ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ
**********************

BÁO CÁO ĐỒ ÁN
Đề tài: Thiết kế hệ thống dẫn động cho bàn máy CNC
Giảng viên hướng dẫn :
Mã học phần : ME4504
Sinh viên thực hiện :
MSSV:

Hà Nội, tháng 2 năm 2022


LỜI MỞ ĐẦU
Trong sự nghiệp cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa, phát triển khoa học
kĩ thuật là vấn đề quan trọng và cần sự quan tâm lớn. Mỗi ngành như
cơ khí, điện tử, tin học đều có nền tảng khoa học vững chắc và tạo ra
các sản phẩm đặc trưng riêng. Tuy nhiên, yêu cầu của thời đại đặt ra
yêu cầu cao hơn về cách hoạt động của máy móc, yêu cầu máy móc
cần phải gọn nhẹ hơn, linh động hơn, uyển chuyển hơn và thông minh
hơn. Việc sử dụng máy móc để thay thế sức lao động của con người là
một xu hướng tất yếu để tăng năng suất lao động, tạo ra nhiều sản
phẩm chất lượng cao.
Máy CNC là một tiến bộ phát triển vượt bậc của nền công nghiệp. Sự
xuất hiện của máy CNC đã nhanh chóng làm thay đổi q trình sản
xuất cơng nghiệp. Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường
thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng được dễ dàng thực hiện và
một lượng lớn các thao tác của con người được giảm thiểu. Việc gia
tăng tự động hóa trong q trình sản xuất tạo nên sự chính xác và chất
lượng ngày càng cao. Máy CNC phổ biến hiện nay như: máy tiện

CNC, máy phay CNC, máy cắt laze, máy cắt dây CNC,... Sự tiến bộ
của kĩ thuật, trí thơng minh nhân tạo, điều khiển số tạo ra những máy
CNC có nhiều trục chính như 3, 6 trục chính chuyển động ngày càng
linh hoạt và khéo léo. Bài báo cáo này sẽ trình bày chủ yếu về máy
phay CNC có 3 trục chính.
Đồ án thiết kế cơ khí này, em sẽ tìm hiểu về q trình tính tốn và thiết
kế hệ thống dẫn hướng máy phay CNC. Nhiệm vụ chính là tính tốn
thiết kế và lựa chọn hệ thống vít me bi, hệ thống ray dẫn hướng, ổ bi
và động cơ điều khiển cho các trục X, Y. Do kiến thức cịn hạn hẹp và
lần đầu tìm hiểu đồ án, bản báo cáo này khó tránh khỏi những thiếu
xót nên em rất mong muốn có được sự góp ý của thầy cô.
Lời cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Tuấn Anh bởi sự chỉ
bảo và giúp đỡ tận tình để em hồn thành bản báo cáo đồ án này.

Đề số: 2-2

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CHẠY DAO
MÁY PHAY CNC


1

2

1 - Trục chính
2 - Bàn trục X
3- Vít me bi trục X
4 - Ray dẫn trục X
5 - Bàn trục Y
6 - Gối đỡ

7 - Ray dẫn trục Y

8

7

6

8 - Vít me bi trụcY

5

I. Số liệu cho trước
Pmax = 260, 300,340 (kG)

Pymax = 500; 600; 700 (kG)

Hmax = 200 (mm)

Pzmax = 800; 900; 1000 (kG)

Pxmax = 500; 600; 700 (kG)
Vck = 16; 20; 25 (m/ph) a
= 0,4g; 0,5g; 0,6g
(m/s2)
II. Yêu cầu thiết kế

Gymax = 140 (kG)
Vc = 8;10;12,5 (m/ph)


Gxmax = 200
(kG)
Lxmax = 550
(mm)
Lymax = 400
(mm) thđ
= 50
(km)

− Tính tốn, thiết kế và lựa chọn hệ thống vít me đai ốc bi, hệ thống đường dẫn hướng
cho trục X, trục Y và ổ lăn.
− Tính tốn và lựa chọn động cơ điện dẫn động trục X và trục Y.
− 01 bản vẽ lắp hệ thống cụm trục X, Y (Bản vẽ cắt dọc trục X, cắt ngang trục Y
hoặc cắt ngang trục X, cắt dọc trục Y) (A0).

