Do an tot nghiep (than) chuan

Trước đây, khi gia công một sản phẩm người thợ phải lấy nguyên liệu, gia công bằng tay trên các máy móc nửa thủ công như máy tiện, máy phay, máy bào,… Hiện nay, công việc gia công đã đượ

LỜI MỞ ĐẦU

Công nghệ cơ khí hay kỹ thuật cơ khí là ngành ứng dụng các nguyên lý về vật lý để tạo ra các loại máy móc và thiết bị, vật dụng hữu ích đáp ứng nhu cầu của con người, giúp giảm thiểu lao động thủ công, tăng năng suất và chất lượng sản phẩm Sinh viên ngành cơ khí được đào tạo đẩy đủ các kiến thức về vật lý,

cơ học, sức bền, nguyên lý máy, vật liệu,… ứng dụng chúng vào việc thiết kế, chế tạo, sử dụng hay bảo dưỡng máy, chi tiết máy.

Trước đây, khi gia công một sản phẩm người thợ phải lấy nguyên liệu, gia công bằng tay trên các máy móc nửa thủ công như máy tiện, máy phay, máy bào,… Hiện nay, công việc gia công đã được tự động hóa bằng các máy gia công hiện đại, trong đó có máy phay CNC tạo ra hàng loạt sản phẩm cơ khí có

độ chính xác cao, đa dạng, độ bền tốt mà người thợ cơ khí chỉ cần nhập chương trình cho máy tự động gia công.

Mô hình máy phay CNC có cấu tạo và chức năng tương tự máy phay CNC công nghiệp, giúp sinh viên làm quen với quy trình vận hành các máy CNC Mô hình máy phay CNC được sinh viên khóa trước chế tạo, tuy nhiên do gặp phải một số vấn đề nên mô hình máy chưa hoạt động được Là sinh viên chính quy chuyên ngành Cơ khí chế tạo máy; Để cải tiến mô hình cũ, được sự đồng ý của

bộ môn Công nghệ cơ khí, khoa Cơ Điện, cùng sự hướng dẫn của thầy Ngô Đăng Huỳnh và thầy Phạm Thanh Cường, em thực hiện đề tài: “TÍNH TOÁN,

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ PHỤC HỒI MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC 3

TRỤC”.

Mục đích của đề tài là cải tiến và hướng tới hoàn thiện mô hình máy phay CNC cũ sử dụng làm mô hình học tập cho sinh viên.

Nội dung của đồ án gồm ba phần: Tổng quan về máy phay CNC; Tính

toán, thiết kế, chế tạo và phục hổi mô hình máy; Chạy thử và hoàn thiện; Những chú ý và kiến nghị.

Chương 1:

TỔNG QUAN1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY CNC

cơ trục chính làm quay dao sinh ra lực cắt phôi Như vậy, gia công chi tiết trênmáy phay thì cụm trục chính sinh ra lực cắt chính, còn chuyển động tạo hình củachi tiết là do chuyển động của bàn máy..

Hình 1.1: Máy phay thông thường

1- Bệ máy; 2- Thân máy; 3- Bàn máy; 4- Động cơ truyền động trục chính; 5- Cụm trục chính; 6- Các

vô lăng điều khiển; 7- Du xích điều khiển; 8- Trục vít me.

Bệ máy dùng để gắn chặt thân máy với đất, toàn bộ khối lượng của máy tácđộng lên Bệ máy phải đảm bảo cứng vững, chống rung tốt khi máy làm việc.Thân máy đỡ bàn máy và các cụm truyền động, yêu cầu phải có độ cứngvững tốt, phải đạt độ thẳng và có kết cấu dễ dàng bắt các chi tiết, cụm chi tiết

Bàn máy dùng để gá chi tiết khi gia công, có dạng chữ nhật, đúc bằng gang,bên dưới có rãnh trượt để ghép với mộng trượt của bàn dao dọc và hệ thống vít

me - đai ốc để tạo chuyển động chạy dao ngang, phía trên có các rãnh chữ Tdùng để giữ đầu vít hoặc đai ốc T khi kẹp chi tiết hay đồ gá Bàn máy yêu cầuphải thẳng, phẳng, có độ cứng cao và ít bị mài mòn khi làm việc

Động cơ truyền động trục chính tạo chuyển động quay của trục chính thôngqua bộ truyền đai răng hoặc đai thang Loại này thường được sử dụng phổ biến

vì chi phí thấp và hiệu suất tốt khi truyền công suất danh nghĩa của động cơthành công suất có ích trên trục chính Hiệu suất của trục chính dẫn động bằngđai đạt khoảng 95%

Cụm trục chính là nơi gá lắp dụng cụ cắt và nhận truyền động từ động cơdẫn động trục chính làm quay dao tạo ra tốc độ cắt gọt Trên thân trục, tùy theochức năng, công dụng mà người ta gia công rãnh then bằng hoặc then hoa để lắpcác chi tiết di trượt hoặc cố định như các bánh răng, bánh đà, bánh đai… Ngoài

ra trên đầu trục chính, người ta còn gia công lỗ côn chính xác, tiêu chuẩn để lắpcác đồ gá mũi tâm khi gia công… Tùy theo độ chính xác gia công của từng loạimáy mà người ta gia công cụm trục chính có độ chính xác khác nhau

Các vô lăng điều khiển có gắn tay quay, truyền chuyển động quay đến cáctrục vit me giúp người điều khiển dịch chuyển của bàn máy Trên vô lăng điềukhiển thường gắn du xích

Du xích điều khiển có chia vạch và đánh số và được gắn với vô lăng điềukhiển, giúp xác định vị trí của dao với bàn máy so với vị trí ban đầu Du xích cóthể quay tương đối so với vô lăng khi tác động lực của người công nhân để lấygiá trị 0 làm gốc

Trục vít me được đỡ bởi các ổ đỡ, nhận truyền động quay từ các vô lăng,nhờ đai ốc gắn chặt với bàn máy biến chuyển động quay từ tay công nhân thànhchuyển động tính tiến của bàn máy

1.1.2 Máy phay CNC 3 trục

Máy phay CNC 3 trục là máy phay được điều khiển bằng các chương trìnhviết trên máy tính theo các mã tiêu chuẩn Thông qua kết nối giữa máy tính vàmạch điều khiển các động cơ dẫn động truyền chuyển động đến các trục vit me,

nhờ có đai ốc bi (bộ truyền vit me- đai ốc bi) gắn trực tiếp với bàn máy biếnchuyển động quay của trục vit me thành chuyển động tính tiến của bàn máy Bànmáy có bộ phận cảm biến vị trí sẽ phản hồi và hiện lên màn hình máy tính, nhờ

đó mà người công nhân xác định được vị trí giữa dao và phôi; Động cơ trụcchính quay sinh ra lực cắt chính của dao Máy phay CNC 3 trục có cấu tạogiống máy phay 3 trục: thân máy, bàn máy, hệ thống truyền động trục chính, hệthống chạy dao, hệ thống điều khiển, hệ thống gá kẹp và các thiết bị phụ trợnhư: bôi trơn, làm mát, chiếu sáng,…

Hình 1.2: Máy phay CNC trong thực tế

1- Đế máy; 2- Trục Y; 3- Bàn máy; 4- Ổ tích dao; 5- Cụm trục chính; 6- Động cơ trục Z; 7- màn hình hiển thị; 8- Bảng điều khiển; 9- Thân máy; 10- Trục Z; 11- Trục X; 12- Động cơ trục X; 13- Cửa bảo

vệ; 14- Động cơ trục Y.

1.1.2.1 Đế và thân máy

Đế máy được đặt trực tiếp với đất, là phần đỡ và gá các chi tiết, bộ phần củamáy Thân máy gắn trên đế máy, dùng để gá trục Z, cụm trục chính, động cơtrục chính , tủ điện và mạch điều khiển

Đế và thân máy phải đảm bảo độ cứng vững cao, có các thiết bị chống rungđộng và độ ổn định về nhiệt để tạo sự ổn định, cân bằng cho máy; đảm bảo độchính xác cao khi gia công Đế và thân máy thường được chế tạo bằng gang vìgang có độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép, giảm rung động khi làm việc.

1.1.2.2 Bàn máy

Bàn máy là nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá Nhờ có sự chuyển độnglinh hoạt của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC được tăng lên, cókhả năng gia công được các biên dạng đường thẳng, đường tròn hay các đườngcong lien tục,…

Hình 1.3: Bàn máy

Thường có dạng bàn phẳng có các rãnh chữ T để gá đặt chi tiết hay các đồ

gá trên đó Cần đảm bảo độ cứng vững, độ phẳng và được điều khiển chuyểnđộng một cách chính xác

Ngoài ra, trên một số máy phay CNC còn trang bị thêm bàn xoay để tăngtính vạn năng của máy hay để gia công các biên dạng, các bề mặt phức tạp như:cánh tuabin, cánh chân vịt tàu thủy, Nó có ý nghĩa như trục thứ tư, thứ năm củamáy,…

Hình 1.4: Các trục của bàn xoay và máy phay CNC

1.1.2.3 Cụm trục chính

Cụm trục chính là nơi lắp dụng cụ cắt gọt, chuyển động quay của trục chính

sẽ sinh ra lực phôi trong quá trình gia công

Dẫn động trục chính thường có bốn dạng là dẫn động bằng đai, dẫn độngtrực tiếp, dẫn động bằng bánh răng và dẫn động tích hợp

Trục chính dẫn động bằng đai (hình 1.6a) nhận chuyển động từ động cơ

thông qua bộ truyền đai răng hoặc đai thang Loại này được sử dụng khá phổbiến trong các máy gia công truyền thống vì chi phí thấp và hiệu suất đạt khoảng95%; kém hiệu quả hơn so với trục chính truyền động trực tiếp (gần 100%)nhưng lại tốt hơn loại truyền động bánh răng (nhỏ hơn 90%) Trục chính dẫnđộng bằng đai có thể đạt tốc độ quay 15.000 vg/ph và truyền mô men xoắn tốt ởtốc độ thấp (1000 vg/ph) tùy thuộc vào loại đai và tỉ số truyền; chúng được dùngcho một dải rộng lớn nhiều công việc khác nhau với các yêu cầu giữa mô menxoắn cao/tốc độ quay thấp và mô men xoắn thấp/tốc độ quay cao Loại truyềnđộng này có nhược điểm chính là bị giãn nở nhiệt đáng kể so với các bộ truyền

động khác, gây nhiều tiếng ồn hơn do sự chuyển động của đai và độ kéo căngcủa đai gây nên lực hướng kính lên trục và tải trên các ổ đỡ.

Hình 1.6:Các dạng điều khiển trục chính

a) Trục chính dẫn động bằng đai; b) Trục chính dẫn động trực tiếp; c) Trục chính dẫn động

bằng bánh rang; d)Trục chính được dẫn động tích hợp.

1- Động cơ; 2- Cụm trục chính; 3- Khớp nối trục; 4- Bộ truyền bánh răng; 5- Bộ truyền đai; 6- Các

cực, nam châm điện.

Trục chính dẫn động bằng bánh răng (hình 1.6c) có thể đạt mô men xoắn cao

ở số vòng quay thấp và chúng có nhiều dải cấp tốc độ Tuy nhiên các bánh rănggây rung động ảnh hưởng xấu đến độ bóng bề mặt chi tiết gia công Hơn nữa,hiệu suất của chúng kém hơn các dạng dẫn động khác khi chúng chuyển đổicông suất danh nghĩa của động cơ thành công suất cắt của dao Trục chính dẫnđộng bằng bánh răng không phù hợp cho các trường hợp gia công cao tốc mặc

dù rất thích hợp cho các công việc nặng

Trục chính được dẫn động trực tiếp (hình 1.6b) đạt hiệt suất gần 100%.Chúng có thể làm việc ở tốc độ quay cao nhưng mô men xoắn thấp Vì không cóxích truyền động nên không thể tăng mô men xoắn một cách cơ học để đáp lại

sự giảm tốc độ động cơ Hệ thống truyền động này ứng xử tốt về mặt rung động,

có nghĩa là có thể đạt các tốc độ cao và vẫn đạt được độ bóng bề mặt tốt

Trục chính được dẫn động tích hợp (hình 1.6d): Động cơ điện đồng bộ hoặckhông đồng bộ được tích hợp vào kết cấu trục chính giữa các ổ đỡ trước và sau.Bằng cách này, rung động và tiếng ồn được giảm thiểu và công việc có thể được

thực hiện ở các tốc độ quay cao, trên 15.000 vg/ph Do đó trục chính loại này rấtphổ biến ở các máy công cụ gia công cao tốc Loại trục chính này có các hệthống phụ cho làm mát giúp kiểm soát sự truyền nhiệt bên trong trục chính vàgiãn nở nhiệt để đạt được hiệu suất tốt Do động cơ lắp bên trong thân trục chínhnên hệ thống tản nhiệt có vai trò vô cùng quan trọng và yêu cầu độ chính xáccao trong lắp ráp.

1.1.2.4 Hệ thống dẫn động

Hệ dẫn động của máy phay CNC là chuyển động tịnh tiến của ba trục X, Y,

Z xác định vị trí tương quan giữa bàn máy và dụng cụ cắt; Hai trục X, Y điềukhiển tịnh tiến qua lại của bàn máy theo hai phương X và Y; trục Z điều khiểnchuyển động lên xuống của cụm trục chính theo phương Z Nhờ sự phối hợp của

ba trục mà máy phay CNC 3 trục có thể phay được các bề mặt phức tạp mộtcách đơn giản mà không cần có những bộ đồ gá chuyên dùng

Dẫn động cho các trục bằng động cơ Servo có mạch điều khiển kín, có mạchphản hồi để nhận biết các thông số về vị trí, tốc độ mong muốn Động cơ Servo

có thể tạo được momen xoắn lớn, làm việc và đảo chiều êm, có khả năng làmviệc từ tốc độ thấp đến tốc độ cao

Hình 1.7: Ba trục X, Y, Z của máy phay CNC

1.1.2.5 Truyền động tịnh tiến

Truyền động tịnh tiến của các trục sử dụng truyền động vitme – đai ốc bi,biến chuyển động quay của trục vitme thành chuyển động tịnh tiến của đai ốc.Loại truyền động này khác với truyền động vit – đai ốc ở chỗ có thêm các conlăn là bi cầu nhờ đó ma sát trong truyền động vitme – bi là ma sát lăn.

Bộ truyền vit me – đai ốc bi gồm trục vit me và đai ốc bi Hai nửa đai ốc biđược kẹp tựa vào nhau thông qua vòng cách để khử khe hở và tạo sức căng banđầu, đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao, làm việc ổn định ở tốc độ cao

a) Ổ tích dao; b) Cơ cấu thay dao tự động

1- Ổ tích dao; 2- Dao cắt; 3- Bộ phận thay dao tự động; 4- Trục chính.

Các thao tác thay dao bao gồm bốn bước: Bộ phận thay dao quay, một đầukẹp dao trên ổ tích dao, đầu còn lại kẹp dao trên trục chính Bước tiếp theo, hệthống khí nén mở kẹp dao trên trục chính, bộ phận thay dao nhấc dao ra khỏi ổtích dao và trục chính; sau đó quay 180 độ để đổi dao và đưa dao vào trục chính,dao còn lại đưa đến vị trí gá dao mới lấy Lúc này, hệ thống khí nén đóng kẹpdao trên trục chính; bộ phận thay dao quay trở lại vị trí ban đầu khi chưa thaydao Tốc độ thay dao trên máy CNC nhanh giúp giảm thiều thời gian chuẩn bịgia công và an toàn cho công nhân

Hình 1.11: Các thao tác thay dao 1.1.2.8 Màn hình hiển thị và bảng điều khiển

Hình 1.12: Màn hình hiển thị và bảng điều khiển

Màn hình hiển thị chương trình, thông tin về: Thông số vận hành vị trí,lượng chạy dao, tốc độ trục chính,… cũng như giá trị của các tham số trong quátrình thực hiện chương trình và mô phỏng bằng đồ họa quá trình gia công Hệthống đồ họa trên các hệ điều khiển còn cho phép khả năng quan sát chi tiết, daocắt, mô phỏng đường chạy dao trức tiếp trong quá trình gia công.

Bảng điều khiển gồm các phím chức năng để lập trình và điều khiển máy:Nút dừng khẩn cấp, công tắc bật tắt chương trình điều khiển,…

Ngoài các bộ phận trên thì máy phay CNC còn trang bị hệ thống bôi trơn vàtưới nguội giúp bôi trơn và làm mát dụng cụ cắt gọt, máy và chi tiết máy; tăngtuổi bền của dụng cụ cắt gọt và của máy; có hệ thống che chắn vùng gia công ,

an toàn cho scông nhân khi máy chạy,…

Bảng 1.1: SỰ KHÁC NHAU GIỮA MÁY PHAY CNC VÀ MÁY PHAY THÔNG

THƯỜNG

Máy phay thông thường Máy phay CNC

Cần có công nhân thạo nghề Chương trình nhập từ bàn phím, không yêu cầu công nhân thạo nghềCông nhân điều khiển bàn máy

thông qua vô lăng Phần mềm chuyên dụng điều khiển

Công nhân định kì đo kích thước

gia công Bộ điều khiển giám sát nhờ tín hiệu phản hồi vị trí và tự động hiệu chỉnh kích thước Năng suất và chất lượng gia công

không cao Năng suất và chất lượng gia công cao

Việc thay dao, kẹp phôi,… công

nhân trực tiếp thực hiện Việc thay dao, kẹp phôi,… được thực hiện tự động Vùng gia công không được che kín

nên độ an toàn không cao

Vùng gia công được che kín đảm bảo độ an toàn cho công nhân.

1.1.3 Mô hình máy phay CNC 3 trục

Mô hình máy phay CNC 3 trục là một máy phay CNC dưới dạng mô hình,

nó có kích thước nhỏ hơn so với máy thật, những phần mô hình thể hiện là domục đích của người thiết kế và thực hiện được công việc cơ bản mà một máyphay CNC có thể làm Mô hình máy phay CNC 3 trục có cấu tạo gồm đế máy,thân máy, bàn máy, hệ thống điều khiển, hệ dẫn động gồm các trục vít me – đai

ốc bi nhận chuyển động quay từ động cơ bước, biến chuyển động quay thànhchuyển động tịnh tiến của bàn máy và cụm trục chính theo 3 phương X, Y, Z;trục X, Y dẫn động tịnh tiến qua lại cho bàn máy; trục Z dẫn động lên xuống chocụm trục chính Cụm trục chính bao gồm động cơ trục chính tạo chuyển độngcắt gọt cho dao, và colet kẹp dao Bộ phận dẫn hướng dẫn hướng và tăng cứngvững cho các trục

Nguyên lý hoạt động của mô hình máy phay CNC 3 trục: Trục chính quaylàm quay dao cắt sinh ra lực cắt phôi Động cơ bước được điều khiển thông quamạch điều khiển và phần mềm truyền chuyển động quay cho trục vit me thôngqua khớp nối, đai ốc bi biến chuyển động quay của trục vit me thành chuyểnđộng lên xuống của cụm trục chính theo phương Z và chuyển động tịnh tiến bànmáy theo hai phương X và Y Nhờ sự hoạt động nhịp nhàng của cụm trục chính

và bàn máy mà có thể tạo ra các chuyển động thẳng, tròn hay đường cong liêntục,… dễ dàng và chính xác

Hình 1.13: Mô hình máy phay CNC 3 trục

1- Vít me bi trục Y; 2- Vít me bi trục X; 3- Động cơ bước trục X; 4- Đế máy; 5- Thân máy; 6- Dẫn hướng trục Z; 7- Động cơ bước trục Z; 8- Vit me bi trục Z; 9- Động cơ trục chính; 10- Cụm trục chính; 11- Dao cắt; 12- Bàn máy; 13- Dẫn hướng trục X; 14- Dẫn hướng trục Y; 15- Động cơ bước trục Y;

16- Hộp điều khiển.

1.2 MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC CŨ VÀ GIẢI PHÁP

Để cải tiến mô hình máy đã được khóa trước chế tạo, nhóm chúng em đã tìmhiểu thực trạng của mô hình cũ, tìm ra những phần chưa hợp lí và có hướng cảitiến tốt hơn

Cụm trục chính chưa đảm bảo yêu cầu về độ đồng tâm, ma sát lớn và thiếuđộng cơ truyền động cho cụm trục chính

Không điều khiển được chuyển động lên xuống của dao do khi tính toánkhông kể đến ảnh hưởng của ma sát trên các sống trượt nên động cơ không đủcông suất

Các cụm trục X, Y có ma sát lớn từ các rãnh trượt nên hoạt động của động

cơ nặng nhọc, gây tổn hao công suất, rung động lớn và đảo chiều khó khăn.Trục vit me bi một đầu được đỡ bởi gối đỡ trục, một đầu tự do nên khôngđảm bảo được độ thẳng khi chuyển động, thiếu cứng vững và dễ gây rung độngkhi làm việc

Chưa có hộp bảo vệ các bo mạch, phần cách điện các mối nối chưa được kínhoàn toàn có thể gây nguy hiểm khi máy làm việc

1.2.2 Giải pháp

Thiết kế lại cụm trục chính, tính toán và chọn động cơ trục chính phù hợpvới công suất và yêu cầu.

Thay đổi cụm dẫn hướng sang ma sát lăn để giảm tác động của ma sát đếncông suất và khả năng làm việc của máy; kiểm tra công suất của động cơ điềukhiển vị trí dao và bản máy

Trục vit me bi các cụm trục X, Y, Z cần có gối đỡ trục hai đầu để đảm bảolàm việc ổn định

Hệ thống điều khiển và mạch điện cần có hộp cách điện, kiểm tra các dâydẫn điện, mạch điều khiển, cách điện các mối nối,

1.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH CẢI TIẾN

Từ những phần chưa hợp lý của mô hình cũ, em tính toán lại và lựa chọn kếtcấu hợp lí hơn phù hợp với yêu cầu làm việc của máy

Những chi tiết được sử dụng từ mô hình cũ: Đế máy, thân máy, bàn máy, batrục vit me bi có đường kính là 20 (mm), chiều dài trục 400 (mm), ba động cơbước dẫn dộng cho ba trục X, Y, Z; mạch điều khiển và phần mềm điều khiển.Việc tính toán, thiết kế cần có những yêu cầu và thông số ban đầu làm cơ sở:

Bảng 1.2: CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU CHO THIẾT KẾ MÔ HÌNH

Các thông số Máy CNC Mô hình cũ Mô hình mới

Số lưỡi cắt của dao phay Không giới hạn Chưa có 4

Chiều sâu cắt lớn nhất (mm) 2 2

Máy CNC công nghiệp được tính toán thiết kế cho gia công các vật liệu có

độ cứng cao như: các loại thép các bon, thép hợp kim,… với hành trình dichuyển của các trục từ 800 đến 3000mm, gia công các chi tiết có kích thước lớnvới độ chính xác cao (dung sai không quá 0.01mm) Tốc độ di chuyển bàn máy,

số vòng quay trục chính lớn giúp giảm thời gian gia công, tăng năng suất Còn

mô hình máy phay CNC dùng làm học cụ phục vụ quá trình học nên chỉ cầnthực hiện được các thao tác cơ bản của một máy phay CNC; gia công vật liệumềm như: Nhôm, nhựa hay gỗ,…Có kích thước nhỏ gọn, hành trình làm việc từ

50 đến 500 (mm), , số lượng và đường dao hạn chế (dao có đường kính nhỏ hơnhoặc bằng 5 mm); tốc độ gia công không quá 500 mm/ph và khoảng dung sailớn, tính đến mm Vì vậy, với công việc tính toán và cải tiến mô hình máy phayCNC, em lựa chọn các thông số ban đầu như trên bảng 1.2

Việc thiết kế kết cấu và kiểm nghiệm bền được thực hiện thông qua phầnmềm Autocad và Autodesk Inventor, nên có thể phát hiện các chỗ không hợp lý,tốc độ tính toán nhanh, chính xác

1.3.1 Thân và đế máy

Đế máy là phần đặt toàn bộ các bộ phận của máy lên, đế máy được đặt trựctiếp với đất Thân máy được bắt vào đế máy bằng bulong – đai ốc, là phần đỡcụm trục Z, cụm trục chính, động cơ truyền động trục chính và tủ điện và mạchđiều khiển

Các chi tiết được bắt trực tiếp lên đế và thân máy nên yêu cầu bề mặt làmviệc phải phẳng, thẳng; đảm bảo vuông góc giữa thân máy và đế máy

Đế và thân máy được chế tạo bằng cách hàn các thép chữ U lại với nhau,phay phẳng các bề mặt làm việc và khoan các lỗ lắp ghép

Thân và đế máy được kiểm tra bền thông qua phần mềm và thay đổi cho hợplí

1.3.2 Bàn máy

Bàn máy là nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá, có dạng bàn phẳng và

có các rãnh chữ T để gá đặt chi tiết hay các đồ gá trên đó Cần đảm bảo độ cứngvững, độ phẳng và được điều khiển chuyển động một cách chính xác

Bàn máy được sử dụng lại và tính toán kiểm tra bền Bàn máy được chế tạo

từ thép CT3, các thanh thép được phay phẳng và được bắt với nhau bằng bulông để tạo rãnh chữ T Hai mặt làm việc cần yêu cầu độ phẳng cao thì phaytinh; mặt bắt với trục X cần taro ren để bắt bulong

Hình 1.14: Bàn máy

1.3.3 Cụm trục chính

Cụm trục chính là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh

ra lực cắt để cắt phôi trong quá trình gia công

Dẫn động trục chính tạo chuyển động cắt cho dao hường dùng động cơspindle; động cơ Spindle có ưu điểm là làm việc êm, có số vòng quay và mômen lớn, thay đổi tốc độ nhanh Trục ra công suất của đông cơ thường được chếtạo để bắt với bộ phận kẹp dao, tương tự như cụm trục chính dẫn động tích hợpcủa máy phay CNC công nghiệp, nên việc tính toán, thiết kế cụm trục chính giờchỉ còn là tính toán và chọn động cơ Spindle

Số vòng quay của động cơ chọn theo yêu cầu bài ra Công suất động cơSpindle được tính dựa vào lực cắt khi gia công

Hình 1.15: Cụm trục chính

1- Động cơ trục chính; 2- Gá kẹp động cơ; 3- colet kẹp dao; 4- Dao cắt.

Lực tác dụng lên dao và phôi khi gia công, khi gia công chủ yếu là lực cắt vàlực chạy dao Độ lớn và hướng của lực có ảnh hưởng quyết định đối với kết cấucủa máy thiết kế Tùy thuộc vào quá trình tạo phoi, lực cắt P hình thành với cácphần lực hướng trục Px, hướng kính Py và lực cắt chính Pz

Hình 1.16: Các thành phần lực cắt khi phay

P x - Lực hướng trục; P y - Lực hướng kính; P z - Lực cắt chính; P h - Lực chạy dao ngang; P v - Lực

chạy dao dọc; P yz - Lực thành phần.

Theo công thức tài liệu [1], ta có lực cắt chính được tính theo công thức:

MP w

q

u y Z

x P

n D

Z B S t C

10

Trục vit me bi được chọn có đường kính không nhỏ hơn giá trị đường kínhtính theo công thức 1.10, trong đó L là chiều dài trục vit me bi:

để nâng cao khả năng truyền dẫn của động cơ tăng hiệu suất làm việc.

Phần dẫn hướng cũ là các sống trượt – là tiếp xúc mặt – khi chuyển độnggây ra ma sát trượt nên tổn thất công suất do ma sát lớn (hệ số ma sát khoảng0.15) Vì vậy, ta thay sống trượt bằng phần dẫn hướng có ma sát lăn (hệ số masát lăn khoảng 0.01) Dẫn hướng là thanh trượt tròn bao gồm trục trơn và tytrượt trong có gắn bi, khi ty trượt trượt trên trục thì các viên bi tiếp xúc và lăntrên bề mặt trục

Trên thị trường, thanh dẫn hướng tròn được chế tạo theo tiêu chuẩn và chọn mua theo khả năng chịu tải của trục

tâm giữa trục độc cơ và trục vit me, tháo lắp dễ dàng, có khả năng giảm chấn vàkhử độ dơ giữa hai trục khi đảo chiều quay Khớp nối đàn hồi gồm hai nửa đượcnối với nhau qua bộ phận đàn hồi (có thể được chế tạo từ kim loại – thép lò xohay từ vật liệu phi kim loại – cao su), một nửa lắp cố định với trục động cơ, nửacòn lại lắp cố định với trục vitme.

Khớp nối đàn hồi được sử dụng từ mô hình cũ

Hình 1.19: Khớp nối đàn hồi

1- Nửa lắp với trục vit me bi; 2- Bộ phận đàn hổi; 3- Nửa lắp với trục động cơ bước.

1.3.7 Động cơ bước dẫn động tịnh tiến

Động cơ bước là động cơ có thiết kế đặc biệt, điều khiển vòng quay qua

số bước thông qua mạch điều khiển xung, mỗi xung thì động cơ quay được mộtgóc độ nào đó tương đương với một bước Động cơ bước có momen xoắn vàmomen giữ lớn, có khả năng đảo chiều dễ dàng, nhưng gây rung động do làmviệc theo xung

Hình 1.20: Động cơ bước và mạch điều khiển

Hình 1.21: Dẫn động bằng động cơ bước

1- Động cơ bước; 2- Khớp nối trục; 3- Bộ truyền vit me – đai ốc bi.

P- Lực dọc trục; F v - Lực vòng; D v - Đường kính vít me bi tính đến tâm bi; n- số vòng

quay.

Khi động cơ quay, nhờ lực vòng nhận từ động cơ thông qua khớp nối, cộngvới thiết kế ren vít của bộ truyền vit me bi, chuyển lực vòng thành lực dọc trụctịnh tiến qua lại của đai ốc bi

Hình 1.22: Quan hệ giữa các lực trục vit me bi

t- Bước vít me; α- Góc nâng.

Từ hình 1.22, ta tìm được quan hệ giữa lực vòng và lực dọc trục của vit me

bi là:

v

P D

t =

=

.)tan(

π

α

=> t

D P

v

π

=

(1.6)

=> Công suất động cơ bước:

B A V

F

60.1000

2

1 η η

1.3.8 Mạch điều khiển

Để các động cơ bước dẫn động các trục phối hợp với nhau, đòi hỏi có bộđiều khiển thực hiện chức năng này Với mô hình máy phay CNC 3 trục thường

sử dụng mạch điều khiển động cơ bước 3128A

1.3.8.1 Bo mạch chính điều khiển động cơ bước 3128A

Ngõ ra relay 1 có thể được thiết lập tự động đóng mở nguồn tổng cho tất

cả thiết bị thông qua máy tính

Ngõ ra relay 2 và 3 thiết lập cho việc đóng mở động cơ trục chính và hệthống tưới nước làm mát

Ngõ ra 0 - 10v DC và PWM thông qua cách ly quang tốc độ cao có thể sửdụng điều khiển tốc độ động cơ trục chính

Cổng vào là cổng đưa các tín hiệu điều khiển đầu vào, nhập lệnh từ phầnmềm điều khiển trên máy tính Cổng vào có năm cổng: P10 có chức nănggiới hạn hành trình trục X; P11- Probe; P12 – E – Stop; P13 giới hạn hànhtrình trục Y; P15 giới hạn hành trình trục Z

Hình 1.24: Cổng vào

Cổng ra được nối với các động cơ bước, nó có tám cổng có khả năng điềukhiển với mô hình CNC 4 trục, nhưng ta chỉ quan tâm đến sáu cổng điềukhiển động cơ bước của ba trục X, Y, Z là: P4, P5 – điều khiển động cơ bướctrục X; P6, P7 điều khiển động cơ bước trục Y; P8, P9 điều khiển động cơbước trục Z; Các cổng này ta có thể đảo chân vào động cơ bước cho nhau,tuy nhiên cần đảo cặp cổng, VD: cặp cổng P4, P5 điều khiển động cơ trục Z;P8,P9 điều khiển động cơ trục X; và khai báo thay đổi trên phần mềm

Hình 1.25: Cổng ra

Hình 1.26: Đường cấp điện đầu vào

Đường cấp điện đầu vào gồm có ngõ vào 16-32 V, dòng một chiều (cóthiết kế chống đảo ngược cực, phòng đấu nhầm cực); ngõ vào 12 V DC; một