TỔNG QUAN
Tính cấp thiết của đề tài
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy nhu cầu tự động hóa trong sản xuất, trong đó máy điều khiển số CNC đóng vai trò quan trọng Sự xuất hiện của các máy CNC hiện đại đã mang lại nhiều thành tựu cho lĩnh vực gia công cơ khí chính xác, cho phép gia công các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao và nâng cao năng suất sản xuất.
Nhu cầu máy CNC tại Việt Nam đang gia tăng mạnh mẽ, nhưng việc nhập khẩu từ các nước phát triển như Đức và Nhật Bản gặp khó khăn do chi phí cao và khó bảo trì Điều này đã thúc đẩy nhiều cá nhân đam mê nghiên cứu và chế tạo máy CNC nhỏ gọn, giá rẻ mà vẫn đáp ứng được nhu cầu sản xuất.
Hình 1.1: Máy phay CNC DMN 200 Hình 1.2: Máy tiện CNC 1440
Hình 1.3:Máy CNC 5 trụcFTV630Hình 1.4:Máy CNC 4 trục tốc độcao
Tại Việt Nam, nhu cầu quảng cáo và gia công trên nhiều loại vật liệu phức tạp đang gia tăng, tuy nhiên, việc sản xuất vẫn chủ yếu phụ thuộc vào tay nghề của người thợ, dẫn đến độ chính xác thấp và sản phẩm lỗi Do đó, việc nghiên cứu và phát triển "Bộ trục A, C cho máy phay CNC" là vô cùng cần thiết và cấp bách để nâng cao chất lượng sản phẩm.
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
Việc nghiên cứu, chế tạo máy CNC trong sinh viên sẽ gợi mở ra nhiều giải pháp mới, phương hướng phát triển mới
Nghiên cứu và chế tạo máy CNC yêu cầu sinh viên có kiến thức đa dạng về cơ khí, điện tử và tin học, đồng thời tạo cơ hội cho họ khám phá và hiểu sâu về các máy CNC hiện đại Đề tài mà nhóm thực hiện sẽ giúp củng cố kiến thức và kỹ năng toàn diện, với sản phẩm cuối cùng có khả năng phục vụ cho giảng dạy hoặc gia công các loại vật liệu trong ngành cơ khí và quảng cáo.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Củng cố và vận dụng kiến thức đã học để thiết kế, tính toán, chế tạo bộ trục A và C cho máy phay CNC 5 trục
Lập trình, điều khiển máy CNC trên để gia công ra sản phẩm và đạt độ chính xác theo yêu cầu của đề tài.
Đối tƣợng pham vi nghiên cứu
Phần mềm lập trình và post 5 trục
Nghiên cứu và chế tạo mô hình bộ trục A, C cho máy phay CNC 5 trục
Máy có thể thao tác trên nhiều vật liệu khác nhau như: nhựa, giấy, nhôm,…
Đảm bảo các yêu cầu đặt ra nhưsau:
- Không gian làm việc của máy: 375 x260mm
- Sai số cho phép: 0.1mm.
Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận
Dựa trên kiến thức hiện có về máy phay CNC 5 trục, chúng tôi tiến hành phân tích và tìm ra giải pháp mới, sau đó thực hiện chế tạo và thử nghiệm Cuối cùng, chúng tôi tổng hợp và đánh giá giải pháp đã đề ra để xác định tính tối ưu, cũng như các trường hợp cụ thể mà giải pháp này có thể phát huy hiệu quả.
Khảo sát thực tế, thông qua việc tham quan ở một số cơ sở phay mica Tham khảo các tài liệu liên quan và một số sách liên quan
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể o Khảo sát thực tiễn: tìm hiểu về máy phay CNC 5 trục và bộ trục A, C cho máy phay CNC 5 trục o Sử dụng phần mềmNX11 Siemens thiết kế cơ khí cho đề tài o Xây dựng mô hình- thực nghiệm: chế tạo mô hình bộ trục A, C bằng thép, vận hành thử nghiệm o Dùng driver 2-PHASE DRIVE UDK2120 và B442CV MICROSTEP DRIVE để điều khiển động cơ bước o Dùng phần mềm Mach3 để điều khiển máy cắt thông qua máy tính.
Các nghiên cứu trong nước, nước ngoài
Nghiên cứu và chế tạo mô hình máy phay CNC yêu cầu người thực hiện nắm vững cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phay CNC hiện đại Ngoài ra, việc tham khảo các máy CNC mini đã được chế tạo trong và ngoài nước sẽ cung cấp nguồn tư liệu quý giá, giúp nhóm sáng tạo và phát triển đề tài hiệu quả hơn.
1.6.2 Nghiên cứu của nước ngoài
Máy CNC tự chế có nhiều hình dáng, kết cấu, kích thước và vật liệu khác nhau Dưới đây là một số mẫu máy CNC tự chế được trình bày trong hình 1.5 và 1.6.
Hình 1.5: Máy phay và tiện CNC Hình 1.6: Máy CNC bằng gỗ
Hình 1.7: Máy phay gỗ CNC Hình 1.8: Máy tiện CNC mini
Máy CNC tự chế nói chung có 3 dạng sau:
Bàn máy chuyển động theo cả 2 phương X, Y
Bàn máy đứng yên và 3 trục chuyển động
Bàn máy chuyển động theo 1 phương
Hiện nay, các chuyên gia quốc tế đã nghiên cứu và phát triển thành công máy phay CNC 5 trục, dựa trên khả năng hoạt động ổn định của khung máy CNC Xu hướng phát triển hiện tại đang hướng tới tự động hóa trong ngành công nghiệp này.
Hình 1.9: Máy phay CNC 6040 5 trục
Hình 1.10: Máy phay CNC 5 trục Doosan Hàn Quốc 1.6.3 Nghiên cứu ở Việt Nam
Công nghệ CNC đã nhanh chóng phát triển và chiếm lĩnh thị trường Việt Nam, với nhiều nhà máy trong nước đầu tư vào các dây chuyền sản xuất hiện đại, chủ yếu là máy CNC.
Hiện nay, nhiều trường Đại học và Cao đẳng đã chú trọng phát triển mô hình máy CNC phục vụ giảng dạy, như máy phay CNC tại ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM và ĐH Bách Khoa TPHCM, cùng với các thiết bị như máy tiện CNC, máy phay CNC, máy cắt plasma, và khoan mạch in của ĐH Bách Khoa Hà Nội, cũng như mô hình máy khắc chữ tại ĐH Bách Khoa Đà Nẵng.
Hình 1.11: Máy CNC ĐHBK TPHCMHình 1.12: Máy CNC ĐHBKH HN
Ngoài các máy CNC được thiết kế cho mục đích giảng dạy trong trường học, nhiều sinh viên và kỹ sư cũng chế tạo máy CNC để thực hiện các công việc gia công gỗ, điêu khắc, cắt xốp và cắt kim loại bằng plasma.
Hình 1.13: Máy CNC Plasma Hình 1.14: Máy phay gỗ CNC
Hình 1.15: Máy tiện CNC ĐHBK Hà Nội Hình 1.16: Máy CNC khắc laser
Sơ lƣợc về sự phát triển của máy CNC
CNC, viết tắt của Computer Numeric Controlled, là công nghệ điều khiển máy móc bằng máy tính nhằm sản xuất thông qua các chương trình ký hiệu chuyên biệt Các thiết bị CNC phổ biến bao gồm máy phay, máy tiện, máy cắt và máy đột rập Những máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin lưu trữ trong bộ nhớ máy tính Nhân viên lập trình tạo ra các lệnh mà máy có thể hiểu, giúp tăng tốc độ sử dụng máy Chẳng hạn, nhân viên chỉ cần nhập dữ liệu về vị trí, đường kính và chiều sâu của chi tiết, máy tính sẽ tự động chọn phương pháp gia công tối ưu Thiết bị mới nhất còn có khả năng chọn mẫu kỹ thuật từ máy tính, tính toán tốc độ dao cụ và đường vận chuyển vật liệu để sản xuất chi tiết mà không cần bản vẽ hay chương trình.
Hình 1.17: Mô hình bộ trục A, C
1.7.2.Tính chất của máy CNC
Sự ra đời của máy CNC đã cách mạng hóa quy trình sản xuất công nghiệp, cho phép thực hiện các đường cong và cấu trúc 3 chiều phức tạp một cách dễ dàng Điều này đã dẫn đến việc giảm thiểu đáng kể số lượng thao tác cần thiết từ con người.
Sự gia tăng tự động hóa trong sản xuất với máy CNC đã mang lại sự cải thiện đáng kể về độ chính xác và chất lượng Kỹ thuật tự động của CNC không chỉ giảm thiểu sai sót mà còn giúp người vận hành có thêm thời gian cho các nhiệm vụ khác Hơn nữa, nó cung cấp tính linh hoạt trong việc thao tác sản phẩm và rút ngắn thời gian cần thiết để thay đổi máy móc nhằm sản xuất các linh kiện khác.
1.7.3 Ứng dụng của máy CNC
Dựa vào các tính chất trên nên CNC có nhiều ứng dụng được áp dụng trong gia công cơ khí là phổ biến nhất (Hình 2.14, 2.15, 2.16)
Hình 1.18: Gia công bằng tia laser
Hình 1.19: Gia công gỗ trên máy CNC
Hình 1.20: Gia công bánh răng côn xoắn
Hướng nghiên cứu
Để phay khắc các hình dạng phức tạp trên vật liệu như mica, thép, và gỗ với năng suất và độ chính xác cao, nhóm nghiên cứu đã chọn cấu hình máy CNC 5 trục bằng cách bổ sung bộ trục A và C vào máy 3 trục Việc sử dụng cơ cấu truyền đai trong máy 3 trục là phổ biến do khả năng tạo chuyển động tốt, giảm hư hỏng khi quá tải, và chi phí hoàn thành thấp hơn so với các cơ cấu khác Hơn nữa, máy 5 trục với bộ truyền đai dễ dàng chỉnh sửa và lắp ráp, giúp cơ cấu máy gọn nhẹ hơn và linh hoạt trong di chuyển.
Hình 1.21: Mô hình máy phay CNC 5 trục
TỔNG QUAN CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Khái quát về máy CNC
2.1.1 Vài nét sơ lƣợc về máyCNC 5 trục
Máy phay CNC là máy công cụ điểu khiển số máy tính hóa có ít nhất 3 trục
X, Y, Z Máy sẽ linh hoạt hơn khi có thêm trục thứ tư là trục quay (A, B hoặc C) hoặc phân độ Tính linh hoạt còn cao hơn nữa ở máy CNC 5 trục (Hình 2.1)có thể gia công bất kỳ các bề mặt phẳng hay cong, không gian lồi lõm,định hình,phức tạp
Việc áp dụng máy CNC 5 trục giúp giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác và hiệu quả kinh tế, đồng thời rút ngắn chu kỳ sản xuất Công nghệ này đang được nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng rộng rãi trong ngành cơ khí chế tạo, đặc biệt trong sản xuất các khuôn mẫu chính xác và chi tiết có độ phức tạp cao.
Hình 2.1: Máy CNC 5 trục 2.1.2 Ƣu điểm – Nhƣợc điểm của máy CNC 5 trục
• Giảm thời gian gia công
• Các nguyên công khó và phức tạp có thể gia công trong một lần gá đặt
• Các bề mặt được tăng cường nên các nguyên công xử lý sau gia công là không cần thiết
• Giá tiền đắt,yêu cầu về dụng cụ,vật tư,bảo dưỡng rất tốn kém
• Điều kiện bảo quản và làm việc rất khắt khe
• Đòi hỏi đội ngũ cán bộ được đào tạo chuyên sâu
• Máy CNC có cấu hình cứng,chỉ có nhà máy mới thay đổi được, nhiều máy đắt tiền mà thừa chức năng,lãng phí lớn
• Máy CNC là điều khiển cứng,phần lớn thời gian máy làm việc dưới khả năng, lãng phí năng suất lớn.
Phân loại máy CNC 5 trục
Bắt đầu từ trục xoay (R) và trục tịnh tiến (T), có bốn nhóm chính được phân biệt: nhóm đầu tiên gồm 3 trục T và 2 trục R; nhóm thứ hai có 2 trục T và 3 trục R; nhóm thứ ba là 1 trục T và 4 trục R; và nhóm cuối cùng chỉ có 5 trục R.
Hầu hết các máy công cụ năm trục thuộc nhóm (i), bao gồm cả một số robot hàn và máy laser trung tâm Chỉ có một số ít máy công cụ năm trục thuộc nhóm (ii), chủ yếu phục vụ cho gia công cánh quạt tàu Nhóm (iii) và (iv) được sử dụng cho thiết kế robot, với nhiều mức độ tự do khác nhau được tích hợp.
CNC năm trục có thể được phân bố giữa các trục mang phôi hoặc trục mang dụng cụ cắt trong một vài sự kết hợp
Sự phân loại máy công cụ có thể dựa vào số lượng trục mang phôi và trục mang dao, cũng như trình tự của các trục trong chuỗi động học Ngoài ra, phân loại cũng có thể dựa trên vị trí của các trục quay, nằm ở bên phôi hoặc bên dụng cụ cắt Trong một máy tọa độ, có năm mức độ tự do, bao gồm 3 trục tịnh tiến X, Y, Z (được biểu thị là TTT) và 2 trục quay AB, AC hoặc BC (được biểu thị là RR) Kết hợp giữa 3 trục quay (RRR) và 2 trục tịnh tiến (TT) là trường hợp hiếm gặp.
Máy năm trục ở hình 3.2 được mô tả theo XYZAB.(TTTRR)
Hình 2.2: Máy 5 trục kiểu TTTRR
Trục XYAB mang phôi và trục Z mang dụng cụ cắt Hình 2.3 trình diễn một máy loại XYZAB, 3 trục tuyến tính mang dụng cụ cắt và 2 trục quay mang phôi.
Bàn xoay
Để mở rộng khả năng công nghệ của máy công cụ, đặc biệt là máy CNC 2 trục, đã chế tạo một thiết bị giúp nâng cấp số trục của máy từ 2 hoặc 3 trục lên 4 hoặc 5 trục, đó chính là bàn xoay Bàn xoay là một đồ gá đặc biệt, chủ yếu được sử dụng trên các máy phay CNC, trung tâm gia công đứng, trung tâm gia công ngang và máy doa ngang.
Bàn xoay là thiết bị quan trọng được lắp đặt trên máy phay CNC hoặc trung tâm gia công, với hai loại chính: bàn xoay không nghiêng và bàn xoay nghiêng Bàn xoay không nghiêng hoạt động như trục thứ 4 của máy, trong khi bàn xoay nghiêng đảm nhận vai trò của cả trục thứ 4 và thứ 5, được ký hiệu là A và B.
Phân loại bàn xoay
Bàn xoay hiện đại trên dòng máy CNC có các loại như là:
Bàn xoay được sử dụng để gá đặt chi tiết sao cho tâm chi tiết trùng với tâm trục chính, cho phép gia công nhiều dạng bề mặt khác nhau như bề mặt phẳng, rãnh thẳng, rãnh xoắn, và các mặt định hình bằng dao định hình Ngoài ra, bàn xoay còn được sử dụng để cắt bánh răng bằng dao phay mô-đun.
Loại bàn xoay tiêu chuẩn được phân ra làm 2 loại như sau:
+Loại có trục chính nằm ngang như hình 3.5
Hình 2.5: Bàn xoay HV-4; HV-6; HV-8; HV-10; HV-12; HV-14; HV-16
Hình 2.6: Bàn xoay định vị chính xác vít
* Loại bàn xoay có động cơ nắp phía sau:
- Dòng bàn xoay này có khả năng hạn chế rung động khi máy đang hoạt động
- Động cơ này có khả năng che chắn nước, phoi vụn, không cho rơi vào động cơ
* Loại bàn xoay có lỗ trục chính lớn:
Bàn xoay này được thiết kế với trục chính có lỗ lớn, cho phép gia công các chi tiết có kích thước lớn Đặc biệt, dòng sản phẩm này có khả năng mở rộng kích thước trục chính, từ đó nâng cao phạm vi hoạt động của máy.
Thích hợp trong việc sản xuất hàng khối:
Cũng tương tự như bàn xoay tiêu chuẩn thì dòng bàn xoay này được chia ra 2 loại:
+ Loại có trục chính nằm ngang
+ Loại có trục chính thẳng đứng
* Loại bàn xoay có nhiều trục:
Dòng bàn xoay này có năng xuất cao
Giảm thời gian làm việc
Giảm thời gian phụ (gá đặt, điều chỉnh) Phù hợp cho sản xuất hàng loạt và hàng khối
Tăng thêm tốc độ vận hành
Giảm thiểu thời gian tháo lắp cũng như điều chỉnh máy
Bàn xoay nghiêng này được trang bị công nghệ tiên tiến, cho phép gia công nhiều mặt phẳng và các rãnh, gờ lồi một cách chính xác Đặc biệt, sản phẩm có khả năng gia công các bề mặt nghiêng từ nhiều góc độ khác nhau.
Loại bàn xoay này cũng phân ra làm 2 loại:
+ Dòng điều khiển nghiêng tự động
Hình 2.7: Bàn xoay điều khiển tự động
+ Dòng điều khiển bằng tay
Ứng dụng của bàn xoay
Bàn xoay của máy CNC không chỉ tăng cường tính linh hoạt mà còn mở rộng phạm vi ứng dụng của máy Thiết bị này chủ yếu được sử dụng trong gia công, mang lại hiệu quả cao trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
+ Các bề mặt định hình (như bề mặt cam,cối dập, khuôn ép…)
+ Cắt ren vít trong và ngoài
+ Gia công bánh răng và dao cắt nhiều lưỡi có răng thẳng hoặc xoắn
+ Cắt rãnh thẳng và xoắn…
+ Có thể gia công các bề mặt nghiêng Đối với bàn xoay nhiều trục, có thể tiến hành gia công cùng một lúc nhiều chi tiết, làm:
+ Tăng khả năng công nghệ của máy
+ Tăng năng suất gia công
+ Giảm thời gian tháo lắp và điều khiển dụng cụ
+ Giảm thời gian và các nguyên công cơ bản
+ Thích hợp cho việc sản suất hàng loạt và hàng khối
Hình 2.9: Một số dạng chi tiết đƣợc gia công trên bàn xoay không nghiêng
Hình 2.10: Một số dạng chi tiết đƣợc gia công trên bàn xoay nghiêng tự động
Hình 2.11: Một số dạng chi tiết đƣợc gia công trên bàn xoay nghiêng
Kết Luận Ưu điểm của máy phay CNC 5 trục so với máy 3 trục:
Giảm số lần gá đặt và sai số gá đặt
Giảm được cắt lẹm khi gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp
Tăng độ chính xác gia công, năng suất gia công, gia công được các vị trí bất kỳ chất lượng bề mặt tốt hơn
Gia công, điêu khắc, phù điêu, …chính xác
Giảm thời gian cắt khi gia công mặt cong bằng dao phay mặt phẳng
Tuy nhiên còn 1 số nhược điểm so với máy 3 trục như sau:
Giá máy phay CNC 5 trục rất cao, tương đương với các trung tâm gia công CNC, điều này thúc đẩy nhu cầu cải tiến máy phay CNC 3 trục thành 5 trục thông qua cơ cấu cơ khí kiểu bàn xoay, một vấn đề đang được nghiên cứu.
Bộ điều khiển CNC phải mạnh tương xứng với khả năng mong muốn của máy
Gia tăng sai số vị trí do tăng số trục quay
Lực cắt, vận tốc cắt lớn khi cùng lượng tiến dao nên cần hệ thống công nghệ đủ cứng vững
Lập trình CNC bằng tay gặp nhiều khó khăn, do đó cần sử dụng các phần mềm CAD/CAM mạnh mẽ như NX và ProE Để đảm bảo hiệu quả, lập trình viên cần phải có kỹ năng thành thạo và được đào tạo chuyên sâu về CAD/CAM/CNC.
Lập trình gia công, vận hành, mô phỏng, phát hiện các lỗi, va chạm trong máy phay CNC 5 trục vô cùng phức tạp
Mỗi cấu hình máy phay CNC 5 trục phù hợp với một dải sản phẩm cụ thể, do đó cần xem xét kỹ lưỡng trước khi quyết định mua máy hoặc thiết kế thêm các trục quay.
Ý TƯỞNG VÀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ
Phân tích kết cấu bàn xoay thiết kế
3.1.1 Kết cấu máy phay CNC 3 trục
Máy phay CNC 3 trục tịnh tiến, được thể hiện trong Hình 3.1, bao gồm hai trục mang phôi và một trục mang dụng cụ cắt, thuộc loại máy phay 3 trục kiểu TTT.
Hành trình chuyển động của các trục trên máy CNC như sau :
Máy phay CNC với chuyển động trục Z là thiết bị lý tưởng cho đào tạo, với hành trình di chuyển ngắn, thích hợp cho gia công các chi tiết nhỏ Là máy phay CNC 3 trục, nó có khả năng gia công mọi bề mặt phẳng trong không gian 3D, cho phép thực hiện công việc tại bất kỳ vị trí nào.
Nhiều bề mặt gia công có hình dạng tròn xoay, do đó, CNC 3 trục không đủ để đáp ứng nhu cầu này Việc bổ sung một trục quay quanh bất kỳ trục thẳng nào sẽ cho phép gia công các mặt tròn xoay theo hướng cụ thể, nâng cao khả năng sản xuất.
Nếu thêm trục thứ hai cho phép di chuyển dụng cụ theo cung tròn bất kỳ trong không gian 3 chiều
Cấu trúc CNC 5 trục với 3 trục thẳng và 2 trục quay cho phép gia công linh hoạt các bề mặt cong hoặc phẳng ở bất kỳ vị trí nào trong không gian ba chiều.
Mặc dù lý thuyết về máy CNC 5 trục rất hấp dẫn, nhưng trong thực tế, máy này có giới hạn về phạm vi các trục quay Thêm vào đó, một mặt của phôi thường được sử dụng để gá và định vị, điều này ảnh hưởng đến khả năng gia công.
3.1.2 Kiểu xoay bàn thiết kế
Dựa vào cấu trúc không gian của máy CNC ta chọn kiểu bàn xoay thiết kế là loại bàn xoay nghiêng điều khiển tự động (Hình 4.2)
Hình 3.2: Bàn xoay nghiêng điều khiển tự động
Khi tích hợp bàn xoay vào máy CNC, khả năng công nghệ của máy được nâng cao đáng kể Cụ thể, với 3 trục tịnh tiến và 2 trục quay, máy có thể gia công mọi mặt phẳng một cách hiệu quả.
Trục dao song song với trục Z của máy nên có thể khoan theo trục Z
Các chu trình gia công nghiêng so với phôi được thực hiện trong mặt phẳng XY của máy, với các chức năng hoạt động trên cấu hình 3 trục đơn giản.
Việc bù dao giống như ở máy 3 trục
Loại này có khả năng công nghệ cao
Có thể gia công các mặt phẳng, tròn xoay, các rãnh các gờ lồi
Gia công các bề mặt nghiêng ở nhiều góc độ khác nhau
Kích thước phôi giới hạn
Không gian làm việc nhỏ hơn máy 3 trục
Việc chuyển đổi các giá trị tọa độ (X,Y,Z,I,J,K) từ hệ tọa độ Đề-các của dao sang hệ tọa độ máy (X,Y,Z,A,B hoặc C) phụ thuộc vào vị trí tương đối của phôi trên bàn máy Mỗi vị trí gá đặt phôi yêu cầu bộ hậu xử lý phải tính toán lại từ đầu để tạo ra file G-code tương ứng.
Loại bàn xoay này việc điều khiển phức tạp Chính xác giữa các góc quay phải đảm bảo giữa hai trục lắc và quay
Gia công phôi chính xác rất cao
Gia công cánh quạt, cánh tua-bin, profile cho lốp xe…
Gia công phôi có hình dáng nhất định có thể thực hiện theo chu kỳ góc cụ thể, cho phép lặp lại chương trình khi phôi quay một góc tương ứng.
Lựa chọn bộ truyền đai
Bộ truyền đai là hệ thống truyền động gián tiếp dựa vào ma sát giữa dây đai và bánh đai (puly), giúp truyền cơ năng từ bánh chủ động sang bánh bị động.
Bộ truyền đai có nhiều loại đai khác nhau:
Bộ truyền đai dẹt nổi bật với độ bền mòn cao, khả năng dẻo dai và hiệu suất làm việc tốt Tuy nhiên, nó có nhược điểm là khả năng kéo thấp hơn so với các loại đai khác và khả năng chống trượt không được tốt.
Bộ truyền đai thang có tiết diện hình thang với hai mặt bên tiếp xúc với các rãnh hình thang trên bánh đai, giúp tăng hệ số ma sát so với đai dẹt Điều này mang lại khả năng kéo lớn hơn, mặc dù hiệu suất tổng thể thấp và khả năng chống trượt không cao.
Bộ truyền đai nhiều chêm bao gồm các đoạn nhô hình chêm được bố trí dọc theo mặt trong của đai, tiếp xúc với rãnh chêm của bánh đai và lớp sợi chịu tải chính Ưu điểm nổi bật của loại đai này là chiều rộng nhỏ hơn, kết hợp hai đặc tính tốt của đai thang và đai dẹt Nhờ đó, người dùng có thể sử dụng bánh đai có đường kính nhỏ hơn, mặc dù khả năng chống trượt vẫn chưa cao.
Bộ truyền đai răng là một loại bộ truyền đai dẹt với răng ở mặt trong, giúp các răng của đai khớp với các răng trên bánh đai khi tiếp xúc Với cơ chế truyền lực bằng ăn khớp, bộ truyền này mang lại nhiều ưu điểm như không có hiện tượng trượt, tỉ số truyền lớn và giảm thiểu lực tác dụng lên trục cũng như ổ.
Dựa vào các ưu điểm của từng loại đai, hãy lựa chọn bộ truyền đai răng để truyền động hiệu quả giữa trục động cơ và trục quay của bàn gá phôi.
Mô hình bộ truyền đai cho thấy các phương pháp căng đai hiệu quả Để duy trì hiệu suất hoạt động, việc định kỳ điều chỉnh sức căng là cần thiết Bánh đai chủ động kết nối với trục động cơ, và lực căng đai được điều chỉnh thông qua vít đẩy, giúp động cơ trượt trên rãnh.
Hệ thống tự động điều chỉnh lực căng giúp duy trì lực căng đai ổn định nhờ động cơ treo trên tấm lắc, với vít đảm nhiệm việc giữ và điều chỉnh động cơ Lực căng đai sẽ tự động thay đổi theo tải trọng, trong đó vị trí bánh căng được đặt trên nhánh chùng, cách trục bánh nhỏ khoảng 1/3 khoảng cách trục.
Lựa chọn động cơ
Động cơ truyền động cho bàn xoay của máy CNC thường được lựa chọn giữa động cơ bước và động cơ servo Việc so sánh đặc điểm của hai loại động cơ này là rất cần thiết để xác định sự phù hợp cho ứng dụng cụ thể.
Hình 4.4: Hình ảnh động cơ Servo và động cơ bước Động cơ bước Động cơ Servo
Mạch driver Đơn giản (người dùng có thể chế tạo chúng) Phức tạp (người sử dụng phải mua mạch driver từ các nhà sản xuất)
Nhiễu, rung động Đáng kể Rất ít
Tốc độ Chậm (tối đa 1000-2000 vòng/phút)
Nhanh (tối đa 3000- 5000 vòng/phút)
Hiện tượng trượt Có thể xảy ra Khó xảy ra (Động cơ vẫn chạy trơn tru nếu tải đặt vào tăng)
Phương pháp điều khiển Vòng hở (không có encoder)
Giá thành (Động cơ + driver)
Rẻ Rất đắt Độ phân giải Phổ biến loại 1.8o (200 bước/vòng)
Phụ thuộc độ phân giải của encoder
Hình 3.5: Bảng so sánh động cơ bước và động cơ Servo
Khi lựa chọn động cơ cho máy CNC, việc chọn kiểu điều khiển là rất quan trọng, trong đó nhiều người sử dụng kiểu điều khiển vòng hở mà không có hồi tiếp tín hiệu Do giá thành cao của động cơ servo và driver, động cơ bước trở thành lựa chọn kinh tế hợp lý, đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng.
Một số hình ảnh về động cơ bước:
Hình 3.7: Driver của động cơ bước
3.3.1 Tính toán động cơ trục C
+ Lực kéo cần thiết động cơ cần:
Trong đó: m: khối lượng (kg) g: gia tốc trọng trường (m/s 2 ) à: hệ số ma sỏt của ổ lăn
Hình 3.8: Cấu hình tham số trục C + Theo hình 3.8, ta có vận tốc chỉnh theo bước xung là:
+ Hiệu suất chung: công thức (2.9) [Trích Tính toán, thiết kế hệ dẫn động cơ khí – tập 1, Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ]
Trong đó: nt = 1: hiệu suất nối trục đàn hồi
đ = 0.95: hiệu suất bộ truyền bánh đai
ol = 0.99: hiệu suất một cặp ổ lăn
+ Điều kiện công suất: td t P
+ Theo công thức (2.14), (2.11) và (2.10) [Trích Tính toán, thiết kế hệ dẫn động cơ khí – tập 1, Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ] ck ck ck ck tđ t t t t P t
+ Công suất cần thiết: công thức (2.8) [Trích Tính toán, thiết kế hệ dẫn động cơ khí – tập 1, Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ]
45=0.298 (kW))8 (W) u: tỉ số truyền đai
Theo công suất nên nhóm lựa chọn động cơ bước là VEXTA PK268 – 02A
Hình 3.9: Động cơ VEXTA PK268 – 02A
Mẫu động cơ VEXTA PK268-02A
Bước Góc Độ chính xác 5%
Nhiệt độ môi trường xung quanh -10 ~ +50 0 C Độ bền điện môi 500V AC 1 phút Đường kính trục (mm) 6
Bảng thông số động cơ VEXTA PK268 – 02A
3.3.2 Tính toán động cơ trục A
+ Lực kéo cần thiết của động cơ:
Trong đó: m 1 , m 2 : khối lượng (kg) g: gia tốc trọng trường (m/s 2 ) à: hệ số ma sỏt của ổ lăn
Hình 3.10: Cấu hình tham số trục C + Theo hình 3.10, ta có vận tốc chỉnh theo bước xung là:
+ Hiệu suất chung:công thức (2.9) [Trích Tính toán, thiết kế hệ dẫn động cơ khí – tập 1, Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ]
Trong đó: nt = 1: hiệu suất nối trục đàn hồi
đ = 0.95: hiệu suất bộ truyền bánh đai
ol = 0.99: hiệu suất một cặp ổ lăn
+ Điều kiện công suất: td t P
+ Theo công thức (2.14), (2.11) và (2.10) [Trích Tính toán, thiết kế hệ dẫn động cơ khí – tập 1, Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ] ck ck ck ck tđ t t t t P t
+ Công suất cần thiết:công thức (2.8) [Trích Tính toán, thiết kế hệ dẫn động cơ khí – tập 1, Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ]
60=1,162 (kW)= 1162 (W) u: tỉ số truyền đai
Theo thông số đai thì lựa chọn được động cơ VEXTA ASM66AC
Hình 3.11: Động cơ VEXTA ASM66AC
Chọn động cơ step VEXTA ASM66AC
Mẫu động cơ VEXTA ASM66AC
Bước Góc Độ chính xác 5%
Nhiệt độ môi trường xung quanh -20 ~ +50 Độ bền điện môi 500V AC 1 phút Đường kính trục (mm) 8
Bảng thông số động cơ VEXTA ASM66AC
Lựa chọn kiểu động cơ
Việc lựa chọn dạng điều khiển động cơ cần dựa vào yêu cầu kỹ thuật và mong muốn của người sử dụng Điều khiển đủ bước và nửa bước mang lại tốc độ cắt nhanh và tăng sản lượng, nhưng lại có sai số lớn, dẫn đến việc phải gia công lại nhiều Ngược lại, điều khiển vi bước đảm bảo độ chính xác cao và giảm thiểu gia công lại, mặc dù tốc độ cắt chậm hơn Do nhóm thực hiện đồ án tập trung vào việc gia công sản phẩm có độ chính xác cao, nên quyết định chọn kiểu điều khiển vi bước.
Mạch driver 3128A mà nhóm sử dụng cho động cơ bước hỗ trợ nhiều chế độ vi bước khác nhau, bao gồm 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 và 1/128 Việc sử dụng chế độ vi bước mang lại nhiều ưu điểm, giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác trong điều khiển động cơ.
- Chuyển động mịn hơn, mượt mà hơn (do mỗi bước góc của động cơ khá nhỏ)
- Chuyển động êm hơn, bàn máy ít rung độnghơn
- Tạo ra momen xoắn đồng đều hơn do phần lớn thời gian dòng điện được cấp cho cả 2pha
- Tạo ra khoảng dịch chuyển nhỏ trên bàn máy, tăng độ chính xác cho máy CNC
Trong điều khiển động cơ bước, hiện tượng "rung động" và "cộng hưởng" thường xảy ra khi động cơ di chuyển giữa các bước Khi động cơ chuyển động, nó có thể vượt qua vị trí cần đạt (overshoots) và quay trở lại dưới vị trí đúng (undershoots), dẫn đến sự dao động trước khi dừng lại hoàn toàn Hiện tượng này gây ra rung cho động cơ, nhưng việc sử dụng tải ngoài có thể hạn chế dao động Để giảm rung động, nên chọn tải ngoài khoảng 30% đến 70% momen mà động cơ có thể tạo ra, theo khuyến cáo của NMB Technologies Corporation.
Khi tần số xung đưa vào động cơ trùng khớp với tần số dao động của hệ thống, hiện tượng cộng hưởng xảy ra, khiến rung động của động cơ trở nên mạnh mẽ nhất Cộng hưởng này dẫn đến tình trạng "trượt" và "mất" bước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ chính xác trong chuyển động của bàn máy Theo tài liệu Industrial Circuits Application Note, nếu chỉ xem xét cộng hưởng của rôto mà không có tải ngoài, tốc độ gây ra cộng hưởng dao động nằm trong khoảng 100÷200 xung/s Dải tốc độ này còn phụ thuộc vào nhà sản xuất động cơ; ví dụ, Haydon Kerk Motion Solutions đã đưa ra khuyến cáo về dải tốc độ này.
Tần số điều khiển động cơ nên nằm trong khoảng 70 ÷ 120 xung/s, trong khi NMB Technologies Corporation khuyến cáo tránh điều khiển ở khoảng 200 xung/s Tần số cộng hưởng phụ thuộc vào tần số tự nhiên của rôto và mức quán tính của tải, do đó khó xác định chính xác tần số này Để ngăn ngừa hiện tượng cộng hưởng, cần điều khiển tốc độ ngoài vùng 50 ÷ 200 xung/s và gia tốc lớn khi khởi động để nhanh chóng vượt qua vùng cộng hưởng Sử dụng điều khiển vi bước có thể giảm thiểu rung động và cộng hưởng nhờ vào việc quản lý chặt chẽ xung điện qua các cuộn dây pha, tạo ra sóng điện gần giống với dạng sóng hình sin lý tưởng.
Lựa chọn kiểu phần mềm
Phần mềm khá thông dụng dành cho máy CNC là phần mềm Mach3(Hình 4.8)
Phần mềm Mach3 CNC, phát triển bởi ArtSoft USA, ban đầu được thiết kế cho các nhà thiết kế máy CNC Tuy nhiên, nhờ vào những cải tiến đáng kể, Mach3 đã trở thành một phần mềm điều khiển đa dạng và linh hoạt, phù hợp với nhiều loại máy CNC khác nhau.
Hình 3.12: Giao diện phần mềm Mach3
Tính năng của phần mềm Mach3:
- Biến máy tính cá nhân thành một bộ điều khiển máy CNC 6 trục với đầy đủ tính năng
- Import trực tiếp các file dxf, bmp, jpg và hpgl thông qua phần mềm LazyCam
- Hiển thị G-code trực quan
- Tạo ra G-code thông qua LazyCam hoặc Wizards
- Giao diện tùy biến hoàn toàn theo ý thích người dùng
- Tùy biến M-code và Macro với cách sử dụng VBscript
- Điều khiển được tốc độ trục chính (Spindle)
- Điều khiển được nhiều rơle đóng - cắt
- Khả năng tạo ra xung điều khiển tốc độ động cơ bằng tay
- Hiển thị video khi máy chạy
- Có khả năng dùng được với màn hình cảm ứng
- Giao diện có thể hiển thị ra toàn màn hình bất kỳ đang sử dụng
Yêu cầu cấu hình máy tính để chạy được phần mềm Mach3 CNC ổn định
Thứ nhất, với máy tính để bàn:
• Máy tính hoạt động trên hệ điều hành Windows 2000, Windows XP, Windows Vista 32 bit
• Tần số tối thiểu CPU 1Ghz
• Độ phân giản màn hình: 1024x 768
• Card màn hình rời 32Mb RAM
Thứ hai, đối với máy tính xách tay:
• Máy tính hoạt động trên hệ điều hành Windows 2000, Windows XP, Windows Vista 32 bit
• Tần số tối thiểu CPU 1Ghz
• Một bộ điều khiển chuyển động bên ngoài
Yêu cầu tối thiểu khi kết nối với phần cứng và sử dụng phần mềm Mach3 CNC
• Cần có một nút nhấn Estop hay còn gọi là nút dừng khẩn cấp
• Cần có 2 trục hoặc 3 trục chuyển động (X, Y với máy vẽ và X, Y, Z với máy phay)
NX là phần mềm được phát triển bởi hãng Siemens PLM Software, tên trước đây là NX Unigraphics hay thường viết tắt là U – G, là một gói phần mềm
Hình 3.13: Giao diện NX11 3.5.2.2 Tính năng của NX11
NX được dùng cho các mục đích sau:
Thiết kế: Theo tham số và cho tạo hình mặt/khối trực tiếp
Phân tích kỹ thuật bao gồm các phương pháp tĩnh, động, từ tính và nhiệt, trong đó sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cho các phân tích cơ học Đối với phân tích chất lỏng, phương pháp thể tích hữu hạn được áp dụng để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong tính toán.
Gia công: Dùng trong các mô đun gia công.
THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH
Quy trình thiết kế và phác thảo ýtưởng
Thiết kế đóng vai trò quan trọng trong quá trình chế tạo máy, vì nó không chỉ định hình ý tưởng mà còn xác định vị trí tương quan giữa các chi tiết Thông qua bản thiết kế, chúng ta có thể đánh giá tính hợp lý và khả thi của toàn bộ dự án.
Quy trình thiết kế Máy được tiến hành như sau:
Quy trình thiết kế mô hình bắt đầu bằng việc người thiết kế xác định ý tưởng tổng quát về mô hình và toàn bộ dự án, với các giải pháp thiết kế được trình bày chi tiết trong đề xuất Tiếp theo, cần định hình phần cơ khí của mô hình, bao gồm việc bố trí bộ trục A và C với bàn máy đứng yên, trong khi các chi tiết trên hai trục chuyển động được bố trí để hoạt động bằng đai.
GIA CÔNG THEO THIẾT KẾ LẮP RÁP
Sau khi hình dung rõ về mô hình, hãy phác thảo các ý tưởng trên giấy hoặc phần mềm Paint Bạn không cần chú trọng đến kích thước chính xác mà chỉ cần thể hiện vị trí tương quan của các chi tiết và cụm chi tiết trong toàn bộ máy.
Bước tiếp theo trong quá trình thiết kế là sử dụng phần mềm NX11 để tạo ra từng chi tiết Phần mềm này có ưu điểm nổi bật là cho phép vẽ theo tham số, giúp điều chỉnh kích thước một cách linh hoạt Do mô hình bao gồm nhiều chi tiết có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, việc đối chiếu và so sánh với các chi tiết trước đó là rất quan trọng Đồng thời, người thiết kế có thể vừa vẽ chi tiết vừa lắp ráp với các chi tiết liên quan, và sau đó điều chỉnh kích thước, hình dạng cho đến khi hoàn thiện Phương pháp này không chỉ giúp quá trình thiết kế trở nên trực quan hơn mà còn tiết kiệm thời gian và công sức trong việc tính toán và ước lượng.
Lựa chọn vật liệu cho các chitiết:
Với cấu trúc của mô hình này, việc lựa chọn vật liệu nhẹ cho phần di động là rất quan trọng Mica không phải là lựa chọn tốt do khả năng chịu lực kém và độ giòn, dù nó rất nhẹ Do đó, cho phần di trượt, nên sử dụng thép CT3 dạng tấm 30mm để gia công, trong khi khung nên được làm từ thép CT3 để đủ nặng, giúp giảm thiểu rung động do động cơ bước gây ra.
- Đồng thời 2 loại vật liệu này dễ tìm kiếm trên thị trường, giá thànhrẻ.
Thiết kế cơ khí
Hình 4.2: Mô hình thiết kế 5.2.2 Gia công các chi tiết
DANH SÁCH CÁC CHI TIẾT GIA CÔNG
Tên chi tiết Số lượng
Ghi chú Đế bàn 1 CT3 -Phay
Phay và khoan lỗ đúng kích thước, taro bước ren chính xác
Trục cốt mâm cặp 1 CT3 -Tiện Tiện đúng kích thước đóng vào ổ bi mâm cặp
DANH SÁCH CÁC CHI TIẾT GIA CÔNG
Tên chi tiết Số lượng
Bàn đỡ mâm cặp 1 CT3 -Phay
Gia công chính xác vị trí các lỗ bậc
Cốt động cơ lắc 1 CT3 -Tiện ngoài
Tiện, khoan lỗ trong chính xác để lắp vào trục động cơ
Cốt động cơ xoay 1 CT3 -Tiện
Tiện, khoan lỗ chính xác để lắp vào trục động cơ
Giá đỡ mâm cặp 2 CT3 -Tiện
-Taro chính xác bắt ốc vào bàn đỡ mâm cặp
Giá đỡ động cơ xoay 1 CT3 -Phay
-Taro bắt ốc vào đế đỡ động cơ xoay
DANH SÁCH CÁC CHI TIẾT GIA CÔNG
Tên chi tiết Số lượng
Ghi chú Đế đỡ động cơ xoay 1 CT3 -Phay lỗ hột xoài -Khoan lỗ bậc
-Phay hột xoài để căng đai -Khoan lỗ bậc bắt ốc vào giá đỡ động cơ xoay theo bước ren Đế đỡ mâm cặp 1 CT3 -Phay
Phay và khoan đúng kích thước để bắt ốc vào mâm cặp
Trục 1 đỡ giá mâm cặp 1 CT3 -Tiện bậc Tiện đúng kích thước yêu cầu
Tấm dựng động cơ lắc 1 CT3 -Phay
-Phay lỗ đúng kích thước -Taro bước ren phù hợp bắt ốc vào đế bàn máy
DANH SÁCH CÁC CHI TIẾT GIA CÔNG
Tên chi tiết Số lượng
Tấm dựng động cơ xoay 1 CT3 -Phay
-Phay lỗ đúng kích thước -Taro bước ren phù hợp bắt ốc vào đế bàn máy
Trục 2 đỡ giá mâm cặp 1 CT3 -Tiện bậc Tiện đúng kích thước yêu cầu
Hình 4.3: Bảng các chi tiết đƣợc gia công 4.2.3 Tính toán thiết kế trục, thiết kế ổ bi và lựa chọn bộ truyền đai
4.2.3.1 Lựa chọn bộ truyền cho đề tài Đề tài lựa chọn bộ truyền đai cho hệ thống truyền động của bàn xoay, mỗi bộ truyền đều có cho mình những ưu nhược điểm riêng, để phù hợp với đề tài với phạm vi nghiên cứu chúng tôi lựa chọn bộ truyền đai Bộ truyền đai có đặc điểm truyền chuyển động giữa các trục xa nhau Đai được mắc lên hai bánh đai với lực căng ban đầu F 0 ,nhờ đó có thể tạo ra lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa đai và bánh đai nhờ lực ma sát mà tải trọng được truyền đi
Theo kết cấu thiết kế loại đai chọn là HTD 490 – 5M
Để đảm bảo kích thước bàn xoay và khả năng tải, chúng ta lựa chọn dây đai HTD 490 – 5M với số răng bánh đai bị dẫn là 14 và bánh đai dẫn là 45.
Tỉ số truyền đai là u/45
+ Theo công thức (10.9) [Trích Tính toán, thiết kế hệ dẫn động cơ khí - tập
1, Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ] d≥ 3
Trong đó : T : momen xoắn (Nmm) d : đường kính trục (mm) [𝜏] : ứng suất cho phép (MPa) [𝜏] = 15…30 MPa
Trong đó : d w1 : đường kính vòng lăn trục C α tw1 : góc ăn khớp T: momen xoắn trục C β : góc nghiêng của răng
+ Theo công thức (10.1) [Trích Tính toán, thiết kế hệ dẫn động cơ khí - tập
1, Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ]
- Lực hướng tâm : tg tg N
- Lực dọc trục: F a 1 F t 1 tg 600.tg1,8 o 18.8 N
- Moment uốn do lực F a1 gây ra trên trục mâm cặp:
Phác thảo kết cấu trục:
Hình 4.5: Phác thảo kết cấu trục C 4.2.3.4 Lựa chọn bộ truyền đaitrục A
Bộ truyền được chọn tương tự bộ truyền trên là loại đaiHTD 294 – 3M
Do trục cần có công suât lớn nên ta chọn bánh đai có bánh bị dẫn là 14 răng, bánh dẫn là 60 răng
Do cần có công suất lớn nên chọn dây đai có tỉ số truyền là gần 1:4
4.2.3.5 Thiết kế trục dẫn động trục A
+ Theo công thức (10.9) [Trích Tính toán hệ dẫn động cơ khí - tập 1, Trịnh
Trong đó : T : momen xoắn (Nmm) d : đường kính trục (mm) [𝜏] : ứng suất cho phép (MPa) [𝜏] = 15…30 MPa
Trong đó : dw1 : đường kính vòng lăn trục C α tw1 : góc ăn khớp T: momen xoắn trục C β : góc nghiêng của răng
+ Theo công thức (10.1)[Trích Tính toán hệ dẫn động cơ khí - tập 1, Trịnh
- Lực hướng tâm : F r F t tg tw tg o o 170 N
- Lực dọc trục: F a 2 F t 2 tg 466.6.tg1,8 o 16,6 N
- Moment uốn do lực F a2 gây ra trên trục mâm cặp:
Kết cấu bàn xoay sử dụng 6 ổ bi, lựa chọn kích thước ổ bi bằng nhau là 30:17, 2 ổ bi cho mỗi trục gồm trục xoay mâm cặp, trục 1 và 2 lắc mâm cặp
Hình 4.8: Mô hình 3D của ổ bi
Xây dựng hệ thống điều khiển
4.3.1 Phần mềm điều khiển Mach3
Mach3 là phần mềm điều khiển máy CNC do Artsoft phát triển, tương thích với hệ điều hành Windows Phần mềm này sử dụng lệnh G-code để điều khiển động cơ bước và động cơ servo.
Giao diện chính của mach3 (trang Program Run):
Hình 4.10: Khởi động phần mềm Mach3
Hình 4.11: Đóng phần mềm Mach3
Hình 4.12: Vị trí nhập G – code
Hình 4.13: Tải G – code và chọn file
Hình 4.14: Nút chỉnh sửa G - code
Cổng LPT (cổng song song) là một trong những phương thức truyền tín hiệu từ Mach3, chủ yếu được sử dụng để giao tiếp giữa máy tính và máy in Cổng này có khả năng truyền dữ liệu đồng thời qua 8 dây dẫn, với 8 hàng dữ liệu 1 bit tạo thành 1 byte Để hoạt động hiệu quả, cổng song song sử dụng 3 thanh ghi 8 bit, bao gồm thanh ghi trạng thái, thanh ghi dữ liệu và thanh ghi điều khiển.
Cổng song song bao gồm 25 chân được bố trí theo sơ đồ dưới đây:
8 chân dùng để gởi và nhận dữ liệu (từ chân số 2 đến số 9) gọi là DATA Port Dữ liệu trao đổi qua 8 pin này được gói gọn trong 1 byte
Hình 4.17: Cổng song song (LPT)
Hình 4.18: Sơ đồ chức năng từng chân của cổng máy in (LPT)
Cổng LPT trên máy tính:
+ 8 chân D0-D7 là các chân OUTPUT của thanh ghiDATA
+ 5 chân S3- S7 là các chân INPUT của thanh ghiSTATUS
+ 4 chân C0-C3 là các chân OUTPUT của thanh ghi CONTROL
Chứcnăngmặc định của các chân LPT do Mach3 xuất tínhiệu
Ngoài ra ta có thể hiệu chỉnh số chân và số cổng LPT trên phần mềm bằng cách: Trên menu bar chọn Config => Ports and Pins:
Hình 4.19: Bảng hiệu chỉnh số chân tín hiệu
Trong hộp thoại gồm 7 trang:
+ Port setup and axis selection: cho phép thiết lập số cổngLPT
+ Motor output: tín hiệu xuất ra cho đông cơ nhờ đó cho phép ta chọn chânxungvà chân hướng di chuyển của mỗitrục
+ Outputsignals:chophépthiếtlậpchântínhiệungõra(nhưđóngmỡđộngcơ trục chính, bơm tưới nguội…)
+ Encoder/MPG’’s: Cho phép thiết lập chân tín hiệuHandle
+ Milloption:MộtsốlựachọnmởrộngcủamodulMillnhưcàiđặtkhoảngcách an toàn cho trụcZ…
Driver 3128A sử dụng chip THB7128 để điều khiển động cơ bước với hiệu suất cao và ổn định
Tự động bảo vệ quá nhiệt
Tự động kiểm soát và điều chỉnh dòng giảm tối đa, không gây nóng động cơ Sử dụng cho các động cơ hai pha, bốn pha (4,6, 8 dây)
Nguồn cung cấp đầu vào: 10v – 40Vdc
Chế độ điều khiển: 1,2,4,8,16,32,64,128 xung/bước
Hình 4.20: Driver step motor 4.3.3 Break out board Mach3
IC tốc độ cao của Phillips xử lý tín hiệu đầu vào và đầu ra, loại bỏ các tín hiệu không cần thiết nhằm nâng cao độ ổn định của hệ thống Hệ thống được điều khiển bằng nguồn đôi USB và có ngõ vào nguồn ngoài được cách ly, đảm bảo an toàn cho máy tính.
Tín hiệu đầu vào các Port P11, P12 được xử lý qua cách ly quang tốc độ cao có thể sử dụng cho tín hiệu encoder hay hand wheel
Ngõ ra relay 1 có thể được thiết lập tự động đóng mở nguồn tổng cho tất cả thiết bị thông qua máy tính
Ngõ ra relay 2 và 3 thiết lập cho việc đóng mở Spindle và hệ thống tưới nước làm mát
Ngõ ra 0-10Vdc và PWM thông qua cách ly quang tốc độ cao có thể sử dụng điều khiển tốc độ spindle
Hình 4.21: Break out board Mach3
Thiết kế hệ thống điện
+ Thiết kế nhỏ gọn, bố trí thông minh
+ Dễ dàng kết nối, tháo lắp, sửa chữa, nâng cấp về sau
+ Các yêu cầu về an toàn điện: cách điện, tiếp đất, chống nhiễu,…
Hình 4.22:Bảng kết nối điện
Vật tư: Phần cứng của hệ điều khiển dùng phần mềm Mach3 bao gồm các thiết bị ở bảng sau:
STT Tên thiết bị Số lƣợng Tính năng Thông số cơ bản
01 Máy vi tính hệ điều hành window XP
1 Dùng để làm nền chạy chương trình điều khiển Mach3
1 Board xuất tín hiệu điều khiển truyền động từ phần mềm Mach3 trên máy tính thông quagiao tiếp song song cổngLPT
2 Mạch đọc xung tín hiệu từ BOB giải mã để điều khiển
STT Tên thiết bị Số lƣợng Tính năng Thông số cơ bản cácđộng cơ bước truyền động các trục của máy
04 Nguồn 24V- 8A 1 Mạch đọc xung tín hiệu từ Cấp nguồn nuôi chính cho board điều khiển động cơ và tín hiệu input
Cấp nguồn nuôi 5V cho board BOB
05 Jack cắm truyền tín hiệu lên
2 Jack 4 pin nối dây tín hiệu từ tủ điện đi tới động cơ Mach3
Hình 4.23: Bảng vật tƣ điện
Quy trình tạo ra sản phẩm
Lựa chọn phôi bằng nhựa theo kích thước đã cho trước (Hình 5.26):
4.5.2 Tạo Post Builder trong NX11
Hình 4.26: Nhập thông số chung
Hình 4.27: Nhập thông số trục 4
Hình 4.28: Nhập thông số trục 5
Hình 4.29: Lưu post vừa tạo
4.5.3 Thiết kế phôi và gia công trên NX11
Hình 4.30: Sản phẩm thiết kế
Hình 4.31: Tạo chuẩn phôi trong NX11
Hình 4.32: Gia công sản phẩm trên NX11
Hình 4.33: Nhập post vừa tạo vào NX11
Hình 4.34: Xuất G – code trên NX11 4.5.4 Nhập G – code vào chương trình Mach3 chạy sản phẩm
Hình 4.35: Tải G – code vào Mach3
Hình 4.36: Chỉnh sửa G – code trên NX11
Sau khi chỉnh sửa G – code tiến hành cho chạy sản phẩm thiết kế để ra được sản phẩm cuối cùng:
Hình 4.37: Sản phâm cuối cùng
4.5.5 Phương pháp xét chuẩn phôi
Tạo phôi ban đầu có kích thước 36.5x36.5x82mm.
4.5.5.1 Xét chuẩn phôi trên bộ trục
Đầu tiên, cho trục Z tiếp xúc với bề mặt phôi Sau đó, điều chỉnh trục Y về vị trí ZERO Tiếp theo, di chuyển trục X sang phải ra khỏi biên dạng của phôi, rồi hạ trục Z xuống khoảng 5 – 10mm.
X bắt đầu bằng cách từ từ chạm vào cạnh phôi, sau đó thiết lập trục về ZERO X Tiếp theo, nâng trục Z cao hơn so với mặt phôi và di chuyển trục X sang trái một khoảng 18.25mm Cuối cùng, thiết lập lại trục X về ZERO X và thực hiện tương tự với trục Y để xác định chuẩn phôi tại tâm của mặt phôi.
4.5.5.2 Xét chuẩn phôi trên phần mềm NX11
Hình 4.38: Xét chuẩn phôi trên NX11
THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ
Đánh giá
Đề tài đã tiến hành tính toán, thiết kế và chế tạo kết cấu cơ khí cho bộ trục A và C, với việc lựa chọn thông số đầu vào và bộ truyền dựa trên lý thuyết vững chắc Kết cấu cơ khí này không chỉ đảm bảo độ bền mà còn có thiết kế đẹp mắt, dễ dàng trong quá trình lắp đặt lên máy.
Trong phần điện điều khiển, nhóm đã lựa chọn phần mềm phù hợp, hướng dẫn cài đặt thông số, chọn board mạch thích hợp và hướng dẫn cách kết nối board mạch với các thiết bị cần thiết của máy.
Đề tài nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc cải tiến máy phay CNC 3 trục mở ra hướng đi mới, từ đó cho thấy khả năng tự chủ trong thiết kế và chế tạo máy CNC 5 trục là hoàn toàn khả thi.
* Mô hình bộ trục A, C khi hoàn tất
Hình 5.1: Mô hình bộ trục A, C sau khi hoàn chỉnh
Một số sản phẩm thực nghiệm
Hình 5.2: Một số sản phẩm thực tế
Sản phẩm thực tế có sai số kỹ thuật khoảng 0.5mm, bề mặt sản phẩm gồ ghề do phôi mềm và trong quá trình gia công, phôi bị chảy.
Những vấn đề khó khăn
Trong quá trình thiết kế và chế tạo, vì nhiều ràng buộc về kinh phí, nên máy có độ thẩm mỹ chưa cao
Nhóm thực hiện đồ án trong chuyên ngành cơ khí chế tạo máy đã tự tìm hiểu về phần điện và lập trình điều khiển, mặc dù gặp phải một số sai sót trong quá trình học hỏi.
Đề xuất cải tiến
Nhóm đã hoàn thành bộ trục A, C theo thiết kế, nhưng do thiếu kinh nghiệm, máy chỉ gia công được một số chi tiết đơn giản Để gia công các chi tiết đa dạng và phức tạp hơn, cần thực hiện một số đề xuất nhằm hoàn thiện máy, bao gồm: chọn vật liệu tốt hơn, thiết kế ý tưởng cao hơn và gia cố máy để tăng độ cứng vững.
