(Tiểu luận) đề tài nghiên cứu khoa học của sinh viên thiết kế và chế tạo mô hình máy cnc ba trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY CNC BA TRỤC Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học tự nhiên Đà Lạt, 05/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY CNC BA TRỤC Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học tự nhiên Sinh viên thực hiện: Phạm Hải Đăng Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: VTK 43 – Khoa Vật lý & KTHN Ngành học: CNKT Điện tử - Viễn thông Người hướng dẫn: TS Phan Văn Chuân Đà Lạt, 05/202 Năm thứ: 3/Số năm đào tạo: MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY CNC BA TRỤC CẤU TẠO CHUNG CỦA MÁY CNC BA TRỤC 2.1 Phần khí 2.1.1 Đế máy 2.1.2 Trục 2.1.3 Khung máy 2.1.4 Vít me bi đai ốc 10 2.1.5 Dao cắt 11 2.2 Phần điều khiển 11 2.2.1 Động bước – Step Motor 11 2.2.2 Hệ thống điều khiển 11 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA MÁY CNC 12 ỨNG DỤNG CỦA MÁY CNC 13 CÁC LOẠI MÁY CNC HIỆN NAY 13 5.1 Máy tiện CNC 13 5.2 Máy phay CNC 13 5.3 Máy mài CNC 13 5.4 Máy khoan CNC 14 5.5 Máy cắt CNC 14 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY CNC BA TRỤC 15 THIẾT KẾ MƠ HÌNH MÁY CNC BA TRỤC 15 1.1 Các thông số cho mơ hình máy CNC ba trục 15 1.2 Bản vẽ thiết kế mô hình 15 XÂY DỰNG MƠ HÌNH MÁY CNC BA TRỤC 16 2.1 Các thành phần khí 16 2.1.1 Trục vít me 16 2.1.2 Đế máy 17 2.1.3 Khung máy - Nhơm định hình 17 2.1.4 Thanh trượt vuông 18 2.2 Mơ hình thực tế 19 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 20 3.1 Động bước – Step Motor 20 3.2 Mạch điều khiển CNC BOB MACH3 V2 22 3.3 Phần mềm điều khiển Mach3 24 3.4 Sơ đồ kết nối hệ thống điều khiển 28 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ 30 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 30 CÁC THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH 32 2.1 Thử nghiệm 32 2.2 Thử nghiệm 32 2.3 Thử nghiệm 35 KẾT LUẬN 36 DANH MỤC BẢNG Bảng Thông số loại vít me bi sử dụng 17 Bảng Thông số kỹ thuật động bước 57 21 Bảng Thông số đặc tính mơ hình máy CNC ba trục thực 31 Bảng Phím cứng điều khiển trục X-Y-Z 32 Bảng Kết thử nghiệm 34 Bảng Kết thử nghiệm 35 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Mơ hình trục máy CNC ba trục Hình Cấu tạo bên vít me bi 10 Hình Bản thiết kế 3D mơ hình máy CNC ba trục 16 Hình Bản thiết kế đế máy 17 Hình Nhơm định hình 4080 18 Hình Thanh trượt vuông 19 Hình Mơ hình máy CNC ba trục thực tế 20 Hình Động bước 57 21 Hình Mạch điều khiển động bước TB6600 22 Hình 10 Mạch điều khiển CNC BOB MACH3 V2 23 Hình 11 Giao diện phần mềm Mach3 24 Hình 12 Trang MDI 25 Hình 13 Trang ToolPath 25 Hình 14 Trang Offsets 26 Hình 15 Trang Setting 27 Hình 16 Trang Diagostics 27 Hình 17 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển 28 Hình 18 Sơ đồ nối dây mạch điều khiển động bước 29 Hình 19 Mơ hình máy CNC ba trục hồn thành 30 Hình 20 Chọn vị trí bắt đầu 32 Hình 21 Thiết lập điểm bắt đầu (Zero point) 33 Hình 22 Cho mũi cắt di chuyển trở lại vụ trí bắt đầu 33 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu chữ viết tắt CNC CNKT Chữ viết đầy đủ Computer Numberical Control Công nghệ kỹ thuật MỞ ĐẦU Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, máy móc có độ xác cao dần đưa vào thay người cơng việc địi hỏi xác gia công vật liệu, chế tạo chi tiết máy,… Trên tiến trình phát triển nâng cao cơng nghệ sản xuất, máy CNC đời để đáp ứng nhu cầu tự động hóa cơng việc sản xuất (có tính lặp lại) sản phẩm kim khí có độ xác cao Ưu điểm máy CNC việc chạy tự động liên tục thời gian dài mà sản xuất sản phẩm có độ xác cao Q trình tự động hóa sản xuất với máy CNC tạo nên phát triển đáng kể độ xác chất lượng sản phẩm Từ máy CNC đời giúp giải phóng nhân lực, giảm thiểu sai sót giúp người thao tác có thời gian cho cơng việc khác Chính lợi ích mà máy CNC đem lại, việc nghiên cứu thiết kế chế tạo máy CNC nhiều trường kỹ thuật nước nước thực Chế tạo máy CNC đề tài phổ biến sinh viên chuyên ngành điều khiển tự động hóa Các đề tài nghiên cứu máy CNC ngày có tính sáng tạo, tính phức tạp bước chế tạo phần cứng hệ thống điều khiển Tại Trường Đại học Đà Lạt, với việc mở thêm ngành CNKT Điều khiển tự động hóa việc nghiên cứu chế tạo máy CNC hướng lĩnh vực nghiên cứu khoa học Chính lý nên nhóm định thực đề tài Mục tiêu nhóm thực đề tài theo ba mức độ từ đến phức tạp Thứ nhất, nhóm muốn hiểu sở lý thuyết mơ hình máy CNC, cấu tạo hoạt động máy CNC Thứ hai, nhóm đến thiết kế chế tạo thành cơng mơ hình máy CNC ba trục Và cuối cùng, nhóm muốn ứng dụng mơ hình đạt để tạo số sản phẩm cụ thể Ngoài ra, sau hồn thành, mơ hình máy CNC ba trục đưa vào việc học tập cho sinh viên khóa sau, từ bạn sinh viên tiếp tục nâng cấp, cải tiến mơ hình trở nên tốt CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY CNC BA TRỤC Máy CNC (viết tắt Computer Numberical Control) dạng máy điều khiển tự động máy tính Các thành phần máy lập trình để hoạt động nối tiếp nhằm tạo sản phẩm có hình dạng, kích thước cho trước Số lượng trục máy CNC thơng số xác định hoạt động phay, cắt mà máy làm, mức độ phức tạp tối đa chi tiết mà máy phay, cắt vị trí phơi mà dụng cụ cắt thao tác Máy CNC ba trục tức dụng cụ cắt máy chuyển động theo ba trục X-YZ hệ tọa độ Descartes Trong đó, trục X trục dọc, trục Y trục ngang trục Z độ sâu Hình mơ tả mơ hình máy CNC ba trục, dụng cụ cắt mơ hình CNC di chuyển theo ba trục: di chuyển hướng trái (X-), phải (X+) theo trục X; di chuyển hướng trước (Y-), sau (Y+) theo trục Y; di chuyển hướng lên (Z+), xuống (Z-) theo trục Z Vì dụng cụ cắt di chuyển theo ba trục nên máy CNC ba trục tạo sản phẩm 2D, 3D theo hoạt động trục Z Hình Mơ hình trục máy CNC ba trục CẤU TẠO CHUNG CỦA MÁY CNC BA TRỤC Máy CNC ba trục gồm phần phần khí phần điều khiển 2.1 Phần khí 2.1.1 Đế máy Trong cấu tạo máy CNC đế máy quan trọng, có có cơng dụng giáp để bảo vệ máy Đế máy tảng trung tâm máy cần có độ nặng, kết cấu tốt chắn Đế máy chịu toàn khối lượng máy, đồng thời mặt phẳng ngang giúp trục máy hoạt động thẳng Khi hoạt động, tùy theo công suất máy CNC mà chuyển động trục làm rung lắc thân máy, vậy, đế máy có kết cấu chắn giúp giảm độ rung máy CNC hoạt động Thông thường, máy CNC có đế máy khối kim loại chắn 2.1.2 Trục Trục hay cịn gọi trục Spindle thành phần có tính định máy CNC Một trục ổn định hợp với điều khiển động với hệ thống bôi trơn nguồn điện cung cấp Đảm bảo độ xác đốn trước suất máy Trục nơi để gắn dụng cụ phay, cắt,… tùy theo loại vật liệu mà trục mang dụng cụ cắt khác nhau, có tốc độ phay, cắt khác Vì mà trục định sản phẩm mà máy CNC thực được, chất lượng sản phẩm vật liệu sản phẩm máy phay, cắt 2.1.3 Khung máy Khung máy phận sở để lắp tất thiết bị phận khác bàn máy, trục chính,… lên tạo thành máy hồn chỉnh Khung máy cần có độ xác cao trình chế tạo Máy CNC hoạt động xác an tồn có khung chắn xác Các trục máy CNC ba trục chuyển động theo phương thẳng vng góc nên khung máy cần phải xác để trục chuyển động xác Khung máy với đế máy phải chịu tất tải trọng tĩnh động tác động lực cắt rung động trình cắt khối lượng chi