Thiết kế và xây dựng mô hình máy phay CNC 3 trục điều khiển bằng máy tính

MỞ ĐẦU CNC-Điều khiển số máy cơng cụ đƣợc tích hợp máy tính Thuật ngữ CNC khái niệm mà hầu nhƣ học tập, đào tạo, nghiên cứu lĩnh vực Tự động hoá biết: Đó loại thiết bị điều khiển sử dụng máy gia công, chế biến Cho phép thực quy trình gia cơng sở thơng số kích thƣớc, hình dáng sản phẩm, chuyển sang thành quỹ đạo chuyển động không gian ba chiều Hiện nay, với việc áp dụng Cad/Cam (thiết kế sản xuất có trợ giúp máy tính) vào việc thiết kế, tính tốn kết cấu, mơ q trình gia cơng trợ giúp hiệu cho q trình thiết kế điều khiển Chính tính bật máy CNC mang lại nên chúng đƣợc sử dụng rộng rãi toàn giới Ở nƣớc ta, 10 năm qua Nhà nƣớc đầu tƣ nhiều nhằm mục tiêu tạo thiết bị CNC LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng THỰC TRẠNG PHÁT TRIỂN MÁY CNC Ở VIỆT NAM HIỆN NAY VÀ CƠ SỞ HÌNH THÀNH Ý TƢỞNG 1.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CNC VÀ NHU CẦU THỰC TẾ CỦA VIỆT NAM HIỆN NAY Một thành tựu lớn tiến khoa học kỹ thuật tự động hoá sản xuất Phƣơng thức cao tự động sản xuất sản xuất linh hoạt Trong dây truyền sản xuất linh hoạt máy điều khiển số CNC đóng vai trị quan trọng Sử dụng máy CNC cho phép giảm khối lƣợng gia cơng chi tiết, nâng cao độ xác gia cơng hiệu kinh tế, đồng thời rút ngắn đƣợc chu kỳ sản xuất Chính nhiều nƣớc giới ứng dụng rộng rãi máy CNC vào khí chế tạo Ở Việt Nam máy CNC đƣợc sử dụng rơng rãi để chế tạo chi tiết khí đặc biệt chế tạo khn mẫu xác, chi tiết phục vụ cơng nghiêp quốc phịng, đặc biệt nhà máy đóng tàu máy CNC dùng để gia cơng tơn cho vỏ tàu Ngồi máy CNC đƣợc dùng nghiên cứu khoa học, đào tạo đại học sau đại học, học nghề trƣờng kỹ thuật Trên thực tế ngành khuôn mẫu ngành nhựa Việt Nam phát triển mạnh Những khn mẫu đơn giản gia công máy tay máy vạn năng, song để tạo khuôn mẫu, chi tiết máy phức tạp bắt buộc phải gia cơng máy công cụ điều khiển số CNC (gọi tắt máy CNC), đảng nhà nƣớc có nhiều sách để đầu tƣ phát triển CNC Theo TS Hoàng Vĩnh Sinh Trƣờng ĐHBK Hà Nội cho biết năm 2006 Việt Nam bỏ khoảng 4,5 tỷ USD để nhập máy CNC, năm 23 doanh nghiệp Nhật Bản sang Việt Nam tìm nhà cung cấp phụ kiện cho sản phẩm họ nhƣng khơng đƣợc, ngun nhân có nhiều song phần doanh nghiệp nƣớc cịn thiếu máy CNC chất lƣợng cao Trên thị trƣờng Việt Nam, máy CNC bình thƣờng có sai số vị trí 0,01mm, máy CNC Đài Loan Trung Quốc sản xuất có phần điều khiển mua hãng tiếng nhƣ FANUC, MITSHUBISHI có giá bán phù hợp với đại đa số doanh nghiệp nƣớc song yếu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com khâu nhƣ đào tạo, dịch vụ sửa chữa thay sau bán hàng, chất lƣợng chƣa đồng Máy CNC nƣớc phát triển nhƣ Nhật, CHLB Đức, có chất lƣợng tốt song giá thành đắt, khó bảo trì bảo dƣỡng Giá thành cao, nhu cầu lại lớn nên TP Hồ Chí Minh hình thành cơng ty nhóm chun gia chun lắp ráp máy CNC cũ hỏng thành máy Ngoài ra, số cơng ty khí bắt đầu tự nhập điều khiển chế tạo phần đời máy CNC "made in Vietnam" Tuy nhiên chƣa nắm vững công nghệ việc quản lý chất lƣợng nhƣ lắp ráp, máy thƣờng có độ xác khơng cao, độ tin cậy khơng lớn Khó khăn phần chế tạo máy CNC "made in Vietnam" phần điều khiển hay phần điện tử mà phần khí, phần kết cấu dẫn truyền khí Qua ta thấy đƣợc nhu cầu máy CNC Việt Nam lớn Nó đƣợc sử dụng vào sản xuất mà máy CNC Việt Nam đƣợc sử dụng vào đào tạo Mặc dù CNC Việt Nam đứng trƣớc vận mệnh to lớn nhƣng đầy thách thức khó khăn.Việc cần có máy CNC “ made in Việt Nam” việc cần thiết cấp bách 1.2 LỢI ÍCH VÀ ỨNG DỤNG CỦA MÁY CNC 1.2.1 Ba lợi ích máy CNC + Tự động hóa sản xuất + Độ xác lặp lại cao sản phẩm + Linh hoạt 1.2.2 Phạm vi ứng dụng + Máy gia công cắt gọt kim loại + Máy gia công tia Laser + Máy mài + Các loại máy gia công khác 1.3 CƠ SỞ HÌNH THÀNH Ý TƢỞNG Xuất phát từ nhu cầu thực tế Việt Nam cần có máy CNC họat động ổn định,linh họat,chi phí chế tạo thấp, với vốn kiến thức ỏi học đƣợc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nhà trƣờng, em ấp ủ ý tƣởng “ Thiết kế xây dựng máy phay CNC trục điều khiển máy tính” Mục tiêu hƣớng tới xây dựng cho riêng máy CNC đơn giản, họat động ổn định, chắn, cụ thể nhƣ sau: + Thiết kế xây dựng phần khí cho máy + Thiết kế xây dựng mạch Driver cho động trục + Nghiên cứu ứng dụng phần mềm gia công Mach2 để điều khiển máy LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng PHẦN MỀM MACH2 VÀ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN Mach2 với giao diện window gần gũi thân thiện với ngƣời dùng có mục File, Edit, View, Machine, Setup, Function, Window, Help - Vùng đồ họa đƣợc chia thành ô theo đơn vị trục X, Y, Z theo định nghĩa - 2.1 : 2 : LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.2 nhƣ sau: c 0x378 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com : 2,3,4,5,6,7 , X, Z : LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.3 2.3.1 Nhiệm vụ hệ truyền động chạy dao chuyển đổi lệnh điều khiển thành chuyển động tịnh tiến hay quay tròn bàn máy mang dao chi tiết gia công máy công cụ Các chuyển động tịnh tiến chuyển động thẳng theo phƣơng ba trục toạ độ không gian ba chiều, chuyển động quay tròn chuyển động xung quanh trục toạ độ Chuyển động chạy dao chuyển động dịch chuyển tƣơng đối dao chi tiết theo phƣơng trình xác định phải đảm bảo đƣợc tốc độ cắt Truyền động chạy dao phải đảm bảo dịch chuyển dụng cụ cắt theo quỹ đạo đảm bảo yếu tố: biên dạng đƣờng cắt, biên dạng dụng cụ cắt yêu cầu chi tiết gia công khác phải đạt đƣợc, có động khác điều khiển chuyển động cắt Hệ truyền động chạy dao máy công cụ CNC phải thể đƣợc tính chất sau đây: + Có tính động học cao: đại lƣợng dẫn biến đổi, bàn máy phải theo kịp biến đổi khoảng thời gian ngắn + Có độ ổn số vịng quay cao: lực cản chạy dao biến đổi, cần hạn chế tới mức thấp ảnh hƣởng đến tốc độ chạy dao, tốt khơng ảnh hƣởng Ngay chạy dao tốc độ nhỏ địi hỏi q trình tốc độ ổn định + Phạm vi điều chỉnh số vòng quay lớn + Phải giải đƣợc độ phân giải kích thƣớc nhỏ ( m) : 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.3.2 Chọn kích thƣớc động kinh nghiệm Kích thích động có ảnh hƣởng đến đặc tuyến động hệ Các yếu tố cần tính đến ma sát hệ, quán tính tải tƣợng cộng hƣởng lớn Việc cân nhắc nhìn chung phức tạp, chủ yếu dựa vào kinh nghiệm : ,Y: - : 3V - : 3,75A : - : 5V : 1,6A 2.3.3 Đối với hệ truyền thông sử dụng động bƣớc, hộp số bánh có số nhƣợc điểm sau đây: + Do chuyển động quay động bƣớc “giật cục” bƣớc đạo chiều đột ngột (vừa quay vừa đảo chiều, không cần dừng trƣớc đảo chiều) nên thƣờng bị xung lực đột ngột, tức bị “va – đập” liên tục Hiện tƣợng làm cho bánh nhanh bị rơ rão, đặc biệt then cố định bánh vào đầu trục dễ bị hỏng + Hệ thống khí dễ bị cộng hƣởng có tiếng ồn lớn, quay tốc độ thấp Chính lẽ đó, động bƣớc ta khơng nên chọn hộp số bánh túy mà chọn hai phƣơng án giảm tốc sau: - Phƣơng án trục vít – bánh - Phƣơng án đai truyền có răng, Hai phƣơng án có tác dụng giảm chấn tránh đƣợc việc phải lắp ghép bánh trực tiếp với 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - - - - nh 2.6 Truyền động vit me - đai ốc đ-ợc dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến nhờ cấu vít tr-ợt Trong m 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠCH DRIVER ĐỘNG CƠ BƢỚC 2.4 - tác giả : 2.4.2 Hình 2.7 Vẽ mạch in phần mềm Proteus, mô 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com : Hình 2.8 Sơ đồ mạch in 2.4.3 Chế tạo mạch Do định làm q mạch phƣơng pháp thủ công Phƣơng pháp gồm bƣớc sau: Vẽ sơ đồ lay out in giấy máy in lazer Điều kiện bƣớc mực in phải đậm, sắc nét Nó ảnh hƣởng đến đƣờng mạch sau -Dùng bàn để làm cho phần mực in dính lớp đồng phíp rửa mạch -Ngâm phíp giấy vào nƣớc xà phịng từ từ bóc nhẹ lớp giấy bong mà để lại mực in lớp đồng Sau lau khơ -Dùng dung dịch FeCl3 để rửa mạch -Dùng mũi khoan nhỏ để khoan lỗ mạch in 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng THI CƠNG MƠ HÌNH 3.1 THƠNG SỐ KĨ THUẬT DỰ TÍNH ĐẠT ĐƢỢC Khả cơng nghệ Hành trình trục X lớn 650mm Hành trình truc Y lớn 450mm Hành trình trục Z lớn 150mm Xốp, gỗ, vật Vật liệu gia liệu phi kim, công Tốc độ tới hạn Động nhôm Tốc độ dịch chuyển nhanh ( trục X ) 1000mm/phút Tốc độ dịch chuyển nhanh ( trục Y ) 1000mm/phút Tốc độ dịch chuyển nhanh ( trục Z ) 800mm/phút Động đầu cắt AC Động điều khiển trục X, Y, Z ( 3V - 4A - 1.80 động bƣớc) Khối lƣợng 30kg 3.2 GIẢI PHÁP KĨ THUẬT + Khung máy: Để tăng độ cứng vững cho máy, dễ cho trình chế tạo lắp ráp máy tác giả chọn vật liệu 5*7cm + Trục chay dao: Đây phận quan trọng ảnh hƣởng trực tiếp tới chất ả lƣợng sản phẩm gia công - + Mạch công suất: Thiết kế mạch công suất sử dụng mosfet để tăng công suất điều khiển, sử dụng đƣợc động có dịng điều khiển lớn + Điều khiển , tác giả 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.1 Trục X trục Y dựng 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.2 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.3 K 3.3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC , ta thu đƣợc kết Trong ví dụ sau, ta viết chữ ND autocad, xuất file ND.DXF, nhập file vào Mach2, sau cho máy chạy, ta thu đƣợc kết nhƣ sau: 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.4 3.4 C Ng , mômen 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com KẾT LUẬN : + 2D , mica - , 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO GS.TS.KH Thân Ngọc Hoàn(2005), Máy điện, Nhà xuất xây dựng Ngô Diên Tập(2006), Ghép nối máy tính, Nhà xuất KHKT Ngô Diên Tập (2004), Động Cơ Bước, Nhà xuất KHKT Châu Mạnh Lực (2001), Công Nghệ CNC, Nhà xuất KHKT Website Google.com 4013 Datasheet IRFZ44N Datasheet 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng 1: THỰC TRẠNG PHÁT TRIỂN MÁY CNC Ở VIỆT NAM HIỆN NAY VÀ CƠ SỞ HÌNH THÀNH Ý TƢỞNG 1.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CNC VÀ NHU CẦU THỰC TẾ CỦA VIỆT NAM HIỆN NAY 1.2 LỢI ÍCH VÀ ỨNG DỤNG CỦA MÁY CNC 1.2.1 Ba lợi ích máy CNC 1.2.2 Phạm vi ứng dụng 1.3 CƠ SỞ HÌNH THÀNH Ý TƢỞNG Chƣơng 2: PHẦN MỀM MACH2 VÀ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN 2.2 10 10 2.3.2 Chọn kích thƣớc động kinh nghiệm 11 2.3.3 11 2.4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠCH DRIVER ĐỘNG CƠ BƢỚC 13 2.4 13 13 2.4.3 Chế tạo mạch 14 Chƣơng 3: THI CƠNG MƠ HÌNH 16 3.1 THÔNG SỐ KĨ THUẬT DỰ TÍNH ĐẠT ĐƢỢC 16 3.2 GIẢI PHÁP KĨ THUẬT 16 3.3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 19 20 KẾT LUẬN 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... “ Thiết kế xây dựng máy phay CNC trục điều khiển máy tính? ?? Mục tiêu hƣớng tới xây dựng cho riêng máy CNC đơn giản, họat động ổn định, chắn, cụ thể nhƣ sau: + Thiết kế xây dựng phần khí cho máy. .. luanvanchat@agmail.com Hình 3. 1 Trục X trục Y dựng 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3. 2 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3. 3 K 3. 3 KẾT QUẢ ĐẠT... 13 13 2.4 .3 Chế tạo mạch 14 Chƣơng 3: THI CƠNG MƠ HÌNH 16 3. 1 THÔNG SỐ KĨ THUẬT DỰ TÍNH ĐẠT ĐƢỢC 16 3. 2 GIẢI PHÁP KĨ THUẬT 16 3. 3 KẾT QUẢ ĐẠT