Nghiên cứu, thiết kế mô hình máy phay CNC

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………………3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ………………………………………………… 5
Chương 1: TỔNG QUAN MÁY CNC...............................................................5
1.3.1 Tự động hóa sản xuất..........................................................................7
1.3.2 Độ chính xác và lặp lại cao của sản phẩm......................................7
1.3.3 Linh hoạt................................................................................................7
2.1. ThiÕt kÕ hÖ chuyÓn ®éng chay dao.................................................................11
Chøc n¨ng cña tõng khèi...................................................................................50
4.2.Phương trình động lực học của trục:..........................................................58
4.3.Đánh giá tính ổn định và chất lượng của hệ thống điều khiển .............60
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................76
PHỤ LỤC...........................................................................................................78

LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là Trương Văn Hợi, học viên lớp Cao học 11B.CĐT.KH. Sau gần
hai năm học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là
sự giúp đỡ của giao viên hướng dẫn tốt nghiệp TS. Nguyễn Văn Huyến, tôi đã đi
đến cuối chặng đường để kết thúc khóa học.
Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là:"Nghiên cứu, thiết kế mô hình
máy phay CNC ". Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi
dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Huyến, và chỉ tham khảo các tài liệu đã
được liệt kê. Tôi không sao chép công trình của các cá nhân khác dưới bất cứ
hình thức nào. Nếu có tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Người cam đoan

1
Trương Văn Hợi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Mô hình máy khoan CNC loại 2 và 3 trục.
Hình 1.2: Hai dạng máy khoan đứng với khả năng tự động thay mũi khoan.
Hình 1.3: Máy phay 5 trục có trục chính nằm ngang.
Hình 1.4: Máy phay 5 trục có trục chính thẳng đứng.
Hình 1.5: Máy phay 5 trục loại thay dao thủ công (trái) và loại có 4 trục chính
song song (phải).
Hình 1.6: Máy phay CNC.
Hình 2.1: truyền động chay dao.
Hình 2.2: M« h×nh truyÒn ®éng vÝt me-®ai èc.
Hình 2.3: Ph©n tÝch lùc t¸c dông lªn ®Çu dao.
Hình 2.4: Lùc chiÒu trôc khi khoan.
Hình 2.5: Lùc động cơ lên trục z.
Hình 2.6: Lùc động cơ lên trục y.
Hình 2.7: Lùc động cơ lên trục vit me.
Hình 2.8: Lùc động cơ lên trục x.
Hình 2.9: Lùc động cơ lên trục vitme.
Hình 2.10: trục động cơ.
Hình 2.11: Bé truyÒn ®éng trôc Y.
Hình 2.12: Bé truyÒn ®éng trôc x.
H×nh 3.1: S¬ ®å khèi.
H×nh 3.2: Ta cã s¬ ®å khèi m¹ch c«ng suÊt.
H×nh 3.3: Khèi nguån 5V.
H×nh 3.4: Khèi nguån 12V.
H×nh 3.5: Khèi nguån 24V.
H×nh 3.6: Khối đệm tín hiệu.
H×nh 3.7: Khèi bËt t¾t ®Çu c¾t.
H×nh 3.8: Khèi c«ng suÊt.
H×nh 3.9: S¬ ®å nguyªn lý.
2

Hỡnh 4.1. Mụ hỡnh ng lc hc ca trc quay.
Hỡnh 4.2. H thng iu khin tc di tỏc ng nhiu Mc.
Hỡnh 4.3. H thng iu khin servo tc ca trc tnh tin.
Hỡnh4. 5. ỏp ng ca h truyn ụng khi tớn hiu l hỡnh nc v hỡnh sin.
Hỡnh4. 6. ỏp ng ca h dựngPID khi tớn hiu l hm xung v hm tuyn tớnh.
Hỡnh 4.7. ỏp ng v trớ goc khi tớn hiu l hm nc.
Hỡnh4.8. Mụ phng tc ng c.
Hình 4.9: Mô phỏng gia công NC1.
Hình 4.10: Chọn dao cho NC2.
Hình 4.11. Hộp thoạị định nghĩa dao NC2.
Hình 4.12: Các thông số công nghệ NC2.
Hình 4.13: Chọn lỗ gia công NC2.
Hình 4.14: Mô phỏng gia công NC2.
Hình 4.15: Kết hợp NC1 và NC2.
Hình 4.16: Chọn mục PAHT.
Hình 4.17: Lu gi chi tit.
Hình 4.18: Chọn mã Post_Process.
Hình 4.19: To chi tit.
Hình 4.20. Phôi chi tiết.
Hình 4.21: Dao và các thông số dao.
Hình 4.22: Mô phỏng gia công.

