trên máy tính (sử dụng CAD: vẽ và thiết kế trên máy tính) phần mềm có một hệ thống biên dịch trợ giúp cho quá trình lập trình để xác định một chương trình gia công thích hợp dưới dạng [r]
(1)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY PHAY CNC 2D
THE DESIGN AND MANUFACTURE OF THE 2D-CNC MILLING-MACHINE MODEL
Phạm Đăng Phước
Trường Đại học Phạm Văn Đồng
TÓM TẮT
Nghiên cứu lĩnh vực công nghệ cao, nâng cao khả thiết kế hệ thống điều khiển tự động, chế tạo loại máy CNC (Computer Numerical Control) dùng sản xuất yêu cầu cấp thiết ngành khí nước ta, đặc biệt lĩnh vực đào tạo chuyên ngành Máy phay CNC thiết bị sử dụng nhiều, dùng để gia cơng chi tiết có độ xác cao, hình dáng phức tạp Bài báo giới thiệu thành công, kết nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phay CNC 2D sở ban đầu cho nghiên cứu phức tạp sau Máy thiết kế theo hướng ứng dụng công nghệ CAD/CAM, sử dụng phần mềm KCAM, lập trình tự động để gia cơng biên dạng vẽ máy tính
ABSTRACT
Any researches into hi-tech areas such as improving the design of auto-control systems and manufacturing CNC tool machines are pressing requirements for Vietnam’s engineering branch, especially in the training of engineering The CNC milling machine is one of the commonly used machines, which manufacture complicate-shaped details with high accuracy This article presents the results of a research on the design and manufacture of the 2D-CNC milling machine as a preliminary base for later researches This machine is designed to apply the CAD/CAM technology with the KCAM software and automatic programs to the processing of the paths drawn on the PC
1.Mở đầu
(2)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010
trước có độ phức tạp lớn yêu cầu điều khiển độ xác; kết nhằm phục vụ cho cơng tác giảng dạy học tập sinh viên chuyên ngành, bước nâng cao lực thiết kế loại máy CNC
2.Nội dung
2.1.Thiết kế khí
Máy thiết kế dạng mơ hình đảm bảo chuyển động xác bàn máy sở phối hợp chuyển động theo phương hai trục X, Y Mục tiêu thiết kế máy đảm bảo chuyển
động để gia công đường thẳng, đường cong mặt phẳng nằm ngang, song song với mặt bàn máy; đường gia cơng vẽ phần mềm CAD, liệu truyền trực tiếp đến máy thiết kế để gia công thông qua lệnh G, M code Máy thiết kế với kiểu điều khiển 2D; với điều khiển 2D, hai trục X, Y điều khiển đồng thời (Trục Z chuyển động độc lập)
Mơ hình máy thiết kế mơ phần mềm Inventor hình 2: 1, 2: Các động DC servo dẫn động trục
X, Y
3, 4: Các truyền vít me – đai ốc bi 5: Động AC dẫn động trục 6: Động DC nâng hạ trục 7: Bàn máy
1
3
4
5
7
Hình 2. Mơ hình máy phay
(3)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010
Động dẫn động trục chính:
Dùng loại động xoay chiều (AC Motor) có đặc điểm sau:
Ưu điểm: Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều, dễ tìm, động có cơng
suất lớn kích thước nhỏ, giá thành rẻ
Nhược điểm: Phải có mạch cách ly phần điều khiển phần chấp hành để
đảm bảo an toàn Momen khởi động nhỏ; mạch điều khiển tốc độ phức tạp (do dùng biến tần)
Máy sử dụng động dẫn động trục động xoay chiều khơng đồng pha với thông số sau:
+ Loại động cơ: Kí hiệu: DY-902C + Số vịng quay: nmax =10.000 vịng/phút
+ Cơng suất: N=150W + Nguồn điện: 200/250V + Dòng điện: 0,75A
Động dẫn động trục toạ độ X, Y:
Chọn động Servo chiều để dẫn động trục tọa độ X, Y
Ưu điểm: Momen xoắn lớn, dễ điều chỉnh vô cấp, làm việc ổn định cấp
tốc độ (trong phạm vi điều khiển), giá thành rẻ
Nhược điểm: Đáp ứng chậm mạch điều khiển lại phức tạp, phải có mạch phản hồi nâng cao độ xác, dải tốc độ điều khiển hẹp
Các thơng số động cơ:
+ Số vịng quay: nmax = 3000 vịng/phút
+ Cơng suất: N= 35 W
+ Điện áp: 24 V
+ Encoder: 200 xung
+ Khối lượng: 700 g
+ Đường kính trục: dtr= mm
Chọn loại vít me cho cấu chạy dao mơ hình thiết kế:
Cơ cấu vít me-đai ốc bi dùng cho chuyển động chạy dao theo hai phương X, Y có ưu nhược điểm sau:
Ưu điểm: - Ứng suất tiếp xúc nhỏ, ma sát nhỏ; có sẵn cấu khử khe hở tạo sức căng ban đầu nhằm tăng độ cứng vững dọc trục; hiệu suất tương đối cao (từ 90%-95%), chuyển động ổn định vận tốc nhỏ; độ xác cao
Nhược điểm: Giá thành cao; khó chế tạo Các thơng số vít me-đai ốc bi:
(4)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010
Bước: t = mm
Đường kính vít me: d = 12 mm
2.2.Thiết kế điều khiển kết nối máy tính
Chọn phương án điều khiển: Sử dụng cổng song song (LPT Port hay Parallel Port):
Ưu điểm: Cấu trúc cổng song song đơn giản; tín hiệu truyền song song nên việc nội suy thực dễ dàng (phù hợp với yêu cầu điều khiển 2D); tương thích TTL nên khơng cần module chuyển đổi; chi phí thấp
Nhược điểm: Tín hiệu truyền khơng xa; khó lập trình ngơn ngữ lập trình khơng hỗ trợ module điều khiển cổng song song
Cổng song song máy tính có tổng cộng 17 đường dẫn số, tương thích chuẩn TTL, truyền liệu với tốc độ nhanh Các đường dẫn nhiều so với cổng nối tiếp, số phép thử trở nên đơn giản Mặt khác, so với cổng nối tiếp giao tiếp qua cổng song song chi phí thấp hơn, cổng nối tiếp cần có biến đổi liệu truyền theo kiểu nối tiếp thành liệu song song
Mạch giao tiếp trung tâm: 1 Mục đích: làm mạch trung gian để giao tiếp cổng song song với driver điều khiển trục X, Y, Z
2 Công dụng:
- Mạch trung gian để lọc tín hiệu điều khiển cổng trạng thái - điều khiển - liệu chưa đồng đưa chuẩn TTL (chuẩn V) Đưa điện áp chuẩn, tránh cho driver sai lệch mức tín hiệu (mức 1)
- Lọc nhiễu tần số cao
- Các driver hoạt động ổn định hơn, đảm bảo khả tải lớn
3 Phần tử chủ yếu sử dụng mạch:
- Dùng IC logic (kí hiệu: HC 14) hay gọi cổng đảo để phân biệt tín hiệu tín hiệu vào trình điều khiển
- Dùng vi điều khiển 8051 (AT89S52) loại vi điều khiển sử dụng phổ biến nay, giá thành rẻ, dễ mua
Phần mềm điều khiển chương trình gia cơng:
Sử dụng Phần mềm KCAM: Phần mềm chạy môi trường Window, phần mềm trực quan, giúp người lập trình nhiều trình khai báo kết nối máy tính, soạn thảo chương trình (lập trình thủ cơng) lập trình tự động Từ vẽ
(5)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010
trên máy tính (sử dụng CAD: vẽ thiết kế máy tính) phần mềm có hệ thống biên dịch trợ giúp cho trình lập trình để xác định chương trình gia cơng thích hợp dạng mơ tả trình, biên dịch tác vụ di chuyển dụng cụ chế độ công nghệ tương ứng
Cơng việc mã hố chương trình gia cơng hậu xử lý (Post Processor) dựa sở G code M code hệ thống điều khiển số tương thích loại máy CNC, cho chương trình gia cơng thích hợp
3.Kết thảo luận
3.1.Kết
Đã thiết kế - chế tạo mơ hình máy phay CNC 2D đảm bảo gọn hình dáng, kết cấu đơn giản, cứng vững, hoạt động xác Máy gia cơng đường thẳng đường cong mặt phẳng ngang, liệu kết xuất từ máy tính (vẽ phần mềm CAD) Mơ hình thiết kế chế tạo hồn chỉnh hình
Lập trình điều khiển để gia công chi tiết vật liệu POM, Phíp, mica vật liệu mềm khác Ứng dụng công nghệ CAD/CAM cho việc thiết kế gia công chi tiết máy Một số sản phẩm gia cơng hình
Hình 4. Mơ hình máy phay CNC 2D
(6)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010
Thảo luận:
Mặc dù mơ hình thiết kế chạy tốt ổn định trình chế tạo tham khảo số tài liệu nước việc nghiên cứu cần mở rộng thêm sau:
- Thiết kế ụ dao để tự động thay dao q trình gia cơng
- Thiết kế module kiểm tra, để kiểm sốt q trình gia cơng nhằm nâng cao độ xác hiệu máy
- Cần có modul mở rộng để điều khiển tay chuyển động X, Y, Z không thơng qua máy tính
- Cải tiến mơ chương trình để trở thành máy phay CNC 3D
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Ngọc Cẩn, Thiết kế máy cắt kim loại, Trường Đại học Bách khoa
Tp.HCM
[2] Tạ Duy Liêm, Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ, NXB Khoa học kỹ thuật
[3] Nguyễn Đắc Lộc – Tăng Huy, Điều khiển số công nghệ máy điều khiển số
CNC, NXB Khoa học Kỹ thuật
[4] Jan Axelson (2000), Parallel Port Complete: Programming, Interfacing & Using the PC’S Parallel Printer Port
[5] www.bkpro.info
www.bkpro.info www.diendandientu.com