ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ MÁY PHAY ĐỨNG
CNC 5 TRỤC
 

Tên đề tài:
Nghiên cứu, tính toán và thiết kế máy phay đứng CNC 5 trục
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Kích thước bàn làm việc(mm): 500.
- Hành trình di chuyển trục X (mm): 800 mm.
- Hành trình di chuyển trục Y (mm): 1050mm.
- Hành trình di chuyển trục Z (mm): 600mm.
- Số vòng quay các động cơ n (v/ph):
+ Phay thô: n = 8000 v/ph
+ Phay bán tinh: n = 10000 v/ph
+ Phay tinh: n = 15000 v/ph
- Số lượng ổ chứa dụng cụ cắt: 32(có thể nâng cấp đến 64 ổ)
- Công suất chung của máy(kW): P = 11kW
3. Nội dung chính của đồ án:
- Giới thiệu chung về máy phay đứng CNC
- Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế máy
- Tính toán động học, động lực học của máy
- Tính chọn động cơ truyền động trong máy
- Phân tích sơ đồ mạch điều khiển máy
- Kiểm nghiệm độ bền an toàn cho trục vít me
- Qui định về vận hành, bảo trì máy
4. Các sản phẩm dự kiến
- Bản vẽ tổng thể chi tiết (A0)
- Bản vẽ tách các bộ phận (A0)
- Bản vẽ chi tiết trục vít me (A0)
- Bản vẽ lồng phôi chi tiết trục vít me (A0)
- Bản vẽ sơ đồ nguyên công gia công trục vít me (A0)
- Bản vẽ sơ đồ đồ gá dùng trong gia công trục vít me(A0

MỤC LỤC
TÓM TẮT.............................................................................................................. i
Lời cam đoan........................................................................................................ ii
LỜI NÓI ĐẦU..................................................................................................... iii
MỤC LỤC ........................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH CÓ TRONG THUYẾT MINH ........................... viii
CÁC LOẠI BẢNG BIỂU CÓ TRONG THUYẾT MINH .............................. xi
Chương I. GIỚI THIỆU CHUNG.......................................................................1
I.1. Máy công cụ..................................................................................................1
I.2. Lịch sử phát triển ..........................................................................................1
I.3. Thời kỳ bùng nổ của máy công cụ................................................................2
I.4. Cách mạng công nghiệp 4.0 đối với cơ khí Việt Nam..................................2
I.4.1. Thực trạng hiện nay................................................................................2
I.4.2. Mối liên hệ tác động qua lại ...................................................................3
I.5. Lịch sử phát triển máy CNC .........................................................................4
Chương II. MÁY PHAY CNC.............................................................................7
II.1.1. Khái niệm ..............................................................................................7
II.1.2. Phân loại máy phay ...............................................................................7
II.1.3. Ứng dụng...............................................................................................7
II.1.4. Cấu tạo máy phay 3 trục thông dụng ....................................................8
II.2. Máy phay CNC 5 trục..................................................................................9
II.2.1. Cấu tạo...................................................................................................9
II.3. Các phương án triển khai máy phay CNC 5 trục.......................................10
II.3.1. Máy theo cấu trúc head – head............................................................10
II.3.2. Máy theo cấu trúc head-table ..............................................................10
II.3.3. Máy theo cấu trúc table-table ..............................................................11
II.4. Ưu điểm so với máy phay CNC thông thường..........................................12
v
II.5. Thông số kỹ thuật và đặc điểm trong thực tế.............................................12
II.1. Xem xét các phương án .............................................................................13
Chương III. Thiết kế truyền động.....................................................................14
III.1. Thiết kế hệ chuyển động chay dao. ..........................................................14
III.1.1. Nhiệm vụ của truyền động chạy dao .................................................14
III.1.2. Trục vít me - đai ốc............................................................................15
III.2. Chọn động cơ đầu cắt...............................................................................16
III.2.1. Xác định thông số dao sử dụng..........................................................16
III.2.2. Phân tích lực tác dụng lên đầu dao ....................................................17
III.3. Xác định công suất và mômen xoắn trên trụ động cơ..............................17
III.3.1. Hệ số khi gia công với dao có đường kính nhỏ nhất .........................17
III.3.2. Hệ số khi gia công với dao có đường kính lớn nhất ..........................21
Chương IV. Tính chọn động cơ các trục ..........................................................24
IV.1. Chọn động cơ trục Z.................................................................................24
IV.1.1. Lực chiều trục khi khoan ...................................................................24
IV.1.2. Công suất động cơ trục Z...................................................................25
IV.2. Chọn động cơ trục Y ................................................................................26
IV.3. Chọn động cơ trục X ................................................................................30
Chương V. Tính toán thiết kế bộ truyền động.................................................33
V.1. Bộ truyền động trục Z................................................................................33
V.2. Bộ truyền động trục Y ...............................................................................34
V.2.1. Xác định môdun và chiều rộng đai .....................................................36
V.2.2. Xác định thông số bộ truyền đai ..............

Chương VI. Tính toán và thiết kế bàn xoay theo kết cấu xyzac.....................46
VI.1. Thiết kế các chi tiết của bàn xoay ............................................................46
VI.1.1. Tính chọn các thông số đầu vào cho bàn gá phôi..............................46
VI.1.2. Tính toán thiết kế trục, thiết kế ổ bi và lựa chọn bộ truyền đai.........46
VI.2. Thiết kế trục bàn gá phôi..........................................................................52
VI.3. Thiết kế bộ truyền đai lắc bàn xoay .........................................................58
VI.4. Thiết kế ổ bi cho bàn xoay .......................................................................68
VI.5. Chế tạo kết cấu cơ khí cho bàn xoay........................................................70
VI.6. Thiết kế các chi tiết ..................................................................................70
VI.6.1. thiết kế đáy giá bàn xoay ...................................................................70
VI.6.2. Thiết kế giá đứng bàn máy lớn ..........................................................70
VI.6.3. Thiết kế bàn gá bàn xoay, giá đứng bàn máy nhỏ .............................72
VI.6.4. Thiết kế bàn gá phôi, giá cố định động cơ bước................................73
VI.6.5. Lắp ráp bàn xoay ...............................................................................75
Chương VII. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT TRỤC VÍT
.......................................................................................................................................76
VII.1. Phân tích chức năng làm việc và tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết
....................................................................................................................................76
VII.1.1. Phân tích chức năng làm việc...........................................................76
VII.1.2. Tính công nghệ trong kết cấu...........................................................76
VII.2. Xác định dạng sản xuất...........................................................................77
VII.3. Xác định phương pháp chế tạo phôi .......................................................80
VII.4. Lập quy trình công nghệ gia công chi tiết ..............................................81
VII.4.1. Lựa chọn phương án gia công ..........................................................81
VII.5. Sơ đồ gá đặt, chọn máy, dao cho các nguyên công ................................82
vii
VII.5.2. Tính lượng dư cho một nguyên công, tra lượng dư các nguyên công
còn lại......................................................................................................................90
VII.5.3. Tính chế độ cắt một nguyên công ....................................................94
VII.5.4. Thời gian gia công cơ bản. ...............................................................98
VII.6. Tính toán thiết kế đồ gá ........................................................................101
VII.6.1. Vị trí và vai trò của đồ gá ...............................................................101
VII.6.2. Giới thiệu đồ gá phay rãnh then .....................................................101
VII.6.3. Tính toán lực kẹp............................................................................101
VII.6.4. Xác định lực kẹp cần thiết..............................................................103
VII.6.5. Kiểm tra điều kiện bền cho đòn kẹp ................................................104
VII.6.6. Xác định đường kính chốt ..............................................................105
VII.6.7. Xác định đường kính bu lông.........................................................105
VII.6.8. Tính toán sai số chế tạo cho phép của đồ gá [ct]...........................106
VII.6.9. Điều kiện kỹ thuật của đồ gá ..........................................................107
Chương VIII. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .........................................108
VIII.1. Xác định nhiệm vụ cần làm.................................................................108
VIII.2. Chức năng của từng khối.....................................................................108
VIII.2.1. Khối pc ..........................................................................................108
VIII.2.2. Khối điều khiển trung tâm ............................................................108
VIII.2.3. Khối mạch công suất.....................................................................109
VIII.2.4. Khối nguồn....................................................................................109
VIII.2.5. Khối giao tiếp máy tính và mạch điều khiển trung tâm................111
VIII.2.6. Khối đệm tín hiệu..........................................................................111
VIII.2.7. Khối bật tắt đầu cắt .......................................................................112
VIII.2.8. Khối công suất ..............................................................................112
VIII.3.

DANH MỤC HÌNH ẢNH CÓ TRONG THUYẾT MINH
Hình I.1 Máy công cụ đời đầu thô sơ .....................................................................2
Hình II.1 Máy phay 3 trục cơ bản ..........................................................................8
Hình II.2 Đầu trục dạng Head – Head .................................................................10
Hình II.3 Đầu trục dạng Head – Table.................................................................11
Hình II.4 Đầu trục dạng Table - Table.................................................................11
Hình II.5 Model máy thực tế theo nhà sản xuất ...................................................12
Hình III.1 Truyền động chay dao .........................................................................14
Hình III.2 Mô hình truyền động vít me-đai ốc......................................................15
Hình III.6 Phân tích lực tác dụng lên đầu dao .....................................................17
Hình IV.1 Lực chiều trục khi khoan......................................................................24
Hình IV.2 Lực động cơ lên trục z..........................................................................25
ix
Hình IV.3 Lực động cơ lên trục y .........................................................................27
Hình IV.4 Lực động cơ lên trục vit me .................................................................28
Hình IV.5 Lực động cơ lên trục x .........................................................................30
Hình IV.6 Lực động cơ lên trục vitme ..................................................................30
Hình V.2 Trục động cơ .........................................................................................33
Hình V.3 Bộ truyền động trục Y............................................................................35
Hình V.4 Các trị số đai răng trục Y......................................................................40
Hình V.5 Bộ truyền động trục x ............................................................................40
Hình VI.2 Thông số động cơ SUMTOR 57HS11230A4 ......................................48
Hình VI.3 Thông số trên tab design......................................................................49
Hình VI.4 Thông số trên tab calculation ..............................................................50
Hình VI.5 Nhập kích thước bánh dẫn ...................................................................51
Hình VI.6 Nhập kích thước bánh bị dẫn...............................................................51
Hình VI.7 Mô hình 3D bộ truyền đai thang..........................................................52
Hình VI.9 Phác thảo kết cấu trục dẫn động bàn gá phôi .....................................53
Hình VI.10 Tab design cho trục dẫn động bàn gá phôi .......................................53
Hình VI.11 Tab calculator....................................................................................54
Hình VI.12 Nhập lực cho trục...............................................................................54
Hình VI.13 Biểu đồ nội lực tổng cộng ..................................................................55
Hình VI.14 Biểu đồ nội lực mặt yz........................................................................55
Hình VI.15 Biểu đồ momen uốn tổng cộng...........................................................56
Hình VI.16 Biểu đồ momen mặt phẳng yz ............................................................56
Hình VI.17 Ứng suất uốn tổng cộng.....................................................................57
Hình VI.18 Biểu đồ ứng suất uốn mặt phẳng yz...................................................57
Hình VI.19 Biểu đồ ứng suất tổng cộng ...............................................................58
Hình VI.20 Trị số kỹ thuật của động cơ bước.......................................................59
Hình VI.21 Thông số tab design ...........................................................................59
Hình VI.22 Thông số tab calculator.....................................................................60
Hình VI.23 Nhập thông số bánh dẫn ....................................................................61
x
Hình VI.24 Nhập thông số bánh bị dẫn ................................................................61
Hình VI.26 Phác thảo trục 1 sơ bộ .......................................................................62
Hình VI.27 Phác thảo trục 2 sơ bộ .......................................................................63
Hình VI.28 Tab design..........................................................................................63
Hình VI.29 Tab calculator....................................................................................64
Hình VI.30 Nhập lực cho trục...............................................................................64
Hình VI.31 Biểu đồ nội lực ...................................................................................65

CHƯƠNG II. MÁY PHAY CNC
II.1.1.Khái niệm
Máy phay CNC là một loại máy móc gia công cơ khí thông dụng tại các công
xưởng, từ quy mô nhỏ đến quy mô lớn trên toàn quốc.
Máy phay CNC là loại máy được áp dụng công nghệ hiện đại CNC (Computer
Numerical Control) – điều khiển tự động bằng máy tính thông minh.
II.1.2.Phân loại máy phay
Trên thị trường hiện nay cũng có nhiều loại máy phay khác nhau với những hình
dáng, kiểu mẫu, chức năng khác nhau. Nhìn chung, các loại máy phay thường được chia
thành 3 nhóm chính với cấu tạo và thiết kế khác nhau:
Nhóm 1:
• Theo số trục của máy phay thì có loại máy phay 2 trục, 3 trục hoặc có thể là nhiều
hơn.
• Các máy sẽ linh hoạt hơn khi có số trục nhiều hơn.
Nhóm 2:
• Được chia theo hướng đi của trục đứng hoặc ngang.
• Trục chính của máy phay chuyển động lên xuống thì gọi là máy phay đứng.
• Trục chính chuyển động ra vào thì được gọi là máy phay ngang.
Nhóm 3:
• Máy phay có bộ thay dao hoặc không có.
Công nghệ ngày càng phát triển nên ngày càng phát minh, chế tạo ra được nhiều
loại máy phay khác nhau với sự linh hoạt và các tính năng vượt trội hơn nhằm hỗ trợ
cho công việc.
II.1.3.Ứng dụng
Máy phay CNC đáp ứng được rất nhiều nhu cầu của con người nên nó cũng được
ứng dụng và thực tế trong đời sống. Các ứng dụng của máy phay CNC là

• Gia công, cắt gọt các sản phẩm theo khuôn đúc theo nhu cầu của khách hàng.
• Được ứng dụng vào ngành gia công và sản xuất đồ gia dụng cho con người.
• Được ứng dụng ở trong các công ty, xưởng máy chuyên chế tạo các phụ tùng, chi
tiết máy.
• Có thể cắt gọt, phay các vật dụng từ gỗ và được ứng dụng trong ngành chế biến đồ
gỗ. Nó cũng giúp người điều khiển trong việc chạm khắc các hoạ tiết, các chi tiết gỗ.
II.1.4.Cấu tạo máy phay 3 trục thông dụng
Hình II.1 Máy phay 3 trục cơ bản
II.1.4.1.Thân máy
Thân máy đóng vai trò là chân đế của toàn bộ máy nơi các bộ phận khác nhau được
gắn vào nó. Nói chung rất cứng chắc về cấu trúc, thân máy được đúc bằng gang cường
lực.
Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Thiết kế máy phay đứng CNC 5 trục
SVTH: Võ Anh Khoa GVHD: ThS.Ngô Tấn Thống 9
II.1.4.2.Băng máy phay
Bộ phận gồm có băng bi ( thanh trượt vuông ) và băng bản ( băng cơ ), băng bản
thì cứng vững hơn, bền hơn băng bi và chịu tải trọng lớn hơn nhiều. Máy phay CNC sử
dụng vitme bi có độ chính xác cao, không bị rơ như vitme thường.
II.1.4.3.Bàn máy
Cấu tạo bằng thép đúc có rãnh T để kẹp phôi.
II.1.4.4.Ổ dao
Lưu trữ các loại dao cụ chờ trong quá trình gia công. Nó có cánh tay để thực hiện
việc thay dao tự động vào trục chính.
II.1.4.5.Trục chính
Thực hiện chuyển động quay tròn của dao . Với máy có thay dao tự động hay dùng
loại đầu phay BT, đầu phay NT là loại dùng thanh ren phía trên hay dùng với máy phay
cnc không có hệ thống thay dao tự động, nói chung không tiện lợi bằng đầu phay BT.
II.1.4.6.Bảng điều khiển CNC
Trung tâm lưu trữ của máy, bảng điều khiển CNC lưu trữ tất cả các chương trình
và hướng dẫn CNC, thực hiện các thao tác vận hành máy tại bảng này.
II.1.4.7.Động cơ truyền động
Động cơ truyền động giúp di chuyển bàn máy và tạo chuyển động quay của dao
cụ, do đó điều khiển toàn bộ máy. Động cơ AC Servo có nắp phía sau màu đỏ thì đời
cao hơn là loại động cơ DC Servo nắp vàng.
II.2.Máy phay CNC 5 trục
Ngoài các chuyển động cơ bản của 3 trục X, Y, Z thì máy phay 5 trục sẽ được tích
hợp thêm 2 trong 3 trục phụ là A, B, C. Ba trục phụ này sẽ quay quanh 3 trục chính là
X, Y, Z.
Việc bổ sung thêm 2 trục phụ giúp cho máy gia công được các khu vực khó tiếp
cận và các chi tiết phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật cao hơn.
Máy được sử dụng trong nhiều ngành như hàng không, tàu thuyền, sản xuất các bộ
phận ô tô, kiến trúc, quân sự, y tế…
II.2.1.Cấu tạo
Tùy theo nhà sản xuất cũng như nhu cầu sử dụng trong công nghiệp mà việc thiết
kế các trục chuyển động và chế tạo phải đi theo những mô hình động học khác nhau
nhưng vẫn phải giữ được cơ cấu hoạt động của máy phay CNC 3 trục căn bản