Luận Văn Thiết kế một số bộ phận cơ khí cơ bản của trung tâm gia công đứng CNC 3 trục cỡ nhỏ

Đồ án tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Thiết kế một số bộ phận cơ khí cơ bản của trung tâm gia công đứng CNC 3 trục cỡ nhỏ


MỤC LỤC
Lời cam đoan i
Lời nói đầu . ii
Mục lục . iii
Danh mục các chữ viết tắt vi
Danh mục các ký hiệu . vii
Danh mục các bảng ix
Danh mục các hình x
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ PHẬN CƠ KHÍ
CỦA TRUNG TÂM GIA CÔNG ĐỨNG CNC 3 TRỤC
1.1 Sơ lược về trung tâm gia công . 1
1.2 Tổng quan về các bộ phận trong trung tâm gia công đứng CNC 3 trục 2
Chương 2 LỰA CHỌN KẾT CẤU MÁY VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ
BẢN
2.1 Chọn kết cấu máy . 11
2.2 Các thông số kỹ thuật cơ bản . 12
2.3 Chọn thước đo quang học cho các trục . 13
2.4 Giới hạn phạm vi tính toán thiết kế . 13
Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỘT SỐ BỘ PHẬN CƠ KHÍ CƠ BẢN
3.1 Tính toán lực cắt, công suất cắt ứng với chế độ gia công cực đại . 14
3.1.1 Gia công phay . 15
3.1.2 Gia công khoan . 19
3.1.3 Chọn lực tác dụng và công suất thiết kế . 21
3.2 Chọn trục chính, động cơ trục chính và bộ truyền động
3.2.1 Chọn trục chính, bộ truy ền động 22
3.2.2 Chọn động cơ trục chính 25
3.3 Thiết kế chi tiết thân cụm chuyển động trục Z
3.3.1 Chọn vật liệu . 26
3.3.2 Dùng công cụ CAD/CAE để thiết kế, kiểm tra và tối ưu hóa hết cấu
3.3.2.1 Kiểm tra bền và biến dạng chi tiết thân cụm chuyển động trục Z
(thân cụm trục Z)với giả thiết 1 . 27
3.3.2.2 Kiểm tra bền và biến dạng thân cụm trục Z với giả thiết 2 . 41
3.3.2.3 Thống kê, đánh giá kết quả kiểm tra bền và biến dạng
thân cụm trục Z . 42
2
3.4 Vít me-đai ốc bi, động cơ AC servo, khớp nối, thanh trượt-bạc trượt trục
Z
và hoàn thiện thiết kế thân trục Z
3.4.1 Tính toán chọn vít me-đai ốc bi trục Z 44
3.4.2 Tính toán chọn động cơ AC servo trục Z . 48
3.4.3 Tính toán chọn ổ bi cho vít me trục Z . 51
3.4.4 Chọn then và thiết kế khớp nối giữa trục vít me và động cơ AC servo trục Z
3.4.4.1 Chọn then 53
3.4.4.2 Thiết kế khớp nối 54
3.4.5 Tính toán chọn thanh trượt-bạc trượt trục Z . 58
3.4.6 Hoàn thiện thiết kế thân cụm trục Z . 63
3.5 Thiết kế bàn máy
3.5.1 Chọn vật liệu và kích thước cơ bản của bàn máy 68
3.5.2 Dùng công cụ CAD/CAE để thiết kế, kiểm tra và tối ưu hóa hết cấu 69
3.5.3Thống kê, đánh giá kết quả kiểm tra bền và biến dạngbàn máy . 74
3.6 Vít me-đai ốc bi, động cơ AC servo, khớp nối, thanh trượt-bạc trượt trục X
và hoàn thiện thiết kế bàn máy
3.6.1 Tính toán chọn vít me-đai ốc bi trục X . 75
3.6.2 Tính toán chọn động cơ AC servo trục X 77
3.6.3 Tính toán chọn ổ bi cho vít me trục X . 79
3.6.4 Chọn then và thiết k ế khớp nối giữa trục vít me và
động cơ AC servo trục X . 80
3.6.5 Tính toán chọn thanh trượt-bạc trượt trục X . 80
3.6.6 Hoàn thiện thiết k ế bàn máy . 81
3.7 Thiết kế chi tiết thân cụm chuyển động trục Y
3.7.1 Chọn vật liệu . 83
3.7.2 Dùng công cụ CAD/CAE để thiết kế, kiểm tra và tối ưu hóa hết cấu . 83
3.7.3Thống kê, đánh giá kết quả kiểm tra bền và biến dạngthân cụm trục Y . 88
3.8 Vít me-đai ốc bi, động cơ AC servo, khớp nối, thanh trượt-bạc trượt trục Y
và hoàn thiện thiết k ế thân cụm trục Y
3.8.1 Tính toán chọn vít me-đai ốc bi trục Y 89
3.8.2 Tính toán chọn động cơ AC servo trục Y . 91
3.8.3 Tính toán chọn ổ bi cho vít me trục Y 92
3.8.4 Chọn then và thiết kế khớp nối giữa trục vít me và
động cơ AC servo trục Y . 93
3.8.5 Tính toán chọn thanh trượt-bạc trượt trục Y . 93
3.8.6 Hoàn thiện thiết kế thân cụm trục Y 94
3
3.9 Thiết k ế phần bệ máy và trụ đứng
3.9.1 Chọn vật liệu . 96
3.9.2 Chọn bộ thay dao tự động 96
3.9.3 Dùng công cụ CAD/CAE để thiết kế, kiểm tra và tối ưu hóa hết cấu 96
3.9.3.1 Kiểm tra bền và biến dạng bệmáy 97
3.9.3.2 Kiểm tra bền và biến dạng trụ đứng 103
3.9.4 Tính toán mối ghép vít và hoàn thiện thiết kế bệ máy, trụ đứng
3.9.4.1 Tính toán mối ghép vít . 108
3.9.4.2 Hoàn thiện thiết kế bệ máy và trụ đứng . 114
3.10 Các thông số kỹ thuật sau khi thiết kế một số bộ phận cơ khí cơ bản
và tính toán lựa chọn các bộ phận khác . 115
Chương 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
4.1 Kết luận 117
4.2 Đề xuất 118
Phụ lục
Tài liệu tham khảo
4
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
NC - Numerical Control
CNC - Computer Numerical Control
VMC - Vertical Machining Center
HMC - Horizontal Machining Center
HSMC - High Speed Machining Center
PLC - Program Logic Control
AC - Alternating Current
FMS - Flexible Manufacturing System
FMC - Flexible Manufacturing Cell
CAD - Computer Aided Design
CAE - Computer Aided Engineering
TH1 - Trường hợp 1
TH2 - Trường hợp 2
TH3 - Trường hợp 3
TH4 - Trường hợp 4
5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị
t Chiều sâu lớp cắt mm
B Chiều rộng lớp cắt mm
z Số răng dao, số răng trên vòng đai
D Đường kính dao mm
n ,n
i
, ݊
௧
Tốc độ quay Vòng/phút
Sm Lượng ăn dao trong một phút mm/phút
Sz Lượng chạy dao răng mm/răng
ܲ
௭
, ܲ
௛
, ܲ
௩
, ܲ
௫
, ܲ
௬௭
, ܲ
௬
, ܲ
௢
Các thành phần lực cắt N
ܥ
௣
, ݔ
௣
, ݕ
௣
, ݍ
௣
, ݍ, ݕ , ܭ
௣
, ܥ
ெ
Các hệ số tính lực cắt
ܯ௖
, ܯ௫
Mô men cản (mô men xoắn) N.mm
ܰ
௖
Công suất cắt kW
Ncmax Công suất cắt lớn nhất kW
Mmax
Mô men xoắn lớn nhất N.m
nmax Tốc độ lớn nhất vòng/phút
Fmax
, Fxmax
, Fy max
, Fzmax Lực c ắt lớn nhất theo phương chạy dao của trung tâm
gia công đứng 3 trục
N
Fmin Lực nhỏ nhất N
Pmax Lực kéo lớn nhất của trục chính N
w, ms
Khối lượng trục chính kg
CP Chu vi vòng tròn bước răng pulley mm
ܦ
௉
Đường kính vòng tròn bước răng pulley mm
ܦ
ை
Đường kính vòng đỉnh răng mm
ܦ
஻
Đường kính vòng đáy răng mm
ܣ
௦௕
khoảng cách trục sơ bộ mm
A Khoảng cách trục mm
ܮ
௧
chiều dài vòng đai mm
P.D. đường kính vòng tròn bước răng mm
O.D. đường kính đỉnh răng mm
Mo Mô men hoạt động liên tục N.m
ߟ Hiệu suất
ܭ
௡
Hệ số quá tải tức thời cho phép
g Gia tốc trọng trường m/s
2
Ps Trọng lượng trục chính N
PM Trọng lượng động cơ trục chính N
mZ Khối lượng thân cụm trục Z kg
PZ Trọng lượng thân cụm trục Z N
ݒ
௠௔௫
Tốc độ lớn nhất m/phút
ܽ
௧
gia tốc tức thời m/s
2
P’Z Trọng lượng tức thời thân cụm trục Z khi có gia tốc N
P’M Trọng lượng tức thời động cơ trục chính khi có gia tốc N
P’S Trọng lượng tức thời trục chính khi có gia tốc N
δ khối lượng riêng kg/m
3
σmax , σmin ứng suất lớn nhất, nhỏ nhất N/m
2
σ , σch Giới hạn chảy N/m
2
ε
max
, εmin
, εtb
Chuyển vị lớn nhất, nhỏ nhất, trung bình mm
ε Chuyển vị (biến dạng) mm
vt Vận tốc m/s
6
FD , FD1 ,FD2 , FD3
, FDi Lực động lực học dọc trục vít me N
p bước ren vít me mm
γ Góc vít
o
OD Đường kính đỉnh ren trục vít mm
RD Đường kính chân ren trục vít mm
PCD Đường kính tâm bi ăn khớp mm
T Mô men quay trục vít me bi N.mm
߮
௧
Góc ma sát lăn thay thế
o
ft Hệ số ma sát lăn thay thế
ߚ Góc tiếp xúc
o
ti Tỉ số th ời gian ch ị u tải %
fpi Hệ số điều kiện làm việc
݊
௔௩
độ trung bình Vòng/phút
ܨ
஽௠
Tải trọng trung bình N
Fa Tải trọng tính toán N
Lh Thời gian làm việc giờ
L Tuổi thọ làm vi ệc vòng
ܮ
ଵ଴
Tuổi thọ làm vi ệc triệu vòng
C
’
Tải trọng động tính toán kgf
C tải trọng động cho phép kgf
Co Tải tĩnh cho phép kgf
P Tải trọng tương đương khi làm việc N
D Đường kính ngoài của ổ bi mm
d Đường kính trong của ổ bi mm
B Bề rộng ổ bi mm
V Vận tốc giới hạn vòng/phút
m Khối lượng kg
bxhxl Kích thước then bằng mm
τ
c Môđun chống cắt N/m
2
[σd] Ứng suất dập cho phép N/m
2
[τc] Ứng suất cắt cho phép N/m
2
A1,D1,B1,C1,W1,U1,R1 Kích thước rãnh chữ T theo tiêu chuẩn mm
mp Khối lượng phôi lớn nhất kg
Pp Trong lượng phôi lớn nhất N
mb Khối lượng bàn máy kg
Pb Trọng lượng bàn máy N
mthY
Khối lượng của thân cụm trục Y kg
PthY Trọng lượng thân cụm trục Y N
mbm Khối lượng bệ máy kg
Pbm trọng lượng bệ máy N
ܲ
௖௓ Trọng lượng cụm trục Z N
mbtd Tổng khối lượng lớn nhất bộ thay dao kg
ܲ
௕௧ௗ
Trọng lượng lớn nhất của bộ thay dao
Dtb Đường kính trung bình mm
Ve Tốc độ trung bình của bạc trượt m/phút
V , Va , Vb , Vc , Vd Lực xiết N
MCO Hợp mô men giữ cho trụ đứng không bị lật N.mm
MLO Hợp mô men làm cho trụ đứng có xu hướng bị lật N.mm
7
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Phân loại kết cấu trung tâm gia công đứng 3 trục 11
Bảng 2.2: Bảng các thông số kỹ thuật cơ b ản của máy sẽ thiết kế 12
Bảng 2.3: Thông số kỹ thu ật cơ b ản của thước đo quang học dòng KD200 12
Bảng 3.1: Chế độ gia công cực đại trong các trường hợp cụ thể 14
Bảng 3.2: Các hệ số và chế độ gia công 18
Bảng 3.3: Kết quả tính toán theo các thông số tương ứng với b ảng 3.2 18
Bảng 3.4: Các thông số và kết qu ả tính toán khi khoan 20
Bảng 3.5: Gang xám GG 30 (theo tiêu chuẩn DIN) 26
Bảng 3.6: Các thông số tạo lưới phần tử của thân trục Z
trong Module Solidworks Simulation 30
Bảng 3.7: Số liệu thống kê kết quả kiểm tra bền và biến dạngthân cụm trục Z . 42
Bảng 3.8: Bảng số liệu để tính toán tải trọng trung bình 45
Bảng 3.9: Các thông số của ổ bi 52
Bảng 3.10: Thép carbon C35 (DIN) . 53
Bảng 3.11: Nhựa POM Acetal Copolymer 54
Bảng 3.12: Các thông số lưới phần tử của khớp nối
trong Module Solidworks Simulation 55
Bảng 3.13: Số liệu thống kê kết quả kiểm tra bền và biến dạng bàn máy . 74
Bảng 3.14: Bảng số liệu để tính toán tải trọng trung bình 76
Bảng 3.15: Số liệu thống kê kết quả kiểm tra bền và biến dạng thân cụm trục Y . 88
Bảng 3.16: Bảng số liệu để tính toán tải trọng trung bình 90
Bảng 3.17: Các thông số cơ bản của bộ thay dao tự động CTM40 - BP41 . 96
Bảng 3.18: Số liệu thống kê kết quả kiểm tra bền và biến dạngbệ máy 102
Bảng 3.19: Số liệu thống kê kiểm tra bền và biến dạngtrụ đứng 107
Bảng 3.20: Thông số kỹ thuật sau khi thiết kế một số bộ phận cơ khí cơ bản và
tính toán lựa chọn các bộ phận khác 115
8
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Từ trái qua ph ải lần lượt là: máy phay đ ứng truyền thống,
máy phay CNC 3 trục, trung tâm gia công đứng 3 trục 1
Hình 1.2: Sơ đồ các bộ phận của trung tâm gia công đứng 3 trục 2
Hình 1.3: Bệ máy . 3
Hình 1.4: Một kiểu trung tâm gia công đứng 3 trục . 3
Hình 1.5: Các loại trục chính dùng trong trung tâm gia công đứng 4
Hình 1.6: Thanh trượt - bạc trượt con lăn tuần hoàn 5
Hình 1.7: Thanh trượt - bạc trượt bi tu ần hoàn 5
Hình 1.8: Các loại vít me - đai ốc bi tuần hoàn . 6
Hình 1.9: Bộ sinh lực đẩy thay dao pít tông - xy lanh khí nén
giới h ạn hành trình pít tông bằng 2 công tắc hành trình 6
Hình 1.10: Mô hình trục chính được lắp bộ sinh lực đẩy thay dao . 6
Hình 1.11: Hệ th ống thay dao tự động 7
Hình 1.12: Mô hình tay máy thay dao . 8
Hình 1.13: Trung tâm gia công nhiều pallet: loại xoay (A) và loại tuy ến tính (B) 9
Hình 1.14: Một lo ại thước đo quang học thường dùng trong máy CNC . 10
Hình 2.1: Kết cấu trung tâm gia công đứng 3 trục . 11
Hình 3.1: Các thành phần lực cắt khi phay b ằng dao phay mặt trụ . 15
Hình 3.2: Các thành phần lực cắt khi phay b ằng dao phay mặt đầu . 15
Hình 3.3: Trục chính Type B40 – 120 . 22
Hình 3.4: Kích thước đai răng tiêu chuẩn kiểu 5GT và 8YU 23
Hình 3.5: Một loại Pulley tiêu chuẩn kiểu 5GT 24
Hình 3.6: Một loại đ ầu kẹp dao tiêu chuẩn BT40 . 24
Hình 3.7: Đường đặc tuyến mô men - tốc độ của động cơ servo AC NV860VC 25
Hình 3.8: Mô hình hóa cụm trục Z bằng phần mềm Solidworks 27
Hình 3.9: Mô hình tính toán 28
Hình 3.10: Các bề mặt không chế (hạn chế 6 bậc tự do) 29
Hình 3.11: Lực dọc trục F tại bề mặt lắp ghép giữa trục chính và thân cụm trục Z 29
Hình 3.12: Lực PM tại b ề mặt lắp ghép giữa tấm đế lắp động cơ và thân cụm trục Z 29
Hình 3.13: Mô hình tạo lưới các phần tử của thân trục Z . 30
Hình 3.14: Kết qu ả về ứng suất . 31
Hình 3.15: Kết qu ả về chuy ển vị . 32
Hình 3.16: Mô hình tính toán 33
Hình 3.17: Kết qu ả ứng suất . 33
Hình 3.18: Kết qu ả chuy ển vị . 34
9
Hình 3.19: Mô hình đơn giản hóa trục chính và dao 34
Hình 3.20: Thép hợp kim 1.2842 đã đổi khối lượng riêng . 35
Hình 3.21: Mô hình tính toán 36
Hình 3.22: Kết qu ả về ứng suất . 36
Hình 3.23: Vùng chuyển vị ≥ 0,00865 mm 37
Hình 3.24: Mô hình tính toán 37
Hình 3.25: Kết quả ứng suất . 38
Hình 3.26: Vùng chuyển vị ≥ 0,008 mm . 38
Hình 3.27: Kết quả ứng suất . 39
Hình 3.28: Vùng chuyển vị ≥ 0,003 mm . 39
Hình 3.29: Kết qu ả ứng suất . 40
Hình 3.30: Vùng chuyển vị ≥ 0,009 mm . 40
Hình 3.31: Mô hình tính toán 41
Hình 3.32: Kết qu ả vùng ứng suất ≥ 3000000 (N/m
2
) . 41
Hình 3.33: Kết qu ả vùng chuy ển vị ≥ 0,0087 mm . 42
Hình 3.34: Sơ đồ động lực học . 44
Hình 3.35: Vít me bi . 47
Hình 3.36: Sơ đồ tính toán vít me 48
Hình 3.37: Đồ th ị đường đặc tuy ến mô men - tốc độ của α12/3000 49
Hình 3.38: Kiểu bố trí ổ bi (sử dụng 2 cặp ổ bi đỡ chặn 51
Hình 3.39: Ổ bi đỡ chặn đôi của SKF . 52
Hình 3.40: Khớp nối giữa trục vít me và động cơ AC servo trục Z 54
Hình 3.41: Mô hình tạo lưới các ph ần tử của khớp nối . 55
Hình 3.42: Bề mặt h ạn chế và tác dụng mô men trong mô hình
phân tích CAE khớp nối 56
Hình 3.43: Kết qu ả ứng suất . 57
Hình 3.44: Kết qu ả chuy ển vị . 57
Hình 3.45: Sơ đồ tính toán 58
Hình 3.46: A; B; C sơ đồ tương đương h ình 3.45 59-60
Hình 3.47: Các phương pháp gia cường 63
Hình 3.48: Gia cường 2 bên bằng chêm côn và sử dụng miếng chêm thẳng 64
Hình 3.49: Thân cụm trục Z 65
Hình 3.50: Mô hình bề mặt cố định và đặt lực . 66
Hình 3.51: Kết qu ả ứng suất . 66
Hình 3.52: Kết qu ả vùng chuy ển vị ≥ 0,0003 mm . 67
Hình 3.53: Rãnh chữ T theo tiêu chuẩn . 68
Hình 3.54: Kích thước cơ bản của bàn máy . 68
Hình 3.55: Mô hình hóa bàn máy 69
10
Hình 3.56: Bề mặt khống chế và gán trọng lượng bàn máy . 69
Hình 3.57: Lực tác dụng TH1 . 70
Hình 3.58: Kết qu ả ứng suất TH1 . 70
Hình 3.59: Kết qu ả chuy ển vị TH1 . 70
Hình 3.60: Lực tác dụng TH2 . 71
Hình 3.61: Kết qu ả ứng suất TH2 . 71
Hình 3.62: Kết qu ả chuy ển vị TH2 . 71
Hình 3.63: Lực tác dụng TH3 . 72
Hình 3.64: Kết qu ả ứng suất TH3 . 72
Hình 3.65: Kết qu ả chuy ển vị TH3 . 72
Hình 3.66: Lực tác dụng TH4 . 73
Hình 3.67: Kết qu ả ứng suất TH4 . 73
Hình 3.68: Kết qu ả chuy ển vị TH4 . 73
Hình 3.69: Sơ đồ tính toán 75
Hình 3.70: Kiểu bố trí ổ bi (sử dụng 2 cặp ổ bi đỡ chặn 79
Hình 3.71: Bàn máy 81
Hình 3.72: Lực và bề mặt khống chế 81
Hình 3.73: Kết qu ả ứng suất . 82
Hình 3.74: Kết qu ả chuy ển vị . 82
Hình 3.75: Mô hình hóa sơ bộ thân cụm trục Y . 83
Hình 3.76: Bề mặt khống chế 84
Hình 3.77: Mô hình phân tích TH1 . 85
Hình 3.78: Kết qu ả ứng suất TH1 . 85
Hình 3.79: Kết qu ả chuy ển vị TH1 . 85
Hình 3.80: Mô hình phân tích TH2 . 86
Hình 3.81: Kết qu ả ứng suất TH2 . 86
Hình 3.82: Kết qu ả chuy ển vị TH2 . 87
Hình 3.83: Mô hình phân tích TH3 . 87
Hình 3.84: Kết qu ả ứng suất TH3 . 87
Hình 3.85: Kết qu ả chuy ển vị TH3 . 87
Hình 3.86: Sơ đồ tính toán 89
Hình 3.87: Thân cụm trục Y . 94
Hình 3.88: Kết qu ả ứng suất . 95
Hình 3.89: Kết qu ả chuy ển vị . 95
Hình 3.90: Mô hình hóa sơ bộ bệ máy và trụ đứng 97
Hình 3.91: Bề mặt khống chế (các mặt chân đ ế và lỗ lắp lulong nền . 98
Hình 3.92: Mô hình đặt lực TH1 . 98
Hình 3.93: Kết qu ả ứng suất TH1 . 99
11
Hình 3.94: Kết qu ả chuy ển vị TH1 . 99
Hình 3.95: Mô hình đặt lực TH2 . 100
Hình 3.96: Kết qu ả ứng suất TH2 . 100
Hình 3.97: Kết qu ả chuyển vị TH2 . 100
Hình 3.98: Mô hình đặt lực TH3 . 101
Hình 3.99: Kết qu ả ứng suất TH3 . 101
Hình 3.100: Kết quả chuy ển vị TH3 . 101
Hình 3.101: Bề mặt kh ống chế (bề mặt lắp ráp với bệ máy . 103
Hình 3.102: Mô hình đặt lực tác dụng TH1 . 103
Hình 3.103: Kết quả ứng suất TH1 . 104
Hình 3.104: Kết quả chuy ển vị TH1 . 104
Hình 3.105: Mô hình đặt lực tác dụng TH2 . 105
Hình 3.106: Kết quả ứng suất TH2 . 105
Hình 3.107: Kết quả chuy ển vị TH2 . 106
Hình 3.108: Mô hình lắp ghép bệ máy và trụ đứng . 108
Hình 3.109: Sơ đồ ngoại lực tác dụng xét trong mặt oxy . 108
Hình 3.110: Sơ đồ phân tích lực 109
Hình 3.111: Sơ đồ tương đương hình 3.110B 110
Hình 3.112: Sơ đồ tính toán (tính cho trường hợp nguy hiểm nhất 113
Hình 3.113: Bệ máy và trụ đứng . 114
12
LỜI NÓI ĐẦU
Đề tài “Thiết kế một số bộ phận cơ khí cơ bản của trung tâm gia công đứng
CNC 3 trục cỡ nhỏ” là một đồ án tốt nghiệp đại học, thời gian thực hiện 15 tuần, từ
20/02/2012 đến 02/06/2012. Đề tài này được lựa chọn, trướt hết vì mục đính vận
dụng các kiến thức tổng hợp trong chuyên ngành đã học vào việc tính toán thiết kế
các chi tiết máy công cụ, sau đó là đ ể cho bản thân có động lực và cơ hội nghiên
cứu kỹ hơn về trung tâm gia công, máy ph ay CNC, tích lũy thêm kinh nghiệm để
phục vụ những yêu cầu công việc sau khi tốt nghiệp.
Các chi tiết cơ khí chính như thân cụm trục Z, thân cụm trục Y, bàn máy, trụ
đứng, bệ máy đã được thiết kế với sự trợ giúp của phần mềm CAD/CAE
(SolidWorks 2012). Một số chi tiết, bộ phận khác như cụm trục chính, thanh trượt-bạc trượt, vít me-đai ốc bi, ổ bi đã được tính toán lựa chọn phù hợp theo tiêu
chuẩn của các hãng sản xuất thiết bị trên thị trường hiện nay, cách làm này được
cho là giảm thời gian và chi phí đ ầu tư mà vẫn hiệu quả.
Ngoài tiêu chí về độ bền, biến dạng, công năng sử dụng, các chi tiết còn
được thiết kế với mục tiêu đảm bảo tính công nghệ trong ch ế tạo,lắp ráp và tối ưu
hóa kết cấu.
Tuy nhiên, đây mới là phiên b ản thiết kế đầu tiên và người thực hiện nó rất ít
được tiếp cận thực tế với các chi tiết, bộ phận trong trung tâm gia công, máy phay
CNC; nhiều chi tiết, bộ phận chỉ được nghiên cứu qua hình ảnh, sách báo, tạp chí,
nên đề tài này ch ắc chắn còn nhiều vấn đề cần điều chỉnh và hoàn thiện. Và rất
mong nhận được ý kiến đóng góp xây dựng của các thầy và những người có kinh
nghiệm trong lĩnh vực này.


Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ PHẬN CƠ KHÍ
CỦA TRUNG TÂM GIA CÔNG ĐỨNG CNC 3 TRỤC
1.1 Sơ lược về trung tâm gia công
Với sự tích h ợp điều khiển số NC (Numerical Control), các máy công cụ ngày
càng trở nên linh hoạt và tinh vi hơn. Từ những máy công cụ truy ền thống với tính
năng kỹ thu ật hạn chế, các nhà ch ế tạo máy công cụ đã phát triển chúng thành
những máy NC/CNC với tính năng linh ho ạt và gia công chi tiết đạt độ chính xác
cao hơn. Không những thế, các máy CNC (Computer Numerical Control) còn được
tích hợp thêm nhiều hệ thống như: thay dao tự động, đầu rơ-von-ve tự động, hệ
thống cấp/tháo phôi tự động,vận chuy ển phoi tự động, so dao tự động , nhờ đó
các máy tiện CNC phát triển thành trung tâm tiện (turning center), máy phay CNC
thành trung tâm gia công (machining center). Những trung tâm này thực hiện được
nhiều chức năng gia công khác nhau như tiện, phay, tiện - phay, khoan, doa, mài,
ta rô . So với máy CNC thông thường thì các trung tâm này có tính tự động hóa rất
cao trong sản xuất, tốc độ gia công cao hơn, thực hiện được nhiều chức năng gia
công hơn và đạt được độ chính xác cao hơn khi gia công các bề mặt phức tạp.
Hình 1.1: Từ trái qua phải lần lượt là: máy phay đứng truy ền thống,
máy phay CNC 3 trục, trung tâm gia công đứng 3 trục.
Như vậy, khi nói đến trung tâm gia công có nghĩa là trung tâm gia công CNC.
Hiện nay, trung tâm gia công được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công
nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực chế tạo máy, chế tạo khuôn mẫu Trên thị trường,
về cơ bản có các loại trung tâm gia công đứng (Vertical Machining Center - VMC ),
trung tâm gia công ngang (Horizontal Machining Center - HMC), trung tâm gia
công cao tốc (High Speed Machining Center - HSMC) với s ố trục điều khiển đồng
th ời từ 3 đến 5 trục
14
1.2 Tổng quan về các bộ phận của trung tâm gia công đứng CNC 3 trục
Sơ đồ các bộ phận của trung tâm gia công đứng 3 trục được sử dụng phổ biến
trong công nghiệp hiện nay, hình 1.2
Hình 1.2: Sơ đồ các bộ phận của trung tâm gia công đứng 3 trục.
Trung tâm gia công đứng 3 trục tiêu chuẩn
thường dùng trong công nghiệp
Hệ thống cơ, thủy khí Hệ thống điện, điều khiển
Bộ phận chính Bộ phận phụ trợ
Servo motor
trục x,y,z, trục chính
Bộ điều khiển CNC
Driver điều khiển
Servo motor
Bộ nguồn
PLC (Program Logic
Control)
Bệ máy
Trụ đứng
Thân cụm
chuy ển động
trục X,Z,Y.
Bàn máy
Trục chính
Thanh trượt,
bạc trượt
trục X,Y,Z
Vít me, đai ốc bi
trục X,Y,Z
Bộ chứa
dao, thay
dao tự động.
Hệ thống
bôi trơn,
làm mát
Hệ thống
cấp dung
dịch trơn
nguội
Các cảm biến, thiết bị
đo điện tử
(encoder rotation,
encoder line, công tắc
hành trình, sersor:
nhiệt, áp suất, dòng
điện
Các thiết bị khác
Hệ thống
vận chuy ển
phoi tự động
Hệ thống cấp
,tháo phôi
tự động
Vỏ máy,
bộ phận
che chắn
15
a. Bệ máy: thường là chi tiết có khối lượng và kích thước lớn nhất, tất cả các
bộ phận khác của máy như trụ đứng, thân các cụm chuyển động, bàn máy đều
được lắp trên bệ máy. Và phía dưới bệ máy có các chân đế có lỗ để lắp với bulông -đai ốc chân đế, ho ặc lắp cố định với nền.
Hình 1.3: Bệ máy
b. Trụ đứng: được lắp với ngay phía trên bệ máy, trụ đứng mang cụm trục
chính, ổ chứa dao, hệ thống bôi trơn làm mát, thanh trượt - bạc trượt, vít me - đai ốc
trục Z
Hình 1.4: Một kiểu trung tâm gia công đứng 3 trục.
Trụ đứng
Bệ máy
Thân cụm chuyển
động trục Z
Trục chính Bàn máy
Thân cụm
chuyển
động trục Y
Ổ chứa dao
Bộ pít tông - xy lanh
khí nén
Motor Servo
16
c. Bàn máy: bàn máy mang chi tiết gia công (phôi). Phía trên bàn máy có các
rãnh chữ T theo tiêu chuẩn.
d.Chi tiết thân của cụm chuyển động theo các trục: tất cả các chi tiết trong cụm
chuy ển động đều được lắp trên chi tiết này. Ví dụ: thân cụm chuyển động trục Z
chuy ển động theo trục Z mang theo trục chính, động cơ trục chính
e. Trục chính: trong trung tâm gia công 3 trục thường dùng: trục chính truy ền
động trực tiếp, trục chính truy ền động đai răng, trục chính tích hợp.
A) B)
C)
Hình 1.5: Các loại trục chính dùng trong trung tâm gia công đứng.
A) Trục chính truy ền động đai răng.
B) Trục chính truyền động trực tiếp.
C) Trục chính tích hợp.
Với tốc độ ≤ 15000 (vòng/phút): trục chính truy ền động đai răng thường được
sử dụng hơn do giá thành thấp hơn, linh hoạt hơn khi thiết kế, lựa chọn động cơ
Servo trục chính và bộ sinh lực đẩy thay dao phù hợp. Trục chính loại này có chốt
đẩy thay dao ở phía đầu trên cùng của trục chính và tự động kẹp chặt dao bằng cơ
cấu đàn hồi ở bên trong trục chính, nghĩa là trục chính luôn ở trạng thái kẹp chặt
dao, khi thay dao (lắp dao) thì cần có thêm bộ sinh lực đẩy (dùng pít tông - xylanh
khí nén hoặc thủ y lực) lắp phía trên chốt đẩy.


Tài liệu tham khảo
1) Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2006 ), Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí -Tập 1,
NXB Giáo dục.
2) Trần Văn Địch (2005), Nguyên lý cắt kim loại, NXB Khoa học và kỹ thuật.
3) Nguyễn Hữu Lộc (2004), Cơ sở thiết kế máy, NXB ĐH Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
4) Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt (2005).
Sổ tay công ngh ệ chế tạo máy -Tập 2. NXB Khoa học và kỹ thu ật.
5) Nguyễn Văn Tường (2008), “Trung tâm gia công”, Tạp chí Máy móc và công cụ Việt
Nam.
6) Thư viện vật liệu trong phần mềm Solidworks 2012
7) Catalogue: HIWIN Ballscrews S99TE16-1003 (http://www.hiwin.com.tw )
8) Catalogue: Hiwin Linear Guideway G99TE14-1006 (http://www.hiwin.com.tw )
9) Catalogue: GE Fanuc Automation - Servo Product Specification Guide ,
October 2004 (http://www.fanuc.com)
10) Erik Oberg, Franklin D. Jones, Holbrook L. Horton, Henry H. Ryffel (2004),
Machinery’s handbook 27
th
, Industrial Press Inc., New York.
11) Catalogue: Colombo Filippetti Torino-Tool Changer System (http://www.cofilto.it )
12) http://www.barer.com/cnc_milling_BM100.php (truy cập 12/03/2012)
13) http://us.misumi-ec.com/us/ItemDetail/10302190670.html (truy cập 12/03/2012)
14) http://www.cells.com.tw/en/products_show.php?p_sn=31 (truy cập 12/03/2012)
15) http://www.parker.com/portal/site/PARKER/menuitem.7100150cebe5bbc2d680671
0237ad1ca/?vgnextoid=f5c9b5bbec622110VgnVCM10000032a71dacRCRD&vgnextf
mt=EN&vgnextcatid=5870032&vgnextcat=SERVO%20MOTORS&Wtky=MOTORS
(truy cập 12/03/2012)
16) http://www.th.misumi-ec.com/pdf/fa/2010/p1_1191.pdf (truy cập 07/04/2012)
17) http://www.hiwin.com.tw/index.aspx (truy cập 07/04/2012)
18) http://www.fanuc.co.jp/en/product/catalog/index.html (truy cập 07/04/2012)
19) http://www.skf.com/skf/productcatalogue/jsp/viewers/productTableViewer.jsp?
presentationType=3&lang=en&tableName=1_25_5 (truy cập 1/04/2012)
20) http://www.grantadesign.com/resources/materials/designations/
ferrous.generalcastiron.htm
(truy cập 1/04/2012)
21) http://www.bkmech.com.Yn/Ymc-95/Ymc-115.html (truy cập 29/05/2012)
22) http://www.bkmech.com.Yn/am-1000.html (truy cập 29/05/2012)
23) http://www.fullmark.com.tw/p1-1.htm (truy cập 29/05/2012)
24) http://www.bkmech.com.Yn/mY110s.html (truy cập 29/05/2012)
25) http://www.elap.it/eng/linear-transducers/optical-linear-scale-kd.html (truy cập
01/06/2012)