Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình máy phay cnc có trục thứ 4 phục vụ học tập

Phương án nghiên cứu, tiến hành Phân tích các phương án động học của máy, lựa chọn dạng máy theo phương án bàn máy di chuyển theo trục X và Y, sau đó tiến hành vẽ lại các chi tiết.. Chí

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT CƠ KHÍ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

MÁY PHAY CNC CÓ TRỤC THỨ 4 PHỤC VỤ HỌC TẬP

TRỊNH ĐỨC TÀI PHẠM TRẦN MINH TRUNG

S K L 0 1 1 0 4 5

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 8 năm 2023

SVTH: HUỲNH TRƯƠNG KHẢ DUY GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG HIẾU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

MÁY PHAY CNC CÓ TRỤC THỨ 4 PHỤC VỤ HỌC TẬP”

Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN TRỌNG HIẾU Sinh viên thực hiện: HUỲNH TRƯƠNG KHẢ DUY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

MÁY PHAY CNC CÓ TRỤC THỨ 4 PHỤC VỤ HỌC TẬP”

Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN TRỌNG HIẾU Sinh viên thực hiện: HUỲNH TRƯƠNG KHẢ DUY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Trọng Hiếu

Sinh viên thực hiện:

Huỳnh Trương Khả Duy MSSV: 19144102 Điện thoại: 0938.160.605

Phạm Trần Minh Trung MSSV: 19144009 Điện thoại: 0986.032.771

1 Mã số đề tài: 22223DT262

Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình máy phay CNC có trục thứ 4 phục vụ

học tập

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Khung máy kế thừa

- Không gian hoạt động: 250x150x150 mm

- Mô hình máy phay CNC

- Thuyết minh mô hình

- Bản vẽ mô hình

5 Ngày giao đồ án: 15/03/2023

6 Ngày nộp đồ án: 18/07/2023

7 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt 

TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

Nguyễn Trọng Hiếu

LỜI CAM KẾT

- Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình máy phay CNC có trục thứ 4 phục vụ

học tập

- GVHD: TS Nguyễn Trọng Hiếu

- Họ tên sinh viên:

Huỳnh Trương Khả Duy MSSV: 19144102 Điện thoại: 0938.160.605

Trịnh Đức Tài MSSV: 19144334 Điện thoại: 0936.346.040

Phạm Trần Minh Trung MSSV: 19144009 Điện thoại: 0986.032.771

- Lớp: 19144CL3A

- Email: pham.trung24092001@gmail.com

- Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 18/07/2023

- Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do

chính tôi nghiên cứu và thực hiện Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã

được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin

chịu hoàn toàn trách nhiệm.”

Tp Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 08 năm 2023

Nhóm sinh viên thực hiện

Huỳnh Trương Khả Duy Trịnh Đức Tài Phạm Trần Minh Trung

Bên cạnh đó, gia đình chính là nguồn động lực to lớn, là hậu phương vững chắc, tiếp thêm nhiều sức mạnh để chúng em vững bước trên con đường học vấn này Cùng với sự gặp gỡ, giúp

đỡ, đồng hành của những người bạn đại học, là một phần quan trọng để tạo nên thanh xuân tươi đẹp trong thời sinh viên của chúng em Một lần nữa, xin gửi lời cảm ơn đến tất cả mọi người Với những kiến thức, thông tin đã thu thập và việc trải nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế, bài luận văn của chúng em sẽ khó tránh được những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu và thực hiện Chính vì vậy, nhóm rất mong nhận được sự góp ý và nhận xét chân thành từ Thầy Cô

để có thể hoàn thành bài luận văn một cách tốt nhất Và sau này, chúng em có thể áp dụng được những kiến thức, kinh nghiệm từ những lời chỉ bảo, nhận xét đó để càng ngày hoàn thiện bản thân hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Tính cấp thiết

Máy phay CNC – loại máy công cụ quen thuộc, đặc biệt là trong kỹ thuật bởi tính tiện dụng

và chính xác Tuy nhiên, cái giá để đầu tư, chế tạo, sở hữu nó là không hề nhỏ, không chỉ đối với mọi người nói chung mà còn với các bạn sinh viên nói riêng Vậy nên, việc chế tạo được một chiếc máy CNC cơ bản, đủ độ cứng vững, giá thành hợp lý, dễ vận hành và sử dụng, có thể gia công các vật liệu và biên dạng khác nhau, bên cạnh mục đích phục vụ việc học tập cho các bạn sinh viên là một vấn đề cần thiết

Mục tiêu nghiên cứu

Tính toán, kiểm nghiệm, phát triển phần cơ khí

Thiết kế, lắp đặt hệ thống điện điều khiển cho mô hình máy

Phương án nghiên cứu, tiến hành

Phân tích các phương án động học của máy, lựa chọn dạng máy theo phương án bàn máy

di chuyển theo trục X và Y, sau đó tiến hành vẽ lại các chi tiết Cùng với đó, tiến hành thống

kê, so sánh các phương án truyền động, dẫn hướng như động cơ, trục vitme, thanh trượt… để lựa chọn, kiểm nghiệm những thiết bị phù hợp với máy Với Mach3 là mạch điều khiển, tiến hành thiết kế mạch điện làm tiền đề cho việc lắp đặt hệ thống

Lắp đặt, thử nghiệm

Lắp đặt hệ thống điện Kiểm tra, căn chỉnh độ chính xác của từng trục Sau khi máy hoạt động, gia công, thử nghiệm các chi tiết trên cả 3 trục và 4 trục Cuối cùng, sau khi hoàn thành sản phẩm, sử dụng các dụng cụ đo để đo kiểm, thu thập kết quả và rút ra kết luận

Kết quả, hướng phát triển

Hoàn thiện và phát triển máy CNC 4 trục cơ bản Sau khi thử nghiệm, chi tiết gia công có dung sai 0,04 mm và có thể gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp Bên cạnh đó, vẫn còn tồn tại độ không vuông góc Để hoàn thiện hơn, có thể chỉnh sửa lại hệ thống cơ khí để làm giảm độ không vuông góc và dung sai, phát triển máy lên hướng 5 trục, nghiên cứu bộ phận chống tâm gia công các chi tiết có kích thước lớn hơn Nhìn chung, mô hình đã đáp ứng tốt cho nhu cầu học tập của các bạn sinh viên

