MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU

T

CHƯƠNG 1 : TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY……………………………

4

1.1. TÍNH TỐN VÀ TRA CÁC THƠNG SỐ CẮT………………………………………….
4
1.2.TÍNH TỐN LỰC CẮT…………………………………………………………………....
5
CHƯƠNG 2 : TÍNH CHỌN CHO TRỤC X………………………………………….

6

6
2.1. TÍNH VITME BI…………………………………………………………………………..
6
2.1.1.Sơ đồ tính vít me bi ………………………………………………………………………..
9
2.1.2.Thơng sơ ban đầu…………………………………………………………………………..
10
2.1.3.Tính chọn trục vít………………………………………………………………………….
8

2.1.4.Kiểm nghiệm trục vít………………………………………………………………………
11

2.2.TÍNH CHỌN Ổ LĂN……………………………………………………………………….

12

2.2.1.Sơ đồ tính ổ lăn…………………………………………………………………………….
12

2.2.1.Chọn sơ bộ ổ lăn ……………………………………………………………………………
12

2.2.1.Kiểm nghiệm độ bền cho ổ lăn……………………………………………………………...
13

2.3.TÍNH CHỌN RAY DẪN HƯỚNG. ………………………………………………………..
13

2.3.1.Sơ đồ tính ray dẫn hướng ………………………………………………………………….
14

2.3.1. Tính tốn lực ……………………………………………………………………………….
17

2.3.2. Chọn ray dẫn hướng ……………………………………………………………………….
17

2.4.TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ……………………………………………………………………
20
CHƯƠNG 3 : TÍNH CHỌN CHO TRỤC Y…………………………………………..

20

3.1. TÍNH VITME BI…………………………………………………………………………….

20
3.1.1.Sơ đồ tính vít me bi …………………………………………………………………………
21
3.1.2.Thơng sơ ban đầu……………………………………………………………………………
21
22
3.1.3.Tính chọn trục vít…………………………………………………………………………..
Vũ Minh Hiếu

1


22
3.1.4.Kiểm nghiệm trục vít……………………………………………………………………….
25
3.2.TÍNH CHỌN Ổ LĂN……………………………………………………………………….
25
3.2.1.Sơ đồ tính ổ lăn…………………………………………………………………………….
26
3.2.1.Chọn sơ bộ ổ lăn ……………………………………………………………………………
26
3.2.1.Kiểm nghiệm độ bền cho ổ lăn……………………………………………………………..
27
3.3.TÍNH CHỌN RAY DẪN HƯỚNG. ……………………………………………………….
27
3.3.1.Sơ đồ tính ray dẫn hướng ………………………………………………………………….
31
3.3.1. Tính tốn lực ……………………………………………………………………………….
31
3.3.2. Chọn ray dẫn hướng ……………………………………………………………………....

32
3.4.TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ …………………………………………………………………..
33
CHƯƠNG 4 : THƠNG SỐ KĨ THUẬT……………………………………………………....
4.1.Truc X…………………………………………………………………………………….…33
4.2.Trục Y………………………………………………………………………………….……33
34
CHƯƠNG 5 : BẢN VẼ LẮP…………………………………………………………………..
5.1.MƠ HÌNH BẢN VẼ 3D……………………………………………………………………35
5.2.BẢN VẼ LẮP ………………………………………………………………………….….35
5.3.MÔ PHỎNG LẮP BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORK 2011…………………………36
KẾT LUẬN……………………………………………………………………………………36
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………………36

Vũ Minh Hiếu

2


LỜI NÓI ĐẦU
Máy phay CNC là một trong những thành tựu của tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới. Nó
ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo máy, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí chính xác và tự
động hóa. Sự ra đời của máy CNC đã giải quyết được những nhiệm vụ cấp bách hiện nay là tự động
hố q trình sản xuất và nhất là sản xuất hàng loạt nhỏ, sản xuất linh hoạt.
Những ưu điểm nổi bật của máy CNC so với máy thơng thường:
- Nâng cao tính tự động
- Nâng cao tính tập trung ngun cơng
- Nâng cao tính chính xác và đảm bảo chất lượng gia công
- Nâng cao hiệu quả kinh tế
Đề tài này đi sâu vào việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phay CNC nhằm ứng dụng vào

giảng dạy, học tập và sản xuất một cách có hiệu quả.
Mục tiêu : Có thể chế tạo được một máy CNC 3 trục đơn giản phục vụ cho sản xuất.
Mục đích: Hiểu kĩ hơn về cơng nghệ CNC phục vụ cho quá trình học tập và nghiên cứu.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy: TS Nguyễn Anh Tuấn đã chỉ dậy em tận tình trong suối quá trình
làm đồ án “ Thiếu kế hệ thống Cơ Điện Tử 1” này.

Vũ Minh Hiếu

3


CHƯƠNG 1: TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY
1.1. TÍNH TỐN VÀ TRA CÁC THƠNG SỐ CẮT
Tính tốn các thơng số cắt tính được từ chế độ cắt SVT:
Phay mặt đầu, 6 lưỡi cắt , D=80mm. JIS , v=100m/phút, t=1,2mm, F=900mm/phút

Tốc độ tiến dao :
F = S z .nr .ntc = S z .nr .

F
900
v
(mm / min) → Lượng chạy dao răng : S z =
=
= 0,37( mm)
v
100000
D
nr
6

D
 80

Chiều rộng phay B :
D=(1,25-1,5) B → B=(0,67-0,8) D = 53-64 (mm) lấy B= 56 mm
Điền các thơng số vào trang tính toán
/>
Vũ Minh Hiếu

4


→ Mơ men cắt : 𝑀𝑐 = 61 𝑁𝑚
1.2. TÍNH TỐN LỰC CẮT
Theo cơng thức tính lực cắt chính lực cắt chính ta có:
𝑃𝑚 = 𝑃𝑧 =

2.1000. 𝑀𝑐 2.1000.61
=
= 1525 𝑁
𝐷
80

Theo bảng tỷ số lực cắt khi phay theo tài liệu [2] trang T35 :
Lực hướng kính :
Py = (0,3 − 0,4)Pm ; Lấy Py = 0,35.1445 = 534 N
Vậy lực lớn nhất theo phương nằm ngang là :
𝑃𝑛 = √𝑃𝑦 2 + 𝑃𝑧 2 = √5342 + 15252 = 1616 𝑁
Lực cắt theo phương z (phương thẳng đứng): 𝐹𝑚𝑧 = 0 do 𝑃𝑥 = 0
Vũ Minh Hiếu


5


CHƯƠNG 2 : TÍNH CHỌN CHO TRỤC X.
2.1. TÍNH VITME BI.
2.1.1.Sơ đồ tính :
Điều kiện làm việc

Chọn chiều dài trục vít
Tính chọn bước vít

Khơng đảm bảo

Tính hệ số tải trọng động
Xác định kiểu lắp ổ lăn
Tính đường kính trục vít

Kiểm tra tuổi thọ làm việc

Kiểm tra tải trọng tới hạn của trục vít

Khơng đảm bảo

Chọn vít me bi

Kiểm tra tốc độ quay cho phép
Kiểm tra ứng suất cho phép

Kết thúc


Vũ Minh Hiếu

6


2.1.2.Thông số ban đầu :
Trọng lượng phôi : W1=500 kg
Trọng lượng bàn X : W2=140 kg
Chiều dài làm việc : Smax=1000 mm
Tốc độ dịch chuyển max : Vmax = V1 = 18m/phút = 0.3 m/s
Tốc độ gia công max : V2 = 15 m/phút = 0.25 m/s
Gia tốc max : a = 0.4g (m/s2)
Tuổi thọ : Lt = 20000h
Hệ số ma sát trượt : µ = 0.1
Tốc độ động cơ : Nmax = 2000 rpm
2.1.3.Tính chọn trục vít
•

Chọn phương án lắp vòng bi 1 đầu cố định và 1 đầu tùy chỉnh :

•

Chiều dài trục vít :

L= Chiều dài dịch chuyển + Chiều dài ổ bi + Chiều dài vùng thốt
L=1000+180+100=1280 mm ≈ 1300 mm
•

Chọn bước vít :


Bước vít : l 

Vmax 18000
=
= 9(mm)
N max
2000

Vậy phải chọn trục vít bước vít : l >9 mm chọn l= 10 để tính toán.
Vũ Minh Hiếu

7


•

Tính khả năng tải động :

Điều kiện làm việc :
Tổng khối lượng : m = 𝑊1 + 𝑊2 = 500 + 140 = 640𝑘𝑔
Chạy nhanh dần: 𝐹𝑎1 = µ𝑚𝑔 + 𝑚𝑎 = 0,1.640.9,8 + 640.0,4.9,8 = 3136𝑁
Chạy đều: 𝐹𝑎2 = µ𝑚𝑔 = 0,1.640.9,8 = 627,2𝑁
Chạy chậm dần: 𝐹𝑎3 = µ𝑚𝑔 − 𝑚𝑎 = 0,1.640.9,8 − 640.0,4.9,8 = −1881,6𝑁
Gia công: 𝐹𝑎4 = 𝐹𝑛 + µ(𝑚𝑔 + 𝐹𝑚𝑧 ) = 1616 + 0,1(640.9,8 + 0) = 2243,2𝑁
Tính Ca:
𝐶𝑎 = (60. 𝑁𝑚 . 𝐿𝑡 )1⁄3 . 𝐹𝑎4 . 𝑓𝑤 .

10−2
10−2

= (60.1500.20000)1⁄3 . 2243,2.1,5.
= 4176,6 (𝑘𝑔𝑓)
𝑔
9,8

Hệ số tải trọng : fw=1.5 chế độ trung bình theo tài liệu [1] trang 19.
Vậy phải chọn Ca ≥ 4176,6 kgf.
•

Chọn đường kính trục vit me :

nL2 −7 vmax L2 −7 18000 13002 −7
dr 
10 =
10 =
10 = 20,1(mm)
f
l f
10 15,1
Trong đó :
Kiểu lắp ổ bi : 1 đầu cố định 1 đầu tùy chỉnh nên : f=15,1 theo tài liệu [1] trang 14.
Vậy với : l=10 mm thì chọn dr > 20,1 mm
•

Chọn vít me bi :

Từ điều kiện tải trọng Ca và bước vít ta tra trong catalog của nhà sản xuất PMI ta chọn series sau :
40-10B2-FSWC
Với thông số: dr = 40 mm, l= 10 mm, Ca=5220 (kgf)
2.1.4.Kiểm nghiệm trục vít .

