Nghiên cứu phát triển và hoàn thiện thiết kế mô hình máy phay CNC 4 trục

Chính vì sự kì diệu của máy CNC như gia công được những hình dạng phức tạp một cách nhanh chóng, tự động hóa sản xuất chỉ với một tập tin mã lệnh nhập cho máy, một bộ phận trí thức đã ng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2015

S KL 0 0 4 8 1 2

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN VÀ HOÀN THIỆN THIẾT KẾ

MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC 4 TRỤC

GVHD: ThS ÐẶNG MINH PHỤNG SVTH: NGUYỄN ANH DUY MSSV: 12143464

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



KHOA: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN

VÀ HOÀN THIỆN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY CNC 4 TRỤC

Giảng viên hướng dẫn: ThS ĐẶNG MINH PHỤNG

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ANH DUY MSSV: 12143464

Khoá: 2012 - 2016

TP Hồ Chí Minh, tháng 7/2015

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Khoa: Cơ Khí Chế Tạo Máy Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ Môn: Công Nghệ Chế Tạo Máy

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giáo viên hướng dẫn: ThS Đặng Minh Phụng

Đề nghị của giáo viên phản biện: KS Hồ Viết Bình

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Anh Duy MSSV: 12143464 Lớp: 121431D

- Phạm vi ứng dụng: gia công gỗ, vật liệu nhôm và kim loại màu…

3 Nội dung thuyết minh, tính toán:

 Giới thiệu đề tài

LỜI CAM KẾT

- Tên đề tài: “Nghiên cứu phát triển và hoàn thiện thiết kế mô hình máy CNC 4

trục”

- GVHD: ThS Đặng Minh Phụng

- Họ tên sinh viên:

Nguyễn Anh Duy MSSV: 12143464 Lớp: 121431D

- Địa chỉ sinh viên: 281/73 Lý Thường Kiệt, P.5, Q.11, TP.HCM

- Số điện thoại liên lạc: 0989064015

- Email: nguyenanhduy464@gmail.com

- Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 20/07/2016

- Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện”

Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 7 năm 2016

Đại diện ký tên

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè và thầy cô khoa cơ khí chế tạo máy và bộ môn công nghệ chế tạo máy của trường ĐH sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến:

Thầy Đặng Minh Phụng đã giúp đỡ, hướng dẫn nhóm rất nhiều trong quá trình thiết kế

mô hình cho đồ án tốt nghiệp

Một lần nữa chúng em xin gởi lời cảm ơn đến tất cả mọi người đã giúp đỡ nhóm hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

Xin cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Anh Duy

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

“Nghiên cứu phát triển và hoàn thiện thiết kế mô hình máy CNC 4 trục.”

Ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì máy móc hiện đại cũng ra đời ngày càng nhiều Chỉ xét riêng lĩnh vực gia công cơ khí, hàng loạt máy CNC ra đời như máy CNC 3 trục, 4 trục, 5 trục, máy CNC cao tốc nhờ đó mà năng suất sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm ngày càng được nâng cao Chính vì sự kì diệu của máy CNC (như gia công được những hình dạng phức tạp một cách nhanh chóng, tự động hóa sản xuất chỉ với một tập tin mã lệnh nhập cho máy), một bộ phận trí thức đã nghĩ đến việc chế tạo mô hình mô phỏng những hoạt động của máy CNC hiện đại, với kích thước nhỏ gọn và giá thành thấp hơn rất nhiều lần nhưng vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả, đáp ứng được nhu cầu học tập, giải trí cũng như sản xuất tại nhà Đó cũng chính là lý do mà đề tài này được triển khai nghiên cứu

Qua nhiều thế hệ sinh viên, đề tài được triển khai một cách khoa học qua nhiều bước tìm kiếm cơ sở dữ liệu, phát triển ý tưởng, giải pháp, triển khai thiết kế, tối ưu hóa mô hình, tính toán và mô phỏng tính bền vững của hệ thống, thực hiện gia công các chi tiết cần thiết và lắp ráp thành một máy CNC hoàn chỉnh

Dự án trước đã chạy thử nghiệm, kiểm tra và hiệu chỉnh mô hình để Máy CNC 4 trục sau khi chế tạo có kích thước 862 x 912 x 1037mm, có khả năng gia công các hình dạng phức tạp (phay, khoan, khắc) chủ yếu trên vật liệu nhôm, kim loại màu với độ chính xác cao về hình dạng và sai số kích thước đạt mức 0.02 mm

Vì mô hình còn một số hạn chế như kết cấu chưa hoàn thiện nên dẫn đến mốt số khuyết điểm mà có thể khắc phục được Thứ 2, ngoài việc đảm bảo chức năng làm việc máy cần đảm bảo tính an toàn… để gần hơn với môi trường sản xuất

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Anh Duy

Mục lục

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 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 3

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 3

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 3

CHƯƠNG 2: CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 4

2.1 Giới thiệu 4

2.2 Nghiên cứu liên quan đến đề tài 4

2.2.1 Nghiên cứu của nước ngoài 4

2.2.2 Nghiên cứu ở Việt Nam 5

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

3.1 Khái quát về máy CNC 7

3.1.1 Vài nét sơ lược về máy CNC 7

3.1.2 Cấu tạo chung và quy ước máy CNC 9

3.1.3 Cấu tạo máy phay CNC 4 trục 12

CHƯƠNG 4: Ý TƯỞNG VÀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 13

4.1 Lựa chọn phương án di chuyển cho trục 4 13

4.2 Lựa chọn phương án thiết kế cho ụ động 14

4.3 Lựa chọn phương án thiết kế cover 15

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HOÀN THIỆN MÔ HÌNH MÁY CNC 4 TRỤC 17 5.1 Cụm Trục A 17

5.2 Cải thiện trục A 17

5.3 Thiết kế, chế tạo ụ động 19

5.3.1 Thân ụ động 20

5.3.2 Nòng ụ động 20

5.3.3 Tay quay 21

5.3.4 Then dẫn hướng 21

5.3.5 Chốt chống xoay 22

5.3.6 Vít me 22

5.3.7 Lắp ráp ụ động 23

5.4 Tính toán, lựa chọn động cơ bước 23

5.5 Cố định đế trục Y 30

5.6 Thiết kế, chế tạo cover 32

CHƯƠNG 6: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN 36

6.1 Tủ điện và khí cụ điện 36

6.2 Sơ đồ đấu dây tủ điện 43

6.3 Điều khiển máy CNC 44

6.4 Quy trình vận hành hệ thống điện 46

CHƯƠNG 7: THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ 48

7.1 Hướng dẫn sử dụng máy 48

7.2 Gia công sản phẩm và đánh giá 49

7.3 Khả năng công nghệ 49

7.4 Một số hình ảnh gia công 51

CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53

8.1 Kết luận: 53

8.2 Kiến nghị: 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

Chương 1: Giới thiệu

Hình 1.1 Máy CNC VMC 850 Hình 1.2 Máy tiện CNC Proton

Hình 1.3 Máy CNC 4 trục RMX 2100 Hình 1.4 Máy CNC 5 trục tốc độ cao

Máy móc càng hiện đại thì chi phí mua trang thiết bị không hề nhỏ Đó cũng là một trong những yếu tố thúc đẩy một số người ham học hỏi, tìm tòi để chế tạo ra máy CNC nhỏ gọn, rẻ tiền mà vẫn đáp ứng được nhu cầu sản xuất của họ

Ngày nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam, có rất nhiều người tham gia chế tạo máy CNC cỡ nhỏ để dùng tại nhà, tại các xưởng sản xuất nhỏ lẻ với chi phí thấp Ở các trường đại học, cao đẳng cũng xuất hiện nhiều máy CNC mini do sinh viên chế tạo để phục vụ

cho việc học tập ở trường Vì thế, đề tài: “Nghiên cứu phát triển và hoàn thiện thiết kế

máy CNC 4 trục” là cần thiết và cấp thiết

GVHD: ThS Đặng Minh Phụng Trang 2

1.2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

Việc nghiên cứu, chế tạo máy CNC trong sinh viên sẽ gợi mở ra nhiều giải pháp mới, phương hướng phát triển mới

Nghiên cứu, chế tạo máy CNC đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức tổng hợp về cơ khí, điện tử, tin học Đây cũng là cơ hội cho họ tìm tòi, kiểm nghiệm, hiểu sâu rộng hơn về những máy CNC hiện đại để từ đó chế tạo ra máy CNC phù hợp với khả năng và nhu cầu

sử dụng

Đề tài chế tạo máy phay CNC mà nhóm đang thực hiện sẽ giúp nhóm củng cố kiến thức và kỹ năng về mọi mặt Sản phẩm sau khi hoàn thành có thể phục vụ cho dạy học hoặc gia công nhôm và kim loại màu dùng trong trang trí, đồ lưu niệm và có thể gia công các chi tiết lắp ráp không yêu cầu độ chính xác quá cao

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Nắm vững kiến thức về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách truyền động, lập trình và điều khiển máy phay CNC

- Vận dụng kiến thức để nghiên cứu phát triển và chế tạo máy phay CNC 4 trục

- Lập trình, điều khiển máy CNC trên để gia công ra sản phẩm và đạt độ chính xác theo yêu cầu

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Máy phay CNC 4 trục

- Phần mềm thiết kế, tính toán, mô phỏng

- Động cơ và phương pháp truyền động

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu và hoàn thiện máy phay CNC 4 trục

- Thời gian nghiên cứu: 4 tháng

Chương 1: Giới thiệu

1.5 Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

Căn cứ vào những kiến thức đã có về máy phay CNC 4 trục, tiến hành phân tích, tìm

ra giải pháp mới và chế tạo, thực nghiệm Sau đó, tiến hành tổng hợp, đánh giá giải pháp

để đề ra tối ưu hay không tối ưu, tối ưu trong trường hợp nào

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

- Khảo sát thực tiễn: Tìm hiểu về máy phay CNC 4 trục

- Xây dựng mô hình - thực nghiệm: Chế tạo máy phay CNC 4 trục, vận hành thử nghiệm

GVHD: ThS Đặng Minh Phụng Trang 4

CHƯƠNG 2: CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

2.1 Giới thiệu

Nghiên cứu, chế tạo mô hình máy phay CNC 4 trục đòi hỏi người thực hiện phải có

những am hiểu nhất định về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phay CNC hiện đại

Bên cạnh đó, một nguồn tư liệu giá trị khác chính là những máy CNC mini đã được chế

tạo cả trong và ngoài nước, bằng cách tham khảo những nghiên cứu đó để làm cơ sở sáng

tạo cho đề tài mà nhóm đang thực hiện

2.2 Nghiên cứu liên quan đến đề tài

2.2.1 Nghiên cứu của nước ngoài

Máy CNC tự chế rất đa dạng về hình dáng, kết cấu, kích thước và vật liệu chế tạo Dưới đây là một số mẫu máy CNC tự chế

Hình 2.1 Máy CNC tự chế

Xuất phát từ ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp, liên

tục như các máy công cụ Điều khiển số được thực hiện từ thế kỉ XIV Khi ở châu Âu

người ta dùng các chốt hình trụ để điều khiển các chuyển động của các hình trang trí trên

Năm 1938, Claud E Shannon trong khi làm luận án tiến sĩ đã đi đến kết luận rằng

việc tính toán và truyền tải nhanh dữ liệu có thể thực hiện bằng mã nhị phân

Từ năm 1949 đến 1952, Jonh Parsons và Học viện kỹ thuật Massachusett

(Massachusett Institute Of Technology) đã thiết kế “Một hệ thống điều khiển dành cho

máy công cụ, để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục thông qua dữ liệu đầu ra của một

Chương 2: Các nghiên cứu trong và ngoài nước

1 Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng đục lỗ

2 Các vị trí đục lỗ được đọc trên máy một cách tự động

3 Những vị trí đã được đọc ra được liên tục truyền đi và được bổ sung thêm tính toán cho các giá trị trung gian nội tại

4 Các động cơ servo (vô cấp tốc độ) có thể điều khiển được chuyển động các trục

Năm 1952, chiếc máy phay điều khiển số đầu tiên ra đời mang tên là “Cincinnate Hydrotel” có trục thẳng đứng do Học viện kỹ thuật Masssachusett cung cấp Đơn vị điều khiển được lắp bằng các bóng đèn điện tử chân không, điều khiển 3 trục nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân

Năm 1954, Bendix mua bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo được thiết bị điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, nhưng vẫn còn dùng bóng đèn điện tử chân không

Năm 1958, “Công cụ lập trình tự động G Code” (Automatically Programmed

Tool) ra đời Đánh dấu một bước phát triển mới về lập trình cho máy

2.2.2 Nghiên cứu ở Việt Nam

Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là rất xa lạ và

ít người biết đến nó

Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với

nước ngoài như: Dự án “Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển và chế tạo khuôn

mẫu” Lúc đó các công nghệ CNC như: Máy phay CNC, máy tiện CNC, đo lường

CNC, lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên doanh với nước ngoài

Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang có những dự án đầu tư các dây chuyền sản xuất với phần lớn thiết bị trong dây chuyền là các máy CNC

Mặc dù, công nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong một thời gian ngắn nhưng

có thể nói công nghệ này đã có một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc trong những năm tới đây công nghệ này sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xưởng, nhà máy ở nước ta Vì nó đem lại hiệu quả kinh tế rất cao Đặc biệt trong điều kiện sản xuất hiện nay

ở nước ta Do vậy, việc đẩy mạnh ứng dụng công nghệ CNC là một nhu cầu cần thiết đối với các cơ sở sản xuất nói chung và ngành chế tạo máy nói riêng

Hiện nay, một số trường ĐH, CĐ đã chú trọng vào việc chế tạo mô hình máy CNC phục vụ cho giảng dạy như mô hình máy phay CNC của trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, ĐH Bách Khoa TPHCM, máy tiện CNC, phay CNC, máy cắt plasma, khoan

GVHD: ThS Đặng Minh Phụng Trang 6

mạch in của ĐH Bách Khoa Hà Nội, mô hình máy khắc chữ của ĐH Bách Khoa Đà Nẵng,…

Hình 2.2 Máy phay CNC ĐHBK TPHCM Hình 2.3 Máy phay CNC ĐHBK HN

Bên cạnh các máy CNC được chế tạo với mục đích giảng dạy trong các trường học, một bộ phận sinh viên, kỹ sư chế tạo các máy CNC nhằm gia công gỗ, điêu khắc, cắt xốp, cắt kim loại bằng plasma…

Hình 2.4 Máy CNC TT GDTX Quy Nhơn Hình 2.5 Máy phay CNC gia công gỗ

Hình 2.6 Máy tiện CNC ĐHBK Hà Nội Hình 2.7 Máy cắt xốp

Chương 3: Tổng quan cơ sở lý thuyết

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Khái quát về máy CNC

3.1.1 Vài nét sơ lược về máy CNC

Điều khiển số NC (Numerical Control) là phương pháp tự động điều chỉnh các máy công tác (máy công cụ, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu, chi tiết gia công, sản phẩm ) trong đó các chuyển động điều khiển được sản ra trên cơ sở cung cấp các dữ liệu

ở dạng mã nhị phân Nó được biểu diễn dưới dạng các con số thập phân, các chữ cái và kí hiệu đặc trưng tạo thành một chương trình làm việc của thiết bị hay của hệ thống

Trước đây, cũng đã có những quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thuỷ lực Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của KH - KT nhất là trong lĩnh vực điều khiển số và tin học đã tạo điều kiện cho quá trình gia công với sự trợ giúp của máy tính

Việc sử dụng các máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao

độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, đồng thời cho phép rút ngắn được chu kỳ sản xuất Do đó, hiện nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi công nghệ mới này vào lĩnh vực cơ khí chế tạo Đặc biệt là chế tạo các khuôn mẫu chính xác, các chi tiết đòi hỏi độ chính xác và độ phức tạp cao

Trong thời gian đó, ngành công nghệp nói chung đã bắt đầu nhận ra những ưu thế tiềm tàng của kỹ thuật điều khiển số Điều đó buộc họ phải xem xét một cách nghiêm túc, chặt chẽ và kỹ càng những vấn đề về ngành chế tạo máy của chính họ Đồng thời, họ cũng phải suy nghĩ xem kỹ thuật công nghệ mới này có thể giúp đỡ họ như thế nào để cải tiến phương pháp hiện có của họ Người ta nhanh chóng nhận ra rằng, phần lớn các bài toán cắt gọt kim loại như: Khoan lỗ, tiện, phay đường thẳng không nhất thiết đòi hỏi tới

bộ điều khiển hiện đại, sử dụng những phương máy tính hoá Thế nhưng, việc ứng dụng ngay cả dạng cơ bản nhất của APT cho những thành phần hình học đơn giản cũng vừa cồng kềnh, vừa rắc rối và vừa đắt tiền

Do vậy, nhiều ngôn ngữ đơn giản hơn dùng cho mục đích đặc biệt đã được phát triển Tuy nhiên, đa số các ngôn ngữ này điều lấy APT làm gốc

Rồi cho đến giữa những thập niên 70, 80 với sự phát triển của công nghệ vi xử lí Lần dầu tiên nó được đưa vào thiết bị điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính, tạo một bước nhảy khổng lồ trong lĩnh vực điều khiển số Từ các máy điều khiển số NC trở thành những máy điều khiển số CNC (Computeized Numerical Control) tức là những máy công

cụ điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính Mặc khác, cùng với những môđun điện tử dùng để lưu trữ dữ liệu và tạo xung, bộ vi xử lí hình thành trung tâm đóng ngắt và tính toán của tất cả mọi điều khiển số CNC hiện đại Tốc độ chuyển nhanh của các phần tử này đủ để đưa ra nhiều chức năng và nhiệm vụ tính toán khác nhau mà không làm ảnh

GVHD: ThS Đặng Minh Phụng Trang 8

hưởng đến nhịp độ làm việc của các máy công cụ ghép nối với chúng Nhưng nếu một bộ

vi xử lí nào đó tỏ ra không đủ thực hiện mọi chức năng yêu cầu trong chu trình thời gian cực đại cho phép, thì khi đó có thể thêm vào đơn vị xử lí thứ 2 hoặc thậm chí thứ 3 sử dụng song song hoặc luân phiên cho những nhiệm vụ đặc biệt

Từ thập niên 80 trở đi, với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các mạng cục bộ và liên thông đã tạo điều kiện cho các nhà chế tạo thực hiện việc nối kết giữa các máy CNC riêng lẽ (CNC Machine Tools) lại với nhau tạo thành các trung tâm gia công DNC (Directe Numerical Control) nhằm khai thác một cách có hiệu quả nhất như: cách

bố trí, sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản xuất Và cũng dựa trên nền công nghiệp này, một chuỗi các loại thiết bị, phần mềm và hệ thống được phát triển không ngừng bỡi các viện nghiên cứu và công nghệ khác nhau trên thế giới Nhằm thoả mãn về nhu cầu thiết kế và chế tạo đặc biệt

Đó là những phần mềm thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM (Computer Aided Desgin/ Computer Aided Manufacturing) theo hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) và cao hơn là việc chế tạo, gia công chi tiết được thực hiện toàn bộ qua máy tính người ta gọi là tổ hợp CIM (Computer Intergraded Manufacturing)

Cho đến năm 2003 này, lịch sử phát triển của máy công cụ điều khiển số đã được

51 tuổi Nó đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Từ những ứng dụng gia công đơn giản như việc di chuyển từ điểm đến điểm của máy khoan đến những máy công cụ điều khiển 2 trục như máy tiện, điều khiển 3 trục như máy phay và cho đến những nhiệm vụ tự động gia công nhiều trục và độ phức tạp cao như các khuôn rèn dập, các khuôn đúc áp lực, cánh tuabin và những chi tiết phức tạp của máy bay, tàu thuỷ Ngoài ra, ngày nay máy CNC còn được dùng vào việc kiểm tra giám sát, điện báo điện tín và nhiều lĩnh vực khác đã đem lại chất lượng và hiệu quả kinh tế rất đáng kể Trong tương lai, với lợi thế về sự ghép nối các hệ thống CNC riêng lẽ với nhau để tạo thành mạng sẽ được phát huy trong chiến lượt gia công toàn cầu Trong đó, dòng thông tin được thu phát, chuyển giao bằng hệ thống vệ tinh, đảm nhiệm vụ liên kết giữa nhu cầu thị trường_ đơn đặt hàng_ nhà thiết kế_ nhà chế tạo_ nhà cung cấp_ nhà tiêu thụ trong mạng liên thông toàn cầu WAR (World Area Netword)

Chương 3: Tổng quan cơ sở lý thuyết

3.1.2 Cấu tạo chung và quy ước máy CNC

Hình 3.1 Mô hình khái quát của máy CNC

 Máy gồm 2 phần chính:

a) Phần điều khiển: Gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển

- Chương trình điều khiển là tập hợp các tín hiệu để điều khiển máy, được mã hóa dưới dạng chữ cái, chữ số và các kí hiệu khác như: dấu cộng, trừ, dấu chấm… Chương trình này được ghi lên cơ cấu mang chương trình dưới dạng mã số (chẳng hạn mã nhị phân trong bộ nhớ máy tính)

- Các cơ cấu điều khiển nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, 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, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược Bao gồm các cơ cấu đọc, giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín hiệu

b) Phần chấp hành: Gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động hóa như các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, vận chuyển phôi…

Cũng như các máy cắt kim loại khác đây là bộ phận cắt kim loại tạo hình chi tiết Tùy theo khả năng công nghệ của máy mà bao gồm các bộ phận: Hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trượt, bàn máy, trục chính, ổ chứa dao, các tay máy…

Kết cấu từng bộ phận chính như máy vạn năng thông thường, tuy nhiên có một vài khác biệt để đảm bảo cho quá trình điều khiển tự động được ổn định, chính xác, năng suất và mở rộng khả năng công nghệ của máy

- Hộp tốc độ: Phạm vi điều khiển tốc độ lớn thường là truyền động vô cấp, trong đó sử dụng các ly hợp điện từ để thay đổi tốc độ được dễ dàng

- Hộp chạy dao có nguồn dẫn động riêng thường là động cơ bước, sử dụng phương pháp khử khe hở của bộ truyền vitme - đai ốc bi…

- Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thoát phoi, thay dao tự động.…

X thường được chọn là trục tạo nên chuyển động tịnh tiến lớn nhất Trục Y là trục vuông góc với 2 trục còn lại theo qui tắc bàn tay phải

Hình 3.3 Qui tắc bàn tay phải

Hệ tọa độ chuẩn:

* Điểm gốc của máy M (Machine Reference Zero)

Quá trình gia công trên máy điều khiển số được thiết lập bằng một chương trình biểu diễn mối quan hệ giữa dao và chi tiết Do vậy để đảm bảo độ chính xác gia công thì các chuyển động của dao phải được so sánh với điểm gốc của máy M Điểm M là điểm giới hạn vùng làm việc của máy Nó được các nhà chế tạo qui định

Ở máy phay thường nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy

*Điểm chuẩn của máy R (Machine Reference Point)

Là điểm mà toạ dộ của nó so với điểm gốc của máy M là không thay đổi và cũng

do các nhà chế tạo qui định

Chương 3: Tổng quan cơ sở lý thuyết

Hình 3.4 Các điểm gốc và điểm chuẩn

*Điểm zero của phôi W (Workpiece Zero Point)

- Là gốc toạ độ của chi tiết và nó phụ thuộc vào người lập trình

- Đối với chi tiết phay người ta thường chọn điểm W tại điểm góc ngoài của đường viền chi tiết

*Điểm gốc của chương trình P (Programmed)

Điểm gốc của chương trình thực tế là điểm P của dụng cắt(hình 3.5)

Hình 3.5 Các điểm gốc của chương trình P

Chú ý khi chọn điểm P phải thuận tiện cho việc thay dao (không làm ảnh hưởng đến chi tiết và đồ gá)

* Điểm chuẩn của gá dao T và điểm gá dao N

Điểm T dùng để xác định hệ trục toạ độ của dao Thường khi gá dao trên máy thì điểm T trùng với điểm N (Hình3.6)

Hình 3.6 Điểm chuẩn gá dao T và điểm gá dao N

T

N

GVHD: ThS Đặng Minh Phụng Trang 12

3.1.3 Cấu tạo máy phay CNC 4 trục

Hình 3.9 Sơ đồ máy phay CNC 4 trục

Chương 4: Ý tưởng và giải pháp thiết kế

 Trục 4 là trục A – loại 1 (hình 4.1a):

Đối với loại kết cấu này thì trục 4 nằm hoàn toàn trên bàn máy

Ưu điểm lớn nhất của kết cấu này đó là độ cứng vững của máy vẫn đảm bảo và không phải thay đổi kết cấu của trục X, Y, Z

Kết cấu máy loại này gia công chi tiết kích thước phôi theo đường kính mâm cặp nên cũng hạn chế

Nhìn chung kết cấu máy CNC loại này ta thấy nó thường được sử dụng và rất thịnh hành trong các xưởng sản xuất và cũng là phương án mà nhóm trước đã lựa chọn

 Trục 4 là trục C và spindle nằm ngang - loại 2 (hình 4.1b):

Kết cấu máy loại này gần giống với loại 1, chỉ khác ở chỗ cơ cấu mang động cơ trục chính sẽ ngang

 Trục 4 là trục B - loại 3 (hình 4.1c):

Kết cấu này trục 4 sẽ được tich hợp trên trục z thẳng đứng và di chuyển theo trục này nên trục z phải đảm bảo cứng vững của kết cấu, máy dễ bị rung khi 2 trục chuyển động đồng thời, trục 4 sẽ quay nghiêng spindle theo tọa độ mong muốn

4.2 Lựa chọn phương án thiết kế cho ụ động

Việc gia công chi tiết có phôi dài thì việc định vị và kẹp chặt chỉ bằng mâm cặp không được đảm bảo, phôi bị rung và thiếu độ cứng vững vì thế cần thiết kế, chế tạo ụ động để phôi được định vị tốt hơn

Chương 4: Ý tưởng và giải pháp thiết kế

Các phương án thiết kế:

Phương án 1: kết cấu ụ động rất đẹp nhưng chi phí chế tạo lớn vì dùng phương pháp đúc cho thân

Phương án 2: kết cấu đơn giản và thuận tiện hơn cho việc chế tạo nhưng trọng lượng lớn hơn

Nhìn chung cả 2 phương án đều đáp ứng chức năng làm việc như nhau, để thuận tiện cho việc chế tạo cũng như chi phí gia công nên chọn phương án 2

4.3 Lựa chọn phương án thiết kế cover

Để đảm bảo độ an toàn trong quá trình vận hành máy để gia công chi tiết làm phoi văng bắn ra xung quanh và cũng gây khó khăn trong lúc dọn dẹp vệ sinh nên cần thiết kế, chế tạo cover cho máy, đồng thời tăng tính thẩm mỹ cho máy cũng là một yếu tố vô cùng quan trọng

Tham khảo một số cover hiện nay đang sản xuất tại Việt Nam và nước ngoài ta có rất nhiều phương án để lựa chọn

GVHD: ThS Đặng Minh Phụng Trang 16

Hình 4.3 Máy phay CNC Warrior 3040 của Cty TNHH Cơ Điện Tử Hiệp Phát

Hình 4.4 Máy phay CNC VMC – 65 của Cty TNHH Cơ Điện Tử (BKMech)

Hình 4.5 Máy Phay CNC của hãng MORI SEIKI

Chương 5: Thiết kế, Chế tạo hoàn thiện mô hình máy CNC 4 trục

GVHD: ThS Đặng Minh Phụng Trang 18

- Hộp số mới thay thế là hộp số bi là loại hộp số chuyên dụng dành cho các máy CNC và hầu như không có độ rơ vì tiếp xúc giữa bánh chủ động và bị động là những viên bi điều chỉnh và khử khe hở rất tốt

- Để gắn hộp số lên bát đỡ ta cần tấm bích để kết nối và tương tự như vậy là giữa động cơ

và hộp số vì hộp số và động cơ không đi theo bộ như hộp số và động cơ cũ

Yêu cầu kỹ thuật:

+ Đảm bảo độ đồng tâm giữa mâm cặp và hộp số

+ Đảm bảo độ song song giữa tâm mâm cặp và phương chuyển động x

Hình 5.3 Hình ảnh trục A thiết kế

Hình 5.4 Hình ảnh trục A thực tế

Chương 5: Thiết kế, Chế tạo hoàn thiện mô hình máy CNC 4 trục

5.3 Thiết kế, chế tạo ụ động

Sau nhiều lần thay đổi kết cấu, lược bỏ các tiết phụ để sao cho ụ động đơn giản hơn, giảm

số lượng chi tiết gia công mà vẫn đảm bảo chức năng làm việc

Yêu cầu kỹ thuật:

+ Đảm bảo độ đồng tâm giữa mũi tâm và trục chính( mâm cặp)

+ Đảm bảo độ cứng vững khi gia công chi tiết

+ Đảm bảo độ đồng tâm giữa nòng và lỗ của thân để mũi tâm định vị được tốt

GVHD: ThS Đặng Minh Phụng Trang 20

5.3.1 Thân ụ động

Hình 5.5 Thân ụ động

Thông số của thân: kích thước (d x r x c) = 120 x 180 x 140 (mm),

đường kính lỗ D = 40 x chiều dài l = 100 mm, đường kính lỗ D = 13 x chiều dài l = 20 mm khoảng cách từ tâm lỗ đền bàn máy l = 100 mm, rãnh then rộng 13 mm

Yêu cầu kỹ thuật:

+ Đảm bảo độ cứng vững

+ Đảm bảo độ đối xứng của các mặt bên

+ Đảm bảo độ song song giữa tâm lỗ và mặt đáy

+ Đảm bảo độ vuông góc của mặt trụ lỗ

Chương 5: Thiết kế, Chế tạo hoàn thiện mô hình máy CNC 4 trục

+ Đảm bảo độ đồng tâm với lỗ của thân

+ Đảm bảo độ đồng tâm giữa mặt trụ ngoài và lỗ côn

yêu cầu kỹ thuật: Đảm bảo độ song song giữa 2 mặt bên

Chương 5: Thiết kế, Chế tạo hoàn thiện mô hình máy CNC 4 trục

5.3.7 Lắp ráp ụ động

5.4 Tính toán, lựa chọn động cơ bước

Xác định công suất động cơ truyền động trục A:

Ta có momen xoắn cần thiết để cung cấp cho trục vitme được tính theo công thức 1trang 221 sách thiết kế chi tiết máy của Nguyễn Trọng Hiệp:

Để tính ta dựa vào phần mềm của trang web www.orientalmotor.com

Nhập các thông số cần thiết vào ô trống: