Đồ án thiết kế cơ khí: Thiết kế hệ thống dẫn hướng máy phay CNC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN MÁY VÀ MA SÁT HỌC

BÁO CÁO
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
ĐỀ TÀI
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẤN
HƯỚNG TRONG MÁY PHAY CNC
Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
SHSV
Lớp
1
MỤC LỤC
Đề bài 1
Lời mở đầu……… ………… 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU HỆ THỐNG
DẪN HƯỚNG MÁY CNC 5
I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 5
II. MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH SỐ (MÁY CNC) 6
III. MÁY PHAY CNC 9
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ DẪN HƯỚNG MÁY CNC 19
I. THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 19
II. TÍNH CHỌN VÍT ME TRỤC X 21
III. TÍNH CHỌN VÍT ME TRỤC Y 27
IV. CHỌN Ổ ĐỠ CHO VÍT ME TRỤC X 31
V. CHỌN Ổ ĐỠ CHO VÍT ME TRỤC Y 34
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỌN RAY DẪN HƯỚNG 37
I. CHỌN RAY DẪN HƯỚNG TRỤC X 37
II. CHỌN RAY DẪN HƯỚNG TRỤC Y 45

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ 52
I. CHỌN ĐỘNG CƠ CHO BÀN MÁY X
II. CHỌN ĐỘNG CƠ CHO BÀN MÁY Y 56
Kết luận 60
Tài liệu tham khảo 61
2
LỜI MỞ ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa, phát triển khoa học kĩ
thuật là vấn đề quan trọng và cần sự quan tâm lớn. Mỗi ngành như cơ khí, điện
tử, tin học đều có nền tảng khoa học vững chắc và tạo ra các sản phẩm đặc trưng
riêng. Tuy nhiên, yêu cầu của thời đại đặt ra yêu cầu cao hơn về cách hoạt động
của máy móc, yêu cầu máy móc cần phải gọn nhẹ hơn, linh động hơn, uyển
chuyển hơn và thông minh hơn. Việc sử dụng máy móc để thay thế sức lao động
của con người là một xu hướng tất yếu để tăng năng suất lao động, tạo ra nhiều
sản phẩm chất lượng cao.
Máy CNC là một tiến bộ phát triển vượt bậc của nền công nghiệp. Sự xuất
hiện của máy CNC đã nhanh chóng làm thay đổi quá trình sản xuất công nghiệp.
Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp
3 chiều cũng được dễ dàng thực hiện và một lượng lớn các thao tác của con
người được giảm thiểu. Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất tạo
nên sự chính xác và chất lượng ngày càng cao. Máy CNC phổ biến hiện nay như:
máy tiện CNC, máy phay CNC, máy cắt laze, máy cắt dây CNC, Sự tiến bộ của
kĩ thuật, trí thông minh nhân tạo, điều khiển số tạo ra những máy CNC có nhiều
trục chính như 3, 6 trục chính chuyển động ngày càng linh hoạt và khéo léo. Bài
báo cáo này sẽ trình bày chủ yếu về máy phay CNC có 3 trục chính.
Đồ án thiết kế cơ khí này, em sẽ tìm hiểu về quá trình tính toán và thiết kế
hệ thống dẫn hướng máy phay CNC. Nhiệm vụ chính là tính toán thiết kế và lựa
chọn hệ thống vít me bi, hệ thống ray dẫn hướng, ổ bi và động cơ điều khiển cho
các trục X, Y. Do kiến thức còn hạn hẹp và lần đầu tìm hiểu đồ án, bản báo cáo
này khó tránh khỏi những thiếu xót nên em rất mong muốn có được sự góp ý của

thầy cô.
Lời cuối cùng em xin chân thành cảm ơn cô bởi sự chỉ bảo và giúp đỡ tận
tình để em hoàn thành bản báo cáo đồ án này.
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG
MÁY CNC
I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
Ý tưởng điều khiển 1 dụng cụ thông qua 1 chuỗi lệnh kế tiếp liên tục mà
chúng được ứng dụng trong các máy điều khiển NC ngày nay đã được phát
kiến từ thế kỉ 14, bắt đầu từ những cụm chuông được điều khiển bởi các trục
đục lỗ.
- Trong những năm 1949-1952, John Parsons và M.I.T đã thiết kế theo hợp
đồng của không lực Hoa Kỳ một hệ thống điều khiển dành cho máy công
cụ để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục thông qua dữ liệu đầu ra của
một máy tính. Điều này làm bằng chứng cho chức năng gia công một chi
tiết
- Năm 1952, M.I.T đã cung cấp chiếc máy phay điều khiển số đầu tiên mang
tên “Cincinnati Hydrotel” có trục thẳng đứng. Tủ điều khiển lắp bằng các
bóng đèn điện tử.
- Năm 1954, Bendix mua bản quyền Parsons và chế tạo thiết bị điều khiển
NC công nghiệp đầu tiên.
- Năm 1958 xuất hiện ngôn ngữ lập trình gắn với máy tính IBM 704. Năm
1968, kỹ thuật mạch tích hợp IC làm tủ điều khiển có kích thước nhỏ và tin
cậy hơn.
- Năm 1972, các tủ điều khiển NC đầu tiên có cụm vi tính chế tạo hàng loạt
đưa ra 1 thế hệ các thiết bị NC cài vi tính mạnh mẽ hơn ( CNC)
- Năm 1986-1987, các giao diện tiêu chuẩn hóa mở ra con đường tiến tới các
xí nghiệp tự động trên cơ sở một hệ thống trao đổi thông tin liên thông
CIM ( Computer Integrated Manufacturing).
4

NC
CNC
CIM/FMS
1950
1960
1970
1980
1990
NC : Điều khiển số
CNC : Điều khiển số với máy tính
FMS: Hệ thống sản xuất linh hoạt
CIM : Lập kế hoạch, thiết kế và sản xuất có tích hợp của máy tính
II. MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH SỐ (MÁY
CNC)
5
1. Khái niệm máy CNC
CNC – viết tắt cho Computer Numerical Control (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 lập lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng
cách sử dụng các chương trình viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-
274-D, thường gọi là mã G.
2. Ưu điểm của máy CNC
• Khả năng tự động hóa cao
• Gia công nhiều chi tiết, biên dạng phức tạp
• Tính linh hoạt cao: sản xuất nhiều loại chi tiết do có thể thay đổi chương
trình điều khiển dễ dàng
• Tập trung được nhiều nguyên công giảm thời gian gia công, giảm sức lao
động con người, giảm thời gian trung chuyển
• Năng suất cao, hoạt động liên tục
• Chất lượng, độ chính xác được đảm bảo

3. Kết cấu khái quát máy CNC
Máy gồm 2 phần chính: phần điều khiển và phần chấp hành:
 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
6
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….
+ 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….
 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…
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 điểm

• Điều khiển đường: dùng trong các máy để gia công các chi tiết mà dụng cụ
cắt thực hiện lượng chạy dao song song với 1 trục tọa độ của máy, thường
áp dụng trên các máy phay, máy tiện đơn giản.

7
Điều khiển đường
• Điều khiển đoạn: cho phép thực hiện chạy dao trên nhiều trụ 1 lúc, để có
thể gia công các chi tiết có biên dạng phúc tạp

Điều khiển đoạn
III. MÁY PHAY CNC
Máy phay CNC là một trong các loại máy phổ biến trong các phân xưởng cơ
khí chế tạo khuôn mẫu ở nước ta. Các máy phay CNC được sử dụng 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 thường kết hợp máy phay CNC với máy tiện CNC, máy khoan để
tạo thành trung tâm gia công CNC. Các trung tâm gia công thường có 3 trục
8
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 chạy dao và trang bị bàn máy
quay.
1. SƠ ĐỒ KẾT CẤU ĐỘNG HỌC CỦA MÁY PHAY CNC
Kết cấu động
học của máy phay đứng CNC bao gồm: 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 kì trong giới hạn thiết kế của máy. Hệ thống truyền
động và cụm trục chính được tích hợp hệ thống phanh khí nén, nhằm phục
vụ cho việc thay đổi tốc độ quay trong thời gian ngắn nhất. Tốc độ quay
của trục chính luôn được các cảm biến đo và phản 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
9
động cơ servo trục Z thông qua bộ truyền vitme đai ốc bi, được điều khiển
và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC kín, có phản hồi.
 Hệ thống thay dao của máy phay CNC 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. 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.
b, 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.

