 728.1.103 (kg.mm2)
=728,1.10-3 (kg.m2 )
g : gia tốc trọng trường = 9,81 m/s 2
d : khoảng cách từ tâm dụng cụ đến tâm của Tang chứa dao là 300 mm
 max= 36,24 rad/s 2 gia tốc góc lớn nhất của đĩa Man khi  = 52,3169o
E  L2  2.L.r. cos  r 2  134.1 (mm).

 Pđ = 186,2 (N)
Vậy lực tác dụng lớn nhất lên cần gạt trong quá trình thay dao là:
Pc = Pđ = 186,2 (N)
Mômen tác lên trục của cần gạt :
M = Pc.r = 186,2.29,26 = 5448,2 (Nmm)
Công suất lớn nhất trên cần :
N

M .n
5448,2.119,3

 0,068 (kW) = 68 W
9,55.106
9,55.106

d. Tính tốn và lựa chọn động cơ
Cơng suất động cơ được xác định theo công suất của cần
N dc 

N





68
 69,4 (W) (Chọn động cơ có cơng suất 70 W)
0.98

Số vịng quay của động cơ
nđc = 119,3 vịng/phút
1.2.2.3. Tính tốn và lựa chọn ổ lăn

Với kết cấu của hệ thống thay dao ta dùng một ô lăn dạng ổ bi đỡ một dãy và
một ổ lăn dạng ổ đũa côn. ổ bi chỉ chịu tác dụng của lực hướng tâm,còn ổ côn chịu
tác dụng của lực hướng tâm và lực dọc trục. ở đây lực hướng tâm không lơn lắm so

với lực dọc trục nên ta chỉ tính tốn cho ổ cơn cịn ổ bi ta lấy theo kích thước của ổ
cơn.

Hình 9. Sơ đồ bố trí ổ lăn trên hệ thống thay dao
a. Lựa chọn loại ổ lăn :
Với kết cấu của cơ cấu chứa dao ta thấy ổ lăn chỉ phải chịu tác dụng của lực dọc
trục,còn lực hướng khá nhỏ nên ta có thể bỏ qua.Vậy ta dùng ổ đũa cơn đỡ chặn.
b. Chọn sơ bộ kích thước ổ :
Với kết câu của Tang chứa dao ta lựa chọn ổ đũa côn cỡ đặc biệt nhẹ 2007114 (
theo GOST 333-71 ) với các thông số : đường kính trong d 1= 75 mm ; đường kính
ngồi D = 115 mm , khả năng tải động C = 120 kN , khả năng tải tĩnh C o= 108,8
kN
c. Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ :
ổ chỉ chịu tác dụng của trọng lượng của Tang và dụng cụ được gá đặt trên Tang.
Với hệ thống thay dao tự động không hoạt động liên tục, Tang quay với vận tốc


lớn nhất là  = 3,5 rad/s,số vòng quay n = 8,6 vòng/phút,với mỗi lần hoạt động
Tang chi quay 1 đến 2 vòng , nên ta chỉ kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh cho ổ .

G

Fỉ

Hình 10. Sơ đồ phân bồ lực
Sơ đồ bố trí lực trên ổ
Trong đó :
G = 1898 N : trọng lượng của Tang
Fổ : phản lực tại ổ.
Ta kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ theo điều kiện sau :

QT  Co
Với QT : Tải trọng tĩnh được tính theo cơng thức :
QT = Xo.Fr+ Yo.Fa.
Xo , Yo: Hệ số tải trọng hướng tâm và hệ số tải trọng dọc trục
Xo = 0,5 , Yo= 0,22.cotg = 0,22.cotg14,08o = 0,877
Fr : lực hướng tâm  0
Fa : lực dọc trục F a = G = 1898 N
QT = 0,5.0 + 0,877.1898 = 1664,5 N < 108,8.103N
Vậy ổ lăn đủ bền.
d. Lựa chọn ổ bi lăn :
Với các thông số của ổ côn : d 1= 75 mm , D = 115 mm


Ta lựa chọn ổ bi đỡ một dãy loại 115 (theo GOST 8338-75) với các thông số của
ổ
d = 75 mm , D = 115 mm , B = 20 mm , C = 30,4 kN , C o = 24,6 kN.
1.2.2.4. Tính tốn trục đỡ Tang

Đường kính trục đỡ Tang được lấy theo đường kính trong của ổ lăn và bằng :
D = 75 mm
Ta đi kiểm nghiệm độ bền của trục :
Trục đỡ Tang chỉ chịu tác dụng của lực dọc trục do khối lượng của Tang và
dụng cụ là P T = 1862(N). Vậy ta chỉ đi kiểm nghiệm độ bền kéo của trục.

PT
Hình 11. Sơ đồ bố trí lực trên trục đỡ Tang
Vật liệu của trục là thép CT5 có giới hạn bền là b = 550 MPa , giới hạn chảy là
ch = 280 MPa.
Để kiểm nghiệm độ bền của trục ta tính theo cơng thức :

k 

PT
  
F

75
Với F 

2

 342 
 5323 mm2 = 53,23 cm2
4


1862.103
k 
 0,035  280 MPa
53,23
Vậy trục thoả mãn điều kiện bền.
Biến dạng dài của trục l được tính theo công thức :

PT .L 1862.103.12,8
l 

 2,2.105 cm = 2,2.10-4mm
4
E.F
2.10 .53,23

Trong đó:
L =128 mm : chiều dài trục
E = 2.104 kN/cm2 : mơđun đàn hồi của thép
1.2.3. Tính tốn hệ thống dẫn động cho cơ cấu thay dao

Tính tốn trục dẫn hƣớng
Để dẫn hướng cho Tang chứa dụng cụ thực hiện quá trình thay dao, ta dùng hai
trục lắp trên thân đơ để dẫn hướng. Sơ đồ bố trí 2 trục dẫn hướng trên hệ thống
thay dao: