Thiết kế máy phay gỗ cnc 3 trục

TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC

CNC viết tắt từ tiếng anh “Computer Numeric Control” là một dạng máy NC điều khiển tự động có sự giúp đỡ của máy tính, mà trong đó các bộ phận tự động được lập trình để hoạt động theo các sự kiện tiếp nối nhau với tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra được mẫu vật với hình dạng và kích thước yêu cầu, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng các kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G.

Sự xuất hiện của công nghệ này là một cuộc cách mạng trong sản xuất công nghệ, nhất là nghành công nghệ điêu khắc gỗ Sự chuyển động kết hợp giữa 3 chiều x-y-z của máy CNC giúp thực hiện các công việc gia công trở nên dễ dàng, nhanh chóng, làm giảm nhiều thời gian, công suất và nhất là không phụ thuộc vào yếu tố tay nghề của công nhân, mọi sản phầm làm ra đều có chất lượng như nhau.

Việc ứng dụng CNC đã trở nên rộng rãi sau một thời gian ngắn, chủ yếu là ngành kim khí điện máy, nghành may mặc, nghành quảng cáo, ngành điện tử và đặc biệt là nghành mꢀ nghệ…các chất liệu sử dụng CNC để gia công là: Sắt, inox, đồng, nhôm, mica, gỗ, MDF…

Máy phay 3 trục sử dụng hệ tọa độ không gian nên chiều dương của trục Z là chiều chạy từ chi tiết cần phay tới dụng cụ gia công Còn hai trục tọa độ XY còn lại được xác định theo quy tắc bàn tay phải Cấu tạo máy cnc của máy phay CNC 3 trục bao gồm các thành phần chính như sau:

Hình 1.1 Cấu tạo của máy CNC

Một máy phay CNC thông thường đều được cấu tạo bởi các bộ phận chính sau:

Khung máy và kết cấu cơ khí, cơ cấu chuyển động.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân

Chương Người hướng dẫn: Ts Nguyễn Xuân

Thiết kế và chế tạo máy phay gỗ CNC 3 trục

Các động cơ dẫn truyền chuyển động di chuyển các trục và động cơ.

Mạch lực (mạch công suất) điều khiển các động cơ.

Phần mềm điều khiển máy CNC.Đề tài này sẽ nghiên cứu các vấn đề về máy CNC, trong đó tập trung vào thiết kế và chế tạo máy CNC 3 trục và thử nghiệm trong điêu khắc gỗ 3D.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của máy CNC là thực hiện gia công các chi tiết, chi tiết máy theo bản vẽ được thiết kế trước và đã cụm chuyển sang dữ liệu số nhập vào máy tính.

1.4 Hệ tọa độ và các điểm gốc, điểm chuẩn Để có thể tính toán quꢀ đạo chuyển động của dụng cụ nhằm xây dựng chương trình điều khiển máy CN như mô tả ở phần trên, một điểm quan trọng là việc xác định hệ thống tọa độ và các điểm gốc, điểm gốc chuẩnThông thường, trên các máy điều khiển theo chương trình số, người ta thường sử dụng hệ tọa độ Đề các OXYZ theo quy tắc bàn tay phải hình 1.3 (hệ tọa độ thuận) và nó được gắn vào chi tiết gia công Gốc của hệ trục tọa độ có thể đặt tại bất kỳ một điểm nào đó trên chi tiết, nhưng thông thường người ta sẽ chọn tại những điểm thuận lợi cho việc lập trình, đồng thời dễ dàng kiểm tra kích thước theo bản vẽ của chi tiết gia công mà không phải thực hiện nhiều bước tính toán bổ sung.

Một đặc điểm mang tính quy ước là trên các máy điều khiển theo chương trình số, chi tiết gia công được xem là cố định được gắn với hệ thống tọa độ cố định nói trên, còn mọi chuyển động tạo hình và cắt gọt đều do dụng cụ thực hiện.

Trong thực tế, điều này đôi khi là ngược lại, ví dụ như trên máy phay thì chính bàn máy mang phôi thực hiện chuyển động tạo hình, còn dụng cụ chỉ thực hiện chuyển động cắt gọt Vì vậy khi sử dụng máy điều khiển theo chương trình số cần phải luôn luôn tạo nên một thói quen để tránh những nhầm lẫn đáng tiếc có thể gây ra nguy hiểm cho máy, dụng cụ và con người.

Theo quy ước chung, phương của trục chính của máy là phương của trục OZ, còn chiều dương của nó được quy ước khi dao tiến ra xa chi tiết Ví dụ với máy tiện 2D thông thường thì trục hình của nó nằm ngang và trùng với phương

OZ của hệ tọa độ, chiều dương của nó hướng ra khỏi ụ trục chính (hướng về phía bàn dao) Phương chuyển động của bàn xe dao theo hướngchính là phương OX và chiều dương của nó là hướng ra xa bề mặt chi tiết gia công Đối với máy phay thẳng đứng, trục Z hướng theo phương thẳng đứng lên trên, còn trục X và trục Y được xác định theo quy tắc bàn tay

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Chương

Người hướng dẫn: Ts Nguyễn Xuân

Thiết kế và chế tạo máy phay gỗ CNC 3 trục phải, tuy nhiên trong thực tế các nhà chế tạo máy lại thường ưu tiên chọn trục X là trục mà có chuyển động bàn máy dài hơn Đối với các chuyển động quay xung quanh các trục tương ứng X, Y, Z được xác định bằng các địa chỉ A, B, C sẽ được xác định là dương khi chiều quay đó có hướng thuận chiều kim đồng hồ khi nhìn theo chiều dương của các trục tương ứng (khi nhìn vào gốc của hệ trục toạ độ từ phía các trục thì chiều quay của chúng là ngược chiều kim đồng hồ) Ngoài ra, còn một số chuyển động phụ song song với các trục tương ứng với các trục X, Y, Z là các địa chỉ U, V, W và hướng của chúng.

1.5 Phân loại máy phay CNC

CNC có thể chia theo phân loại và theo hệ thống điều khiển:

Theo phân loại máy củng tương tự như các máy công cụ truyền thống, chia ra các loại máy như máy khoan CNC, máy phay CNC, máy tiện CNC

Phân theo hệ thống có thể phân ra các loại:

Các máy điều khiển điểm tới điểm: VD: máy khoan, khoét, máy hàn điểm, máy đột….Các máy điều khiển đoạn thẳng: đó là các máy có khả năng gia công trong quá trình thực hiện dịch chuyển theo các trục. Ưu điểm cơ bản của máy CNCSo với các máy điều khiên công cụ bằng tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung, chương trình được đưa vào máy Người điều khiển chỉ chủ yếu theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy Độ chính xác làm việc cao, thông thường các máy CNC có độ chính xác máy là

0.001mm do đó có thể đạt được độ chính xác cao hơnTốc độ cắt cao nhờ có cấu trúc cơ khí bền chắc của máy những vật liệu cắt hiện đại như kim loại cứng hay gốm oxit có thể sử dụng tốt hơn.

Thời gian gia công ngắn.

Máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm thời gian quan chỉnh máy, đạt được tính kinh tế cao trong việc gia công các sản phẩm nhỏ

ꢀt dừng máy để bảo trì, sửa chửa.

1.6 Một số mẫu máy CNC 3 trục

Tại thị trường Việt Nam đã xuất hiện nhiều loại máy CNC chủ yếu là sản xuất tại

Trung Quốc và một số nước Châu Âu, những máy này thường dùng ở các nhà máy

THIẾT KẾ MÁY PHAY GỖ CNC 3 TRỤC

2.1 Lựa chọn nguyên lý kết cấu của máy phay gỗ CNC 3 trục

Qua thu thập thông tin, khảo sát và phân tích các mẫu máy phay CNC 3 đang có trên thị trường hoặc đã được nghiên cứu ứng dụng vào thực tế, để phù trục hợp với yêu cầu thiết kế, chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục sử dụng cho đồ án này, nhóm đã lựa chọn phương án kết cấu máy máy như hình 2.1.

Hình 2.1: Phương án phôi cố định Nguyên lý:

Trục Y chuyển động trên bệ máy, trục X chuyển động trên trục Z, trục Z chuyển động trên trục X

Cấu trúc của máy: Gồm các bộ phận chính thân máy, đế máy, bàn máy, cụm trục chính, bộ phận dẫn hướng, bộ truyền động tịnh tiến, khớp nối trục, hệ thống điều khiển…Đế máy: Là bô phận đỡ toàn bộ các bộ phận của máy phía trên nó, thân máy được lắp vào đế bằng hệ thống bu-lông, đai ốc và là phần đỡ cụm trục Z, cụm trục chính, động cơ truyền động trục chính.Bàn máy: Để gá đặt phôi hoặc đồ gá gia công và nhờ có sự chuyển động linh hoạt của bàn máy đã làm tăng khả năng gia công cho nhiều dạng chi tiết. Cụm trục chính: Để lắp dụng cụ gia công, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt phôi trong quá trình gia công Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của bàn máy theo trục X, Y và chuyển động lên xuống theo trục Z.

Bộ truyền động vít me – đai ốc bi: Dùng trong chuyển động chạy dao, biến chuyển động quay của trục vít me thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại

Hệ điều khiển với sự tham gia của máy tính cho phép thay đổi và hiệu chỉnh chương trình gia công chi tiết và chương trình hoạt động của máy.

2.2 Tính chọn động cơ trục chính

Mô hình máy phay gỗ CNC 3 trục phải đảm bảo một số yêu cầu kꢀ thuật làm việc được như ở nhiều chế độ tải trọng và tốc độ khác nhau, điều khiển dễ dàng, làm việc êm dịu, do đó trong thực tế máy phay CNC thường sử dụng động cơ trục chính để lắp dao cắt thông qua collet spindle và thực hiện quá trình gia công Động cơ trục chính cần được sử dụng biến tần kết nối với máy tính, chất lượng điều khiển tốt về cả tốc độ và mômen

Lực cắt được tính theo công thức sau: (công nghệ chế tạo máy 2, Nguyễn Lực) Đắc10.ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ

Tốc độ cắt V được tính theo công thức sau: (công nghệ chế tạo máy 2, Nguyễn Đắc Lực) ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ

ꢀ : Chu kỳ bền của dao (tra bảng 5-40 chọn ꢀ 145)

Chiều dài trục vít me trục Z = 300 mm

Hình dáng và kích thước của vít me – đai ốc bi theo trục Y được thể hiện ở hình

.2, theo trục X và Z thì trục vít me bi có hình dáng tương tự với kích thước như đã lựa

2 chọn ở trên Trên cơ sở đó, lựa chọn được gối đỡ cho các trục vít me bi đai ốc như hình 2.3

Hình 2.2: Hình dáng và kích thước của trục vít me – đai ốc bi trục Y

Hình 2.3: Kết cấu và kích thước gối đỡ trục vít me đai ốc bi

2.4 Lựa chọn bộ phận dẫn hướng Để tận dụng tối đa phần làm việc của các trục vít me, nên trục dẫn hướng có chiều dài đảm bảo: ꢀꢀℎ ≥ ꢀ Hình dáng của bộ phận dẫn hướng được thể hiện ở hình 4.

2 Trục X có bề rộng của phần gá cụm trục chính và bàn máy tương đối nhỏ nên chỉ cần 1 trục vít me bi để dẫn động chính và một trục dẫn hướng với 2 ty trượt tròn lắp sát nhau Chiều dài trục dẫn hướng trục X chọn ꢀTrục Y đỡ cơ cấu hình trình của trục X nên cần có 2 thanh dẫn hướng ở 2 ꢀℎꢀ = 780 mm. bên với

2 ty trượt tròn trên thanh trượt và trục vít me bi để dẫn động chính Chiều dài trục dẫn hướng trục Y chọn : ꢀꢀℎꢀ = 450 ꢀꢀ.

Trục Z đỡ cả phần động cơ trục chính nên sử dụng hai thanh dẫn hướng hai bên dể dẫn động động cơ chính Chiều dài trục dẫn hướng trục Z chọn: ꢀꢀℎꢀ = 300

Hình 2.4 Hình dáng trục dẫn hướng và ty trượt

2.5 Lựa chọn động cơ truyền động và mạch điều khiển động cơ bước

Trong khuôn khảo đề tài này nhóm chúng em chọn động cơ bước cho truyền động của 3 trục X, Y, Z vì động cơ bước có nhiều ưu điểm nổi bật như điều khiển thuận lợi chính xác vị trí theo nhịp bước và mạch điều khiển đơn giản Hình ảnh động cơ được thể hiện ở hình 2.5a

Hình 2.5a: Động cơ bước size 57

Thông số k ꢀ thuật chính của động cơ:

Dòng chịu tải: 4 A Momen xoắn trên trục: 2.2 Nm Góc bước: 1,8°/step Đường kính trục: 8 mm

Yêu cầu đặt ra trong quá trình thiết kế và chế tạo mô hình máy phay CNC là phải giao tiếp được với máy tính Để điều khiển được động cơ bước tại các trục X,

Y, Z của máy thì cần có mạch nhận tín hiệu từ cổng LPT (đối với desktop) hoặc cổng USB (đối với laptop).

Mạch điều khiển TB6600 hình 2.5b sử dụng IC TB6600HQ/HG, dùng cho loại động cơ bước: 42/57/86 2 pha hoặc 4 dây 4A/các

Hình 2.5b: Mạch điều khiển động cơ

Tính năng chính của mạch điều bước khiển:

Dòng điện dẫn cực đại: 4

VNgõ vào có cách ly quang, tốc độ cao.

2.6 Lựa chọn mạch điều khiển trung tâm

Từng trục của máy CNC được chuyển động bởi các động cơ bước, các động cơ bước này được cấp nguồn công suất từ các bộ điều khiển động cơ (Motor Driver) Mỗi tổ hợp động cơ và Motor Driver được điều khiển hướng và tốc độ bởi mạch điều khiển

Hình 2.6a: Sơ đồ nguyên lý điều khiển máy

Mạch điều khiển trung tâm có CNC chức năng nhận lệnh từ máy tính để điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống, thực hiện điều khiển các động cơ bước để tiến hoặc lùi 3 trục X, Y, Z và điều khiển động cơ phay trục chính thông qua biến tần điều khiển.

Hình 2.6b: Mạch CNC BOB Mach 3 USB

trục

Một số tính năng chính của mạch:

Giao tiếp với máy tính qua công USB Nguồn sử dụng 5V DC

Tần số xung tối đa: 100 khz Điều khiển 4 động cơ bước qua các trục: X, Y,

2.7 Ứng dụng phần mềm Mach 3 để gia công một số chi tiết trên mô hình máy

2.7.1 Gi ớ i thi ệ u v ề ph ầ n m ề m Mach 3 CNC Phần mềm Mach 3 CNC là 1 phần mềm điều khiển CNC của hãng Artsoft

USA Phần mềm ban đầu được thiết kế dành riêng cho người thiết kế máy CNC nhưng sau đó đã được cải tiến mạnh mẽ nên đã trở thành 1 phần mềm điểu khiển đa dạng và linh hoạt cho các loại máy CNC Giao diện chính của phần mềm hình 2.7

Hình 2.7: Giao diện chính phần mềm Mach 3 CNC

2.7.2 T ính năng củ a ph ầ n m ề m Mach 3 CNC Biến máy tính cá nhân thành một bộ điều khiển máy CNC 6 trục với đầy đủ tính năng.

Import trực tiếp các file dxf, bmp, jpg và hpgl thông qua phần mềm JDPaint.

Hiển thị G-code trực quan. Điều khiển được tốc độ trục chính (Spindle).

Khả năng tạo ra xung điều khiển tốc độ động cơ bằng tay.

Hiển thị video khi máy chạy.

Giao diện có thể hiển thị ra toàn màn hình bất kỳ đang sử dụng.

Chương 3: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT

3.1 Đặt vấn đề Để có thể thực hiện sản xuất một sản phẩm đạt được chất lượng và hiệu quả kinh tế Ở một điều kiện cụ thể cần phải có quá trình chuẩn bị công nghệ chu đáo.

Chuẩn bị công nghệ là giai đoạn chuẩn bị về quy trình sản xuất, chuẩn bị trang thiết bị dụng cụ cùng với việc tổ chức sản xuất sao cho đạt hiệu quả kinh tế cao nhất Với sự phát triển không ngừng của các lĩnh vực thiết kế và sản xuất hỗ trợ của máy tính và khối lượng lao động cũng như thời gian chuẩn bị sản xuất giảm đáng kể, mức tin cậy cao hơn.

3.2 Xác định đường lối công nghệ

Với khối lượng, hình dáng chi tiết và sản lượng hằng năm như trên, dạng sản xuất hàng loạt vừa Theo kinh nghiệm thao khảo thì đường lối công nghệ được xác định phù hợp nhất là gia công một vị trí và nhiều vị trí kết hợp nhau, gia công bằng một dao và 2 dao, gia công tuần tự - song song

3.3 Chọn phương pháp gia công Đối với các loạt sản xuất hàng loạt vừa muốn chuyên môn hóa cao để có thể đạt năng suất cao trong điều kiện sản xuất ở Việt Nam, thì đường lối công nghệ thích hợp nhất là phân tán nguyên công (ít bước công nghệ trong một nguyên công) Ở đây dùng máy vạn năng kết hợp với đồ gá chuyên dùng và các máy chuyên dùng để chế tạo.

Sau khi nghiên cứu k ꢀ chi tiết ta phân chia các bề mặt gia công và lựa chọn phương pháp gia công cuối thích hợp để đạt được cấp chính xác và độ bóng.

3.4 Lập tiến trình công nghệ

Nguyên công 1: Phay mặt A đạt độ bóng cấp 6, Ra=2.5 Nguyên công 2: Trở mặt B phay mặt B đạt độ bóng cấp 5, Rz@ Nguyên công 3: Khoan, khoét, doa 4 lỗ đường kính 11, 4 lỗ đường kính 16 sâu

5mm đạt độ bóng cấp 5, Rz@

1 Nguyên công 4: Khoét, doa lỗ có đường kính 32 đạt độ bóng cấp

5, Rz@ Nguyên công 5: Phay mặt C,D,G đạt độ bóng cấp 6, Ra=2.5 Nguyên công 6: Phay mặt E,F đạt đô bóng cấp 6, Ra=2.5 Nguyên công 7: Khoan, khoét, doa 2 lỗ có đường kính 8 đạt độ bóng cấp 5,

Nguyên công 9: Kiểm tra độ song song giữa đường tâm lỗ 32 và mặt Đáy A, kiểm tra độ vuông góc của cái lỗ

Chuẩn định vị dùng để gá lắp đầu tiên gọi là chuẩn thô.

Các mặt đã gia công được dùng để làm định vị dùng trong quá trình gia công về sau gọi là chuẩn tinh.

- Mục đích của việc chọn chuẩn là đảm Chất lượng của chi tiết trong quá trình gia côngbảo:

Nâng cao năng suất và giảm giá thành

- Khi chọn chuẩn thô phải chú ý yêu cầu:

Phân phối đủ lượng dư cho các bề mặt cần gia công, đảm bảo độ chính xác cần thiết về vị trí tương quan giữa các bề mặt Lấy mặt nào dùng để tiếp tục gia công các bề mặt khác làm chuẩn thô Đối với các chi tiết không cần phải gia công tất cả các bề mặt thì phải chọn mặt có lượng dư gia công nhỏ nhất làm chuẩn thô.Đối với chi tiết cần phải gia công tất cả các bề mặt thì phải chọn mặt có lượng dư gia công nhỏ nhất làm chuẩn thô.Nên chọn mặt bằng phẳng, nh ꢀ n không có lỗ rót làm chuẩn thô.

Nên chọn mặt phẳng tương đối vững chắc làm chuẩn thô để tránh cho kẹp bị hỏng hoặc kẹp không chặt.-Các nguyên tắc chọn chuẩn tinh:

Vậy căn cứ vào các luận điểm trên và phân tích chi tiết ta chọn mặt B, E, F làm chuẩn thô, mặt A làm chuẩn tinh.Mặt B, E, F không có đậu ngót, lỗ rót, bằng phẳng và vững chắc, riêng mặt B không yêu cầu gia công độ bóng cao.Mặt A là mặt lắp ráp, và là chuẩn thiết kế diện tích lớn, cứng vững, và được chọn làm chuẩn tinh thống nhất về sau, đảm bảo các yêu cầu của việc chọn chuẩn tinh. Đánh số bề mặt định vị:

3.6 Phiếu tiến trình công nghệ

Nguyên công 1: Khỏa mặt đầu mặt A đạt độ bóng cấp

B1: Phay thô mặt A đạt độ bóng cấp 5, Rz

B2: Phay tinh mặt A đạt độ bóng cấp

6, Rz% Chọn máy: Máy phay đứng 6H12

Chọn dao: Dao phay mặt đầu răng chắp mảnh hợp kim cứng.

Công suất động cơ: N = 7 kw Định vị và kẹp chăt:

Chi tiết được định vị ở mặt B bằng 3 chốt tỳ khống chế 3 bậc tự do, một bên được kẹp chặt và bên còn lại được định vị bằng 2 chốt tỳ

Nguyên công 2: Trở đầu phay mặt B đạt độ bóng cấp

B1: Phay thô mặt A đạt độ bóng cấp 5, Rz

B2: Phay tinh mặt A đạt độ bóng cấp

Chọn máy: Máy phay đứng 6H12.

Công suất động cơ: N = 7 kw.Chọn dao: Dao phay mặt đầu răng chắp mảnh hợp kim cứng. Định vị và kẹp chặt:Chi tiết được định vị ở mặt đáy bằng 3 chốt tỳ khống chế 3 bậc tự do, 1 bên được kẹp chặt và bên còn lại được định vị bằng 2 chốt tỳ khống chế 2 bậc tự do.Nguyờn cụng 3: Khoan, khoột doa 4 lỗ ỉ11, 4 lỗ bậc ỉ16 sõu

15mm đạt độ bóng cấp 5, Rz@

B1: khoan lỗ ∅,7 mm đạt độ bóng cấp

B2: Khoét lỗ đạt ∅16mm đạt chiều sâu 15mm tính từ mặt B,

∅11mm từ mặt B xuống đáyB3: Doa lỗ, ∅16 mm đạt chiều sâu 15mm tính từ mặt B, ∅11mm từ mặt B xuống đáy

Chọn máy: Máy khoan đứng 2A125

Công suất động cơ: N 2,8 kw.

Chọn dao: Mũi khoan ruột gà đuôi trụ Định vị và kẹp chặt:Chi tiết được định vị ở mặt đáy bằng 3 chốt tỳ khống chế 3 bậc tự do, 1 bên được kẹp chặt và bên còn lại được định vị bằng 2 chốt tỳ khống chế 2 bậc tự do.

Nguyên công 4: Khoét, doa lỗ ỉ32

B1: Khoột lỗ ỉ32 đạt độ búng cấp 4, Rz@ B2: Doa lỗ ỉ32 đạt độ búng cấp 5, Rz@ B3: Doa tinh lại lỗ lắp ghộp ỉ32 đạt độ nhỏm cấp

Ta dùng mặt đáy làm chuẩn tinh thống nhất, mặt đáy gá trên phiến tỳ khống chế bậc tự do, một lỗ lồng vào chốt trụ ngắn khống chế 2 bậc tự do, một lỗ lồng vào chốt

3trám khống chế 1 bậc tự doKẹp chặt:

Sử dụng vấu tỳ kết hợp bu lông kẹp chặt 2 bên hông

Nguyên công 5: Phay mặt C, D, G đạt độ bóng cấp 6,

B1: Phay thô mặt C, D, G đạt độ bóng cấp 5, Rz

B2: Phay tinh mặt C, D, G đạt độ bóng cấp

Chọn máy: Máy khoan đứng 6H81Công suất động cơ: N = 7 kw.Chọn dao: Dao phay đĩa ba mặt răng gắn mảnh thép gió. Định vị:

Theo chuẩn tinh thống nhất

Nguyên công 6: Phay mặt E, F đạt độ bóng cấp 6,

B1: Phay thô mặt E đạt độ bóng cấp 5, Rz B2: Phay tinh mặt E đạt độ bóng cấp 6,

Za=2.5 B3: Trở mặt F, Phay thô mặt F đạt độ bóng cấp

5, Rz B4: Phay tinh mặt F đạt độ bóng cấp 6, Ra=2.5

Chọn máy: Máy phay đứng 6H12.

Công suất động cơ: N = 7 kw.

Chọn dao: Dao phay mặt đầu răng chắp mảnh hợp kim cứng. Định vị:

Theo chuẩn tinh thống nhấtKẹp chặt:

Nguyờn cụng 7: Khoan, khoột, doa 2 lỗ ỉ8 đạt độ búng cấp

B1: khoan lỗ ∅=7,8mm, đạt độ bóng cấp 5, Rz@

B2: khoét lỗ đạt ∅7.8 mm, đạt độ bóng cấp 5, Rz 40

B3: Doa lỗ ∅8mm, đạt độ bóng cấp 5, Rz@

Chọn máy: Máy khoan đứng 2A125 Công suất động cơ: N = 2,8 kw

Chọn dao: Mũi khoan ruột gà đuôi trụ Định vị và kẹp chặt:

Theo chuẩn tinh thống nhấtNguyên công 8: Khoan, taro ren M8x1.25

B1: Khoan lỗ ỉ6, 7 đạt độ búng cấp 4, Rz@

B2: Khoột lỗ ỉ6, 7 đạt độ búng cấp 5, Rz@

Chọn máy: Máy khoan cần 2A55.

Công suất động cơ: N = 4,5 kw.Chọn dao: Mũi khoan ruột gà d=6.7zmm, L = 156mm, l = 102mm Định vị và kẹp chặt:

Theo chuẩn tinh thống nhấtNguyờn cụng 9: Kiểm tra độ song song giữa đường tõm lỗ ỉ32 và mặt đáy A, kiểm tra độ vuông góc của các lỗ.

CHẾ TẠO MÔ HÌNH

4.1 Thiết kế phần cơ khí

4.1.1 Thi ế t k ế mô h ꢀ nh m á y 3D v à xu ꢀ t k ích thướ c c á c chi ti ế t Sau khi tính toán các thông số của Vit me, rây dẫn hướng, các gối đỡ cũng như các chi tiết khác, ta tiến hành thiết kế các kết cấu và kích thước cho từng bộ phận của từng trục Bước này khá quan trọng bởi vì độ chính xác toàn bộ các chi tiết gia công lắp ráp sau này phụ thuộc vào kích thước thiết kế.Sử dụng phần mềm Solidworks để thiết kế mô hình 3D:

Hình 4.1 Mô hình máy CNC 3D

Sau khi hoàn thành mô hình 3D thì ta đã có đầy đủ tất cả các chi tiết của toàn máy Từ các chi tiết này ta xuất qua các file cad để có được các bản vẽ cụ thể cho từng chi tiết muốn chế tạo.

Từ bản vẽ cad đã có s ꢀ n sau khi xuất file Tiến hành thực hiện bản vẽ lắp và được kết quả như hình 4.2

Hình 4.2 Bảng vẽ chế tạo

4.1.2 Gia công to à n b ộ c á c chi ti ế t cho to à n m á y Sau khi đo được các bản vẽ ta tiến hành gia công chính xác các chi tiết cần thiết cho từng trục Để sau này lắp ráp các chi tiết được thuận tiện dể dàng, cần phải gia công đạt các yêu cầu khi gia công chế tạo sau:Đạt độ chính xác kích thước và dung sai các chi tiết lắp ghép quan trọng như:

Gối đỡ, block nhôm ôm đai ốc vít me của 3 trục, các mặt bích lắp trên các trục, bách đứng hai bên….Đảm bảo độ vuông góc cũng như độ đồng phẳng của các mặt phẳng lắp rây trượt và các vị trí lắp gối đỡ (Để đạt độ đồng phẳng giữa các mặt phẳng ta cần gia công một lần gá đặt trên máy phay, tránh gá đặt nhiều lần gây sai số).Kích thước của các lỗ lắp bu lông phải cân chỉnh cẩn thận trước khi khoan và taro Vì ở đây các lỗ bắt bu lông khi khoan xong phải taro nên rất khó để sửa chữa nên cần phải đảm bảo độ chính xác các lỗ khoan.Các chi tiết gia công:

Hình 4.3 Khung đế của máy

Hình 4.4 Bảng vẽ lắp trục Z trên phần mềm solidworks

Chuẩn bị các chi tiết cần thiết cho trục Z.

Trục Z gồm các chi tiết sau : Bệ nhôm trục Z, 2 rây dẫn hướng và các block gối đỡ và đỡ chặn 2 đầu vít me, vít me, mặt bích trên trục z và các bu lông, ốc cần thiết cho quá trình lắp ráp.Các dụng cụ cần thiết cho việt lắp ráp và căn chỉnh gồm có: thước đo, thước cặp, đồng hồ so…Trình tự lắp ghép trục Z gồm có :

Lắp 2 rây và 4 bock trược vào phần bệ Z Sử dụng thước cặp và đồng hồ so để căng chỉnh độ song song của rây dẫn hướng sao cho nhỏ nhất.Lắp vít me vào 2 gối đỡ sau đó lắp vào trục Z Lúc này chưu vặn chặt 2 đầu gối đỡ Đặt tấm mặt bích lên trên trục Z và siết nhẹ các ốc từ tấm bích lên các block dẫn hướng và gối ôm đai ốc vít me Nhẹ nhàng siết nhẹ đều các ốc và điều chỉnh đến khi nào dùng tây xoay vít me thấy nhẹ nhất có thể là được Công đoạn này cần phải có sự kiên nhẫn và tỷ mỉ.

Yêu cầu: toàn bộ các bu lông đều trên trục Z đều siêt thật chặt nhưng vẫn đảm bảo trục Z chuyển động nhẹ nhàng và mượt mà Không có sự kẹt cứng và hãm chặt khi dùng tay quay vít me trục ZLắp ráp trục X, Y:

Tương tự trục Z, ta sẽ lắp được đối với trục X

Hình 4.6 Bảng vẽ lắp trục X trên phần mềm solidworks

Cuối cùng, ta tiến hành lắp ráp trục Y còn lại

Hình 4.8: Bảng vẽ lắp trục Y trên phần mềm solidworks

Hình 4.10 Lắp ráp trục bàn máy vào máy

4.2.1 Mạch điều khiển trung tâm

Mạch CNC BOB MACH3 USB sử dụng được với phần mềm Mach3 trên máy tính thông qua giao tiếp USB với chỉ một vài bước thiết lập đơn giản. Mạch CNC BOB MACH3 USB có khả năng điều khiển 4 động cơ bước cùng lúc qua các ngõ cấp xung-chiều X, Y, Z, A, mạch còn có khả năng nhận các ngõ vào tín hiệu IN1, IN2, IN3, IN4, và xuất tín hiệu qua các ngõ ra OUT1, OUT2, OUT3, OUT4, các ngõ tín hiệu vào ra này điều được cách ly qua Opto và IC đệm nên rất an toàn cho board mạch.

Mạch CNC BOB MACH3 USB có giao tiếp USB rất dễ sử dụng với các máy tính hiện nay vì hầu hết không có cổng LPT, mạch kết nối với máy tính qua cổng USB, không cần cài Driver (Driver viết lớp HID), chỉ 1 vài bước thiết lập đơn giản là có thể sử dụng

Sơ đồ kết nối mạch được thể hiện ở hình 4.8

Hình 4.11 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển trung tâm

Các cổng và giắc kết nối gồm:Giắc 2 chân nhận nguồn nuôi cho mạch điều khiển: Giắc này dung để đấu nối nguồn cung cấp cho cụm mạch cách ly quang Nếu ta không sử dụng các công tắc giới hạn và nút dừng khẩn cấp, có thể bỏ qua không cần đấu nối nguồn này.

Dãy công tắc giới hạn hành trình của các trục X, Y, Z: Các chân từ 1-6 lần lượt có chức năng là giới hạn của các trục X+, X-, Y-, Z+, (Z-), Y+ Khi đấu nối yêu cầu cần đấu song song với các công tắc hành trình với các tụ 100nF để tăng tính kháng nhiễu.

Giắc 2 chân kết nối với nút dừng khẩn cấp emergency: tiếp điểm nút dừng khẩn cấp này là tiếp điểm thường đóng để tăng khả năng kịp thời và đáp ứng đươc tính tin cậy.4 cụm giắc 3 chân điều khiển driver động cơ bước, chức năng của cụm 3 chân điều khiển như sau: Chân 1 điều khiển hướng DIR, chân 2 cung cấp điện thế A nốt

(anode) chung hoặc Ka tốt (Cathode) chung cho các chân điều khiển (chọn Anode chung hay Cathode chung phụ thuộc vào jum), chân 3 cung cấp xung điều khiển động cơ bước với chi kỳ xung nhỏ nhất là 12us PUL+, PUL- và DIR.

Cụm giắc 5 chân điều khiển động cơ gia công (động cơ khoan) thông qua điều khiển biến tần

Cổng cắm cáp kết nối với mạch điều khiển bằng tay: Khi kết nối với mạch điều khiển bằng tay có thể điều khiển tiến lùi từng trục tọa độ X, Y, Z Chức năng cụ thể các chân ở giắc này như sau:Chân 1: X-, quay ngược trục

Chân 9: GND, chân mát Chân 10: 5V, chân nguồn

Chân 11: RST, nút phục hồi (reset) hệ thống Chân 12: Chân phản hồi tốc độ.

Chân 13: S, hệ thống đènChân 14: P, đèn nguồn

Hình 4.12: Kết nối điều khiển động cơ

4.2.2 Bộ Dr iver điều khiển động cơ bước bước Mạch driver điều khiển động cơ bước là mạch điều khiển và cung cấp công suất để quay các động cơ bước, truyền chuyển động cho các trục chuyển động X,Y,Z của máy CNC Mạch driver điều khiển động cơ bước yêu cầu phải chắc chắn, tin cậy, cung cấp dòng điện đủ cho động cơ bước hoạt động.

Hình 4.13: Hình ảnh kết nối driver động cơ bước

Mạch điều khiển động cơ bước này có thể dùng cho các loại động cơ bước:

2/57/86 2pha hoặc 4 dây, có dòng tải là 4A/42VDC Thông số của mạch như sau:

Dòng cấp tối đa là 4A.

Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao.

Có tích hợp đo quá dòng quá Cách đấu nối và điều áp. khiển:

DC+: Nối với nguồn điện từ 9 - 40VDC

DC- : Điện áp (-) âm của nguồn

A+ và A -: Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước

B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ

PUL+: Tín hiệu cấp xung dương điều khiển tốc độ (+5V) PUL-: Tín hiệu cấp xung âm điều khiển tốc độ (-)

DIR+: Tín hiệu cấp xung dương điều khiển hướng (+5V)

DIR-: Tín hiệu cấp xung âm điều khiển hướng Tín hiệu cho phép hoạt động ENA+ và ENA –

4.2.3 K ế t n ố i c á c m ạch điệ n trong h ệ th ố ng Toàn bộ hệ thống điện sau khi đấu nối được thể hiện trên hình 4.13.

Hình 4.14 Hệ thống điện của máy

THỰC HIỆN GIA CÔNG SẢN PHẨM TRÊN MÁY CNC

5.1 Nhập file mã G-CODE gia công vào phần

Trong phần mềm gia công, ta mở menu file, chọn Import G – code (hình 5.1), sau đó sẽ hiện ra đường dẫn để ta chọn file mã G-code cần gia công (hình 5.2)

Hình 5.1 Nhập file Import G- code

Hình 5.2 Chọn file Import G-code theo đường dẫn

Sau khi nhập được file G-code ảnh 3D của sản phẩm cần gia công sẽ được hiện thị trên giao diện của phần mềm, ví dụ thể hiện được như hình 5.3

Hình 5.3 Hình 3D sản phẩm cần gia công

5.2 Gá phôi gia công lên máy

Sau khi phần mềm đã sꢀn sàng, ta thực hiện gá phôi cần gia công lên máy Yêu cầu gá phôi là phải đảm bảo phôi đƣợc gắn chắc chắn và cân đối, sao cho không bị xê dịch trong khi máy chạy gia công Sau khi gá phôi chắc chắn, ta thực hiện điều khiển mũi khoan tới bị chí ban đầu, để chuẩn bị gia công.

Hình 5.4 Gá phôi gia công vào máy

Bước tiếp theo ta resert tọa độ ban đầu về vị trí O (0,0) bằng phần mềm Để reset tọa độ, ta điều khiển cho mũi dao tới vị trí ban đầu mong muốn, sau đó nhập bằng tay các ô tọa độ của các trục X,Y,Z Các trục tọa độ ta đều cho giá trị bằng

0, sau đó ấn Enter Lúc này, vị trí hiện tại của mũi dao sẽ được mặc định là tọa độ

(X,Y,Z)=(0,0,0) Dựa vào tọa độ gốc này, hệ thống sẽ tính các tọa độ lệch để điều khiển di chuyển mũi dao.

Hình 5.5 Reset về tọa độ gốc ban đầu

Sau khi thực hiện đầy đủ các qui trình về phần mềm và gá lắp phôi vào máy chắn, tiến hành cho chạy máy bằng việc nhấn nút RUN trên giao diện điều chắc khiển

Khi gia công hết chương trình mã G-code, máy sẽ tự động dừng lại, ta được sản phẩm điêu khắc.

Tiêu đề	Thiết Kế Máy Phay Gỗ CNC 3 Trục
Tác giả	Nguyễn Xuân Chương, Huỳnh Tuấn Anh
Người hướng dẫn	Ts. Nguyễn Xuân Bảo
Trường học	Đại học Đà Nẵng
Chuyên ngành	Công nghệ kỹ thuật cơ khí
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	64
Dung lượng	6,41 MB