3


MỞ ĐẦU
Máy phay CNC là một trong những thành tựu của tiến bộ khoa học kỹ
thuật trên thế giới. Nó ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo máy,
đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí chính xác và tự động hóa. Sự ra đời của máy CNC

đã giải quyết được những nhiệm vụ cấp bách hiện nay là tự động hoá quá trình
sản xuất và nhất là sản xuất hàng loạt nhỏ, sản xuất linh hoạt. Đề tài này đi sâu
vào việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phay CNC tạo chữ nhằm ứng dụng
vào giảng dạy, học tập và sản xuất một cách có hiệu quả.
Do đó, để cập nhật được kiến thức, đồng thời giúp cho sự phát triển
hoàn thiện hơn về máy CNC,đề tài tập trung nghiên cứu và chế tạo máy phay
Mini CNC hoàn chỉnh, phục vụ cho công tác giảng dạy, học tập của sinh viên ở
các trường đại học.

4


Chương 1: TỔNG QUAN MÁY CNC
1. LÞch sö ph¸t triÓn m¸y CNC.
1.1. CNC là gì?
CNC: Computer Numerical Control - Điều khiển số máy công cụ được
tích hợp máy tính. Thuật ngữ CNC là một khái niệm mà hầu như bất kì ai học
tập, nghiên cứu trên lĩnh vực Tự động hoá đều biết: Đó là loại thiết bị điều khiển
sử dụng trong các máy gia công, chế biến. Cho phép thực hiện các quy trình gia
công trên cơ sở các thông số về kích thước, hình dáng của sản phẩm, chuyển
sang thành quỹ đạo chuyển động trên không gian ba chiều.
1.2. Lịch sử hình thành và phát triển.
Trước đây, các chi tiết máy hoặc khuôn mẫu phức tạp thường được chia
thành những phần nhỏ, đơn giản. Sau đó, chúng được ghép nối lại với nhau
thành chi tiết hoàn chỉnh bằng phương pháp hàn, tán. Việc gia công này không
đảm bảo độ chính xác cao, chi phí tốn kém. Sau này nhờ công nghệ chép hình có
thể gia công được những chi tiết phức tạp hơn. Tuy vậy, việc gia công này vẫn
còn nhiều nhược điểm như năng suất thấp và với khó đảm bảo độ chính xác cao.
Vì vậy, việc áp dụng điều khiển số vào máy công cụ là một bước tiến nhảy vọt
về công nghệ gia công. Nó đảm bảo độ chính xác cao, có thể gia công được các

chi tiết phức tạp.
Vào những năm 80 của thế kỉ 19, những tấm thẻ đục lỗ được sử dụng
trong khung cửi ngành dệt. Trước đó, trong ngành công nghiệp dầu mỏ và hoá
chất đã sử dụng khái niệm này để điều khiển quá trình. Những mẫu đàn piano cổ
cũng sử dụng nguyên lý điều khiển kiểu NC.
Mẫu đầu tiên của máy công cụ điều khiển số NC – Numerical Control do
Viện công nghệ Massachusetts - Mỹ thiết kế và chế tạo năm 1949, theo đặt hàng
của Không lực Hoa kỳ, để sản xuất các chi tiết phúc tạp và chính xác của máy
5


