ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế và chế tạo máy phay CNC 4 trục tích hợp mô phỏng gia công ảo trên phần mềm NX ( Full bản vẽ + thuyết minh)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế và chế tạo máy phay CNC 4 trục tích hợp mô phỏng gia công ảo trên phần mềm NX Tóm tắt nội dung đồ án Lý do chọn đề tài: Mong muốn áp dụng những kiến thức đã học vào những dự án chế tạo các sản phẩm thực tế. Mục tiêu nghề nghiệp hướng đến chế tạo, gia công và thiết kế máy. Mong muốn làm chủ công nghệ, phát triển tư duy nghiên cứu. ➢ Mục đích nghiên cứu đồ án đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Mục đích nghiên cứu: vận dụng những kiến thức đã học vào tính toán thiết kế máy, tối ưu thiết kế máy, nâng cao kỹ năng thiết kế, phân tích mô phỏng trên các phần mềm. Đối tượng nghiên cứu: Máy phay CNC 4 trục,thiết kế quy trình gia công các chi tiết bằng máy thiết kế. Phạm vi nghiên cứu: Tính toán lý thuyết, ứng dụng các phần mềm để kiểm nghiệm mô hình thiết kế. ➢ Phương pháp nghiên cứu. Dựa trên những cơ sở lý thuyết cũng như nghiên cứu thực tế. Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết về dung sai, đồ gá, sức bền vật liệu, công nghệ chế tạo thực tiễn sản xuất. Phân tích đánh giá lựa chọn phương án thiết kế sao cho đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm và chi phí chế tạo phôi tối ưu. ➢ Kết quả đạt được: Qua quá trình làm đồ án em đã tư duy hệ thống cũng như cách phân tích và triển khai một dư án. Tư quy thiết kế đánh giá sản phẩm, sử dụng và đi sâu vào các phần mềm mô phỏng, xây dựng quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm, trao đổi kiến thức giữa Thầy và trò giúp định hình và phát triển tư duy. ➢ Nội dung đồ án. Nội dung đồ án gồm có 7 chương: Chương 1: Tổng quan về máy CNC . Chương 2: Thiết kế động học và động lực học máy. Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển. Chương 4: Lập quy trình công nghệ gia công các chi tiết đặc trưng. Chương 5: Xây dựng máy ảo và tạo Post Processor trên phần mềm NX. Chương 6: Chương 7: Kết luận.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế và chế tạo máy phay CNC 4 trục tích hợp

mô phỏng gia công ảo trên phần mềm NX

Giảng viên hướng dẫn

Giảng viên phản biện

Viện

: TS Trương Đức Phức : PGS.TS Trương Hoành Sơn : Cơ khí

Chữ ký của GVHD

Chữ ký của GVPB

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I ĐỀ TÀI THIẾT KẾ

Thiết kế và chế tạo máy phay CNC 4 trục tích hợp mô phỏng gia công ảo trên phần mềm

NX

II CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

- Thiết kế máy phay CNC 4 trục từ khung máy cho trước

- Điều kiện sản xuất: Tự do

III NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN

• Tổng quan về máy CNC

• Tính toán thiết kế cơ khí cho máy

• Thiết kế hệ thống điều khiển

• Tạo quy trình công nghệ gia công các chi tiết đặc trưng

• Xây dựng máy ảo và Post Processor trên phần mềm NX

Giảng viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

Viện

: Phạm Tuấn Anh Trương Tiến Dũng Đoàn Sơn Dương Nguyễn Văn Linh : Cơ khí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Khóa: K61 – MSSV: 20160224 Khóa: K61 – MSSV: 20160715 Khóa: K61 – MSSV: 20160817 Khóa: K61 – MSSV: 20162466

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên:

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí – Kỹ thuật Cơ điện tử

Tên đề tài tốt nghiệp: Thiết kế và chế tạo máy phay CNC 4 trục tích hợp mô phỏng gia công ảo trên phần mềm NX

NỘI DUNG NHẬN XÉT

I Khối lượng đồ án:

1 Phần thuyết minh:………trang

2 Phần bản vẽ: bản A0

II Ưu điểm của đồ án

………

………

………

………

………

………

III Nhược điểm của đồ án ………

………

………

………

………

IV Kết luận ………

………

………

………

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Giảng viên hướng dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN CNCTM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Phạm Tuấn Anh

Trương Tiến Dũng

Đoàn Sơn Dương

Nguyễn Văn Linh

Khóa: K61 – MSSV: 20160224 Khóa: K61 – MSSV: 20160715 Khóa: K61 – MSSV: 20160817 Khóa: K61 – MSSV: 20162466

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên:

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí – Kỹ thuật Cơ điện tử

Tên đề tài tốt nghiệp: Thiết kế và chế tạo máy phay CNC 4 trục tích hợp mô phỏng gia công ảo trên phần mềm NX

NỘI DUNG NHẬN XÉT

V Khối lượng đồ án:

3 Phần thuyết minh:………trang

4 Phần bản vẽ: bản A0

VI Ưu điểm của đồ án

………

………

………

………

………

………

VII Nhược điểm của đồ án ………

………

………

………

………

VIII Kết luận ………

………

………

………

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Giảng viên phản biện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN CNCTM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Phạm Tuấn Anh

Trương Tiến Dũng

Đoàn Sơn Dương

Nguyễn Văn Linh

Khóa: K61 – MSSV: 20160224 Khóa: K61 – MSSV: 20160715 Khóa: K61 – MSSV: 20160817 Khóa: K61 – MSSV: 20162466

Lời cảm ơn

Tóm tắt nội dung đồ án

Lý do chọn đề tài:

- Mong muốn áp dụng những kiến thức đã học vào những dự án chế tạo các sản

phẩm thực tế

- Mục tiêu nghề nghiệp hướng đến chế tạo, gia công và thiết kế máy

- Mong muốn làm chủ công nghệ, phát triển tư duy nghiên cứu

➢ Mục đích nghiên cứu đồ án đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Mục đích nghiên cứu: vận dụng những kiến thức đã học vào tính toán thiết kế máy,

tối ưu thiết kế máy, nâng cao kỹ năng thiết kế, phân tích mô phỏng trên các phần mềm

- Đối tượng nghiên cứu: Máy phay CNC 4 trục,thiết kế quy trình gia công các chi

tiết bằng máy thiết kế

- Phạm vi nghiên cứu: Tính toán lý thuyết, ứng dụng các phần mềm để kiểm nghiệm

mô hình thiết kế

➢ Phương pháp nghiên cứu

- Dựa trên những cơ sở lý thuyết cũng như nghiên cứu thực tế

- Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết về dung sai, đồ gá, sức bền vật liệu, công nghệ

chế tạo thực tiễn sản xuất

- Phân tích đánh giá lựa chọn phương án thiết kế sao cho đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

của sản phẩm và chi phí chế tạo phôi tối ưu

➢ Kết quả đạt được:

- Qua quá trình làm đồ án em đã tư duy hệ thống cũng như cách phân tích và triển

khai một dư án Tư quy thiết kế đánh giá sản phẩm, sử dụng và đi sâu vào các phần mềm mô phỏng, xây dựng quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm, trao đổi kiến thức giữa Thầy và trò giúp định hình và phát triển tư duy

➢ Nội dung đồ án

Nội dung đồ án gồm có 7 chương:

- Chương 1: Tổng quan về máy CNC

- Chương 2: Thiết kế động học và động lực học máy

- Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển

- Chương 4: Lập quy trình công nghệ gia công các chi tiết đặc trưng

- Chương 5: Xây dựng máy ảo và tạo Post Processor trên phần mềm NX

- Chương 6:

- Chương 7: Kết luận

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 10

1.1 Khái quát về điều khiển số và lịch sử phát triển của máy CNC 10

1.2 Khái niệm, cấu tạo, phân loại, đặc điểm máy CNC 11

1.2.1 Khái niệm máy CNC 11

1.2.2 Cấu tạo máy CNC 13

1.2.3 Phân loại máy CNC 16

1.2.4 Đặc điểm máy CNC 18

1.3 Đặc điểm của cơ cấu truyền động 20

1.3.1.Trục chính quay vô cấp tốc độ và trục chạy dao điều khiển hành trình tự động 20

1.3.2 Truyền động cho trục chính và các trục công tác khác 23

1.3.3 Những đặc điểm khác về kết cấu 24

1.4 Giới thiệu về máy CNC mini 24

1.5 Ứng dụng của máy CNC 26

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC MÁY 28

2.1 Nguyên lý máy CNC 4 trục 28

2.2 Thiết kế 3D và tính chọn các cơ cấu cho máy 29

2.2.1 Chọn phương án động học cho máy 29

2.2.2 Xây dựng mô hình 3D với kích thước thực của máy bằng NX 31

2.2.3 Sơ đồ động học máy 33

2.2.4 Nguyên lý hoạt động máy thiết kế 35

2.3 Giới thiệu về vật liệu gia công 36

2.4 Lựa chọn các cơ cấu truyền động 37

2.4.1 Vít me đai ốc 37

2.4.2 Phương án dùng bánh răng thanh răng 38

2.4.3 Phương án dùng đai 39

2.5 Thiết kế hệ thống cơ khí cho máy 39

2.5.1 Xác định chế độ làm việc giới hạn 39

2.5.2 Xác định lực cắt khi gia công 41

2.5.3 Xác định công suất của động cơ điện 42

2.5.4 Bộ truyền vít me – đai ốc bi 45

2.5.5 Bộ truyền đai răng 47

2.5.6 Tính chọn ổ bi 50

2.6 Tính toán cụm trục A 50

2.6.1 Chọn mâm cặp và thông số kỹ thuật 51

2.6.2 Bộ truyền đai 52

2.6.3 Tính chọn trục truyền động 53

2.6.4 Tính chọn ổ bi 53

2.6.5 Tính chọn động cơ 54

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 56

3.1 Phần mềm Mach3 56

3.1.1 Tính năng cơ bản của phần mềm Mach3 56

3.1.2 Những hạn chế của phần mềm Mach3 56

3.2 Cài đặt các thông số trong phần mềm Mach3 57

3.2.1 Cài đặt các chân tín hiệu 57

3.2.2 Chọn đơn vị đo của máy 61

3.2.3 Cài đặt thông số động cơ 61

3.3 Các chức năng của phần mềm Mach3 63

3.3.1 Các chức năng chính 63

3.3.2 Các bước chạy file gia công 68

3.4 Sơ đồ cấu trúc điều khiển 69

3.5 Lựa chọn linh kiện điện tử cho máy 70

3.5.1 Board mach3 70

3.5.2 Driver điều khiển động cơ bước DM 542 71

3.5.3 Động cơ bước 73

3.5.4 Động cơ trục chính, biến tần 75

3.5.5 Bộ nguồn 24V20A 78

3.6 Sơ đồ mạch điều khiển 84

3.6.1 Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển Mach3 với driver DM542 84

3.6.2 Sơ đồ đấu nối driver DM542 với động cơ các trục tương ứng 85

3.6.3 Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển với công tắc hành trình, cảm biến HOME và nút Estop 86

3.6.4 Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển với biến tần 87

CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG 88

CHI TIẾT ĐẶC TRƯNG 88

4.1 Quy trình công nghệ gia công chi tiết 2,5D 88

4.1.1 Phân tích chi tiết và thiết lập hình học 88

4.1.2 Tạo chương trình gia công 89

4.1.3.Kết quả đạt được sau các bước gia công 101

4.2 Quy trình công nghệ gia công chi tiết 3D 101

4.2.1 Phân tích chi tiết và thiết lập hình học 101

4.2.2 Tạo chương trình gia công 102

4.2.3.Kết quả đạt được sau các bước gia công 117

4.3 Quy trình công nghệ gia công chi tiết 4D 118

4.3.1 Phân tích chi tiết và thiết lập hình học 118

4.3.2 Tạo chương trình gia công 119

4.3.3 Kết quả sau khi gia công 132

CHƯƠNG 5 XÂY DỰNG MÁY ẢO VÀ TẠO POST PROCESSOR TRÊN PHẦN MỀM NX 133

5.1 Xây dựng máy ảo trên nền tảng PLM 133

5.1.1 Thiết lập cấu trúc máy trong Machine Tool Builder 133

5.1.2 Xác định và thiết lập tọa độ, giới hạn của các thành phần 133

5.1.3 Thiết lập máy vào thư viện 136

5.2 Tạo Post Processor cho máy 137

5.3 Mô phỏng gia công ảo trên phần mềm NX 146

5.3.1 Tiến hành gia công ảo trên phần mềm NX 146

5.3.2 Ưu điểm của mô phỏng máy ảo 147

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC

1.1 Khái quát về điều khiển số và lịch sử phát triển của máy CNC

- Điều khiển số ( numerical control ) ra đời với mục đích điều khiển các quá trình công nghệ gia cắt gọt trên các máy công cụ Về thực chất, đây là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy như ( các máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu hoặc các chi tiết gia công , các kho quản lí phôi và sản phẩm ) trên cơ sở các

dữ liệu được cung cấp dưới dạng ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm các chữ số, số thập phân,số chữ cái và một số kí tự đặc biệt tạo nên một chươngtrình làm việc của thiết bị hay hệ thống

- Trước đây, cũng có các quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo chương trình bằng kĩ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thủy lực, cam hoặc điều khiển bằng mạch logic Ngày nay với việc ứng dụng thành công các thành quả của khoa học công nghệ, nhất là trong lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép các nhà chế tạo máy nghiên cứu và đưa vào máy công cụ các hệ thống điều khiển cho phép thực hiện quá trình gia công một cách linh hoạt hơn, thích ứng với nền sản xuất hiện đại

và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn

- Về mặt khoa học : Trong điều kiện hiện nay, nhờ các tiến bộ khoa học kĩ thuật đã cho phép chúng ta giải quyết các bài toán phức tạp hơn với độ chính xác cao hơn mà trước đây chưa đủ điều kiện hoặc quá phức tạp khiến ta phải bỏ qua một số yếu tố dẫn đến kết quả gần đúng Chính vì vậy đã cho phép các nhà chế tạo máy thiết kế và chế tạo các máy cơ cấu có hiệu suất cao, độ chính xác truyền động cao cũng như những khả năng chuyển động tạo hình phức tạp và chính xác hơn

- Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích về quân sự và hàng không vũ trụ khi mà yêu cầu các chỉ tiêu về chất lượng của máy bay tên lửa xe tăng là cao nhất ( có độ chính xác và độ tin cậy cao nhất, có độ bền và tính hiệu quả cao khi sử dụng ) Ngày nay, lịch sử phát triển NC đã trải qua các quá trình phát triển không ngừng cùng với sự phát triển trong lĩnh vực vi xử lí 4bit, 8bit, 32bit và đến nay đã đạt đến 32bit và cho phép thế hệ sau cao hơn thế hệ trước và mạnh hơn về khả năng lưu trữ và xử lý

- Từ các máy CNC riêng lẻ (CNC Machines - Tools) cho đến sự phát triển cao hơn là các trung tâm gia công CNC (CNC Engineering-center) có các ổ chứa dao lên tới hàng trăm và có thể thực hiện nhiều nguyên công đồng thời hoặc tuần tự trên cùng một vị trí

gá đặt Cùng với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các mạng cục bộ và liên thông phát triển rất nhanh đã tạo điều kiện cho các nhà công nghiệp ứng dụng để kết nối

sự hoạt động của nhiều máy CNC dưới sự quản lí của một máy trung tâm DNC ( Directe

Numerical Control) với mục đích khai thác một cách có hiệu quả nhất như bố trí và sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản xuất và quản lí chất lượng sản phẩm

Hình 1.1 Cấu trúc hệ CNC

Hiện nay, lĩnh vực sản xuất tự động trong chế tạo cơ khí đã phát triển và đạt đến trình độ rất cao như các phân xưởng tự động sản xuất linh hoạt và tổ hợp CIM ( Computer Intergrated Manufacturing) với việc trang bị thêm các robot cấp phôi liệu

và vận chuyển, các hệ thống đo lường và quản lí chất lượng tiên tiến, các kiểu nhà kho hiện đại được đưa vào áp dụng mang lại hiệu quả kinh tế rất đáng kể

1.2 Khái niệm, cấu tạo, phân loại, đặc điểm máy CNC

1.2.1 Khái niệm máy CNC

CNC là viết tắt của cụm từ tiếng anh Computer Numerical Control nghĩa là máy tiện kim loại được điều khiển bằng máy tính Vì thế bộ não của máy CNC là máy tính

Đây không phải là máy tính bình thường mà là máy tính với công suất tính toán cực nhanh Hệ điều hành mà nó sử dụng là Fanuc, Fargor hoặc mazak chứ không phải là Windows hay Mac như các máy tính thông thường

Hình 1.2 Máy CNC

Máy tính này sẽ điều khiển các bộ phận cơ khí để cắt gọt kim loại Chương trình được viết sẵn và được tự động thi hành khi bạn bấm nút star Chương trình này được dịch ra một thứ ngôn ngữ để máy tính có thể hiểu được Sau đó, máy tính chuyển lệnh

từ các chương trình qua các mạch điện tử đến điều khiển các bộ phận cơ khí

a Ưu điểm cơ bản của máy CNC

- So với các máy điều khiển 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 chú yếu theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy

- Độ chính xác lằm 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 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 quan gia công ngắn hơn

b Các ưu điểm khác:

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

- Ít phải dừng máy vì kỹ thuật, do đó chi phí dừng máy nhỏ

- Tiêu hao do kiểm tra ít, giá thành đo kiểm tra giảm

- Thời gian hiệu chỉnh máy nhỏ

- Có thể gia công hàng loạt

c Nhược điểm:

- Giá thành chế tạo máy cao hơn

- Giá thành bảo dưỡng, sữa chữa máy cũng cao hơn

- Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khăn hơn

• Trình độ hiện tại của máy CNC:

Các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện và đạt tốc độ xử

lý cao do tiếp tục ứng dụng nhừng thành tựu phát triển của các bộ vi xử lý up Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lý đa chức năng , dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau Vật mang tin từ bang đục lỗ, bang từ, đĩa từ và tiến tới sử dụng đĩa CD có dung lượng ngày càng lớn, độ tin cậy và tuổi thọ cao Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vài hệ NC để trờ thành hệ thống CNC đã tạo điều kiện ứng dụng máy công cụ CNC ngay cả trong xí nghiệp nhỏ, không có phòng lập trình riêng, nghĩa là người điều khiển máy có thể lập trình trực tiếp ngay trên máy Dữ liệu nhập và, nội dung lưu trữ, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người điều khiển đều được hiển thị trên màn hình

Màn hình ban đầu chỉ là đen trắng với các ký tự chữ cái và các con số nay đã dung màn hình màu đồ họa, độ phân giải cao (có thứ chúng em toán đồ và hình vẽ mô phỏng tĩnh hay động), biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao cụ đều được hiển thị trên màng hình

Các hệ CNC riêng lẻ có thể ghép mạng cục bộ hay mạng mở rộng để quản lý điều hành một cách tổng thể hệ thống sản xuất của một xí nghiệp hay một tập đoàn công nghiệp

1.2.2 Cấu tạo máy CNC

Hình 1.3 Máy CNC trong công nghiệp

Gồm hai phần: Phần thân và Auto Bar

- Phần Auto Bar dùng để chứa phôi và đấy phôi lên bằng hệ thống khí Phôi có thể

được cấp tự động hoặc do người công nhân gá vào bàn máy

- Phần thân: Có công dụng để đỡ các bộ phận của máy CNC

+ Nắp đậy: Khi làm việc, dầu cắt phun vào nơi tiếp xúc giữa phôi và công cụ và bay tung tóe khắp buồn làm việc Nếu bạn không đậy nắp này lại, dầu có thể dính

vào người bạn Vì lí do an toàn, phải đảm bảo nắp đậy trước khi xả dầu cắt

+ Bảng cảnh báo: Hình ảnh trên bảng cảnh báo trong trường hợp này nhắc bạn rằng nếu bạn không đóng nắp đậy, có thể có những vật bay từ buồn làm việc ra và

trúng vào người bạn

+ Ống phun dầu: phun dầu cắt giữa nơi tiếp xúc giữa phôi và lưỡi dao để quá trình gia công có thể diễn ra Dầu cắt có 2 tác dụng: Giảm độ mài mòn của lưỡi dao và

làm mát

+ Các ụ dao: chứa các Holder

+ Ống đỡ phôi: ngậm phôi thông qua bush

+ Bàn phím nhập dữ liệu: Nơi nhập các câu lệnh dưới dạng mã G và mã M + Bảng điều khiển: Gồm các nút bấm để điều khiển máy

+ Băng truyền: Khi băng truyền chạy, nó nhặt chip dụng rơi xuống và vận chuyển

ra ngoài Chip là những mảnh dụng rơi ra khi dao gia công trên thanh phôi

+ Nơi châm dầu làm mát: Dầu này để làm mát các chi tiết cơ khí trong máy Dầu

này khác với dầu cắt Dầu cắt được đưa vào máy trực tiếp qua buồng làm việc

+ Chức năng của máy CNC là cắt gọt kim loại, nghĩa là bạn đưa thanh thép hình

trụ (phôi) vào máy CNC, máy sẽ gia công để tạo hình sản phẩm

+ Chức năng của máy CNC là cắt gọt kim loại, nghĩa là bạn đưa thanh thép hình

trụ (phôi) vào máy CNC, máy sẽ gia công để tạo hình sản phẩm

Hình 1.4 Dao tiện

+ Các máy CNC, nhất là các máy thế hệ mới, có thể có thêm những dạng chuyển động khác nữa, 3 dạng chuyển động trên là phổ biến nhất và về nguyên tắc, đủ

để lập trình gia công bất cứ biên dạng hình học nào (nhiều phần mềm CAM thậm chí chỉ dùng 2 chuyển động: nội suy tuyến tính và cung tròn để sinh tất cả các

chương trình gia công)

+ Các máy CNC, nhất là các máy thế hệ mới, có thể có thêm những dạng chuyển động khác nữa, 3 dạng chuyển động trên là phổ biến nhất và về nguyên tắc, đủ

để lập trình gia công bất cứ biên dạng hình học nào (nhiều phần mềm CAM thậm chí chỉ dùng 2 chuyển động: nội suy tuyến tính và cung tròn để sinh tất cả các

chương trình gia công)

• Chạy nhanh (hay còn gọi là định vị)

Hầu như tất cả các máy CNC đều dùng lệnh G00 (hoặc G0) để thực hiện chạy nhanh Trong lệnh phải có các tọa độ đích Với lệnh này chuyển động tuyến tính của bàn (hoặc đầu dao) sẽ đạt giá trị tối đa có thể có của máy Chúng được dùng để giảm thiểu thời gian chạy không tải (không cắt) trong quá trình gia công Các ví dụ của chuyển động nhanh như định vị dao vào và ra khỏi vị trí cắt, chạy tránh đồ kẹp và các chướng ngại khác hay nói chung Các máy CNC hiện đại có thể đạt tốc độ chạy nhanh rất cao, ví dụ có máy tới 250m/ph Vì vậy khi vận hành máy cần hết sức cẩn trọng và kiểm tra kỹ lưỡng các lệnh nhanh Nếu không sự cố cũng chẳng khác gì bạn lái xe đâm vào xe khác vậy Rất may là các bộ điều khiển CNC đều có chức năng giành kiểm soát lệnh này (làm chậm lại) giúp chúng ta kiểm tra chương trình dễ dàng hơn

• Chuyển động thẳng

Lệnh G01 (hoặc G1) được dùng để xác định tốc độ cắt (ăn dao hay chạy bàn) theo đường thẳng (feed rate) Trên trung tâm gia công tốc độ cắt (lưu ý phân biệt với vận tốc cắt là vận tốc dài của mũi dao so với phôi) được đo bằng mm/phút (mm/min) hoặc inch/phút (in/min, IPM) Với trung tâm tiện, tốc độ cắt còn được đo bằng mm/vòng hay inch/vòng (mm/rev, in/rev)

• Chuyển động tròn

Hai lệnh G được dùng cho chuyển động tròn G02 chỉ chuyển động tròn thuận chiều kim đồng hồ (TCKĐH) và G03 thực hiện chuyển động tròn ngược chiệu kim đồng hồ (NCKĐH) Trong dòng lệnh này, giá trị đi sau R chỉ bán kính cung tròn Thay vì dùng ký hiệu bán kính R, trên một số bộ điều khiển CNC cũ, các véc tơ hướng (ký hiệu bới I, J, K) cho biết vị trí tâm của cung tròn Bởi vậy bạn cũng cần kiểm tra các tài liệu hướng dẫn đi cùng máy để biết mình làm việc với hệ thống nào

1.2.3 Phân loại máy CNC

Phát triển nhanh chóng với những tiến bộ trong máy tính, ta có thế bắt gặp CNC dưới dạng:

- Máy điêu khắc 3D và nhiều loại máy công cụ công nghiệp khác

- Máy CNC phân ra nhiều loại : 3 trục, 4 trục, 5 trục, phay 5 trục, tiện 5 trục có

ba trục cơ bản XYZ, các trục còn lại được hiểu là quay quanh trục Z, trục X, trục Y

Hình 1.5 Máy phay gỗ

Hình 1.6 Máy tiện

Hình 1.7 Máy cắt Plasma

Các máy điều khiển điểm tới điểm:

- Máy khoan, khoét, máy hàn điểm, máy đột, dập…

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

1.2.4 Đặc điểm máy CNC

a Tính năng tự động cao

Máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức độ tự động được nâng cao vượt bậc Tuỳ từng mức độ tự động, máy CNC có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chuyển động khác nhau, có thể tự động thay dao, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa dao và chi tiết, tự động tưới nguội, tự động hút phoi ra khỏi khu vực cắt

b Tính năng linh hoạt cao

Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng với các loại chi tiết khác nhau Do đó rút ngắn được thời gian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện thuận lơi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết đã có chương trình Vì thế, không cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, mà chỉ giữ lấy chương trình của chi tiết đó Máy CNC gia công được những chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng một cách linh hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi

và điều quan trọng nhất là việc lập trình gia công 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 …

c Tính năng tập trung nguyên công

Đa số các máy CNC có thể thực hiện số lượng lớn các nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết Từ khả năng tập trung các nguyên công, các máy CNC đã được phát triển thành các trung tâm gia công CNC

d Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao

Giảm được hư hỏng do sai sót của con người.Đồng thời cũng giảm được cường độ chú ý của con người khi làm việc.Có khả năng gia công chính xác hàng loạt.Độ chính xác lặp lại, đặc trưng cho mức độ ổn định trong suốt quá trình gia công là điểm ưu việt tuyệt đối của máy CNC.Máy CNC với hệ thống điều khiển khép kín có khả năng gia công được những chi tiết chính xác cả về hình dáng đến kích thước Những đặc điểm này thuận tiện cho việclắp lẫn, giảm khả năng tổn thất phôi liệu ở mức thấp nhất

e Gia công biên dạng phức tạp

Máy CNC là máy duy nhất có thể gia công chính xác và nhanh các chi tiết có hình dáng phức tạp như các bề mặt 3 chiều

Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao:

- Cải thiện tuổi bền dao nhờ điều kiện cắt tối ưu Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt, đồ gá và các phụ tùng khác

- Giảm phế phẩm

- Tiết kiệm tiền thuê mướn lao động do không cần yêu cầu kỹ năng nghề nghiệp nhưng năng suất gia công cao hơn

- Sử dụng lại chương trình gia công

- Giảm thời gian sản xuất

- Thời gian sử dụng máy nhiều hơn nhờ vào giảm thời gian dừng máy

- Giảm thời gian kiểm tra vì máy CNC sản xuất chi tiết chất lượng đồng nhất

- CNC có thể thay đổi nhanh chóng từ việc gia công loại chi tiết này sang loại khác với thời gian chuẩn bị thấp nhất

Tuy nhiên máy CNC không phải không có những hạn chế Dưới đây là một số hạn chế:

- Sự đầu tư ban đầu cao: Nhược điểm lớn nhất trong việc sử dụng máy CNC là tiền vốn đầu tư ban đầu cao cùng với chi phí lắp đặt

- Yêu cầu bảo dưỡng cao: Máy CNC là thiết bị kỹ thuật cao và hệ thống cơ khí, điện của nó rất phức tạp Để máy gia công được chính xác cần thường xuyên bảo dưỡng Người bảo dưỡng phải tinh thông cả về cơ và điện

- Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản

• Khả năng công nghệ của một số máy CNC điển hình:

Hình 1.1 Khả năng công nghệ của phay, tiện CNC

1.3 Đặc điểm của cơ cấu truyền động

1.3.1.Trục chính quay vô cấp tốc độ và trục chạy dao điều khiển hành trình tự động

Khác với máy công cụ thường, trên đó trục chính cũng như trục chạy dao chỉ được điều khiển bằng tay với những giá trị tốc độ hạn chế, máy công cụ CNC nhất thiết phải

có trục chính điều khiển vô cấp tốc độ và trục chạy dao có truyền động độc lập, có thể điều khiển và điều chỉnh một cách tự động Máy tiện CNC có tối thiểu 2 trục chạy dao điều khiển và điều chỉnh được, trục được đặt theo trục X và trục Z

Hình 1.9 Các trục CNC được điều khiển trên máy tiện

Máy phay CNC có tối thiểu 3 trục chạy dao điều khiển và điều chỉnh được, trục đặt theo các trục X, Y, Z

Hình 1.10 Các trục CNC điều khiển được trên máy phay

Ngoài các chuyển động thẳng, dọc theo các trục X, Y và Z còn có thêm các chuyển động quay điều khiển được quay xung quanh các trục này Những trục quay này cũng

có khả năng tự động điều chỉnh, khiến cho bàn máy, ụ trục chính và giá dao có thể quay độc lập với các trục chạy dao, chúng được kí hiệu bằng kí tự A, B,C

Hình 1.11: Trục chạy dao và trục quay trong hệ tọa độ Đề-các

Đôi khi việc gia công còn đòi hỏi thêm các trục chạy dao mở rộng điều khiển được, trong trường hợp đó, chúng được kí hiệu bởi kí tự U,V và W

Khi gia công, các bàn trượt mang dao hoặc chi tiết sẽ dịch động truyền động chạy dao Do độ chính xác tuyệt đối và độ chính xác lặp lại cao trong công nghệ chế tạo mà những yêu cầu đặt ra đối với hệ truyền động chạy dao cũng rất cao Mỗi trục chạy dao phải thực hiện dịch chuyển với tốc độ chạy dao lớn đồng thời phải có thời gian định vị nhỏ Để thỏa mãn được đòi hỏi này, các hệ truyền động chạy dao hiện đại được cấu thành từ những bộ phận sau đây:

- Động cơ, khớp nối cơ khí chống quá tải và bộ phận điều khiển điện tử đi kèm;

- Trục vít me bi truyền lực tuyệt đối không có khe hở;

- Bộ đo hay đo đường dịch chuyển thường lắp trên đầu mút của trục;

- Khuếch đại công suất với các giao diện tương tự (analog) hoặc giao diện số (digital) kết hợp với hệ điều khiển CNC

Hình 1.12: Hệ thống truyền động chạy dao với trục vít me bi

Nhằm đo được các vị trí chính xác, các hệ truyền động chạy dao thường được kết nối với thiết bị đo Mỗi trục điều khiển của máy CNC cần có một hệ thống đo đường dịch chuyển độc lập, có thể xử lí đánh giá tự động các tín hiệu đo lường Độ phân giải thường dùng khi đo chiều dài là 0,001 mm, chỉ riêng trục X ở máy tiện là có độ phân giải 0,0005 mm và ở máy mài chính xác là cần đến độ phân giải 0,0001

Chi tiết đại diện thường là bộ trục vít me bi Khi trục vít me quay nhờ động cơ dẫn động thì đai ốc lồng bi không khe hở chuyển động dọc theo trục mang theo bàn kẹp dao hoặc chi tiết chạy trên bệ máy có sống trượt dẫn hướng Việc truyền lực ít ma sát từ trục vít me đến bàn trượt đạt được là nhờ hệ thống bi

1 Đai ốc bi

2 Vòng cách để điều chỉnh khe hở

Những khả năng kết cấu cơ khí khác có thể là bộ truyền thanh răng/bánh răng hoặc vít me đai ốc Đối với độ chính xác thấp hơn, ta còn có thể sử dụng hệ truyền động thủy lực

Nguồn dầu áp lực dùng để cung cấp cho hệ thống thủy lực thực hiện truyền động bàn máy mâm cặp… Hệ thống cung cấp dầu áp lực gồm các thành phần cơ bản như sau: Bơm, động cơ điện, thùng chữa dầu, bình tích áp, lọc, van một chiều, van áp suất

Ở các hệ điều khiển CNC hiện đại các sai số gia công của trục vít me bi sẽ được khắc phục nhờ khả năng khử sai lệch bước vít Các sai lệch này sẽ được hệ thống đo lazer thu thập và chuyển tới hệ điều khiển CNC xử lí

