TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY TIỆN CNC 2 TRỤC

MỤC LỤC
MỤC LỤC..............................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH ẢNH.....................................................................................2
Chương I: TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN CNC...................................................6
1.1 Giới thiệu về máy tiện cnc...........................................................................6
1.1.1 Khái niệm..................................................................................................6
1.1.2 Một số dạng kết cấu máy tiện CNC..........................................................6
1.2 Phân tích ưu nhược điểm của một số loại kết cấu của máy tiện CNC.........9
1.2.1 Máy tiện CNC kiểu đứng :........................................................................9
1.2.2 Máy tiện CNC kiểu ngang :....................................................................10
1.3 Ứng dụng của máy tiện CNC.....................................................................11
1.4 Kết luận chương 1......................................................................................12
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY TIỆN CNC
..............................................................................................................................13
2.1. Kết cấu và nguyên lý hoạt động của máy tiện CNC.....................................13
2.1.1 Kết cấu máy tiện CNC............................................................................13
2.1.2 Nguyên lý hoạt động của máy tiện CNC................................................25
2.2. Cơ sở lý thuyết tính tốn và chọn động cơ ...................................................25
2.2.1 Động cơ điện 1 chiều (DC).....................................................................26
2.2.2 Động cơ bước..........................................................................................27
2.3. Cơ sở lý thuyết tính tốn cụm ụ động ..........................................................34
2.4. Cơ sở lý thuyết tính tốn cụm trục chính .....................................................35
2.5. Cơ sở lý thuyết tính tốn trục vít me đai ốc .................................................41
2.6. Cơ sở lý thuyết tính tốn gá dao ..................................................................49
2.7. Cơ sở lý thuyết tính tốn thân máy ..............................................................50
2.8. Cơ sở lý thuyết tính tốn băng máy .............................................................52
2.8.1 Hệ số tải tĩnh Co......................................................................................53
2.8.2 Momen tĩnh cho phép M0.......................................................................53
2.8.3 Hệ số an toàn tĩnh fs................................................................................54
2.8.4 Hệ số tải trọng động định mức C............................................................55
2.8.5 Tính tốn tuổi bền danh nghĩa.................................................................55

2.8.6 Tính tốn tuổi bền theo thời gian............................................................57
1


2.8.7 Hệ số ma sát............................................................................................57
2.8.8 Tính tốn tải trọng tương đương............................................................57
2.9. Cơ sở lý thuyết tính tốn độ tin cậy , độ ổn định , tuổi thọ của máy.............58
2.10. Kết luận chương 2 ......................................................................................62
CHƯƠNG III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY TIỆN CNC................................64
CNC.....................................................................................................................64
3.1. Tính tốn và chọn động cơ............................................................................64
3.2. Tính tốn thiết kế ụ động..............................................................................66
3.3. Tính tốn thiết kế bộ truyền đai....................................................................68
3.4. Tính chọn mâm cặp.......................................................................................71
3.5. Tính tốn thiết kế trục chính.........................................................................72
3.5. Tính tốn thiết kế cơ cấu truyền động..........................................................79
3.5.1 Tính toán thiết kế cơ cấu truyền động ( theo phương Z)........................79
3.5.1 Tính tốn thiết kế cơ cấu truyền động ( theo phương X)........................88
3.6. Tính tốn thiết kế băng máy.........................................................................98
3.6.1 Chọn kết cấu thanh thanh dẫn hướng....................................................100
3.6.2 Tính tốn mối ghép ren.........................................................................101
3.6.3 Kiểm nghiệm độ bền của thanh dẫn hướng...........................................101
3.7. Tính chọn cụm gá dao................................................................................102
3.8. Tính tốn thiết kế khung máy......................................................................103
3.9. Kết luận chương 3.......................................................................................106
CHƯƠNG IV: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT TRỤC......109
4.1. Bản vẽ chi tiết.............................................................................................109
4.2. Loại hình sản xuất.......................................................................................109
4.3. Ngun cơng và tính tốn...........................................................................110
4.3.1. Ngun cơng 1: Đúc phôi ly tâm..........................................................111

4.3.2. Nguyên công 2: Khỏa mặt đầu.............................................................112
4.3.3. Nguyên công 3: Tiện mặt lỗ , mặt côn và vát mép...............................115
4.3.4. Nguyên công 4: Tiện thô tiện tinh tiện rãnh và vát mép các bậc trục phải
........................................................................................................................120
4.3.5. Nguyên công 5: Tiện thô tiện tinh tiện rãnh và vát mép các bậc trục trái
........................................................................................................................131
2


