Đồ án Thiết kế, chế tạo máy phay CNC 3 trục và ứng dụng phần mềm ArtCam 2017 để gia công sản phẩm (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế, chế tạo máy phay CNC 3 trục và ứng dụng phần mềm ArtCam 2017 để gia công sản phẩm (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ CHẾ, TẠO MÁY PHAY CNC 3 TRỤC VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ARTCAM 2017 ÐỂ GIA CÔNG SẢN PHẨM GVHD: THS.DƯƠNG THỊ VÂN ANH SVTH: LÊ ÐẠI DƯƠNG MSSV: 13144020 SVTH: HỒ MINH TRÍ MSSV: 13144136 SVTH: LÊ HOÀI VINH MSSV: 13144159 S K L 0 0 4 9 1 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2017
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ, TẠO MÁY PHAY CNC 3 TRỤC VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ARTCAM 2017 ĐỂ GIA CÔNG SẢN PHẨM GVHD: THS.DƯƠNG THỊ VÂN ANH SVTH: LÊ ĐẠI DƯƠNG MSSV: 13144020 SVTH: HỒ MINH TRÍ MSSV: 13144136 SVTH: LÊ HOÀI VINH MSSV: 13144159 KHÓA: 2013 – 2017 Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 7 Năm 2017 i
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC 3 TRỤC VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ARTCAM 2017 ĐỂ GIA CÔNG SẢN PHẨM GVHD: THS.DƯƠNG THỊ VÂN ANH SVTH: LÊ ĐẠI DƯƠNG MSSV: 13144020 SVTH: HỒ MINH TRÍ MSSV: 13144136 SVTH: LÊ HOÀI VINH MSSV: 13144159 KHÓA: 2013 – 2017 Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 7 Năm 2017 i
4. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS. Dương Thị Vân Anh Sinh viên thực hiện: Lê Đại Dương MSSV: 13144020 Hồ Minh Trí MSSV: 13144136 Lê Hoài Vinh MSSV: 13144159 1. Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo máy phay CNC 3 trục và ứng dụng phần mềm ArtCam 2017 để gia công sản phẩm. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Giáo trình tự biên soạn của phần mềm ArtCam 2017. Bản vẽ dựng 3D mô hình bằng phần mềm Solidworks 2015. Các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước. 3. Nội dung chính của đồ án: Thuyết minh về máy phay CNC 3 trục và các sản phẩm đã được tối ưu từ phần mềm ArtCam. Thiết kế và chế tạo máy phay CNC 3 trục. Biên soạn bài tập từ phần mềm ArtCam. 4. Các sản phẩm dự kiến Máy phay CNC 3 trục phục vụ cho giảng dạy và một số sản phẩm gia công từ máy. 5. Ngày giao đồ án: 27/02/2017 6. Ngày nộp đồ án: 15/07/2017 7. Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt  r  r Trình bày bảo vệ: Tiếngc Anh Tiếngc Việt f f c c TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) ii
5. KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN CN CHẾ TẠO MÁY Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: Lê Đại Dương MSSV: 13144020 Họ và tên sinh viên: Hồ Minh Trí MSSV: 13144136 Họ và tên sinh viên: Lê Hoài Vinh MSSV: 13144159 Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ khí Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo máy phay CNC 3 trục và ứng dụng phần mềm ArtCam 2017 để gia công sản phẩm. Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Th.S Dương Thị Vân Anh NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện: 2. Ưu điểm: . 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? . 5. Đánh giá loại: . 6. Điểm: (Bằng chữ . ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) iii
6. KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN CN CHẾ TẠO MÁY Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên: Lê Đại Dương MSSV: 13144020 Họ và tên sinh viên: Hồ Minh Trí MSSV: 13144136 Họ và tên sinh viên: Lê Hoài Vinh MSSV: 13144159 Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ khí Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo máy phay CNC 3 trục và ứng dụng phần mềm ArtCam 2017 để gia công sản phẩm. Họ và tên Giáo viên phản biện: T.S Hoàng Trung Kiên NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Câu hỏi phản biện (nếu có): . 5. Đề nghị cho bảo vệ hay không? . 6. Đánh giá loại: 7. Điểm: (Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) iv
7. LỜI CẢM ƠN Trải qua hơn 3 tháng thực hiện đề tài, nhóm đã hoàn thành đồ án, đúng thời gian quy định của nhà trường. Để góp phần vào sự thành công đó ngoài sự nỗ lực, đam mê của nhóm thì còn có sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè. Đầu tiên, nhóm chúng em xin cảm ơn trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy đã tạo điều kiện cho chúng em có cơ hội thực hiện đồ án này. Tiếp theo, nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn: Ths. Dương Thị Vân Anh. Cô đã hướ ng dẫn tận tình và góp ý sát sao, cũng như đưa ra các chỉ dẫn cho nhóm để giải quyết các vấn đề khó khăn trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Bên cạnh đó, không thể không kể đến sự giúp đỡ nhiệt tình của Ths. Trần Minh Thế Uyên, Ths. Nguyễn Văn Minh và các thầy cô trong khoa. Các Thầy Cô đã luôn sẵn lòng cho nhóm những ý kiến chỉ dẫn, cũng như tư vấn khi nhóm găp̣ những vấn đề khó khăn về thiết kế, gia công, lựa chọn trang thiết bị, máy móc gia công. Đồng thời, nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn tới TS. Hoàng Trung Kiên, giảng viên phản biện của nhóm, vì những ý kiến nhận xét và chỉ dẫn của thầy đã giúp cho nhóm hoàn thiện hơn đồ án. Cuối cùng, nhóm xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, những người đã cùng đồng hành với nhóm trong suốt thời gian qua. Một lần nữa xin chân thành cảm ơn. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017 v
8. TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “Thiết kế, chế tạo máy phay CNC 3 trục và ứng dụng phần mềm ArtCam 2017 để gia công sản phẩm.” Ngày nay, khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển thì máy móc hiện đại cũng ra đời ngày càng nhiều để đáp ứng nhu cầu của con người. Hàng loạt máy CNC ra đời, máy CNC 3trục, CNC 4 trục, CNC 5 trục, nhờ đó mà năng suất sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm ngày càng được nâng cao, gia công được những hình dạng phức tạp một cách nhanh chóng. Tùy theo công dụng mà mỗi máy CNC có những kích thước khác nhau. Có những máy CNC hiện đại với kích thước lớn cũng có những máy CNC kích thước nhỏ gọn và giá thành thấp hơn rất nhiều lần nhưng vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả, đáp ứng được nhu cầu học tập, giải trí cũng như sản xuất tại nhà. Đó chính là lý do mà đề tài này được triển khai nghiên cứu. Đề tài được thực hiện qua nhiều bước: Tìm kiếm cơ sở dữ liệu, phát triển ý tưởng, giải pháp, triển khai thiết kế, tối ưu hóa mô hình, tính toán và mô phỏng tính bền vững của hệ thống, tối ưu hóa đường chạy dao và cuối cùng là chạy thử nghiệm. Tuy nhiên, mô hình còn một số hạn chế như: Rung động trong quá trình gia công các vật liệu có độ cứng cao, chiều sâu lớp cắt lớn, các mối lắp ghép máy chưa đạt độ thẩm mỹ. Nhóm hi vọng có thể phát triển hơn nữa mô hình này bằng cách khắc phục các nhược điểm trên. vi
9. MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU x DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ xi Chương 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 2 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 2 1.4.2 Phaṃ vi nghiên cứ u 2 1.5 Phương pháp nghiên cứu 2 1.5.1 Cơ sở phương pháp luâṇ 2 1.5.2 Phương pháp nghiên cứ u cu ̣thể 3 1.6 Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước 3 1.6.1 Nghiên cứ u của nước ngoài 3 1.6.2 Nghiên cứu ở Việt Nam 3 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1 Khái quát về máy CNC 4 2.2 Cấu tạo chung và quy ước 5 2.2.1 Phần điều khiển 6 2.2.2 Phần chấp hành 7 2.2.3 Quy ước hê ̣toạ độ của máy CNC 11 2.2.4 Các kiểu hê ̣thống điều khiển 13 vii
10. 2.2.5 Các lưu ý khi thiết kế chế tạo máy phay CNC 3 trục 13 Chương 3: THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 15 3.1 Các phương án thiết kế 15 3.1.1 Lựa chọn mô hình 15 3.1.2 Lưạ choṇ vitme đai ốc 17 3.1.3 Lưạ choṇ bô ̣truyền, khớp nối 19 3.1.4 Lưạ choṇ cơ cấu dâñ hướng 20 3.2 Tính toán thiết kế 21 3.2.1 Quy trình thiết kế 21 3.2.2 Lưạ choṇ thanh trươṭ vuông 22 3.2.3 Lưạ choṇ vitme-đai ốc bi 25 3.2.4 Choṇ đôṇ g cơ và kiều điều khiển 27 3.2.5 Thiết kế, tính toán truc̣ vitme x 30 3.2.6 Thiết kế, tính toán truc̣ vitme Y 37 3.2.7 Thiết kế, tính toán truc̣ vitme Z 44 3.3 Gia công và lắp ráp các chi tiết của máy 51 3.3.1 Gia công các chi tiết của máy 51 3.3.2 Lắp ráp các cụm chi tiết và toàn bộ máy Error! Bookmark not defined.52 3.4 Đánh giá độ cứng vững của máy 54 3.5 Phần mềm điều khiển mach3 56 3.5.1 Giới thiêụ phần mềm Mach3 56 3.5.2 Thiết lâp̣ thông số phần mềm Mach3 Mill 56 3.5.3 Giao diêṇ , môṭ số tù y choṇ Mach3 69 3.6 Hệ thống điện điều khiển 72 3.6.1 Lựa chọn bảng điều khiển, khối hiện thị và tủ điện: 72 3.6.2 Bố trí và lặp đặt các thiết bị cho tủ điện. 78 Chương 4: GIA CÔNG SẢN PHẨM, KIỂM TRA, SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 84 4.1 Đặc điểm chạy dao 84 4.2 Bài tập gia công so sánh 85 Chương 5: KẾT LUẬN 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 viii
11. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOB Break Out Board Mạch mở rộng kết nối CAD Computer Aided Design Thiết kế có sự trợ giúp của máy CAE Computer Aided Phân tích kỹ thuật với sự Engineering trợ giúp cả máy tính CAM Computer Aided Sản xuất với sự trợ giúp Manufacturing của máy tính CIM Computer Integrated Hệ thống sản xuất tích Manufacturing hợp dùng máy tính NC Numerical Control Máy công cụ điều khiển bằng chương trình số CNC Computer Numerical Máy công cự điều khiển Control bằng máy tính PC Personal Computer Máy vi tính CP Control Panel Bản điều khiển ix
12. DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: So sánh hai đôṇ g cơ 28 Bảng 3.2: Lưc̣ doc̣ truc̣ của truc̣ X 32 Bảng 3.3: Choṇ thông số tải 33 Bảng 3.4: Lưc̣ doc̣ truc̣ của truc̣ Y 39 Bảng 3.5: Choṇ hê ̣số tải 40 Bảng 3.6: Lưc̣ doc̣ truc̣ của truc̣ Y 46 Bảng 3.7: Choṇ hê ̣số tải 47 Bảng 3.8: Các thiết bị của tủ điện 78 Bảng 4.2: Quy trình công nghệ chi tiết heo 85 Bảng 4.3: So sánh phần mềm Artcam 2017 và Creo Parametric 3.0 87 Bảng 4.4: Quy trình công nghệ chi tiết mặt gấu 88 Bảng 4.5: So sánh phần mềm Artcam 2017 và Creo Parametric 3.0 90 Bảng 4.6: Quy trình công nghê ̣khung tranh 91 Bảng 4.7: Quy trình công nghê ̣mặt sư tử 93 x
13. DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1: Máy CNC VMC 650 1 Hình 1.2: Máy tiện CNC Proton 660 1 Hình 1.3: Máy CNC 4 trục RMX 2100 1 Hình 1.4: Máy CNC 5 trục tốc độ cao 1 Hình 1.5: Máy phay CNC ĐHBK TPHCM và HN 3 Hình 2.1: Mô hình khái quát máy CNC 5 Hình 2.2: Cấu tạo máy CNC 5 Hình 2.3: Thanh trượt bi mang cá (thanh trượt vuông) 8 Hình 2.4: Thanh trượt bi tròn 9 Hình 2.5: Vít me bi 9 Hình 2.6: Cấu tạo vitme bi và profin ren 10 Hình 2.7: Hồi bi theo lỗ khoan đai ốc 10 Hình 2.8: Hồi bi kiểu ống 10 Hình 2.9: Khử khe hở bằng tấm đệm 11 Hình 2.10: Khử khe hở bằng lò xo 11 Hình 2.11: Khử khe hở bằng vành răng 11 Hình 2.12: Hệ tọa đô ̣máy CNC 11 Hình 2.13: Quy tắc bàn tay phải 12 Hình 2.14: Các điểm gốc và điểm chuẩn 12 Hình 2.15: Điểm chuẩn của dao 13 Hình 2.16: Điểm chuẩn gá dao T và điểm gá dao N 13 Hình 3.1: Máy CNC di chuyển theo 2 phương X, Y 15 Hình 3.2: Máy CNC bàn máy dic̣ h chuyển theo phương Y 16 Hình 3.3: Máy CNC bàn máy đứ ng yên 17 Hình 3.4: Vitme đai ốc bi 17 Hình 3.5: Vit me-đai ốc thường 18 Hình 3.6: Quan hê ̣giữa ma sát và tốc đô ̣ 18 Hình 3.7: Bô ̣truyền đai 19 Hình 3.8: Bô ̣truyền xích 19 HÌnh 3.9: Khớp nối 20 Hình 3.10a: Thanh trượt vuông 21 Hình 3.10b: Bộ dẫn hướng 21 Hình 3.11: Dâñ hướng bằng sống trươṭ mang ca 21 Hình 3.12: Quy trình thiết kế mô hình 22 Hình 3.13: Các loaị thanh trươṭ vuông 23 Hình 3.14: Quy trình tính toán 23 Hình 3.15: Tra cứ u catalogue hañ g THK 25 Hình 3.16: Trích bảng tra đường kính, chiều dài, bước ren của vít me bi 26 Hình 3.17: Lắp ghép kiểu fixed-free 26 xi
14. Hình 3.18: Lắp ghép kiểu fixed-fixed 27 Hình 3.19: Lắp ghép kiểu fixed-support 27 Hình 3.20: Bố trí vi ̣trí các chi tiết trên thiết kế 30 Hình 3.21 : Thông số truc̣ vitme truc̣ X 34 Hình 3.22: Thông số đôṇ g cơ 36 Hình 3.23: Vi ̣trí các chi tiết 37 Hình 3.24: Thông số truc̣ vitme truc̣ Y 41 Hình 3.25: Thông số đôṇ g cơ 43 Hình 3.26: Vi ̣trí các chi tiết truc̣ Z 44 Hình 3.27 : Thông số truc̣ vitme truc̣ Z 48 Hình 3.28: Thông số đôṇ g cơ 50 Hình 3.28: Cụm chi tiết trục X và Y sau khi lắp ráp hoàn chỉnh 53 Hình 3.29: Cụm chi tiết trục Z sau khi lắp ráp hoàn chỉnh 53 Hình 3.30: Máy sau khi lắp ráp hoàn chỉnh phần cơ khí 54 Hình 3.31: Sản phẩm gia công 55 Hình 3.32: Thiết lâp̣ đơn vi ̣ 56 Hình 3.33: Vào thiết lâp̣ kết nối 56 Hình 3.34: Thiết lâp̣ kết nối 57 Hình 3.36: Thiết lâp̣ input 58 Hình 3.37: Thiết lâp̣ output signals 59 Hình 3.38: Thiết lâp̣ spindle setup 59 Hình 3.39: Thiết lập thông số tốc độ quay tối đa 60 Hình 3.40: Thiết lập thông số động cơ: Config/ Motor Turning 60 Hình 3.41: Mạch giao tiếp Mach3 62 Hình 3.42: Sơ đồ chân cổng LPT 63 Hình 3.43: Sơ đồ kết nối LPT 64 Hình 3.44: Các ngõ cấp nguồn cho mạch mach3 65 Hình 3.45: Sơ đồ nối chân 65 Hình 3.46: Sơ đồ kết nối board Mach3 với biến tần LG iG5 66 Hình 3.47: Mạch mở rộng ngõ vào/ra Mach3 67 Hình 3.48: Card PCI 67 Hình 3.49: Lắp card PCI vào khe cắm 68 Hình 3.50: Hộp thoại cài driver cho card PCI 68 Hình 3.51: Giao diêṇ chính 69 Hình 3.52: Giao diêṇ MDI 70 Hình 3.53: Giao diêṇ Tool Path 70 Hình 3.54: Giao diêṇ offsets alt-5 71 Hình 3.55: Giao diêṇ setting 71 Hình 3.56: Giao diêṇ diagnostics 72 Hinh 3.57: Bảng điều khiển máy CNC 73 xii