1.3.2 Truyền động cho trục chính và các trục công tác khác

Truyền động trục chính của máy CNC phải được thực hiện bởi một động cơ dẫn động phù hợp, cung cấp đủ công suất cắt gọt cho trục chính công tác khi gia công chi tiết Những tổn thất do ma sát xuất hiện trong các bộ phận cơ khí của máy cũng như hiệu suất tác dụng của máy CNC phải được xác định Hệ thống truyền động trục chính yêu cầu phải có độ cứng vững cao nghĩa là momen quay phải đảm bảo trong mọi trường hợp, ngay cả khi các lực gia công lớn, mọi vị trí vẫn giữ ổn đinh Ngoài ra, hệ truyền động cần phải có đặc tính động học đủ lớn để nó có thể thay đổi tốc dộ một cách nhanh chóng

mà không gây rung động

Trục chính công tác, và có thể cả các trục chạy dao trên máy công cụ CNC, trước đây thường được dẫn động bởi động cơ dòng một chiều Để ổn định tốc độ cắt, ví dụ khi tiện các đường kính khác nhau, thường yêu cầu số vòng quay của các động cơ này phải

có thể điều chỉnh được vô cấp trong một phạm vi xác định Nhưng động cơ dòng một chiều có nhược điểm là chổi than dễ mòn, cứ sau một khoảng thời gian lại phải kiểm tra

và trong những trường hợp nhất định chúng ra buộc phải thay thế chúng

Nhờ sự phát triển ngày càng cao của việc chế tạo các linh kiện vi điện tử, ngày nay các động cơ dòng xoay chiều thường được sử dụng hơn Nhược điểm cố hữu của chúng

là điều chỉnh số vòng quay phức tạp, nhưng có các hệ điều khiển điện tử hiện đại mà điều đó có thể bỏ qua không đáng quan tâm nữa Có hai loại động cơ dòng xoay chiều khác nhau: động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ Chúng đều có ưu điểm cơ bản

so với động cơ dòng một chiều là với cùng một kích thước, các động cơ xoay chiều đạt được momen lớn hơn Ngoài ra, chúng có thể có số vòng quay lớn gấp ba và công suất cũng cao hơn nhiều Những động cơ này làm việc không cần chổi than không cần cổ góp hay vòng cảm ứng và do đó rất dễ bảo trì, ít phải sửa chữa

Hình 1.14: Sơ đồ truyền động cho trục chính máy tiện

Để đảm bảo tính lắp dẫn vẫn cao khi sử dụng nhiều loại phương tiện gá kẹp khác nhau, kết cấu đầu trục chính được tiêu chuẩn hóa Trên máy CNC, trục chính công tác

cũng như nhiều bộ phận khác do phải chịu gia tốc cao (từ 10 đến 40 m/s2) và chịu tải công suất cắt lớn nên thường có kết cấu kích thước vững chắc hơn các máy công cụ thông thường

• Đường dẫn hướng cho bàn trượt phải chịu mòn và ít ma sát:

Độ chính xác điều khiển điện tử chỉ có hiệu quả hoàn toàn với các chuyển động của dao cắt, khi ma sát giữa bàn trượt và đướng hướng là nhỏ nhất và các bề mặt dịch động trực đối không bị mài mòn Bởi vậy trên máy CNC, các đường hướng thương được phủ lớp vật liệu nhân tạo hoặc được tôi cứng và mài cẩn thận

• Bôi trơn tập trung:

Do hiệu suất hoạt động của máy cao nên cần có kĩ thuật bôi trơn tốt hơn Bởi vậy, các bộ phận như đường hướng của bàn trượt, trục chính công tác và các vị trí ổ đỡ chính xác của máy được bôi trơn tự động nhờ thiết bị bôi trơn tập trung

1.4 Giới thiệu về máy CNC mini

Máy CNC mini là dòng máy CNC cỡ nhỏ Chuyên dùng khắc những vật kích thước nhỏ như đồ trang sức Máy làm việc tốt trên rất nhiều vật liệu như Gỗ, mica, nhựa, mạch in

Máy phay CNC mini có thể được chia làm 2 loại là máy phay và máy tiện CNC mini Một máy CNC với một số tính năng độc đáo, chẳng hạn như đơn giản và độ tin cậy,

là được phát triển để nghiên cứu điều khiển số bằng máy tính và phần mềm liên quan của nó

Các máy đặc biệt hữu ích cho mục đích giáo dục và nghiên cứu, và nó rất dễ tích hợp với các hệ thống sản xuất khác Nó cũng có thể được sử dụng để giới thiệu khía cạnh CNC của các hệ thống CAM mà không có quá nhiều phức tạp hiện diện trong thương mại hệ thống

• Một số loại máy CNC mini:

Hình 1.15 Máy CNC mini 3 trục

Hình 1.16 Máy phay CNC 4 trục

1.5 Ứng dụng của máy CNC

Tính năng ưu việt của máy CNC cho phép gia công nhiều loại, an toàn, tiếng ồn nhỏ, năng suất cao và vận hành dễ dàng hơn Máy CNC có độ chính xác cao nên sản phẩm

có giá trị cao và giá trị cao, sản phẩm có chất lượng đồng đều Đây là yếu tố quan trọng

và cần thiết nhất trong sản xuất Kĩ thuật tự động của máy CNC giảm thiểu tối đa sai sót cho sản phẩm, cho nên có ưng đụng rất đa dạng trong mọi hoạt động sản xuất

Ứng dụng sản xuất bàn ghế, tủ gỗ, cửa gỗ các thiết bị nội thất khắc bằng gỗ, với máy CNC những khó khăn khi xử lý các đường cong hay gấp khúc, các mô hình 3D giờ đây

đã trở nên dễ dàng Việc khắc trên gỗ, inox, mika, nhôm hay đá, thủy tinh cũng trở nên đơn giản nhanh chóng chính xác và tiện lợi mang lại hiệu quả kinh tế cao Các sản phẩm từ máy CNC mang tính thẩm mỹ cao, sắc xảo và bắt mắt

- Khắc cắt hoạ tiết, hoa văn, hình ảnh 3D, làm bảng hiệu, quảng cáo

- Khắc và cắt trên các loại gỗ, trên mica, làm mô hình

- Khắc trên pha lê, thủy tinh, kiếng, đá

- Khắc họa tiết, hoa văn trên các sản phẩm qùa tặng, kỷ niệm chương

- Cắt giấy làm thiệp không bị cháy, đẹp mỹ thuật và hiệu qủa

- Khắc logo thương hiệu, cắt vải không bị tưa…

- Ứng dụng của máy CNC trong việc cắt vi mạch điện tử không còn mới, song để áp dụng thành công đòi hỏi phải có được lập trình chính xác tuyệt đối

- Ứng dụng trên board mạch của máy tính, máy tính bảng và các thiết bị điện thoại thông minh (smartphone); cụ thể là board mạch của máy tính Apple, IPad và Iphone

Phương pháp sửa chữa mainboard của máy tính và điện thoại được áp dụng phổ biến hiện nay là máy khò và máy hàn Nói một cách đơn giản đó là việc dùng nhiệt độ từ máy khò để tác động lên chip

Với xu thế thiết kế ngày càng mỏng và nhẹ của các thiết bị, đòi hỏi cấu trúc của mainboard ngày càng mỏng manh Việc gia nhiệt với một nhiệt độ rất cao (trung bình là

300 độ C) trên thân mainboard là một việc ngày càng nguy hiểm đối với tất cả các linh kiện khác trên mainboard mà KTV không thể kiểm soát được

Đúc kết từ quá trình sửa chữa các thiết bị của Apple, chúng tôi nhận thấy rằng, hầu hết các thiết bị có lỗi của chip A4, A5, A6, A6X, A7, lỗi ổ cứng … khi sử dụng máy khò truyền thống đều không hiệu quả, tỷ lệ thành công không cao, di chứng để lại nhiều

do bị lan nhiệt sang các con chip gần chip bị khò ra

Vậy vấn đề mấu chốt ở đây là kiểm soát nhiệt độ Sử dụng máy CNC để cắt và mài toàn bộ con chip lỗi mà không cần phải gia nhiệt lên thân mainboard; sau đó hàn chip mới vào main, nhiệt độ mainboard phải chịu không đáng kể

Việc lập trình tự động cho máy CNC chạy trên chip của thiết bị điện tử đòi hỏi sự chính xác tuyệt đối, lập trình như thế nào để máy gọt hở chân IC mà không cần phải dọn keo, chỉ việc đóng IC mới đã thách thức chúng tôi trong một khoảng thời gian dài Hiện tại, Handheld Care Centre đã ứng dụng thành công máy CNC trong công việc của mình trên tất cả các chip lớn trên mainboard của MacBook, ipad và iphone Từ đây

mở ra được một hướng giải quyết một cách an toàn nhất cho việc sửa chữa và thay thế linh kiện trên mạch

- Sản xuất, chế tạo các chi tiết cơ khí chính xác, bền đẹp, hiệu quả sử dụng cao, cả với nhưng chi tiết phức tạp, đơn chiếc

- Các chi tiết cơ khí loại đủ loại lớn,vừa, nhỏ nhiều chủng loại, phù hợp sản xuất hàng loạt hàng khối, tính công nghiệp cao

➢ Từ việc phân tích và với những kiến thức đã được học chúng chúng em lựa chọn

đề tài tốt nghiệp là “thiết kế mô hình máy phay CNC 4 trục” phay trên các loại vật liệu như nhôm, gỗ và mica

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC MÁY

2.1 Nguyên lý máy CNC 4 trục

Máy CNC 4 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 kích hoạt máy hoạt động thì trục chính sẽ di chuyển theo chiều Z lên xuống

và kết hợp chuyển động trượt theo trục X Trong khi đó bàn máy giữ sản phẩm và di chuyển theo trục Y kết hợp với trục Z để đưa lưỡi cắt đến những bền mặt muốn gia công của sản phẩm Trục A có khả năng giữ phôi và cho phôi quay tròn theo ý muốn để đáp ứng các yêu cầu cần gia công như sản phẩm có bề mặt trụ tròn v.v

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy CNC 4 trục

2.2 Thiết kế 3D và tính chọn các cơ cấu cho máy

2.2.1 Chọn phương án động học cho máy

- 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 với trục Y

- Trên trục Z có bắt các cơ cấu bắt động cơ chạy di chuyển bút vẽ Trục Z trượt trên trục X nên trên bộ phận trượt trục X có các thanh trượt, động cơ, cơ cấu truyền động cho trục Z

- Trên bệ đỡ có các thanh trượt trục Y và phôi cần gia công

Hình 2.2 Phương án 1

b Phương án phôi di chuyển trên trục Y, dụng cụ gia công di chuyển trên trục X và Z

c Phương án bàn máy mang phôi di chuyển theo trục X, Y

2.2.2 Xây dựng mô hình 3D với kích thước thực của máy bằng NX

Xây dựng hệ khung bệ máy CNC 4 trục dựa trên kích thước thực của xác máy CNC Khung máy:

Hình 2.5 Khung máy thiết kế

Bàn xoay (trục thứ 4):

Hình 2.6 Cụm trục xoay

Cụm trục chính:

Hình 2.7 Cụm trục chính

Cụm truyền động trục X:

Hình 2.8 Cụm truyền động trục X

Kết cấu toàn máy:

Hình 2.9 Kết cấu toàn máy

2.2.3 Sơ đồ động học máy

Phương án sử dụng vit – đai ốc:

Hình 2.10 Sơ đồ động học máy sử dụng vít me – đai ốc

• Ưu điểm của bộ truyền vít me – đai ốc:

- Bộ truyền vít 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 tỷ 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 chuyền chậm, chính xác cao

• Nhược điểm của bộ truyền vít – đai ốc:

-

-

Phương án sử dụng bộ truyền đai:

Hình 2.11 Sơ đồ động học máy sử dụng bộ truyền đai

• Ưu điểm của bộ truyền sử dụng bộ truyền đai:

-

-

-

-

-

• Nhược điểm của bộ truyền sử dụng bộ truyền đai:

-

-

-

-

➢ Từ việc phân tích các ưu – nhược điểm chúng em lựa chọn phương án nguyên lý thiết kế sử dụng bộ truyền vit – đai ốc

2.2.4 Nguyên lý hoạt động máy thiết kế

Máy CNC 4 trục có cấu tạo gồm 1 bàn gá sản phẩm, 1 trục chính(spindle) quay ở tốc độ cao gắn các loại dao cụ để thực hiện gia công và các trục X,Y,Z,A Khi cấp điện cho các động cơ gắn vào các trục và thông qua bộ truyền vitme trục Y sẽ di chuyển kéo theo trục X và Z di chuyển theo Động cơ gắn vào trục X khi được khởi động sẽ dẫn động kéo cho Z di chuyển đến một vị trí xác định Khi động cơ gắn trên trục Z được khởi động sẽ kéo theo sự dịch chuyển lên xuống của động cơ trục chính( spindle) gắn dao cụ gia công khiến tạo ra chiều sâu cắt nhất định

Động cơ trục thứ 4 khi hoạt động sẽ làm cho phôi quay tròn và tạo nên những đường cắt 4D

-

-

-

-

-

2.3 Giới thiệu về vật liệu gia công

Nhôm là 1 nguyên tố hóa học tròn bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Al và số hiệu nguyên tử bằng 13

Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ 3 (sau O và Si), và là kim loại phổ biến nhất trong

vỏ Trái Đất Nhôm chiếm khoảng 8% khối lớp rắn của Trái Đất, thường được tìm thấy

ở dạng hợp chất trong hơn 270 loại khoáng vật khác nhau, quặng chính chứa nhôm là boxit

Hình 2.12 Mẫu vật liệu và sản phẩm sau gia công

Nhôm nguyên chất có sức chịu kép thấp, nhưng tạo ra các hợp kim với nhiều nguyên

tố như Cu, Zn, Mg, Mn, Si,… Khi được gia công cơ nhiệt, các hợp kim nhôm này có các thuộc tính cơ học tăng lên đáng kể

