Nó ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo máy, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí chính xác và tự động hóa.. Yêu cầu của bàn máy: Phải có độ ổn định, cứng vững, được điều khiển chuyể
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY PHAY CNC
Tổng quan về máy CNC
Máy CNC (Computer Numerical Control) là thiết bị gia công được điều khiển bằng máy tính, cho phép thực hiện các công việc gia công chính xác trên nhiều loại vật liệu như kim loại, gỗ, nhựa và composite Chương trình điều khiển số giúp điều chỉnh và kiểm soát động cơ cùng các hệ thống khác trong quá trình gia công, đảm bảo hiệu suất và độ chính xác cao.
Máy CNC có khả năng thực hiện nhiều phép gia công phức tạp như cắt, khoan, tiện, phay và mài Chúng cho phép sản xuất hàng loạt sản phẩm với độ chính xác cao và tốc độ gia công nhanh hơn so với các phương pháp truyền thống.
Một máy CNC thông thường bao gồm các thành phần sau:
+ Đầu dao: Được sử dụng để cắt hoặc tiện vật liệu
+ Bàn làm việc: Nơi kẹp và giữ vật liệu trong quá trình gia công
+ Trục di chuyển: Cung cấp chuyển động cho dao hoặc bàn làm việc theo ba chiều (X, Y, Z)
+ Hệ thống điều khiển: Một máy tính hoặc bộ điều khiển số để lập trình và điều khiển các hoạt động của máy CNC
Máy CNC đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như sản xuất ô tô, hàng không, y tế, điện tử và gia công kim loại Chúng mang lại sự linh hoạt và hiệu suất cao, giúp sản xuất và gia công các chi tiết phức tạp một cách hiệu quả.
Phân loại máy CNC
Máy CNC (Computer Numerical Control) được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, trong đó phân loại theo công việc là một trong những cách phổ biến nhất.
Máy CNC gia công kim loại là thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp, bao gồm các loại như máy tiện CNC, máy phay CNC, máy mài CNC và máy khoan CNC, được sử dụng để chế tạo và gia công các chi tiết kim loại chính xác.
Hình 1: Máy cắt lazer CNC
Máy CNC gia công gỗ: Được sử dụng để gia công các sản phẩm từ gỗ như đồ nội thất, cửa sổ, cánh cửa và tượng gỗ
Hình 2: Máy phay gỗ CNC
6 b) Phân loại theo số trục:
Máy phay CNC 2 trục: Máy vận hành gia công theo 2 trục X, Y
Hình 4: Máy phay CNC 2 trục
Hình 3: Máy phay CNC 3 trục
Máy phay CNC 3 trục có khả năng di chuyển dao cắt theo ba hướng X, Y và Z, trong khi máy phay CNC 4 trục có cấu tạo tương tự nhưng được bổ sung thêm một trục A để quay chi tiết.
Hình 5: Máy phay CNC 4 trục
Máy phay CNC bằng cánh tay robot: Ứng dụng chuyển động của cánh tay robot để phay các chi tiết có độ phức tạp cao
Hình 6: Phay CNC bằng cánh tay robot
CÁC CƠ CẤU, CHI TIẾT CỦA MÁY PHAY CNC 3 TRỤC
Bàn máy
Bàn máy là thiết bị quan trọng để gá đặt chi tiết gia công, giúp tăng khả năng gia công của máy CNC lên cao nhờ vào chuyển động linh hoạt và chính xác 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, từ đó nâng cao tính vạn năng của máy CNC và cho phép gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp.
Yêu cầu của bàn máy: Phải có độ ổn định, cứng vững, được điều khiển chuyển động một cách chính xác
Hình 7: Bàn máy phay CNC
Cụm trục chính
Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi trong quá trình gia công
Hình 8: Cụm trục chính máy CNC
Trục chính được điều khiển bởi động cơ Servo, hoạt động theo chế độ vòng lặp kín và sử dụng công nghệ số, giúp đạt được tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao ngay cả khi chịu tải nặng.
Thanh 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
Yêu cầu của hệ thống thanh trượt trượt phải thẳng, có khả năng tải cao độ cứng vững tốt, không có hiện tượng dính, trơn khi trượt
Hình 10: Thanh dẫn hướng trượt vuông
Trục vít me, đai ốc
Trong máy công cụ điều khiển số, hai dạng vít me cơ bản thường được sử dụng là 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 bị: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn hoặc bi
Hình 11: Vit me, đai ốc thường
Hình 12: Vít me đai ốc bi
Các loại động cơ trên máy CNC
+ Momen khởi động lớn, dễ điều khiên tốc độ và chiều, giá thành rẻ
+ Dải tốc độ điều khiển hẹp
+ Phải có mạch nguồn riêng b) Động cơ xoay chiều:
+ Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều
+ Đa dạng và phong phú về chủng loại, giá thành rẻ
+ Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển và phần chấp hành để đảm bảo an toàn, momen khởi động nhỏ
+ Mạch điều khiển tốc độ phức tạp c) Động cơ bước:
+ Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, không cần mạch điều khiển phản hồi xung + Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC
+ Giá thành cao, momen xoắn nhỏ, momen máy nhỏ
Động cơ servo được thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vòng kín, trong đó tín hiệu ra của động cơ được kết nối với mạch điều khiển Khi động cơ hoạt động, vận tốc và vị trí sẽ được gửi về mạch điều khiển Nếu có trở ngại cản trở chuyển động của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ phát hiện tín hiệu ra chưa đạt yêu cầu Mạch điều khiển sẽ tiếp tục điều chỉnh sai lệch để động cơ đạt được vị trí chính xác mong muốn.
Loại động cơ này có một số đặc điểm chung như sau:
+ Đặc điểm động học tốt
+ Thường được tích hợp sẵn cảm biến đo tốc độ hay góc quay
+ Có dải tần số công tác rộng 0÷400 Hz
XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Tính toán thiết kế hệ thống
F: lực tác dụng lên trục X (N)
Khối lượng trục X được xác định là 0,5 kg sau khi lắp ráp và cân Gia tốc của trục X, theo khảo sát từ mô hình máy in 3D reprap, được tính bằng đơn vị m/s².
M = F.lctđ = F.Dtrục/2 = 0,025.8.10 -3 /2 = 0,0001 (Nm) Dtrục: là đường kính của trục Z (m) Sử dụng trục chuyển động là thanh trục có đường kính là 8mm b) Thiết kế trục Y
Lực F được tính theo công thức F = m.a, với m là khối lượng của trục Y sau khi lắp ráp và cân được là 0.3kg, và a là gia tốc đạt được từ khảo sát mô hình 3D reprap Kết quả tính toán cho thấy F = 0.0015 N.
M = F.lctđ = F.Dtrục/2 = 0,0015.8.10 -3 /2 = 0,000006 (Nm) Dtrục: là đường kính của trục Z (m) Sử dụng trục chuyển động là thanh trục có đường kính là 8mm c) Thiết kế trục Z
F = m.a = 1,2.0,003 = 0,0036 (N) Trong đó: m: khối lượng tổng, trục X chuyển động trên trục Z nên m là tổng khối lượng trục
X và Z Sau khi cân kết quả được 1,2kg a: gia tốc có được sau khi khảo sát thực tế
M = F.lctđ = F.Dtrục/2 = 0,0036.8.10 -3 /2 = 0,000014 (Nm) Trong đó:
Dtrục: là đường kính của trục Z (m) Sử dụng trục chuyển động là thanh trục có đường kính là 8mm d) Tính toán công suất động cơ
V Là vận tốc quay của motor (V/s)
Do ma sát, hao mòn của các bộ truyền ta có hiệu suất chung của hệ dẫn động là:
k : Là hiệu suất của khớp nối
ôl : Là hiệu suất của ổ lăn
• Công suất làm việc trên trục động cơ:
THAO TÁC TRÊN PHẦN MỀM MACH 3 CNC
5.1 : Giới thiệu về mạch mach3 USB
Mạch Mach3 USB là bộ điều khiển CNC tiên tiến, kết nối trực tiếp với máy tính qua giao thức USB và phần mềm Mach3 Thiết bị này mang lại khả năng điều khiển máy CNC chính xác, ổn định và dễ dàng, đồng thời loại bỏ sự phụ thuộc vào cổng LPT truyền thống, ngày càng hiếm trên các máy tính hiện đại.
