Mục lục
Lời nói đầu …………………………...………………………………………...1
Chương 1: Tổng quan về máy CNC.....................................................................2
1.Tổng quan.......................................................................................................2
2. Các cụm kết cấu chính của máy CNC...........................................................6
• Cụm trục chính :..............................................................................6
• Bàn xoay......................................................................................... 9
• Hệ thống thay dao tự động............................................................ 11
• Hệ thống dẫn hướng...................................................................... 12
• Cụm vitme – đai ốc bi................................................................... 13
CHƯƠNG 2. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG HỆ BÀN MÁY CNC.....15
2.1Tính chọn vít me:....................................................................................... 15
2.1.1. Kết cấu bộ truyền vitme đai ốc bi..............................................16
2.1.2. Tính chọn vitme bi.....................................................................17
1.Các thơng số đầu vào..........................................................................17
2. Bước vít me (l)...................................................................................20
3. Lực cắt chính của máy....................................................................... 20
Tính tốn lựa chọn trục vít , ổ lăn cho bàn máy di chuyển theo trục Y
................................................................................................................21

4.

4.1. Điều kiện làm việc và các thông số được tính chọn....................21
4.2. Chọn trục vít ổ bi......................................................................... 22
4.3. Chọn độ chính xác dài................................................................. 27
28
4.4.Độ dịch do thay đổi nhiệt độ: (mức hiệu chỉnh 3℃)............................................................................................................................................................................

4.5.Chọn động cơ................................................................................28
4.6. Tính tải trọng tới hạn của trục vít................................................ 32
4.7. Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối.................................................... 32

Tính tốn lựa chọn trục vít , ổ lăn cho bàn máy di chuyển theo trục X
................................................................................................................37

5.

5.1. Điều kiện làm việc và các thông số được tính chọn....................37

TIEU LUAN MOI download :


5.2. Chọn trục vít ổ bi......................................................................... 38
5.3. Chọn độ chính xác dài................................................................. 43
44
5.4. Độ dịch do thay đổi nhiệt độ: (mức hiệu chỉnh 3℃)...........................................................................................................................................................................

5.5.Chọn động cơ................................................................................44
5.6. Tính tải trọng tới hạn của trục vít................................................ 48
5.7. Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối.................................................... 48
2.2.TÍNH CHỌN RAY DẪN HƯỚNG..............................................53
1. Cơ sở tính tốn...................................................................................54
2.Tính chọn day dẫn hướng bày Y.........................................................61
3.Tính chọn day dẫn hướng bày X.........................................................68
Kết luận ……………………………………………………………………76

TIEU LUAN MOI download :


Lời nói đầu
Tính tốn thiết kế hệ thống Cơ điện tử là nội dung khơng thể thiếu trong
chương trình đào tạo kỹ sư Cơ điện tử. Đồ án môn học này giúp cho em có thể

hệ thống hóa lại các kiến thức của môn học như : Chi tiết máy,Vẽ kĩ thuật,Cơ
học kĩ thuật,Nguyên lỹ máy,Sức bền vật liệu,…Đồng thời cũng giúp chúng em
học thêm một số phần mềm cần thiết cho việc thiết kế ,mơ phỏng cần thiết như
solidwork,...ngồi ra giúp chúng em làm quen với công việc thiết kế và làm đồ
án tốt nghiệp sau này.
Máy CNC (computer numerical controlled) là những công cụ gia công kim
loại tinh tế có thể tạo ra những chi tiết phức tạp theo yêu cầu của công nghệ hiện
đại. Phát triển nhanh chóng với những tiến bộ trong máy tính, ta có thể bắt gặp
CNC dưới dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt mài,
máy đột rập và nhiều công cụ công nghiệp khác. Thuật ngữ CNC liên quan đến
một nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính để điều khiển các chuyển động
và thực hiện q trình gia cơng kim loại.
Bài viết này sẽ thảo luận một trong hai loại máy phổ biến nhất trên thị
trường hiện nay là máy phay. Đồ án này trình bày về q trình tính tốn thiết kế
hệ thống dẫn hướng cho gia công dưới sự di chuyển của 3 trục chính.
Nhiệm vụ chính:
Tính chọn : Vít me bi ,cụm ổ đỡ , động cơ , ray dẫn hướng.

1

TIEU LUAN MOI download :


Chương 1: Tổng quan về máy CNC
1.Tổng quan


Khái niệm:

CNC ( computer numerical control ) là một dạng máy NC điều khiển tự động

có sự trợ giúp của máy tính , mà trong đó các bộ phận tự động được lập tình để
hoạt động theo các sự kiện tiếp nối nhau với tốc độ được xác định trước để có
thể tạo ra được mẫu vật với hình dạng và kích thuốc yêu cầu.

Lịch sử phát triển
tưỏng về điều khiển máy bằng các lệnh nhớ ở các máy CNC đã xuất hiện
từ thế kỷ XIV, nó được phát triển và hồn thiện dần cho đến ngày nay, với một
số mốc lịch sử như sau:
Ý

-

Năm 1808 Toseph và M Jacquard đã dùng bìa tơn đục lỗ để điều khiển
các máy dệt (bìa đục lỗ là vật mang tin).

-

Năm 1938 Claude Shannon bảo vệ ln án tiến sỹ ở Viện cơng nghệ MÍT
(Mỹ) với- nội dung tính tốn chuyển giao dữ liệu dạng nhị phân.

-

Năm 1946 tiến sỹ John W,Mauchly đã cung cấp máy tính số diên tử đầu
tiên có tên ENIAC cho qn đội Mỹ,

-

Năm 1954 Bendix mua bản quyền của Pasons và chế tạo ra bộ điều khiển
NC hoàn chỉnh đầu tiên có sử dựng các bóng điên tử.


-

Năm 1954, phát triển ngôn ngữ biểu trưng dược gọi là ngôn ngữ lập trình
tư động APT.

-

Năm 1957. khơng qn Mỹ đã trang bị những máy NC đầu tiên ở xưởng.
Năm 1960, kỹ thuật bán dẫn thay thế cho hệ thống điều khiển xung rơle,
đèn điện tử.

-

-

Năm 1965, giải pháp thay dụng cụ tự động ATC (Automatic Tool
Changer),

-

Năm 1968, kỹ thuật mạch tích hợp lC ra đời có độ tin cậy cao hơn.

-

Năm 1972, hệ điểu khiển NC (numerical control – trung tâm điều khiển
số) đầu tiên có lắp đặt máy tính nhỏ…

-

Năm 1979, hình thành khối liên hồn CAD/CAM – CNC.


2

TIEU LUAN MOI download :


-

Ngày nay các máy cống cụ CNC (computer numerical control -trung tâm
điểu khiển số có sự trợ giúp của máy tính) đã hồn thiện hơn với tính
nâng vượt trội có thể gia cơng hồn chỉnh chi tiết trên một máy gia cơng,
với số lần gá đặt ít nhất. Đặc biệt chúng có thể gia cơng các chi tiết có bề
mặt phức tạp.

-

Hiện nay sự phát triển của các ngành sản xuất vi điện tử ,điều khiển số ,
máy công cụ , dụng cụ cắt ….. dẫn đến chế tạo ra các trung tâm gia công
(CME) , hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS), hệ thống sản xuất có sự tích
hợp của máy tính (CIM)

Phương hướng phát triển của máy CNC
-

Nghiên cứu chế tạo các trung tâm đồng bộ với độ chính xác cao nhất
Gia cơng với tốc độ cắt gọt cao, khoan với độ chính xác cao nhất
Giảm khối lượng lập trình cho từng nhiệm vụ gia cơng (lập trình macro)
Hệ thống lập trình đơn giản, dễ thao tác, giao diện đồ họa, hiệu quả cao
Phân tích lỗi với sự giúp đỡ của đồ họa trên máy cnc và hệ thống sản xuất
nói chung .


