Thiết kế và chế tạo máy phay gỗ CNC 3 trục

Khi sử dụng mô hình này có thể gia công chế tạo được nhiều dạng chi tiết khác nhau một cách thuận tiện mà chính xác hơn nhờ vào việc sử dụng phần mềm Mach3 trên máy tính để điều khiển và

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Mã sinh viên: 1811504110233 Lớp: 18C2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Mã sinh viên: 1811504110233 Lớp: 18C2

Đà Nẵng, tháng 2 năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho người hướng dẫn)

1 Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Đặng Tấn Hưng – Lê Hồng Phong

2 Lớp: 18C2 Mã SV: 1811504110218 - 1811504110233

3 Tên đề tài: Nghiên cứu và thiết kế máy phay gỗ CNC 3 trục

4 Người hướng dẫn: Nguyễn Xuân Bảo Học hàm/ học vị: Tiến Sĩ

Đào Thanh Hùng Học hàm/ học vị: Thạc Sĩ

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

1 Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài: (điểm tối đa là 1đ)

1 Điểm đánh giá: …… /10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

2 Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày tháng năm 20…

Người hướng dẫn

KHOA CƠ KHÍ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho người phản biện)

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Đặng Tấn Hưng – Lê Hồng Phong

2 Lớp: 18C2 Mã SV: 1811504110218 – 1811504110233

3 Tên đề tài: Nghiên cứu và thiết kế máy phay gỗ CNC 3 trục

4 Người phản biện: ……….………… Học hàm/ học vị: …………

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp: 1 Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài: ………

………

2 Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: ………

………

3 Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: ………

………

4 Kết quả đạt được, giá trị khoa học, khả năng ứng dụng của đề tài: ………

………

5 Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa: ………

………

………

………

tối đa

Điểm đánh giá

1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải quyết

1a

- Tính cấp thiết, tính mới (nội dung chính của ĐATN có những phần mới so với các ĐATN trước đây);

- Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; giá trị ứng dụng thực tiễn;

1,0

1b - Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá;

- Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy

trình đáp ứng yêu cầu đặt ra;

3,0

1c - Chất lượng sản phẩm ĐATN về nội dung báo cáo, bản vẽ,

1d

- Có kỹ năng sử dụng phần mềm ứng dụng trong vấn đề nghiên

cứu (thể hiện qua kết quả tính toán bằng phần mềm);

- Có kỹ năng sử dụng tài liệu liên quan vấn đề nghiên cứu (thể

hiện qua các tài liệu tham khảo)

1,0

2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích; 1,0

3 Tổng điểm theo thang 10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

1 Câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời trong buổi bảo vệ: ………

………

………

………

………

………

2 Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày tháng năm 20…

Người phản biện

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo máy phay gỗ CNC 3 trục

Sinh viên thực hiện: Đặng Tấn Hưng

có độ chính xác cao và tiết kiệm thời gian gia công tạo năng suất cao cho các doanh nghiệp Máy CNC không những chỉ áp dụng cho lĩnh vực cơ khí mà hầu như được áp dụng cho toàn bộ các dạng sản xuất khác trên nền công nghiệp như: Điêu khắc gỗ, Điêu khắc nhựa và in 3d các sản phẩm định hình khác…

Vậy nên nhóm tác giả gồm hai thành viên và dược sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo bộ môn dựa theo các kiến thức tích lũy khi học ở trường học Đã đưa ra việc tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình máy phay gỗ CNC 3 trục được thực hiện dựa trên nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm Khi sử dụng mô hình này có thể gia công chế tạo được nhiều dạng chi tiết khác nhau một cách thuận tiện mà chính xác hơn nhờ vào việc sử dụng phần mềm Mach3 trên máy tính để điều khiển và mô phỏng Sử dụng phần mềm Solidworks để vẽ mô hình tổng thể của máy bằng 3D và xuất file 2D

để đưa ra được bản vẽ thiết kế chi tiết máy Sau đó có thể dựa trên bản vẽ gia công các chi tiết và lắp ráp các bộ phận lại với nhau để được mô hình máy CNC hoàn thiện

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: Ts Nguyễn Xuân Bảo

Sinh viên thực hiện: Đặng Tấn Hưng Mã SV: 1811504110218

: Lê Hồng Phong Mã SV: 1811504110233

1 Tên đề tài:

Nghiên cứu và thiết kế máy phay gỗ CNC 3 trục

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Khổ máy: Dài: 1236mm, Rộng: 736mm, Cao: 600mm

