TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MƠN : CƠ ĐIỆN TỬ


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHI
Đề tài: Thiết kế hê ̣dẫn hướng cho bàn máy cho máy CNC

Giáo viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

TS. Nguyễn Thanh Đông

Lớp:
MSSV:

CK. Cơ điện tử 07 – K62
20170674

Phạm Mạnh Cường

Hà Nội, tháng 10 năm 2021

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

SME.EDU - Mẫu 6.a

Học kỳ: 1

VIỆN CƠ KHÍ

Năm học: 2021 - 2022

Đơn vị chuyên mơn: Nhóm Cơ điện tử
Mã HP: ME4505
Thời
gian
thực
hiện:
15
tuần;

ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHI

VCK04
-…;

Ngày giao
nhiệm vụ:
…/…/20…;
thành:
…/…/20…;

Họ và tên sv: Phạm
Mạnh Cương
20170674
Chữ ký sv: Cương
Ngày …/…/20…
…/…/20…

…/…/20…
ĐƠN VỊ CHUYÊN MÔN
CB Hướng dẫn
(ký, ghi rõ họ tên)
rõ họ tên)
tên)

I.
Nhiệm
vụ thiết

2


kế: Thiết kế hê ̣dân hương ban cho máy
CNC

2. Côṭđ

phay
3. Gối đ
kèm g
trục
X
4. Ray d
trục
X

II. Số liệu cho trươc :


1. R
a
y

5. Thân
6. Vít

d
â

m

̃
n
h
ư
ơ
́
n
g
t
r
u
̣
c
Z

1. Loại

máy

phay :
Phay
đứng
2. Chế
đô ̣cắt
thư
nghiêm
tối đa:
3.
Khối
lượng
lớn
nhất
của
chi
tiết
M:
300K
g

7. Gối đ
trục
Y
8. Ray d
trục
Y
9. Bàn
Y
10. Bàn
X tiết

gi
11. Cụm
12. Cụm
13. Vít

m


3


4. Vâṇ tốc chạy lớn nhất khi gia công V1 :
5. Vâṇ tốc chạy lớn nhất khi gia công co

lưc V2 :
6. Gia tốc hoạt đông ̣ lớn nhất của hê ̣thống
a
7. Thơi gian hoạt đông ̣ từ 05 đến 07 năm :
chon 25000h
8. Cho trước các kết cấu của cum ban máy
X va Y để gắn vít me bi va ray dân hướng.
9. Cho trước tai liêụ của hãng sản xuất vít
me bi va ray dân hướng
10. Cho trước tai liêụ của hãng sản
xuất đông ̣ cơ
III. Nôịdung thưc hiên
1. Phân tích nguyên lí va thông sô ky
thuât
- Tổng quan hê ̣ thống
-Nguyên ly hoạt đông ̣

- Xác đinh các thanh phân cơ bản va
yêu câu thông số/kỹ thuâṭcủa hê ̣thống
2. Thiêt kê hê t ̣ hông truyên đông ̣
- Thiết kế hê ̣thống dân đông ̣
- Thiết kế các bô ̣phâṇ chính : khớp nối, dân hướng, các
kết nối để lắp va điều chỉnh
- Tính chon đông ̣ cơ
3. Xây dựng bản vẽ thiết kế
-Xây dưng bản vẽ lắp 2D/3D
- Xây dưng các bản vẽ chế tạo các chi tiết chính

4


BẢNG SỐ LIỆU CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ:
Đềề̀ sốố

VCK02-1

VCK02-2
VCK02-3
VCK02-4
VCK02-5
VCK02-6
VCK02-7
VCK02-8
VCK02-9
VCK02-10
VCK02-11
VCK02-12


VCK02-13

VCK02-14
VCK02-15
VCK02-16
VCK02-17
VCK02-18
VCK02-19
VCK02-20
VCK02-21
VCK02-22
VCK02-23
VCK02-24


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................................................... 7
CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT..........................8
1.1 Kháối niệm vềề̀ máốy điềề̀u khiểể̉n sốố...................................................................................................... 8
1.2 Nguyên lý hoạ ̣t động............................................................................................................................. 9
1.3 Kếốt cấốu và hệ thốống dẫn động máốy CNC...................................................................................... 9
1.4 Thành phần cơ bảể̉n................................................................................................................................. 10
1.4.1 Trục víốt me - đai ốốc bi.................................................................................................................. 10
1.4.2 Ray dẫn hướống................................................................................................................................ 11
1.4.3 Động cơ............................................................................................................................................. 11
1.4.4 Cáốc chi tiếốt củể̉a hệ trục................................................................................................................ 12
1.5. Hệ thốống đo............................................................................................................................................. 13
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN CÁC CHI TIẾT............................................. 15
2.1. Tíốnh chọn ray dẫn hướống................................................................................................................. 15

2.1.1 Quy trình tíốnh toáốn...................................................................................................................... 15
2.1.2 Hệ sốố tảể̉i tĩnh (C0)........................................................................................................................ 16
2.1.3 Mô men tĩnh cho phép M0....................................................................................................... 16
2.1.4 Hệ sớố an tồn tĩnh fs................................................................................................................... 16
2.1.5 Hệ sốố tảể̉i trọng động C............................................................................................................... 17
2.1.6 Tíốnh tuổể̉i bềề̀n danh nghĩa L..................................................................................................... 17
2.1.7 Tíốnh toáốn tuổể̉i thọ làm việc theo thời gian......................................................................... 18
2.1.8. Hệ sốố ma sáốt................................................................................................................................. 19
2.1.9 Tíốnh toáốn tảể̉i trọng làm việc.................................................................................................... 19
2.1.10 Tíốnh toáốn tảể̉i trọng tương đương......................................................................................... 19
2.1.11 Tíốnh tảể̉i trọng trung bình........................................................................................................ 20
2.1.12 Tíốnh toáốn chi tiếốt....................................................................................................................... 20
2.2. Tíốnh chọn trục vitme......................................................................................................................... 30
2.2.1. Kếốt cấốu bộ truyềề̀n vitme đai ốốc bi........................................................................................ 30
2.2.2. Tíốnh chọn trục víốtme bi..................................................................................... 31
2.2.3. Tíốnh toáốn chi tiếốt........................................................................................................................ 36
2.3. Tíốnh và chọn động cơ........................................................................................................................ 51

