LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC 3 TRỤC

Để sử dụng, việc cần làm là thực hiện quá trình gia công trên máy tính bằng các phần mềm CAM..  Trong các lĩnh vực sản xuất đồ gia dụng và lắp ráp các loại xe, máy CNC còn được sử dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ

KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC 3 TRỤC

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ

Cán bộ hướng dẫn: ThS Đường Khánh Sơn

Luận văn đại học được bảo vệ tại Khoa Kỹ Thuật Cơ Khí Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Cần Thơ ngày /06/2022

Thành phần Ban đánh giá luận văn đại học gồm:

1 Trưởng ban: ThS Phạm Thành Công

2 Ủy viên phản biện: ThS Huỳnh Phạm Bảo Ngọc

3 Thư ký ban chấm: ThS Đường Khánh Sơn

Xác nhận của Ban chấm sau khi luận văn đã được sửa chữa

ThS Phạm Thành Công ThS Huỳnh Phạm Bảo Ngọc ThS Đường Khánh Sơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

Ngày, tháng, năm sinh: 15/01/2000 Nơi sinh: Kiên giang Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Mã số: 7510203

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC 3 TRỤC

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

 Nhiệm vụ:

 Tính toán, thiết kế và chế tạo máy phay CNC 3 trục

 Nội dung:

 Tìm hiểu cách sử dụng mạch Mach3 để điều khiển máy CNC

 Tìm hiểu cách xuất G-code từ phần mềm Inventor để gia công chi tiết

 Sử dụng phần mềm Inventor để thiết kế máy phay CNC

 Thiết kế điện điều khiển

 Tính toán, lựa chọn động cơ

 Tính toán, lựa chọn phương pháp dẫn hướng

 Chế tạo mô hình thực tế

 Chạy thực nghiệm, hiệu chỉnh và lấy kết quả

 Nhận xét và đánh giá máy phay CNC 3 trục

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Đường Khánh Sơn

THỜI GIAN GIAO ĐỀ TÀI: 26/01/2022

THỜI GIAN HOÀN THÀNH: 19/06/2022

Cần Thơ, ngày 19 tháng 06 năm 2022

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ

ThS Đường Khánh Sơn

i

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi đến Thầy Đường Khánh Sơn là giảng viên hướng dẫn

đề tài luận văn, lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất, thầy đã luôn quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em, đồng thời cũng là người định hướng, và góp ý các

ưu khuyết điểm cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài, để hoàn thành một cách tốt nhất

Em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô giảng viên khoa cơ khí Trường Đại Học Kỹ thuật – Công nghệ Cần Thơ Nhờ những kiến thức và kinh nghiệm thầy

cô đã giảng dạy trong suốt thời gian qua nên em mới có thể hoàn thành đề tài này

Đồng thời em cũng xin cảm ơn công ty “TNHH Thương Mại Dịch Vụ INNOSPACE”, đã hỗ trợ nơi làm việc và dụng cụ trong xuyên suốt quá trình thực hiện đề tài

Và cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè xung quanh đã hỗ trợ, là chỗ dựa cũng như chia sẻ kinh nghiệm cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Một lần nữa xin trân trọng cảm ơn!

ii

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan báo cáo luận văn tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế chế tạo máy phay CNC 3 trục” là kết quả nghiên cứu và tìm hiểu của em Quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài được sự cho phép và xét duyệt của Khoa Kỹ Thuật Cơ Khí thuộc Trường Đại Học Kỹ Thuật – Công Nghệ Cần Thơ thông qua hướng dẫn của Thầy Đường Khánh Sơn

Trong báo cáo có sử dụng hình ảnh và tài liệu khoa học, kỹ thuật dùng làm tài liệu tham khảo đều được trích dẫn rõ ràng

Nếu có phát hiện bất kỳ sự gian lận nào trong bài báo cáo em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về đề tài của mình

Cần thơ, ngày 19 tháng 06 năm 2022

Sinh viên thực hiện

Đặng Hoài Bảo

iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN I LỜI CAM ĐOAN II MỤC LỤC III DANH MỤC HÌNH VI DANH MỤC BẢNG XI DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT XII TÓM TẮT ĐỀ TÀI XIII