Một số ứng dụng chính của nhôm như:

-

do tỷ lệ sức bền cao trên cùng khối lượng

-

-

-

-

-

-

-

2.4 Lựa chọn các cơ cấu truyền động

- Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của trục vit, một vòng quay của động cơ sẽ làm đai ốc di chuyển một đoạn bằng bước ren của trục vít, vì vậy tốc độ di chuyển của bộ phận trượt ở phương án này là chậm và có độ chính xác khi chuyển động không cao vì có độ rơ của đai ốc Dùng động cơ bước có bước góc càng nhỏ và trục ren có bước ren càng nhỏ thì độ chính xác di chuyển càng cao

- Một số ưu điểm khác là tạo ra lực đẩy lớn khi gia công mẫu vật Phương án này được dùng trong các máy CNC công nghiệp, gia công các loại vật lệu cứng, kích thước lớn …

b) Vít me đai ốc bi

Hình 2.14 Vít me đai ốc bi

Đây là dạng vít me đai ốc thay vì ma sát trượt thông thường tiếp xúc giữa vit me và đai ốc thong qua các viên bi, được chuyển thành ma sát lăn

- 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 vitme và đai ốc

- Trên đây là kết cấu của bộ truyền vít me đai ốc bi Tuy có kết cấu đa dạng nhưng các thành phần chủ yếu của bộ truyền bao gồm: vít me; đai ốc ; các viên bi; và rãnh hồi

bi

Vấn đề quan tâm trong bộ truyền vit me – đai ốc bi đó là dạng profin răng vit me và đai ốc profin răng vít me dạng chữ nhật và hình thang là chế tạo đơn giản hơn cả nhưng khả năng chịu tải kém Để tăng khả năng chịu tải, người ta tăng bề mặt làm việc bằng cách chế tạo profin dạng tròn

Một vấn đề cũng rất quan trọng trong kết cấu của bộ truyền đó là kết cấu của rãnh hồi bi; rãnh hồi bi có thể là dạng ống, hoặc là dạng theo lỗ khoan trong đai ốc hoặc là dạng rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp

Rãnh hồi bi dạng ống có nhược điểm là tăng kích thước bộ chuyền, độ bền mòn của đầu ống thấp, kẹp chặt ống có độ tin cậy không cao

Rãnh hồi bi theo lỗ khoan trên đai ốc có ưu điểm là kết cấu gọn và tính công nghệ tốt song khả năng tách thành nhiều nhóm hồi bị khó khăn Rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp: là dạng hồi bi được dung nhiều hơn cả, có kích thước gọn nhất, không bị mòm nhanh, độ tin cậy cao và chiều dài rãnh hồi bi lớn

2.4.2 Phương án dùng bánh răng thanh răng

Trong bộ truyền này răng của bánh răng và thanh răng có thể là thẳng hoặc nghiêng Đối với bộ truyền bánh răng – thanh răng phẳng, góc nghiêng của răng trên bánh răng

và thanh răng phải bằng nhau Ngoài ra cần chú ý chiều xoắn của răng trên bánh răng

và thanh răng để có thể ăn khớp được

Bánh răng quay 1 vòng làm thanh răng đi πmZ m là mô đun của thanh răng theo phương chuyển động của thanh răng, hay mô đun của bánh răng trong mặt phẳng vuông góc với trục quay của bánh rang Z là số răng của bánh răng Một số trường hợp:

- Bánh răng quay, thanh răng tịnh tiến

- Thanh răng cố định, bánh răng vừa quay vừa tịnh tiến Đường sắt thanh răng, bàn

xe dao máy tiện là trường hợp này Một điểm trên vòng lăn của bánh răng vạch

ra đường xycloit Bánh răng cố định, thanh răng vừa quay vừa tịnh tiến.Một điểm trên đường lăn của thanh răng vạch ra đường thân khai vòng tròn

- Thanh răng ngắn cố định, di chuyển của con trượt mang bánh răng sẽ làm thanh răng dài di chuyển với vận tốc bằng hai lần vận tốc của con trượt mang bánh răng.

Có thể tránh việc chế tạo thanh răng bằng cách thay bánh răng bằng bánh xích và thanh răng bằng xích (xích truyền động) Xích được đặt trong rãnh và chốt xích được thay bằng chốt dài hơn để cố định xích với rãnh

2.4.3 Phương án dùng đai

Hai đầu của đai được dặt vừa vào hai puli có cùng kích thước răng với đai Một cái bắt chặt vào trục động cơ, còn cái còn lại bắt vào trục quay tự do ở phía dọc theo chiều của trục được dẫn động Một phần của đai được gắn chặt với bộ phận của phần trượt khi động cơ quay, toàn bộ đai dịch chuyển và kéo theo các bộ phận đó di chuyển Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ động cơ và đường kính của puli một vòng của trục động cơ sẽ làm bộ phận trượt di chuyển một đoạn bằng với chu vi của puli (thường là 20 – 30 mmm) Rõ ràng phương án này có tốc độ di chuyển nhanh hơn rất nhiều

Nhưng đổi lại, độ chính xác di chuyển sẽ thấp có thể những sai lệch khi gia công Và lực đẩy nhỏ nên khi gặp tải lớn sẽ bị trượt bước hoặc dãn đai

➢ Kết luận:

Chọn phương án phôi cố định dung vít me đai ốc bi làm cơ cấu chuyển động Nhóm quyết định chọn phương án này vì thiết kế cơ khí đơn giản.Đảm bảo được các yêu cầu một máy CNC ở mức độ mô hình ứng dụng học tập sử dụng vít me đai ốc bi làm cho các trục di chuyển dễ dàng hơn

2.5 Thiết kế hệ thống cơ khí cho máy

2.5.1 Xác định chế độ làm việc giới hạn

- Chế độ cắt cực đại

-

𝑡𝑚𝑎𝑥 = 𝐶3 √𝑑𝑚𝑎𝑥Trong đó: C=0,75

𝑑𝑚𝑎𝑥: đườ𝑛𝑔 𝑘í𝑛ℎ 𝑑𝑎𝑜

Ta có:

𝑡𝑚𝑎𝑥 = 0,753 √10 ≈ 1,33 𝑚𝑚

Do đó chế độ cắt này thường dùng để tham khảo Chế độ cắt thích hợp hơn là chế độ cắt tính toán dựa vào quy trình công nghệ hợp lý gia công với năng suất cao dựa theo công thức ở nguyên lý cắt

𝐶𝑣, m, x, y, u, p, q : Các hệ số mũ

T: chu kỳ bền của dao

Kv: Hệ số điều chỉnh, xác định theo công thức sau:

Kv=Kmv.Knv.Kuv

Với

𝐾

𝐾

𝐾

STCNCTM 2)

Sử dụng dao phay ngón bằng thép hợp kim với các thông số như sau: