Đồ án Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm trục thứ 5 trên máy CNC 4 trục. phát triển hoàn thiện và chế tạo hệ thống điều khiển máy CNC 4 trục (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm trục thứ 5 trên máy CNC 4 trục. phát triển hoàn thiện và chế tạo hệ thống điều khiển máy CNC 4 trục (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM TRỤC THỨ 5 TRÊN MÁY CNC 4 TRỤC. PHÁT TRIỂN HOÀN THIỆN VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 4 TRỤC. GVHD: ThS. ĐẶNG MINH PHỤNG SVTH : NGUYỄN LÊ QUANG NHẬT MSSV:12143516 VÕ VĂN MẠNH 12143426 TRẦN THANH LỘC 12143335 S K L 0 0 4 6 9 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM TRỤC THỨ 5 TRÊN MÁY CNC 4 TRỤC. PHÁT TRIỂN HOÀN THIỆN VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 4 TRỤC. SVTH : NGUYỄN LÊ QUANG NHẬT MSSV:12143516 VÕ VĂN MẠNH 12143426 TRẦN THANH LỘC 12143335 Khóa : 2012-2016 Ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: ThS. ĐẶNG MINH PHỤNG Tp. Hồ Chí Minh - tháng 8 năm 2016 1
3. Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giáo viên hƣớng dẫn: ThS. Đặng Minh Phụng Họ và tên sinh viên: 1. Nguyễn Lê Quang Nhật MSSV: 12143516 2. Trần Thanh Lộc MSSV: 12143335 3. Võ Văn Mạnh MSSV: 12143426 Ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy 1. Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM TRỤC THỨ 5 TRÊN MÁY CNC 4 TRỤC, PHÁT TRIỂN HOÀN THIỆN VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 4 TRỤC. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Kích thƣớc máy: 862 x 912 x 1037 mm - Hành trình gia công: Trục X 400 mm, Trục Y 320 mm, Trục Z 300 mm - Phạm vi ứng dụng: gia công gỗ, vật liệu nhôm và kim loại màu 3. Nội dung thuyết minh, tính toán:  Tổng quan về máy CNC 4,5 trục  Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc liên quan.  Ý tƣởng và giải pháp phát triển hoàn thiện thiết kế các cụm để tăng tính ổn định phần hệ thống, kết cấu phần cơ khí.  Thiết kế, tính toán cụm trục thứ 5.  Kết luận và đề nghị. 4. Các sản phẩm dự kiến: - Thuyết minh, thiết kế tính toán máy phay CNC 5 trục. Hồ sơ thiết kế, chế tạo hệ thống điện máy phay CNC 4 trục. Hồ sơ thiết kế máy cụm trục thứ 5: bản vẽ chi tiết, bản vẽ lắp từng cụm, lắp toàn máy. - Mô hình máy CNC 4 trục phát triển Ký tên ThS. Đặng Minh Phụng ii
4. Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN X T CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Giáo viên hƣớng dẫn: ThS. Đặng Minh Phụng Họ và tên sinh viên: 1. Nguyễn Lê Quang Nhật MSSV: 12143516 2. Trần Thanh Lộc MSSV: 12143335 3. Võ Văn Mạnh MSSV: 12143426 Nghành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM TRỤC THỨ 5 TRÊN MÁY CNC 4 TRỤC, PHÁT TRIỂN HOÀN THIỆN VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 4 TRỤC. NHẬN X T 1. Về nội dung đề t i khối lƣợng thực hiện: 2. Ƣu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6.Điểm: . ng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ng y tháng năm 20 Giáo viên hƣớng dẫn ThS. Đặng Minh Phụng iii
5. Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN X T CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo viên phản biện: PGS.TS Trƣơng Nguyễn Luân Vũ Họ và tên sinh viên: 1. Nguyễn Lê Quang Nhật MSSV: 12143516 2. Trần Thanh Lộc MSSV: 12143335 3. Võ Văn Mạnh MSSV: 12143426 Nghành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM TRỤC THỨ 5 TRÊN MÁY CNC 4 TRỤC, PHÁT TRIỂN HOÀN THIỆN VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 4 TRỤC. NHẬN X T 1. Về nội dung đề t i khối lƣợng thực hiện: 2. Ƣu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: . ng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ng y tháng năm 20 Giáo viên phản biện iv
6. LỜI CAM KẾT - Tên đề t i: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm trục thứ 5 trên máy CNC 4 trục. Phát triển hoàn thiện và chế tạo hệ thống điều khiển máy CNC 4 trục”. - GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng - Họ và tên sinh viên: 1. Nguyễn Lê Quang Nhật MSSV: 12143516 Lớp:12143CL3 2. Trần Thanh Lộc MSSV: 12143335 Lớp:12143CL3 3. Võ Văn Mạnh MSSV: 12143426 Lớp:12143CL3 - Địa chỉ sinh viên: KTX D2 Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Tuật TP Hồ Chí Minh - Số điện thoại liên lạc: 01648617314 - Email: quangnhatnguyenle@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp ĐATN): 8/08/2016 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện”. Tp. Hồ Chí Minh, ng y 08 tháng 8 năm 2016 Đại diện ký tên v
7. LỜI CẢM ƠN Đầu tiên không có gì hơn, các th nh viên trong nhóm xin gửi tới các thầy cô đang l m việc tại Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Th nh Phố Hồ Chí Minh lời chúc súc khỏe v lời cảm ơn chân th nh nhất. Đồ án tốt nghiệp l cột mốc quan trọng đồng thời cũng l th nh quả đánh dấu sự trƣởng th nh của chúng em sau 4 năm học tập v rèn luyện tại trƣờng. Quãng thời gian l m đồ án tốt nghiệp l quãng thời gian m chúng em cảm thấy bản thân trở nên trƣởng th nh v bản lĩnh hơn rất nhiều, việc vận dụng lý thuyết song song với thực nghiệm thực tế đã giúp chúng em hiểu sâu hơn về công việc v trách nhiệm của một kỹ sƣ chế tạo máy, từ đó nhận ra những thiếu sót, hạn chế của bản thân để trau dồi v rèn luyện trong tƣơng lai. Nhìn lại suốt thời gian chúng em miệt m i l m Đồ Án Tốt Nghiệp, do non nớt về kinh nghiệm thức tế cũng nhƣ một số thiếu sót về kiến thức chuyên môn, nhóm đã gặp phải rất nhiều khó khăn. Tuy nhiên chúng em luôn nhận đƣợc sự chỉ dẫn tận tình của giáo viên hƣớng dẫn, của các thầy cô khoa Đ o Tạo Chất Lƣợng Cao cũng nhƣ khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy. Nhờ những góp ý tận tình v quý báu đó, chúng em l lần lƣợt khắc phục các khó khăn v ho n thiện Đồ Án Tốt Nghiệp. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân th nh nhất đến: Thầy Đặng Minh Phụng đã giúp đỡ, hƣớng dẫn nhóm tận tình trong quá trình thực hiện Đồ Án Tốt Nghiệp. Thầy Trƣơng Nguyễn Luân Vũ dù rất bận rộn vẫn d nh thời gian để phản biện, góp ý cho cho đề t i của chúng em. Trong quá trình thực hiện Đồ Án Tố Nghiệp còn nhiều thiếu sót, chúng em rất mong các thầy thông cảm v đóng góp những ý kiến quý báu của mình để nhóm học hỏi v rút kinh nghiệm trong tƣơng lai Một lần nữa, chúng em xin chân th nh cảm ơn ! Nhóm sinh viên vi
8. TÓM TẮT “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm trục thứ 5 trên máy CNC 4 trục. Phát triển hoàn thiện và chế tạo hệ thống điều khiển máy CNC 4 trục ” Ng y nay, khoa học kỹ thuật ng y c ng phát triển thì máy móc hiện đại cũng ra đời ng y c ng nhiều. Chỉ xét riêng lĩnh vực gia công cơ khí, h ng loạt máy CNC ra đời nhƣ máy CNC 3 trục, 4 trục, 5 trục, máy CNC cao tốc nhờ đó m năng suất sản xuất cũng nhƣ chất lƣợng sản phẩm ng y c ng đƣợc nâng cao. Chính vì sự kì diệu của máy CNC nhƣ gia công đƣợc những hình dạng phức tạp một cách nhanh chóng, tự động hóa sản xuất chỉ với một tập tin mã lệnh nhập cho máy), một bộ phận trí thức đã nghĩ đến việc chế tạo mô hình mô phỏng những hoạt động của máy CNC hiện đại, với kích thƣớc nhỏ gọn v giá th nh thấp hơn rất nhiều lần nhƣng vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả, đáp ứng đƣợc nhu cầu học tập, giải trí cũng nhƣ sản xuất tại nh . Đó cũng chính l lý do m đề t i n y đƣợc triển khai nghiên cứu. Đề t i đƣợc triển khai một cách khoa học qua nhiều bƣớc nghiên cứu về máy CNC 4 trục đã có, tìm kiếm cơ sở dữ liệu, phát triển ý tƣởng,giải pháp, triển khai thiết kế, tối ƣu hóa mô hình, tính toán v mô phỏng tính bền vững của hệ thống, thực hiện gia công các chi tiết cần thiết v lắp ráp th nh một cụm máy thứ 5 hoàn chỉnh. ên cạnh đó nhóm cũng nghiên cứu về các thiết bị điều khiển cũng nhƣ lắp rắp th nh công hệ thống điều khiển cho máy CNC 5 trục. Giai đoạn cuối cùng của dự án l tiến h nh chạy thử nghiệm, kiểm tra v hiệu chỉnh cụm 5 để đảm bảo đúng yêu cầu của đề t i. Cụm sau khi chế tạo có kích thƣớc 812x225x211, có khả năng gia công các hình dạng phức tạp chủ yếu trên vật liệu nhôm, kim loại m u với độ chính xác cao về hình dạng v sai số kích thƣớc đạt mức 0.02 mm. Tuy nhiên, cụm 5 vẫn còn một số hạn chế đó l chƣa có cover che chắn bộ truyền đai, hộp số v động cơ. Ngo i ra việc set up cụm 5 vẫn mang tính thủ công, quy tình phức tạp v tốn nhiều thời gian. Đồ gá kẹp chặt của máy hiện tại chỉ sử dụng đƣợc mâm cặp trong khi các thiết kế công nghiệp có thể thay thế các loại đồ gá khác nhau một cách linh hoạt v nhanh chóng. Nhóm hi vọng trong tƣơng lai những thế hệ sinh viên mới sẽ khắc phục những nhƣợc điểm còn có của cụm 5 cũng nhƣ cải tiến, phát triển cụm 5 nói riêng v máy CNC 5 trục nói chung. vii
9. MỤC LỤC Trang phụ bìa i Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ii Phiếu nhận xét giáo viên hƣớng dẫn iii Phiếu nhận xét giáo viên phản biện iv Lời cam kết v Lời cảm ơn vi Tóm tắt vii Mục lục viii,ix Danh mục các từ viết tắt xi Danh mục các bảng biểu xii Danh mục các hình ảnh, biểu đồ xiii MỤC LỤC viii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1.Tính cấp thiết của đề tài. 1 1.2.Ý nghĩa khoa học v ý nghĩa thực tiễn. 2 1.3.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. 2 1.4.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. 2 1.4.1.Đối tƣợng nghiên cứu. 2 1.4.2.Phạm vi nghiên cứu. 2 1.4.1.Cơ sở phƣơng pháp luận. 3 1.4.2.Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể. 3 1.5.Các nghiên cứu trong v ngo i nƣớc 4 1.5.1.Giới thiệu. 4 1.5.2.Nghiên cứu liên quan đến đề tài. 4 1.5.2.1. Nghiên cứu ngo i nƣớc. 4 1.5.2.2.Nghiên cứu ở Việt Nam. 5 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8 2.1.Khái quát về máy CNC [20] 8 2.1.1.V i nét sơ lƣợc về máy CNC. 8 viii
10. 2.1.2.Cấu tạo chung v quy ƣớc máy CNC. 10 2.1.3.Các kiểu hệ thống điều khiển. 14 CHƢƠNG 3: THAM KHẢO VÀ LÊN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 15 3.1.Một số thiết kế thông dụng của máy CNC 5 trục [9] 15 3.3.Lựa chọn kiểu điều khiển. 20 3.4.Lựa chọn loại động cơ cho trục A và trục C 21 3.5.Lựa chọn kết cấu truyền động 22 3.5.1.Phƣơng án truyền động trục A 22 3.5.2.Phƣơng án truyền động trục C 24 3.5.3.Lựa chọn hộp số truyền động cho 2 trục A & C 26 CHƢƠNG 4: PHÁT TRIỂN HOÀN THIỆN VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 4 TRỤC 28 4.1.Phân tích hệ thống điều khiển của máy CNC 4 trục cũ 28 4.2.Một số thiết bị điện v cách đấu nối dây 29 4.3.Hoàn thiện hệ thống điện cho máy CNC 4 trục 34 4.4.Điều khiển máy CNC 37 4.5.Sơ đồ đấu dây tủ điện 38 4.6.Lựa chọn phần mềm điều khiển Mach3. 39 CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CỤM 5 46 5.1.Tính toán lực cắt 46 5.1.1.Xác định chế độ cắt. 46 5.1.2.Xác định lực tác dụng khi gia công. 47 5.1.3.Phƣơng pháp nguyên lý cắt. 48 5.1.4.Xác định momen xoắn trên trục chính [2] 49 5.2.Tính toán, lựa chọn mâm cặp kẹp chặt. 49 5.3.Tính toán, thiết kế cụm 5 (Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor 2015) 51 5.3.1.Quy trình thiết kế 51 5.3.2.Thiết kế cơ khí 55 5.3.3.Lựa chọn phƣơng pháp tạo phôi Thân cụm và Bàn quay 62 5.3.4.Tính toán lựa chọn bộ truyền trục C 63 5.3.5.Tính toán lựa chọn động cơ 65 5.3.6.Tính toán lựa chọn ổ lăn Trang 210 [6]) 74 5.4.Kiểm tra bền ( Kiểm tra trên phần mềm Autodesk Inventor 2015). 77 ix
11. 5.4.1.Kiểm bền phần đỡ trục A của thân cụm. 78 5.4.2.Kiểm bền phần trục của Bích bàn quay 2 79 5.4.3.Kiểm bền 4 Lục giác M8 liên kết cụm Động cơ – Hộp số Trục A 80 CHƢƠNG 6: GIA CÔNG 82 6.1.Các chi tiết cần gia công 82 6.2.Hình ảnh gia công, lắp ráp trong thực tế 85 CHƢƠNG 7: THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ 91 7.1.Gia công sản phẩm v đánh giá 91 CHƢƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 92 8.1. Kết luận: 92 8.2. Hƣớng phát triển: 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 x
12. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CNC: Computeized Numerical Control NC: Numerical Control CAD: Computer Aided Desgin CAM: Computer Aided Manufacturing CIM: Computer Intergraded Manufacturing ID: Inside Diameter OD: Outside Diameter LS: Limited Speed RPM: Round Per Minute xi
13. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng phân tích ƣu nhƣợc điểm của các dạng máy phay CNC 5 Trục 19 Bảng 3.2 Bảng so sánh các tính năng của Động cơ ƣớc v Động cơ Servo 21 Bảng 3.3 Bảng phân tích ƣu nhƣợc điểm phƣơng án truyền động Trục A 23 Bảng 3.4 Bảng phân tích ƣu nhƣợc điểm phƣơng án truyền động Trục C 25 Bảng 5.1 Bảng tra mâm cặp 3 chấu VSK [10] 50 Bảng 5.2 Bảng so sánh ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng pháp chế tạo phôi 62 Bảng 5.3 Bảng so sánh ƣu nhƣợc điểm của các dạng truyền động đai 64 Bảng 5.3 Hệ số truyền động hộp số Ball Reducer BR100 của Kamo Seiko 65 Bảng 5.4 Hệ số ma sát giữa các loại vật liệu 68 Bảng 7.2 Khả năng công nghệ của máy CNC 5 trục Error! Bookmark not defined. xii
14. DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.2 Sản phẩm bánh răng côn xoắn của máy phay CNC 5 trục 1 Hình 1.3 Máy CNC tự chế 4 Hình 1.4 Máy phay CNC 4 trục ĐHSPKT TP HCM 6 Hình 1.5 Máy phay gỗ CNC 4 trục ĐH KHN 6 Hình 1.6 Máy khắc gỗ CNC Đại Học Đông Á 7 Hình 1.7 Máy cắt Plasma CNC của công ty Sơn Vũ 7 Hình 1.8 Máy dán tem CNC ĐH KHN 7 Hình 1.9 Máy khắc nữ trang 7 Hình 2.1 Mô hình khái quát của máy CNC 10 Hình 2.2 Hệ tọa độ máy CNC 11 Hình 2.3 Qui tắc bàn tay phải 12 Hình 2.4 Các điểm gốc v điểm chuẩn 13 Hình 2.5 Các điểm gốc của chƣơng trình P 13 Hình 2.6 Điểm chuẩn gá dao T v điểm gá dao N 14 Hình 2.7 Điều khiển vòng hở 14 Hình 2.8 Điều khiển vòng kín 14 Hình 3.1 Máy phay CNC 5 trục dạng Đầu/Bàn 15 Hình 3.2 Máy phay CNC 5 trục dạng Đầu/Đầu 16 Hình 3.3 Máy phay CNC 5 trục dạng Bàn/Bàn 17 Hình 3.4 Hình ảnh về máy phay CNC 4 Trục đã có 18 Hình 3.5 Động cơ bƣớc (Step Motor) 20 Hình 3.6 Động cơ Servo Servo Motor) 20 Hình 3.7 Trục A truyền động thẳng trên máy CNC của hãng Benson 23 Hình 3.8 Trục A truyền động vuông góc trên máy CNC của hãng MiniTech 23 Hình 3.9 Trục C truyền động thẳng trên máy phay nữ trang CNC 24 Hình 3.10 Trục A truyền động gián tiếp với động cơ n m trên bàn quay 24 Hình 3.11 Trục C truyền động gián tiếp với động cơ n m ngoài bàn quay 24 Hình 3.12 Hộp số ăn khớp bánh răng 26 Hình 3.13 Nguyên lý ăn khớp dạng sóng 27 Hình 3.13 Hộp số Kaimo Seiko 27 xiii
15. Hình 4.1 Tủ điện máy CNC 4 trục đã có 28 Hình 4.2 Máy biến áp 29 Hình 4.3 Bộ nguồn 30 Hình 4.4 Biến tần Yaskawa V1000 31 Hình 4.5 Sơ đồ điều khiển biến tần 31 Hình 4.6 Driver UDX5128 32 Hình 4.7 Driver UDK5114VN 32 Hình 4.8 Cơ bản về driver 33 Hình 4.9 Tủ điện máy CNC mới 34 Hình 4.10 Bộ lọc nguồn 1 pha 35 Hình 4.11 Driver UDK5114MN 36 Hình 4.12 Nút nhấn v đèn báo 36 Hình 4.13 Quạt gió 36 Hình 4.14 CB và Contactor 36 Hình 4.15 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển máy CNC 37 Hình 4.16 Sơ đồ đấu nối tủ điện 38 Hình 4.17 oard mach3 điều khiển 5 trục 39 Hình 4.18 Giao diện phần mềm Mach3 40 Hình 4.19 Chọn đơn vị trong phần mềm 40 Hình 4.20 Chọn cổng LPT 41 Hình 4.21 C i đặt các chân điều khiển Motor 41 Hình 4.22 C i đặt công tắc hành trình 42 Hình 4.23 Thiết lập tín hiệu ngõ vào 42 Hình 4.24 Khai báo thông số động cơ trục X 43 Hình 4.25 Khai báo thông số động cơ trục A 44 Hình 4.26 Khai báo thông số động cơ trục C 45 Hình 5.1 Lực cắt thành phần 47 Bảng 5.1 Bảng tra mâm cặp 3 chấu VSK [10] 50 Hình 5.2 Quy tình thiết kế Cụm 5 51 Hình 5.3 Một số kích thƣớc quan trọng ảnh hƣởng đến thiết kế Cụm 5 của máy CNC 4 trục 53 Hình 5.4 Chi tiết Bích bàn quay 2 54 Hình 5.5 Thân cụm 5 55 Hình 5.6 Bàn quay 56 Hình 5.7 át đỡ hộp số 57 xiv
16. Hình 5.8 Bích bàn quay 2 58 Hình 5.9 Bích mâm cặp 59 Hình 5.10 ích động cơ trục A 60 Hình 5.11 Cử chặn ổ lăn trục C 61 Hình 5.12 Các dạng truyền động đai thông dụng 63 Hình 5.13 Động cơ bƣớc 5 pha PK596BE 70 Hình 5.14 Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa Momen xoắn và tộc độ vòng quay động cơ PK596BE [11] 71 Hình 5.15 Động cơ bƣớc 5 pha EM569-NB 73 Hình 5.16 Mối quan hệ giữa Momen xoắn và tộc độ vòng quay của động cơ EM569-NB 73 Hình 5.17 Vị trí của ổ lăn Trục A theo thiết kế 75 Hình 5.18 Ổ bi 6303 của hãng SKF 75 Hình 5.19 Vị trí của ổ lăn Trục C theo thiết kế 76 Hình 5.20 Ổ đũa côn 32004 X/Q của hãng SKF 76 Hình 5.21 Thiết kế 3D hoàn chỉnh của cụm 5 77 Hình 5.23 Ứng suất trên Bích bàn quay 2 79 Hình 5.24 Ứng suất trên Lục giác M8 80 Hình 5.25 Thiết kế 3D Máy CNC 5 Trục 81 Hình 6.1 Phay mặt bát đỡ 85 Hình 6.2 Tiện Bích bàn quay 2 85 Hình 6.3 Tiện Bích bàn quay 1 86 Hình 6.4 Mài bóng chi tiết 86 Hình 6.5 Mặt bên thân cụm 1 87 Hình 6.6 Mặt bên thân cụm 2 87 Hình 6.7 Ráp cụm bàn quay 87 Hình 6.8 Ráp sơ bộ cụm 5 88 Hình 6.9 Sơn cụm 5 88 Hình 6.10 Lắp cụm 5 lên bàn máy của máy CNC 4 trục 89 Hình 6.11 Đấu nối hệ thống điện 89 Hình 6.12 Căn chuẩn trục A b ng đồng hồ so 90 Hình 6.13 Căn chuẩn tâm phôi b ng đồng hồ so 90 Hình 6.14 Sản phẩm 5 trục với biên dạng côn xoắn 91 xv
17. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Tính cấp thiết của đề tài. Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, lĩnh vực gia công cơ khí chính xác đạt đƣợc nhiều thành tựu với sự ra đời nhiều loại máy CNC hiện đại có khả năng gia công đƣợc các chi tiết phức tạp, chính xác cao, nâng cao năng suất sản xuất. Hình 1.1 Máy CNC 5 trục VF-5TR Hình 1.2 Sản phẩm bánh răng côn xoắn của máy phay CNC 5 trục 1
18. Tại Việt Nam, nhu cầu về nhân lực có trình độ trong lĩnh vực vận hành máy CNC là rất lớn, tuy nhiên không phải cơ sở n o cũng đủ tiềm lực để có đƣợc các máy CNC nhiều trục phục vụ đ o tạo, nhất l các trƣờng trung cấp v đ o tạo nghề. Ngoài ra tại một số trƣờng đại học lớn của nƣớc ta hiện nay đã có nhiều giảng viên cũng nhƣ sinh viên chế tạo đƣợc các máy CNC cỡ nhỏ nhƣng đầy đủ các tính năng của một máy CNC công nghiệp.Vì thế, đề t i: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạp cụm trục thứ 5 trên máy CNC 4 trục. Phát triển hoàn thiện và chế tạo hệ thống điều khiển máy CNC 4 trục” l cần thiết và cấp thiết. 1.2.Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. Việc nghiên cứu, chế tạo cụm 5 của máy CNC trong sinh viên sẽ gợi mở ra nhiều giải pháp mới, phƣơng hƣớng phát triển mới. Nghiên cứu, chế tạo cụm 5 máy CNC đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức tổng hợp về cơ khí, điện tử, tin học. Đây cũng l cơ hội cho họ tìm tòi, kiểm nghiệm, hiểu sâu rộng hơn về những máy CNC hiện đại để từ đó chế tạo ra cụm 5 dành cho máy CNC phù hợp với khả năng v nhu cầu sử dụng. Đề tài chế tạo cụm 5 từ máy CNC 4 trục m nhóm đang thực hiện sẽ giúp nhóm củng cố kiến thức và kỹ năng về mọi mặt. Sản phẩm sau khi hoàn thành có thể phục vụ cho dạy học hoặc gia công nhôm và kim loại m u dùng trong trang trí, đồ lƣu niệm và có thể gia công các chi tiết lắp ráp không yêu cầu độ chính xác quá cao. 1.3.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Nắm vững kiến thức về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách truyền động, lập trình v điều khiển máy phay CNC. Vận dụng kiến thức để nghiên cứu phát triển và chế tạo cụm trục thứ 5 với giá thành hợp lý, kích cỡ nhỏ gọn . Lập trình, điều khiển máy CNC trên để gia công ra sản phẩm v đạt độ chính xác theo yêu cầu. Sản phẩm có đủ tính năng để phục vụ công tác giảng dạy và nghiên cứu. 1.4.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. 1.4.1.Đối tƣợng nghiên cứu. Cụm 5 của máy CNC 5 trục. Phần mềm điều khiển Mach3. Phần mềm thiết kế, tính toán, mô phỏng. Động cơ v phƣơng pháp truyền động. 1.4.2.Phạm vi nghiên cứu. Nghiên cứu và chế tạo cụm 5 trên máy phay CNC 4 trục. Đảm bảo các yêu cầu đặt ra nhƣ sau: 2
19. + Gia công đƣợc các biên dạng phức tạp trên nhôm và kim loại màu + Sai số cho phép: 0.02 mm. Thời gian nghiên cứu: 4 tháng. 1.4.1.Cơ sở phƣơng pháp luận. Căn cứ vào những kiến thức đã có về máy phay CNC 4 trục, tiến hành phân tích, tìm ra giải pháp mới và chế tạo, thực nghiệm. Sau đó, tiến hành tổng hợp, đánh giá giải pháp để đề ra tối ƣu hay không tối ƣu, tối ƣu trong trƣờng hợp nào. 1.4.2.Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể. Khảo sát thực tiễn: Tìm hiểu về máy phay CNC 5 trục. Nghiên cứu, phân tích ƣu nhƣợc điểm, các đặc điểm phù hợp với thực trạng trên các thiết kế máy CNC 5 trục đã có trên thị trƣờng. Chế tạo Cụm 5. Nghiên cứu, chế tạo hệ thống điều khiển cụm 5. Vận hành và thực nghiệm 3
20. 1.5.Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 1.5.1.Giới thiệu. Nghiên cứu, chế tạo mô hình máy phay CNC 5 trục đòi hỏi ngƣời thực hiện phải có những am hiểu nhất định về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phay CNC hiện đại. Bên cạnh đó, một nguồn tƣ liệu giá trị khác chính là máy CNC 5 trục mini đã đƣợc chế tạo cả trong v ngo i nƣớc, b ng cách tham khảo những nghiên cứu đó để l m cơ sở sáng tạo cho đề t i m nhóm đang thực hiện. 1.5.2.Nghiên cứu liên quan đến đề tài. 1.5.2.1. Nghiên cứu ngoài nƣớc. Máy CNC tự chế rất đa dạng về hình dáng, kết cấu, kích thƣớc và vật liệu chế tạo. Hình 1.3 Máy CNC tự chế Xuất phát từ ý tƣởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp, liên tục nhƣ các máy công cụ. Điều khiển số đƣợc thực hiện từ thế kỉ XIV. Khi ở châu Âu ngƣời ta dùng các chốt hình trụ để điều khiển các chuyển động của các hình trang trí trên đồng hồ lớn của nh thờ. 4
21. Năm 1808, Joseph M. Jacquard dùng những tấm tôn đục lổ để điều khiển tự động các máy dệt. Năm 1863, M. Fourneaux phát minh ra đ n Piano nỗi tiếng thế giới. Với băng giấy đục lỗ l m vật mang tin. Năm 1938, Claud E. Shannon trong khi l m luận án tiến sĩ đã đi đến kết luận r ng việc tính toán v truyền tải nhanh dữ liệu có thể thực hiện b ng mã nhị phân. Từ năm 1949 đến 1952, Jonh Parsons v Học viện kỹ thuật Massachusett Massachusett Institute Of Technology) đã thiết kế “Một hệ thống điều khiển dành cho máy công cụ, để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục thông qua dữ liệu đầu ra của một máy tính, làm bằng chứng cho một chức năng gia công chi tiết” theo hợp đồng của không lực Hoa Kỳ. Cũng trong thời gian n y, Parsons cùng với đồng nghiệp của ông đã đƣa ra 4 tiên đề cơ bản sau: 1. Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng đục lỗ. 2. Các vị trí đục lỗ được đọc trên máy một cách tự động. 3. Những vị trí đã được đọc ra được liên tục truyền đi và được bổ sung thêm tính toán cho các giá trị trung gian nội tại. 4. Các động cơ servo (vô cấp tốc độ) có thể điều khiển được chuyển động các trục. Năm 1952, chiếc máy phay điều khiển số đầu tiên ra đời mang tên l “Cincinnate Hydrotel” có trục thẳng đứng do Học viện kỹ thuật Masssachusett cung cấp. Đơn vị điều khiển đƣợc lắp b ng các bóng đèn điện tử chân không, điều khiển 3 trục nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân. Năm 1954, endix mua bản quyền phát minh của Parsons v chế tạo đƣợc thiết bị điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, nhƣng vẫn còn dùng bóng đèn điện tử chân không. Năm 1958, “Công cụ lập trình tự động G Code” (Automatically Programmed Tool) ra đời. Đánh dấu một bƣớc phát triển mới về lập trình cho máy. 1.5.2.2.Nghiên cứu ở Việt Nam. Ở Việt Nam trƣớc năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả l rất xa lạ v ít ngƣời biết đến nó. ắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với nƣớc ngo i nhƣ: Dự án “Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển và chế tạo khuôn mẫu”. Lúc đó các công nghệ CNC nhƣ: Máy phay CNC, máy tiện CNC, đo lƣờng CNC, lần đầu tiên đƣợc giới thiệu v thu hút sự quan tâm của nhiều nh 5
22. S K L 0 0 2 1 5 4