ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán thiết kế và chế tạo máy phay CNC 3 trục tích hợp mô phỏng gia công ảo trên phần mềm NX Tóm tắt nội dung đồ án Nhiệm vụ được giao của chúng em là :” Tính toán thiết kế và chế tạo máy phay CNC 3 trục tích hợp mô phỏng gia công ảo trên phần mềm NX”. Đây là một đề tài rất hay đồng thời vô cùng phù hợp với thực tế. Nhiệm vụ có rất nhiều vấn đề cần xử lý, bao gồm: Thiết kế và tính chọn các cơ cấu trong máy. Mô phỏng 3D chi tiết máy và xây dựng máy ảo trong NX. Phân tích và mô phỏng biến dạng một số chi tiết chịu lực. Xây dựng hệ thống điều khiển máy. Tạo, mô phỏng gia công trên phần mềm và xuất Gcode, gia công thực tế để kiểm nghiệm. Xây dựng quy trình gia công một số chi tiết trên phần mềm. Với lượng kiến thức đã học trong 5 năm trên giảng đường, đồng thời tìm hiểu qua sách vở và internet và được thầy TS. Lê Văn Tuân và TS. Nguyễn Văn Tình giúp đỡ nhiệt tình, chúng em đã từng bước giải đáp các vấn đề trên. Qua đó cho thấy được tính thực tiễn của đồ án là vô cùng tốt đồng thời mở ra hướng phát triển máy lên 4 trục, thêm hệ thống tự động chỉnh gốc phôi … Thời gian làm đồ án đã giúp chúng em được củng cố lượng kiến thức đã học, tăng lượng kiến thức thực tế đồng thời rèn luyện các kỹ năng mềm khác như kỹ năng làm việc nhóm, tự tìm kiếm tổng hợp tài liệu, kỹ năng viết báo cáo và trình bày trên Slide
TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC
Khái quát về điều khiển số và lịch sử phát triển của máy CNC
Khái quát về điều khiển số
Điều khiển số là quá trình vận hành máy công cụ thông qua việc sử dụng các mã lệnh đặc biệt cho hệ thống điều hành máy Những lệnh này bao gồm sự kết hợp của các chữ cái, số và ký hiệu như dấu thập phân, dấu phần trăm và dấu ngoặc.
Tất cả các câu lệnh trong chương trình NC, CNC hoặc chương trình gia công được sắp xếp theo thứ tự logic và theo một định dạng nhất định Tập hợp các câu lệnh này là cần thiết để gia công chi tiết.
Chương trình này sẽ được lưu trữ để tái sử dụng nhiều lần, giúp đạt được kết quả gia công đồng nhất Điều khiển số có những đặc trưng cơ bản quan trọng.
➢ Tốc độ dịch chuyển và tốc độ quay lớn
➢ Năng suất gia công cao
➢ Tập trung nguyên công cao
➢ Không phụ thuộc vào tay nghề người thợ
➢ Có tính linh hoạt cao, tiết kiệm được nhiều thời gian chỉnh máy đem đến hiệu quả kinh tế cao hơn
➢ Cho phép nối ghép với hệ thống xử lý trong phạm vi rộng nên có thể dễ dàng mở rộng tự động hóa cho quá trình sản xuất
Lịch sử phát triển của máy CNC
Công nghệ CNC được ra đời từ rất lâu và đã trải qua nhiều hình thái phát triển:
1725 – Phiếu đục lỗ được dùng để tạo mẫu quần áo
1808 – Phiếu đục lỗ trên lá kim loại được dùng để điều khiển tự động máy thêu
1863 – Tự động điều khiển chơi nhạc trên piano nhờ băng lỗ
1940 – John Parsons thiết kế máy CNC hiện đại
1952 – Ra đời máy công cụ NC điều khiển số đầu tiên
1959 – Ngôn ngữ APT được đưa vào sử dụng
1960s – Điều khiển số trực tiếp (DNC)
1970s – Máy CNC được đưa vào sử dụng
1980s – Điều khiển số phân phối được đưa vào sử dụng
Khái niệm, cấu tạo, phân loại, đặc điểm của máy CNC
Khái niệm về máy CNC :
Máy tính điều khiển số (CNC) là công nghệ tự động hóa trong sản xuất, cho phép điều khiển các công cụ gia công như khoan, phay và dao tiện bằng máy tính Quá trình này giúp cắt gọt vật liệu như kim loại, nhựa, gỗ, gốm hoặc composite, tạo ra sản phẩm với thông số kỹ thuật chính xác.
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại máy CNC được sản xuất từ nhiều quốc gia với các tiêu chuẩn khác nhau Tuy nhiên, tất cả máy CNC đều phải có những bộ phận cơ bản, bao gồm hai phần chính.
• Phần chấp hành: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục vít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng
• Phần điều khiển: các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính trung tâm a Phần chấp hành :
Thân máy và đế máy thường được chế tạo từ gang, vì gang có độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép Sau khi đúc, các chi tiết này được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo không có khuyết tật Bên trong thân máy, hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và nhiều hệ thống khác được lắp đặt.
Bàn máy là thiết bị quan trọng để gá đặt chi tiết gia công hoặc đồ gá, giúp tăng cường khả năng gia công của máy CNC Nhờ vào chuyển động linh hoạt và chính xác, bàn máy cho phép gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp Hầu hết các máy CNC và trung tâm gia công hiện đại đều sử dụng bàn máy xoay, đóng vai trò như trục thứ 4 và thứ 5, nâng cao hiệu suất gia công.
Cụm trục chính là bộ phận lắp dụng cụ, nơi chuyển động quay của trục chính tạo ra lực cắt để gia công phôi Trục chính được điều khiển bởi động cơ, thường là động cơ Servo hoạt động theo chế độ vòng lặp kín, sử dụng công nghệ số để đảm bảo tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao ngay cả trong điều kiện tải nặng.
Hệ thống điều khiển chính xác giữa phần quay và phần tĩnh của động cơ trục chính giúp tăng momen xoắn và gia tốc nhanh chóng, cho phép người sử dụng tăng tốc độ của trục chính một cách hiệu quả.
• Băng dẫn hướng : Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của ban theo X,Y và chuyển động theo trục Z của trục chính
Trong máy công cụ điều khiển số, có hai loại trục vít me cơ bản: vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi.
▪ Vít me đai ốc thường : là loại vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt
▪ Vít me đai ốc bi : là loại vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn
Ổ tích dụng cụ là thiết bị quan trọng giúp lưu trữ nhiều dao cắt, phục vụ cho quá trình gia công Nhờ vào ổ tích dao, máy CNC có khả năng thực hiện liên tiếp nhiều nguyên công cắt gọt với các loại dao khác nhau, từ đó nâng cao tốc độ gia công và tính tự động hóa.
Các phần xích động học của máy công cụ điều khiển số bao gồm các đường truyền động từ cơ cấu chấp hành, sử dụng nguồn động lực riêng biệt Do đó, xích động học được phân thành hai loại cơ bản.
▪ Xích động học tốc độ cắt gọt
▪ Xích động học của chuyền động chay dao b.Phần điều khiển :
Cụm điều khiển trên máy CNC gồm 2 loại :
Cụm điều khiển máy MCU (Machine Control Unit) là thiết bị trung tâm của máy công cụ CNC, được xây dựng từ các thành phần điều khiển điện tử, thiết bị vào ra và thiết bị số Bộ điều khiển này thực hiện lệnh CNC, điều khiển mô tơ quay đúng số vòng cần thiết, từ đó làm cho trục vit me bi quay tương ứng và tạo ra chuyển động thẳng cho bàn máy và dao Thiết bị phản hồi ở đầu vit me bi giúp kiểm soát chính xác việc thực hiện lệnh khi đạt đủ số vòng quay yêu cầu.
▪ Cụm dẫn động(Driving Unit) : là tập hợp những động cơ, sensor phản hồi, phần tử điều khiển, khuếch đại và các hệ dẫn động
Hiện nay máy CNC thường được phân loại theo 2 nhóm :
• Theo dạng máy công cụ : Tiện CNC, Phay CNC, Doa CNC, Mài CNC, Khoan CNC, Bào CNC, Truốt CNC,…
• Theo phương pháp cắt gọt : Máy CNC Router, Máy cắt Flasma CNC, Máy cắt (khắc) laze, máy in 3D, máy CNC nhiều trục Đặc điểm máy CNC
Máy CNC có tính tự động cao, giúp nâng cao năng suất cắt gọt và giảm thiểu thời gian phụ Với mức độ tự động hóa khác nhau, máy có khả năng thực hiện nhiều chuyển động đồng thời, tự động thay dao, hiệu chỉnh sai số dao cụ, kiểm tra kích thước chi tiết và điều chỉnh sai lệch vị trí giữa dao và chi tiết Ngoài ra, máy còn tự động tưới nguội và hút phoi ra khỏi khu vực cắt.
Chương trình có tính linh hoạt cao, cho phép thay đổi nhanh chóng để phù hợp với các loại chi tiết khác nhau Điều này giúp rút ngắn thời gian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa trong sản xuất hàng loạt nhỏ.
Có thể nhanh chóng sản xuất các chi tiết đã có chương trình bất kỳ lúc nào, do đó không cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, chỉ cần lưu giữ chương trình của chi tiết đó.
Máy CNC có khả năng gia công các chi tiết nhỏ và vừa, đồng thời phản ứng linh hoạt với sự thay đổi trong nhiệm vụ công nghệ Quan trọng nhất là khả năng lập trình gia công của máy, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.
13 có thể thực hiện ngoài máy, trong các văn phòng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học thông qua các thiết bị vi tính, vi sử lý …
Máy CNC có khả năng thực hiện nhiều nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết, giúp tăng cường tính tập trung nguyên công Nhờ vào khả năng này, các máy CNC đã được phát triển thành các trung tâm gia công CNC hiện đại.
Đặc điểm của cơ cấu truyền động
Trục chính quay vô cấp tốc độ và trục chạy dao điều khiển hành trình tự động
Hình 1 2 Động cơ trục chính
Trục chính máy CNC đóng vai trò quan trọng trong gia công, cung cấp tốc độ cắt cho dao và là phần của chuỗi truyền lực giữa máy và dụng cụ Tùy thuộc vào loại máy, trục chính có những đặc tính khác nhau Đối với máy tiện CNC, trục chính không chỉ mang chi tiết mà còn cấp tốc độ cắt Các thành phần cơ bản của trục chính bao gồm bộ phận gá dao, trục, ổ đỡ, hệ thống dẫn động, hệ thống làm mát và thân Hệ thống dẫn động thường bao gồm một động cơ, có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp, kết hợp với trục chính.
Dẫn động trục chính là hệ thống cung cấp và truyền động cho trục chính, bao gồm động cơ và khớp nối Hệ thống này giúp truyền tải tốc độ quay, mô men xoắn và công suất đến dụng cụ thông qua cơ cấu kẹp dao.
Có bốn loại trục chính phụ thuộc vào dạng dẫn động được sử dụng bao gồm :
▪ Trục chính dẫn động đai (Belt): Đai răng hoặc đai thang, hiệu suất truyền động đạt 95%, tuy nhiên gây tiếng ồn lớn
▪ Dẫn động bánh răng (Gear): Có thể đạt momen xoắn cao ở số vòng quay thấp, có nhiều dải cấp tốc độ, hiệu suất thấp dưới 90%
▪ Dẫn động trực tiếp (Direct driven) : hiệu suất cao đạt gần 100%, có thể làm việc ở tốc độ cao nhưng momen xoắn thấp, ít rung giật khi gia công
Dẫn động tích hợp là hệ thống sử dụng động cơ đồng bộ hoặc không đồng bộ, được lắp đặt vào kết cấu trục chính giữa các ổ đỡ trước và sau Ưu điểm của phương pháp này bao gồm tốc độ quay cao, đồng thời giảm thiểu rung động và tiếng ồn.
Truyền động cho trục chính và các trục công tác khác
Bộ truyền động chính của máy CNC cần phải sử dụng động cơ phù hợp với công suất cắt gọt để gia công chi tiết qua trục chính Sự tiêu hao do ma sát trong phần cơ khí ảnh hưởng đến hệ số tác dụng hữu ích của máy Độ cứng vững của bộ truyền động phải cao, đảm bảo mômen quay giữ vị trí cố định trước các lực gia công lớn Hơn nữa, bộ truyền động cần có đủ động lực để thay đổi tốc độ nhanh chóng mà không gây ra rung động lớn.
Trục chính công tác và trục chính đối diện trên máy công cụ CNC thường được truyền động bằng động cơ một chiều, cho phép điều chỉnh tốc độ cắt ổn định và linh hoạt cho các đường kính khác nhau Tuy nhiên, nhược điểm của động cơ một chiều là chổi than dễ bị mòn, yêu cầu kiểm tra và thay thế định kỳ.
Nhờ sự phát triển nhanh chóng của linh kiện vi điện tử, động cơ điện xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi Mặc dù việc điều khiển vòng quay của chúng khá phức tạp, nhưng điều này có thể được chấp nhận do chi phí giảm khi áp dụng công nghệ điều khiển điện tử.
Có hai loại động cơ điện xoay chiều: động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ, cả hai đều có ưu điểm vượt trội so với động cơ một chiều Với kích thước tương đương, chúng đạt được mô men quay cao hơn và có thể đạt số vòng quay gấp ba lần, từ đó nâng cao năng suất Đặc biệt, các động cơ này không cần chổi than, cổ góp hay vòng mài, giúp giảm thiểu bảo trì Để đảm bảo tính linh hoạt khi sử dụng với nhiều thiết bị khác nhau, trục chính công tác được tiêu chuẩn hóa Trên máy CNC, trục chính công tác và nhiều chi tiết khác có kích thước lớn và mạnh mẽ hơn so với máy công cụ thông thường, nhờ vào gia tốc cao (10 đến 40 m/s²) và năng suất cắt gọt lớn.
Những đặc điểm khác về kết cấu
Những đặc điểm của điều khiển điện tử, bao gồm độ chính xác cao và khả năng gia công nhanh, chỉ có thể được phát huy khi máy đáp ứng các yêu cầu đặc biệt về kết cấu.
- Nâng cao độ cứng vững:
Quá trình cắt tự động với máy CNC cho phép gia công nhanh hơn so với máy điều khiển tay, nhờ vào khả năng phanh động cơ ngay trước điểm đích mà không cần phải giảm tốc độ Để loại trừ rung động ở tốc độ cao, máy CNC cần có độ cứng vững cao, điều này được đảm bảo nhờ cấu trúc dạng hộp và thiết kế không gian hợp lý.
Đường dẫn hướng cho bàn trượt trên máy CNC cần phải chịu mòn và có độ ma sát thấp để đảm bảo độ chính xác trong điều khiển điện tử Điều này chỉ đạt được khi ma sát giữa bàn trượt và đường dẫn hướng được giảm thiểu và không có hiện tượng mòn Do đó, các đường dẫn hướng thường được tôi cứng và mài một cách cẩn thận.
Để nâng cao hiệu suất hoạt động của máy, cần áp dụng kỹ thuật bôi trơn tốt hơn Các bộ phận như đường dẫn hướng, trục chính công tác và các vị trí ổ đỡ sẽ được bôi trơn tự động thông qua các thiết bị bôi trơn tập trung.
Giới thiệu về máy phay CNC mini
Máy CNC mini là thiết bị cỡ nhỏ chuyên dụng để khắc các vật phẩm có kích thước nhỏ, như đồ trang sức Nó hoạt động hiệu quả trên nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gồm gỗ, mica và nhựa.
Máy được chia là 2 loại là máy phay mini và tiện mini
Một máy CNC với các tính năng độc đáo như sự đơn giản và độ tin cậy đã được phát triển để nghiên cứu điều khiển số thông qua máy tính và phần mềm liên quan.
Các máy đạc biệt rất hữu ích cho giáo dục và nghiên cứu, đồng thời dễ dàng tích hợp với các hệ thống sản xuất khác Chúng cũng có thể được sử dụng để giới thiệu khái niệm CNC mà không gặp phải quá nhiều phức tạp trong các hệ thống thương mại.
Một số loại máy CNC mini:
Hình 1 3 Máy phay CNC 3 trục
Hình 1 4 Máy phay CNC 4 trục
Ứng dụng máy CNC
Máy CNC sở hữu nhiều tính năng ưu việt như khả năng gia công đa dạng, an toàn, tiếng ồn thấp, năng suất cao và dễ vận hành Độ chính xác cao của máy CNC đảm bảo sản phẩm có giá trị và chất lượng đồng đều, điều này rất quan trọng trong quá trình sản xuất.
Kỹ thuật tự động của máy CNC đóng vai trò quan trọng trong sản xuất, giúp giảm thiểu sai sót và nâng cao hiệu quả Máy CNC được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất bàn ghế, tủ gỗ, cửa gỗ và nhiều sản phẩm khác Việc xử lý các đường cong, gấp khúc và mô hình 3D trở nên dễ dàng hơn, đồng thời khắc gỗ và mica cũng trở nên đơn giản, mang lại hiệu quả kinh tế cao Sản phẩm từ máy CNC không chỉ có tính thẩm mỹ cao mà còn sắc sảo và bắt mắt.
- Khắc họa tiết, hoa văn , hình ảnh 3D
- Khắc và cắt trên các loại gỗ , trên mica , làm mô hình
- Khắc logo thương hiệu, cắt vải không bị thưa
- Ứng dụng trong cắt vi mạch điện tử , board mạch máy tính và các thiết bị điện tử
Chúng em đã phân tích và áp dụng những kiến thức đã học để lựa chọn đề tài tốt nghiệp, đó là thiết kế mô hình máy phay CNC 3 trục, có khả năng phay trên các vật liệu như nhôm, gỗ và mica.
THIẾT KẾ 3D VÀ TÍNH CHỌN CƠ CẤU CỦA MÁY
Nguyên lý máy CNC 3 trục
Máy CNC 3 trục có cấu tạo gồm 1 trục chính có tốc độ quay cao có gắn đầu cắt như mũi dao phay, khoan, khoét để cắt sản phẩm
Sau khi máy được kích hoạt, trục chính sẽ di chuyển lên xuống theo trục Z và kết hợp với chuyển động mượt mà theo trục X Đồng thời, bàn máy sẽ giữ sản phẩm và di chuyển theo trục Y, giúp lưỡi cắt tiếp cận các bề mặt cần gia công của sản phẩm.
Hình 2 1: Mô hình máy CNC 3 trục
Thiết kế 3D và tính chọn các cơ cấu cho máy
Chọn phương án động học cho máy a Phương án phôi cố định
Trục Y chuyển động trên bệ máy , trục X chuyển động trên trục Y, trục Z chuyển động trên trục X, trục A nằm trên bàn máy có tâm quanh trục X
Trục Y cần có kết cấu vững chắc với các thanh ngang để đảm bảo không bị vênh khi di chuyển, đồng thời hai tấm đỡ bên phải đủ độ dày để tránh tình trạng khớp trượt bị rơ Điều này giúp đảm bảo trượt ổn định và chính xác, đặc biệt khi cắt vào trục trượt của bệ đỡ.
- Trục X trượt trên trục Y có gắn các hệ số các thanh trượt, cơ cấu truyền động, động cơ … tất cả các bộ phận này chuyển động cùng trục Y
- Trên bệ đỡ có các thanh trượt trục Y và phôi gia công b Phương án phôi di chuyển trên trục Y, dụng cụ gia công di chuyển trên trục
Phần cố định của máy bao gồm khung máy, các trục trượt, động cơ và cơ cấu truyền động cho trục X và trục Y, tất cả được gắn chặt vào khung máy.
Trục X và Y di chuyển trên các thanh trượt cố định, trong khi trục Z trượt trên trục X, với các thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động được gắn trên trục X Bàn máy được thiết kế để di chuyển phôi theo hai trục X và Y.
- Động cơ trục chính di chuyển lên xuống theo trục Z còn bàn máy mang phôi di chuyển theo trục X,Y
Nhóm đã chọn phương án 2: phôi cố định cho mô hình thí nghiệm, nhằm tăng diện tích gia công trong khi vẫn giữ kích thước máy nhỏ gọn.
Xây dựng mô hình 3D với kích thước thực của máy bằng NX
Xây dựng hệ khung bệ máy CNC 3 trục dựa trên kích thước thực của máy Cụm trục chính:
Hình 2 3 Cụm truyền động trục chính
Hình 2 4 Kết cấu toàn máy
Sơ đồ động học máy
Phương án sử dụng vít- đai ốc:
• Ưu điểm của bộ truyền vit me – đai ốc:
- Bộ truyền vit đai ốc có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành không cao Có kích thước nhỏ gọn, tiện sử dụng
- Bộ truyền có khả năng tải cao, làm việc tin cậy Không gây tiếng ồn
- Có chỉ số truyền rất lớn tạo ra được lực dọc trục lớn, trong khi chỉ cần đặt lực nhỏ vào tay quay
- Có thể thực hiện được di chuyển chậm, chính xác cao
• Nhược điểm của bộ truyền vít- đai ốc:
- Hiệu suất bộ truyền rất thấp
- Ren bị mòn nhanh, nên tuổi bền không cao, nhất là khi phải làm việc với tốc độ lớn
Phương án sử dụng bộ truyền đai:
• Ưu điểm của bộ truyền sử dụng đai:
- Việc truyền lực có tính đàn hồi
- Chạy êm, ít ồn, chịu sốc
- Không cần thiết bị bôi trơn
- Phí tốn bảo dưỡng ít
• Nhược điểm của bộ truyền sử dụng đai:
- Bị trượt qua sự giãn nở của dây đai
- Không có tỉ số truyền chính xác
- Nhiệt độ ứng dụng bị giới hạn
- Thêm tải trọng lên ổ trục do lực căng cần thiết của dây đai
➢ Từ việc phân tích các ưu- nhược điểm chúng em lựa chọn phương án thiết kế sử dụng bộ truyền vít me – đai ốc
Nguyên lý hoạt động máy thiết kế
Máy CNC 3 trục bao gồm một bàn gá sản phẩm, một trục chính (spindle) quay với tốc độ cao và các trục X, Y, Z Khi cấp điện cho các động cơ, trục Y di chuyển kéo theo trục X và Z Động cơ trên trục X khi khởi động sẽ dẫn động trục Z đến vị trí xác định Khi động cơ trên trục Z hoạt động, nó sẽ điều khiển sự dịch chuyển lên xuống của trục chính (spindle) gắn dao cụ, tạo ra chiều sâu cắt nhất định.
- Chuyển động của các trục X, Y, Z được điều khiển bới động cơ được cung cấp bởi dòng điện xoay chiều hoặc dòng điện 1 chiều
- Tốc dộ dịch chuyển của máy được thực hiện bởi các lệnh
Tất cả các hoạt động của máy được điều khiển thông qua mã CNC, bao gồm việc di chuyển các trục đến vị trí xác định, điều chỉnh vận tốc cắt, chiều sâu cắt, và quản lý việc đóng mở trục chính.
- Đối với mỗi mã đều được hoạt động riêng biệt
- Hệ thống cảnh báo có sẵn để bảo vệ các hoạt động và các thành phần khác nhau
Giới thiệu về vật liệu gia công
Nhôm là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Al và số hiệu nguyên tử bằng 13
Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ ba trong vỏ Trái Đất, chỉ sau oxy và silic, và là kim loại phổ biến nhất, chiếm khoảng 8% khối lượng chất rắn của hành tinh Nó thường xuất hiện dưới dạng hợp chất trong hơn 270 loại khoáng vật khác nhau, với quặng chính chứa nhôm là boxit.
Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, nhưng khi kết hợp với các nguyên tố như Cu, Zn, Mg, Mn, Si, nó tạo ra các hợp kim mạnh mẽ Qua quá trình gia công cơ nhiệt, các hợp kim nhôm này có thể cải thiện đáng kể các thuộc tính cơ học của chúng.
Một số ứng dụng chính của nhôm như :
- Các hợp kim nhôm tạo thành một phần quan trọng trong các máy bay và tên lửa do tỉ lệ sực bền cao trên cùng khối lượng
- Các loại vỏ phủ nhôm thay thế vỏ phủ vàng cho vệ tinh nhân tạo, khí cầu nhờ đặc tính hấp thụ bức xạ mặt trời tốt
- Hợp kim nhôm nhẹ bền nên được dùng để chế tạo các chi tiết phương tiện vận tải (ô tô, máy bay, xe tải, tàu hỏa…)
- Dùng nhiều trong xây dựng ( cửa sổ, cửa, ván,…), hàng tiêu dùng…
Lựa chọn các cơ cấu truyền động
Vít me đai ốc a) Vít me đai ốc thường
Hình 2 5 vít me đai ốc thường
Vít me được kết nối đồng trục với động cơ, khi động cơ quay, vít me cũng quay theo Động cơ và vít me được gắn cố định, dẫn đến việc đai ốc di chuyển dọc theo trục của vít me Đai ốc được gắn chặt vào bộ phận cần truyền động, bao gồm các trục X, Y và Z.
Tốc độ di chuyển của hệ thống phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của vít me Mỗi vòng quay của động cơ sẽ khiến đai ốc di chuyển một đoạn thẳng tương ứng với bước ren của trục vít, dẫn đến tốc độ di chuyển chậm và độ chính xác không cao do độ rơ của đai ốc Để tăng độ chính xác, cần sử dụng động cơ bước với bước góc nhỏ và trục ren có bước ren nhỏ.
Một số ưu điểm nổi bật của phương án này là khả năng tạo ra lực đẩy lớn khi gia công mẫu vật, đặc biệt trong các máy CNC công nghiệp Phương pháp này rất hiệu quả khi gia công các loại vật liệu cứng và kích thước lớn, đồng thời sử dụng vít me đai ốc bi để nâng cao hiệu suất làm việc.
Vít me đai ốc bi là một loại cơ cấu cơ khí, trong đó ma sát trượt giữa vít me và đai ốc được thay thế bằng ma sát lăn thông qua các viên bi.
- Ưu điểm: chỉ cần một lực quay rất nhỏ đã có thể làm cho đai ốc chuyển động
- Độ chính xác di chuyển cao do không có độ rơ giữa vít me và đai ốc
Bộ truyền vit me đai ốc bi có kết cấu đa dạng, nhưng các thành phần chính bao gồm vit me, đai ốc, viên bi và rãnh hồi bi.
Trong bộ truyền vít me-đai ốc bi, dạng profin răng vít me và đai ốc có ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu tải Profils răng vít me hình chữ nhật và hình thang dễ chế tạo nhưng có khả năng chịu tải kém Để cải thiện khả năng chịu tải, người ta thường sử dụng profin dạng tròn để tăng diện tích bề mặt làm việc.
Một yếu tố quan trọng trong cấu trúc của bộ truyền là thiết kế của rãnh hồi bi, có thể được hình thành dưới dạng ống, lỗ khoan trong đai ốc, hoặc rãnh hồi bi giữa hai vòng ren liên tiếp.
Rãnh hồi bi dạng ống có nhược điểm là làm tăng kích thước bộ truyền, đồng thời độ bền mòn của đầu ống cũng thấp, và độ tin cậy khi kẹp chặt ống không cao.
Rãnh hồi bi theo lỗ khoan trên đai ốc có ưu điểm về kết cấu gọn và tính công nghệ tốt, nhưng gặp khó khăn trong việc tách thành nhiều nhóm hồi Rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp là dạng phổ biến nhất, với kích thước nhỏ gọn, độ bền cao, không bị mòn nhanh và có chiều dài rãnh lớn, mang lại độ tin cậy cao.
Phương án dùng bánh răng thanh răng
Trong bộ truyền bánh răng và thanh răng, có thể sử dụng dạng thẳng hoặc nghiêng Đối với bộ truyền bánh răng-thanh răng phẳng, góc nghiêng của răng trên cả bánh răng và thanh răng cần phải đồng nhất Bên cạnh đó, cần lưu ý đến chiều xoắn của răng để đảm bảo sự ăn khớp chính xác giữa bánh răng và thanh răng.
Bánh răng quay 1 vòng sẽ làm thanh răng di chuyển một khoảng bằng \$\pi mz\$, trong đó \$m\$ là mô đun của thanh răng theo phương chuyển động Mô đun của bánh răng trong mặt phẳng vuông góc với trục quay của bánh răng được xác định bởi số răng của bánh răng, ký hiệu là \$Z\$.
- Bánh răng quay, thanh răng tịnh tiến
Thanh răng cố định và bánh răng vừa quay vừa tịnh tiến, như trong trường hợp đường sắt thanh răng và bàn xe dao máy tiện Một điểm trên vòng lăn của bánh răng sẽ vạch ra đường xycloit, trong khi đó, một điểm trên đường lăn của thanh răng sẽ vạch ra đường thân khai vòng tròn.
Thanh răng ngắn cố định, khi con trượt mang bánh răng di chuyển, sẽ khiến thanh răng dài di chuyển với vận tốc gấp đôi vận tốc của con trượt.
Có thể thay thế thanh răng bằng cách sử dụng bàn xích và xích truyền động Xích sẽ được lắp đặt trong rãnh, và chốt xích sẽ được thay thế bằng chốt dài hơn để cố định xích với rãnh.
Đai được gắn vào hai puli có kích thước răng tương ứng, với một puli gắn chặt vào trục động cơ và puli còn lại gắn vào trục quay tự do Một phần của đai kết nối với bộ phận trượt, cho phép khi động cơ quay, đai di chuyển một đoạn tương đương với chu vi của puli, thường là 20-30mm Phương án này mang lại tốc độ di chuyển nhanh hơn đáng kể.
Thiết kế hệ thống cơ khí cho máy
Xác định chế độ làm việc giới hạn
- Chế độ cắt cực đại
- Để xác định sơ bộ các thông số v, s, t giới hạn dùng công thức thực nghiệm :
Chế độ cắt cực đại thiết kế các chi tiết máy với tải trọng lớn nhất, dẫn đến kích thước và trọng lượng tăng lên Để đảm bảo độ chính xác, chế độ cắt này thường chỉ được sử dụng để tham khảo Thay vào đó, chế độ cắt tính toán dựa trên quy trình công nghệ hợp lý sẽ mang lại năng suất cao hơn, dựa theo công thức nguyên lý cắt.