c, Hệ thống gá kẹp chi tiết gia công
Trên máy phay điều khiển só thông thường sử dụng các thiết bị kẹp như :
10
+ 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.
d, Hệ thống dẫn hướng trong máy phay CNC
• Đường dẫn hướng
Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng chuyển động cho
các bàn máy theo X,Y và chuyển động lên xuống theo trục Z của trục chính.
Yêu cầu của hệ thống thanh trượt trượt phải thẳng, có khả năng tải cao, độ
cứng vững tốt, trơn khi trượt, không có hiện tượng dính.
Hiện nay trên các máy gia công CNC công nghiệp, người ta thường sử dụng
các thanh dẫn hướng là thanh trượt hình chữ nhật. Tuy nhiên sản phẩm được
chế tạo với mục đích chính là gia công các vật liệu mềm thì hệ thống thanh
dẫn hướng cho các trục được chọn là thanh dẫn hướng có tiết diện tròn được
phủ lớp Crom để tăng độ bóng và các ổ bi trượt bi tự hồi.
• Các dạng đường ray dẫn hướng trong máy CNC
Đưng dn hưng ma st lăn
- Tổn hao ma sát nhỏ, độ nhạy cao, khe hở nhỏ
- Được tiêu chuẩn hóa, moodun hóa, nâng cao chất lượng (vật liệu, các biện
phát nâng cao chất lượng bề mặt ), nâng cao độ chính xác chế tạo lắp ráp

- Bôi trơn: phun sương dầu hoặc nhỏ giọt trực tiếp theo thời gian điều khiển
- Đáp ứng được yêu cầu gia tốc lớn
11
 Ray dẫn kiểu hình chữ I: Mặt cắt đứng của nó là hình chữ I. Con trượt sẽ
được ngàm vào 2 mặt bên của ray dẫn hướng. Con trượt sẽ sử dụng bi để
chuyển động trên thanh ray này, ngoài ra có thể sử dụng trụ tròn thay cho
bi.
Ray dẫn hướng thẳng trượt bi
Ray mang cá
(Khắc phục được khe hở, gia công với độ chính xác cao)
12
 Ray dẫn kiểu máng trượt: ray kiểu này có hình cắt đứng giống như chữ U,
con trượt sẽ tiếp xúc với thanh bên trong. Con trượt chuyển động trên
thanh ranh nhờ các trụ tròn tiếp xúc trong với thanh ray dẫn.
 Ray dẫn tròn: thanh ray dẫn hướng có dạng trụ tròn được với trụ tam giác.
 Ngoài ra còn có
các ray dẫn hướng chạy
từ,
e. Bộ truyền vít
me đai ốc bi
13
Trục vít me dùng trong máy CNC
Bộ truyền vít me - đai ốc bi thường được dùng trong chuyển động chạy dao
của máy công cụ NC, CNC và dùng trong các máy công cụ chính như máy mài,
máy doa tốc độ và các loại máy khác. Đôi khi còn dùng trong máy tiện, máy tổ
hợp, dùng trong truyền dẫn di động xà, trụ và các máy công cụ hạng nặng. Ngoài
dẫn ra còn dùng trong bộ truyền chính của các loại máy có chuyển động tịnh tiến
khứ hồi như máy bào giường, máy chuốt .

• Các ưu điểm:

- Khắc phục độ rơ khớp ren, chịu lực kéo với kết cấu đảm bảo độ cứng
vững chiều trục cao.
- Tổn thất do ma sát bé, hiệu suất bộ truyền đạt tới 0,9 so với vít me đai ốc
trượt là 0,2 ÷ 0,4.
- Gần như độc lập hoàn toàn với lực ma sát (biến đổi theo tốc độ), ma sát
tĩnh rất bé nên chuyển động êm.
• Kết cấu bộ truyền vít me - đai ốc bi hình trên bao gồm trục vít me, đai ốc,
dòng bi
chuyển động trong vít me - đai ốc và ống hồi bi đảm bảo dòng bi tuần hoàn liên
tục.
• Các dạng prôfin ren của vít me và đai ốc như sau
Dạng chữ nhật (hình b), dạng hình thang (hình c), dạng nửa cung tròn và
dạng rãnh (dạng cung nhọn). Dạng chữ nhật và dạng prôfin ren hình thang có khả
năng tải thấp, chỉ dùng khi máy có khả năng chịu tải trọng chiều trục bé và độ
cứng vững không cao.
Dạng nửa cung tròn (hình d) được sử dụng phổ biến nhất, bán kính rãnh r2
gần bằng bán kính viên bi R1 sẽ giảm tối đa ứng suất tiếp xúc, có thể chọn
r2/r1=0,95÷0,97, giá trị r2/r1 sẽ làm tổn thất do ma sát 1 cách rõ rệt. Tại góc tiếp
14
xúc bé thì bộ truyền có độ cứng vững bé và khả năng tải bé, lực hướng kính sẽ
lớn. Do tăng góc tiếp xúc thì khả năng đảo và độ cứng vững truyền động tăng và
hạ thấp tổn thất do ma sát vì vậy khe hở đường kính ∆d phải chọn để góc tiếp xúc
đạt 45°. ∆d = 4.(r2 − r1 ).(1 − cos α ) .
Các dạng profin ren vít me và ổ bi
Dạng rãnh cung nhọn (a) có nhiều ưu điểm hơn loại cung tròn, nó còn cho
phép truyền động không rơ hoặc chọn được độ dôi của đường kính viên bi. Còn ở
dạng nửa tròn muốn khử độ rơ và tạo độ dôi đều dùng thêm đai ốc thứ hai để điều
chỉnh .
3. CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ TRÊN MÁY CNC
a, Động cơ một chiều

- Ưu điểm: Dễ điều khiển tốc độ và chiều, giá thành rẻ
- Nhược điểm: Momen khởi động lớn, dải điều khiển tốc độ hẹp
Phải có mạch tạo nguồn 1 chiều riêng
15
b, Động cơ xoay chiều
- Ưu điểm: Cấp điện trực tiếp từ lưới điện
Đa dạng, phong phú nhiều chủng loại, dễ tìm, giá thành rẻ
- Nhược điểm: Mạch điều khiển rất phức tạp
c, Động cơ bước
- Ưu điểm: Điều khiển vị trí, tốc độ rất chính xác
- Nhược điểm: Giá thành cao, momen xoắn nhỏ
d, Động cơ servo
Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu
ra của loại động cơ này được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ
quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có sự
cố ngăn cản chuyển động quay của động cơ thì cơ cấu hồi sẽ nhận được tín
hiệu báo chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển sẽ tiếp tục chỉnh
sai lệch cho động cơ đạt được vị trí chính xác
Chính vì vậy, loại động cơ này gắn với vít me tạo chuyển động
chính xác cho bàn máy gia công.
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ DẪN HƯỚNG
MÁY CNC
I. THÔNG SỐ ĐẦU VÀO
1. Thông số cho trước
+ Loại máy CNC : máy phay
16
+ 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
+ Khối lượng bàn máy X: Mx= 140kg

+ Khối lượng bàn máy Y: My= 220kg
+ Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công: V
1
= 20 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.
Tương đương 21000 h làm việc
+ Tốc độ vòng động cơ lớn nhất: Nmax= 2000 rpm
+ Hệ số ma sát trượt: µ= 0.1
2. Tính toán lực cắt với chế độ thử nghiệm
• Tốc độ quay tối đa trong quá trình gia công của trục chính Z
1000 100 1000
398
3,14 80
v
n
D
π
× ×
= = =
× ×
(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)

900
0,377
6 398
F
fz
Z n
= = =
× ×
(mm/răng)
Trong đó:
+ F là lượng chạy dao tính theo phút (mm/phút)
+ 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
0
45 60
α
= ÷
• Tính toán lực trên website
được kết
quả như sau:
Tính toán trên ta được M
C
= 82 (N.m)
17
• Tính toán lực cắt khi phay mặt đầu
• Lực cắt: = = 2050 (N) = 209 (kG)
• Px = (0.5÷0.55) Pz = 0.5×2050 =1025 (N) = 104.5 (kG)
II. TÍNH CHỌN VÍT ME TRỤC X
1. Chọn trục vít:

a, Lựa chọn kiểu lắp ổ đỡ cho vitme
Các máy phay CNC có tốc độ quay của vitme không quá 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
máy là kiểu lắp 1 đầu lắp chặt và 1 đầu di động (fix- support):
18
Với kiểu lắp ghép này, hai hệ số phụ thuộc vào kiểu lắp ghép
f
và
λ
nhận các
gia trị là :
15,1f =
và
3,927
λ
=
b. Bước vít me
- 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
10 ( )l mm =
c, Tính toán lực dọc trục
Trường hợp hệ bàn máy và vitme nằm theo phương ngang
19
Các công thức tính lực dọc trục:
• Khi tăng tốc về bên trái :
1
F mg ma f

