ĐỀ tài THIẾT kế, mô PHỎNG máy hàn CNC 5 TRỤC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
CHUN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5
TRỤC

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Mã sinh viên:
Lớp:

ThS. Hoàng Trọng Hiếu
Nguyễn Văn Thiện
Cao Minh Tuấn
1811504110339
1811504110348
18C3

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2022


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của nền công nghiệp trong nước hướng tới cuộc
cách mạng 4.0 các ngành kĩ thuật rất cần thiết với cuộc sống. Trong đó hàn là 1 trong
những khối ngành công nghiệp nặng, nó rất cần thiết cho các khối ngành ô tô, tàu thủy
…
Các doanh nghiệp đang đặt ra rất nhiều tiêu chí trong q trình sản x́t hay những
cơng nghệ được áp dụng trong các nhà máy, xí nghiệp. Trong khi đó việc sử dụng thợ
thủ công đang được phổ biến do giá thành rẻ nhưng tay nghề của thợ ở mức bậc cao
mới cho ra được sản phẩm chất lượng. Ngoài ra cịn 1 sớ lựa chọn hiện đại và tiện lợi
hơn là những cánh tay robot hàn nhưng giá thành đầu tư lại rất cao dẫn đến các doanh
nghiệp nhỏ khó khăn trong việc đầu tư
Máy hàn CNC đang phát triển và được sản xuất ngày càng nhiều tại Việt Nam tuy
vậy vẫn cần nhiều lần cải tiến mới có thể hoạt động trơn tru, tạo ra được sản phẩm chất
lượng. Được sự đồng ý của giảng viên hướng dẫn là giảng viên Hoàng Trong Hiếu,
nhóm chúng em đã nhận đề tài nghiên cứu khoa học là: “Nghiên cứu, tính tốn, thiết
kế, mơ phỏng máy hàn điều khiển sớ (5 trục điều khiển)”. Đây là một cơ hội nghiên
cứu, thực nghiệm và rèn luyện các kỹ năng làm việc để chuẩn bị tốt cho thời gian sau
khi ra trường, đồng thời bước vào môi trường làm việc thực tế. Bên cạnh đó là một cơ
hội để phát triển bản thân, trau dồi kinh nghiệm thực tế thì đây cũng là một thách thức
không nhỏ với chúng em bởi thiếu kiến thức và kinh nghiệm thực tế.
Đối với các thành viên của nhóm thì đây là cơ hội tớt để chúng em củng cố kiến
thức chuyên ngành, hiểu được các kết cấu cũng như nguyên lý làm việc của máy hàn
CNC, nâng cao kỹ năng làm việc nhóm và cuối cùng là được trải nghiệm quá trình
thiết kế và chế tạo một sản phẩm thực tế.
Bằng sự cố gắng nỗ lực của nhóm và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của
giảng viên Hồng Trọng Hiếu. Chúng em đã hoàn thành đồ án. Do thời gian làm đồ án
có hạn và trình độ cịn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất
mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như là của các bạn sinh
viên để đề tài này hoàn thiện hơn nữa. Em xin chân thành cảm ơn
Đà Nẵng, ngày 24 tháng 06 năm 2022

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Thiện
Cao Minh Tuấn

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

1


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.............................................................................................................................................1
Chương 1 :
1.1.

GIỚI THIỆU CHUNG...........................................................................................6
Lịch sử nghiên cứu về máy Hàn CNC...................................................................6

1.1.1.

Khái niệm Hàn CNC..............................................................................................6

1.1.2.

Khái niệm về công nghệ Hàn tự động...................................................................6

1.1.3.

Một sớ hình ảnh về máy Hàn CNC........................................................................7

1.1.4.

Một số loại mối hàn và các chi tiết gia công bằng phương pháp hàn...................8

1.2.

Giới thiệu chung về đề tài......................................................................................9

1.2.1.

Phạm vi nghiên cứu................................................................................................9

1.2.2.

Phương pháp thực hiện.........................................................................................10

1.2.3.

Dự kiến kết quả đạt được.....................................................................................10

Chương 2 :

CƠ SỞ LÝ THUYẾT...........................................................................................11

2.1.
2.1.1.

Các yếu tố đầu vào:..............................................................................................12
Cơ sở yêu cầu thiết kế máy..................................................................................12

2.2.

Cấu tạo và yêu cầu với máy Hàn CNC................................................................17

2.3.

Kết cấu chung của máy hàn điều khiển số...........................................................17

2.3.1.

Sơ đồ động chung của máy..................................................................................18

2.3.2.

Các phần tử điều khiển.........................................................................................18

2.3.3.

Các cụm điều khiển mỏ Hàn................................................................................19

2.3.4.

Các phần tử chấp hành.........................................................................................19

2.3.5.

Phần chấp hành máy hàn CNC.............................................................................20

2.3.6.

Phương pháp chọn thiết bị dẫn động hệ bàn máy................................................23

2.3.7.

Tổng quan chung về kết cấu bộ truyền vít me đai ớc bi......................................23

2.3.8.

Tổng quan chung về Block trượt, thanh ray dẫn hướng......................................26

Chương 3 :

TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ MÁY HÀN CNC 5 TRỤC.....28

3.1.

Tính tốn trục Z....................................................................................................28

3.1.1.

Tính tốn trục vít me trục Z.................................................................................28

3.1.2.

Tính tốn chọn động cơ trục Z.............................................................................31

3.1.3.

Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nới trục Z..................................................................35

3.1.4.

Tính tốn chọn ray dẫn hướng trục Z...................................................................40

3.2.
3.2.1.
3.3.
3.3.1.
3.4.

Tính tốn trục xoay B...........................................................................................45
Tính tốn chọn bàn xoay......................................................................................45
Tính tốn trục xoay C...........................................................................................49
Tính toán chọn bàn xoay......................................................................................49
Thiết kế khung máy cho máy hàn........................................................................53

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

2


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

3.4.1.

Chọn sơ bộ vật liệu làm khung và dựng khung máy...........................................53

3.4.2.

Kiểm bền cho khung máy trong q trình hoạt động..........................................54

3.5.

Tính tốn thiết kế hệ thớng hàn............................................................................55

3.5.1.

Máy hàn................................................................................................................55

3.5.2.

Vận hành máy.......................................................................................................57

Chương 4 :
QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG MỘT SỐ CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH
THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG ĐAI ỐC VIT-ME...........................................60
4.1.

Phân tích chức năng làm việc và yêu cầu sản phẩm............................................60

4.1.1.

Chức năng làm việc..............................................................................................60

4.1.2.

Phân tích tính cơng nghệ trong kết cấu của chi tiết.............................................61

4.1.3.

Yêu cầu sản phẩm.................................................................................................61

4.1.4.

Vật liệu..................................................................................................................61

4.2.

Định dạng sản xuất...............................................................................................62

4.2.1.

Xác định sản lượng gia công hằng năm của chi tiết............................................62

4.2.2.

Xác định khối lượng của chi tiết..........................................................................62

4.2.3.

Xác định giá thành phôi........................................................................................63

4.3.

Lựa chọn phương pháp chế tạo phôi....................................................................63

4.3.1.

Xác định phương pháp chế tạo phôi....................................................................63

4.3.2.

Phương pháp chế tạo phôi....................................................................................63

4.3.3.

Xác định lượng dư gia công.................................................................................64

4.3.4.

Thiết kế bản vẽ chi tiết lồng phôi.........................................................................65

4.4.

Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo chi tiết.......................................................65

4.4.1.

Xác định đường lới cơng nghệ.............................................................................65

4.4.2.

Phương pháp gia cơng..........................................................................................65

4.4.3.

Tiến trình cơng nghệ.............................................................................................66

4.4.4.

Tính tốn, thiết kế quy trình cơng nghệ gia cơng chi tiết....................................66

4.5.

Thiết kế đồ gá.......................................................................................................79

4.5.1.

Yêu cầu kỹ thuật...................................................................................................79

4.5.2.

Cơ cấu định vị.......................................................................................................79

4.5.3.

Cơ cấu kẹp chặt....................................................................................................80

4.5.4.

Cơ cấu dẫn hướng.................................................................................................80

4.5.5.

Tính lực kẹp..........................................................................................................80

4.5.6.

Tính sai sớ đồ gá...................................................................................................82

Chương 5: LẮP RÁP, VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY..........................................................84
5.1.

Gia công lắp ráp cụm trục X................................................................................84

5.2.

Gia công lắp ráp trục Y........................................................................................84

5.3.

Gia công lắp ráp trục Z.............................................................................................85

5.4.

Gia công lắp ráp trục C.........................................................................................86

5.5.

Gia công lắp ráp trục B.........................................................................................86

5.6.

Bảo dưỡng máy.....................................................................................................87

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

3


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

DANH MỤC HÌNH Ả
Hình 1.1 Máy hàn CNC.................................................................................................6
Hình 1.2 Máy hàn bấm..................................................................................................6
Hình 1.3 Các loại mới hàn.............................................................................................7
Hình 1.4 Các chi tiết hàn dạng trịn................................................................................7
Hình 1.5 Các chi tiết hàn góc, khung.............................................................................8
Hình 1.6 Các chi tiết có biên dạng mới hàn phức tạp....................................................8
Hình 1.7 Các bước thực hiện đề tài.............................................................................9Y
Hình 2.1 Các sơ đồ thiết kế..........................................................................................13
Hình 2.2 Kết cấu chung của máy hàn điều khiển sớ.....................................................16
Hình 2.3 Sơ đồ động học chung của máy.....................................................................16
Hình 2.4 Động cơ bước................................................................................................18
Hình 2.5 Kết cấu bộ phận máy CNC............................................................................19
Hình 2.6 Thanh trượt, con trượt máy CNC..................................................................20
Hình 2.7 Vít me đai ớc bi máy CNC............................................................................21
Hình 2.8 Các loại chiều ren..........................................................................................22
Hình 2.9 Các loại mới ren............................................................................................22
Hình 2.10 Đai ớc bi theo kiểu hồi bi............................................................................22
Hình 2.11 Cấu tạo đai ớc bi..........................................................................................23
Hình 2.12 Mơ hình chịu tải trọng của đai ớc bi............................................................23
Hình 2.13 Hệ thớng rãnh bi..........................................................................................23

Hình 2.14 Hệ thớng lị xo.............................................................................................24

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

4


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

1 : GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.

Lịch sử nghiên cứu về máy Hàn CNC

1.1.1. Khái niệm Hàn CNC
 CNC viết tắt cho Computer Numerical Control (điều khiển sớ bằng máy tính)
– đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục đích
sản xuất (có tính lặp lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp,
bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt theo tiêu
chuẩn EIA-274-D, thường gọi mã G. CNC được phát triển cuối thập niên
1940 đầu thập niên 1950 ở trong phịng thí nghiệm Servomechanism của
trường MIT.
 Sự x́t 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. Việc gia tăng tự động hóa
trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính

xác và chất lượng. Kỹ thuật tự động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp
người thao tác có thời gian cho các cơng việc khác. Ngồi ra cịn cho phép
linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy
móc để sản xuất các linh kiện khác.
 Trong môi trường sản xuất, một loạt các máy CNC kết hợp thành một tổ hợp,
gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận. Máy CNC ngày nay
được điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mềm CAM, vì thế một bộ
phận hay lắp ráp có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần các
bản vẽ in của từng chi tiết. Có thể nói CNC là các phân đoạn của các hệ thống
robot công nghiệp, tức là chúng được thiết kế để thực hiện nhiều thao tác sản
xuất (trong tầm giới hạn).
 Một số loại máy CNC
+
+
+
+
1.1.2.

Máy phay CNC
Máy khoan tia lửa điện CNC
Máy xung cắt dây
Máy tiện CNC …

Khái niệm về công nghệ Hàn tự động
Hàn là phương pháp rất phổ biến được sử dụng để liên kết các cấu kiện kim
SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

5

THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

loại trong cơ khí. Tùy theo tính chất của cơng việc mà người ta có thể áp dụng
các phương pháp và kỹ thuật hàn khác nhau như hàn nóng chảy hay hàn áp
lực. Để thực hiện quá trình hàn thì mỏ hàn hay vật hàn cần phải được di
chuyển đến vị trí cần hàn. Quá trình này có thể được thực hiện bằng tay hay tự
động. Hiện nay, các robot hàn tự động có giá thành cao, vì vậy cho nên đa sớ
các xưởng cơ khí ở nước ta hiện nay thực hiện công đoạn hàn bằng phương
pháp thủ công là chủ yếu. Bài báo này trình bày giải pháp sáng tạo kỹ thuật
ứng dụng công nghệ CNC để điều khiển tự động cơ cấu di chuyển mỏ hàn đến
các tọa độ cần hàn được lập trình trước trên máy vi tính. Kết quả ứng dụng
cho thấy quá trình hàn tư động cho năng suất cao, chất lượng sản phẩm ổn
định, giảm giá thành sản xuất.
1.1.3.

Một số hình ảnh về máy Hàn CNC

Hình 1.1 Máy hàn CNC

Hình 1.2 Máy hàn bấm

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

6

THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

1.1.4.

Một số loại mối hàn và các chi tiết gia công bằng phương pháp hàn

Hình 1.3 Các loại mối hàn

 Các chi tiết hàn dạng tròn

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

7


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

 Các chi tiết hàn góc, khung

Hình 1.4 Các chi tiết hàn dạng trịn

 Các chi tiết có biên dạng mới hàn phức tạp

tạp
1.2.

Giới thiệu chung về đề tài
 Các cơ cấu liên quan đến máy hàn CNC 5 trục.

 Các loại máy hàn CNC đã có trên thị trường.

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HỒNG TRỌNG HIẾU

Hình 1.6 Các
Hình
chi1.5
tiếtCác
có chi
biêntiết
dạng
hànmối
góc,hàn
khung
phức tạp

8


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

 Nguyên lý hoạt động của máy.
 Điều khiển động cơ bước:
+ Giao tiếp và điều khiển bằng máy tính.
+ Nội suy đường thẳng, đường cong theo 2 trục.
1.2.1. Phạm vi nghiên cứu.
 Nghiên cứu tìm hiểu các máy móc thiết bị ở phịng thí nghiệm nhà trường có
liên quan đến đề tài.

 Nghiên cứu trên các lĩnh vực các máy tự động phục vụ trong nhà trường, trong
phịng thí nghiệm.
 Nghiên cứu loại máy CNC 5 trục.
 Dễ dàng điều chỉnh tớc độ từ 0-1000mm/phút và điều khiển chính xác mỏ
hàn theo biên dạng
 Hàn được nhiều biên dạng khó và phức tạp và mang tính chính xác cao
1.2.2.

Phương pháp thực hiện.

Tổng quan

Cơ sở lý
thuyết

Các thành
phần của
máy

Xây dựng
mơ phỏng
và tính tốn
cơ cấu

Hình 1.7 Các bước thực hiện đề tài

 Tổng quan:
+ Tìm hiều về cấp thiết của đề tài, nhận biết tầm quan trọng trong thực tiễn
ngành công nghiệp nước ta.
+ Các vấn đề cần giải quyết (cơ khí, điều khiển, vật liệu…).

+ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
+ Phương pháp nghiên cứu đề tài.
1.2.3.

Dự kiến kết quả đạt được
 Làm chủ được công nghệ máy hàn CNC 5 trục.
 Tăng hiệu quả, giảm chi phí gia cơng.
 Phục vụ cho việc đào tạo, nghiên cứu của nhà trường.
 Gia công được các chi tiết phức tạp
 Làm chủ được công nghệ hàn Mig
 Xây dựng mô phỏng máy hàn CNC trên phần mềm

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

9


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lý do chọn đề tài
 Hàn là một trong các cơng nghệ chính của cơng nghiệp nặng, đã phát triển
rất nhanh hiện nay. Do nhu cầu phát triển các ngành như đóng tàu, ô tô, xe
đạp, lắp máy, dầu khí, xây dựng… nhiều cơng nghệ hàn mới đã được ứng
dụng tại Việt Nam.
 Hiện nay công nghệ hàn chủ yếu ở trong các doanh nghiệp nhỏ là thủ công,
doanh nghiệp vừa dùng các loại máy hàn tự động 3 trục hoặc 2 trục, còn ở
các doanh nghiệp quy mô lớn sẽ dùng các loại cơ cấu cánh tay robot. Máy

hàn tự động 3 trục được sử dụng phổ biến nhưng chưa thể đáp ứng được
việc gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp
 Máy hàn CNC 5 trục chưa được nghiên cứu và phát triển rộng rãi
 Giá thành sẽ rẻ hơn so với các cánh tay robot, phù hợp với các doanh
nghiệp vừa và nhỏ
 Ứng dụng được nhiều trong gia cơng vì có thể gia cơng được những biên
dạng khó
Mục đích nghiên cứu
 Làm chủ được công nghệ hàn và ứng dụng đc công nghệ tự động hóa trong
sản xuất
 Tăng hiệu quả, giảm chi phí gia cơng.
 Phục vụ cho việc đào tạo, nghiên cứu của nhà trường.
 Gia công được các chi tiết phức tạp vật liệu thép.
Phương pháp nghiên cứu
 Nghiên cứu dựa trên cơ sở máy 5 trục của nhà trường.
 Tham khảo các sản phẩm mà các nước đã chế tạo thành cơng.

 Tìm hiểu các tài liệu trên mạng.
 Sử dụng kiến thức đã được học trên trường để hoàn thành sản phẩm.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết nguyên lý hàn ứng dụng trong gia cơng thực tế
 Phân tích, nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy hàn tự động 5 trục

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

10

THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

2.1.

Các yếu tớ đầu vào:
 Kích thước chi tiết hàn: 10mm -140mm
 Bề mặt có thể hàn được: mặt phẳng, mặt cong
 Phương pháp hàn: Hàn mig khơng có khí bảo vệ, hàn mig có khí bảo vệ
 Điện áp đầu vào: dòng điện xoay chiều 220v

2.1.1. Cơ sở yêu cầu thiết kế máy
a. Quá trình thiết kế tổng quát
 Thiết kế là một quá trình sáng tạo và truyền đạt những ý tưởng đến những
người khác.
 Vị trí của thiết kế máy trong khái niệm thiết kế chung :
 Sự triển khai ý tưởng thiết kế nói chung
 Sau đây là một số ý tưởng phác thảo :
 Dựa trên những phương pháp sau:

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

11


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

 Là q trình liên quan đến tồn bộ hoạt động sản xuất từ nhận đơn đặt hàng
đến xuất xưởng sản phẩm

 Có 2 loại hình thiết kế : vượt rào cản và đồng thời

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

12


THIẾT KẾ MƠ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

Hình 2.1 Các sơ đồ thiết kế

b. Cơ cấu và máy
 Cơ cấu là hệ thống các vật thể liên kết nhân tạo với nhau, dùng để truyền và
biến đổi chuyển động từ khâu này sang khâu khác.
 Với máy CNC 5 trục, nhóm đã dùng:
+ Cơ cấu biến đổi năng lượng: từ điện năng thành cơ năng
SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

13


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

+ Cơ cấu truyền động: trục vitme
+ Cơ cấu chấp hành: chuyển động 5 trục X Y Z B C và trục chính
c. Máy được tạo nên từ ba thành phần chính:

 Động cơ cung cấp năng lượng : Động cơ bước, chuyển đổi điện năng thành
cơ năng
 Hệ thống truyền động: gồm 5 trục :
+ Trục Z,Y,X: sử dụng trục vit me truyền chuyển động và thanh ranh để hỗ
trợ chuyển động. Trục Z,Y,X chuyển động theo các phương X Y Z trong
khơng gian để thực hiện q trình gia cơng
+ Trục B,C động cơ nối trục tiếp với trục thông qua khớp nối để truyền
momen xoắn truyền chuyển động quay cho 2 trục B và trục C
 Bộ phận công tác: Trục chính có tác dụng quay dao,thực hiện quá trình gia
cơng, trực tiếp tiếp xúc và làm thay đổi hình dạng, kích thước của phơi.
d. Q trình thiết kế máy và chi tiết máy:
 Tương tự quá trình thiết kế sản phẩm, quá trình thiết kế máy bao gồm:
+ Xác định nhu cầu thị trường
+ Xác định yêu cầu kỹ thuật
+ Xác định nguyên lý hoạt động cho máy
+ Lập sơ đồ động máy
+ Tính tốn bộ phận cung cấp năng lượng – phân phối tỉ số truyền
+ Chọn vật liệu cho các chi tiết máy
+ Tính tốn động học, động lực học cho các chi tiết máy
+ Sản xuất mẫu thử, điều chỉnh, sửa lại thiết kế
+ Lập tài liệu thiết kế
e. Các phương pháp thiết kế:
 Thiết kế đơn định
+ Đảm bảo các chỉ tiêu khả năng làm việc cho chi tiết máy hoặc sản phẩm.
Tính theo ứng śt cho pháp và hệ sớ an tồn, xét đến ảnh hưởng của kích
thước, độ bền, đặc tính tải trọng các đại lượng này xem như đơn định.
 Thiết kế theo độ tin cậy
+ Đảm bảo độ an toàn va độ tin cậy cho sản phẩm. Tính theo xác suất làm
việc không hỏng là phương pháp tiến bộ nhất, xét đến ảnh hưởng của độ
phân tán tải trọng, cơ tính vật liệu, dung sau kích thước… trên cơ sở thiết

kế xác suất.
 Thiết kế bền vững
SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

14


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

+ Để xác định giá trị tối ưu cho các thông số thiết kế, đảm bảo hình dạng, chất
lượng và giá thành. Thiết kế bần vững đảm bảo các thông số thiết kế bần
vững với các nhân tố nhiễu, không cảm nhận sự ảnh hưởng miền phân bởi
các đại lượng ngẫu nhiên khi thiết kế. Các nhân tố nhiễu là các nhân tớ
khơng kiểm sốt được hoặc kiểm sốt với chi phí cao. Thiết kế bền vững
chia làm ba giai đoạn :
 Thiết kế hệ thớng: tìm hiểu cơ sở kỹ tḥt thiết kế và thiết kế sơ bộ
 Thiết kế tham sớ: chọn các giá trị kích thước, tính chất thích hợp
cho tham số thiết kế của chi tiết hoặc sản phẩm, sử dụng thiết kế
các suất phân tích độ ảnh hưởng từng thông số
 Thiết kế dung sai: chi tiết chất lượng cao thay thế chi tiết có độ tin
cậy thấp, nâng cao chất lượng chi tiết hoặc sản phẩm. Sử dụng quy
hoạch thực nghiệm và dung sai xác suất để gán dung sau cho kích
thước
+ Với máy CNC 5 trục,yêu cầu đảm bảo về thông số kỹ thuật, độ cứng vững,
… nên ta thiết kế theo phương pháp thiết kế bền vững. Thiết kế dựa trên cơ
sở khoa học do chưa có kinh nghiệm.
+ Trong quá trình thiết kế đầu tiên tiến hành tính tốn thiết kế sơ bộ, bỏ qua
một sớ hệ sớ. Sau khi có các kích thước mới tiến hành kiểm nghiệm.

f. Máy tính hỗ trợ thiết kế
 Các phần mềm hỗ trợ thiết kế trong các cơng đoạn
 Vẽ và mơ hình hóa: Autodesk Inventor
 Tính tốn: Autodesk Inventor
 Mơ phỏng: Autodesk Inventor
 X́t bản vẽ: Autodesk Inventor, Autodesk Autocad
g. Hệ thống đơn vị trong thiết kế máy:
 Hệ đơn vị SI với :
 Đơn vị đo chiều dài : mm
 Đơn vị đo khối lượng : gam
 Đơn vị đo vận tốc : m/s
h. Cơng cụ tính trong q trình thiết kế máy:
 Q trình thiết kế máy dựa chủ yếu vào tính tốn và thực nghiệm. Nhiều cơng
cụ tính tốn khác nhau được áp dụng đê tính tốn thiết kế. Nhóm chủ yếu dung
sổ tay dung sai, sổ tay sức bền, máy tính bỏ túi,cũng như phầm mềm
Solidwork ( tính tốn úng śt,sức bền,..) để tính tốn thiết kế máy.
SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

15


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

2.2.

Cấu tạo và yêu cầu với máy Hàn CNC
 Cấu tạo đặc trưng máy Hàn CNC:
+ Máy hàn CNC được cấu tạo từ gồm 2 phần chính: Phần cơ khí và Phần điều

khiển. Phần cơ khí gồm các chi tiết máy đc gia cơng lắp ráp phục vụ cho
các chủn động chính trên máy. Phần điều khiển gồm các bo mạch tham
gia vào quá trình điều khiển các chuyển động của máy để tạo ra mới hàn
trong q trình vận hành
 u cầu với máy hàn CNC:
+
+
+
+

2.3.

Hàn được mọi loại bề mặt chi tiết
Kết cấu máy đơn giản dễ chế tạo, lắp ráp
Tối ưu vật liệu sử dụng nhưng vẫn đảm bảo được quá trình vận hành máy
Dễ sử dụng

Kết cấu chung của máy hàn điều khiển sớ

Hình 2.2 Kết cấu chung của máy hàn điều khiển số

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

16


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

2.3.1.

Sơ đồ động chung của máy

Hình 2.3 Sơ đồ động học chung của máy

2.3.2. Các phần tử điều khiển
 Phần điều khiển máy Hàn CNC: Gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu
điều khiển.
 Chương trình điều khiển: Là tập hợp các tín hiệu gọi là là lệnh để điều khiển
máy, được mã hóa dưới dạng chữ cái, số và môt số ký hiệu khác như dấu cộng,
trừ, dấu chấm, gạch nghiêng …
 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 hoạt
động của cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông
qua các tín hiệu được gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược. Bao gồm các cơ
cấu đọc, cơ cấu giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy,
cơ cấu so sánh, cơ cấu khuyếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tớc,
bộ nhớ và các thiết bị x́t nhập tín hiệu.
 Đây là thiết bị điện – điện tử rất phức tạp, đóng vai trị cớt yếu trong hệ thớng
điều khiển của máy. Việc tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của các thiết bị này đòi
hỏi có kiến thức từ các giáo trình chuyên ngành khác, cho nên ở đây chỉ giới
thiệu khái quát các thiết bị điện có trong máy như sau:
SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

17

THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

2.3.3. Các cụm điều khiển mỏ Hàn
a. Cụm điều khiển máy MCU (Machine Control Unit)
 Cụm điều khiển được hình thành trên cơ sở thiết bị điều khiển điện tử, thiết bị
vào ra và các thiết bị số. Nó được coi là trái tim của máy công cụ điều khiển số
CNC.
 Lệnh CNC thực hiện bên trong bộ điều khiển sẽ thông báo cho mơ tơ chủn
động quay đúng sớ vịng cần thiết → trục vit me bi quay đúng sớ vịng quay
tương ứng → kéo theo chuyển động thẳng của bàn máy và dao.
 Thiết bị phản hồi ở đầu kia của vit me bi cho phép kiểm soát kết thúc lệnh
đúng khi sớ vịng quay cần thiết được thực hiện.
b. Cụm dẫn động (Driving Unit)
 Cụm dẫn động là tập hợp những động cơ, sensor phản hồi, phần tử điều khiển,
khuếch đại và các hệ dẫn động. Trong đó, động cơ và các sensor phản hồi là
thành phần đặc trưng cho máy công cụ điều khiển số CNC
c. Cụm điều khiển có nhiệm vụ liên kết các chức năng để thực hiện điểu
khiển máy, các chức năng bao gồm:
 Số liệu vào (Data input)
 Xử lý số liệu (Data procesing)
 Số liệu ra (Data output)
 Ghép nối vào (Machine I/O interface)
 Phần cứng điều khiển: gồm 6 thành phần cơ bản:
+
+
+
+
+
+
2.3.4.

Máy tính CPU
Bộ nhớ RAM, ROM
Hệ thớng BUS
Điều khiển trình tự PMC
Điều khiển SERVO
Bộ phần ghép nối

Các phần tử chấp hành
Động cơ bước:

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

Hình 2.4 Động cơ bước

18


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

 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.
a. Hoạt động:
 Động cơ bước khơng 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.
b. 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 trung thành 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 tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển định vị trong các hệ quan
trắc, điểu khiển bắt, bám mục tiêu trong các khí tài quan sát, điều khiển lập
trình trong các thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái phương và
chiều trong máy bay.
2.3.5. Phần chấp hành máy hàn CNC
 Gồm máy hàn và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động hóa như các cơ cấu
tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tưới trơn, hút thổi phoi, cấp phôi…
 Cũng như các loại máy cắt kim loại khác, đây là bộ phận trực tiếp tham gia
cắt gọt kim loại để tạo hình chi tiết. Tùy theo khả năng công nghệ của loại
SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

19


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

máy mà có các bộ phận: Hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sớng trược, bàn
máy, trục chính, ổ chứa dao, các tay máy …

 Kết cấu từng bộ phận chính chủ yếu như máy vạn năng thông thường, nhưng
có một vài khác biệt nhỏ để đảm bảo quá trình điều khiển tự động được ổn
định, chính xác, năng suất và đặc biệt là mở rộng khả năng cơng nghệ của
máy.

Hình 2.5 Kết cấu bộ phận máy CNC

a. Thân máy và đế máy:
 Thường được chế tạo bằng các chi tiết gang vì gang có độ bền nén cao gấp 10
lần so với thép và đều được kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo không có khuyết
tật đúc.
 Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất
nhiều hệ thớng khác.
 u cầu:
 Phải có độ cứng vững cao.
 Phải có các thiết bị chống rung động.
 Phải có độ ổn định nhiệt.
 Mục đích:
 Đảm bảo độ chính xác gia cơng.
 Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy.
b. Bàn máy:
 Bàn máy là nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá. Nhờ có sự chuyển động
linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC được
SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

20

THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

tăng lên rất cao, có khả năng gia công được những chi tiết có biên dạng phức
tạp.
 Đa số trên các máy CNC hay trung tâm gia cơng hiện đại thì bàn máy đều là
dạng bàn máy xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ 4, thứ 5 của máy. Nó làm
tăng tính vạn năng cho máy CNC.
 Yêu cầu của bàn máy:
 Phải có độ ổn định, cứng vững, được điều khiển chuyển động một cách
chính xác.
c. Thanh trượt:
 Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động
của ban theo X,Y và chuyển động theo trục Z của trục chính.
 Yêu cầu của hệ thống thanh trượt phải thẳng, có khả năng tải cao độ cứng
vững tớt, khơng có hiện tượng dính, trơn khi trượt.

Hình 2.6 Thanh trượt, con trượt máy CNC

d. Trục vít me, đai ốc bi:

 Trong máy công cụ điều khiển số người ta thường sử dụng hai dạng vit me cơ
bản đó là: vít me đai ớc thường và vít me đai ớc bi:
+ Vít me đai ớc thường: là loại vít me và đai ớc có dạng tiếp xúc mặt
+ Vít me đai ớc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn.
e. Các xích động của máy:
 Tất cả các đường chuyền động đến từng cơ cấu chấp hành của máy cơng cụ

Hình 2. 7 Vít me đai ốc bi máy CNC

điều khiển số đều dùng những nguồn động lực riêng biệt, bởi vậy các xích

động học chỉ cịn 2 loại cơ bản sau:
+ Xích động học tớc độ cắt gọt
+ Xích động học của chuyền động chạy dao

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

21


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

 Việc tính tốn thiết kế, chế tạo được thực hiện theo modun hố.
 Thơng thường các xích cắt gọt bắt đầu tự một đọng cơ có tốc độ thay đổi vô
cấp, dẫn động trục chính thơng qua một hộp tớc độ có từ 2 đến 3 cấp độ, nhằm
khuếch đại các momen cắt đạt trị số cần thiết trên cơ sở tốc độ ban đầu của
động cơ.
2.3.6. Phương pháp chọn thiết bị dẫn động hệ bàn máy
 Các thiết bị dẫn động có một vai trò quan trọng trong máy CNC, là nhân tớ
chính đảm bảo sự vận hành và gia cơng chính xác của máy. Việc tính tốn lựa
chọn các thiết bị dẫn động là một công việc bắt buộc và phức tạp với nhiều
cơng thức cần thiết lập. Vì vậy, để thuận tiện cho công việc lựa chọ thiết bị
dẫn động, trong chương này chúng ta đi xây dựng cơng thức tính tốn và
chương trình tính chọn các thiết bị dẫn động.
 Nội dung trong phần này gồm có:
+ Tổng quan chung bộ truyền vít me.
+ Tổng quan chung về block, thanh ray dẫn hướng. Các tính tốn được thực
hiện theo catalog của hãng PMI.
2.3.7.

Tổng quan chung về kết cấu bộ truyền vít me đai ốc bi
Trên thế giới hiện nay có nhiều loại vít me đai ớc bi, tuy nhiên kết cấu của
chúng có thể phân ra như sau:
 Theo chiều ren:

Hình 2.8 Các loại chiều ren

Thơng thường theo mặc định sẽ là ren phải.

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

22


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

 Theo sớ đầu mới ren:

Hình 2. 9 Các loại mối ren

Trong thực tế ren 1 đầu mối được sử dụng rộng dãi hơn nhờ các yêu cầu
công nghệ khi chế tạo khơng địi hỏi cao.
 Theo kiểu hồi bi:

Hình 2.10 Đai ốc bi theo kiểu hồi bi

Do các tính cơng nghệ trong chế tạo, lắp ráp , căn chỉnh cao nên khi

dùng trong các máy công cụ, các thiết bị đo lường có độ chính xác cao
thì rãnh loại ớng là kiểu phổ thông nhất hiện nay.kiểu có rãnh hồi bi theo
rãnh khoan trên đai ốc thường được sử dụng cho các tay máy, kết cấu
khơng địi hỏi độ chính xác cao.
 Rãnh hồi bi giữa 2 vịng ren kế tiếp:

Hình 2.11 Cấu tạo đai ốc bi

Kiểu hồi bi này thì được áp dụng trong các máy, các thiết bị không u
cầu cao cả về độ chính xác lẫn tớc độ của bộ trùn, do các rãnh được bớ
trí theo chu vi nên việc chế tạo sẽ khó khăn hơn.
SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

23


THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

 Theo kiểu đặt tải trọng:
+ Tải đặt nhờ tấm đệm:

Hình 2.12 Mơ hình chịu tải trọng của đai ốc bi

Kiểu đặt tải trước nhờ tấm đệm giúp cho việc thay đổi tải đặt trước dễ
dàng hơn, có thể điều chỉnh , tính cơng nghệ cao hơn nên thường được
dùng trong bộ truyền máy cắt gọt, thiết bị đo lường hay các thiết bị có độ
chính xác cao.
+ Đặt tải nhờ hệ thớng rãnh bi:

Hình 2.13 Hệ thống rãnh bi

Hai hệ thớng rãnh bi được bớ trí cách nhau 1 khoảng cách, tương đương
với tấm đệm ở kiểu trên, loại vít me đai ớc bi này ít được sử dụng do
khoảng các của các rãnh bi không điều chỉnh được và khó chế tạo
+ Đặt tải nhờ lị xo:

Hình 2.14 Hệ thống lị xo

Đai ớc loại này ít được sử dụng do tính ổn định khơng cao, lị xo có độ

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

24