BẢNG SỐ LIỆU CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Đề số
2-1
2-2
2-3
2-4
2-5
2-6

Px
500
600
700
500
600

700

Py
500
600
700
500
600
700

Pz
800
900
1000
800
900
1000

P
260
300
340
260
300
340

Vck
16
16
16

20
20
20

Vc
8
8
8
10
10
10

a
0,4
0,5
0,6
0,4
0,5
0,6

Ghi chú


2-7
2-8
2-9
2-10
2-11
2-12


500
600
700
500
600
700

500
600
700
500
600
700

800
900
1000
800
900
1000

260
300
340
260
300
340

25
25

25
20
20
20

12,5
12,5
12,5
10
10
10

0,4
0,5
0,6
0,4
0,5
0,6

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUN LÝ VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT............................... 5
1.1

Phân tích động học máy tham khảo ............................................................................. 7

1.1.1 Trục chính ..................................................................................................................... 7
1.1.2 Truyền động chạy dao .................................................................................................. 8
1.1.3 Truyền động thay dao .................................................................................................. 9
1.2


Các cơ cấu dẫn hướng trong máy phay CNC ............................................................ 10

1.2.1

Hệ thanh trượt ....................................................................................................... 11

1.2.2 Trục vít me, đai ốc ...................................................................................................... 15
1.2.3 Kết cấu phần điều khiển ............................................................................................ 17
1.2.4 Các loại động cơ máy CNC ........................................................................................ 17
CHƯƠNG 2. Tính tốn lựa chọn cụm trục vít me bi , ổ lăn ................................................... 20
2.1 Quy trình tính tốn : ..................................................................................................... 20
2.2 Tính tốn chi tiết cho bàn máy X ................................................................................. 22
2.2.1 Tính tốn vít me cho bàn máy X ............................................................................... 22
2.2.2 Chọn ổ lăn trục X........................................................................................................ 29


2.2.3 Chọn gối đỡ trục X ..................................................................................................... 37
2.2.4 Chọn khớp nối trục X ................................................................................................. 39
2.3 Tính tốn chi tiết cho bàn máy Y ................................................................................. 41
2.3.1 Tính tốn vít me cho bàn máy Y ............................................................................... 41
2.3.2 Chọn ổ lăn trục Y........................................................................................................ 45
2.3.3 Chọn gối đỡ trục Y ..................................................................................................... 46
2.3.4 Chọn khớp nối trục Y ................................................................................................. 47
CHƯƠNG 3. Tính tốn lựa chọn ray dẫn hướng .................................................................... 48
3.1 Quy trình tính tốn : ..................................................................................................... 48
3.2 Tính tốn chi tiết ............................................................................................................ 50
3.2.1 Chọn ray dẫn hướng trục X có seri MSA 25A ......................................................... 50
3.2.2 Chọn ray dẫn hướng trục Y có seri MSA 35A ......................................................... 52
3.2.3 Tính các lực riêng rẽ ................................................................................................... 53
CHƯƠNG 4. Tính chọn động cơ ............................................................................................... 60

4.1

Quy trình tính tốn : ............................................................................................. 60

4.2 Tính chọn động cơ bàn X .............................................................................................. 60
4.2.1 Tính tốn chi tiết ......................................................................................................... 60
4.2.2 Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại ................................................. 63
4.2.3 Tính tốn ứng suất tác dụng lên trục vít me ............................................................ 64
4.3 Tính chọn động cơ bàn Y .............................................................................................. 65
4.3.1 Tính tốn chi tiết ......................................................................................................... 65
4.3.2 Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại ................................................. 67
4.3.3 Tính tốn ứng suất tác dụng lên trục vít me ............................................................ 67
TỔNG KẾT BẢNG THÔNG SỐ : ............................................................................................ 75
Kết luận ........................................................................................................................................ 69
Tài liệu tham khảo ...................................................................................................................... 70


CHƯƠNG 1 . PHÂN TÍCH NGUN LÝ VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT
Yêu cầu thông số kỹ thuật:
1. Loại máy: Phay
2. Khối lượng lớn nhất của chi tiết M: 300kg
3. Vận tốc chạy không gia công V1: 16 m / min
4. Vận tốc chạy khi gia công V2: 8 m / min
5. Gia tốc lớn nhất của hệ thống a: 5 m/s2
6. Thời gian hoạt động 5-7 năm: khoảng 20000h
7. Cho trước cụm bàn máy X và Y, cho trước tài liệu hãng sản xuất vít me và day dẫn
hướng, cho trước tài liệu hãng sản xuất động cơ.

1.1.


Phân tích động học máy tham khảo

Hình 1.1 Delta Center V6L


1.1.1. Trục chính
Cụm trục chính là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt
gọt phơi trong q trình gia cơng

Hình 1.2 : Cụm trục chính máy Delta Center V6L
-

Nguồn động lực điều khiển trục chính: Trục chính của máy Delta Center V6L
Được điều khiển bởi động cơ Servo theo chế độ vòng lặp kín, bằng cơng nghệ số

để tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao dưới chế độ tải nặng.
Truyền động từ động cơ tới trục chính thơng qua dây đai Tốc độ trục chính tối đa của máy Delta Center V6L đạt:
10000 vịng/phút theo tiêu chuẩn ISO40/BT40/120
-

Cơng suất trục chính(option): 7/15 Kw

-

Phương trình xích động: ntc=ndc . i
Sơ đồ truyền dẫn trục chính

1.1.2 Truyền động chạy dao
-


Hành trình các trục của máy Delta Center V6L:
+ Trục X : 600mm
+ Trục Y : 400mm

-


+ Trục Z : 450mm
-

Tốc độ chạy dao khi không cắt và
khi cắt theo các trục lần lượt là :
+ Trục X : 48/12 v/ph
+ Trục Y : 48/12 v/ph
+ Trục Z : 48/12 v/ph

-

Độ chính xác vị trí : ±0.004mm

-

Dẫn động bằng động cơ servo qua hệ thống trục vít me đai ốc bi - Phương
trình xích động :

vcd=vdc . tx

vcd : tốc độ chạy dao của máy
(mm/ph) vdc : tốc độ động cơ (mm/ph)
tx : bước vít me (mm)

-

Sơ đồ động truyền động chạy dao trục X, Y :

1.1.3 Truyền động thay dao
-

Máy được trang bị cơ cấu thay dao tự động sử dụng tay máy

-

Thời gian thay dao : 2s

-

Ổ chứa dao chứa được 20 dao với khối lượng dao là 8kg và đường kính dao tối
đa là 78mm

-

Quy trình thay dao trên máy :
Bàn thay dao ISO 40
+ Ổ tích dao nằm vng góc với trục chính
+ Khi có lệnh gọi dao, trục chính đưa đài dao về vị trí thay dao, ổ tích dao
xoay dao được chọn đến vị trí thay dao


+ Dao đươc chọn quay xuống 90 độ. Cần thay dao đi vào kẹp hai dao, hệ thống
khí nén hoạt động nhả dao khỏi trục chính
+ Cần thay dao quay 180o đổi vị trí hai dao cho nhau , hệ thống khí nén dừng

hoạt động để kẹp chặt dao.
+ Dao cũ được cất vào ổ chứa dao, cần thay dao được đưa về vị trí nghỉ Sơ đồ động truyền dẫn thay dao :

/>
1.2 . Các cơ cấu dẫn hướng trong máy phay CNC

Hình 1.3 : Kết cấu cơ khí của các trục

1.2.1 .Hệ thanh trượt
Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của
máy theo các trục.Yêu cầu của hệ thống thanh trượt phải phẳng, đủ độ cứng vững,
có khả năng tải cao, khơng có hiện tượng dính, trơn khi trượt. Một số dạng dẫn
hướng như bên dưới
Dẫn hướng phẳng rất dễ sản xuất, ở 1 vài ứng dụng nhất định, chúng cần 1 thanh
chỉnh thêm để có thể điều chỉnh độ hở và 1 thanh khóa nhằm ngăn bị nâng lên.
Dẫn hướng phẳng chỉ có thể chịu lực vng góc với mặt dẫn hướng


Dẫn hướng V có thể chịu được lực cắt ngang nhỏ vì có bề mặt nghiêng. Nếu bị
mịn, nó tự điều chỉnh.Một thanh khóa ngăn việc nâng bàn dao lên. Dẫn hướng V
thường được sử dụng cùng dẫn hướng thẳng

Hình 1.4 - Dẫn hướng phẳng

Hình 1.5 Kết hợp dẫn hướng dạng chữ V và mặt phẳng
Mộng đuôi én ngăn được việc bị nâng lên khỏi bàn do hình dạng của nó. Với 1
thanh chỉnh thêm người ta có thể điều chỉnh độ hở hoặc cân bằng độ mòn. Tuy
nhiên chi phí chế tạo mộng đi én cao
Dẫn hướng trịn có thể dễ dạng chế tạo và chính xác. Chúng có thể đảm bảo chống
xoay tròn bằng rãnh hoặc bằng cách kết hợp các dẫn hướng khác


Hình 1.6- Dẫn hướng đi én

Hình 1.7 Dẫn hướng trịn


Dẫn hướng mở và đóng: Trong dẫn hướng mở, các bàn trượt chỉ chịu tác dụng lực
theo các hướng nhất định. Như thế ở đường dẫn hết hợp ở hình 1.9b lực thẳng góc
lớn nhưng chỉ có lực ngang nhỏ. Đường dẫn đóng cho phép truyền lực ở tất cả các
hướng vng góc với phương chuyển động
Dẫn hướng lăn và trượt: Dẫn hướng lăn có cùng ưu điểm và nhược điểm như ổ bi.
Lực được truyền bằng bi hoặc con lăn, chúng quay trịn, thí dụ, giữa một đường
ray dẫn hướng và 1 xe dẫn hướng. Do áp lực bề mặt cao nên đường ray và xe dẫn
hướng, thí dụ được bắt ốc với băng trượt và băng máy của máy cơng cụ, được tơi
cứng và mài bóng trong phạm vi di chuyển
Trong dẫn hướng lăn với đoạn đường di chuyển dài, các con lăn chạy trở lại vị trí
ban đầu của vùng tải sai khi tời khỏi vùng tải trong 1 đường dẫn trở về( Hình). Đối
với dẫn hướng lăn có đường ray trịn đã được thể hiện bằng đuối bi. Những dẫn
hướng tròn này cho phép bên cạnh chuyển động thẳng cịn có chuyển động quay.
Dẫn hướng bằng bi không cho phép bên cạnh chuyển động thằng mà cịn có
chuyển động quay. Dẫn hướng bằng bi khơng xoay được có trục với những đường
rãnh chạy

Hình 1.8 Đường dẫn trở về của con lăn

Hình 1.9 Dẫn hướng bằng bi, không xoay được(cố định)


Trong dẫn hướng với con lăn, thí dụ như dẫn hướng thép trịn mài nhẵn trong
đường ray chịu bằng nhơm. Các trục thép dẫn xe chạy , các con lăn của xe lăn sát

(khơng độ hở) trên trục thép (Hình 1.9g)
Bên cạnh đường dẫn hướng cho các chuyển động thẳng, đường ray chịu tải có
những dạng đường cung, bán nguyệt và hình trịn, cũng được sử dụng cho các thiết
bị lắp ráp, vận chuyển.
Dẫn hướng trượt được bôi trơn như bợ trục bạc trượt. Bởi vì tốc độ trượt thấp
thường xuất hiện ma sát hỗn hợp trong đường dẫn bôi trơn bằng thủy động lực.
Máy cơng cụ vì thế thường có đường dẫn bọc nhựa, chúng có các tính chất trượt
tốt và chống giảm xóc, chi phí sản xuất thấp hơn. Ngoài ra , hệ số ma sát tĩnh cũng
nhỏ như hệ số ma sát trượt. Nhờ vậy phần lớn tránh được hiệu ứng bị giật xóc khi
trượt. Lớp nhựa bọc ngoài cho các đường dẫn này thường được dán lên những bộ
phận dẫn hướng được gia cơng sẵn

Hình 1.10 Đường dẫn tráng nhựa ở băng máy
Đối với dẫn hướng trượt với bơi trơn thủy tĩnh thì dầu áp lực được bơm bằng máy
bơm đến nhiều túi được sắp xếp, thí dụ trên băng máy (bàn trượt). Dầu tràn ra từ
các khe túi, do đó bàn dao nổi trên dầu (Hình). Ma sát giữa băng máy và đường
dẫn được giới hạn bởi ma sát chất lỏng rất ít trong dầu bơi trơn

Hình 1.11 Dẫn hướng thủy tĩnh


Trong dẫn hướng trượt khí tĩnh học , khí nén được sử dụng thay cho dầu, ma sát
thậm chí cịn thấp hơn so với dẫn hướng trượt thủy tĩnh
1.2.2 Trục vít me, đai ốc
Trong máy CNC người ta thường sử dụng hai dạng vít me cơ bản đó là vít me đai
ốc thường và vít me đai ốc bi
Vít me đai ốc thường là loại vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt
Vít me đai ốc bi là loại mà vít me đai ốc có dạng tiếp xúc lăn nhờ các viên bi. Loại
này cho ma sát nhỏ, độ chính xác cao hơn nhưng khó chế tạo, khả năng chịu tải
thấp hơn và giá thành cao hơn.


Hình 1.12 Vít me đai ốc bi
1. Trục vít me: được gia công các rãnh ren ở dạng cầu, để chứa và dẫn chuyển
động của bi
2. Đai ốc bi: được chế tạo giống như chức năng của đai ốc, bên trong chữa các
rãnh tròn để chứa bi và dẫn chuyển động của bi
3. Bi: Bi được chế tạo dạng cầu, đường kính bi tùy thuộc vào từng loại vít me đai
ốc. Bi sẽ tiếp xúc với rãnh của trục vít và đai ốc, chuyển động lăn, để truyền
chuyển động giữa trục vít me và đai ốc.
4. Vành nhựa chắn bi: thường được làm bằng nhựa để chặn các bụi bẩn trong quá
trình làm việc. Vành nhựa được chế tạo cùng bước ren với bước trên trục vít và
đai ốc bi
5. Đường hồi bi: Các viên bi di chuyển bên trong rãnh ren của ổ bi và được tuần
hồn thơng qua các loại cơ chế trả về khác nhau. Nếu bi khơng có cơ chế trả lại
(hồi bi) thì nó sẽ rơi ra khỏi đầu ổ bi khi chúng đến cuối ổ. Vì vậy có 2 kiểu
đường hồi bi : là đường hồi bi ngoài và hồi bi trong. Đường hồi bi ngoài là các
viên bi được hồi về bên đối diện nhờ ống hồi bi đặt bên ngoài thân của đai ốc
bi. Kiểu hồi bi này dễ sửa chữa hơn kiểu hồi bi trong. Đường hồi bi trong là các
viên bi được hồi liên tục qua rãnh hồi bi nằm phía trong thân đai ốc bi.
Loại này rất khó tháo lắp, khó
sửa + Các phương pháp hồi bi : - Ưu
điểm :


+ Hệ số ma sát nhỏ (~0.005), tổn hao thấp hiệu suất có thể đạt tới 0.9
+ Độ cứng vững cao nhờ sử dụng phương pháp tạo lực căng sơ bộ ban đầu
+ Lực ma sát không phụ thuộc vào vận tốc, đảm bảo
+ chuyển động ổn định
+ Đảm bảo dịch chuyển nhỏ tới 0.001mm, làm việc lâu dài + Đảm
bảo truyền lực và chuyển động không khe hở độ nhạy cao - Nhược

điểm :
+ Do đặc điểm cấu tạo mà trục vitme đai ốc bi có khả năng chịu tải kém hơn so
với vít me thường
+ Giá thành trục vitme đai ốc bi khá đắt, gây tốn kém
Các dạng profin ren của vít me đai ốc bi:
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 profil ren hình thang có khả năng
tải thấp, chỉ dùng khi máy có khả năng chịu tải trọng chiều trục vé và độ cứng
vững không cao.
Dạng nửa cung trịn (Hình d) được sử dụng phổ biến nhất, bánh kính rãnh R 2 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 1.13 Các dạng profil ren của vít me – đai ốc bi
Dạng rãnh cung nhọn (a) có nhiều ưu điểm hơn loại cung trịn, nó cịn cho
phéptruyền động khơng rơ hoặc chọn được độ dơi của đường kính viên bi. Cịn ở


dạng nửa tròn muốn khử độ rơ và tạo độ dôi đều dùng thêm đai ốc thứ hai để điều
chỉnh.
1.3.3 Kết cấu phần điều khiển
- Các cụm điều khiển chính trên máy CNC
Cụm điều khiển máy MCU ( Machine Control Unit)
-


Cụm điều khiển được hình thành trên cơ sở thiết bị điều khiển điện tử, thiết bị

vào ra và các thiết bị số. Nó được coi là trái tim của máy CNC
-

Lệnh CNC thực hiện bên trong bộ điều khiển sẽ thơng báo cho moto chuyển

động quay đúng số vịng cần thiết => Trục vít me quay đúng số vịng quay tương ứng
=> kéo theo chuyển động thẳng của bàn máy và dao
-

Thiết bị phản hồi (cảm biến) ở đầu kia của vit me cho phép kiểm soát kết thúc

lệnh đúng khi số vòng quay cần thiết được thực hiện
Cụm dẫn động (Driver Unit)
Cụm dẫn động là tập hợp những động cơ, sensor phản hồi, phần tử điều khiển,
khuếch đại và các hệ dẫn động. Trong đó, động cơ và các sensor phản hồi là thành
phần đặc trưng cho máy CNC. Cụm điều khiển có nhiệm vụ liên kết các chức năng để
thực hiện điều khiển bàn máy, các chức năng bao gồm:
- Số liệu vào (Data input)
- Xử lý số liệu (Data procesing)
- Xử lý tín hiệu ra (Data output)
- Ghép nối vào ra (Machine I/O interface)
Phần cứng điều khiển gồm 6 thành phần cơ bản:
- Máy tính CPU
- Bộ nhớ RAM, ROM
- Hệ thống BUS
- Điều khiển trình tự PMC
- Điều khiển SERVO
- Bộ phận ghép nối

1.3.4. Các loại động cơ máy CNC
a. Động cơ một chiều:


-

Ưu điểm : Momen khởi động lớn, dễ điều khiên tốc độ và chiều, giá thành
rẻ.

-

Nhược điểm : + Dải tốc độ điều khiển hẹp.
+ Phải có mạch nguồn riêng.

b. Động cơ xoay chiều:
-

Ưu điểm :

+ Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều.
+ Đa dạng và phong phú về chủng loại, giá thành rẻ.

-

Nhược điểm:

+ Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển

và phần chấp hành để đảm bảo an toàn, momen khởi động nhỏ.
+ Mạch điểu khiển tốc độ phức tạp.

c. Động cơ bước:
-

Ưu điểm :

+ Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, khơng cần mạch phản hồi.
+ Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC.
Nhược điểm : + Giá thành cao, momen xoắn nhỏ, momen máy nhỏ.

Hình 1.14 Động cơ bước
d. Động cơ servo:
Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vịng kín. Tín hiệu ra của
động cơ 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 bất kỳ lí do nào ngăn cản chuyển động quay
của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn.
Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.


Loại động cơ này có một số đặc điểm chung như sau:
- Momen quán tính nhỏ.
- Đặc điểm động học tốt.
- Thường được tích hợp sẵn cảm biến đo tốc độ hay góc
quay.
- Có dải tần số cơng tác rộng 0÷400 Hz.
Hình 1.15 Động cơ servo

Chương 2. Tính tốn lựa chọn cụm trục vít me bi , ổ lăn
Nội dung chương này gồm có:
-


Tính chọn cụm vít me đai ốc bi của trục X , Y.

-

Tính chọn cụm ổ lăn tương ứng X ,Y.


-

Chọn cụm gối đỡ , trục nối trương ứng X , Y .

-

Chọn kiểu trục vít me chính xác ( Precision Ballscrew ).

-

Em chọn sử dụng vít me của hãng PMI , các bước tính tốn theo catalog nhà
sản xuất .

2.1 Quy trình tính tốn

Bắt đầu

Điều kiện làm việc

Chọn chiều dài trục vít

Tính chọn bước vít


Tinh hệ số tải trọng động

Khơng
thỏa
mãn

Xác định kiểu ổ lăn

Tính đường kính trục vít

Chọn vít me bi

Kiểm tra tuổi thọ
làm việc

Không
thỏa
mãn


kiểm tra tải trọng tới
hạn của trục vít

Thỏa
mãn

Khơng
thỏa
mãn


kiểm tra tốc độ quay
cho phép
Thỏa
mãn
kiểm tra ứng suất cho
phép

Kết thúc

Quy trình tính chọn trục vít me đai ốc bi

2.2 . Tính tốn chi tiết cho bàn máy X
2.2.1 Tính tốn vít me cho bàn máy X
2.2.1.1 . Các thông số :
-

Loại máy CNC : Phay
Trọng lượng phôi : P= 300kG - Vận tốc
bàn máy X : Gx = 200kG công :

chạy lớn nhất khi không gia - Trọng lượng
V1max = 16 m / min

-

Lực cắt theo phương X : Px = 600kG Lực cắt theo phương Z : Pz = 900kG :

Vận tốc di chuyển lớn nhất khi gia công V2max = 8 m / min

-


Chiều dài làm việc max: - Gia tốc hoạt

động lớn nhất của hệ thống

Lx

-

= 550mm

max
a = 0,5g ( m/s2 ) = 5
Tuổi thọ tính theo tổng quãng đường:
LS = 24000 (km)

-

Độ chính xác vị

( m/s2 )
- Hệ số ma sát trượt bề mặt :  =0.05
trí(khơng tải) :


-

me : N

-


 0.030 /1000mm

Tốc độ lớn nhất của động cơ dẫn động vít
= 2000rpm

max
- Độ chính xác lặp: 0.005 mm
Độ lệch chuyển động : 0.02mm

2.2.1.2. Chọn kiểu lắp trục vít
a. Chọn kiểu lắp: 1 đầu lắp chặt -1 đầu tùy chỉnh : fixed- supported
-

Các máy phay CNC có tốc độ quay của vitme không quá lớn hay tốc độ dịch
chuyển của bàn máy là không lớn nhưng để đáp ứng được các yêu cầu về chất
lượng sản phẩm cao khi gia cơng trên máy CNC thì hệ thống dẫn hướng u cầu
độ chính xác cao. Do đó lựa chọn kiểu lắp ổ đỡ chung cho vitme dẫn động 2 bàn
máy là kiểu

lắp 1 đầu lắp chặt và 1 đầu di động (fix- support).
-

Hệ số phụ thuộc phương pháp lắp đặt : f = 15,1 ( = 3,927)

-

Trường hợp hệ bàn máy – vít me nằm theo phương ngang :

Hình 2.1. Sơ đồ tính lực dọc trục.


b. Bước vít me:
-

Chọn tốc độ quay lớn nhất của động cơ khi làm việc: Nmax = 2000 (vòng/phút)

-

Bước vitme l được xác định theo cơng thức:
�

�

��
��

-

Chọn bước vít me phải hơn 8 mm

Chọn sơ bộ bước vitme : l = 10 (mm) .

c.Lực chống trượt :
Lực chống trượt : �� = . (Gx+ P) = 0,05×500 = 25 (kG)
= 250 (N)


2.2.1.3. Chọn trục vít
-


Tính lực dọc trục : Chọn g=10 (m/s2)

-

Tổng khối lượng : m =� + �� = 300 + 200 = 500kg

-

Lực cắt chính của máy theo phương X : F m=Px=6000 (N)

-

Lực cắt của máy theo phương Z : Fmz=Pz=9000(N)

-

Tăng tốc (về bên trái) : ��1= µmg + ma = 0,05×500×10+500×5 = 2750 (N)

-

Chạy đều (về bên trỏi): 2 = = àmg = 0.05ì500ì10 =250 (N)

-

Gim tc(v bờn trỏi): 3= àmg ma =0.05ì500ì10- 500ì5 = -2250 (N)

-

Gia công (về bên trái): ��4 = �� + (��+ �


-

= 6000 + 0,05( 500x10 + 9000) = 6700 (N)
Tăng tốc (về bên phải) : ��5= -µmg - ma = - 2750 (N)

-

Chạy đều (về bên phải): ��6 = -µmg = - 250 (N)

-

Giảm tốc(về bên phải): ��7= -µmg + ma = 2250 (N)

-

Gia công (về bên phải): ��8 = −�� − (��+ �

)

��

��

) = -6700 (N) - Lực dọc trục

lớn nhất tác dụng lên vít me :
Fmax = Max (��1, ��2, … , ��7, ��8) = ��4 = 6700 (N) = 670 (kgf)

-


-

Lực dọc trục (N)

Tốc độ vòng (v/ph)

Thời gian (%)

Cao tốc

250

1600

30

Gia công

6700

800

70

Tốc độ quay trục bàn máy lớn nhất : �1
(v/ph)
Tốc độ quay trục bàn máy khi gia công : �2

�


=
�

=

16000
10

V2max

=

=

V1max

= 1600

8000
10

= 800 (v/ph) - Lực dọc trung

bình :

���

= 545,1 ( kgf)

Trong đó :

-

Fkhơng tải , Fcó tải : Lực dọc trục khi không gia công và gia công

-

n1 , n2: Tốc độ quay lớn nhất của trục khi không gia công và gia công


-

t1 , t2: Thời gian máy hoạt động ở chế độ khơng tải và có tải - Tốc độ quay trung
bình :
��� =

�

1.

�1

=

�2

( vịng/phút)
2.2.1.4 . Tính tốn tải trọng (C0, Ca)
a. Tải trọng tĩnh :
�0 = ��. ���� = 2 × 6700 = 13400 (�) = 1340 (kgf)
Trong đó :

-

�0: tải trọng tĩnh

-

��: hệ số bền tĩnh, với máy công cụ �� = 1,5 – 3 (chọn �� = 2)

-

����: Lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vitme
b. Tải trọng động :
Với l = 10mm ; V1 = 16 (m/ph) ; V2 = 8 (m/ph)
Vận tốc quay danh nghĩa : �� = ��� =

Chọn ��=1,2

�1.� 1 + � 2.�2
� 1 + �2

= 1040 ( �ị��| �ℎ)

�� = 3√60 × �� × �� × ��� × �� × 10−2
�
= 7042,3 ���
Trong đó:
-

Ca : tải trọng động


-

dr : đường kính chân ren trục vitme

-

Fmx : lực dọc trục trung bình tác dụng lên vít me trong q trình làm việc

-

Lt: Tuổi thọ yêu cầu của vit me ( giờ )
�� =

-

10

606.�..��� = 6010.610.24000.2000

Vận tốc quay danh nghĩa : �� = ��� =

�1.� 1 + � 2.�2
� 1+ � 2

= 20000 (giờ)

= 1040 (�ò��|�ℎ) - Tải

trọng động ��: Hệ số tải trọng, được cho theo bảng 2.2.


= 1040


Hình 2.2. Bảng phân loại hệ số tải trọng động

-

Với l=10mm , V1=16 (m/ph) , V2=8 (m/ph) => Chọn ��=1,2
Vậy phải chọn vít me thỏa mãn : �0≥ 1340 (kgf) và �� ≥ 7042,3 (kgf)
2.2.1.5. Chọn bán kính trục vít :

n
 dr ≥

×L2 ×

n

10−7 f
Trong đó:
-

Lựa chọn khoảng cách giữa 2 ổ đỡ X :

L = tổng chiều dài di chuyển max + chiều dài đai ốc, ổ bi /2 + chiều dài vùng thoát
= 550 + 200 + 200 = 950 mm
-

Kiểu lắp fixed-supported : � = 15,1 (�����)


-

Tốc độ quay : Chọn tốc độ quay cho động cơ khoảng 80% so với tốc độ quay giới
hạn , nên ta có :
� = 80%. ���� = 0,8 × 2000 = 1600 (�ị��/�ℎ)
 ��

× 10−7 (= 9,6 ( )

(bán kính lõi ren trục vít).

Do đó, lấy đường kính trục vit nằm trong khoảng 16mm đến 50mm
2.2.1.6. Chọn kiểu bi
Nếu độ cứng cần được ưu tiên nhiều nhất, độ hao phái chuyển động khơng q quan
trọng, theo đó các thơng số kỹ thuật sẽ được chọn như sau:
-

Ổ bi loại lưu chuyển bi bên ngoài.

-

Kiểu : FDWC

-

Số bi : Bx2 hoặc Bx3
Giá trị Ca tương ứng với số bi được cho trong bảng sau:


Hình 2.3 . Bảng giá trị Ca (kgf) tương ứng với các kiểu bi


Với l=10 và �� ≥ 7042,3 (kgf)

Chọn số bi : Bx3.

2.2.1.7.Chọn Series
a. Xem xét độ cứng
Theo điều kiện ban đầu :
Độ lệch chuyển động  0,02 mm (không tải)
Giả định tổng dịch chuyển của các bộ phận (bao gồm trục vít, bi và giá đỡ ổ trục) của
hệ thống cấp liệu là 0,016 mm. Do đó, chuyển vị đàn hồi đơn phương của hệ thống cấp
liệu là :

b. Xem 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:


Hình 2.4 . Các mẫu vit me kiểu FDWC của hãng PMI

Kết hợp với các yếu tố kinh tế….v…, ta chọn series sau :
Type of Ballscrew : 50-10B3-FDWC
Screw shaft diameter :50 (mm)
Lead : 10 (mm)

2.2.1.8. Chiều dài trục vitme
L = tổng chiều dài dịch chuyển + chiều dài ổ bi + chiều dài vùng thoát
= 550 + 243 + 200 = 993 (mm).