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 cơng 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 quá 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.
Lời cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy cơ bởi sự chỉ bảo và giúp đỡ tận
tình để em hoàn thành bản báo cáo đồ án này.

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Nô i dung
LỜI MỞ ĐẦU......................................................................................................................................2

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH NGUN LÝ VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT
I.

Tính năng của máy cần thiết kế
Loại máy phay
Khối lượng lớn nhất của phôi
Chế độ cắt thử tối đa

Vân tốc chạy lớn nhất khi không gia công
Vân tốc chạy lớn nhất khi gia công
Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống
Số rãnh chữ T
Tốc độ trục chính ở chế độ cắt thử
Thời gian hoạt động
Cơ cấu truyền động và truyền dẫn cụm bàn
máy X, Y
AI.

So sánh với một số máy CNC cùng loại
Tiêu chím

Số trục
Khối lượng lớn nhất
của phơi
Đường kính dao lớn
nhất
Hành trình trục X/Y/Z
Số rãnh T

TIEU LUAN MOI download : moi nhat



Tốc độ trục chính
Vân tốc chạy lớn nhất
khi khơng gia cơng và
khi gia cơng có lực
Gia tốc lớn nhất
Khối lượng
 Chọn máy EMCOMILL 750 làm máy tham khảo do có nhiều thông số

tương đồng với máy cần thiết kế.

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


- Bảng thông số kĩ thuật :

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Phân tích động học máy tham khảo

BI.
1.

Truyền dẫn trục chính
Cụm trục chính là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh
ra lực cắt để gọt phơi trong q trình gia cơng
Máy phay CNC EMCOMILL750 sử dụng động cơ motor trực tiếp 15/20
kW , momen xoắn cực đại 100 N/m, tốc độ 50-15000v/ph thông qua bộ
truyền đai tốc độ trục chính tối đa lên đến 12000 v/ph
Phương trình xích động : ntc=ndc . iđ

ntc=12000rpm, ndc=15000rpm => iđ =0.8 là tỉ số truyền

Sơ đồ động truyền dẫn trục chính :
2.

Truyền động chạy dao

Hành trình các trục của máy EMCOMILL750:
+

Trục X : 750 mm

+

Trục Y : 610 mm

+

Trục Z : 500 mm

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Tốc độ chạy dao khi không cắt và khi cắt theo các trục lần lượt là :
+

Trục X : 30/15 v/ph

+


Trục Y : 30/15 v/ph

+

Trục Z : 30/15 v/ph

Độ chính xác vị trí : ±0.001mm
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 : 3000 (v/ph)
tx =10mm (bước vít me)
Sơ đồ động truyền
động chạy dao trục
X, Y :

Chuyển động chạy dao :
+

Chuyển động chạy dao ngang/dọc : là
chuyển động một trục, khi đó bàn máy sẽ di
chuyển để tạo ra chuyển động cắt trong q
trình gia cơng.

+

Chuyển động chạy dao chéo : là chuyển
động 2 trục, khi đó bàn máy Xvà Y sẽ

chuyển động đồng thời tạo ra chuyển động
chéo

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


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 30 (40/60) dao với khối lượng
dao là 8kg và đường kính dao tối đa là 80mm
Quy trình thay dao trên máy :
+

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 :

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Sơ đồ động tổng thể của máy :

IV.

Các cơ cấu đặc biệt

1. Đường dẫn hướng

Nhiệm vụ : dẫn hướng chuyển động cho các bàn
máy X,Y và chuyển động lên xuống theo trục Z của
trục chính
u cầu : thẳng, có khả năng tải cao, độ cứng
vững tốt, trơn khi trượt, không có hiện tượng dính

Kết cấu :
+

Kết cấu chung của dẫn hướng bao gồm : thanh dẫn hướng( xích bi nếu
là dẫn hướng ma sát lăn), xe trượt, đệm khí,…