- Tính theo nguyên lý cắt
Xác định tốc độ cắt [2]
- T: Chu ký bền của dao
- Kv : Hệ số điều chỉnh, xác định theo công thức sau:
𝐾 𝑣 = 𝐾 𝑚𝑣 𝐾 𝑛𝑣 𝐾 𝑢𝑣 Với Kmv là hệ số phục thuộc vào chất lượng của vật gia công ( Bảng 5.1 và 5.4 – STCNCTM 2)
Knv là hệ số phụ thuộc vào trạng thái của phôi công ( bảng 5.5- STCNCTM2) Kuv là hệ số phụ thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt ( Bảng 5.6 STCNCTM 2)
Sử dụng dao phay ngón bằng thép hợp kim với các thông số như sau:
Hình 2 7 Thông số kĩ thuật dao phay
Dựa vào các thông số trên, ta chọn: Sz =0,1 mm/răng; t = 1 mm
Khi đó tốc độ cắt được xác định [2]:
Thay các thông số vào công thức tính tốc độ cắt ta có :
𝑡 = 60 0,33 1 0,3 0,1 0,2 80 0,1 4 0,1 0,9 = 108,5 𝑚𝑚/𝑝ℎ Vậy ta có số vòng quay của động cơ :
Xác định lực cắt khi gia công a) Lực cắt Pz (N) [2]:
𝐷 𝑞 𝑛 𝑤 𝐾 𝑚𝑝 Trong đó, tra bảng 5.41 – STCNCTM 2 ta được :
Cp = 12,5 x = 0,85 y = 0,75 Kmp = 1 q = 0,73 w = -0,13 u = 1 K = 0,25 ( vật liệu nhôm )
10 0,73 3453,7 −0,13 1.0,25 = 955 𝑁 b) Các thành phần lực khi phay
- Lực chạy dao ngang : Pn = 0,25.Pz = 0,25 955 = 238,75 N
- Lực chạy dao đứng: Pv = 0,95.Pz = 0,95 955 = 907,25 N
- Lực chạy dao hướng kính : Py = 0,35 Pz = 0,35 955 = 334,25 N
- Lực chạy dao hướng trục : Px = 0,52 Pz = 0,52.955 = 496,6 N
Lực chạy dao tổng hợp được xác định theo công thức thực nghiệm sau:
K = 1,4 : hệ số lực ma sát μ = 0,2 : hệ số ma sát thu gọn trên sống trượt
2.5.3 Xác định công suất của động cơ điện
Trong chế tạo máy việc tính công suất của động cơ điện là việc không thể thiếu
Việc tính toán động lực học của các chi tiết và bộ phận máy là rất quan trọng Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, công suất của động cơ điện cần phải được xác định chính xác Nếu công suất vượt quá yêu cầu, máy sẽ hoạt động nhưng sẽ trở nên cồng kềnh, nặng nề và tốn kém Ngược lại, nếu công suất không đủ, quá trình cắt gọt sẽ không đảm bảo, dẫn đến tình trạng quá tải và hư hỏng máy.
Trên cơ sở Pz và V ta đã xác định được từ trước
Ta có công suất cắt Nc là [2]:
Thông thường công suất cắt chiếm khoảng 70 – 80% công suất động cơ Một cách gần đúng ta có công suất của động cơ [2] xác định như sau:
Tốc độ của động cơ cắt là [2]:
𝜋.𝑑 trong đó : V là tốc độ cắt, d là đường kính pulley trục Z[2]: 𝑛 đ𝑐 1000.108,5
Momen xoắn của động cơ trục Z được xác định theo công thức [2]:
Trục X mang trục Z di chuyển, nên ta đo khối lượng cụm trục Z bằng phần mềm NX ta được G = 30kg
Xác định công suất động cơ trục X [2]:
G: Tổng tải trọng phần di chuyển, G = 30kg f: Hệ số ma sát, chọn f=0,12 α: góc nghiêng của tải trọng, α = 0 v: vận tốc của đai (m/ph), chọn v 0 m/ph
𝑛 𝑓 : Hiệu năng của bộ truyền đai, 𝑛 𝑓 = 0,95
Số vòng quay của động cơ
3,14.35 = 1820 vg/ph Momen xoắn của động cơ trục X :
Trục Y mang phôi di chuyển, nên ta đo khối lượng 15kg
Xác định công suất động cơ trục Y [2]
G: Tổng tải trọng phần di chuyển, G = 30kg f: Hệ số ma sát, chọn f=0,12 α: góc nghiêng của tải trọng, α = 0 v: vận tốc của đai (m/ph), chọn v 0 m/ph
𝑛 𝑓 : Hiệu năng của bộ truyền đai, 𝑛 𝑓 = 0,95
Số vòng quay của động cơ
3,14.35 = 1820 vg/ph Momen xoắn của động cơ trục X :
1820 = 0,33 𝑁𝑚 Dựa vào các kết quả trên và khối lượng các cụm cơ cấu của máy, ta tiến hành chọn động cơ trục như sau
Trục Ký hiệu động cơ Momen xoắn cực đại (Nm)
Bảng 2 1 Bảng chọn động cơ trục
PHÂN TÍCH VÀ MÔ PHỎNG BIÊN DẠNG CỦA KÉT CẤU MÁY TRÊN SIMCENTER NX
Phân tích kết cầu và đánh giá điều kiện tải thực
Kết cấu đầm cần mô phỏng
- _ Phân tích dầm đỡ trục X trong điều kiện tải tĩnh tại vị trí nguy hiểm nhất, có ứng suât và biên dạng lớn nhât
Hình 3 1 Dầm cần mô phỏng
Các bộ phận trực tiếp tác dụng lên dầm:
- _ Phân tích trong trường hợp tĩnh tuyên tinhhs nên sẽ có biến dạng kết cấu, ứng suất bên trong do các thành phần sau tạo nên:
Hình 3 2 Thành phần lực tác đông lên dao
> Pdầm : Trọng lượng của dầm
> Pz: Trọng lượng của trục z
> Pdao : Lực Tác dụng của dao
- _ Xác định tọa độ trọng tâm của trục Z
Hình 3 3 tọa độ trọng tâm trục Z
Mô hình phần tử hữu hạn và điều kiện biên
Chọn giải cho bài toán phân tích
- Chọn giải pháp tĩnh tuyến tính: SOL 101 Linear statics — Global constraints
Hình 3 4 Phân tích phần tử hữu hạn
Bộ giải kết cầu áp dụng tính toán tuyến tính cùng với một số vấn đề phi tuyến tính như khoảng chống và các yếu tố liên kết Nó bao gồm dữ liệu mô phỏng, tải trọng, ràng buộc (điều kiện biên) và đối tượng mô phỏng.
Phân tích phần tử hữu hạn
Chia lưới dạng 3D Mesh: Ctetra 10 (10 nút lưới)
Chia lưới dạng 3D Mesh: Ctetra 10 (10 nút lưới)
Hình 3 5 Chia lưới thaanh dầm
Thiết lập liên kết và điều kiện biên
- _ Liên kết các phần tử hữu hạn:
Liên kết giữa trọng tâm của trục Z tác dụng lên thanh ray do ăn khớp giữa con trượt và thanh ray
Liên kết giữa trọng tâm trục Z tác động lên trục vít me được chuyển giao qua hai gối đỡ của trục vít me, nhờ vào sự ăn khớp giữa đai ốc bi và trục vít me.
Hình 3 6 Liên kết các phần tử hữu hạn
Thiết lập các rằng buộc có định : Fixed constraint
Gôm bê mặt tiếp xúc và các vị trí bắt bulong giữa dầm với hai trụ hai bên
Thiết lập điều kiện tải trọng
Thành phần tải trong và tác dụng lên dầm:
-Tải trọng cuả dầm: gồm tải trọng của dầm và thanh ray Độ lớn g= 9.8mm/s 2 -Tải trọng của trục Z: Độ lớn trọng lượng :211 N
-Lực cắt của dao khi phay:
Hình 3 8 Điều kiện tải trọng
Kết quả phân tích
- Biến dạng theo trục X khi chưa có ngoại lực : Độ biến dạng max là 0.0014mm
Hình 3 9 Biến dạng theo trục X khi chưa có ngoại lực
- Biến dạng theo trục X khi có ngoại lực : Độ biến dạng max là 0.0149mm
Hình 3 10 Biến dạng theo trục X khi có ngoại lực
- Biến dạng theo trục Y khi chưa có ngoại lực: Độ biến dạng lớn nhất là 0.009mm
Hình 3 11 biến dạng theo trục Y khi chưa có ngoại lực
- Biến dạng theo trục Y khi có ngoại lực: Độ biến dạng lớn nhất là 0.053mm
- Biến dạng theo trục Z khi chưa có ngoại lực: Độ biến dạng lớn nhất là 0.007mm
Hình 3 12 Biến dạng theo trục z khi chưa có ngoại lực
- Biến dạng theo trục Z khi có ngoại lực: : Độ biến dạng lớn nhất là 0.058mm
Hình 3 13 Biến dạng theo trục Z khi có ngoại lực
Kết luận: Độ võng và biến dạng của các thành phần không đang kế có sai số rất nhỏ, chỉ 0.02 Điều này đảm bảo rằng sai số trong quá trình gia công nằm trong phạm vi cho phép.
HỆ THỐNG ĐIÊU KHIÉN
Các phương án xây dựng hệ điều khiển cho máy CNC
Dựa theo phương pháp mà hệ điều khiển xác định và kiểm tra vị trí, người ra chia hệ thống điều khiến thành 4 loại sau:
- Điều khiển chu trình hở (open loop)
- Điều khiến chu trình nửa kín
- Điều khiến chu trình kín (closed loop)
- Điêu khiên hồn hợp (hybrid loop)
Tính năng cơ bản của phần mềm Mach3
Mach3 biến một máy tính thông thường thành bộ điều khiển máy CNC với đầy đủ chức năng, hỗ trợ điều khiển lên đến 6 trục
Cho phép nhập trực tiếp các tệp DXF, BMP, JPG và HPGL thông qua phần mềm LazyCam
-Hiển thị mã Gcode trực quan dễ giám sát
-Tạo Gcode thông qua LazyCam hoặc W1zards
-Giao diện có thể tùy biến theo ý người sử dụng
-M-code và Macro có thể tùy chỉnh bằng VBscript
-Điều khiển được tốc độ trục chính (Spindle)
-Điều khiển được nhiều rơle đóng-cắt
-Có khả năng tạo ra xung điều khiển tốc độ động cơ bằng tay
-Hiễn thị video mô phỏng khi máy chạy
Phần mềm Mach3 nổi bật với khả năng tương thích với màn hình cảm ứng, mang lại trải nghiệm người dùng thuận tiện Ưu điểm của nó bao gồm chức năng đa dạng, giao diện bố cục mạch lạc và dễ sử dụng, cùng với khả năng mô phỏng quá trình làm việc Người dùng cũng có thể khai báo các thông số hệ thống một cách dễ dàng.
Những hạn chế của phần mềm Mach3
Mach3 điều khiến theo dạng vòng hở nên khi ứng dụng trong hệ thống yêu cầu độ chính xác cao cần thiết kế lại theo dạng vòng kín
Số lượng chân vào ra của công LTP chỉ có 25 chân, nhưng nếu sử dụng 2 cổng LTP, có thể khắc phục phần nào hạn chế này Đối với hệ thống lớn cần nhiều tín hiệu vào ra, việc áp dụng kỹ thuật ModBus là cần thiết.
Tín hiệu điều khiển động cơ trục sử dụng Step/Dir chỉ phù hợp với động cơ bước Để sử dụng động cơ servo, cần có card chuyển đổi tín hiệu Step/Dir sang tín hiệu Analog 0-10V hoặc -10V để đảm bảo tính tương thích.
Cài đặt các thông số trong phần mềm Mach3
Cài đặt các chân tín hiệu
Sau khi cài đặt và mở phần mềm Mach3, giao diện chính sẽ hiển thị Để khai báo các chân tín hiệu cho phần mềm, bạn cần chọn mục Config và sau đó chọn Ports and Pins.
Hình 4 1 Khai báo cổng tín hiệu
Tại tab Port Setup and Axis Selection, bạn cần khai báo công ra tín hiệu của máy tính kết nối với mạch điều khiển, vì Mach3 sẽ xuất tín hiệu điều khiển từ công này.
Để bật công tín hiệu, hãy tích chọn ô "Port Enabled" và nhập địa chỉ công tín hiệu vào ô "Port Address" Sử dụng địa chỉ 0x378 cho công LTP, sau đó nhấn "Apply" để lưu lại cài đặt.
Hình 4 2 Khai báo cổng kết nối
• Khai báo tín hiệu ra điêu khiên động cơ
Khai báo tại tab thứ hai: Motor Oufputs, các tín hiệu ra này là tín hiệu cấp cho mạch giao tiêp đê điêu khiên động cơ
Hình 4 3 Khai báo chân tín hiệu
Khai báo các thông số trục X tại hàng thứ nhất:
- Cột Enable: Click để thay đổi trạng thái, dấu tích là lựa chọn đề trục X làm việc, dấu nhân là không cho trục X làm việc
Cột Step PIn# là chân điều khiển xung cung cấp cho trục X, và để biết số thứ tự chân tín hiệu này, bạn cần tham khảo catalog của hãng thiết kế mạch giao tiếp.
- Cột Dir Pin#: Chân điều khiển cho mạch động cơ đảo chiều
- Cột Dir LowActive: Xác định chiều + hay — của các trục theo mong muốn
- Cột Step LowActive: Xác định trạng thai tác động của chân cấp xung cho mạch điều khiển
- Cột Step Port: Xác định xem chân điều khiển thuộc công nào (như ở mục khai báo công ra tín hiệu)
- Cột Dĩr Port: Tương tự Step Port
Thông số các trục Y, Z„ A khai báo tương tự
Khai báo cho trục chinh (SpindIle): trong mạch giao tiếp này ta dùng cách đóng mở bằng relay nên không cần khai báo thêm
• Khai báo tín hiệu vào
Khai báo tại tab thứ 3, Input Signal: từ các tín hiệu vào phần mềm Mach3 sẽ xử lý sau đó xuất tín hiệu điều khiển phù hợp
Hình 4 4 Khai báo tín hiệu vào
Do hạn chế của công giao tiếp LTP cũng như do thiết kế của mạch giao tiếp, ta chỉ sử dụng một số chân tín hiệu vào như trên
Hàng X++, X : khai báo giới hạn hành trình trục X
Hàng X Home: khai báo vị trí home trục X
Các trục còn lại tương tự
• Khai báo tín hiệu điều khiển
Khai báo tại tab thứ 4, Output Signal:
Hàng Enablel: tín hiệu cho phép và không cho phép các động cơ hoạt động
Hàng Output #1: tín hiệu điều khiễn relay (tắt mở động cơ trục chính)
Hình 4 5 Khai báo tín hiệu ra
• Khai báo tín hiệu điêu khiên trục chinh
Khai báo tại tab thứ 6, SpIndle Setup:
Hình 4 6 Khai báo trục chính
Tích chọn Use Spindle Motor Output và PWM Control để điều khiển động biến tần cơ bằng ngõ ra Analog 0- 10V
Thiết lập tốc độ giới hạn của trục chính trong mục Spindle Pulleys
Hình 4 7 Cài đặt tốc độ tối đa trục chính
Chọn đơn vị đo của máy
Chọn đơn vị đo trong mục Config => Select Native Umit, tích chọn MMs, lưu lại bằng cách click vào OK
Hình 4 8 Lựa chọn đơn vị đo
Cài đặt thông số động cơ
Chọn mục Config => Motor Tuning:
Hình 4 9 Cài đặt thông số động cơ
Bảng Axis Selection cho phép người dùng lựa chọn các trục, trong khi góc dưới bên phải hiển thị các thông số cần thiết để xác lập cho các trục, với các thông số này được thể hiện một cách trực quan trên biểu đồ.
- Thiết lập cho trục X: Chọn X AxiIs trong Axis Selection Cách tính thông số stepper các trục XYZ và trục A trong Mach3
- Thông số động cơ bước của nhà sản xuất:
Step/Rev: 200 (200 bước trờn ẽI vũng quay)
Degs/Step: 1.8°(Mỗi bước động cơ quay được 1.8 độ)
- Thông số bộ điều khiến driver của nhà sản xuất:
- Công thức tính stepper cho trục XYZ
Vít me trục X có bước D=l9mm, tỉ số truyền từ trục dộng cơ bước sang trục vít me là n=1 Công thức:
Các trục Y, Z tính tương tự
- - Velocity: Cài đặt tốc độ của động cơ tại mục này Thông số này sẽ thay đổi theo mỗi chương trình gia công
- _ Accerleration: Cài đặt gia tốc cảu động cơ tại đây Thông số này sẽ ảnh hưởng tới độ chính xác gia công.