4.3.6. Nguyên công 6: Tiện ren......................................................................143
4.3.7. Nguyên công 7: Phay then...................................................................145
4.3.8. Nguyên công 8: Khoan 6 lỗ 7 và vát mép........................................148
4.3.9. Nguyên công 9: Mài bậc trục phải.......................................................151
4.3.10. Nguyên công 10: Mài các bậc trục trái..............................................153
4.4. Kết luận chương 4.......................................................................................156
KẾT LUẬN........................................................................................................158
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................159

3


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Máy tiện đứng CNC TAKISAWA VTL-750..........................................7
Hình 1.2: Máy tiện CNC LMW model smartplus..................................................8
Hình 1.3: Máy tiện CNC TK840............................................................................9
Hình 1.4: Máy phay tiện CNC PDL-T6/8.............................................................9
Hình 1.5: Máy phay tiện CNC TX600-6.............................................................10
Hình 2.2: Sơ đồ bộ phận máy tiện CNC.............................................................15
Hình 2.3: Cụm trục chính máy tiện CNC............................................................16
Hình 2.4: Ba dạng điều khiển trục chính điển hình............................................17

Hình 2.5: Vit me đai ốc bi...................................................................................20
Hình 2.6: Một số dạng ổ chứa dụng cụ...............................................................21
Hình 2.7: Một số dạng đầu dao revolver.............................................................22
Hình 2.8: Ụ động máy tiện CNC..........................................................................23
Hình 2.9: Mâm cặp thủy lực................................................................................24
Hình 2.10: Động cơ điện 1 chiều.........................................................................27
Hình 2.11: Động cơ bước.....................................................................................28
Hình 2.12: Cấu trúc động cơ bước kiểu lai..........................................................30
Hình 2.13: Sơ đồ nơi dây động cơ bước kiểu lai.................................................31
Hình 2.14: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ bước..................................32
Hình 2.15: Kết cấu bộ phận ụ động máy tiện.......................................................36
Hình 2.16: Sơ đồ kết cấu cụn trục chính cơng xơn..............................................37
Hình 2.17: Sơ đồ tính tĩnh độ biến dạng của cụm trục chính cơng xơn quy về vị
trí cắt....................................................................................................................39
Hình 2.18: Sơ đồ tính tốn tĩnh biến dạng giữa của dầm.....................................40
Hình 2.19: Sơ đồ cơng xơn..................................................................................42
Hình 2.20: Trục vít me đai ốc bi..........................................................................47
Hình 2.21 Đồ thị xác định ứng suất lớn nhất σmax................................................50
Hình 2.22 Cấu trúc quá trình làm việc hệ thống gá dao.......................................51
Hình 2.23 Sơ đồ tính tốn băng máy ( ray dẫn hướng)........................................54
Hình 2.24. Hệ lực tác dụng lên băng máy............................................................55
Hình 2.25. Sự phụ thuộc của độ cứng vững J theo thời gian và độ tin cậy.........62
Hình 3.1. Sơ đồ lực cắt khi tiện............................................................................67
4


Hình 3.2. Kết cấu ụ động.....................................................................................69
Hình 3.3. Thơng số bộ truyền đai thang...............................................................70
Hình 3.4. Thơng số mâm cặp 3 chấu tự định tâm................................................72
Hình 3.5. Biểu đồ momem trục chính..................................................................75

Hình 3.6: Bảng tra ổ bi trục chính........................................................................76
Hình 3.7 : Thơng số kích thước ổ lăn trục chính..................................................77
Hình 3.8. Thơng số tính tốn trục vít me............................................................81
Hình 3.9 Đồ thị xác định ứng suất lớn nhất σmax..................................................84
Hình 3.10: Bảng tra ổ bi.......................................................................................84
Hình 3.11 : Thơng số kích thước ổ lăn.................................................................85
Hình 3.12 Đồ thị xác định ứng suất lớn nhất σmax...............................................93
Hình 3.13 : Bảng tra ổ bi......................................................................................93
Hình 3.14: Thơng số kích thước ổ lăn..................................................................94
Hình 3.15 : Cấu tạo của động cơ bước(Step motor)............................................96
Hình 3.16 : Kết cấu thanh dẫn hướng................................................................101
Hình 3.17 : Sơ đồ phân tích lực trên băng máy..................................................102
Hình 3.18 : Kết cấu cụm gá dao máy tiện..........................................................103
Hình 3.19 : Hình dạng khung nhơm định hình..................................................105
Hình 3.20: Kết cấu khung máy trên phần mềm Inventor...................................107
Hình 3.21: Máy tiện CNC 2 trục XZ.................................................................108
Hình 4.1: Bản vẽ chi tiết trục chính...................................................................110
Hình 4.2: Ngun cơng 1...................................................................................112
Hình 4.3: Ngun cơng 2...................................................................................113
Hình 4.4: Ngun cơng 3...................................................................................116
Hình 4.5: Ngun cơng 4...................................................................................121
Hình 4.6: Ngun cơng 5...................................................................................132
Hình 4.7: Ngun cơng 6...................................................................................144
Hình 4.8: Ngun cơng 7...................................................................................146
Hình 4.9: Ngun cơng 8...................................................................................149
Hình 4.10: Ngun cơng 9.................................................................................152
Hình 4.11: Ngun cơng 10...............................................................................154
5