Máy đục lỗ băng giấy

-

Thơng tin về hành trình gia cơng và chức năng máy cần thiết được ghi
trên băng giấy đục lỗ với mã hóa chương trình là các chữ số ,chữ cái và kí
tự đặc biệt .
Máy tính trung tâm điều khiển việc xử lí các thơng tin về hành trình và
các chức năng máy.

3

TIEU LUAN MOI download :


-

Các trục chuyển động chạy dao x,y,z (máy phay ) và x,z ( máy tiện ), trục
chính được dẫn động bởi các động cơ riêng biệt
Hệ thống đo và kiểm tra ln phản hồi vị trí của dụng cụ về hệ điều
khiển .

• Máy CNC:

Máy CNC YL-1509 ROUTER
Đầu những năm 1970 ra đời máy CNC: do sự ra đời , phát triển của bộ vi xử lí
và máy tính (PC) , mỗi máy cnc có bộ vi xử lí độc lập
chức năng mới .
+

+
+
+



có thêm nhiều

Có khả năng lập trình tại chỗ các chi tiết có biên dạng phức tạp .
Có khả năng mơ phỏng đồ họa q trình gia công ngay trên máy
Không cần sự hỗ trợ của các cơng cụ tốn học bên ngồi .
Chương trình gia cơng được mã hóa và ghi lại dưới dạng các file dữ liệu .

4

TIEU LUAN MOI download :




Trung tâm gia cơng:

Là tích hợp nhiều chức năng gia cơng cơ khí như tiện , phay bào , khoan trong
1 máy CNC. Giúp máy làm việc linh hoạt , thực hiện được nhiều ngun , cơng
chính xác hơn.

Máy CNC Mori seiki

5


TIEU LUAN MOI download :


2.

Các cụm kết cấu chính của máy CNC


Cụm trục chính :
o

Vai trị và ngun lí làm việc :

-

Trục chính máy cơng cụ đóng vai trị quan trọng trong các q trình cơng
vì nó cung cấp tốc độ cắt cho dao và là một phần của chuỗi truyền lực
giữa máy công cụ và dụng cụ hoặc chi tiết. Tùy theo loại máy mà trục
chính có những đặc tính khác nhau. Đối với máy tiện, trục chính mang
chi tiết và cấp tốc độ cắt. Khi khoan và phay thì trục chính quay dao được
lắp trên nó để tạo ra tốc độ cắt. Trục chính của máy cơng cụ là đối tượng
mà các nhà chế tạo đã và tập trung nghiên cứu hoàn thiện và phát triển.

-

Các thành phần cơ bản của một trục chính là bộ phận gá dao, địn kéo,
trục, các ổ đỡ, hệ thống dẫn động, hệ thống làm mát và thân. Có một số
loại hệ thống dẫn động, về cơ bản nó bao bao gồm một động cơ, trực tiếp
hoặc gián tiếp, đi đơi với trục chính.


-

Dẫn động trục chính là cơ cấu cung cấp và truyền chuyển động đến trục
chính, bao gồm động cơ và khớp nối. Bằng cách này, tốc độ quay, mo
men xoắn và công suất sẽ được truyền đến dụng cụ nhờ cơ cấu kẹp dao.
o

Phân loại :

Nói chung, có bốn loại trục chính phụ thuộc vào dạng dẫn động được
sử dụng, bao gồm loại dẫn động đai, dẫn động bánh răng, dẫn động trực tiếp và
dẫn động tích hợp.
-

Trục chính dẫn động bằng đai

Trục chính loại này được truyền chuyển động từ một động cơ bên ngồi
thơng qua bộ truyền đai răng hoặc đai thang. Loại này được sử dụng khá phổ
biến trong các máy gia cơng truyền thống vì chi phí thấp và hiệu suất tốt khi
truyền công suất danh nghĩa của động cơ thành cơng suất có ích trên trục chính.
Hiệu suất của trục chính dẫn động đai, về mặt truyền cơng suất động cơ đến trục
chính, đạt khoảng 95%.
.




Loại truyền động này có nhược điểm chính là:

Bị giãn nở nhiệt đáng kể so với các truyền động khác.

Gây nhiều tiếng ồn hơn do sự chuyển động của đai.
Độ kéo căng của đai gây nên một lực hướng kính lên trục, gây nên tải trên các ổ
đỡ.

6

TIEU LUAN MOI download :


-

Trục chính dẫn đơng bằng bánh răng

Trục chính dẫn động bằng bánh răng có thể đạt mơ men xoắn cao ở số
vịng quay thấp và chúng có nhiều dải cấp tốc độ. Tuy nhiên các bánh răng có
thể gây nên rung động, tạo ảnh hưởng xấu lên độ bóng bề mặt chi tiết gia công.
Hơn nữa, hiệu suất của chúng kém hơn các dạng khác khi chúng chuyển đổi
công suất danh nghĩa của động cơ thành công suất cắt của dao. Trục chính dẫn
động bánh răng khơng phù hợp cho các trường hợp gia cơng cao tốc mặc dù rất
thích hợp cho các công việc nặng.

7

TIEU LUAN MOI download :


-

Trục chính được dẫn động trực tiếp


Các trục chính được dẫn động trực tiếp đạt hiệt suất truyền công suất từ
động cơ đến dao gần 100%. Chúng có thể làm việc ở tốc độ quay cao nhưng mô
men xoắn thấp. Vì khơng có xích truyền động nên khơng thể tăng mô men xoắn
một cách cơ học để đáp lại sự giảm tốc độ động cơ.
Hệ thống truyền động này ứng xử tốt về mặt rung động, có nghĩa là có thể
đạt các tốc độ cao và vẫn đạt được độ bóng bề mặt tốt.

-

Trục chính được dẫn động tích hợp

loại trục chính này, động cơ có thể là động cơ điện đồng bộ hoặc khơng
đồng bộ được tích hợp vào kết cấu trục chính giữa các ổ đỡ trước và sau như
hình 3. Bằng cách này, rung động và tiếng ồn được giảm thiểu và cơng việc có
thể được thực hiện ở các tốc độ quay cao, từ 15.000 vg/ph. Do đó trục chính
loại này rất phổ biến ở các máy cơng cụ gia cơng cao tốc.
Ở

Kiểm sốt sự truyền nhiệt bên trong trục chính và giãn nở nhiệt là yếu tố
then chốt để đạt được hiệu suất tốt cho loại truyền động này. Do động cơ lắp
bên trong thân trục chính nên hệ thống tản nhiệt có vai trị vơ cùng quan trọng.
Loại trục chính này đắt tiền do có các hệ thống phụ cho làm mát và giám sát
cũng như yêu cầu độ chính xác cực kỳ cao trong lắp ráp.

8

TIEU LUAN MOI download :





Bàn xoay

Nhằm mở rộng khả năng công nghệ của máy công cụ, nhất là cho các máy
CNC 2 hoặc 3 trục, người ta đã chế tạo một thiết bị có khả năng tăng số trục của
máy từ 2 hoặc 3 trục thành các máy 4 hoặc 5 trục. Thiết bị đó chính là bàn xoay
(Rotary Table). Thực ra bàn xoay chẳng qua là một loại đồ gá đặc biệt và chúng
chủ yếu được sử dụng trên các máy phay CNC, trung tâm gia công đứng, trung
tâm gia công ngang và máy doa ngang.

