Máy được thiết kế để đảm bảo các nhu cầu sau: - Kết nối được 3 trục XYZ và 2 trục A, C của máy phay vào bộ điều khiển - Gia công được tủ để chứa bộ điều khiển và các thiết bị điện liên q
GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, nhờ sự phát triển của khoa học công nghệ, ngành gia công chính xác đã có những bước tiến vượt bậc với sự ra đời của nhiều loại máy CNC hiện đại như máy CNC 4 trục và 5 trục Những thiết bị này có khả năng xử lý các bộ phận phức tạp với độ chính xác cao, từ đó nâng cao năng suất lao động trong ngành.
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, máy móc hiện đại ngày càng có giá thành cao Điều này đã thúc đẩy nhiều kỹ sư tự nghiên cứu và chế tạo các máy CNC nhỏ gọn, giá cả phải chăng, nhưng vẫn đáp ứng tốt nhu cầu sản xuất và gia công.
Ngày nay, nhiều người ở Việt Nam và trên thế giới tham gia chế tạo máy CNC cỡ nhỏ phục vụ cho gia đình và xưởng nhỏ với chi phí thấp Tại các trường đại học, sinh viên và giảng viên đã chế tạo nhiều máy CNC nhỏ để hỗ trợ học tập và thực hành Đề tài “Kết nối 3 trục XYZ, vận hành máy CNC 5 trục” nhằm thúc đẩy sự sáng tạo và khả năng áp dụng kiến thức của sinh viên trong thiết kế và lập trình gia công chi tiết 5 trục Việc thiết kế máy CNC yêu cầu sinh viên có kiến thức về cơ khí, điện tử và tin học, đồng thời là cơ hội để họ tự học hỏi và nâng cao hiểu biết về máy CNC hiện đại Sản phẩm máy phay CNC hoàn chỉnh giúp nhóm nắm vững kiến thức và kỹ năng cơ bản, có thể sử dụng cho học tập hoặc gia công chi tiết 5 trục có độ cứng vừa phải.
Mục tiêu
Các mục tiêu cần đạt được khi nghiên cứu, thiết kế và kết nối máy
➢ Vận hành đơn giản, không mất quá nhiều thời gian điều chỉnh
➢ Tiết kiệm thời gian gia công
➢ Gia công được các chi tiết có độ phức tạp cao
➢ Bảo đảm an toàn cho người sử dụng
➢ Lập trình điều khiển máy CNC trên để gia công sản phẩm
➢ Sản phẩm có thể phục vụ cho công tác giảng dạy và nghiên cứu.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Phần mềm thiết kế Creo Parametric 8.0
- Phần mềm thiết kế và xuất bản vẽ Inventor Professional 2022
- Động cơ Servo, driver samsung
- Các cổng kết nối vào BĐK: DB15, DB25, DB35, DB26
Nghiên cứu và chế tạo hoàn chỉnh máy phay CNC 3 trục, 5 trục
- Đảm bảo các yêu cầu đặt ra dưới đây:
- Hành trình khả dụng: 350 x 380 x 110 mm
- Thời gian thực hiện: 3 tháng
- Tốc độ quay tối đa trục chính: S = 24000 v/p
- Tốc độ cắt tối đa: F = 301.59 m/p (Vc=πxDcxN/1000)
Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Tìm hiểu về máy phay CNC có sẵn trên thị trường
Nội dung 2: Nghiên cứu phương án thiết kế cơ khí
Nội dung 3: Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu nhất
Nội dung 4: Thiết kế tủ đựng và lựa chọn thiết bị điện phù hợp
Gia công tủ đựng và kết nối thiết bị điện vào bộ điều khiển là bước quan trọng trong quy trình lắp đặt Sau đó, cần kiểm tra độ tương thích của động cơ với bộ điều khiển để đảm bảo hoạt động hiệu quả Cuối cùng, giới thiệu các chức năng của bộ điều khiển giúp người dùng hiểu rõ hơn về khả năng và ứng dụng của thiết bị.
Nội dung 8: Hoàn thiện mô hình và hướng dẫn vận hành máy
Nội dung 9: Đánh giá và kết quả.
Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận
Dựa trên kiến thức hiện có về máy phay CNC 3 trục, bài viết tổng hợp và đánh giá các giải pháp đã đề xuất, nhằm xác định trường hợp nào là tối ưu và trường hợp nào không tối ưu.
1.5.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể
Xây dựng mô hình và thực nghiệm: sản xuất mô hình máy phay CNC 3 trục, vận hành thử, gia công sản phẩm.
Các nghiên cứu trong và ngoài nước
1.6.1 Nghiên cứu của nước ngoài Ý tưởng về điều khiển máy bằng các lệnh nhớ ở các máy CNC đã xuất hiện từ thế kỷ XIV Ngày nay các máy cống cụ CNC (computer numerical control -trung tâm điểu khiển số có sự trợ giúp của máy tính) đã hoàn thiện hơn với tính năng vượt trội có thể gia công hoàn chỉnh chi tiết trên một máy gia công, với số lần gá đặt ít nhất Đặc biệt chúng có thể gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp
Máy phay CNC mini 3 trục tự chế có thiết kế đa dạng về hình dáng, kiểu dáng và vật liệu chế tạo Các mô hình này thường được phân loại dựa trên những đặc điểm riêng biệt của chúng.
- Máy phay CNC 3 trục dạng đứng
Hình 1.2: Máy CNC 3 trục dạng đứng
Hình 1.3: Máy CNC 3 trục dạng nằm
1.6.2 Nghiên cứu ở Việt Nam Ở Việt Nam trước năm 1990 về công nghệ NC, CNC rất lạ và ít được biết đến Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với nước ngoài như dự án "Thiết kế chuyển giao công nghệ, phát triển và sản xuất khuôn mẫu" Vào thời điểm đó, công nghệ CNC như máy phay CNC, máy tiện CNC lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự chú ý của rất nhiều chuyên gia trong nước và các Công ty liên doanh nước ngoài
Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đang đầu tư vào dây chuyền sản xuất với hầu hết thiết bị là máy CNC Công nghệ CNC, mặc dù mới được giới thiệu ở Việt Nam, đã nhanh chóng tạo dựng được vị thế vững chắc và dự kiến sẽ được áp dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp, hội thảo và nhà máy trong tương lai Công nghệ này mang lại hiệu quả kinh tế cao, đặc biệt trong bối cảnh sản xuất hiện tại của Việt Nam Do đó, việc thúc đẩy ứng dụng công nghệ CNC là cần thiết cho các cơ sở sản xuất và ngành công nghiệp máy xây dựng.
Hiện nay, nhiều trường đại học và cao đẳng đang phát triển các mô hình máy CNC phục vụ cho giảng dạy, như mô hình máy phay CNC tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, máy tiện CNC, máy phay CNC, máy cắt dây và máy khoan mạch in của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cùng với mô hình máy khắc của Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.
Hình 1.4: Một trong những máy CNC 3 trục tự chế ở Việt Nam
Máy 3 trục tự chế ở Việt Nam chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu và học tập, phục vụ các giảng viên và sinh viên tại các trường đại học, thay vì trong sản xuất.
Tóm tắt bố cục thuyết minh
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Chương 3: Cơ sở lý luận và phương án thực hiện
Chương 4: Thiết kế tủ đựng và kết nối các thiết bị vào bộ điều khiển Chương 5: Kỹ thuật vận hành máy phay CNC 5 trục và đánh giá kết quả Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Trình bày vấn đề lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn và bố cục thuyết minh báo cáo
1.7.2 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Giới thiệu về máy CNC, các hệ tọa độ quy ước trong máy CNC hiện nay và các lưu ý khi chế tạo máy CNC
1.7.3 Chương 3: Cơ sở lý luận và phương án thực hiện
Phân tích, đề xuất, lựa chọn máy CNC và thiết bị điện phù hợp
1.7.4 Chương 4: Thiết kế tủ đựng và kết nối các thiết bị vào bộ điều khiển
Thiết kế và gia công tủ đựng là bước quan trọng trong việc kiểm tra động cơ, phân tích board mạch, cũng như xác định các chức năng của bộ điều khiển Việc kết nối các thiết bị vào bộ điều khiển đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và chính xác.
1.7.5 Chương 5: Kỹ thuật vận hành máy phay CNC 5 trục và đánh giá kết quả
Hoàn thiện máy CNC 5 trục, hướng dẫn các bước vận hành máy
Tiến hành đánh giá kết quả và điều chỉnh lại cho phù hợp với yêu cầu mong muốn
1.7.6 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Đưa ra các đánh giá tổng thể và nhận xét, đề ra các phương pháp phát triển về sau
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Khái quát về máy CNC
Điều khiển số NC (Numerical Control) được phát minh nhằm kiểm soát quy trình gia công của máy công cụ, cho phép tự động điều khiển hoạt động của các thiết bị như máy cắt kim loại, robot và băng tải Quá trình này dựa trên dữ liệu số nhị phân, bao gồm chữ số, số thập phân, chữ cái và ký tự đặc biệt, tạo thành chương trình làm việc cho hệ thống Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các nhu cầu quân sự và hàng không, nơi yêu cầu tiêu chuẩn chất lượng cho máy bay, tên lửa và xe tăng là rất cao.
Ngày nay, lịch sử phát triển của NC đã có những bước tiến vượt bậc, đồng hành cùng sự tiến bộ trong lĩnh vực vi xử lý từ 4 bit, 8 bit đến 32 bit Sự phát triển này đã giúp thế hệ thứ hai của NC trở nên vượt trội hơn về khả năng lưu trữ và chế biến thông tin.
Hiện nay, sản xuất tự động trong ngành cơ khí đã phát triển mạnh mẽ với các công nghệ như hội thảo tự động linh hoạt và CIM (Máy tính tích hợp Sản xuất) Robot không chỉ đóng vai trò cung cấp phôi mà còn tham gia vào quá trình vận chuyển Các hệ thống đo lường và kiểm soát chất lượng tiên tiến cùng với kho hiện đại đang được áp dụng, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
CNC (Điều khiển số bằng máy tính) là công nghệ sử dụng máy tính để điều khiển các máy móc, trong đó máy điều khiển logic lập trình (PLC) đảm nhiệm vai trò điều khiển điện tử cho máy NC và tích hợp các cơ chế chuyển đổi.
Sự ra đời của máy CNC đã cách mạng hóa ngành sản xuất, cho phép thực hiện các đường cong dễ dàng như đường thẳng và tạo ra các cấu trúc phức tạp ba chiều một cách nhanh chóng Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn giảm thiểu đáng kể số lượng nguồn nhân lực cần thiết.
Cấu tạo chung và quy ước của máy CNC
Hình 2.1: Mô hình khái quát máy CNC
Hình 2.2: Cấu tạo của 1 máy CNC
Cấu trúc cơ bản của máy CNC thông thường bao gồm 2 phần chính: Bộ điều khiển và bộ phận điều hành
Chương trình điều khiển là tập hợp các tín hiệu dùng để điều khiển máy tính, được mã hóa bằng chữ, số và các ký hiệu như cộng, trừ, dấu chấm Chương trình này được viết theo cấu trúc mã chương trình, chẳng hạn như mã nhị phân trong bộ nhớ máy tính.
Cơ chế điều khiển nhận tín hiệu từ mạch điều khiển và thực hiện các phép biến đổi cần thiết để phù hợp với điều kiện hoạt động của hệ thống truyền tải Hiệu năng của hệ thống được kiểm tra qua tín hiệu từ bộ cảm biến tiếp xúc ngược, bao gồm các thành phần như đầu đọc, bộ giải mã, đầu dò, bộ xử lý tín hiệu, nội suy, so sánh, bộ khuếch đại, điều khiển hành trình, đo vận tốc, bộ nhớ và thiết bị đầu vào tín hiệu Động cơ servo, một phần quan trọng trong máy CNC, là hệ thống truyền động điều khiển hồi tiếp vòng kín, nhận và thực hiện tín hiệu nhanh chóng và chính xác từ PLC Bộ servo bao gồm bộ điều khiển servo, động cơ servo và encoder để phản hồi tín hiệu, cho phép điều khiển vị trí chính xác, điều chỉnh mô-men và thay đổi tốc độ một cách nhanh chóng.
Động cơ servo là thành phần quan trọng trong hệ thống servo, nhận tín hiệu từ bộ điều khiển để cung cấp lực chuyển động cho máy móc Chúng hoạt động với tốc độ và độ chính xác cao, đáp ứng nhu cầu vận hành khắt khe Động cơ servo được chia thành hai loại chính: động cơ servo AC và động cơ servo DC.
AC servo có khả năng xử lý dòng điện cao hơn và thường được ứng dụng trong máy móc công nghiệp, trong khi DC servo không phù hợp cho dòng điện lớn và thường thích hợp cho các ứng dụng nhỏ hơn.
Cấu tạo của động cơ AC servo bao gồm 3 phần: stator, rotor (thường là loại nam châm vĩnh cửu) và encoder
Stator bao gồm một cuộn dây được quấn quanh lõi, được cấp nguồn để cung cấp lực cần thiết làm quay rotor
Rotor được cấu tạo bởi nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh
Encoder được gắn sau đuôi động cơ để phản hồi chính xác tốc độ và vị trí của động cơ về bộ điều khiển
Hoạt động: động cơ servo là một thiết bị độc lập Tuy nhiên động cơ servo chỉ có ý nghĩa thực tiễn khi hoạt động trong hệ thống servo
Chế độ hoạt động servo được thiết lập thông qua các hệ thống hồi tiếp vòng kín, trong đó động cơ servo nhận tín hiệu xung điện (PWM) từ bộ điều khiển Hoạt động của động cơ được kiểm soát chính xác nhờ vào bộ mã hóa (encoder).
Khi động cơ hoạt động, vận tốc và vị trí được hồi tiếp về mạch điều khiển qua bộ mã hóa Bất kỳ yếu tố nào cản trở chuyển động hoặc làm sai lệch tốc độ và vị trí mong muốn sẽ được cơ cấu hồi tiếp phản hồi về bộ điều khiển Bộ điều khiển servo sẽ so sánh tín hiệu phản hồi với tín hiệu lệnh và thực hiện điều chỉnh cần thiết, đảm bảo động cơ servo hoạt động chính xác theo yêu cầu Hệ thống AC servo rất phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp như máy công cụ, máy đóng gói, máy in, máy cắt, ứng dụng thu xả cuộn, dây chuyền lắp ráp, máy CNC và cánh tay robot.
Thuận lợi: Khả năng điều khiển tốc độ, vị trí và mo-men cực kì chính xác
Tốc độ đáp ứng và phản hồi nhanh, quán tính thấp (gần như không có quán tính)
Hiệu suất hoạt động hơn 90%, ít sinh nhiệt và hầu như không dao động Tốc độ cao và tần suất làm việc thay đổi nhanh, liên tục
Hoạt động êm ái, nhẹ, tiết kiệm điện năng
Nhược điểm: Chi phí cao
2.2.2 Phần chấp hành 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
Thông thường, máy được chế tạo từ gang do độ nén của nó cao gấp 10 lần so với thép Bên trong thân máy, có hệ thống điều khiển, động cơ trục chính và nhiều hệ thống khác hỗ trợ hoạt động hiệu quả.
Để đảm bảo tính chính xác khi gia công, thiết bị cần đạt độ cứng vững cần thiết và được trang bị hệ thống chống rung Điều này hỗ trợ trong việc ổn định và cân bằng máy, góp phần nâng cao hiệu quả làm việc.
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 đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn hướng chuyển động Có nhiều loại thanh trượt khác nhau, nhưng trong máy CNC, thanh trượt bi là loại phổ biến nhất được sử dụng.
Hình 2.3: Thanh trượt bi mang cá
Cấu trúc của 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 khi tiếp xúc Những viên bi cùng với lớp dầu mỡ bôi trơn giúp giảm đáng kể ma sát, tạo điều kiện cho việc trượt diễn ra dễ dàng.
Có hai loại vít me chính: vít me tiếp xúc mặt (vít me thường) và vít me dạng bi Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào vít me dạng bi.
Hình 2.4: Vit me dạng bi
Vitme dạng bi bao gồm các thành phần chính như trục vitme, đai ốc, bi và rãnh hồi bi Bề mặt ren của trục vitme được tôi cứng, hoạt động trên các viên bi đỡ, giúp giảm ma sát trượt và thay thế bằng ma sát lăn, mang lại hiệu suất vượt trội trên 90% Vitme-đai ốc bi có hai phương pháp hồi bi: qua lỗ khoan trong đai ốc và kiểu ống.
Hình 2.5: Vít me dạng bi và cấu tạo profin răng
Hình 2.6: Hồi bi theo lỗ khoan đai ốc Hình 2.7: Hồi bi theo ống
Vitme-đai ốc bi được thiết kế để khử khe hở và điều chỉnh sức căng ban đầu Có 3 phương pháp được áp dụng:
Trên mỗi phần đai ốc thiết kế dạng mặt bích, hai phần được liên kết qua mối ghép ren và khử khe hở bằng cách sử dụng tấm đệm giữa chúng Phương pháp này có cấu trúc đơn giản nhưng việc điều chỉnh lại khá khó khăn.
Cố định phần đai ốc trái, điều chỉnh lực lò xo tác dụng lên phần đai ốc phải thông qua các tấm đệm (hình 2.9)
Khử khe hở bằng vành răng (hình 2.10), khi xoay hai phần đai ốc sẽ quay hai góc khác nhau, nhờ đó khe hở và sức căng được điều chỉnh
Hình 2.8: Khử khe hở bằng tấm Hình 2.9: Khử khe hở bằng lò xo đệm
Hình 2.10: Khử khe hở bằng vành răng
2.2.3 Quy ước hệ tọa độ của máy CNC
Hình 2.11: Hệ tọa độ máy CNC
Hình 2.12: Quy tắc bàn tay phải
Ba trục chuyển động chính của máy CNC bao gồm X, Y và Z, trong đó trục Z vuông góc với hai trục còn lại Hệ trục tọa độ này được thiết lập theo quy tắc bàn tay phải, tạo nên một hệ tọa độ vuông góc.
Trục Z được quy ước trùng với trục chính, với chiều dương là hướng dụng cụ cắt rời xa khỏi chi tiết Chiều quay dương được xác định theo chiều kim đồng hồ từ gốc tọa độ Trục X thường được chọn để tạo ra chuyển động tịnh tiến lớn nhất, trong khi trục Y vuông góc với hai trục còn lại theo nguyên tắc bàn tay phải.
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN
Phương án thiết kế phần cơ khí
Để gia công các kim loại mềm như đồng, mica, và gỗ, yêu cầu kích thước bàn máy phải rộng và máy cần có độ cứng vững cao Đặc biệt, quá trình gia công cần đạt độ chính xác ± 0.02 mm.
Một số máy CNC nhỏ thường sử dụng phần mềm MACH3 để điều khiển Trong nghiên cứu này, nhóm tập trung vào việc sử dụng bộ điều khiển ADTECH 4848 để điều khiển máy phay CNC, nhằm cải thiện thời gian vận hành và đơn giản hóa khả năng thao tác trên máy.
Máy phay CNC 3 trục có khả năng gia công chi tiết 3D, nhưng thường mất nhiều công đoạn Để cải thiện hiệu suất và giảm thời gian gia công, nhóm đã thảo luận và quyết định chế tạo trục 4 và 5 cho máy Việc lắp thêm các trục này không chỉ giúp gia công các chi tiết phức tạp hơn mà còn nâng cao năng suất làm việc.
Lập trình gia công trên máy CNC tập trung vào việc sử dụng phần mềm gia công để tạo ra sản phẩm, từ đó xuất ra chương trình NC G-code Chương trình này sẽ được đưa vào bộ điều khiển để thực hiện gia công chi tiết.
Trục 4,5 được thiết kế với các bộ phận và chi tiết đơn giản, không cầu kỳ, giúp dễ dàng chế tạo máy Những sản phẩm này phổ biến trên thị trường và có giá trị bình dân, đáp ứng yêu cầu gia công không quá phức tạp Điều này không chỉ phù hợp với nền kinh tế mà còn mang lại lợi nhuận đáng kể cho người sản xuất.
Đề xuất, phân tích và lựa chọn phương án thiết kế 3 trục cho máy
Dựa trên các mục tiêu đã nêu, chúng tôi sẽ đề xuất và phân tích một số cấu trúc máy để lựa chọn những giải pháp phù hợp với các tiêu chí đã đề ra.
3.2.1 Phương án 1: Bàn máy di chuyển theo 2 hướng, cụ thể là X và Y
Với cấu trúc này, phần di động là bảng làm việc (di chuyển theo hai hướng
X, Y trên mặt phẳng nằm ngang) 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 Điều quan trọng là đảm bảo rằng đầu động cơ trục chính nằm giữa khu vực làm việc của máy để tối đa hóa diện tích làm việc Khi đó bộ phận trục chính bị hiện tượng dầm công-xôn, để giải quyết nó có thể làm tăng khối lượng trục Z, nhưng hệ thống này quá cồng kềnh cho một mô hình máy CNC nhỏ Nếu đầu của trục chính được rút ngắn, phạm vi gia công sẽ giảm
Mô hình này có nhiều nhược điểm và ít phổ biến trong các máy CNC tự làm hiện nay Tuy nhiên, nó có ưu điểm là khai thác tối đa không gian làm việc và dễ dàng hiệu chỉnh trục chính vào giữa, tạo sự ổn định với 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 3.1: Bàn máy di chuyển theo 2 hướng X và Y
3.2.2 Phương án 2: Bàn làm việc di chuyển theo hướng Y
Cơ cấu chịu lực của trục chính di chuyển dọc theo trục Z, trong khi toàn bộ trục Z được hỗ trợ bởi trục X Bàn máy có khả năng di chuyển theo trục Y Ưu điểm của thiết kế này là mở rộng không gian làm việc và mang lại 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 3.2: Bàn làm việc di chuyển theo trục Y
3.2.3 Phương án 3: Bàn máy đứng yên, trục XYZ di chuyển
Mô hình này 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 3.3: Bàn làm việc đứng yên, trục XYZ di chuyển
Sau khi xem xét kỹ lưỡng ba phương án, nhóm đã quyết định chọn phương án 2, trong đó bàn làm việc được di chuyển theo hướng Y Đây là phương án tối ưu nhất cho việc chế tạo máy CNC mini, vì nó dựa trên nền xác máy cũ (máy VMM) đã có sẵn cơ cấu tương tự và được căn chỉnh sẵn về độ song song, vuông góc, giúp tiết kiệm thời gian chế tạo.
Lựa chọn vít me
Có 2 loại vít me: Vít me dạng thường và vít me dạng bi
Hình 3.4: Vit me đai ốc
Cơ cấu vít me có những đặc điểm:
− Độ chính xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn
− Truyền động êm, có khả năng tự hãm, lực truyền lớn
− Có thể truyền động nhanh với vít me có bước ren hoặc số vòng quay lớn
− Hiệu suất truyền động thấp nên ít dùng để thực hiện những chuyển động chính
• Cơ cấu vít me bi:
Cơ cấu vít me đai ốc bi có những đặc điểm sau:
− Tổn thất ma sát ít nên có hiệu suất cao, có thể đạt từ 90 – 95 %
− Lực ma sát gần như không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động nên đảm bảo chuyển động ở nhựng vận tốc nhỏ
− Hầu như không có khe hở trong mối ghép và có thể tạo ra lực căng ban đầu, đảm bảo độ cứng vững hướng trục cao
Vít me đai ốc bi được ưa chuộng trong các máy cần truyền động thẳng chính xác, như máy khoan, doa tọa độ và các máy điều khiển chương trình số, nhờ vào những ưu điểm vượt trội của chúng.
Hình 3.5: Vit me dạng bi
Nhóm quyết định chọn loại vít me dạng bi do khả năng làm việc hiệu quả và độ ổn định cao Vít bi có độ ma sát nhỏ, giúp hoạt động trơn tru và ít phụ thuộc vào tốc độ.
Hình 3.6: Mối quan hệ giữa ma sát và tốc độ của 2 dạng vít me
Biểu đồ cho thấy rằng vít me bi cần ít thời gian khởi động hơn so với vít me thường, điều này cho thấy vít dạng bi là lựa chọn tối ưu nhất cho các ứng dụng yêu cầu hiệu suất cao.
Lựa chọn cơ cấu dẫn hướng
Thanh trượt vuông có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm khả năng trượt dễ dàng nhờ vào ma sát lăn của ổ đỡ, độ cứng cao và khả năng chịu tải tốt Ngoài ra, sản phẩm này có tuổi thọ cao, hiếm khi bị mài mòn và chống rung hiệu quả, đồng thời cũng dễ dàng bảo trì và sửa chữa.
Nhược điểm: Chi phí cao
Để thuận tiện cho việc gia công và lắp đặt, việc sử dụng các bộ phận sẵn có trong cấu trúc dẫn hướng như ổ trượt và thanh ray là rất hữu ích.
Hình 3.8: Thanh trượt tròn Ưu điểm: Thanh trượt, con trượt tròn có độ chính xác cao mà lại có giá thành phải chăng
Nhược điểm: chịu tải không tốt , độ chính xác và cứng vững không ổn định
Cơ cấu truyền động tích hợp vitme bi-đai ốc và ray trượt
Hình 3.9: Cấu tạo của LM Guide Actuator Model KR
− Tăng độ cứng vững chống moment xoắn
− Có sẳn trên thị trường với nhiều loại kích cỡ khác nhau (Giảm thời gian thiết kế và lắp)
− Dễ bảo trì, bảo dưỡng
− Có thể được sử dụng trong mọi hướng lắp đặt
− Giảm dao động tải cho phép hoạt động với độ chính xác cao
Kết luận về lựa chọn dẫn động và dẫn hướng cho máy CNC mini cho thấy nhóm đã quyết định sử dụng cụm cơ cấu truyền động tích hợp giữa vitme và thanh ray trượt nhằm tiết kiệm không gian và thời gian thiết kế, đồng thời đảm bảo độ cứng vững và hoạt động êm ái Bộ vít me thanh ray trượt của hãng THK, Model Kr, được áp dụng cho cả 3 trục X, Y, Z Đặc biệt, trục Y cần phải chịu tải lớn, do đó, nhóm đã bổ sung 2 thanh trượt ray vuông để tăng cường độ cứng vững cho hệ thống.
LM Guide + Ball Screw = Integral-structure Actuator
LM Guide Actuator Model KR
Chọn phần điện
Động cơ trục chính là bộ phận quan trọng quyết định chất lượng sản phẩm trong gia công, đặc biệt trong chế tạo máy CNC mini Động cơ này không chỉ đảm bảo hiệu suất gia công mà còn phải có khả năng kẹp và nhả dao trong quá trình thực hiện Hiện nay, động cơ trục chính được chia thành hai loại chính.
Động cơ một chiều (DC) là lựa chọn phù hợp cho máy CNC loại nhỏ nhờ vào moment khởi động lớn và khả năng dễ dàng điều khiển chiều và tốc độ Tuy nhiên, động cơ DC có dải tốc độ điều khiển hẹp và yêu cầu mạch nguồn riêng, do đó, chúng thường chỉ được áp dụng cho các loại máy CNC nhỏ hoặc mô hình, bao gồm hai loại chính.
Hình 3.10: 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 có đa dạng chủng loại và mạch điều khiển phức tạp với nhiều mức tốc độ Việc sử dụng biến tần để điều khiển động cơ này mang lại hiệu quả cao và linh hoạt trong ứng dụng.
❖ Động cơ xoay chiều chiều gồm 2 loại:
- Động cơ một xoay chiều 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 CNC Spindle CNC Motor 220V 1.5KW 1500W Square Air Cooled sử dụng CHK collet là loại spindle dạng tích hợp
Hình 3.11: CNC Spindle CNC Motor 220V1.5KW1500W Square Air
Tốc độ động cơ cho phép: 24.000 vòng / phút
Hình 3.12: Động cơ trục chính
Động cơ 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 cần thiết để chọn lựa phù hợp cho ứng dụng.
32 Động cơ bước Động cơ servo
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)
Vòng hở (không có encoder) Vòng kín (có encoder)
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 3.1 So sánh 2 động cơ
Khi xem xét đến số lượng động cơ sử dụng (5 cái) để xét đến giá thành và mục đích sử dụng, nhóm quyết định dùng động servo
3.6.2 Đề xuất phương án mạch điện
Trong máy CNC, các mạch điện đóng vai trò quan trọng và cần được thiết kế cẩn thận Một trong những mạch quan trọng nhất là mạch nguồn, có chức năng chuyển đổi điện lưới xoay chiều 220V thành điện một chiều với điện áp thấp, nhằm cung cấp năng lượng cho các mạch điện và thiết bị khác hoạt động hiệu quả.
Tiếp theo, cần lựa chọn các driver phù hợp để điều khiển động cơ servo Sau đó, hãy xác định loại bo mạch điện thích hợp cho máy CNC 3 trục, đảm bảo tích hợp giao tiếp với máy tính qua cổng LPT.
Lựa chọn phần mềm điều khiển:
Hệ điều khiển là một thành phần thiết yếu của máy CNC, có nhiệm vụ chuyển đổi các lệnh mã G thành các xung điều khiển cho động cơ, sau khi được xử lý qua bộ nội suy bằng phần mềm.
Phần mềm cho máy CNC cần có khả năng giao tiếp với mạch điều khiển, bao gồm thu nhận và xử lý tín hiệu từ cảm biến, cũng như nhận diện G-code và thực hiện nội suy Trong khi việc lập trình cho nội suy đơn giản như đường thẳng và đường tròn (2D) có thể do người chế tạo tự thực hiện, thì việc lập trình cho máy CNC gia công mặt cong và hình dạng phức tạp 3D lại rất khó khăn Đồ án này sẽ ưu tiên sử dụng bộ điều khiển ADTECH 4848 để xử lý tín hiệu và giải quyết các vấn đề liên quan đến G-code, nội suy và thực hiện các chức năng đơn giản, dễ thao tác cho người vận hành Dù có nhược điểm về giá thành cao so với phần mềm Mach 3 thường dùng, nhưng ưu điểm của bộ điều khiển ADTECH 4848 vượt trội hơn nhiều.
Hình 3.13: Giao diện bộ điều khiển ADTECH 4848
3.6.3 Lựa chọn công tắc hành trình và cảm biến Home cho máy
Hành trình của máy đã được cài đặt và thiết lập sẵn trên BDK nên ta không cần phải sử dụng công tắc hành trình
Theo hướng dẫn của bộ điều khiển ADTECH 4848, cảm biến NPN và cảm biến quang điện hình chữ U của Autonics được lựa chọn Cảm biến quang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, như xác định vật thể trong lọ trong suốt, đếm số lượng lon trên băng chuyền, và điều khiển cổng bãi đậu xe Những ưu điểm nổi bật của cảm biến quang bao gồm độ chính xác cao và khả năng hoạt động hiệu quả trong nhiều môi trường khác nhau.
− Nhận biết được hầu hết các loại vật liệu
− Khả năng nhận biết được những vật ở xa tới 100m
− Thời gian đáp ứng nhanh và tuổi thọ của nó cao
Nhược điểm của nó chính là
− Cảm biến sẽ hoạt động không tốt nếu như bề mặt của nó bị bẩn
− Khoảng cách nhận biết vật phụ thuộc nhiều về yếu tố màu sắc và hệ số phản xạ của vật đó
Cảm biến home yêu cầu độ chính xác cao để đảm bảo việc thay dao diễn ra chính xác, vì tọa độ thay dao dựa vào tọa độ của máy Nếu sai số quá lớn, quá trình thay dao sẽ không thực hiện được Do đó, nhóm đã quyết định chọn cảm biến quang làm cảm biến home cho máy.
Sau khi tham khảo giá các driver điều khiển động cơ servo và bộ điều khiển ADTECH 4848, nhóm chọn:
− Driver điều khiển Samsung Digital servo drive plus(220V-200W) là Driver rất phổ biến dùng cho máy CNC, máy tự động hóa
− Phần mạch điện dùng biến tần INVT(GD10-0R7G-S2-B-ZX, board output, handbox, bộ nguồn 24V-10A) để nhận và cấp tín hiệu điều khiển cho máy
Lựa chọn phương án đo dao trên máy CNC
Việc ứng dụng tính năng tự động thay đổi dao cụ trong máy gia công CNC đã trở nên phổ biến và mang lại hiệu quả cao Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi giữa các nguyên công cắt gọt có thể gây ra sai số gia công do nhiều yếu tố, trong đó việc thiết lập tham số bù kích thước hình học giữa các dao là rất quan trọng Sai số này thường xảy ra khi quá trình cài đặt tham số bù dao được thực hiện thủ công, phụ thuộc vào độ chính xác của người vận hành Hơn nữa, độ mòn của dao nếu không được bù kịp thời cũng làm gia tăng sai số gia công Ngoài ra, việc xác định lượng bù dao tốn nhiều thời gian, dẫn đến giảm năng suất máy.
Do máy chưa được nâng cấp với hệ thống thay dao tự động và máy 5 trục chưa đủ thời gian để phát triển toàn diện, hình thức đo dao hiện tại vẫn là thủ công Ưu điểm của phương pháp này là giá thành thấp, phù hợp cho sản xuất đơn chiếc.
− Kết quả đo thiếu chính xác
− Mỗi lần thay dao phải dừng máy, tốn nhiều thời gian
THIẾT KẾ TỦ ĐỰNG VÀ KẾT NỐI CÁC THIẾT BỊ VÀO BỘ ĐIỀU KHIỂN ADTECH 4848
Mục đích
Sau khi phân tích và thiết kế sơ bộ, việc kết nối bộ điều khiển với các động cơ qua driver là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả cho máy và tiết kiệm chi phí đầu tư Bố trí bộ điều khiển thuận tiện cho việc vận hành và hiệu chỉnh cũng góp phần tăng tính thẩm mỹ, hỗ trợ đáng kể trong quá trình thiết kế và gia công.
Dựa trên khối lượng bộ điều khiển và số lượng thiết bị điện liên quan, nhóm tiến hành thiết kế và gia công tủ đựng phù hợp Sau đó, nhóm sẽ bắt đầu phân tích và kết nối các mạch điện vào máy.
Tủ
- Thép hộp chữ nhật: 15-25-1.2 (mm)
- Phương pháp hàn: Hàn que
4.2.2 Thiết kế và chế tạo tủ
Hình 4.1: Khung đỡ bộ điều khiển
Hình 4.2: Tủ bộ điều khiển
+ Thép hộp chữ nhật sử dụng 20m
+ Alumax mạ nhôm: 1 tấm 1.2mx2.4mx3.1mm
Sức tải tổng khối lượng của bộ điều khiển, biến tần, driver và bộ nguồn khoảng 30kg, trong khi bánh xe chịu lực có khả năng tải lớn hơn 50kg và nhỏ hơn 150kg, do đó đáp ứng đầy đủ yêu cầu thiết kế.
Hình 4.3: Bộ điều khiển thực tế sau khi gia công
Kiểm tra độ tương thích của động cơ Servo với bộ điều khiển và lắp động cơ lên trục
Ta chọn động cơ Servo và Driver D16 để kiểm tra hoạt động của động cơ Các thao tác kiểm tra, chạy thử động cơ trên phần mềm smartjog
B1: Mở phần mềm có giao diện như hình dưới
Hình 4.4: Màn hình làm việc của phần mềm Smart Jog
B2: Click vào File → New → CSDJ Plus Series → Select
Hình 4.4a: Các bước kiểm tra trên phần mềm
Giao diện sau khi Select
B4: Kết nối Driver của Servo vào máy tính thông quay cổng USB
Click vào Connect để kết nối với Driver
B5: Chọn chế độ Jog để test trục có chạy hay không
Click vào Test Run hoặc Auto Tuning
Phân tích và kết nối các Board mạch, thiết bị điện
Board DB15 được kết nối với các cổng XS1 đến XS6 ở mặt sau bộ điều khiển, có chức năng cung cấp xung để điều khiển hoạt động của các trục Bo mạch này sử dụng 6 chân, bao gồm 2 chân nguồn 24V và 0V để bật/tắt Servo, 2 chân PUL+ và PUL- để cấp xung cho động cơ, cùng với 2 chân DIR+ và DIR- để điều khiển hướng quay của động cơ.
Hình 4.5: Các chân của DB15 cần dùng
Board DB26 được kết nối với cổng XS10 ở mặt sau bộ điều khiển, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển chiều quay và tốc độ của trục chính thông qua biến tần Board này sử dụng 4 chân, bao gồm 2 chân nguồn 24V và 0V, chân 21 để xuất tín hiệu điều tốc vào biến tần, và chân 22 là chân chung.
Hình 4.6: Các chân của DB26 cần dùng
Board OutPut được kết nối với cổng XS8 ở mặt sau bộ điều khiển, có chức năng điều khiển chiều quay trục (M3, M4), tự động thay dao và bật tưới nguội Chân 1 và 2 được sử dụng để điều chỉnh chiều quay của trục chính, trong khi chân 25 cung cấp nguồn cho bo.
Hình 4.7: Các chân của OutPut cần dùng
Board Input được kết nối với cổng XS7 ở mặt sau bộ điều khiển, cho phép kết nối các công tắc, nút nhấn và cảm biến như home và limit Chức năng chính của nó là bật tắt nguồn tổng, khởi động và dừng chương trình trên bộ điều khiển, đưa máy về vị trí home và giới hạn hành trình cho các trục.
Bộ điều khiển Servo Driver (khuyết đại servo) tự động điều chỉnh hoạt động của nó để đạt được độ chính xác cao theo yêu cầu của chương trình lập trình Nó khởi động toàn bộ hệ thống Servo và gửi tín hiệu đến bộ khuếch đại (Servo Drive) để thực hiện các chương trình đã cài đặt Khi nhận tín hiệu xung, Servo Drive điều chỉnh tần số dòng điện, giúp motor servo tạo ra lực mô-men chính xác theo yêu cầu.
Bộ phản hồi đánh giá vị trí và tốc độ của Motor servo so với yêu cầu chương trình, sau đó ghi vào bộ nhớ trung tâm điều khiển và phản hồi cho bộ điều khiển Bộ điều khiển sẽ hiệu chỉnh tín hiệu phát ra nhằm điều chỉnh hoạt động của hệ thống và giảm thiểu sai số Các tín hiệu liên tục thay đổi và di chuyển qua bộ khuếch đại trước khi được gửi đến motor, nhằm đạt được độ chính xác mong muốn.
Nhóm sử dụng 5 động cơ: 3 loại D18 và 2 loại D16 nhưng vẫn có đủ 3 cổng CN1 CN2 CN3 và các cổng này của từng driver đều có tính năng giống nhau
❖ CN1 (I/O Cable): dùng để điều khiển trục thông qua DB15 (đã phân tích sử dụng các cổng ở mục 4.4.1)
Hình 4.8: Số thứ tự, tên và công dụng của các chân trong CN1
❖ CN2 (Connector for Encoder Connection) là cổng kết nối cho Encoder của động cơ servo Động cơ servo nhóm lựa chọn sẽ dùng 9 chân ở bảng sau:
Hình 4.9: Số thứ tự, tên và công dụng của các chân trong CN2
❖ CN3: dùng để kết nối với máy tính giúp ta giao tiếp với driver thông qua phần mềm smartjog
Máy biến tần là thiết bị quan trọng giúp điều chỉnh tần số của dòng điện xoay chiều, cho phép chuyển đổi từ tần số này sang tần số khác một cách linh hoạt.
Biến tần là thiết bị quan trọng giúp điều chỉnh tốc độ của động cơ xoay chiều Bằng cách thay đổi tần số, người dùng có thể linh hoạt và hiệu quả trong việc kiểm soát tốc độ quay của động cơ.
Biến tần có các chân
Hình 4.10: Các chân của biến tần
Sử dụng chân S1 và S2 để điều chỉnh chiều quay của động cơ trục chính, trong khi chân GND đóng vai trò là chân chung Chân AI được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ, và các chân U, V, W kết nối với đầu ra của động cơ trục chính Để cấp nguồn cho biến tần hoạt động, chân L1 và L2 được sử dụng với nguồn 220V.
Bộ điều khiển sử dụng cảm biến NPN, cho phép dòng điện đi vào mass chung Nhóm đã chọn cảm biến quang học hình chữ U với 3 chân: 2 chân cấp nguồn 24V và 1 chân Out kết nối với chân số 10 của board Input.
Hình 4.11: Cảm biến quang học hình chữ U
Hiệu chỉnh Lim trục, Home trục
Bộ điều khiển đã tích hợp giới hạn trục nên chỉ cần thay đổi thông số Parameter_Axis trên màn hình
Hình 4.12: Màn hình parameter khi điều chỉnh giới hạn trục
Hình 4.13: màn hình parameter khi điều chỉnh giới hạn trục
Sau khi lắp đặt cảm biến home lên máy, cần thực hiện chuyển đổi chế độ từ chế độ cài đặt sẵn sang chế độ sử dụng cảm biến ngoài Điều này giúp xác định gốc tọa độ của máy một cách chính xác.
Set thông số [Home mode] trên giao diện Parameter từ 0 thành 1 để chuyển đổi trạng thái sử dụng cảm biến
Các chức năng của bộ điều khiển ADTECH 4848
4.6.1 Giới thiệu sơ lược về bộ điều khiển
Màn hình của bộ điều khiển ADTECH 4848 khi khởi động máy gồm có 5 trang màng hình tương ứng với 6 nút điều khiển ở phía bên phải (như hình bên dưới):
Hình 4.14: Giao diện làm việc của bộ điều khiển ADTECH 4848
❖ Trang Program Run: đây là trang màn hình chính khi khởi động bộ điều khiển
+ Position dùng để điều chỉnh tọa độ tương đối, tuyệt đối và tọa độ của máy làm việc
+ Path dùng để xem lại tổng quan các tọa độ và lựa chọn các mặt phẳng làm việc
+ MDI dùng để nhập chương trình gia công G-code bằng tay
❖ Trang Edit có công dụng điều chỉnh chương trình NC khi đưa vào máy và mở các tập tin để lấy chương trình NC vào máy
Hình 4.15: Giao diện làm việc của trang Program Edit
❖ Trang Parameters dùng để thay đổi các tính năng, thông số trong bộ điều khiển
+ General: điều chỉnh thông số cho toàn diện máy
+ Axis: điều chỉnh các thông số cho trục
+ Manage: điều chỉnh thông số quản lý với tính năng của máy
+ Tool: điều chỉnh tính năng của dao
+ Spindle: điều chỉnh thông số của trục chính
+ Port: điều chỉnh các thông số phụ
Hình 4.16: Giao diện làm việc của trang Parameters
❖ Trang M series (coordinates) dùng để điều chỉnh tọa độ làm việc theo dòng M và L
+ Coord dùng để cài đặt tọa độ theo dòng M
+ Exp dùng để đền bù thông số trong tọa độ
+ Set điều chỉnh tọa độ tham số
+ Halve dùng để đo định tâm
+ T cut dùng để đo thông số dao
+ Test dùng để đo kiểm tra
+ Cài đặt và điều chỉnh tọa độ theo dòng L cho phép ta bù tọa độ và cắt thử
Hình 4.17: Giao diện làm việc của trang Coord
❖ Trang Diagnosis có công dụng dùng để chuẩn đoán các thông số của máy bao gồm:
Hình 4.18: Giao diện làm việc của trang Dgnos
4.6.2 Các chức năng của các phím trên bộ điều khiển
- Các chức năng của các phím trên monitor
Hình 4.19: Các nút bấm trên monitor
Nhấn nút Reset sẽ ngay lập tức ngừng mọi hoạt động của máy và tắt tất cả các motor, đồng thời khởi động lại chương trình từ đầu Tính năng Reset rất quan trọng trong trường hợp xảy ra sự cố nghiêm trọng như chập mạch hoặc va đập nguy hiểm, giúp đảm bảo an toàn bằng cách dừng ngay lập tức mọi hoạt động của máy.
Reset cần phải đưa máy về điểm tham chiếu (hay cài lại tọa độ cắt)
• Start: bắt đầu chạy chương trình
• Pause: dừng tạm thời chương trình
• SBK: ở chế độ này chương trình được thực thi, dao sẽ dừng sau mỗi
Block chương trình (Câu lệnh) Chức năng này giúp ta kiểm tra từng khối lệnh
• Home: về chế độ ban đầu của máy (Home máy)
• Edit: điều chỉnh chương trình
• HandW: chế độ điều chỉnh các trục của máy bằng Handbox
• Auto: chế dộ chạy chương trình tự động
• MAN: hướng dẫn, trợ giúp
Bảng điều khiển của máy CNC 5 trục có nhiều chức năng bị trùng lặp, dẫn đến việc một số chức năng sẽ bị loại bỏ do nhóm chưa hoàn thiện Điều này ảnh hưởng đến hiệu suất và tính khả dụng của keyboard trong quá trình vận hành máy.
Hình 4.20: Keyboard của bộ điều khiển ADTECH 4848
• Operating mode: các kiểu điều chỉnh vận hành
• Manual/automatic ratio: Hiển thị tốc độ cắt Feedrate Override:
Tốc độ cắt (Feedrate) trong chương trình sẽ tìm được hiệu chỉnh tăng hoặc giảm theo phần trăm được lựa chọn trên nút
• Spindle override: cho phép thay đổi tốc độ trục chính
• Emergency stop: nút dừng khẩn cấp
• M01: là lệnh cho phép dừng tạm thời khi kết thúc 1 nguyên công
Khi sử dụng BDT, hệ thống sẽ tự động bỏ qua các chương trình có dấu “/” và tiếp tục thực hiện đoạn chương trình kế tiếp Tính năng này thường được áp dụng khi có quá nhiều nguyên công và người dùng muốn quay lại từ một bước cụ thể nào đó.
• MLK: chạy từng câu lệnh
• Current tool No: dao đang ở vị trí hiện tại trên máy
• Ready tool No: dao đang chờ
Kết nối các thiết bị điện vào bộ điều khiển
Sau khi phân tích và lựa chọn động cơ cùng các thiết bị điện, nhóm đã tổng hợp và thiết kế sơ đồ điện để hỗ trợ quá trình kết nối các chân của các cổng cắm vào board mạch.
Hình 4.21: Sơ đồ đấu nối các thiết bị điện vào bộ điều khiển Để đấu nối được các thiết bị điện vào bộ điều khiển ta cần sử dụng:
+ 5 sợi dây điện 8 lõi đồng 0.5 dùng để cấp tín hiệu cho encoder
+ 5 sợi dây điện 4 lõi đồng 0.3 để cấp xung và chiều cho động cơ
+ Dây điện đôi đỏ đen 0.3
+ 1 dây phích cắm để cắm vào nguồn 220V + Các cổng DB15, DB26, DB37
+ Dây điện lõi đồng 1 để kết nối các thiết bị
KỸ THUẬT VẬN HÀNH MÁY PHAY CNC 5 TRỤC VÀ TIẾN HÀNH GIA CÔNG THỬ ĐỂ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
Các bước vận hành máy
Dùng để điều chỉnh các tọa độ trục bằng tay Ở Keyboard ta chỉnh núm vặn “operating mode” chỉnh về chế độ
Hình 5.1: Chế độ Handw trên keyboard
Khi màn hình hiển thị chữ “MPG” thì máy đã chuyển sang chế độ handle
Và ta chỉ cần điều khiển các trục bằng handbox
Hình 5.2: Nơi hiển thị chữ “MPG” trên màn hình
Có công dụng: viết chương trình NC bằng tay Ở Keyboard ta chỉnh công tắc “operating mode” chỉnh về chế độ “MDI”
Chế độ "MDI" trên bàn phím cho phép người dùng chuyển từ màn hình làm việc của chương trình "RUN" sang giao diện nhập chương trình MDI bằng cách nhấn phím "F3".
Hình 5.5: Chương trình RUN và phím F3 trên màn hình
Sau khi hoàn thành chương trình NC, để máy bắt đầu chạy, nhấn nút “START” và sau đó nhấn “EOB” Nếu cần dừng chương trình để sửa chữa hoặc khởi động lại, ấn nút “RESET”, thực hiện các sửa đổi cần thiết và tiếp tục bằng cách nhấn “START” và “EOB” như trước.
Hình 5.6: Các nút “START”, “EOB” và “RESET” trên màn hình
Cách reset MDI khi cần viết 1 chương trình tay mới:
Cách 1: Tắt nguồn BDK_Khởi động lại
B1: Ở màn hình chính (Main menu), nhấn Edit để vào giao diện chỉnh sửa chương trình
B2: Nhấn File để vào giao diện các thư mục chứa chương trình
B3: Nhấn Reset và hệ thống sẽ hỏi Restart or Not
B4: Nhấn OK để khởi động lại hệ thống
Để khôi phục giao diện ban đầu trong chế độ MDI, bạn hãy nhấn giữ nút Reset trong khoảng 3 giây và chọn tùy chọn reset Sau đó, màn hình sẽ hiển thị lại như ban đầu, cho phép bạn viết một đoạn chương trình mới.
Chế độ JOG có công dụng để điều chỉnh tốc độ chạy dao nhanh bằng tay Ở Keyboard ta chỉnh công tắc “operating mode” chỉnh về chế độ “JOG”
Hình 5.7: Chế độ JOG trên Keyboard
Khi màn hình hiển thị chữ “JOG” thì máy đã chuyển sang chế độ JOG
Hình 5.8: Nơi hiển thị chữ “JOG” trên màn hình
Để điều chỉnh di chuyển trục, bạn có thể sử dụng các phím X+, X-, Y+, Y-, Z+, Z-, A+, A-, C+, C- Nếu muốn tăng tốc độ di chuyển, hãy ấn phím “⁓” để tăng tốc độ dịch chuyển.
Hình 5.9: Các phím để di chuyển trên Keyboard
Máy CNC cần xác định vị trí ban đầu cụ thể, gọi là vị trí home, trước khi bắt đầu chạy chương trình NC Việc đưa máy về vị trí home giúp hệ thống máy CNC xác nhận đúng vị trí khởi đầu Để thực hiện thao tác này, người dùng cần chỉnh công tắc “operating mode” trên bàn phím về chế độ phù hợp.
Hình 5.10: Chế độ “HOME” trên Keyboard
Sau đó, ta sẽ đưa các trục XYZ về chuẩn máy bằng cách ấn các phím Z-, Y-,
X- Lưu ý rằng: để đảm bảo an toàn cho máy khỏi va đập, ta BẮC BUỘC phải đưa trục Z về chuẩn trước sau đó mới được đưa X, Y về chuẩn
Hình 5.11: Các phím để đưa các trục về chuẩn máy
Ngoài ra ta có thể đưa các trục về HOME đồng thời bằng cách:
Bước 1: Xoay núm vặn “Operating mode” sang chế độ home
Để bắt đầu, nhấn nút Start để trục Z di chuyển về điểm gốc home Sau đó, các trục còn lại sẽ đồng thời di chuyển về vị trí gốc home đã được lắp đặt cảm biến trước đó.
Cách lấy chương trình NC vào máy
Công dụng: Máy sẽ nhận chương trình NC từ phần mềm gia công để thực hiện nguyên công và tạo ra sản phẩm
Chúng ta tải chương trình NC đã được lập trình vào máy thông qua USB Trên màn hình làm việc, chọn "Edit" và nhấn F5 để vào "FILE" nhằm truy xuất chương trình.
Hình 5.12: Màn hình làm việc ở chế độ EDIT
Khi chọn được chương trình, ta nhấn phím EOB và EOB một lần nữa để
“Confirm” chương trình vào máy Sau đó ta quay về trang RUN để xem chương trình đã được vào máy hay chưa
Hình 5.13: Màn hình xác nhận đưa chương trình vào
Hình 5.14: Chương trình đã lấy nằm ngoài màn hình làm việc
Cách đo chiều dài dao và khai báo chiều dài dao
Công dụng của máy gia công là tự động tính toán khoảng cách di chuyển của trục chính dựa trên độ sâu khác nhau của chi tiết, giúp cải thiện khả năng di chuyển phối hợp của các trục Điều này không chỉ tối ưu hóa quá trình gia công mà còn giảm thiểu nguy cơ hư hỏng do va đập giữa dao và chi tiết cũng như máy.
Khi lắp dao vào máy, trên trang “RUN” sẽ hiển thị các tọa độ tuyệt đối Để điều chỉnh chiều dài dao, ta cần xoay trục chính Để giảm thiểu nguy cơ hư hỏng dao khi tiếp xúc với phôi, chuyển sang chế độ “Handle” và di chuyển dao đến mặt phẳng làm việc của phôi Khi dao vừa chạm vào phôi, truy cập mục “Coord” và nhấn F2 để vào bảng “Offset”, sau đó nhập chiều dài dao bằng cách lấy tọa độ trục Z từ hệ tọa độ tuyệt đối “A” và ghi vào bảng “Length offset”.
Hình 5.15: Bảng làm việc của chế độ Coord
Cách lấy chuẩn chi tiết và khai báo chuẩn chi tiết
Công dụng của thiết bị này là tạo ra các tâm chi tiết, giúp gia công các chi tiết có độ phức tạp khác nhau và phân biệt giữa chuẩn chi tiết và chuẩn máy, từ đó nâng cao khả năng kiểm soát quá trình gia công Để bắt đầu, người dùng cần chuyển sang chế độ handle bằng cách nhấn nút quay spindle trên bàn phím, điều này giúp mở xoay trục chính và giảm thiểu nguy cơ hư hại cho dao trong quá trình lấy chuẩn.
Chuyển sang trang "RUN" và nhấn F2 để lấy tọa độ làm việc tương đối "REL" Sau đó, chuyển máy về chế độ "Handle" để di chuyển dao đến vị trí cần lấy tâm.
Hình 5.16: Màn hình ở chế độ “Rel” trên trang RUN
Sau khi xác định được tâm của ba trục, bạn vào trang làm việc "Coord" và nhập các tọa độ tương đối "A" vào các chuẩn G54-G59 tùy theo lập trình Cuối cùng, chỉ cần nhấn RESET và quay trở lại trang RUN để sử dụng chuẩn phôi đã khai báo.
Hình 5.17: Trang Coord và nơi nhập các chuẩn phôi
Thực nghiệm và đánh giá kết quả
Máy phay CNC 5 trục đã hoàn tất quá trình thiết kế, chế tạo, lắp ráp và kết nối, sau đó được tiến hành vận hành thử để kiểm tra khả năng hoạt động của các chi tiết máy Quá trình này cũng nhằm đánh giá sự ăn khớp giữa các trục, độ rung động và tiếng ồn phát ra từ máy.
Kết quả thực nghiệm cho thấy máy hoạt động hiệu quả, các chi tiết vận hành trơn tru, các trục di chuyển ăn khớp với nhau, đồng thời có độ rung nhất định và độ ồn tương đối thấp.
Hình 5.18: máy sau khi hoàn thiện
Một số hình ảnh quá trình thực hiện
Hình 5.19: Hình ảnh gia công tủ đựng BĐK
Hình 5.20: Hình ảnh mô phỏng máy và gia công bàn máy
Hình 5.21: Hình ảnh điều chỉnh BĐK và độ chính xác các trục
Hình 5.22: Hình ảnh kết nối dây điện và các cổng và lắp vào máy
Các biện pháp an toàn và bảo trì bảo dưỡng máy
- Các chi tiết máy quay ở tốc độ cao nên tuyệt đối không điều chỉnh máy khi máy đang hoạt động
- Kiểm tra chương trình gia công NC thật kĩ trước khi gia công chi tiết
- Kiểm tra hệ thống điện trước khi bật máy
- Sử dụng đồ bảo hộ khi vận hành máy
- Đưa về chuẩn máy và hạ trục Z xuống một khoảng ngắn trước khi tắt máy
- Thường xuyên bảo trì bảo dưỡng để các chi tiết máy hoạt động tốt nhất:
+ Bôi mỡ cho các ổ lăn
+ Vệ sinh máy hàng ngày sau khi sử dụng
+ Vệ sinh bộ điều khiển và cất gọn gang sau khi sử dụng