Luận văn Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy khắc gỗ CNC di động

ộn d y động cơ không thể tăng hoặc giảm trong lúc hoạt động. o đó, nếu bị uá tải động cơ sẽ bị trượt bước g y sai lệch trong điều khiển.  Không có phản hồi nên có thể xảy ra các sai số khi bị trượt bước.  Đông cơ bước g y ra nhiều nhiễu và rung động hơn động cơ servo.  Động cơ bước không thích hợp cho các ứng dụng cần tốc độ cao. Động cơ servo: - Ưu điểm:  Nếu tải đặt vào động cơ tăng, bộ điều khiển sẽ tăng dòng tới cuộn dây động cơ giúp tiếp tục uay (tránh hiện tượng trượt bước như trong động cơ bước).  Làm việc êm hơn, độ ồn giảm hơn so với động cơ bước.  Có thể hoạt động ở tốc độ cao. - Nhược điểm:  Động cơ servo hoạt động không trùng khớp với lệnh điều khiển bằng động cơ bước, do đó không làm việc ở chế độ mạch điểu khiển hở, yêu cầu phải có hệ thống phản hồi (hồi tiếp).  Giá thành cao. 15  Khi dừng lại, động cơ servo thường dao động tại vị trí dừng g y rung lắc, phải dùng phanh.  Bảo dưỡng tốn kém hơn (khi dùng động cơ có chổi than). Như vậy, cả hai loại động cơ có những ưu khuyết điểm riêng, việc lựa chọn loại động cơ nào là tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể cho phù hợp. ưới đ y là bảng so sánh những đặc điểm cơ bản giữa hai loại động cơ: Độn cơ bước Độn cơ serv Mạch driver Đơn giản. Người dùng có thể chế tạo chúng. Mạch phức tạp. Thông thường người sử dụng phải mua mạch driver từ các nhà sản xuất. Nhi u và run Đáng kể Rất ít Tốc độ Chậm (tối đa 1000-2000 rpm) Nhanh hơn (tối đa 000-5000 rpm) Hiện tượn trượt bước Có thể xảy ra (nếu tải uá lớn) Khó xảy ra (động cơ vẫn chạy trơn tru nếu tải đặt vào tăng) Phươn pháp điều hiển Vòng hở (không encoder) hoặc vòng kín (nếu có lắp encoder) Vòng kín (có encoder) Giá thành (Độn cơ + driver) Rẻ Đắt Độ phân iải 2 pha PM: 7.5° (48 ppr) 2 pha HB: 1.8° (200 ppr) hoặc 0.9° (400 ppr) 5 pha HB: 0.72° (500 ppr) hoặc 0.36° (1000 ppr) Phụ thuộc độ ph n giải của encoder. Thông thường vào khoảng 0. 6° (1000ppr) – 0.036° (10000ppr) (ppr: Pulses per revolution) 2.3.4. Kết luận, l a ch n độn cơ dẫn độn ựa vào ý tưởng thiết kế và ph n tích các ưu, khuyết điểm nêu trên. Tác giả nhận thấy máy khắc gỗ CNC di động có kích thước nhỏ gọn nên mô men di chuyển các trục , Y, không uá lớn. Vì gia công gỗ nên sai số 0.1mm là không cao lăm, do đó, để giá thành sản phẩm rẻ mà vẫn đáp ứng được các yêu cầu công nghệ, tác giả lựa chọn động cơ dẫn động các trục , Y, là động cơ bước; bộ truyền động vitme bi thanh trược vuông. Động cơ chạy dao (lắp spindle) là động cơ servo. 16 2.4. Tính t án l c cắt hi ia côn ỗ 2.4.1. Một số đặc điểm hi cắt t ỗ nhân tạ Hầu hết các loại gỗ nh n tạo đều có keo dán nên tính cơ lý trên 2 bề mặt cao hơn nhiều ở phần t m, chiều thớ thay đổi, nhiều loại gỗ nh n tạo có cơ tính cao hơn gỗ tự nhiên, ví dụ: ván dăm, ván vải sợi, ... Các thông số khi phay ván dăm: Theo tài liệu [13] Chương 9, khi phay ván dăm, để tính tỷ suất lực cắt cho từng trường hợp cụ thể, ta cần xét đến các yếu tố ảnh hưởng như sau: - Tỷ suất lực cắt khi phay ván dăm theo lượng ăn dao (xem bảng 2.1) Bảng 2.1: Tỷ suất lực cắt (K) khi phay ván dăm và lượng ăn dao (Uz) Uz (mm) 0.2 0.25 0.3 0.4 0.45 0.5 0.55 K (N/mm 2 ) 450 340 287 250 225 205 183 Uz (mm) 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.9 1 K (N/mm 2 ) 170 160 150 137 125 112 105 - Hệ số ảnh hưởng của khối lượng thể tích ván ay (bảng 2.2): Bảng 2.2: Hệ số ảnh hưởng của khối lượng thể tích ván ay Khối lượng thể tích ván (g/cm3) 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Hệ số ay 0.5 0.72 1 1.34 1.84 - Hệ số ảnh hưởng của tỷ lệ keo ak (bảng 2. ): Bảng 2.3: Hệ số ảnh hưởng của tỷ lệ keo ak Tỷ lệ keo (%) 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Hệ số ak 0.84 0.87 0.91 0.95 1 1.05 1.13 1.2 1.27 Chế độ cắt khi phay ván dăm: - Trường hợp phay bề mặt:  Lượng ăn dao Uz = 0.4  0.6 mm (không phụ thuộc vào tính chất của ván dăm). 17 - Trường hợp phay cạnh bên:  Lượng ăn dao Uz = 0.2  0. mm (đối với loại ván dăm có khối lượng thể tích nhỏ hơn 0.7 g/cm3, lượng keo dưới 8%).  Lượng ăn dao Uz = 0.5  0.7 mm (đối với loại ván dăm có khối lượng thể tích nhỏ hơn 0.7  0.9 g/cm3, lượng keo 8  12%).  Lượng ăn dao Uz = 0.7  1 mm (đối với loại ván dăm có khối lượng thể tích lớn hơn 0.9 g/cm3, lượng keo lớn hơn 12%). 2.4.2. Tính l c cắt lớn nhất hi ia côn phay ỗ Tốc độ cắt là một trong những yếu tố uan trọng của uá trình cắt gọt. Tốc độ cắt cao tạo điều kiện tăng tốc độ ăn dao, n ng cao năng suất. Khi tăng tốc độ cắt tức là tăng tốc độ phá hủy các liên kết giữa các phần tử gỗ. Quá trình cắt gọt xảy ra nhanh, các phần tử giữa dao và gỗ không kịp biến dạng, tạo điều kiện n ng cao chất lượng gia công. Lượng ăn dao phụ thuộc vào vận tốc cắt và tốc độ uay của spindle. Trong các trường hợp phay biên và phay bề mặt thì trường hợp phay bề mặt có lực cắt lớn nhất, do đó ta cần tính lực cắt ứng với trường hợp này để tính thiết kế kết cấu cơ khí và chọn động cơ. Hình 2.6: Mô tả chuyển động khi phay biên và phay bề mặt ựa vào mô hình thiết kế đã đề xuất ở trên, với yêu cầu vật liệu gia công là gỗ cứng (kể cả ván dăm) ta cần xác định lực cắt lớn nhất trong uá trình gia công để tính toán độ bền và công suất của các động cơ. Để xác định lực cắt lớn nhất, ta chọn các thông số tính toán như sau: 18  Gỗ có độ cứng cao tương ứng với loại ván dăm có khối lượng thể tích ván là 0.9 g/cm 3 và hàm lượng keo 12%.  Tính lực cắt ứng với khi phay bề mặt.  ao cắt sử dụng loại dao có m , dao có 2 lưỡi cắt, đường kính chui 6, chiều rộng phần cắt 10 mm, góc m i 90 độ, độ rộng m i 0.2 mm (xem mô tả dao phay gỗ ở hình 2.27). Hình 2.7: Mô tả dao phay gỗ loại (có m )  Để xác định lực cắt lớn nhất, ta xác định lực cắt ở tốc độ cắt tương ứng với vận tốc di chuyển các trục , Y, là 2.5 m/ph, tốc độ uay của spindle là 12000 v/ph. Vận tốc di chuyển của các trục , Y, là 2,5 m/ph nên vận tốc cắt lớn nhất là: V = 2,5 m/ph (hay V = 42 mm/s). Vận tốc quay spindle là 12000 v/ph (200 v/s), vận tốc cắt V = 2.5 m/ph, lượng ăn dao là: Uz = 0.21 mm. Tính tỷ suất lực cắt: K = K1 x ay x ak (N/mm 2 ) (1) Trong đó: K1 = 450 N/mm 2 là tỷ suất lực cắt theo lượng ăn dao (tra bảng 2.1); ay = 1.84 là hệ số ảnh hưởng của khối lượng thể tích ván (tra bảng 2.2) ak = 1.27 là hệ số ảnh hưởng của hàm lượng keo (tra bảng 2. ) Thay các thông số vào công thức (1) ta được: K = 1052 N/mm2 Tính lực cắt: Lực cắt: P = K.a.b (2) 19 Trong đó: K = 1052 N/mm 2 là tỷ suất lực cắt (đã tính ở trên); a = 0.21 mm là bề dày phoi (tương ứng với lượng ăn dao); b = 10 mm là chiều rộng phần cắt của dao phay đã chọn ở trên. Thay các thông số vào công thức (2) ta được: P = 2210 N Vậy lực cắt lớn nhất để tính toán lựa chọn động cơ là: P = 2210 N 2.5. Tính ch n độn cơ Tính công suất cắt (Nc): Nc = P.V = 2210 x 0.042 = 93 W (3) Trong đó: P = 2210N là lực cắt lớn nhất đã tính toán ở phần trên. V = 0,042 m/s là vận tốc cắt lớn nhất (V = 2,5 m/ph) Tính công suất động cơ: Công suất cắt (Nc) thường chiếm 70  80% công suất động cơ điện nên ta tính được công suất động cơ điện theo công thức sau: W N N cđc 124 75.0 93   (4) 2.6. L a ch n phươn án truyền độn các trục t a độ X, Y, Z Độ chính xác gia công của máy CNC phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống truyền động của máy. Truyền động cho máy CNC có rất nhiều loại như: truyền động bằng động cơ tuyến tính, truyền động bằng visme đai ốc, visme đai ốc bi, visme đai ốc sử dụng công nghệ antiblacklash, Để đáp ứng yêu cầu chính xác của máy và độ tinh xảo của sản phẩm cần gia công, đồng thời máy có giá thành vừa phải, tác giả chọn phương án truyền động các trục tọa độ , Y, là kiểu vít me đai ốc bi (kết hợp với động cơ bước như đã ph n tích lựa chọn ở mục 2.3) là sự lựa chọn hợp lý. Đối với trục và trục : đai ốc di chuyển theo trục vít me. 20 Đối với trục Y: đai ốc cố định vào đế máy, vít me di chuyển kéo theo toàn bộ khung máy phía trên di chuyển dọc theo 2 thanh trược ở đế máy. 2.7. Tính ch n bộ truyền vít me-đai ốc bi ch các trục X, Y, Z 2.7.1. Các thôn số đầu và để tính ch n bộ truyền vít me-đai ốc bi Để đơn giản trong tính toán thiết kế, chế tạo (nhằm giảm giá thành sản phẩm) tác giả lựa chọn đồng nhất bộ truyền vít me đai ốc bi cho trục , Y, có đường kính và bước xoắn giống nhau. Vì trục có chiều dài lớn nhất nên trong tính toán kiểm tra bền ta chọn trục để tính toán. - Lực dọc trục tác dụng lên đai ốc, Fa = 2P = 4420 N Với P là lực cắt lớn nhất xác định ở 2.4.2 (P = 2210 N) - Chiều dài làm việc của trục : l = 250 mm - Vận tốc di chuyển (lớn nhất) của đai ốc: V = 2500 mm/ph - Chọn vật liệu chế tạo trục vít: thép C45 (ch = 353MPa) [k] là ứng suất kéo cho phép, [k] = ch/3 = 118 MPa ( 118 N/mm 2 ) Sơ đồ bố trí gối đỡ trục như hình 2.8: Hình 2.8: Sơ đồ xác định μ và l trục 2.7.2. Các ích thước cơ bản của bộ truyền vít me đai ốc bi Các kích thước hình học cơ bản của vít me được mô tả ở hình 2.9, trong đó: do là đường kính mặt trụ trung bình. db là đường kính bi. dt là đường kính mặt trụ đi ua các điểm tiếp xúc giữa các bi với rãnh vít trên trục. 21 dt = do – db.sinα d1 : đường kính mặt trụ đi ua đáy ren trục vít. Có thể coi gần đúng: d1 = do – db dt = d1 + db (1 – sinα) α : góc tiếp xúc p : bước vít 2.7.2. Tính t án sơ bộ bộ truyền vít me-đai ốc bi - ác định sơ bộ đường kính mặt trụ đi ua đáy ren trục vít (d1): Theo [14], đường kính mặt trụ đi ua đáy ren trục vít (d1) xác định theo công thức sau:  k a x Fxx d  3.14 1  (5) Với Fa = 4420 N là lực dọc trục tác dụng lên đai ốc, thay các giá trị vào công thức (5) ta được: mmd x xx d 9.7 11814.3 44203.14 11  ựa vào [15] ta chọn trục vít me – đai ốc bi loại 16FSI5T3 (trang 53) của hãng Hiwin chế tạo, có các thông số như sau: - Đường kính mặt trụ trung bình trục vít: do = 16 mm, bước vít p = 5 mm. - Đường kính của bi: db = 3.175 mm. - Tải động dọc trục danh nghĩa: Ca = 731 x 10 6 kgf - Tải tĩnh dọc trục danh nghĩa: Coa = 1331 x 10 6 kgf Các thông số kích thước khác: - Đường kính mặt trụ đi ua đáy ren trục vít: d1 = do – db = 12.825 mm Hình 2.9: Một số kích thước cơ bản của vít me bi – đai ốc 22 - Đường kính mặt trụ đi ua các điểm tiếp xúc giữa các bi với rãnh vít trên trục: dt = d1 + db (1 – sinα) = 13.755 mm - Góc tiếp xúc: α = 45O - Số mối ren của trục vít (đầu mối của các đường xoắn vít), z = 1. - Bước xoắn vít λ (mm), được tính theo công thức λ = z.p. Vì z = 1 nên λ = p = 5 mm. 2.7.3. Tính iểm tra bền bộ truyền vít me đai ốc bi Vì trục , Y, có đường kính bằng nhau, nhưng do trục có chiều dài lớn nhất và chịu lực lớn nhất, do đó trong tính toán kiểm tra bền ta chỉ cần tính đối với trục . 2.7.3.1. Tính iểm tra độ bền Theo [14], kiểm tra điều kiện uốn dọc theo điều kiện ổn định Euler:  o a th o S F F S  (6) Trong đó: So là hệ số an toàn tính toán về ổn định. Fth là tải trọng tới hạn (N), xác định phụ thuộc vào hệ số mềm của vít λ. Fa = 2210 N là tổng lực cắt (xác định ở mục 2.4.6 ở trên). [So] = 2  4 , hệ số an toàn ổn định cho phép, chọn [So] = 3 - Độ mềm của vít λ: i l.   (7) Trong đó: μ = 2 , là hệ số phụ thuộc phương pháp cố định các đầu trục vít me[14]; l = 250 mm, là chiều dài tính toán của trục vít me[14]; i là bán kính uán tính của tiết diện trục vít me, i được xác định như sau[14]: 2 125.0 d J i   (8) J là mô men uán tính của tiết diện trục vít me, xác định theo công thức: 23                  1 4 1 6.04.0 64 d dd J o  (9) Thay các giá trị vào các công thức (7), (8), (9) ta được:     4 4 1 4 1 828 825.12 16 5.0 64 825.1214.3 6.04.0 64 mm d dd J o                                 mm xd J i 53.2 825.1214.325.0 828 25.0 221   100197 53.2 2502.  x i l  - ác định tải trọng tới hạn Fth: o λ > 100, theo [14],  2 2 l JE Fth    (10) Trong đó E = 2.1 x 105 N/mm2 là mô đun đàn hồi của thép làm trục vít. Thay các giá trị vào công thức (10) ta được:          N xl JE Fth 6857 2502 82821000014.3 2 2 2 2    Thay các giá trị vào công thức (6) ta được:  o a th o S F F S  1.3 2210 6857 , vậy trục vít thỏa điều kiện ổn định. 2.7.3.2. Tính iểm tra hả năn chịu tải độn Theo [14], để đảm bảo khả năng chịu tải động, khả năng tải động tính toán của bộ truyền vít me bi cần đảm bảo: Cd  Ca (11) Trong đó: Ca là khả năng tải động cho phép của bộ truyền động vít me bi, được xác định bằng thí nghiệm, do hãng chế tạo cung cấp. Theo [15], trục vít me – đai ốc bi loại 16FSI5T (trang 53) có Ca = 731 x 10 6 kgf ( 7168634 kN). Cd là khả năng tải động tính toán của trục vít me (kN), Cd xác định như sau: 3/1.LQCd  (12) 24 Với Q là tải trọng tương đương được tính theo lực dọc trục (kN); L là tuổi thọ của trục vít me, tính bằng triệu chu kỳ chịu tải. Tải trọng tương đương Q được tính theo công thức: Q = Fa.kF (13) Fa = 2210 N (được xác định ở 2.4. ) kF là hệ số tải trọng, theo [14], chọn kF = 1.5 (tải trọng có sự va chạm) Thay các giá trị vào công thức (13) ta được: Q = 3315 N Tuổi thọ L của trục vít me tính theo số giờ làm việc như sau: L = 60.10 -6 .Lh.n (14) n là số vòng uay của trục vít me (vòng/phút), n = 500 v/ph Lh là số giờ làm việc của trục vít me (tính bằng giờ), chọn Lh = 72000 giờ. Thay các giá trị vào công thức (14) ta được: L = 2160 (triệu chu kỳ). Thay giá trị Q và L vào công thức (10) ta được: Cd = 42852 kN Vậy Cd < Ca , trục vít đảm bảo khả năng chịu tải động. 2.8. Kết luận l a ch n độn cơ - Từ các tính toán, ph n tích ở trên, trên cơ sở các loại động cơ phổ biến (có sẵn) ở thị trường Việt Nam, tác giả chọn động cơ dẫn động các trục , Y, là Stepmotor size 57 có các thông số như sau: Bước góc (°) Chiều dài L (mm) Mô-men xoắn tĩnh (Nm) Dòng (A) Kháng (Ω) Cảm (MH) Trọng lượng (Kg) Số Dây (Số) Moment quán tính (Kg.cm²) 1.8 84 2.3 4.0 0.9 2.7 1.1 4 0,53 - Để đảm bảo phay được gỗ cứng (có thể phay cả kim loại màu) và đảm bảo độ bóng của sản phẩm, tác giả chọn động cơ dẫn động trục chính (spindle) là động cơ servo của hãng Makita Corporation, mã hiệu RT0700C có công suất 710W, tốc độ vòng quay 10000  30000 rpm. Hình 2.10: Động cơ Makita RT0700C 25 2.9. Kết luận l a ch n ết cấu cơ hí và hệ thốn truyền độn - Kết cấu cơ khí: Trục chuyển động độc lập phối hợp với trục theo phương ngang, trục Y theo phương dọc. Spindle (gắn dao phay) di chuyển lên, xuống theo phương đứng (trục ), đồng thời dao phay uay uanh trục (spindle). Cả khung máy (trong đó có cả trục và trục ) di chuyển dọc theo trục Y. - Hệ thống truyền động: Trục ,Y, là bộ truyền động vít me đai ốc bi, đường kính 16mm, bước 5mm có sẵn trên thị trường (có thể mua của hãng Hiwin, TBI, THK,); thanh trược vuông (có thể mua của hãng Hiwin, TBI, THK,) đảm bảo độ chính xác cao. Trục có đai ốc di chuyển dọc theo trục vít me (2 chiều), kèm theo đai ốc là cụm gá lắp trục chính (spindle) và trục ; 2 thanh trược bố trí 2 bên trục vít me. Trục có đai ốc di chuyển dọc theo trục vít me (2 chiều), kèm theo spindle di chuyển (lên/xuống); 2 thanh trược bố trí 2 bên spindle. Trục Y có đai ốc cố định vào khung đế máy, trục vít me kèm theo toàn bộ khung máy phía trên di chuyển dọc theo trục Y (2 chiều), 2 thanh trược bố trí 2 bên khung đế máy (song song với trục Y). 26 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ MÁY 3.1. Trục X (vật liệu: thép C45) Hình 3.1: Kích thước cơ bản của trục vít me đai ốc bi - trục 3.2. Trục Y (vật liệu: thép C45) Hình 3.2: Kích thước cơ bản của trục vít me đai ốc bi - trục Y 3.3. Trục Z (vật liệu: thép C45) Hình 3.3: Kích thước cơ bản của trục vít me đai ốc bi - trục 27 3.4. Đế máy (vật liệu: hợp kim nhôm) Hình 3.4: Đế máy (hình - isometric view) Hình 3.5: Kích thước cơ bản của đế máy (top view) 28 3.5. Đế lắp trục X (vật liệu: hợp kim nhôm) Hình 3.6: Hình đế lắp trục (isometric view) Hình 3.7: Kích thước cơ bản của đế lắp trục 29 3.6. Đế lắp trục Y (vật liệu: hợp kim nhôm) Hình 3.8: Hình 3D của đế lắp trục Y (isometric view) Hình 3.9: Kích thước cơ bản của đế lắp trục Y (top view) 30 3.7. Đế lắp trục Z (vật liệu: hợp kim nhôm) Hình 3.10: Hình của đế lắp trục (isometric view) Hình 3.11: Kích thước cơ bản của đế lắp trục (front view) 31 3.8. Đế lắp thanh trược trục Z (lắp spindle) (vật liệu: hợp kim nhôm) Hình 3.12: Hình của đế lắp thanh trược trục (lắp spindle) Hình 3.13: Kích thước cơ bản của đế lắp thanh trược trục 32 3.9. Mặt bên trái (vật liệu: hợp kim nhôm) Hình 3.14: Hình của khung máy – mặt bên trái (isometric view) Hình 3.15: Kích thước cơ bản của khung máy – mặt bên trái 33 3.10. Mặt bên phải (vật liệu: hợp kim nhôm) Hình 3.16: Hình của khung máy – mặt bên phải (isometric view) Hình 3.17: Kích thước cơ bản của khung máy – mặt bên phải 34 3.11. Bản vẽ lắp tổn thể Hình 3.18: Hình 3D – bản vẽ lắp mô hình Hình 3.19: Hình 3D – bản vẽ lắp tổng thể (isometric view) 35 Hình 3.20: Hình 3D – bản vẽ lắp tổng thể (nhìn từ bên phải – right view) Hình 3.21: Hình 3D – bản vẽ lắp tổng thể (nhìn từ phía sau – back view) 36 Hình 3.22: Hình 3D – bản vẽ lắp tổng thể (nhìn từ phía trên xuống –top view) Hình 3.23: Hình 3D – bản vẽ lắp tổng thể (nhìn từ phía dưới lên –bottom view) 37 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG 4.1. Mô phỏn các chi tiết máy bằn phần mềm Ansys Với điều kiện ban đầu được đặt ra là máy có thể chạy gia công trên gỗ cứng như Gõ, Hương, Lim, Trắc, ván dăm, với đường kính dao lớn nhất là 12 mm. Từ điều kiện này sau khi tính toán ta có các lực tương đương tác dụng lên th n máy khi thiết kế lớn nhất là 00N ( 0kg). o đó, trong phần tính toán mô phỏng ở chương này, ta tính mô phỏng các kết cấu của máy với tải 00N. 4.1.1. MÔ PHỎNG ĐẾ TRỤC X (Vật liệu: hợp im nhôm) ỨNG SUẤT ĐẾ TRỤC X KHI CHỊU LỰC 300N Hình 4.1: Ứng suất tác dụng trên dầm đỡ trục - Khi dao ăn xuống lực cắt đẩy lên và khi dao phay di chuyển ăn dao ngang thì lực cắt đẩy theo ngược chiều di chuyển, lực cắt của dao khi quay thì tạo momen xoắn làm cho trục chính bị quay tròn dẫn đến đồ gá và phẩn đỡ bị xoắn theo. 38 - Trên các biểu đồ ứng suất và biến dạng, chiều của véc tơ W là chiều tác dụng của lực lên chi tiết máy; chiều của véc tơ và Y chiều khi dao phay di chuyển ăn dao. - Theo hình 4.1: ứng suất tác dụng lớn nhất lên đế trục X là  1MPa (ứng với phần có màu vàng), nhỏ hơn nhiều so với ứng suất cho phép của hợp kim nhôm là 280 MPa. ĐỘ BIẾN DẠNG ĐẾ TRỤC X KHI CHỊU LỰC 300N Hình 4.2: Độ biến dạng của dầm đỡ trục khi chịu lực 00N - Theo hình 4.2: độ biến dạng lớn nhất của đế trục X khi chịu lực 300N là: 0.0126 mm (ứng với phần màu đỏ trên hình). Ta thấy độ biến dạng của đế trục X chấp nhận được với sai số cho phép của máy (0.1mm). Các dữ liệu tính toán và kết uả tính toán mô phỏng được trình bày ở phụ lục đính kèm luận văn. 39 4.1.2. MÔ PHỎNG ĐẾ TRỤC Y (Vật liệu: hợp im nhôm) ỨNG SUẤT ĐẾ TRỤC Y KHI CHỊU LỰC 300N Hình 4.3: Ứng suất tác dụng trên đế trục Y ĐỘ BIẾN DẠNG ĐẾ TRỤC Y KHI CHỊU LỰC 300N Hình 4.4: Độ biến dạng trên đế trục Y 40 - Theo hình 4.3: ứng suất tác dụng lớn nhất lên đế trục Y là 0.014MPa (ứng với phần có màu xanh lá), nhỏ hơn nhiều so với ứng suất cho phép của hợp kim nhôm là 280 MPa. - Theo hình 4.4: độ biến dạng lớn nhất của đế trục Y khi chịu lực 300N là rất nhỏ (2.0505e-6mm ứng với phần màu đỏ trên hình). 4.1.3. MÔ PHỎNG ĐẾ TRỤC Z (lắp spindle) (Vật liệu: hợp im nhôm) ỨNG SUẤT MÁY KHI CHỊU LỰC 300N TẠI TRỤC CHÍNH Hình 4.5: Ứng suất khi chịu lực tại trục chính - Theo hình 4.5: ứng suất tác dụng lớn nhất lên đế trục Z (bộ phận lắp spindle) khi chịu lực 300N tại trục chính là: 8MPa (phần có màu vàng), nhỏ hơn nhiều so với ứng suất cho phép của hợp kim nhôm là 280 MPa. - Theo hình 4.6: độ biến dạng lớn nhất lên đế trục Z khi chịu lực 300N tại trục chính là 0.05mm (ứng với phần màu xanh trên đế trục ) và độ biến dạng của bộ phận lắp spindle là: 0.0935mm (phần màu đỏ trên hình). Ta thấy độ biến dạng chấp nhận được với sai số cho phép của máy. 41 ĐỘ BIẾN DẠNG MÁY KHI CHỊU LỰC 300N TẠI TRỤC CHÍNH Hình 4.6: Độ biến dạng khi chịu lực tại trục chính 4.1.4. MÔ PHỎNG BÀN MÁY (Đế máy) (vật liệu: hợp im nhôm 6061) Hình 4.7: Ứng suất tác dụng lên bàn máy 42 - Theo hình 4.7: ứng suất tác dụng lớn nhất lên bàn máy khi chịu lực 300N tại trục chính là: 0.008 MPa (ứng với phần có màu xanh lá), nhỏ hơn nhiều so với ứng suất cho phép của hợp kim nhôm là 280 MPa. ĐỘ BIẾN DẠNG BÀN MÁY KHI CHỊU LỰC 300N Hình 4.8: Độ biến dạng của bàn máy - Theo hình 4.8: độ biến dạng lớn nhất lên bàn máy khi chịu lực 300N tại trục chính là rất nhỏ (2.2469e-6mm, ứng với phần màu đỏ trên hình). 4.1.5. MÔ PHỎNG MẶT BÊN TRÁI (vật liệu: hợp im nhôm) - Theo hình 4.9: ứng suất tác dụng lớn nhất lên mặt bên trái khi chịu lực 300N tại trục chính là: 0.45 MPa (ứng với phần có màu xanh lá), nhỏ hơn nhiều so với ứng suất cho phép của hợp kim nhôm là 280 MPa. - Theo hình 4.10: độ biến dạng lớn nhất lên mặt bên trái khi chịu lực 300N tại trục chính là: 0.0073442mm (ứng với phần màu đỏ trên hình). Ta thấy độ biến dạng của mặt bên trái rất nhỏ so với sai số cho phép của máy. 43 ỨNG SUẤT MẶT BÊN TRÁI KHI CHỊU LỰC 300N Hình 4.9: Ứng suất mặt bên trái ĐỘ BIẾN DẠNG MẶT BÊN TRÁI KHI CHỊU LỰC 300N Hình 4.10: Biến dạng mặt bên trái Vì mặt bên phải có kết cấu tương tự mặt bên trái nên không mô phỏng. 44 4.2. Kết luận ết quả mô phỏn tính t án ứn suất và biến dạn Từ hình 4.1 đến hình 4.10 là kết uả mô phỏng lực tác dụng lên từng chi tiết của máy và th n máy khi máy hoạt động. Với kết uả của các ứng suất và biến dạng nhận được từ kết uả mô phỏng cho thấy máy được tính toán thiết kế đảm bảo độ cứng vững khi hoạt động với lực cắt lớn nhất. Chi tiết về các thông số tính toán và kết uả tính toán mô phỏng được trình bày ở phần phụ lục đính kèm luận văn. 45 CHƯƠNG 5 CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM 5.1. Một số hình ảnh của máy sau khi chế tạ lắp ráp h àn chỉnh Hình 5.1: Hình tổng thể máy nhìn từ phía trước Động cơ spindle Động cơ trục Trục Bộ chương trình điều khiển Động cơ trục Thanh trược Đế máy Đế khung máy 46 Hình 5.2: Máy nhìn từ mặt bên trái Hình 5.3: Máy nhìn từ mặt bên phải 47 Hình 5.4: Máy nhìn từ mặt sau Hình 5.5: Máy nhìn từ trên xuống (top view) 48 Hình 5.6: Cụm gá lắp spindle Cụm lắp spindle Trục Y Đai ốc trục Z Thanh trược Ổ bi (trục ) Đế lắp thanh trược trục và spindle 49 Hình 5.7: Cụm trục vít me-đai ốc bi trục Y Hình 5.8: Bo mạch điều khiển của máy Đai ốc (trục Y) Trục Y Ổ bi (trục Y) 50 Hình 5.9: Đế máy (back view) Tấm đệm Đế máy M i dao phay gỗ 51 5.2. Th c n hiệm trên sản phẩm và hi lại ết quả th c n hiệm Hình 5.10: Thực nghiệm phay hình chữ nhật, chữ S trên gỗ Hình 5.11: Thực nghiệm phay đường tròn trên gỗ 52 Hình 5.12: Kết uả thực nghiệm phay đường tròn, hình chữ nhật, chữ S trên gỗ Hình 5.13: Thực nghiệm vẽ đường tròn, hình chữ nhật, chữ S trên giấy kẻ ô 53 ùng thước kẹp có sai số 1/100 để kiểm tra kết uả thực nghiệm trên gỗ: Hình 5.14: Kiểm nghiệm kích thước đường tròn đường kính 80mm. Hình 5.15: Kiểm nghiệm kích thước hình chữ nhật 70x50mm Hình 5.16: Kiểm nghiệm kích thước hình chữ nhật S 54 Hình 5.17: Đường tròn dùng để dịch chương trình thực nghiệm Hình 5.18: Kết uả thử nghiệm vẽ hình tròn đường kính 80mm trên giấy kẻ ô 55 Hình 5.19: Hình chữ nhật dùng để dịch chương trình thực nghiệm Hình 5.20: Kết uả thử nghiệm vẽ hình chữ nhật trên giấy kẻ ô 56 Hình 5.21: Hình S dùng để dịch chương trình thực nghiệm Hình 5.22: Kết uả thử nghiệm vẽ hình chữ S trên giấy kẻ ô 57 ùng thước kẹp có sai số 1/100 để kiểm tra kết uả thực nghiệm trên giấy: Hình 5.23: Kiểm nghiệm kích thước đường tròn đường kính 80mm trên giấy. Hình 5.24: Kiểm nghiệm kích thước hình chữ nhật 70x50mm vẽ trên giấy. Hình 5.25: Kiểm nghiệm kích thước hình chữ nhật S vẽ trên giấy. 58 5.3. Xác định sai số th c n hiệm Để xác định sai số, tác giả dùng phần mềm Master Cam để vẽ hình tròn, hình chữ nhật, chữ S; sau đó dịch sang file Gcode và coppy vào USB, cho vào máy chạy vẽ hình trên giấy kẻ ô. Sau khi có kết uả như hình 5.18, 5.20, 5.22 tác giả scan các hình này với tỷ lệ 1:1 để có file ảnh. Sau đó coppy file ảnh này bỏ vào phần mềm Master Cam và chồng với hình vẽ ban đầu lên để so sánh kết uả thực nghiệm so với lý thuyết. Lý do dùng giấy kẽ ô là vì nhờ giấy này mà khi gắn lên máy ta dễ dàng xác định t m cho tờ giấy vẽ và điều chỉnh các trục song song với đường kẽ trên tấm giấy. xO y 2.5 10 20 30 40 50 2.5 10 20 30 40 50 60 70 Đường thực nghiệm Đường mô ph