bay. Năm 1952, chế tạo thành công mẫu máy 3 trục và đến năm 1964 có 3500
chương trình NC được sử dụng. Tuy nhiên, các bộ điều khiển số đầu tiên dung
đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, tiêu tốn nhiều năng lượng, kích thước lớn.
Không có màn hình giao diện nên việc điều khiển gặp khó khăn. Khi công nghệ
bán dẫn phát triển, việc ứng dụng công nghệ bán dẫn làm cho máy NC gọn hơn,
tốc độ xử lý cao hơn.. Các băng đục lỗ thay bằng băng hoặc đĩa từ. Nhưng tính
năng sử dụng của máy NC vẫn chưa được cải thiện.
Sự xuất hiện IC (1959), LSI (1965), vi xử lý ( 1974) và các tiến bộ kỹ
thuật vể lưu trữ và xử làm thay đổi to lớn trong sự phát triển của máy công cụ.
Các bộ điều khiển trên máy công cụ được tích hợp máy tính. Việc điều khiển
thông qua bàn phìm và giao diện màn hình máy tính nên việc điều khiển trở nên
dễ dàng hơn.
Chúng ta đã có bước tiến từ ống chân không và máy cơ khí lặp lại tới
công nghệ cao dòng điện tích hợp dày đặc. Khả năng của điều khiển tới phát
sinh của 3 kích thước tạo hình được mở rộng. Ngày nay, bộ vi xử lý điều khiển
(CNC) có khả năng xử lý cao. Nó có thể đưa ra lệnh điều khiển, cất giữ, phân
tích chương trình và giao diện với người sử dụng. Đồng thời nó có thể giám sát
chất lượng sản phẩm, thay đổi dụng cụ khi cần thiết và truyền thông với các máy
tính khác, robot như việc tải và gửi chương trình. Những máy CNC có thể phân

tích những vấn đề bên trong và cảnh báo cho người sử dụng biết những vấn đề
nguy hiểm. Sự khác nhau lớn nhất giữa máy NC và CNC là khả năng của bộ
điều khiển. Máy NC không có khả năng phân tích, giám sát như máy CNC.
Hiện nay, với việc áp dụng Cad/Cam (thiết kế và sản xuất có trợ giúp
của máy tính) vào việc thiết kế, tính toán kết cấu, mô phỏng quá trình gia công...
đã trợ giúp hiệu quả cho quá trình thiết kế và điều khiển.
Chính vì những tính năng nổi bật của máy CNC mang lại nên chúng được
sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Ở nước ta, trong hơn 10 năm qua Nhà nước
6


đã đầu tư nhiều nhằm mục tiêu tạo ra thiết bị CNC.
1.3. Lợi ích của máy CNC.
1.3.1 Tự động hóa sản xuất
Máy CNC không chỉ quan trọng trong ngành cơ khí mà còn trong
nhiều ngành khác như may mặc, giày dép, điện tử v.v. Bất cứ máy CNC nào
cũng cải thiện trình độ tự động hóa của doanh nghiệp: người vận hành ít, thậm
chỉ không còn phải can thiệp vào hoạt động của máy. Sau khi nạp chương trình
gia công, nhiều máy CNC có thể tự động chạy liên tục cho tới khi kết thúc, và
như vậy giải phóng nhân lực cho công việc khác. Thứ nữa, ít xảy ra hỏng hóc do
lỗi vận hành, thời gian gia công được dự báo chính xác, người vận hành không
đòi hỏi phải có kỹ năng thao tác (chân tay) cao như điều khiển máy công cụ
truyền thống.
1.3.2 Độ chính xác và lặp lại cao của sản phẩm.
Các máy CNC thế hệ mới cho phép gia công các sản phẩm có độ chính
xác và độ phức tạp cao mà máy công cụ truyền thống không thể làm được. Một
khi chương trình gia công đã được kiểm tra và hiệu chỉnh, máy CNC sẽ đảm bảo
cho “ra lò” hàng loạt sản phẩm phẩm với chất lượng đồng nhất. Đây là yếu tố vô
cùng quan trọng trong sản xuất công nghiệp quy mô lớn
1.3.3 Linh hoạt.

Chế tạo một chi tiết mới trên máy CNC đồng nghĩa với nạp cho máy một
chương trình gia công mới. Được kết nối với các phần mềm CAD/CAM, công
nghệ CNC trở nên vô cùng linh hoạt giúp các doanh nghiệp thích ứng với các thay
đổi nhanh chóng và liên tục về mẫu mã và chủng loại sản phẩm của khách hàng.