•

Tuổi thọ làm việc :

𝐿𝑡 = (𝐹

𝐶𝑎

𝑚 .𝑓𝑤

Vũ Minh Hiếu

3

1

5220

3

1

) . 106 . 60𝑛 = (228,9.1,5) . 106 . 60.1800 = 32538(ℎ) > 20000(ℎ)
8


→ Thỏa mãn độ bền về thời gian sử dụng .
Với: 𝐹𝑚 =

2243,2

𝑔

=

2243,2
9,8

= 228,9(𝑘𝑔𝑓), 𝑛 =

𝑉1
𝑙

=

18000
10

= 1800(𝑟𝑝𝑚)

Hệ số tải trọng : fw=1.5 chế độ trung bình theo tài liệu [1] trang 19.
•

Tính tải trọng tới hạn của trục vit :

𝜋 2 𝑛𝐸𝐼
𝑑𝑟 4 3
404
𝑃=𝛼
= 𝑚 2 10 = 10,2
103 = 15450(𝑘𝑔𝑓) > 𝐹𝑚𝑎𝑥 = 228,9(𝑘𝑔𝑓)

𝐿2
𝐿
13002
Trong đó : m= 10,2 do lắp theo kiểu 1 đầu cố định và 1 đầu điều chỉnh được .
→ Do vậy vit me đảm bảo an tồn .
•

Tốc độ quay cho phép :

ncp = f .

dr 7
40
.10 = 15,1.
.107 = 3573( rpm)  vmax = 1800( rpm)
2
2
L
1300

Trong đó: f=15,1 vì lắp theo kiểu 1 đầu cố định và 1 đầu điều chỉnh được
•

Kiểm tra ứng suất cho phép :

𝜎=

𝐹
𝐹𝑚𝑎𝑥
2243,2

=
=
= 1,79. 106 (𝑁/𝑚2 )
2
𝐴 𝜋𝑑𝑟 /4 𝜋(40. 10−3 )2 /4

=

Tmax r TL r 25.40 /1000
=
=
= 2, 04.106 ( N / m2 )
−7
J
J
1, 48.10

Với : J =

1
 (40 /1000)4
 dr 4 =
= 1, 48.10−7 (m4 )
32
32

TL được xác định như sau :
+ Momen quán tính khối :
Js =


-

Trục vitme :


32

D 4 L = 25,5(kgf .cm 2 ) Với :  = 7,8.10−3 (kg / cm2 ); D = 4(cm); L = 130(cm)

Phần dịch chuyển :
1

2

𝐽𝑤 = 𝑊 (2𝜋) = 16,21 (𝑘𝑔. 𝑐𝑚2 ) Với: 𝑊 = 𝑚 = 𝑊1 + 𝑊2 = 640(𝑘𝑔); 𝑙 = 1(𝑐𝑚)
Vũ Minh Hiếu

9


-

Phần ghép nối :

J c = 40( kg.cm 2 )

-

Tổng monen quán tính :


𝐽𝐿 = (𝐽𝑠 + 𝐽𝑤 + 𝐽𝑐 ). 10−4 = 817. 10−5 (𝑘𝑔. 𝑚2 )
+ Mô men lực quay :
𝑇𝑝 = 𝑘

Mô men đặt trước :
𝐹𝑎0 𝑙
747,7.0,01
= 0,3
= 0,36(𝑁𝑚)
2𝜋
2𝜋

Trong đó tải trọng đặt trước : 𝐹𝑎0 =
-

𝐹𝑚𝑎𝑥
3

=

2243,2
3

= 747,7𝑁

Momen phát động khi chạy đều :
𝐹 𝑙

𝑎
𝑇1 = 𝑇𝑝 + 2𝜋𝜂

= 0,36 +

627,2.0,01
2𝜋.0,9

= 1,5 (𝑁𝑚)

Với : 𝐹𝑎 = 𝐹𝑎2 = 627,2𝑁; 𝜂 = 0,9; 𝑙 = 0,01𝑚

Fa = Fa 2 = 431, 2( N ); = 0,9; l = 0,01(m)
-

Chạy nhanh dần:

𝑇2 = 𝑇1 + 𝜀. 𝐽𝐿 =1,5 + 2463.817.10−5 = 21,6 (𝑁𝑚)
Với: ε =
-

2𝜋𝑎
𝑙

=

2𝜋.0,4𝑔
0,01

𝑟𝑎𝑑

= 2463 ( 𝑠2 )


Chạy khi gia công :

𝑇3 = 𝑇𝑝 +

𝐹𝑎4 𝑙
2243,2.0,01
= 0,36 +
= 4,3 (𝑁𝑚)
2𝜋𝜂
2𝜋. 0,9

Chạy chậm dần :
𝑇4 = 𝑇1 − 𝜀𝐽𝐿 = 1,5 − 2460.817. 10−5 = −18,6 (𝑁𝑚)

+ Do đó momen phát động cần thiết:
𝑇𝐿 = max(𝑇𝑖 )𝑖=1…4 = 21,6 𝑁𝑚

Vậy :
Vũ Minh Hiếu

10


𝜎𝑚𝑎𝑥 = √𝜎 2 + 𝜏 2 = 2,71. 106 (N/𝑚2 ) < [𝜎] = 1,1. 108 (N/𝑚2 )
→ Trục vít đủ bền
2.2.TÍNH CHỌN Ổ LĂN .
2.2.1.Sơ đồ tính .
Điều kiện làm việc

Chọn sơ bộ ổ lăn

Kiểm nghiệm khả năng tải động
Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh
Kết thúc

2.2.2.Thông số đầu vào
Fat=Fmax=2243,2 (N)
Fr nhỏ vì lực hướng tâm được 2 ray dẫn hướng chịu lực.
Lh=20000(h)
Nhiệt độ làm việc dưới 1050C
Fat

Sơ đồ lắp ổ Bi cho trục vit me bi

2.2.3.Chọn sơ bộ ổ lăn
Chọn 2 ổ bi chặn có ký hiệu: 8307
d=35 mm ; D= 68 mm ; H=24mm ; r1= 0,5 mm ; C=40,8kN ; C0=85 kN (T264)
Chọn ổ đỡ chặn có kí hiệu: 1000906
Vũ Minh Hiếu

11


d= 30mm ; D=27 mm; B=9mm ; r=0,5 mm; C=5,59 kN; C0=4,06 kN
2.2.4.Kiểm nghiệm độ bền cho ổ lăn
a.Tính cho ổ chặn đỡ :
-

Kiểm nghiệm khả năng tải động :