MỞ ĐẦU XIV

Lý do chọn đề tài xiv

Mục tiêu nghiên cứu xv

Phương pháp nghiên cứu xv

Phạm vi nghiên cứu xvi

Bố cục đề tài xvi

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1

1.1 Khái niệm cơ bản về điều khiển và điều khiển số 1

1.1.1 Khái niệm điều khiển 1

1.1.2 Phân loại hệ thống điều khiển trên máy công cụ 1

1.2 Khái niệm về CNC 2

1.3 Nghiên cứu của nước ngoài 2

1.4 Nghiên cứu ở việt nam 8

1.5 Nghiên cứu tại các cơ sở giáo dục và đào tạo 9

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ 12

2.1 Phương án thiết kế 12

2.1.1 Phương án phôi cố định X, Y, Z di chuyển 12

2.1.2 Phương án phôi di chuyển theo trục Y, dụng cụ gia công di chuyển theo trục X và Z 12

2.1.3 Phương án trục Z cố định, phôi di chuyển trên trục X và Y 13

2.2 Tính toán và thiết kế 14

iv

2.2.1 Cụm trục chính 14

2.2.2 Tính toán, lựa chọn động cơ trục chính 14

2.2.3 Tính toán, lựa chọn vít me 17

2.2.4 Chọn gối đỡ cho vít me 28

2.2.5 Tính toán, lựa chọn ray trượt 29

2.2.6 Tính toán, lựa chọn động cơ bước 49

2.3 Thiết kế máy phay CNC trên phần mềm Autodesk Inventor 60

2.3.1 Giới thiệu phần mềm Autodesk Inventor 60

2.3.2 Thiết kế cụm trục Z 64

2.3.3 Thiết kế cụm trục X 65

2.3.4 Thiết kế cụm trục Y: 66

2.3.5 Thiết kế chân bàn máy phay CNC 67

2.3.6 Thiết kế mô hình hoàn chỉnh cho máy 70

2.4 Thiết kế điện điều khiển 71

2.4.1 Giới thiệu về phần mềm Mach3 71

2.4.2 Giới thiệu biến tần 74

2.4.3 Driver điều khiển động cơ bước 80

2.4.4 Nút dừng khẩn cấp 82

2.4.5 Nút nhấn chuyển mạch 83

2.4.6 Công tắc hành trình 84

2.4.7 Quạt tản nhiệt 84

2.5 Sơ đồ hệ thống điều khiển 85

CHƯƠNG III: CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM 86

3.1 Chế tạo 86

3.2 Lắp ráp máy hoàn chỉnh 88

3.3 Cài đặt thông số trên phần mềm Mach3 90

3.4 Giới thiệu giao diện và các nút cơ bản trên phần mềm Mach3 94

3.4.1 Giao diện chính 94

3.4.2 Giao diện MDI 96

3.4.3 Tab MPG (Tay quay ảo): 97

v

3.5 Giới thiệu và ứng dụng tính năng tay cầm ngoài 98

3.6 Sử dụng Inventor CAM để xuất file G-code gia công 101

3.7 Xây dựng chương trình gia công trên phần mềm Inventor 102

3.8 Thực nghiệm máy phay CNC 3 trục 109

3.8.1 Thực nghiệm trên vật liệu gỗ 109

3.8.2 Thực nghiệm trên vật liệu mica 113

3.8.3 Thực nghiệm trên vật liệu nhôm 118

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ 123

4.1 Kết quả 123

4.2 Kiến nghị 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO 124

PHỤ LỤC 126

vi

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Máy tiện do Henry Maudslay chế tạo 2

Hình 1.2 Máy phay do Eli Whitney chế tạo 3

Hình 1.3 Máy phay kiểu Swiss 4

Hình 1.4 Máy cắt của John T Parsons 5

Hình 1.5 Máy CNC 5 trục ngày nay 8

Hình 1.6 Mô hình máy phay CNC của trường cao đẳng nghề Bách Khoa Hà Nội 9

Hình 1.7 Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Đại Học Bách Khoa Hà Nội 10