LỜI NĨI ĐẦU
Ngành Chế tạo máy là một ngành có vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế
quốc dân. Đây là một ngành nghề được đào tạo gần như ở tất cả các trường Đại
học và Cao đẳng trên cả nước. Sinh viên ngành Chế tạo máy sau khi ra trường sẽ
là các kĩ sư, các kĩ thuật viên, các cán bộ kĩ thuật về thiết kế, chế tạo các loại
máy và các trang bị cơ khí phục vụ các ngành kinh tế như công nghiệp, nông
nghiệp, giao thông vận tải, điện lực,…vv.
Đồ án tốt nghiệp là bắt buộc đối với sinh viên ngành Chế tạo máy cũng
như đối với tất cả các sinh viên ngành kĩ thuật khác. Quá trình thực hiện đồ án
tốt nghiệp sẽ giúp sinh viên vận dụng hiệu quả các kiến thức đã học để gải quyết
một vấn đề nào đó thường gặp trong kĩ thuật cũng như trong thực tế sản xuất.
Đề tài tốt nghiệp của ngành Chế tạo máy rất đa dạng và phong phú nhưng
tập trung vào một số mảng đề tài chính như: Thiết kế máy ,lập quy trình cơng
nghệ gia cơng một sản phẩm cơ khí nào đó, thiết kế dụng cụ cắt, thiết kế dụng cụ
kiểm tra, thiết kế và gia công khuôn,…, hoặc là nghiên cứu ứng dụng một phần
mềm CAD/CAM nào đó để lập chương trình gia công các chi tiết máy phức tạp
hay gia công khuôn mẫu trên các máy CNC.
Tuy các lĩnh vực của ngành Cơ khí Chế tạo máy rất đa dạng và phong phú.
Nhưng ở bất kì cơng ty, nhà máy hay doanh nghiệp nào thì cũng phải gia cơng
các sản phẩm cơ khí. Tức là phải lập quy trình cơng nghệ gia cơng cho các sản
phẩm cơ khí đó. Đây cũng chính là cơng việc mà sinh viên ngành Cơ khí Chế tạo
máy sau khi ra trường thường phải đảm nhận tại nơi mình làm việc.
Mặt khác khi lập quy trình cơng nghệ gia cơng một sản phẩm cơ khí trong
một điều kiện sản xuất nhất định sẽ giúp sinh viên củng cố được các kiến thức đã
học như kiến thức về Dung sai lắp ghép, kiến thức về Đồ gá, kiến thức về Công
6


nghệ chế tạo máy,…vv. Đó là những kiến thức nền tảng giúp sinh viên sau khi ra
trường có thể khai thác một cách có hiệu quả các máy móc trang thiết bị trong

nghành cơ khí. Đồng thời đó cũng là cơ sở để sinh viên có tìm hiểu, tiếp cận và
nghiên cứu các lĩnh vực khoa học kĩ thuật khác.
Chính vì những lí do đó nên em chọn đề tài tốt nghiệp về lĩnh vựct thiết kế
và lập quy trình cơng nghệ gia cơng cơ khí. Với nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp là
“Thiết kế kết cấu cơ khí máy tiện CNC 2 trục ” bản thân em đã rất cố gắng để
hoàn thành đúng tiến độ và đảm bảo chất lượng. Tuy nhiên, do trình độ bản thân
cịn nhiều hạn chế, thời gian làm đồ án có chút eo hẹp, đồng thời đồ án được
thực hiện song song với các nhiệm vụ học tập khác và các công việc khác. Do
vậy, nội dung đồ án của em không tránh khỏi những thiếu xót, sẽ có chỗ chưa
hợp lí, giải pháp công nghệ chưa được tối ưu. Em rất mong nhận được sự góp ý
của thầy cơ và bạn bè để em có thể củng cố, bổ xung những kiến thức còn thiếu,
còn yếu cho bản thân.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo
……………và các thầy cô trong bộ môn, trong khoa đã tận tình hướng dẫn, giúp
đỡ em hồn thành đồ án của mình.
Sinh viên thực hiện
……………………..

7


Chương I: TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN CNC
1.1 Giới thiệu về máy tiện cnc
1.1.1 Khái niệm
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 liệu
khác) 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 phịng thí nghiệm Servomechanism
của trường MIT.
Là máy gia cơng dưới sự kiểm sốt của máy tính.
1.1.2 Một số dạng kết cấu máy tiện CNC
Máy tiện CNC kiểu đứng :
Máy tiện đứng CNC (tiếng anh là Vertical CNC Machine), máy có cấu tạo
trục chính vng góc với bàn máy. Các hoạt động gia công được thực hiện lên
xuống theo phương dọc. Máy là lựa chọn tốt cho các dự án gia công tập trung 1
mặt như các tấm kim loại lớn và khn dập chìm .

8


Hình 1.1: Máy tiện đứng CNC TAKISAWA VTL-750
Máy tiện CNC kiểu ngang :
Máy tiện ngang CNC (tiếng anh là Horizontal CNC Machine), máy có cấu
tạo trục chính sẽ nằm theo phương ngang và máy sẽ gia công vật liệu theo
phương song song với bàn máy. Máy là lựa chọn tốt cho các dự án gia công
nhiều mặt, gia công trục dài trục bậc .

Hình 1.2: Máy tiện CNC LMW model smartplus
Các loại máy tiện CNC khác :
 Máy tiện CNC tốc độ (Speed Lathes) : Có thiết kế đơn giản, bao gồm ụ
trước, ụ sau và dụng cụ tiện. Mặc dù máy tiện tốc độ chỉ hoạt động ở

ba hoặc bốn tốc độ, nhưng có tốc độ trục chính cao. Thông thường,
người ta sử dụng loại máy tiện này cho các công việc máy nhẹ, bao
gồm kéo sợi kim loại, tiện gỗ và đánh bóng kim loại.

9


Hình 1.3: Máy tiện CNC TK840

 Máy tiện CNC động cơ ( Engine Lathes ): Trong tất cả các máy tiện
CNC, máy tiện động cơ được sử dụng phổ biến nhất. Máy tiện này
không chỉ đáng kinh ngạc cho các hoạt động cơng suất thấp hơn. Mà
cịn tuyệt vời cho các hoạt động cơng suất cao. Máy này cũng có nhiều
loại chiều dài lên đến 60 feet. Máy có thể gia cơng các kim loại khác
nhau.

Hình 1.4: Máy phay tiện CNC PDL-T6/8
 Máy tiện CNC tháp pháo hay máy tiện CNC rơ-vôn-ve (Turret Lathes)
: Máy được sử dụng cho các hoạt động yêu cầu thao tác gia công
10


nhanh. Các công cụ dao được gắn vào cấu trúc duy nhất. Thiết lập duy
nhất này giúp máy có thể hồn thành cơng việc một cách nhanh chóng.
Máy có thể định vị dụng cụ tiếp theo, thực hiện một quy trình tuần tự
và khơng cần di chuyển phơi nhiều. Do đó ngăn ngừa các lỗi liên quan
đến lệch trục.

Hình 1.5: Máy phay tiện CNC TX600-6
1.2 Phân tích ưu nhược điểm của một số loại kết cấu của máy tiện CNC

1.2.1 Máy tiện CNC kiểu đứng :
Ưu điểm :
 Máy tiện đứng CNC thường có bàn trịn với đường kính lớn dùng để
kẹp phơi giữ chặt trong suốt q trình gia cơng. Do ít ảnh hưởng trọng
lực, máy có thể dễ dàng gia công các phôi lớn và nặng. Đồng thời
mang lại những sản phẩm chất lượng có độ chính xác và năng suất gia
công cao hơn.
11


 Máy tiện đứng CNC sở hữu khả năng cắt vượt trội, với tốc độ gia công
nhanh giúp thời gian hồn thiện sản phẩm ngắn hơn.
 Gia cơng được các chi tiết có độ chính xác cao bởi tính ổn định của
máy
Nhược điểm :

 Về cơ bản, các máy chỉ thực hiện ngun cơng tiện, vì thế để thực hiện
các ngun cơng đơn giản như khoan hay phay thì máy thường được
lắp trên đầu rơ vôn ve của máy một động cơ riêng.
 Chỉ gia cơng được chi tiết có kích thước có chiều dài ngắn
1.2.2 Máy tiện CNC kiểu ngang :
Ưu điểm :
 Máy tiện ngang có ưu thế hơn so với các loại máy tiện CNC khác là có
trục chính nằm ngang. Điều đó giúp máy dễ dàng gia cơng các vật liệu
có kích thước dài.
 Máy có hình dạng kích thước đa dạng có thể gia cơng được cả chỉ tiết
đường kính trung bình đến lớn nhờ kích thước mâm cặp và lực kẹp
thủy lực được kích hoạt bởi xi lanh lắp trong thiết bị mâm cặp đảm bảo
kẹp chặt và giữ phơi trong suốt q trình gia cơng
 Hầu hết các máy tiện ngang đều có khả năng kết hợp bộ nạp liệu dạng

thanh tự động. Thiết kế của máy giúp các kỹ sư dễ dàng vận hành hay
bảo trì.
 Đáp ứng u cầu gia cơng đa dạng gia công được cả các chi tiết trục
khuỷu , trục cam , trục truyền hộp số

12


 Máy cịn kết hợp nhiều cơng cụ định hình để thực hiện các hoạt động
như gia công thô, gia công tinh, mài nhẵn, tiện cứng và đo lường.
Nhược điểm :
 Vì mâm cặp trên các máy này giữ chi tiết gia công theo phương thẳng
đứng. Các chi tiết chịu lực hút tự nhiên của trái đất, nên các máy
thường gia công các phôi nhẹ hơn máy tiện đứng CNC.
 Do phải cần lực lớn hơn so với máy tiện đứng nên công suất máy tiện
lớn hơn
1.3 Ứng dụng của máy tiện CNC
Sự xuất hiện của các máy tiện CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất
cơng 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 tiện 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 cơng việc
khác. Ngồi ra cịn 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 tiện CNC kết hợp thành một
tổ hợp, gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận. Máy tiện 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).
Ứng dụng của máy tiện CNC trong thời đại hiện nay
13


Bên cạnh những máy thơng thường ta cũng có các máy tiện 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 cơng cũng như độ chính xác.
Các máy tiện 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 gia
công chi tiết trục phức tạp
Máy tiện CNC đảm bảo sản xuất ra những sản phẩm tinh xảo, các chi tiết
chính xác từ cơ bản đến phức tạp một cách dễ dàng và nhanh chóng. Được sử
dụng để sản xuất bề mặt phẳng và ren vít. Nó thậm chí cịn được sử dụng để sản
xuất các sản phẩm ba chiều rất phức tạp.
Trong ngành hàng không vũ trụ gia công tiện CNC được sử dụng rộng
rãi, thường phải đảm bảo được độ bền cao, hình học phức tạp và sử dụng vật liệu
không dễ dàng cho vay các phương pháp sản xuất khác. Trong lĩnh vực này,
các bộ phận hàng không vũ trụ được gia công CNC thường rất quan trọng và do
đó phải được chế tạo ở mức độ chính xác và chính xác cao nhất. Dung sai chính
xác đến 0,001mm và thường có những yêu cầu khắt khe về độ đồng tâm, độ
phẳng, độ trịn và hình trụ chỉ có thể được thực hiện thơng qua gia cơng CNC.
1.4 Kết luận chương 1
Trong ngành cơ khí chế tạo ở nước ta hiện nay, gia công các chi tiết có
kết cấu đa dạng từ lớn đến nhỏ kết cấu từ đơn giản đến phức tạp . Nhận thấy đa
phần chi tiết có kết cấu lớn sản xuất đơn chiếc thường được gia công trên máy
cơ truyền thống , chủ yếu các chi tiết có kích thước vừa phải ,dạng sản xuât hàng
loạt ứng dụng phần lớn là máy CNC do chi phi đầu tư lớn nên việc sự dụng

máy CNC để gia công các chi tiết lớn là hạn chế . Từ những ưu nhược điểm của
từng kiểu máy tiện CNC ta thấy tính ứng dụng máy tiện CNC kiểu ngang được
sử dụng phổ biến ở nước ta bởi nó phù hợp với tính kinh tế tính ứng dụng cao gia
công đa dạng chi tiết .
14


Trong phạm vị đề tài , em lựa chọn phương án tính tốn thiết kế kết cấu
cơ khí máy tiện CNC 2 trục dạng ngang , dựa trên những ưu nhược điểm của
dòng máy này , dựa trên cơ sở thực tế điều kiện sản xuất ở nước ta hiện nay giúp
đưa ra kết cấu cơ khí hợp lý , yêu cầu kỹ thuật độ chính xác , chất lượng bề mặt
làm từng bộ phận lắp ráp để tối ưu hóa năng cao độ chính xác của máy khi gia
cơng .
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY TIỆN
CNC
2.1. Kết cấu và nguyên lý hoạt động của máy tiện CNC.
2.1.1 Kết cấu máy tiện CNC
Máy tiện CNC có đặc điểm kết cấu tương tự như máy tiện thông thường .
Đối với tiện thông thường, khi gia công kim loại, chế tạo chi tiết người điều
khiển phải theo dõi vị trí dao cắt, thao tác kịp thời để tạo ra những chi tiết đạt
yêu cầu kỹ thuật. Độ chính xác, năng suất phụ thuộc vào trình độ tay nghề người
điều khiển. Máy tiện CNC hoạt động theo một chương trình được lập trình theo
một quy tắc chặt chẽ phù hợp với quy trình cơng nghệ được soạn thảo và cài đặt
phần mềm trong máy. Kết quả làm việc của máy CNC không phụ thuộc vào tay
nghề của người điều khiển. Lúc này người điều khiển máy chủ yếu đóng vai trị
theo dõi và kiểm tra các chức năng hoạt động của máy.
Kết cấu máy tiện CNC gồm 2 phần chính :
 Phần chấp hành : Đế máy , thân máy , cụm trục chính , trục vít me , ụ
động ,ụ đứng , bàn xe dao và băng dẫn hướng , mâm cặp
 Phần điều khiển : Động cơ , hệ thống điều khiển và máy tính trung

tâm
Mơ hình khái quát máy tiện CNC:

15


Hình 2.1: Mơ hình khái qt máy tiện CNC

Hình 2.2: Sơ đồ bộ phận máy tiện CNC
Thân máy , đế máy
Thường được chế tạo bằng các chi tiết gang vì gang có độ bền nén cao gấp
10 lần so với thép và đều được kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo khơng có khuyết
tật đúc. Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và
rất nhiều hệ thống khác.
Yêu cầu:
16


 Phải có độ cứng vững cao.
 Phải có các thiết bị chống rung động.
 Phải có độ ổn định nhiệt.
Mục đích:
 Phải đảm bảo độ chính xác gia cơng.
 Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy.
Cụm trục chính
Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để
cắt gọt phơi trong q trình gia cơng.

Hình 2.3: Cụm trục chính máy tiện CNC
Nguồn động lực điều khiển trục chính: Trục chính được điều khiển bởi các

động cơ. Thường sử dụng động cơ Servo theo chế độ vịng lặp kín, bằng cơng
nghệ số để tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao dưới chế độ tải
nặng.

17


Hệ thống điều khiển chính xác góc giữa phần quay và phần tĩnh của động
cơ trục chính để tăng momen xoắn và gia tốc nhanh. Hệ thống điều khiển này
cho phép người sử dụng có thể tăng tốc độ của trục chính lên rất nhanh.
Các dạng điều khiển trục chính điển hình :

Hình 2.4: Ba dạng điều khiển trục chính điển hình
Điều khiển đai : Truyền động từ động cơ tới trục chính thơng qua dây đai .
Sự kết hợp tốt giữa mô men và tốc độ tạo ra nhiều lựa chọn cho chế độ làm việc
của máy
Điều khiển trực tiếp : Ưu điểm là có thể cải thiện tốc độ trục chính lên giá
trị cao , q trình làm việc êm
Điều khiển bánh răng : Có khả năng duy trì tốc độ ở chế độ tải nặng
Kết cấu cụm trục chính rất đa dạng, trục chính có thể đặt trên 2 hay 3 ổ
lăn. Nếu khoảng cách giữa hai ổ được xác định theo phương án tối ưu thì độ
cứng vững không nhỏ hơn khi dùng ba ổ ( lý do dùng ba ổ là về kết cấu như :
hộp trục chính quá dài, tạo điều kiện chống rung tốt hơn trong trục chính. Do khó
khăn về cơng nghệ nên cụm trục chính trong máy cơng cụ hạng nặng sử dụng ba
ổ lăn. Nhiều tài liệu ở n-ớc ngoài nghiên cứu khảo sát hơn 350 cụm trục chính
18


các loại máy công cụ khác nhau cho thấy tới gần 130 phương án kết cấu khác
nhau

Băng dẫn hướng
Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển
động của ban theo X và chuyển động theo trục Z của trục chính.
Yêu cầu của hệ thống thanh trươt trượt phải thẳng, có khả năng tải cao độ
cứng vững tốt, khơng có hiện tượng dính, trơn khi trượt.
Băng dẫn hướng 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 trị
giúp cho máy móc hoạt động đúng hướng, chuẩn mực hơn, linh hoạt hơn.
Hệ thống băng dẫn hướng trong máy CNC thường sử dụng con trượt
vuông . 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 dịng 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 trịn thì thanh
trượt vng đáp ứng được độ cứng vững, cấp chính xác và tải trọng nặng gấp
gần 1.5 lần so với dịng thanh trượt tuyến tính truyền thống như thanh trượt
tròn cũng đồng nghĩa giá cả sẽ cao hơn nhiều so với thanh trượt tròn.
Ưu điểm:
o Chịu tải trọng nặng
o Độ bền cao
o Có độ chính xác cao
o Chuyển động trơn trượt
o Ma sát thấp
o Dễ lắp đặt thiết kế
o Chắc chắn, cứng vững
19


Nhược điểm
o Giá thành cao.
o Kích thước khối lượng lớn.

Con trượt vuông được cấu thành từ 2 bộ phận chủ yếu là thanh trượt và
con trượt
Thanh trượt hay rail là bộ phân cố định có dạng vng u cầu độ chính
xác 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.
Thanh trượt vng được thiết kế với 4 rãnh bi hướng tâm 45 độ và được
tôi luyện với độ cứng từ 58 đến 62 HRC cho khả năng chịu lực hiệu quả theo
nhiều hướng, gia tăng độ bền, tải trọng cho thiết bị. Các loại ray trượt vuông
được làm từ thép S55C, kỹ thuật nung cao tần tiên tiến. Còn thanh trượt tròn làm
20


từ thép SUJ2, độ cứng bề mặt 60 đến 64 HRC và dược mạ crom chống gỉ, chống
ăn mòn hiệu quả.
Độ chính xác và độ bền, tuổi thọ của thanh trượt vuông cao
Tiếng ồn phát ra khi chuyển động của thanh trượt vuông êm ái, mượt mà
Thanh trượt vuông không có độ rơ, lắc ngang, địi hỏi phải lắp đặt trên mặt
phẳng cịn con trượt trịn có khả năng hỗ trợ phù hợp với các cơ cấu lắp đặt có bề
mặt khơng phẳng tuyệt đối.
Thanh trượt vng có cấu tạo đơn giản và dễ lắp đặt, tháo gỡ nhanh
Thanh trượt vng có thể sử dụng thuận tiện, dễ dàng với nhu cầu cần
thanh trượt dài hơn 4m bằng cách cắt dây 2 đầu và nối lại được nhằm giảm thiểu
tối đa độ vấp khi con trượt chạy qua.
Trục vit me đai ốc
Trong máy công cụ điều khiển số người ta thường sử dụng hai dạng vit me
cơ bản đó là: vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi:

Hình 2.5: Vit me đai ốc bi
 Vít me đai ốc thường: là loại vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt
 Vít me đai ốc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn
Bàn xe dao
21


Bộ phận này là bộ phận đỡ ổ chứa dao thực hiện các chuyển động tịnh tiến
ra (vào) song song, vng góc với trục chính nhờ các chuyển động của động cơ
bước ( các chuyển động này đã được lập trình sẵn ).
Ổ tích dao ( đầu rovonve ): Máy tiện thường dùng hai loại sau:
 Đầu rơvơnve có thể lắp từ 8 đến 12 dao các loại.
 Các ổ chứa trong tổ hợp gia công với các bộ phận khác ( đồ gá thay
đổi dụng cụ ).
Đầu rơvônve cho phép thay dao nhanh trong thời gian ngắn đã được chỉ
định, cịn ổ chứa dao thì mang một số lượng lớn dao mà không gây nguy hiểm,
va chạm trong vùng làm việc của máy tiện.
Ổ chứa dụng cụ cho máy tiện CNC Các ổ chứa dao cụ thường được sử
dụng ít hơn so với đầu rơvơnve vì việc thay đổi dụng cụ khó khăn so với các cơ
cấu của đầu rơvơnve. Song ổ chứa có ưu điểm là an tồn, ít gây ra va chạm trong
vùng gia công, dễ dàng ghép nối một số lớn các dụng cụ một cách tự động mà
khơng cần sự can thiệp bằng tay.

Hình 2.6: Một số dạng ổ chứa dụng cụ

22


Trong các trường hợp cáp dao được gá kẹp chủ yêu trong các hộp cassette
và được giữ ở những vị trí có số hiệu nhất định trên cơ cấu lắp dao . Những hộp

cassette này tường ứng với cơ cấu tiếp nhận dụng cụ trên các trung tâm gia công
Các kêt cấu tiêu chuẩn của đầu dao revolver
 Đầu dao revolver hình ngơi sao
 Đầu dao revolver hình đĩa phiên trịn
 Đầu dao revolver hình cái trống

Hình 2.7: Một số dạng đầu dao revolver
Ổ tích dao ít thấy hơn là đầu dao rê-vơn-ve trên máy tiện CNC, bởi vì
trang bị thay đổi dao thường tốn kém hơn là cơ cấu vận hành đầu rê-vơnve. ổ
tích dao có ưu điểm chủ yếu là lưu trữ số lượng dụng cụ nhiều hơn là đầu dao rêvôn-ve, nhưng vẫn đảm bảo không bị va đập dao và vận hành tự động. Nguyên lí
ổ tích dao tạo ra một xung lực mới ở các máy tiện CNC nhờ các giải pháp về hệ
dụng cụ, mà khi vận hành không phải thay đổi cả hộp cassette, mà chỉ thay đổi
đầu dao có lắp lưỡi cắt. Nhờ những thiết kế này mà có thể lưu trữ nhiều lưỡi cắt
hơn trong phạm vi không gian tương đối hẹp, với các trang bị thay đổi dụng cụ
tự động thích hợp, và cũng có thể chuẩn bị và bảo quản dụng cụ ứng với phạm vi
thời gian gia công dài hơn.
23


Ụ đứng
Là bộ phận làm việc của máy tạo ra vận tốc cắt gọt. Bên trong lắp trục
chính, động cơ bước ( điều chỉnh các tốc độ và thay đổi chiều quay ). Trên đầu
trục chính một đầu được lắp với mâm cặp dùng để gá và kẹp chặt chi tiết gia
cơng. Phía sau trục chính được lắp hệ thống thủy lực hoặc khí nén để đóng mở
và kẹp chặt chi tiết.
Ụ động
Bộ phận này bao gồm chi tiết dùng để định tâm và gá lắp chi tiết, điều
chỉnh, kẹp chặt nhờ hệ thống thủy lực ( khí nén ).

Hình 2.8: Ụ động máy tiện CNC

Chuyển động trục chính
Động cơ trục chính của máy tiện CNC có thể là động cơ một chiều hoặc
động cơ xoay chiều. Động cơ dòng một chiều điều chỉnh vơ cấp tốc độ bằng kích
từ, động cơ dịng xoay chiều thì điều chỉnh vơ cấp tốc độ bằng bộ biến đổi tần số,
thay đổi số vịng quay đơn giản, có mơmen truyền tải cao.
Chuyển động chạy dao
Động cơ ( xoay chiều, một chiều ) truyền chuyển động quay sang chuyển
động tịnh tiến bằng bộ vít me đai ốc bi làm cho từng trục chạy dao độc lập (Trục
X, Z ). Các loại động cơ này có đặc tính động học ưu việt cho q trình cắt, quá
24


trình phanh hãm do mơ men q tính nhỏ nên độ chính xác điều chỉnh cao và
chính xác. Bộ vít me đai ốc bi có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít ma
sát, có thể điều chỉnh khe hở hợp lý khi truyền dẫn với tốc độ cao.
Mâm cặp

Hình 2.9: Mâm cặp thủy lực
Mâm cặp: Trong quá trình đóng mở mâm cặp để tháo chi tiết bằng hệ
thống thủy lực ( khí nén ) hoạt động nhanh lực phát động nhỏ và an toàn. Đối với
máy tiện CNC thường được gia công với tốc độ rất cao. Số vịng quay của trục
chính lớn ( có thể lên tới 8000 vịng/ phút – khi gia cơng kim loại màu ). Do đó
lực ly tâm là rất lớn nên mâm cặp thường được kẹp bằng hệ thống thủy lực ( khí
nén ) tự động. Có các dạng mâm cặp 4 chấu , 3 chấu tự định tâm và mâm cặp
thủy lực .
Hệ thông điều khiển
Cụm điều khiển máy MCU( Machine Control Unit )

25