ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế chế tạo máy phay CNC 3 trục tích hợp phần mềm điều khiển NCStudio V5

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆTNAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên: HOÀNG ÁNH LINH Viện: CƠ KHÍ Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Lớp: KTCK 01-K57 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thiết kế chế tạo máy phay CNC trục tích hợp phần mềm điều khiển NCStudio V5 Các yêu cầu kỹ thuật cần đạt được: Sau kết thúc, kết cần đạt thiết kế chế tạo thành cơng mơ hình máy phay CNC Router trục: - Không gian làm việc 500x350x150 (mm) Kích thước tổng thể máy: Tổng khối lượng máy khoảng 70 (kg) Độ xác máy gia công 0,05 (mm) Nguồn điện sử dụng vận hành máy: AC 220 (v) – 50(Hz) Máy gia công được: Gỗ, Nhựa Mica v v Máy vận hành chế độ tự động hỗ chợ máy tính với phần mềm điều khiển NC Studio chế đồ điều chỉnh thủ công NỘI DUNG THUYẾT MINH Chương 1: Tổng quan máy CNC hệ thống điều khiển máy CNC Chương 2: Thiết kế khí Chương 3: Quy trình cơng nghệ chế tạo lắp ráp Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển Chương 5: Cài đặt thông số điều khiển gia công thử nghiệm BẢN VẼ Tên vẽ Tổng quan máy CNC Lựa chọn phương án di chuyển Sơ đồ kết cấu động học Số lượng 01 01 01 Kích thước A0 A0 A0 Bản vẽ tổng quan thiết kế 01 A0 Bản vẽ phân rã chi tiết 01 A0 Bản vẽ chi tiết 01 A0 Các chi tiết gia công 01 A0 Lựa chọn phương án điều khiển 01 A0 Vận hành máy số sản phẩm gia công 01 A0 máy Tổng số vẽ: 09 Hà Nội, ngày tháng năm 20 TRƯỞNG BỘ MƠN CÁN BỘ HƯỚNGDẪN NHĨM THIẾT KẾ (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN - TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN: - NỘI DUNG ĐỒ ÁN: - HÌNH THỨC TRÌNH BÀY: Thuyết minh: Bản vẽ: - NHẬN XÉT KHÁC: - Ý KIẾN ĐÁNH GIÁ: Hà Nội, ngày tháng năm 20 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ DUYỆT - NỘI DUNG ĐỒ ÁN: - HÌNH THỨC TRÌNH BÀY: Thuyết minh: Bản vẽ: - NHẬN XÉT KHÁC: - Ý KIẾN ĐÁNH GIÁ: Hà Nội, ngày tháng năm… Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Bùi Tuấn Anh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN .2 1.1 Khái niệm lịch sử máy CNC .2 1.2 Đặc điểm máy CNC 1.3 Phạm vi ứng dụng 1.4 Cấu tạo chung máy CNC 1.5 Hệ tọa độ máy .6 1.5.1 Trục Z 1.5.2 Trục X 1.5.3 Trục Y 1.6 Máy phay CNC trục 1.7 Kết luận 10 CHƯƠNG : THIẾT KẾ CƠ KHÍ 12 2.1 Thiết kế chi tiết 12 2.1.1 Thiết kế trục Z 12 2.1.2 Thiết kế trục X 25 2.1.3 Thiết kế trục Y 35 CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP .46 3.1 Quy trình cơng nghệ gia công chi tiết nhôm trục .46 3.1.1 Chức làm việc chi tiết 46 3.1.2 Yêu cầu kỹ thuật chi tiết .47 3.1.3Thiết kế vẽ chi tiết 47 3.1.4 Xác định đường lối công nghệ 48 Chọn phương pháp công nghệ 48 3.1.5 Trình tự gia cơng hợp lý .50 3.2 Quy trình lắp ráp 51 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Bùi Tuấn Anh 3.2.1 Kết cấu khung máy .51 3.2.2: Kết cấu cụm chuyển động trục Z .52 3.2.4 Kết cấu cụm chuyển động trục Y 54 3.2.5Kết cấu hệ thống khung đế tưới nguội 55 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 56 4.1 Cấu tạo chung máy CNC .56 4.1.1 Sơ đồ động học máy CNC trục 58 4.1.2.Kết cấu máy phay CNC trục 59 4.1.3.Sơ đồ nguyên lý điều khiển máy phay CNC trục 62 4.2: Chọn động truyền động cho trục 64 4.2.1: Động bước 64 4.2.2.Động chiều (DC motor) 67 4.2.3.Động Servo 67 4.2.4.Động trục .67 4.3 Lựa chọn phương án điều khiển 69 4.3.1.Điều khiển chu trình hở 69 4.3.2.Hệ thống chu trình nửa kín 71 4.3.3.Hệ thống chu trình kín 72 4.3.4.Hệ thống chu trình hỗn hợp 73 4.4.Lựa chọn phần mềm điều khiển 74 4.5.Thiết kế hệ thống điều khiển 76 4.5.1.Cổng giao tiếp card NCStudio V5 76 4.5.2.Kết nối card NCstudio với máy tính 78 4.5.3.Driver động TB6600 79 4.5.4.Động bước mặt bích step trục X,Y 83 4.5.4.Động bước mặt bích step trục Z 84 4.5.5: Bộ nguồn 24V 15A 88 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Bùi Tuấn Anh 4.5.6.Hệ thống lọc nhiễu .88 4.5.7.Cảm biến từ 90 4.5.8.Sơ đồ lắp đặt hệ thống điện máy phay CNC trục .91 4.5.9.Dạng sóng điều khiển động Step 93 4.5.10.Hệ thống tủ điện – điều khiển máy CNC 97 CHƯƠNG 5:THIẾT KẾ THÔNG SỐ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIA CÔNG THỬ NGHIỆM .99 5.1.Phần mềm điều khiển NC Studio V5 99 5.1.1.Tổng quan phần mềm NC-Studio V5 99 5.1.2.Chế độ vận hành tự động 100 5.1.3.Chế độ vận hành tay 100 5.1.4.Giao diện phần mềm chức 101 5.1.5.Cài đặt thông số NcstudioV5 theo máy CNC trục 102 5.2.Phần mềm gia công CAM hỗ trợ máy phay CNC trục 106 5.2.1.Giới thiệu phần mềm ARTCAM 107 5.2.2.Tiến hành gia công phần mềm ARTCAM 108 5.3.Tiến hành gia công thử nghiệm 114 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Bùi Tuấn Anh MỤC LỤC HÌNH Ả Hình 1 Gia cơng cắt gọt máy CNC Hình Cấu tạo chung máy CNC Hình Phương án chuyển động ( H-Frame) .8 Hình 4: Phương án chuyển động Hình 5: Phương án chuyển động lựa chọn 11 Y Hình 1: Sơ đồ tính tốn trục vit ne đai ốc .14 Hình 2: Trục vỉ me đai ốc bi 14 Hình Thơng số hình học vitme bi trục Z 18 Hình Thơng số hình học ray trục Z 20 Hình Ray dân hướng hãng PMI 21 Hình Bảng thông số ray dẫn hướng vuông hãng PMI 21 Hình Cụm trục Z 22 Hình Thơng số hình học vitme bi trục X 28 Hình 9: Thơng số hình học ray dẫn hướng trục X 30 Hình 10: Ray dẫn hướng hãng TBI .31 Hình 11 Bảng thông số ray dân hướng vuông TBI .31 Hình 12 Động lắp cho trục X 32 Hình 13: Thơng sơ hình học vitme bi trục Y 38 Hình 14 Mơ hình hóa lực tác dụng lên phương Y 40 Hình 15: Thơng số hình học ray dân hướng hãng PMI 41 Hình 16: Thơng số kĩ thuật ray dẫn hướng vuông hãng PMI 41 Hình 17: Kết cấu khí hồnh chỉnh 45 Hình 1: Tấm nhôm trợ lực 46 Hình vẽ lồng phôi chi tiết nhôm trục Y .47 Hình 3: máy phay CNC 48 Hình 4: Dao phay 49 Hình 5: Chọn dạo gia công 49 Hình Thơng số kĩ thuật chip dao 50 Hình 7: Vật liệu làm chip dao .50 Hình 8: Sơ đồ lắp ráp khung máy 52 Hình Mơ hình khung máy 52 Hình 10: Mơ hình cụm trục Z .53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Bùi Tuấn Anh Hình 11: Mơ hình cụm trục X .54 Hình 1: Cấu taoh chung máy CNC 56 Hình 2: Sơ đồ động học máy phay CNC trục 58 Hình 3: Mơ hình keeys cấu máy 3D .59 Hình 4: Bản vẽ 2D kết cấu máy 60 Hình 5: Mơ hình máy thực tế 61 Hình 6: Sơ đồ nguyên lý điều khiển .64 Hình 7: Cấu tạo động bước 65 Hình 8: Động nam châm vĩnh cửu 67 Hình 9: Đường cong momen động nam tram vĩnh cửu .67 Hình 10: Động trục làm mát nước 69 Hình 11: Kích thước thật động trục 69 Hình 12: Hệ thống điều khiển theo chu trình hở 72 Hình 13: Hệ thống điều khiển theo chu trình nửa kín 73 Hình 14: Hệ thống điều khiển theo chu trình kín( có hồi tiếp vị trí tốc độ) 74 Hình 15: Sơ đồ điều khiển chu trình kín động servo 75 Hình 16: Hệ thống điều khiển theo chu trình hỗn hợp 76 Hình 17: Mạch NCstudio V5 79 Hình 18: Sơ đồ điều khiển card NCstudio V5 79 Hình 19: Rãnh PCI mainboard PC 81 Hình 20: Cắm card NC studio V5 vào mainboard 82 Hình 21: Kết nối board board phụ 82 Hình 22: Driver động TB6600 83 Hình 23: Sơ đồ đấu dây với động 85 Hình 24: Cổng kết nối driver TB6600 86 Hình 25: Thơng số động bước trục X,Y 87 Hình 26: Động bước step trục X,Y 88 Hình 27: Thơng số trục Z 89 Hình 28: Động bước trục Z 89 Hình 29: Sơ đồ đấu dây kiểu song song .91 Hình 30: Đấu dây động kiểu nối tiếp .92 Hình 31: Bộ nguồn 24V 15A 92 Hình 32: Bộ giảm nhiễu lưới điện 93 Hình 33: Mạch điện hệ thống lọc nhiễu 94 Hình 34: Cảm biến từ ROKO SN04_N NPN NO 94 5.2.1.Giới thiệu phần mềm ARTCAM ArtCam Pro phần mềm DelCam phục vụ việc điêu khắc chi tiết dạng 3D ArtCam có khả phân tích tranh đưa mã Gcode để gia công máy điêu khắc CNC ARTCAM Pro phần mềm CAD/CAM độc đáo hãng DELCAM, cho phép nghệ nhân tạo sản phẩm 3D có chất lượng cao cách nhanh hiệu từ từ hình vẽ hình chụp 2D ARTCAM Pro biến ý tưởng thành thực cách nhanh chóng so với phương pháp truyền thốngbằng cách xây dựng mơ hình đa lớp sử dụng vector tùy biến Nếu sử dụng phần mềm chỉnh sửa hình ảnh Photoshop hay Photoeditor,… nhận thấy khả tạo hình ARTCAM số Không thế, ARTCAM Pro cịn cung cấp cơng cụ mơ hình 3D tiên tiến chiến lược gia công linh hoạt giải pháp hoàn chỉnh cho nhu cầu gia công CNC như: làm huy hiệu nổi, chế biến đồ gỗ, khắc làm khuôn 3D để sản xuất thiệp cưới, sản xuất khn bánh kẹo, đúc tiền, đóng gói, …Với máy điêu khắc CNC, cơng việc nhiều thời gian thực cách nhanh chóng hiệu • Đặc điểm: ArtCam phần mềm thiết kế gia công cho lĩnh vực điêu khắc, cho phép tạo sản phẩm 3d có chất lượng cao cách nhanh hiệu từcác hình vẽ hình chụp 3d mà khơng cần người học có kiến thức chuyên sau lĩnh vực điêu khắc ArtCam biến ý tưởng thành thực cách nhanh chóng so với phương pháp truyền thống 110 5.2.2.Tiến hành gia công phần mềm ARTCAM Khởi động phần mềm xuất hình giao diện Hình 11: Giao diện ban đầu Trong File,chọn Open bấm tổ hợp phím Ctrl+O xuất hộp thoại Sau duyệt chọn file ảnh cần mở : Hình 12: Chọn file cần mở chọn Open 111 Thiết lập kích thước cho sản phẩm : chọn gốc phơi, vị trí gốc phơi, chiều cao, chiều rộng, đơn vị mm …vv Hình 13: Thiết lập kích thước phơi, phơi gốc Tiến hành thiết kế biên dạng cho chi tiết Sử dụng công cụ phần mềm tạo đường biên dạng, tạo chiều sâu hay nâng cao bề mặt chi tiết gia cơng … Hình 14: Thiết kế biên dạng chi tiết 112 Hình 15: Hình ảnh 3D chi tiết sau thiết kế xong Sau thiết kế xong mơ hình biên dạng chi tiết.Tiến hành thiết lập chế độ gia công cho chi tiết thẻ Toolpaths Có nhiều chế độ gia cơng gia cơng 2D,gia công 3D, gia công theo đường thẳng,gia công theo đường xoắn ốc… Hình 16: Thiết lập chế dộ gia công 113 Cài đặt thông số dao mà người vận hành dùng để gia cơng chi tiết Hình 17: Cài đặt thơng số dao Hình 18: cài đặt thông số phôi Tiến hành xuất G-code máy CNC đuôi (*nc) Trong thẻ Toolpath 114 Operations chon Save Toolpaths để xuất G-code.Hộp thoại Save Toolpaths xuất Chọn file cần xuất chọn loại máy Hình 19: Giao diện hộp thoại Save Toolpaths Để gia công ta phải tiến hành gá phôi lên bàn máy xác định gốc phơi phần mềm NCStudio Hình 20: Xác định gốc phôi phần mềm NCStudio Load code với đuôi (.*nc) vào phần mềm NCStudio chạy chương trình 115 Hình 21: Giao diện gia cơng phần mềm NCstudio Hình 22: Sản phẩm thực tế từ máy CNC trục hỗ trợ từ Artcam 5.3.Tiến hành gia cơng thử nghiệm Sau hồn thiện máy phay CNC trục, nhóm chúng em tiến hành gia 116 công sản phẩm thực tế để kiểm tra chất lượng sản phẩm độ xác máy Một số hình ảnh vận hành máy: Hình 5.23.Hình ảnh thực tế tồn máy CNC trục 117 Hình 5.24.Màn hình hiển thị đường chạy dao Hình 23: Hình ảnh gia cơng thực tế Sản phẩm gia công: 118  Chi tiết 1:Bề mặt chi tiết có độ mịn cài đặt Step Over lớn thời gian gia cơng ngắn: Hình 24: Sản phẩm  Chi tiết 2: Bề mặt chi tiết đạt độ mịn cao dao đạt Step Over thấp thời gian gia cơng lớn : 119 Hình 25: Sản phẩm 120  Chi tiết 3: Nhóm cài đặt thông StepOver bé (gia công sản phẩm bé) Tuy nhiên,do lúc dao bị mẻ nên sản phẩm đạt độ mịn cao sản phẩm trước khơng mong muốn Hình 26: Sản phẩm 121 KẾT LUẬN CHƯƠNG Kết đạt được:  Chế tạo thành cơng mơ hình máy phay CNC trục  Máy chạy ổn định độ xác mức độ vừa phải  Thực gia công số sản phẩm thực máy Những điểm hạn chế:  Máy gia cơng vật liệu có độ cứng vừa phải gỗ, nhựa nhơm…  Chưa có phận thay dao  Sử dụng động bước để truyền động trục nên có tượng trượt bước khiquá tải  Hình trình bàn máy cịn nhỏ Hướng phát triển:  Thay động bước động Servo để hệ máy xác  Chế tạo phần khí đồng xác để gia cơng vật liệu cóđộ cứng cao  Có thể thay Board NCStudio V5 March 122 KẾT LUẬN Đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC trục tích hợp phần mềm NCSstudio ” tạo sản phẩm có ý nghĩa thực tiễn, giúp sinh viên có kiến thức thực tế tốt bổ sung cho lý thuyết học sách Hoàn thành đề tài tốt nghiệp chúng em đúc rút nhiều kinh nghiệm thiết kế chế tạo: - Có hiểu biết chung loại máy CNC hệ thống điều khiển máy CNC - Nâng cao kỹ tính tốn thiết kế, chế tạo máy - Có thể vận hành tốt máy gia công máy phay, máy khoan, máy tiện - Thiết kế phần mềm hỗ trợ giúp khai thác tốt việc sử dụng máy Tuy nhiên, trình độ kinh nghiệm thực tế cịn có hạn chế nên trình thực đề tài chúng em khơng thể tránh khỏi sai sót Chúng em mong hướng dẫn, bảo thầy cồ, góp ý quý báu bạn để chúng em củng cố hồn thiện kiến thức Chúng em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS BÙI TUẤN ANH tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em suốt trình làm đề tài Đồng thời gửi lời cảm ơn tới thầy, cô môn Máy ma sát học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hỗ trợ, giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Giáo trình Cơng nghệ CNC - GS TS Trần Văn Dịch, NXB khoa học kỹ thuật Hà nội 2004 [2] Giáo trình CAD-CAM-CNC –Nguyễn Ngọc Đào – NXB Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP HCM [3].How to make your own CNC machine -Nguồn internet http//www.buildownCNC.com [4] Giáo trình Kỹ thuật điện tử - Đỗ Xuân Thụ ,NXB giáo dục [5].Thông tin máy CNC mạch điều khiển CNC website: http://forum.cncprovn.com/ [6].Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ - Tạ Duy Liêm, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [7]website:http://.www.machviet.com/ [8] Các nguồn khác Internet,tạp chí,báo… 124 ... máy CNC L? ?a ch? ?n phương ? ?n di chuy? ?n Sơ đồ kết c? ??u động h? ?c Số lượng 01 01 01 Kích thư? ?c A0 A0 A0 B? ?n vẽ tổng quan thiết kế 01 A0 B? ?n vẽ ph? ?n rã chi tiết 01 A0 B? ?n vẽ chi tiết 01 A0 C? ?c chi tiết... Machining 10 3 Hình 7: Giao di? ?n c? ?i đặt Parameter ph? ?n Manufactory 10 4 Hình 8: Giao di? ?n c? ?i đặt parameter ph? ?n Manufactory . 10 4 Hình 9: Hiệu chỉnh chương trình gia c? ?ng ph? ?n mềm NC Studio... hành máy tay 10 0 Hình 4: Thanh c? ?ng c? ?? giao di? ?n tùy chỉnh t? ?a độ, t? ?c độ dao . 10 2 Hình 5: Giao di? ?n c? ?i đặt parameter ph? ?n Machining 10 3 Hình 6: Giao di? ?n c? ?i đặt Parameter ph? ?n Machining