Nghiên cứu chế tạo mô hình máy phay khoan CNC (2D)

Tài liệu tham khảo Nghiên cứu chế tạo mô hình máy phay khoan CNC (2D)

NGHIÊN CỨU THIẾT CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY KHOAN CNC (2D)

RESEARCH DESIGN AND MANUFACTURING MODEL OF

MILLING-MACHINE CNC (2D)

SVTH: ĐOÀN LÊ ANH - NGUYỄN DUY VŨ

Lớp 03CDT, Trường Đại Học Bách Khoa

GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH

Khoa Cơ khí, Trường Đại Học Bách Khoa

TÓM TĂT

Trong lĩnh vực cơ khí, đặc biệt là cơ khí chính xác và lĩnh vực tự động hoá, máy phay CNC là một trong những thiết bị được sử dụng nhiều để gia công những chi tiết phức tạp, với độ chính xác cao, mà các máy phay thường không mà làm được Do vậy, đề tài này tập trung vào các phần thiết kế, chế tạo loại máy phay CNC (2D)

SUMMARY

In mechanics, especially in the precise machinery and automatic fields, milling-machine CNC

is one of the devides which is used a lot of process complicated details with high precision while types of formal milling-machine Therefore, the them of research will concentrate on parts

of design and manufacturing the model of milling-machine CNC

1 Mở đầu

Hiện nay máy CNC được sử dụng rộng rãi trong nước ta, đặc biệt là trong lĩnh vực cơ khí chính xác cao và tự động hoá Bởi vậy, việc nghiên cứu chế tạo ra máy phay khoan CNC

là rất cần thiết trong công nghiệp hiện hoá ngày nay và cũng như tham gia sâu rộng vào quá trình hội nhập của thế giới

Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Giải quyết các vấn đề liên quan đến máy phay CNC (2D), đưa ra các giải pháp hợp lý để chế tạo thành công mô hình máy phay CNC

Mục đính chính của đề tài này là thiết kế chế tạo thành mô hình máy CNC để có thể sử dụng trong việc giảng dạy, học tập

2 Nội dung

2.1 Xác định điều kiện cắt gọt

Chọn vật liệu của chi tiết gia công và của dao:

- Dao phay ngón: D18 ,vật liệu P18, Z=4

- Vật liệu gia công : Nhôm, mêca, đồng hợp kim, thép

Ta xác định đụơc chế độ cắt gọt như trong bảng

Bảng 2.1

Vật liệu gia công Chiều sâu cắt

(mm)

Vận tốc cắt (m/ph)

Lượng chạy dao răng (mm/răng)

Từ bảng trên ta có đựoc các thong số chính về vận tốc cắt lớn nhất và bé nhất,và lượng chạy dao răng lớn nhất và bé nhất Từ đó ta suy ra được vận tốc giới hạn của động cơ thực hiện chuyển động phay như sau:

min min

1000

D

V n





min

max max

1000

D

V n





Trong đó:

Vmim : vận tốc cắt bé nhất Dmin : Đường kính dao bé nhất

Vmax : Vận tốc cắt lớn nhất Dmax: Đường kính dao lớn nhất

Và tiếp tục dựa vào bước vít của vít me đai ốc bi chọn trước ta có được vận tốc giới hạn mà động cơ bước thực hiện chuyển động theo phương X,Y phải đáp ứng được:

t

S

min 

t

S

max 

Trong đó:

Smin : lượng chạy dao bé nhất

Smax : lượng chạy dao lớn nhất Sau khi tính toán ta có các số liệu sau:

Bảng 2.2

Mêca

2.2 Thiết kế máy

2.2.1 Động cơ dẫn động trục chính

Động cơ một chiều (DC Motor)

Ưu điểm:

– Momen khởi động lớn,dễ điều khiển tốc độ và chiều, giá thành rẻ

Nhược điểm:

– Dải tốc độ điều khiển hẹp

– Phải có mạch nguồn riêng

Động cơ xoay chiều (AC Motor)

Ưu điểm:

– Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều

– Đa dạng và rất phong phú về chủng loại,giá thành rẻ

Nhược điểm:

– Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển và phần chấp hành để đảm bảo an toàn,monen khởi động nhỏ

– Mạch điều khiển tốc độ phức tạp,(biến tần)

Kết luận

Ở đề tài này, ta chọn động cơ dẫn động trục chính là động cơ DC với thông số :

– Điện áp làm việc: 12VDC

– Dòng điện khởi động: 3A

– Tốc độ cực đại: 750 vòng/phút

2.2.2 Động cơ dẫn động các trục tọa độ

Động cơ bước (Stepping Motor)

Ưu điểm:

– Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, khônng cần mạch phản hồi

– Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC

Nhược điểm:

– Giá thành cao, momen xoắn nhỏ

Động cơ một chiều (DC Motor)

Ưu điểm:

– Momen xoắn lớn, giá thành rẻ

Nhược điểm:

– Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển lại phức tạp

– Phải có mạch phản hồi thì mới có thể nâng cao độ chính xác

Kết luận

Ta chọn động cơ bước làm động cơ dẫn động các trục tọa độ với các thông số :

– Điện áp làm việc: 5V

– Dòng điện lớn nhất: 1,5A

– Loại động cơ lai, đơn cực, hai pha

2.3 Bộ truyền biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến

2.3.1 Bộ truyền vít me – đai ốc

Ưu điểm:

– Giá thành rẻ, dễ chế tạo

Nhược điểm:

– Ứng suất tiếp xúc lớn, ma sát lớn,hiệu suất thấp

– Khó loại trừ được khe hở giữa vít me và đai ốc

2.3.2 Bộ truyền vít me – đai ốc bi

Ưu điểm:

– Đã có sẵn kết cầu khử khe hở và tạo sức căng ban đầu nhằm tăng độ cứng vững dọc trục, ma sát nhỏ, hiệu suất cao

Nhược điểm:

– Giá thành cao, khó chế tạo

2.3.3 Kết luận

Động cơ bước có khuyết điểm là momen xoắn nhỏ do đó đối với bộ truyền biến đổi

chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, ta chọn bộ truyền vít me – đai ốc bi

2.4 Mạch điều khiển động cơ bước

2.4.1 Mạch sử dụng vi điều khiển

Q1 IRF540N/TO

Q2 A564 R1 15K

R2 330

R3 15K

Q3 IRF540N/TO

Q4 A564 R4 15K

R5 330

R6 15K

Q5 IRF540N/TO

Q6 A564 R7 15K

R8 330

R9 15K

Q7 IRF540N/TO

Q8 A564 R10 15K

R11 330

R12 15K

RED

Y ELLOW

ORANGE

BLUE 8051

Hình 2.1 Nguyên lý điều khiển động cơ bước dùng vi điều khiển 8051

Nguyên lý: Xem hình 2.1

Ưu và nhược điểm:

Ưu điểm:

– Đa năng, điều khiển được nhiều loại động cơ bước khác nhau

– Đơn giản, dễ chế tạo mạch

Nhược điểm:

– Vì điều khiển gián tiếp qua vi điều khiển nên đáp ứng chậm

2.4.2 Mạch sử dụng các IC LOGIC

Nguyên lý: Xem hình 2.2

Q1 IRFZ44

Q2 IRFZ44

Q3 IRFZ44

Q4 IRFZ44

4013

D

5

CLK

3

S

6

R

4

4013

D

9

CLK

11

S

8

R

10

RED

ORANGE YELLOW

BLUE

4030

1 2

3

4030

5 6

4

4030

8 9

10

4030

12 13

11

J1

X DIR

R1 47K

VCC

VCC

VCC

DIR

STEP

Hình 2.2 Nguyên lý điều khiển động cơ bước dùng các IC Logic

Ưu điểm: – Điều khiển trực tiếp nên đáp ứng nhanh

Nhược điểm: – Mạch tương đối phức tạp

2.4.3 Kết luận

Chọn mạch điều khiển động cơ bước dùng các IC Logic

2.5 Cổng giao tiếp với máy tính

2.5.1 Cổng nối tiếp (Serial Port hay COM Port)

Ưu điểm:

– Truyền tín hiệu đi được khá xa

– Dễ lập trình điều khiển vì hầu hết các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng đều đã tích hợp sẵn module điều khiển cổng nối tiếp

Nhược điểm:

– Tín hiệu truyền nối tiếp nên việc đồng bộ chuyển động các trục khó khăn

– Sử dụng chuẩn RS-232 không tương thích TTL Phải có module chuyển đổi qua lại giữa RS-232 và TTL

2.5.2 Cổng song song (LPT Port hay Parallel Port)

Ưu điểm:

– Tín hiệu được truyền song song, việc nội suy được thực hiện dễ dàng

– Tương thích TTL nên không cần module chuyển đổi

Nhược điểm:

– Tín hiệu truyền đi không được xa

– Khó lập trình

3 Kết luận và kiến nghị:

3.1 Kết luận:

Đề tài đã thiết kế, chế tạo được mô hình của máy phay CNC có thể sử dụng trong việc giảng dạy, học tâp

3.2 Kiến nghị:

Mô hình nên mở rộng một số điểm sau:

– Nên giao tiếp bằng cổng nối tiếp để có thể truyền dữ liệu đi khoảng cách xa

– Cần có môdun mở rộng để có thể điều khiển bằng tay, không thông qua máy tính

– Nên sử dụng động cơ servo để điều khiển đến các toạ độ một cách chính xác

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TS Bùi Quý Lực, Hệ thống điều khiển số trong công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và

Kỹ thuật, 2004

[2] PGS TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS TS Lê Văn Tiến, PGS TS Ninh Đức Tốn, TS Trần

Xuân Việt, Sổ tay Công nghệ chế tạo máy (Tập 1 và 2), Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ

thuật (In lần thứ 2 có sữa chữa và bổ sung), 2002

[3] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy (Tập 1 và 2), Nhà xuất bản Giáo Dục (Tái bản lần thứ

6), 2003

[4] ThS Nguyễn Văn Phòng, Kỹ thuật số, Trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng

[5] Douglas W Jones, Control of Stepping Motors, 1995

[6] Jan Axelson, Parallel Port Complete: Programming, Interfacing & Using the PC'S

Parallel Printer Port, 2000

[7] http://www.diendandientu.com/