µ
= + +
• Khi chạy đều về bên trái :
2
F mg f
µ
= +
• Khi gia công về bên trái :
3
( )
m mz
F F ma F f
µ
= + + +
• Khi giảm tốc về bên trái :
4
F mg ma f
µ
= − +
• Khi tăng tốc về bên phải :
5
F mg ma f
µ
= − − −
• Khi chạy đều về bên phải:
6
F mg f
µ
= − −
• Khi gia công về bên phải :

( )
7 m mz
F F ma F f
µ
= − − + −
• Khi giảm tốc về bên phải :
8
F mg ma f
µ
= − + −
Trong đó:
-
m
F
là lực cắt chính của máy:
-
mz
F
là lực theo phương Z (thẳng đứng):
-
µ
là hệ số ma sát trượt :
0,1
µ
=
- f là lực chống không tải : f = 0
- m là tổng khối lượng ứng với mỗi bàn máy tác dụng lên vitme
- Khối lượng tổng cộng ứng với bàn máy X: m
X
=M+ M

X
=300 + 140=
440kg
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
2156 431 2584 -1293 -2156 -431 -2584 1293
N
220 44 264 -132 -220 -44 -264 132
kG
Tính lực tác dụng trung bình và tải trọng tác dụng lên vitme
20
• Lực trung bình:
Tính gần đúng
• Tải trọng tĩnh:
• Tải trọng động:
Trong đó:
o là lực dọc trục trung bình
o là tốc độ quay trung bình của trục vitme :
o là hệ số bền tĩnh, với máy công cụ , chọn
o là hệ số tải động, lựa chọn theo bảng sau:
Lấy
o 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:
(kG) n (vòng/phút) (kG) (kG)
232 1850 528 3691
 Vitme lựa chọn phải có tải trọng động
2. Lựa chọn vít me, kiểm tra sơ bộ
21

 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 40 – 10B2-FWDC
+ Đường kính vitme D = 40 mm
+ Bước vitme l = 10 mm
+ Tải trọng tĩnh : C
0
= 13900 kG
+ Tải trọng động: Ca = 5200 kG
+ Đường kính lõi ren của trục vitme :
1,4 6,35
r
d = 40 + − = 35,05
(mm)
22
 Kiểm tra sơ bộ:
+ Tuổi thọ làm việc
3
3
6 6
1 5220 1
10 10 69096 h
60 232 1,2 60 1590
a
t
m w

C
L
F F n
 
 
= × × = × × =
 ÷
 ÷
× × ×
 
 
+ Tốc độ quay cho phép
7
2
1 0
r
d
n f
L
= × ×
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 = 1300 mm
 (vòng/phút)
Như vậy, vitme đã chọn đáp ứng được các yêu cầu đặt ra.
III– TÍNH CHỌN VÍT ME TRỤC Y
23
1 - Tính toán và lựa chọn vitme
a. 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 bàn máy Y ( cho trước) M
Y
= 220 kg
• Khối lượng tổng cộng ứng với bàn máy Y :
M
Y
= M + M
X
+ M
Y
= 300 + 140 + 220 = 660 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 Y
Đơn vị
3234 646.8 2800 -1940 -3234 -646.8 -2800 1940 N
330 66 285 -198 -330 -66 -285 198 kG
b. Tính lực tác dụng trung bình và tải trọng tác dụng lên vitme
• Lực trung bình:
Tính gần đúng
• Tải trọng tĩnh:
• Tải trọng động:
Trong đó:
o là lực dọc trục trung bình
o là tốc độ quay trung bình của trục vitme :
o là hệ số bền tĩnh, với máy công cụ , chọn
o là hệ số tải động, lựa chọn theo bảng sau:
24
Lấy

o 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:
(kG) n (vòng/phút) (kG) (kG)
320 1850 660 5091
 Vitme lựa chọn phải có tải trọng động
2. Lựa chọn vitme và kiểm tra sơ bộ
 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
25