Thiết kế mô hình máy CNC phục vụ giảng dạy

Tất cả các chức năng trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm điều khiển đã được cài đặt trên máy tính.. Trong môi trường sản xuất, một loạt các máy CNC kết hợp thành một tổ hợp, gọi là

LỜI MỞ ĐẦU

Trong tình hình hiện nay, cùng với sự phát triển của nhiều ngành khoa học và công nghệ có liên quan, lĩnh vực nghiên cứu về tự động hóa đã có bước phát triển vượt bậc trong những thập kỷ gần đây Trong những công trình lớn như nhà máy, xí nghiệp chúng ta thấy rõ hơn vai trò quan trọng của điều khiển tự đông hoặc những ứng dụng tự động trong lĩnh vực dân dụng, có những máy thông minh phục vụ cho những nhu cầu sinh hoạt cho con người Tất cả những máy móc đó được điều khiển bởi bộ xử lý trung tâm, ở những hệ thống lớn thì bộ xử lý trung tâm là PLC, máy tính công nghiệp… ở những hệ thống xử lý nhỏ hơn thì người ta dùng vi điều khiển Vấn đề dùng máy móc thay thế con người trong công nghiệp hiện nay rất phổ biến, có thể nói đã giảm phần nào những nguy hiểm mà con người phải thường xuyên tiếp xúc Máy phay CNC là một trong những thành tựu của tiến bộ khoa học

kỹ thuật trên thế giới 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 Sự ra đời của máy CNC đã giải quyết được những nhiệm vụ cấp bách hiện nay là tự động hoá quá trình sản xuất và nhất là sản xuất hàng loạt nhỏ, sản xuất linh hoạt Máy CNC hiện nay nhập ngoại giá thành rất cao, nên việc mua máy về phục vụ cho việc giảng dạy còn gặp nhiều hạn chế Nhận thức xu hướng và tầm quan trọng của việc học lý thuyết đi đôi với thực hành giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức Nhóm sinh viên đã quyết định

chọn thực hiện đề tài “Thiết Kế Mô Hình Máy CNC Phục Vụ Giảng Dạy”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu chung về máy CNC

CNC là viết tắc của Computer Numerical Control điều khiển số bằng máy tính

Máy công cụ CNC là loại máy gia công sử dụng các chương trình đã được lập trình sẵn để gia công các chi tiết

Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu vào bộ nhớ Khi gia công, máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy CNC thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy đường tròn, mặt xoắn, mặt parabol Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ Tất cả các chức năng trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm điều khiển đã được cài đặt trên máy tính Hiện nay các nước trên thế giới đã chế tạo, sản xuất nhiều máy trong lĩnh vực cơ khí nói chung và CNC nói riêng, đặc biệt là Đài Loan, Trung Quốc, Nhật Bản, Cộng Hòa Liên Bang Đức đã được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực cơ khí chính xác và chất lượng Kỹ thuật tự động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác

có thời gian cho các công việc khác Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cấn thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác Một số máy CNC hiện đại có thể sản xuất hàng nghìn chi tiết trong vài ngày

mà không cần người vận hành Nó cũng có khả năng tự kiểm tra lỗi sản phẩm bằng các mắt đọc laser, trong trường hợp máy có lỗi trong lúc chạy có thể gọi di động đến cho người vận hành Trong môi trường sản xuất, một loạt các máy CNC kết hợp thành một tổ hợp, gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận Máy CNC ngày nay được điều khiển trực tiếp từ các câu lệnh do phần mềm CAM (Computer Aided Manufacturing) tạo ra, vì thế một bộ phận hay lắp ráp có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần các bản vẽ in của từng chi tiết Có thể nói CNC là các phân đoạn của các hệ thống robot công nghiệp, tức là chúng được

thiết kế để thực hiện nhiều thao các sản xuất

Hình 1.1: Máy cắt CNC WD- 1325 do Nhật Bản chế tạo [8]

Máy cắt CNC WD1325: là những dòng máy hoạt động bền bỉ, có khả năng

chịu được cường độ làm việc cao và liên tục 24/24 trong bất cứ công việc nào từ cắt khắc mica, gỗ cho đến những công việc đòi hỏi độ chính xác cao như làm bàn ghế

tủ giường , các mặt dựng MDF, phay khắc các chi tiết 3D, các mặt dựng hoa văn chìm nổi Ngoài ra máy cắt khắc CNC WD 1325 còn có thể hoạt động tốt trên các vật liệu kim loại như đồng, nhôm, inox, sắt thép Điểm đặc biệt nhất là tốc độ chạy không tải cực nhanh giúp cho quá trình ra thành phẩm nhanh hơn gấp 1/3 lần

so với các máy thông thường Song song với việc chạy tải cũng lúc 2-4-6 Spindle để tăng năng suất làm việc của máy

Hình 1.2: Máy điêu khắc CNC 3D suda SD 3025

Máy CNC 3D suda SD 3025: Máy sử dụng để cắt các vật liệu như mi ca, bản

nhựa, gỗ, đá nhân tạo, bản nhôm, đồng, loại hình sản phẩm đa dạng gồm: bảng hiệu, bia đá, thẻ nhân viên, con dấu, mô hình kiến trúc, tác phẩm nghệ thuật, đồ trang sức, khuôn mẫu công nghiệp, chi tiết hoa văn trên đồ gỗ gia dụng Thiết kế hai trục độc đáo làm bạn hoàn toàn hài lòng dù khi điêu khắc những hình ảnh tinh xảo hay cắt gọt những chi tiết lớn, nhỏ gọn, bền, dễ sử dụng, tốc độ nhanh gấp 3 lần sản phẩm cùng loại Thiết kế thân thiện với người sử dụng, thao tác linh hoạt Công năng siêu mạnh, thích hợp với nhiều loại ứng dụng

Hình 1.3: Máy CNC SG – 1318

Máy CNC SG – 1318: là dòng máy đặc biệt được thiết kế với nhiều tính năng

chuyên dùng cho công nghiệp chế biến gỗ, nội thất, cắt khắc phù điêu, đá nhân tạo, bản nhôm, đồng… loại hình sản phẩm đa dạng gồm: bảng hiệu, bia đá, thẻ sinh viên, con dấu, mô hình kiến trúc, tác phẩm nghệ thuật, đồ trang sức, khuôn mẫu công nghiệp, chi tiết hoa văn trên đồ gỗ gia dụng, cắt và khắc trên các vật liệu cứng như sắt, thép, inox với tốc độ cao Nhỏ gọn, bền, dễ sử dụng, tốc độ nhanh gấp 3 lần sản phẩm cùng loại Thiết kế thân thiện với người sử dụng, thao tác linh hoạt, tích hợp với nhiều ứng dụng, giá trị kinh tế cao, tiết kiệm vốn đầu tư

Hình 1.4: Máy CNC kingcut X12 do Trung Quốc chế tạo

Máy CNC kingcut X12: Là nhãn hiệu hàng đầu trong các máy điêu khắc,

thích hợp với các loại hình điêu khắc là một sản phẩm mới lạ, có cấu trúc chức năng mạnh mẽ, dễ dạng sử dụng, hoạt động tốt và bền bỉ, giá cả cạnh tranh Nó được sử dụng rộng rãi để sử lý hoặc làm các bảng hiệu quảng cáo, phù hiệu, con dấu, tấm bronzing, dấu hiệu các mô hình xây dựng, bảng công cụ sản phẩm gỗ, sản phẩm khuôn mẫu, khuôn mẫu công nghiệp

Hình 1.5: Máy CNC điêu khắc RF-1325D

Máy CNC điêu khắc RF-1325D: Là sản phẩm đi đầu trong các dòng máy

điêu khắc, thích hợp các loại hình điêu khắc từ nhỏ đến lớn Tốc độ khắc nhanh, tốc

độ cao nhất có thể lên tới 8mm/phút thể hiện ưu thế tuyệt đối trong khắc phù điêu 3 chiều Độ sắc nét của đường điêu khắc cao, có thể điêu khắc trên một vòng tròn có đường kính 1mm mà không bị biến dạng, gia công trên những vật liệu như: mica, nhựa màu đa lớp, gỗ, cao su, đá thiên nhiên, đá nhân tạo, sắt, thép, gang, bản nhôm đúc, kim loại màu

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Đối với nhóm sinh viên, đề tài là bước đầu tìm hiểu, thi công sản phẩm mô hình

máy CNC phục vụ giảng dạy, đồng thời cũng là bước triển khai những kiến thức đã được học Thông qua việc nghiên cứu và làm việc nghiêm túc để rèn luyện tác phong, tinh thần khoa học, cũng như hoàn thiện phương pháp tư duy nghiên cứu, giải quyết một vấn đề thực tiễn Quan trọng hơn, đề tài còn là bước “tổng kết và hoàn thiện” những kỹ năng còn thiếu sót trước khi thực sự trở thành người kỹ sư

Về mặt ứng dụng thực tiễn đề tài là sản phẩm sử dụng trong việc giảng dạy trong nhà trường, trong sản xuất

- Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu:

+ Nghiên cứu thiết kế khung và bàn may CNC

+ Thiết kế bản vẽ, chế tạo mô hình theo kích thước

+ Nghiên cứu vi điều khiển PIC

+ Thiết kế điều khiển trung tâm, mạch công suất điều khiển động cơ

+ Nghiên cứu phần mềm mạch 3

+ Lập trình điều khiển máy CNC

+ Đảm bảo tính chính xác và ổn định từ thực nghiệm

- Phương pháp nghiên cứu: Xuất phát từ thực tế và mục đích nghiên cứu nêu

trên, phương pháp nghiên cứu đề tài được lựa chọn là phù hợp nhất

+ Thu thập tài liệu trong và ngoài nước để tìm hiểu cơ sở lý thuyết

+ Nghiên cứu ứng dụng các linh kiện có thể thực hiện mô hình

+ Thi công mô hình máy CNC bằng máy tiện, thủ công và thực nghiệm

- Những đóng góp mới của đề tài và những vấn đề mà đề tài chưa thực hiện được: đề tài có ý nghĩa như những bước đi chập chững tiến lên ngành công nghiệp

nghiên cứu chế tạo máy của nước ta, góp phần làm điểm tựa cho các thế hệ sau tiến lên những nấc thang cao hơn của ngành chế tạo máy CNC trong nước nói riêng, của

ngành công nghệ và kỹ thuật CNC trên thế giới nói chung Tuy nhiên do thời gian nghiên cứu không nhiều, kinh phí còn hạn hẹp nên đề tài còn nhiều hạn chế chưa đưa vào sản xuất trong các công ty và xí nghiệp

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ LỰA CHỌN

THIẾT BỊ

2.1 Vi điều khiển PIC18F4520 [5]

PIC là họ vi điều khiển chuẩn CMOS 8 bit tiêu thụ ít năng lượng, được chế tạo dựa trên cấu trúc PIC RiSC (Reduced Instruct Set Computers), đây là cấu trúc có tốc độ xử lý cao hơn nhiều so với các vi điều khiển được chế tạo dựa trên cấu trúc CISC (Complex Instruct Set Computers) Bởi vì tần số hoạt động của PIC bằng với tần số của thạch anh, trong khi so với vi diều khiển 8051 thì tần số hoạt động bằng

tần số thạch anh chia cho 12

 Tốc độ làm việc: xung clock đến 40MHz, tốc độ thực thi lệnh 125ns

 Bộ nhớ chương trình ( flash program memory) là 32kbyte

 Bộ nhớ dữ liệu SRAM là 1536 byte

 Bộ nhớ dữ liệu EEPROM là 256 byte

 5 port vào hoặc ra

 4 bộ timer

 1 capture/compare/PWM modules

 1 enhanced capture/ compare/PWM modules

 Giao tiếp nối tiếp : MSSP, enhanced USART

 Cổng giao tiếp song song

 13 bộ Analog to Digital module 10 bít

 Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

 Bộ nhớ Flash có khả năng ghi xoá được 100.000 lần

 Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xoá được 1.000.000 lần

 Flash/Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ hàng 100 năm

 Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm

2.1.2 Những đặc trƣng về giao tiếp ngoại vi

 Hai bộ timer/counter 8 bit với bộ đếm dồn riêng biệt, và một chế độ so sánh

 Một bộ timer/counter 16 bit với bộ đếm dồn riêng biệt, một chế độ so sánh

và chế độ thu nhận giá trị tức thời

 Hỗ trợ đầy đủ các nguồn ngắt trong và ngoài

 Bộ đếm thời gian thực có thể chạy từ bộ dao động riêng biệt

 Hỗ trợ 2 kênh PWM

 Hỗ trợ 13 kênh ADC 10 bit

 Hỗ trợ giao tiếp I2C

 Hỗ trợ giao tiếp SPI

 Hỗ trợ giao tiếp USB

 Hỗ trợ giao tiếp Ethernet

 Hỗ trợ giao tiếp CAN

 Hỗ trợ giao tiếp LIN

 Hỗ trợ giao tiếp IRDA

 DSP những tính năng xử lý tính hiệu số

2.1.3 Những tính năng đặc biệt

 Được tích hợp bộ dao động RC nội điều chỉnh được giúp hoạt động không cần thạch anh ngoài

 Watchdog timer với bộ dao động trong

 Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xoá được 1.000.000 lần

 Chức năng bảo mật mã chương trình

 Chế độ SLEEP

 Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau

2.1.4 Sơ đồ chân

Pic18F4520 hỗ trợ 3 kiểu chân: PDIP, TQFP, MLFP Trong đồ án này sử dụng

IC có kiểu chân PDIP

Hình 2.1: Sơ đồ chân của PIC18F4520

Chân port Chức năng khác

VREF chân tham chiếu tín hiệu analog của bộ A/D mức 5V

VREF chân tham chiếu tín hiệu analog của bộ A/D mức 0V

 PortB (RB7 RB0): là port xuất nhập 8 bit hai chiều có điện trở kéo lên bên trong (có thể chọn cho từng bit) Ngoài ra các chân portB còn có chức năng đặc biệt

Chân port Chức năng khác

INT2 – ngõ vào ngắt ngoài kênh số 2

RB1 AN10- ngõ vào ADC10

INT1- ngõ vào ngắt ngoài kênh số 1

INT0- ngõ vào ngắt ngoài kênh số 0

 PortC (RC7 RC0): là port xuất nhập 8 bit hai chiều có điện trở kéo lên bên trong (có thể chọn cho từng bit) Ngoài ra các chân portB còn có chức năng đặc biệt

Chân port Chức năng khác

RC7 RX- ngõ vào dữ liệu USART

RC6 TX- ngõ ra dữ liệu USART

RC5 SDO (bus của chuẩn SPI)

RC4 SDI (bus của chuẩn SPI)

RC3 SCK (một bus chuẩn của SPI)

RC2 CCP1 chân PWM chân số 1

RC1 CCP2 chân PWM chân số 2

RC0 Chân input, output thường

 PortD (RD7 RD0): là port xuất nhập 8 bit hai chiều có điện trở kéo lên bên trong (có thể chọn cho từng bit)

 PortE (RE2 RE0): là port xuất nhập 3 bit hai chiều có điện trở kéo lên bên trong (có thể chọn từng bit) Ngoài ra các chân portB còn có chức năng đặc biệt

Chân port Chức năng port

 MCLR: ngõ vào Reset, khi chân này xuống mức thấp trong thời gian dài hơn

độ dài xung nhỏ nhất thì vi điều khiển bị reset ngay cả khi không có xung clock chạy

2.1.6 Cấu trúc của PIC18F4520

Hình 2.2 : Cấu trúc bên trong PIC18F4520

2.2 Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình C

 Ngôn ngữ lập trình C do Dennis Ritchie tạo lập vào năm 1972 tại Bell Telephone Laboratories Mục đích ban đầu của ngôn ngữ này là để thiết kế

hệ điều hành UNIX

 C là ngôn ngữ lập trình mạnh và mềm dẻo nên nó đã được rất nhiều người sử dụng Khắp nơi người ta đã bắt đầu dùng nó để viết mọi loại chương trình Tuy nhiên, các tổ chức khác nhau đã bắt đầu sử dụng các version khác nhau của C và đã phát sinh nhiều sự khác nhau trong các thao tác làn cho người lập trình phải đau đầu Để khắc phục vấn đề này, năm 1983 viện tiêu chuẩn quốc gia của Mỹ đã thành lập mọt ủy ban để đề ra một định nghĩa chuẩn cho ngôn ngữ C, được gọi là ANSI Standard C

 Hạn chế duy nhất của C chính là sự hạn chế trong tư duy trừu tượng của chính người lập trình mà thôi C được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, như thiết kế các hệ điều hành, các bộ soạn thảo văn bản, đồ họa và thậm chí là các chương trình dịch cho các ngôn ngữ khác

 C là một ngôn ngữ bình dân được nhiều người lập trình chuyên nghiệp dùng Bằng chứng là đã có rất nhiều chương trình dịch khác nhau và nhiều tiện ích kèm theo

 C là ngôn ngữ chuyển đổi được tức là một chương trình C được viết cho hệ máy tính có thể được dịch và được chạy trên một hệ thống khác mà chỉ cần thay đổi chút ít hoặc không thay đổi gì cả

 C là ngôn ngữ ngắn gọn, nó chỉ bao gồm một số các từ khóa làm cơ sở để tạo

ra các câu lệnh của ngôn ngữ

2.3 Giới thiệu về PIC C Compiler [5]

Hình 2.3: Giao diện chính của PIC C Compiler

Đây là phần mềm biên dịch C cho MCU PIC dễ thao tác, cò nhiều tiện ích khá

lý thú, đơn giản dễ quản lý và trên tất cả đó là dễ đào tạo hướng dẫn người khác làm theo nó

PIC C Compiler rất hiệu dụng và đã tích hợp nhiều thư viện hỗ trợ lập trình rất thiết thực Ngoài ra PIC C Compiler còn có khả năng tự động sinh mã tùy theo cấu

hình ban đầu của người sử dụng nên giảm công sức lập trình đi rất nhiều Nạp cho

PIC18F4520 thông qua chương trình nạp Burn-E_Programmer

Hình 2.4: Giao diện chương trình nạp Burn-E_Programmer

2.4 Vít me

2.4.1 Giới thiệu chung

Truyền động vitme-bi là loại truyền động biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại, thường dùng nhất là biến chuyển động quay của trục vitme thành chuyển động tịnh tiến của đai ốc Loại truyền động này khác với truyền động vít đai ốc ở chỗ có thêm các con lăn là các bi cầu nhờ đó ma sát trong truyền động vitme-bi là ma sát lăn (hình 1) Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều hãng sản xuất bộ truyền vitme-bi, nhưng giá thành khá cao Mặt khác các hãng chỉ cung cấp phương pháp tính chọn vitme-bi theo các sản phẩm của mỗi hãng, mà không cung cấp các tài liệu đi vào nghiên cứu tính toán lý thuyết và tính thiết kế trên cơ sở ứng suất và tuổi thọ Cùng với việc chưa có tài liệu tiến hành nghiên cứu sản xuất loại truyền động này Bài báo này giới thiệu kết quả xây dựng phương pháp tính toán thiết kế và lựa chọn truyền động vitme-bi trên cơ sở lý thuyết về ứng

suất, biến dạng và chu kỳ chịu tải trên bề mặt tiếp xúc giữa con lăn và rãnh lăn để đảm bảo độ bền, tính ổn định và tuổi thọ

Hình 2.5: Bộ truyền động vitme-bi

2.4.2 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán

Trong truyền động vít me bi khi làm việc thường gặp một số hỏng sau:

 Biến dạng hư bề mặt do chịu tải trọng va đập hoặc tải trọng tĩnh quá lớn

 Tróc vì mỏi bề mặt làm việc do chịu ứng suất tiếp xúc thay đổi, khi số chu kỳ hay đổi ứng suất đạt tới trị số đủ lớn, trên bề mặt tiếp xúc (của bi hoặc rãnh lăn trên trục vít và đai ốc) sinh ra những vết nứt rồi phát triển thành tróc

 Mòn rãnh vít và bi xảy ra nhiều khi bề mặt làm việc không được bôi trơn và không được giữ sạch

 Vở con lăn ( các viên bi) xảy ra khi bị quá tải do va đập, chấn động

 Trục vitme bị mất ổn định: xảy ra đối với các trục vít dài, dẫn đến trục vitme bị uốn làm ảnh hưởng xấu tới sự tiếp xúc của bi với các rảnh lăn

 Biến dạng xoắn hoặc kéo/nén khi chịu tải lớn

Hình 2.6: Một số kích thước cơ bản của vitme-bi

Với các dạng hỏng như trên thì để bộ truyền động vitme-bi được thiết kế đảm bảo độ bền, ổn định và tuổi thọ cần tính toán về :

 Tính theo khả năng tải động: nhằm ngăn ngừa các dạng hỏng bề mặt như tróc

và mòn

 Theo khả năng tải tĩnh đề phỏng biến dạng của con lăn

 Các tính toán trong bài này được thực hiện với các điều kiện

 Tính với rãnh lăn có tiết diện tròn

 Đai ốc đơn hoặc kép

 Coi lực dọc trục đặt đúng tâm

 Bộ truyền làm việc biến làm việc biến chuyển động quay cuả các trục vitme thành chuyển động tịnh tiến của đai ốc

2.4.3 Tính theo khả năng tải động

Xuất phát từ phương trình đường cong mỏi:

m

N c t

 là ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên bề mặt tiếp xúc giữa con lăn và rãnh lăn, và Nc là số chu kỳ thay đổi ứng suất cho đến khi xuất hiện vết tróc đầu tiên, cả hai được xác định theo tài liệu [1] Còn m là bậc của đường cong mỏi

Ứng suất tiếp xúc thay đổi có liên quan đến tải trọng tác dụng lên rãnh lăn và

số chu kỳ thay đổi ứng suất, trên cơ sở đó thiết lập mối quan hệ giữa tải trọng tính bằng Niutơn và tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay hay chính là chu kỳ chịu tải Do:

 Ứng suất có quan hệ với tải trọng tác động

 Tải trọng tác động lên trục vitme có thể tính theo mô men xoắn T không đổi hoặc thay đổi

 Số chu kỳ thay đổi ứng suất Nc có liên quan đến L

Vì vậy ta có thể biến đổi phương trình đường cong mỏi (1) về dạng tích số của tải trọng tương đương Q và tuổi thọ L với hằng số Cd như sau:

C : khả năng tải động tính toán của trục vitme (kN)

Q: Tải trọng tương đương được tính theo lực dọc trục (kN)

L: tuổi thọ của trục vitme, tính bằng triệu chu kỳ chịu tải

q: bậc đường cong mỏi tính theo tải trọng tương đương, về lý thuyết thì tiếp xúc giữa bi và trục vitme là tiếp xúc điểm nên q = 3, vậy :

k = 1,3 – 1,5 với tải trọng có sự va chạm thường xuyên

Tuổi thọ L của trục vitme được tính theo số giờ làm việc như sau:

6

60.10 h

h

L : Số giờ làm việc của trục vitme tính bằng giờ

n : số vòng quay của trục vitme (vòng/ phút)

Nếu tải trọng và số vòng quay làm việc của trục vitme là tải thay đổi theo bậc như trên hình 3, Fa và n được tính theo công thức sau:

a Sơ đồ tải b Sơ đồ số vòng quay làm việc

Hình 2.7: Sơ đồ chế độ làm việc của trục vitme

Để đảm bảo khả năng tải động, khả năng tải động tính toán Cd của bộ truyền động vitme-bi cần đảm bảo :

l i



µ - hệ số phụ thuộc phương pháp cố định các đầu trục vitme như ở hình 4

l - chiều dài tính toán của trục vitme, được xác định như trên hình 4

i - bán kính quán tính của tiết diện trục vitme

2

1 / 4

J i

1

0, 4 0, 664

d d

th

J F

2 1

th

với a, b là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào vật liệu làm trục vitme

- Khi λ ≤ 60 thì không cần kiểm nghiệm về độ ổn định

2.4.5 Ưu điểm

 Mất mát do ma sát nhỏ,hiệu suất của bộ truyền lớn gần 0,9

 Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ

 Có thể loại trừ khe hở và sức căng ban đầu nên đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao

 Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài

2.4.6 Nhược điểm

 Khả năng chịu tải kém hơn so với vít me thường

 Ngoài ra do cần độ chính xác rất cao nên chế tạo khó khăn

 Giá thành đắt hơn so với vít me thường

2.5 Động cơ bước

Động cơ bước là động cơ được mô tả như là một động cơ điện không dùng bộ chuyển mạch Cụ thể, các mấu trong động cơ la stator và rotor là nam châm vĩnh cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở, nó là những khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính Tất cả các mạch đảo phải được điều khiển bên ngoài bởi bộ điều khiển, đặc biệt các động cơ và bộ điều khiển được thiết kế để động cơ có thể

dữ nguyên bất kì vị trí nào cố định nào, cũng như là quay đến bất kỳ vị trí nào Hầu hết các động cơ bước có thể chuyển động ở tầng số âm thanh, cho phép chúng quay khá nhanh và với một bộ điều khiển thích hợp, chúng có thể khởi động và dừng lại

dễ dàng ở các vị trí bất kỳ

2.5.1 Ƣu điểm

 Giá thành rẻ, có thể điều khiển mạch hở

 Duy trì moment rất lớn, chi phí bão dưỡng thấp

 Điều chỉnh chính xác

2.5.2 Nhƣợc điểm

 Động cơ làm việc không đều, đặc biệt là ở tốc độ thấp

 Tiêu thụ dòng điện không phụ thuộc vào tải

 Kích cỡ hạn chế và khó điều khiển

2.6 Động cơ AC ( Động cơ điện xoay chiều)

Động cơ gồm có hai phần chính là stator và rotor Stato gồm các cuộn dây của

ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay Rotor hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép Khi mắc động

cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stator gây ra làm cho rotor quay trên trục Chuyển động quay của rotor được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác

2.6.1 Phân loại bao gồm

Động cơ điện xoay chiều được sản xuất với nhiều kiểu và công suất khác nhau

Theo sơ đồ nối điện có thể phân ra làm 2 loại:

 Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều, không cần chỉnh lưu

 Cấu tạo đơn giản

 Đa dạng và rất phong phú về chủng loại, giá thành rẻ

2.6.4 Nhƣợc điểm

 Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển và phần chấp hành để đảm bảo an toàn, moment khởi động nhỏ

 Mạch điều khiển tốc độ phức tạp

2.7 Phần mềm điều khiển mạch

Hình 2.9: Giao diện phần mềm điều khiển mạch 3

 Biến một máy tính cá nhân PC thành một bộ điều khiển máy CNC 3 trục với đầy đủ các tính năng

 Cho phép import trực tiếp các file dxf, bmp, jpg và hpgl thông qua phần

mềm LazyCam

 Hiển thị G-code trực quan Điều khiển được nhiều rơle đóng-cắt.

 Tạo ra G-code thông qua LazyCam hoặc Wizards.

 Giao diện có thể tùy biến hoàn toàn theo ý thích người sử dụng.

 Tùy biến M-code và Macro bằng cách sử dụng VBscript.

 Điều khiển được tốc độ trục chính (Spindle).

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

3.1 Mạch điều khiển

3.1.1 Board vi xử lý PIC18F4520

Board sử dụng chip PIC18F4520 dùng để điều khiển máy CNC Kích thước mạch 5cm x 10cm đây là mạch vi điều khiển nhỏ gọn, đầy đủ các tính năng, chuyên dùng để điều khiển các thiết bị, sản phẩm trong máy CNC

Hình 3.1: Khối cấp nguồn Board PIC18F4520

Hình 3.2: Khối MCU Board PIC18F4520

Hình 3.3: Mạch in Board PIC18F4520

Hình 3.4: Board PIC18F4520 hoàn tất

3.1.2 Board Động lực

Board này dùng để điều khiển 3 động cơ bước trong máy CNC

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý Board động lực

Hình 3.6: Mạch in lớp TOP Board Động lực

Hình 3.7: Mạch in lớp BOTTOM Board động lực

Hình 3.8: Board động lực hoàn tất

3.2 Tính toán thiết kế phần cơ khí máy CNC [1]

Từ mục đích của đề tài và tìm hiểu máy CNC trong và ngoài nước nhóm nguyên cứu đã tính toán dựa trên cơ sở lý thuyết, lựa chọn phương án thiết kế phù hợp

Hình 3.9: Mô hình máy CNC trên thiết kế

Hình 3.10: Kích thước chi tiết máy CNC

3.2.1 Thiết kế khung máy

Khung chính được thiết kế hình hộp chữ nhật, sử dụng vật liệu sắt hộp 30x30x1.2 mm Kết cấu khung hình hộp chữ nhật sẽ giúp khả năng chịu lực của khung được tốt hơn, đồng thời việc lắp đặt máy được dễ dàng Với kết cấu vững chắt, ổn định và chịu được những tải trọng lớn, tránh những biến dạng trên máy

a khung máy