Trong một thời gian khá dài, ngành cơ khí đã tập trung nghiên cứu để giải quyết vấn đề tự động hóa ở các xí nghiệp có quy mô sản xuất lớn (hàng loạt và hàng khối). Nhưng trong thực tế, các xí nghiệp có quy mô sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ lại là phổ biến ở Việt Nam. Do đó, đòi hỏi các xí nghiệp này phải nâng cao về hiệu quả sản xuất năng suất lao động, điều này đã dẫn tới vấn đề nghiên cứu triển khai kỹ thuật tự động có tính linh hoạt cao trong các dây chuyền sản xuất.
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục LỜI NÓI ĐẦU Trong thời gian dài, ngành khí tập trung nghiên cứu để giải vấn đề tự động hóa xí nghiệp có quy mô sản xuất lớn (hàng loạt hàng khối) Nhưng thực tế, xí nghiệp có quy mô sản xuất hàng loạt vừa hàng loạt nhỏ lại phổ biến Việt Nam Do đó, đòi hỏi xí nghiệp phải nâng cao hiệu sản xuất suất lao động, điều dẫn tới vấn đề nghiên cứu triển khai kỹ thuật tự động có tính linh hoạt cao dây chuyền sản xuất Trong năm gần máy NC CNC xuất hầu hết lĩnh vực sản xuất, đặc biệt công nghiệp Sự xuất máy CNC nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp Tuy nhiên hầu hết máy CNC nuớc nhập từ số nuớc Ðức, Nhật Trung Quốc, giá thành máy CNC cao Những máy CNC thiết kế sản xuất Việt Nam dừng lại mức độ“chế máy CNC chạy được” Do chúng em định chọn đề tài thiết kế chế tạo máy CNC, để mong tương lai gần, máy CNC thiết kế sản xuất Việt Nam có chất lượng tốt, xác phổ biến Từ thúc đẩy phát triển khoa học công nghệ nuớc Trong đề tài đồ án tốt nghiệp, mục tiêu trước tiên mà chúng em hướng tới chế tạo mô hình máy CNC trục hoạt động ổn định với sai số nhỏ Hướng tới khắc phục dao động, sai số nâng cao tính linh hoạt máy CNC hướng tới nghiên cứu chế tạo máy CNC 4, trục với độ xác cao Tuy nhiên kinh nghiệm hạn chế thời gian thực có hạn, nên đề tài chúng em thiếu sót Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô để đề tài chúng em hoàn thiện Sau thời gian làm đề tài nổ lực thân hướng dẫn thầy Đỗ Thế Cần chúng em hoàn thành xong đồ án thời gian qui định Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Đỗ Thế Cần thầy khoa Cơ khí hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện tốt để chúng em hoàn thành đề tài GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA CÔNG CNC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC 1.1 Tổng quan máy gia công CNC 1.1.1 Sơ lược máy CNC trình phát triển Điều khiển số (Numerical Control) đời với mục đích điều khiển trình công nghệ gia công cắt gọt máy công cụ.Về thực chất, trình tự động điều khiển hoạt động máy (như máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu chi tiết gia công, kho quản lí phôi sản phẩm….) sở liệu cung cấp dạng mã số nhị nguyên bao gồm chữ số, số thập phân, chữ số ký tự đặc biệt tạo nên chương trình làm việc thiết bị hay hệ thống Lịch sử phát triển máy NC bắt nguồn từ mục đích quân hàng không vũ trụ mà yêu cầu tiêu chất lượng máy bay, tên lửa, xe tăng… cao Ngày nay, lịch sử phát triển NC trải qua trình phát triển không ngừng với phát triển lĩnh vực vi xử lý từ bit, bit… đạt đến 32 bit cho phép hệ sau cao hệ trước mạnh khả lưu trữ xử lý Từ máy CNC riêng lẽ (CNC Machines – Tools) phát triển cao trung tâm gia công CNC (CNC Engineering - Center) có ổ chứa dao lên tới trăm thực nhiều nguyên công đồng thời vị trí gá đặt Cùng với phát triển công nghệ truyền số liệu, mạng cục liên thông phất triển nhanh tạo điều kiện cho nhà công nghiệp ứng dụng để kết nối hoạt động nhiều máy CNC quản lí máy tính trung tâm DNC (Directe Numerical Control) với mục đích khai thác cách có hiệu bố trí xếp công việc máy, tổ chức sản xuất quản lí chất lượng sản phẩm… Hiện nay, lĩnh vực sản xuất tự động chế tạo khí phát triển đạt đến trình độ cao phân xưởng tự động sản xuất linh hoạt tổ hợp CIM (Computer Intergrated Manufacturing) với việc trang bị thêm robot cấp phôi liệu vận chuyển, hệ thống đo lường quản lí chất lượng tiên tiến, kiểu nhà kho đại đưa vào áp dụng mang lại hiệu kinh tế đáng kể Các chức tính toán hệ thống CNC ngày hoàn thiện đạt tốc độ xử lý cao tiếp tục ứng dụng nhừng thành tựu phát triển vi xử lý up Các hệ thống CNC chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lý đa chức , dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau.Vật mang tin từ bang đục lỗ, băng từ, đĩa từ tiến tới sử dụng đĩa CD có dung lượng ngày lớn, độ tin cậy tuổi thọ cao GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục Hình 1.1 Mô hình điều khiển DNC Hình 1.2 Mô hình điều khiển tổ hợp CIM 1.1.2 Những nét máy công cụ máy CNC Về bản, máy công cụ vạn máy CNC có kết cấu khung giống nhau, là: - Thân máy - Đế máy - Bàn trượt - Đầu trục GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục Ngoài ra, chúng có số điểm khác nhau, cụ thể là: STT Nội dung Nguồn động lực Tốc độ truyền dẫn Truyền động Máy công cụ vạn Động pha thường Máy CNC Phân cấp Kiểu nối tiếp (thông qua hộp số) -Thanh răng/ bánh thường -Vít me/ đai ốc thường Vô cấp Độc lập -Động DC điều khiển vô cấp AC biến tần điều khiển vô cấp -Động bước động thủy lực -Động servo -Thanh răng/ bánh yêu cầu có cấu kẹp khử khe hở -Vít me/ đai ốc bi Điều khiển Bằng tay (công tắc,tay Bằng máy tính với hệ điều gạt khí) khiển số (bảng điều khiển hình điều khiển) Tính điển hình -Dài, thông qua nhiều -Ngắn nhiều xich động cấu thông qua -Cứng, khó thay đổi nhiều cấu -Mềm dẻo, linh hoạt cao Những ưu điểm bật máy CNC so với máy công cụ thông thường: Bộ truyền dẫn - Gia công chi tiết phức tạp, độ xác gia công ổn định - Thời gian lưu thông ngắn tập trung nguyên công cao, giảm thời gian phụ tăng thời gian sản xuất - Tính linh hoạt quy hoạch thời gian sản xuất cao - Chi phí kiểm tra chi phí cho phế phẩm giảm - Hiệu suất cao tăng lực sản xuất - Do có khả tự động hóa cao nên thích hợp dây chuyền sản xuất linh hoạt 1.1.3 Kết cấu máy CNC Máy CNC gồm phần chính: - Phần khí: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục vít me, ổ tích dụng cụ, cụm trục băng dẫn hướng GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục - Phần điều khiển: Các loại động cơ,các hệ thống điều khiển máy tính trung tâm Hình 1.3 Kết cấu máy CNC 1.1.4 Hệ thống tọa độ máy CNC Để tính toán quỹ đạo chuyển động dụng cụ, cần thiết phải gắn vào chi tiết hệ trục tọa độ Theo tiêu chuẩn ISO, chuyển động cắt gọt gia công chi tiết máy CNC phải nằm hệ trục tọa độ Descarte theo nguyên tắc bàn tay phải gắn vào chi tiết gia công Hình 1.4 Hệ thống tọa độ máy CNC Một đặc điểm mang tính quy ước máy CNC, chi tiết gia công xem luôn cố định gắn với hệ thống tọa độ cố định nói trên,còn chuyển động tạo hình cắt gọt dụng cụ thực Trong thực tế,điều ngược lại, ví dụ máy phay bàn máy mang phôi thực chuyển động tạo hình, dụng cụ thực nhiệm vụ cắt gọt GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục Hình 1.5 Hệ tọa độ máy CNC chuyển động trục 1.1.5 Ðặc điểm phân loại Một cách tổng quát máy công cụ CNC phân loại theo đặc điểm sau - Truyền động : Thủy lực, khí nén điện - Phương pháp điều khiển : Tọa độ hay quỹ đạo - Hệ thống định vị : Ðịnh vị kích thước tuyệt đối định vị nối tiếp - Các vòng lặp điều khiển: vòng hở, vòng kín, vòng nửa kín - Số trục tọa độ : trục, trục, trục Theo chức máy công cụ CNC máy công cụ vạn năng, chia thành nhóm sau: - Nhóm máy tiện đại diện cho máy tiện trong, tiện phôi dạng quay, cắt ren ren - Nhóm máy khoan, doa để khoan, doa phôi - Nhóm máy phay dể phay chi tiết có cấu tạo hình học đa dạng tạo bề mặt góc đa dạng khoan, phay doa Thay đổi nguyên công thay dụng cụ cắt, có nghĩa cần lần gá kẹp - Nhóm máy mài để gia công tinh Nhóm bao gồm máy mài trục, mài lỗ, mài phẳng, mài rang, mài rãnh then, mài dụng cụ 1.2 Nguyên lí vận hành máy công cụ điều khiển số 1.2.1 Chương trình gia công chi tiết Chương trình gia công chi tiết gồm có chương trình điều khiển số liệu.Chương trình điều khiển soạn thảo ngôn ngữ lập trình lưu giữ vật mang tin (băng từ, đĩa từ đĩa Compact CD) sau nạp vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích.Dữ liệu gồm giá trị hiệu chỉnh biên dạng, liệu hiệu chỉnh máy, số liệu dụng cụ cắt… nạp vào từ bảng điều khiển GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục Chương trình điều khiển liệu chuyển trực tiếp từ máy tính chủ sang hệ điều khiển số trạm gia công (hệ DNC) 1.2.2 Khối điều khiển Chức khối điều khiển thực chương trình gia công chi tiết sở liệu sẵn có tín hiệu từ bên Nhận giá trị vị trí trục từ sensor đo vị trí encoder tốc độ trục Thực chương trình điều khiển cấu chấp hành, động bước trục chính, động trục truyền dộng riêng lẻ để phối hợp tạo nên biên dạng điều khiển tốc độ trục 1.2.3 Điều khiển logic Điều khiển toàn hoạt động hệ sau: tốc độ chạy nhanh ( không tải) tối đa, bố trí xắp đặt trục máy, trạng thái đóng ngắt mạch hệ điều khiển giới hạn vùng làm việc hệ thống công nghệ (bàn máy, gá lắp, dụng cụ), lệnh đóng ngắt bơm dung dịch làm mát bôi trơn, lệnh tạo số vòng quay cho trục chính, lệnh thay dụng cụ Đầu khối điều khiển logic điều khiển cấu chấp hành như: van thủy lực, van khí nén, rơ-le… 1.2.4 Cấu trúc khối chức hệ CNC Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc khối hệ CNC 1.Màn hình 2.Bảng điều khiển 3.Mạch ghép nối 4.Tay quay điện tử - Màn hình dùng để hiển thị tọa độ trục truyền động, trạng thái làm việc toàn hệ thống… GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục - Bảng điều khiển để vào liệu điều chỉnh máy, lập trình gia công, cài đặt hệ thống… - Tay quay điện tử dùng để vận hành máy trường hợp để hiệu chỉnh máy, đo chi tiết… phải mở cửa làm việc - Các khối vào (I/O), phận điều khiển truyền động (BĐK) lien lạc với CPU thông nqua bus hệ thống Các khối Flash + Ram để lưu trữ chương trình điều khiển, liệu máy liên lạc với CPU 1.3 Hệ thống tính toán điều khiển 1.3.1 Khái niệm phân loại Hệ điều khiển CNC thực lưu đồ thuật toán hình 1.7 Giai đoạn đầu tiên, thông tin kích thước công nghệ đưa sang khâu chuẩn bị chương trình, sau công việc lập trình điều khiển Hình 1.7 Lưu đồ điều khiển hệ CNC Chương trình điều khiển đưa vào thiết bị tính toán điều khiển, tạo tín hiệu điều khiển hệ truyền động điện tự động.Cấu trúc thiết bị tính toán điều khiển chia làm hai nhóm: NC CNC Trong hệ CNC chương trình điều khiển đưa vào khối xử lí sau qua đầu vào đưa đến khối giải mã nhằm tạo mã tương thích máy.Tín hiệu đưa trực tiếp vào khối điều khiển đưa vào nhớ đệm cuối đến nội suy để tính toán, phân chuyển động trục tọa độ Mặt khác, thông tin điều khiển đưa lệnh điều kiện công nghệ tốc độ cắt, xoay chi tiết, thay dao… 1.3.2 Chuẩn bị chương trình điều khiển cho hệ CNC 1.3.2.1 Chuẩn bị chương trình tay Những thông tin cần thiết để chuẩn bị chương trình là: vẽ chi tiết điều kiện công nghệ Người soạn thảo chương trình phải truyền thông tin thành chương trình điều khiển số cho máy gia công GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục Hình1.8 Các bước khâu chuẩn bị chương trình tay Chọn hệ trục tọa độ cho điểm tọa độ ban đầu cần phải trùng với điểm xuất phát dụng cụ cắt chi tiết gia công Dựa quỹ đạo chuyển động điểm tựa, viết chương trình quỹ đạo chuyển động (đường thẳng, đường tròn, parabol,…) Nếu dùng phương pháp gần phải tính sai số Dựa vào thông tin công nghệ chế độ cắt, dụng cụ cắt, tốc độ cắt… thành lập biểu đồ công nghệ 1.3.2.2 Chuẩn bị chương trình từ máy tính Chuẩn bị chương trình điều khiển thực tính toán trực tiếp với chi tiết gia công phức tạp nhiều thời gian độ xác không đảm bảo Ngày nay, người ta thường thực chuẩn bị chương trình nhờ máy tính Đặc trưng lập trình bảng máy tính việc ứng dụng ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng Với trợ giúp ngôn ngữ lập trình vậy, ta có thể: - Xác định nhiệm vụ gia công tương đối đơn giản không thực tính toán bang tay GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục Hình 1.9 Lưu đồ lập trình máy tính - Chỉ cần truy nhập số liệu sản sinh mố khối lượng lớn số liệu cho nhiệm vụ gia công - Những tính toán cần thiết máy thực - Dùng ngôn ngữ biểu tượng tương đối dễ học mà từ hợp thành khái niệm phổ biến ngôn ngữ chuyên môn kỹ thuật gia công - Tiết kiệm phần lớn thời gian mô tả chi tiết cần gia công chu trình công tác cần thực - Hạn chế lỗi lập trình so với lập trình tay cần cấp liệu vào máy tính không cần phải tính toán Trong việc thực tự động hóa chuẩn bị chương trình điều khiển máy tính đảm nhận toán kích thước hình học công nghệ tính toán tọa độ điểm tựa, tiện cận hóa đường cong, tính toán tham số khoảng cách đẳng trị Tính toán lượng ăn dao tốc độ cắt, gồm bước sau: B1: Chọn ngôn ngữ để mô tả quỹ đạo chuyển động, ngôn ngữ có phải có đủ khả mô tả kích thước tham số quỹ đạo chuyển động với lời diễn tả đơn giản, dễ sử dụng B2: Gia công thuật biến đổi thông tin kích thước hình học cho phối hợp với ngôn ngữ máy gia công B3: Tạo thuật toán giải toán mẫu theo quỹ đạo gia công đặt B4: Gia công thuật toán để phục vụ cho đối tượng cụ thể GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 10 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục Hình 4.26 Cổng điều khiển động bước mạch nguyên lý Có tất 16 đầu tới động bước để điều khiển trục X, Y, Z A Mỗi trục cần tín hiệu a, b, c, d để điều khiển hình vẽ Nếu động bước sử dụng lưỡng cực ta mắc pha A, B, C D động theo thứ tự vào pha trục mạch, ta cần mắc theo thứ tự A, B, C, D mà không cần quan tâm đầu pha A mạch có ứng với đầu pha A động không, tất động đểu mắc theo thứ tự để dễ cài đặt phần mềm Trên Mach3 ta cài đặt tín hiệu điều khiển trục sau: Hình 4.27 Cài đặt cổng điều khiển động Mach3 ► Ta vào Config -> Ports and Pins chọn công cụ Output Signals Nếu sử dụng trục X, Y, X ta tích Enable vào dòng tương ứng, tín hiệu Step Dirđược thiết lập hình vẽ GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 81 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục 4.7 Lập trình gia công sản phẩm ► Các bước lập trình gia công sản phẩm: Hình 4.28 Quy trình thiết kế gia công sản phẩm mô hình máy phay CNC Bước 1: Lập trình Notepad dùng phần mềm CAD/CAM để có file Gcode Hình 4.29 Lập trình tay Notepad Hình 4.30 Sử dụng phần mềm CAM để mô gia công lấy Gcode GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 82 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục Bước 2: Nạp chương trình vừa có vào phần mềm Mach3 Ta vào file-> load Gcode nháy vào load Gcode giao diện điều khiển Phần mềm Mach3 nhận file *.txt từ Notepad file *.nc từ phần mềm CAM Hình 4.31 Các cách để nạp chương trình gia công vào phần mềm điều khiển Bước 3: Lấy gôc phôi Ta di chuyển bàn máy vị trí góc phôi Chú ý đến hướng dương trục X Y cho phù hợp với gốc phôi chọn lập trình Sau phần mềm Mach3 ta nháy phím RESET đưa trục tọa độ (0.0) Hình 4.32 Phím mở chế độ điều chỉnh mach3 GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 83 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục Hình 4.32 Khung điều khiển trục tọa độ Bước 4: Kiểm tra lại máy chạy chương trình gia công Hình 4.33 Khung điều khiển trình gia công Ta nháy Cycle Start để bắt đầu chạy chương trình Stop để tạm dừng chương trình Khung Feed Rate để tăng giảm tốc độ nội suy GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 84 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Đánh giá kết đạt đƣợc ► Đề tài hoàn thành tiến độ đạt kết sau: - Gia công hoàn toàn tự động theo yêu cầu - Độ xác gia công tương sai số - Tiến hành gia công số sản phẩm thực máy - Phần mềm điều khiển hoạt động tương đối ổn định đáp ứng yêu cầu đề - Máy làm việc êm tiếng ồn ► Với kết đạt trên, đề tài nhìn chung đạt yêu cầu đặt máy phay CNC trục kết tốt để phát triển đề tài theo hướng máy CNC linh hoạt với độ xác cao đạt chuẩn công nghiệp 5.2 Những hạn chế hƣớng khắc phục Trong trình thực đồ án, thời gian làm đồ án giới hạn vòng tháng kiến thức tay nghề hạn chế nhiều mặt Đề tài nhiều hạn chế, thiếu sót nhiều vấn đề chưa giải 5.2.1 Về thiết kế khí Do kinh nghiệm việc gia công khí, mà mô hình máy phay CNC lại có chi tiết, trình lắp ráp, gá đòi hỏi độ xác cao đặc biệt cấu vitme – đai ốc trượt Do máy chế tạo dừng lại độ xác tương đối, tính công nghiệp khả đưa vào ứng dụng sản xuất công nghiệp hạn chế Để khắc phục nhược điểm trên, cần có thiết kế hoàn chỉnh toàn chi tiết máy với dung sai đầy đủ đặt hàng gia công sở gia công khí xác GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 85 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục 5.2.2 Về điều khiển động động trục Bộ điều khiển thực điều khiển động bước theo điều khiển vòng hở tránh khỏi sai xót vấn đề trượt bước tải Để khắc phục nhược điểm nay, ta sử dụng động DC servo dùng cho điều khiển vị trí với điều khiển vòng kín để tăng độ xác độ tin cậy cho toàn máy Động trục động điện AC bình thường, mạch điều khiển tốc độ Không thể điều khiển điều khiển tốc độ cắt gọt phù hợp Để khắc phục nhược điểm này, sử dụng động điện chiều tốc độ cao kèm theo mạch điều khiển tốc độ 5.3 Hƣớng phát triển đề tài Với vấn đề nghiên cứu trình bày đề tài, chúng em nhận thấy hoàn toàn ứng dụng nghiên cứu để chế tạo hoàn chỉnh máy phay CNC hoạt động ổn định với độ xác cao dùng vào ứng dụng thực tế Hướng tới khắc phục dao động, sai số nâng cao tính linh hoạt máy CNC hướng đến nghiên cứu, chế tạo máy CNC 4, trục với độ xác cao GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 86 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục TÀI LIỆU THAM KHẢO [01] Nguyễn Đắc Lộc) Sổ tay công nghệ chế tạo máy Nhà xuất khoa học kỹ thuật [02] Tạ Duy Liêm (2001) Hệ Thống Điều Khiển Số Cho Máy Công Cụ Nhà xuất khoa học kỹ thuật [03] TS Nguyễn Quốc Hưng (2009) Giáo trình máy CNC công nghệ gia công máy CNC Trường đại học công nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh [04] Ngô Diên Tập (2003) Kỹ thuật ghép nối máy tính Nhà xuất khoa học kỹ thuật [05] Tài liệu động bước, website Thế giới CNC biên dịch http://www.thegioicnc.com [06] Suk-Hwan-Suh – Seong-Kyoon Kang – Dae-Hyuk Chung – Ian Stroud (2008) Theory And Design of CNC Systems Springer – Verlag London Limited [07] Geoff Williams CNC Robotics McGraw-Hill Companies [08] Website Thế Giới CNC http://www.thegioicnc.com [09] Website Microsoft MSDN http://msdn.microsoft.com GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 87 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA CÔNG CNC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC 1.1 Tổng quan máy gia công CNC 1.1.1 Sơ lược máy CNC trình phát triển 1.1.2 Những nét máy công cụ máy CNC 1.1.3 Kết cấu máy CNC 1.1.4 Hệ thống tọa độ máy CNC 1.1.5 Ðặc điểm phân loại 1.2 Nguyên lí vận hành máy công cụ điều khiển số 1.2.1 Chương trình gia công chi tiết 1.2.2 Khối điều khiển 1.2.3 Điều khiển logic 1.2.4 Cấu trúc khối chức hệ CNC 1.3 Hệ thống tính toán điều khiển 1.3.1 Khái niệm phân loại 1.3.2 Chuẩn bị chương trình điều khiển cho hệ CNC 1.3.4 Hệ DNC 11 1.3.5 Hệ thống gia công linh hoạt FMS 12 CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY CNC 13 2.1 Phân tích lựa chọn phƣơng án di chuyển trục 13 2.1.1 Phương án phôi cố định 13 2.1.2 Phương án phôi di chuyển trục Y, dụng cụ gia công di chuyển theo trục X Z 13 2.1.3 Phương án trục Z cố định, phôi di chuyển 14 2.1.4 Kết luận 14 2.2 Chọn cấu truyền động 15 2.2.1 Phương án dùng vít me đai ốc thường 15 2.2.2 Phương án dùng vít me đai ốc bi 16 GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 88 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục 2.2.3 Phương án dùng đai 17 2.2.4 Phương án dùng xích 18 2.2.5 Kết luận 18 2.3 Động dẫn động trục tọa độ 19 2.3.1 Động bước (stepping motor) 19 2.3.2 Động chiều (DC motor) 20 2.3.4 Kết luận 21 2.4 Lựa chọn cấu dẫn hƣớng cho trục 21 2.4.1 Ray trượt vuông 21 2.4.2 Ray trượt tròn(không có đế) 22 2.4.3 Kết luận 23 2.5 Chọn động trục 23 2.5.1 Phương án dùng máy khoan, máy mài cầm tay thông thường 24 2.5.2 Phương án dùng động trục mềm 24 2.5.3 Phương án dùng động điện chiều tốc độ cao 25 2.5.4 Kết luận 25 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU TOÀN MÁY 27 3.1 Chọn vật liệu dao cần gia công 27 3.2 Chọc chiều sâu cắt chiều rộng phay B 27 3.3 Chọn lƣợng chạy dao S 27 3.4 Tính toán động lực học trục 28 3.4.1 Vận tốc cắt 28 3.4.2 Lực cắt 30 3.4.3 Công suất cắt 31 3.5 Tính toán lựa chọn cụm vít me trục Y 32 3.5.1 thông số đầu vào 32 3.5.2 Bước vít me 32 3.5.3 Lực cắt máy (Fm) 32 3.5.4 Tính toán lựa chọn trục vít, ổ lăn cho trục di chuyển theo trục Y 33 3.5.5 Chọn động cho bàn Y 37 3.5.6 Tính chọn ổ lăn, khớp nối 39 GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 89 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục 3.6 Tính toán lựa chọn cụm vít me trục Z 42 3.6.1 thông số đầu vào 42 3.6.2 Bước vít me 43 3.6.3 Tính toán lựa chọn trục vít , ổ lăn cho trục di chuyển theo trục Z 43 3.6.4 Chọn động cho bàn Z 46 3.6.5 Tính chọn ổ lăn, khớp nối 48 3.7 Tính toán lựa chọn ray dẫn hƣớng 52 3.7.1 Quy trình tính toán ray dẫn hướng 52 3.7.2 Tính toán, lựa chọn ray dẫn hướng bàn Y 52 3.7.3 Các thông số tính toán ta lựa chọn 57 3.8 Chế tạo mô hình 58 3.8.1 Các thông số ban đầu 59 3.8.2 Chế tạo mô hình 60 CHƢƠNG : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY PHAY CNC TRỤC 63 4.1 Sơ đồ nguyên lý phần tử hệ thống 63 4.2 Động bƣớc 64 4.2.1 Khái quát động bước 64 4.2.2 Phân loại cấu tạo động bước 64 4.2.3 Động bước kiểu đơn cực 64 4.2.4 Nguyên lý hoạt động điều khiển động bước 65 4.3 Driver động bƣớc 66 4.3.1 Giới thiệu IC TB6560 66 4.3.2 Sơ đồ mạch nguyên lý driver điều khiển động bước dùng TB6560…… 66 4.4 Thiết bị đo lƣờng,giám sát thiết bị điện 67 4.4.1 Thiết bị đo tốc độ 67 4.4.2 Thiết bị đo vị trí 67 4.4.3 Công tắc hành trình 68 4.4.4 Nút bấm điều khiển tắt mở máy 68 4.4.5 Nút dừng khẩn 69 4.4.6 Đèn báo hiệu 69 GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 90 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục 4.4.7 Nguồn DC 69 4.5 Mạch breakout giao tiếp máy tính 69 4.5.1 Cổng giao tiếp LPT 70 4.5.2 IC 74HC245 73 4.5.3 Sơ đồ nguyên lý mạch đệm LPT 75 4.6 Sử dụng cổng vào cài đặt Mach3 76 4.7 Lập trình gia công sản phẩm 82 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 85 5.1 Đánh giá kết đạt đƣợc 85 5.2 Những hạn chế hƣớng khắc phục 85 5.2.1 Về thiết kế khí 85 5.2.2 Về điều khiển động động trục 86 5.3 Hƣớng phát triển đề tài 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 91 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mô hình điều khiển DNC Hình 1.2 Mô hình điều khiển tổ hợp CIM Hình 1.3 Kết cấu máy CNC Hình 1.4 Hệ thống tọa độ máy CNC Hình 1.5 Hệ tọa độ máy CNC chuyển động trục Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc khối hệ CNC Hình 1.7 Lưu đồ điều khiển hệ CNC Hình1.8 Các bước khâu chuẩn bị chương trình tay Hình 1.9 Lưu đồ lập trình máy tính 10 Hình 1.10 Cấu trúc hệ CNC 11 Hình 2.1 Máy CNC phôi cố định 13 Hình 2.2 Phôi di chuyển theo phương Y 14 Hình 2.3 Máy CNC trục Z cố định Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Vít me đai ốc thường 15 Hình 2.5 Vít me đai ốc bi 16 Hình 2.6 Các kiểu hồi bi vít me đai ốc bi 17 Hình 2.7 Bộ truyền đai 18 Hình 2.8 Bộ truyền xích 18 Hình 2.9 Động bước 19 Hình 2.10 Động điện chiều 20 Hình 2.11 Động Servo 20 Hình 2.12 Ray trượt vuông hãng HIWIN 22 Hình 2.13 Ray trượt tròn 22 Hình 2.14 Trục dung máy khoan máy mài bình thường 24 Hình 2.15 Động trục mềm 24 Hình 2.16 Động điện chiều tốc độ cao 25 Hình 3.1 Các thành phần lực cắt 30 Hình 3.2 Công cụ tra dao website www.coroguide.com 33 Hình 3.3 Thống số vít me bi(www.cncbaolong.com) 36 GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 92 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục Hình 3.4 Đồ thị dịch chuyển 37 Hình 3.5 Cấu tạo ổ đỡ chặn dãy 39 Hình 3.6 Thông số kỹ thuật ổ lăn(www.skf.com) 40 Hình 3.7 Khớp nối mềm 41 Hình 3.8 Cấu tạo, thông số khớp mềm 41 Hình 3.9 Thông số kỹ thuật khớp nối mềm 42 Hình 3.9 Thông số kỹ thuật khớp nối mềm 42 Hình 3.10 Thông số kỹ thuật vít me-đai ốc trục Z 46 Hình 3.11 Cấu trúc, thông số ổ lăn 48 Hình 3.12 Thông số kỹ thuật ổ lăn trục Z 50 Hình 3.13 Thông số kỹ thuật khớp nối trục Z 51 Hình 3.14 Quy trình tính toán ray dẫn hướng 52 Hình 3.15 Ray trượt tròn 52 Hình 3.16 Thông số kỹ thuật ray trượt tròn 53 Hình 3.17 Thông số kỹ thuật trượt tròn SCS 54 Hình 3.18 Sơ đồ lực tác lụng lên ray trượt truc Y 55 Hình 3.19 Hình ảnh thực máy CNC trục trước sơn 59 Hình 3.20 Hình ảnh thực máy CNC trục sau sơn Error! Bookmark not defined Hình 3.21 Mô hình 3D máy CNC 60 Hình 3.22 Kết cấu toàn máy CNC trục 61 Hình 3.23 Hình chiếu đứng máy CNC 61 Hình 3.24 Hình chiếu cạnh máy CNC 62 Hình 3.25 Hình chiếu máy CNC 62 Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống điều kiển mô hình máy phay CNC 63 Hình 4.2 Sơ đồ dây động đơn cực 65 Hình 4.3 Bố trí cuộn dây động bước lai đơn cực Error! Bookmark not defined Hình 4.4 Cấu tạo rotor động bước lai đơn cực 66 Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý mạch Driver dùng IC TB6560 67 Hình 4.6 Dụng cụ đo lường vị trí hệ CNC 68 GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 93 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục Hình 4.7 Công tắc hành trình D4MC-5000 68 Hình 4.8 Nút nhấn không đèn YW1B 68 Hình 4.10 Nút dừng khẩn 69 Hình 4.11 Đèn báo IDEC 69 Hình 4.12 Nguồn DC 24V 69 Hình 4.13 Cổng LPT 25 chân bố trí chân Error! Bookmark not defined Hình 4.14 Sơ đồ chức chân 71 Hình 4.15 Sơ đồ chân IC74HC245 73 Hình 4.16 Sơ đồ chân chức chân IC 74HC24 74 Hình 4.17 Cấu tạo bên IC 74HC24 75 Hình 4.18 Sơ đồ nguyên lý mạch đệm LPT 76 Hình 4.19 Cổng LPT lấy tín hiệu vào mạch từ máy tính cung cấp 77 Hình 4.20 Vào cửa sổ thiết lập chân chức Mach3 78 Hình 4.21 Giao diện cửa số Engine Configuration Port and Pin 78 Hình 4.22 Cổng lấy tín hiệu vào từ thiết bị ngoại vi mạch CNC 79 Hình 4.23 Cài đặt cổng vào Mach3 79 Hình 4.24 Cài đặt cổng vào nút Estop Mach3 80 Hình 4.25 Cài đặt cổng vào công tắc hành trình Mach3 80 Hình 4.26 Cổng điều khiển động bước mạch nguyên lý 81 Hình 4.27 Cài đặt cổng điều khiển động Mach3 81 Hình 4.28 Quy trình thiết kế gia công sản phẩm mô hình máy phay CNC 82 Hình 4.29 Lập trình tay Notepad 82 Hình 4.30 Sử dụng phần mềm CAM để mô gia công lấy Gcode Error! Bookmark not defined Hình 4.31 Các cách để nạp chương trình gia công vào phần mềm điều khiển 83 Hình 4.32 Phím mở chế độ điều chỉnh Mach3 .Error! Bookmark not defined Hình 4.32 Khung điều khiển trục tọa độ 84 Hình 4.33 Khung điều khiển trình gia công 84 GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 94 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Bảng lực dọc trục phần trăm tương ứng 35 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật động bước Error! Bookmark not defined Bảng 3.3 Bảng lực dọc trục phần trăn tương ứng 44 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật động bước trục Z 48 Bảng 3.5 Thông số lựa chọn chi tiết 58 Bảng 4.1 Bảng chức cổng LPT 71 Bảng 4.2 Bảng địa cổng LPT…………………………………………………… 73 GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 95 ...Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA CÔNG CNC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC 1.1 Tổng quan máy gia công CNC 1.1.1 Sơ lược máy CNC trình phát triển Điều... nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục chế tạo mô hình, cấu dẫn hướng tận dụng tự chế, dụng cụ kiểm tra thực tế lại không đầy đủ nên khó đạt độ xác định - Với mục đích chế tạo mô hình máy CNC công... dùng máy khoan, mài làm động trục cho mô hình máy CNC thiết kế GVHD: Th.S Đỗ Thế Cần Trang 26 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy CNC trục CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU TOÀN MÁY