Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm thân máy cnc

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PTN TRỌNG ĐIỂM ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ KỸ THUẬT HỆ THỐNG CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM THÂN MÁY PHAY CNC Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: Phịng thí nghiệm trọng điểm Điều khiển số Kỹ thuật Hệ thống, ĐHBK, ĐHQG-HCM Chủ nhiệm nhiệm vụ: KS Đỗ Đức Đạt Thành phố Hồ Chí Minh – 2022 ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PTN TRỌNG ĐIỂM ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ KỸ THUẬT HỆ THỐNG CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM THÂN MÁY PHAY CNC (Đã chỉnh sửa theo kết luận Hội đồng nghiệm thu ngày 24/03/2022) Chủ nhiệm nhiệm vụ: (ký tên) KS Đỗ Đức Đạt Thành phố Hồ Chí Minh - 03/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHỊNG THÍ NGHIỆM TRỌNG ĐIỂM ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ KỸ THUẬT HỆ THỐNG CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp.HCM, ngày …… tháng …… năm 2022 BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KH&CN I THÔNG TIN CHUNG Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thân máy phay CNC Thuộc: Chương trình/lĩnh vực (tên chương trình/lĩnh vực): Nghiên cứu chế tạo máy CNC công nghệ in 3D giai đoạn 2018-2020, tầm nhìn đến năm 2025 Chủ nhiệm nhiệm vụ: - Họ tên: KS Đỗ Đức Đạt - Ngày tháng năm sinh: 22/10/1992 - Học hàm, Học vị: Kỹ sư thiết kế máy, Năm đạt học vị: 2014 - Chức danh khoa học: - Điện thoại: Tổ chức: 028 38647256 ext: 6259 - E-mail: ducdat2210@gmail.com - Tên tổ chức cơng tác: Phịng thí nghiệm Trọng điểm Điều khiển số Kỹ thuật Hệ thống - Địa tổ chức: Nhà C6, 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10, Tp HCM - Địa nhà riêng: 88L/2, Khu Phố 3, Phường Hiệp Thành, Quận 12, TPHCM Giới tính: Nam Chức vụ: Nghiên cứu viên Mobile: 0936 799 931 Tổ chức chủ trì nhiệm vụ: - Tên tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Phịng thí nghiệm trọng điểm Điều khiển số Kỹ thuật Hệ thống - Điện thoại: 028 38647256 ext: 6259 - E-mail: dcselab@dcselab.edu.vn - Website: dcselab.edu.vn - Địa chỉ: Nhà C6, 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10, Tp HCM - Họ tên thủ trưởng tổ chức: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến - Số tài khoản: 3713.0.9057441.00000 - Kho bạc: Kho bạc nhà nước Quận 10, Tp.HCM II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN Thời gian thực nhiệm vụ: - Theo Hợp đồng ký kết: 24 tháng, từ tháng 09 năm 2019 đến tháng 09 năm 2021 - Thực tế thực hiện: 30 tháng, từ tháng 09 năm 2019 đến tháng 03 năm 2022 i - Được gia hạn (nếu có): - Lần 1: tháng, từ tháng 09 năm 2019 đến tháng 03 năm 2022 Kinh phí sử dụng kinh phí: a) Tổng số kinh phí thực hiện: 3.553.000.000 đồng, đó: + Kính phí hỗ trợ từ ngân sách khoa học: 2.900.000.000 đồng + Kinh phí từ nguồn khác: 653.000.000 đồng b) Tình hình cấp sử dụng kinh phí từ nguồn ngân sách khoa học: Số TT Theo kế hoạch Thực tế đạt Ghi Thời gian Kinh phí Thời gian Kinh phí (Số đề nghị (Tháng, năm) (Tr.đ) (Tháng, năm) (Tr.