Thiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC 3 trụcThiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC 3 trụcThiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC 3 trụcThiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC 3 trụcThiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC 3 trụcThiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC 3 trụcThiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC 3 trụcThiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC 3 trụcThiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC 3 trụcThiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC 3 trụcThiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC 3 trụcThiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC 3 trụcThiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC 3 trụcThiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC 3 trục
Trang 1LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án này là kết quả của toàn bộ nỗ lực của bản thân emtrong suốt thời gian theo học tại trường, là toàn bộ năng lực của em khi bắt tayvào quá trình nghiên cứu Để được thành công như ngày hôm nay chúng emkhông bao giờ quên được sự giúp đỡ và giảng dạy rất nhiệt tình của các thầy côKhoa Công nghệ Tự Động Hóa – Trường Đại học Công nghệ Thông tin vàTruyền thông Các thầy cô là đội ngũ đi trước rất am hiểu về lĩnh vực khoa học
kỹ thuật đã tận tình giảng dạy và giúp chúng em hoàn thành được rất nhiều đềtài, đồ án và có ứng dụng nhiều trong thực tế Và điều không thể không kể đếntrong thành công của em ngày hôm nay đó là sự nhiệt huyết tận tình hướng dẫncủa thầy giáo Dương Chính Cương, thầy giáo Nguyễn Công Khoa, các thầy đãcùng em đi qua những ngày khó khăn trong quá trình nghiên cứu và chỉ dẫn củathầy là niềm động lực rất lớn đối với em Và cuối cùng em xin ghi ơn công laocha mẹ đã sinh ra và cho em được ăn học đến ngày hôm nay để có cơ hội tiếpcận với lĩnh vực khoa học Sự quan tâm, động viên thường xuyên từ phía giađình là một động lực giúp em vượt qua áp lực tâm lý để em quyết tâm hoànthành tốt được đề tài này
Em cũng xin cảm ơn đến những người bạn thân và tập thể lớp ĐKTĐ K9A đã không ngại chia sẻ về kinh nghiệm làm đề tài cũng như hỗ trợ các côngviệc để giúp em hoàn thành được đồ án này
Trang 2-LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là sự nghiên cứu của bản thân, được xuất phát từyêu cầu phát sinh trong công việc để hình thành hướng nghiên cứu Các số liệu
có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ đúng nguyên tắc và kết quả trình bày trong đồ ánthu thập được trong quá trình nghiên cứu là trung thực
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Ngọc Vĩnh
Trang 3MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 1
LỜI CAM ĐOAN 2
MỤC LỤC 3
DANH MỤC HÌNH ẢNH 5
A MỞ ĐẦU 7
I Đặt vấn đề 7
II Mục đích nghiên cứu 8
III Kết quả dự kiến đạt được 8
IV Nội dung nghiên cứu 9
B NỘI DUNG 9
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY CNC 3 TRỤC 9
1.1 Lịch sử phát triển của CNC 9
1.2 Thực trạng ứng dụng máy CNC tại Việt Nam 13
1.3 Ứng dụng của máy CNC 14
1.4 Giới thiệu về máy CNC 3 trục 14
1.4.1 Giới thiệu 14
1.4.2 Cấu tạo của máy CNC 3 trục 15
1.4.3 Quy trình tạo ra một sản phầm từ máy CNC 26
1.5 Kết luận 30
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG CƠ KHÍ CHO MÁY CNC 3 TRỤC 31
2.1 Các vấn đề đặt ra 31
2.2 Phương án chuyển động 31
2.2.1 Phương án phôi cố định 31
Trang 42.2.2 Phương án phôi di chuyển trên trục Y, dụng cụ gia công di chuyển
theo 2 trục X và Z 32
2.2.3 Phôi di chuyển theo 2 trục X và Y, dụng cụ gia công di chuyển theo trục Z 32
2.2.4 So sánh 3 phương án 33
2.2.5 Phạm vi ứng dụng của máy 34
2.3 Phân tích phương án thiết kế cơ khí 34
2.3.1 Phần khung 34
2.3.2 Kết cấu bàn máy 36
2.3.3 Hệ thống thanh trượt, con trượt (block) 37
2.3.4 Thanh vít me – đai ốc 37
2.3.5 Khớp nối 40
2.3.6 Chọn cụm ổ lăn 41
2.3.7 Chọn gối đỡ 43
2.3.8 Liên kết giữa ray trượt và thân máy, bàn máy 44
2.4 Tính toán lựa chọn trục vít, ổ bi đỡ cho trục 45
2.4.1 Chọn kiểu lắp đặt, tính lực cắt 45
2.4.2 Tính toán lựa chọn trục vít, ổ bi đỡ cho trục 46
2.4.3 Tính toán tải trọng 48
2.4.4 Chọn kiểu bi 49
2.4.5 Tính chiều dài trục vít me 49
2.4.6 Tính đường kính trục vít me 50
Trang 52.4.10 Chọn ổ lăn, gối đỡ 53
2.4.11 Chọn thanh dẫn hướng 54
2.5 Kết luận 54
CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO CÁC KẾT CẤU CƠ KHÍ CHÍNH CỦA MÁY CNC 55
3.1 Chế tạo khung máy 55
3.2 Thiết kế trục Y 56
3.2.1 Quy trình lắp 2 thanh trượt trục Y 57
3.2.2 Quy trình lắp vít me, gối đỡ trục Y 58
3.2.3 Quy trình lắp bàn trục Y 60
3.3 Thiết kế trục X 61
3.3.1 Lắp thanh trượt vào bàn máy trục X 62
3.3.2 Lắp vít me, gối đỡ vào bàn máy trục X 63
3.3.3 Quy trình lắp bàn trục X 64
3.4 Thiết kế trục Z 66
3.4.1 Quy trình lắp 2 thanh trượt trục Z 67
3.4.2 Quy trình lắp vít me, gối đỡ trục Z 67
3.4.3 Quy trình lắp bàn trục Z 69
3.5 Lắp ráp động cơ 71
3.5.1 Động cơ vạn năng 71
3.5.2 Động cơ bước 72
3.6 Máy CNC hoàn chỉnh 73
3.7 Kết luận 74
KẾT LUẬN 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
Trang 6DANH MỤC HÌNH Ả
Hình 1 1 Tiền thân của máy NC 12
Hình 1 2 Máy CNC hiện nay 12
Hình 1 3 Những máy CNC với công nghệ hiện đại nhất thế giới với 6 trục 14
Hình 1.4 Kết cấu máy CNC 17
Hình 1 5 Khung máy 18
Hình 1 6 Bàn máy 19
Hình 1 7 Thanh trượt 20
Hình 1 8 Vít me 21
Hình 1 9 Hình ảnh vể động cơ máy khoan (động cơ vạn năng) 22
Hình 1 10 Động cơ bước sử dụng trong mô hình 23
Hình 1 11 Contactor sử dụng trong mô hình 24
Hình 1 12 Nguồn 24
Hình 1 13 Driver của máy 25
Hình 1 14 Cổng LPT 26
Hình 1 15 Rơ le bán dẫn 27
Hình 1 16 Nút bấm 27
Hình 1 17 Lưu đồ giải thuật 28
Hình 1 18 Một mẫu thiết kế bằng phần mềm Lazycam 29
Hình 1 19 Giao diện phần mềm Mach3 29
Hình 1 20 Driver của nhóm dùng 30
Trang 7Hình 2 3 Thanh trượt và con trượt vuông 38
Hình 2 4 Vít me – đai ốc bi 39
Hình 2 5 Vít me trục Y 40
Hình 2 6 Vít me trục X 41
Hình 2 7 Khớp nối mềm 42
Hình 2 8 Ổ lăn 44
Hình 2 9 Gối đỡ 45
Hình 2 10 Ốc lục giác 45
Hình 3 1 Khung máy 56
Hình 3 2 Khớp nối mềm, gối đỡ 58
Hình 3 3 Trục Y 59
Hình 3 4 Kết cấu bộ truyền vit me đai ốc bi 60
Hình 3 5 Bàn thép trục Y 62
Hình 3 6 Bàn máy 63
Hình 3 7 Kết cấu mặt dưới bàn máy 65
Hình 3 8 Bàn máy đã lắp xong 67
Hình 3 9 Thanh trượt, vít me – đai ốc trục Z 70
Hình 3 10 Bàn gá động cơ trục Z 72
Hình 3 11 Động cơ vạn năng 73
Hình 3 12 Động cơ bước 74
Hình 3 13 Máy CNC 3 trục 75
Trang 8A MỞ ĐẦU
I Đặt vấn đề
Trong nền sản suất công nghiệp hiện đại, đòi hỏi khả năng về tự động vớiphương thức linh hoạt cao của dây truyền sản xuất, thì máy công cụ điều khiển sốCNC đóng vai trò rất quan trọng Sử dụng máy CNC cho phép giảm khối lượnggia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, đồng thờirút ngắn được chu kỳ sản xuất nên ngày nay trên thế giới rất nhiều nước đã ápdụng rộng rãi máy công cụ số vào lĩnh vực cơ khí chế tạo Bên cạnh đó, sự pháttriển về công nghệ thông tin đã gặt hái được rất nhiều thành tựu to lớn, các máytính số ngày càng được sản xuất nhiều với những tính năng tốc độ xử lý dữ liệucao, sử dụng dễ dàng, kết cấu nhỏ gọn, giá thành thấp
Xuất phát từ thực tế này cùng với kiến thức chúng em dược học tập khingồi trên ghế nhà trường, nhóm chúng em quyết định thiết kế, chế tạo máy CNC
3 trục công suất nhỏ Sản phẩm tuy không lớn nhưng sẽ là cơ hội để em áp dụng
lý thuyết vào thực tế, giá thành không quá cao phù hợp với khả năng của sinhviên Máy CNC được thiết kế nhỏ gọn, độ chính xác và tin cậy cao trong quátrình gia công chi tiết máy, nhằm giảm tải sức lao động của con người, gia côngđược trên các vật liệu như: gỗ, mica
Để chế tạo máy CNC nhóm đã nghiên cứu chia thành các lĩnh vực nhỏ đểtiện cho việc nghiên cứu như: Thiết kế và chế tạo cơ khí cho máy CNC, trang bịđiện cho máy CNC, quy trình sinh mã G-code cho máy CNC, điều khiển và giám
Trang 9Trong quá trình thực hiện đề tài do lượng kiến thức còn hạn chế nên emkhông tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tàicủa em được ứng dụng trong thực tế được hiệu quả hơn.
II Mục đích nghiên cứu
Đi vào nghiên cứu các vấn đề cốt lõi, chuyên sâu về thiết kế và chế tạo cơkhí cho máy CNC:
- Tìm hiểu các phương án xây dựng mô hình máy CNC
- Thiết kế các kết cấu cơ khí chính của mô hình máy CNC
- Chế tạo các kết cấu cơ khí chính của mô hình máy CNC
- Hoàn thiện máy CNC 3
III Kết quả dự kiến đạt được
- Thiết kế và chế tạo các kết cấu cơ khí chính của máy CNC 3 trục
- Máy CNC 3 trục sẽ tạo ra được các sản phẩm: khắc chữ, khắc hoa văn trêncác vật liệu như gỗ, mica, nhôm…
IV Bố cục đồ án
Đồ án thực hiện hoàn thiện gồm các nội dung sau:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về máy CNC 3 trục
Trình bày kiến thức tổng quan về máy CNC bao gồm cấu tạo, các thiết bị
sử dụng để làm máy CNC 3 trục thực tế Kèm theo đó là quy trình để tạo ra đượcmột sản phẩm từ máy CNC
Chương 2: Phương án xây dựng cơ khí cho máy CNC 3 trục.
Trang 10Phân tích và lựa chọn các giải pháp thiết kế máy phù hợp để lắp ghépthành khung máy, lựa chọn hệ thống dẫn động, các bản vẽ kỹ thuật thể hiện chitiết máy dạng 3D, và tính toán các thông số chính xác, nhằm tạo ra phương ánthiết kế máy CNC 3 trục tốt nhất.
Chương 3: Chế tạo các kết cấu cơ khí chính của máy CNC 3 trục.
Quy trình lắp ráp và chế tạo cơ khí chính cho máy CNC, đảm bảo sự vận
hành và gia công chính xác của máy CNC
B NỘI DUNG CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY CNC 3 TRỤC 1.1 Lịch sử phát triển của CNC
Máy CNC (computer numerical controlled) là những công cụ gia công kimloại tinh tế có thể tạo ra những chi tiết phức tạp theo yêu cầu của công nghệ hiệnđại Phát triển nhanh chóng với những tiến bộ trong máy tính
Vào năm 1800 nhưng chiếc máy tiện gia công kim loại thực tế đầu tiên mớiđược Henry Maudslay phát minh Công cụ cắt này được nhân viên vận hành vậndụng qua việc sử dụng cái quay tay hay vô lăng Độ chính xác về kích cỡ đượcnhân viên vận hành điều khiển bằng cách quan sát đĩa chia độ trên vô lăng và dichuyển công cụ cắt theo số lượng hợp lý
Năm 1818 chiếc máy phay đầu tiên được vận hành theo cách thức tương tựnhư vậy, ngoại trừ công cụ cắt được đặt ở trục chính đang quay Phôi được lắptrên bệ máy hay bàn làm việc và di chuyển theo công cụ cắt, qua việc sử dụng vôlăng để gia công đường mức của phôi
Thiết kế máy CNC hiện đại bắt nguồn từ tác phẩm của John T Parsons cuối
Trang 11Đến những năm 1960, giá thành và tính phức tạp của những chiếc máy tựđộng giảm đến một mức độ nhất định để có thể ứng dụng trong các ngành côngnghiệp khác.
Rồi cho đến giữa những thập niên 70, 80, với sự phát triên cùa công nghệ
vi xử lí Lần dầu tiên nó được đưa vào thiết bị điều khiên số có sự hỗ trợ của máytính, tạo một bước nhảy khổng lồ trong lĩnh vực điều khiển số Từ các máy điềukhiển số NC trở thành những máy điều khiển số CNC (Computeizcd NumcricalControl), tức là những máy công cụ điều khiến số có sự trợ giúp của máy tính.Mặc khác, cùng với những mô đun điện tử dùng để lưu trữ dữ liệu và tạo xung,
bộ vi xử lí hình thành trung tâm đóng ngắt và tính toán của tất cả mọi điều khiến
số CNC hiện đại Tốc độ chuyển nhanh của các phần tử này đủ để đưa ra nhiềuchức năng và nhiệm vụ tính toán khác nhau mà không làm ảnh hướng đến nhịp
độ làm việc cua các máy công cụ ghép nối với chúng
Rồi từ thập niên 80 trở đi, với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu,các mạng cục bộ và liên thông đã tạo điều kiện cho các nhà chế tạo thực hiệnviệc nối kết giữa các máy CNC riêng lẻ (CNC Machinc Tools) lại với nhau tạothành các trung tâm gia công DNC (Directe Numerical Control) nhằm khai thácmột cách có hiệu quả nhất như: cách bố trí, sắp xếp các công việc trên từng máy,
tổ chức sản xuất, Và cũng dựa trên nền công nghiệp này, một chuỗi các loạithiết bị, phần mềm và hệ thống được phát triển không ngừng bời các viện nghiêncứu và công nghệ khác nhau trên thế giới Nhằm thoả mãn về nhu cầu thiết kế vàchế tạo đặc biệt
Đó là những phần mềm thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệCAD/CAM (Computer Aided Desgin/ Computer Aided Manufacturing) theo hệthống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manuíacturing System) và cao hơn làviệc chế tạo và gia công chi tiết được thực hiện toàn bộ qua máy tính, người tagọi là tổ hợp CIM (Computer Intergraded Manufacturing)
Cho đến năm 2003 này, lịch sử phát triển của máy công cụ điều khiển số
đã được 51 năm tuổi Nó đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước
Trang 12trên thế giới Từ những ứng dụng gia công đơn giản như việc di chuyển từ điểmđến điểm của máy khoan đến những máy công cụ điều khiển 2 trục như máy tiện,điều khiển 3 trục như máy phay, và cho đến những nhiệm vụ tự động gia côngnhiều trục và độ phức tạp cao như: các khuôn rèn dập, các khuôn đúc áp lực,cánh tuabin và những chi tiết phức tạp của máy bay, tàu thuỷ,
Ngày nay máy CNC còn được dùng vào việc kiểm tra giám sát, điện báođiện tín và nhiều lĩnh vực khác đã đem lại chất lượng và hiệu quả kinh tế rấtđáng kể Trong tương lai, với lợi thế về sự ghép nối các hệ thống CNC riêng lẻvới nhau để tạo thành mạng sẽ được phát huy trong chiến lược gia công toàn cầu.Trong đó, dòng thông tin được thu phát, chuyển giao bằng hệ thống vệ tinh, đảmnhiệm mối liên kết giữa nhu cầu thị trường_ đơn đặt hàng_ nhà thiết kế_ nhà chếtạo_ nhà cung cấp_ nhà tiêu thụ trong mạng liên thông toàn cầu WAR (WorldArea Netword)
Hình 1 1 Tiền thân của máy NC
Trang 13Hình 1 2 Máy CNC hiện nay
Trang 14Hình 1 3 Những máy CNC với công nghệ hiện đại nhất thế giới với 6 trục
1.2 Thực trạng ứng dụng máy CNC tại Việt Nam
Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợptác với nước ngoài như: dự án “Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển và chếtạo khuôn mẫu” Lúc đó các công nghệ CNC như: máy phay CNC, máy tiện CNC,
đo lường CNC,… lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhàchuyên môn cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên doanh nước ngoài
Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang có những dự án đầu
tư các dây chuyền sản xuất với phần lớn thiết bị trong dây chuyền là các náy CNC
Mặc dù, công nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong một thời gian ngắnnhưng có thể nói công nghệ này đã có một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc trong
Trang 15Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là rất xa lạ
Máy CNC cũng có thể dùng để tạo ra các sản phẩm thông dụng và sản phẩmcông nghệ cao được sử dụng trong cuộc sống và trong công nghiệp: khuôn mẫudùng để tạo ra các chi tiết bằng nhựa dùng trong cuộc sống hàng ngày, các chi tiết
để cấy và chế tạo các ống nano, các chi tiết bằng vật liệu sinh học để thay thế xươngtrong y học, các đồ gá dùng trong sản xuất chíp điện tử,…
1.4 Giới thiệu về máy CNC 3 trục
1.4.1 Giới thiệu
Đời sống ngày càng phát triển đòi hỏi cao về chất lượng sản phẩm, tốc độ sảnxuất, độ chính xác… Do đó, vấn đề tự động hóa được đặt ra để đáp ứng nhu cầu đó.Một trong số những sản phẩm của tự động hóa là máy CNC Sự ra đời của máyCNC 3 trục đáp ứng cho nhu cầu sản xuất tự động đạt độ chính xác cao về hìnhdáng, kích thước của sản phẩm
Máy CNC 3 trục được chế tạo, điều khiển nhằm góp phần tự động hóa quátrình sản xuất Khi hoạt động, toàn bộ quy trình công nghệ, các thông số trong dâychuyền sản xuất đòi hỏi phải cần độ chính xác cao về vị trí, kích thước cũng như đápứng về thời gian Để đáp ứng được các yêu cầu này thì cơ cấu khung máy và hệ
Trang 16thống dẫn động phải được liên kết chính xác, đảm bảo Sử dụng động cơ AC servokết hợp với bộ điều khiển Mach 3 là lựa chọn phù hợp nhất Kết hợp với khả năngtính toán nội suy G-code và xử lý mạnh của máy tính giúp máy CNC hoạt độngchính xác với độ tin cậy cao.
1.4.2 Cấu tạo của máy CNC 3 trục
Phần điều khiển: Các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính trungtâm
Trang 171.4.2.1 Phần cơ khí
a Phần khung
Máy có kết cấu dạng C – frame nên cần các yêu cầu sau:
+ Thân máy phải có độ cứng vững cao
+ Phần đế máy (chân máy) phải đảm bảo sự cân bằng của toàn máy khi bànmáy di chuyển, không bị lệch trọng tâm máy
Hình 1 5 Khung máy
b Kết cấu bàn máy
Bàn máy được thiết kế để di chuyển theo 2 trục x, y
Bàn máy có hình dạng như sau:
Trang 18Hình 1 6 Bàn máy
c Hệ thống thanh trượt
Thanh dẫn hướng có nhiệm vụ là dẫn hướng cho các chuyển động của bàn máytheo phương các trục X, Y và chuyển động lên xuống theo trục Z của trục chính.Yêu cầu của hệ thống thanh trượt phải thẳng, có khả năng chịu tải cao, cứng vữngtốt, không có hiện tượng dính, trơn khi trượt
Trang 19Hình 1 7 Thanh trượt
d Thanh vít me
Giới thiệu chung:
Vít me bi và đai ốc có 1 đường được lắp đầy bởi những viên bi thép Khi trụcvít xoay, những viên bi cuộn tròn trong mối ren của trục vít và đai ốc Điều nàynhằm giảm ma sát của chúng Bởi vì các viên bi cuối cùng sẻ rơi ra ngoài, nên đai ốc
có một đường ống dẫn về để vét những viên bi khỏi rãnh của trục vít và đưa chúngtrở lại phần đầu của đường bi ở phía cuối của đai ốc
Trang 20Động cơ vạn năng (UNIVERSAL MOTOR hoặc SERIE MOTOR) hay còn gọi
là động cơ cổ góp điện là động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 1 pha cấu tạo gồm
Trang 21Hình 1 9 Hình ảnh vể động cơ máy khoan (động cơ vạn năng)
Ưu điểm:
- Mômen mở máy và khả năng quá tải tốt
- Có thể dùng với nguồn xoay chiều hay nguồn 1 chiều
cơ có thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào cũng như là quay đến bất kỳ vị trí nào
Trang 22Hình 1 10 Động cơ bước sử dụng trong mô hình
Ưu điểm:
+ Khi dùng động cơ bước không cần mạch phản hồi cho cả điều khiển vị trí vàvận tốc
+ Thích hợp với các thiết bị điều khiển số
+ Khả năng điều khiển số trực tiếp, động cơ bước trở thành thông dụng trongcác thiết bị cơ điện tử hiện đại
Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC
Nhược điểm:
+ Phạm vi ứng dụng là ở vùng công suất nhỏ và trung bình
+ Việc nghiên cứu nâng công suất động cơ bước đang là vấn đề rất được quantâm hiện nay
+ Hiệu suất động cơ bước thấp hơn các loại động cơ khác
c Contactor
Trang 23Hình 1 11 Contactor sử dụng trong mô hình
Trang 24và hiện tượng cảm ứng giữa các đường dẫn có thế làm biến dạn tín hiệu, khoảngcách giới hạn là 8m, thông thường chỉ cỡ 1,5 - 2 m.
Trang 27Để tạo ra một sản phẩm từ máy CNC cần qua nhiều gia đoạn từ thiết kế mẫuđến vận hành chính xác của máy
Hình 1 17 Lưu đồ giải thuật
Cái công đoạn cơ bản như sau:
- Công đoạn thiết kế mẫu và xuất mã G-code: Nhằm thiết kế được các sản phẩm
mang tính thẩm mỹ và độ chính xác cao công đoạn này thường sử dụng các phầnmềm chuyên dụng như Autocad, Mastercam, Lazycam…để thiết kế Người thiết
kế cần phải có tư duy tốt để thiết kế được các mẫu hoàn hảo nhất Không nhữngthế người thiết kế cần phải là người có kiến thức và am hiểu về máy CNC sẽphay mẫu mà họ thiết kế để có thể cài đặt thuộc tính phay cắt khi xuất mã G-code một cách hợp lý
Trang 28Hình 1 18 Một mẫu thiết kế bằng phần mềm Lazycam
- Công đoạn điều khiển: Công đoạn này cần có sự kết hợp giữa phần cứng và phần
mềm điều khiển Cụ thể ta có thể sử dụng một số loại phần mềm điều khiển như
Mach3, Ncstudio… Các phần mềm này có giao diện điều khiển dễ sử dụng vàđiều khiển cho phép điều khiển bằng tay và tự động Những phần mềm điềukhiển được cài trên máy tính và máy tính sẽ là trung tâm điều khiển và đưa ra cáctín hiệu điều khiển cho máy CNC
Trang 29hiệu điều khiển đến các động cơ Tuy nhiên ta cũng có thể nối trực tiếp LPT vớicác driver điều khiển các trục chính X,Y,Z Sản phẩm của nhóm dùng cách nốitrực tiếp LPT với driver nhằm giảm chi phí chế tạo cho máy.
Hình 1 20 Driver của nhóm dùng
- Hoàn thành sản phẩm: Khi tiến hành phay sản phẩm không những cần sự chính
xác từ giai đoạn gá phôi, thiết kế mẫu mà còn cần sự vững chắc của khung máy
mà còn cần sự ổn định của động cơ các trục
Hình 1 21 Hình Sản phẩm từ máy CNC trên vật liệu gỗ
Trang 301.5 Kết luận
Chương 1 đã giới thiệu tổng quan về máy CNC 3 trục, các cấu trúc cơ bảncủa máy và các thiết bị mà nhóm đã dùng để chế tạo máy Từ đó, đưa ra phương ánthiết kế và chế tạo cơ khí phù hợp cho máy CNC được thể hiện chi tiết hơn ởchương 2
Trang 31CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG CƠ KHÍ CHO MÁY CNC 3 TRỤC 2.1 Các vấn đề đặt ra
Các thiết bị dẫn động có một vai trò quan trọng trong máy CNC, là nhân tốchính đảm bảo sự vận hành và gia công chính xác của máy Việc tính toán lựa chọncác thiết bị dẫn động là một công việc bắt buộc và phức tạp với nhiều công thức cầnthiết lập Vì vậy, để thuận tiện cho công việc lựa chọn thiết bị dẫn động, trongchương này chúng ta đi xây dựng công thức tính toán và chương trình tính chọn cácthiết bị dẫn động
Việc xây dựng phương án cơ khí cho máy CNC 3 trục đặt ra yêu cầu sau:
- Đưa ra phương án tính chọn cơ khí
+ Trục Y có thể vừa trượt được trên bệ đỡ vừa nâng được các trục X và Z thì
nó thường phải có kết cấu vững chắc và có các thanh rằng ngang, để toàn bộ phầntrượt Y không bị vênh, xộc xệch khi di chuyển Đồng thời 2 tấm đỡ 2 bên phải đủ độdày để khi bắt vào thanh trượt của bệ đỡ thì khớp trượt không bị dơ, đảm bảo trượt
ổn định và không có sai số
Trang 32+ Trục X trượt trên trục Y nên trên bộ phận trượt trục Y có gắn hệ thống cácthanh trượt, cơ cấu truyền động, động cơ… tất cả các bộ phận này chuyển độngcùng với trục Y
+ Trên phương trục Z có gắn cơ cấu bắt động cơ chạy mũi khoan Trục Ztrượt trên trục X nên trên bộ phận trượt trục X có các thanh trượt, vít me bi, động cơ,
cơ cấu truyền động cho trục Z
+ Trên bệ đỡ có gắn các thanh trượt trục Y và phôi cần gia công
2.2.2 Phương án phôi di chuyển trên trục Y, dụng cụ gia công di chuyển theo 2 trục X và Z.
- Đặc điểm:
+ Phần cố định bao gồm khung máy (hay bệ đỡ), các thanh trượt, động cơ và
cơ cấu truyền động của trục X và Y gắn cố định vào khung máy
+ Trục X và trục Y đều trượt trên các thanh trượt gắn cố định ở khung, trục Z
là trượt trên trục X, nên trên trục X có gắn thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyềnđộng của trục Z
+ Trên trục Z có cơ cấu giữ động cơ chạy khoan
2.2.3 Phôi di chuyển theo 2 trục X và Y, dụng cụ gia công di chuyển theo trục
Z
- Đặc điểm :
+ Phần cố định bao gồm đế máy và phần gá cơ cấu dẫn động của trục Z
Trang 33+ Đầu gá dụng cụ mang theo dụng cụ gia công thực hiện chuyển động theophương trục Z ( trục thẳng đứng )
2.2.4 So sánh 3 phương án
- Với những đặc điểm trên một điều dễ nhận thấy là số lượng, kích thước vàkhối lượng các bộ phận chuyển động của phương án phôi cố định là nhiều hơn baogồm:
+ Bộ phận trượt trục Z, bao gồm cả cơ cấu bắt động cơ chạy mũi khoan + Bộ phận trượt trục X, bao gồm cả thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyềnđộng của trục Z
+ Bộ phận trượt trục Y bao gồm cả: các thanh trượt của trục X, động cơ và cơcấu truyền động của trục X
- Trong khi của phương án phôi di chuyển bao gồm:
+ Bộ phận trượt trục Z, bao gồm cả cơ cấu bắt động cơ chạy mũi khoan + Bộ phận trượt truc X bao gồm cả thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyềnđộng của trục Z
+ Bộ phận trượt trục Y, không có các thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyềnđộng của trục X
- Điều nổi bật ở đây là trong phương án phôi cố định, bộ phận trượt trục Xtrượt trên trục Y vì vậy bộ phận Y có kết cấu rất to, cồng kềnh khối lượng lớn, lạicộng thêm khối lượng của thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động của trục X, từ
đó dẫn đến tổng khối lượng của phần di động trong phương án này lớn hơn trongphương án phôi di động tới 2 lần
- Mặt khác, trong việc thiết kế máy CNC, một tỉ số rất quan trọng đó là tỉ sốgiữa khối lượng phần di chuyển và khối lượng phần cố định phải đủ thấp để đảm
Trang 34bảo trong quá trình vận hành máy không bị rung, ảnh hưởng lớn tới các kết cấu, và
độ chính xác của quá trình gia công Như vậy trong phương án phôi cố định , vì khốilượng phần di chuyển lớn, tỉ số này tăng cao, nên rất dễ bị rung khi làm việc Từ đóngười đưa ra giải pháp là tăng khối lượng phần bệ đỡ làm tỉ số giảm xuống mức độchấp nhận được, đủ để máy hoạt động bình thường Tuy nhiên điều này sẽ làm tăngkhống lượng của toàn máy lên cao, đó là lý do mà hầu hết các mẫu máy hiện naythiết kế theo phương án này đều có cái bệ đỡ rất to, đôi khi trong một số ứng dụngcần sự linh hoạt hay vận chuyển nhiều sẽ gặp khó khăn
- Trong 2 phương án di chuyển phôi, thì phương án phôi di chuyển theo haiphương trục X và trục Y là cho kết cấu máy nhỏ gọn và mang tính công nghệ caohơn so với phương án phôi di chuyển theo một phương Tuy phuơng án này có thểgặp khó khăn trong khâu chế tạo vì kết cấu khá phức tạp nhưng nó đảm bảo đượctính công nghệ, vấn đề về trọng tâm của máy cũng như đưa mô hình đến gần vớimáy CNC trong công nghiệp hơn
Vì vậy chúng em quyết định chọn kết cấu máy CNC theo phương án phôi dichuyển theo hai phương của trục X và trục Y
Trang 35+ Phần đế máy (chân máy) phải đảm bảo sự cân bằng của toàn máy khi bàn máy dichuyển, không bị lệch trọng tâm máy.
Để thỏa mãn các yêu cầu trên, ta có thể lựa chọn giải pháp thiết kế thân máybằng gang nguyên khối hoặc thép cứng để đạt độ cứng vững cao, đồng thời tăngkhối lượng chân đế máy để hạ thấp trọng tâm máy, tạo ra sự cân bằng cho máychuyển động
Mục đích:
- Đảm bảo độ chính xác gia công
- Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy
Trong đề tài em chọn phương án sử dụng thép cứng hàn khung vì giá cả vừaphải, dễ tìm kiếm mà vẫn đảm bảo độ chắc chắn cho thân máy, với kích thước 830 ×
630 × 350 (mm)
Hình 2 1 Khung máy
Trang 362.3.2 Kết cấu bàn máy
Bàn máy là nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá Nhờ có sự chuyển độnglinh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC được tănglên rất cao, có khả năng gia công được những chi tiết có biên dạng phức tạp
Yêu cầu của bàn máy:
Phải có độ ổn định, cứng vững, được điều khiển chuyển động một cách chính xác
Từ yêu cầu về độ bền em quyết định chọn thép hộp để hàn thành bàn máy vì các đặctính phù hợp như:
- Khả năng chống ăn mòn và rỉ sét tốt
- Độ bền và độ cứng cao
- Dễ tìm kiếm trên thị trường
Vậy nên thép hộp sẽ đảm bảo độ vững chắc cho bàn máy, với kích thước 400×1080
× 40 (mm)
Trang 372.3.3 Hệ thống thanh trượt, con trượt (block)
Thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ là dẫn hướng cho các chuyển động củabàn máy theo phương các trục x, y và chuyển động lên xuống theo trục z của trụcchính Yêu cầu của hệ thống thanh trượt phải thẳng, có khả năng chịu tải cao, cứngvững tốt, không có hiện tượng dính, trơn khi trượt
Có 2 loại thanh trượt là: thanh trượt tròn và thanh trượt vuông
Để đảm bảo bàn máy vận hành êm, giảm ma sát, ta có thể sử dụng các thanhtrượt vuông Các ray này có độ cứng vững cao, độ chính xác cao Để tương thích vớiray trượt ta sử dụng con trượt vuông có nhiệm vụ trượt trên ray tạo ra sự chuyểnđộng giữa các trục X, Y, Z
Hình 2 3 Thanh trượt và con trượt vuông
2.3.4 Thanh vít me – đai ốc
- Giới thiệu chung
+ Vít me đai ốc thường: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt
Trang 38+ Vít me đai ốc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn.
Từ phân tích trên em lựa chọn vít me đai ốc bi có ma sát nhỏ và hoạt động êmnên được dùng trong máy có độ chính xác cao như máy CNC
Vít me bi và đai ốc có 1 đường được lắp đầy bởi những viên bi thép Khi trụcvít xoay, những viên bi cuộn tròn trong mối ren của trục vít và đai ốc, nhằm giảm
ma sát của chúng Bởi vì các viên bi cuối cùng sẽ rơi ra ngoài, nên đai ốc có 1đường ống dẫn về để vét những viên bi khỏi rãnh của trục vít và đưa chúng trở lạiphần đầu của đường bi ở phía cuối của đai ốc Lực đẩy của đai ốc không nặng nềnhờ những viên bi cuộn tròn
Hình 2 4 Vít me – đai ốc bi
- Ưu điểm của vitme đai ốc bi :
Trang 39+ Có thể loại trừ khe hở và sức căng ban đầu nên đảm bảo độ cứng vững dọctrục cao.
+ Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài
+ Gần như độc lập hoàn toàn với lực ma sát (biến đổi theo tốc độ), ma sát tĩnhrất bé nên chuyển động êm
- Nhược điểm của vitme đai ốc bi :
+ Khả năng chịu tải kém hơn so với vít me thường
+ Do cần độ chính xác cao nên chế tạo khó khăn
+ Giá thành đắt
- Vít me bi trục Y:
Hình 2 5 Vít me trục Y
Trang 40Có 2 loại khớp nối phổ biến là:
- Khớp nối cứng: Là khớp nối liên kết cố định 2 chi tiết lại với nhau, không có sai
lệch vị trí tương quan
- Khớp nối mềm: Là khớp nối có sử dụng vòng, đệm đàn hồi (lá thép kỹ thuật).
Vòng có khả năng lựa theo sai lệch vị trí của các trục để truyền chuyển động Đệmđàn hồi có tác dụng bù sai lệch của trục