-

Vai trị :

Bàn xoay CNC có tác dụng làm tăng thêm tính vạn năng cho máy CNC. Đối
với các bàn xoay 2 trục, nhờ khả năng nghiêng bàn xoay đi một góc nào đó, nên
cho phép máy CNC 3 trục gia công được các bề mặt phức tạp như cánh tua bin,
cánh chân vịt tàu thủy. Nói chung chúng có phạm vi sử dụng rất rộng, nhưng
chủ yếu là dùng để gia cơng các chi tiết có các dạng bề mặt sau:
+ Mặt phẳng.
+ Các bề mặt định hình (như bề mặt cam, cối dập, khn ép …).
+ Cắt ren vít trong và ngồi.
+ Gia cơng bánh răng và dao cắt nhiều lưỡi có răng thẳng hoặc xoắn.
+ Cắt rãnh thẳng và xoắn…
+ Các bề mặt nghiêng.
9

TIEU LUAN MOI download :



Đối với bàn xoay nhiều trục, có thể tiến hành gia công cùng một lúc nhiều
chi tiết. Điều này làm :
+

Tăng khả năng công nghệ của máy,.
Tăng năng suất gia công.

+
+

Giảm thời tháo lắp và điều khiển dụng cụ.
Giảm thời gian gia công cơ bản.

+

-

Phân loại:

Bàn xoay trên máy phay CNC và các trung tâm gia cơng có thể được phân ra
làm các loại như sau:
a. Loại tiêu chuẩn: Là loại bàn xoay này dùng để gá đặt chi tiết sao cho
tâm của chi tiết trùng với tâm trục chính. Có thể gia cơng được nhiều dạng bề
mặt khác nhau như gia công mặt phẳng, gia công rãnh thẳng hoặc rãnh xoắn và
gia cơng các mặt định hình với dao định hình, đơi khi dùng để cắt bánh răng với
dao phay mơđun.
Loại bàn xoay tiêu chuẩn có thể phân ra làm hai loại :
- Loại có trục chính nằm ngang.
- Loại có trục chính thẳng đứng.
b.Loại bàn xoay có động cơ lắp phía sau: Loại bàn xoay này có khả năng

hạn chế sự rung động khi máy đang làm việc. Loại động cơ này có thể che chắn
nước và phoi vụn, không cho chúng rơi vào động cơ.
c. Loại bàn xoay có lỗ trục chính lớn: Loại bàn xoay này có trục chính có
lỗ lớn, dùng để gia cơng các phơi dài hoặc các ống. Kích thước lỗ trục chính của
chúng có khả năng được mở rộng để mở rộng phạm vi làm việc cho máy. Loại
này thích hợp cho việc sản xuất hàng khối. Tương tự như loại bàn xoay tiêu
chuẩn, loại bàn xoay này cũng loại trục chính nằm ngang và loại trục chính
thẳng
đứng.
d. Loại bàn xoay có nhiều trục chính: Loại bàn xoay nhiều trục chính cho
phép gá đặt cùng lúc nhiều chi tiết. Loại bàn xoay nhiều trục chính có năng suất
gấp nhiều lần so với loại bàn xoay tiêu chuẩn, thích hợp cho sản xuất hàng loạt
và hàng khối.
e. Loại bàn xoay nghiêng: Loại bàn xoay này có hai trục. Bàn xoay có thể
nghiêng đi nhờ xoay quanh được một trục nào đó. Do đó loại này có khả năng
cơng nghệ cao, có thể sử dụng làm đồ gá để gia công các mặt phẳng, các rãnh
các gờ lồi và đặt biệt là gia công các bề mặt nghiêng ở nhiều góc độ khác nhau.
Loại bàn xoay này được phân ra hai loại như sau:
- Loại điều khiển nghiêng tự động: cả hai trục của bàn xoay được điều
khiển hoàn toàn tự động từ hệ thống CNC.
- Loại điều khiển nghiêng bằng tay: chuyển động làm nghiêng trục được
thực hiện bằng tay.

10

TIEU LUAN MOI download :


f. Loại cỡ lớn: Ngoài các loại nêu trên, các nhà sản xuất bàn xoay còn
chế tạo loại bàn xoay có kích thước bàn từ 1m đến 3m hoặc lớn hơn. Loại bàn

xoay này có trục chính thẳng đứng hoặc nằm ngang với độ chính xác cao.
Chúng được dùng để gia cơng các chi tiết lớn, nặng (có thể lên đến 10.000kg)
và cho các ứng dụng về đo lường.



Hệ thống thay dao tự động
Máy CNC có hệ thống thay dao hồn tồn tự động
- Phụ thuộc vào dạng gia cơng và vùng cơng tác thiết bị thay dao có
khả năng đồng thời :
Chứa dụng cụ
Thay dụng cụ đang sử dụng
Cài đặt dụng cụ được gọi bởi chương trình NC vào vị trí làm
việc
- Các dạng chung là đầu dụng cụ Revonve (máy tiện) và ổ caasp dao
(máy phay)
Đầu RVV

-



Khi chương trình NC gọi một dụng cụ mới
dụng cụ với thời gian rất ngắn từ 7s đến 12s

đầu RVV quay tới vị trí gá

Phụ thuộc vào dạng và kích cỡ đầu RVV của máy CNC có 8 đến 16

DC



+

Trung tâm phay cỡ lớn có thể có tới 3 đầu RVV sử dụng đồng thời
Ổ cấp dao (thường dùng >48DC)
- Ổ cấp dao vịng (dọc), xích cấp dao
- Sử dụng cơ cấu thay dao tự động (tay máy) để thay dao từ ổ chứa
dao vào TC hoặc ổ chưa dao tự hành tham gia vào thay dao
Sử dụng tay máy
- Chuyển dụng cụ được gọi bởi chương trình NC và trục chính vào
vị trí thay dao
- Tay máy tiến vào vị trí thay dao , quay 90 độ kẹp dụng cụ trên ổ
chứa dao và trên trục chính
- Đẩy dụng cụ ra khỏi ổ chứa dao và trục chính
- Tay máy quay 180 độ đổi dụng cụ
- Đẩy dụng cụ vào ổ chứa dao và trục chính
- Quay tay máy ngược chiều 90 độ về vị trí ban đầu : 3-16s
11

TIEU LUAN MOI download :


+

Sử dụng ổ cấp dao tự hành

-

Đưa trục chính vào vị trí thay dao

ổ chứa dao tiến vào kẹp dụng cụ
trục chính đi lên , tháo dao
ổ chưa dao quay tới vị trí dao được gọi bởi chương trình NC
trục chính đi xuống kẹp chặt dao
ổ chứa dao lùi về vị trí ban đầu

Hệ thống dẫn hướng
Vai trị :


-

Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động
của bàn theo X,Y và theo trục Z của trục chính .
Yêu cầu của hệ thống thanh trượt phải thẳng và có khả năng tải cao , độ
cứng vững tốt và khơng có hiện tượng dính hay trơn khi trượt .
-

Phân loại :
12

TIEU LUAN MOI download :


Đường dẫn hướng ma sát bôi trơn ướt và đường dẫn hướng ma sát lăn .
+

Ma sát bôi trơn ướt :

Hệ số ma sát nhỏ , tổn hao thấp ,độ ổn định cao .

- Độ cứng vững cao ,giảm giao động ,tăng tuổi thọ .
Đáp ứng được yêu cầu của chuyển động chạy dao.
-

Đảm bảo được các dịch chuyển nhỏ tới 0.001mm

Sử dụng cho máy công nghiệp , cỡ lớn .
+

Ma sát lăn :
Tổn hao ma sát nhỏ ,độ nhạy cao ,khơng có khe hở
Được tiêu chuẩn hóa nâng cao chất lượng ( vật liệu ,các biện pháp
nâng cao chất lượng bề mặt ), nâng cao độ chính xác .
Bơi trơn :phun sương dầu hoặc nhỏ giọt trực tiếp theo tời gian điều
khiển .
Đáp ứng được yêu cầu gia tốc lớn , dịch chuyển nhỏ, gián đoạn, tránh
được ma sát trượt kiểu bước nhảy khi ma sát giới hạn .
Có rãnh hồi bi  bi chuyển động thứ hồi  ln có bi chịu lực trên bề
mặt
Nhược điểm : khả năng chịu quá tải thấp do diện tích tiếp xúc bé



Cụm vitme – đai ốc bi

13

TIEU LUAN MOI download :



-

Vai trò và phân loại:
+

+
+
+
+
+
+

-

Chuyển động chạy dao tịnh tiến thường được dẫn động bởi các động cơ
servo quay thông qua cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển
động tịnh tiến là : trục vitme – đai ốc bi .
Trục trục vitme – đai ốc bi đảm bảo truyền lực và chuyển động khơng có
khe hở , độ nhạy cao .
Mỗi trục chuyển động có hệ thống đo , khi đo gián tiếp thì đầu đo lắp
ngay trên trục vitme .
Đai ốc bi trên máy cnc thường được lắp ghép từ 2 phần độc lập vs nhau
,nhằm tạo ra các kết cấu khử khe hở và tạo độ dôi ban đầu .
Ghép theo phương dọc trục – dùng trong các cơ cấu địi hỏi truyền động
chính xác .
Ghép theo phương hướng kính – dung trong các cơ cấu địi hỏi khử khe
hở và truyền động êm , nhẹ .
Sai số về bước của đai ốc , trục vit có thể được tự cân đối điều chỉnh
trong quá trình vận hành máy , nhờ có điều khiển cnc đã lưu trữ các giá
trị đo kiểm tra của trục vít và đai ốc khi cài đặt ban đầu .


Nguyên lí làm việc :
+
+

Vit me – đai ốc biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động
tịnh tiến của bàn máy .
Hoạt động tương tự vitme-đai ốc bình thường nhưng có thêm rãnh bi biến
ma sát trượt thành ma sát lăn , đảm bảo k có khe hở .Các viên bi được
chuyển động thứ hồi .

14

TIEU LUAN MOI download :


CHƯƠNG 2. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ DẪN
ĐỘNG HỆ BÀN MÁY CNC
Các thiết bị dẫn động có một vai trị quan trọng trong máy CNC, là nhân
tố chính đảm bảo sự vận hành và gia cơng chính xác của máy. Việc tính tốn 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 cơng thức tính tốn 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 tốn ở đây được thực hiện theo catalog của hãng NSK.

2.1Tính chọn vít me:

Hình 2.1. Trục vít me dùng trong máy CNC

15

TIEU LUAN MOI download :


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 cơng cụ chính như máy mài,
máy doa tốc độ và các loại máy khác. Đơi khi cịn dùng trong máy tiện, máy tổ
hợp, dùng trong truyền dẫn di động xà, trụ và các máy cơng cụ hạng nặng.
Ngồi dẫn ra cịn 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.
-

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,
dịng bi chuyển động trong vít me - đai ốc và ống hồi bi đảm bảo dòng bi tuần
hồn liên tục.
2.1.1.2. Các dạng prơfin ren của vít me và đai ốc như sau
Dạng chữ nhật (hình b), dạng hình thang (hình c), dạng nửa cung trịn 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.

16

TIEU LUAN MOI download :


Dạng nửa cung trịn (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 trịn, nó cịn
cho phép truyền động không rơ hoặc chọn được độ dôi của đường kính viên bi.
Cịn ở dạng nửa trịn 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) .

1.Các thơng số đầu vào
-

Loại máy CNC : phay

-

Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT:
Phay mặt đầu
Dao có 6 lưỡi (z=6), đường kính D= 80mm
Tiêu chuẩn quốc gia : JIS
Vật liệu S45C
Grade 4040

Vận tốc : v= 100 m/ph
17

TIEU LUAN MOI download :



Chiều sâu cắt : t= 1,2 mm
Lượng chạy dao phút : F=900 mm/ph
-

Khối lượng lớn nhất của chi tiết : M =300 Kg

-

Khối lượng bàn máy X: M1=140kg

-

Khối lượng bàn máy Y: M2=220kg

-

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

-

Vmax: Tốc độ dịch chuyển lớn nhất của bàn máy

-

Tốc độ vòng động cơ : Nmax = 2000 rpm
Chiều dài làm việc max:

-


Các thơng số hình học của hệ dẫn động

-

Fm, Fmz: Lực cắt

-

Chế độ làm việc : chế độ phay mặt đầu , 6 lưỡi cắt .

Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công :

1

Vận tốc chạy lớn nhất khi gia cơng có lực :

2

= 20 / ℎ
= 12 m/ph

amax: Gia tốc lớn của bàn máy : amax = 0.50g m/

2

Lt: Tuổi thọ của vít me : 05 đến 07 năm
= 1300

2.1.2.1 Chọn kiểu lắp ổ đỡ


-

2 đầu lắp chặt : fixed-fixed
Ưu điểm : hệ thống cứng vững , chịu được tải lớn.
Nhược điểm : do cố định 2 đầu nên dễ bị cong vênh khi thay đổi các điều
kiện bên ngoài như nhiệt độ ….

18

TIEU LUAN MOI download :


Hình 2.5. Sơ đồ 1 lắp đặt ổ đỡ

-

1 đầu lắp chặt -1 đầu tùy chỉnh : fixed- supported
Ưu điểm : Tránh được cong vênh khi thay đổi điều kiện bên ngồi.
Chịu được tải lớn.

Hình 2.6. Sơ đồ 2 lắp ổ đỡ

-

1 đầu lắp chặt – 1 đầu để tự do : fixed – free
Ưu điểm : Không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện bên ngoài.
Nhược điểm : Chịu tải kém , dễ cong vênh.

Hình 2.7. Sơ đồ 3 lắp ổ đỡ


19

TIEU LUAN MOI download :


Do vậy , chúng ta chọn kiểu lắp ổ đỡ 1 đầu chặt – 1 đầu tùy chỉnh cho
máy CNC

2. Bước vít me (l)
l≥

=

20000

= 10(

)

2000

Chọn l = 10mm

3. Lực cắt chính của máy

= 6 = 0,383 (mm/răng)
( Theo cơng thức trong cuốn Sổ tay CN-CTM tập 2- trang 26)
Chiều dài tham gia làm việc (ae) và chiều dài bắt đầu tham gia làm việc (aei)
Chọn ae và aei sao cho : ae + aei = = 80mm
Ta chọn: ae= 80mm , aei= 0

Góc cắt chính ( ) thường chọn
ᵞ

ᵞ=60˚

Sau khi tính tốn, kết hợp số liệu đề bào cho, điền vào bảng ta được kết quả
như trong hình:

20

TIEU LUAN MOI download :


Momen xoắn cắt :Mc =83 Nm
 Lực cắt chính: Fm = 2Mc/Dc = 2.83/0,08 =2075N = 207,5 kgf

Tính tốn lựa chọn trục vít , ổ lăn cho bàn máy di chuyển
theo trục Y
4.

4.1. Điều kiện làm việc và các thông số được tính chọn
-

Điều kiện làm việc:
Lực chống trượt : F = ( + 1 + 2) =0,1.(300.10 + 140.10 + 220.10) =660N=66 (kgf)

-

Các thơng số sẽ được tính chọn:
Loại ổ bị, trục vít


-

Cấp chính xác

-

Độ lệch vị trí vì nhiệt

21

TIEU LUAN MOI download :


-

Momen động cơ

4.2. Chọn trục vít ổ bi
4.2.1 Tính tốn lực dọc trục
a. Trường hợp hệ bàn máy – vít me nằm theo phương ngang.

Lực cắt chính của máy: Fm=207,5 kgf
Ta có các cơng thức tính lực dọc trục:

- Tă

- Ch

- Gi

- Gi

- Tă

- Ch

- Gia

- Gi
Với :
Fm: lực cắt chính của máy. Fm =2075N = 207,5 kgf

22

TIEU LUAN MOI download :


Fmz:

μ: H

m: K
f

Giá trị
tính
Kiểu
tốn
gia cơng
Cao tốc

Phay tinh
Phay thơ

F
F

=3

m

Fm: tải trung bình (kgf)

= 1×
: tốc độ trung bình (rpm)

23

:L