Thiết kế, chế tạo máy cnc 3 trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CNC TRỤC NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: THS VŨ THẾ MẠNH Sinh viên thực hiện: MSSV Lớp Võ Đăng Khôi 1811030248 18DCTA2 Trần Đông Nhật 1811032810 18DCTA2 Nguyễn Trọng Quốc 1811030287 18DCTA2 TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x DANH MỤC HÌNH ẢNH xi DANH MỤC BẢNG xiv LỜI MỞ ĐẦU xv Chương GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Lí chọn đề tài 1.1.3 Ý nghĩa đề tài 1.2 Khái niệm 1.3 Đặc điểm 1.4 Tình hình nghiên cứu nước v ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH 1.4.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.4.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.5 Mục đích nghiên cứu 1.6 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.7 Phương pháp nghiên cứu 1.8 Giới hạn đề tài 1.9 Các kết đạt 1.10 Kết cấu đề tài Chương 10 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 10 2.1 Phương án (phôi cố định, trục dao di chuyển theo X/Y/Z) 10 2.2 Phương án (phôi di chuyển theo X/Y, dao di chuyển theo Z) 11 2.3 Phương án (phôi di chuyển theo Y, dao di chuyển theo X/Z) 11 2.4 Lựa chọn phương án 12 Chương 13 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 13 3.1 Cấu tạo chung máy CNC 13 3.1.1 Phần chấp hành 14 3.1.2 Cụm điều khiển 16 3.2 Xác định công suất động trục 16 3.3 Thiết kế truyền động cho máy CNC 20 3.3.1 Phương án dùng vít me đai ốc trượt 20 vi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH 3.3.2 Phương án dùng vít me đai ốc bi 21 3.3.3 Tính tốn chọn vit me cho trục X, Y 22 3.4 Thiết kế động truyền động 27 3.4.1 Phương án dùng động bước 27 3.4.2 Phương án dùng động servo 29 3.4.3 Tính chọn động cho trục X, Y 30 3.5 Thiết kế trượt dẫn hướng 36 3.5.1 Phương án dùng trượt tròn 36 3.5.2 Phương án dùng trượt vuông 38 3.5.3 Tính tốn chọn trượt cho trục X, Y 39 3.6 Lựa chọn khớp nối trục 44 3.7 Lựa chọn ổ bi 45 Chương 46 THIẾT KẾ MƠ HÌNH TRÊN PHẦN MỀM VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 46 4.1 Thiết kế mơ hình phần mềm Solidworks 46 4.1.1 Thiết kế cụm trục X 47 4.1.2 Thiết kế cụm trục Y 49 4.1.3 Thiết kế cụm trục Z 51 4.2 Lựa chọn điều khiển 53 4.2.1 TC55H 54 4.2.2 DDCS V2.1 56 vii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH 4.2.3 DDCS V3.1 58 4.3 Lựa chọn thiết bị điện cho mơ hình 59 4.3.1 Nguồn 24 V – 15 A 59 4.3.2 Nguồn 48 V – 7,5 A 60 4.3.3 Driver TB6600 61 4.3.4 Nút dừng khẩn cấp 62 4.3.5 Relay bán dẫn 62 4.3.6 Aptomat 63 4.3.7 Công tắc hành trình 64 4.4 Sơ đồ mạch điều khiển 65 4.5 Lưu đồ giải thuật 66 Chương 68 THI CƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 68 5.1 Mơ hình thực tế 68 5.2 Tủ điện 71 5.3 Hướng dẫn sơ lược vận hành máy 76 5.3.1 Nạp Gcode 76 5.3.2 Dị gốc tọa độ phơi 77 5.3.3 Sản phẩm sau gia công 78 Chương 79 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 79 6.1 Thực nghiệm 79 viii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH 6.2 Kết luận 79 6.3 Hướng phát triển đề tài 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC BẢN VẼ 82 ix ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT DIỄN GIẢI CNC Computer Numerical Control m/ph m/ phút v/ph Vòng/phút x ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH TRANG Hình 1: Máy phay CNC Đại học Trà Vinh Hình 2: Máy CNC công ty BANTAM TOOLS Hình 3: Máy CNC Nomad Hình 1: Phương án 10 Hình 2: Phương án 11 Hình 3: Phương án 12 Hình 1: Mơ hình khái qt máy CNC 13 Hình 2: Cơ cấu chấp hành máy 14 Hình 3:Động phay 400W 19 Hình 4:Thơng số kích thước động phay 19 Hình 5:Vít me đai ốc trượt 20 Hình 6:Vít me đai ốc bi 21 Hình 7: Động bước 28 Hình 8: Động servo 29 Hình 9:Lực ma sát trượt dẫn 31 Hình 10:Trọng lực bàn máy 31 Hình 11: Lực cắt dao gây 32 Hình 12: Động bước Nema 17 35 Hình 13: Thanh trượt trịn trơn 37 Hình 14: Thanh trượt vng 38 Hình 15: Tải trọng tác dụng lên trượt trục Y 40 Hình 16: Tải trọng tác dụng lên trượt trục X 41 Hình 17: Thơng số hình học trượt SCS 42 xi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH Hình 18: Khớp nối mềm 5-8 44 Hình 19: Vịng bi KFL08 45 Hình 1: Tổng thể máy phần mềm Solidworks 46 Hình 2: Kết cấu cụm trục X 47 Hình 3: Part X gắn động (trái) Part X gắn vịng bi (phải) 48 Hình 4: Kết cấu cụm trục Y 49 Hình 5: Part Y gắn động (trái) Part Y gắn vòng bi (phải) 50 Hình 6: Bàn gá 50 Hình 7: Kết cấu trục Z 51 Hình 8: Part Z gắn động trục Z (trái) Part Z gắn vòng bi trục Z (phải) 52 Hình 9:Tấm gắn động phay 52 Hình 10: Part gắn trượt Z X 53 Hình 11: Bộ điều khiển CNC TC55H 54 Hình 12: Bộ điều khiển DDCS V2.1 56 Hình 13: Bộ điều khiển DDCS V3.1 58 Hình 14: Nguồn 24 V-15 A 59 Hình 15: Nguồn 48 V-7,5 A 60 Hình 16: Driver TB6600 61 Hình 17: Nút dừng khẩn cấp 62 Hình 18: Relay bán dẫn SSR–25DD-H 62 Hình 19: Aptomat 63 Hình 20: Cơng tắc hành trình 64 Hình 21: Sơ đồ đấu nối 65 Hình 22: Lưu đồ giải thuật 66 Hình 1: Mặt trước máy CNC 68 Hình 2: Mặt sau máy CNC 69 xii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH Hình 3: Mặt phải máy CNC 69 Hình 4: Mặt trái máy CNC 70 Hình 5: Mặt máy CNC 70 Hình 6: Mặt ngồi tủ điện 71 Hình 7: Mặt phải tủ điện 72 Hình 8: Mặt trái tủ điện 73 Hình 9: Bên tủ điện 74 Hình 10: Mặt sau cửa tủ 75 Hình 11: Thoát khỏi mục USB 76 Hình 12 Paste file Gcode vào máy 77 Hình 13: Tên file Gcode hiển thị 77 Hình 14: Thiết lập tọa độ không 78 Hình 15: Sản phẩm thực tế 78 xiii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5.3 GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH Hướng dẫn sơ lược vận hành máy 5.3.1 Nạp Gcode Bước 1: Copy file Gcode Sau cắm USB vào điều khiển, ta nhấn nút PAGE R để vào giao diện quản lý file Sử dụng phím Y+/Y- để di chuyển trỏ lên xuống, di chuyển trỏ đến file Snowman.nc, nhấn Tab để copy file Bước 2: Paste file Gcode Di chuyển trỏ đến mục “ ” Nhấn nút ENTER để thoát khỏi folder USB Hình 11: Thốt khỏi mục USB Sau nhấn Shift để paste file Gcode vừa copy File Snowman.nc tự động xuất hiện hình 76 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH Hình 12: Paste file Gcode vào máy Bước 3: Chọn file Gcode để gia công Di chuyển trỏ đến file Snowman.nc phím Y+/Y-, sau nhấn START, hình tự động giao diện điều khiển Lúc điều khiển hiện thị tên file Gcode mà chuẩn bị chạy hình Hình 13: Tên file Gcode hiển thị 5.3.2 Dị gốc tọa độ phơi 77 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH Sử dụng phím X+/X-, Y+/Y-, Z+/Z- để di chuyển trục dao đến gốc tọa độ phơi Sau nhấn tổ hợp phím Shift -> Y- -> Y- để thiết lập tọa độ khơng cho trục Hình 14: Thiết lập tọa độ khơng Sau nhấn START để chạy chương trình 5.3.3 Sản phẩm sau gia cơng Sau thiết lập tiến hành chạy thử thiết lập trên, nhóm gia cơng thành cơng sản phẩm thực tế Loại vật liệu sử dụng mica Hình 15: Sản phẩm thực tế 78 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 6.1 Thực nghiệm Nhóm tiến hành cho máy gia cơng số biên dạng gỗ mica với động chạy tối đa công suất: + Mẫu 1: phay mica, chiều sâu cắt 0,5mm, tốc độ tiến dao 0,5m/ph + Mẫu 2: phay mica, chiều sâu cắt 0,5mm, tốc độ tiến dao 1m/ph + Mẫu 3: phay mica, chiều sâu cắt 0,5mm, tốc độ tiến dao 1,5m/ph + Mẫu 4: phay gỗ, chiều sâu cắt 0,5mm, tốc độ tiến dao 1m/ph + Mẫu 5: phay gỗ, chiều sâu cắt 0,5mm, tốc độ tiến dao 1,5m/ph + Mẫu 6: phay gỗ, chiều sâu cắt 0,5mm, tốc độ tiến dao 2m/ph 6.2 Kết luận Sau gia cơng thử số mẫu trên, nhóm rút kết luận: + Máy chạy ổn định với tốc độ tối đa 1mm/ph gia công mica 1,5mm/ph gia công gỗ Sai số gia công < 0,3mm + Nhóm cho gia cơng thử với chiều sâu cắt lớn có hiện tượng phơi bị xê dịch khả kẹp đồ gá không tốt Vậy nên chiều sâu lần cắt nên ≤ 0,5mm + Do máy sử dụng truyền vít me đai ốc trượt nên sai số tương đối cao, nhiên tăng độ xác máy cách sử dụng thêm cấu lò xo để giảm độ rơ thường xuyên tra dầu vào truyền để giảm tổn thất ma sát Ngoài ra, mơ hình cịn tồn vấn đề sau: + Hình thức khung khí cịn nhỏ + Khi gia công, phoi văng xuống bám vào trượt vít me, gây tiếng ồn khó chịu gia cơng ảnh hưởng đến độ xác máy 79 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH + Tủ điều khiển chưa có bảo vệ q áp, q dịng + Máy sử dụng cơng tắc hành trình để home sử dụng soft limit để giới hạn hành trình, nhiên không đảm bảo so với việc sử dụng cảm biến ngồi để giới hạn hành trình 6.3 + Hướng phát triển đề tài Thay truyền vít me đai ốc trượt, trượt trịn thành vít me bi trượt vuông để máy hoạt động nhanh, xác cứng vững + Thay loại động phay có cơng suất lớn để máy gia cơng vật liệu cứng nhôm + Mở rộng khung máy để tăng giới hạn hành trình, đồng thời thay chất liệu khung thành vật liệu cứng nặng để máy cứng vững + Thiết kế thêm cấu thay dao, làm mát + Thiết kế thêm phần chắn bàn máy để tránh hiện tượng phoi rớt xuống vít me, trượt + Thay bàn máy nhôm định hình để linh động việc chọn vị trí gá + Gắn thêm cảm biến để giới hạn hành trình thay cho soft limit + Sử dụng relay nhiệt, bảo vệ để đảm bảo an toàn cho thiết bị điện 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] – GS.TS.Nguyễn Đắc Lộc - PGS.TS.Lê Văn Tiến - PGS.TS.Ninh Đức Tốn - PGS.TS Trần Xuân Việt Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1,2,3 Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 [2] – PGS.TS.Trịnh Chất - TS.Lê Văn Uyển Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 1,2 Nhà xuất giáo dục [3] – Nguyễn Trọng Nghĩa – Nguyễn Hải Long – Trần Việt Thanh – Ngô Thành Nam – Dương Minh Khương – Hồng Tiến Dũng Nghiên cứu tính tốn thiết kế mơ hình trung tâm tiện – phay CNC Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC, số 9, 2019 [4] – Nguyễn Văn Thuận Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động lựa chọn hệ thống dẫn hướng dùng cho máy phay CNC Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống khí Trường đại học Bách Khoa Hà Nội [5] – Nguyễn Ngọc Đào Giáo trình CAD–CAM–CNC Nhà xuất trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, 2004 [6] – PGS.TS.Ninh Đức Tốn – GVC.Nguyễn Thị Xuân Bảy Giáo trình dung sai lắp ghép kỹ thuật đo lường Nhà xuất giáo dục [7] – Hình ảnh trang thiết bị máy CNC Available: https://cnc24h.com/ [8] – Máy CNC BANTAM TOOLS Available: https://store.bantamtools.com/ [9] – Máy CNC Đại học Trà Vinh Available: https://www.tvu.edu.vn/dh-tra-vinhche-tao-may-phay-cnc-3-truc-2/ [10] – Máy CNC Nomad Available: https://shop.carbide3d.com/products/ 81 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH PHỤ LỤC BẢN VẼ 82 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH 83 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH 84 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH 85 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH 86 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH 87 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH 88 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH 89 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH 90 ... 13 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 13 3.1 Cấu tạo chung máy CNC 13 3.1.1 Phần chấp hành 14 3. 1.2 Cụm điều khiển 16 3. 2 Xác định công suất động trục ... động cho trục X, Y 30 3. 5 Thiết kế trượt dẫn hướng 36 3. 5.1 Phương án dùng trượt tròn 36 3. 5.2 Phương án dùng trượt vuông 38 3. 5 .3 Tính tốn chọn trượt cho trục X,... 16 3. 3 Thiết kế truyền động cho máy CNC 20 3. 3.1 Phương án dùng vít me đai ốc trượt 20 vi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS VŨ THẾ MẠNH 3. 3.2 Phương án dùng vít me đai ốc bi 21 3. 3.3