6


2.3.1 Tíốnh chọn động cơ bàn X......................................................................................................... 51
2.3.2 Tíốnh chọn động cơ cho trục Y................................................................................................ 55
KẾT LUẬN...................................................................................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................................ 60

7


Đồ an TKHT Cơ khí – Hê ̣dân hương cho ban may CNC

LỜI MỞ ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đạ ̣i hóa, pháốt triểể̉n khoa học kĩ thuật là vấốn đềề̀
quan trọng và cần sự quan tâm lớốn. Mỗi ngành như cơ khíố, điện tử, tin học đềề̀u có nềề̀n tảể̉ng khoa
học vững chắốc và tạ ̣o ra cáốc sảể̉n phẩm đặc trưng riêng. Tuy nhiên, yêu cầu củể̉a thời đạ ̣i đặt ra
yêu cầu cao hơn vềề̀ cáốch hoạ ̣t động củể̉a máốy móc, yêu cầu máốy móc cần phảể̉i gọn nhẹ hơn, linh
động hơn, uyểể̉n chuyểể̉n hơn và thông minh hơn. Việc sử dụng máốy móc đểể̉ thay thếố sứốc lao động
củể̉a con người là một xu hướống tấốt yếốu đểể̉ tăng năng suấốt lao động, tạ ̣o ra nhiềề̀u sảể̉n phẩm chấốt
lượ ̣ng cao. Máốy CNC là một tiếốn bộ pháốt triểể̉n vượ ̣t bậc củể̉a nềề̀n công nghiệp. Sự xuấốt hiện củể̉a
máốy CNC đãã̃ nhanh chóng làm thay đởể̉i quáố trình sảể̉n xuấốt công nghiệp. Cáốc đường cong đượ ̣c
thực hiện dễ dàng như đường thẳng, cáốc cấốu trúốc phứốc tạ ̣p 3 chiềề̀u cũng đượ ̣c dễ dàng thực hiện
và một lượ ̣ng lớốn cáốc thao táốc củể̉a con người đượ ̣c giảể̉m thiểể̉u. Việc gia tăng tự động hóa trong
quáố trình sảể̉n xuấốt tạ ̣o nên sự chíốnh xáốc và chấốt lượ ̣ng ngày càng cao. Máốy CNC phổể̉ biếốn hiện
nay như: máốy tiện CNC, máốy phay CNC, máốy cắốt laze, máốy cắốt dây CNC... Sự tiếốn bộ củể̉a kỹã̃
thuật, tríố thông minh nhân tạ ̣o, điềề̀u khiểể̉n sốố tạ ̣o ra những máốy CNC có nhiềề̀u trục chíốnh như 3,
6 trục chíốnh chuyểể̉n động ngày càng linh hoạ ̣t và khéo léo.
Đồ áốn thiếốt kếố cơ khíố này, em sẽã̃ tìm hiểể̉u vềề̀ quáố trình tíốnh toáốn và thiếốt kếố hệ thốống dẫn
hướống máốy phay CNC. Nhiệm vụ chíốnh là tíốnh toáốn thiếốt kếố và lựa chọn hệ thốống víốt me bi, hệ
thốống ray dẫn hướống, ổể̉ bi và động cơ điềề̀u khiểể̉n cho cáốc trục X, Y.
Thông qua quá trinh lam va hoan thiêṇ đô án em sẽ cố gắng đạt được môṭsố kỹ năng như
kỹ năng giải quyết môṭvấn đề được đăṭra yêu câu trước, tim kiếm thông tin phù hợp, môṭsố kỹ
năng chuyên nganh như kỹ năng vẽ,tính toán chi tiết ...vv . Qua đo co thể tư tin giải quyết bất ki
vấn đề nao găp ̣ phải sau khi ra trương. Đo la môṭkỹ năng ma bất ki kỹ sư Bách Khoa nao cung
cân đạt được.
Do kiếốn thứốc còn hạ ̣n hẹp và lần đầu tìm hiểể̉u đồ áốn, bảể̉n báốo cáốo này khó tráốnh khỏi những
thiếốu sót nên em rấốt mong ḿốn có đượ ̣c sự góp ý củể̉a thầy cơ. Em xin chân thanh cảm ơn.

8


Đồ an TKHT Cơ khí – Hê ̣dân hương cho ban may CNC

CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT
1.1 Khái niệm về máy điều khiển số
Điềề̀u khiểể̉n sốố ra đời cáốch đây trên 30 năm đãã̃ táốc động mạ ̣nh mẽã̃ đếốn ngành cơ khíố chếố, đãã̃ tạ ̣o ra
những máốy mớối và công cụ tự động hoáố kếốt cấốu cơ khíố mớối. Máốy điềề̀u khiểể̉n sốố CNC-Computer
Numerical Control là máốy công cụ điềề̀u khiểể̉n theo chương trình sớố, quáố trình gia cơng đượ ̣c
thực hiện một cáốch tự động. Trướốc khi gia công người ta đưa vào hệ thớống điềề̀u khiểể̉n một
chương trình gia công dướối dạ ̣ng một chuỗi cáốc lệnh điềề̀u khiểể̉n. Hệ thốống điềề̀u khiểể̉n sốố cho khảể̉
năng thực hiện cáốc lệnh này và kiểể̉m tra chúống nhờ một hệ thốống đo lường dịch chuyểể̉n củể̉a cáốc
bàn trượ ̣t củể̉a máốy.
- Cáốc loạ ̣i máốy CNC phổể̉ biếốn hiện nay gồm có:
+ Máốy tiện CNC
+ Máốy phay CNC
+ Máốy gia cơng tia lửa điện CNC
+ Máốy cắốt dây CNC
- Ưu điểể̉m củể̉a máốy CNC So vớối cáốc máốy công cụ truyềề̀n thớống, máốy CNC có nhiềề̀u nét ưu việt