15. Hình 3.58: Khối hiện thị 73 Hình 3.59: Báo giá bảng điều khiển trên thị trường 74 Hình 3.60: Một số bản điều khiển đã qua sử dụng 75 Hình 3.61: Mô phỏng bố trí các ngõ vào/ra trên tủ điện 79 Hình 3.62: Sơ đồ bố trí các ngõ vào/ra trên tủ điện 79 Hình 3.63: Sơ đồ bố trí các thiết bị trong tủ điện 80 Hình 3.64: Sơ đồ kết nối dây điện các thiết bị 80 Hình 3.65: Lắp đặt các công tắc nguồn và nút dừng khẩn cấp 81 Hình 3.66: Lắp đặt các jack kết nối với các động cơ bước, 82 Hình 3.67: Tủ điện được lắp đặt các thiết bị trong thực tế 83 Hình 3.68: Tủ điện được kết nối với máy 83 Hình 4.1: Đường chaỵ dao 3D Offset Spiral 84 Hình 4.2: Chi tiết sau khi gia công 84 Hình 4.3: Biên dạng 2D và 3D của chi tiết 86 Hình 4.4: Mô phỏng đường chạy dao 86 Hình 4.5: Mô phỏng đường chạy dao thô và chạy dao tinh 87 Hình 4.8: Biên dạng 2D và 3D của chi tiết 89 Hình 4.9: Mô phỏng đường chạy dao 89 Hình 4.10: Mô phỏng đường chạy dao Creo 3.0 89 Hình 4.13: Biên daṇ g 2D và hình 3D chi tiết khung tranh 91 Hình 4.14: Mô phỏng gia công tinh 92 Hình 4.15: Sản phẩm sau khi gia công 92 Hình 4.16: Biên daṇ g 2D và hình 3D chi tiết mặt sư tử 93 Hình 4.17: Thông số và kiều đường chaỵ dao 94 Hình 4.18: Chi tiết sau khi gia công 94 xiii
16. Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Máy CNC đóng vai trò rất quan trọng trong nghành cơ khí. Bất cứ máy CNC nào cũng cải thiện trình độ tự động hóa của doanh nghiệp: Người vận hành ít, thậm chí không còn phải can thiệp vào hoạt động của máy. Sau khi nạp chương trình gia công, nhiều máy CNC có thể tự động chạy liên tục cho tới khi kết thúc, và như vậy tiết kiệm được nguồn nhân lực cho công việc khác. Ngoài ra, ít xảy ra hỏng hóc do lỗi vận hành, thời gian gia công được dự báo chính xác, người vận hành không đòi hỏi phải có kỹ năng thao tác (chân tay) cao như điều khiển máy công cụ truyền thống. Hình 1.1: Máy CNC VMC 650 Hình 1.2: Máy tiện CNC Proton 660 Hình 1.3: Máy CNC 4 trục RMX Hình 1.4: Máy CNC 5 trục tốc độ cao 2100 Máy móc càng hiện đaị thì chi phí sản xuất càng cao. Chính vì vậy có môṭ số người ham học hỏi, tìm tòi để chế taọ ra máy CNC nhỏ gọn, rẻ tiền mà vẫn đáp ứ ng được nhu cầu sản xuất của họ. Vì thế, đề tài: “Thiết kế, chế tạo máy phay CNC 3 trục và ứng dụng phần mềm ArtCam 2017 tối ưu hóa đường chạy dao” là cần thiết và cấp thiết. 1
17. 1.2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn Việc nghiên cứ u, chế taọ máy CNC sẽ thúc đẩy sự sáng tạo, khả năng vận dụng kiến thức của sinh viên từ đó gợi ra nhiều hướng giải quyết mới cho việc thiết kế và chế tạo máy CNC. Thiết kế, chế taọ máy CNC đòi hỏi sinh viên phải có kiến thứ c tổng hợp về cơ khí, điện tử, tin học. Đây cũng là cơ hôị cho họ tìm tòi, kiểm nghiệm, hiểu sâu rôṇ g hơn về những máy CNC hiện đaị để từ đó chế taọ ra máy CNC phù hợp với khả năng và nhu cầu sử duṇ g. Đề tài chế taọ máy phay CNC mà nhóm đang thực hiện sẽ giúp nhóm hệ thống lại kiến thứ c và kỹ năng về mọi măṭ. Sản phẩm sau khi hoàn thành để có thể phuc̣ vu ̣ cho daỵ học hoăc̣ gia công các chi tiết không yêu cầu đô ̣chính xác quá cao. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Nắm vững kiến thứ c về cấu taọ , nguyên lý hoaṭ đôṇ g, cách truyền đôṇ g, lập trình và điều khiển máy phay CNC tự chế. Vận duṇ g kiến thứ c để nghiên cứ u phát triển và chế taọ hoàn thiện máy phay CNC tự chế. Lập trình, điều khiển máy CNC trên để gia công ra sản phẩm theo yêu cầu. Sản phẩm có đủ tính năng để phuc̣ vu ̣công tác giảng daỵ và nghiên cứ u. 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu Máy phay CNC 3 trục. Phần mềm điều khiển Mach3. Phần mềm thiết kế (Solidwork). Phần mềm gia công (Creo parametric 3.0). Phần mềm Artcam Động cơ và phương pháp truyền động. 1.4.2 Phaṃ vi nghiên cứ u Nghiên cứ u và chế taọ hoàn thiện các phần còn laị của máy phay CNC 3 truc̣ . Đảm bảo các yêu cầu đăṭ ra như sau: Không gian làm việc của máy: 400 x 200 x 150 mm. Sai số cho phép: 0.1(mm). Thời gian nghiên cứ u: 4 tháng. 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phương phá p luâṇ Căn cứ vào những kiến thứ c đa ̃ có về máy phay CNC 3 truc̣ , tiến hành kiểm tra, tìm ra các haṇ chế và giải quyết các vấn đề, thực nghiệm. 2
18. Sau đó, tiến hành tổng hợp, đánh giá giải pháp đã đề ra: tối ưu hay không tối ưu, tối ưu trong trường hợp nào 1.5.2 Phương phá p nghiên cứ u cu ̣ thể Khảo sát thực tiễn: tìm hiểu về máy phay CNC 3 trục. Xây dựng mô hình- thực nghiệm: Chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục, vận hành thử nghiệm, gia công sản phẩm. 1.6 Cá c nghiên cứu trong nước và ngoài nước 1.6.1 Nghiên cứ u của nướ c ngoài Ý tưởng về điều khiển máy bằng các lệnh nhớ ở các máy CNC đã xuất hiện từ thế kỷ XIV.Ngày nay các máy cống cụ CNC (computer numerical control -trung tâm điểu khiển số có sự trợ giúp của máy tính) đã hoàn thiện hơn với tính nâng vượt trội có thể gia công hoàn chỉnh chi tiết trên một máy gia công, với số lần gá đặt ít nhất. Đặc biệt chúng có thể gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp. 1.6.2 Nghiên cứu ở Việt Nam Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là rất xa la ̣và ít người biết đến nó. Bắt đầu từ năm 1991, thông qua môṭ số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với nước ngoài như: Dự án “Chuyển giao công nghê ̣ thiết kế, phát triển và chế taọ khuôn mẫu”. Lúc đó các công nghệ CNC như: Máy phay CNC, máy tiện CNC, đo lường CNC, lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên doanh với nước ngoài. Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đa ̃ và đang có những dự án đầu tư các dây chuyền sản xuất với phần lớn thiết bi ̣trong dây chuyền là các máy CNC. Măc̣ dù, công nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong môṭ thời gian ngắn nhưng có thể nói công nghệ này đa ̃ có môṭ chỗ đứ ng taị Việt Nam và tin chắc trong những năm tới đây công nghệ này sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xưởng, nhà máy ở nước ta. Việc đẩy maṇ h ứ ng duṇ g công nghệ CNC là môṭ nhu cầu cần thiết đối với các cơ sở sản xuất nói chung và ngành chế taọ máy nói riêng. Hình 1.5: Máy phay CNC ĐHBK TPHCM và HN 3
19. Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khá i quá t về má y CNC Vài nét sơ lươc̣ về máy CNC Điều khiển số (Numerical Control) ra đời với mục đích điều khiển các quá trình công nghệ gia công cắt gọt trên các máy công cụ. Về thực chất, đây là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy (như các máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu hoặc chi tiết gia công, các kho quản lý phôi và sản phẩm ) trên cơ sở các dữ liệu được cung cấp là ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm các chữ số, số thập phân, các chữ cái và một số ký tự đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống. Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích về quân sự và hàng không vũ trụ khi mà yêu cầu các chỉ tiêu về chất lượng của các máy bay, tên lửa, xe tăng là cao nhất . Ngày nay, lịch sử phát triển NC đã trải qua các quá trình phát triển không ngừng cùng với sự phát triển trong lĩnh vực vi xử lý từ 4 bit, 8bit cho đến nay đã đạt đến 32 bit và cho phép thế hệ sau cao hơn thế hệ trước và mạnh hơn về khả năng lưu trữ và xử lý. Hiện nay, lĩnh vực sản xuất tự động trong chế tạo cơ khí đã phát triển và đạt đến trình độ rất cao như các phân xưởng tự động sản xuất linh hoạt và tổ hợp CIM(Computer Integrated Manufacturing) với việc trang bị thêm các Robot cấp phôi liệu và vận chuyển, các hệ thống đo lường và quản lý chất lượng tiên tiến, các kiểu nhà kho hiện đại được đưa vào áp dụng đã mang lại hiệu quả kinh tế rất đáng kể CNC (Computer Numerical Control) là một loại máy điều khiển theo chương trình số (NC) sử dụng máy vi tính hoặc máy tính công nghiệp (PLC) để điều khiển các mảng điện tử của máy NC và tích hợp cơ cấu thay dao tự động. Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp. Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người thực hiện được giảm thiểu. 4
20. 2.2 Cấu tạo chung và quy ước Hình 2.1: Mô hình khái quát máy CNC Hình 2.1: Cấu tạo máy CNC Kết cấu cơ bản máy CNC thường gặp gồm có 2 phần chính: Phần điều khiển và phần chấp hành. 5
21. 2.2.1 Phần điều khiển Gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển. Chương trình điều khiển là tập hợp các tín hiệu để điều khiển máy, được mã hóa dưới daṇ g chữ cái, chữ số và các kí hiệu khác như: dấu côṇ g, trừ , dấu chấm Chương trình này được ghi lên cơ cấu mang chương trình dưới daṇ g mã số (chẳng haṇ mã nhi ̣phân trong bô ̣ nhớ máy tính). Các cơ cấu điều khiển nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoaṭ đôṇ g của cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoaṭ đôṇ g của chúng thông qua các tín hiệu gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược. Bao gồm các cơ cấu đọc, giải ma,̃ cơ cấu chuyển đổi, bô ̣ xử lý tín hiệu, cơ cấu nôị suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuếch đaị, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, bô ̣nhớ và các thiết bi ̣xuất nhập tín hiệu.  Động cơ trên máy phay CNC Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết. Động cơ bước phong phú về góc quay. Các động cơ kém nhất quay 90 độ mỗi bước, trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8 độ đến 0.72 độ mỗi bước. Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ điều khiển có thể điều khiển các phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước. Về cấu tạo: động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ. Về hoạt động: động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Ứng dụng: trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện các lệnh đưa ra dưới dạng số. Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành tự động hoá, chúng được ứng dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác. Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4