Tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình máy phay cnc 3 trục đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: Tính tốn, thiết kế chế tạo mơ hình máy phay CNC trục Sinh viên thực hiên : Nguyễn Tuấn Minh Ngày sinh : 24/10/1999 Lớp : DCCTM08.10 Khoa : Cơ khí Mã sinh viên : 1752510202064 Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Phạm Minh Hải Bắc Ninh– 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐƠNG Á NGUYỄN TUẤN MINH TÊN ĐỀ TÀI: Tính tốn, thiết kế chế tạo mơ hình máy phay CNC trục Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Phạm Minh Hải Bắc Ninh-2022 Năm 2022 NGUYỄN TUẤN MINH Khoa: Cơ khí MỤC LỤC MỤC LỤC Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU…….………………………………………6 TĨM TẮT…………………………………………………………………………… …10 LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………………………… 11 LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………………………12 CHƯƠNG I 13 TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 13 I.Khái quát máy công cụ CNC 13 II Nguyên lý vận hành máy công cụ điều khiển số 16 III.Hệ thống tính tốn điều khiển 18 Kết luận chương I 24 CHƯƠNG II 25 THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC TRỤC 25 2.1.Phần mềm điều khiển Mach3 25 2.2.Kỹ thuật ghép nối 41 2.3.Driver điều khiển động bước 49 CHƯƠNG III 57 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CNC TRỤC 57 3.1.Các thông số máy phay CNC trục 58 3.2.Phương án cho chuyển động chạy dao 58 3.3.các động sử dụng 58 3.4.Bộ truyền biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến 58 3.5.Cơ cấu dẫn hướng cho truyền động trục 59 3.6.Thiết bị giám sát thiết bị điện 59 3.7.Thiết kế động học máy 59 3.8.Bộ truyền Vitme - đai ốc bi 61 * Đặc điểm truyền vitme đai ốc bi gồm thành phần: 61 3.9.Thiết kế chế tạo máy phay mini CNC trục 63 KẾT LUẬN………………………………………………………………………………67 DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1 Mơ hình điểu khiên DNC………………………………………………… 13 Hình 1.2 Mơ hình điều khiển sản suất tổ hợp CIM………………………………….14 Hình 1.3 Mơ hình hệ tọa độ bàn máy…………………………………………………14 Hình 1.4 Mơ tả trục máycơng cụ CNC hệ tọa độ đề các………….…15 Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc khối hệ CNC……………………………………….17 Hình 1.6 Lưu đồ điều khiển hệ CNC……… ……………………………………… 16 Hình 1.7 Các bước khâu chuẩn bị chương trình tay…………………… 18 Hình 1.8 Lưu đồ lập trình máy…………………………………………………19 Hình 1.9 Cấu trúc hệ CNC……………………………………………………… 20 Hình 2.1 Sơ đồ kết nối phần mềm mach3…………………………………………….25 Hình 2.2 Trang hình khởi động Mach3……………………………,,,,… 26 Hình 2.3.Nhóm vị trí tọa độ trục……………………………………………,,……27 Hình 2.4.Màn hình nhóm điều khiển chương trình………………………………… 28 Hình 2.5.Tool Information……………………………….…………………………….30 Hình 2.6.Feed Rate……………………………….…………………………………… 31 Hình 2.7.Spindle Speed……………………………….……………………………… 32 Hình 2.8.Giao diện trang MDI……………………………….……………………… 33 Hình 2.9.Giao diện trang ToolPath……………………………….……………………34 Hình 2.10 Giao diện trang Offsets…………………………………………………… 35 Hình 2.11.Giao diện trang Setting……………………….…………………………… 35 Hình 2.12.Giao diện trang Diagnostics……………………….……………………… 36 Hình 2.13.Bảng hiệu chỉnh đơn vị sử dụng……………………….………………… 36 Hình 2.14.Bảng hiệu chỉnh số chân tín hiệu LPT……………………….…………….38 Hình 2.15.Bảng cài đặt chân phát xung cho trục X,Y, Z…………………….38 Hình 2.16.Bảng cài đặt cơng tắc hành trình……………………….………………… 39 Hình 2.17.Bảng cài đặt xác định cơng tắc xác định vị trí Home……………… ……39 Hình 2.18.Bảng cài đặt nút bấm dừng khẩn cấp……………………….……… ……40 Hình 2.19.Bảng cài đặt thơng số xung……………………….……………………40 Hình 2.20.Cổng song song……………………….…………………………………… 41 Hình 2.21.Ghép nối song song cổng LPT……………………….……………… 42 Hình 2.22.Opto 512……………………….………………………………………….…45 hình 2.23 IC đệm 74hc245……………………….…………………………………….46 Hình 2.24.Sơ đồ chân: ……………………….…………………………………………47 Hình 2.25.Cấu tạo bên trong……………………….………………………………… 48 Hình 2.26.Mạch nguyên lý: ……………………….……………………………………48 Hình 2.27.Hình ảnh layout……………………….…………………………………… 49 Hình 2.28 Mơ hình điều khiển động bước……………………….……………… 50 hình 2.29 Sơ đồ ghép nối với mạch điều khiển TB6560……………………… 51 Hình 2.30.Mạch nguyên lý TB6560……………………….……………………………52 Hình 2.31 Hình ảnh TB6560 layout……………………….………………………… 53 Hình 2.32.Hình ảnh thực tế TB6560 layout……………………….………………53 Hình 3.1 Dao…………………………………………………………………………….59 Hình 3.2 Mơ hình trục vitme –đai ốc bi……………………….…………………… 61 Hình 3.3 Trục vitme đai ốc bi thực tế……………………….……………………… 61 Hình 3.4 Hình ảnh trượt – trượt vng……………………………… ….64 Hình 3.5 Hình ảnh khớp nối thực tế……………………….……………………….…65 Hình 3.6.Mơ hình bàn máy máy phay……………………….……………………… 65 Hình 3.7 Mơ hình thực tế………………………………………………………………67 Tóm tắt Tên đề tài: Tính tốn, thiết kế chế tạo mơ hình máy phay CNC trục Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Minh MSSV: 1752510202064 Lớp: DCCTM08.10 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Phạm Minh Hải Đặt vấn đề Hiện nay, nhu cầu máy CNC chi phí thấp, nhỏ gọn để tăng tính tự động hóa q trình giám sát nhân công ngành như: may mặc, giày da, điện tử, ngày gia tăng Nắm bắt xu hướng nhóm chúng em lên ý tưởng cho đề tài áp dụng kiến thức học trường vào thực tế để chế tạo mô hình máy CNC trục đảm bảo độ xác, dễ dàng sử dụng, phạm vi hoạt động tương đối rộng cấu gọn nhẹ Đây sản phẩm điều khiển máy tính, cơng cụ gia công tinh tế tạo chi tiết phức tạp theo yêu cầu công nghệ đại Máy CNC sản phẩm phổ biến lĩnh vực tự động hóa, giúp tiết kiệm thời gian gia cơng, mang lại hiệu kinh tế cao, phù hợp với sản phẩm có hình dạng phức tạp Thuyết minh giới thiệu CNC trình nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển CNC trục 1.1 Phạm vi đề tài nghiên cứu Tính tốn, thiết kế chế tạo mơ hình máy phay CNC trục Nội dung đề tài thực - Tìm hiểu tổng quát máy CNC trục, thành phần, cấu tạo, cách thức vận hành - Lựa chọn thông số máy đầu vào để tiến hành thiết kế - Thiết kế mơ hình 3D máy CNC trục - Lựa chọn thiết bị thành phần máy để tiến hành chế tạo - Lắp ráp chế tạo mơ hình máy CNC trục - Thử nghiệm hoạt động máy, tiến hành đánh giá mẫu vật chất liệu khác 10 2.3.5.Hình ảnh Layout Hình 2.31 Hình ảnh TB6560 layout Hình 2.32.Hình ảnh thực tế TB6560 layout 53 2.4.Quy trình chế tạo thủ cơng Bước 1: Thiết kế mạch in phần mềm proteus Bước : In mạch giấy in ảnh 54 Bước : Khoan mạch Bước : Lắp hàn linh kiện hồn thành mạch 55 Hình ảnh tủ điện thực tế sau thiết kế chế tạo Bước 3: Ăn mòn rửa mạch Driver Truc X Nguồn điện Driver Trục y Mạch Giao Tiếp Driver Trục Z 56 CHƯƠNG III THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CNC TRỤC 3.1.Các thông số máy CNC trục - Tốc độ quay trục chính: Smax = 2600 v/ph - Dụng cụ cắt: ∅ = mm - Kích thước bao: 500-400-400 - Hành trình  Trục X : 250 (mm)  Trục Y : 300 (mm)  Trục X : 230 (mm) - Vật liệu chế tạo : Nhôm kĩ thuật, thép, gỗ fit - Vật liệu gia công : Gỗ, nhựa, mica - Điện áp sử dụng: 220 V - Khối lượng máy : 30kg - Động truyền động: Sử dụng động bước 76V-3A - Động trục : Sử dụng động AC - Mạch điện: mạch Driver, mạch giao tiếp dùng cổng LPT - Phần mềm điều khiển : Mach3, Kcam 57 3.2.Phương án cho chuyển động chạy dao - Mơ hình thiết kế với đầu máy thực chuyển động chạy dao theo phương X, Z thực hai động riêng Trong động thứ ba điều khiển bàn máy thực chuyển động theo phương Y 3.3.các động sử dụng - Động dẫn động trục chính: Động AC Đặc điểm:  Điện áp làm việc: 220V  Công suất: 300W  Tốc độ điều chỉnh: 0-2600 v/ph - Động dẫn động trục tọa độ: Động bước (Stepping Motor) Đặc điểm:  Loại động bước  Điện áp làm việc: 12V  Dòng điện lớn nhất: 3A  Số bước vòng quay: 200 b/v 3.4.Bộ truyền biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến  Trục X: Bộ truyền vít me - đai ốc bi  Trục Y: Bộ truyền vít me- đai ốc bi  Trục Z: Bộ truyền vít me – đai ốc 58 3.5.Cơ cấu dẫn hướng cho truyền động trục  Sử dụng cấu trượt - trượt vuông 3.6.Thiết bị giám sát thiết bị điện - Công tắc hành trình - Nút bấm điều khiển tắt mở - Nút dừng khẩn cấp - Đèn báo hiệu - Nguồn AC 3.7.Thiết kế động học máy 3.7.1.Chọn dao - Vật liệu gia cơng gỗ, nhựa - Chọn dao: Hình 3.1 Dao 59 - Đặc tính: Dao làm từ chất liệu hợp kim, độ nhọn tốt, độ xác cao - Thơng số:  Bán kính chi trụ: d = 6mm  Chiều dài dao: L = 60mm - Thông số kỹ thuật:  TOOL-TIP: Độ rộng mũi;  CEL: Chiều dài phần cắt;  OVL: Chiều dài tổng thể;  Đơn vị: mm; Đường kính (D) Độ rộng mũi TOOL-TIP (d) 0.5 Góc mũi (2a) 30 Chiều dài Chiều dài lưỡi tổng thể CEL (H) OVL (L) 60 32 3.7.2.Chiều sâu cắt chiều rộng phay - Chiều sâu cắt chọn là:  Phay thô: 2-3 mm  Phay tinh: 0,3 mm  Chiều rộng phay B ≈ 0,6.d = 0,6.6 =3,6 (mm) 60 3.7.3.Tính tốc độ cắt v - D.n 1000 Trong D: Đường kính lớn dao phay tham gia cắt N: Số vịng quay trục (máy khoan tay) (vịng/phút) 3.8.Bộ truyền Vitme - đai ốc bi * Đặc điểm truyền vitme đai ốc bi gồm thành phần: - Vitme - Đai ốc - Vòng bi - Ống hồi tiếp Hình 3.2 Mơ hình trục vitme –đai ốc bi Hình 3.3 Trục vitme đai ốc bi thực tế *Đặc điểm truyền vitme đai ốc - Vít me - Đai ốc 61  Trục X: - Trục: ∅ = 12 mm - Bước vít: 4mm - Hành trình dịch chuyển: 20mm/v  Trục Y: - Trục: ∅ = 16 mm - Bước vít: 5mm - Hành trình dịch chuyển: 25mm - Trục Z: - Trục: ∅ =12 mm - Bước vít: 4mm - Hành trình dịch chuyển: 20mm/v 62 3.9.Thiết kế chế tạo máy phay mini CNC trục 3.9.1.Cơ khí - Mơ hình thiết kế máy phay CNC mini trục Hình 3.4 Mơ hình máy phay CNC 3.9.2.Phân tích đưa giải pháp phần khí a Phần khung Khung máy chế tạo cách ghép fit gia công theo biên dạng hợp lý với b thống trượt 63 Hình 3.4 Hình ảnh trượt – trượt vuông Thông số 64 c Nối trục động vitme - Nối trục động vitme khớp nối thường Hình 3.5 Hình ảnh khớp nối thực tế d Kết cấu bàn máy - Bàn máy thiết kế fit có kích thước 400 × 300 , bề mặt có ghép nhơm kĩ thật có kích thước 400 × 50 để đảm bảm cho gá đặt phôi gia công Hình 3.6.Mơ hình bàn máy máy phay 65 e Mơ hình thực tế Hình 3.7 Mơ hình thực tế 66 KẾT LUẬN Mơ hình máy phay CNC trục tính tốn thiết kế chế tạo với hệ thống phần bố trí lắp ráp hợp lý Hệ thống dễ tháo lắp có kết nối với máy tính , dễ vận hành gia công , phù hợp cho thực hành , thực tập gia công CNC phù hợp để gia công vật liệu nhôm , nhựa mica gỗ Driver điều khiển động bước TB6560 dùng để liên kết máy tính với hệ thống điều khiển , mạch công suất điều khiển động bước trục X , Y , Z , Máy tính cài đặt phần mềm Mach để chuyển thành máy CNC có đầy đủ tính hoàn chỉnh Đây ứng dụng gián tiếp , máy tính dùng để lập kế hoạch , tiến độ , dự báo , cung cấp thông tin , đưa thị để quản lý điều hành sản xuất Nhóm tác giả gia cơng thử nghiệm mơ hình máy với vật liệu nhơm nhựa mica Máy hoạt động bình thường gia công cho kết tốt 67