Một số dạng đường dẫn hướng :
+

Dẫn hướng phẳng: rất dễ sản xuất, chúng cần
có thanh chỉnh thêm để điều chỉnh độ hở và

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


một thanh khóa nhằm ngăn cản việc bàn trượt bị nâng lên;chịu lực
vng góc với mặt dẫn hướng
+

Dẫn hướng V kết hợp với phẳng: chịu lực cắt
ngang nhỏ vì có bề mặt nghiêng, nếu bị mịn
nó sẽ tự điều chỉnh. Một thanh khóa ngăn
cản nâng bàn dao lên

+

Dẫn hướng đi én : mộng đuôi én ngăn
chặn việc bị nâng lên của bàn máy. Với một
thanh chỉnh thêm ta có thể chỉnh độ hở hoặc
cân bằng độ mịn; chi phí sản xuất đắt


+

Đẫn hướng trịn: dễ sản xuất và chính xác.
Đảm bảo chống lại xoay tròn bằng rãnh hoặc
kết hợp với bộ phận dẫn hướng khác

+

Máy sử dụng dẫn hướng dạng đi én

Ưu điểm :
+

Độ chính xác vị trí cao

+

Độ chính xác chuyển động cao, tuổi thọ cao

+

Có thể chuyển động ở tốc độ cao với lực truyền động thấp

+

Khả năng tải bằng nhau theo mọi hướng

+


Cài đặt, bôi trơn dễ dàng, có thể thay thế cho nhau

2. Vít me đai ốc bi

Chuyển động chạy dao tịnh tiến thường đước dẫn động bằng các động cơ
servo quay thông qua cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển động
tịnh tiến là : trục vít me -đai ốc bi
Vít me đai ốc bi là cơ cấu truyền động biến chuyển động quay thành chuyển động
tịnh tiến nhờ biến đổi chuyển động lăn của các viên bi trong thân đai ốc bi, hay
nói các khác nó chuyển đổi momen xoắn thành lực đảo chiều dọc trục.

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Kết cấu : gồm 5 thành phần chính
sau :

1. Trục vít me: được gia cơng 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

hoàn thông 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 :

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


+

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

3. Kẹp dụng cụ

Tháo dụng cụ : khí nén đi vào xy lanh đẩy piston đi xuống,
nén trục kẹp ép lò xo đĩa làm nhả mỏ kẹp, đồng thời khí
nén đi vào tâm trục đẩy dụng cụ ra khỏi trục chính
Kẹp dụng cụ : dao được đưa vào trục chính, khí nén đi vào
buống dưới piston đẩy piston đi lên, lò xo đĩa đẩy trục kẹp
lên, mỏ kẹp đi lên kẹp chặt đuôi dụng cụ.

TIEU LUAN MOI download : moi nhat



CHƯƠNG II : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
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 cơng 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 gối trượt, ray dẫn hướng ( theo hãng PMI )
• Tính chọn vít me.
• Tính chọn động cơ.
Các thông 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 : JIS
Vật liệu: S45C
Grade 4040
Vận tốc : v=100m/ph
Chiều sâu cắt : t=1.2mm
Lượng chạy dao : F=900mm/ph
Khối lượng lớn nhất chi tiết : M=300 kg
Khối lượng bàn máy X/Y : 140/190 kg
Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công : v1 = 18m/ph
Vận tốc chạy lớn nhất khi gia cơng có lưc : v2 = 15m/ph
Gia tốc lớn nhất của hệ thống : a=0.4g = 4m/s2
Thời gian hoạt động : 5-7 năm => Lt=20000h (~ngày làm 8h)
Tốc độ vòng động cơ : Nmax = 6000 rpm


TIEU LUAN MOI download : moi nhat


I.

Tính chọn ray dẫn hướng
1. Quy trình tính tốn
Xác định điều kiện làm việc
Nhịp, số ray thay
đổi
Xác định kiểu
Loại hoặc kích
thước đã thay đổi
Tính tốn tải trọng tác dụng

Tính tốn tải trọng tương đương

Tính hệ số an tồn tĩnh
Kiểm nghiệm hệ số an tồn
No

Yes
Tính tải trọng trung bình

Tính tuổi thọ trung bình
Kiểm tra với tuổi thọ yêu cầu
No

Yes

Xác định độ cứng vững

Xác định độ chính xác

Bơi trơn và chống bụi

Hồn thành

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


2. Tính cho trục X
2.1.

Thơng số đầu vào :

Khối lượng : m1= 300 kg; m2 = 140 kg
Giả sử phôi có dạng lập phương; vật liệu S45C có D=7870 kg/m3
 Kích thước phơi : 366x336x336 mm

Vận tốc tối đa khi gia công: V= 18 m/ph =0.3 m/s
Tổng chiều dài dịch chuyển: ls = 750 mm
Các đoạn di chuyển :
Khoảng cách giữa hai con

+

chạy cùng ray : =410mm
Khoảng cách giữa hai con


+

chạy khác ray: = 286mm
Khoảng cách từ tâm phôi tới

+

tâm bàn máy theo phương song
song với ray dẫn:l3 =0 mm
Khoảng cách từ tâm phôi tới tâm

+

bàn máy theo phương vuông góc
với ray dẫn: l4 = 0 mm
+

Độ cao từ tâm trục vít me tới mặt bàn máy:l5 = 149 mm.

+

Độ cao từ tâm trục vít me tới phơi:l6 = 485 mm.

2.2.
v
t

=
a1


1

v

0,3

=
=0,075 (s ) , X3=X1
=0,01125(m) a3 4
X2 =ls− X1−X3 =0,525 (m)

t 3=


TIEU LUAN MOI download : moi nhat


t 2=

X

2
v =

0,525

0,3 =1,75( s)

t =t1+ t2 +t 3=1,9 (s )


Với a1=a3 =4 m/ s2

Sơ đồ phân bố tải trọng lên ray dẫn hướng

2.3.

Tính tốn chi tiết

Chuyển động đều, lực hướng kính Pn:
P1=

P2=
4
P3=
4
P4 =
4

Chuyển động tăng tốc sang trái , lực Pn la1:

P1 l a1
P2 l a1=P2+

m1 a1 l6 m2 a1 l5
+

2 l1

=1911,5 ( N )



TIEU LUAN MOI download : moi nhat


P3 la1=P3
P4 l a1=P4−

m 1 a1 l 6 m 2 a1 l 5
−

=288,5( N )

2l1

Tải phụ

Pt la
n

1

:
Ptla=
1

−m1 a1 l4
2l1

1


Ptla=
2

Ptla=

4

Chuyển động giảm tốc sang trái

P la
n

3

=0( N )

m1 a1 l4

=0 (N)

2l1

1

Ptla=

m1 a1 l4
2l1

1


3

=0 (N)

−m1 a1 l4

=0(N )

2 l1

1

:
P
1

P2 l a3=P2−

m1 a3 l6 m2 a3 l5
−

=288,5(N )

2l1
P3 la3=P3−

P4 l a3=P4

Tải phụ


Pt la
n

3

:
Ptla=
1

2

−m1 a3 l4

Ptla=
3

Ptla=
1

3

=0(N )

2l1

3

3


=0 ( N)

2l1

3

Ptla=

m1 a3 l4

m1 a3 l4

=0(N )

2 l1

−m1 a3 l4
2l1

=0(N )


TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Chuyển động tăng tốc sang phải

P ra
n


1

:
P
1

m1 a1 l6

P2 r a1=P2−

−

m2 a1 l5

2l1
P3 r a1=P3−

=288,5(N )

2l1

m1 a1 l6 m2 a1 l5
−

=288,5(N )

2 l1
m1 a1 l6

P4 r a1 =P4 +


+

m2 a1 l5

2l1

Tải phụ

Pt ra
n

1

=1911,5( N )

2l1

:
Ptra=
1

2

−m1 a1 l4

Ptra=

−m1 a1 l4


Ptra=

Chuyển động giảm tốc sang phải

P ra
n

3

=0 (N )

2 l1

1

4

=0 (N )

2 l1

1

3

=0( N )

2 l1

1


Ptra=

m1 a1 l4

1

m1 a1 l4

=0 ( N )

2l1

:

P1 r a3=P1−

P2 r a3=P2

P3 r a3=P3

P 4 r a3

Tải phụ

Pt ra
n

3


:
Ptra=
1

3

−m1 a3 l4
2 l1

=0 ( N )


TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Ptra=
2

3

m1 a3 l4

=0 ( N )

2 l1

3

Ptra=


=0 (N )

2 l1

3

Ptra=

4

m1 a3 l4

−m1 a3 l4

=0 ( N )

2l1

3

Tính tốn tải tương đương :
+

Khi chuyển động đều :
PE 1=P1=1100 N
PE2=P2=1 100 N
PE 3=P3=1 100 N
PE4=P4=1100 N

+ Tăng tốc sang trái :

P E 1 l a1=|P1 l a1|+|P t1 l a1|=288,5 ( N )
PE
3

l a1=|P2 l a1|+|P t2 l a1|=1911,5 ( N ) PE

2

l a1=|P3 l a1|+|P t

3

l a1|=1 911 , 5 (N ) PE

4

l a1=|P4 l a1|+|P t4 l a1|=288,5 ( N )

+

Giảm tốc sang trái :
P E 1 l a3=|P1 l a3|+|P t1 l a3|=1 911,5( N )
PE
3

2

l a3=|P2 l a3|+|P t2 l a3|=2 88.5 ( N ) PE

l a3 =|P3 l a3|+|Pt3 l a3|=2 88,5 (N )


P E 4 l a3=|P4 l a3|+|Pt4 l a3|=1 911 , 5 (N )
+

Tăng tốc sang phải :
P E 1 r a1=|P1 r a1|+|P t1 r a1|=1911,5 ( N )
PE

2

r a1=|P2 r a1|+|P t2 r a1|=288,5( N ) PE

3

r a1=|P3 r a1|+|P t3 r a1|=288,5 (N )

PE 4 r a1=|P4 r a1|+|P t4 r a1|=1911,5 ( N )

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


+ Giảm tốc sang phải :
P E 1 r a3=|P1 r a3|+|P t1 r a3|=288,5 (N ) PE
2

r a3=|P2 r a3|+|P t2 r a3|=1911,5 (N ) PE

a3=|P3 r a3|+|P t3 r a3|=19 11, 5 ( N ) PE
a3=|P4 r a3|+|P t


4

3

4

r
r

r a3|=288,5( N )

Tải trọng trung bình :
P

3

P =
m1

√

E

3

P =
m2

P


E2

l a3

P

E3

l a3

P

E4

l a3 X

√
3

1

√

P =
m3

3

P


m4

√

=

Tính hệ số an tồn tĩnh :
f
S

Với máy cơng cụ hệ số an tồn thấp nhất :
2.5
Điều kiện tải trọng tĩnh :

f ≥
S

C O ≥ 19 11 ,5. f S=1911 , 5× 2.5=4775 ,75 ( N )

Tuổi thọ danh nghĩa của các băng trượt của ray dẫn hướng :
C
f w Pmi

3

) .50 ≥ L

Tốc độ vòng n để thực hiện một chu trình :

n=


60

Li=(

60
2t =2 × 1,9 =15,8(chutrình/ ph)

Với tuổi thọ danh nghĩa tính theo km :
L 2 l 60 n
S
L= h
= 20000 ×2 ×1.5 ×60 ×1 5 , 8 =2 8440(km)
103

103


TIEU LUAN MOI download : moi nhat