7


1.4. Ph¹m vi øng dông.
Thuật ngữ CNC trỏ vào một khái niệm mà hầu như bất kì ai học tập, đào
tạo, nghiên cứu trên lĩnh vực Tự động hóa đều biết: Đó là loại thiết bị điều khiển
sử dụng trong các máy gia công/chế biến, cho phép thực hiện các quy trình gia
công/chế biến trên cơ sở các thông số về kích thước/hình dáng của sản phẩm,
chuyển sang thành quỹ đạo chuyển động trên không gian 3 chiều.
Xuất phát từ các ứng dụng ban đầu của công nghệ chế tạo máy, chủ yếu là
gia công cắt gọt kim loại, hiện tại CNC được dùng trong nhiều loại máy thuộc
các lĩnh vực khác nhau: trải dài từ chế tạo máy tới ngành dệt may, điều khiển
robot hay chế tạo thiết bị điện tử. Từ dạng thiết bị NC (Numerical Control) đơn
giản bằng vi mạch Lôgic rời ở đầu thập kỉ 70 (của thế kỉ trước) tới CNC ngày
nay sử dụng các loại vi điều khiển với tính năng mạnh. Trong nhiều ứng dụng,
thậm chí ta không thể hình dung ra được sự thiếu vắng của CNC, đặc biệt là
công nghệ chế tạo máy, ngành công nghệ đẻ ra các máy cái, phục vụ cho mọi
ngành công nghiệp khác. Chính vì vậy, thật dễ hiểu khi chúng ta – một đất nước
còn chậm phát triển – đã và đang nỗ lực tìm ra con đường đi để tiến tới thiết bị
CNC của riêng mình. Bây giờ chúng ta sẽ đi vào một số máy ứng dụng cụ thể:

Hình 1.1: Mô hình máy khoan CNC loại 2 và 3 trục.
8

Hình 1.2: Hai dạng máy khoan đứng với khả năng tự động thay mũi khoan.

Hình 1.3: Máy phay 5 trục có trục chính nằm ngang.

Hình 1.4: Máy phay 5 trục có trục chính thẳng đứng.

9


Hình 1.5: Máy phay 5 trục loại thay dao thủ công (trái) và loại có 4 trục chính
song song (phải).

Hình 1.6: Máy phay CNC.

10


Chơng 2: thiết kế cơ khí
* Đặt yêu cầu thiết kế
- Thiết kế loại máy phay CNC 3 trc loại nhỏ với giá thành hợp lý.
GII THIU V KT CU THễNG S MY PHAY CNC.
* Thông số kỹ thuật dự kiến đạt đợc sau khí chế tạo:

** Giải pháp kỹ thuật
Khung máy: Để tăng độ cứng vững cho máy, dễ cho quá trình chế tạo và
lắp ráp máy ta chọn vật liệu là khung là nhôm hợp kim A5052H112.
Trục chay dao: Đây là bộ phận quan trọng ảnh hởng trực tiếp tới chất lợng
của sản phẩm gia công.Để giảm sai số gia công, ma sát chuyển động ta sử dụng
thanh trợt bi, vít me - đai ốc bi và sử dụng bộ chuyền động đai răng.
Mạch công suất: Thiết kế mạch công suất sử dụng mosfet để tăng công

suất điều khiển, sử dụng đợc động cơ có dòng điều khiển lớn.
Điều khiển: Lập trình điều khiển phối hợp các trục, xây dựng các modul
bộ nội suy.Sử dụng Visual Basic để thiết kế giao diện
2.1. Thiết kế hệ chuyển động chay dao.
11


Hỡnh 2.1: truyn ng chay dao
Cấu trúc của một hệ truyền động chạy dao đợc thể hiện nh trờn. Hệ
truyền động bao gồm: một động cơ dẫn động qua một cặp truyền động nữa đi
tới bộ vít me-đai ốc biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Đó là
phơng thức tiêu chuẩn của một hệ truyền động chạy dao hiện đại.
2.1.2 Nhiệm vụ của truyền động chạy dao.
Nhiệm vụ chính của các hệ truyền động chạy dao là chuyển đổi các lệnh
trong bộ điều khiển thành các chuyển động tịnh tiến hay quay tròn của những
bàn máy mang dao hoặc chi tiết gia công trên máy công cụ. Các chuyển động
tịnh tiến là các chuyển động thẳng theo phơng ba trục toạ độ của không gian ba
chiều, còn các chuyển động quay tròn là các chuyển động xung quanh các trục
toạ độ này.
Chuyển động chạy dao là chuyển động dịch chuyển tơng đối giữa dao và chi tiết
theo một phơng trình xác định và phải đảm bảo đợc tốc độ cắt.
Truyền động chạy dao phải đảm bảo dịch chuyển của dụng cụ cắt theo quỹ đạo
và đảm bảo các yếu tố: biên dạng đờng cắt, biên dạng của dụng cụ cắt và các yêu
cầu chi tiết gia công khác phải đạt đợc, do đó sẽ có các động cơ khác nhau điều
khiển chuyển động cắt.
Hệ truyền động chạy dao của một máy công cụ CNC phải thể hiện đợc những
tính chất sau đây:
12

+ Có tính động học cao: nếu đại lợng dẫn biến đổi, bàn máy phải theo
kịp biến đổi đó trong khoảng thời gian ngắn nhất.
+ Có độ ổn số vòng quay cao: khi các lực cản chạy dao biến đổi, cần
hạn chế tới mức thấp nhất ảnh hởng của nó đến tốc độ chạy dao, tốt nhất là
không ảnh hởng gì. Ngay cả khi chạy dao tốc độ nhỏ nhất cũng đòi hỏi một quá
trình tốc độ ổn định.
+ Phạm vi điều chỉnh số vòng quay lớn.
+ Phải giải quyết đợc cả độ phân giải kích thớc nhỏ nhất ( 1àm).
2.1.3 Cơ sở tính toán cho chuyển động chạy dao.
Lực tác dụng lên đai ốc đợc tính theo công thức:
F=
Trong đó:

2T . .d m à.t v sec
d m + à. .d m sec

( CT 5-2 [4] )

à - hệ số ma sát giữ vít me và đai ốc;

- Góc nghiêng của biên dạng ren;

tv - bớc vít me, mm;
F - lực tác dụng lên vít me - đai ốc, N;
T Mô mem đặt lên trục vít me, N.m;
dm- đờng kính danh nghĩa của trục vít me, mm.

13

2.1.4 Trc vớt me - ai c

Hỡnh 2.2: Mô hình truyền động vít me-đai ốc
Truyền động vit me - đai ốc đợc dùng để biến chuyển động quay thành
chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu vít trợt.
2.2. Chọn động cơ đầu cắt.
2.2.1. Xác định thông số dao sử dụng.
Với yêu cầu của thiết kế, ta chọn dao gia công là dao phay ngón.
* Bảng thông số các dao sử dụng:
+ Dao phay ngón chuôi trụ, mm:

14


D

L

l

Sè r¨ng dao
theo lo¹i

2,0

39

7

3

2,5

40

8

3

3,0

40

8

4

3,5

42

10

4

4,0

43

11

4

Gãc nghiªng cña r¨ng theo lo¹i: Lo¹i 1: 300 - 350

Lo¹i 2: 350 - 450

D

l

L

3,0; 3,5

8

28

4,0; 4,5

10

32

5,0

12

36

Dao phay ngãn ®êng kÝnh 3,0 – 5,5mm ®îc chÕ t¹o cã sè r¨ng 3 vµ 4.
+ Dao phay r·nh then chu«i trô,mm:
D

L

l

2,0

36

4

3,0

37

5

4,0

39

7

5,0

42

8

15


2.2.2. Phân tích lực tác dụng lên đầu dao.

Hỡnh 2.3: Phân tích lực tác dụng lên đầu dao
Tổng hợp lực R1 có thể đợc chia ra 2 thành phần: Lực vòng P (lực Pz) tác
dụng theo tiếp tuyến của quỹ đạo chuyển động của lỡi cắt và lực hớng kính Py.
Ngoài ra tổng hợp lực R1 có thể đợc chia ra: lực năm ngang Ph và lực
thẳng đứng Pv. Nếu dao có rang xoắn (răng nghiêng) ngoài lực R1 tác dụng lên
răng dao trong mặt phẳng vuông góc với trục dao, còn xuất hiện lực dọc trục P0,
khi đó tổng hợp lực sẽ là R.
2.2.3. Xác định công suất và mômen xoắn trên trụ động cơ.
Lực P là lực cần quan tâm nhất, vì nó thực hiện công việc chính để cắt
phoi. Dựa theo lực này mà ngời ta tính ra công suất cắt và tính các chi tiết của cơ
cấu chuyển động chính của máy. Lực hớng kính Py gây ra áp lực lên ổ bi của
trục chính của máy và uốn võng trục dao. Dựa theo lực nằm ngang Ph (lực chạy
dao). Ngời ta tính cơ cấu chuyển động chay dao và đồ gá kẹp phôi. Lực này có
thể gây ra rung động khi giữa vít me - đai ốc có khe hở. Lực hớng kính Pv có xu
hớng nâng phôi lên khỏi mặt bàn và nâng bàn máy lên khỏi thân máy.
Để tính lực Pz ta dựa vào giáo trình Sổ tay công nghệ chế tạo máy
- Vật liêu gia công : nhôm

16


- Chọn độ sâu phay: t = 2mm

- Chọn lợng chạy dao răng: Sz = (0,18 0,15)(mm/răng).
- Chiều rộng phay: B = 3mm
2.2.3.1. Công suất và mômen xoắn của động cơ khi gia công với dao có đờng
kính nhỏ nhất
* Thông số dao:
-Đờng kính : D1 = 2(mm)
- Số răng dao : Z1 = 3 (răng)
- Dao không gắn mảnh hợp kim cứng.
* Vận tốc cắt:
Vận tốc cắt đợc xác định theo công thức:
q

Cv .D1 v
.K v (m/ph)
V1= m x
yv
pv
uv
v
T1 .t .S z .B .Z1
Trong đó :
Cv : hệ số xét đến vật liệu gia công và điều kiện khi tính vận tốc cắt.
D1 : đờng kính dao phay.
T1 : tuổi bền trung bình của dụng cụ cắt.
t : chiều sâu phay.
Sz : lợng chay dao.
B : chiều rộng phay.
Z1 : số lợng răng dao.
Kv : hệ số hiệu chuẩn chung về lực cắt.
qv; m ; yv ; uv ; pv ; xv : các hệ số mũ khi tính tốc độ phay.

Ta tính tốc độ cắt khi vật liệu gia công là thép Carbon xây dựng
17


b = 75kg/mm2.

Theo bang
(1-5) :
Cv = 46,7 ; qv = 0,45 ; xv = 0,5 ; yv = 0,5 ; uv = 0,1 ; pv = 0,1 ; m = 0,33
Theo bang
(2-5):
T1 = 60 (phut)

Theo bang
(2-1) trang 15:
75
75
=
=1
b
75

Kmv =

Theo bang
(7-1) trang 17:
Knv = 0,8
Theo bang
(8-1) trang 17:
Kuv = 1,4

Kv = Kmv. Knv. Kuv = 1.0,8.1,4 = 1,12

Ta co:
46,7.2 0, 45
.1,12 = 24,75 (m/phút).
V1 = 0,33 0,5
60 .2 .0,180,5.30,1.30,1

Số vòng quay trong 1 phút của dao :
1000.v1

N 1 = .D =
1

1000.24,75
= 3941 (vòng/phút)
3,14.2

Tốc độ quay này là rất lớm so với thực tế chế tạo, vì vậy ta chọn tốc độ
quay của động cơ là: ntt1 = 1500(vòng/phút)
Vậy tốc độ thực tế lúc này sẽ là:

Vt1 =

.D1.ntt1
3,14.2.1500
=
= 9,42 (m/phút).
1000
1000

Lợng chạy dao phút và lợng chay dao răng thực tế :
SM1 = Sz bảng.Z1.ntt1 = 0,18.3.1500 = 810 (mm/phút)
Chọn SM1 = 810 ( mm/phút )
Sz1 =

SM1
810
=
= 0.18 (mm/răng).
Z1 .ntt1
3.1500

18


Các giá trị trên đợc tính cho gia công phôi là thép carbon.Với yêu cầu của
đồ án này ta có thể áp dụng các giá trị tính toán trên cho kế quả gia công với vật
liệu là nhôm.
* Lực cắt P1:
Lực cắt P1 khi cắt thép cacbon đợc tính theo công thức:
x

P1 =

u

y

C p .t p .S z1 p .B p .Z1

q

p

D1 p .ntt1

.K p (KG)

Trong đó:
Cp : hệ số xét đến điều kiện nhất định đến lực cắt.
xp; yp; up; qp; p : hệ số mũ.
kp : hệ số hiệu chỉnh chung về lực cắt.
Theo bảng (3-5) trang 122:
Cp = 68,2; xp = 0,86; yp = 0,72; up = 1,0; p = 0; qp = 0,86
Theo bảng (12-1) trang 21:
Kp = Kmp = (

b 0,3
75
) = ( )0,3 = 1
75
75

0 ,86
0 , 72 1
P1 = 68,2.2 0,86.0,18 0 .3 .2 .1 = 119(KG)
2 .1500

Giá trị trên tính cho gia công khi phôi là thép cacbon, khi phôi là nhôm thì
gia trị trên đuợc nhân với hệ số 0,25.

P1 = P1.0,25 = 119.0,25 = 29,75 (KG).
P1 = 291,55 (N)

* Công xuất cắt khi phay.
Nc1 =

P1.Vt1
291,55.9,42
=
= 45,8(W).
60
60

* Mômen xắn:
Mc1 =

P1 .D1
291,55.2
=
= 0,29(N.m)
2.1000
2.1000

2.2.3.2. Công suất và mômen xoắn của động cơ khi gia công với dao có đờng
kính lớn nhất
19


** Thông số dao:
-Đờng kính : D2 = 5(mm)

- Số răng dao : Z2 = 4 (răng)
- Dao không gắn mảnh hợp kim cứng.
* Vận tốc cắt:
Vận tốc cắt đợc xác định theo công thức:
q

Cv .D2 v
.K v (m/ph)
V2= m x
y
p
T2 .t v .S z v .B u v .Z 2 v
Ta tính tốc độ cắt khi vật liệu gia công là thép Carbon xây dựng
b = 75kg/mm2.

Theo bang
(1-5) :
Cv = 46,7 ; qv = 0,45 ; xv = 0,5 ; yv = 0,5 ; uv = 0,1 ; pv = 0,1 ; m = 0,33
Theo bang
(2-5):
T2 = 60 (phut)

Theo bang
(2-1) trang 15:
Kmv =

75
75
=
=1

b
75

Theo bang
(7-1) trang 17:
Knv = 0,8
Theo bang
(8-1) trang 17:
Kuv = 1,4
Kv = Kmv. Knv. Kuv = 1.0,8.1,4 = 1,12

Ta co:
46,7.50, 45
.1,12 = 36,33 (m/phút).
V2 = 0,33 0,5
60 .2 .0,180,5.30,1.4 0,1

20


Số vòng quay trong 1 phút của dao :
1000.v2

N2 = .D =
2

1000.36,33
= 2314 (vòng/phút)
3,14.5

Tốc độ quay này là rất lớm so với thực tế chế tạo, vì vậy ta chọn tốc độ
quay của động cơ là: ntt2 = 1500(vòng/phút)
Vậy tốc độ thực tế lúc này sẽ là:

Vt2 =

.D2 .ntt 2
3,14.5.1500
=
= 23,55 (m/phút).
1000
1000

Lợng chạy dao phút và lợng chay dao răng thực tế :
SM2 = Sz bảng.Z2.ntt2 = 0,18.4.1500 = 1080 (mm/phút)
Chọn SM2 = 1080 ( mm/phút )
Sz2 =

SM 2
1080
=
= 0.18 (mm/răng).
Z 2 .ntt 2
4.1500

Các giá trị trên đợc tính cho gia công phôi là thép carbon.Với yêu cầu của
đồ án này ta có thể áp dụng các giá trị tính toán trên cho kế quả gia công với vật
liệu là nhôm.
* Lực cắt P2:
Lực cắt P2 khi cắt thép cacbon đợc tính theo công thức:

x

P2 =

u

y

C p .t p .S z 2 p .B p .Z 2
q

D2 p .ntt 2

p

.K p (KG)

Theo bảng (3-5) trang 122:
Cp = 68,2; xp = 0,86; yp = 0,72; up = 1,0; p = 0; qp = 0,86
Theo bảng (12-1) trang 21:
Kp = Kmp = (

b 0,3
75
) = ( )0,3 = 1
75
75

0 ,86
0 , 72 1

P2 = 68,2.20,86.0,18 0 .3 .4 .1 = 108,3(KG)
5 .1500

Giá trị trên tính cho gia công khi phôi là thép cacbon, khi phôi là nhôm thì
gia trị trên đuợc nhân với hệ số 0,25.
P2 = P2.0,25 = 108,3.0,25 = 27 (KG).
P2 = 264,6 (N)

21


* Công xuất cắt khi phay.
Nc2 =

P2 .Vt 2
264,6.23,55
=
= 104(W).
60
60

* Mômen xắn:
Mc2 =

P2 .D2
264,6.5
=
= 0,66(N.m)
2.1000
2.1000

Nh vậy khi chọn động cơ ta phải chọn thoả mãn điều kiện sau:

-

Công suất động cơ: NĐC NC2 = 104 (W)

-

Môme mở máy : MĐC MC2 = 0,66 (N.m)

-

Tốc độ quay: ndc = 1500(vòng/phút)

2.3. Chọn động cơ trục Z.
Để chọn động cơ trụ Z, ta phải chọn khi mômen xoắn trên trục Z là lớn
nhất ( hay lực dọc trục là lớn nhất ). Khi đấy ta có thể coi máy làm việc nh ở chế
độ khoan.
2.3. 1. Lực chiều trục khi khoan

P0

Hỡnh 2.4: Lực chiều trục khi khoan.
P0 = Cp.Dzp.Syp.Kmp (KG)
Trong đó:
Cp : hệ số đối với lực chiêu trục xét đến điều kiện cắt nhất định.
D : đờng kính dao.
S : lợng chạy dao khi khoan.

22


Kmp = KmM : hệ số hiệu chỉnh khi tính chất cơ lý của vật liệu khác
với điều kiện đang xét.
zp; yp : chỉ số mũ xét đến ảnh hởng của đơng kính dao, lợng chạy
dao.
Ta thấy lực P0 tỷ lệ thuận với đờng kính dao D, vì vậy ta chọn dao có đờng
kính lớn nhất để tính.
* chọn dao: - Đờng kính dao: D = 5mm
- Số răng dao : Z = 4 (răng)
Theo bảng (7-3):
Cp = 31,5; zp = 1; yp = 0,8
Theo bảng (12-1) và (13-1):
Kmp = KmM = (

0,75
75
) = ( )0,75 = 1 Theo bảng ( 8-3) chọn bớc tiến dao:
75
75

S = 0,31 (mm/vòng)
P0 = 31,5.51.0,310,8.1 = 61,7(KG)
P0 = 604,66 (N).

2.3.2. Công suất động cơ trục Z

z

Z3
Z2

F'msz

Z1 Fmsz

Z

Hỡnh 2.5: Lực ng c lờn trc z
23


- Tổng khối lợng động cơ đầu cắt và bàn mang đầu cắt : mz = 2(kg).
Trọng lực ấn đầu dao xuông:

Pmz = mz.g = 2.9.8 = 19,6 (N)
Tổng hợp lực tác dụng lên vitme trục Z:

Z = P0 - Pmz = 604,66 -19,6 = 585,06 (N)
Vitme trục Z có đờng kính dz = 10mm; bớc ren qz = 3mm.
z = arctg(

3
) = 8,50
2.10

Z1 = Z.cos8,50 = 585,06.cos8,50 = 578,63 (N)
Z2 = Z.sin8,50 = 585,06.sin8,50 = 86,48 (N)
Z3 = Z2.cos8,50 = 86,48.cos8,50 = 85,53 (N)

Chọn hệ số ma sát trục vít me là: msz = 0,1
Fmsz = Z1. msz = 578,63.0.1 = 57,863 (N)

Lực ma sát chiếu theo phơng vuông góc với trục vitme:
Fmsz = Fmsz.cos8,50 = 57,863.cos8,50 = 57,23 (N)
Hợp lực tác dụng lên vitme theo phơng vuông góc là:

Z = Z3 + Fmsz = 85,53 + 57,23 = 142,76(N)
Mômen xoắn tác dụng lên vitme ( trục động cơ ):Do dùng bộ chuyền

khớp nối, tỷ số chuyền uz = 1.
MDCZ =

Z '.d z
142,76.10
=
= 0,714 (N.m).
2.1000
2.1000

Tốc độ quay truc Z lớn nhất :
nz = tốc độ dịch chuyển lớn nhất/qz = 800/3(v/ph)
Tốc độ quay động cơ trục Z:

ndcz = nz.uz = 266,67 (vòng/phút)
Vận tốc động cơ:

24

dcz =

.ndcz
3.14.266,67
=
= 27,9(rad/s)
30
30

Công suất động cơ trục Z:
M

.

DCZ
dcz
.K z
NDCZ = .
z dcz

Trong đó: dcz : hiệu suất động cơ ( chọn dcz = 0,95)
Kz : hệ số quá tải cho phép ( Kz = 1,3 1,5 )
Chọn Kz = 1,5.
z = knz. obz. vmz

Theo giáo trình tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí- Trịnh Chất
Lê Văn Uyển.Bảng (2.3)
knz : hiệu suất khớp nối. Chọn knz = 1
obz : hiệu suất ổ bi. Chọn obz = 0,99
vmz: hiệu suất vít me. Chọn vmz = 0,99

z = 1.0,99.0,99 = 0,98

NDCZ =

0,714.27,9
.1,5 = 32,1 (W)
0,95.0,98

2.4. Chọn động cơ trục Y.
25