Mạch Mach3 USB, với khả năng điều khiển từ 3 đến 6 trục và hỗ trợ đa dạng tín hiệu đầu vào và đầu ra, là giải pháp lý tưởng cho hệ thống máy CNC mini, máy khắc laser, máy plasma và các ứng dụng tự động hóa khác Thiết bị này còn tích hợp chức năng bảo vệ, lọc nhiễu và điều khiển tốc độ động cơ qua tín hiệu PWM, đảm bảo hiệu suất làm việc tối ưu và độ tin cậy cao.
Hình 16: Mạch điều khiển Mach3 USB
• Kết nối USB tốc độ cao, dễ dàng cài đặt driver
• Tương thích hoàn toàn với phần mềm Mach3
• Hỗ trợ điều khiển nhiều trục (3~6 trục tùy phiên bản)
• Có sẵn cổng kết nối cho công tắc hành trình, công tắc giới hạn, nút dừng khẩn cấp
• Giao diện đơn giản, dễ sử dụng, phù hợp cả với người mới bắt đầu
Hình 17: Sơ đồ nói dây mạch mach 3
5.2 : Tính toán thông số trục vít me, giới hạn hành trình và điều chỉnh tốc độ trục X,
Cách tính số xung/mm cài đặt trong MACH3 CNC:
Một số loại động cơ bước yêu cầu 1000 xung hoặc 500 xung cho mỗi vòng quay, tức là để động cơ xoay một vòng, cần xuất 1000 xung hoặc 500 xung cho driver.
+ Ta có: Vitme bước 2, Số xung/ vòng là 1000 xung
Ta suy luận như sau: 1000 xung thì di chuyển 10mm
X: xung di chuyển trên 1mm
Như vậy ta chỉ cần nhập 800 vào ô mm/pulse của phần mềm Mach3 CNC để điều chỉnh tốc độ cho 3 trục X, Y, Z
5.3 : Cài đặt thông số phần mềm cho mạch mach3 USB
+ Bước 1: Nhấn chọn config trên thanh công cụ và chọn ports and pins
29 + Bước 2: Mở cửa sổ để điều chỉnh các thông số Port setup and axis selection
+ Bước 3: Chỉnh tín hiệu motor output
30 + Bước 4: Điều chỉnh input signals
31 + Bước 5: Chọn config vào công cụ motor tuning để điều chỉnh bước đi của động cơ bước
5.4 : Viết chương trình G-code từ chương trình CAM bên ngoài
CHƯƠNG 6: THAO TÁC TRÊN PHẦN MỀM ASPIRE
+ Bước2: Cài đặt chế độ tọa độ gốc X, Y, Z
39 + Bước 3: Chọn hình dạng và kích thước phay
40 + Bước 5: Chọn chế độ gia công
41 + Bước 7: Tính toán chế độ cắt
LẮP RÁP VÀ MÔ HÌNH THỰC TẾ
Mô hình thực tế
7.3 : Sản phẩm khi chạy thử máy
7.4 : Đánh giá hoạt của máy Đánh giá độ ổn định: sau khi lắp ráp hoàn thiện máy phay, lần lượt kiểm tra chuyển động của từng trục
Trục X của máy phay được khởi động bằng nguồn điện và điều khiển bằng tay, cho phép di chuyển trục X một cách ổn định Quan sát thực tế cho thấy trục vít me và trục định hướng hoạt động mà không có hiện tượng lắc hay chênh lệch quãng đường.
Trục Y được điều khiển bằng tay, cho thấy sự chuyển động ổn định Quan sát cho thấy trục vít me và trục định hướng không gặp hiện tượng lắc hay chênh lệch quãng đường.
Trục Z được điều khiển bằng tay, cho phép quan sát chuyển động ổn định mà không có hiện tượng lắc Trục vít me và trục định hướng hoạt động đồng nhất, không xuất hiện sự chênh lệch quãng đường giữa hai bên trục Z.
Sau khi kiểm tra hoạt động của các trục bằng cách chuyển động tay, máy đã thực hiện phay bằng bút chì trên một vật thể trong suốt 1 ngày Kết thúc quá trình in, sản phẩm đã hoàn thiện đúng như thiết kế, không xảy ra lỗi và không bị dừng đột ngột trong quá trình phay.
