Thiết kế, chế tạo máy phay nhựa cnc 2 trục z phay 2 mặt

GIỚI THIỆU

Đặt vấn đề

Nội thất được hình thành thông qua việc tạo ra và sắp xếp các đồ vật, yếu tố trang trí và không gian sống nhằm đáp ứng nhu cầu và mong muốn của con người.

Sự hình thành này dựa trên các nguyên tắc thiết kế, thẩm mỹ và chức năng để tạo ra một môi trường sống hài hòa và tối ưu

Nội thất đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống con người, không chỉ đáp ứng nhu cầu cơ bản như chỗ ngồi, giường ngủ và bàn làm việc, mà còn ảnh hưởng tích cực đến sức khỏe, trạng thái tinh thần và chất lượng cuộc sống Những lợi ích này cho thấy sự cần thiết của việc thiết kế nội thất hợp lý và tiện nghi để nâng cao trải nghiệm sống hàng ngày.

Tạo không gian sống chức năng là điều quan trọng, với nội thất được thiết kế cẩn thận để tối ưu hóa sự sắp xếp không gian Việc này giúp hình thành các khu vực chức năng như phòng khách, phòng ngủ, bếp và phòng làm việc, từ đó hỗ trợ con người trong việc tổ chức và sắp xếp cuộc sống hàng ngày một cách dễ dàng và hiệu quả.

Nội thất được thiết kế hợp lý mang đến cảm giác thoải mái và hài lòng, tạo ra một môi trường sống an lành Điều này giúp chúng ta tận hưởng không gian sống mà không gặp khó khăn, đồng thời cảm thấy thoải mái khi thực hiện các hoạt động hàng ngày.

Một môi trường sống được thiết kế hợp lý có thể nâng cao sức khỏe và sự phục hồi của con người Cụ thể, không gian với ánh sáng tự nhiên, thông gió tốt và vật liệu không gây dị ứng sẽ cải thiện chất lượng không khí, đồng thời giảm căng thẳng và lo âu.

- Tạo môi trường làm việc hiệu quả: Đối với những người làm việc từ xa hoặc có công việc cần tập trung, một không gian làm việc tốt

Nhiều cơ sở sản xuất và nhà máy nội thất đã được xây dựng, trong đó quá trình chọn phôi và gia công đóng vai trò quan trọng Để nâng cao năng suất, giảm thiểu sức lao động và mở rộng quy mô sản xuất, nhiều công ty hiện nay đã chuyển hướng từ việc sử dụng các loại vật liệu truyền thống như gỗ hợp kim sang những lựa chọn khác.

Nhựa là vật liệu ngày càng được ưa chuộng nhờ vào giá thành rẻ, trọng lượng nhẹ và tính dễ lắp đặt Công ty Sài Gòn Home, chuyên sản xuất nội thất nhựa, đã hợp tác với Công ty TNHH Giải Pháp Công Nghiệp CODIA để đặt hàng thiết bị phục vụ sản xuất Dưới sự hướng dẫn của giảng viên, nhóm chúng tôi đã liên hệ với CODIA để nắm bắt yêu cầu của khách hàng và thống nhất thực hiện đề tài "Thiết kế, chế tạo máy phay nhựa CNC phay 2 mặt 2 trục Z".

Giải pháp thiết kế máy CNC cho phép phay các biên dạng rãnh và móc trên tấm phôi nhựa, từ đó ghép các chi tiết nhựa đã gia công bằng mối ghép móc cài Phương pháp này không chỉ nâng cao độ chính xác mà còn tiết kiệm thời gian và nhân công, đồng thời tăng năng suất sản xuất các sản phẩm như tủ, bàn, kệ sách.

Tính cấp thiết của đề tài

Nội thất nhựa tại Việt Nam có tính cấp thiết và quan trọng từ nhiều khía cạnh:

Nhựa là vật liệu phổ biến và được ưa chuộng trong ngành sản xuất nội thất tại Việt Nam nhờ tính linh hoạt và đa dạng mẫu mã Nó có thể được chế tạo thành nhiều sản phẩm như ghế, bàn, kệ, tủ, đèn và phụ kiện trang trí khác, mang lại sự tiện lợi cho người tiêu dùng trong việc lựa chọn và mua sắm nội thất.

Giá cả hợp lý: Nội thất nhựa thường có giá thành thấp hơn so với các vật liệu khác như gỗ, kim loại, hay đá

Nội thất nhẹ, dễ vận chuyển và lắp đặt: So với các vật liệu khác như gỗ và nhựa, sản phẩm này có trọng lượng nhẹ, giúp việc di chuyển, lắp đặt và thay đổi vị trí trở nên đơn giản hơn.

Dễ dàng bảo dưỡng và vệ sinh: Nội thất nhựa thường dễ dàng vệ sinh và bảo dưỡng bởi tính chất không thấm nước và kháng bụi

Khả năng tái chế và bảo vệ môi trường: Việc sử dụng nội thất nhựa tái chế giúp giảm tình trạng ô nhiễm và lãng phí tài nguyên tự nhiên

Công ty Sài Gòn Home chuyên cung cấp và gia công sản phẩm nội thất từ nhựa, sử dụng các tấm nhựa đã được chế biến với các biên dạng như rãnh và ngàm Các sản phẩm được lắp ghép chắc chắn bằng mối ghép móc cài, mang lại tính thẩm mỹ và độ bền cao.

Các biên dạng cần gia công:

Hình 1.1 Biên dạng móc cài (trái, phải)

Hình 1.4 Biên dạng khoan mồi

Hình 1.5 Biên dạng âm dương

Mục tiêu đề tài

Sau khi họp bàn và thảo luận, khách hàng đã đưa ra yêu cầu về máy như sau:

- Máy gia công đồng thời cả 2 mặt trên và dưới

- Cụm cấp phôi tự động

- Cụm ra phôi tự động

- Đầu vào: Tấm nhựa Ecoplastic Wood (PVC) dùng trong nội thất có kích thước

- Đầu ra: Tấm nhựa đã được gia công biên dạng

Sau khi gia công, cụm đầu ra sẽ tải sản phẩm hoàn thiện, trong khi cụm đầu vào tiếp tục cung cấp phôi nhựa để gia công các tấm nhựa khác.

- Dung sai cho phép của sản phẩm nhựa 0.01 ~0.1(mm)

- Thời gian gia công từ 5 – 20 phút tùy vào số lượng biên dạng trên từng tấm

- Yêu cầu phải đảm bảo cho việc thoát phoi nhằm dễ dàng vệ sinh sau khi máy vận hành xong

- Máy cho ra sản phẩm đạt yêu cầu, vận hành đơn giản và chỉ cần 1,2 nhân công vận hành

- Giá thành thiết bị: 200.000.000 vnđ

Đối tượng nghiên cứu

- Tấm nhựa Ecoplastic Wood (PVC) dùng trong nội thất

- Các biên dạng cần gia công.

Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành đề tài nghiên cứu của mình, nhóm chúng tôi đã sử dụng những phương pháp nghiên cứu sau:

Phương pháp nghiên cứu tài liệu là một kỹ thuật quan trọng trong việc xác định nguyên lý hoạt động của máy phay CNC Phương pháp này dựa trên việc phân tích các bài báo và tài liệu chuyên ngành về cơ khí và điện tử, cùng với các đề tài tốt nghiệp của những người đi trước Ngoài ra, kiến thức từ internet cũng được khai thác để bổ sung thông tin cần thiết cho nghiên cứu.

Phương pháp quan sát là cách hiệu quả để đánh giá các nhà máy và cơ sở sản xuất nhựa nội thất sử dụng thiết bị phay CNC Bằng việc trực tiếp quan sát, chúng ta có thể rút ra những ưu và nhược điểm của từng loại máy cũng như từng phương pháp sản xuất Qua đó, chúng ta sẽ lựa chọn được phương án tối ưu nhất cho đề tài nghiên cứu.

Phương pháp thực nghiệm bao gồm việc tiến hành chạy thử nghiệm nghiêm ngặt để thu thập số liệu và kiểm tra các vấn đề dự đoán có thể phát sinh, chẳng hạn như độ chính xác trong quá trình gia công và độ nhám của bề mặt gia công.

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU công, độ êm của máy khi hoạt động từ đó đưa ra phương pháp khắc phục để đạt được những mục tiêu đề ra ban đầu

Phương án tính toán và thiết kế bao gồm việc kiểm tra độ bền của các trục máy và khung máy, lựa chọn động cơ phù hợp, tính toán vít me và bộ truyền đai Ngoài ra, cần xác định công suất trục chính, hành trình chạy dao và lực ép phôi để đảm bảo hiệu suất và độ an toàn trong quá trình vận hành.

Nội dung đề tài

Đề tài thực hiện gồm những nội dung sau:

Nội thất nhựa ngày càng phổ biến trong các doanh nghiệp và cơ sở sản xuất nội thất tại Việt Nam Việc sử dụng máy phay nhựa CNC giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhanh chóng nhu cầu thị trường Các loại nội thất nhựa không chỉ đa dạng về mẫu mã mà còn mang lại tính bền vững và thân thiện với môi trường Do đó, việc tìm hiểu về các loại nội thất nhựa và công nghệ máy phay nhựa CNC là rất cần thiết cho các nhà sản xuất trong ngành nội thất.

- Tìm hiểu về phôi nhựa, các dạng biên dạng cần gia công để đưa ra phương án phù hợp yêu cầu nhất

- Nghiên cứu, thiết kế các chi tiết, bộ phận máy trên phần mềm Inventor, Solidworks

- Tiến hành ra bản vẽ gia công và lắp ráp các chi tiết của máy

- Lắp ráp máy hoàn chỉnh

- Chạy thử nghiệm và khắc phục các vấn đề phát sinh.

Ý nghĩa của đề tài

1.7.1 Ý nghĩa khoa học Đề tài tạo cho người thực hiện có cơ hội để vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế từ đó nhận ra những thiếu sót của bản thân, đồng thời tạo điều kiện để học hỏi, nâng cao khả năng sáng tạo hơn trong quá trình làm việc Đề tài cũng tạo điều kiện để nghiên cứu, cải thiện và tối ưu máy phay nhựa CNC phù hợp với thực tế, với yêu cầu của khách hàng

Sau khi hoàn thành đề tài, sản phẩm sẽ được chuyển giao công nghệ cho Công Ty Sài Gòn Home Việc này sẽ hỗ trợ trong quá trình kinh doanh, cung cấp công cụ sản xuất nhằm giảm thời gian, tăng năng suất và độ chính xác.

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Đặc tính của máy

Tính năng và ưu điểm của máy phay CNC nhựa tấm:

Máy phay CNC nhựa tấm sử dụng công nghệ CNC tiên tiến, cho phép kiểm soát chính xác các phép cắt và gia công trên bề mặt nhựa Nhờ đó, độ chính xác cao được đảm bảo trong việc sản xuất các chi tiết nhựa tấm theo yêu cầu.

Máy phay CNC nhựa tấm, được điều khiển bởi hệ thống CNC, cho phép tự động hóa quá trình gia công Nhờ vào việc lập trình và nhập dữ liệu từ máy tính, máy phay CNC có khả năng thực hiện các phép cắt, phay, khoan và tạo ra các hình dạng phức tạp trên bề mặt nhựa tấm một cách chính xác và tự động.

Máy phay CNC nhựa tấm có khả năng gia công đa dạng về hình dạng và kích thước, từ các chi tiết nhỏ đến bề mặt lớn, đáp ứng nhu cầu tạo ra sản phẩm nhựa tấm theo yêu cầu của khách hàng.

Máy phay CNC nhựa tấm mang lại hiệu suất và năng suất cao nhờ khả năng gia công nhanh chóng và hiệu quả Hệ thống CNC điều khiển chính xác các phép cắt và gia công, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất, từ đó tăng năng suất và giảm thời gian hoàn thành các chi tiết nhựa tấm.

Máy phay CNC nhựa tấm là công cụ đa ngành, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như nội thất, quảng cáo, điện tử, ô tô, y tế và nhiều ngành khác Thiết bị này cho phép sản xuất các sản phẩm và chi tiết nhựa tấm phức tạp, đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường.

Kết cấu của máy

Máy phay CNC nhựa tấm có cấu trúc tổng thể gồm các thành phần sau:

Khung máy là phần gầm chịu lực chính, được chế tạo từ vật liệu bền vững như thép hợp kim hoặc gang, nhằm đảm bảo sự ổn định và cứng vững trong quá trình gia công.

Bàn làm việc là bề mặt phẳng và chắc chắn dùng để đặt và gắn các tấm nhựa cần gia công Nó có khả năng điều chỉnh độ cao, xoay và di chuyển theo các trục X, Y và Z, giúp đạt được các vị trí và hướng gia công đa dạng.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Đầu phay là thành phần chính trong quá trình cắt và gia công tấm nhựa, bao gồm trục chính (spindle) và các dụng cụ cắt như dao phay Trục chính được trang bị động cơ mạnh mẽ với khả năng điều chỉnh tốc độ quay, cùng với các trục chuyển động phụ giúp thực hiện gia công ở nhiều góc và hướng khác nhau.

- Hệ thống điều khiển CNC: Là hệ thống điều khiển và quản lý các hoạt động của máy

Hệ thống này bao gồm bộ điều khiển, bo mạch và phần mềm lập trình sẵn, giúp điều khiển chính xác các quy trình gia công Nó nhận tín hiệu từ máy tính hoặc bàn điều khiển, điều chỉnh động cơ và trục chuyển động để thực hiện các phép cắt và gia công hiệu quả.

- Hệ thống trục chuyển động: Bao gồm các trục chuyển động như trục X, trục Y và trục

Z Các trục này cho phép máy di chuyển và gia công trên các hướng khác nhau trong không gian 3 chiều Trục X và trục Y thường di chuyển ngang, trong khi trục Z di chuyển theo chiều dọc

Cấu trúc cơ bản của máy phay CNC nhựa tấm có thể khác nhau tùy thuộc vào thiết kế, kích thước và các chi tiết cấu thành Tuy nhiên, các thành phần chính vẫn giữ vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất của máy.

Tổng quan về tình hình nghiên cứu theo lĩnh vực đề tài

Đại dịch Covid-19 đã gây ảnh hưởng nặng nề đến lĩnh vực nội thất nhựa, với chỉ số sản xuất giảm mạnh trong các tháng đầu năm 2020 Tuy nhiên, từ nửa cuối năm 2020, ngành nội thất bắt đầu phục hồi nhờ nhu cầu tăng cao về đồ nội thất bằng nhựa, do ưu điểm giá thành rẻ, nhẹ và bền Sự phát triển của ngành này còn được thúc đẩy bởi các cải tiến trong công nghệ nhựa kỹ thuật và nhựa tái chế, cùng với sự ra đời của các polyme nhựa hiệu suất cao, lý tưởng cho đồ nội thất bền Các doanh nghiệp nhỏ cũng đang tham gia vào thị trường với những thiết kế sáng tạo từ nhựa tái chế và phương pháp gia công tối ưu để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng.

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, nhiều loại máy gia công nhựa đã được nghiên cứu và chế tạo, mỗi loại có chức năng và mẫu mã riêng Tuy nhiên, hầu hết sản phẩm hiện nay vẫn chủ yếu được gia công bằng máy phay CNC, phay từng mặt và biên dạng, dẫn đến hiệu suất chưa đạt tối ưu Dưới đây là một số loại máy gia công nhựa phổ biến trên thế giới.

Hình 2.1 Máy phay nhựa tấm CNC 6 trục của Đài Loan

Hình 2.2 Máy phay CNC phay vật liệu tấm của Mỹ

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Hình 2.3 Máy phay CNC phay nhựa tấm của Thái Lan

Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại hóa, Việt Nam đang nỗ lực nghiên cứu và phát triển máy móc hiện đại để nâng cao năng suất và giảm thiểu lao động Điều này góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế và kỹ thuật Nước ta đã thành công trong việc nghiên cứu và sản xuất nhiều loại máy CNC chuyên dụng cho gia công các sản phẩm dạng tấm.

Hình 2.4 Máy phay gỗ CNC 3 spindle độc lập của Feike

Hình 2.5 Máy phay gỗ CNC 4 spidle độc lập 2 bàn cắt của Feike

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Sơ lược về nguyên liệu nhựa

Vật liệu nhựa là loại vật liệu tổng hợp được hình thành từ các chất polymer, là chuỗi dài các đơn vị cấu trúc gọi là monomer Khi các monomer kết hợp, chúng tạo thành các chuỗi polymer, tạo nên cấu trúc chính của vật liệu nhựa.

Vật liệu nhựa sở hữu nhiều đặc tính quan trọng như linh hoạt, dễ uốn, nhẹ, cách nhiệt, cách điện và kháng hóa chất Những đặc điểm này giúp nhựa trở thành lựa chọn đa dạng cho nhiều ứng dụng, bao gồm sản xuất đồ gia dụng, ô tô, điện tử, y tế, cũng như trong ngành công nghiệp và xây dựng.

Các loại nhựa phổ biến dùng trong nội thất

Nhựa PVC (Polyvinyl chloride) là một vật liệu nội thất phổ biến nhờ vào các đặc tính vượt trội như chống ẩm, bền bỉ, cách nhiệt và cách âm hiệu quả Với khối lượng nhẹ và tính linh hoạt, PVC dễ dàng gia công và thi công, mang lại nhiều kiểu dáng đa dạng cho không gian sống Đặc biệt, nhựa PVC không độc hại và có khả năng tự dập tắt lửa, góp phần tăng cường an toàn cho nội thất Tuy nhiên, việc lựa chọn sản phẩm PVC chất lượng là rất quan trọng để đảm bảo tính thẩm mỹ và an toàn tối ưu.

Hình 3.1 Nhựa PVC (Polyvinyl chloride)

Acrylic là nhựa trong suốt, cứng và bền, thường dùng làm cửa tủ hoặc mặt kính cho tủ sách Với khả năng chống va đập tốt và dễ dàng vệ sinh, nhựa Acrylic là lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm nội thất.

3.2.3 Nhựa ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

ABS là nhựa cứng, có khả năng chịu va đập và dễ dàng gia công, thường được ứng dụng trong sản xuất nội thất như ghế, bàn, đèn, thiết bị điện tử và đồ chơi.

Hình 3.3 Nhựa ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

PP là loại nhựa cứng, có khả năng chịu nhiệt và chống hóa chất, thường được ứng dụng trong sản xuất nội thất như ghế, bàn, hộp đựng và các đồ dùng gia đình.

Phân loại máy phay

3.3.1 Phân loại theo phương trục chính

Máy phay đứng: trục chính có phương vuông góc với bàn máy

Máy phay ngang: trục chính có phương song song với bàn máy

3.3.2 Phân loại theo cấu tạo của bàn máy

Máy phay công xôn là thiết bị bao gồm bàn máy dọc nằm trên bàn máy ngang, cho phép di chuyển theo hai hướng X và Y Dưới hai bệ máy là bệ công xôn, di chuyển theo hướng Z Sự kết hợp của ba phần này giúp di chuyển phôi một cách chính xác và hiệu quả.

Hình 3.7 Máy phay công xôn

Máy phay cố định có cấu trúc bàn máy cho phép di chuyển theo hai chiều X và Y, trong khi chuyển động theo chiều Z là sự tịnh tiến lên xuống của đầu dao phay.

Hình 3.8 Máy phay cố định

Máy phay thân ngang: là loại máy phay có thân ngang nằm phía trên thân máy

Hình 3.9 Máy phay thân ngang

Máy phay giường: là loại máy phay thân cố định loại lớn có các cổng trục ngang mang nhiều đầu dao

3.3.3 Phân loại theo công dụng của máy

Máy phay chuyên dụng: dùng để gia công một dạng bề mặt nhất định nào đó như phay răng, then hoa, phay chép hình,…

Máy phay vạn năng: cho phép gia công nhiều bề mặt khác nhau trên cùng một máy, cũng có thể dùng để gia công khoan, khoét,…

Máy phay CNC là gì ?

Máy phay CNC (Computer Numerical Control) là thiết bị gia công điều khiển bằng số, sử dụng hệ thống máy tính để tự động hóa quá trình phay Khác với máy phay truyền thống, máy phay CNC mang lại độ chính xác, tin cậy và năng suất cao hơn nhờ vào việc thực hiện các lệnh đã được lập trình sẵn.

Hệ thống máy tính điều khiển trên máy phay CNC sử dụng phần mềm CAD/CAM để lập trình và thiết kế công cụ cắt, tạo ra các lệnh số (G-code) mô tả động tác, tốc độ quay và tốc độ dịch chuyển của công cụ Những lệnh này được nhập vào máy tính điều khiển, cho phép máy phay CNC tự động di chuyển công cụ cắt và vật liệu theo các đường cong đã được lập trình, nhằm tạo ra hình dạng và chi tiết mong muốn.

Máy phay CNC có nhiều trục di chuyển công cụ cắt theo các hướng khác nhau, bao gồm trục X (ngang), trục Y (dọc) và trục Z (thanh dọc) Nhờ đó, máy phay CNC có khả năng gia công 3D, cho phép tạo ra các hình dạng phức tạp và chi tiết đa chiều trên vật liệu.

3.4.2 Ứng dụng của máy phay CNC

- Cho phép gia công, cắt gọt các chi tiết sản phẩm theo khuôn mẫu tùy theo các nhu cầu của khách hàng

- Máy phay CNC được sử dụng nhiều nhất trong các công ty, xưởng sản xuất các phụ tùng, chi tiết máy kim loại trong ngành cơ khí chế tạo

- Máy cũng được sử dụng trong các xưởng gia công và sản xuất đồ gia dụng

- Hiện nay, trong ngành chế tác, chạm khắc đồ gỗ thủ công mỹ nghệ thì các máy phay CNC cũng được dùng nhiều hơn

3.4.3 Cấu tạo chung của máy phay CNC

Mỗi loại máy phay CNC sở hữu thiết kế và cấu trúc riêng biệt, nhưng nhìn chung, tất cả đều có những bộ phận chính tương tự nhau.

•Bàn máy và hệ thống gá kẹp

Bàn máy là bộ phận quan trọng trên máy phay CNC, dùng để đặt gá chi tiết khuôn hoặc đồ gá Có hai loại bàn máy chính là bàn máy ngang và bàn máy dọc Để đảm bảo độ chính xác trong gia công, bàn máy cần có độ cứng vững cao, đồng thời phải di chuyển linh hoạt và chính xác, giúp gia công các chi tiết phức tạp một cách hiệu quả.

•Dao và đầu gắn dao

Máy phay CNC có khả năng sử dụng hơn 20 đầu dao với kích thước và hình dạng đa dạng, đáp ứng nhiều yêu cầu phay khác nhau Thiết kế đầu gắn dao cho phép lắp đặt nhiều loại dao để gia công đồng thời, giúp rút ngắn thời gian gia công nhờ vào việc giảm thiểu việc thay dao Quá trình chuyển đổi dao trong gia công được thực hiện hoàn toàn tự động bởi máy phay CNC.

•Trục chính và động cơ cho các trục

Trục chính là bộ phận quan trọng trong máy phay, thực hiện chuyển động xoay tròn cho dao phay Để trục chính hoạt động, cần có hệ thống động cơ bao gồm motor chính và hộp giảm tốc Ngoài chuyển động quay tròn của dao phay, máy phay CNC còn có khả năng di chuyển theo các hướng X, Y, Z, được gọi là số trục.

Máy phay CNC có nhiều loại, bao gồm 3 trục, 4 trục và 5 trục, mỗi trục được trang bị động cơ riêng biệt Điều này cho phép dao phay hoặc bàn máy di chuyển linh hoạt theo các hướng X, Y, Z, từ đó thực hiện gia công chính xác theo nhiều hướng khác nhau.

Bộ phận điều khiển trên máy phay CNC là phần thiết yếu, tương tự như "bộ não" của máy, cho phép cài đặt chương trình làm việc và điều khiển vận hành máy Nó bao gồm cụm điều khiển máy (MCU - Machine Control Unit) và cụm dẫn động (Driving Unit).

•Hệ thống xử lý dữ liệu

Máy phay CNC sử dụng hệ thống phần mềm để xử lý dữ liệu nhanh chóng, cho phép xuất bản thiết kế CAD 2D hoặc 3D cho lập trình viên Qua phần mềm CAM hoặc các phần mềm chuyên dụng khác, các đường dẫn cho mô hình 2D và 3D được tạo ra Tất cả dữ liệu liên kết được hiển thị trên máy phay CNC, giúp lập trình viên thiết lập các thông số và chức năng phù hợp Các thao tác này được thực hiện thông qua hệ thống máy vi tính.

Bộ phận làm mát của máy phay CNC đóng vai trò quan trọng trong việc tản nhiệt và bảo vệ dao phay trong quá trình hoạt động Khi dao phay quay với tốc độ cao, ma sát giữa dao và phôi tạo ra nhiệt lớn, có thể ảnh hưởng đến chất lượng gia công Do đó, việc sử dụng chất làm mát là cần thiết để duy trì nhiệt độ ổn định và đảm bảo hiệu suất làm việc của lưỡi dao Hệ thống làm mát được thiết kế để kiểm soát nhiệt độ của chất làm mát, giúp nâng cao hiệu quả gia công.

Khung bảo vệ máy phay CNC là lớp vỏ ngoài quan trọng, có chức năng che chắn các bộ phận bên trong khỏi tác động của môi trường bên ngoài Nó không chỉ ngăn chặn sự văng ra của chất làm mát mà còn đảm bảo an toàn cho người vận hành trong quá trình gia công.

3.4.4 Quy ước của máy CNC

Hình 3.12 Quy ước máy phay CNC

Cấu trúc cơ bản của máy CNC thông thường bao gồm 2 phần chính: Bộ điều khiển và bộ phận điều hành

3.4.5 Phần chấp hành máy CNC Đối với máy CNC 3 trục mà nhóm thiết kế bao gồm: bàn máy, thân máy, trục vít me, ổ bi, các trục chính và spindle

•Phần thân và đế của máy

Thân máy thường được chế tạo từ gang do có độ nén cao gấp 10 lần thép Bên trong, thiết bị bao gồm hệ thống điều khiển, động cơ trục chính và nhiều hệ thống quan trọng khác.

Yêu cầu: Phải đạt độ cứng vững cần thiết Phải có thiết bị chống rung

Mục đích: Đảm bảo tính chính xác khi gia công Hỗ trợ trong việc ổn định và cân bằng máy

Bàn làm việc là nơi gá đặt các chi tiết gia công hoặc đồ gá

Yêu cầu: Phải có độ ổn định, độ cứng vững và độ cân bằng để gá đặt các chi tiết một cách chính xác nhất

Là nơi để lắp đặt các loại dao phay, chuyển động xoay tròn của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi

Các dạng điều khiển trục chính: thông qua đại, bánh răng hoặc điều khiển trực tiếp

Trong các hệ thống máy móc, thanh trượt có nhiệm vụ chính là dẫn hướng chuyển động

Có nhiều loại thanh trượt được sử dụng, nhưng đối với máy CNC, chủ yếu sử dụng thanh trượt bi

Cấu trúc thanh trượt bi bao gồm thanh ray dẫn hướng, ổ bi, rãnh trượt bi, rọ bi giảm ma sát và tấm chặn ngăn bi rơi ra Khi áp lực tác động lên thanh trượt, chuyển động tương đối giữa bi và thanh ray diễn ra do sự lăn của bi Nhờ vào các viên bi và lớp dầu mỡ bôi trơn, ma sát được giảm thiểu đáng kể, giúp việc trượt trở nên dễ dàng hơn.

Vít me có hai loại chính: vít me tiếp xúc mặt (hay còn gọi là vít me thường) và vít me dạng bi Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào vít me dạng bi.

Các phương pháp cấp phôi phổ biến

Phương pháp gia công phay truyền thống thường yêu cầu người làm công đặt và cố định phôi tấm trên bàn máy phay Trong quá trình cắt, người làm công cần phải cấp phôi bằng tay, điều chỉnh hướng và tốc độ theo yêu cầu Để đảm bảo độ chính xác và an toàn trong quá trình này, kỹ năng và kinh nghiệm của người làm công là rất quan trọng.

3.5.2 Tự động Đối với các quy trình gia công phay tự động, phương pháp cấp phôi tự động thông qua hệ thống cấp phôi được sử dụng Hệ thống này có thể bao gồm băng tải, hệ thống robot, hoặc các thiết bị tự động khác để tự động chuyển dang phôi tấm từ khoảng cách xa đến bàn làm việc của máy phay Điều này giúp cải thiện hiệu suất, tăng năng suất và giảm công sức lao động

Hệ thống băng tải đóng vai trò quan trọng trong việc di chuyển phôi tấm từ vị trí cấp đến bàn làm việc của máy phay Thiết kế băng tải cho phép điều chỉnh tốc độ và hướng di chuyển, giúp quá trình chuyển phôi tấm diễn ra liên tục và đáng tin cậy trong gia công.

Hình 3.18 Băng tải cao su

Robot công nghiệp có khả năng tự động cấp phôi tấm vào máy phay, mang lại sự chính xác và linh hoạt trong việc di chuyển và định vị phôi Với khả năng lấy phôi từ khoảng cách xa và đặt chính xác lên bàn làm việc, robot này có thể thực hiện hiệu quả các nhiệm vụ gia công phay.

Phương pháp sử dụng áp suất chân không để cố định và cấp phôi tấm, cho phép phôi được đặt lên bề mặt chân không Áp suất chân không tạo ra lực hút mạnh mẽ, giữ chặt phôi trong suốt quá trình gia công Khi cần thiết, áp suất này có thể được giải phóng để thay đổi hoặc di chuyển phôi tấm một cách linh hoạt.

Hình 3.20 Cấp phôi bằng hệ thống chân không

•Phương pháp sử dụng các trục rulo

Các trục rulo là các trục tròn được sử dụng để cấp phôi và di chuyển phôi tấm qua quá trình gia công

Cấp phôi bằng trục rulo:

Trên bàn làm việc của máy phay, các trục rulo được lắp đặt nằm ngang theo hướng cấp phôi, có khả năng điều chỉnh độ cao và độ nghiêng để phù hợp với kích thước và hình dạng của phôi tấm.

Hệ thống trục rulo bao gồm các trục lắp đặt song song, có khả năng xoay để di chuyển phôi tấm trong quá trình gia công Các trục này được trang bị bộ truyền động nhằm tạo lực đẩy và giữ chặt phôi tấm khi di chuyển.

Trước khi tiến hành gia công, phôi tấm cần được đặt lên các trục rulo và điều chỉnh chính xác để đảm bảo độ ổn định trong quá trình gia công Việc sử dụng các cơ cấu khóa và điều chỉnh là cần thiết để cố định và căn chỉnh phôi tấm, giúp nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

Trong quá trình gia công, phôi tấm được di chuyển nhờ vào các trục rulo được kích hoạt Các trục này điều khiển phôi tấm di chuyển theo hướng và tốc độ đã được lập trình sẵn, nhằm thực hiện các đường cắt và hình dạng theo yêu cầu.

Phương pháp cấp phôi tự động bằng trục rulo trong phay phôi dạng tấm mang lại sự ổn định và chính xác trong quá trình cấp phôi, giảm thiểu sự can thiệp của người lao động và nâng cao năng suất gia công Ngoài ra, phương pháp này còn đảm bảo an toàn và đáng tin cậy khi di chuyển và gia công phôi tấm.

Hình 3.21 Cấp phôi bằng phương pháp sử dụng các trục rulo

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Tổng quan về doanh nghiệp và yêu cầu của doanh nghiệp

4.1.1 Giới thiệu về doanh nghiệp

Công ty TNHH Giải Pháp Công Nghiệp CODIA

Nhận thấy sự quan trọng và tiềm năng phát triển mạnh mẽ của ngành nội thất nhựa Việt Nam, nhóm chúng tôi đã kết nối với các doanh nghiệp trong lĩnh vực này để khám phá cơ hội hợp tác Qua sự tư vấn của giảng viên, chúng tôi đã tiếp cận dự án “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY PHAY NHỰA CNC 2 TRỤC Z PHAY 2 MẶT” do Công ty TNHH Giải Pháp Công Nghiệp CODIA thực hiện, nhằm hiện thực hóa những ý tưởng phát triển trong ngành.

Công ty TNHH Giải Pháp Công Nghiệp CODIA chuyên tư vấn thiết kế và gia công chế tạo máy móc cơ khí chuyên dụng, cũng như dây chuyền tự động hóa cho ngành thực phẩm và công nghiệp Ngoài ra, công ty còn nhận thiết kế và gia công tạo mẫu nhanh, gia công cơ khí chính xác trên kim loại tấm như chấn, dập, cắt laser/plasma, đồng thời cung cấp thiết bị và linh kiện cho ngành điện tử và tự động hóa.

Hình 4.1 Công ty TNHH Giải pháp công nghiệp CODIA

4.1.2 Yêu cầu của doanh nghiệp

Sau khi thu thập, rút gọn thông tin chúng tôi xác định được các yêu cầu của khách hàng như sau:

- Máy gia công đồng thời cả 2 mặt trên và dưới

- Cụm cấp phôi tự động

- Cụm ra phôi tự động

- Đầu vào: Tấm nhựa Ecoplastic Wood (PVC) dùng trong nội thất có kích thước

- Đầu ra: Tấm nhựa đã được gia công biên dạng

Sau khi gia công, cụm đầu ra sẽ tải sản phẩm hoàn thiện, trong khi cụm đầu vào tiếp tục cung cấp phôi để gia công các tấm nhựa khác.

- Dung sai cho phép của sản phẩm nhựa 0.01 ~0.1(mm)

- Thời gian gia công từ 5 – 20 phút tùy vào số lượng biên dạng trên từng tấm

- Yêu cầu phải đảm bảo cho việc thoát phoi nhằm dễ dàng vệ sinh sau khi máy vận hành xong

- Máy cho ra sản phẩm đạt yêu cầu, vận hành đơn giản và chỉ cần 1,2 nhân công vận hành

- Giá thành thiết bị: 200.000.000 vnđ

Với các yêu cầu trên thì thời hạn giao máy theo hợp đồng là vào trước tháng 10/2023.

Sơ đồ nguyên lý, thông số của máy sau khi thiết kế

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy

Cấp phôi vào máy bằng hệ thống các trục rulo

Sau khi chạm cử, phôi sẽ được kẹp chặt và định vị bằng trục rulo cùng các xy lanh Đồng thời, quá trình phay sẽ diễn ra để tạo ra các biên dạng đã được lập trình sẵn ở cả mặt trước và mặt sau của phôi.

Máy sẽ vừa gia công các biên dạng đồng thời tải phôi ra ngoài

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Thời gian gia công 5 - 20 phút

Bảng 4.1 Các thông số cơ bản của máy

•Nguyên lý làm việc và các cụm làm việc của máy:

- Đầu tiên cần xác định các biên dạng cần gia công

- Nhập dữ liệu vào máy bằng phần mềm của công ty TNHH Giải Pháp Công Nghệ CODIA phát triển

- Phôi khi đưa vào máy sẽ được tải bằng hệ thống các trục rulo

- Sau khi chạm cử của máy cụm định vị phôi theo phương ngang sẽ hoạt động

- Cơ cấu kẹp phôi theo phương đứng hoạt động tiến hành kẹp phôi

- Gia công phay mặt trên và dưới của phôi theo biên dạng đã xác định trước

- Năng suất cao, tiết kiệm thời gian

- Kết cấu đơn giản, dễ vận hành, dễ bảo trì

- Độ chính xác cao, sai lệch thấp

- Chi phí đầu tư thấp hơn nhiều so với các máy trên thị trường

Giao diện máy thân thiện và dễ sử dụng, đã được cài đặt sẵn các biên dạng gia công theo yêu cầu của khách hàng, giúp tiết kiệm chi phí thuê kỹ sư lập trình.

So sánh các phương án thiết kế và đưa ra lựa chọn tối ưu

4.3.1 Lựa chọn phương án thiết kế cho 3 trục:

•Phương án 1: Bàn máy di chuyển theo 2 hướng, cụ thể là X và Y

Cấu trúc máy CNC bao gồm phần di động là bảng làm việc di chuyển trên hai hướng X, Y, và ổ đỡ chứa động cơ trục chính di chuyển theo chiều dọc Các cơ chế lắp động cơ trục X, Y, Z được gắn cố định vào khung gầm, với mục tiêu quan trọng là đảm bảo đầu động cơ trục chính nằm giữa khu vực làm việc để tối đa hóa diện tích làm việc Tuy nhiên, hiện tượng dầm công-xôn có thể xảy ra, và để khắc phục, việc tăng khối lượng trục Z có thể được xem xét, mặc dù điều này làm cho hệ thống trở nên cồng kềnh cho mô hình máy CNC nhỏ Nếu đầu trục chính bị rút ngắn, phạm vi gia công sẽ bị giảm.

Mặc dù mô hình này có nhiều nhược điểm và ít phổ biến trong các máy CNC tự làm hiện nay, nhưng nó vẫn có những ưu điểm nhất định Cụ thể, mô hình này khai thác tối đa không gian làm việc và cho phép dễ dàng hiệu chỉnh trục chính vào giữa bàn làm việc.

Nhược điểm: Trục chính xác dễ bị hiện tượng dầm công-xôn Máy này quá khổ so với mô hình CNC tự chế nhỏ gọn

Hình 4.3 Bàn máy di chuyển theo 2 hướng X và Y

•Phương án 2: Bàn làm việc di chuyển theo hướng Y

Cơ cấu chịu lực của trục chính trượt theo trục Z, với toàn bộ trục Z được hỗ trợ bởi trục X, trong khi bàn máy di chuyển theo trục Y Ưu điểm của thiết kế này là khả năng mở rộng không gian làm việc và độ cứng vững cao.

Nhược điểm: Kích thước của bàn máy bị hạn chế Không thể tận dụng tối đa không gian các trục để gia công các chi tiết lớn

Hình 4.4 Bàn làm việc di chuyển theo trục Y

•Phương án 3: Bàn máy đứng yên

Mô hình này chỉ có bàn máy cố định, trong khi trục XYZ di động, mang lại ưu điểm là bàn máy lớn, giúp tận dụng tối đa không gian làm việc của máy.

Nhược điểm: Dễ bị rung động (sự mất cân bằng giữa phần động và tĩnh trong quá trình làm việc)

Hình 4.5 Bàn làm việc đứng yên, trục XYZ di chuyển

Sau khi đánh giá kỹ lưỡng ba phương án, nhóm đã chọn phương án 3, đó là bàn làm việc đứng yên với 3 trục XYZ di chuyển Phương án này được xem là tối ưu nhất cho việc chế tạo máy CNC 2 trục Z phay 2 mặt, với bàn máy tích hợp cơ cấu cấp phôi.

4.3.2 Lựa chọn phương án thiết kế cho cụm cấp phôi tích hợp trên bàn máy:

•Phương án 1: Sử dụng băng tải Ưu điểm Nhược điểm

Băng tải tự động hóa kết hợp với hệ thống điều khiển giúp cấp phôi tấm liên tục và tự động, tăng năng suất và giảm sự can thiệp của người lao động Nhờ đó, công nhân có thể tập trung vào các tác vụ khác trong quá trình gia công Hệ thống vận hành êm ái và có tốc độ vận chuyển nhanh.

Băng tải có thể làm giảm độ chính xác trong quá trình cấp phôi, khi những biến động nhỏ trong di chuyển và căn chỉnh ảnh hưởng đến vị trí và độ chính xác của phôi tấm Do đó, cần thực hiện kiểm tra và điều chỉnh bổ sung sau khi cấp phôi để đảm bảo chất lượng.

Băng tải linh hoạt và đa dạng có khả năng điều chỉnh để phù hợp với yêu cầu cụ thể của quá trình cấp phôi Chúng có thể thay đổi tốc độ, hướng di chuyển, độ cao và độ nghiêng, đảm bảo tương thích với kích thước và trọng lượng của phôi tấm.

Băng tải giúp tăng khả năng sản xuất bằng cách hoạt động liên tục và ổn định, cho phép gia công phôi tấm với tỷ lệ sản xuất cao hơn Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn đáp ứng tốt nhu cầu của các quy trình sản xuất hàng loạt.

Băng tải có giới hạn về kích thước và trọng lượng của phôi tấm mà nó có thể xử lý, và khi phôi tấm quá lớn hoặc quá nặng, băng tải có thể không đủ mạnh mẽ để di chuyển và hỗ trợ chúng.

- Đòi hỏi bảo trì và bảo dưỡng: Băng tải cần được bảo trì và bảo dưỡng định kỳ để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả

Hệ thống băng tải cần được vệ sinh, kiểm tra và thay thế linh kiện theo yêu cầu để tránh sự cố và giảm thiểu thời gian dừng máy

Bảng 4.2 Ưu điểm - Nhược điểm của phương án 1 cụm cấp phôi tấm

•Phương án 2: Sử dụng rô bốt Ưu điểm Nhược điểm

Robot cấp phôi tự động giúp quy trình cấp phôi diễn ra liên tục mà không cần can thiệp của con người, từ đó nâng cao năng suất và hiệu suất sản xuất.

Robot có khả năng điều khiển chính xác vị trí và định vị phôi tấm, cho phép thực hiện các phương pháp cấp phôi phức tạp Chúng có thể được lập trình để đáp ứng yêu cầu độ chính xác cao trong quá trình gia công.

Robot có khả năng làm việc trong nhiều môi trường khác nhau và có thể được cấu hình để thực hiện nhiều tác vụ đa dạng Điều này không chỉ nâng cao tính linh hoạt mà còn gia tăng sự đa dạng trong quy trình cấp phôi.

- Tính an toàn: Robot cấp phôi được thiết kế để hoạt động một cách an toàn và

Robot cấp phôi đòi hỏi một khoản đầu tư ban đầu lớn cho việc mua sắm và cài đặt, điều này có thể trở thành rào cản đáng kể đối với các doanh nghiệp nhỏ và vừa.

Lập trình robot cấp phôi đòi hỏi kiến thức chuyên môn và thời gian đáng kể để thực hiện các tác vụ cụ thể và tương tác hiệu quả với hệ thống gia công.

Chọn phần điện

Động cơ trục chính đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm gia công Đối với các máy CNC loại nhỏ, việc sử dụng động cơ một chiều (DC) là một lựa chọn hợp lý để tối ưu hóa hiệu suất.

DC có khả năng khởi động mạnh mẽ và dễ dàng điều khiển cả chiều và tốc độ Tuy nhiên, dải tốc độ điều khiển lại hạn chế và yêu cầu nguồn điện riêng, do đó chỉ thích hợp cho các loại máy CNC nhỏ hoặc mô hình, bao gồm hai loại chính.

Hình 4.12 Động cơ không chổi than và động cơ một chiều có chổi than 775

•Động cơ một chiều có chổi than Ưu điểm: giá thành rẻ, dễ điều khiển

Nhược điểm: ồn, nóng khi hoạt động, tuổi thọ động cơ không cao

•Động cơ một chiều không chổi than Ưu điểm: cho phép điều khiển tốc độ và mômen động cơ dễ dàng, chính xác hơn, hoạt động êm ái

Nhược điểm: giá thành khá đắt

•Động cơ xoay chiều (AC)

Động cơ xoay chiều sử dụng nguồn điện lưới 220V mang đến sự đa dạng về chủng loại và khả năng điều khiển tốc độ phức tạp Việc áp dụng biến tần giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển động cơ, nâng cao hiệu suất hoạt động.

Hình 4.13 Động cơ servo xoay chiều không chổi than BTD4 0860 Động cơ xoay chiều chiều gồm 2 loại:

- Động cơ một xoay chiều lồng lồng sốc không đồng bộ, dùng biến biến tần để điều khiển, có kích thước lớn,

- Động cơ Servo tốc độ cao có hồi tiếp, giúp điều khiển chính xác tốc độ động cơ nhưng giá thành rất đắt, kích thước rất lớn

Nhóm lựa chọn Spindle NSK Nakanishi Nr40-5000 ATC sử dụng CHB collet là loại spindle dạng tích hợp (Lý do được nêu ở phần 3.2.4)

Hình 4.14 Spindle NSK Nakanishi Nr40-5100 ATC

Trục xoay NSK được thiết kế đặc biệt để dễ dàng thay thế công cụ cắt, cho phép trao đổi tự động thông qua việc cung cấp không khí cho trục chính Với độ chính xác cao nhờ sử dụng vòng bi chất lượng, trục xoay NSK mang lại hiệu suất tối ưu Lưu ý rằng Collet Chuck được bán riêng.

Tốc độ động cơ cho phép: 50.000 vòng / phút

Không khí để mở Collet: 4 đến 6 Kg/cm 2

Hình 4.15 Động cơ trục chính

Động cơ truyền động cho trục X, Y, Z của máy CNC thường là động cơ bước hoặc động cơ servo Việc so sánh đặc điểm của hai loại động cơ này là rất cần thiết để lựa chọn phù hợp cho nhu cầu sử dụng.

Mạch driver Đơn giản (người dùng có thể chế tạo chúng)

Phức tạp (người sử dụng phải mua mạch driver từ các nhà sản xuất)

Nhiễu, rung động Đáng kể Rất ít

Tốc độ Chậm (tối đa 1000-2000 vòng/p) Nhanh (tối đa 3000-5000 vòng/p)

Hiện tượng trượt bước Có thể xảy ra Khó xảy ra (Động cơ vẫn chạy trơn tru nếu tải đặt vào tăng) Phương pháp điều khiển

Vòng hở (không có encoder) Vòng kín (có encoder) Giá thành

100 nghìn – 2 triệu đồng Trên 1,5 triệu đồng Độ phân giải

Phổ biến là loại 1.8 o (200 bước/v), còn có bước góc nhỏ hơn như 0.72 o , 0.36 o

Phụ thuộc độ phân giải của encoder

Thông thường vào hoảng 0.36÷0.036° (1000÷10000 xung/v)

Bảng 4.6 So sánh 2 động cơ

Khi xem xét đến số lượng động cơ sử dụng để xét đến giá thành và mục đích sử dụng, nhóm quyết định dùng động cơ step 86CM85.

Chọn chương trình điều khiển CNC

4.5.1 Mach3 Ưu điểm: Giao diện người dùng dễ sử dụng và thân thiện Hỗ trợ nhiều ngôn ngữ, thuận tiện cho người dùng trên toàn thế giới Tích hợp nhiều chức năng gia công đa dạng Phổ biến trong máy CNC DIY (tự chế tạo) do tính đơn giản và tiện lợi

Nhược điểm của hệ thống này là hạn chế trong việc điều khiển các máy CNC công nghiệp có hiệu suất cao và phức tạp, đồng thời khả năng xử lý và tính toán cũng kém hơn so với các hệ thống CNC chuyên nghiệp Để đạt được chức năng đầy đủ, cần phải sử dụng các bộ điều khiển phụ trợ.

4.5.2 PLC Siemens Ưu điểm: Siemens là một trong những nhà sản xuất hàng đầu về công nghệ điều khiển và PLC của họ được đánh giá cao về độ tin cậy và hiệu suất PLC Siemens có khả năng xử lý nhanh và chính xác các tín hiệu và lệnh, giúp tăng hiệu suất và độ chính xác trong quá trình gia công CNC Đa dạng chức năng, cung cấp nhiều chức năng điều khiển mạnh mẽ và linh hoạt, cho phép tùy chỉnh và điều chỉnh quá trình gia công một cách chính xác và dễ dàng Dễ dàng tích hợp Có khả năng dễ dàng tích hợp với các thành phần khác trong hệ thống CNC, như bộ điều khiển số CNC, các cảm biến và thiết bị khác Tích hợp tính năng an toàn, hỗ trợ tích hợp các tính năng an toàn và bảo vệ trong quá trình hoạt động của máy CNC, giúp bảo vệ người vận hành và ngăn ngừa tai nạn

Nhược điểm của phần mềm này là yêu cầu người sử dụng phải có kiến thức chuyên sâu và trải qua đào tạo đặc biệt để đạt hiệu quả tối ưu Bên cạnh đó, chi phí đầu tư cho phần mềm cao hơn so với các giải pháp điều khiển CNC khác, do tính chuyên nghiệp và các tính năng cao cấp mà nó mang lại.

4.5.3 Fanuc CNC Ưu điểm: Hệ thống điều khiển CNC chuyên nghiệp, phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo Đáng tin cậy và ổn định với khả năng làm việc liên tục và hiệu quả Độ chính xác và đáng tin cậy trong quá trình gia công

Nhược điểm của phần mềm này bao gồm yêu cầu kiến thức chuyên sâu và đào tạo đặc biệt để sử dụng hiệu quả Ngoài ra, chi phí đầu tư cao hơn so với một số phần mềm điều khiển CNC khác, và người dùng cần phải trả phí bản quyền cùng phí sử dụng cho nhà sản xuất.

Sau khi xem xét về khả năng và giá tiền, bàn bạc với công ty và khách hàng Công ty quyết định dùng PLC để điều khiển CNC

4.6 Mô hình thiết kế máy phay CNC 2 trục Z phay 2 mặt

Hình 4.16 Các cụm làm việc của máy

STT CỤM LÀM VIỆC CHỨC NĂNG

1 Cụm gia công Gia công cắt gọt

2 Cụm bàn máy Cấp phôi, định vị và kẹp chặt

Bảng 4.7 Phân loại các cụm làm việc của máy

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA MÁY

Thiết kế và lắp đặt các chi tiết

5.1.1 Lựa chọn thanh trượt vuông

Việc chọn thanh trượt cho hệ thống máy cần trải qua nhiều bước để đảm bảo lựa chọn đúng loại phù hợp với yêu cầu về độ chính xác, khả năng chịu tải và thời gian làm việc.

Khi chọn thanh trượt, cần căn cứ vào khối lượng tải mà nó sẽ chịu để đảm bảo sự phù hợp Ngoài ra, có nhiều kích thước thanh trượt khác nhau, vì vậy việc lựa chọn kích thước thích hợp phải dựa trên yêu cầu sử dụng cụ thể.

Hình 5.1 Các loại thanh trượt vuông

Quá trình tính toán tuổi đời của thanh trượt là một chuỗi phức tạp, trong đó mỗi bước liên kết chặt chẽ với bước trước đó Kết quả từ bước này sẽ trở thành đầu vào cho bước tiếp theo, dẫn đến việc xác định chính xác tuổi thọ của thanh trượt.

Hình 5.2 Quy trình tính toán

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA MÁY

Khi tải được đặt lên thanh trượt, các giá trị MA, MB, MC sẽ xuất hiện, cho phép chúng ta tính toán lực tác dụng lên khối trượt theo công thức P=K*M, trong đó K là các hệ số tra bảng tương ứng với từng loại thanh trượt Đối với bài toán cụ thể, cần xác định lực tác dụng khi tải di chuyển với vận tốc đều, tăng tốc và giảm tốc Cuối cùng, cần tính toán tải tương đương tác động lên khối trượt, ký hiệu là PE.

= PR+PT, tiếp theo tính tải trọng trung bình (xét cả 3 quá trình chuyển động đều, khi tăng tốc và giảm tốc)

Với Pm: Tải trọng trung bình (N)

Pn: Tải tương đương theo các phương (N)

L: Hành trình của thanh trượt (mm)

Ln: Hành trình chịu tải Pn (mm)

Hệ số an toàn tĩnh:

Tải trọng tĩnh (Co) là thông số quan trọng đặc trưng cho mỗi thanh trượt Đối với máy công cụ, trong điều kiện không có rung động và va đập, giá trị Fs cần đạt từ 1 đến 1.5 Ngược lại, nếu có rung động, giá trị Fs phải đạt từ 2.5 đến 7.

Hai thanh trượt Y chịu tải lớn hơn vì phải đỡ hai trục X và Z, do đó chỉ cần tính khả năng chịu tải cho hai thanh trượt Y Cả hai thanh trượt cùng chịu tải trọng khoảng 2000N, tức là mỗi thanh chịu 1000N Thanh trượt được chọn có tải trọng tĩnh khoảng 27.76kN, ứng với hệ số an toàn tĩnh Fs, nên tải trọng lớn nhất cho phép là

Pmax = Co/Fs = 27760/10 = 2776 N Đối với thanh trượt bi, tuổi thọ được tính theo hành trình mà nó duy chuyển được trong suốt thời gian phục vụ

Với L: Hành trình phục vụ (km)

Pc: Tải trọng trung bình (N)

FH, fT, fC, fW: Các hệ số độ cứng, nhiệt độ, va chạm, hệ số tải

Khi tuổi thọ của thanh trượt không đáp ứng nhu cầu sử dụng, cần xem xét thay đổi loại thanh trượt Preload, tức tải trọng ban đầu trên khối trượt, là một thông số quan trọng giúp khử khe hở và tăng độ cứng vững Thanh trượt có preload cao thường mang lại độ chính xác và cứng vững tốt hơn, tuy nhiên giá thành cũng sẽ cao hơn Độ chính xác của thanh trượt được phân loại thành nhiều cấp khác nhau, và đối với ứng dụng máy CNC, nên lựa chọn thanh trượt có độ chính xác P (Precision grade) hoặc SP.

(Super Precision grade) Đây cũng là một thông số khá quan trọng để lựa chọn thanh trượt phù hợp

Khi mua thanh trượt, bạn có thể lựa chọn thêm các tùy chọn phù hợp với điều kiện làm việc, như thanh trượt chống ăn mòn với lớp phủ crom hoặc thanh trượt được trang bị các tấm chặn bụi xâm nhập.

5.1.2 Lựa chọn bộ truyền động tích hợp vít me – đai ốc bi và ray trượt

Máy phay CNC yêu cầu hệ thống dẫn động có độ cứng vững cao, độ hao phí ít do đó chọn bi kiểu lưu chuyển bi ngoài

Khi lựa chọn vít me, bước đầu tiên là xác định độ chính xác cần thiết của máy Dựa vào cấp chính xác mong muốn, bạn nên tham khảo catalogue của nhà sản xuất để chọn lựa cấp chính xác phù hợp nhất.

Lựa chọn chiều dài bộ truyền động tích hợp vít me-đai ốc bi và ray trượt căn cứ vào không gian cần gia công mà chọn

Hình 5.3 Tra cứu catalogue hãng TBI

Khi lựa chọn bước ren của vitme, cần dựa vào kinh nghiệm và yêu cầu của máy Đối với máy cần độ chính xác cao, nên sử dụng vitme ngắn với bước ren nhỏ Ngược lại, với vitme dài hơn 1200mm cho máy cần tốc độ cao, có thể chọn bước ren lớn hơn 10mm hoặc 20mm Ngoài ra, có thể áp dụng công thức tính cụ thể để xác định bước ren phù hợp.

Với Vmax là tốc độ di chuyển lớn nhất (mm/s), Nmax là tốc độ quay lớn nhất(vòng/s)

Sau khi xác định bước ren trong catalogue, bạn cần chọn đường kính vít me phù hợp với bước ren đó Đường kính ngoài của vít me cũng liên quan đến chiều dài của nó thông qua cấp chính xác.

Vít me bi có 3 kiểu lắp đặt: Fixed–fixed, fixed–support, fixed-free

•Fixed-free: Có kết cấu đơn giản, không cần độ chính cao

Hình 5.4 Lắp ghép kiểu fixed-free

•Fixed-fixed: Có kết cấu phức tạp, yêu cầu lắp đặt phải chính xác cao nếu không dễ gãy vít me

Hình 5.5 Lắp ghép kiểu fixed-fixed

•Fixed-support: Kết cấu đơn giản, được sử dụng nhiều trong thực tế

Hình 5.6 Lắp ghép kiểu fixed-support

Khi đánh giá khả năng chịu tải trọng dọc trục, độ cứng vững và tốc độ quay tối đa, kiểu lắp fixed-fixed là lựa chọn tốt nhất, trong khi kiểu lắp fixed-free lại kém nhất Về sai số vị trí khi chuyển động, kiểu lắp fixed-fixed cũng đạt hiệu quả cao nhất, trong khi fixed-free và fixed-support có hiệu suất tương đương.

Chọn vít me kiểu lắp fixed-support là một giải pháp đơn giản nhưng vẫn đảm bảo độ cứng vững và độ chính xác ở mức trung bình.

Kết luận: Qua tham khảo catalogue hãng THK và dự định không gian làm việc của máy Nhóm chọn sử dụng Model Kr33 của hãng THK cho 4 trục X,Y,Z1,Z2

5.1.3 Thiết kế, tính toán trục X (Dùng cho trục X1 và X2)

Trục X của máy được thiết kế sao cho có thể đỡ được bộ trục Z, gá đặt bộ thanh trượt bi và vít me-đai ốc bi

Việc thiết kế đầu tiên là cụm vitme con trượt đặt cố định xuống dầm X thông qua 16 con lục giác M5x15

Thanh trượt được kết nối với con trượt, di chuyển theo chiều chuyển động của vít me trục X Sau đó, lắp bệ đỡ cụm trục Z trước khi lắp trục Z.

Hình 5.7 Cụm trục X được thiết kế trên Inventor

Quá trình thiết kế tập trung vào việc phát triển máy đơn giản, do đó các bộ phận cần được thiết kế dễ dàng sửa chữa và thao tác Điều này đảm bảo độ cứng vững cho các hệ thống nằm trên trục X.

CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÁY

Chế tạo các bộ phận máy

Hình 6.1 Các bộ phận cụm máy

- Phương pháp gia công: cắt laser + hàn que

Hình 6.2 Khung máy thực tế

6.1.2 Chế tạo cụm cấp phôi và kẹp chặt

- Phương pháp gia công: tiện, cắt lazer, hàn que

- Vật liệu: SS400 , roller bọc PE

Hình 6.3 Hình ảnh cụm cấp phôi và kẹp chặt trên thiết kế 3D và sản phẩm thực tế

CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÁY

6.1.3 Chế tạo cụm định vị phôi theo phương ngang

- Phương pháp gia công: Tiện, chấn, cắt lazer

- Vật liệu: Thép SS400 mạ crom, thép C45 nhiệt luyện

Hình 6.4 Cụm định vị phôi theo phương ngang trên thiết kế 3D và thực tế

- Phương pháp gia công: Phay, hàn

Hình 6.5 Trục X trên thiết kế 3D và sản phẩm thực tế

- Phương pháp gia công: phay, hàn

Hình 6.6 Trục Y trên thiết kế 3D và sản phẩm thực tế

- Phương pháp gia công: cắt laser, phay, chấn

Hình 6.7 Trục Z trên thiết kế 3D và thực tế

6.1.7 Lắp ráp và hoàn thiện máy

Quy trình lắp lắp máy gồm các công đoạn sau:

71 CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÁY

-Hàn và lắp ráp cụm trục X

72 -Hàn và lắp ráp cụm trục Y

-Hàn và lắp ráp cụm trục Z

74 -Hàn và lắp ráp cụm kẹp phôi theo phương ngang

-Hàn và lắp ráp cụm kẹp phôi theo phương đứng

- Lắp các cụm vào thân máy

-Sau khi đo đạc và kiểm tra, tiến hành tháo rời các cụm để sơn

-Lắp ráp lại các cụm vào khung máy

78 -Lắp ráp các motor, xilanh, spindle, đai, cảm biến vào máy Hoàn thiện và chạy thử nghiệm

Hệ thống mạch điện

Hình 6.8 Lưu đồ giải thuật cụm vào phôi

Hình 6.9 Lưu đồ giải thuật cụm gia công

Hình 6.10 Mạch cấp nguồn của máy

Hình 6.11 Mạch điều khiển của máy

Chương trình bắt đầu với DC1 hoạt động theo chiều thuận ra ngoài, mang theo bộ gắp phôi Khi chạm Sensor 1, DC1 dừng lại, bộ gắp phôi ở vị trí vuông góc với bề mặt phôi Tiếp theo, DC2 di chuyển bộ gắp phôi xuống và khi Sensor 2 phát hiện phôi, DC2 dừng lại để Xilanh 1 hút chặt phôi Sau khi phôi được hút, DC2 nâng phôi lên và dừng lại khi chạm Sensor 3 Lúc này, DC1 hoạt động ngược vào trong cho đến khi chạm Sensor 4 Phôi đang ở vị trí vuông góc với mặt phẳng băng tải, và DC2 hạ phôi xuống băng tải khi chạm Sensor 5, Xilanh 1 nhả phôi, sau đó DC2 quay ngược về vị trí ban đầu, chờ lệnh lấy phôi mới Sensor 5 xác nhận phôi đã ở trên băng tải, và DC3 sẽ hoạt động để đẩy phôi vào máy CNC gia công.

-DC Stepper 1,2(Trục T);Stepper 3,4(Trục X); Stepper 5,6(Trục Y) ;Stepper 7,8(trục Z);

Khi DC3 đẩy phôi vào Sensor 6 và 7, nó sẽ tắt và quay về vị trí ban đầu Xilanh 2 sẽ hoạt động để kẹp chặt phôi, trong khi hai con Stepper 1 di chuyển phôi vào vị trí chuẩn bị cắt tại Sensor 8 Xilanh 3 tiếp tục giữ chặt phôi tại vị trí này Sau đó, cụm CNC sẽ gia công phôi theo chương trình điều khiển các trục X, Y, Z cùng với hai động cơ Spindle 1 và 2 Khi quá trình gia công hoàn tất, Stepper 1 sẽ đẩy phôi ra và chạm vào Sensor 9, sau đó Xilanh 4 sẽ kẹp xuống.

DC Stepper trục Z 2 hoat động hỗ trợ đẩy phôi ra ngoài Chạm Sensor 10 ,Xilanh 5 Kẹp xuống hỗ trợ đẩy vật qua Cụm tiếp theo và chờ chu trình mới

Quy trình hoạt động bắt đầu khi phôi được đẩy ra hoàn toàn khỏi cụm CNC Lúc này, DC sẽ hạ trục đỡ phôi xuống bằng với mặt Pallet, sau đó Xilanh6 sẽ hoạt động để đẩy phôi đã hoàn thiện qua tấm Pallet Khi quá trình này hoàn tất, Xilanh sẽ ngắt và DC4 sẽ chuẩn bị cho chu trình tiếp theo.

Kết quả và thực nghiệm

Sau khi gia công và lắp ráp các chi tiết theo bản vẽ thiết kế, chúng ta tiến hành mài, đánh bóng và làm sạch bề mặt Tiếp theo, bôi matit cho các mối hàn để làm phẳng và đẹp hơn Cuối cùng, thực hiện sơn và lắp ráp các bộ phận để hoàn thiện máy.

Hình 6.12 Mô hình máy sau khi hoàn thiện

- Mục đích: Xác định độ chính xác của các biên dạng gia công, kết cấu các trục X, Y,

Z có đáp ứng được các yêu cầu đề ra hay không

- Phôi đầu vào: Tấm nhựa có kích thước 200×500×30 (mm)

- Phương pháp tổ chức thực nghiệm: Tiến hành chạy gia công các biên dạng rãnh và ngàm, sau đó đo để xác định sai số

Phương pháp đánh giá hiệu quả hiện nay chủ yếu dựa vào cảm quan và đo lường Qua việc phân tích độ sai lệch về kích thước của các biên dạng, có thể xác định khả năng làm việc của máy một cách chính xác.

Phương pháp thu thập số liệu bao gồm gia công nhiều biên dạng khác nhau, sau đó tiến hành đo đạc và so sánh các kích thước với tiêu chuẩn đã được xác định trước cho từng biên dạng.

Hình 6.13 Biên dạng gia công

• Nguyên công 1: Phay 4 biên dạng rãnh (gia công mặt trên)

Chọn gốc tọa độ gia công:

Dùng dao phay ngón 𝜙𝜙3 hợp kim cứng YG10X (cacbua vonfram)

Máy phay nhựa CNC 2 trục Z phay 2 mặt Vật liệu Kích thước

Nhựa nội thất PP 180 ×500× 20 (mm)

(mm/vòng) F(m/phút) t (mm) Bước 1: Phay biên dạng rãnh thứ 1

Bước 2: Phay biên dạng rãnh thứ 2

Biên dạng rãnh Đo biên dạng Kích thước cho trước

(mm) Kích thước thực tế

• Nguyên công 2: phay 4 biên dạng ngàm (gia công mặt dưới)

Chọn gốc tọa độ gia công:

Dùng dao phay ngón 𝜙𝜙3 hợp kim cứng YG10X (cacbua vonfram)

Máy phay nhựa CNC 2 trục Z phay 2 mặt Vật liệu Kích thước

Nhựa nội thất PP 180 ×500× 20 (mm)

(mm/vòng) F(m/phút) t (mm) Bước 1: Phay biên dạng ngàm thứ 1

Bước 2: Phay biên dạng ngàm thứ 2

Biên dạng ngàm Đo biên dạng Kích thước cho trước

(mm) Kích thước thực tế

Sau nhiều lần thực nhiệm, kiểm tra và chỉnh sửa máy gia công với độ sai lệch rất thấp

Máy phay nhựa CNC 2 trục Z với khả năng phay 2 mặt có kích thước từ 0.01 đến 0.1mm hoạt động hiệu quả, đáp ứng đầy đủ độ chính xác và yêu cầu kỹ thuật ban đầu của nhóm Sản phẩm từ máy đảm bảo chất lượng cao và hoạt động ổn định, được doanh nghiệp công nhận.

Tiêu đề	Thiết Kế, Chế Tạo Máy Phay Nhựa CNC 2 Trục Z Phay 2 Mặt
Tác giả	Trần Hải Đăng, Ngô Nguyễn Trung Kiên, Nguyễn Chí Trung
Người hướng dẫn	Th.S Dương Thị Vân Anh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Thông Tin
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	128
Dung lượng	19,13 MB