Hình 1.8 Máy phay CNC trên thị trường 11

Hình 2.1 Máy CNC dạng Router 12

Hình 2.2 Máy CNC dạng H-Frame 13

Hình 2.3 Máy CNC dạng C-Frame 13

Hình 2.4 Lực cắt khi phay 16

Hình 2.5 Động cơ trục chính 17

Hình 2.6 Truyền động vít me bi 18

Hình 2.7 Thông số vít me TBI MOTION 21

Hình 2.8 Vít me TBI 1605 21

Hình 2.9 Vít me TBI 2510 24

Hình 2.10 Gối đỡ BF cho vít me 28

Hình 2.11 Gối đỡ BK cho vít me 29

Hình 2.12 Sống trượt dẫn hướng và rãnh mang cá 29

Hình 2.13 Thanh trượt dẫn hướng trong các máy CNC ngày nay 30

Hình 2.14 Thông số ray trượt THK 31

Hình 2.15 Tính toán ray trượt trục Z 31

Hình 2.16 Ray trượt trục Z 36

Hình 2.17 Thông số ray trượt hãng PMI 37

Hình 2.18 Tính toán ray trượt trục X 37

Hình 2.19 Ray trượt trục X 42

Hình 2.20 Thông số ray trượt PMI 43

Hình 2.21 Tính toán ray trượt trục Y 44

vii

Hình 2.22 Ray trượt trục Y 49

Hình 2.23 Giao diện công cụ tính toán động cơ FASTECH 50

Hình 2.24 Tính toán động cơ trục Z 51

Hình 2.25 Kết quả tính toán động cơ trục Z 53

Hình 2.26 Biểu đồ moment động cơ Leadshine 57CM23 53

Hình 2.27 Thông số động cơ Leadshine 57CM23 54

Hình 2.28 Kiểm tra giá trị quán tính trục Z 55

Hình 2.29 Tính toán động cơ trục X 56

Hình 2.30 Kết quả tính toán động cơ trục X 57

Hình 2.31 Kiểm tra giá trị quán tính trục X 57

Hình 2.32 Tính toán động cơ trục Y 58

Hình 2.33 Kết quả tính toán trục Y 59

Hình 2.34 Kiểm tra giá trị quán tính trục Y 60

Hình 2.35 Phần mềm Autodesk Inventor 60

Hình 2.36 Giới thiệu phần mềm Autodesk Inventor 61

Hình 2.37 Giới thiệu tính năng Inventor CAM 64

Hình 2.38 Cụm chi tiết trục Z 65

Hình 2.39 Cụm chi tiết trục X 66

Hình 2.40 Cụm chi tiết trục Y 66

Hình 2.41 Chân bàn cho máy 67

Hình 2.42 Đặt lực lên thanh ngang 68

Hình 2.43 Đặt lực lên thanh dọc 68

Hình 2.44 Kết quả phân tích chuyển vị 69

Hình 2.45 Kết quả phân tích ứng suất 69

Hình 2.46 Mặt trước và mặt bên mô hình 70

Hình 2.47 Tổng thể mô hình máy phay CNC 3 trục 71

Hình 2.48 Phần mềm Mach3 72

Hình 2.49 Giao diện phần mềm Mach3 72

Hình 2.50 Mạch Mach3 USB V2 73

Hình 2.51 Sơ đồ kết nối chân mạch Mach3 USB V2 74

viii

Hình 2.52 Một số loại biến tần 74

Hình 2.53 Công thức về tốc độ động cơ xoay chiều 75

Hình 2.54 Sơ đồ mạch điện của biến tần 76

Hình 2.55 Biến đổi điện áp tần số qua biến tần 76

Hình 2.56 Ứng dụng biến tần 77

Hình 2.57 Biến tần Delta VFD-M 1.5KW 80

Hình 2.58 Driver DM542 81

Hình 2.59 Nút dừng khẩn cấp 82

Hình 2.60 Nút nhấn chuyển mạch 83

Hình 2.61 Công tắc giới hạn hành trình 84

Hình 2.62 Quạt tản nhiệt 12V cho tủ điện 85

Hình 2.63 Sơ đồ hệ thống điều khiển của máy phay CNC 3 trục 85

Hình 2.64 Sơ đồ đấu dây điện điều khiển của máy phay CNC 3 trục 86

Hình 3.1 Các chi tiết được gia công 86

Hình 3.2 Lắp ráp trục Z cho máy 86

Hình 3.3 Lắp ráp cụm trục X và Y hoàn chỉnh 87

Hình 3.4 Bố trí linh kiện tủ điện điều khiển 87

Hình 3.5 Máy sau khi lắp ráp hoàn chỉnh 88

Hình 3.6 Tủ điện sau khi hoàn thành đấu nối 89

Hình 3.7 Cài đặt đơn vị cho Mach3 90

Hình 3.8 Cài đặt Motor Outputs cho Mach3 90

Hình 3.9 Cài đặt giới hạn hành trình cho máy 91

Hình 3.10 Cài đặt nút nhấn cho Mach3 91

Hình 3.11 Cài đặt thông số cho động cơ bước 92

Hình 3.12 Cài đặt thông số động cơ bước trục X 92

Hình 3.13 Cài đặt thông số động cơ bước cho trục Y 93

Hình 3.14 Cài đặt thông số động cơ trục Z 94

Hình 3.15 Giao diện chính của phần mềm Mach3 95

Hình 3.16 Khung điều chỉnh tốc độ động cơ trục chính và tốc độ tiến dao 96

Hình 3.17 Giao diện MDI phần mềm Mach3 97

ix

Hình 3.18 TAB MPG (Tay quay ảo) 97

Hình 3.19 Tay cầm Xbox 360 98

Hình 3.20 Kết nối tay cầm Xbox để điều khiển Mach3 99

Hình 3.21 Cửa sổ Run 99

Hình 3.22 Lấy địa chỉ tay cầm điều khiển 99

Hình 3.23 Mở cửa sổ Config Plugins 100

Hình 3.24 Cửa sổ Plugin Control and Activation 100

Hình 3.25 Cài đặt nút nhấn cho tay cầm 101

Hình 3.26 Giao diện Inventor CAM 102

Hình 3.27 Thiết kế phôi ở môi trường 3D 103

Hình 3.28 Khai báo phôi 103

Hình 3.29 Khai báo kích thước phôi 104

Hình 3.30 Xây dựng chương trình gia công 104

Hình 3.31 Khai báo dụng cụ cắt 105

Hình 3.32 Khai báo biên dạng cắt 105

Hình 3.33 Khai báo các mặt phẳng di chuyển của dụng cụ cắt 106

Hình 3.34 Khai báo tốc độ tiến dao 106

Hình 3.35 Khai báo chiều sâu cắt mỗi lần xuống dụng cụ cắt 107

Hình 3.36 Mô phỏng quá trình gia công 107

Hình 3.37 Xuất chương trình gia công 108

Hình 3.38 Nạp chương trình gia công 108

Hình 3.39 Khai báo phôi gỗ hình vuông 109

Hình 3.40 Mô phỏng chạy dao hình vuông trên phôi gỗ 110

Hình 3.41 Thực nghiệm phay hình vuông trên vật liệu gỗ 110

Hình 3.42 Sản phẩm gỗ hình vuông sau gia công 111

Hình 3.43 Khai báo phôi gỗ hình tròn 111

Hình 3.44 Mô phỏng chạy dao phay hình tròn trên phôi gỗ 112

Hình 3.45 Thực nghiệm phay hình tròn trên vật liệu gỗ 112

Hình 3.46 Sản phẩm gỗ hình tròn sau gia công 113

Hình 3.47 Khai báo phôi mica hình vuông 114

x

Hình 3.48 Mô phỏng chạy dao phay hình vuông trên phôi mica 114

Hình 3.49 Thực nghiệm phay hình vuông trên vật liệu mica 114

Hình 3.50 Sản phẩm mica hình vuông sau gia công 115

Hình 3.51 Khai báo phôi mica hình tròn 116

Hình 3.52 Mô phỏng chạy dao hình tròn trên phôi mica 116

Hình 3.53 Thực nghiệm phay hình tròn trên vật liệu mica 116

Hình 3.54 Sản phẩm mica hình tròn sau gia công 117

Hình 3.55 Khai báo phôi nhôm hình vuông 118

Hình 3.56 Mô phỏng chạy dao hình vuông trên phôi nhôm 118

Hình 3.57 Thực hiện phay hình vuông trên vật liệu nhôm 119

Hình 3.58 Sản phẩm nhôm hình vuông sau gia công 119

Hình 3.59 Khai báo phôi nhôm hình tròn 120

Hình 3.60 Mô phỏng chạy dao hình tròn trên phôi nhôm 120

Hình 3.61 Thực nghiệm phay hình tròn trên vật liệu nhôm 121

Hình 3.62 Sản phẩm nhôm hình tròn sau gia công 121

xi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Lực dọc trục và phần trăm tương ứng trục Z 19

Bảng 2.2 Lực dọc trục và phần trăm tương ứng trục X 23

Bảng 2.3 Lực dọc trục và phần trăm tương ứng trục Y 26

Bảng 2.4 Tính chất vật lý khung thép 70

Bảng 2.5 Thông số thép 40x80 70

Bảng 3.1 Thông số ban đầu khi chạy thực nghiệm 109

Bảng 3.2 Kết quả cắt hình vuông trên vật liệu gỗ 111

Bảng 3.3 Kết quả cắt hình tròn trên vật liệu gỗ 113

Bảng 3.4 Kết quả cắt hình vuông trên vật liệu mica 115

Bảng 3.5 Kết quả cắt hình tròn trên vật liệu mica 117

Bảng 3.6 Kết quả cắt hình vuông trên vật liệu nhôm 120

Bảng 3.7 Kết quả cắt hình tròn trên vật liệu nhôm 122

xii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CIM Computer Integrated Manufacturing

FMS Flexible Manufacturing System

xiii

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Luận văn “Thiết kế chế tạo máy phay CNC 3 trục” trình bày chi tiết quá trình tính toán thiết kế máy phay CNC 3 trục phục vụ cho học tập, nghiên cứu và đào tạo Máy được thiết kế chế tạo với vùng hoạt động 350mmx600mmx125mm Với sai số 0,1mm

