Chế thử máy cắt tấm kim loại khổ rộng không dưới 6m điều khiển CNC

1
BKHVCN
VMVDCCN
Bộ công nghiệp
Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp
46- Láng Hạ- Đống Đa- Há Nội





Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Dự án

Chế thử máy cắt tấm kim loại khổ rộng
không dới 6 mét điều khiển CNC


PGS.TS : Trơng Hữu Chí




6951
14/8/2008

Hà nội, 02- 2006

Bản quyền 2006 thuộc VMVDCCN
Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Viện trởng VNVDCCN, trừ
trờng hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu.

2
BKHVCN
VMVDCCN
Bộ công nghiệp
Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp
46- Láng Hạ- Đống Đa- Há Nội



Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Dự án :
Chế thử máy cắt tấm kim loại khổ rộng
không dới 6 mét điều khiển CNC



PGS.TS : Trơng Hữu Chí







Hà nội, 02- 2006

Bản thảo viết xong tháng 02 năm 2006


Tài liệu này đợc chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện đề tài cấp nhà nớc mã số

KC.05.DA 08


3
Danh sách những ngời thực hiện
TT Họ và tên Chức danh và đơn vị công tác
Tham gia vào
mục
A
Chủ nhiệm đề tài

PGS. TS
Trơng Hữu Chí
Viện trởng : Viện máy và Dụng cụ Công
nghiệp (viết tắt là : IMI -Holding)
Chỉ đạo thực
hiện
B
Cán bộ tham gia
nghiên cứu

1
Kĩ s cơ khí:
Trần Kim Quế
Giám đốc: Trung tâm Cơ khí chính xác và
máy CNC, Viện IMI-Holding
1.1; 1.3; 1.4;
1.5; 2; 3;
2
Kĩ s tự động hoá :

Nguyễn Tiến Hùng
Phó Giám đốc: Trung tâm Cơ khí chính
xác và máy CNC, Viện IMI-Holding
1.1; 1.2; 1.6;
1.7; 2
3
Kĩ s cơ khi:
Đặng Văn Tuấn
Kỹ thuật viên : Trung tâm Cơ khí chính
xác và máy CNC, Viện IMI-Holding
1.1; 1.2; 1.3;
1.4; 1.5; 4
4
Kỹ s tự động hoá :
Lê Điệp Anh
Kỹ thuật viên : Trung tâm Cơ khí chính
xác và máy CNC, Viện IMI-Holding
1.1;1.2; 1.6
5
Kĩ s cơ khi:
Nguyễn Quốc Viên
Kỹ thuật viên : Trung tâm Cơ khí chính
xác và máy CNC, Viện IMI-Holding
1.1; 1.2; 1.3;
1.4; 1.5; 4
6
Kĩ s cơ khí
Nguyễn sĩ Hiển
Kỹ thuật viên : Trung tâm Cơ khí chính
xác và máy CNC, Viện IMI-Holding

1.1; 1.2; 1.3;
1.4; 1.5; 4













4
Bài tóm tắt
1. Lựa chọn thiết kế kiểu dáng công nghiệp cho máy cắt gas- plasma CNC
2. Hoàn thiện thiết kế, tối u hoá các cụm máy và tổng thể máy trên cơ sở tính toán tối u
về động học và động lực học
3. Hoàn thiện công nghệ chế tạo khung máy
4. Công nghệ chế tạo và lắp ráp thanh răng, bánh răng, đờng ray
5. Qui trình công nghệ chế tạo, lắp ráp, đo lờng và kiểm tra phù hợp với điều kiện Việt
Nam
6. Điều khiển đồng vị
7. ứng dụng khả năng mở rộng CAD/CAM để chuyển đổi dữ liệu thiết kế sang các
chơng trình CNC cho máy cắt.

5
Mục Lục
Trang

Trang bìa
1
Trang nhan đề
2
Danh sách những ngời thực hiện
3
Bài tóm tắt
4
Mục lục
5
1. Các nội dung khoa học
7
1.1. Lựa chọn thiết kế kiểu dáng công nghiệp cho máy cắt
gas- plasma CNC:

7
1.1.1 Phân tích một số máy cắt gas-plasma CNC trên thế giới
7
1.1.2 Các mục tiêu khi lựa chọn mẫu máy
10
1.1.3 Chọn lựa chọn kiểu dáng cho máy cắt CNC.
11
1.2. Hoàn thiện thiết kế, tối u hoá các cụm máy và tổng thể
máy trên cơ sở tính toán tối u về động học và động lực học

