NGHIÊN cứu THIẾT kế và CHẾ tạo máy PHAY CNC MINI 4 TRỤC

Xem nhiều tài liệu miễn phí Cokhi.org Hoccokhi.vn NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC MINI TRỤC SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH MACH3 Đinh Văn Hiển kh i.o rg Khoa Điện – Cơ Email: hiendv@dhhp.edu.vn Ngày nhận bài: 31/7/2019 Ngày PB đánh giá: 06/8/2019 Ngày duyệt đăng: 16/8/2019 TÓM TẮT co Máy CNC dùng sản xuất tự động gia cơng với độ ổn định, xác cao linh hoạt thay đổi sản phẩm đáp ứngyêu cầu cao suất chất lượng sản phẩm sản xuất đại Nên ngày ứng dụng rộng rãi sản xuất nhiều lĩnh vực Máy phay CNC mini dịng máy CNC cỡ nhỏ, dùng khắc vật kích thước nhỏ đồ trang sức, đồ lưu niệm…Trong báo này, tác giả trình bày sốkết việc nghiên cứuthiết kế, chế tạovà chạy thử máy phay CNC mini trụcsử dụng chương trình Mach3 Kết máy hoạt động tốt nhiều vật liệu gỗ, mica, nhựa, mạch in… Máy ứng dụng sản xuất hay đào tạo lập trình, vận hành máy phay CNC Từ khóa: Chế tạo, CNC, máy phay, Mach3, tự động gia công, thiết kế by RESEARCH ON DESIGNING AND MANUFACTURING 4-AXIS MINI CNC MILLING MACHINE USING MACH3 SOFTWARE ABSTRACT sh ar e d CNC machines used in manufacturing can automatically process with high stability, accuracy and flexiblity when changing products to meet high requirements of productivity and product quality in modern production Therefore, it is increasingly being widely applied in manufacturing in many fields Mini CNC milling machine is a small series of CNC machines which are used to engrave small objects such as jewelry, souvenirs, etc In this paper, the author presents some results of the research on designing, manufacturing and testing the 4-axis mini CNC milling machine using Mach3 software The machine works well on a variety of materials such as wood, mica, plastic, printed circuits, etc The machine can be used in manufacturing or programming training, and operating CNC milling machines Keywords:Manufacturing, CNC, milling machines, Mach3, automatic processing, design ĐẶT VẤN ĐỀ Máy CNC (computer numerical control) dạng máy công nghiệp Hoạt động theo nguyên lý điều khiển tự động có trợ giúp máy tính, phận tự động lập trình để hoạt động theo kiện tiếp nối với tốc độ xác định trước để tạo mẫu vật với hình dạng kích thước u cầu [1] 66 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHỊNG Máy CNC có suất cắt gọt cao giảm tối đa thời gian phụ, đo mức độ tự động nâng cao [2] Tùy theo mức độ tự động, máy CNC thực lúc nhiều chuyển động khác nhau, thay dao tự động, hiệu chỉnh sai số, tự động kiểm tra kích thước chi tiết qua tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối dao chi tiết Xem nhiều tài liệu miễn phí Cokhi.org Hoccokhi.vn đổi chương trình điều khiển mà không cần thay đổi cấu trúc máy thêm đồ gá chuyên dùng [3] co Ngày máy CNC dần thay máy gia công truyền thống đóng vai trị khơng thể thiếu hoạt động sản xuất với nhiều chủng loại, kích thước khác Máy CNC ứng dụng gia cơng khí, điêu khắc tranh gỗ, khắc họa tiết, hoa văn sản phẩm quà tặng… Các sản phẩm từ máy CNC mang tính thẩm mỹ cao, chất lượng tốt kh i.o rg Khả thay đổi dạng sản phẩm chế tạo dùng máy CNC nhanh cần thay Hình Sản phầm đá, gỗ sau khắc máy CNC sh ar e d by Giá thành nhập ngoại máy CNC trục, trục cao, máy có cố việc thay thế, hiệu chỉnh phức tạp, tốn Với người dùng cá nhân sở sản xuất gia công nhỏ, sở đào tạo lập trình vận hành máy CNC trường đại học, cao đẳng, trung học chuyên nghiệp… cần tối ưu chi phí đầu tư máy Bởi việc nghiên (Nguồn: Internet) cứu thiết kế, chế tạo máy phay CNC mini trục, trục hoạt động hiệu quả, giá thành thấp phục vụ yêu cầu nêu cần thiết, giúp tối ưu chi phí, chủ động việc chế tạo, sử dụng máy Trong báo tác giả trình bày kết nghiên cứu thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Hình Máy CNC mini trục, trục [6] Tạp chí khoa học, Số , tháng 09 năm 2019 67 Xem nhiều tài liệu miễn phí Cokhi.org Hoccokhi.vn THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY CNC MINI TRỤC 2.1 Nguyên lý hoạt động máy co kh i.o rg Nguyên lí hoạt động máy CNC trục hình Máy có cấu tạo gồm trục có tốc độ quay cao gắn dụng cụ cắt dao: phay, khoan, khoét Khi làm việc trục tịnh tiến theo trục Z, phôi gá cố định bàn máy tịnh tiến theo trục X, Y kết hợp với trục Z để tạo hình sản phẩm Trục A có khả giữ quay trịn phơi gia cơng bề mặt trụ trịn Hình Sơ đồ nguyên lý máy phay CNC mini trục [2] án máy CNC trục Tác giả xác định phương án thiết kế động học hình sh ar e d by 2.2 Thiết kế động học cho máy Trên sở tìm hiểu so sánh phương Hình Sơ đồ động học máy phay CNC mini trục thiết kế 68 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG HỆ THỐNG WEBSITE, MẠNG Xà HỘI VÀ NHĨM HƠ TRỢ HỌC TẬP CỦA TRUNG TÂM HỌC CƠ KHÍ CLB SOLIDWORKS CLB Creo CLB PHOTOSHOP CLB SolidWorks - ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TPHCM CLB CATIA CLB ABAQUS CLB SolidWorks - ĐH SPKT TPHCM CLB PowerMill - Powershape CLB KHUÔN MẪU CLB Siemens NX CLB CIMATRON CLB SOLIDCAM CLB 3DS MAX CLB CAD CAM CNC CLB PLC CLB ĐỒ HOẠ CLB AUTOCAD CLB ANSYS CLB KEYSHOT CLB INVENTOR CLB MATLAB Chia Sẻ Tài Liệu Cơ Khí - Kỹ Thuật SOLIDWORKS TUTORIALS TRAI CƠ KHÍ CLB MASTERCAM HỘI CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY VN WEBSITE HOCCOKHI.VN FANPAGE HỌC CƠ KHÍ GRABCAD THƯ VIỆN 3D MIỄN PHÍ WEBSITE TÀI LIỆU COKHI.ORG YOUTUBE HỌC CƠ KHÍ INSTAGRAM HOCCOKHI SLIDESHARE TẢI LIỆU MIỄN PHÍ CLB HỌC CƠ KHÍ TIKTOK HỌC CƠ KHÍ LINKEDIN HỌC CƠ KHÍ TUMBLR HỌC CƠ KHÍ TWITTER HỌC CƠ KHÍ PINTEREST HỌC CƠ KHÍ TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SOLIDWORKS – HỌC CƠ KHÍ CN1: 17 Tân Kỳ Tân Quý, quận Tân Bình, TpHCM CN2: 58 Hữu Nghị, phường Bình Thọ, quận Thủ Đức, Tp.HCM Email: hoccokhi.info@gmail.com Fanpage: Học Cơ Khí 0336662767, 0961304638 Bấm vào ĐÂY để vào file tổng hợp tất tài liệu MIỄN PHÍ - CẬP NHẬT HÀNG NGÀY KH Xem nhiều tài liệu miễn phí Cokhi.org Hoccokhi.vn 2.3 Thiết kế cụm trục Z Kết cấu cụm trục Z hình 5, có chức đưa dụng cụ cắt tịnh tiến theo trục Z q trình gia cơng Hành trình trục Z 80mm, bao gồm: hai đỡ để lắp dẫn hướng vít me cho trục Z - Tấm lót - Động bước co Z khởi động kéo theo dịch chuyển lên xuống động trục (spindle) gắn dao cụ gia công tạo chiều sâu cắt định Động cụm trục A hoạt động làm cho phơi quay trịn tạo nên đường cắt 4D kh i.o rg Máy CNC mini trục thiết kế có cấu tạo gồm bàn gá sản phẩm, trục (spindle) quay tốc độ cao gắn loại dao cụ để thực gia cơng, hành trình dao lên xuống thực cụm trục Z, cụm trục X, Y thực chuyển động tịnh tiến, trục A quay tròn để gia công theo biên dạng Khi cấp điện cho động gắn vào trục thông qua truyền vitme trục Y di chuyển kéo theo trục X Z di chuyển theo Động gắn vào trục X khởi động dẫn động kéo cho Z di chuyển đến vị trí xác định Khi động gắn trục by 10 - ổ trượt 11 - ổ đỡ trục vít me d - ổ đỡ trục - Giá kẹp ®éng c¬ phay - TÊm ®ì - TÊm dẫn động phay - Trục vít me - Trơc dÉn h­íng - TÊm dÉn cơm trơc Z ar e sh 10 11 Hình Kết cấu cụm trục Z 2.3 Thiết kế cụm trục X Kết cấu cụm trục X hình có chức điều khiển bàn máy tịnh tiến theo trục X Hành trình trục X 300mm Tạp chí khoa học, Số , tháng 09 năm 2019 69 Xem nhiều tài liệu miễn phí Cokhi.org Hoccokhi.vn - Động dẫn động trục X - Khíp nèi trơc - Trơc vÝt me - Trơc dÉn h­íng - ỉ ®ì trơc vÝt me kh i.o rg - ổ đỡ trục dẫn hướng - Vách bên m¸y Hình Kết cấu cụm trục X (nguồn: Tác giả) 2.4 Thiết kế cụm trục Y Kết cấu cụm trục Y hình 7, có by d - ỉ ®ì trơc - Trơc dÉn h­íng - Trơc vÝt me co - Động dẫn động trục Y - Tấm tỳ động - Tấm đỡ cạnh bên bàn máy - Bàn máy chc nng điều khiển bàn máy tịnh tiến theo trục Y Hành trình trục Y 400mm sh ar e - ỉ dÉn h­íng Hình Kết cấu cụm trục Y 2.4 Thiết kế cụm trục A Kết cấu cụm trục A hình Cụm trục A lắp bàn máy, có chức 70 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHỊNG tạo chuyển động quay trịn máy gia cơng chi tiết dạng trụ Xem nhiều tài liệu miễn phí Cokhi.org Hoccokhi.vn - Trơc - Cơm ỉ bi - TÊm đế đỡ - Mâm cặp chi tiết - Bánh dẫn - Động bước - Bánh bị dẫn - Đai kh i.o rg Hình Kết cấu cụm trục A 2.5 Kết cấu máy phay CNC mini trục co Trên sở lựa chọn, thiết kế kết cấu cụm trục X, Y, Z A tác giả xây dựng vẽ kết cấu toàn máy phay CNC mini trục hình 9 by 10 11 23 12 d 22 ar e 21 20 18 sh 19 17 16 13 14 15 - Thân máy - Trơc dÉn cơm trơc Y - ỉ kĐp trục dẫn - Động bước - Khớp nèi - TrôcvÝt me côm trôc Z - Trơc dÉn cơm trơc Z - Con tr­ỵt - Trơc vÝt me cơm trơc X 10 - ỉ đỡ trục 11 - ụ gá động phay 12 - Động phay 13 - Bàn máy 14 - §Õ m¸y 15 - Trơc dÉn h­íng 16 - Trơc vít me cụm trục Y 17 - Vít cố định bàn máy 18 - Mâm cặp 19 - ổ đỡ trục A 20 - Đế gá 21 - Bánh dÉn 22 - Trơc A 23 - ỉ bi ®ì Hình Kết cấu máy phay CNC mini trục Tạp chí khoa học, Số , tháng 09 năm 2019 71 Xem nhiều tài liệu miễn phí Cokhi.org Hoccokhi.vn 3.1 Lựa chọn phần mềm điều khiển cho máy by co Trong thực tế có nhiều phần mềm điều khiển cho máy phay CNC phần mềm: Fanuc, NCstudio, Mach3… Tác giả chọn phần mềm điều khiển máy Mach3 chức đa dạng, giao diện đẹp, dễ khai báo thông số hệ thống dễ sử dụng Lập trình theo hướng mở rộng liện kết với Script VB Cho phép trực tiếp nhập DXF, BMP, JPG, file HPGL qua LazyCam, Visual Gcode hiển thị; Import trực tiếp file dxf, bmp jpg thông qua phần mềm LazyCam theo [4] Mơ q trình làm việc rõ ràng tiết kiệm chi phí đáng kể chế tạo máy kh i.o rg HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHAY CNC MINI TRỤC ar e d Hình 10 Giao diện trang hình dùng Mach3 điều khiển máy tác giả phải thiết kế theo dạng vòng hở để thuận lợi thiết lập hoạt động máy sh Theo [5] phần mềm điều khiển theo dạng vòng hở nên ứng dụng Mach3 điều khiển cho máy phay CNC mini trục (Nguồn: Tác giả) Hình 11 Điều khiển dạng vịng hở [4] 3.2 Sơ đồ cấu trúc điều kiển máy Sơ đồ cấu trúc điều khiển máy hình vẽ 12 Trong đó: - Phần mềm Mach3 máy tính: Có vai trị điều khiển CNC, điều 72 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHỊNG khiển tồn hệ thống Mạch CNC BOB MACH3 USB V2.0 sử dụng với phần mềm Mach3 máy tính thơng qua giao tiếp USB với vài bước thiết lập đơn giản Xem nhiều tài liệu miễn phí Cokhi.org Hoccokhi.vn - Cơng tắc hành trình: Giới hạn hành trình cho bàn máy nhằm ngăn ngừa bàn máy va chạm với gối đỡ - Động bước driver động bước: Dẫn động bàn máy để hình thành chuyển động đầu gia cơng Máy Tính ESTOP BOB Mach3 USB V2.2 Driver Y Driver Z kh i.o rg Driver X X++ X- - Driver A Y++ Home Step Motor Y Home Limit Step Motor Z Limit Home Y- - Step Motor A A++ A- - Limit co Step Motor X Hình 12 Sơ đồ cấu trúc điều khiển máy by 3.3 Sơ đồ mạch điều kiển máy d Sơ đồ mạch điều khiển máy hình vẽ 13 Các drive TB6600 điều khiển động bước đấu dương chung để đỡ tốn tài ar e L 48V - 7,5A Bật động phay L N GND +48V GND +24V X Home X - Limit Y Home Y - Limit Z Home Z- Limit Limit Ovrd EStop X++ X-Y++ Y-Z++ Z-A++ Drive Spindle EN COM PWM+ Motor+ PWM- MotorGND VCC §iỊu khiển tốc độ động phay Motor DC Drive TB6600 L N 24V - 15A sh N nguyên USB, chân âm lại đấu tương ứng vào BOB mach3 Drive sử dụng nguồn 24V Các công tắc hành trình trục nối chung vào chân tương ứng mach3: IN1, IN2, IN5 USB 12-24V PWM+ PWMGND GND IN1 IN2 IN3 MACH3 IN4 IN5 OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 GND X Y Z x1 B A x10 5V GND EN XD XP EN YD YP EN ZD ZP EN AD AP ENEN+ DIRDIR+ PULPUL+ GND VCC BB+ AA+ StepMotor Trôc X Drive TB6600 ENEN+ DIRDIR+ PULPUL+ GND VCC BB+ AA+ StepMotor Trôc Y Drive TB6600 ENEN+ DIRDIR+ PULPUL+ GND VCC BB+ AA+ StepMotor Trôc Z Drive TB6600 ENEN+ DIRDIR+ PULPUL+ GND VCC BB+ AA+ StepMotor Trơc A A Hình 13 Sơ đồ cấu trúc điều khiển máy Tạp chí khoa học, Số , tháng 09 năm 2019 73 Xem nhiều tài liệu miễn phí Cokhi.org Hoccokhi.vn CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÁY Đại học Hải Phòng Kết máy hình 14 Qua thời gian sử dụng máy hoạt động tốt, gia công khắc chi tiết dạng phẳng, trụ tròn kh i.o rg Máy phay CNC mini trục tiến hành chế tạo chi tiết, lắp ráp cài đặt hoạt động xưởng thực hành trường co Hình 14 Phơi gá đặt máy để gia công Bảng 1: Thông số kỹ thuật máy Thông số 700 x 500 x 1200 mm 600 x 400 mm 400 x 300 x 80 mm 60 mm Công suất: 300(W) Động làm mát khơng khí Điện áp làm việc: 12VDC – 48VDC Cơng suất: 300W Cường độ dòng điện tối đa: 6A Tốc độ quay: 3000-12000 vịng/ phút Momen xoắn: 0.4Nm Độ xác: 0.01mm- 0.06mm Kích thước: 56×78 mm Bước góc: 1,80 Điện áp: 24 V Momen xoắn: 3.5 Nm Nhiệt độ hoạt động: 0°C đến 50°C 01 Phay, khắc biên dạng 2D, 3D, 4D khắc chữ, khoan, gia công phôi dạng phẳng, phơi dạng trịn sh ar e d by Đặc tính kỹ thuật Kích thước máy Kích thước bàn máy Kích thước lớn gia cơng phơi Đường kính lớn gia cơng phơi trụ Động trục phay, khắc Động bước dẫn động trục vít me Ổ chứa dao Khả gia cơng (Nguồn: Tác giả) 74 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHỊNG Xem nhiều tài liệu miễn phí Cokhi.org Hoccokhi.vn kh i.o rg Gia công thử nghiệm mẫu nhựa phíp đo theo phương X, Y: máy CNC trục đạt độ xác 0,05 mm Hình 15 Sản phẩm gia công máy phay CNC mini trục KẾT LUẬN TS Bùi Quý Lực, 2006, Hệ thống điều khiển số công nghiệp, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội ar e d by co Tác giả trình bày số kết nghiên cứu thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Máy chế tạo chạy thử đạt kết tốt: - Máy dễ vận hành, thuận lợi di chuyển, dễ bảo trì bảo dưỡng - Gia công khắc chi tiết hoa văn, họa tiết, logo… vật liệu nhôm, kim loại màu, gỗ, nhựa,… - Gia công phôi dạng phẳng, dạng trụ trịn - Có thể ứng dụng sản xuất phục vụ tốt cho việc giảng dạy hướng dẫn lập trình, vận hành máy CNC Nguyễn Ngọc Đào, 2004, Giáo trình CADCAM-CNC, NXB Trường đại học sư phạm kỹ thuật Tp.HCM TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Minh Phụng, Lê Hiếu Giang, Nguyễn Văn Lâm, Nguyễn Trường Hải, Lê Tấn Cường, 2015, ‘Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy phay CNC trục sử dụng chương trình Mach3 ứng dụng gia cơng nhơm kim loại màu’, Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ tồn quốc khí – Lần thứ IV, NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, trang 112- 120 Website: http://www.machsupport.com/ (Thông tin Mach3) Website: https://www.alibaba.com/ sh Trần Văn Địch, 2004, Giáo trình Cơng nghệ CNC, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội Tạp chí khoa học, Số , tháng 09 năm 2019 75 ... tối ưu chi phí, chủ động việc chế tạo, sử dụng máy Trong báo tác giả trình bày kết nghiên cứu thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Hình Máy CNC mini trục, trục [6] Tạp chí khoa học, Số , tháng... rg Hình Kết cấu cụm trục A 2.5 Kết cấu máy phay CNC mini trục co Trên sở lựa chọn, thiết kế kết cấu cụm trục X, Y, Z A tác giả xây dựng vẽ kết cấu toàn máy phay CNC mini trục hình 9 by 10 11... kỹ thuật Hà Nội ar e d by co Tác giả trình bày số kết nghiên cứu thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Máy chế tạo chạy thử đạt kết tốt: - Máy dễ vận hành, thuận lợi di chuyển, dễ bảo trì bảo