hơn, thểể̉ hiện ở cáốc điểể̉m sau:
+ Gia công đượ ̣c cáốc chi tiếốt phứốc tạ ̣p hơn.
+ Quy hoạ ̣ch thời gian sảể̉n xuấốt tốốt hơn.
+ Thời gian lưu thông ngắốn hơn do tập trung nguyên công cao và giảể̉m thời gian phụ.
+ Tíốnh linh hoạ ̣t cao hơn.
+ Độ lớốn loạ ̣t tốối ưu nhỏ hơn.
+ Độ chíốnh xáốc gia công cao và ổể̉n định đềề̀u.
+ Chi phíố kiểể̉m tra giảể̉m.
+ Chi phíố do phếố phẩm giảể̉m.
+ Hoạ ̣t động liên tục nhiềề̀u ca sảể̉n xuấốt.
+ Giảể̉m sốố nhân công.
+ Hiệu suấốt cao.
+ Tăng năng lực sảể̉n xuấốt.
+ Có khảể̉ năng tíốch hợ ̣p trong hệ thốống gia công linh hoạ ̣t.


9


Đồ an TKHT Cơ khí – Hê ̣dân hương cho ban may CNC
1.2 Nguyên lý hoạ ̣t động

Hình 1.1: Nguyên lý dịch chuyển của bàà̀n má́y
- Thông thường cáốc bàn máốy đượ ̣c gắốn chặt vớối cáốc gốối trượ ̣t, dịch chuyểể̉n nhờ lực đẩy củể̉a víốt

me và trượ ̣t trên hai thanh dẫn hướống. Khi động cơ hoạ ̣t động hệ thốống víốt me di chuyểể̉n tạ ̣o lực
đẩy cáốc bàn máốy di chuyểể̉n theo cáốc phương đượ ̣c lập trình sẵn. Cùề̀ng vớối đó là cáốc sensor đượ ̣c
gắốn ở đầu động cơ đểể̉ đo vận tốốc và độ chíốnh xáốc vị tríố củể̉a bàn máốy báốo vềề̀ trung tâm hệ thốống
điềề̀u khiểể̉n.
- Trong máốy CNC, đặc biệt là máốy phay cao tốốc, việc đảể̉m bảể̉o điềề̀u kiện bềề̀n của cáốc thiếốt bị
dẫn động là một phần rấốt quan trong trong quáố trình tíốnh toáốn và lựa chọn thiếốt bị.
1.3 Kết cấu và hệ thống dẫn động máy CNC
- Kếốt cấốu:
+ Bệ máốy
+ Cáốc bàn máốy theo cáốc trục X, Y, Z
+ Cáốc hệ thốống dẫn động như víốt me bi, cáốc hệ thốống đường dẫn hướống tương ứống theo cáốc
trục X,Y,Z
+ Cáốc bộ điềề̀u khiểể̉n, động cơ bớố tríố ở mỗi bàn máốy,…

Hình 1.2: Sơ đồ chứ́c năng của trung tâm gia công CNC 3 trụ̣c điều khiển số́.
- Thông thường, bàn máốy gắốn chặt vớối cáốc gốối trượ ̣t, dịch chuyểể̉n nhờ lực đẩy củể̉a víốt me và

trượ ̣t trên hai thanh ray dẫn hướống. Trong cáốc máốy CNC, đặc biệt là máốy phay cao tốốc, việc đảể̉m
bảể̉o điềề̀u kiện bềề̀n củể̉a cáốc thiếốt bị dẫn động là một phần rấốt quan trọng trong quáố trình tíốnh toáốn
và lựa chọn thiếốt bị.

10


Đồ an TKHT Cơ khí – Hê ̣dân hương cho ban may CNC
1.4 Thành phần cơ bản.
1.4.1 Trục víí́t me - đai ốc bi.
Víí́t me – đai ốí́c là cơ cấí́u truyềề̀n động biếí́n truyềề̀n động quay thành chuyểể̉n
động tịnh tiếí́n.

Hình 1.3 : Vitme đai ớ́c bi

Cấí́u tạạ̣o bộ truyềề̀n víí́t me - đai ốí́c bi hình trên bao gồm :
- Trục víí́t me
- Đai ốí́c
- Dịng bi chuyểể̉n động trong víí́t me - đai ốí́c
- Ống hồi bi đảể̉m bảể̉o dịng bi tuần hồn liên tục.
- Chuyểể̉n động chạạ̣y dao tịnh tiếí́n thường đượạ̣c dẫn động bằng cáí́c động cơ

servo quay thơng qua cơ cấí́u biếí́n đổể̉i chuyểể̉n động quay thành chuyểể̉n động
tịnh tiếí́n là : trục vit me –
đai ốí́c bi.
- Trục vit me – đai ốí́c bi đảể̉m bảể̉o truyềề̀n lực và chuyểể̉n động không khe hở, độ
nhạạ̣y cao.
- Mỗi trục chuyểể̉n động có hệ thốí́ng đo, khi đo giáí́n tiếí́p thì đầu đo lắí́p ngay trên
trục vit me.
- Đai ốí́c bi trên máí́y CNC thường đượạ̣c lắí́p ghép từ hai phần độc lập vớí́i nhau

Ưu điểm:
- Khắí́c phục độ rơ khớí́p ren, chịu lực kéo vớí́i kếí́t cấí́u đảể̉m bảể̉o độ cứí́ng vững chiềề̀u


trục cao.
- Độ tin cậy cao: kiểể̉m sốí́t chặt chẽẽ̃ từ qí́ trình thiếí́t kếí́, chuẩn bị, gia

cơng, xử ly nhiệt, mài, lắí́p ráí́p, kiểể̉m tra, đóng gói.
- Độ chíí́nh xáí́c cao: Tồn bộ qí́ trình chếí́ tạạ̣o, lắí́p ráí́p và kiểể̉m tra chấí́t lượạ̣ng vit me

đai ốí́c bị đượạ̣c kiểể̉m sốí́t ở nhiệt đọ ổể̉n định (20℃C) nhằm đảể̉m bảể̉o độ chíí́nh xáí́c củể̉a
trục vit me đai ốí́c bi.
- Tuổể̉i thọ cao: Vật liệu chếí́ tạạ̣o trục víí́t me đai ốí́c bị trảể̉i qua qí́ trình xử

ly nhiệt, tơi, phủể̉ bềề̀ mặt nhằm tăng tuổể̉i thọ củể̉a cơ cấí́u.
- Hiệu suấí́t làm việc cao: Cơ cấí́u vit me đai ốí́c thườn sử dụng ma sáí́t lăn
trong khi vit me đai ốí́c bị sử dụng ma sáí́t trượạ̣t, giảể̉m 2/3 momen dẫn động .
- Truyềề̀n dẫn khơng khe hở, độ cứí́ng vững cao: Sử dụng dạạ̣ng profin đặc biệt

(đường Gothic) nhằm tạạ̣o mốí́i tiếí́p xúc tốí́t nhấí́t giữa bi và rãẽ̃nh trượạ̣t, có cơ cấí́u
khử khe hở giữa đai ốí́c và bi, giảể̉m biếí́n dạạ̣ng đàn hồi, tăng cường cứí́ng vững và
độ chíí́nh xáí́c truyềề̀n động.


- Tổể̉n thấí́t do ma sáí́t bé, hiệu suấí́t bộ truyềề̀n đạạ̣t tớí́i 0,9 so vớí́i víí́t me đai ốí́c trượạ̣t

là 0,2 ÷ 0,4.

Nhược điểm:
11


Đồ an TKHT Cơ khí – Hê ̣dân hương cho ban may CNC
- Do đặc điểể̉m cấốu tạ ̣o mà trục vitme đai ớốc bi có khẳ năng chịu tảể̉i kém hơn so vớối


vitme thường
- Giáố thành trục vitme đai ốốc bi kháố đắốt, gây tốốn kém
1.4.2 Ray dẫn hướng
- Ray dẫn hướống cùề̀ng vớối con trượ ̣t định hướống tịnh tiếốn củể̉a bàn máốy thông qua
chuyểể̉n động trượ ̣t củể̉a con trượ ̣t trên ray.
- Ray dẫn hướống đượ ̣c làm bằng hợ ̣p kim có độ bềề̀n cao, bềề̀ mắốt chịu mài mịn tớốt.
- u cầu thanh trượ ̣t phảể̉i thẳng, khảể̉ năng tảể̉i cao, độ cứống vững tớốt, khơng có hiện
tượ ̣ng trơn, díốnh khi di chuyểể̉n

Hình 1.4: Ray dẫ̃n hướ́ng

Ray dẫn hướng ma sát trượt bôi trơn ướt
+ Hệ sốố ma sáốt nhỏ, tổể̉n hao thấốp, độ ổể̉n định cao.
+ Độ cứống vững cao, giảể̉m dao động, tăng tuổể̉i thọ.
+ Đáốp ứống đượ ̣c yêu cầu gia tốốc củể̉a chuyểể̉n động chạ ̣y dao.
+ Đảể̉m bảể̉o đượ ̣c cáốc dịch chuyểể̉n nhỏ tớối 0.001mm

Đường dẫn hướng ma sát lăn
+ Tổể̉n hao ma sáốt nhỏ, độ nhạ ̣y cao, không khe hở.
+ Đượ ̣c tiêu chuẩn hóa, modul hóa, nâng cao chấốt lượ ̣ng (vật liệu, cáốc biện pháốt nâng cao chấốt

lượ ̣ng bềề̀ mặt), nâng cao độ chíốnh xáốc chếố tạ ̣o lắốp ráốp .
+ Bôi trơn: phun sương dầu hoặc nhỏ giọt trực tiếốp theo thời gian điềề̀u khiểể̉n
+ Đáốp ứống đượ ̣c yêu cầu gia tốốc lớốn, dịch chuyểể̉n nhỏ, giáốn đoạ ̣n, tráốnh đượ ̣c ma sáốt trượ ̣t kiểể̉u
bướốc nhảể̉y khi ma sáốt giớối hạ ̣n.
+ Khảể̉ năng chốống quáố tảể̉i, chốống rung kém .

1.4.3 Động cơ
Thường sử dụng động cơ Servo theo chếố độ vịng lặp kíốn, bằng cơng nghệ sốố đểể̉ tạ ̣o ra tốốc

độ điềề̀u khiểể̉n chíốnh xáốc và hiệu quảể̉ cao dướối chếố độ tảể̉i nặng.
Hệ thốống điềề̀u khiểể̉n chíốnh xáốc góc giữa phần quay và phần tĩnh củể̉a động cơ trục chíốnh đểể̉
tang momen xoắốn và gia tốốc nhanh. Hệ thốống điềề̀u khiểể̉n này cho phép người sử dụng có
thểể̉ tăng tớốc độ củể̉a trục chíốnh lên rấốt nhanh.

12


Đồ an TKHT Cơ khí – Hê ̣dân hương cho ban may CNC

Hình 1.5: Động cơ

Các loạ ̣i động cơ trên máy CNC:
- Động cơ một chiềề̀u:
Ưu điểm: Momen khởi động lớốn, dễ điềề̀u khiên tốốc độ và chiềề̀u, giáố thành rẻ.
Nhược điểm: Dảể̉i tốốc độ điềề̀u khiểể̉n hẹp và phảể̉i có mạ ̣ch nguồn riêng.
-Động cơ xoay chiềề̀u:
Ưu điểm:
+ Cấốp nguồn trực tiếốp từ điện lướối xoay chiềề̀u.
+ Đa dạ ̣ng và phong phúố vềề̀ chủể̉ng loạ ̣i, giáố thành
rẻ. Nhược điểm:
+Phảể̉i có mạ ̣ch cáốch ly giữa phần điềề̀u khiểể̉n và phần chấốp hành đểể̉ đảể̉m bảể̉o an tồn,
momen khởi động nhỏ.
+ Mạ ̣ch điểể̉u khiểể̉n tớốc độ phứốc tạ ̣p.
-Động cơ bướốc:
Ưu điểm:
+ Điềề̀u khiểể̉n vị tríố, tốốc độ chíốnh xáốc, không cần mạ ̣ch phảể̉n hồi.
+ Thường đượ ̣c sử dụng trong cáốc hệ thốống máốy CNC
+ Giá thành cao, momen xoắốn nhỏ, momen máốy nhỏ
- Động cơ servo:

Động cơ servo đượ ̣c thiếốt kếố cho những hệ thớống hồi tiếốp vịng kíốn. Tíốn hiệu ra củể̉a động cơ
đượ ̣c nốối vớối một mạ ̣ch điềề̀u khiểể̉n. Khi động cơ quay, vận tốốc và vị tríố sẽã̃ đượ ̣c hồi tiếốp vềề̀ mạ ̣ch
điềề̀u khiểể̉n này. Nếốu có bấốt kỳ líố do nào ngăn cảể̉n chuyểể̉n động quay củể̉a động cơ, cơ cấốu hồi tiếốp
sẽã̃ nhận thấốy tíốn hiệu rachưa đạ ̣t đượ ̣c vị tríố mong muốốn. Mạ ̣ch điềề̀u khiểể̉n tiếốp tục chỉể̉nh sai lệch
cho động cơ đạ ̣t đượ ̣c điểể̉m chíốnh xáốc.
Loại động cơ nàà̀y có một sớ́ đặc điểm chung như sau:
+ Momen quáốn tíốnh nhỏ.
+ Đặc điểể̉m động học tốốt.
+ Thường đượ ̣c tíốch hợ ̣p sẵn cảể̉m biếốn đo tớốc độ hay góc quay.
+ Có dảể̉i tần sớố cơng táốc rộng 0÷400 Hz.
1.4.4 Các chi tiết của hệ trục
Có 3 phương pháốp lắốp đặt
- 2 đầu đỡ chặn : fixed-fixed

Hình 1.6: Phương phá́p lắp fixed-fixed
-

1 đầu đỡ chặn -1 đầu tùề̀y chỉể̉nh : fixed- supported
13


Đồ an TKHT Cơ khí – Hê ̣dân hương cho ban may CNC

Hình 1.7: Phương phá́p lắp fixed- supported

- 1 đầu đỡ chặn – 1 đầu đểể̉ tự do : fixed – free

Hình 1.8: Phương phá́p lắp fixed- free
- Ta chọn phương pháốp thứố 2: fixed - supported - 1 đầu đỡ và 1 đầu tùề̀y chỉể̉nh


1.5. Hệ thống đo
Tuỳ thuộc vào loạ ̣i thiếốt bị đo đượ ̣c sử dụng cũng như thướốc đo đểể̉ phân biệt giữa đo vị tríố trực
tiếốp và giáốn tiếốp cũng như giữa đo vị tríố tuyệt đốối và tương đốối. Thướốc đo trực tiếốp cho giáố trị
đo chíốnh xáốc nhấốt.
Khi đo vị trí́ trự̣c tiế́p thướốc đo đượ ̣c gắốn trên xe dao hay trên bàn máốy, vì vậy độ khơng chíốnh
xáốc củể̉a trục chíốnh và khớốp nốối truyềề̀n động không ảể̉nh hưởng tớối giáố trị đo.
Giáố trị đo đượ ̣c nhận biếốt bởi một cảể̉m biếốn quang học trên có chia vạ ̣ch củể̉a thang đo. cảể̉m
biếốn đo biếốn đổể̉i cáốc giáố trị đo đãã̃ xáốc định sang tíốn hiệu điện và chuyểể̉n tiếốp chúng cho hệ

điềề̀u khiểể̉n. Hình 1.9: Đo vị trí́ giá́n tiế́p
1.Bàà̀n má́y 2. Đĩa xung 3. Trụ̣c ví́t me bi 4. Cảả̉m biế́n đo

14


Đồ an TKHT Cơ khí – Hê ̣dân hương cho ban may CNC
- Khi đo vị trí́ giá́n tiế́p (xem hình 9) chuyểể̉n động dịch chuyểể̉n đạ ̣t đượ ̣c từ chuyểể̉n động quay

củể̉a trục víốt me bi vớối một đĩa xung như là một thang đo. Chuyểể̉n động quay củể̉a đĩa xung đượ ̣c
ghi lạ ̣i nhờ một bộ cảể̉m biếốn và cáốc tíốn hiệu này đượ ̣c chuyểể̉n tiếốp tớối hệ điềề̀u khiểể̉n. Hệ điềề̀u
khiểể̉n tíốnh toáốn cáốc chuyểể̉n động chíốnh xáốc củể̉a bàn máốy cũng như cáốc vị tríố củể̉a chúng từ cáốc
xung quay.
- Khi đo vị trí́ tuyệt đớ́i (xem hình 10) một thang đo đãã̃ mãã̃ hoáố chỉể̉ trực tiếốp vị tríố củể̉a bàn máốy

so vớối một điểể̉m định hướống cốố định trên máốy. Điểể̉m này đượ ̣c coi là điểể̉m 0 củể̉a máốy do nhà
chếố tạ ̣o máốy quy định. Vớối điềề̀u kiện, phạ ̣m vi đọc củể̉a thang đo lớốn như là phạ ̣m vi làm việc và
mãã̃ hoáố nhị phân đượ ̣c thực hiện trên thang đo, thì điềề̀u khiểể̉n có thểể̉ xếốp mỗi vị tríố đọc đượ ̣c
vào một giáố trị sớố.

Hình 1.10: Đo vị trí́ tuyệt đớ́i

1.Thang đo được mã hóa nhị phân, 2. Cá́c vị trí́ tứ́c thời của bàà̀n má́y
- Khi đo vị trí́ gia số́ (xem hình 11) một thang đo đượ ̣c sử dụng vớối lướối vạ ̣ch đơn giảể̉n có cáốc

vùề̀ng sáống tớối xen kẽã̃ Khi chuyểể̉n động bướốc tiếốn ngang qua bộ cảể̉m biếốn nó sẽã̃ đếốn sớố vùề̀ng
sáống vùề̀ng tớối và tíốnh toáốn vị tríố tứốc thời củể̉a bàn máốy từ độ chênh lệch so vớối vị tríố bàn máốy
trướốc-đó.
Hệ điềề̀u khiểể̉n phảể̉i đượ ̣c nhận biếốt một lần vị tríố tuyệt đớối, từ đó nó có thểể̉ tíốnh vị tríố tứốc thời
củể̉a bàn máốy vớối sự giúp đỡ củể̉a phép đo vị tríố tuyệt đớối. Do đó, cần thiếốt phảể̉i một lần đưa
máốy đếốn vị tríố tuyệt đốối này, mà trên máốy đượ ̣c coi là điểể̉m tham chiếốu, sau khi bật hệ điềề̀u
khiểể̉n. Mỗi chuyểể̉n động củể̉a một trục, kểể̉ cảể̉ khi dịch chuyểể̉n bằng tay qua sử dụng báốnh tay
quay hay nút bấốm đềề̀u phảể̉i đượ ̣c hệ điềề̀u khiểể̉n nhận biếốt.

Hình 1.11: Đo vị trí́ gia sớ́

Vì hệ điềề̀u khiểể̉n khi tắốt máốy thì sẽã̃ mấốt sự kiểể̉m soáốt qua cáốc chuyểể̉n động cơ học, nên khi
bật máốy việc đưa vềề̀ điểể̉m tham chiếốu cần đượ ̣c thực hiện lạ ̣i.

15


Đồ an TKHT Cơ khí – Hê ̣dân hương cho ban may CNC
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN CÁC CHI TIẾT
Cáí́c thiếí́t bị dẫn động có một vai trị quan trọng trong máí́y CNC, là nhân tốí́
chíí́nh đảể̉m bảể̉o sự vận hành và gia cơng chíí́nh xáí́c củể̉a máí́y. Việc tíí́nh tốí́n lựa
chọn cáí́c thiếí́t bị dẫn động là một cơng việc bắí́t buộc và phứí́c tạạ̣p vớí́i rấí́t nhiềề̀u
cơng thứí́c cần thiếí́t lập. Vì vậy, đểể̉ thuận tiện cho cơng việc lựa chọn thiếí́t bị
dẫn động, trong chương này chúng ta đi xây dựng cơng thứí́c tíí́nh tốí́n và
chương trình tíí́nh chọn cáí́c thiếí́t bị dẫn động.

Nội dung chương này gồm có:

• Tíí́nh tốí́n cáí́c thơng sốí́ cắí́t và lực cắí́t
• Tíí́nh chọn gốí́i trượạ̣t, thanh ray dẫn hướí́ng.
• Tíí́nh chọn víí́t me.
• Tíí́nh chọn động cơ.
• Tíí́nh chọn ổể̉ đỡ
- Các thơng số đã cho:
- Loạạ̣i máí́y CNC: Phay
- Chếí́ độ cắí́t thử nghiệm tốí́i
đa SVT: + Phay mặt đầu
+ Dao có 6 lưỡi (z = 6), đường kíí́nh D
= 80mm + Tiêu chuẩn quốí́c gia: JIS
+ Vật liệu
S45C +
Grade 4040
+ Vận tốí́c: v = 100m/ph
+ Chiềề̀u sâu cắí́t: t = 1,2 mm
+ Lượạ̣ng chạạ̣y dao phúí́t: F = 900mm/ph
- Khốí́i lượạ̣ng lớí́n nhấí́t củể̉a chi tiếí́t: M = 300KG
- Khốí́i lượạ̣ng bàn X:= 140 KG
- Khốí́i lượạ̣ng bàn Y:= 250 KG
- Vận tốí́c chạạ̣y lớí́n nhấí́t khi khơng gia cơng: V 1 = 20 m/ph
- Vận tốí́c chạạ̣y lớí́n nhấí́t khi gia cơng có lực: V 2 = 15 m/ph
2
- Gia tốí́c hoạạ̣t động lớí́n nhấí́t củể̉a hệ thốí́ng: a = 4 m/s
- Thời gian hoạạ̣t động: 05 đếí́n 07 năm, lấí́y= 25000ℎ (xấp xỉ 5.7 năm)
2.1. Tíí́nh chọn ray dẫn hướng.
2.1.1 Quy trình tíí́nh tốn
- Xáí́c định điềề̀u kiện làm việc
- Xáí́c định kiểể̉u
- Tíí́nh tốí́n tảể̉i trọng táí́c dụng

- Tíí́nh tốí́n tảể̉i trọng tương đương
- Tíí́nh hệ sốí́ an tồn tĩnh
- Kiểể̉m nghiệm hệ sốí́ an tồn
- Tíí́nh tảể̉i trọng trung bình
- Tíí́nh tuổể̉i thọ trung bình
- Kiểể̉m tra vớí́i tuổể̉i thọ u cầu
- Xáí́c định độ cứí́ng vững
- Xáí́c định độ chíí́nh xáí́c


16


Đồ an TKHT Cơ khí – Hê ̣dân hương cho ban may CNC
- Bơi trơn và chớống bụi
- Hồn thành

2.1.2 Hệ số tải tĩnh (C0)
Tảể̉i trọng tĩnh định mứốc C0 đượ ̣c đặt theo giớối hạ ̣n tảể̉i trọng tĩnh cho phép. Nó là tảể̉i trọng
tĩnh mà tạ ̣i vùề̀ng tiếốp xúốc vớối ứống suấốt lớốn nhấốt mà tổể̉ng biếốn dạ ̣ng dư bằng 0.0001 lần giáố trị
đường kíốnh con lăn. Vì nếốu biếốn dạ ̣ng vượ ̣t quáố giáố trị cho phép sẽã̃ làm cảể̉n trở chuyểể̉n động
củể̉a hệ thốống.
2.1.3 Mô men tĩnh cho phép M0
Mômen tĩnh cho phép M0 đượ ̣c đặt theo giớối hạ ̣n củể̉a mômen tĩnh. Khi 1 mômen táốc dụng
vào ray dẫn hướống, cáốc vị tríố bi lăn cuốối cùề̀ng sẽã̃ chịu áốp lực lớốn nhấốt giữa cáốc áốp lực phân bớố
trên tồn bộ bi lăn củể̉a hệ thốống. Moment tĩnh cho phép M 0 là moment tĩnh mà tạ ̣i vùề̀ng tiếốp
xúốc có ứống suấốt lớốn nhấốt biếốn dạ ̣ng dư bằng 0.0001 đường kíốnh con lăn.

2.1.4 Hệ số an toàn tĩnh fs
Cơng thức tính :

f s=

C0

P

Trong đó:
+ C0: tảể̉i trọng tĩnh định mứốc (N)
+ P: tảể̉i trọng làm việc tíốnh toáốn (N)
+ M0: momen tĩnh cho phép (Nm)
+ M: momen đãã̃ tíốnh toáốn (Nm)

Cáốc giáố trị tham khảể̉o củể̉a fs cho cáốc máốy công nghiệp thông thường và máốy công cụ cho
trong bảể̉ng bên dướối:

17


Đồ an TKHT Cơ khí – Hê ̣dân hương cho ban may CNC
Bảả̉ng 2.1: Bảả̉ng thông số́ điều kiện tảả̉i trọng
Loạ ̣i máy
Máốy công nghiệp
thông thường

Máốy công cụ

2.1.5 Hệ số tải trọng động C
Tảể̉i trọng định mứốc động C đượ ̣c sử dụng đểể̉ tíốnh toáốn tuổể̉i bềề̀n dịch vụ khi hệ thốống ray dẫn
hướống chịu tảể̉i. Tảể̉i trọng định mứốc động C đượ ̣c xáốc định như một tảể̉i trọng có hướống và độ
lớốn khi nhóm cáốc ray dẫn hướống làm việc cùề̀ng điềề̀u kiện, tuổể̉i bềề̀n trung bình cuảể̉ ray dẫn

hướống là 50 km (nếốu bộ phận lăn là bi).
2.1.6 Tíí́nh tuổi bền danh nghĩa L
T̉ể̉i bềề̀n danh nghĩa củể̉a ray dẫn hướống chịu ảể̉nh hưởng củể̉a tảể̉i trọng làm việc thực tếố. T̉ể̉i
bềề̀n danh nghĩa có thểể̉ đượ ̣c tíốnh toáốn dựa trên tảể̉i trọng động định mứốc và tảể̉i trọng làm việc
thực tếố. Tuổể̉i bềề̀n củể̉a hệ thốống ray chịu ảể̉nh hưởng lớốn củể̉a hệ sốố môi trường như độ cứống
vững củể̉a đường ray, nhiệt độ mơi trường, điềề̀u kiện chủể̉n động. Vì vậy, những thơng sớố
này có trong tíốnh toáốn t̉ể̉i bềề̀n danh nghĩa.
Cơng thức ứng với:
+ Ban bi lăn :

L ¿(

L ¿(

fH×fT
fW

fH×fT
fW

Trong đó :
+ f H hệ sốố cứống vững
+ f T : hệ sốố nhiệt độ
+ f W : hệ sốố tảể̉i trọng
+ C : hệ sốố tảể̉i trọng động (N)
+ P : tảể̉i trọng làm việc (N)

Đểể̉ đảể̉m bảể̉o khảể̉ năng tảể̉i tốối ưu củể̉a hệ thốống ray, độ cứống vững củể̉a đường ray phảể̉i trong
khoảể̉ng HRC 58 - 64. Nếốu độ cứống dướối khoảể̉ng nói trên, tảể̉i cho phép và t̉ể̉i bềề̀n danh
nghĩa sẽã̃ giảể̉m. Vì líố do này, tảể̉i trọng động định mứốc và tảể̉i trọng tĩnh định mứốc sẽã̃ đượ ̣c



18


Đồ an TKHT Cơ khí – Hê ̣dân hương cho ban may CNC
nhân vớối hệ sốố cững vững trong tíốnh toáốn. Bảể̉ng dướối đây là đồ thị độ cứống vững đảể̉m bảể̉o
HRC lớốn hơn 58, do đó fH =1,0.
Vớối hệ sốố nhiệt : Khi nhiệt độ điềề̀u khiểể̉n lớốn hơn 100 độ C, tuổể̉i bềề̀n danh nghĩa sẽã̃ giảể̉m
bớốt. Do đó tảể̉i trọng động và tĩnh định mứốc sẽã̃ đượ ̣c nhân vớối hệ sốố nhiệt độ
trong tíốnh toáốn. Xem hình bên dướối. Nhiềề̀u phần củể̉a ray đượ ̣c làm từ nhựa và cao su, nên
nhiệt độ phảể̉i dướối 100 độ C là tốốt nhấốt. Cáốc yêu cầu đặc biệt phảể̉i liên hệ vớối nhà sảể̉n
xuấốt.

Hình 2.2: Xá́c định hệ số́ nhiệt

Hệ sốố tảể̉i trọng : Mặc dùề̀ tảể̉i trọng làm việc củể̉a ray đãã̃ đượ ̣c xét trong tíốnh toáốn, nhưng tảể̉i
trọng thực tếố hầu hếốt đềề̀u cao hơn khi tíốnh toáốn. Đó là do rung động và va đập
khi máốy chuyểể̉n động. Rung động xảể̉y ra khi điềề̀u khiểể̉n tốốc độ cao, va đập xảể̉y ra khi máốy
khởi động lạ ̣i và dừng máốy. Do đó, xét đếốn tốốc độ chuyểể̉n động và rung động, tảể̉i trọng động
định mứốc phảể̉i đượ ̣c chia cho hệ sốố tảể̉i trọng theo bảể̉ng ở trên.
Bảả̉ng 2.2: Xá́c định hệ số́ tảả̉i trọng

Hệ sốố nhiệt độ fT: Khi nhiệt độ lớốn hơn 100 độ C, tuổể̉i thọ danh nghĩa sẽã̃ giảể̉m. Do đó khảể̉ năng
tảể̉i tĩnh, động sẽã̃ đượ ̣c nhân vớối hệ sớố nhiệt độ trong tíốnh toáốn. Xem hình bên dướối. Nhiềề̀u phần
củể̉a ray đượ ̣c làm từ nhựa và cao su, nên nhiệt độ phảể̉i dướối 100 độ C là tốốt nhấốt. Cáốc yêu cầu
đặc biệt phảể̉i liên hệ vớối nhà sảể̉n x́ốt.
2.1.7 Tíí́nh tốn tuổi thọ làm việc theo thời gian
Sau khi xáốc định đượ ̣c tuổể̉i thọ danh nghĩa, tuổể̉i thọ phục vụ theo thời gian có thểể̉ đượ ̣c tíốnh
dựa vào chiềề̀u dài hành trình và sớố chu trình là hằng sớố.

Lh=

Trong đó:
+

+

+

t̉ể̉i bềề̀n danh nghĩa
L

l

s

:
: chiềề̀u dài hành trình

n1 : tớốc độ (v/ph)


19


Đồ an TKHT Cơ khí – Hê ̣dân hương cho ban may CNC
2.1.8. Hệ số ma sát
Ray dẫn hướống đượ ̣c điềề̀u khiểể̉n nhờ chuyểể̉n động củể̉a những viên bi lăn giữa ray và phần di
trượ ̣t. Lực cảể̉n ma sáốt đượ ̣c tíốnh toáốn dựa trên tảể̉i trọng làm việc và lực cảể̉n chớốt. Nói chung, hệ
sớố ma sáốt sẽã̃ kháốc nhau giữa cáốc sê ri kháốc nhau. Hệ sốố ma sáốt củể̉a sêri MSA và MSB trong

khoảể̉ng 0,002 tớối 0,003.

F =μ× P+f
Trong đo :
+ μ : hê ̣ số ma sát đông ̣

+P : tải trong lam viêc ̣
+f : sức chiu vong đêm
2.1.9 Tíí́nh tốn tải trọng làm việc
Trong đồ áốn này sẽã̃ tíốnh toáốn phần tảể̉i trọng làm việc theo phương áốn hai thanh ray dẫn hướống
cho mỗi bàn X Y nằm ngang

Hình 2.3: Hệ bàà̀n má́y nằm ngang có đặt phơi

2.1.10 Tíí́nh tốn tải trọng tương đương
Hệ thớống ray dẫn hướống có thểể̉ chịu tảể̉i và mô men theo cảể̉ 4 hướống củể̉a tảể̉i trọng hướống tâm,
tảể̉i trọng đảể̉o chiềề̀u hướống tâm, tảể̉i trọng mặt bên đồng thời. Khi hơn một tảể̉i trọng táốc dụng lên
hệ thốống ray đồng thời, mọi tảể̉i trọng kháốc sẽã̃ hướống vào tâm hoặc mặt bên tương đương, cho
việc tíốnh toáốn tuổể̉i bềề̀n dịch vụ và hệ sốố an tồn tĩnh. Cơng thứốc tíốnh toáốn như sau:
PE=|PR|+|PT|

Trong đó:
+ PE: tảể̉i trọng tương đương
+ PR: tảể̉i trọng hướống tâm táốc dụng mặt trên
+ PT : tảể̉i trọng táốc dụng lên mặt bên
Mô men tác dung được tính theo công thức :

|M|

PE=|PR|+|PT| +C0 × M


R

Trong đó:
+ C0 : tảể̉i trọng tĩnh định mứốc
+ M : momen tíốnh toáốn
+ MR: momen tĩnh cho phép
20