Tải trọng quy ước : Q = (0,5 XVFr + YFa )kt kd Theo tài liệu [2] mục : 11.15 T219

Trong đó :
kt : Hệ số ảnh hưởng đến nhiệt độ .
Khi θ < 105 thì kt=1 và khi 2050 C > θ > 1050 C thì kt = (108 + 0, 4 ) /150 .Ở đây lấy kt = 1.
kd: Hệ số tải trọng động tra theo bảng 11.3 T215. Ta được kd = 1,2.
Theo bảng 11.4 tài liệu [2] trang 216 .Ổ bi chặn ta có : X=0,Y=1
Tổng hợp lực dọc trục : Fa = 0,5Fr e + Fat Theo tài liệu [2] mục 11.5a trang 219.
Do Fr có thể bỏ qua nên :𝐹𝑎 = 𝐹𝑎𝑡 = 2243,2𝑁
Nên : 𝑄 = 𝑌𝐹𝑎𝑡 𝑘𝑡 𝑘𝑑 = 1.2243,2.1.1,2 = 2691,8𝑁 = 2,7𝑘𝑁
Tuổi thọ tính theo triệu vịng :
𝐿=

60. 𝑁. 𝐿𝑡 60.1500.20000
=
= 1800 (𝑡𝑟𝑖ệ𝑢 𝑣ò𝑛𝑔)
106
106

𝐶𝑑 = 𝑄. 𝐿1/3 = 2,7. 18001/3 = 32,8 (𝑘𝑁) < 𝐶 = 40,8 𝑘𝑁

→ Đảm bảo khả năng tải động .
-

Kiểm nghiệm khả năng tải tỉnh :

Qt = X 0 Fr + Y0 Fa Tra bảng : 11.6 T221 với ổ bi đỡ chặn α=12 0 ta được :X0 = 0,5 và Y0 = 0,47
Ta được : 𝑄𝑡 = 𝑋0 𝐹𝑟 + 𝑌0 𝐹𝑎 = 0,5.0 + 0,47.2243,2 = 1054,3(𝑁) = 1,1𝑘𝑁 < 85𝑘𝑁
→ Đảm bảo khả năng tải tĩnh .
b.Tính cho ổ đỡ.
Vì lực hướng tâm nhỏ do lực này được 2 ray dẫn hướng cho nên lực này có thể bỏ qua và ổ đỡ đủ bền.
2.3.TÍNH CHỌN RAY DẪN HƯỚNG.

Vũ Minh Hiếu

12


2.3.1.Sơ đồ tính .
Điều kiện làm việc

Tính tốn lực theo mơ hình làm việc

Tính khả năng tải tĩnh giới hạn

Tính khả năng tải động giới hạn

Chọn ray dẫn hướng

Kết thúc

2.3.2.Thông số đầu vào
Khối lượng : m1= 500 kg; m2 = 140 kg
Vận tốc : v = 0,3 (m/s)
Các giai đoạn :
t1 =

v
0,3
1
=
= 0, 076( s ), X 1 = a1t12 = 0, 0115( m)
a1 0, 4.9,8

2

t3 =

v
0,3
=
= 0, 076( s), X 3 = X 1 = 0, 0115( m)
a3 0, 4.9,8

X 2 0,977
=
= 3, 26( s ), X 2 = S max − X 1 − X 3 = 0,977(m)
v
0,3
t = t 1 +t2 + t3 = 3, 4( s )
t2 =

Gia tốc : a1 = 3,92 m/s2 ; a3 = 3,92 m/s2

Vũ Minh Hiếu

13


Tổng chiều dài dịch chuyển :
ls = 1000 (mm)
Các đoạn di chuyển :
l1 = 410 mm, l2 = 290 mm ; l3 = 100 mm ; l4 = 60 mm ; l5 = 100 mm ; l6 = 350 mm
2.3.3.Tính tốn lực .

•
-

Tính các lực riêng rẽ :
Chuyển động đều, lực hướng kính Pn :

P1 =

m1 g m1 gl3 m1 gl4 m2 g
−
+
+
= 1477,3(N)
4
2l1
2l2
4

P2 =

m1 g m1 gl3 m1 gl4 m2 g
+
+
+
= 2672,5(N)
4
2l1
2l2
4


-

P3 =

m1 g m1 gl3 m1 gl4 m2 g
+
−
+
= 1658,7 (N)
4
2l1
2l2
4

P4 =

m1 g m1 gl3 m1 gl4 m2 g
−
−
+
= 463,5(N)
4
2l1
2l2
4

Chuyển động tăng tốc sang trái , lực Pnla1

Pla
1 1 = P1 −


m1a1l6 m1a1l5
−
= 401,7(N)
2l1
2l1

Vũ Minh Hiếu

P3la1 = P3 +

m1a1l6 m1a1l5
+
= 2734,3 (N)
2l1
2l1
14


P2la1 = P2 +

m1a1l6 m1a1l5
= 3748,1 (N)
+
2l1
2l1

P4la1 = P4 −

m1a1l6 m1a1l5

= -612,1(N)
−
2l1
2l1

Tải phụ Pnt1a1 :
Pt1la1 = −

m1a1l4
= -143.4 (N)
2l1

Pt3la1 =

m1a1l4
= 143,4 (N)
2l1

Pt2la1 = −

m1a1l4
= -143,4 (N)
2l1

Pt4la1 = −

m1a1l4
= -143,4 (N)
2l1


Chuyển động giảm tốc sang trái

-

𝑃1 𝑙𝑎3 = 𝑃1 +

𝑚 1 𝑎3 𝑙 6

𝑃2 𝑙𝑎3 = 𝑃2 −

𝑚1 𝑎3 𝑙6

2𝑙1

2𝑙1

+

𝑚2 𝑎3 𝑙5

−

𝑚2 𝑎3 𝑙5

2𝑙1

2𝑙1

𝑃3 𝑙𝑎3 = 𝑃3 −


= 2380,8 (N)

𝑃4 𝑙𝑎3 = 𝑃4 +

= 1769(N)

𝑚 1 𝑎3 𝑙 6
2𝑙1

𝑚1 𝑎3 𝑙6
2𝑙1

+

−

𝑚2 𝑎3 𝑙5
2𝑙1

𝑚 2 𝑎3 𝑙 5
2𝑙1

= 755,2 (N)

= 1367 (N)

Tải phụ Pn t1la3 :
Pt1la3 =

m1a3l4

= 143,4 (N)
2l1

Pt2la3 = −

-

Pt3la3 = −

m1a3l4
= - 143,4(N)
2l1

Pt4la3 =

m1a3l4
= -143,4 (N)
2l1

m1a3l4
= 143,4 (N)
2l1

Chuyển động tăng tốc sang phải Pn ra1 :

Pra
1 1 = P1 +

m1a1l6 m2 a1l5
= 2380,8(N)

+
2l1
2l1

P2 ra1 = P2 −

m1a1l6 m2 a1l5
−
= 1769 (N)
2l1
2l1

P3 ra1 = P3 −

P4 ra1 = P4 +

m1a1l6 m2 a1l5
−
= 755,2 (N)
2l1
2l1

m1a1l6 m2 a1l5
+
= 1367(N)
2l1
2l1

Tải phụ Ptn ra1 :
Pt1ra1 =


m1a1l4
= 143,4 (N)
2l1

Pt2 ra1 = −

-

m1a1l4
= - 143,4 (N)
2l1

Pt3 ra1 = −

Pt4 ra1 =

m1a1l4
= - 143,4 (N)
2l1

m1a1l4
= 143,4 (N)
2l1

Chuyển động giảm tốc sang phải Pn ra3 :

Vũ Minh Hiếu

15



Pra
1
3 = P1 −

m1a3l6 m1a3l5
= 401,7 (N)
−
2l1
2l1

P2 ra3 = P2 +

m1a3l6 m1a3l5
= 3748 (N)
+
2l1
2l1

P3 ra3 = P3 +

P4 ra3 = P4 −

m1a3l6 m1a3l5
= 2734,3 (N)
+
2l1
2l1


m1a3l6 m1a3l5
= -612 (N)
−
2l1
2l1

Tải phụ Ptn ra1 :
Pt1ra3 = −

Pt2 ra3 =

•
-

m1a3l4
= - 143,4(N)
2l1

m1a3l4
= 143,4 (N)
2l1

Pt3 ra3 =

m1a3l4
= 143,4 (N)
2l1

Pt4 ra3 = −


m1a3l4
= - 143,4 (N)
2l1

Tính toán tải tương đương :
Khi chuyển động đều :

PE1 = P1 = 1477,3 (N)

PE 3 = P3 = 1658,7 (N)

PE 2 = P2 = 2672,5 (N)

PE 4 = P4 = 463,5 (N)

-

Tăng tốc sang trái :

PE1la1 = Pla
1 1 + Pt1la1 = 545,1 (N)

PE 3la1 = Pla
3 1 + Pt3la1 = 2877,7 (N)

PE 2la1 = P2la1 + Pt2la1 = 3891,5 (N)

PE 4la1 = P4la1 + Pt4la1 = 755,5 (N)

-


Giảm tốc sang trái :

PE1la3 = Pla
1 3 + Pt1la3 = 2524,2 (N)

PE 3la3 = Pla
3 3 + Pt3la3 = 898,6 (N)

PE 2la3 = P2la3 + Pt2la3 = 1912,4 (N)

PE 4la3 = P4la3 + Pt4la3 = 1510,4 (N)

-

Tăng tốc sang phải :

PE1ra1 = Pra
1 1 + Pt1ra1 = 2524,2 (N)

PE 3ra1 = P3ra1 + Pt3ra1 = 898,6 (N)

PE 2 ra1 = P2 ra1 + Pt2 ra1 =1912,4 (N)

PE 4 ra1 = P4 ra1 + Pt4 ra1 =1510,4 (N)

-

Giảm tốc sang phải :


PE1ra3 = Pra
1 3 + Pt1ra3 = 545,1 (N)
Vũ Minh Hiếu

PE 3ra3 = P3ra3 + Pt3ra3 = 2877,7 (N)
16


PE 2 ra3 = P2 ra3 + Pt2 ra3 = 3891,5 (N)
•

PE 4la3 = P4la3 + Pt4la3 = 755,5 (N)

Tính tải trọng trung bình :
3

3 𝑋 +𝑃 𝑙𝑎 3 𝑋 +𝑃 𝑟𝑎 3 𝑋 +𝑃 3 𝑋 +𝑃 𝑟𝑎 3 𝑋
𝑃𝐸1 𝑙𝑎13 𝑋1 +𝑃𝐸1
2
𝐸1 3 3
𝐸1 1 1
𝐸1
3 3
𝐸1 2

𝑃𝑚1 = √
3

2𝑙𝑆


3 𝑋 +𝑃 𝑙𝑎 3 𝑋 +𝑃 𝑟𝑎 3 𝑋 +𝑃 3 𝑋 +𝑃 𝑟𝑎 3 𝑋
𝑃𝐸2 𝑙𝑎13 𝑋1 +𝑃𝐸2
2
𝐸2 3 3
𝐸2 1 1
𝐸2
3 3
𝐸2 2

𝑃𝑚2 = √
3

2𝑙𝑆

3
3
𝑃𝐸3 𝑙𝑎13 𝑋1 +𝑃𝐸3
𝑋2 +𝑃𝐸3 𝑙𝑎33 𝑋3 +𝑃𝐸3 𝑟𝑎13 𝑋1 +𝑃𝐸3
𝑋2 +𝑃𝐸3 𝑟𝑎33 𝑋3

𝑃𝑚3 = √
3

2𝑙𝑆

3 𝑋 +𝑃 𝑙𝑎 3 𝑋 +𝑃 𝑟𝑎 3 𝑋 +𝑃3 𝑋 +𝑃 𝑟𝑎 3 𝑋
𝑃𝐸4 𝑙𝑎13 𝑋1 +𝑃𝐸4
2
𝐸4 3 3
41 1 1

𝐸4
3 3
𝐸4 2

𝑃𝑚4 = √

2𝑙𝑆

= 1494,3 (N)
= 2687,3 (N)
= 1679,9 (N)
= 521,5 (N)

2.3.4.Tính chọn ray dẫn hướng .
•

Tính hệ số an tồn tĩnh :
𝑓𝑠 =

𝐶0
𝐶0
𝐶0
=
=
𝑡𝑑
𝑃𝐸2 𝑙𝑎1
3891,5
𝑃𝑚𝑎𝑥

Với máy công cụ theo tài liệu [1] trang 35 hệ số an toàn thấp nhất :


f s  2,5
Vậy điều kiện tải trọng tĩnh :
𝐶0 ≥ 3891,5. 𝑓𝑠 = 3891,5.2,5 = 9728,8(𝑁) = 9,7(𝑘𝑁)
•

Tính tuổi thọ danh nghĩa của các băng trượt của ray dẫn hướng :
3

 C 
Li = 
 .50  L(km)
 f w Pmi 
Với tuổi thọ danh nghĩa tính theo km :
L=

Lh .2ls .n.60 20000.2.1.8,8.60
=
= 21120(km)
103
103

Trong đó n là tốc độ vịng để thực hiện 1 chu trình hành trình hồn chỉnh :
n=

Vũ Minh Hiếu

60
60
=

= 8,8(ct / min)
2t 2.3, 4
17


Vậy :
3

𝐿

3

𝐿

3

21120

C ≥ 𝑓𝑤 𝑃𝑚𝑖 √50 = 𝑓𝑤 𝑃𝑚2 √50 = 1,5.2687,3. √

50

= 30244,7(N) ≈ 30,2(kN)

Trong đó hệ số tải trong fw tra trong tài liệu [1] trang 38.
Từ điều kiện về tải trọng tĩnh và tải trọng động ta tra trong catalog của nhà sản xuất PMI chọn series :
MSA 20LA
Với các thông số :Hệ số tải động : C=23,3 (kN), Hệ số tải tỉnh : C0=39,3(kN)

3.4.TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ

→ Chọn động cơ secvo điều khiển quỹ đạo cho trc X :
ã

Momen ma sỏt :

=

ã
M wz =

ã

à() 640.9,8.0,1.0,01. cos (0)
=
= 1,1(𝑁𝑚)
2𝜋𝑖𝜂
2𝜋. 1.0,9

Momen thắng lực kết cấu :
mgh cos(  )
= 0 Vì : β =90 0
2 i

Tính momen máy :

𝑀𝑚𝑎𝑐ℎ =
•

𝐹𝑚𝑎𝑥 . ℎ 2243,2.0,01
=

= 3,97(𝑁𝑚)
2𝜋𝑖𝜂
2𝜋. 1.0,9

Tính monen tĩnh :

𝑀𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 𝑀𝑓𝑟𝑖𝑐 + 𝑀𝑤𝑧 + 𝑀𝑚𝑎𝑐ℎ = 5,07 (𝑁𝑚)

•
n=

Tốc độ quay của motor :

vmax i 18000.1
=
= 1800(v / min)
h
10

Dựa vào momen tĩnh và tốc độ của motor chọn động cơ : AM1150A của hãng ANILAM có Momen
khởi động 9.0(Nm) tốc độ quay lớn nhất : Vmax= 3000 v/min
Đồng thời chọn inventer SA301A của hãng ANILAM có : I Ninverter = 7,5( A)  I 0.Motor = 7, 2( A)
Vũ Minh Hiếu

18


CHƯƠNG 3 : TÍNH CHỌN CHO TRỤC Y.
2.1. TÍNH VITME BI.
2.1.1.Sơ đồ tính :

Điều kiện làm việc

Chọn chiều dài trục vít
Tính chọn bước vít

Khơng đảm bảo

Tính hệ số tải trọng động
Xác định kiểu lắp ổ lăn
Tính đường kính trục vít

Kiểm tra tuổi thọ làm việc

Kiểm tra tải trọng tới hạn của trục vít

Khơng đảm bảo

Chọn vít me bi

Kiểm tra tốc độ quay cho phép
Kiểm tra ứng suất cho phép

Kết thúc

Vũ Minh Hiếu

19


2.1.2.Thông sô ban đầu :

Trọng lượng phôi : W1=500+140 = 640 kg
Trọng lượng bàn Y : W2=180 kg
Chiều dài làm việc : Smax=1000 mm
Tốc độ dịch chuyển max : Vmax=V1=18m/phút = 0.3 m/s
Tốc độ gia công max : V1= 15 m/phút = 0.25 m/s
Gia tốc max : a=0.4g (m/s2)
Tuổi thọ : Lt = 20000h
Hệ số ma sát trượt : µ=0.1
Tốc độ động cơ : Nmax= 2000 rpm
2.1.3.Tính chọn trục vít
•

Chọn phương án lắp vòng bi 1 đầu cố định và 1 đầu tùy chỉnh :

•

Chiều dài trục vít :

L= Chiều dài dịch chuyển + Chiều dài ổ bi + Chiều dài vùng thốt
L=1000+180+100=1280 mm ≈ 1300 mm
•

Chọn bước vít :

Bước vít : l 

Vmax 18000
=
= 9(mm)
N max

2000

Vậy phải chọn trục vít bước vít : l >9 mm chọn l= 10 để tính tốn.
•

Tính khả năng tải động :

Vũ Minh Hiếu

20


Điều kiện làm việc :
Tổng khối lượng : m = W1 + W2 = 640 + 180 = 820(Kg)
Chạy nhanh dần : Fa1 = µmg + ma = 4018(N)
Chạy đều : Fa2 = µmg = 803,6(N)
Chạy chậm dần : 𝐹𝑎3 = µ𝑚𝑔 − 𝑚𝑎 = −2410,8(𝑁)
Gia cơng : 𝐹𝑎4 = 𝐹𝑛 + µ(𝑚𝑔 + 𝐹𝑚𝑧 ) = 2420(𝑁)
Tính Ca:
𝐶𝑎 = (60. 𝑁𝑚 . 𝐿𝑡 )3 . 𝐹𝑚 . 𝑓𝑤 .

1
10−2
10−2
= (60.1500.20000)3 . 4018.1,2.
= 5984,9(𝑁)
𝑔
9,8

Hệ số tải trọng : fw=1,2 chế độ trung bình theo tài liệu [1] trang 13

Vậy phải chọn Ca ≥ 5984,9 (kgf).
•

dr 

Chọn đường kính trục vit me :

nL2 −7 vmax L2 −7 18000 13002 −7
10 =
10 =
10 = 20,1(mm)
f
l f
10 15,1

Trong đó :
Kiểu lắp ổ bi : 1 đầu cố định 1 đầu tùy chỉnh nên : f=15,1 theo tài liệu [1] trang 14.
Vậy với : l=10 mm thì chọn dr > 20,1 mm
•

Chọn vít me bi :

Từ điều kiện tải trọng Ca và bước vít ta tra trong catalog của nhà sản xuất PMI ta chọn series sau :
45-10B3-FDWC
Với dr = 38,05 mm, l= 10 mm, Ca=7760 kgf
2.1.4.Kiểm nghiệm trục vít .
•

Tuổi thọ làm việc :
𝐶𝑎 3

1
7760 3
1
6
) . 10 .
) . 106 .
𝐿𝑡 = (
=(
= 36330(ℎ) > 20000(ℎ)
𝐹𝑚 . 𝑓𝑤
60𝑛
410.1,2
60.1800

→ Thỏa mãn độ bền về thời gian sử dụng .
Vũ Minh Hiếu

21


Với : 𝐹𝑚 =

4018
𝑔

= 410(𝑘𝑔𝑓), 𝑛 = 1800 𝑟𝑝𝑚

Fm = 3203 / g = 327(kgf ), n = 1800(rpm)
Hệ số tải trọng : fw=1,2 chế độ trung bình theo tài liệu [1] trang 13.
•


Tính tải trọng tới hạn của trục vit :
𝑃=𝛼

𝜋 2 𝑛𝐸𝐼
𝑑𝑟 4 3
38,054 3
=
𝑚
10
=
10,2
10 = 12651 (𝑘𝑔𝑓) > 𝐹𝑚 = 410 𝑘𝑔𝑓
𝐿2
𝐿2
13002

Trong đó : m= 10,2 do lắp theo kiểu 1 đầu cố định và 1 đầu điều chỉnh được theo tài liệu [1] trang 13.
→ Do vậy vit me đảm bảo an tồn .
•

Tốc độ quay cho phép :
𝑛𝑐𝑝 = 𝑓.

•

𝑑𝑟 7
38,05 7
10 = 15,1.
10 = 3400 (𝑟𝑝𝑚) > 𝑛𝑚𝑎𝑥 = 1800 𝑟𝑝𝑚

2
𝐿
13002

Kiểm tra ứng suất cho phép :

𝜎=

𝐹
𝐹𝑚𝑎𝑥
4018
=
=
= 3,54. 106 (𝑁𝑚)
2
𝐴 𝜋𝑑𝑟 /4 𝜋. (38,05. 10−3 )2 /4

𝜏=

𝑇𝑚𝑎𝑥 . 𝑟 𝑇𝐿 . 𝑟 27.40/1000
𝑁
6
=
=
=
5,3.
10
(
)
𝐽

𝐽
2,05.10−7
𝑚2
1

1

38,05

Với : Với 𝐽 = 32 𝜋𝑑𝑟 4 = 32 𝜋( 1000 )4 = 2,05. 10−7 (𝑚4 )
TL được xác định như sau :
+ Momen quán tính khối :
𝐽𝑠 =
-

Trục vitme :
𝜋𝜌
32

𝑘𝑔

𝐷4 𝐿 = 40,8(𝑘𝑔𝑓. 𝑐𝑚2 ) Với: 𝜌 = 7,8.10−3 (𝑐𝑚2 ) ; 𝐷 = 4,5 𝑐𝑚; 𝐿 = 130 𝑐𝑚
Phần dịch chuyển :
𝑙

𝐽𝑊 = 𝑊(2𝜋)2 = 20,8 (𝑘𝑔. 𝑐𝑚2 ) Với : 𝑊 = 820(𝑘𝑔); 𝑙 = 1(𝑐m)
-

Phần ghép nối :


Vũ Minh Hiếu

22


J c = 40( kg.cm 2 )

-

Tổng monen quán tính :

𝐽𝐿 = (𝐽𝑆 + 𝐽𝑊 + 𝐽𝐶 ). 10−4 = 1016.10−5 (𝑘𝑔. 𝑚2 )
+ Mô men lực quay :
𝑇𝑃 = 𝑘

Mơ men đặt trước :
𝐹𝑎0 . 𝑙
1339,3.0,01
= 0,3
= 0,64(𝑁𝑚)
𝜋
2𝜋

Trong đó tải trọng đặt trước : 𝐹𝑎0 =
-

𝐹𝑚𝑎𝑥
3

=


4018
3

= 1339,3(𝑁)

Momen phát động khi chạy đều :

𝑇1 = 𝑇𝑃 +

𝐹𝑎 𝑙
803,6.0,01
= 0,64 +
= 2,06 (𝑁𝑚)
2𝜋η
2𝜋. 0,9

Với : 𝐹𝑎 = 𝐹𝑎2 = 803,6N; 𝜂 = 0,9; 𝑙 = 0,01(𝑚)
-

Chạy nhanh dần :

𝑇2 = (𝑇1 + 𝜀𝐽𝐿 ) =2,06 + 2460. 1016.10−5 = 27(𝑁𝑚)
Với :  =
-

2 a 2 .0, 4 g
=
= 2460(rad / s 2 )
l

0, 01

Chạy khi gia công :
𝐹 𝑙

𝑎4
𝑇3 = 𝑇𝑃 + 2𝜋η
= 0,64 +

2420.0,01
2𝜋.0,9

= 4,9(𝑁𝑚)

Chạy chậm dần :
𝑇4 = 𝑇1 − 𝜀𝐽𝐿 = 2,06 − 2460. 1016.10−5 = −23(𝑁𝑚)
+ Do đó momen phát động cần thiết :

TL = max(Ti )i =1..4 = 27( Nm)
Vậy : 𝜎𝑚𝑎𝑥 = √𝜎 2 + 𝜏 2 = 6,4. 106 (𝑁/𝑚2 ) < [𝜎] = 1,1. 108 𝑁/𝑚2 → Trục vít đủ bền
2.2.TÍNH CHỌN Ổ LĂN.
2.2.1.Sơ đồ tính .
Vũ Minh Hiếu

23


Điều kiện làm việc

Chọn sơ bộ ổ lăn


Kiểm nghiệm khả năng tải động

Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh

Kết thúc

2.2.2.Thông số đầu vào
Fat = Fmax = 4018 (N)
Fr nhỏ vì lực hướng tâm được 2 ray dẫn hướng chịu lực.
Lh=20000(h)
Nhiệt độ làm việc dưới 1050C
Fat

Sơ đồ lắp ổ Bi cho trục vit me bi

2.2.3.Chọn sơ bộ ổ lăn
Chọn 2 ổ bi chặn có ký hiệu : 8309
d=45 mm ; D= 85 mm ; H=28mm ; r = 1,5 mm ; C=59,2kN ; 𝐶0 = 133,0 kN
Chọn ổ đỡ chặn có kí hiệu : 1000907
d= 35mm ; D=55 mm; B=10mm ; r =1,0 mm; C=8,16 kN; 𝐶0 = 5,76 kN
Vũ Minh Hiếu

24


2.2.4.Kiểm nghiệm độ bền cho ổ lăn
a. Tính cho ổ chặn.
- Kiểm nghiệm khả năng tải động :
Tải trọng quy ước : 𝑄 = (0,5𝑋𝑉𝐹𝑟 + 𝑌𝐹𝑎 )𝑘𝑡 𝑘𝑑

Trong đó:
𝑘𝑡 : Hệ số ảnh hưởng đến nhiệt độ .
Khi θ < 1050 𝐶 thì 𝑘𝑡 =1 và khi 2050 C > θ > 1050 C thì 𝑘𝑡 = (108+0,4𝜃) /150. Ở đây lấy 𝑘𝑡 = 1.
𝑘𝑑 : Hệ số tải trọng động tra theo bảng 11.3 T215 tài liệu [2], ta được 𝑘𝑑 = 1
Theo bảng 11.4 tài liệu [2] trang 216 .Ổ bi chặn ta có : X=0,Y=1
Tổng hợp lực dọc trục : 𝐹𝑎 = 0,5𝐹𝑟 𝑒 + 𝐹𝑎𝑡 Theo tài liệu [2] mục 11.5a trang 219.
Do Fr có thể bỏ qua nên : 𝐹𝑎 = 𝐹𝑎𝑡 = 4018𝑁
Nên : 𝑄 = 𝑌𝐹𝑎𝑡 𝑘𝑡 𝑘𝑑 = 1.4018.1.1 = 4018(𝑁) = 4(𝑘𝑁)
Tuổi thọ tính theo triệu vịng :
𝐿=

60. 𝑁. 𝐿𝑡 60.1500.20000
=
= 1800(𝑡𝑟𝑖ệ𝑢 𝑣ò𝑛𝑔)
106
106

𝐶𝑑 = 𝑄. 𝐿1/3 = 4. 18001/3 = 48,7(𝑘𝑁) < 𝐶 = 59,2(𝑘𝑁)
→ Đảm bảo khả năng tải động .
-

Kiểm nghiệm khả năng tải tỉnh :

Qt = X 0 Fr + Y0 Fa
Tra bảng : 11.6 T221 với ổ bi đỡ chặn α=12 0 ta được :X0 = 0,5 và Y0 = 0,47
Ta được : 𝑄𝑡 = 𝑋0 𝐹𝑟 + 𝑌0 𝐹𝑎 = 0,5.0 + 0,47.4018 = 1888,5𝑁 = 1,9(𝑘𝑁) < 𝐶0 = 133,0𝑘𝑁
→ Đảm bảo khả năng tải tĩnh .
b.Tính cho ổ đỡ.
Vì lực hướng tâm nhỏ do lực này được 2 ray dẫn hướng cho nên lực này có thể bỏ qua và ổ đỡ đủ bền.


Vũ Minh Hiếu

25