ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
MỤC LỤC
MỤC LỤC........................................................................................................................1
LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY CNC 3
I. LỊCH SỬ PHÁT
TRIỂN...................................................................................................................4
II. MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH SỐ [MÁY CNC]...........................5
III, MÁY PHAY CNC...........................................................................................................................9
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ DẪN HƯỚNG MÁY CNC......23
I. THÔNG SỐ ĐẦU
VÀO...................................................................................................................24
II. TÍNH CHỌN VÍT ME TRỤC X....................................................................................................25
III– TÍNH CHỌN VÍT ME TRỤC Y.................................................................................................31
IV.TÍNH TOÁN, CHỌN Ổ ĐỠ TRỤC
X...........................................................................................35
V.TÍNH TOÁN, CHỌN Ổ ĐỠ TRỤC Y.............................................................................................41
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN RAY DẪN HƯỚNG..................................47
I. CHỌN RAY DẪN HƯỚNG TRỤC X............................................................................................47
II. CHỌN RAY DẪN HƯỚNG TRỤC
Y...........................................................................................49
CHƯƠNG 4. TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ........................................................................57
I. TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỀU KHIỂN TRỤC X........................................................................57
II. TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỀU KHIỂN TRỤC Y.......................................................................62
LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại
hóa ngày nay,việc phát triển khoa học kĩ
thuật là vấn đề quan trọng và cần được đầu tư. Mỗi nghành như cơ khí, công nghệ
thông tin, tự động hóa đều cần một nền tảng vững chắc để tạo ra sản phẩm riêng.
1
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
Tuy nhiên, yêu cầu của thời đại đặt ra ngày càng cao về cách hoạt động của máy
móc, yêu cầu máy móc phải gọn nhẹ hơn, linh động hơn và chính xác hơn. Việc sử
dụng máy móc để thay thế sức lao
động của con người là một xu hướng tất yếu để
tang năng suất lao động, tạo ra nhiều sản phẩm chất lượng cao.
Máy CNC là một tiến bộ phát triển vượt bạc của nền công nghiệp. Sụ 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 dfng thực hiện và một lương lớn các thao tác của con người được giảm
thiểu. Việc gia tang tự động hóa trong quá trình sản xuất
tạo nên sự chính xác và
chất lượng ngày càng cao. Ngày nay, con người đã chế tạo ra máy tiện CNC, máy
phay CNC với nhiều trục chính như 3, 6 trục chính. Bản đồ án này sẽ trình bày về
máy phay CNC 3 trục chính.
Với đề tài được giao: “Thiết kế điều khiển truyền động bàn máy cho máy phay
CNC”, mặc dù đây là lần đầu tiên tiếp xúc với đề tài này nhưng em thấy nó là 1 vấn
đề rất hay và thực tế. Quá trình làm và hoàn thành đề tài này giúp em tổng hợp được
kiến thức đã học cũng như
kiến thức thực tế liên quan đến công việc của ems au này.
Lời cuối cùng em xin chân thành cám ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS.Vũ Toàn
Thắng và các thầy cô trong bộ môn Máy Chính Xác bởi sự chỉ bảo và giúp đỡ tận
tình để em hoàn thành bản thuyết minh đồ án này.
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
2
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
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].
NC :Numberical Control [ Điều khiển số]
CNC :Computer Numberical Control [ Điều khiển số với máy tính]
FMS:Flexible Manufacturing System [ Hệ thống sản xuất linh hoạt]
CIM
:Computer Integrated Manufacturing[ 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]
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 tínhcác 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.
3
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
2. Ưu điểm của máy CNC
-
Khả năng tự động hóa cao: máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa
thời gian phụ, do mức độ tự động được nâng lên vượt bậc. Tùy từng mức độ tự
động, máy CNC có thể thực hiện cùng lúc nhiều chuyển động khác nhau, có thể tự
động thay dao, hiệu chỉnh sai số dụng cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua
đó tự
động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa đối tượng và chi tiết…..
-
Gia công nhiều chi tiết, biên dạng phức tạp:: Máy CNC có khả năng gia công nhanh
và chính xác cả những biên dạng phức tạp mà các máy công cụ thông thường không
thể gia công được, ví dụ như là các bề mặt 3 chiều.
-
Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của máy có thể thay đổi dễ dàng, nhanh
chóng, thích ứng với các loại chi tiết khác nhau. Do đó rút ngắn thời gian chuẩn bị
sản xuất,
tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ. Bất cứ
lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết có chương trình, do đó
không cần sản xuất các chi tiết dự trữ mà chỉ cần lưu trữ chương trình của chi tiết
đó. Máy CNC có thể gia công được các chi tiết nhỏ và vừa, có khả năng đáp ứng khi
công nghệ thay đổi, và đặc biệt việc lập trình gia công cho máy không nhất thiết
phải thực hiện trên máy mà có thể thực hiện trên các máy tính.
-
Tính
tập trung nguyên công cao: Đa số máy CNC có thể thực hiện phần lớn các
nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặt chi tiết, vì thế các máy
CNC có phát triển và phối hợp với nhau thành các trung tâm gia công CNC.
-
Tính chính xác và đảm bảo chất lượng chi tiết cao: giảm được hư hỏng sai sót của
con người, có khả năng gia công hàng loạt với độ chính xác cao và lặp lại, đây là
đặc điểm ưu việt của máy CNC.
-
Tính hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao:
có chế độ cắt được lựa chọn tối ưu cũng như
là các điều kiện của quá trình gia công như bôi trơn và làm mát… được tốt hơn hẳn
so với quá trình gia công trên máy thông thường nên tuổi thọ của dao tăng lên, tiết
4
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
kiệm dụng cụ cắt, đồ gá, các phụ tùng các. Giảm lượng phế phẩm và tiết kiệm người
công, đồng thời giảm thời gian sản xuất, tăng thời gian sử dụng của máy….
Bên cạnh các ưu điểm trên, các máy
CNC cũng có những hạn chế nhất định như chi phí
ban đầu cho cho việc mua máy và lắp đặt rất lớn.Hệ thống cơ khí và hệ thống điện cũng
như các hệ thống các trên máy rất phức tạp, do đó quá trình bảo dưỡng khó khăn và tốn
kém. Và sử dụng máy CNC để gia công các chi tiết đơn giản làm hiệu quả kinh tế thấp.
3. Kết cấu khái quát máy CNC
Gồm các thành phấn chính đó là:
-
Phần điều khiển.
-
Phấn chấp hành
-
Các cơ cấu điều khiển và gia công kim loại
-
Hệ thống phối hợp của máy tính và các thiết bị khác
Kết cấu khái quát được mô tả như sơ dồ :
Hình 1.1: Kết cấu khái quát máy CNC
Máy gồm 2 phần chính: phần điều khiển và phần chấp hành:
5
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
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 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….
6
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
Hình 1.2: 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.
Hình 1.3: 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
7
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
Hình 1.3: điều khiển đường
III, MÁY PHAY CNC
Đôi nét về máy phay CNC ở nước ta hiện nay:
-
Là một trong các loại máy phổ biến trong phân xưởng cơ khí chế tạo khuôn mấu ở
nước ta hiện
nay.
-
Máy được nhập khẩu tứ nước ngoài nên chủng loại vá kiểu máy rất khác nhau tùy
thuộc vào hãng sản xuất.
-
Ngày nay người ta kết hợp máy phay CNC, máy tiện CNC, máy khoan CNC,… với
nhau để tạo thành các trung tâm gia công CNC
-
Các trung tâm gia công thường có 3 trục chuyển động của dao, để tăng khả năng gia
công của máy đối với các biến dạng chi tiết phức tạp, máy có thể có 5 trục chạy dao
và trang bị bàn máy quay.
1. SƠ ĐỒ KẾT CẤU ĐỘNG HỌC CỦA
MÁY PHAY CNC
8
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
Hình 1.4: Sơ đồ kết cấu động học máy phay CNC
Kết cấu động học của máy phay đứng CNCbao 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
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
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 phayCNC 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.
10
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
Hình
1.5: Hệ thống kẹp và tháo dụng cụ
b, Hệ thống thay dao tự động của máy phay CNC
Dựa trên hình dạng của ổ thay dao người ta chia làm hai dạng chính:
+ Dạng ổ tròn đĩa: số lượng dao < 32 dao.
+ Dạng ổ dạng xích: số
lượng dao > 32 dao.
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.
11
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
Dạng thứ nhất: Hệ thống thay dao có ổ chứ dao kết hợp với tay kẹp dụng cụ kép, khi
chương trình điều khiển số NC gọi một dụng cụ mới thì bộ điều khiển CNC điều
khiển ổ chứa dao quay , đưa
dụng cụ được gọi vào vị trí sẵn sàng thay dao đồng thời
điều khiển cụm trục chính chuyển động lùi về vị trí thay dao, tay kẹp dụng cụ quay
90o đồng thời kẹp cả hai dụng cụ trên trục chính và trên ổ chứa dao, quá trình tháo 2
dao thực hiện bởi sự phối hợp của hệ thống tháo lỏng dụng cụ khi tay kẹp đi xuống,
sau đó tay kẹp quay 180o đổi vị trí hai dụng cụ, rồi chuyển động đi lên đưa 2 dụng
cụ vào ổ trục chính và ổ chứa dao.
Hình 1.6: Ổ thay dao kết hợp tay kẹp dụng cụ 1
Dạng
thứ hai: ổ chứa dao tự hành, khi chương trình điều khiển số gọi một dụng cụ
thì bộ điều khiển CNC điều khiển cụm trục chính chuyển động về mặt phẳng thay
dao, đồng thời ở
chứa
chuyển động tịnh
tiến
vào
dụng
dao
hướng
cụm
trục
chính
kẹp
cụ
cần
được thay trên
trục chính. Hệ
thống
dụng cụ trong
trục
được điều khiển
tháo lỏng, trục
chính
chuyển
động đi lên
tháo hoàn toàn
dụng cụ khỏi
cụm trục chính.
Ổ chứa dao
quay, đưa dụng
cụ được gọi
bởi chương trình
NC vào vị trí
thay
nằm
dưới
trục
đó
trục
chính
chính,
dao
khi
kẹp
chính
chuyển động đi
xuống
kẹp
chặt dụng cụ và
ổ
dao
chứa
tịnh tiến lùi về vị trí ban đầu.
Hình ảnh minh họa :
12
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
Hình 1.7: 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 :
+ 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.
13
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
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 phủlớp Crom để tăng độ bóng và các ổ
bi trượt bi tự hồi.
Các dạng đường ray dẫn hướng trong máy CNC
Dựa vào loại ma sát trong ray dẫn hướng có hai loại chính:
Đường dẫn hướng ma sát trượt
Đường dẫn hướng ma sát lăn
Trong báo cáo náy chúng ta tập trung tìm hiểu về đường dãn hướng ma sât lăn vì tính
phổ biến và hiệu quả của nó.
Đường dẫn hướng ma sát 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
+ 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.
14
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
+ Ray dẫn hướng thẳng trượt bi:
+ Ray mang cá
`
15
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
+ 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.
16
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
17
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
e. Bộ truyền vít me đai ốc bi
Hình 1.8: Trục vít me dùng trong máy CNC
Nhiệm vụ: Bộ truyền vít me – đai ốc có nhiệm vụ biến chuyển động quay của động
cơ thành chuyển động tịnh tiến của bàn máy
Phạm
vi áp dụng: 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 .
18
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
Hình 1.9: Bộ truyền vit me- đai ốc bi
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.
Các nhược điểm:
- Nhược điểm của vít me bi là khả năng chịu tải kém hơn so với vít me
thường [do đặc
điểm cấu tạo..]
- Ngoài ra do cần độ chính xác rất cao nên chế tạo khó khăn và giá thành đắt cũng
là nhược điểm lớn của Vít me 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.
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 dạngrãnh
[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
19
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
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 .
2. CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ TRÊN MÁY CNC
20
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
Máy CNC dùng nhiều loại động cơ trong đó có thể kể tới cac loại động cơ sau:
a, Động cơ một chiều
-
Ưu điểm:
-
Nhược điểm: + Momen khởi động lớn, dải điều khiển tốc độ hẹp
+ Dễ điều khiển tốc độ và chiều, giá thành rẻ
+ Phải có mạch tạo nguồn 1 chiều riêng
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.
Kết luận: Nghiên cứu, tính toán và đưa ra thiết kế cho máy CNC là một công việc
hết sức cần thiết. Trong phạm vi bản
báo cáo, em xin được trình bày về bản thiết kế
hệ thống dẫn hướng trong máy phay CNC với các thông số như đầu bài đã cho.
21
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
22
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
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
+ Chế độ cắt thử nghiệm: phay mặt đầu, 8 lưỡi cắt, D = 80mm, JIS,
SUS440C, grade
4040, v = 100 m/phút, t = 0,8 mm, F = 900 mm/phút.
+ Khối lượng lớn nhất của chi tiết gia công :
M = 700 kg
+ Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công:
V1 = 25 m/phút
+ Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công có lực :
V2 = 10 m/phút
+ Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống :
a = 0,4g m/s2 = 3.92 m/s2
+ Thời gian hoạt động : 05 đến 07 năm.
Tương đương 21000 h làm việc
+ Tốc độ vòng động cơ lớn nhất: Nmax= 3000 rpm
+ Hệ số
ma sát trượt: µ= 0.1
+ Khối lượng bàn máy X: Mx= 200kg
+ Khối lượng bàn máy Y: My= 300kg
2. Tính toán lực cắt với chế độ thử nghiệm
Tốc độ quay tối đa trong quá trình gia công của trục chính Z
= 398 [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]
[ mm/răng ]
Trong đó:
23
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
+ 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
45 �600
Tính toán lực trên website //www.coroguide.com được kết quả như sau:
Tính toán trên ta được Momen cắt : MC = 71 [Nm]
24
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS.TS VŨ TOÀN THẮNG
=> Lực cắt chính của máy: ]=181 [kgf]
Các thành phần lực cắt khi gia
công chi tiết ở chế độ phay mặt đầu:
[0.5 0.55] = 0.5 181 90,5 [kgf]
II. TÍNH CHỌN VÍT ME TRỤC X
2.1. Chọn trục vít:
2.1.1 Lựa chọn kiểu lắp ổ đỡ cho vitme
Dùng trong trường hợp cần độ chính xác cao, giúp hạn chế ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt
độ tới độ chính xác ta chọn kiểu lắp một đầu lắp chặt-một đầu tùy chỉnh: fixed-supported.
25