Vùng hoạt động: X: 700mm, Y: 400mm, Z: 180mm

Kết cấu: Nhôm

3 Nội dung chính của đồ án:

Lý thuyết: Tổng quan về máy CNC

Thiết kế cơ cấu cơ khí và bộ truyền cho trục X, Y, Z

Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết gối đỡ

Bản vẽ: Bảng vẽ 3D

Bảng vẽ chế tạo

4 Các sản phẩm dự kiến

Bảng thuyết minh tổng hợp về thiết kế máy phay gỗ CNC 3 trục

Mô hình 3D vẽ trên phần mềm Solidworks

Bảng vẽ sơ đồ động máy phay gỗ CNC 3 trục (A0)

Bảng vẽ lắp của máy phay gỗ CNC 3 trục (A0)

5 Ngày giao đồ án: 23/9/2021

6 Ngày nộp đồ án: 28/2/2022

Hiện nay sự phát triển củ nền công nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói riêng,

đã và đang dần đổi mới bước vào trời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa, nước ta đang

mở rộng việc xây dựng và phát triển các khu công nghiệp, nhà máy, các cơ sở sản xuất… Chính vì thế máy gia công cnc ngày càng được sử dụng và không ngừng phát triển nâng cấp về tính công nghệ để đẩy mạnh tiến độ sản xuất và góp phần to lớn trong việc xây dựng và phát triển nền kinh tế đất nước ta

Chính vì thế nhóm em được giao nhiệm vụ: “Nghiên cứu và thiết kế máy CNC 3 trục” mục đích nhằm cho sinh viên tìm hiểu, nghiên cứu về các kết cấu và cách thức hoạt động của máy từ đó có thể tính toán và thiết bản vẽ, để đưa ra một quy trình thiết

kế và chế tạo máy CNC hoàn chỉnh

Sau thời gian 5 tháng làm đề tài tốt nghiệp bằng chính nổ lực của nhóm em và được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy TS Nguyễn Xuân Bảo và thầy Ths Đào Thanh Hùng, các thầy trong khoa Cơ Khí, trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng và các anh kỹ thuật nơi công ty chúng em thực tập đến nay nhóm đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp này đúng với thời gian quy định

Vì lần đầu trong công tác thiết kế, kiến thức còn nhiều hạn hẹp, mặc dù đã được

sự hướng dẫn của thầy TS Nguyễn Xuân Bảo và thầy Ths Đào Thanh Hùng nhưng cũng không tránh khỏi những bở ngỡ, thiếu sót và gặp nhiều khó khăn Nên rất mong được sự giúp đỡ vả chỉ bảo của các thầy trong khoa

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Cơ Khí, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại học Đà Nẵng với lòng biết ơn sâu sắc nhất trong thời gian học tập tại trường

Em xin được cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phay gỗ CNC 3 trục là sản phẩm nghiên cứu của nhóm em trong thời gian qua Mọi số liệu sử dụng phân tích trong báo cáo là do chúng em tự tìm hiểu, phân tích một cách khách quan, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và chưa được công bố dưới bất kỳ hình thức nào Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sự không trung thực trong thông tin sử dụng trong công trình nghiên cứu này

Sinh viên thực hiện

ĐẶNG TẤN HƯNG LÊ HỒNG PHONG

Nhận xét của người hướng dẫn

Nhận xét của người phản biện

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu i i

Lời cam đoan ii ii

Mục lục iii iii

Danh sách các bảng, hình vẽ vi

Danh sách các ký hiệu, chữ viết tắt viii

Trang MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 2

1.1 Khái niệm 2

1.2 Cấu tạo 2

1.3 Nguyên lý hoạt động 3

1.4 Hệ tọa độ và các điểm gốc điểm chuẩn 3

1.5 Phân loại máy phay CNC 4

1.6 Một số mẫu máy CNC 5

Chương 2 THIẾT KẾ MÁY PHAY GỖ CNC 3 TRỤC 8

2.1 Lựa chọn nguyên lý kết cấu của máy phay gỗ CNC 3 trục 8

2.2 Tính chọn động cơ trục chính 9

2.3 Lựa chọn vít me 10

2.4 Lựa chọn bộ phận dẫn hướng 12

2.5 Lựa chọn động cơ truyền động và mạch điều khiển động cơ bước 13

2.6 Tính chọn mạch điều khiển trung tâm 14

2.7 Ứng dụng phần mềm Mach 3 để gia công một số chi tiết trên mô hình máy CNC 3 trục 15

