Chương I: Tổng quan đề tài Thiết kế bàn máy CNC Phần I: Chọn máy tham khảo I.1 Bảng thông số Thông số Máy Tham Khảo 1 Máy Tham Khảo 2 Máy yêu cầu (SINUMERIK (SINUMERIK 808D) 828D) Tải trọng 300 350 300 lớn nhất Vận tốc 24 20 cắt Vận tốc 10 10 12 di chuyển tự do Tốc độ 10 – 8,000 rpm 10 – 10.000 rpm 5000 rpm quay trục chính Máy Phay đứng Phay đứng Phay đứng Length x 800 x 320 mm 900 x 410 mm Width Gia tốc 0,4-0,5 m/s2 lớn nhất Thời gian 5-7 năm 5-7 năm 5-7 năm hoạt động Với những thông số như trên, Máy SINUMERIK 828D phù hợp để chọn làm máy tham khảo 6 lOMoARcPSD|16911414 I. Catalog Máy tham khảo Các thông số khác tham khảo tại: https://assets.com/siemens/assets/api/uuid:70d1a600-5309-404a- aec0-aa711dc1ef08/version:1570541081/catalog-nc-82-sinumerik-828.pdf 7 lOMoARcPSD|16911414 Phần II: Phân tích động học máy tham khảo II. Truyền dẫn chính (Tạo chuyển động cắt) Sử dụng động cơ một chiều, xoay chiều để có thể điều khiển vô cấp tốc độ của động cơ. Các loại động cơ này có đặc điểm là thay đổi số vòng quay đơn giản, mômen truyền tải cao, khi thay đổi lực tác dụng số vòng quay vẫn giữ không đổi.
Truyền động chính của máy CNC phải truyền công suất cắt cần thiết bởi các động cơ truyền động tương ứng qua trục công tác để gia công chi tiết thích hợp. Ngoài ra còn có tổn thất do ma sát thường gặp trong bộ phận cơ khí mà độ tác động về mặt kích thước của nó phải được xác định cho máy CNC. Độ ổn định cao về mặt truyền động được đặt ra, mặc dù lực gia công cao nhưng mômen quay ở mọi vị trí phải được ổn định. Đồng thời phải có đủ động lực để làm chủ sự thay đổi nhanh chóng của tốc độ cắt và không bị rung động.
Máy sử dụng động cơ điện ba pha. Bất lợi về điều khiển số vòng quay phức tạp đã được bỏ qua thay vào đó là giá thành cao bởi điều khiển bằng điện tử. Ngày nay chủ yếu sử dụng bộ biến tần để điều khiển động cơ 3 pha. Trục công tác được tiêu chuẩn hóa để đảm bảo khả năng thay đổi tối đa của các thiết bi kẹp.
Trong máy CNC trục công tác cũng như các bộ phận khác được chế tạo chắc chắn hơn so với máy công cụ thông thường vì gia tốc nhanh hơn (10 đến 40m/s²) và công suất cắt cao hơn. Sơ đồ động học truyền dẫn chính. Phương trình động học truyền dẫn chính Ntc = Ndc.i Trong đó: Ntc là tốc độ quay trục chính 5000rpm Ndc là tốc độ quay động cơ 12000rpm I là tỷ số truyền của hộp số 9 lOMoARcPSD|16911414 II. Truyền dẫn chạy dao (Tạo chuyển động tạo hình) II.1 Truyền động các trục Trong máy công cụ CNC, NC sử dụng động cơ bước, động cơ Servo để điều khiển các trục chuyển động (X,Y,Z).
Mỗi một trục có gắn một động cơ riêng để hoạt động tách biệt. Thông thường các hộp tốc độ chỉ có từ 1–2 cấp. Truyền dẫn cho trục chính trước đây thường sử dụng động cơ một chiều để có thể điều khiển vô cấp tốc độ của động cơ. Ngày nay người ta có thể sử dụng động cơ ba pha với bộ điều khiển điện tử có nhiều lợi thế hơn so với động cơ một chiều Trục chính được dẫn động bởi một động cơ servo trục chính (trục Z) điều khiển được, được điều khiển và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC, có khả năng cho ra tốc độ quay bất kì trong giới hạn thiết kế của máy.
Chuyển động theo trục Z của máy do cụm trục chính thực hiện, dẫn động nhờ một động cơ servo trục Z thông qua bộ truyền vitme đai ốc bi, được điều khiển và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC kín, có phản hồi. Bàn máy của máy phay CNC thông thường có hai khả năng chuyển động theo 2 trục X và Y, được dẫn động nhờ các động cơ servo, thông qua bộ truyền động vitme bi, được điều khiển và điều chỉnh tốc độ bởi bộ điều khiển CNC kín có phản hồi.2 Động cơ Servo Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này.
Nếu có bất kỳ lí do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác. Loại động cơ này có một số đặc điểm chung như sau: - Momen quán tính nhỏ. - Đặc điểm động học tốt.
- Thường được tích hợp sẵn cảm biến đo tốc độ hay góc quay. - Có dải tần số công tác rộng 0÷400 Hz.3 Truyền động đai Truyền động đai là truyền động bằng phương tiện kéo, chúng truyền mômen xoắn và tốc độ giữa các trục. Trục chính loại này được truyền chuyển động từ một động cơ bên ngoài thông qua bộ truyền đai răng hoặc đai thang. Loại này được dùng phổ biến trên các máy gia công truyền thống.
Hiệu suất của trục chính dẫn động đai đạt khoảng 95%. Trục chính dẫn động đạt tốc độ quay 15. Truyền mô men xoắn tốt ở tốc độ thấp (1000 vòng/phút) tùy thuộc vào loại đai và tỉ số truyền. Truyền động đai rất linh hoạt và chúng được dùng cho một dải rộng lớn nhiều công việc khác nhau với các yêu cầu giữa mô men xoắn cao/tốc độ quay thấp và mô men xoắn thấp/tốc độ quay cao.
Tuy nhiên truyền động này có nhược điểm chính là: + Bị giãn nở nhiệt đáng kể so với các truyền động khác. + Độ kéo căng của đai gây nên một lực hướng kính lên trục, gây nên tải trên các ổ đỡ. + Gây nhiều tiếng ồn hơn do sự chuyển động của đai. Sơ đồ động học truyền dẫn chạy dao II.
Phương trình động học truyền dẫn chạy dao Vcd=Vdc.tx Trong đó: Vcd là tốc độ chuyển động của bàn máy (mm/phút) Vdc là tốc độ của động cơ (mm/phút) Tx là bước vít me (mm) II. Truyền động thay dao 13 lOMoARcPSD|16911414 Trong mâm dao, việc thay đổi dao diễn ra bằng cách sử dụng một hệ thống kẹp cũng được gọi là tay đòn. Sự thay đổi diễn ra với một thiết bị kẹp hai tay sau khi một dao mới đã được gọi trong chương trình NC như sau: Định vị dao mong muốn trong ổ dao vào vị trí thay dao; Đưa trục chính vào vị trí thay đổi; Xoay tay kẹp dao cũ trong trục chính vào vị trí trước đó và đến vị trí dao mới trong ổ dao và trả lại thiết bị kẹp dụng cụ vào vị trí ban đầu. Trong thiết bị thay dao, việc thay dao được thực hiện với sự trợ giúp của một hệ thống cần gạt gọi là cần thay dao (hình 14).
Việc thay đổi dao với sự giúp đỡ của cần gạt kép sau khi có một dao mới trong chương trình NC được gọi như sau: Định vị dao chinh mong muốn trong ổ dao vào vị trí thay dao. Đưa trục chính công tác về vị trí thay dao. Quay cần gạt dao về phía dao cũ trong trục chính và về phía dao mới trong ổ dao. Lấy dao trong trục chính và trong ổ dao, quay cần gạt dao.
Đặt dao mới vào trục chinh công tác và dao cũ vào ổ chứa dao. Bẻ cần gạt về vị trí nghỉ. Thời gian thay dao khoảng 6 tới 15 giây, bộ thay dao nhanh nhất hiện nay thay dao mất khoảng 1 giây. 14 lOMoARcPSD|16911414 Lưu đồ 8 bước thay dao Bước 1: Trục chính về mặt phằng thay dao, xoay định hướng góc then.
Bước 2: Ổ chứa dao tự hành đi vào kẹp dao trên trục chính. Bước 3: Hệ thống khí nén được kích hoạt để thực hiện xy lanh mở chấu kẹp và đầy dao không mút vào mặt côn của trục chính Bước 4: Trục chính đi lên hết chiều cao của đài dao Bước 5: Ổ chứa dao quay phân độ đưa dao cần thay vào miệng trục chính Bước 6: Trục chính đi xuống về mặt phằng thay dao Bước 7: Giải phóng khí nén để hồi xy lanh kẹp và kẹp dao bằng lực đàn hồi của lò xo Bước 8: Ổ chứa dao hồi về vị trí ban đầu 15 lOMoARcPSD|16911414 Phần III: Các cơ cấu đặc biệt III. Bộ truyền Vít me – Đai ốc bi III.1 Kết cấu Kết cấu bộ truyền vít me - đai ốc bi hình trên bao gồm trục vít me, đai ốc, dòng bi. Vít me được nối trực tiếp với động cơ hoặc thông qua bộ truyền động (đai, xích, bánh răng…).
Khi động cơ quay ,vít me quay, làm cho đai ốc di chuyển dọc theo trục vít me. Đai ốc được gắn chặt với bàn X,Y làm cho bàn chuyển động tịnh tiến theo X,Y. Tốc độ di chuyển của bàn X,Y phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của trục vít, một vòng quay của động cơ sẽ làm cho đai ốc di chuyển được một đoạn bằng bước ren của trục vít. Tiếp xúc giữa đai ốc và vít me là tiếp xúc lăn, điều này đem đến một ưu điểm đó là chỉ cần một lực quay rất nhỏ đã có thể làm cho đai ốc chuyển động.2 Đặc điểm Bộ truyền Vít me – Đai ốc bi 1.
Trục vít me: được gia công các rãnh ren ở dạng cầu, để chứa và dẫn chuyển động của bi 2. Đai ốc bi: được chế tạo giống như chức năng của đai ốc, bên trong chữa các rãnh tròn để chứa bi và dẫn chuyển động của bi 3. Bi: Bi được chế tạo dạng cầu, đường kính bi tùy thuộc vào từng loại vít me đai ốc. Bi sẽ tiếp xúc với rãnh của trục vít và đai ốc, chuyển động lăn, để truyền chuyển động giữa trục vít me và đai ốc.
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 không 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.