Thông qua khảo sát đánh giá tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước để đưa

ra mục tiêu cụ thể của đề tài Từ đó sử dụng phần mềm Inventor để tính toán thiết kế

mô hình máy phay CNC 3 trục

Đề tài cũng trình bày chi tiết thiết kế, lắp đặt hệ thống điện điều khiển máy Thực nghiệm máy với các vật liệu khác nhau như:khắc, cắt, phay hình tròn và hình vuông trên các vật liệu gỗ, mica và nhôm

Kết quả máy được chế tạo hoàn thành đáp ứng được mục tiêu đã đặt ra là sai số 0.1mm, máy vận hành tốt, chi phí chế tạo thấp, máy dễ dàng thao tác và điều khiển, gia công được nhiều loại vật liệu khác nhau như: gỗ, nhựa, mica, nhôm,…

Sau một thời gian cải tiến, máy CNC đã ra đời nhằm khắc phục những khuyết điểm trên các máy cơ Công nghệ CNC được hiểu là quá trình gia công được điều khiển bằng máy tính Để sử dụng, việc cần làm là thực hiện quá trình gia công trên máy tính bằng các phần mềm CAM Sau khi quá trình gia công trên máy tính đã hoàn thành thì phần mềm sẽ xuất ra code NC của quá trình gia công và việc cần làm bây giờ là chuyển code này vào máy CNC Khai báo dao, phôi thì máy CNC sẽ gia công đúng như quá trình gia công trên máy tính Từ đó sẽ nâng cao năng suất làm việc, sản phẩm cho ra có độ chính xác cao, làm tăng hiệu quả kinh tế

Sự ra đời của công nghệ CNC đã đánh dấu một bước ngoặc lớn trong cuộc cách mạng sản xuất cơ khí và hiện nay nó vẫn đang phát triển không ngừng cho ra những sản phẩm hoàn hảo nhất Người ta sử dụng máy CNC để gia công các loại sản phẩm khác nhau từ gỗ cho đến đá và kim loại

 Trong lĩnh vực sản xuất đồ gỗ, máy CNC được sử dụng để gia công các hoa văn, chạm khắc các chi tiết một cách nhanh chóng

 Trong các lĩnh vực sản xuất đồ gia dụng và lắp ráp các loại xe, máy CNC còn được sử dụng để gia công các khuôn đúc, các chi tiết máy,… Cho thiết kế tinh xảo và độ chính xác cao

 Trong lĩnh vực gia công kết cấu thép, máy cắt CNC được sử dụng để cắt các bản mã kim loại có hình dáng phức tạp với độ chính xác tuyệt đối Mỏ cắt CNC vẫn dùng là cắt gas oxy, cắt plasma và cao cấp hơn là cắt lazer

Ngày nay việc sản xuất các bộ phận kim loại mà không sử dụng công nghệ CNC

là điều không tưởng Lợi ích của việc sử dụng máy CNC là rất nhiều Do tính linh hoạt của quy trình gia công (đặc biệt là với phay và tiện CNC), độ chính xác và tốc

xv

độ xử lý (cắt CNC) Trong hầu hết các lĩnh vực sản xuất công nghiệp như: ô tô, xe máy, điện tử, thiết bị y tế, hàng không, hàng tiêu dùng, thiết bị công nghiệp, quá trình gia công chủ yếu được thực hiện tự động hóa và rất linh hoạt trong sản xuất nhờ việc ứng dụng máy công nghiệp điều khiển số CNC

Ở nước ta, các máy CNC đang được sử dụng rất phổ biến trong sản xuất, trong đào tạo và nghiên cứu khoa học Trên thực tế, các máy CNC đang sử dụng do Đài Loan, Trung Quốc, Nhật Bản, Đức sản xuất, có phần điều khiển mua của các hãng nổi tiếng như FANUC, MITSUBISHI, nhưng giá thành tương đối cao Do đó, một số

cơ sở đào tạo các ngành kỹ thuật, trong đó có Khoa Kỹ Thuật Cơ Khí, Trường Đại Học Kỹ Thuật – Công Nghệ Cần thơ chưa đáp ứng đầy đủ trang thiết bị để phục vụ cho quá trình đào tạo, thực tập, thực hành cho sinh viên cũng như nghiên cứu khoa học Vì vậy việc tập trung nghiên cứu để tính toán, thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục là cần thiết

Mục tiêu nghiên cứu

 Nghiên cứu phương pháp xuất G – CODE từ phần mềm INVENTOR

 Nghiên cứu cách sử dụng phần mềm Mach3

 Nghiên cứu cách sử dụng mạch Mach3 để điều khiển máy phay CNC 3 trục

 Nghiên cứu phương pháp thiết kế máy trên phần mềm INVENTOR

 Nghiên cứu các phương án thiết kế máy CNC

 Nghiên cứu, tính toán lựa chọn động cơ

 Nghiên cứu, tính toán lựa chọn phương pháp dẫn hướng phù hợp

Phương pháp nghiên cứu

 Nghiên cứu tài liệu

Nghiên cứu tổng hợp tài liệu lý thuyết về: thiết kế chi tiết máy, công nghệ chế tạo máy, công nghệ lập trình gia công CNC, cách sử dụng phần mềm Mach3 Nghiên cứu lý thuyết quá trình gia công cắt gọt trên máy phay CNC làm cơ sở cho việc tính toán, lựa chọn kết quả, kích thước và đảm bảo khả năng làm việc của máy sau khi chế tạo và sử dụng Sau khi nghiên cứu phương pháp lập trình gia công trên máy CNC, từ đó đưa ra chương trình NC của một số chi tiết cụ thể

 Nghiên cứu thực nghiệm

Sử dụng phần mềm vẽ kỹ thuật 2D, 3D để thiết kế các chi tiết máy và thiết kế toàn bộ mô hình của máy phay CNC 3 trục Ứng dụng phần mềm Mach 3 để lập trình,

Phạm vi nghiên cứu

 Thiết kế máy phay CNC 3 trục trên phần mềm Inventor

 Chế tạo máy CNC với diện tích hoạt động 350mmx600mmx125mm

 Chế tạo máy với sai số là 0.1mm

 Sử dụng mạch và phần mềm Mach3 để điều khiển máy

 Gia công trên nhiều loại vật liệu khác nhau như: nhôm, nhựa, mica, gỗ,…

Bố cục đề tài

 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

 CHƯƠNG III: CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM

 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ

SVTH: Đặng Hoài Bảo 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Khái niệm cơ bản về điều khiển và điều khiển số

1.1.1 Khái niệm điều khiển

Điều khiển là quá trình thu thập thông tin, xử lý thông tin và tác động lên hệ thống để đáp ứng của hệ thống gần với mục đích định trước

Điều khiển tự động là quá trình điều khiển không cần sự tác động của con người [1]

1.1.2 Phân loại hệ thống điều khiển trên máy công cụ

Người ta chia hệ thống điều khiển trên máy công cụ ra làm hai loại:

 Điều khiển theo kiểu truyền thống

 Điều khiển số

1.1.2.1 Điều khiển theo kiểu truyền thống

Hệ thống điều khiển theo kiểu này gồm: điều khiển theo quãng đường, điều khiển theo thời gian, điều khiển theo chu kì,… Nhìn chung các loại điều khiển này

có chung các đặc điểm chính sau đây:

Điều khiển máy có sự tham gia phần lớn của người vận hành từ khâu cấp phôi,

gá phôi, hiệu chỉnh dụng cụ cho đến khâu kiểm tra sản phẩm

Các thao tác của hệ thống điều khiển thường khó thay đổi Do vậy, nó không thích ứng với sự thay đổi sản phẩm

Nếu không có sự tham gia của người vận hành thì cơ cấu máy thực hiện chu trình làm việc liên tục như các máy tự động Với các loại máy này không thay đổi được hoặc muốn thay đổi cũng rất phức tạp

Do vậy, khuynh hướng phát triển chung là người ta muốn có những hệ thống điều khiển mà nó dễ dàng thích nghi với sự thay đổi của sản phẩm Nhìn chung, các

hệ thống điều khiển theo kiểu truyền thống tuy càng lúc càng được cải thiện tuỳ theo mức độ cơ khí hoá, tự động hoá của nhà máy sản xuất nhưng vẫn chưa thực sự đáp ứng được nhu cầu của thực tế

SVTH: Đặng Hoài Bảo 2

1.1.2.2 Điều khiển số

Điều khiển số NC (Numerical Control) là một hình thức tự động hoá đặc biệt Máy công cụ được lập trình để thực hiện một dãy có thứ tự các sự kiện với một tốc

độ xác định trước nhằm gia công một chi tiết máy với toàn bộ những kết quả và tham

số vật lí hoàn toàn có thể dự đoán được Điều này được thực hiện là nhờ các bộ vi xử

lý Nó có thể tiếp nhận và chuyển đổi các dữ liệu gia công thành các tín hiệu điều khiển máy hoạt động và có thể thay đổi chức năng của nó bằng chương trình ngoài, chứ không phải chỉ thực hiện một số chức năng cố định như trước đây [2]

1.2 Khái niệm về CNC

CNC – viết tắt cho Computer Numerical Control (điều khiển bằng máy tính) –

đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục đích sản xuất (có tính lặp lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G [3]

1.3 Nghiên cứu của nước ngoài

Máy tiện gia công kim loại thực tế đầu tiên được Henry Maudslay phát minh vào năm 1800 Nó đơn giản là một công cụ máy giữ mẩu kim loại đang được gia công trong một bàn kẹp hay trục quay và quay mẩu kim loại này Công cụ cắt này được nhân viên vận hành vận dụng qua việc sử dụng cái quay tay hay vô lăng [4, 5]

Hình 1.1 Máy tiện do Henry Maudslay chế tạo

SVTH: Đặng Hoài Bảo 3

Độ chính xác về kích cỡ được nhân viên vận hành điều khiển bằng cách quan sát đĩa chia độ trên vô lăng và di chuyển công cụ cắt theo số lượng hợp lý Mỗi chi tiết được sản xuất ra đòi hỏi vận hành viên lặp lại những cử động trong cùng trình tự

và với cùng kích thước

Chiếc máy phay đầu tiên được vận hành theo cách thức tương tự như vậy, ngoại trừ công cụ cắt được đặt ở trục chính đang quay Phôi được lắp trên bệ máy hay bàn làm việc và di chuyển theo công cụ cắt, qua việc sử dụng vô lăng để gia công đường mức của phôi Chiếc máy phay này do Eli Whitney phát minh năm 1818 Những chuyển động được sử dụng trong các công cụ máy được gọi là trục và đề cập đến 3 trục: “X” (thường từ trái qua phải), “Y” (trước ra sau) và “Z” (trên và dưới) Bàn làm việc cũng có thể được quay theo mặt ngang hay dọc, tạo ra trục chuyển động thứ tư Một số máy còn có trục thứ năm, cho phép trục quay theo một góc

Hình 1.2 Máy phay do Eli Whitney chế tạo

Một trong những vấn đề của những dòng máy ban đầu này là chúng đòi hỏi nhân viên vận hành phải sử dụng vô lăng để tạo ra mỗi chi tiết Ngoài tính nhàm chán và gây mệt mỏi về thể chất, khả năng chế tạo các chi tiết của vận hành viên cũng bị hạn chế Chỉ một khác biệt nhỏ trong vận hành sẽ dẫn đến những thay đổi trong kích thước trục và khi đó, tạo ra những chi tiết không phù hợp Mức độ kim loại vụn được tạo ra

từ những hoạt động như vậy là khá cao, lãng phí nguyên liệu thô và thời gian lao

SVTH: Đặng Hoài Bảo 4

động Khi số lượng sản xuất tăng lên, càng có nhiều chi tiết bị hỏng Do đó, điều cần thiết ở đây là một phương tiện vận hành các chuyển động của máy một cách tự động Những nỗ lực ban đầu để “tự động hóa” các hoạt động này sử dụng một loạt cam để

di chuyển dao cụ hay bàn làm việc qua những liên kết (linkage) Khi cam quay, một liên kết lần theo bề mặt của mặt cam (cam face), di chuyển công cụ cắt hay phôi qua một dãy các chuyển động Mặt cam được định hình để điều khiển khối lượng chuyển động liên kết và tốc độ mà cam quay điều khiển tốc độ cấp dao Một số máy vẫn còn tồn tại cho tới ngày nay và được gọi là máy “Swiss” (máy kiểu Thụy Sĩ), một cái tên đồng nghĩa với gia công chính xác

Hình 1.3 Máy phay kiểu Swiss

Bên cạnh đó việc điều khiển số cũng đang dần phát triển xuất phát từ ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp, liên tục như các máy công

cụ điều khiển số được thực hiện từ mãi thế kỉ XIV Khi ở châu Âu người ta dùng các chốt hình trụ để điều khiển các chuyển động của các hình trang trí trên đồng hồ lớn của nhà thờ

Năm 1808, Joseph M Jacquard dùng những tấm tôn đục lỗ để điều khiển tự động các máy dệt

Hình 1.4 Máy cắt của John T Parsons

Cũng trong thời gian này, Parsons cùng với đồng nghiệp của ông đã đưa ra 4 tiên đề cơ bản sau:

 Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng đục lỗ Các đục lỗ được đọc trên máy một cách tự động

 Những vị đã được đọc ra được liên tục truyền đi và được bổ sung thêm tính toán cho các giá trị trung gian nội tại

 Các động cơ servo (vô cấp) có thể điều khiển được chuyển động các trục Năm 1952, chiếc máy phay điều khiển số đầu tiên ra đời mang tên là “Cincinnati Hydrotel” có trục thẳng đứng do Học viện kỹ thuật MIT cung cấp Đơn vị điều khiển

SVTH: Đặng Hoài Bảo 6

được lắp bằng các bóng đèn điện tử chân không, điều khiển 3 trục nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân

Năm 1954, Bendix mua bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo được thiết

bị điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, nhưng vẫn còn dùng bóng đèn điện tử chân không

Năm 1958, công cụ lập trình tự động APT (Automatically Programmed Tool)

ra đời Đánh dấu một bước phát triển mới về lập trình cho máy

Trong thời gian đó, giới công nghiệp nói chung đã bắt đầu nhận ra những ưu thế tiềm tàng của kỹ thuật điều khiển số Điều đó buộc họ phải xem xét một cách nghiêm túc, chặt chẽ và kỹ càng những vấn đề về ngành chế tạo máy của chính họ Đồng thời

họ cũng phải suy xem cái kỹ thuật công nghệ mới này có thể giúp đỡ họ như thế nào

để cải tiến phương pháp hiện có của họ Người ta nhanh chóng nhận ra rằng, phần lớn các bài toán cắt gọt kim loại như: Khoan lỗ, tiện, phay đường thẳng, không nhất thiết đòi hỏi tới bộ điều khiển hiện đại, sử dụng những phương máy tính hoá Thế nhưng, việc ứng dụng ngay cả dạng cơ bản nhất của APT cho những thành phần hình học đơn giản cũng vừa cồng kềnh, vừa rắc rối và vừa đắt tiền

Do vậy, nhiều ngôn ngữ đơn giản hơn dùng cho mục đích đặc biệt đã được phát triển Tuy nhiên, đa số các ngôn ngữ này điều lấy APT làm gốc.Rồi cho đến giữa những thập niên 70, 80, với sự phát triển của công nghệ vi xử lý Lần đầu tiên nó được đưa vào thiết bị điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính, tạo một bước nhảy khổng lồ trong lĩnh vực điều khiển số Từ các máy điều khiển số NC trở thành những máy điều khiển số CNC, tức là những máy công cụ điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính Mặc khác, cùng với những mô đun điện tử dùng để lưu trữ dữ liệu và tạo xung, bộ vi xử lý hình thành trung tâm đóng ngắt và tính toán của tất cả mọi điều khiển số CNC hiện đại Tốc độ chuyển nhanh của các phần tử này đủ để đưa ra nhiều chức năng và nhiệm vụ tính toán khác nhau mà không làm ảnh hưởng đến nhịp độ làm việc của các máy công cụ ghép nối với chúng

Rồi từ thập niên 80 trở đi, với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các mạng cục bộ và liên thông đã tạo điều kiện cho các nhà chế tạo thực hiện việc nối kết giữa các máy CNC riêng lẻ lại với nhau tạo thành các trung tâm gia công DNC (Direct

SVTH: Đặng Hoài Bảo 7

Numerical Control) nhằm khai thác một cách có hiệu quả nhất như: cách bố trí, sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản xuất, Và cũng dựa trên nền công nghiệp này, một chuỗi các loại thiết bị, phần mềm và hệ thống được phát triển không ngừng bởi các viện nghiên cứu và công nghệ khác nhau trên thế giới Nhằm thoả mãn

về nhu cầu thiết kế và chế tạo đặc biệt

Đó là những phần mềm thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing) theo hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) và cao hơn là việc chế tạo và gia công chi tiết được thực hiện toàn bộ qua máy tính, người ta gọi là tổ hợp CIM (Computer Intergrated Manufacturing)

Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính chương trình Bộ điều khiển cũng giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy Ví dụ, trong một số máy, nhân viên lập trình có thể đơn giản chỉ cần nhập dữ liệu về vị trí, đường kính và chiều sâu của một chi tiết và máy tính sẽ lựa chọn phương pháp gia công tốt nhất để sản xuất chi tiết đó dưới dạng phôi Thiết bị mới nhất có thể chọn một mẫu kỹ thuật được tạo ra từ máy tính, tính toán tốc độ dao cụ, đường vận chuyển vật liệu vào máy và sản xuất chi tiết mà không cần bản vẽ hay một chương trình Từ các máy công cụ sơ khai với các cơ cấu cơ khí, máy CNC ngày nay hoạt động dưới sự điều khiển của hệ điều hành được lập trình tinh vi, có thể thực hiện chức năng chuyên biệt với các dòng máy phay đứng, máy phay ngang, máy phay giường, cỡ lớn, đôi cột, máy tiện đứng, máy tiện cỡ lớn, máy tiện kiểu Thụy Sĩ, máy phay, tiện 3 trục rồi 5 trục gia công các bề mặt phức tạp, máy xung, máy cắt dây EDM, đột dập liên hoàn, cắt khắc laser kim loại, phi kim cho đến các Trung tâm gia công thực hiện nhiều nguyên công liên tiếp như phay, tiện, khoan, mài, trên một máy chỉ với một lần gá đặt Các trung tâm gia công có sự trợ giúp của các cơ cấu thay dao tự động ATC (Auto Tool Changer) cấp phôi tự động, cánh tay robot công nghiệp, … có thể được tích hợp vào hệ thống sản xuất linh hoạt trong các nhà máy lớn Trí tuệ nhân tạo đang ngày càng phát triển và trợ giúp con người một cách hữu ích, trong đó có máy CNC

SVTH: Đặng Hoài Bảo 8

Hình 1.5 Máy CNC 5 trục ngày nay

1.4 Nghiên cứu ở việt nam

Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là rất xa lạ

và ít người biết đến nó

Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với nước ngoài như: dự án “Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển và chế tạo khuôn mẫu” Lúc đó các công nghệ CNC như: máy phay CNC, máy tiện CNC, đo lường CNC, lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên doanh với ngoài

Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang có những dự án đầu tư các dây chuyền sản xuất với phần lớn thiết bị trong dây chuyền là các máy CNC Mặc

dù, công nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong một thời gian ngắn nhưng công nghệ này đã có một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc trong những năm tới đây công nghệ này sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xưởng, nhà máy ở nước ta

Vì nó đem lại hiệu quả kinh tế rất cao Đặc biệt trong điều kiện sản xuất hiện nay ở nước ta Do vậy, việc đẩy mạnh ứng dụng công nghệ CNC là một nhu cầu cần thiết đối với các cơ sở sản xuất nói chung và ngành chế tạo máy nói riêng

SVTH: Đặng Hoài Bảo 9

1.5 Nghiên cứu tại các cơ sở giáo dục và đào tạo

Ở nước ta, các máy CNC đang được sử dụng rất phổ biến trong sản xuất, trong đào tạo và nghiên cứu khoa học Trên thực tế, các máy CNC đang sử dụng do Đài Loan, Trung Quốc, Nhật Bản, Đức sản xuất, có phần điều khiển mua của các hãng nổi tiếng như FANUC, MITSUBISHI, nhưng giá thành tương đối cao Do đó, một số

cơ sở đào tạo các ngành kỹ thuật vẫn chưa thể đáp ứng được để phục vụ cho quá trình đào tạo và nghiên cứu Cho nên một số sinh viên tại các trường trong nước đã thực hiện một số đề tài nghiên cứu về máy phay CNC

Hình 1.6 Mô hình máy phay CNC của trường cao đẳng nghề Bách Khoa Hà Nội

Sinh viên của trường Cao Đẳng Nghề Bách Khoa Hà Nội đã thực hiện chế tạo máy phay CNC tại triển lãm “Nghiên cứu khoa học sáng tạo bách khoa 2018” [6]

Nhận xét

Qua kết quả đạt được của đề tài máy CNC của trường cao đẳng nghề Bách Khoa

Hà Nội em đã rút ra một số nhận xét như sau:

 Vật liệu làm nên thân máy và vai trục được làm từ nhựa PVC Nên việc đảm bảo độ cứng vững kém dẫn đến quá trình gia công các chi tiết có độ cứng cao

sẽ làm cho thân máy bị rung động Từ đó làm cho máy bị sai số, sản phẩm gia công không đạt yêu cầu

Luận văn tốt nghiệp thiết kế chế tạo máy phay CNC 3 trục của sinh viên trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội [7]

Nhận xét

Qua kết quả báo cáo đồ án tốt nghiệp của sinh viên trường Đại Học Bách Khoa

Hà Nội em rút ra được một số nhận xét như sau:

 Vai trục và mặt bàn máy được làm từ thép hộp tạo nên độ cứng vững cho máy giúp cho máy trong quá trình gia công ít bị rung động

 Phần thanh trượt dẫn hướng trục X vẫn chưa đồng bộ về cấu trúc là dùng thanh trượt tròn và ray trượt vuông để dẫn hướng cho trục làm ảnh hưởng đến độ chính xác bộ phận dẫn hướng

Hình 1.7 Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Đại Học Bách Khoa Hà Nội

 Động cơ trục chính sử dụng máy điêu khắc gỗ cầm tay làm động cơ để phay

 Sản phẩm sau khi gia công vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu về độ thẩm mỹ và

độ chính xác

Nhận xét:

Khảo sát các máy phay CNC trên thị trường em có nhận xét như sau [8]:

SVTH: Đặng Hoài Bảo 11

 Khung máy được làm bằng nhôm 6061 có độ dày từ 15mm – 20mm tạo nên

độ vững chắc cho máy trong quá trình gia công hiệu quả hơn

 Mặt bàn máy được làm từ nhôm chuyên dụng để làm mặt bàn máy CNC giúp cho máy hoạt động ổn định trong gia công mà không bị cong vênh

 Động cơ trục chính là loại động cơ có công suất lớn chuyên dụng trong phay cắt các vật liệu như nhôm, gỗ, mica, …

Qua việc tham khảo các sản phẩm của các bạn sinh viên và các sản phẩm trên thị trường em nhận thấy một số kinh nghiệm như sau:

 Để tạo độ vững chắc cho máy cần sử dụng các vật liệu có độ cứng cao như nhôm, thép hộp, để làm phần khung cho máy

 Phần mặt bàn thì sử dụng các loại mặt bàn chuyên dụng dùng trong CNC để đảm bảo độ phẳng và ít bị cong vênh trong quá trình gia công

 Động cơ trục chính là phần quan trọng nhất của máy quyết định có gia công được vật liệu hay không Nên cần lựa chọn động cơ có công suất đủ để gia công các chi tiết có độ cứng phù hợp

Hình 1.8 Máy phay CNC trên thị trường

Nhận thấy, trong quá trình học tập tại trường cụ thể môn CAD/CAM/CNC Vẫn còn sử dụng phần mềm mô phỏng chưa được chạy thực nghiệm trên máy thực tế nên dẫn đến sinh viên còn hạn chế về kinh nghiệm thực tế Nên việc tập trung nghiên cứu

để thiết kế, tính toán và chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục là cần thiết Vì vậy

em chọn thực hiện đề tài “Thiết kế chế tạo máy phay CNC 3 trục”

Hình 2.1 Máy CNC dạng Router

2.1.2 Phương án phôi di chuyển theo trục Y, dụng cụ gia công di chuyển theo trục X và Z

Đặc điểm:

Cơ cấu mang động cơ trục chính sẽ trượt dọc theo trục Z thẳng đứng và toàn bộ

ổ đỡ trục Z thì di chuyển trên trục X Bàn máy thì di chuyển theo phương Y Cơ cấu

mang động cơ trục X và Y được lắp cố định vào khung máy

SVTH: Đặng Hoài Bảo 13

Nếu thiết kế mô hình theo kiểu này thì sẽ làm trục X chịu tải trọng lớn từ trục Z

và có xu hướng bị lật và như vậy sẽ làm giảm độ chính xác khi gia công

Do cụm trục chính có khối lượng lớn làm ảnh hưởng đến động cơ trục chính

Hình 2.3 Máy CNC dạng C-Frame

Kết luận:

Sau khi tìm hiểu về các dạng máy CNC dựa vào đặc điểm chuyển động Nhận thấy được các ưu điểm phù hợp với mục đích sử dụng cho mô hình, nên em chọn

SVTH: Đặng Hoài Bảo 14

phương án phôi cố định X, Y, Z di chuyển nhằm hạn chế việc mang khối lượng phôi lớn di chuyển khi gia công Với ưu điểm tận dụng hết bàn máy khi làm việc giúp gia công chi tiết lớn hơn

 Điều khiển trực tiếp là động cơ nối liền với đồ kẹp dụng cụ gia công Ưu điểm của phương pháp này là cải thiện được tốc độ quay của trục chính tạo ra quá trình làm việc êm ái

2.2.2 Tính toán, lựa chọn động cơ trục chính

Để xác định sơ bộ các thông số v, s, t giới hạn, dùng công thức thử nghiệm [9]

m x y u p Z

T = 80 (phút) chu kỳ bền của dao

𝐾𝑁𝑉 = 0.9 hệ số phụ thuộc vào trạng thái của phôi (bảng 5.5 [9])

𝐾𝑈𝑉 = 1 hệ số phụ thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt (bảng 5.6 [9])

 Lượng chạy dao

Khi phay cần phân biệt lượng chạy dao răng 𝑆𝑍, lượng chạy dao vòng S và lượng chạy dao 𝑆𝑝ℎ tất cả được biểu diễn theo mối quan hệ sau:

V n

D



  (vòng/phút) số vòng quay của dao (2.5) Lượng chạy dao xác định ở (bảng 5.33 đến 5.38 [9])

 Chiều sâu phay t (mm) và chiều rộng phay B (mm)

Chiều sâu phay t và chiều rộng B được hiểu là lượng kim loại của phôi được bóc đi khi phay Trong tất cả các dạng phay từ phay mặt đầu, chiều sâu cắt được xác định bằng khoảng cách tiếp xúc của răng dao và phôi được đo theo hướng vuông góc với đường tâm dao phay

SVTH: Đặng Hoài Bảo 16

Chiều rộng phay B được xác định chiều dài cắt của răng dao khi cắt, do theo hướng răng dao song song với trục dao

 Xác định lực tác dụng khi gia công

Khái niệm: lực cắt là lực sinh ra trong quá trình cắt tác dụng lên dao

 Lực cắt 𝑷𝒁(N)

Hình 2.4 Lực cắt khi phay

Lực chạy dao hướng kính: P y 0,35.P z 0,35.317 111 N

Lực chạy dao hướng trục: P x0,52.P z 0,52.317 164.9 N

 Xác định công suất động cơ truyền động chính

Trên cơ sở V và 𝑃𝑍 đã tính ở (2.2) và (2.7) ta có công suất cắt 𝑁𝑒:

0.44

Z e

P V

SVTH: Đặng Hoài Bảo 17

 Mô men xoắn 𝑴𝒙 trên trục chính của máy

.2.100

Z x

P D

Dựa vào các thông số đã tính, tiến hành chọn động cơ trục chính, với các yếu tố:

 Động cơ phổ biến trên thị trường

 Thuận tiện quá trình gia công (dùng được được nhiều loại dao)

 Công suất động cơ lớn hơn so với tính toán

Kết luận: Tiến hành chọn công suất động cơ Spindle của Taiwan, các thông số:

 Công suất: 1.5KW, Điện áp: 220VAC ( Nối với đầu ra biến tần), hoặc 380V

 Dòng điện: 7A, Tốc độ tối đa: 24.000 vòng/phút

Các thông số đầu vào:

 Khối lượng đồ gá và Spindle: 𝑊𝑍 = m = 5.5 kg = 55 N

 Vận tốc lớn nhất khi không gia công: 𝑉1 = 10 m/phút

 Vận tốc lớn nhất khi gia công: 𝑉2 = 7 m/phút

SVTH: Đặng Hoài Bảo 19

Lực dọc trục:

Tăng tốc (đi lên): F a1 m g m a  55.10 55.5 825  N (2.12) Chạy đều (đi lên): F a2 m g 55.10 550 N (2.13) Gia công (đi lên): F a3 F mZ .P Zm g  0 0,1.317 55.10 582  N (2.14) Giảm tốc (đi lên): F a4 m g m a  55.10 55.5 275N (2.15)

 Lực dọc trục lớn nhất khi không gia công: F1max 825N

 Lực dọc trục lớn nhất khi gia công: F2 max 582N

𝐹1𝑚𝑎𝑥, 𝐹2𝑚𝑎𝑥: Lực dọc trục lớn nhất khi không gia công và gia công

𝑁1𝑚𝑎𝑥, 𝑁2𝑚𝑎𝑥: Tốc độ quay lớn nhất của trục khi không gia công và gia công

𝑇1, 𝑇2: Thời gian máy hoạt động ở chế độ không tải và có tải

SVTH: Đặng Hoài Bảo 20

Trong đó:

𝑓𝑤: hệ số tải, do trục Z di chuyển với vận tốc v < 15m nên 𝑓𝑤 = 1,2

Với l = 10 mm suy ra vận tốc quay danh nghĩa:

20005

m

V N l

Chiều dài trục vít me sau khi chọn trục: L = 271 mm

Kiểm tra sơ bộ: