Giao trinh tinh chon he thong dan huong

NỘI DUNG
CHƯƠNG І. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU VÀ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CỦA MÁY CNC.....4
1.1. Khái niệm về máy điều khiển số...........................................................................................4
1.2. Kết cấu và hệ thống dẫn động máy CNC..............................................................................5
CHƯƠNG ІІ: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG HỆ BÀN MÁY CNC..................................6
2.1 Tính chọn vít me:...................................................................................................................6
2.1.1. Kết cấu bộ truyền vitme đai ốc bi..................................................................................6
2.1.2. Tính chọn vitme bi.........................................................................................................7
2.1.3. Ví dụ quá trình tính toán lựa chọn trục vít...................................................................17
2.2 Tính chọn ray dẫn hướng.....................................................................................................25
2.2.1 Quy trình tính toán........................................................................................................26
2.2.3. Momen tĩnh cho phép M0............................................................................................27
2.2.4 Hệ số an toàn tĩnh.........................................................................................................27
2.2.5. Hệ số tải trọng động định mức C.................................................................................28
2.2.6. Tính toán tuổi bền danh nghĩa L..................................................................................28
2.2.7. Tính toán tuổi bền dịch vụ theo thời gian....................................................................29
2.2.8. Hệ số ma sát.................................................................................................................30
2.2.9. Tính toán tải trọng làm việc.........................................................................................30
2.2.10. Tính toán tải trọng tương đương................................................................................33
2.2.11. Tính toán tải trọng trung bình....................................................................................34
2.2.12. Ví dụ tính toán...........................................................................................................34
Chương III: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ...........................................................................................39
3.1. Các bước tính chọn động cơ và inverter.............................................................................39
3.2. Chọn động cơ servo để điều khiển quỹ đạo chuyển động theo trục Ox và trục Oy............40
3.2.1 Tính mô men ma sát:.....................................................................................................40
3.2.2 Tính mô men thắng trọng lực của kết cấu.....................................................................40
3.2.3 Tính vận tốc dài:...........................................................................................................40
3.2.4 Tính mô men máy:........................................................................................................40
3.2.5 Tính mô men tĩnh:.........................................................................................................41
3.2.6 Tính tốc độ quay của motor:.........................................................................................41
Tài liệu tham khảo.........................................................................................................................42

LỜI NÓI ĐẦU
3


Đóng góp vào sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ trong thời gian
gần đây, tự động hóa sản xuất có một vai trò quan trọng. Nhận thức được điều này, trong
chiến lực công nghiệp hóa và hiện đại hóa nền kinh tế đất nước, công nghệ tự động được
ưu tiên đầu tư và phát triển.
ở các nước có nền công nghiệp phát triển việc tự động hoá các ngành kinh tế, kỹ
thuật trong đó có cơ khí chế tạo đã thực hiện từ nhiều thập kỷ trước đây. Một trong những
vấn đề quyết định của tự động hoá ngành cơ khí chế tạo là kỹ thuật điều khiển số và công
nghệ trên các máy điều khiển số.
Các máy công cụ điều khiển số (NC và CNC) được dùng phổ biến ở các nước phát
triển. Trong những năm gần đây NC và CNC đã được nhập vào Việt Nam và được sử
dụng rộng rãi tại các viện nghiên cứu và các công ty liên doanh... Máy công cụ điều
khiển số hiện đại (các máy CNC) là các thiết bị điển hình cho sản xuất tự động, đặc trưng
cho ngành cơ khí tự động. Vậy để làm chủ được công nghệ cần làm chủ được các thiết bị
quan trọng và điển hình.
Trong các máy công cụ điều khiển số CNC thì việc đảm bảo điều kiện bền của các
thiết bị dẫn động bàn máy, cụm trục chính và ảnh hưởng của chúng đến dao động của bàn
máy là một phần quan trọng trong quá trình thiết kế máy CNC. Đảm bảo những điều kiện
này sẽ giúp cho quá trình gia công liên tục, sai số trong quá trình gia công là nhỏ nhất,
góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng máy.
Việc tính toán lựa chọn các thiết bị dẫn động là một công việc đòi hỏi sự chính xác
và hợp lí để có thể lựa chọn được thiết bị phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng, đảm bảo
điều kiện bền và tính kinh tế. Thông thường với mỗi máy nhất định, người sản xuất phải
tính toán cho từng thiết bị rất vất vả, và khi sản xuất một loại máy mới lại phải tính chọn
lại từ đầu.
Quyển sách này trình bày về quá trình thiết lập công thức tính, xây dựng chương

trình tự động tính chọn các thiết bị dẫn động và phương pháp tính chọn động cơ điện để
điều khiển dịch chuyển theo các trục. Đây là một bài toán điển hình giúp sinh viên tích
lũy được những kiến thức cơ bản về máy điều khiển số, sử dụng các kiến thức tổng hợp
từ các môn học để vào giải một bài toán kỹ thuật cơ bản.

3


Để cuốn sách ngày càng được hoàn thiện hơn, chúng tôi rất mong nhận được sự
đóng góp quý báu của các độc giả.
Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2011
Nhóm tác giả

3


CHƯƠNG І. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU VÀ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CỦA
MÁY CNC
1.1. Khái niệm về máy điều khiển số
Điều khiển số ra đời cách đây trên 30 năm đã tác động mạnh mẽ đến ngành chế
tạo máy, đã tạo ra những máy mới và công cụ tự động hoá kết cấu cơ khí mới. Máy điều
khiển số CNC-Computer Numerical Control là máy công cụ điều khiển theo chương trình
số, quá trình gia công được thực hiện một cách tự động. Trước khi gia công người ta đưa
vào hệ thống điều khiển một chương trình gia công dưới dạng một chuỗi các lệnh điều
khiển. Hệ thống điều khiển số cho khả năng thực hiện các lệnh này và kiểm tra chúng
nhờ một hệ thống đo dịch chuyển của các bàn trượt của máy.
 Các loại máy CNC phổ biến hiện nay gồm có:
• Máy tiện CNC
• Máy phay CNC
• Máy khoan tia lửa điện CNC

• Máy cắt dây CNC
 Ưu điểm của máy CNC
So với các máy công cụ thông thường, máy CNC có nhiều nét ưu việt hơn, thể
hiện ở các điểm sau:
 Gia công được các chi tiết phức tạp hơn.
 Quy hoạch thời gian sản xuất tốt hơn.
 Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao và giảm thời gian
phụ.
 Tính linh hoạt cao hơn.
 Độ lớn loạt tối ưu nhỏ hơn.
 Độ chính xác gia công cao và ổn định đều.
 Chi phí kiểm tra giảm.
 Chi phí do phế phẩm giảm.
 Hoạt động liên tục nhiều ca sản xuất.
 Giảm số nhân công.
 Hiệu suất cao.
3


 Tăng năng lực sản xuất.
 Có khả năng tích hợp trong hệ thống gia công linh hoạt.\
1.2. Kết cấu và hệ thống dẫn động máy CNC
• Kết cấu:
-

Bệ máy.

-

Các bàn máy theo các trục X, Y, Z.

-

Các hệ thống dẫn động như vít me bi, các hệ thống thanh dẫn hướng tương ứng
theo các trục X, Y, Z.

-

Các bộ điều khiển, động cơ bố trí ở mỗi bàn máy,…

Hình 1.1. Máy tiện phay CNC
Thông thường, bàn máy gắn chặt với các block, dịch chuyển nhờ lực đẩy của vít
me và trượt trên hai thanh ray dẫn hướng. Trong các máy CNC, đặc biệt là máy phay cao
tốc, việc đảm bảo điều kiện bền của các thiết bị dẫn động là một phần rất quan trọng
trong quá trình tính toán và lựa chọn thiết bị.

3


CHƯƠNG ІІ: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG HỆ BÀN MÁY CNC
Các thiết bị dẫn động có một vai trò quan trọng trong máy CNC, là nhân tố chính
đảm bảo sự vận hành và gia công chính xác của máy. Việc tính toán lựa chọn các thiết bị
dẫn động là một công việc bắt buộc và phức tạp với rất nhiều công thức cần thiết lập. Vì
vậy, để thuận tiện cho công việc lựa chọn thiết bị dẫn động, trong chương này chúng ta đi
xây dựng công thức tính toán và chương trình tính chọn các thiết bị dẫn động.
Nội dung chương này gồm có
• Tính chọn vít me.
• Tính chọn block, thanh ray dẫn hướng.
Các tính toán ở đây được thực hiện theo catalog của hãng NSK.
2.1 Tính chọn vít me:

Hình 2.1. Trục vít me dùng trong máy CNC
2.1.1. Kết cấu bộ truyền vitme đai ốc bi
2.1.1.1. Kết cấu chung:
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.
3


- Gần như độc lập hoàn toàn với lực ma sát (biến đổi theo tốc độ), ma sát tĩnh rất
bé nên chuyển động êm.

Hình 2.2. Kết cấu sơ bộ của vít me đai ốc bi
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.
2.1.1.2. 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 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 ) .

Hình 2.3. 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 .
2.1.2. Tính chọn vitme bi
Chọn kiểu trục vít me chính xác(Precision Ballscrew). Quá trình tính toán như hình vẽ
sau:

3


Hình 2.4. Sơ đồ tính chọn vít me bi

Các thông số đầu vào
3


-

nmax: Tốc độ quay lớn nhất của động cơ dẫn động vít me

-

Vmax: Tốc độ dịch chuyển lớn nhất của bàn máy

-

amax: Gia tốc lớn của bàn máy

-

Wi: Các khối lượng

-

Lt: Tuổi thọ của vít me

-

ls: Hành trình

-

Các thông số hình học của hệ dẫn động

-

Fm, Fmz: Lực cắt

-

Chế độ làm việc ( Biểu đồ làm việc )

2.1.2.1 Chọn kiểu lắp ổ đỡ

Có 3 phương pháp lắp đặt :
2 đầu lắp chặt : fixed-fixed

-

Hình 2.5. Sơ đồ 1 lắp đặt ổ đỡ
1 đầu lắp chặt -1 đầu tùy chỉnh : fixed- supported

Hình 2.6. Sơ đồ 2 lắp ổ đỡ
-

1 đầu lắp chặt – 1 đầu để tự do : fixed – free

3


Hình 2.7. Sơ đồ 3 lắp ổ đỡ
2.1.2.2. Tính toán tải cho phép tác dụng lên trục
a. Tải trọng uốn:
Tải trọng uốn có thể tính theo công thức sau:
π 2 NEI
dr 4
P =α
=
m
×103
2
2
L

L

α : hệ số an toàn ( α =0.5 )
E : Suất Young (E=2,1.104 kgf/mm2)
I : mômen quán tính hình học min của trục vitme
π .dr 4
I=
(mm 4 )
64
dr : đường kính trục vitme
L : Khoảng cách giữa 2 ổ đỡ
N,m : hệ số phụ thuộc kiểu lắp
support-support : m=5,1 (N=1)
fix-support : m=10,2 (N=2)
fix-fix : m=20,3 (N=4)
fix-free : m=1,3 (N=1/4)
b. Tải kéo nén cho phép:
Tải kéo nén có thể tính theo công thức:
dr 4
P = σ . A = σ .π .
4
P : tải trọng kéo nén cho phép (kgf)
σ : ứng suất kéo nén cho phép
A: diện tích tiết diện của trục vitme
2.1.2.3. Tốc độ quay cho phép
a. Tốc độ quay tới hạn:
Khi tốc độ quay của động cơ trùng với tần số tự nhiên của hệ thống tiếp nhận, sự cộng

Trong đó:

hưởng bắt đầu xảy ra. Tốc độ quay này gọi là tốc độ quay tới hạn. Cần chọn tốc độ động
cơ để sự cộng hưởng không xảy ra. Chúng ta chọn khoảng 80% tốc độ quay giới hạn làm
tốc độ quay cho động cơ

3


n =α ×

Trong đó:

60λ 2
2π L2

EIg
dr
= f 2 ×107
γA
L

n : tốc độ vòng quay giới hạn
α : hệ số an toàn, α =0.8
E : Suất Young (E=2,1.104 kgf/mm2)
I : mômen quán tính hình học min của trục vitme
π .dr 4
4
I=

64

(mm )

g : gia tốc trọng trường
γ : trọng lượng riêng , γ = 7.8 × 10−6 (kgf / mm3 )
f, λ :hệ số phụ thuộc phương pháp lắp đặt
supported-supported f=9.7
( λ =π)
fixed-supported
f=15.1 ( λ =3.927)
fixed-fixed
f=21.9 ( λ =4.730)
fixed-free
f=3.4 ( λ =1.875)
b. dm.n – Giá trị của vitme
dm là đường kính trục vít, n là tốc độ quay lớn nhất. Giá trị dm.n liên quan và ảnh
hưởng đến tiếng ồn, độ tăng nhiệt độ , tuổi đời làm việc, vòng bi của vitme . Nói
chung, giá trị này được lựa chọn theo mẫu. Trên thực tế, giá trị này được quyết định
bởi cách lắp đặt phần cuối vitme và khoảng cách giữa chúng .
-

Đối với độ chính xác cao

-

Đối với độ chính xác thấp : dm.n≤50000

: dm.n≤70000

Nhưng với công nghệ sản xuất chế tạo hiện nay, giá trị trên thâm chí có thể lên tới
100000.

2.1.2.4. Tính toán lực dọc trục
a. Trường hợp hệ bàn máy – vít me nằm theo phương ngang.

Hình 2.8. Sơ đồ tính lực dọc trục
Ta có các công thức tính lực dọc trục:


Tăng tốc (về bên trái): Fa1 = µ mg + ma + f
3




Chạy đều (về bên trái): Fa 2 = µ mg + f



Gia công (về bên trái): Fa 3 = Fm + µ (mg + Fmz ) + f



Giảm tốc (về bên trái): Fa 3 = µ mg − ma + f



Tăng tốc (về bên phải): Fa 4 = − µ mg − ma − f



Chạy đều (về bên phải): Fa 5 = − µ mg − f



Gia công ( về bên phải): Fa 5 = − Fm − ( µ mg + Fmz ) − f



Giảm tốc (về bên phải):
Fa 6 = − µ mg + ma − f

Với
Fm: lực cắt chính của máy.
Fmz: lực cắt theo phương z (thẳng đứng).
μ: Hệ số ma sát trượt.
m: Khối lượng tổng cộng.
f : Lực chống không tải

b. Trường hợp hệ bàn máy – vít me nằm theo phương
thẳng đứng.
Các công thức tính lực dọc trục:


Tăng tốc (Đi lên): Fa1 = ma + mg



Chạy đều (Đi lên): Fa 2 = mg



Gia công (Đi lên): Fa 3 = Fmz + µFm + mg



Giảm tốc (Đi lên): Fa 3 = mg − ma



Tăng tốc (Đi xuống): Fa 4 = mg − ma



Chạy đều (Đi xuống): Fa 5 = mg

3




Gia công (Đi xuống):
Fa 5 = − µFm + mg + Fmz



Giảm tốc (Đi xuống): Fa 6 = mg + ma

c. Tính lực dọc trung bình và lực lớn nhất tác dụng lên vít me
-

Lực lớn nhất

Ta có Fmax = Max( Fa1, Fa2, Fa3, Fa4, Fa5, Fa6 )

-

Lực trung bình

Tại mỗi chế độ làm việc khác nhau, lực tác dụng vào vít me là khác nhau. Gọi F i là
lực tác dụng lên vit me trong khoảng thời gian ti, tốc độ quay ni
Ta có công thức xác định lực trung bình như sau
Fm =

3

F13 × n1t1 + F23n2t2 + ... + F33n nntn

∑nt

n

i i

 F 3n t
= ∑ i i i
 ∑n t
i i


1

3





2.1.2.5 Tính toán tải trọng tĩnh (C0), tải trọng động (Ca)

Hình 2.9. Sơ đồ tính lực

Các công thức tính tương ứng:

Co = f s × Fa max
Ca = 3 60nLt × Fam × f w × 10 −2
n × L2
dr =
f × 10 7
Với:
-

Ca : tải trọng động

-

Co : tải trọng tĩnh

-

dr : đường kính vit me

-

Fam : lực dọc trục trung bình tác dụng lên vít me trong quá trình làm việc

-

Fa max : lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vít me

-

Lt: Tuổi thọ yêu cầu của vit me

-

n : Tốc độ quay

-

fs : Hệ số bền tĩnh, với máy công cụ fs = 1,5 – 3

-

fw : Hệ số tải trọng, được cho theo bảng 2.5
3


-

Chế độ

Vận tốc

Nhẹ
Trung bình
Nặng

V < 15 (m/min)
15 < V <60 (m/min)
V > 60 (m/min)
Bảng 2.5

fw
1,0 – 1,2
1,2 – 1,5
1,5 – 3,0

f : Hệ số phụ thuộc phương thức lắp đặt vít me:
 Tựa - tựa

:f=

9,7
 Cố định- Tựa
: f = 15,1
 Cố định - Cố định

:f=

21,9
 Cố định - Tự do

: f = 3,4

2.1.2.6 Tuổi thọ
Có 3 kiểu tuổi thọ:
-

Tuổi thọ tính theo tổng số vòng quay:
&
T2 = T1 + J .ω

-

Tuổi thọ tính theo thời gian hoạt động:
Lt =

-

Tuổi thọ tính theo tổng quãng đường :
Ls =

Trong đó: -

L
(hr )
60n
L×l
(km)
106

Ca : hệ số tải trọng động (kgf)

-

Fa : lực tác dụng dọc trục(kgf)

-

n : tốc độ quay(vong/ph)

-

l: chiểu dài khoảng làm việc(mm)

-

f w : hệ số lực, tra theo bảng bên

3


2.1.2.7. Tính toán momen
2.1.2.7.1. Momen điều khiển trục vít
a. Điều khiển thông thường:
Là momen cần sinh ra khi chuyển từ chuyển động quay sang chuyển động tịnh
tiến(momen phát động nằm ở phần quay):
Ta =

Fa × l
2π ×η1

η1 : hiệu suất của quá trình

b. Điều khiển đảo:
Là momen cần sinh ra khi chuyển từ chuyển động tịnh tiến sang chuyển động
quay(momen phát động nằm ở phần tịnh tiến):
Tb =

Fa × l ×η 2
2π

η2 : hiệu suất

c. Momen do tải trọng đặt trước:
Momen ma sát sinh ra do tải trọng đặt trước của trục vít:
Tp = k ×

Trong đó

Fa 0 × l
2π

k = 0.05 × (tan β ) −0.5
Fa 0 : tải trọng đặt trước

2.1.2.7.2. Momen phát động của động cơ
a. Khi chạy với tốc độ không đổi:
Momen phát động = Momen do tải đặt trước + Momen ma sát trên trục vit + Momen ma
sat trên
ổ đỡ

F ×l F ×l

 N
T1 =  k × a 0 + a
+ TB ÷× 1
2π
2π ×η

 N2

Trong đó:
3


-

Fa 0 : tải đặt trước

-

Fa : lực dọc trục

-

TB : Momen ma sát ở ổ đỡ

-

N1 , N 2 : số vòng quay bánh răng 1 &2

Hình 2.10. Sơ đồ tính mô men phát động của động cơ
b. Khi chạy với gia tốc không đổi:

T2 = T1 + J .β
2

N 
J = J M + J G1 +  1 ÷ × [ J G 2 + J SH + J w + J C ]
 N2 
2

m l 
JW = 
÷
g  2π 

Trong đó:
-

J M : momen quán tính động cơ.

-

J G1 , J G 2 : momen quán tính của bánh răng 1&2 trong bộ truyền.

-

J SH : momen quán tính của trục vit.

-

J w : momen quán tính của các phần dịch chuyển(bàn máy, ổ bi,…).

-

J C : momen quán tính của phần ghép nối.

-

m: tổng khối lượng.

-

β : gia tốc góc của động cơ.

• Momen quán tính của hình trụ:

3


1
ρπ D 4 L(kg .m 2 )
32
πγ 4
=
D L (kg .m 2 )
32 g

J=

mD 2
=
8

(kg.m 2 )

2.1.3. Ví dụ quá trình tính toán lựa chọn trục vít
2.1.3.1 Tính toán trên máy phay

Hình 2.11. Sơ đồ tính toán trục vít
2.1.3.1.1 Các thông số
a. Các thông số của máy:
Trọng lượng phôi :

Tốc độ vòng động cơ:

W1 = 1100kgf

N max = 2000rpm

Trọng lượng bàn gá :

W2 = 800kgf

Độ cx vị trí(không tải)

Chiều dài làm việc max:

±0.030 / 1000mm

S max = 1000mm

Độ cx lặp:

±0.005mm

Độ lệch chuyển động:

0.02mm

Tốc độ quay max:
Vmax = 14m / min

Tuổi thọ:

Lt = 25000h

Hệ số ma sát trượt bề mặt:
b. Điều kiện làm việc:

µ = 0.1

3


Giá trị

Lực tác dụng lên trục(kgf)

Tốc độ vòng

tính

Thời gian làm
việc

Chống cắt

Kiểu

Chống trượt

mm/ph

ratio(%)

14000
600
120

30
55
15

toán
gia công
Cao tốc
Phay tinh
Phay thô

0
500
950

190
190
190

Fa = µ ( W1 + W2 )

= 0.1. ( 1100 + 800 )

Lực chống trượt :

=190 ( kgf )

c. Các thông số sẽ được tính chọn:
-

Loại ổ bị, trục vít
Cấp chính xác
Độ lệch vị trí vì nhiệt
Momen động cơ

2.1.3.1.2 Chọn trục vít, ổ bi
a. Thanh dẫn :
l≥

Vmax 14000
=
= 7(mm)
N max 2000

Chiều dài thanh dẫn phải hơn 7 mm
b. hệ số tải động : (Ca)

Giá trị
tính

Lực tác dụng lên
trục(kgf)

Tốc độ vòng

Thời gian làm
việc

l =8

l = 10

F1 = 190

N1 = 1750

N1 = 1400

t1 = 30

F2 = 690

N 2 = 75

N 2 = 60

t2 = 55

Kiểu

ratio(%)

toán
gia công
Cao tốc
Phay tinh

3


Phay thô

F3 = 1140

N 3 = 15

N 3 = 12

t3 = 15

Tính toán tải trọng danh nghĩa và tốc độ quay danh nghĩa, ta có:

Tính Ca:
3

 Ca 
L
6
L=
÷ × 10 , Lt =
60 N m
 Fa × f w 
⇒ Ca = ( 60 N m × Lt )

1/3

× Fm × f w × 10−2

Thay số:
-

→ Ca ≥ 3756(kgf )
Nếu tuổi thọ yêu cầu trên 25000h, Ca > 3756(kgf )
l = 10
→ Ca ≥ 3487(kgf )
Nếu tuổi thọ yêu cầu trên 25000h, Ca > 3487(kgf )
l = 8mm

c. Chọn kiểu bi
Nếu độ cứng cần được ưu tiên nhiều nhất, độ hao phái chuyển động không quá
quan trọng, theo đó các thông số kỹ thuật sẽ được chọn như sau:
-

Ổ bi loại lưu chuyển bi bên ngoài.

Kiểu : FDWC
Số bi : B × 2 hoặc B × 3

Giá trị tương ứng của Ca được cho trong bảng sau:

d. Chọn bán kính trục vít

3


n =α ×

60λ 2
2π L2

⇒ dr ≥

n × L2
×10−7
f

EIg
dr
= f 2 ×107
γA
L

L= tổng chiều dài di chuyển max + bán kính bi + chiều dài vùng thoát
L = 1000 + 100 + 200 = 1300(mm)

Kiểu ổ bi là lắp chặt ở cả 2 đầu → f = 21.9
-

Nếu l = 8mm → dr ≥ 13.5(mm) , nếu tốc độ vòng yêu cầu lớn hơn 1750 vong/ph thì

-

dr ≥ 14( mm) . Do đó, lấy đường kính trục vit nằm trong khoảng 20mm đến 50mm.
Nếu l = 10mm → dr ≥ 10.8(mm) , nếu tốc độ vòng yêu cầu lớn hơn 1400 vong/ph thì
dr ≥ 11(mm) . Do đó, lấy đường kính trục vit nằm trong khoảng 16mm đến 50mm.

e. Xem xét độ cứng : xem thêm trong catalog của hãng PMI
Từ độ cứng yêu cầu và các yếu tố bên trên, ta chọn được một số series phù hợp như
sau:

Kết hợp với các yếu tố kinh tế….v…, ta chọn series sau

f. Chiều dài trục vitme
L= tổng chiều dài dịch chuyển + chiều dài ổ bi + chiều dài vùng thoát
L = 1000 + 180 + 100 = 1280 ; 1300mm

g. Kiểm tra sơ bộ
Tuổi thọ làm việc:

3


3

 Ca 

1
6
Lt = 
÷ ×10 ×
60n
 Fm × f w 
3

1
 4700 
6
=
÷ ×10 ×
60 × 455
 330 × 1.2 
; 61000 (h) > 25000(h)

Tốc độ quay cho phép: n = f ×

dr
×107 = 4540(vong / ph)
L2

Tốc độ này lớn hơn nhiều so với tốc độ quay lớn nhất được thiết kế. Do vậy, lựa chọn
như trên là thỏa mãn.
2.1.3.1.3 Chọn độ chính xác dài
Độ chính xác vị trí yêu cầu : ±0.030 /1000mm , chọn cấp chính xác C4
→ độ lệch và độ biến dạng tích lũy

2.1.3.1.4 Độ dịch do thay đổi nhiệt độ: (mức hiệu chỉnh 3℃)

-

Độ dịch do nhiệt
∆Lθ = ρ .θ .L = 12.0 × 10−6 × 3 ×1300 = 0.047( mm)

-

Lực gây ra:
Fθ = ∆Lθ × K S =

∆Lθ .E.π dr 2 0.047 × 2.1× 104 × π × 27.052
=
= 436(kgf )
4L
4 × 1300

2.1.3.1.5 Chọn động cơ
- Tốc độ vòng lớn nhất 1500(vong/phut)
- Thời gian cần thiết để đạt tốc độ lớn nhất là 0.15s
a.momen quán tính khối:
* Trục vitme:
πρ
π × 7.8 × 10−3 4
4
GD =
×D ×L =
× 4 ×130 = 101.9(kgf .cm 2 )
8
8
2

s

* Phần dịch chuyển:

3


2

2

 1 
 1.0 
2
GDw2 = W 
÷ = ( 1100 + 800 ) × 
÷ = 192.5(kgf .cm )
 2π 
 2π 

* Phần ghép nối:
GD 2J = 40(kgf .cm2 )

* Tổng momen quán tính :
GD 2L = GD 2s + GD 2w + GDJ2 = 334.4(kgf .cm 2 )

b. Momen phát động
Thời gian dành cho quá trình có gia tốc là rất ngắn, do đó ở đây ta chỉ tính toán cho giai
đoạn chạy đều( chiếm phần lớn thời gian gia công)
* Momen đặt trước:

Fa 0 × l
380 ×1.0
= 0.3 ×
= 18.1( kgf .cm)
2π
2π
k = 0.3, Fa 0 = Fmax / 3

TP = k ×

* Momen do lực ma sát:
- Phay cao tốc:
Ta =

-

Fa × l 190 × 1.0
=
= 33.6(kgf .cm)
2π ×η 2π × 0.9

Phay tinh:
Tb =

-

Phay thô:
Tc =

690 ×1.0

= 122.1(kgf .cm)
2π × 0.9

1140 ×1.0
= 201.7(kgf .cm)
2π × 0.9

Do đó, momen phát động cần thiết bằng tổng momen đặt trước và momen cần thiết khi
phay thô:
TL = TP + Tc = 219.8(kgf .cm)

c. Chọn động cơ:
Các thông số yêu cầu:
-

Tốc độ quay lớn nhất : N max ≥ 1500(rpm)
Momen ước lượng : TM > TL
Momen khối lượng của roto: J M ≥ J L / 3

Từ các điều kiện trên, ta chọn động cơ có các thông số như sau:

3


d. Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt được vận tốc cực đại:
ta =

J
2π N
×

×f
T − TL
60
'
M

Trong đó:
-

J : tổng momen quán tính
TM' = 2 × TM
TL : momen quay(nhanh)
f : hệ số an toàn( chọn theo kiểu lắp ổ)
( 274.3 + 750 )
2π × 1400
ta =
×
× 1.4
60
4 × 980 × ( 2 × 230 − ( 18.1 + 33.6 ) )
 thỏa mãn
= 0.13(sec) < 0.15(sec)

e. Tính toán ứng suất tác dụng lên trục vít:
σ=

Fmax
F
1140 × 9.8 × 4
=

=
= 11.56( N / mm 2 ) = 1.16 ×107 ( N / m 2 )
2
A π dr / 4
π × 35.052

dr : bán kính lõi ren của trục vitme
dr = 40 + 1.4 − 6.35 = 35.05(mm)

τ=

T × r 21540 × 20
=
= 2.91( N / mm 2 ) = 2.91×106 ( N / m 2 )
J
148167

Tmax = TL = 219.8(kgf .cm) = 21540( N .mm)
J=

π dr 4 π × 35.054
=
= 148167(mm 4 )
32
32
σ max = σ 2 + τ 2 = 11.9 × 106 ( N / m 2 )

Vật liệu làm trục 50CrMo4 cố độ cứng biến dạng

1.1×108 N / m 2 > σ max

Độ cứng chống uốn 0.9 × 108 N / m 2 > σ max
3.1.5.6 Tính tải trọng tới hạn của trục vít
π 2 nEI
dr 4
35.054
3
=
m
×
10
=
20.3
×
×103
2
2
2
L
L
1100
= 25300(kgf ) > Fmax = 1140( kgf )

P =α

3


Do vậy, trục vitme đảm bảo an toàn.
2.1.3.2 Tính toán cho trường hợp bàn gá phôi di chuyển theo phương ngang hoặc thẳng

đứng
Tính toán tương tự như trên, có thể thao khảo thêm trong catalog Technique support của
PMI

3


2.2 Tính chọn ray dẫn hướng

Hình 2.12. Hình dạng của ray dẫn hướng

3