ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MƠN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH TRUNG TÂM GIA CƠNG CNC GVHD: ThS NGUYỄN VĂN MINH SVTH: LÊ CHÍ THIỆN MSSV: 16144390 TRẦN HOÀNG QUÝ 16144367 HỒ VĂN TRỌNG 16144411 Khóa: 2016-2020 TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH TRUNG TÂM GIA CƠNG CNC GVHD: ThS NGUYỄN VĂN MINH SVTH: LÊ CHÍ THIỆN MSSV: 16144390 TRẦN HOÀNG QUÝ 16144367 HỒ VĂN TRỌNG 16144411 Khóa: 2016-2020 TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2020 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Văn Minh…… Email: minhngv@hcmute.edu.vn Sinh viên thực hiện: Trần Hoàng Quý MSSV: 16144367 Lê Chí Thiện MSSV: 16144390 Hồ Văn Trọng MSSV: 16144411 Tên đề tài: - Thiết kế chế tạo mơ hình trung tâm gia công CNC ( Designing and Manufacturing CNC Machining Center) Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Kích thước máy 700x700x520 mm, trọng lượng ~ 30kg, khả gia cơng kết hợp tiện phay, có hệ thống thay dao phay tự động - Tài liệu giảng viên cung cấp tài liệu tham khảo mạng internet Nội dung đồ án: - Nghiên cứu tổng quan máy gia công CNC, phân tích đề xuất phương án thiết kế trung tâm gia công CNC bao gồm gia công tiện, phay kết hợp với hệ thống thay dao tự động - Tính tốn thơng số động học, kết cấu máy, mạch điện điều khiển thiết kế mô máy phần mềm Solidwork - Chế tạo thử nghiệm máy Các sản phẩm dự kiến - Hồ sơ, tài liệu thiết kế, thuyết minh tính tốn máy - Mô hình trung tâm gia cơng kết hợp tiện phay CNC Ngày giao đồ án: 12 /03 / 2020 Ngày nộp đồ án: 15 /07 / 2020 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt x ii Trình bày bảo vệ: TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MƠN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Tiếng Anh Tiếng Việt x GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) iii TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn công nghệ chế tạo máy PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: LÊ CHÍ THIỆN MSSV:16144390 Hội đồng: 12 Họ tên sinh viên: TRẦN HOÀNG QUÝ MSSV:16144367 Hội đồng: 12 Họ tên sinh viên: HỒ VĂN TRỌNG MSSV:16144411 Hội đồng: 12 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TRUNG TÂM GIA CƠNG CNC Ngành đào tạo: Cơng nghệ kỹ thuật khí Họ tên GV hướng dẫn: Th.S NGUYỄN VĂN MINH Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên (không đánh máy) Nhận xét kết thực ĐATN(không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: iv 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có): v Đánh giá: TT Điểm tối đa Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hợi… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 20… Giảng viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) vi TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn công nghệ chế tạo máy PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: LÊ CHÍ THIỆN MSSV:16144390 Hội đồng: 12 Họ tên sinh viên: TRẦN HOÀNG QUÝ MSSV:16144367 Hội đồng: 12 Họ tên sinh viên: HỒ VĂN TRỌNG MSSV:16144411 Hội đồng: 12 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH TRUNG TÂM GIA CƠNG CNC Ngành đào tạo: Cơng nghệ kỹ thuật khí Họ tên GV phản biện: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: vii Những thiếu sót tồn ĐATN: Câu hỏi: Đánh giá: TT Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN Điểm tối đa 30 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN Điểm đạt 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 viii Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 20 Giảng viên phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) ix Hình 5.13 Thiết lập thông số cho động bước Step per (step per unit): Số bước đơn vị (mm inch tùy thuộc vào đơn vị mà người dùng chọn), có nghĩa số bước động bước phải quay để bàn máy di chuyển được mm inch Nó phụ thuộc vào động bước chế độ vi bước mà người dùng chọn, loại vít me, tỷ số truyền Giả sử ta chọn động bước có bước góc 1.80 tương ứng có 200 bước/ vịng số bước đơn vị tính theo cơng thức: Steps per unit = Trong đó:  m: microstep  d: bước ren vít me (mm inch)  n: tỷ số truyền động Tính tốn thực tế cho máy cnc tại: chọn đơn vị mm, động bước chọn có bước góc 1.80, bước vít me mm, tỷ số truyền 22/28, driver chọn chế độ vi bước 1/8 Nên ta có: 80 Step per unit = (step/mm) Tốc độ động tối đa phép thiết lập: Max speed¿ Kemel speed∗60 24000∗60 = = 3535.71 (mm/min) Step per 407.2727 Gia tốc động bước nên chọn giá trị lớn để tránh động vượt bước, gây sai số lớn Thời gian bước xung (Step Pulse) chọn 3µs Thơng thường driver đáp ứng chậm chọn Step Pulse gần với 5µs Dir Pulse thông số thiết lập để bù lại bước động đảo chiều (Dir Pulse ta chọn 3) Nhìn chung, thơng số gia tốc, vận tốc, thời gian bước xung Dir Pulse chọn phương pháp thử sai Ban đầu ta nhập giá trị tương đối thích hợp cho cho động hoạt động, hệ thống gây tiếng ồn lớn ta cần thay đổigiá trị khác, ta điều chỉnh giá trị đến hệ thống hoạt động êm, rung động tiếng ồn Hình 5.14 BOB Mach3 81 Khối giao tiếp máy tính: Hiện Mach3 giao tiếp với máy tính thơng qua cổng USB cổng LPT (cổng LPT cổng truyền thống Mach3 sử dụng nhiều hơn) Cổng usb: Là chuẩn kết nối đa dụng máy tính USB sử dụng để kết nối thiết bị ngoại vi với máy tính, chúng thường thiết kế dạng đầu cắm cho thiết bị tuân theo chuẩn riêng với tính cắm nóng thiết bị (nối ngắt thiết bị không cần phải khởi động lại hệ thống) Cổng LPT (cổng song song): Có loại cổng LPT 36 chân 25 chân ngày cổng 36 chân khơng cịn sử dụng Cổng song song 25 chân truyền liệu theo nguyên tắc song song, hàng liệu bit (thành byte) truyền đồng thời qua dây dẫn kết nối Cổng LPT sử dụng ghi bit gồm: ghi trạng thái, ghi liệu ghi điều khiển Hình 5.15 Sơ đồ chân cổng LPT Chân liệu: chân dùng để gởi nhận data (các chân từ số đến số 9) gọi Data Port Dữ liệu trao đổi qua chân gói gọn byte Chân trạng thái: chân dùng để hiển thị tình trạng hoạt động parallel port: bận, gởi/nhận thông tin (các chân số 10,11,12,13 chân số 15) gọi Status Port Dữ liệu trao đổi qua pin dùng bit cao byte 82 Chân điều khiển: chân dùng để điều khiển gọi Control Port, pin số 1, 14, 16 17 Dữ trao đổi qua chân dùng bit thấp byte chân lại dùng tùy theo ý người sử dụng Nếu khơng sử dụng chúng nối đất Khối output điều khiển driver động bước: Mỗi trục gồm có tín hiệu: Enable (kích hoạt cho phép điều khiển động cơ), tín hiệu xung Px, Py, Pz, Pa (tín hiệu xung điều khiển), tín hiệu chiều (kích hoạt đảo chiều động cơ) Khối input: Đưa tín hiệu cảm biến (cơng tắc hành trình, nút nhấn, ) lên máy tính để phần mềm sử lý thực chức định Khối output: Bao gồm ngõ role pwm thực chức định người dùng thiết lập (điều khiển trục chính, điều khiển dung dịch tưới nguội, điều khiển led, …) Các ngõ cấp nguồn cho mạch: Ngõ vào cấp nguồn gồm chân: GND, 5V, 12V Chân cấp nguồn cho ngõ Input: GND, 24V Ngoài ra, mạch cịn có chân nguồn: GND 5V để phục vụ cho mục đích khác 83 Hình 5.16 Các ngõ cấp nguồn cho mạch Mach Hình 5.17 Sơ đồ nối chân 84 Hình 5.18 Sơ đồ kết nối BOB Mach với biến tần Mạch mở rộng ngõ vào/ra Mach3: Để mở rộng cổng input output cho máy CNC nhằm mở rộng chức điều khiển, người dùng sử dụng thêm mạch mở rộng Mach3 Mạch mở rộng giống mạch điều khiển Mach3, tạo nhằm mục đích mở rộng cổng vào, nên khơng có phận output điều khiển driver động Hình 5.19 Mạch mở rộng Mach 85 Vì CPU máy tính thơng thường có cổng kết nối LPT nên kết nối với mạch Mach3 Muốn kết nối thêm mạch mở rộng cho máy tính, người dùng phải cài đặt thêm card PCI Hình 5.20 Card PCI Khi cắm Card vào hình xuất thông báo Windows nhận diện phần cứng cắm vào máy tính Chọn Cancel để tắt thông báo tiến hành cài driver cho card CPI thông qua đĩa driver kèm theo 86 5.3 Hướng dẫn sử dụng Mach Hình 5.21 Giao diện Trang thái điều khiển chạy chương trình load G-code Gồm các khối nút điều chỉnh, thông số dụng cụ cắt, khung toa đợ • Cycle Start: Chạy chương trình tự động • Feed Hold: Dừng chuyển động trục trừ trục • Stop: Dừng chuyển động trục bao gồm trục (nhấn cycle start muốn chạy tiếp chương trình) • Reset: chạy chương trình nút reset đóng vai trị nút EStop Khi chương trình gặp lỗi cần nhấn nút reset để đưa hệ thống sẵn sàng hoạt động trở lại • Edit G-Code: Chỉnh sửa G-code • Recent File: Những file G-code chạy mach3 • Close G-code: Đóng chương trình 87 • Load G-code: Load chương trình vào mach3  Set next line: Chạy dịng Gcode • Line: Nhập dịng G-code cần chạy tiếp • Run from here: Chạy từ dịng G-code nhập dịng Line • Rewind: Đưa chương trình dịng line • Single BLK: Chạy dịng lệnh • Reverse Run: Chạy lại điểm ban đầu  MDI (ALT-2) Cho phép người dùng nhâp thưc dòng G-code input Người dùng tạo chương trình G-code thơng qua trang cách nhấn Start teach, nhập lệnh G-code vào ô input, sau hồn thành chương trình nhấn Stop teach để lưu lại chương trình Nhấn Load/Edit để load chương trình vào Mach Hình 5.22 Giao diên MDI  Tool Path (ALT-4): Thể đường chạy dao tọa độ 88 Hình 5.23 Giao diện Tool Path  Offsets (ALT-5) Nhập thông số work offset thiết lập thông số cần thiết cho dao Hình 5.24 Giao diện Offset 89  Setting (ALT-6) Tùy chỉnh theo nhu cầu người dùng Hình 5.25 Giao diện Setting  Diagnostics (ALT-7) Hiện thị tồn thơng tin máy bao gồm: Tọa độ, work offset, tool offset, đường chạy dao, tốc độ, tín hiệu chân Input-Output Hình 5.26 Giao diện Diagnotics 90 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN Sau tháng thực đề tài nhóm đạt kết sau:  Cơ khí Nhóm thiết kế, gia cơng lựa chọn chi tiết theo tiêu chuẩn nên thuận tiên cho việc lắp láp máy Phần khí máy hoàn chỉnh với khả di chuyển năm trục phay hai trục tiện Máy cứng vững gia công chi tiết gỗ, mica, nhựa, nhơm Hồn thành phần cứng mơ hình trung tâm gia cơng CNC Các thơng số thực tế máy: Tốc độ gia công tối đa: + Đối với phay F = 2000 mm/phút + Đối với tiện F = 150 mm/phút Tốc độ quay tối đa Spindle: + Đối với phay S = 50000 vòng/phút + Đối với tiện S < 1000 vòng/ phút Hành trình tối đa máy: + Đối với phay: X 200mm Y 150mm Z 150mm A 0o => 360o B -20o => 110o C 0o => 360o + Đối với tiện: Z 150mm X 100mm Dung sai máy: ± 0.02mm Có khả sử dụng hệ thống Proble để xét chiều dài dao  Phần điện phần mềm điều khiển Hoàn thành phần điều khiển modun phay tiện Với phay có khả nội suy trục, với tiện đảm bảo chức máy tiện trục Nhóm dùng phần mềm Mach3, board BOB kết nối với biến tần để điều khiển đóng mở động trục mâm 91 cặp câu lệnh M3, M5, đối cới động Spindle cố định tốc độ; lệnh M7 để chuyển đổi chu trình phay tiện Điều khiển trục X, Y 1, Y2, Z chuột bàn phím máy tính Phần mềm điều khiển Mach3 kết nối với máy tính thơng qua cổng LPT Tính tốn điều khiển xung điều khiển động bước để đạt độ xác 0,02mm  Phần mềm gia công Gia công chi tiết chủ yếu sử dụng MasterCam Hiểu đường chạy dao để đưa đường chạy dao thích hợp cho chi tiết Có thể sử dụng phần mềm thiết kế 3D để thiết kế chi tiết lập trình gia công phần mềm MasterCam  Đề xuất cải tiến cho đề tài Thiết kế lại cho khung cứng vững đồng thời thay đổi Spindle lớn để gia công vật liệu cứng Dùng hai gối đỡ cho trục vitme để tăng độ ổn định Thay đổi controller để điều khiển nội suy đồng thời trục theo RTCP Thay đổi động bước động bước có hồi tiếp động servo để tăng độ xác gia cơng tránh tượng trượt bước Hình 6.1 Máy hoàn thiện 92 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trong nước [1] Nguyễn Ngọc Đào “Giáo trình Cơng nghệ CAD\CAM_CNC bản” – Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, 2002 [2] GS TS Trần Văn Địch “Công Nghệ CNC” – Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2007 [3] https://phanmemkythuat.com/lich-su-phat-trien-cua-may-cnc/ [4] https://advancecad.edu.vn/cac-loai-trung-tam-gia-cong-cnc/ Ngoài nước [5] Ball screw catalogue of THK - https://tech.thk.com/index_en.php [6] LMGuide - catalogue of THK - https://tech.thk.com/index_en.php 94