2.7.1 Giới thiệu về phần mềm Mach 3 CNC 15

Chương 3 THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT GỐI

ĐỠ 17

3.1 Đặt vấn đề 17

3.2 Xác định đường lối công nghệ 17

3.3 Chọn phương pháp gia công phôi 17

3.3.1 Các bước trong tiến trình công nghệ 17

3.3.2 Lập bản quy trình công nghệ 17

3.3.3 So sánh chọn phương án thích hợp 18

3.3.4 Nguyên công 1 18

3.3.5 Nguyên công 2 20

3.3.6 Nguyên công 3 21

3.3.7 Nguyên công 4 23

3.3.8 Nguyên công 5 25

3.3.9 Nguyên công 6 27

3.3.10 Nguyên công 7 29

3.4 Tính toán thời gian cụ thể các nguyên công 29

Chương 4 MÔ PHỎNG GIA CÔNG TRÊN PHẦN MỀM 35

4.1 Giới thiệu phần mềm 35

4.2 Mô phỏng gia công 36

4.3 Xuất code gia công chi tiết 39

4.4 Chuyển code bằng phần mềm NCConverter 40

4.5 Nhập code qua phần mềm mach 3 được liên kết với máy để gia công 41

Chương 5 THIẾT KẾ BẢN VẼ TRÊN SOLIDWORKS VÀ AUTOCAD VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH 46

5.1 Thiết kế bản vẽ 3D 46

5.2 Thiết kế sơ đồ động 46

5.3 Thiết kế bản vẽ lắp 47

KẾT LUẬN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

BẢNG 1.1 Thông số và tính năng chính của máy CNC 1325QC

BẢNG 1.2 Thông số và tính năng chính của máy CNC 1325 – ST 45 BẢNG 1.3 Thông số và tính năng chính của máy đục gỗ 3D, 4D 6 đầu HÌNH 1.1 Cấu tạo của máy CNC

HÌNH 2.5a Động cơ bước size 57

HÌNH 2.5b Mạch điều khiển động cơ bước

HÌNH 2.6a Sơ đồ nguyên lý điều khiển máy CNC

HÌNH 2.6b Mạch CNC BOB Mach 3 USB

HÌNH 2.7 Giao diện chính phần mềm Mach 3 CNC

HÌNH 4.1 Giao diện chinh của phần mềm JD Paint

HÌNH 4.2 Chọn file logo mẫu theo đường dẫn

HÌNH 4.3 Hình sản phẩm cần gia công

HÌNH 4.4 Scale kích thước cho hình mẫu

HÌNH 4.5 Chọn vùng nổi 3d của bức tranh

HÌNH 4.6 Chiều sau cắt và chọn dao

HÌNH 4.7 Mô phỏng gia công

HÌNH 4.8 Lưu file gia công

HÌNH 4.9 Thiết lập điểm gốc của dao

HÌNH 4.11 File gia công đuôi (.ENG)

HÌNH 4.12 Chuyển đổi file (.ENG) sang file (NC) HÌNH 4.13 Conversion thực hiện chuyển đổi HÌNH 4.14 File gia công đuôi (.NC)

HÌNH 4.15 Giao diện phần mềm mach3

HÌNH 4.16 Khai báo phát sung

HÌNH 4.17 Chọn Pin cho trục

HÌNH 4.18 Chọn Pin cho thiết bị ngoại vi

HÌNH 4.19 Cài đặc tốc độ cho driver

HÌNH 5.4 Gia công và lắp ghép bàn máy

HÌNH 5.5 Tổng thể chi tiết bàn máy trục y

MỞ ĐẦU

Trong một thời gian khá dài, ngành cơ khí đã tập trung nghiên cứu để giải quyết

vấn đề tự động hóa ở các xí nghiệp có quy mô sản xuất vừa và lớn (hàng loạt và hàng

khối) Nhưng trong thực tế, các xí nghiệp máy có quy mô sản xuất loạt vừa và loạt nhỏ

lại phổ biến ở Việt Nam Do đó, đòi hỏi các xí nghiệp này phải nâng cao về hiệu quả

sản xuất, năng suất lao động, cũng như cải thiện môi trường làm việc, điều này đã dẫn

tới vấn đề nghiên cứu triển khai kỹ thuật tự động có tính linh hoạt cao trong các dây

chuyền sản xuất

Để tổng kết lại kiến thức đã học trong thời gian 4 năm đại học, cũng như để làm

quen với công việc thiết kế chế tạo máy của một người cán bộ kỹ thuật trong ngành cơ

khí sau này Đồng thời, xuất phát từ nhu cầu thực tế khách quan trong công nghệ điêu

khắc gỗ ngày nay thì cả nhóm nói chung và cá nhân nói riêng đã nảy sinh ý tưởng:

“Thiết kế và chế tạo máy phay gỗ CNC 3 trục”, với mục đích là nâng cao chất lượng

sản phẩm, hạ giá thành, cải thiện môi trường làm việc cho người lao động,… Như vậy,

ý tưởng của nhóm đã được khoa, trường duyệt là đảm bảo được một đề tài tốt nghiệp

của sinh viên đại học Nội dung của đồ án gồm 5 chương:

Chương 1: Tổng quan về máy CNC

Chương 2: Thiết kế máy phay gỗ CNC 3 trục

Chương 3: Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết gối đỡ

Chương 4: Mô phỏng gia công trên phần mềm

Chương 5: Thiết kế bản vẽ trên solidworks và autocad và chế tạo mô hình

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC

1.1 Khái niệm

CNC viết tắt từ tiếng anh “Computer Numeric Control” là một dạng máy NC điều khiển tự động có sự giúp đỡ của máy tính, mà trong đó các bộ phận tự động được lập trình để hoạt động theo các sự kiện tiếp nối nhau với tốc độ được xác định trước để

có thể tạo ra được mẫu vật với hình dạng và kích thước yêu cầu, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng các kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G

Sự xuất hiện của công nghệ này là một cuộc cách mạng trong sản xuất công nghệ, nhất là nghành công nghệ điêu khắc gỗ Sự chuyển động kết hợp giữa 3 chiều x-y-z của máy CNC giúp thực hiện các công việc gia công trở nên dễ dàng, nhanh chóng, làm giảm nhiều thời gian, công suất và nhất là không phụ thuộc vào yếu tố tay nghề của công nhân, mọi sản phầm làm ra đều có chất lượng như nhau

Việc ứng dụng CNC đã trở nên rộng rãi sau một thời gian ngắn, chủ yếu là ngành kim khí điện máy, nghành may mặc, nghành quảng cáo, ngành điện tử và đặc biệt là nghành mỹ nghệ…các chất liệu sử dụng CNC để gia công là: Sắt, inox, đồng, nhôm, mica, gỗ, MDF…

1.2 Cấu tạo

Máy phay 3 trục sử dụng hệ tọa độ không gian nên chiều dương của trục Z là chiều chạy từ chi tiết cần phay tới dụng cụ gia công Còn hai trục tọa độ XY còn lại được xác định theo quy tắc bàn tay phải Cấu tạo máy cnc của máy phay CNC 3 trục bao gồm các thành phần chính như sau:

Một máy phay CNC thông thường đều được cấu tạo bởi các bộ phận chính sau:

- Khung máy và kết cấu cơ khí, cơ cấu chuyển động

- Các động cơ dẫn truyền chuyển động di chuyển các trục và động cơ

- Mạch lực (mạch công suất) điều khiển các động cơ

- Mạch điều khiển

- Phần mềm điều khiển máy CNC

Đề tài này sẽ nghiên cứu các vấn đề về máy CNC, trong đó tập trung vào thiết kế

và chế tạo máy CNC 3 trục và thử nghiệm trong điêu khắc gỗ 3D

Hình 1.1 Cấu tạo của máy CNC 1.3 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động cơ bản của máy CNC là:

- Thực hiện gia công các chi tiết thông qua các bước của động cơ được đồng bộ với trục vít me và mã code trong bo mạch

- Cụm chi tiết máy theo bản vẽ được thiết kế trước và đã chuyển sang dữ liệu số dạng code, qua phần mềm mô phỏng trên máy tính được liên kết với bo mạch của máy

ta thực hiện chỉnh sủa code và thiết lập trục tọa độ chính xác và cho chạy máy để gia công

1.4 Hệ tọa độ và các điểm gốc, điểm chuẩn

Để có thể tính toán quỹ đạo chuyển động của dụng cụ nhằm xây dựng chương trình điều khiển máy CN như mô tả ở phần trên, một điểm quan trọng là việc xác định hệ thống tọa độ và các điểm gốc, điểm gốc chuẩn

Thông thường, trên các máy điều khiển theo chương trình số, người

ta thường sử dụng hệ tọa độ Đề các OXYZ theo quy tắc bàn tay phải hình 1.3 (hệ tọa độ thuận) và nó được gắn vào chi tiết gia công Gốc của hệ trục tọa độ

có thể đặt tại bất kỳ một điểm nào đó trên chi tiết, nhưng thông thường người

ta sẽ chọn tại những điểm thuận lợi cho việc lập trình, đồng thời dễ dàng kiểm tra kích thước theo bản vẽ của chi tiết gia công mà không phải thực hiện nhiều bước tính toán bổ sung

Một đặc điểm mang tính quy ước là trên các máy điều khiển theo chương trình số, chi tiết gia công được xem là cố định được gắn với hệ thống tọa độ cố định nói trên, còn mọi chuyển động tạo hình và cắt gọt đều do dụng

cụ thực hiện

Trong thực tế, điều này đôi khi là ngược lại, ví dụ như trên máy phay thì chính bàn máy mang phôi thực hiện chuyển động tạo hình, còn dụng cụ chỉ thực hiện chuyển động cắt gọt Vì vậy khi sử dụng máy điều khiển theo chương trình số cần phải luôn luôn tạo nên một thói quen để tránh những nhầm lẫn đáng tiếc có thể gây ra nguy hiểm cho máy, dụng cụ và con người

Theo quy ước chung, phương của trục chính của máy là phương của trục OZ, còn chiều dương của nó được quy ước khi dao tiến ra xa chi tiết Ví

dụ với máy tiện 2D thông thường thì trục hình của nó nằm ngang và trùng với phương OZ của hệ tọa độ, chiều dương của nó hướng ra khỏi ụ trục chính (hướng về phía bàn dao) Phương chuyển động của bàn xe dao theo hướng chính là phương OX và chiều dương của nó là hướng ra xa bề mặt chi tiết gia công Đối với máy phay thẳng đứng, trục Z hướng theo phương thẳng đứng lên trên, còn trục X và trục Y được xác định theo quy tắc bàn tay phải, tuy nhiên trong thực tế các nhà chế tạo máy lại thường ưu tiên chọn trục X là trục

mà có chuyển động bàn máy dài hơn Đối với các chuyển động quay xung quanh các trục tương ứng X, Y, Z được xác định bằng các địa chỉ A, B, C sẽ được xác định là dương khi chiều quay đó có hướng thuận chiều kim đồng hồ khi nhìn theo chiều dương của các trục tương ứng (khi nhìn vào gốc của hệ trục toạ độ từ phía các trục thì chiều quay của chúng là ngược chiều kim đồng hồ) Ngoài ra, còn một số chuyển động phụ song song với các trục tương ứng với các trục X, Y, Z là các địa chỉ U, V, W và hướng của chúng

1.5 Phân loại máy phay CNC

CNC có thể chia theo phân loại và theo hệ thống điều khiển:

Theo phân loại máy củng tương tự như các máy công cụ truyền thống, chia ra các loại máy như máy khoan CNC, máy phay CNC, máy tiện CNC

Phân theo hệ thống có thể phân ra các loại:

- Các máy điều khiển điểm tới điểm: VD: máy khoan, khoét, máy hàn điểm, máy đột…

- Các máy điều khiển đoạn thẳng: đó là các máy có khả năng gia công trong quá trình thực hiện dịch chuyển theo các trục

Ưu điểm cơ bản của máy CNC:

- So với các máy điều khiên công cụ bằng tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung, chương trình được đưa vào máy Người điều khiển chỉ chủ yếu theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy

- Độ chính xác làm việc cao, thông thường các máy CNC có độ chính xác máy là 0.001mm do đó có thể đạt được độ chính xác cao hơn

- Tốc độ cắt cao nhờ có cấu trúc cơ khí bền chắc của máy những vật liệu cắt hiện đại như kim loại cứng hay gốm oxit có thể sử dụng tốt hơn

- Thời gian gia công ngắn

- Máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm thời gian quan chỉnh máy, đạt được tính kinh tế cao trong việc gia công các sản phẩm nhỏ

- Ít dừng máy để bảo trì, sửa chửa

1.6 Một số mẫu máy CNC 3 trục

Tại thị trường Việt Nam đã xuất hiện nhiều loại máy CNC chủ yếu là sản xuất tại Trung Quốc và một số nước Châu Âu, những máy này thường dùng ở các nhà máy đóng tàu, các cơ sở sản xuất công cụ, cơ khí chế tạo…Dưới đây là một số mẫu máy đang dùng tại Việt Nam

Trên hình 1.2 là hình ảnh của máy CNC 1325QC gia công chất liệu phi kim và kim loại Máy do Trung Quốc sản xuất Thông số và tính năng chính của máy cho ở bảng 1.1

Công suất động cơ trục chính: 3,2 Kw

Phần mềm điều khiển Artcam, JDJaint, Aspire…

Tổng công suất máy 10 Kw

Trên hình 1.3 là máy CNC 1325 – ST 45 Máy do Trung Quốc gia công và chế tạo, vật liệu gia công có thể là kim loại hoặc phim kim Thông số và tính năng của máy cho ở bảng 1.2

Độ chính xác 0,02 mm Công suất động cơ trục chính: 3,2 Kw

Phần mềm điều khiển NC Studio

Tổng công suất máy 3,8 Kw

Trên hình 1.4 là máy CNC máy đục gỗ 6 đầu, máy do Trung Quốc chế tạo, đây là loại máy dùng cho gia công các vật liệu gỗ dùng trong các xí nghiệp chế tạo các sản phẩm mỹ nghệ từ gỗ Thông số chính và một số tính năng của máy cho ở bảng 1.3

Công suất động cơ trục chính: 2,2 Kw

Phần mềm điều khiển JDPaint, Artcam, Aspire, Artform

Tổng công suất máy 3,8 Kw

Chương 2: THIẾT KẾ MÁY PHAY GỖ CNC 3 TRỤC

Lựa chọn nguyên lý kết cấu của máy phay gỗ CNC 3 trục

Qua thu thập thông tin, khảo sát và phân tích các mẫu máy phay CNC 3 trục đang có trên thị trường hoặc đã được nghiên cứu ứng dụng vào thực tế, để phù hợp với yêu cầu thiết kế, chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục sử dụng cho đồ án này, nhóm

đã lựa chọn phương án kết cấu máy máy như hình 2.1

Hình 2.1: Phương án phôi di động theo bàn máy trục y

Nguyên lý:

Trục Y chuyển động trong lòng bệ máy ( bao gồm đế gá phôi ), trục X chuyển động trên trục vít me X được đở bằng hai thanh đở liên kết bệ máy ( trục x chuyển động mang theo cả hệ trục Z ), trục Z chuyển động trên trục X

Cấu trúc của máy: Gồm các bộ phận chính thân máy, đế máy, bàn máy, cụm trục chính, bộ phận dẫn hướng, bộ truyền động tịnh tiến, khớp nối trục, hệ thống điều khiển…

- Đế máy: Là bô phận đỡ toàn bộ các bộ phận của máy phía trên nó, thân máy được lắp vào đế bằng hệ thống bu-lông, đai ốc

- Bàn máy: Để gá đặt phôi hoặc đồ gá gia công và nhờ có sự chuyển động linh hoạt của bàn máy ( theo trục y) đã làm tăng khả năng gia công cho nhiều dạng chi tiết

- Cụm trục chính: Để lắp dụng cụ gia công, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt phôi trong quá trình gia công Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm

vụ dẫn hướng cho các chuyển động của bàn máy theo trục X, Y và chuyển động lên xuống theo trục Z

- Bộ truyền động vít me – đai ốc bi: Dùng trong chuyển động chạy dao, biến chuyển động quay của trục vít me thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại

- Hệ điều khiển với sự tham gia của máy tính cho phép thay đổi và hiệu chỉnh chương trình gia công chi tiết và chương trình hoạt động của máy

+ Z: số răng dao phay (Chọn dao phay ngón đường kính D= 7.5 mm z=4)

+ 𝑆𝑧: Lượng chạy dao răng

+𝑐𝑉: Chu kỳ bền của dao (tra bảng 5-40 chọn 𝐶𝑣= 145)

+Hệ số và các số mũ, chọn: m = 0,37, x = 0,24

+𝐾𝑣: Hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt:

𝐾𝑣 = 𝑘𝑀𝑉 𝑘𝑛𝑣 𝑘𝑢𝑣 = 1.0,9.1 = 0,9

Trong đó

𝑘𝑛𝑣 là hệ số phù thuộc vào trạng thái bề mặt của phôi

𝑘𝑢𝑣 là hệ số phù thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt

Thay vào công thức trên ta được:

+ Trong đó

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 81,9 ( m/phút ) là tốc độ chạy lớn nhất khi không gia công của động cơ

𝑁𝑚𝑎𝑥 = 24000 rpm là tốc độ vòng quay của động cơ

 Chọn L ≥ 3.5 ( mm )

Trong các máy công cụ điều khiển số, người ta thường dùng hai loại vít me cơ bản, đó là: Vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi Trên cơ sở đề tài này, nhóm chúng em đã tìm hiểu một số máy phay CNC 3 trục đang được sử dụng phổ biến và tính toán trên cơ sở phù hợp với mô hình đồ án như sau:

Hình 2.2: Hình dáng và kích thước của trục vít me – đai ốc bi trục Y

Hình 2.3 Kết cấu và kích thước gối đỡ trục vít me đai ốc bi

Lựa chọn bộ phận dẫn hướng

Để tận dụng tối đa phần làm việc của các trục vít me, nên trục dẫn hướng có chiều dài đảm bảo: 𝐿𝑑ℎ ≥ 𝐿 Hình dáng của bộ phận dẫn hướng được thể hiện ở hình 2.4

Trục X có bề rộng của phần gá cụm trục chính và bàn máy tương đối nhỏ nên chỉ cần 1 trục vít me bi để dẫn động chính và một trục dẫn hướng với 2 ty trượt tròn lắp sát nhau Chiều dài trục dẫn hướng trục X chọn 𝐿𝑑ℎ𝑋 = 1100 mm

Trục Y đỡ cơ cấu hình trình của trục X nên cần có 2 thanh dẫn hướng ở 2 bên với

2 ty trượt tròn trên thanh trượt và trục vít me bi để dẫn động chính Chiều dài trục dẫn hướng trục Y chọn : 𝐿𝑑ℎ𝑌 = 450 𝑚𝑚

Trục Z đỡ cả phần động cơ trục chính nên sử dụng hai thanh dẫn hướng hai bên

dể dẫn động động cơ chính Chiều dài trục dẫn hướng trục Z chọn: 𝐿𝑑ℎ𝑍 = 300 𝑚𝑚

Hình 2.4 Hình dáng trục dẫn hướng và ty trượt

Lựa chọn động cơ truyền động và mạch điều khiển động cơ bước

Trong khuôn khảo đề tài này nhóm chúng em chọn động cơ bước cho truyền động của 3 trục X, Y, Z vì động cơ bước có nhiều ưu điểm nổi bật như điều khiển thuận lợi chính xác vị trí theo nhịp bước và mạch điều khiển đơn giản Hình ảnh động

cơ được thể hiện ở hình 2.5a

Hình 2.5a Động cơ bước size 57 Thông số kỹ thuật chính của động cơ:

Mạch điều khiển TB6600 hình 2.5b sử dụng IC TB6600HQ/HG, dùng cho các loại động cơ bước: 42/57/86 2 pha hoặc 4 dây 4A/42VDCIC

Hình 2.5b Mạch điều khiển động cơ bước Tính năng chính của mạch điều khiển:

- Dòng điện dẫn cực đại: 4 A

- Nguồn điện đầu vào: 9-42 V

- Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao

Lựa chọn mạch điều khiển trung tâm

Từng trục của máy CNC được chuyển động bởi các động cơ bước, các động cơ bước này được cấp nguồn công suất từ các bộ điều khiển động cơ (Motor Driver) Mỗi

tổ hợp động cơ và Motor Driver được điều khiển hướng và tốc độ bởi mạch điều khiển CNC USB CONTROLLER

Hình 2.6a Sơ đồ nguyên lý điều khiển máy CNC

Mạch điều khiển trung tâm có chức năng nhận lệnh từ máy tính để điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống, thực hiện điều khiển các động cơ bước để tiến hoặc lùi 3 trục X, Y, Z và điều khiển động cơ phay trục chính thông qua biến tần điều khiển

Hình 2.6b Mạch CNC BOB Mach 3 USB Một số tính năng chính của mạch:

- Giao tiếp với máy tính qua công USB

- Nguồn sử dụng 5V DC

- Tần số xung tối đa: 100 khz

- Điều khiển 4 động cơ bước qua các trục: X, Y, Z, A

- Số ngỏ vào: 4

- Số ngõ ra: 4

Ứng dụng phần mềm Mach 3 để gia công một số chi tiết trên mô hình máy CNC 3 trục

2.7.1 Giới thiệu về phần mềm Mach 3 CNC

Phần mềm Mach 3 CNC là 1 phần mềm điều khiển CNC của hãng Artsoft USA Phần mềm ban đầu được thiết kế dành riêng cho người thiết kế máy CNC nhưng sau

đó đã được cải tiến mạnh mẽ nên đã trở thành 1 phần mềm điểu khiển đa dạng và linh hoạt cho các loại máy CNC Giao diện chính của phần mềm hình 2.7

Hình 2.7: Giao diện chính phần mềm Mach 3 CNC

2.7.2 Tính năng của phần mềm Mach 3 CNC

Biến máy tính cá nhân thành một bộ điều khiển máy CNC 6 trục với đầy đủ tính năng

Import trực tiếp các file dxf, bmp, jpg và hpgl thông qua phần mềm JDPaint

Hiển thị G-code trực quan

Điều khiển được tốc độ trục chính (Spindle)

Khả năng tạo ra xung điều khiển tốc độ động cơ bằng tay

Hiển thị video khi máy chạy

Giao diện có thể hiển thị ra toàn màn hình bất kỳ đang sử dụng

Chương 3: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA

CÔNG CHI TIẾT GỐI ĐỠ

Đặt vấn đề

Để có thể thực hiện sản xuất một sản phẩm đạt được chất lượng và hiệu quả kinh

tế Ở một điều kiện cụ thể cần phải có quá trình chuẩn bị công nghệ chu đáo Chuẩn bị công nghệ là giai đoạn chuẩn bị về quy trình sản xuất, chuẩn bị trang thiết bị dụng cụ cùng với việc tổ chức sản xuất sao cho đạt hiệu quả kinh tế cao nhất Với sự phát triển không ngừng của các lĩnh vực thiết kế và sản xuất hỗ trợ của máy tính và khối lượng lao động cũng như thời gian chuẩn bị sản xuất giảm đáng kể, mức tin cậy cao hơn

Xác định đường lối công nghệ

Với khối lượng, hình dáng chi tiết và sản lượng hằng năm như trên, dạng sản xuất hàng loạt vừa Theo kinh nghiệm thao khảo thì đường lối công nghệ được xác định phù hợp nhất là gia công một vị trí và nhiều vị trí kết hợp nhau, gia công bằng một dao và 2 dao, gia công tuần tự - song song

Chọn phương pháp gia công:

Vì chi tiết được thiết kế đa số là một mặt phẳng và lỗ nên ta có hai phương pháp gia công :

+ Phay: phay các mặt phẳng trên máy phay vạn năng

+ Khoan: khoan, khoét, đục lỗ trên máy khoan bàn

Các bước trong tiến trình công nghệ:

Bước 1: Dùng máy phay để phay mặt đáy đạt độ bóng Rz16 để làm chuẩn tinh thống nhất

Bước 2: Khoan, khoét lỗ trên mặt nền (gá mặt đáy làm chuẩn tinh thống nhất)

Bước 3: Phay 4 mặt bên và rảnh khuyết

Bước 4: Khoan, khoét, doa lỗ ∅25 ở hai mặt bên

Bước 5: Khoan, taro ren cho hai lỗ M4 nằm mặt bên

Bước 6: Kiểm tra

Lập bản quy trình công nghệ:

Phương án 1 Phương án 2

NC1: Phay mặt đáy của hộp bằng

dao phay mặt đầu, máy phay đứng

NC1: Phay mặt đáy của hộp bằng dao phay mặt đầu, máy phay đứng đạt độ

đạt độ bóng Rz16 bóng Rz16

NC2: Phay mặt trên của đế chi tiết

bằng dao phay mặt đầu, máy phay

đứng đạt dộ bóng Rz25

NC2: Khoan, khoét, doa tinh lỗ ∅7, máy khoan đứng, đạt độ bóng Rz25

NC3: Khoan, khoét, doa tinh 4 lỗ ∅7,

dùng bộ dao khoét doa ∅7, máy

khoan đứng, đạt độ bóng Rz25

NC3: Phay rãnh khuyết và 4 mặt bên bằng dao pahy đĩa định hình trên máy phay nằm, đến khi đạt độ bóng Rz16 NC4: Phay 4 mặt bên bằng giao phay

đĩa định hình trên máy phay nằm,

đến khi đạt độ bóng Rz16

NC4: Phay mặt trên của đế chi tiết bằng dao phay mặt đầu, máy phay đứng đạt dộ bóng Rz25

NC5: Khoan, khoét, doa lỗ ∅30 đạt

+ Độ không song song giữa đường

trục 2 lỗ và mặt đáy không quá 0,002

mm

+ Độ không vuông góc giữa các lỗ

∅18 và các mặt phẳng bên của gối

+ Độ không vuông góc giữa các lỗ

∅18 và các mặt phẳng bên của gối đỡ không quá 0,002 mm

So sánh chọn phương án thích hợp:

Sau khi khảo sát 2 phương án thì em chọn phương án 1 vì các nguyên công phân

bố hợp lí và dễ dàng lựa chọn chuẩn tinh thống nhất

Thiết kế nguyên công:

Nguyên công 1: Phay mặt đáy cuả hộp bằng dao phay mặt đầu, máy phay