(Đồ án hcmute) thiết kế chế tạo trục a, c cho máy phay cnc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ TRỤC A, C CHO MÁY PHAY CNC GVHD: ThS NGUYỄN VĂN MINH SVTH: ĐẶNG THIỆN LINH TÂM MSSV: 13143302 SVTH: NGUYỄN THANH HUY MSSV: 13143144 SVTH: VÕ KHÁNH MINH MSSV: 13143209 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ TRỤC A, C CHO MÁY PHAY CNC GVHD: ThS NGUYỄN VĂN MINH GVPB: TS HOÀNG TRUNG KIÊN SVTH: ĐẶNG THIỆN LINH TÂM MSSV: 13143302 NGUYỄN THANH HUY 13143144 VÕ KHÁNH MINH 13143209 Khóa: 2013 - 2017 Ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 an KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁYCỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN CN CHẾ TẠO MÁY Độc lập – Tự Do – Hạnh phúc ****** Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đặng Thiện Linh Tâm MSSV: 13143302 Lớp: 131431 Nguyễn Thanh Huy 13143144 131432 Võ Khánh Minh 13143209 131432 Ngành đào tạo: CN Chế tạo máy Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Minh Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: Tên đề tài: “Thiết kế chế tạo trục A, C cho máy phay CNC” Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Board điều khiển Mach3 - Động cơ, step diver motor - Ổ bi - Vật liệu gia công thép CT3 Nội dung thực đề tài: - Tính tốn lên phương án thiết kế - Chế tạo hoàn chỉnh cho trục A C cho mày phay CNC - Vận hành, thử nghiệm hoạt động Sản phẩm dự kiến: - Trục A C cho máy phay CNC - Các sản phẩm gia công mẫu máy - Bản vẽ thiết kế - Thuyết minh đề tài TRƢỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) i an LỜI CAM KẾT -Tên đề tài: “Thiết kế chế tạo trục A, C cho máy phay CNC” -GVHD: ThS Nguyễn Văn Minh -Họ tên sinh viên: Đặng Thiện Linh Tâm MSSV: 13143302 Lớp: 131431 Nguyễn Thanh Huy 13143144 131432 Võ Khánh Minh 13143209 131432 -Địa sinh viên: 41 Ngô Quyền, KP2, P Hiệp Phú, Q9, TP.HCM -Số điện thoại liên lạc: 01629370850 -Email: 13143302@student.hcmute.edu.vn -Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 25/07/2017 -Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình chúng tơi nghiên cứu thực hiện” Tp Hồ Chí Minh, ngày….tháng….năm 2017 Đại diện ký tên Đặng Thiện Linh Tâm ii an LỜI CÁM ƠN Trong suốt thời gian học tập ngơi trường đại học, cố gắng nổ lực thân, chúng em hồn thành Đồ Án Tốt Nghiệp, kết tinh, kết hợp lý thuyết thực nghiệm Điều đánh dấu trưởng thành sinh viên chúng em Nhìn lại trình chúng thực đồ án, đơi lúc chúng em cảm thấy khó khăn, chán nản nhờ vào cổ vũ tinh thần, giúp đỡ tận tình từ phía gia đình, người thân, bạn bè thầy nên chúng em có thêm động lực, tinh thần để hoàn thành tốt nhiệm vụ Cảm ơn thành viên nhóm thực hoàn thành mục tiêu đề Tuy đơi lúc có số mâu thuẫn, bất mãn, tranh luận,… nhờ mà chúng em hồn thiện, nhìn nhận thân tốthơn Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành thầy cô khoa Chất lượng cao môn công nghệ chế tạo máy trường Đại Học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh giúp đỡ nhóm q trình thực Đồ án tốtnghiệp Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến: Thầy Nguyễn Văn Minh – thầy giúp đỡ, hướng dẫn nhóm để chúng em có cách nhìn tổng qt q trình thiết kế, chế tạo thiết bị, máy móc đầu tay Nó tạo tiền đề để chúng em thực hành, áp dụng vào thực tiễn sống sau chúngem Một lần chúng em xin gởi lời cảm ơn đến tất người giúp đỡ nhóm hồn thành tốt Đồ Án Tốt Nghiệp Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng… năm 2017 Sinh viên thực Đặng Thiện Linh Tâm Nguyễn Thanh Huy Võ Khánh Minh iii an TÓM TẮT ĐỒ ÁN “Thiết kế chế tạo trục A, C cho máy phay CNC” Ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày phát triển máy móc đại đời ngày nhiều Chỉ xét riêng lĩnh vực gia cơng khí, hàng loạt máy CNC đời máy CNC trục, trục, trục, máy CNC cao tốc nhờ mà suất sản xuất chất lượng sản phẩm ngày nâng cao Chính kỳ diệu máy CNC (như gia cơng hình dạng phức tạp cách nhanh chóng, tự động hóa sản xuất với tập tin mã lệnh nhập cho máy), phận trí thức nghĩ đến việc chế tạo mơ hình mơ hoạt động máy CNC đại, với kích thước nhỏ gọn giá thành thấp nhiều lần đảm bảo hoạt động hiệu quả, đáp ứng nhu cầu học tập, giải trí sảnxuấttạinhà.Đócũngchínhlàlýdomàđềtàinàyđượctriểnkhainghiêncứu Đề tài triển khai cách khoa học qua nhiều bước: tìm kiếm sở liệu, phát triển ý tưởng, giải pháp, triển khai thiết kế, tối ưu hóa mơ hình, tính tốn mơ tính bền vững hệ thống, thực gia công chi tiết cần thiết lắp ráp thành máy hoàn chỉnh Giai đoạn cuối dự án tiến hành chạy thử nghiệm, kiểm tra hiệu chỉnh mơ hình để đảm bảo yêu cầu đề tài Bộ trục A C sau chế tạo có kích thước 375x260x380mm, có khả phay nhiều vật liệu khác với độ xác cao hình dạng sai số kích thước đạt mức 0.1mm Tuy nhiên, mơ hình cịn số hạn chế như: rung động trình làm việc, mối lắp ghép máy chưa đạt độ thẩm mỹ Nhóm hi vọng phát triển mơ hình cách khắc phục nhược điểm trên, tiến hành tự động hóa hồn toàn phát triển thành máy CNC trục iv an ABSTRACTS “Design and manufacture of axle sets A, C for CNC milling” Nowadays, technology and science are more and more developing then modern machines more and more Only in the field of machenical processing, CNC machine series such as axis, axis, axis, high speed CNC machine are born… so the productivity and product quality have been improved It's because of the magic of CNC machines (such as fast machining of complex shapes, automation of production with just one code file entered for the machine), an intellectual division has been thinking of modeling the operations of modern CNC machines, which are compact in size and cost many times lower but still ensure efficient operation, study, entertainment as well as home-made That is why this topic is researched Topics are implemented scientifically in many steps: database search, concept development, solution, design deployment, model optimization, computation and system sustainability simulation, perform the machining of the required details and assemble into a complete machine The final stage of the project is to run the test, test and adjust the model to ensure the requirements of the topic The 375x260x380mm chassis A and C are capable of milling on a variety of materials with high precision in shape and size error of 0.1mm However, the model has some limitations such as: vibration in the work process, the machine assembly is not aesthetic The group hopes to further develop this model by overcoming the shortcomings, complete automation and develop into a 5-axis CNC machine v an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP………………………………………………i LỜI CAM KẾT…………………………………………………………………….ii LỜI CÁM ƠN…………………………………………………………………… iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN……………………………………………………………… iv ABSTRACTS………………………………………………………………………v DANH MỤC VIẾT TẮT……………………………………………………… ix DANH MỤC HÌNH ẢNH………………………………………………………….x CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tƣợng pham vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 1.6 Các nghiên cứu nƣớc, nƣớc 1.6.1 Giới thiệu 1.6.2 Nghiên cứu nước 1.6.3 Nghiên cứu Việt Nam 1.7 Sơ lƣợc phát triển máy CNC 1.7.1 Máy CNC 1.7.2 Tính chất máy CNC 1.7.3 Ứng dụng máy CNC 1.8 Hƣớng nghiên cứu 11 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN CƠ SỞ LÍ THUYẾT 12 2.1 Khái quát máy CNC 12 2.1.1 Vài nét sơ lược máyCNC trục 12 2.1.2 Ưu điểm – Nhược điểm máy CNC trục 12 2.1.2.1 Ưu điểm 12 vi an 2.1.2.2 Nhược điểm 12 2.2 Phân loại máy CNC trục 13 2.3 Bàn xoay 14 2.4 Phân loại bàn xoay 15 2.5 Ứng dụng bàn xoay 18 CHƢƠNG 3: Ý TƢỞNG VÀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 21 3.1 Phân tích kết cấu bàn xoay thiết kế 21 3.1.1 Kết cấu máy phay CNC trục 21 3.1.2 Kiểu xoay bàn thiết kế 22 3.2 Lựa chọn truyền đai 23 3.2.1 Nguyên lí làm việc 23 3.2.2 Các phương pháp căng đai 25 3.3 Lựa chọn động 25 3.3.1 Tính toán động trục C 28 3.3.2 Tính tốn động trục A 30 3.4 Lựa chọn kiểu động 33 3.5 Lựa chọn kiểu phần mềm 34 3.5.1 Phần mềm Mach3 34 3.5.2 Phần mềm NX11 36 3.5.2.1 Giới thiệu 36 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH 38 4.1 Quy trình thiết kế phác thảo ýtƣởng 38 4.2 Thiết kế khí 40 4.2.1 Mơ hình trục A, C 40 5.2.2 Gia công chi tiết 40 4.2.3 Tính tốn thiết kế trục, thiết kế ổ bi lựa chọn truyền đai 43 4.2.3.1 Lựa chọn truyền cho đề tài 43 4.2.3.2 Lựa chọn truyền đai trục C 44 4.2.3.4 Lựa chọn truyền đai trục A 46 4.2.3.5 Thiết kế trục dẫn động trục A 48 4.2.3.6 Thiết kế ổ bi 50 4.3 Xây dựng hệ thống điều khiển 50 4.3.1 Phần mềm điều khiển Mach3 50 4.3.1.1 Giới thiệu Mach3 50 4.3.1.2 Tín hiệu truyền từ Mach3 cổng LPT 54 vii an 4.3.2 Driver động bước 57 4.3.3 Break out board Mach3 58 4.4 Thiết kế hệ thống điện 59 4.5 Quy trình tạo sản phẩm 62 4.5.1 Chọn phôi 62 4.5.2 Tạo Post Builder NX11 63 4.5.3 Thiết kế phôi gia công NX11 66 4.5.4 Nhập G – code vào chương trình Mach3 chạy sản phẩm 68 4.5.5 Phương pháp xét chuẩn phôi 70 4.5.5.1 Xét chuẩn phôi trục 70 4.5.5.2 Xét chuẩn phôi phần mềm NX11 70 CHƢƠNG 5: THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ 71 – ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN 71 5.1 Đánh giá 71 5.2 Một số sản phẩm thực nghiệm 72 5.3 Những vấn đề khó khăn 72 5.4 Đề xuất cải tiến 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 viii an Hình 4.22:Bảng kết nối điện Vật tư: Phần cứng hệ điều khiển dùng phần mềm Mach3 bao gồm thiết bị bảng sau: STT Tên thiết bị Số lƣợng 01 Máy vi tính hệ điều hành window XP Break Out Board (BOB) Driver Stepper Motor 02 03 Tính Thơng số - Coredual - Ram1GB WinXP Dùng để làm chạy chương trình điều khiển Mach3 Board xuất tín hiệu - Kíchthước điều khiển truyền danh nghĩa: động từ phần mềm 120x85mm Mach3 máy tính - Chipchuyên thông quagiao tiếp dụng song song cổngLPT - Kết nốiLPT Mạch đọc xung tín - Kíchthước hiệu từ BOB giải mã danh nghĩa: để điều khiển 62x52mm 60 an STT Tên thiết bị Số lƣợng 04 Nguồn 24V- 8A 05 Jack cắm truyền tín hiệu lên Tính Thơng số - Chípchun dụng cácđộng bước truyền động trục máy Mạch đọc xung Input 220Vtín hiệu từ Cấp 50Hz nguồn ni cho board điều khiển động tín hiệu input Cấp nguồn nuôi 5V cho board BOB Jack pin nối dây - Chất liệu: tín hiệu từ tủ điện Thép mạcách tới động Mach3 điện Hình 4.23: Bảng vật tƣ điện 61 an 4.5 Quy trình tạo sản phẩm 4.5.1 Chọn phôi Lựa chọn phôi nhựa theo kích thước cho trước (Hình 5.26): Hình 4.24: Phôi 62 an 4.5.2 Tạo Post Builder NX11 Hình 4.25: Tạo Post 63 an Hình 4.26: Nhập thơng số chung Hình 4.27: Nhập thơng số trục 64 an Hình 4.28: Nhập thơng số trục Hình 4.29: Lƣu post vừa tạo 65 an 4.5.3 Thiết kế phôi gia công NX11 Hình 4.30: Sản phẩm thiết kế Hình 4.31: Tạo chuẩn phơi NX11 66 an Hình 4.32: Gia cơng sản phẩm NX11 Hình 4.33: Nhập post vừa tạo vào NX11 67 an Hình 4.34: Xuất G – code NX11 4.5.4 Nhập G – code vào chƣơng trình Mach3 chạy sản phẩm Hình 4.35: Tải G – code vào Mach3 68 an Hình 4.36: Chỉnh sửa G – code NX11 Sau chỉnh sửa G – code tiến hành cho chạy sản phẩm thiết kế để sản phẩm cuối cùng: Hình 4.37: Sản phâm cuối 69 an 4.5.5 Phƣơng pháp xét chuẩn phơi Tạo phơi ban đầu có kích thước 36.5x36.5x82mm 4.5.5.1 Xét chuẩn phôi trục Cho trục Z chạm bề mặt phơi, sau ta xét trục ZERO Y Dịch trục X sang phải khỏi biên dạng phôi hạ trục Z xuống khoảng – 10mm dịch trục X sang từ từ chạm vào cạnh phôi, ta xét trục ZERO X Nâng trục Z lên cao so với mặt phôi, cho trục X sang trái khoảng 18.25mm Tiếp tục xét trục X ZERO X Tương tự cho trục Y ta chuẩn phôi tâm mặt phôi 4.5.5.2 Xét chuẩn phơi phần mềm NX11 Hình 4.38: Xét chuẩn phôi NX11 70 an CHƢƠNG 5: THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ – ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN 5.1 Đánh giá - Đề tài tính tốn thiết kế chế tạo kết cấu khí trục A C, việc lựa chọn thông số đầu vào lựa chọn truyền hoàn toàn dựa sở lý thuyết Kết cấu khí vững chắc, sản phẩm đẹp, dễ dàng gá đặt lên máy - Phần điện điều khiển nhóm lựa chọn phần mềm, cách cài đặt thông số, lựa chọn board mạch cách kết nối board mạch với thiết bị cần thiết máy - Qua đề tài thực nghiên cứu đề tài hướng cải tiến máy phay CNC trục từ tới tự chủ thiết kế chế tạo máy CNC trục hồn tồn có khả thi * Mơ hình trục A, C hồn tất Hình 5.1: Mơ hình trục A, C sau hoàn chỉnh 71 an 5.2 Một số sản phẩm thực nghiệm Hình 5.2: Một số sản phẩm thực tế Sản phẩm thực tế có sai số kỹ thuật khoảng 0.5mm, bề mặt sản phẩm gồ ghề phơi mềm q trình gia cơng phơi bị chảy 5.3 Những vấn đề khó khăn Trong trình thiết kế chế tạo, nhiều ràng buộc kinh phí, nên máy có độ thẩm mỹ chưa cao Nhóm thực đồ án, chuyên ngành khí chế tạo máy, nên kiến thức phần điện, điều khiển lập trình điều khiển phải tự mày mị tìm hiểu, khơng tránh sai sót 5.4 Đề xuất cải tiến Hoàn thành trục A, C theo thiết kế nhóm chưa có nhiều kinh nghiệm nên máy gia công số chi tiết đơn giản nên muốn gia công chi tiết đa dạng phức tạp cần thêm số đề xuất để hoàn thiện máy: o Chọn vật liệu tốt o Thiết kế ý tưởng cao o Gia cố máy để tăng độ cứng vững 72 an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển- Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí - tập Nhà xuất giáo dục, 1996 [2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển- Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí - tập Nhà xuất giáo dục, 1996 [3] Ninh Đức Tốn, Nguyễn Trọng Hùng, Nguyễn Thị Cẩm Tú - Bài tập kỹ thuật đo Nhà xuất giáo dục, 2007 [4] Nguyễn Trọng Hiệp - Chi tiết máy-tập 1,2 NXB Đại học giáo dục chuyên nghiệp, 1992 [5] Nguyễn Đắc Lộc, Trần Văn Địch – Sổ tay CNCTM - tập NXB Khoa học kỹ thuật, 2002 [6] Bùi Đình Thường, Đinh Trọng Tình, Nguyễn Khắc Hiếu - thiết kế cụm khí chuyển đổi từ máy phay CNC trục thành máy phay CNC trục dành cho máy công nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội [7] Five-axis milling machine tool kinematic chain design and analysis E.L.J Bohez [8] CNC ROTARY TABLE detron 73 an S an K L 0 ... tr? ?c A, C cho máy phay CNC? ?? Ngày nay, khoa h? ?c kỹ thuật ngày phát triển máy m? ?c đại đời ngày nhiều Chỉ xét riêng lĩnh v? ?c gia c? ?ng khí, hàng loạt máy CNC đời máy CNC tr? ?c, tr? ?c, tr? ?c, máy CNC cao... Máy CNC Plasma Hình 1.15: Máy tiện CNC ĐHBK Hà Nội Hình 1.14: Máy phay gỗ CNC Hình 1.16: Máy CNC kh? ?c laser an 1.7 Sơ lƣ? ?c phát triển máy CNC 1.7.1 Máy CNC CNC – viết tắt cho Computer Numeric... Nghiên c? ??u nƣ? ?c Máy CNC tự chế đa dạng hình dáng, kết c? ??u, kích thư? ?c vật liệu chế tạo Dưới số mẫu máy CNC t? ?chế (Hình 1.5 và1.6) Hình 1.5: Máy phay tiện CNC Hình 1.6: Máy CNC gỗ an Hình 1.7: Máy phay