Đề tài
Tính Toán Thiết Kế Hệ
Thống Thay Dao Tự Động
Cho Máy Phay CNC
Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động
Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
1 Tính toán thiết kế hệ thống thay dao
tự động với 32 đài dao
1.1. Lập quy trình tính toán hệ thống thay dao tự động
1.1.1. Cấu tạo chung của máy CNC_V30
a. Cấu tạo của máy CNC-V30 :

Hình 1. 1. Cấu tạo chung máy CNC-V30
1. 1
STT
Các bộ phận chính của máy
1
Cột máy
2
ụ trước trục chính
3
Trục chính
4
Bàn máy
5

840 x 400 mm.
780 mm.
300 kg.
Hành trình:
Hành trình trục X/Y/Z.
Khoảng cách từ tâm trục chính
đến cột.
Khoảng cách từ đỉnh trục
chính đến mặt bàn.

760/ 410/ 520.
438 mm.

130  540 mm.
Trục chính:
Động cơ trục chính.
Tốc độ trục chính.
Tỉ số truyền.

7.5 kW
80  80000 vòng/phút.
1:1
Động cơ chạy dao:

Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động
Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
3

Kiểu động cơ trục X/Y/Z.
Công suất động cơ.


0.005 mm.
25 KVA.

b. Kết cấu của thân máy và trục chính của máy CNC.
Để thiết kế hệ thống thay dao tự động ta cần biết các thông số về đường kính
trục chính 
trc
= 120mm, hành trình thay dao của trục chính máy là L
trc
= 130mm,
khoảng cách giữa đường tâm trục chính tới thân máy là L = 505 mm,kích thước
của thân máy là : a x b = 400 x 360 mm

Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động
Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
4 Hình 1. 2
Kết cấu thân máy và trục chính đang ở vị trí kẹp dao
Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động
Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
5 Hình 1. 3a

Với kết cấu của thân máy như trên ta sẽ thiết kế hệ thống thay dao tự động
cho máy có dạng tang trống với tâm quay nằm thẳng đứng. Hệ thống thay dao sẽ

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
Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động
Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
8

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

2.1.3. Xác định gốc tính toán cho hệ thống thay dao
Để đảm bảo cho quá trình thay dao với độ an toàn cao ta cần phải xác định
một điểm chuẩn cho hệ thống thay dao đó là điểm trùng với điểm gốc của trục
chính máy CNC trong quá trình thay dao. Điểm này phải đảm bảo sao cho
đường tâm của trục chính và đường tâm của dụng cụ được gọi ra thay phải trùng
nhau và phải đảm bảo hành trình thay dao của trục chính L
trc
= 130 mm, và hành
trình dẫn hướng của xylanh L
xl
= 250 mm không xảy ra va đập. Vậy điểm điểm
chuẩn đó được xác định:
Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động
Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
9


Từ điểm gốc của hệ thống thay dao cùng với nguyên lý thay dao ta có thể lập
qui trình tính toán như sau:
- Xác định tâm của đường tròn chứa dao và vị trí của các đài dao trên đường
tròn.
- Kết cấu tay kẹp dụng cụ và tấm định vị
- Tính toán Tang chứa dụng cụ
- Tính toán cơ cấu quay phân độ _ cơ cấu Man
- Tính toán và lựa chọn động cơ cho cơ cấu quay phân độ
- Tính toán và lựa chọn ổ lăn
- Tính toán loxo tạo ra lực kẹp dao
- Lựa chọn trục dẫn hướng
n 3: Tớnh Toỏn Thit K H Thng Thay Dao T ng
Thit K C Khớ Cho Mỏy Phay CNC
11

- Tớnh toỏn v la chn h thng xylanh khớ nộn dn ng i dao
- Kim tra bn cho h thng thay dao

Hỡnh 1. 7. S quỏ trỡnh tớnh toỏn h thng thay dao t ng
Lựa chọn và bố trí trục dẫn hứơng
Kiểm nghiệm độ bền của trục
Bản vẽ kết cấu của hệ thống
Thay dao tự động
Kiểm tra độ an toàn về hình học
Kiểm tra đừơng kính trục chính khi vào thay dụng cụ
Kiểm tra lựơng mở của tay kẹp
Tính toán hệ thống dẫn động Tang vào thay dao
( Hệ thống dẫn động bằng xylanh khí nén)
Lxl : Hành trình làm việc của xylanh
D : đừơng kính piston

Dmax . N
Xác định bán kính vòng tròn chứa dao :

R
Vị trí các dao có góc phân độ :

Xác định gốc tính toán cho hệ thống
L1 : khoảng cách từ gốc tính toán đến thân máy
L2 : khoảng cách từ gốc tính toán đến trục chính
Kết cấu của thân đỡ Hệ thống thay dao
N : Số lựơng dao của ổ chứa dao N=16
Dmax : đừơng kính lớn nhất của dao Dmax = 100 mm
BT40 : loại chuôi dao (r bán kính cổ của đài dao)
m : khối lựơng lớn nhất của dao 7 8 kg
Dtrc: đừơng kính trục chính máy CNC Dtrc = 120mm
Lt : khoảng cách từ tâm trục chính đến thân máy Lt = 505 mm
H : hành trình vào lấy dụng cụ của trục chính H = 130 mm
Kết cấu thân máy CNC
Ltd : Hành trình của hệ thống thay dao 250 mm
Cơ cấu kẹp dao ( tay kẹp trái-tay kẹp phải-tấm định vị 'h' )
Ttd : thời gian thay dao Ttd = 7,5 s
các dữ liệu đầu vào
Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động
Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
12

1.2. Tính toán Tang chứa dao
1.2.1. Xác định các thông số hình học của Tang
Các thông số ban đầu:
 Tính toán hệ thống với số lượng dao N = 32 dao

>

2
C

Trong đó:
C : Chu vi của đa giác chứa dao được xác định:
C = 2.R
max
. N = 2.60.32 = 3840 (mm)
R
max
: bán kính lớn nhất của dao R
max
=
2
max
D
=
2
120
= 60 mm
N : số dao của ổ chứa N = 36 dao
Vậy :
R
0
>

2
3840

Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
15
Hình 1. 9. Sơ đồ trục chính tham gia vào thay dụng cụ
Để đảm bảo an toàn trong quá trình thay dao ta cần kiểm tra xem khi trục
chính vào thay dao số 1 có bị va chạm với các đài dao số 2 và đài dao số 32 hay
không.
Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động
Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
16

Đường kính lớn nhất của trục chính :
max
= 120(mm)
Đường kính lớn nhất của độ côn đài dao BT30 là:
C
= 31,75(mm)
Khoảng cách giữa tâm các đài dao L = 123,6(mm)
Ta đi xác định khoảng cách từ tâm đài dao số 1 đến độ côn của các đài dao
số 2 và đài dao số 32 la L
T
.
L
T
=
7,107
2
75,31

trái_Tay kẹp phải_Chốt định vị_và một loxo tạo ra lực kẹp dao.
Các thông số hình học của tay kẹp:
Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động
Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
17 Hình 1. 10ap

Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động
Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
18 Hình 2. 11b. Mô hình p Các thông số hình học của tấm định vị: Hình 1. 12a
Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động
Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
19 Hình 2. 13b. Mô hình 

Dao sẽ có khoảng cách xác định so với đường tâm của Tang mang dao nhờ
tấm định vị hạn chế 1 bậc tự do theo phương ngang và cơ cấu kẹp tự định tâm.

Tính toán khe hở giữa các tay kẹp dao
Ta có thể xác định gần đúng theo công thức hình học
C = N.(2r + 2h + L)
Trong đó :
C : chu vi vòng tròn từ tâm dao đến đường tâm của Tang : C = 3956,4 (mm)
r : bán kính cổ đài dao : r =
875,15
2
75,31
2


C
(mm)
h : chiều dày kẹp dao : h = 23 (mm)
L : khe hở cần tính để tránh va đập giữa các tay kẹp
N : số dao kẹp Tang có thể chứa

88,4823.2875,15.2
32
4,3956
22  hr
N
C
L
(mm)
Kiểm tra khi tay kẹp mở
Khi thay dao tay kẹp sẽ xoay quanh điểm O
1
một góc  = 5

=
23
2
46
2
max


d
(mm)
R
1
= 630 – 16 – 23 = 591 (mm)
Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động
Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
22

Lấy R
1
= 590 (mm).
 
2
:
Để có không gian cho tay kẹp di chuyển va lắp ghép lò xo để tạo ra lực kẹp
ta cần phải xác định bán kính vòng trong của Tang R
2

R
2
< R

. Chuyển động gián đoạn của đĩa
O
1
chính là chuyển động quay phân độ các vị trí của các đài dao tham gia vào vị
trí thay dao.Thường số rãnh trên đĩa Man là Z = 4,6,8, ,16,18,20,22,24
Với hệ thống thay dao gồm có 24 đài dao vậy ta cần tính cơ cấu Man với số
rãnh là : Z = 32
Với kết cấu của đài Tang mang dao ta đi tính toán cơ cấu Man với bán kính
của đĩa là R=520(mm)
Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động
Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
23

Hình 1. 15a

Hình 1. 16




Đồ Án Đề 3: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Thay Dao Tự Động
Thiết Kế Cơ Khí Cho Máy Phay CNC
24

Điều kiện bắt buộc để chống va đập là :
 +  = 90
o

Trong đó góc  được xác định theo số rãnh của đĩa Man là Z = 32 rãnh:


ở đây 2
T
là góc quay thực tế.
Khi quay góc 2
T
sau một thời gian t
T
thì thời gian của cơ cấu Man t
m
sau một
góc 2 có thể tính :

i
t
t
T
m


Ta có tỷ số giữa thời gian quay của đĩa Man t
m
và thời gian không quay của nó
t
o
là :

2
2

