Đồ án tốt nghiệp : Đề tài thiết kế và gia công máy phay gỗ CNC cỡ nhỏ

Mục lục
Chương 1: Tổng quát về máy phay gỗ CNC cỡ nhỏ…………………..4
1.1. Tổng quan về máy CNC…………………………………………..4
1.2. Lịch sử hình thành và phát triển ....................................................4
1.3. Vị trí của máy CNC trong thời đại hiện nay...................................5
1.4. Tính thực tiễn của đề tài.............................................................. ...6
1.5. Điểm mới của đề tài........................................................................7
1.6. Giới hạn của đề tài………………………………………………….9
1.7. Mục đích nghiên cứu……………………………………………....11
1.8. Phương pháp nghiên cứu…………………………………………..12
1.9. Kết luận…………………………………………………………….13
Chương 2: Phân tích và lựa chọn phương án tối ưu…………………..14
2.1. Dữ liệu ban đầu và tiêu chí thiết kế ...............................................14
2.2. Phân tích các máy tương tự và chọn sơ đồ phù hợp………………14
2.3. Tính toán sơ bộ các thông số động lực học....................................20
2.3.1. Các thông số đầu vào………………………………………..20
2.3.2. Lực cắt chính của máy ( Fm )………………………………..20
2.4. Thiết kế kết cấu và chi tiết hóa.......................................................21
2.4.1. Các phương án truyền động……….………………………..21
2.4.2. Chọn phương án chọn vòng bi……………………………...24
2.4.3. Chọn phương án chọn khớp nối…………………………….27
2.4.4. Các phương án chọn con trượt………………………………32
2.4.5. Các phương án chọn động cơ………………………………..38
2.5. Lập hồ sơ thiết kế tổng quan……………………………………....42
2.5.1. Cụm bàn máy và chân máy…………………………………..42
2.5.2. Cụm trục Y…………………………………………………..44
1


2.5.3. Cụm trục X và Z………………………………………………….46
Chương 3: Tính toán các bộ truyền ..............................................................48

3.1. Tính toán hệ dẫn động với trục vít me đai ốc bi trục X..........................51
3.1.1. Tính toán lựa chọn cụm trục vít me bi trục X……………………53
3.1.1.1. Đặc điểm của bộ truyền………………………………….53
3.1.1.2. Các thông số đâu vào……………………………………54
3.1.1.3. Tính toán bộ truyền vít me đai ốc bi theo độ bền kéo (nén)
……………………………………………………………………………59
3.1.2. Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối cụm trục X……………………....62
3.1.3. Tính toán, chọn động cơ cho cụm trục X…………………………64
3.2. Tính toán hệ dẫn động với trục vít me đai ốc bi trục Y...........................69
3.2.1. Tính toán lựa chọn cụm trục vít me bi trục Y…………….………70
3.2.1.1. Đặc điểm của bộ truyền…………………………………..71
3.2.1.2. Các thông số đâu vào…………………………………….72
3.2.1.3. Tính toán bộ truyền vít me đai ốc bi theo độ bền kéo
(nén).74
3.2.2. Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối cụm trục Y……………………….77
3.2.3. Tính toán, chọn động cơ cho cụm trục Y………………………….80
Chương 4: Thiết kế quy trình công nghệ .......................................................85
4.1. Quy trình công nghệ gia công chi tiết Tấm z……………………………85
4.1.1. Phân tích kết cấu và các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết………….…85
4.1.2. Tính công nghệ trong kết cấu………………………………….….86
4.1.3. Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi………………………….87
4.1.4. Phân tích, lựa chọn đường lối công nghệ…………………………89.
4.1.5. Thiết kế nguyên công…………………………………………..…90
4.2. Quy trình công nghệ gia công chi tiết Gá trục chính……………….…116
2


4.2.1. Phân tích kết cấu và các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết………..…116
4.2.2. Tính công nghệ trong kết cấu……………………………………117
4.2.3. Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi……………………...…118

4.2.4. Phân tích, lựa chọn đường lối công nghệ……………………..…119
4.2.5. Thiết kế nguyên công……………………………………………119

3


Chương I: TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY GỖ CNC CỠ NHỎ
1.1 Tổng quan về máy CNC
CNC – viết tắt cho Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) (điều
khiển bằng máy tính) – đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc
khác với mục đích sản xuất (có tính lặp lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu
khác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên
biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G. CNC được phát triển
cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở phòng thí nghiệm Servomechanism
của trường MIT.
Là máy gia công dưới sự kiểm soát của máy tính.
Dưới đây là hình ảnh của một số máy CNC

Hình 1.1: Máy phay CNC Elip Platium-Fanuc-E300*600

4


Hình 1.2: Máy tiện CNC LMW model smartplus

Hình 1.3: Máy tiện đứng CNC TAKISAWA VTL-750
1.2. Lịch sử hình thành và phát triển
Thiết kế máy CNC hiện đại bắt nguồn từ tác phẩm của John T. Parsons
cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950. Sau Thế chiến II, Parsons tham
gia sản xuất cánh máy bay trực thăng, một công việc đòi hỏi phải gia công chính

xác các hình dạng phức tạp. Parsons sớm nhận ra rằng bằng cách sử dụng máy
tính IBM thời kì đầu, ông đã có thể tạo ra những thanh dẫn đường mức chính xác
hơn nhiều khi sử dụng các phép tính bằng tay và sơ đồ. Dựa trên kinh nghiệm
này, ông đã giành được hợp đồng phát triển một “máy cắt đường mức tự động”
cho không quân để tạo mặt cong cho cánh máy bay. Sử dụng một đầu đọc thẻ
máy tính và các bộ điều khiển động cơ trợ động (servomotor) chính xác, chiếc
máy được chế tạo cực kì lớn, phức tạp và đắt đỏ. Mặc dù vậy, nó làm việc một
cách tự động và sản xuất các mặt cong với độ chính xác cao đáp ứng nhu cầu của
ngành công nghiệp máy bay.

5


Câu chuyện về việc kết nối những chiếc máy tính với máy móc sản xuất
gây nhiều tò mò và tranh cãi. Nó minh họa cách thức gắn kết giữa ngành công
nghiệp, các trường đại học và quân đội trong thế kỉ 20. Câu chuyện cũng cho
thấy thật khó để quy ra rằng nhiều sáng tạo là do một cá nhân hay một cơ quan.
Phân loại ai làm gì, khi nào và với ảnh hưởng gì là một công việc đầy phức tạp.
Năm 1947, John Parsons quản lý một hãng sản xuất hàng không ở thành
phố Traverse, Michigan. Đối mặt với tính phức tạp ngày càng cao của hình dạng
chi tiết và những vấn đề về toán học và kỹ thuật mà họ gặp phải, Parsons đã tìm
ra những biện pháp để giảm chi phí kỹ thuật cho công ty. Ông đã xin phép
International Business Machine sử dụng một trong những chiếc máy tính văn
phòng trung ương của họ để thực hiện một loạt các phép toán cho một cánh máy
bay trực thăng mới. Cuối cùng, ông đã dàn xếp với Thomas J. Watson, chủ tịch
huyền thoại của IBM, nhờ đó IBM sẽ làm việc với tập đoàn Parsons để tạo ra
một chiếc máy được điều khiển bởi các thẻ đục lỗ. Nhanh chóng, Parsons cũng
ký được hợp đồng với Air Force để sản xuất một chiếc máy được điều khiển
bằng thẻ hay băng từ có khả năng cắt các hình dạng đường mức giống như
những hình trong cánh quạt và cánh máy bay. Sau đó, Parsons đã đến gặp các kĩ

sư ở Phòng thí nghiệm cơ cấu phụ thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT)
nhờ hỗ trợ dự án. Các nhà nghiên cứu MIT đã thí nghiệm nhiều kiểu quá trình
khác nhau và cũng đã làm việc với các dự án Air Force từ thời Thế chiến II.
Phòng thí nghiệm MIT đã nhận thấy đây là một cơ hội tốt để mở rộng nghiên
cứu sang lĩnh vực điều khiển và cơ cấu phản hồi. Việc phát triển thành công các
công cụ máy CNC đã được các nhà nghiên cứu của trường đại học đảm trách với
mục tiêu đáp ứng nhu cầu của các nhà bảo trợ quân đội.
Với những tiến bộ trong điện tử tích hợp, băng từ đã bị loại bỏ và nếu có
thì chỉ được sử dụng để tải (load) các chương trình vào bộ nhớ từ.

6


Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin
được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính chương trình. Để đặt thông tin này vào bộ
nhớ, nhân viên lập trình tạo ra một loạt lệnh mà máy có thể hiểu được. Chương
trình có thể bao gồm các lệnh “mã hóa”, như “M03” — hướng dẫn bộ điều khiển
chuyển trục chính tới một vị trí mới hay “G99” — hướng dẫn bộ điều khiển đọc
một đầu vào phụ từ một quá trình nào đó trong máy. Các lệnh mã hóa là phương
thức phổ biến nhất để lập trình một công cụ máy CNC. Tuy nhiên, sự tiến bộ
trong máy tính đã cho phép các nhà sản xuất công cụ máy tạo ra “lập trình hội
thoại”. Trong lập trình hội thoại, lệnh “M03” được nhập đơn giản như “MOVE”
và “G99” là “READ”. Kiểu lập trình này cho phép đào tạo nhanh hơn và nhân
viên lập trình không phải nhớ nhiều ý nghĩa của mật mã. Tuy nhiên, cần phải lưu
ý rằng hầu hết các máy sử dụng lập trình hội thoại vẫn đọc các chương trình mã
hóa, do đó ngành công nghiệp vẫn đặt nhiều niềm tin vào dạng lập trình này.
Bộ điều khiển cũng giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy. Ví
dụ, trong một số máy, nhân viên lập trình có thể đơn giản chỉ cần nhập dữ liệu về
vị trí, đường kính và chiều sâu của một chi tiết và máy tính sẽ lựa chọn phương
pháp gia công tốt nhất để sản xuất chi tiết đó dưới dạng phôi. Thiết bị mới nhất

có thể chọn một mẫu kỹ thuật được tạo ra từ máy tính, tính toán tốc độ dao cụ,
đường vận chuyển vật liệu vào máy và sản xuất chi tiết mà không cần bản vẽ hay
một chương trình.
Sự tiến bộ trong máy tính và trí thông minh nhân tạo sẽ làm cho những
chiếc máy CNC tương lai nhanh hơn và dễ vận hành hơn. Tất nhiên, giá của
những chiếc máy như vậy chắc chắn sẽ không rẻ và có thể vượt quá tầm với của
nhiều công ty. Tuy nhiên, nó sẽ đưa giá của những máy CNC cơ bản thực hiện
những chuyển động 3 trục ban đầu xuống một mức độ nhất định.
1.3. Vị trí của máy CNC trong thời đại hiện nay

7


Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất
công nghiệp. Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu
trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do
con người thực hiện được giảm thiểu.
Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên
sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng. Kỹ thuật tự động của CNC
giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc
khác. Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian
cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác.
Trong môi trường sản xuất, một loạt các máy CNC kết hợp thành một tổ
hợp, gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận. Máy CNC ngày
nay được điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mềm CAM, vì thế một bộ
phận hay lắp ráp có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần các bản
vẽ in của từng chi tiết. Có thể nói CNC là các phân đoạn của các hệ
thống robot công nghiệp, tức là chúng được thiết kế để thực hiện nhiều thao tác
sản xuất (trong tầm giới hạn).
Vị trí của máy CNC cỡ nhỏ trong thời đại hiện nay

Bên cạnh những máy thông thường ta cũng có các máy CNC cỡ nhỏ có
kích thước và cấu tạo đơn giản. Các máy CNC cỡ nhỏ vẫn có những nguyên lí
làm việc của các máy CNC nhưng mức độ gia công cũng như độ chính xác.
Các máy CNC với cấu tạo đơn giản, chế tạo dễ dàng nên có giá thành rẻ
thích hợp với các đơn vị sản xuất vừa và nhỏ. Đáp ứng được các công việc như
phay, khắc laze lên các sản phẩm dạng tấm.

8


Hình 2.a. Một số máy CNC cỡ nhỏ bán trên thị trường
1.4.Tính thực tiễn của đề tài
Để giảm thiểu chi phí sản xuất, yếu tố tác động trực tiếp là giảm thời gian,
ta có thể tự sản xuất những sản phẩm đơn giản. Tiềm năng ứng dụng lớn trong
lĩnh vực sản xuất có thể khai thác, nghiên cứu và phát triển máy CNC cỡ nhỏ là
lĩnh vực có tính cạnh tranh cao, có khả năng ứng dụng lớn trong nhiều ngành,
nghề đa dạng. Máy có thể thực hiện được nhiều công việc như phay, khắc, khắc
lade lên các chất liệu như gỗ, nhựa mika,…
Đề tài nghiên cứu: Thiết kế chế tạo máy CNC cỡ nhỏ.
Nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm là một nhiệm vụ quan trọng
của ngành chế tạo máy. Để nâng cao chất lượng sản phẩm cần phải phân tích các
thông số của độ chính xác và nghiên cứu quan hệ phụ thuộc giữa chúng và các
yếu tố công nghệ. Giải quyết các nhiệm vụ này chỉ có thể được thực hiện bằng
các phương pháp thực nghiệm. Kết quả thực nghiệm cho phép xây dựng các mô
hình toán học biểu thị quan hệ giữa các yếu tố ngẫu nhiên với mục đích tối ưu
hóa nguyên công hoặc qui trình công nghệ. Độ chính xác gia công là đặc tính
quan trọng của chi tiết máy. Trong thực tế không thể chế tạo chi tiết có độ chính
xác tuyệt đối vì khi gia công xuất hiện các sai số.
Trong ngành cơ khí chế tạo, chất lượng bề mặt làm việc cũng như độ
chính xác về kích thước của các chi tiết máy có một vai trò đặc biệt quan trọng,

9


ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của máy móc thiết bị. Việc đi sâu
nghiên cứu để tìm các giải pháp công nghệ nhằm nâng cao độ chính xác cũng
như chất lượng bề mặt làm việc của chi tiết máy đã được đặc biệt quan tâm. Vấn
đề mà các nhà khoa học kỹ thuật đặt ra là phải nâng cao độ chính xác và chất
lượng bề mặt, không ngừng đưa ra các công nghệ, phương pháp gia công mới
hoàn thiện hơn.
Máy CNC cỡ nhỏ có khả năng mang lại hiệu quả kinh tế cao, nó đã được
đưa vào nghiên cứu và có một vài ứng dụng ở Việt Nam. Đã đạt được kết quả
đáng khích lệ:
- Nâng cao độ chính xác khi lắp ráp.
- Nâng cao độ nhẵn bóng bề mặt vết cắt của chi tiết lên hai đến ba cấp.
- Chi phí sản xuất và giá thành thấp, dễ dàng ứng dụng cho các cơ sở sản
xuất.
Trong phạm vi của đề tài, em tiến hành nghiên cứu, thiết kế và chế tạo
máy Cắt CNC cỡ nhỏ, Dựa trên cơ sở thực tế đã được nghiên cứu chúng em tiến
hành khảo sát từ thực tế các máy CNC tại các nhà máy, xí nghiệp từ đó tiến hành
thu thập các số liệu về nhu cầu về máy. Đưa ra mô hình và thiết kế mini cho máy
phay CNC mini.
Trong quá trình thực hiện đề tài, tuy có nhiều cố gắng nhưng không tránh
khỏi những nhược điểm cũng như chưa có điều kiện nghiên cứu sâu hơn những
vấn đề liên quan, rất mong được sự đóng góp của quý thầy cô và bạn đọc.
Trong dây chuyền sản xuất, các nguyên công khắc chữ khi xuất xưởng vẫn
được thực hiện bằng các máy khắc lade chuyên dụng đắt tiền. Nhưng với máy
phay CNC cỡ nhỏ ta có thể tiết kiệm được chi phí.
Các máy CNC với cấu tạo đơn giản, chế tạo dễ dàng nên có giá thành rẻ
thích hợp với các đơn vị sản xuất vừa và nhỏ. Đáp ứng được các công việc như
phay, khắc laze lên các sản phẩm dạng tấm.

10


Máy CNC mini sẽ có các ưu điểm nó sẽ mang lại nhiều lợi ích và hiểu quả
kinh tế.
1.5. Điểm mới của đề tài.
- Ứng dụng phần mềm điều khiển.
- Thiết kế máy khối lượng nhẹ, lắp ráp, di chuyển dễ dàng
- Điều khiển gián tiếp và từ xa (thông qua mạng LAN, internet). Nhờ
tính năng Vedio Control của phần mềm, ứng dụng các phần mềm điều
khiển gián tiếp. Nên chỉ cần một kỹ thuật viên lập trình gia công cho
các máy số lượng đến 999 máy con.
- Đảm bảo an toàn gần như tuyệt đối và bảo vệ môi trường cao (nếu đặt
máy trong môi trường kín).
- Máy có khổ nhỏ.
- Ứng dụng hiệu quả khi làm việc ngoài khu vực xưởng sản xuất. Công
trình đang thi công ngoài xưởng (thiết kế tại văn phòng nhưng gián tiếp
điều khiển gia công tại nơi thi công lắp ráp…).
1.6. Giới hạn của đề tài
Do thời gian nghiên cứu và điều kiện vật chất có hạn nên trong đề tài này
người nghiên cứu mới chỉ tính toán, thiết kế và chế tạo thử nghiệm một mô hình
máy cắt với kích thước nhỏ. Mô hình này gọn nhẹ, có khối lượng nhỏ 20kg, và
vận tốc cắt tối đa là 1m/ph, hành trình cắt ở mỗi trục là 640x400mm và ứng dụng
chủ yếu trong các xưởng sản xuất, hoặc các phân xưởng có nhu cầu sử dụng máy
cắt các phôi thép tấm nhỏ có độ dày từ 0.1 mm đến 25 mm với hình dạng khác
nhau đối với khách hàng có nhu cầu cắt, gia công.
1.7. Mục đích nghiên cứu
Với đề tài “Thiết kế, chế tạo máy phay CNC cỡ nhỏ” người nghiên cứu
thể hiện với các mục đích sau:
11

- Hoàn thiện một lượng kiến thức khá lớn về tin học và điện tử nói
chung, công nghệ tự động hoá nói riêng.
- Nghiên cứu tính toán , thiết kế và chế tạo theo hướng đơn giản hóa các
kết cấu, thu nhỏ các kích thước của những máy đã chế tạo trước đây để
tạo thành một máy mới có có giá thành hạ, kết cấu đơn giản, dễ vận
hành, dễ thao tác và di chuyển từ nơi làm việc này đến nơi làm việc
khác. Loại máy cắt này có kết cấu tương tự như thiết bị cắt tự hành
nhưng có thể di chuyển đầu cắt đến tọa độ bất kì trong mặt phẳng cắt
để tạo thành các hình dạng sản phẩm cần cắt khác nhau. Với khả năng
cắt tự động, sử dụng như là một máy phay CNC có thể được đặt trực
tiếp lên trên vật liệu cắt (tấm lớn…), sử dụng thuận tiện và linh hoạt
trong việc di chuyển máy trong phạm vi công việc.
- Ngôn ngữ sử dụng để điều khiển hệ thống là tiếng Anh, giao diện đẹp
mắt, hoạt động rất đơn giản và thuận tiện, có sẵn thư viện để cắt các
hình cơ bản như vuông, tròn, chữ nhật, hoa văn, hình ảnh nghệ thuật
(người, xe, con vật, hoa, cây cối….) mà không cần lập trình. Ưu điểm
của máy là bộ nhớ xử lý lớn có thể gia công những chi tiết phức tạp
(file có dung lượng lớn).
- Hình dáng của mẫu cắt có thể vẽ trên phần mềm Auto CAD đơn giản,
hiệu quả và dễ sử dụng. Chuyển qua phần mềm MastercamX xuất sang
dạng Gcode.
- Góp phần phát triển ngành công nghệ tự động của nước nhà.
1.8. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp tham khảo tài liệu: Tài liệu về điều khiển tự động, tài liệu về
công nghệ CNC, tài liệu về thiết kế mô phỏng, tài liệu về lập trình vi điều khiển,
tài liệu về động cơ bước, động cơ Servo…
12

- Tham khảo một số máy CNC có cấu trúc tương tự và giá thành của
chúng trên thị trường.
- Tham khảo một số tài liệu về thiết kế máy phay CNC trước đây.
- Tham khảo các tài liệu về thiết kế bộ điều khiển cho máy CNC.
- Nghiên cứu kết cấu của các loại máy CNC trên thị trường có tính năng
tương tự, cải tiến những khuyết điểm..
- Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp và thí nghiệm các mạch điều khiển
động cơ DC Step, Bộ điều khiển chính, cổng truyền thông nối tiếp với
file hình vẽ trên Auto CAD, gia công toàn bộ các chi tiết và lắp ráp
hoàn chỉnh mô hình máy phay CNC mini.
1.9.Kết luận
Chúng em đã nghiêm cứu và tìm hiểu nhiều những đề tài khác nhau, và đã
quyết định chọn đề tài máy CNC mini bởi sự hiệu quả sử dụng, kinh tế cũng như
phù hợp với trình độ bản thân em giai đoạn này.

13


CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU
2.1. Dữ kiện ban đầu và tiêu chí thiết kế.
Máy phay CNC mini được thiết kế phay, cắt laze tạo hình cho các tấm
mỏng có chất liệu gỗ hoặc nhựa mika trong các cơ sở sản xuất tự phát vừa và
nhỏ.
Mỗi lần máy làm việc có thể tạo hình cho một sản phẩm theo hình có sẵn.
Đã được vẽ sẵn trên phần các phần mềm vẽ kĩ thuật.
Vật liệu có thể gia công lên không phải là vật liệu có độ cứng cao như kim
loại, chỉ có thể có độ cứng trung bình hoặc thấp dễ gia công.
 Vật liệu: gỗ, nhựa mika...
 Kích thước: Không vượt quá 450 x 300 mm

 Chiều dày: khoảng 60 mm hoặc nhỏ hơn.
 Khối lượng không đáng kể.
2.2. Phân tích các máy tương tự và chọn sơ đồ phù hợp
2.2.1. Xây dựng mô hình chung của máy
A) Phương án 1: Bàn máy di chuyển thay cho trục X, trục X đứng yên,
trục Y di chuyển mang theo trục Z, trục Z di chuyển mang theo động cơ trục
chính.
Đặc điểm chi tiết:
Trục Y được cố định đặt trên 2 cây sắt chữ I , trục Z chuyển động trên trục
Y , trục X chuyển động độc lập so với 2 trục kia được đặt cố định trên tấm ván
và nó cũng là trục gắn chi tiết phôi di chuyển
Trục X và trục Y đều trượt trên các thanh trượt gắn cố định ở khung sắt,
trục Z là trục trươt trên trục Y , nên trên trục Y có gắn thanh trượt , động cơ và cơ
cấu truyền động cũng như khối lượng của trục Z và động cơ có gắn dao phay
14


Trên trục Z có cơ cấu giữ động cơ có gắn dao phay.
=> Vậy mỗi trục có những chức năng thực hiện và chiệu trọng lực một số cơ cấu
để đảm bảo hiệu năng làm việc của một máy phay CNC.
Ưu và nhược điểm:
Ưu điểm:
o Dễ chế tạo.
o Kết cấu truyền động có thể chịu ít lực dọc trục nếu phôi có khối
lượng nhỏ.
o Kết cấu đơn giản.
o Được sửa dụng phổ biến.
Nhược điểm
o Hành trình máy nhỏ do bàn máy di chuyển.
o Kết cấu truyền động có thể chịu nhiều lực dọc trục nếu phôi có khối

lượng lớn.
Đây là mô hình được sử dụng phổ biến với các máy CNC mini xuất hiện
trên thị trường.
Một số hình ảnh về các máy CNC sử dụng phương án này trên thị trường:

15


Hình 2.2.1.a: Một số máy phay theo phương án A
B) Phương án 2: Bàn máy di chuyển thay cho cả trục X và trục Y, trục Z di
chuyển mang theo trục chính.
Đặc điểm chi tiết:
Bàn máy được bố trí trên 1 cơ cấu đai ốc vít me bi giúp nó có thể di
chuyển ngang hoặc dọc (thường là theo phương trục Y tức phương ngang).
Trong khi đó lại có 1 cơ cấu đai ốc vít me bi khác nằm bên dưới cả kết cấu
trên với phương vuông góc với cơ cấu đai ốc vít me bi nằm bên trên để giúp nó
di chuyển theo phương vuông góc (thường là theo phương trục X tức phương
dọc).
Theo các đó phôi có thể di chuyển theo mọi cách người vận hành muốn
nhờ sự phối hợp của 2 động cơ kết nối với 2 hệ thống đai ốc vít me bi.
Ưu và nhược điểm
Ưu điểm:
o Dễ chế tạo.
o Kết cấu truyền động có thể chịu lực lớn
16


o Kết cấu đơn giản.
o Hành trình máy nhỏ lớn bàn máy di chuyển.
Nhược điểm

o Máy cồng kềnh không phù hợp cho máy CNC cỡ nhỏ.
o Kết cấu truyền động có thể chịu nhiều lực dọc trục nếu phôi có khối
lượng lớn.
Một số hình ảnh của các máy phay loại này:

Hình 2.2.1.b: Một số máy phay CNC mini theo phương án B
17


C) Phương án 3: Bàn máy đứng yên, trục X di chuyển mang theo trục Y,
trục Y di chuyển mang theo trục Z, trục Z di chuyển mang theo động cơ trục
chính.
Đặc điểm chi tiết:
Bàn máy và chân máy là 2 bộ phận cố định mang trọng lượng lớn làm trụ
cho các trục di chuyển.
Trục X mang theo trục Y và Z tỳ trên 2 con trượt di chuyển dọc theo bàn
máy.
Trục Y nằm trên trục X tỳ trên 2 con trượt di chuyển ngang bàn máy mang
theo trục Z.
Trục Z nằm trên trục Y tỳ trên 2 con trượt di chuyển lên xuống.
Ưu và nhược điểm:
Ưu điểm:
o Dễ chế tạo.
o Kết cấu truyền động có thể chịu lực lớn
o Kết cấu đơn giản.
Nhược điểm
o Kết cấu truyền động có thể chịu nhiều lực dọc trục nếu các trục Y và
Z có khối lượng lớn.
o Yêu cầu khối lượng lớn đảm bảo độ cứng vững.

18


Hình 2.2.1.c: Một số máy bố trí theo phương án này:

Kết luận:
Với mục đích sử dụng mô hình theo ý tưởng chế tạo ban đầu, nên nhóm
quyết định chọn phương án thứ 3: Bàn máy đứng yên, trục X di chuyển mang
theo trục Y, trục Y di chuyển mang theo trục Z, trục Z di chuyển mang theo động
cơ trục chính.

19


2.3. Tính toán sơ bộ các thông số động lực học
2.3.1. Các thông số đầu vào
- Loại máy CNC: Phay
- Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT:
o Phay mặt đầu
o Dao có 6 lưỡi (z = 6), đường kính = 2 - 10 mm
o Tiêu chuẩn quốc gia : JIS
o Vật liệu gỗ
o Vận tốc : v = 100m/ph
o Chiều sâu cắt : t = 1,2mm
o Lượng chạy dao phút : F = 900mm/ph
- Khối lượng lớn nhất của chi tiết: M = 10 - 15KG
- Trọng lượng bàn gá trục Y và Z: W = 50 - 70 N
- Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công: V1 =7,2m/ph
- Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công: V2 = 6m/ph
- Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a = 0,5g = 5m/s2

- Thời gian hoạt động: Lt = 20000h (khoảng 6,8 năm)
- Tốc độ vòng động cơ: Nmax = 3000 – 12000 rpm
- Độ chính xác vị trí không tải: ± 0,03/1000mm
- Độ chính xác lặp: ± 0,005mm
- Độ lệch truyền động: ± 0,02mm
- Hệ số ma sát trơn bề mặt: � = 0,005
- Vùng hoạt động lớn nhât Lxmax = 500mm
2.3.2. Lực cắt chính của máy (Fm)
20


Để tìm lực cắt chính của máy ta sử dụng công cụ trên website
www.coroguide.com.
Tính toán và chọn thông số đầu vào để điền vào công cụ:
- Feed per cutting edge (Fz)
- Lượng chạy dao răng
+ Tốc độ quay của động cơ quay dao:
n = = = 636,94 ( vòng/ph)
+ Lượng chạy dao vòng:
S = �/� = 900 / 636,94 = 1,4 (mm/vòng)
+ Lượng chạy dao răng:
Fz = S/6 = 0,23 (mm/răng)
(Theo công thức trong cuốn Sổ tay CN-CTM tập 2-trang 26)
- Working engagement (ae) & working engagement start (aei)
Chọn ae & aei sao cho: ae + aei = Dc = 80mm
Ta chọn: ae = 80mm , aei =0
- Mayjor cutting adge angle (Kγ): thường chọn Kγ= 60°
Sau khi tính toán, lựa chọn kết hợp với các thông số đề cho ta điền vào
bảng của công cụ ta được kết quả:
Mc= 0,88 Nm.

=> Fm = 2. = 2.0.88 / 0,08 = 22N = 2,2 kgf
2.4. Thiết kế kết cấu và chi tiết hóa
2.4.1. Các phương án truyền động.
Lựa chọn các phương án chuyển động của các trục.
Để đảm bảo thiết bị hoạt động nhịp nhàng đúng vị trí
21


Chuyển động chính của thiết bị là chuyển động theo trục X chính là hành
trình di chuyển. Chuyển động này có thể đảo chiều và di chuyển nhanh khi thực
hiện hành trình chạy không khi quay về nhận phôi tiếp theo.
Yêu cầu của bộ chuyền chuyển động là biến chuyển động quay từ động cơ
thành chuyển động tịnh tiến thực hiện được hành trình đi và về.
Từ các yêu cầu ở trên ta có thể sử dụng: vít me đai ốc bi, vít me thường,
bánh răng thanh răng, ...
Do tính năng ưu việt cũng như độ phổ biến trong các máy phay CNC,
chúng em quyết định chọn bộ truyền vít me – đai ốc bi
Truyền động sang ngang theo phương X của tay máy được thực hiện nhờ
bộ truyền vít me- đai ốc bi.
Truyển động vít me- đai ốc được dùng để biến chuyển động quay thành
chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu vít trượt hoặc cơ cấu vít lăn. Truyển động vít
me – đai ốc được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kĩ thuật khác nhau: các
dụng cụ chính xác, các thiết bị tải nặng như cơ cấu ép, cần trục…yêu cầu chính
xác về vị trí. Tuy nhiên tổn thất về ma sát lớn, hiệu suất thấp, nguy hiểm về mòn.
Sơ đồ động của chuyển động vít me – đai ốc dựa vào yêu cầu sử dụng và bố trí
kết cấu có thể là trục vít quay đai ốc tịnh tiến (trục vít chạy dao trong máy tiện)
hoặc trục vít vừa quay vừa tịnh tiến đai ốc cố định. Tùy theo ma sát sinh ra trên
trục vít me mà người ta phân ra truyền động vít me – đai ốc ma sát trượt gọi tắt
là truyền động trượt và truyền động vít me – đai ốc ma sát lăn gọi là truyền động
lăn.

22


Hình 2.4.1.b: Cơ cấu vít me đai ốc bi
Chuyển động chính cần đảm bảo cứng vững để vừa chuyển động vừa chịu
lực của cụm hút nhả gắn trên nó. Chuyển động cần chính xác có thể đảo chiều
nên lựa chọn cơ cấu vít me đai ốc là phù hợp.
Vít me gọi chung là cơ cấu trục vít gắn liền với đai ốc dùng để truyền
động cho cơ cấu trượt dọc trục theo trục vit me. Khi truyền động thường thì trục
vít me quay làm cho đai ốc chuyển động tịnh tiến. Đôi khi tùy vào thiết kế của
từng loại máy mà đai ốc quay làm cho vít me chuyển động tịnh tiến. Trên nguyên
lý khi truyền động, nếu trục vít me đứng yên thì đai ốc chuyển động tịnh tiến
hoặc đai ốc đứng yên thì trục vít me chuyển động tịnh tiến.

Hình 2.4.1.c: Vít me bi chính xác.
Có nhiều loại vít me nhưng phổ biến nhất hiện nay là vít me bi. Vít me bi là một
hệ thống truyền động ,được gia công chính xác để biến đổi chuyển động quay
thành chuyển động tịnh tiến theo cơ chế con vít - bu lông (Đai ốc bi). Mà tiếp
xúc giữa trục vít và đai ốc vít me là một lớp bi thép để giảm tối đa lực ma sát vít
me bi và nguyên lý hoạt động và các loại vít me thông dụng sát. Giúp chuyền
động một cách trơn tru và có độ chính xác cao, vít me bi có thể hoạt động liên
tục và bền bỉ trong một thời gian dài.
23


Kết luận: Với khả năng làm việc, tính năng vượt trội so với vít me đai ốc
thường chúng em quyết định chọn vít me đai ốc bi làm phương án truyền động
chính cho cả 3 trục X, Y, Z
2.4.2. Chọn phương án chọn vòng bi.

Trong thuật ngữ về vòng bi thì có rất nhiều cách gọi khác nhau, (Tùy vào
vị trí địa lý, ngành nghề, chuyên ngành...) Nhưng từ để sử dụng chung nhất có lẽ
là "vòng bi’. Các thuật ngữ tương đương của Vòng bi có thể sử dụng những từ
như Bạc Đạn, Ổ bi, Ổ Lăn, Ổ Đỡ...vv. Nó đếu nhắc đến 1 sản phẩm gọi chung là
Vòng bi. Những từ ngữ này chỉ đích danh chủng loại của Vòng bi chứ không bao
hàm tính chung chung là Vòng Bi. Bởi trong thuật ngữ Vòng bi nó còn được
phân ra nhiều chủng loại với tên gọi khác nhau mà chúng ta sẽ cùng tìm hiểu
phía dưới bài viết này để hiểu cặn kẽ.
Cấu tạo chung của vòng bi gồm các bộ phận:
Hình 2.4.2.a: Cấu tạo chung của vòng bi

Trong hình ảnh trên thì con lăn của vòng bi là các hạt tròn hình cầu. Nên
có thể gọi đó là vòng bi cầu bởi các hạt con lăn có hình hình cầu (hay còn gọi là
hạt bi). Máy móc càng ngày càng phát triển nên có nhiều loại vòng bi khác nhau
24


được thiết kế nhằm ứng dụng trong các mục đích khác nhau về loại tải và sức
tải, chịu được lực hướng kính, lực dọc trục hoặc cả hai...Vì vậy có nhiều chủng
loại vòng bi khác được phát minh ra từ Vòng bi cầu cơ bản.
Như vậy cấu tạo chủ chốt của vòng bi chính là con lăn. (Hay còn gọi là
Hạt bi) Cấu tạo của hạt bi có hình thù khác nhau sẽ ứng dụng mục đích khác
nhau về sức tải của vòng bi. Có 2 loại vòng bi chính
o Dạng vòng bi cầu

Hình 2.4.2.b: Vòng bi cầu
o Dạng vòng bi ổ lăn

Hình 2.4.2.c: Vòng bi ổ lăn

25