đ) toán) T9/2020 1.450 T8/2020 1.453 1.453 1.160 T11/2021 1.157 1.157 c) Kết sử dụng kinh phí theo khoản chi: Đối với đề tài: Đơn vị tính: Triệu đồng Số Nội dung TT khoản chi Theo kế hoạch Tổng NSKH Trả công lao động (khoa học, phổ thông) Nguyên, vật liệu, lượng Thiết bị, máy móc Xây dựng, sửa chữa nhỏ Chi khác Tổng cộng - Lý thay đổi (nếu có): ii Nguồn khác Thực tế đạt Tổng NSKH 2.468 2.468 142 142 2.610 2.610 Nguồn khác Đối với dự án: Đơn vị tính: Triệu đồng Số Nội dung TT khoản chi Thiết bị, máy móc mua Nhà xưởng xây dựng mới, cải tạo Kinh phí hỗ trợ cơng nghệ Chi phí lao động Nguyên vật liệu, lượng Thuê thiết bị, nhà xưởng Khác Theo kế hoạch Tổng NSKH Nguồn khác Thực tế đạt Tổng NSKH Nguồn khác Tổng cộng - Lý thay đổi (nếu có): Các văn hành q trình thực đề tài/dự án: (Liệt kê định, văn quan quản lý từ công đoạn xét duyệt, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực có); văn tổ chức chủ trì nhiệm vụ (đơn, kiến nghị điều chỉnh có) Số TT Số, thời gian ban hành văn Quyết định số 836/QĐSKHCN ngày 13/09/2019 Hợp đồng số 74/2019/HĐQPTKHCN ngày24/09/2019 Quyết định số 64B/QĐDCSELab ngày 01/10/2019 Công văn số 75/CVDCSELab ngày 28/09/2020 Tên văn V/v phê duyệt nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ Hợp đồng thực nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ V/v thay đổi thành viên thực nhiệm vụ khoa học công nghệ cấp Thành phố V/v xin gia hạn thời gian thực nhiệm vụ KH&CN cấp thành phố iii Ghi Công văn số 3353/SKHCN-QLKH ngày 23/12/2020 Quyết định số 1441/QĐSKHCN ngày 23/12/2020 V/v điều chỉnh thời gian thực nhiệm vụ khoa học công nghệ V/v điều chỉnh Điều Quyết định số 837/QĐ-SKHCN ngày 13/9/2019 Sở Khoa học Công nghệ Tổ chức phối hợp thực nhiệm vụ: Số TT Tên tổ chức đăng ký theo Thuyết minh Nội dung Tên tổ chức tham gia thực tham gia chủ yếu Sản phẩm chủ yếu đạt Công Ty TNHH Cơng Ty TNHH Q trình đúc Thân máy phay Cơ Điện Tử Cơ Điện Tử vận hành CNC trục Hiệp Phát Hiệp Phát thử X,Y,Z Công ty Cổ Phần Cơ Khí Luyện Kim (SADAKIM) Ghi chú* Cơng ty Cổ Hỗ trợ phần Thân máy phay Phần Cơ Khí đúc thân máy CNC trục X,Y,Z Luyện Kim (SADAKIM) Công ty TNHH Công ty TNHH Hỗ trợ thiết bị Thân máy phay CNC trục đo KMT (Korea) KMT (Korea) X,Y,Z - Lý thay đổi (nếu có): Cá nhân tham gia thực nhiệm vụ: (Người tham gia thực đề tài thuộc tổ chức chủ trì quan phối hợp, khơng q 10 người kể chủ nhiệm) Số TT Tên cá nhân đăng ký theo Thuyết minh Tên cá nhân tham gia thực Nội dung tham gia Sản phẩm chủ yếu đạt KS Đỗ Đức KS Đỗ Đức Nội dung: 1.1; 1.5; 1.6.2; Đạt Đạt 1.7.3; 1.8.5.1; 1.8.8.1; 1.9.2.1; 1.9.4.1; 1.9.5.1; 1.10.2.1; 1.11; 1.15.2; 1.15.3; 1.15.4; 1.15.5; 1.15.6; 1.15.7; 1.15.8; 1.15.9; 1.18.1.1; 1.18.2.1; 1.18.3.1; 1.18.4; 1.18.10; 1.18.11.1; 1.19 Báo cáo chuyên đề TS Bùi Thanh TS Bùi Thanh Nội dung: 1.1; 1.10.8.1; Luân Luân 1.13; 1.14; 1.15.1; 1.19 Báo cáo chuyên đề iv Ghi chú* Nội dung: 1.8.2.4; Huy 1.8.4.2; 1.9.1.2; 1.9.2.2; 1.9.3; 1.9.9; 1.10.4.3; 1.10.5.1; 1.10.6; 1.10.7; 1.10.8.2; 1.12.1; 1.16.7; 1.16.9; 1.18.1.2; 1.18.2.2; 1.18.2.3; 1.18.6; 1.18.10; 1.18.11.3 Báo cáo chun đề Hồng Nơi dung: 1.2; 1.8.5.2; 1.8.7; 1.8.8.1; 1.8.9; 1.9.5.1; 1.9.8; 1.10.2.3; 1.10.3; 1.10.4.3; 1.10.5.3; 1.10.9; 1.11; 1.16.1; 1.16.2; 1.16.3; 1.18.1.3; 1.18.2.3; 1.18.3.3; 1.18.4; 1.18.5; 1.18.8; 1.18.12.2 Báo cáo chuyên đề TS Phạm Minh TS Phạm Nội dung: 1.3; 1.4; 1.7.2; Tuấn Minh Tuấn 1.8.1; 1.8.2.3; 1.8.3; 1.8.4.2; 1.8.6.1; 1.8.9; 1.9.4.2; 1.9.5.2; 1.9.9; 1.10.3; 1.10.5.1; 1.11; 1.15.7; 1.15.9; 1.18.1.2; 1.18.2.2; 1.18.3.2; 1.18.5; 1.18.7; 1.18.8; 1.18.9; 1.18.11.2 Báo cáo chuyên đề TS Đoàn Phúc TS Đoàn Phúc Nội dung: 1.3; 1.7.1; Thịnh Thịnh 1.8.2.1; 1.8.5.2; 1.8.6.2; 1.9.6; 1.10.1; 1.10.2.4; 1.10.5.3; 1.10.7; 1.10.9; 1.12.1; 1.14; 1.16.1; 1.16.2; 1.16.3; 1.18.1.3; 1.18.2.31.13.3.3; 1.18.6; 1.18.11.4; 1.18.12.3 Báo cáo chuyên đề KS Đặng Duy KS Đặng Duy Nội dung: 1.8.1; 1.8.4.1; Mỹ Mỹ 1.8.7; 1.9.1.2; 1.9.4.2; 1.10.4.2; 1.10.6; 1.10.8.2; 1.10.9; 1.15.1; 1.15.2; 1.15.3; 1.15.4; 1.15.5; 1.15.6; 1.15.9; 1.16; 1.16.1; 1.16.3; 1.16.4; 1.16.5; 1.16.6; 1.16.8; Báo cáo chuyên đề PGS.TS Nguyễn Hoàng TS Giang PGS.TS Huy Nguyễn Hoàng Hoàng TS Giang v 1.16.9 KS Nguyễn KS Nguyễn Nội dung: 1.1; 1.2; 1.6.1; Văn Tiền Văn Tiền 1.8.5.1; 1.8.8.2; 1.8.9; 1.9.1.1; 1.9.6; 1.9.7; 1.9.9; 1.10.1; 1.10.2.2; 1.10.4.1; 1.10.7; 1.12.2; 1.13; 1.14; 1.15.1; 1.15.2; 1.15.3; 1.15.4; 1.15.5; 1.15.6; 1.15.7; 1.15.8; 1.18.7; 1.18.10; 1.18.12.1 Báo cáo chuyên đề KS Bùi Minh KS Bùi Minh Nội dung: 1.4; 1.7.1; Truyền Truyền 1.8.2.3; 1.8.4.1; 1.8.6.2; 1.8.7; 1.9.2.1; 1.9.8; 1.10.2.2; 1.10.4.1; 1.10.5.2; 1.10.7; 1.10.8.1; 1.15.8; 1.16.4; 1.16.6; 1.16.8; 1.18.5; 1.18.8; 1.18.9; 1.18.12.2 Báo cáo chuyên đề 10 KS Hồ Minh KS Hồ Minh Nội dung: 1.5; 1.7.3; Nhật Nhật 1.8.2.2; 1.8.3; 1.8.4.3; 1.8.5.3; 1.8.6.1; 1.9.2.2; 1.9.3; 1.9.5.2; 1.9.8; 1.9.9; 1.10.1; 1.10.2.3; 1.10.3; 1.10.6; 1.12.3; 1.13; 1.16; 1.18.4; 1.18.6; 1.18.7; 1.18.9 Báo cáo chuyên đề 11 KS Mai Văn KS Mai Văn Nội dung: 1.13; 1.14; Thanh Thanh 1.16; 1.16.5; 1.16.6; 1.16.7 Báo cáo chuyên đề 12 KS Phan Quốc KS Phan Quốc Nội dung: 1.8.3; 1.8.7; Hậu Hậu 1.8.8.2; 1.10.5.2; 1.10.9; 1.16.4; 1.16.5; 1.16.7; 1.16.8; 1.16.9; 1.18.1.3; 1.18.2.3; 1.18.3.3; 1.18.5; 1.18.7; 1.18.10; 1.18.11.2; 1.18.12.3 Báo cáo chuyên đề 13 KS Đinh KS Đinh Nội dung: 1.8.2.1; 1.8.3; Khánh Văn Khánh Văn 1.8.4.3; 1.9.1.1; 1.10.1; 1.10.2.4; 1.10.4.2; 1.10.6; 1.10.8.2; 1.10.9; 1.16.4; Báo cáo chuyên đề vi 1.16.7; 1.16.9; 1.18.4; 1.18.10; 1.18.11.1; 1.18.12.1 14 KS Nguyễn KS Nguyễn Nội dung: 1.8.2.4; Hoàng Phi Hoàng Phi 1.8.5.3; 1.9.1.2; 1.9.5.2; Long Long 1.9.8; 1.10.4.3; 1.10.5.3; 1.13; 1.16.8; 1.18.1.1; 1.18.2.1; 1.18.3.1; 1.18.5; 1.18.6; 1.18.8; 1.18.9; 1.18.11.3 Báo cáo chuyên đề 15 KS Trần Minh KS Trần Minh Nội dung: 1.8.2.2; 1.8.3; Đức Đức 1.10.2.1; 1.12.3; 1.15.1; 1.15.2; 1.15.3; 1.15.4; 1.15.5; 1.15.6; 1.15.7; 1.15.8; 1.15.9; 1.16; 1.16.1; 1.16.2; 1.16.3; 1.16.6; 1.18.6; 1.18.7; 1.18.9; 1.18.11.4 Báo cáo chuyên đề - Lý thay đổi ( có): Tình hình hợp tác quốc tế: Số TT Theo kế hoạch Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đồn, số lượng người tham gia ) (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia ) Ghi chú* - Lý thay đổi (nếu có): Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị: Số TT Theo kế hoạch Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) Nội dung: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thân máy phay CNC Thời gian: Tháng 4/2021 Kinh phí: 20.400.000 Địa điểm: Tp.HCM Nội dung: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thân máy phay CNC Thời gian: 07/04/2021 Kinh phí: 20.400.000 Địa điểm: NH-KS Ngọc Hà Luxury - Lý thay đổi (nếu có): vii Ghi chú* Tóm tắt nội dung, công việc chủ yếu: (Nêu mục 15 thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát nước nước ngoài) Số TT Các nội dung, công việc chủ yếu (Các mốc đánh giá chủ yếu) Thời gian (Bắt đầu, kết thúc - tháng … năm) Theo kế hoạch Thực tế đạt Nội dung 1: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thân máy phay CNC trục 1.1 Nghiên cứu tổng quan thành phần khí máy phay CNC trục 09/201911/2019 09/201911/2019 1.2 Nghiên cứu tổng quan phương pháp vận hành máy phay CNC, đặc kỹ thuật máy phay CNC trục 09/201911/2019 09/201911/2019 1.3 Nghiên cứu tổng quan phương pháp phối hợp thành phần khí q trình máy phay CNC hoạt động 09/201911/2019 09/201911/2019 1.4 Nghiên cứu tổng quan thành phần kết cấu khí máy phay CNC trục hãng Okuma (Nhật), hãng Leadwell (Taiwan) 09/201911/2019 09/201911/2019 1.5 Thiết kế sơ đồ động máy - Đưa sơ đồ động phương án thiết kế - Phân tích, đánh giá chọn sơ đồ động 11/2021912/2019 11/2021912/2019 1.6 Nghiên cứu tính tốn lực tác dụng lên thân máy theo yêu cầu đặt ra: - Đường kính dao lớn gia cơng - Tốc độ di chuyển trục nhanh - Tốc độ quay trục nhanh - Độ xác gia công máy - Khối lượng phôi lớn gia cơng 12/201901/2020 12/201901/2020 1.7 Tính tốn thiết kế phần thân trục 01/2020- 01/2020- viii Người, quan thực [7] GS TS Trần Văn Địch, PGS TS Nguyễn Trọng Bình, PGS TS Nguyễn Thế Đạt, Cơng nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, năm 2004 [8].Lê Trung Thực Đặng Văn Nghìn, Hướng dẫn đồ án môn học công nghệ chế tạo máy, NXB Đại học quốc gia Thành phố HCM [9] Giáo trình Công nghệ Đúc, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [10] Y L Hwang and T N Ta (2018), “The friction effects for contact force analysis of three-axes CNC machine tool”, Industrial Lubrication and Tribology, Vol 70 No 8, pp 15271535 [11] P Majda, G Szwengier and R Jastrzebski (2013), “New approach to modeling geometric errors in precision manufacturing machines”, Advances in Manufacturing Science and Technology, Vol 37, No 3, pp 33 - 44 [12] A Afkhamifar, D Antonelli and P Chiabert (2016), “Variational analysis for CNC milling process”, 14th CIRP Conference on Computer Aided Tolerancing (CAT), CIRP 43 pp.118-123 [13] B M Swami and K S R Kumar (2012), “Design and structural analysis of CNC milling machine bed with composite material”, International Journal of Advanced Engineering Technology, Vol-2, Issue-12, pp 97-100 [14] C C Hong, C L Chang and C Y Lin (2016), “Static structural analysis of great five-axis turning–milling complex CNC machine”, Engineering Science and Technology, an International Journal, Volume 19, Issue 4, pp 1971-1984 [15] L Zhao, W Chen, J Ma and Y Yang (2008), “Structural bionic design and experimental verification of a machine tool column”, Journal of Bionic Engineering Suppl, Volume 5, pp 46– 52 [16] D L Nguyen, V T Le, D T Ninh and X V Tran, (2010), Handbook of machine building tech nology, Volume 2, Science and Technology, Hanoi, Vietnam 765 The 17th International Conference on Intelligent Unmanned Systems (ICIUS2021) August 25th – 27th, 2021, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam Simulate Deformation and Stress of 3-Axis CNC Milling Machine Body in Outsoles Mold Machining Thanh Luan Bui1, Vinh Tuong Vuong3, Duc Dat Do2 and Tan Tien Nguyen2, * Industrial Maintenance Training Center, HCMUT, VNU-HCM National Key Laboratory of Digital Control and System Engineering, HCMUT, VNU-HCM Institute of Engineering, Hutech University *Corresponding author E-mail: nttien@dcselab.edu.vn Abstract The leather footwear manufacturing industry is very developed today Molds to produce outsoles are in high demand and necessitate quick delivery time To meet these requirements, manufacturers need CNC milling machines to process molds quickly and accuratedly In this paper, a simulation of forces and stresses is presented on the body of a 3-axis computer numerical control (CNC) milling machine designed for outsole mold machining A simulation is performed by ANSYS Workbench software with tetrahedral meshing method on the structural blocks of the machine body using FCD370 cast iron The simulation is performed with roughing milling and in different machining positions on the same workpiece with a mass of 700 kg The simulation results provide the deformations and stresses on the parts of the machine body when machining and demonstrate the response to the requirements of the machine body under the effect of machining force Keywords: CNC milling machines, 3-axis, FCD370 cast iron, outsole mold, ANSYS Workbench Introduction The design and development of CNC machine tools have always been an important topic in industrial production The machine design calculation purposes are to create machines with high durability and long life The simulation, deformation, and stress on the machine tool will help to design the overall structure of the machine tool with good results Simulation of forces acting on the overall structure of the machine will help the designer foresee the fields of deformation, impact stress, making the design faster and with better results In machining, the machine body is affected by external forces, including friction, so there are many studies and simulations on CNC milling machines Study on the effect of friction on static and dynamic characteristics on the durability and service life of CNC machine tools [1] There is also a study on the error of guide geometry of milling machines based on modeling by finite element method [2] Besides, there is also a deeper study of the tool head positioning error to help better milling machine design This study provided a good solution to reduce the tooltip position error [3] B M Swami et al [4] selected a bed machine to analyze the static and dynamic loads acting on the machine, then reduce the weight of the machine without reducing the rigidity of the structure and the accuracy of the machine tool by adding ribs at suitable locations C C Hong et al [5] also relies on CAE software to analyze the linear structure, stress, and deformation in order to reduce the weight of the CNC machine while maintaining enough stress to resist the external load In addition, there is also a research on the design and manufacture of the body based on the configuration principle of the biological skeleton to improve the static and dynamic structural performances of high-speed machine tools [6] The above studies have been done with simulations of forces acting on the 249 The 17th International Conference on Intelligent Unmanned Systems (ICIUS2021) August 25th – 27th, 2021, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam CNC machine body but have not given specific cases of these forces during machining Therefore, this paper will present a simulation of deformation and stress acting on the body of a CNC milling machine from machining positions with the largest cutting force when roughing with facemilling diameter D = 90mm With the requirement of outsole mold thickness of r 0.01mm, the body design must have a deformation within 0.001mm and stress must be less than 40Mpa Simulations will be performed using software by ANSYS Workbench Maximum deformation and stress values are provided for reference and evaluation with design requirements Figure Three axis CNC milling machine assembling 3D parts Method and simulation 2.1 Parameters of Axis CNC Milling Machine The CNC milling machine shown in Figure has a width of 2130 mm, a length of 1775 mm, a height of 2222.5mm and a mass of 7018 kg The weight of the workpiece placed on the machine table is 700 kg and the material is C45 steel Parameters of the machining process are: Facemilling D = 90mm, number of teeth: Z = 5, breaking strength of C45 steel V B 610 MPa, spindle rotation n = 700 rpm, depth of cut t = 2.5 mm The main cutting force [7]: where: SZy PZ 10.C p t x S Zy B u Z D q n w : feedrate, B u : milling width, k MP ˜ kMP (1) : adjustment coefficient, C p : coefficient depends on machining condition [7], t : width of the blade, D : milling cutter diameter, n : number of revolutions of the tool, the exponents x, y, z, q, w, u are the coefficients calculated according to the cutting mode 250 The 17th International Conference on Intelligent Unmanned Systems (ICIUS2021) August 25th – 27th, 2021, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam Figure Three axis CNC milling machine 3D parts Figure shows the 3D parts of CNC milling machine body The components of the machine are: X-axis body weighs 3084 kg, Y-axis body weighs 2694 kg, Z-axis body weighs 306 kg, Z and X link weighs 424 kg, milling machine table weighs 390 kg, spindle weighs 120 kg Total weight is 7018kg 2.2 Simulated Positions and Applied Forces 2.2.1 Five Positions of Workpiece Cutting Points on The Machine Table Figure Five positions of workpiece cutting points on the machine table Figure Origin machine coordinates 251 The 17th International Conference on Intelligent Unmanned Systems (ICIUS2021) August 25th – 27th, 2021, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam Figure Position of the machining points Figure shows five positions of workpiece cutting points on the table Figure shows the machine's origin position Figure shows the five machining points of the machine 2.2.2 Cutting force acting at the machining point Cutting force acting at the machining point [7]: FX 0.7 PZ , FY 0.65PZ , FZ 0.5 PZ Parameters of the machining process: Facemilling D = 90 mm, number of teeth: Z = 5, breaking strength of C45 steel V B 610 MPa, spindle rotation n = 700 rpm, depth of cut t = 2.5 mm, B 72, S Z 0,15 Based on the input parameters with facemilling and the workpiece is steel C45 [7], we have the coefficients: C P 825, x 1, y 0.75, u 1.1, q 1.3, w 0.2, kMP 0.94 From the above coefficients into equation (1) we can obtain: PZ 10.825.2,51.0,150,75.721,1.5 0.94 901,3.7000,2 2004.89 N From the machining parameters will be calculated: FX FY 0.65PZ 1303.178 N , FZ 0.7 PZ 1403.423 N , 0.5PZ 1002.445 N Simulations and Results 3.1 Simulation of Deformation and Stress with the X-axis Body 3.1.1 Machining position one (350;-475;-580) A: Force applied point from Z axis and motor spindle: 4177.6 N B: Force applied point from the linkage plate between the X and Z axes: 4158 N C: Gravity moment converted: 2499.3 N.m D: The part adjacent to the Y shaft body E: The impact of cutting force components when roughing: 2161.7 N F: Impact torque from machining position 1:1641.8 N.m X-axis body will be simulated by Finite Element Method with ANSYS Workbench for milling machine strength analysis with X-axis body: Element size 100 mm, nodes: 26167 and elements: 13507 252 The 17th International Conference on Intelligent Unmanned Systems (ICIUS2021) August 25th – 27th, 2021, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam Figure Simulation of deformation and stress with the X-axis body at machining position one Figure (a) shows the forces and moments acting on the X-axis at position one Figure (b) shows the maximum deformation on the X-axis body from simulation as 0.00066435 mm Figure (c) shows the maximum stress on the X-axis body from simulation as 0.89869 MPa 3.1.2 Machining position two (350;-151;-580) In this position, components A, B, C, D, E are the same, only F is changed F: Impact torque from machining position 2: 1472.6 N.m Figure Simulation of deformation and stress with the X-axis body at machining position two Figure (a) shows the sum of forces and moments acting on the X-axis at position two Figure (b) shows the maximum deformation on the X-axis body from simulation as 0.00065168 mm Figure (c) shows the maximum stress on the X-axis body from simulation as 0.8986 MPa 3.1.3 Machining position three (0;-475;-580) In this position, components A, B, C, D, E are the same, only F is changed F: Impact torque from machining position 3: 1088.7 N.m 253 The 17th International Conference on Intelligent Unmanned Systems (ICIUS2021) August 25th – 27th, 2021, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam Figure Simulation of deformation and stress with the X-axis body at machining position three Figure (a) shows the sum of forces and moments acting on the X-axis at position three Figure (b) shows the maximum deformation on the X-axis body from simulation as 0.00076207 mm Figure (c) shows the maximum stress on the X-axis body from simulation as 1.0508 MPa 3.1.4 Machining position four (0;-313;-580) In this position, components A, B, C, D, E are the same, only F is changed F: Impact torque from machining position 4: 1025.2 N.m Figure Simulation of deformation and stress with the X-axis body at machining position four Figure (a) shows the sum of forces and moments acting on the X-axis at position four Figure (b) shows the maximum deformation on the X-axis body from simulation as 0.00076069 mm Figure (c) shows the maximum stress on the X-axis body from simulation as 1.0512 MPa 3.1.5 Machining position five (0;-151;-580) In this position, components A, B, C, D, E are the same, only F is changed F: Impact torque from machining position 5: 1035.8 N.m 254 The 17th International Conference on Intelligent Unmanned Systems (ICIUS2021) August 25th – 27th, 2021, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam Figure 10 Simulation of deformation and stress with the X-axis body at machining position five Figure 10 (a) shows the sum of forces and moments acting on the X-axis at position five Figure 10 (b) shows the maximum deformation on the X-axis body from simulation is 0.00076053 mm Figure 10 (c) shows the maximum stress on the X-axis body from simulation is 1.0516 MPa From Figure to Figure 10, the maximum deformation at five machining positions The maximum deformation changes from: 0.00065168 mm to 0.00076207 mm, this change is very small The maximum stress changes from 0.8986 MPa to 1.0516 MPa, this change is also very small From the simulation results, the X-axis body is designed to ensure rigidity 3.2 Simulation of Deformation and Stress with the Y-axis Body 3.2.1 Machining position one (350;-475;-580) A: Force applied point from X and Z axis: 38579 N B: Point of force applied from the table: 3824.6 N C: Force applied from workpiece: 6864.7 N E: The impact of cutting force components when roughing: 2161.7 N F: Impact torque from machining position 1: 771.81 N.m Y-axis body will be simulated by Finite Element Method with ANSYS Workbench for milling machine strength analysis with Y-axis body: Element size 100 mm, nodes: 26812 and elements: 14095 Figure 11 Simulation of deformation and stress with the Y-axis body at machining position one Figure 11 (a) shows the sum of forces and moments acting on the Y-axis at position one Figure 11 (b) shows the maximum deformation on the Y-axis body from simulation as 0.0002846 mm Figure 11 (c) shows the maximum stress on the Y-axis body from simulation as 2.2181 MPa 255 The 17th International Conference on Intelligent Unmanned Systems (ICIUS2021) August 25th – 27th, 2021, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam 3.2.2 Machining position two (350;-151;-580) In this position, components A, B, C, E are the same, only F is changed F: Impact torque from machining position 2: 1254.7 N.m Figure 12 Simulation of deformation and stress with the Y-axis body at machining position two Figure 12 (a) shows the sum of forces and moments acting on the Y-axis at position two Figure 12 (b) shows the maximum deformation on the Y-axis body from simulation as 0.00028706 mm Figure 12 (c) shows the maximum stress on the Y-axis body from simulation as 2.2591 MPa 3.2.3 Machining position three (0;-475;-580) In this position, components A, B, C, E are the same, only F is changed F: Impact torque from machining position 3: 1029.5 N.m Figure 13 Simulation of deformation and stress with the Y-axis body at machining position three Figure 13 (a) shows the sum of forces and moments acting on the Y-axis at position three Figure 13 (b) shows the maximum deformation on the Y-axis from simulation as 0.00028679 mm Figure 13 (c) shows the maximum stress on the Y-axis body from simulation as 2.2114 MPa 3.2.4 Machining position four (0;-313;-580) In this position, components A, B, C, E are the same, only F is changed F: Impact torque from machining position 4: 1110.8 N.m 256 The 17th International Conference on Intelligent Unmanned Systems (ICIUS2021) August 25th – 27th, 2021, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam Figure 14 Simulation of deformation and stress with the Y-axis body at machining position four Figure 14 (a) shows the sum of forces and moments acting on the Y-axis at position four Figure 14 (b) shows the maximum deformation on the Y-axis body from simulation as 0.00028696 mm Figure 14 (c) shows the maximum stress on the X-axis body from simulation as 2.232 MPa 3.2.5 Machining position five (0;-151;-580) In this position, components A, B, C, E are the same, only F is changed F: Impact torque from machining position 5: 1261 N.m Figure 15 Simulation of deformation and stress with the Y-axis body at machining position five Figure 15 (a) shows the sum of forces and moments acting on the Y-axis at position five Figure 15 (b) shows the maximum deformation on the Y-axis body from simulation as 0.00028713 mm Figure 15 (c) shows the maximum stress on the Y-axis body from simulation as 2.2525 MPa From Figure 11 to Figure 15, the maximum deformation at machining positions The maximum deformation changes from: 0.0002846 mm to 0.00028713 mm, this change is very small The maximum stress changes from 2.2114 MPa to 2.2591 MPa, this change is also very small From the simulation results, the Y-axis body is designed to ensure rigidity 3.3 Simulation of Deformation and Stress with the Z-axis Body A: Force applied point from the spindle motor: 1176.8 N B: The spindle motor gravity torque is converted: 230.65 N.m C: The contact plate between the X and Z axes D: Components of cutting force acting in roughing: 2161.7 N Z-axis body will be simulated by Finite Element Method with ANSYS Workbench for milling machine strength analysis with Z-axis body: Element size 100 mm, nodes: 3507 and elements: 1836 257