12
1.2.1 Tính toán động học.
1.2.2 Tính toán động lực học
12
13

1.3. Hoàn thiện công nghệ chế tạo khung máy.
15
1.3.1 Giải pháp thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo khung máy.
15
1.3.2 Tính toán kiểm nghiệm giá trị độ võng của xà
17
1.4. Công nghệ chế tạo và lắp ráp thanh răng, bánh răng, đ
ờng ray
19
1.4.1 Công nghệ xọc răng trên máy xọc răngvới bộ đồ gá xọc răng
chuyên dùng để nâng cao độ chính xác và đồng nhất của bớc
thanh răng
19
1.4.2 Hoàn thiện công nghệ xử lý nhiệt thanh răng bằng cách tôi qua 2
giai đoạn: tôi cải thiện và tôi cao tần.
20
1.4.3 Thiết kế, chế tạo đồ gá xọc thanh răng trên máy xọc răng.
21
1.4.4 Thiết kế, chế tạo bộ đồ gá tôi cao tần thanh răng
21
1.5. Qui trình công nghệ chế tạo, lắp ráp, đo lờng và kiểm tra phù
hợp với điều kiện việt nam.

21
1.5.1 Hệ thống đồ gá và công nghệ lắp ráp ray X.
21

6
1.5.2 Hệ thống đồ gá và công nghệ lắp ráp ray Y.
22

1.5.3 Các đồ gá, thiết bị kiểm tra chuyên dùng và phơng pháp kiểm
tra các thông số của máy
22
1.6. Điều khiển đồng vị
24
1.6.1. Các nguyên lý điều khiển đồng vị
1.6.2. Lựa chọn kỹ thuật cho máy.
1.7. ứng dụng khả năng mở rộng CAD/CAM để chuyển đổi dữ liệu
thiết kế sang các chơng trình CNC cho máy cắt.
24
26

27
2. Kết quả thu đợc của đề tài
28
3. kiến nghị
29
4. các tài liệu tham khảo
29

7
1 . Các nội dung khoa học
1.1. Lựa chọn thiết kế kiểu dáng công nghiệp cho máy cắt
Gas-Plasma CNC
1.1.1 Phân tích một số máy cắt Gas - Plasma CNC trên thế giới.
a, Đặc điểm chung máy cắt dạng CNC (Computer Numeric Control)
- Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học đã tạo tiền đề cho
sự phát triển của hàng loạt các ngành kỹ thuật khác nhau.Trong chế tạo máy ,nhờ
ứng dụng kỹ thuật CNC ngành chế tạo máy công cụ CNC đã xuất hiện và phát
triển nh vũ bão, và nhu cầu ứng dụng nó vào trong sản xuất ngày càng tăng.
- Trớc tình hình đó ,máy cắt kim loại tấm, có sự tích hợp của các công
nghệ CAD/CAM/CNC đã nổi lên nh một cuộc cách mạng trong công nghiệp
đóng tàu vào những năm 80 của thế kỷ 20,với sự tham gia của các nhà sản xuất
máy công cụ hàng đầu trên thế giới, nh hãng AMADA(Nhật bản); hãng KOIKE
(Nhật bản); SHARP (Pháp); FARLEY(Mỹ) v.v.và những nhà sản xuất bộ điều
kiển hàng đầu nh: HEIDENHAIN(Đức); ANILAM (Mỹ); FANUC (Nhật bản);
FAGO(Tây ban nha) v.v.
- Ưu điểm của thế hệ máy này là: biên dạng chi tiết cắt đợc lập trình mềm
nên rất linh hoạt trong sản xuất .nó phù hợp với mọi loại hình sản xuất ,từ sản xuất
đơn chiếc,sản xuất loạt nhỏ,đến sản xuất loạt lớn.

Độ chính xác theo yêu cầu cao ;
Thay đổi biên dạng chi tiết cắt linh hoạt,dễ dàng;
Dễ dàng tạo ra đợc ngân hàng dữ liệu các chi tiết cắt;
Dễ dàng xắp xếp hình tối u, tiết kiệm đợc vật liệu;
Dễ cơ khí hoá, tự động hoá.
Chất lợng vết cắt và năng suất cao ,không phụ thuộc tay nghề .
Năng suất cắt cao;
Nhợc điểm: Đòi hỏi có đội ngũ cán bộ kỹ thuật cao,cập nhật thờng xuyên với
những thay đổi của công nghệ tin hoc.
Giá thành cao; Khó áp dụng cho quy mô sản xuất nhỏ.




8
b, Một số loại máy cắt trên thế giới.
Máy cắt Master ( Sản phẩm của hãng ProArc, Đài Loan )









Đặc điểm
:
- Kết cấu truyền động theo phơng dọc theo nguyên lý đồng vị. Kết cấu này sử dụng
hai động cơ hai bên và đợc bộ điều khiển CNC điều khiển tốc độ động cơ.

- Kết cấu truyền động theo phơng ngang sử dụng công nghệ UBD
(Unique Belt Drive) với phơng pháp này các đầu cắt đợc truyền động bằng đai
mà không sử dụng kết cấu truyền động bánh răng thanh răng.Bằng phơng án này kết
cấu truyền động rất gon nhẹ đồng thời chi phí chế tạo máy sẽ đợc giảm đáng kể do
không phải chế tạo thanh răng và lắp ráp thanh răng lên khung máy.
- Kết cấu dẫn động theo phơng ngang bằng thanh dẫn hớng bi.
- Bề rộng lớn nhất máy có thể cắt đợc 7,6 m.
- Độ chính xác lặp lại và động chính xác vị trí là 0,1 mm.
- Mỏ cắt Gas có lắp bộ điều khiển chiều cao bằng điện dung.
- Tốc độ lớn nhất của máy 24 m/ph.










9
Máy cắt Farley Trident ( Sản phẩm của hãng Farley, Autrania ).

Đặc điểm :

- Kết cấu dẫn hớng chuyển động của máy theo phớng dọc dùng kết cấu dầm với
chiều cao thấp nên có độ ổn định và độ cớng vững rất cao.
- Kết cấu dẫn hớng chuyển động của đầu cắt bằng thanh dẫn hớng bi đặt năm
ngang nên giảm đợc bụi cho thanh dẫn hớng.
- Tốc độ lớn nhất của máy là 30 m/ph.
- Độ chính xác của máy là : 0.3 mm.
- Máy có thể cắt vát mép biên dạng tròn bằng đầu cắt Plasma
- Bề rộng lớn nhất máy có thể cắt đợc là 10 m.
- Chiều dài lớn nhất máy có thể cắt đợc là 50 m.
- Máy có hệ thống hút bụi để giảm ô nhiễm môi trờng cũng nh độc hại cho ngời
sử dụng máy.
- Khi cắt bằng Plasma có thể đợc cắt bằng bàn cắt ớt không gây hại cho nguời sử
dụng máy.




10
Máy cắt Mastergraph II Millennium series ( Sản phẩm của hãng Koike, Nhật Bản )

Đặc điểm :

- Bộ điều khiển KAR CNC chạy trên nên Windows XP, rất thuận tiện cho thao tác
khi cài đặt và khi sử dụng.
- Kết cấu dẫn động theo phơng ngang bằng một thanh dẫn hớng bi do vậy việc
công khung máy đơn giản.
- Kết cấu truyền chuyển động theo phơng dọc của máy dùng bánh răng thanh răng
và hộp số bánh răng hành tinh, nên có kết cấu nhỏ gọn mà vấ đảm bảo công suất.
- Bề rộng lớn nhất máy có thể cắt đợc là 3,6 m.
- Tốc độ lớn nhất của máy là 18 m/ph.
- Độ chính xác vị trí 0.17 mm.

1.1.2 Các mục tiêu khi chọn mẫu máy.
- Máy có thể cắt khổ tôn rộng lớn hơn 6 x 12 m.
- Đạt độ chính xác định vị và lặp lại 0,2 mm.
- Tốc độ chạy không tải ( chạy nhanh ) với trục X là 8000 mm/ph, trục Y là 6000
mm/ph.
- Tự động điều khiển chiều cao mỏ cắt bằng cơ khí khi sử dụng nguồn cắt Gas,
- Tận dụng tôi đa các công nghệ trong nớc để chế tạo máy.
- Máy có kiểu dáng công nghiệp đẹp.

11
1.1.3 Chọn lựa kiểu dáng cho máy cắt CNC :













- Chiều rộng cắt lớn nhất: 6600 mm.
- Chiều dài cắt lớn nhất:12000 mm.
- Khoảng cách tâm đờng ray: 7100mm
- Máy đợc cấu tạo dạng khung kín đảm bảo chuyển động chắc chắn theo
- Phơng án sử dụng đồng vị
- Truyền động thanh răng ,bánh răng 2 bên , dẫn hớng bi 2đầu,đảm bảo truyền
động êm,chính xác.
- Máy có 4 đầu cắt ,trong đó có 3 đầu cắt gas,1 đầu cắt plasma.
- Đầu cắt ga sử dụng có thể lên ,xuống nhờ động cơ điện hoặc bằng tay.
+ Hành trình lên,xuống bằng động cơ điện : 200mm.
+ Hành trình lên,xuống bằng tay : 200mm.
+ Hành trình lên,xuống bằng định vị tự động : 100mm.
- Sử dụng kết cấu dẫn hớng bi dẫn động trục X.
- Sử dụng kết cấu ray thấp dẫn động trục Y.
- Khung máy có dạng hình chữ nhật tiết diện 280x700 đợc hàn từ thép hinh chữ

U kích thớc U28 đảm bảo đợc khả năng chống uốn, chống xoắn tốt, giảm
đợc tối đa rung động trong quá trình cắt.
- Các bi lăn trên đờng ray là loại bi đỡ đảm bảo sự tiếp xúc tốt giữa vòng lăn
của con lăn và bề mặt ray,tạo nên quá trình lăn êm,nhẹ, chinh xác.

12
- Máy có ca bin điều khiển,tạo thuận lợi cho ngời sử dụng .
- Khi cắt bằng Gas sử dụng hệ thống định vị khoảng cách cắt tự động bằng động
cơ điện và cơ khí cho phép thao tác, điều chỉnh lên xuống một cách dễ dàng.
- Bộ ly hợp ma sát trong hệ thống định vị khoảng cách đảm bảo an toàn cho các
động cơ khi đầu cắt gặp các sự cố nh: va chạm giữa đầu cắt với tấm kim loại
quá cong vênh khi cắt.
- Bộ chân tỳ cơ khí đảm bảo khoảng cách từ đầu cắt tới phôi không đổi, khắc
phục đợc sự cố cong vênh của tấm kim loại khi cắt, đảm bảo quá trình cắt ổn
định.
- Khi cắt bằng Plasma sử dụng hệ thống định vị khoảng cách cắt tự động điện,
đảm bảo khoảng cách hồ quang luôn không đổi trong quá trình cắt.
- Kiểu dáng máy và màn hình điều khiển mang tính mỹ thuật công nghiệp cao.
- Truyền động giữa hai bên đờng ray đợc sử dụng hai động cơ truyền động
đợc điều khiển theo nguyên lý đông vị.cho phép hai bên chuyển động đồng
nhất, êm ái.
- Tốc độ chạy nhanh (RAPID)
- Theo phơng X: 8000 mm/ph
- Theo phơng Y : 6000 mm/ph
- Tốc độ cắt (FEED) : 0- 4000 mm/ph
- Độ chính xác định vị : 0.2 mm
- Độ chính xác vị trí : 0.2 mm
- Hệ điều khiển cnc anilam
3300mk (usa)
- Tự động mồi lửa;

13
1.2 Hoàn thiện thiết kế, tối u hoá các cụm máy và tổng
thể máy trên cơ sở Tính toán động học và động lực học.
1.2.1 Tính toán động học.
1.2.1.1 Nhiệm vụ thiết kế:
Thiết kế phần cơ khí của máy thoả mãn :
- Máy có kết cấu khung kín dạng cầu trục đảm bảo độ cứng vững của xà,
khung máy trong quá trình làm việc.
- Truyền dẫn thanh răng ,bánh răng 2 bên có lắp cơ cấu tự điều chỉnh khe hở
ăn khớp ,dẫn hớng bi 2đầu đảm bảo truyền động chính xác, êm.
- Sử dụng động cơ hộp số đồng tốc hai bên.
1.2.1.2 Lựa chọn modul thanh răng và số răng của bánh răng.
a. Chiều X ( chiều ngang máy):
Modul 1.5
Số răng Z20
Bớc vòng răng : (Ballscrew Pitch)
P
x
=1.5x20x = 94,2477961
b. Chiều trục Y (chiều dọc máy):

Modul 3
Số răng Z17
Bớc vòng răng : (Ballscrew Pitch)
P
y
=17x3x = 160,2212253
c. Chiều trục Z
Vít me đai ốc M16x2.
1.2.1.3 Tính toán các thông số của bộ truyền động
a, Tính toán tỷ số truyền của hộp số X
Tỷ số truyền đảm bảo Rapid 8000 mm/phút
Ta có:

Motor

i
Thanh
răng

H
ình 9: Sơ đồ tính t
ỷ
số

14
1 vòng động cơ * i
x
* Px = Lx (1);
Với i
x

: tỷ số truyền của hộp số x;
P
x
: bớc vít me x (ballscrew Pitch);
L
x
: khoảng dịch chuyển theo phơng x của đầu cắt khi Motor quay đợc
một vòng. Do L
x max
= 8000 (mm/phút) nên từ (1) ta có:
2000 * i
x
*P
x
8000 (mm/phút);

x
P *2000
8000
ix
(2);do P
x
=1.5*20* nên :
i
x


*20*5.1*2000
8000
=0,04246 hay i

x
1:24;
b, Tính toán tỷ số truyền của hộp số y
Tơng tự trên ta có i
y

Py.2000
5000

i
y


*3*17*2000
5000
= 0. 0156;
hay i
y
1: 64
c, Tính toán tỷ số truyền theo phơng Z
Tốc độ chạy nhanh khi điều khiển chiều cao tự động nhờ hệ thống điện:
F
max
=2000 mm/phút;
Tỷ số truyền 1310*i
z
*P
z
= 2000 mm/phút
i

z1
=
Pz*1310
2000
với P
z
=2 ta có: i
z1
=
2*1310
2000
= 1:1,31
Tốc độ chạy nhanh khi điều khiển chiều cao tự động nhờ hệ thống cơ khí:
F
max
=600ữ800 mm/phút;
i
z2
=(600ữ800)/ (1310*2)=1:4,3ữ1: 2,62;
Lựa chọn tỷ số truyền:
Dựa Trên cơ sở tính toán trên và đặc điểm hoạt động của động cơ điện
trong hệ thống điều khiển CNC ta chọn đợc tỷ số truyền nh sau:
i
x
=1:19.6
iy =1: 15
iz =1: 3
khi ấy, tốc độ của các động cơ điện tơng ứng là:

15

n
x
=

*20*5.1*
6.19
1
8000
*
8000
=
Pxix
= 1665 RPM;
n
y
=

*3*17*
15
1
5000
*
5000
=
Pyiy
= 468 RPM;
và F
Zmax
= 873 mm/phút;
Qua việc lựa chọn trên ta thấy động cơ chỉ làm việc ở chế độ vòng quay

khoảng 65% tốc độ max cho phép.
1.2.2.Tính toán động lực học
1.2.2 .1. Các khối lợng.
a. Khối lợng di chuyển theo phơng x
Từ thiết kế thử nghiệm cho máy CP31120 đã tính ra đợc khối lợng của một
cụm mỏ cắt vào khoảng 40 kg.
Tổng khối lợng của cụm mỏ cắt trên máy là:4 x40= 160 kg (gồm 04 mỏ/ 01
máy);
Khối lợng các loại dây dịch chuyển theo phơng trục x khoảng 50 kg;
Khối lợng tổng theo phơng trục x là:
160 + 50 =210 kg;
b. Khối lợng chuyển động theo phơng trục y:
Khối lợng các cụm chi tiết:
Đầu hồi máy : 489 kg;
Khung xà máy: 1140 kg;
Tủ điện + màn hình =160 kg;
Gas + hộp gas :10kg
Tổng cộng : 1984 kg.
Mức chênh lệch 10% dữ trữ cho ổ bi, bánh răng, bu lông, đai ốc, ốc vít, bao
che các loại, v. v. .
Vậy tổng khối lợng chuyển động theo phơng y là :
110% x1984 = 2182 kg.
Để tiện cho tính toán về sau, lấy tròn tổng khối lợng chuyển động theo y
là 2182 kg.
c. Khối lợng chuyển động theo phơng trục z:
xấp xỉ khoảng 12 kg.

16

16

2
P=120N

D
2

N
z

N
v
N
H
ình 10:Sơ đồ tính lực trên
vít me
,
đai ốc theo tr
ụ
c z

N
v
Hình 11: Sơ đồ tính lực
tiế
p
tu
y
ến
1.2.2.2 Tính lực và tính mô men trên động cơ điện
a. Theo phơng z:(vít me, đai ốc M16x2) (hình 10):

Góc nâng của đờng vít:
=arctang
o
12,7
16*
2
=


Phản lực pháp tuyến:
N=
)12.7( Cos Cos
PP
=


N=120N/0,992=120,96N;
Lực tiếp tuyến (là lực tạo ra do mô men xoắn trên trục vít) (hình 11)
Nv=N*sin =120*96*sin 7
0
12' =14,99N.
Bán kính mô men là 0,008 m; vậy
Mô men trên trục là Mz==14,99x0,08=0,119 Nm;
Qua kết quả tính ta thấy rằng mô men này
rất nhỏ so với mô men của động cơ trục z
đã chọn (0,8Nm)
b. Phơng x:

Tổng khối lợng chuyển động là 210 kg hay 2100 N.

Do kết cấu chuyển động là bi lăn trên ray, nên chọn hệ số ma sát là 0,05 vậy:
Fms=2100x0,05=105 N;
Lực quán tính khi tăng tốc và giảm tốc:
Ta đã biết : sau thời gian tăng tốc hay giảm tốc
là 250 ms=0,25 s. Tốc độ phải đạt đợc
từ 0 đến Fmax=8000 mm/phút hay 8m/60s=0,13 m/s.
Vậy gia tốc của hệ thống là:
a=v/t =0,13/0,25 = 0,52 m/s
2
.
lực phát sinh do quán tính là:
F
qt
= m. a=210x0,52=109. 2N và lây xấp xỉ F
qt
=110N;
Lực tổng F
t
=F
ms
+F
qt
=105 +110 =215 N.
Đờng kính trung bình của bánh răng là (hình 3):
D
c
=m*z=2*15 D
c
=30 mm;
Bán kính chịu mô men:

R
c
=D
c
/2=15 mm; hay Rc=0,015 m.
Rc=15
F
t

m2* Z15
H
ình 12: Sơ đồ tính lực
theo
p
hơn
g
tr
ụ
c x.

17
Khi đó, mô men trên trục bánh răng:
M=F
t
*R
c
=215*0,015=3,225 Nm.
ắ Trờng hợp thời gian tăng tốc hay giảm tốc là 100 ms=0,1 s.
Khi đó gia tốc của hệ là: a=0,13/0,1 =1,3 m/s
2

.
Lực quán tính F
qt
=210(kg)*1,3(m/s
2
)=273 N.
Lực tổng:
F

=105+273=378 N.
Mô men M=378*0,015=5,67Nm.
Mô men cần thiết ở đầu trục động cơ là: (3,22 ữ5,67)*i
x
=0,178ữ0,315 Nm.
Do đã chọn Mx=3,15 nên thấy rằng kết quả tính toán là d bền.
c. Phơng Y: Tổng khối lợng chuyển động 22500 N.

ắ Lực ma sát (hệ số ma sát =0,05)
F
ms
=22500*0,05=1125 N;
Gia tốc khi thời gian gia tốc là 0,1 ms:
a =5/60*0,1=0,8 m/s
2
.
Lực quán tính :
F
qt
=0,8 m/s
2

*2250=1800N.
Lực tổng:
F
t
=F
ms
+F
qt
= 1125 N + 1800 N= 2925N.
Do bánh răng có m3 và z17 nên Dc=3*17=51 và Rc=25,5 mm hay Rc=0,0255 m
Mô men trên trục bánh răng là:
M=2925*0,0255=74,58 Nm.
Mô men cần thiết trên trục động cơ là:
M
y
=M*i
y
=74,58/15= 4.97 Nm.
Do kết quả trên chọn động cơ với hệ số an toàn n=3 nên ta có:
M
y
=4.97*3=14.91 Nm.
Chọn 2 động cơ mỗi chiếc có mô men 9.54 Nm.
ắ Trờng hợp khi thời gian gia tốc là 250 ms có t=0,25 s
a=5000/1000*60*0,25=0,33m/s
2
.
F
qt
=2250*0,33=750N.

Ft=750+1125=1875N.
Mô men đầu trục bánh răng:

18
M=1875 * 0,0255=47,8 Nm.
Mô men cần thiết của động cơ là:
My=47,8/50=0,956 Nm.
Từ các kết quả tính toán trên đây thấy rằng việc chọn động cơ, mô men động cơ, tỷ
số truyền động đã thoả mãn yêu cầu của máy CP66120-CNC.
1. 3 hoàn thiện công nghệ chế tạo khung máy.
1.3.1. Giải pháp thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo khung máy.
1.3.1.1 Sửa đổi kết cấu nh bản vẽ thiết kế ( phục lục 1).
Trên cơ sở những thiết kế khung máy đã đợc sử dụng trớc đây, việc đảm
bảo độ cứng vững và ổn định là một yếu tố rất quan trọng để đảm bảo chất lợng
cho máy.với những khung máy đã đợc chế tạo sau một thời gian đợc khách
hàng của IMI sử dụng có phát sinh vấn đề kỹ thuật là độ ổn định về độ cứng không
cao. Do vậy sau khi nhóm thiết kế nghin cứu và tham khảo các ý kiến của các
chuyên gian trong nghành và các tài liệu có liên quan trong và ngoài nớc đã đi
đến những cải tiến sửa đổi để khác phục vấn đề trên.Với những sửa đổi đợc thể
hiện trong bản thiết kế ( phụ lục 1) nhằm mục đích tăng độ cứng vững dữ đợc ổn
định của độ võng là những yếu tố ảnh hởng trực tiếp đến độ chính xác và chất
lợng của máy.
1.3.1.2 Công nghệ ủ khung.
Sau khi Khung máy đã hàn thành kết cấu và đợc đo kiểm đảm bảo các yêu
cầu về độ chính sác, quy trình chế tạo khung đợc chuyển sang bớc tiếp theo là ủ
khung cũng là một yếu tố rất quan trọng để khử ứng suất d mối hàn và tạo sự ổn
định trong quá trình làm việc sau này. Với công nghệ kỹ thuật của nớc ta trớc
đây việc ủ chi tiết có kết lớn cũng là một hạn chế nhng với sự phát triển chung
của ngành nhiệt luyện, việc ủ các chi tiết có kích thớc lớn đã đợc giải quyết, và
Viện cũng đã ứng dụng công nghệ này vào quy trình công nghệ chế tạo khung

máy.Đây cũng là bớc cải tiến mới trong công nghệ chế tạo khung máy của Viện
trong gia đoạn phát triển mới.
1.3.1.3 Phay phần lắp dẫn hớng bi.
Sau khi khung đợc ủ xong bớc tiếp theo là gia công phần lắp dẫn hớng
bi và lắp thanh răng, với đặc điểm độ chính xác của dẫn hớng bi rất cao ( dung sai
nhỏ hơn 0,05 mm) nên độ chính xác phần lắp dẫ hớng bi cũng phải đảm bảo và
đạt độ chính xác hình học rất cao ( các yêu cầu về độ chính xác đợc nêu trong

19
phần các thông số kiểm tra) do vậy nguyên công này phải đợc gia công trên máy
phay CNC có độ chính xác cao để đảm bảo độ chính xác của khung trên cả chiều
dài phần lắp dẫn hớng và thanh răng .
1.3.1.4 Phay tạo cữ lắp đầu hồi máy và lắp cụm đai thép.
( xem bản thiết kế trong Phụ lục 1)
Cùng với khâu gia công phần lắp dẫn hớng bi việc gia công chính xác tạo
chuẩn để lắp ráp đầu hồi và cụm đai thép cũng cần đợc đảm bảo để nâng cao độ
chính xác cho máy.Vì trớc đây thiết bị để gia công chi tiết lớn có độ chính cao là
không có, nên phần dẫn động mỏ cắt phải dùng kết cấu ghép các thanh ray ngắn
lại với nhau để tạo thành chiều dài dẫn hớng mỏ cắt. Do vậy độ chính xác thấp và
mất nhiều công lắp ráp. Hiện nay khả năng công nghệ đã đợc mở rộng nên các kỹ
s trong nhóm thiết kế đã đa ra sửa đổi và cải tiến để ứng dụng khả năng mở rộng
của thiết bị ( gia công đợc chi tiết lớn với độ chính xác cao ). Trong nguyên công
này việc gia công cần phải đảm bảo độ song song giữa hai chuẩn lắp đầu hồi và độ
vuông góc giữa hai chuẩn này với bề mặt lắp thanh dẫn hớng bi.
1.3.1.5 Lắp ráp thanh dẫn hơng bi và thanh răng.
Sau khi khung máy đã đợc gia công tiến hành lắp ráp thanh dẫn hớng bi
lên khung máy, trong quá trình lắp ráp có thể cần phải cạo dà phần lắp thanh dẫn
hớng để đảm bảo cho khối trợt bi dịch chuyển nhẹ nhàng trên xuốt chiều dai
toàn bộ thanh dẫn hớng.

20
N
1
N
2
G
g
l
l
y
z
x
o
a
1
N
g
a

G
N
2
1
2
1.3.2 Tính toán kiểm nghiệm độ võng khung máy.
Các thông số của Xà máy .
1. Kích thớc khung 7000x700x280 mm .
2. Khối lợng khung xà máy : 1140 Kg.
3. Khối lợng các đầu cắt X : 185 Kg.
Tổng khối lợng : 1325 kg
1.3.2.1 Tính chuyển vị theo phơng thẳng đứng.
a. Xác định phản lực gối tựa.






0lg2
21
=+=

NGNF
y
(1)
0.2.lg2.
2
=+=

NlGllM
x
(2)
- Giải hệ phơng trình trên ta có:
N
1
= l.g + G/2
N
2
= l.g + G/2
Thay số:
l =6.6/2=3.3m ; G = 185 (Kg) = 1850 (N) ;
g = 1325*10/6.6=20076 N/m = 2,0076 N/mm
Ta có: N
1
= N
2
= l.g +G/2 = 1850*3.3+2007.6/2=7108.8 N
b. Xác định mô men uốn M
x
.

a
0
= 0
a
1
= l
a
2

= 2.l


Dựa vào biểu đồ và dùng phơng pháp vạn năng ta có các phơng trình mô men
biểu diễn các đoạn xà nh sau.

21
+ 0 z l
M
x1
(z) = N
1
( z-a
0
) - g.
2
)(
2
0
az
= -g.
2
2
z
+ ( l.g +
2
G
).z (+ l z 2l)
M
x2

(z) = M
x1
(z) G.( z-a
1
) 0.
2
)(
2
1
az

= -g.
2
2
z
+ (l.g -
2
G
).z + G.l








* Biểu đồ mô men uốn nh hình vẽ với:
M
xmax

= M
x1
(z = l) = M
x2
(z = l) = g.
2
.
2
2
l
G
l
+
Thay số ta có:
M
xmax
=2007.6*3.3
2
/2+1850*3.3/2=13983.88 Nm
1.3.2.2 Xác địng độ võng:
a. Biểu thức tính chuyển vị trong khoảng 0 < z <l:
x
x
EJ
M
zV
1
)(
''
1

=

Trong đó:

)(
''
1
zV : Là vi phân cấp 2 của chuyển vị theo phơng Y.
M
x1
: Là biểu thức tính mô men uốn đối với trục X dọc theo phơng Z.
E: Là mô đun đàn hồi của vật liệu.
J
x
: Là mô men quán tính đối với trục X.
Suy ra:
x
EJ
z
G
gl
z
g
zV
).
2
.(
2
.
)(

2
''
1
++
=


22


+












++
=
1
2
'
1
).

2
.(
2
.
)( C
EJ
z
G
gl
z
g
zV
x

(C
1
: Là hằng số tích phân đợc xác định từ điều kiện biên của góc xoay).
1
23
'
1
2
).
2
.(
6
.
)( C
EJ
zG

gl
z
g
zV
x
+
++
=


21
23
1
2
).
2
.(
6
.
)( CC
EJ
zG
gl
z
g
zV
x
+

+
++
=


(C
2
: Là hằng số tích phân đợc xác định từ điều kiện biên của chuyển vị).
21
34
1
.
6
).
2
.(
24
.
)( CzC
EJ

zG
gl
z
g
zV
x
++
++
= ( 1 )
* Biểu thức tính góc xoay
1
(z) trong khoảng 0 z l.