ABSTRACT Importance

CNC milling machines are well-known and widely used in engineering for their practicality and precision However, the cost of investment, manufacturing, and ownership can

be significant, not only for the general public but also for students Therefore, the task of creating a basic CNC machine that is rigid, reasonably priced, easy to operate and use, capable

of processing various materials and shapes, and primarily intended to serve the learning needs

of students is essential

Research Objectives

Calculation, testing, and mechanical development

Design and installation of control electrical systems for machine models

Research Plan and Implementation

Analyzing the dynamic options of the machine, selecting the machine type based on the table moving along the X and Y axes, then proceeding to redraw all the details Alongside this, conducting a statistical comparison of various transmission and guiding options, such as motors, screw shafts, linear guides, etc., to select and test the suitable equipment for the machine Using Mach3 as the control circuit, designing the electrical circuit as a prerequisite for installing the system

Installion and Testing

Installing the electrical system Checking and adjusting the accuracy of each axis After the machine is operational, processing and testing various details on both 3-axis and 4-axis configurations Finally, upon completing the production, using measuring tools to inspect, collect results, and draw conclusions

Results and Future Development

Improve and develop the basic 4-axis CNC machine After testing, it achieved a tolerance

of 0,04 mm and can handle complex-shaped components To further enhance its performance, adjustments will be made to reduce deviation from perpendicularity and tolerance There are plans to upgrade it to a 5-axis configuration to expand its capabilities, including research on anti-deflection components for larger parts Overall, the machine satisfies the learning needs of students and will be more capable with the proposed enhancements

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

LỜI CAM KẾT iii

LỜI CẢM ƠN iv

TÓM TẮT ĐỒ ÁN v

MỤC LỤC vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU x

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv

DANH MỤC KÝ HIỆU xv

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 2

1.5 Phương pháp nghiên cứu 2

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 2

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 2

1.6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 4

2.1 Giới thiệu 4

2.1.1 Khái quát về CNC 4

2.1.2 Các loại máy phay CNC 4

2.2 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 5

2.2.1 Các nghiên cứu ngoài nước 5

2.2.2 Các nghiên cứu trong nước 7

2.3 Các tồn tại của đề tài nghiên cứu 9

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

3.1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu máy CNC 10

3.1.1 Sơ lược về phay CNC 10

3.1.2 Cấu tạo chung của máy CNC 10

3.1.3 Hệ tọa độ máy phay đứng CNC 11

3.2 Cơ sở công thức tính toán, kiểm nghiệm 11

3.2.1 Cơ sở tính toán chế độ làm việc 11

3.2.2 Cơ sở tính toán, kiểm nghiệm bộ truyền động vitme – đai ốc 12

3.2.3 Cơ sở tính toán, kiểm nghiệm bộ dẫn hướng thanh trượt – con trượt vuông 16

3.2.4 Cơ sở tính toán, lựa chọn động cơ 18

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH 20

4.1 Phương hướng, giải pháp xây dựng mô hình 20

4.1.1 Yêu cầu của đề tài 20

4.1.2 Phương hướng và giải pháp thực hiện 20

4.1.3 Lựa chọn phương án thực hiện 28

4.1.4 Trình tự công việc tiến hành 29

4.2 Kiểm nghiệm, hoàn thiện phần cơ khí 30

4.2.1 Tính toán chế độ làm việc 30

4.2.2 Tính toán kiểm, nghiệm bộ truyền động vitme – đai ốc 31

4.2.3 Tính toán, kiểm nghiệm bộ dẫn hướng thanh trượt – con trượt vuông 35

4.2.4 Tính toán, kiểm nghiệm động cơ 38

4.2.5 Các thiết bị sử dụng 40

4.2.6 Mô hình máy phay CNC 4 trục 41

4.3 Thiết kế hệ thống điện 44

4.3.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển 44

4.3.2 Tính toán xung cho các trục 44

4.3.3 Các thiết bị sử dụng 46

4.3.4 Kết nối hệ thống điện 47

4.4 Mô phỏng các chi tiết chịu lực 48

4.4.1 Thông số chi tiết 48

4.4.2 Mô phỏng khả năng chịu lực khi không làm việc 49

4.5 Kiểm tra, hiệu chỉnh các trục 51

4.5.1 Kiểm tra, hiệu chỉnh độ cong vênh và song song của thanh trượt các trục 51

4.5.2 Kiểm tra, hiệu chỉnh độ vuông góc của trục Z 53

4.5.3 Kiểm tra, hiệu chỉnh độ vuông góc của trục xoay 53

CHƯƠNG 5: KIỂM NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ 55

5.1 Thực nghiệm 55

5.1.1 Thử nghiệm gia công 3 trục 55

5.1.2 Thử nghiệm gia công 4 trục 60

5.2 Đánh giá 63

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 1 I PHỤ LỤC 2 IV

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 4.1 So sánh động cơ bước và động cơ servo 26

Bảng 4.2 Tổng kết phương án thực hiện 28

Bảng 4.3 Hệ số và các chỉ số mũ trong công thức tốc độ 30

Bảng 4.4 Hệ số và các chỉ số mũ trong công thức tính lực Pz khi phay 31

Bảng 4.5 Bảng tra hệ số tải 33

Bảng 4.6 Bảng tra hệ số an toàn tĩnh 34

Bảng 4.7 Các thiết bị cơ khí sử dụng 40

Bảng 4.8 Các thiết bị điện sử dụng 46

Bảng 4.9 Các giá trị tác dụng lên chi tiết 48

Bảng 4.10 Giá trị biến dạng và ứng suất của khung máy khi không làm việc 50

Bảng 4.11 Giá trị biến dạng và ứng suất của bệ máy trục Y khi không làm việc 51

Bảng 5.1 Giá trị kích thước các mẫu đường thẳng sau khi gia công (mm) 55

Bảng 5.2 Giá trị kích thước các mẫu đường xiên sau khi gia công (mm) 57

Bảng 5.3 Giá trị kích thước các mẫu đường tròn sau khi gia công (mm) 58

Bảng 5.4 Trị số độ tròn của mẫu sau khi gia công 59

Bảng 5.5 Giá trị kích thước các mẫu biên dạng tròn sau khi gia công (mm) 61

Bảng 6.1 Khả năng công nghệ của mô hình 64

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Máy phay 3 trục VMC320 1

Hình 1.2 Máy phay 4 trục VMC850 1

Hình 2.1 Máy phay đứng và máy phay ngang 4

Hình 2.2 Thiết kế 3D và mô hình thực tế của đề tài “The design of the CNC milling machine” 5 Hình 2.3 Thiết kế 3D và mô hình thực tế của đề tài “The design of the CNC milling machine” 6 Hình 2.4 Mô hình thực tế của đề tài “Bob’s CNC Revolution Rotary Mill” 7

Hình 2.5 Sản phẩm gia công hoàn thiện 7

Hình 2.6 Mô hình đề tài “Nghiên cứu và chế tạo máy phay CNC mini 4 trục sử dụng chương trình Mach3” 8

Hình 2.7 Sản phẩm thực tế của đề tài 8

Hình 2.8 Thiết kế 3D và mô hình thực tế của đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phay CNC 4 trục” 9

Hình 3.1 Cấu tạo chung của máy CNC 10

Hình 3.2 Lưu đồ lựa chọn, tính toán trục vitme – đai ốc 12

Hình 3.3 Các kiểu lắp trục vitme 13

Hình 3.4 Sơ đồ tính lực dọc trục theo phương ngang 14

Hình 3.5 Lưu đồ lựa chọn, tính toán thanh trượt – con trượt vuông 16

Hình 3.6 Các bước tính toán, lựa chọn động cơ trục chính 18

Hình 3.7 Các bước tính toán, lựa chọn động cơ các trục 18

Hình 4.1 Trường hợp 1 phương án bàn máy di chuyển 20

Hình 4.2 Trường hợp 2 phương án bàn máy di chuyển 21

Hình 4.3 Phương án bàn máy cố định 22

Hình 4.4 Bộ truyền đai hai trục song song 23

Hình 4.5 Truyền động qua hộp giảm tốc trục vít – bánh vít 1 cấp 23

Hình 4.6 Vitme – đai ốc thường 24

Hình 4.7 Vitme – đai ốc bi 24

Hình 4.8 Cấu tạo hệ thống thanh trượt vuông – con trượt bi 25

Hình 4.9 Khớp nối mềm 25

Hình 4.10 Động cơ bước 26

Hình 4.11 Động cơ servo 26

Hình 4.12 Mạch Mach3 LPT 27

Hình 4.13 Bộ điều khiển DDCSV 27

Hình 4.14 Phần mềm điều khiển Mach3 27

Hình 4.15 Lưu đồ quá trình thực hiện 29

Hình 4.16 Bảng chiều dài tối đa của trục vitme 31

Hình 4.17 Bảng giá trị bước ren theo đường kính trục vitme và độ tiêu chuẩn 32

Hình 4.18 Bảng thông số trục vitme của hãng THK 32

Hình 4.19 Sơ đồ tính lực dọc trục 33

Hình 4.20 Dạng lắp đặt nằm ngang và thẳng đứng 35

Hình 4.21 Bảng thông số con trượt vuông của hãng THK 36

Hình 4.22 Các lực thành phần tác dụng lên cụm trục X 36

Hình 4.23 Đồ thị hệ số cứng vững 37

Hình 4.24 Đồ thị hệ số nhiệt 37

Hình 4.25 Củ đục SK 1,5 KW ER11 40

Hình 4.26 Động cơ bước Shanghai Zhengji J – 5718HB3401 40

Hình 4.27 Hộp số Tsubaki Emerson Emerworm TM10E10B 40

Hình 4.28 Trục vitme – đai ốc bi THK 40

Hình 4.29 Thanh trượt, con trượt THK 40

Hình 4.30 Sơ đồ nguyên lý máy phay 41

Hình 4.31 Mô hình thiết kế máy phay 41

Hình 4.32 Mô hình khung máy và cụm trục X 41

Hình 4.33 Mô hình cụm trục Y 42

Hình 4.34 Mô hình cụm trục Z 42

Hình 4.35 Mô hình cụm trục A 43

Hình 4.36 Mô hình 3D máy CNC 43

Hình 4.37 Mô hình thực tế máy CNC 43

Hình 4.38 Sơ đồ phương án điều khiển 44

Hình 4.39 Trang nhập xung trên phần mềm Mach3 45

Hình 4.40 Biến tần LS SV15iG5A-2 46

Hình 4.41 Mạch BOB Mach3 CNC V2.4.x 46

Hình 4.42 Bộ nguồn Meanwell (NES – 240 – 24) 46

Hình 4.43 Driver TB6600 4A 46

Hình 4.44 Sơ đồ kết nối mạch điện hoàn chỉnh 47

Hình 4.45 Hệ thống điện thực tế 48

Hình 4.46 Phần diện tích tải trọng tác dụng lên khung máy 49

Hình 4.47 Kết quả phân tích biến dạng khung máy 49

Hình 4.48 Kết quả phân tích ứng suất khung máy 49

Hình 4.49 Phần diện tích tải trọng tác dụng lên bệ máy trục Y 50

Hình 4.50 Kết quả phân tích biến dạng bệ máy trục Y 50

Hình 4.51 Kết quả phân tích ứng suất bệ máy trục Y 50

Hình 4.52 Kiểm tra độ cong vênh giữa hai thanh trượt trục X 51

Hình 4.53 Kiểm tra độ song song giữa hai thanh trượt trục X 52

Hình 4.54 Kiểm tra độ cong vênh giữa hai thanh trượt trục Y 52

Hình 4.55 Kiểm tra độ song song giữa hai thanh trượt trục Y 52

Hình 4.56 Kiểm tra độ vuông góc của trục chính so với bàn máy 53

Hình 4.57 Kiểm tra độ vuông góc của trục xoay so với trục chính 54

Hình 5.1 Các mẫu thử nghiệm kiểm tra kích thước gia công cho từng trục 55

Hình 5.2 Đồ thị thể hiện du+ng sai kích thước của các trục sau khi thử nghiệm 56

Hình 5.3 Các mẫu thử nghiệm gia công biên dạng thẳng đối với trục X và Y 56

Hình 5.4 Kiểm tra mẫu biên dạng thẳng khi gia công hai trục X và Y 57

Hình 5.5 Các mẫu thử nghiệm gia công biên dạng tròn đối với trục X và Y 57

Hình 5.6 Kiểm tra mẫu đường tròn khi gia công hai trục X và Y 58

Hình 5.7 Đồ thị thể hiện dung sai kích thước khi gia công hai trục đồng thời 58

Hình 5.8 Mẫu thử nghiệm kiểm tra độ tròn khi gia công ba trục 59

Hình 5.9 Kiểm tra độ tròn cho mẫu gia công ba trục 59

Hình 5.10 Mẫu thử nghiệm kiểm tra gia công biên dạng vuông 60

Hình 5.11 Kiểm tra độ vuông góc cho mẫu gia công 60

Hình 5.12 Mẫu thử nghiệm kiểm tra gia công biên dạng tròn 61

Hình 5.13 Kiểm tra các mẫu biên dạng tròn sau khi gia công 61

Hình 5.14 Đồ thị thể hiện dung sai kích thước khi gia công bốn trục đồng thời 62

Hình 5.15 Khối trụ xoắn gia công bằng trục xoay 62

Hình 5.16 Tượng gỗ gia công trên 4 trục đồng thời 63 Hình PL.1 Trang Program Run I Hình PL.2 Trang MDI II Hình PL.3 Trang Diagnostics II Hình PL.4 MPG Mode III

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

9 Nmax Tốc độ quay tối đa không phá hủy trục vitme vòng/phút

12 L Tuổi thọ danh nghĩa theo số vòng quay vòng

15 L1 Tuổi bền danh nghĩa đối với thanh trượt km

16 L2 Tuổi bền danh nghĩa đối với con trượt km

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, ngành công nghiệp gia công cơ khí CNC đóng vai trò vô cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế Các loại máy CNC không chỉ đáp ứng về năng suất sản xuất mà còn đáp ứng được độ chính xác cao và độ phức tạp của chi tiết

Hình 1.1 Máy phay 3 trục VMC320 Hình 1.2 Máy phay 4 trục VMC850 Máy móc càng hiện đại, chi phí trang thiết bị càng cao Chính vì vậy, đây là một yếu tố thúc đẩy sự tìm tòi, học hỏi, chế tạo máy CNC đơn giản, nhỏ gọn, tiết kiệm được chi phí và đáp ứng được nhu cầu của mỗi người Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay, việc các doanh nghiệp sản xuất đơn lẻ các loại máy CNC sẽ không đáp ứng được nhu cầu thị trường cũng như kinh tế của các doanh nghiệp Chính vì vậy, không chỉ trên thế giới mà ngay tại Việt Nam, việc chế tạo máy CNC cỡ nhỏ để sử dụng tại các xưởng sản xuất nhỏ hay tại nhà trở nên

Nắm bắt những lý do đó, đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình máy phay CNC có trục thứ 4 phục vụ học tập” ra đời là cần thiết và hợp lý

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Đề tài nghiên cứu bổ sung thêm lý thuyết về máy CNC và có thể ứng dụng vào công tác nghiên cứu cũng như giảng dạy

Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài nghiên cứu tạo tiền đề, cơ sở cho việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và cải tiến các loại máy CNC cỡ nhỏ Đặc biệt, mục đích chính là giúp các bạn sinh viên được tiếp xúc, làm quen cũng như hiểu rõ hơn về máy CNC 4 trục, biết thêm về cách lập trình, vận hành và gia công trên một máy CNC 4 trục

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Tính toán, kiểm nghiệm, phát triển phần cơ khí

Thiết kế, lắp đặt hệ thống điện điều khiển cho mô hình máy

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

Máy CNC 4 trục cỡ nhỏ và các chi tiết, linh kiện liên quan

Phần mềm thiết kế, phần mềm mô phỏng, phần mềm lập trình, phần mềm điều khiển và gia công

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

Mô hình máy phay CNC có trục thứ 4, đảm bảo các yêu cầu:

- Không gian hoạt động: 250x150x150 mm

- Sai số cho phép: 0,05 mm

- Vật liệu có thể gia công: đồng, nhôm, mica, gỗ

- Gia công 4 trục đồng thời

1.5 Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

Căn cứ vào những kiến thức về máy phay CNC 4 trục, tiến hành nghiên cứu, thiết kế, căn chỉnh và cải tiến Sau đó, tiến hành thực nghiệm kiểm tra để thu thập số liệu, tổng hợp và đưa

ra đánh giá cũng như kết luận

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

- Nghiên cứu tổng hợp tài liệu về thiết kế chi tiết máy, công nghệ chế tạo máy, hệ thống điện điều khiển, phần mềm lập trình gia công, thiết kế mô phỏng,…

- Nghiên cứu, tham khảo một số đề tài máy CNC có cấu trúc, tính năng tương tự đề tài

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

- Thử nghiệm gia công nhiều lần trên nhiều mẫu, rút ra số liệu cụ thể, từ đó có cở sở tiến hành kết luận cũng như đề ra phướng hướng phát triển máy

1.6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp bao gồm 5 chương, trong đó:

- Chương 1 nói về phần giới thiệu phương pháp nghiên cứu và tính thực tiễn của đề tài

- Chương 2 trình bày về tổng quan nghiên cứu đề tài, với những nghiên cứu trong và ngoài nước, những thành tựu cũng như những hạn chế của các đề tài này, để rồi đưa ra kết luận

về nghiên cứu của nhóm

- Chương 3 đề cập đến cơ sở lý thuyết được sử dụng cho đề tài nghiên cứu

- Chương 4 tập trung vào các phương án xây dựng mô hình cùng với việc tính toán, thiết

kế, kiểm nghiệm mô hình máy

- Chương 5 nêu lên thực nghiệm và đánh giá những nội dung đã hoàn thành

- Chương 6 đưa ra những kết luận chung, những đóng góp và đề xuất mới về đề tài nghiên cứu

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Với gia công phay CNC cũng vậy, đây là một quy trình phay cắt gọt vật liệu được điều khiển bằng máy tính Máy phay có thể tự động chạy mà không cần có thợ vận hành thủ công nhờ vào việc lập trình trước các thông số và lệnh điều khiển từ trước

Máy phay CNC được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong các hoạt động sản xuất gia công cơ khí bởi độ chính xác cũng như tiện lợi của mình

2.1.2 Các loại máy phay CNC [14]

Với máy phay CNC thường sẽ được chia thành 2 nhóm chính là phân loại theo số trục và phân loại theo hướng trục chính Phân loại theo số trục sẽ bao gồm máy phay 3 trục, 4 trục, 5 trục hoặc nhiều hơn Trong khi đó, phân loại theo hướng trục chính sẽ có máy phay đứng trục chính theo phương thẳng đứng và máy phay ngang trục chính theo phương nằm ngang

Hình 2.1 Máy phay đứng và máy phay ngang [14]

2.2 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

2.2.1 Các nghiên cứu ngoài nước

❖ Đề tài: “Prototype CNC Machine Design” [7]

Đề tài được nghiên cứu bởi tác giả Paulo Rocha và cộng sự đến từ trường Đại học Liên bang Pará, Brazil Đề tài được công bố tại Hội nghị quốc tế IEEE/IAS lần thứ 9 về ứng dụng công nghiệp năm 2010

Khung máy được chế tạo bằng vật liệu nhôm, thiết kế theo phương án bàn máy cố định, trục chính di chuyển theo cả ba trục X, Y, Z Hành trình các trục lần lượt là 480/480/100 mm Phần mềm điều khiển được dùng là phần mềm LabVIEW IDE vì có nhiều tính năng phù hợp với những tính năng mong muốn, tương ứng với mạch điện tử PIC18F2550 có phần cứng cần thiết, giao tiếp qua cổng USB Vật liệu gia công chủ yếu là gỗ, nhựa

Hình 2.2 Thiết kế 3D và mô hình thực tế của đề tài

“The design of the CNC milling machine” [7]

Đặc điểm của đề tài:

- Máy có cấu tạo nhỏ gọn, dễ di chuyển, lắp đặt

- Có độ chính xác khi gia công khá cao

- Với phương án động học này, giá đỡ trục X và Z phải chắc chắn để có thể dịch chuyển các trục một cách trơn tru và chính xác Hành trình trục Z ngắn sẽ hạn chế gia công các chi tiết

có chiều cao

❖ Đề tài: “The design of the CNC milling machine” [8]

Tác giả của đề tài là Piotr Boral đến từ trường Đại học Công nghệ Czestochowa tại Ba Lan Đề tài công bố trên trang web hội nghị Matec vào năm 2019

Khung máy được chế tạo dựa trên các thanh thép tiết diện lớn, có thành dày Máy được thiết kế theo phương án bàn máy di chuyển theo trục Y, trục chính di chuyển theo trục X và Z Hành trình các trục X/Y/Z lần lượt là 450/720/320 mm Máy được trang bị thêm trục xoay, điều

khiển trục A hoặc B, tùy thuộc vào cách bố trí trên bàn máy Các trục sử dụng động cơ servo thông thường để truyền động Riêng trục chính, một động cơ servo khí nén có phanh được dùng và sẽ được kích hoạt khi không có áp suất, chặn chuyển động của thanh pittong động cơ, giữ giá đỡ trục chính ở mức hiện tại Hệ thống sử dụng phần mềm Mach3 và bộ điều khiển SmoothStepper Vật liệu gia công là nhôm, đồng, nhựa, gỗ

Đặc điểm của đề tài:

- Máy được thiết kế có độ cứng vững cao

- Hành trình các trục dài, giúp gia công được các chi tiết có khổ lớn và rộng

- Thiết kế có trục xoay thứ 4, giúp linh hoạt gia công các chi tiết có tính đối xứng và hình học phức tạp

- Máy có độ chính xác cao, lên đến 0,01 mm

Hình 2.3 Thiết kế 3D và mô hình thực tế của đề tài

“The design of the CNC milling machine” [8]

❖ Đề tài: “Bob’s CNC Revolution Rotary Mill” [12]

Mô hình của đề tài được thiết kế và chế tạo bởi tác giả Caleb Kraft – một nhà sáng tạo nội dung cũng như một kỹ sư tự do, đến từ thành phố Springfield, bang Missouri, Mỹ Đề tài được công bố trên trang web Makezine vào tháng 5 năm 2021 và trên kênh youtube Make có trên 1,6 triệu lượt theo dõi

Hình 2.4 Mô hình thực tế của đề tài

“Bob’s CNC Revolution Rotary Mill” [12]

Hình 2.5 Sản phẩm gia công hoàn thiện [12]

Mô hình có thiết kế đặc biệt, thay vì sử dụng các trục X, Y, Z thông thường, tác giả đã thay trục Y bằng trục xoay A Sử dụng phương án phôi xoay, trục chính di chuyển trên trục X

và Z, chính điều đó đã thay đổi mục đích sử dụng của máy Máy chủ yếu gia công những chi tiết có vật liệu bằng gỗ, có tính đối xứng Khung máy được tạo thành từ những tấm gỗ mỏng Máy có khối lượng là 13,6 kg và có kích thước lần lượt là 1113/335/610 mm Hành trình các trục X/Z là 610/85 mm và đường kính chi tiết tối đa có thể gia công là 165 mm

Đặc điểm của đề tài:

- Mô hình được xem như sự kết hợp giữa máy tiện CNC và máy phay CNC

- Thiết kế bằng những tấm gỗ mỏng, vì vậy máy có khối lượng nhẹ, dễ dàng di chuyển cũng như lắp ráp, tuy nhiên độ bền sẽ không cao

- Hành trình di chuyển dài giúp máy có thể gia công những chi tiết có khổ dài, lớn hơn

- Với thiết kế này cùng với mục đích sử dụng chính là điêu khắc những sản phẩm tượng, đối xứng và tròn xoay dẫn đến vật liệu gia công bị hạn chế, chỉ gia công được những vật liệu mềm như nhựa, gỗ,…

2.2.2 Các nghiên cứu trong nước

❖ Đề tài: “Nghiên cứu, chế tạo máy phay CNC mini 4 trục sử dụng Mach3” [6]

Đề tài được nghiên cứu bởi tác giả Đinh Văn Hiển đến từ Khoa Điện – Cơ trường Đại học Hải Phòng Đề tài phát hành trên Tạp chí Đại học Hải Phòng vào tháng 9 năm 2019

Máy được thiết kế với phương án bàn máy cố định, trục chính sẽ di chuyển trên cả ba trục

X, Y, Z và trục xoay A sẽ được đặt cố định Mô hình có kích thước 700/500/1200 mm và hành trình cho từng trục là 300/400/80 mm Dẫn hướng bằng thanh trượt tròn và ty trượt Vật liệu

chính để chế tạo mô hình là nhôm Máy có thể gia công các vật liệu có độ cứng thấp như nhựa mica, nhôm, gỗ Phần mềm Mach3 thông dụng đảm nhiệm hệ thống điều khiển

Đặc điểm của đề tài:

- Máy có độ chính xác khá cao, lên đến 0,06 mm

- Máy dễ vận hành, thuận lợi trong di chuyển, dễ bảo trì và bảo dưỡng

- Ứng dụng trong sản xuất, phục vụ tốt cho việc giảng dạy

- Với dạng máy có phương án động học này, hành trình các trục có thể thiết kế dài hơn, gia công các chi tiết có khổ lớn hơn Tuy nhiên, giá đỡ các trục X, Z và trục chính phải được tính toán, thiết kế chính xác để đảm bảo độ cứng vững và di chuyển trơn tru hơn

Hình 2.6 Mô hình đề tài “Nghiên cứu và chế tạo máy phay CNC mini 4 trục

sử dụng chương trình Mach3” [6]

Hình 2.7 Sản phẩm thực tế của đề tài [6]

❖ Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phay CNC 4 trục” [13]

Đề tài được nghiên cứu bởi tác giả Trương Hữu Duy và cộng sự đến từ trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Đây là đề tài tốt nghiệp của các bạn sinh viên vào năm 2021 và được đăng tải trên trang youtube của Khoa Cơ khí Chế tạo máy – trường Đại học SPKT TP HCM Máy được thiết kế với phương án bàn máy di chuyển theo trục X và Y, trục chính di chuyển theo hướng Z, trục xoay A sẽ được đặt cố định Mô hình có kích thước 700/290/1000

mm và hành trình cho từng trục là 380/300/260 mm Máy có thể gia công các vật liệu có độ cứng thấp như nhựa mica, nhôm, gỗ, kim loại màu Mạch điểu khiển sử dụng Mach3 Máy có thiết kế phần đối trọng, đảm bảo trục chính luôn ổn định, không bị trượt

Đặc điểm của đề tài:

- Độ chính xác chi tiết gia công cao, có giá trị 0,02 mm

- Máy hoạt động ổn định, êm, dễ bảo trì bảo dưỡng

- Phục vụ tốt cho việc nghiên cứu, giảng dạy

Hình 2.8 Thiết kế 3D và mô hình thực tế của đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và

chế tạo máy phay CNC 4 trục” [13]

2.3 Các tồn tại của đề tài nghiên cứu

Đối với các đề tài tìm hiểu, máy CNC thường sẽ được thiết kế theo hai phương án chính

là bàn máy cố định và bàn máy di chuyển theo các trục Với không gian hoạt động tương ứng với mỗi dạng máy, máy thiết kế theo dạng bàn máy di chuyển sẽ có không gian hoạt động nhỏ hơn máy thiết kế theo dạng bàn máy cố định có cùng kích thước Việc sử dụng hệ thống dẫn hướng bằng thanh trượt tròn sẽ tiết kiệm được về chi phí nhưng không đảm bảo độ chính xác

và chắc chắn bằng thanh trượt vuông Phần mềm Mach3 được sử dụng phổ biến trong việc vận hành gia công của các đề tài bởi tính thông dụng cũng như đơn giản của nó

Để nghiên cứu đề tài, nhóm tiến hành phân tích các phương án động học Sau đó, tính toán kiểm nghiệm các chi tiết truyền động, dẫn động phù hợp với máy Tiếp theo, phát triển phần cơ khí, thiết kế hệ thống điện và lắp đặt Sau đó, căn chỉnh độ chính xác cho các trục Cuối cùng là lập trình, gia công thử nghiệm để thu thập kết quả và đề ra phương hướng phát triển máy

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu máy CNC

3.1.1 Sơ lược về phay CNC [14]

Phay CNC là quá trình gia công phay trên máy phay CNC, thông qua các lệnh được lập trình trên máy tính

Quá trình phay CNC bao gồm việc cố định một vật liệu cần gia công (phôi) lên đồ gá trên bàn máy Tiếp theo, đưa công cụ cắt đang quay vào bề mặt phôi với mục đích loại bỏ các phần không cần thiết và tạo thành sản phẩm có kích thước và hình dạng như yêu cầu

Phay CNC cho phép gia công các loại vật liệu dưới nhiều dạng khác nhau như mặt phẳng, mặt trụ, rãnh then, mặt tròn xoay, phay bánh răng… với các phương pháp phay như phay mặt, phay góc, phay rãnh,…

3.1.2 Cấu tạo chung của máy CNC [15]

Hình 3.1 Cấu tạo chung của máy CNC [15]

Thông thường, máy CNC bao gồm 2 phần chính là phần điều khiển và phần chấp hành

- Với phần điều khiển gồm chương trình điều khiển (là tập hợp các lệnh và tín hiệu được

mã hóa dưới dạng chữ cái, số, các ký hiệu khác như dấu cộng, trừ, dấu chấm, ) và cơ cấu điều khiển (nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình và kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu được gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược Đồng thời, thực hiện các phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu chấp hành)

- Với phần chấp hành gồm máy cắt kim loại và các cơ cấu phục vụ liên quan

3.1.3 Hệ tọa độ máy phay đứng CNC

Quy ước hệ tọa độ máy phay CNC

Hệ trục tọa độ máy CNC cho phép mô tả chính xác tất cả các điểm trên bề mặt gia công

và trong không gian, cũng như có thể tính toán quỹ đạo chuyển động của các dụng cụ Hệ trục tọa độ máy sẽ tương ứng với các trục của máy CNC Các trục tọa độ cho phép xác định chiều chuyển động của các cơ cấu máy và dụng cụ cắt Trên các máy CNC, người lập trình thường sử dụng theo hệ tọa độ Descartes OXYZ Chiều dương của các trục X, Y, Z được xác định theo quy tắc bàn tay phải

Với quy ước trục Z trùng với trục chuyền động chính, trục X nằm trong mặt phẳng song song bàn máy, trục Y nằm trong mặt phẳng vuông góc với bàn máy

3.2 Cơ sở công thức tính toán, kiểm nghiệm

3.2.1 Cơ sở tính toán chế độ làm việc [2]

Vận tốc cắt: V = Cv.Dqv

T m T xv T yv T uv T pv Kv (m/phút) (3.1) Trong đó:

Trong đó:

+ Hệ số và các chỉ số mũ Cp, xp, yp, up, ωp, qp

+ KP: Hệ số điều chỉnh chất lượng của vật liệu gia công

Công suất cắt khi phay: Nc = Pz.V

60.102(kW) (3.4)

3.2.2 Cơ sở tính toán, kiểm nghiệm bộ truyền động vitme – đai ốc [5]

Quy trình tính toán theo trình tự được thể hiện ở Hình 3.6:

Hình 3.2 Lưu đồ lựa chọn, tính toán trục vitme – đai ốc

Khi lựa chọn vitme, trước tiên, cần xem xét điều kiện làm việc Lựa chọn sơ bộ các thông

số trục vitme – đai ốc: cấp chính xác, đường kính, bước ren, chiều dài Cuối cùng, chọn cách lắp đặt Trục vitme – đai ốc bi có 3 kiểu lắp đặt chính :

+ Kiểu 2 đầu lắp chặt (fixed – fixed): có kết cấu phức tạp, yêu cầu lắp đặt chính xác cao, khả năng chịu tải và độ cứng vũng tốt nhất

+ Kiểu 1 đầu lắp chặt, 1 đầu tùy chỉnh (fixed – support): có kết cấu không quá phức tạp, khả năng chịu tải và độ cứng vững tốt

+ Kiểu 1 đầu lắp chặt, 1 đầu tự do (fixed – free): có kết cấu đơn giản nhất, tuy nhiên độ cứng vững và khả năng chịu tải là kém nhất

Hình 3.3 Các kiểu lắp trục vitme [5]

Kiểm nghiệm trục vitme:

Lực gây uốn cho trục vitme: Pu = η1.d4

Trong đó:

+ L: Khoảng cách giữa 2 ổ đỡ (mm)

+ d: Đường kính của trục vitme (mm)

+ η1: Hệ số phụ thuộc vào cách lắp vitme

Lực gây kéo – nén cho trục vitme: Pkn = 116 d2 (N) (3.6) Tốc độ quay tối đa không phá hủy trục vitme: Nmax = η2 d

L2 107 (vòng/phút) (3.7) Trong đó:

+ η2: Hệ số phụ thuộc vào cách lắp vitme

Hình 3.4 Sơ đồ tính lực dọc trục theo phương ngang [5]

Kiểm nghiệm đai ốc:

Tính lực dọc trục:

- Khi tăng tốc (về bên trái): Fa1 = μmg + ma + f (N) (3.8)

- Khi chuyển động đều (về bên trái): Fa2 = μmg + f (N) (3.9)

- Khi giảm tốc (về bên trái): Fa3 = μmg - ma + f (N) (3.10)

- Khi tăng tốc (về bên phải): Fa4 = - μmg - ma - f (N) (3.11)

- Khi chuyển động đều (về bên phải): Fa5 = -μmg - f (N) (3.12)

- Khi giảm tốc (về bên phải): Fa6 = - μmg + ma - f (N) (3.13) Trong đó:

3.2.3 Cơ sở tính toán, kiểm nghiệm bộ dẫn hướng thanh trượt – con trượt vuông [5]

Quy trình tính toán theo trình tự được thể hiện ở Hình 3.9:

Hình 3.5 Lưu đồ lựa chọn, tính toán thanh trượt – con trượt vuông

Khi lựa chọn thanh trượt, trước tiên, cần xem xét điều kiện làm việc và kiểu lắp đặt Sau

đó, chọn loại thanh trượt phù hợp rồi tiến hành tính toán kiểm nghiệm

+ L: Tổng chiều dài dịch chuyển

+ Ln:Khoảng dịch chuyển dưới tác dụng của Pn

Tuổi bền danh nghĩa đối với thanh trượt: L1 = (fH.fT

100 (km) (3.22) Trong đó:

+ C: tải trọng động (N)

+ fH: hệ số cứng vững

+ fT: hệ số nhiệt độ

+ fw: hệ số tải trọng

3.2.4 Cơ sở tính toán, lựa chọn động cơ

Quy trình tính toán theo trình tự được thể hiện ở Hình 3.10 và Hình 3.11:

Hình 3.6 Các bước tính toán, lựa

3.2.4.2 Lựa chọn động cơ các trục [5]

a Tính toán momen xoắn

Momen ma sát: MF =m.g.μ.p.cos α

2π.i.η (N.m) (3.27) Momen trọng lực: MG =m.g.μ.h.sin α

2π.i.η (N.m) (3.28) Momen cắt: MM = p.PZ

2π.i.η (N.m) (3.29) Trong đó:

+ D: Đường kính vitme (mm)

+ L: Chiều dài vitme (mm)

+ p: Bước ren vitme (mm)

+ μ: Hệ số ma sát giữa thép và thép

+ η: Hiệu suất máy

+ m: Khối lượng bàn máy và phôi (kg)

Momen xoắn tính toán:

+ Trường hợp chạy có tải: ML = MF + MG + MM (3.30)

b Tính toán momen quán tính

Quy đổi momen quán tính của tải về trục động cơ, bao gồm của bàn máy, của vitme, của khớp nối Theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng do động cơ sinh ra sẽ bằng tổng năng lượng của các thành phần trong hệ thống Từ đó, ta có:

+ Ji là momen quán tính của phần tử thứ i

+ mi là khối lượng của phần tử thứ i

Momen quán tính của bàn máy: JT = m (p

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH

4.1 Phương hướng, giải pháp xây dựng mô hình

4.1.1 Yêu cầu của đề tài

Hoàn thiện, phát triển mô hình máy CNC hoạt động đồng thời trên 4 trục từ khung máy

kế thừa, độ chính xác chi tiết gia công 0,05 mm, không gian hoạt động từ 250x150x150 mm, với giá thành hợp lý, phù hợp với mục đích nghiên cứu và phục vụ trong học tập

4.1.2 Phương hướng và giải pháp thực hiện

4.1.2.1 Các phương án động học [16]

Trên lý thuyết, máy phay đứng được chia làm 2 phương án động học chính là phương án bàn máy cố định và phương án bán máy di chuyển

a Phương án bàn máy di chuyển

Với phương án này, phôi sẽ nằm cố định trên bàn máy và bàn máy sẽ di chuyển theo các trục tùy theo mục đích của người thiết kế

Trường hợp 1: Bàn máy di chuyển theo trục X, Y

Phôi được cố định trên bàn máy, bàn máy dịch chuyển theo hướng X và Y, trục chính chuyển động theo hướng Z, trục A nằm trên bàn máy tâm quay quanh trục X

Hình 4.1 Trường hợp 1 phương án bàn máy di chuyển [16]

Đặc điểm: Với phương án này, máy sẽ có kết cấu chắc chắn, các bệ máy trục X và Y phải được thiết kế, tính toán chính xác đảm bảo việc nâng đỡ các bộ phần khác Bên cạnh đó, đầu của động cơ trục chính phải nằm giữa không gian hoạt động của bàn máy để tận dụng tối đa vùng gia công Tuy nhiên, với phương án này hành trình di chuyển các trục và không gian hoạt động sẽ bị hạn chế

Trường hợp 2: Bàn máy di chuyển theo trục Y

Phôi được cố định trên bàn máy, bàn máy dịch chuyển theo hướng Y, trục chính chuyển động theo hướng X và Z, trục A nằm trên bàn máy tâm quay quanh trục X

Đặc điểm: Với thiết kế này, giới hạn hành trình trục Y có thể lớn hơn Tuy nhiên, giá đỡ trục X và Z phải được thiết kế chính xác để có thể nâng đỡ trục chính di chuyển trơn tru trên trục X và Z Trường hợp 2 sẽ kém cứng vững hơn trường hợp 1

Hình 4.2 Trường hợp 2 phương án bàn máy di chuyển [16]

Bên cạnh đó, trường hợp bàn máy di chuyển theo trục X cũng sẽ tương tự trường hợp bàn máy di chuyển theo trục X Tuy nhiên, trường hợp này sẽ bất tiện cho người vận hành nên rất ít được sử dụng

b Phương án bàn máy cố định

Phôi cố định trên bàn máy, bàn máy không dịch chuyển, trục chính chuyển động trên cả

ba trục X, Y, Z, trục A nằm trên bàn máy tâm quay quanh trục X

Đặc điểm: Với phương án này, do trục chính chuyển động trên các trục X, Y, Z dẫn đến thiết kế và cấu tạo đơn giản hơn các phương án khác Giới hạn hành trình các trục và không gian hoạt động có thể thiết kế lớn hơn Bên cạnh đó, việc thiết kế giá đỡ các trục là một vấn đề quan trọng và cần thiết cho phương án này vì giá đỡ vừa phải nâng đỡ cũng như di chuyển trên trục Y nên sẽ chịu tải khá cao

Hình 4.3 Phương án bàn máy cố định [16]

=> Kết luận: Chọn và giữ nguyên phương án bàn máy di chuyển theo trục X và Y của mô

hình hiện tại Bởi vì thiết kế cơ khí đơn giản, chắc chắn, đảm bảo được các yêu cầu của một máy CNC ở mức độ mô hình ứng dụng học tập

4.1.2.2 Phương án kiểu điều khiển

Kiểu điều khiển vòng kín: Khi có tín hiệu từ hệ thống điều khiển, động cơ servo hoạt động làm cho trục vitme xoay kéo theo bàn máy bắt đầu di chuyển Từ bàn máy, sẽ có tín hiệu trở lại từ hệ thống phản hồi khiến cho việc đánh giá tín hiệu từ động cơ servo chính xác hơn Tuy nhiên, kiểu điều khiển này được sử dụng nhiều trong các máy CNC hiện đại và đòi hỏi độ chính xác cao đi đôi với giá thành đắt

Kiểu điều khiển vòng hở: Khi có tín hiệu từ hệ thống điều khiển, động cơ bước hoạt động làm cho trục vitme xoay kéo theo bàn máy bắt đầu di chuyển Vì không có hồi tiếp từ bàn máy trở lại hệ thống điều khiển nên không thể đánh giá được chính xác động cơ bước hoạt động có đúng theo tín hiệu hay không Vì vậy, độ chính xác phụ thuộc lớn vào động cơ bước Kiểu điều khiển này dành cho các hệ thống đơn giản, không quá khắt khe về độ chính xác và giá thành cũng thấp hơn so với kiểu điều khiển vòng kín

=> Kết luận: Chọn phương án điều khiển vòng hở vì đáp ứng đầy đủ nhu cầu của máy, vì

ở mức độ mô hình nên không quá khắt khe về độ chính xác