Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo trục mô hình máy phay cnc 3 trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY PHAY CNC TRỤC NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: THS BÙI VĂN TÂM Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Sỹ Vinh 1611040156 16DCKA1 TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 1.1 Giới thiệu chung máy CNC 1.1.1 Lịch sử phát triển hệ thống máy CNC 1.1.2 Những đặc điểm máy CNC 1.2 Giới thiệu chung máy phay CNC .6 1.2.1 Tình hình sử dụng máy CNC nước ta 1.2.2 Phân loại máy phay CNC 1.2.3 Giới thiệu số mẫu máy phay CNC có thị trường 1.3 Các phương pháp điều khiển máy CNC 1.3.1 Điều khiển 2D 1.3.2 Điều khiển 21/2D 1.3.3 Điều khiển 3D 10 1.4 Cấu trúc tổng thể máy CNC mini 10 1.4.1 Phần điều khiển 11 1.4.2 Phần chấp hành 11 1.5 Hệ trục tọa độ máy CNC 11 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ TỐI ƯU 14 2.1 Chọn phương án cho chuyển động chạy dao 14 2.1.1 Phương án cho chuyển động chạy dao 14 2.1.2 Chọn phương án cho chuyển động chạy dao 15 2.1.3 Các thông số kỹ thuật máy 16 2.2 Sơ đồ động học máy 16 2.2.1 Sơ đồ kết cấu dẫn động theo trục X, Y Z 16 2.2.2 Tính tốn lựa chọn động trục 17 2.2.3 Lựa chọn truyền vít me-đai ốc 19 2.2.4 Chọn cấu dẫn hướng cho chuyển động 20 2.3 Thiết kế chế tạo số phận mơ hình máy 21 2.3.1 Chi tiết bàn máy 21 2.3.2 Cụm khung thân máy 21 2.3.3 Tổng thể hệ thống mơ hình máy play CNC trục 22 2.3.4 Chọn phận khác máy 22 2.4 Các loại động sử dụng máy CNC 23 2.4.1 Yêu cầu kỹ thuật động chấp hành (ĐCCH) máy CNC mini 23 2.4.2 Động chấp hành chiều 23 2.4.3 Động bước 28 2.4.4 Động Servo 30 2.4.5 Động điện xoay chiều 32 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN & MẠCH CÔNG SUẤT 33 3.1 Tìm hiểu số mạch có thị trường 33 3.1.1 Mạch dùng chip TB6560 33 3.1.2 Mạch dùng chip L297–L298 41 3.2 Xây dựng điều khiển 42 3.2.1 Sơ đồ khối nguyên lý 43 3.2.2 Nguyên lý hoạt động 43 3.3 Xây dựng mạch điều khiển 43 3.3.1 Chức năng, nhiệm vụ 44 3.3.2 Chọn vi điều khiển 44 3.3.3 Sơ đồ nguyên lý 44 3.3.4 Chọn động trục cho mơ hình thiết kế 45 3.3.5 Mạch CNC 3018/2418/1610 46 3.3.6 Động bước size 42 1.8 step 47 CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN & KẾT NỐI MÁY TÍNH 48 4.1 Sơ đồ điều khiển 48 4.1.1 Kết nối điều khiển với máy tính thơng qua cổng USB 48 4.1.2 Nguyên lý điều khiển 49 4.2 Phần mềm điều khiển 49 4.2.1 Giới thiệu phần mềm GRBL control CNC 50 4.2.2 Cài đặt phần mềm điều khiển máy CNC 50 CHƯƠNG 5: THI CÔNG .56 5.1 Lắp ráp .56 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIẾN .58 6.1 Kết đạt 58 6.1.1 Mơ hình máy tổng thể 58 6.1.2 Kết kiểm tra thực tế 58 6.2 Kết luận .58 6.2.1 Ưu điểm 59 6.2.2 Nhược điểm 59 6.3 Hướng phát triển 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 61 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VN Việt Nam CNC Computer Numerical Control ĐCCH Động Cơ Chấp Hành DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH HÌNH 1.1: Máy CNC XK HÌNH 1.2: Loại máy phay CNC kiểu router HÌNH 1.3: Cấu trúc tổng thể máy CNC 10 HÌNH 2.1: Mô phương án .14 HÌNH 2.2: Mơ phương .15 HÌNH 2.3: Sơ đồ kết cấu bàn máy 16 HÌNH 2.4: Sơ đồ kết cấu dẫn động trục Z 16 HÌNH 2.5: Sơ đồ kết cấu dẫn động trục 17 HÌNH 2.6: Mơ hình tổng thể máy CNC trục 17 HÌNH 2.7: Kết cấu kích thước gối đỡ trục vít me 19 HÌNH 2.8: Vít me 19 HÌNH 2.9: Đai ốc 20 HÌNH 2.10: Gối đỡ trục Y 20 HÌNH 2.11: Bàn máy phay 21 HÌNH 2.12: Cụm khung thân máy 21 HÌNH 2.13: Hệ thống mơ hình máy phay CNC trục 22 HÌNH 2.14: Cấu tạo động bước nam châm vĩnh cửu 26 HÌNH 2.15: Nguyên lý hoạt động động nam châm vĩnh cửu 26 HÌNH 2.16: Động có từ trở thay đổi 27 HÌNH 2.17: Động hỗn hợp 28 HÌNH 2.18: Cấu trúc động lai 29 vi HÌNH 2.19: Động DC servo 30 HÌNH 3.1: Mạch điều khiển động bước TB6560 40 HÌNH 3.2: Sơ đồ mạch TB6560 40 HÌNH 3.3: Mạch L297 – L298 41 HÌNH 3.4: Nguyên lý mạch điều khiển động bước dùng chip L297 – L298 41 HÌNH 3.5: Sơ đồ khối nguyên lý mạch điều khiển 42 HÌNH 3.6: Sơ đồ ngun lý mạch cơng suất spindle 43 HÌNH 3.7: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 44 HÌNH 3.8: Motor 775 45 HÌNH 3.9: Mạch CNC 3018/2418/1610 .46 HÌNH 3.10: Thơng sơ động 47 HÌNH 4.1: Sơ đồ kết nối điều khiển 48 HÌNH 4.2: Cáp kết nối với máy CNC .49 HÌNH 4.3: Cài đặt driver cho máy CNC 50 HÌNH 4.4: Tải cài đặt phần mềm GRBL Control CNC 51 HÌNH 4.5: Giao diện phần mềm GRBL Control CNC .52 HÌNH 4.6: Cài đặt kết nối phần mềm GRBL Control CNC .52 Hình 4.7: Phần mềm thiết kế Artcam 53 HÌNH 5.1: Mặt bàn máy phay 56 HÌNH 5.2: Mặt bàn máy phay 56 HÌNH 5.3: Lắp ngang đồ gá động trục 57 Hình 5.4: Lắp động trục mạch điện .57 HÌNH 6.1: Mơ hình máy tổng thể .58 HÌNH 6.2: Sản phẩm thực tế 58 vii LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, khoa học công nghệ ngày phát triển, Thế Giới vừa trải qua khủng hoảng kinh tế trầm trọng gây ảnh hưởng không nhỏ đến cơng nghiệp tồn cầu Chính thế, việc ứng dụng kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo sản phẩm có suất, chất lượng cao, giá thành thấp ngày trở nên cấp thiết, đặc biệt nước phát triển Thị trường ngày xuất nhiều chủng loại mẫu mã hàng hóa thay đổi thường xuyên Để giải yêu cầu đa dạng giải pháp máy CNC hoàn toàn phù hợp Ở Việt Nam, máy CNC đưa vào sử dụng xí nghiệp dân quốc phịng chưa phổ biến Do nhóm chúng em định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy phay CNC trục” kết hợp xây dựng mô hình máy phay CNC mini Ngồi nhóm chúng em mong muốn đề tài tạo sở cho việc chế tạo máy phay CNC hoàn chỉnh, phục vụ cho cơng tác giảng dạy nhà trường nói chung Viện Kỹ Thuật nói riêng Sự đời đề tài cịn ham thích tìm hiểu máy CNC, say mê tìm hiểu cách thức hoạt động, cấu phận máy CNC hội để nhóm chúng em ôn lại kiến thức tổng quát học khí điện tử Mục tiêu nghiên cứu Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy phay CNC trục” nghiên cứu với mục đích sau: - Sử dụng kiến thức học để xây dựng điều khiển điều khiển hoạt động cho máy CNC - Sự đời đề tài ham thích tìm hiểu máy CNC, xây dựng mơ hình máy CNC chạy thơng qua điều khiển điều khiển thiết kế - Máy chế tạo có kích thước nhỏ gọn, kết cấu đơn giản, dễ vận hành thao tác, di chuyển từ nơi đến nơi khác không gian làm việc, máy có khả phay chi tiết cách tự động - Xây dựng giao diện điều khiển hệ thống đẹp mắt, hoạt động đơn giản thuận tiện - Đề tài cho đời nhằm mục đích giúp sinh viên có điều kiện tiếp cận nhiều với máy CNC Ngồi nhóm chúng em mong muốn đề tài tạo sở cho việc chế tạo máy phay CNC hồn chỉnh, phục cho cơng tác giảng dạy nhà trường Nhiệm vụ nghiên cứu - Tính tốn thiết kế kết cấu khí máy phay CNC - Chế tạo lắp ráp kết cấu khí máy phay CNC - Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển máy phay CNC - Chế tạo lắp ráp hệ thống điều khiển máy phay CNC - Viết thuyết minh máy phay CNC - Thiết lập vẽ Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy phay CNC trục, xây dựng mơ hình máy phay CNC mini Phương pháp nghiên cứu ❖ Nhóm chúng em sử dụng phương pháp nghiên cứu: • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Tham khảo tài liệu công nghệ CNC, tài liệu thiết kế mô phỏng, tài liệu lập trình vi điều khiển, tài liệu động bước, động Servo… - Tham khảo, nghiên cứu kết cấu số máy CNC có thị trường giá thành chúng - Tham khảo tài liệu thiết kế điều khiển cho máy CNC mini • Phương pháp thực nghiệm - Lắp ráp thí nghiệm mạch điều khiển động DC step, điều khiển chính, cổng truyền thơng tin song song với máy tính, kết nối điều khiển, gia cơng lắp ráp hồn chỉnh mơ hình máy phay CNC mini Kết cấu báo cáo đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ TỐI ƯU CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN & MẠCH CƠNG SUẤT CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN & KẾT NỐI MÁY TÍNH CHƯƠNG 5: THI CÔNG CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 1.1 Giới thiệu chung máy CNC Máy CNC (Computer Numerical Control) máy công cụ, điều khiển theo chương trình định sẵn Các liệu cung cấp dạng tập lệnh 1.1.1 Lịch sử phát triển hệ thống máy CNC • Năm 1949: Mẫu máy NC (Numerical Controlled) MIT (Viện công nghệ Massachusetts) thiết kế chế tạo theo đơn đặt hàng không lực Hoa Kỳ, để sản xuất chi tiết phức tạp xác máy bay • Năm 1952: Chiếc máy phay đứng trục điều khiển số hãng Cincinnati Hydrotel trưng bày MIT • Những năm 1960: - Máy NC sản xuất sử dụng công nghiệp - Các điều khiển số dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, tiêu tốn nhiều lượng - Chương trình chứa băng bìa đục lỗ, khó hiểu khơng sửa chữa - Giao tiếp người & máy khó khăn khơng có hình, bàn phím • Năm 1970: Đầu năm 1970, máy CNC đời: - Các điều khiển số máy cơng cụ tích hợp máy tính thuật ngữ CNC đời - Máy CNC ưu việt máy NC thông thường nhiều mặt - Tốc độ xử lý cao, kết cấu gọn, - Ưu điểm quan trọng chúng tính sử dụng, giao diện với người dùng thiết bị ngoại vi khác * Ưu điểm máy CNC ngày nay: - Có hình, bàn phím nhiều thiết bị khác để trao đổi thông tin với người dùng ... phay CNC - Chế tạo lắp ráp kết cấu khí máy phay CNC - Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển máy phay CNC - Chế tạo lắp ráp hệ thống điều khiển máy phay CNC - Viết thuyết minh máy phay CNC - Thiết. .. 20 2 .3 Thiết kế chế tạo số phận mơ hình máy 21 2 .3. 1 Chi tiết bàn máy 21 2 .3. 2 Cụm khung thân máy 21 2 .3. 3 Tổng thể hệ thống mơ hình máy play CNC trục 22 2 .3. 4... tượng nghiên cứu Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy phay CNC trục, xây dựng mơ hình máy phay CNC mini Phương pháp nghiên cứu ❖ Nhóm chúng em sử dụng phương pháp nghiên cứu: • Phương pháp nghiên