Các chức năng của phần mềm Mach3
Giao điện chính của phần mềm Mach3: trang Program Run
Hình 4 10 Giao diện chính của phần mêm Mach3
• Các vùng hiên thị của trang Program Run
Vùng 1: Hiển thị file Gcode, cho phép theo dõi lệnh đang chạy
Vùng 2: Hiển thị tọa độ của máy và các phím chức năng liên quan
Vùng 3: Mô phỏng quá trình gia công
Vùng 4: Các phím chức năng chính thao tác với file gia công
Vùng 5: Cài đặt dụng cụ
Vùng 6: Hiển thị tốc độ các trục XYZA và các phím điều chỉnh tốc độ
Vùng 7: Hiển thị tốc độ trục chính và các phím điều chỉnh tốc độ
• Các thao tác với file gia công (vùng 4)
Hình 4 11 Thao tác với file gia công
Bắt đầu chạy chương trình hoặc tiếp tục thực hiện lệnh với chức năng Cycle Start Để tạm dừng chương trình, sử dụng Feed Hold, cho phép máy dừng lại và sau đó tiếp tục chạy lệnh đang thực hiện.
Dừng chương trình, tương tự như Feed Hold, nhưng khi tiếp tục bằng cách nhấn Cycle Start, chương trình sẽ bỏ qua lệnh hiện tại và bắt đầu từ dòng lệnh tiếp theo.
Nút reset là công cụ quan trọng để dừng khẩn cấp và khởi động lại hệ thống điều khiển Khi nút reset được kích hoạt, người dùng có thể tiếp tục điều khiển máy một cách an toàn.
Edit G- Code: Chỉnh sửa mã G- code của file gia công
Recent Flle: Mở những file gia công đã chạy gần đây
Close G- Code: Đóng file gia công đang mở
Load G-Code: Chọn file gia công
Set next line: Chọn dòng lệnh mà chương trình sẽ bắt đầu chạy từ đó
Chạy chương trinh bắt đầu từ dòng lệnh chọn ở Set next line
Rewind: Trở về đầu tiên của file gia công
Khi chọn tính năng chạy từng dòng Code một trong Single BLK, ô bên cạnh sẽ chuyển thành màu vàng Nếu bạn muốn máy thực hiện toàn bộ lệnh trong file gia công, hãy tắt tính năng này.
Reverse Run: Chức năng chạy ngược mã G- Code khi tạm dừng chương trình, khi đó máy sẽ chạy ngược lại
• Tọa độ của máy (vùng 2)
Hình 4 12 Tọa độ của máy
REF ALL HOME: Di chuyển các trục về điểm gốc máy HOME
Zero X,Y,Z.4: Đặt tọa độ hiện tại của trục tương ứng về 0
OFFLINE: Chạy mô phỏng chương trinh trên máy tính
GOTO ZERO: Di chuyền các trục về điểm O (X0, Y0, Z0, A0)
Machine Coord: Thay đôi hiển thị tọa độ theo gốc máy ,gốc chương trình Soft Limits: Bật tắt tính năng giới hạn hảnh trình ảo
Scale: Tỉ lệ chạy tương ứng của các trục, mặc định là 1
• Tốc độ di chuyên của các trục XYZA và trục chính (vùng 6,7)
Hình 4 13 Tốc độ di chuyển của các trục
+Tốc độ các trục (cửa số Feed Rate):
RO: Tốc độ hiện tại
Feedrate: Tốc độ thiết lập
Rapid FRO, FRO %, nút + -: Tăng giảm tốc độ chạy
Nút Reset: Đặt lại tốc độ chạy mặc định
+Tốc độ trục chính (cửa số Spindle Speed)
Spmndle CW ES: Bật tắt động cơ trục chinh
RPM: Tốc độ đo được bằng encoder
S- OV: Tốc độ hiện tại
Spindle Speed: Tốc độ thiết lập
SRO %, nút + -: Tăng giảm tốc độ chạy
Nút Reset: Đặt lại tốc độ chạy mặc định
Nhập liệu G- Code thủ công: trang MDI
Nhập G- Code cần chạy vào ô Input, sau đó nhắn Enter để chạy
• Điều khiến các trục bằng tay (MPG MODE)
Bấm phím Tab để hiển thị MPG MODE cycleJog Step: Khoảng cách di chuyên cho mỗi bước (ở chế độ di chuyên từng bước)
Slow Jog Rate: Cài đặt tốc độ di chuyển các trục
Button Jog: Các phím đi chuyển các trục
Chế độ di chuyền binh thường: khi bắm phím đi chuyên trục, các trục đi chuyên với tốc độ thiết lập ở mục SlowJog Rate
Chế độ di chuyển từng bước: bắm tô hợp phím Ctrl và phím di chuyên
Chế độ di chuyển với 100% tốc độ: bấm tổ hợp phím Shift và phím di chuyên
Các bước chạy file gia công
Quy trình sản xuất một sản phẩm bao gồm các giai đoạn chính sau: Lên ý tưởng và xác định các số liệu đầu vào; Tính toán và thiết kế sản phẩm bằng phần mềm chuyên dụng; Lập quy trình công nghệ chế tạo; Thực hiện chế tạo thử, kiểm tra chất lượng và hiệu chỉnh các thông số đầu vào, quay lại bước đầu nếu cần; Cuối cùng là sản xuất hàng loạt.
Sau khi thiết kế sản phẩm, kỹ sư có thể lập trình gia công thủ công cho các sản phẩm đơn giản Đối với sản phẩm phức tạp hơn, để tiết kiệm thời gian, việc sử dụng phần mềm để thiết lập quy trình gia công và xuất chương trình gia công tự động là lựa chọn hợp lý Chương trình này có thể được hiệu chỉnh nếu cần thiết.
Chạy chương trinh gia công trên máy sử dụng phần mềm Mach3 như sau:
- Mở máy và kiểm tra các dây kết nối của máy
- Bấm nút RESET để bật kết nói (Nút RESET chuyên sang xanh là được)
- Load file gia công bằng cách nhấn vào biểu tượng Load G- Code, gá phôi
- Di chuyên các trục về gốc chương trình bằng cách sử dụng các phím mũi tên, PageUp, PageDown hoặc sử dụng MPG Mode bằng cách nhắn phim Tab, bắm
Các phím Zero X, Zero Y, Zero Z và Zero 4 được sử dụng để đặt gốc cho chương trình Khi dao gần tiếp xúc với bề mặt phôi, hãy sử dụng tổ hợp phím CTRL cùng với các phím mũi tên để chọn chế độ di chuyển từng bước, nhằm tránh tình huống không kiểm soát được tốc độ di chuyển của dao xuống phôi.
- Kiểm tra lại một lượt các thông số cài đặt, bắm nút Cycle Start đề bắt đầu chạy chương trinh gia công.
Sơ đồ cấu trúc điều khiến
- Phần mềm Mach3 và máy tính: Có vai trò như bộ điều khiển CNC điều khiến toàn hệ thống
- _ Động cơ bước và driver động cơ bước: Dẫn động các bàn máy đề hình thành quỹ đạo chuyên động của đầu gia công
- _ Công tắc hành trình: Giới hạn hành trình cho các bàn máy nhằm ngăn ngừa bàn máy va chạm với các gôi đỡ
Hình 4 16 Sơ đô phương án điều khiển
Lựa chọn linh kiện điện tử cho máy
Hình 4 17 Mạch CNC BOB Mach3 USB BL-V2
Mạch CNC BOB MACH3 USB V2.0 tương thích với phần mềm Mach3 trên máy tính qua kết nối USB, chỉ cần thực hiện một vài bước thiết lập đơn giản Mạch này có khả năng điều khiển đồng thời 5 động cơ bước thông qua các ngõ cấp xung-chiều X, Y, Z, A, B Ngoài ra, mạch còn hỗ trợ nhận tín hiệu đầu vào từ các ngõ INI, IN2, IN3, IN4, IN5 và xuất tín hiệu qua các ngõ ra OUT1, OUT2, OUT3, OUT4, tất cả các ngõ tín hiệu vào ra đều được cách ly qua Opto.
IC đệm nên rất an toàn cho board mạch, ngoài ra mạch còn có ngõ ra xuất xung PWM để điều khiển tốc độ Spindle
Mạch CNC BOB MACH3 USB V2.0 sử dụng giao tiếp USB, dễ dàng kết nối với máy tính hiện đại do hầu hết không còn cổng LPT Mạch này kết nối qua cổng USB mà không cần cài đặt Driver, nhờ vào Driver viết lớp HID, chỉ cần thực hiện một vài bước thiết lập đơn giản là có thể sử dụng ngay.
Để xuất xung từ Mạch CNC BOB MACH3 USB V2.0 sang Driver động cơ bước, cần phải kết nối chân dương chung 5V của mạch BOB với chân dương chung của mạch Driver Việc này giúp hai board mạch có thể giao tiếp và hiểu nhau một cách hiệu quả.
Mạch CNC BOB MACH3 USB V2.1
- Giao tiếp với máy tính qua công USB
- Nguồn sử dụng: 5VDC USB
- Tần số xung tối đa: 100Khz
- Điều khiển 5 động cơ bước qua các trục X, Y, Z„ A, B
- Số ngõ vào: 5 ngõ INI, IN2 IN3, IN4, INS cách ly Opto
- Số ngõ ra: 4 ngõ OUTI, OUT2, OUT3, OUT4 cách ly IC đệm
- Có ngõ ra xuất xung PWM điều khiến tốc độ Spindle
Driver điều khiến động cơ bước DM 542
- Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao
- Có tích hợp đo quá dòng quá áp
• Cài đặt và ghép nối:
- DC~-: Nối với nguồn điện từ 20 - 50VDC
- DC- : Điện áp (-) âm của nguồn
- A* và A -: Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước
- B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ
- PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5V) từ BOB cho M6600
- PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) từ BOB cho M6600
- DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V) từ BOB cho M6600
- DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ BOB cho M6600
- ENA+ và ENA -: khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực
55 momen giữ và quay nữa Có thể đấu tín hiệu đương (+) chung hoặc tín hiệu âm (-) chung Động cơ bước
Những loại động cơ thường sử dụng dân động các trục của máy CNC: động cơ bước, động cơ servo
Yêu cầu chính là xác định chính xác vị trí, công suất, mô men và dải tốc độ phù hợp cho các trục của máy phay CNC, đồng thời đảm bảo giá thành hợp lý cho sinh viên Mặc dù động cơ servo có thể đáp ứng những yêu cầu này, nhưng do tính phức tạp và chi phí cao, nó không phù hợp Do đó, động cơ bước được lựa chọn.
Hình 4 20 Động cơ bước Động cơ bước là gì?
Động cơ bước là một loại động cơ đồng bộ, chuyển đổi tín hiệu điều khiển thành các xung điện rời rạc, tạo ra chuyển động góc quay hoặc điều khiển vị trí của rôto Ưu điểm nổi bật của động cơ bước bao gồm chi phí thấp, độ tin cậy cao, mô-men xoắn lớn ở tốc độ thấp và cấu trúc đơn giản, chắc chắn do không sử dụng chổi than.
Một nhược điểm chính của động cơ bước là hiện tượng trượt bước xảy ra khi lực quán tính vượt quá giới hạn, dẫn đến giảm mô-men xoắn khi vận hành ở tốc độ cao.
Động cơ bước là một loại động cơ điện một chiều, hoạt động khi điện áp được áp dụng vào các cực của nó Đặc điểm nổi bật của động cơ bước là khả năng chuyển đổi các xung đầu vào, thường là xung vuông, thành các bước di chuyển chính xác trên trục Mỗi xung làm cho trục quay một góc cố định Cấu tạo của động cơ bước bao gồm stator với nhiều nam châm điện "có răng" xung quanh rotor hình bánh trung tâm, được cấp năng lượng từ mạch điều khiển bên ngoài Để quay trục động cơ, một nam châm điện sẽ được cấp nguồn, từ đó hút các răng tương ứng trên rotor.
Bánh răng thắng hàng với nam châm điện đầu tiên sẽ hơi lệch so với nam châm tiếp theo Khi nam châm điện tiếp theo được bật và sau đó tắt, bánh răng sẽ quay nhẹ để thăng hàng với cái tiếp theo Quá trình này được lặp lại, với mỗi phép quay được gọi là “bước”, và số nguyên các bước thực hiện một vòng quay đầy đủ Nhờ đó, động cơ có thể được quay với một góc chính xác.
Nam châm điện trên stator được tổ chức thành các nhóm, mỗi nhóm gọi là một pha và có số lượng nam châm điện tương đương Số nhóm này do nhà thiết kế động cơ bước quyết định Các nam châm điện trong mỗi nhóm được xen kẽ với các nhóm khác, tạo thành một mô hình sắp xếp đồng nhất, và chúng được cấp năng lượng đồng thời Do đó, động cơ bước với nhiều pha thường yêu cầu nhiều dây dẫn để điều khiển Động cơ trục chính thường sử dụng loại động cơ không đồng bộ 3 pha, được ưa chuộng vì có dải công suất lớn từ vài trăm watt đến vài trăm kilowatt, cùng với chi phí thấp hơn so với động cơ đồng bộ cùng công suất.
Công thức tính tốc độ động cơ:
Trong đó: œ là tốc độ động cơ ƒ là tần số động điện n là số Cặp cực s là hệ số trượt
Biến tần là thiết bị chuyển đổi tần số và điện áp nhằm điều chỉnh tốc độ động cơ Việc sử dụng biến tần mang lại lợi ích là cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ một cách linh hoạt mà không cần đến các hộp số cơ khí phức tạp.
Nguồn điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn điện một chiều thông qua bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờ vào quá trình này, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần luôn đạt giá trị tối thiểu là 0.96 và không phụ thuộc vào tải Điện áp một chiều sau đó được biến đổi ngược lại thành điện áp xoay chiều.
Công đoạn 3 pha đối xứng hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có công cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ vào sự tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực, tần số chuyển mạch xung có thể đạt tới tần số siêu âm, giúp giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.
Với yêu cầu điều khiên tốc độ động cơ trục chính có công suất như trên, lựa chọn biến tần BEST 1,5 kw đáp ứng được yêu cầu
Thông số kỹ thuật của biến tần
- Điện áp đầu vào 220VAC
- Tần số điện áp: 50-60Hz
- Điện áp đầu ra có thê điều chỉnh từ 50VAC - 460VAC
- Cường độ dòng điện định mức 7A
-Giải tần số điều chỉnh 0-1000HZ Điêu khiên tân sô
- Dải tần số 0.0Hz ~ 1000.0Hz độ chính xác 0.01Hz
- Chế độ cải đặt bàn phím: 0.01Hz
- Tín hiệu điện áp bên ngoài 0 ~ 10V
- Tín hiệu dòng ngoài 4 ~ 20mA
- Có thê cài đặt tần số hoạt động tối thiểu, tần số đầu ra tối thiểu, tần số dừng
Kiểm soát tăng tốc và giảm tốc
- Thời gian tăng tốc / giảm tốc bốn bước (0 ~ 3000.0S)
- V/Ƒ Điện áp đầu ra tối thiêu: Có thể thiết lập giá trị điện áp khởi động tối thiêu của đường cong V/F (0 ~ 30%)
- Thiết bị đầu vào đa chức năng: § đầu vào đa chức năng (XI ~ X8), trong đó X8 là đầu vào tốc độ cao
- Đầu ra đa chức năng: có rơ le thường mở và thường đóng
- - Các chức năng khác: AVR chức năng, Phanh DC, tự động thiết lập lại và khởi động lại, có chương trình điều khiển PLC
- Bảo vệ quá tải : quá dòng 150% trong một phút, 200% cắt ngay lập tức
- Bảo vệ quá áp: dòng 220V: DC bus> 400V; 380V: DC bus > 800V;
- Bảo vệ điện áp thấp: dòng 220V: DC bus