Bài giảng Truyền động và điều khiển máy CNC: Chương 4.1 - TS. Đường Công Truyền

3/21/2021

Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM

TRUYỀN ĐỘNG VÀ
ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC
Đường Cơng Truyền

Chương 4
TRUYỀN ĐỘNG TRONG MÁY
CƠNG CỤ CNC

1


3/21/2021

TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CHÍNH

Truyền động trục chính
• Tạo ra chuyển động
chính
• Gồm:
– Động cơ servo
– Thiết bị truyền động

• Chuyển động quay của
động cơ được truyền
đến trục chính qua bộ
truyền đai

2


3/21/2021

Truyền động trục chính
• Truyền động bánh
răng: khơng thích hợp
cho gia cơng tốc độ
cao
• Gần đây, truyền động
trực tiếp (khơng qua
bộ truyền đai) được
sử dụng cho số vòng
quay rất cao (> 10000
vg/ph)

1000V
n=
( vg / ph )
 d

Truyền động trục chính

3


3/21/2021

Truyền động trục chính

Bài tập về nhà 1
• Tính số vòng quay (vòng/phút) và tốc độ chạy dao (inch/phút) cho
dao phay ngón (vật liệu HSS, 4 răng , đường kính 1 inch) gia công trên
phôi bằng hợp kim nhôm.

4


3/21/2021

TRUYỀN ĐỘNG CHẠY DAO

Nhiệm vụ của truyền động chạy dao

• Tạo chuyển động chạy dao
• Chuyển đổi các lệnh điều chỉnh trong bộ
điều khiển thành các chuyển động tịnh
tiến (hay quay trịn) của bàn máy mang
dao (hay phơi) trên máy công cụ

5


3/21/2021

Tính chất của truyền động chạy dao
• Có tính động học rất cao: bàn máy phải theo
kịp biến đổi trong thời gian ngắn nhất nếu đại
lượng dẫn biến đổi

• Có độ vững chắc số vòng quay cao: cần giảm
đến mức thấp nhất ảnh hưởng của lực cản
chạy dao đến tốc độ chạy dao
• Phạm vi điều chỉnh số vịng quay rất cao: từ
1:10000 đến 1:30000
• Đáp ứng được những lượng gia tăng dịch
chuyển rất nhỏ (≤ 1 m)

Cấu trúc hệ truyền động chạy dao
• Gồm:
– Động cơ servo
– Thiết bị truyền động

• Chuyển động quay của động cơ được truyền
đến trục chính qua bộ truyền trục vít-đai ốc bi

6


3/21/2021

Cấu trúc hệ truyền động chạy dao

• Truyền động chạy dao kiểm sốt vận tốc và
mơmen xoắn của bàn máy thông qua các thiết
bị truyền động của các trục dựa trên các lệnh
về vận tốc từ hệ điều khiển CNC

TÍNH TOÁN TRUYỀN ĐỘNG CHẠY DAO

7


3/21/2021

Tính tốn truyền động chạy dao
• Các động cơ truyền động chạy dao cần phải
vượt qua các tải trọng tĩnh (static load) và tải
trọng động (dynamic load) trong máy CNC
• Static load để vượt qua:
– Ma sát trong các thanh dẫn hướng
– Ma sát trong các ổ bi
– Lực chạy dao tác động lên bàn máy

• Dynamic load để làm chuyển động:
– Bàn máy, chi tiết
– Trục vít truyền động

Tính tốn tải trọng tĩnh – Static load
• Do ma sát giữa bàn máy và thanh dẫn hướng
(guideway):
– Mômen xoắn tác động lên motor do ma sát:

–
–
–
–
–
–

gf: hệ số ma sát trên thanh dẫn hướng
mt: khối lượng bàn máy
mw: khối lượng chi tiết
hp: bước vít
g: gia tốc trọng trường
Fz: lực cắt theo phương z

8


3/21/2021

Tính tốn tải trọng tĩnh – Static load
• Do ma sát của bi trục vít
– Mơmen xoắn mất đi do ma sát của ổ bi:

–
–
–
–

p: hệ số ma sát trên ổ bi
db: đường kính ổ bi
Ff: lực cắt chạy dao max
Fp: tải trọng trước khi làm việc (preload)

Tính tốn tải trọng tĩnh – Static load
• Lực chạy dao tác động lên bàn máy
– Mơmen xoắn tác động lên trục vít do lực chạy dao

– Ff: lực cắt chạy dao max (theo phương x)
– hp: bước vít

9


3/21/2021

Tính tốn tải trọng tĩnh – Static load
• Tổng mơmen xoắn do tải trọng tĩnh

• Trường hợp có sử dụng hộp giảm tốc với tỉ số
truyền là rg, thì tổng tải trọng tĩnh tác động lên
motor sẽ giảm:

Tính tốn tải trọng động – Dynamic load
• Mơmen qn tính của bàn máy và chi tiết tác động
lên trục vít

• Mơmen qn tính của trục vít có khối lượng ml và
đường kính dp

10


3/21/2021

Tính tốn tải trọng động – Dynamic load
• Tổng mơmen qn tính tác động lên trục động cơ

• Jm : mơ men qn tính của trục động cơ (tra bảng từ loại động cơ)
• rg : tỉ số truyền hộp giảm tốc

Tính tốn tải trọng động – Dynamic load
• Mơmen quán xoắn do tải động và tĩnh

•  : vận tốc góc của động cơ
• B : hệ số giảm chấn
• Je : tổng mơmen qn tính tác động lên trục động cơ

Động cơ được chọn từ Td

11


3/21/2021

Ví dụ
• Tính tốn lựa chọn động cơ DC servo cho truyền động chạy
dao trên máy phay CNC 3 trục với các thơng số như sau:

Ví dụ
• Mơmen xoắn tác động lên motor do ma sát giữa
bàn máy và thanh dẫn hướng

12


3/21/2021

Ví dụ
• Mơmen xoắn mất đi do ma sát của ổ bi:

Ví dụ
• Mơmen xoắn tác động lên trục vít do lực chạy dao

• Tổng mơmen qn tính do tải trọng tĩnh

13


3/21/2021

Ví dụ
• Mơmen qn tính của bàn máy và chi tiết tác động
lên trục vít

Ví dụ
• Mơmen qn tính của trục vít

14


3/21/2021

Ví dụ
• Tổng mơmen qn tính tác động lên trục động cơ

Tính tốn tải trọng động – Dynamic load
• Gia tốc góc trên trục động cơ

15


3/21/2021

Ví dụ
• Mơmen qn xoắn do tải động và tĩnh

Ví dụ
• Chọn động cơ DC servo

Động cơ DC servo được chọn
phải đạt được mômen xoắn Td =
18.90 N.m trong khoảng thời
gian tăng tốc là 0.1 s

16