1
(z) = )(
'
1
zV

1
(z) =
1
23
2
).
2
.(
6
.
C

EJ
zG
gl
z
g
x
+
++
( 2 )
b. Biểu thức tính chuyển vị trong khoảng l < z <2l:
x
x
EJ
M
zV
2
)(
''
2
=
Trong đó:
)(
''
2
zV : Là vi phân cấp 2 của chuyển vị theo phơng Y.
M
x2
: Là biểu thức tính mô men uốn đối với trục X dọc theo phơng Z.
Suy ra:
x

EJ
lGz
G
gl
z
g
zV
.).
2
.(
2
.
)(
2
''
2
++
=



+

++
=
1
2
'
2
.).
2
.(
2
.
)( D
EJ
lGz
G
gl
z
g
zV
x

(D
1
: Là hằng số tích phân đợc xác định từ điều kiện biên của góc xoay).

23

1
23
'
2

2
).
2
.(
6
.
)( D
EJ
zlG
zG
gl
z
g
zV
x
+
++
=


21
23
2

2

).
2
.(
6
.
)( DD
EJ
zlG
zG
gl
z
g
zV
x
+












+
++
=

(D
2
: Là hằng số tích phân đợc xác định từ điều kiện biên của chuyển vị).
21
234
2
.
2

6
).
2
.(
24
.
)( DzD
EJ
z
lG
zG
gl
z
g
zV
x
++
++
= ( 3 )

* Biểu thức tính góc xoay
2
(z) trong khoảng l z 2l.

2
(z) = )(
'
2
zV

2
(z)
1
23

2
).
2
.(
6
.
D
EJ
zlG
zG
gl
z
g
x
+

++
= ( 4 )
* Xét các điều kiện biên của bài toán, ta có.
)0(
1
=zV = 0 (a)
)2(
2
lzV = = 0 (b)

1
(z = l) =
2
(z=l) (c)
)(
1
lzV = = )(
2
lzV = (d)
- Từ các biểu thức ( 1 ), ( 2 ), ( 3 ), ( 4 ).Ta có hệ phơng trình xác định các hằng
số tích phân nh sau.

=+
=
+
=+
=
3
.
)(
.2
.
3
).2 (.2
.2
0
3
2211
2
11
3
21
2
lG
DCDC
EJ
lG
DC
JE
Glgl

DlD
C
x
x

Giải hệ phơng trình trên ta có:

24
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
=
+
−=
=
+
−=
6
.
)

4
.3
3
.
.(
0
)
43
.
.(
3
2
2
1
2
2
1
lG
D
EJ
Glg
l
D
C
EJ
Glg
l
C
x
x

-Thay c¸c gi¸ trÞ trªn vµo c¸c biÓu thøc, ( 1 ), ( 2 ), ( 3 ), ( 4 ) ta cã c¸c biÓu thøc
tÝnh chuuyÓn vÞ theo ph−¬ng Y nh− sau .
x
EJ
z
Glg
l
zG
gl
z
g
zV
).
43
.
.(
6
).
2
.(
24
.
)(
2
34
1
+−++−
=

ϕ
1
(z) =
x
EJ
Glg
l
zG
gl
z
g )
43
.
.(
2
).
2
.(
6
.
2
23
+−++−

x
EJ
lG
z
Glg
l

z
lG
zG
gl
z
g
zV
6
.
).
4
.3
3
.
.(
2

6
).
2
.(
24
.
)(
3
2
234
2
++−+−+−
=

ϕ
2
(z)
x
EJ
Glg
lzlG
zG
gl
z
g )
4
.3
3
.
.(
2
).
2
.(
6
.
2
23
+−+−+−
=

Suy ra
V

max
= V
1
(z=l) = V
2
(z=l) = -
x
JE
Glg
l
.
)
4
5
(
6
3
+
(5)










25

1.3.2.3 TÝnh momen qu¸n tÝnh J
x
.


- Víi tiÕt diÖn nh− trªn ta cã c«ng thøc tÝnh nh− sau:
J
x
=
12
.
3
hb

( h lµ chiÒu cao, b lµ bÒ réng cña tiÕt diÖn ).
Do ®ã ta cã :
J
x
=
12
260.80
12
260.160
12
280.430
12
280.700
3333
−−−
J

x
= 142.4.10
6
mm
4

* Tõ (5) suy ra :
V
max
=
x
JE
Glg
l
.
)
4
5
(
6
3
+
=
10
10
64
3
10.2848
10.17,6068
10.4,142.10.20

)18503300.0076,2.
4
5
(
6
3300
=
+

V
max
= 2.13 mm