SVTH: Đặng Hoài Bảo 86
CHƯƠNG III: CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM
3.1 Chế tạo
Tiến hành chế tạo máy phay CNC
Sau khi tính tốn và thiết kế mơ hình 3D trên phần mềm Inventor ta tiến hành xuất bản vẽ để gia công các chi tiết và tiến hành lắp ráp máy.
Hình 3.1 Các chi tiết được gia cơng
SVTH: Đặng Hoài Bảo 87
Hình 3.3 Lắp ráp cụm trục X và Y hoàn chỉnh
SVTH: Đặng Hoài Bảo 88
3.2 Lắp ráp máy hoàn chỉnh
SVTH: Đặng Hoài Bảo 89
SVTH: Đặng Hoài Bảo 90
3.3 Cài đặt thông số trên phần mềm Mach3
Để chạy được máy phay CNC ta cần cài đặt thông số cho phần mềm.
Hình 3.7 Cài đặt đơn vị cho Mach3
Ta vào mục Config => Select Native Units ta chọn đơn vị Milimet sau đó chọn
OK để hồn thành việc cài đặt đơn vị.
Sau đó ta tiếp tục vào Config => Ports and Pins ta chọn mục Motor Outputs. Ta cài đặt các thông số như hình 3.2 để khai báo động cơ trục chính và số trục hoạt động cũng như chiều xoay của động cơ.
Hình 3.8 Cài đặt Motor Outputs cho Mach3
Sau đó ta sang mục bên cạnh là Input Signals ta cài đặt giới hạn hành trình cho máy như (hình 3.9) và cài đặt nút E stop, Reset, Start như (hình 3.10).
SVTH: Đặng Hồi Bảo 91
Hình 3.9 Cài đặt giới hạn hành trình cho máy
Hình 3.10 Cài đặt nút nhấn cho Mach3
Tiếp tục ta vào mục Config => Motor Tuning (hình 3.11) để cài đặt thơng số cho động cơ bước.
SVTH: Đặng Hoài Bảo 92
Hình 3.11 Cài đặt thơng số cho động cơ bước
Sau khi vào mục Motor Tuning ta chọn thẻ X Axis (hình 3.12) để tiến hành cài đặt thông số cho động cơ trục X như sau:
SVTH: Đặng Hoài Bảo 93 Steps per (xung cấp vào động cơ để động cơ quay được 1 vịng): để tính được số xung cấp vào động cơ ta lấy số vi bước đã cài trên Driver ( ở đây vi bước trên Driver đã cài là 6400 xung) chia cho bước vít me (bước vít me trục X là 10mm).
Velocity ( vận tốc ): vận tốc của động cơ bước ta đặt là 2000. Acceleration ( gia tốc): gia tốc của động cơ bước ta đặt 200.
Ta tiếp tục chọn Y Axis để cài đặt thông số cho động cơ trục Y (hình 3.13). Do sử dụng cùng loại động cơ bước và có bước vít me và vi bước được cài giống nhau trên Driver nên các thông số trục Y sẽ cài đặt giống trên trục X.
Hình 3.13 Cài đặt thơng số động cơ bước cho trục Y
Tiếp tục ta vào Z Axis để tiến hành cài đặt thông số cho động cơ trục Z. Do trục Z có bước vít me là 5mm nên Steps per là 1280 các bước còn lại thực hiện tương tự như cài đặt ở trục X và Y.
SVTH: Đặng Hoài Bảo 94 Sau khi hoàn thành các bước ta nhấn chọn OK để kết thúc việc cài đặt thông số cho động cơ bước ở cả 3 trục.
Hình 3.14 Cài đặt thơng số động cơ trục Z
3.4 Giới thiệu giao diện và các nút cơ bản trên phần mềm Mach3 3.4.1 Giao diện chính 3.4.1 Giao diện chính
Cycle Start: là nút bắt đầu chạy chương trình. Khi click vào nút này máy bắt
đầu chạy chương trình [16].
Feed Hold (SPC): là nút tạm dừng chương trình. Khi muốn nghỉ một lúc hay
muốn dừng máy tạm thời ta chọn vào nút này lập tức chương trình sẽ dừng lại. Nếu muốn máy chạy tiếp thì chọn vào nút Cycle Start, khi đó chương trình sẽ chạy nối tiếp lệnh dang dở.
Stop (Alt+S): là nút dừng chương trình. Lựa chọn này sẽ làm cho chương trình
dừng lại, giống nút Feed Hold, nhưng nếu ta lại cho chương trình chạy tiếp bằng cách chọn vào Cycle Start thì chương trình sẽ bỏ đi đoạn dòng lệnh đang chạy dở để đến dòng tiếp theo. Như vậy có sự sai lệch. Khi dừng bằng nút này thì khơng chạy lại được.
SVTH: Đặng Hồi Bảo 95
Hình 3.15 Giao diện chính của phần mềm Mach3
Các nút Zero X, Zero Y, Zero Z: để xác định tọa độ làm việc gốc (working
coordinate) 0,0,0. Các ô bên cạnh để hiển thị đầu dao khi di chuyển.
Các ô Scale tương ứng với các trục để ta xác định tỉ lệ chạy. Ban đầu nếu chạy đúng tỉ lệ thì máy sẽ mặc định là tỉ lệ lên 1. Nếu muốn chạy tỉ lệ lớn hơn thì ta chọn vào đó sau đó gõ tỉ lệ khác rồi Enter. Lúc đó tỉ lệ sẽ thay đổi.
Nút Edit G-code: để sửa mã G-code.
Recent File: mở những file G-code đã chạy gần đây.
Load G-code: để mở file Gcode.
Set next line: lựa chọn dòng lệnh thứ bao nhiêu trong file G-code. Ta gõ dòng
cần chạy và enter.
Run from here: bắt đầu chạy máy từ dòng thứ bao nhiêu mà ta chọn set next
line.
Rewind Ctrl W: để quay về dòng lệnh đầu tiên của file G-code. Dùng trong
trường hợp nếu ta đang chạy dở mà muốn quay lại từ đầu.
Singal BLK Alt N: lựa chọn này sẽ điều khiển cho máy chạy từng dòng G-code
một. khi lựa chọn chức năng này thì biểu tượng màu bên cạnh sẽ chuyển dần sang màu vàng. Lúc đó ứng với mỗi lần chọn vào Cycle Start máy chỉ chạy hết
SVTH: Đặng Hồi Bảo 96 dịng code hiện tại rồi dừng lại. muốn chạy tiếp thì ta phải Cycle Start. cịn khi ta khơng lựa chọn chức năng này thì máy sẽ chạy các dòng G-code từ trên xuống dưới một cách liên tục.
Reverse Run: chức năng chạy ngược mã G-code khi ta tạm dừng chương trình.
Khi đó máy sẽ chạy ngược lại.
Offline: chạy mơ phỏng, khơng truyền tín hiệu điều khiển xuống driver động
cơ.
Ref All Home: dịch chuyển về tọa độ gốc của máy. Khi nhấn nút này, đầu phay
sẽ chạy về vị trí tọa độ gốc của máy.
Goto Zero: đưa dao về tọa độ làm việc gốc. Máy sẽ đưa trục X và Y ở vị trí bất
kỳ về tọa độ làm việc (0,0,0).
Khung Feed Rate: để chỉnh tốc độ ăn phôi.
Khung Spindle Speed: để thay đổi tốc độ quay dao.
Hình 3.16 Khung điều chỉnh tốc độ động cơ trục chính và tốc độ tiến dao
3.4.2 Giao diện MDI
Ở cửa sổ này có 2 tính năng thường sử dụng:
Local System Rotated: trong q trình gia cơng có thể xoay hệ trục sao cho phù hợp với phơi.(nhập góc theo đơn vị ĐỘ).
SVTH: Đặng Hoài Bảo 97
Hình 3.17 Giao diện MDI phần mềm Mach3
3.4.3 Tab MPG (Tay quay ảo):
Để hiển thị TAB MPG (Tay quay ảo) ta ấn phím “tab” trên bàn phím.
Hình 3.18 TAB MPG (Tay quay ảo)
Khi muốn di chuyển từng bước nhỏ ta làm như sau: bấm phím CTRL+ hướng muốn di chuyển.
SVTH: Đặng Hồi Bảo 98 Khi muốn bấm phím các trục di chuyển 100% tốc độ ta dùng: SHIFT+hướng
muốn di chuyển.
Cịn bình thường bấm phím điều khiển các hướng thì máy sẽ di chuyển với tốc độ được thiết lập ở mục Slow Jog Rate.
3.5 Giới thiệu và ứng dụng tính năng tay cầm ngồi.
Để dễ dàng thao tác máy trong quá trình sử dụng, nhà sản xuất đã tích hợp tay quay ảo trên phần mềm Mach3 và tay quay bên ngoài để có thể dễ điều khiển máy. Do chi phí cho một tay quay rất cao, nên việc đầu tư một tay quay cho mạch rất tốn kém. Nhưng tay quay bị hạn chế là chỉ sử dụng được một số chức năng cơ bản cho điều khiển và hạn chế lớn nhất của tay quay là phải cắm trực tiếp vào mạch điều khiển. Dẫn đến khó khăn cho việc di chuyển của người sử dụng.
Vì vậy, nhà sản xuất đã phát triển một thư viện để có thể sử dụng tay cầm chơi game bên ngồi thị trường. Kết nối thơng qua cổng USB để điều khiển máy và có thể tự cài đặt các phím chức năng theo thói quen của người sử dụng.
Nhận thấy được những ưu điểm đó nên em đã sử dụng tay cầm Xbox 360 để ứng dụng làm tay điều khiển của đề tài sau đây là các bước thực hiện để có thể sử dụng tay cầm:
Hình 3.19 Tay cầm Xbox 360
Để có thể sử dụng tay cầm ta thực hiện kết nối tay cầm với máy tính thơng qua cổng USB và cài thư viện cho mạch Mach3.
SVTH: Đặng Hoài Bảo 99
Hình 3.20 Kết nối tay cầm Xbox để điều khiển Mach3
Sau khi tải Driver cho tay cầm từ nhà sản xuất ta tiến hành cài đặt cho phần mềm Mach3, phụ lục [2].
Bước 1: Lấy địa chỉ của tay cầm bằng cách dùng tổ hợp phím Windows+R, sau đó
ta nhập lệnh “dxdiag” và chọn OK để mở cửa sổ (hình 3.21).
Hình 3.21 Cửa sổ Run
Hình 3.22 Lấy địa chỉ tay cầm điều khiển
Bước 2: Sau khi mở cửa sổ DirectX Diagnostic Tool, ta tiếp tục chọn thẻ Input để
SVTH: Đặng Hoài Bảo 100
Bước 3: Ta tiến hành mở phần mềm Mach 3 chọn thẻ Config => Config Plugins để
cài đặt thơng số cho tay điều khiển.
Hình 3.23 Mở cửa sổ Config Plugins
Bước 4: Ta tiến hành mở Driver bằng cách chọn Enabled Driver của tay cầm cho
hiện lên màu xanh sau đó ta chọn vào CONFIG của Driver để cài đặt thơng số (hình 3.24).
SVTH: Đặng Hoài Bảo 101
Bước 5: Ta nhập địa chỉ của tay cầm mục VendorID và ProductID, sau đó ta tiến
hành cài đặt các nút nhấn theo mong muốn của người sử dụng. Sau khi hồn tất các q trình ta chọn OK để kết thúc cài đặt tay cầm cho phần mềm Mach3 (hình 3.25).
Hình 3.25 Cài đặt nút nhấn cho tay cầm
3.6 Sử dụng Inventor CAM để xuất file G-code gia công
Để thực hiện gia công một sản phẩm ta cần viết chương trình gia cơng cho sản phẩm. Việc viết thủ công làm tốn rất nhiều thời gian và dễ nhầm lẫn dẫn đến q trình gia cơng sản phẩm bị lỗi, từ đó việc ứng dụng CAM vào gia công là thật sự rất cần thiết.
Giao diện chính của Inventor CAM:
Simulate: giúp mơ phỏng q trình gia cơng và đường chạy dao.
Post Process: xuất chương trình gia cơng.
Setup: khai báo kích thước phơi, gốc tọa độ của phơi, chế độ phay, cắt.
Drilling: chế độ khoan.
2D Contour: phay chạy viền.
SVTH: Đặng Hoài Bảo 102 2D Adaptive: phay thích nghi theo biên dạng.
Face: phay mặt đầu.
Adaptive Clearing: gia công phá thô vật liệu.
Horizontal: gia công ngang phá thô và gia công tinh.
Contour: gia công theo đường viền, gia cơng các chi tiết có độ dốc.
Parallel: gia công các bề mặt phức tạp.
Swarf: gia công bằng bề mặt bên dụng cụ.
Multi-Axis Contour: gia công nhiều trục.
Turning Profile: tiện xuôi.
Turning Groove: tiện rãnh.
Turning Face: tiện mặt đầu.
Turning Part: tiện cắt đứt.
Turning Thread: tiện ren.
2D Profile: cắt Plasma, Laser.
Hình 3.26 Giao diện Inventor CAM
3.7 Xây dựng chương trình gia cơng trên phần mềm Inventor
Để gia cơng chi tiết ta cần chuẩn bị chương trình gia cơng cho chi tiết đó, ở đây em sử dụng phần mềm Inventor để hỗ trợ việc xây dựng chương trình gia cơng. Dựa vào độ phức tạp của chi tiết mà ta xây dựng chương trình gia cơng khác nhau.
SVTH: Đặng Hoài Bảo 103
Bước 1: Thiết kế phơi 3D (hình 3.27).
Hình 3.27 Thiết kế phơi ở mơi trường 3D
Bước 2: Chuyển sang môi trường CAM để khai báo phôi chọn chế độ phay,cắt, hoặc
tiện (hình 3.28).
Hình 3.28 Khai báo phơi
Bước 3: Dựa vào kích thước phơi thực tế mà ta có để khai báo lượng dư phù hợp như
SVTH: Đặng Hồi Bảo 104
Hình 3.29 Khai báo kích thước phơi
Bước 4: Vào phần 2D Contour để tiến hành xây dựng trương trình gia cơng cho phơi
(hình 3.30).
Hình 3.30 Xây dựng chương trình gia cơng
SVTH: Đặng Hồi Bảo 105
Hình 3.31 Khai báo dụng cụ cắt
Bước 6: Sau khi chọn dụng cụ cắt sang thẻ thứ 2 để chọn biên dạng cắt (hình 3.32).
Hình 3.32 Khai báo biên dạng cắt
SVTH: Đặng Hồi Bảo 106
Hình 3.33 Khai báo các mặt phẳng di chuyển của dụng cụ cắt
Bước 8: Chọn thẻ thứ 4 để khai báo tốc độ tiến dao (hình 3.34) vào chiều sâu xuống
dụng cụ sau mỗi lần cắt (hình 3.35). Sau khi hồn thành các bước cài đặt OK để kết thúc quá trình khai báo.
SVTH: Đặng Hoài Bảo 107
Bước 9: Sau khi hoàn thành các bước trên chọn Simulate để xem mơ phỏng q trình
gia cơng, thời gian gia cơng và tổng hành trình di chuyển của máy như (hình 3.36).
Hình 3.35 Khai báo chiều sâu cắt mỗi lần xuống dụng cụ cắt
SVTH: Đặng Hoài Bảo 108
Hình 3.37 Xuất chương trình gia cơng
Hình 3.38 Nạp chương trình gia cơng
Bước 10: Sau khi hồn thành q trình mơ phỏng q trình gia cơng, thực hiện xuất
SVTH: Đặng Hoài Bảo 109 hiện xuất chương trình và tiếp theo là chọn xuất chương trình cho loại máy muốn sử dụng. Sau khi hồn thành, chọn Post để kết thúc q trình xuất chương trình gia cơng (hình 3.37).
Bước 11: Tiến hành nạp chương trình gia cơng để gia cơng chi tiết (hình 3.38). 3.8 Thực nghiệm máy phay CNC 3 trục
Sau khi lắp ráp máy hoàn chỉnh và cân chỉnh máy thì em tiến hành chạy thực nghiệm trên các vật liệu gỗ, mica và nhôm. Từ cơ sở đó để lấy kết quả để đánh giá độ chính xác của máy.
Thực hiện chạy 2 biên dạng là hình trịn và hình vng trên cả 3 vật liệu:
Bảng 3.1 Thông số ban đầu khi chạy thực nghiệm
Vật liệu Chiều dày phơi Đường kính dao Kích thước Hình vng Kích thước Hình trịn Gỗ 8mm 4mm 50mm 50mm Mica 4.5mm 4mm 50mm 50mm Nhôm 2mm 4mm 50mm 50mm
3.8.1 Thực nghiệm trên vật liệu gỗ
Khai báo phơi gỗ hình vng trên phần mềm Inventor (hình 3.39).
Hình 3.39 Khai báo phơi gỗ hình vng.
SVTH: Đặng Hồi Bảo 110
Hình 3.40 Mơ phỏng chạy dao hình vng trên phôi gỗ
Nạp G-code vào phần mềm Mach3 và tiến hành gia cơng lấy kết quả (hình 3.41 và hình 3.42).
Hình 3.41 Thực nghiệm phay hình vng trên vật liệu gỗ
Tiến hành chạy thực nghiệm hình vng trên vật liệu gỗ với các thông số máy như sau:
Động cơ trục chính: 15000 vịng/phút. Tốc độ tiến dao: 960 mm/phút.
Chiều sâu cắt mỗi lần xuống dao: 1mm. Số me cắt: 3 me.
Thời gian cắt: 4 phút 44 giây. Biên dạng cắt: hình vng. Độ dày phơi: 8mm.
SVTH: Đặng Hồi Bảo 111 Sai số dụng cụ đo ±0.1mm.
Hình 3.42 Sản phẩm gỗ hình vng sau gia cơng Bảng 3.2 Kết quả cắt hình vng trên vật liệu gỗ Bảng 3.2 Kết quả cắt hình vng trên vật liệu gỗ
Số lần chạy Kích thước yêu cầu Kích thước trung bình đo thực tế
1 50mm 50.0mm
2 50mm 50.1mm
3 50mm 50.1mm
4 50mm 49.9mm
5 50mm 50.0mm
Khai báo phơi gỗ hình trịn trên phần mềm Inventor (hình 3.43).
Hình 3.43 Khai báo phơi gỗ hình trịn
SVTH: Đặng Hồi Bảo 112
Hình 3.44 Mơ phỏng chạy dao phay hình trịn trên phơi gỗ
Nạp G-code vào phần mềm Mach3 và tiến hành gia cơng lấy kết quả (hình 3.45 và hình 3.46).
Hình 3.45 Thực nghiệm phay hình trịn trên vật liệu gỗ
Tiến hành chạy thực nghiệm hình trịn trên vật liệu gỗ với các thông số máy như sau:
Động cơ trục chính: 15000 vịng/phút. Tốc độ tiến dao: 960 mm/phút.
Chiều sâu cắt mỗi lần xuống dao: 1mm. Số me cắt: 3 me.