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

TIEU LUAN MOI download :

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, MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5
TRỤC

Người hướng dẫn:ThS. Hoàng Trọng Hiếu
Sinh viên thực hiện:
Mã sinh viên:
Lớp:

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2022


TIEU LUAN MOI download :
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 cac nganh kĩ thuật rất cần thiết với cuộc sống. Trong đó han là 1 trong
những khối ngành cơng nghiệp nặng, nóó́ 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
công nghệ được áp dụng trong các nhà máy, xí nghiệp. Trong khi đó việc sử dụng thợ
thủ cơng 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. Ngồi ra cịn 1 sớ lựa chọn hiện đại và tiện lợi
hơn la những canh tay robot han nhưng gia thanh đầu tư lại rất cao dẫn đến các doanh
nghiệp nhỏ khó khăn trong việc đầu tư
May han CNC đang phát triển va được sản xuất ngày càng nhiều tại Việt Nam tuy
vậy vẫn cần nhiều lần cải tiến mới cóó́ thể hoạt động trơn tru, tạo ra được sản phẩm chất
lượng. Được sự đồng ý của giảng viên hướng dẫn là giảả̉ng 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 điềề̀u khiểả̉n sớó́ (5 trục điềề̀u khiểả̉n)”. Đây là một cơ hội nghiên
cứu, thực nghiệm và rèn luyện các kỹ năng lam việc để chuẩn bị tốt cho thời gian sau
khi ra trường, đồng thời bước vao môi trường làm việc thực tế. Bên cạnh đó la một cơ
hội để phát triển bản thân, trau dồi kinh nghiệm thực tế thì đây cũng la một thách thức
khơng nhỏ với chúng em bởi thiếu kiến thức và kinh nghiệm thực tế.
Đới với các thành viên của nhóm thì đây la cơ hội tốt để chúng em củng cố kiến
thức chuyên ngành, hiểu được các kết cấu cũng như nguyên lý lam việc của máy hàn
CNC, nâng cao kỹ năng lam việc nhóó́m và ći cùng la được trải nghiệm q trình
thiết kế và chế tạo một sản phẩm thực tế.
Bằng sự cố gắng nỗ lực của nhóm va đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đao của
giảả̉ng viên Hoàng Trọọ̣ng Hiếu. Chúng em đã hoan thanh đồ án. Do thời gian làm đồ án
cóó́ hạn va trình độ cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi những thiếu sóó́t. Em rất
mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như la 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 Tuấó́n

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

1


TIEU LUAN MOI download :
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 vềề̀ máy Hàn CNC................................................................... 6

1.1.1.

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

1.1.2.

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

1.1.3.

Một sớó́ hình ảả̉nh vềề̀ máy Hàn CNC........................................................................7

1.1.4.

Một sớó́ loại mớó́i hàn và các chi tiết gia cơng bằng phương pháp hàn...................8

1.2.

Giới thiệu chung vềề̀ đềề̀ tài...................................................................................... 9

1.2.1.

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

1.2.2.

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

1.2.3.

Dự kiến kết quảả̉ đạt được..................................................................................... 10

Chương 2 :

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

2.1.
2.1.1.

Các yếu tớó́ đầu vào:.............................................................................................. 12
Cơ sở u cầu thiết kế máy.................................................................................. 12

2.2.

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

2.3.

Kết cấó́u chung cua máy hàn điềề̀u khiểả̉n sớó́........................................................... 17

2.3.1.

Sơ đồ động chung cua máy.................................................................................. 18

2.3.2.

Các phần tử điềề̀u khiểả̉n......................................................................................... 18

2.3.3.

Các cụm điềề̀u khiểả̉n mỏ Hàn................................................................................ 19

2.3.4.

Các phần tử chấó́p hành......................................................................................... 19

2.3.5.

Phần chấó́p hành máy hàn CNC............................................................................ 20

2.3.6.

Phương pháp chọọ̣n thiết bị dẫẫ̃n động hệ bàn máy................................................23

2.3.7.

Tổng quan chung vềề̀ kết cấó́u bộ trùề̀n vít me đai ớó́c bi......................................23

2.3.8.

Tổng quan chung vềề̀ Block trượt, thanh ray dẫẫ̃n 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 chọọ̣n động cơ trục Z............................................................................. 31

3.1.3.

Tính chọọ̣n cụm ổ lăn, khớp nớó́i trục Z.................................................................35

3.1.4.

Tính tốn chọọ̣n ray dẫẫ̃n hướng trục Z..................................................................40

3.2.
3.2.1.
3.3.
3.3.1.
3.4.

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

3.4.1.

Chọọ̣n sơ bộ vậọ̣t liệu làm khung và dựng khung máy...........................................53

3.4.2.

Kiểả̉m bềề̀n cho khung máy trong quá trình hoạt động..........................................54

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

2

TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

3.5.

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

3.5.1.

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

3.5.2.

Vậọ̣n 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 sảả̉n phẩm............................................60

4.1.1.

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

4.1.2.

Phân tích tính cơng nghệ trong kết cấó́u cua chi tiết.............................................61

4.1.3.

Yêu cầu sảả̉n phẩm................................................................................................. 61

4.1.4.

Vậọ̣t liệu.................................................................................................................. 61

4.2.

Định dạng sảả̉n x́ó́t............................................................................................... 62

4.2.1.

Xac định sản lượng gia cơng hằng năm của chi tiết............................................62

4.2.2.

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

4.2.3.

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

4.3.

Lựa chọọ̣n 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 bảả̉n vẽ chi tiết lồng phơi......................................................................... 65

4.4.

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

4.4.1.

Xác định đường lớó́i 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 thuậọ̣t................................................................................................... 79

4.5.2.

Cơ cấó́u định vị....................................................................................................... 79

4.5.3.

Cơ cấó́u kẹp chặt.................................................................................................... 80

4.5.4.

Cơ cấó́u dẫẫ̃n hướng................................................................................................. 80

4.5.5.

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

4.5.6.

Tính sai sớó́ 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.

Bảả̉o dưỡng máy.................................................................................................... 87

DANH MỤC HÌNH ẢNH
SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

3


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

Hình 1.1 Máy hàn CNC................................................................................................. 6
Hình 1.2 Máy hàn bấó́m.................................................................................................. 6
Hình 1.3 Các loại mớó́i hàn............................................................................................. 7
Hình 1.4 Các chi tiết hàn dạng trịn............................................................................... 7
Hình 1.5 Các chi tiết hàn góó́c, khung............................................................................. 8
Hình 1.6 Các chi tiết cóó́ biên dạng mớó́i hàn phức tạp.................................................... 8
Hình 1.7 Các bước thực hiện đềề̀ tài................................................................................ 9
Hình 2.1 Các sơ đồ thiết kế......................................................................................... 13
Hình 2.2 Kết cấó́u chung của máy hàn điềề̀u khiểả̉n sớó́.................................................... 16
Hình 2.3 Sơ đồ động họọ̣c chung của máy.................................................................... 16
Hình 2.4 Động cơ bước............................................................................................... 18
Hình 2.5 Kết cấó́u bộ phậọ̣n máy CNC........................................................................... 19
Hình 2.6 Thanh trượt, con trượt máy CNC.................................................................. 20
Hình 2.7 Vít me đai ớó́c bi máy CNC............................................................................ 21
Hình 2.8 Các loại chiềề̀u ren......................................................................................... 22
Hình 2.9 Các loại mớó́i ren............................................................................................ 22
Hình 2.10 Đai ớó́c bi theo kiểả̉u hồi bi............................................................................ 22
Hình 2.11 Cấó́u tạo đai ớó́c bi......................................................................................... 23
Hình 2.12 Mơ hình chịu tảả̉i trọọ̣ng của đai ớó́c bi........................................................... 23
Hình 2.13 Hệ thớó́ng rãnh bi......................................................................................... 23
Hình 2.14 Hệ thớó́ng lị xo............................................................................................ 24

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

4


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

Chương 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 số bằng máy tính)
– đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móó́c khác với mục đích
sản x́t (cóó́ tính lặp lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp,
bằng cách sử dụng cac 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 xuất hiện của cac may CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công
nghiệp. Cac đường cong được thực hiện dễ dang như đường thẳng, cac cấu
trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dang thực hiện, va một lượng lớn cac thao
tac do con người thực hiện được giảm thiểu. Việc gia tăng tự động hóa trong
qua trình sản xuất với may CNC tạo nên sự phat triển đang kể về chính xác và
chất lượng. Kỹ thuật tự động của CNC giảm thiểu cac sai sót va giúp người

thao tac có thời gian cho cac công việc khac. Ngoai ra còn cho phép linh hoạt
trong thao tac cac sản phẩm va thời gian cần thiết cho thay đổi may móc để
sản xuất cac linh kiện khac.
Trong môi trường sản xuất, một loạt cac may CNC kết hợp thanh một tổ hợp,
gọi la cell, để có thể lam nhiều thao tac trên một bộ phận. May CNC ngay nay
được điều khiển trực tiếp từ cac bản vẽ do phần mềm CAM, vì thế một bộ
phận hay lắp rap có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất ma không cần cac
bản vẽ in của từng chi tiết. Có thể nói CNC la cac phân đoạn của cac hệ thống
robot công nghiệp, tức la chúng được thiết kế để thực hiện nhiều thao tac sản
xuất (trong tầm giới hạn).
Một số loại máy CNC
+ Máy phay CNC
+ Máy khoan tia lửa điện CNC
+ Máy xung cắt dây
+ Máy tiện CNC …

1.1.2. Khái niệm về công nghệ Hàn tự động
Hàn là phương pháp rấó́t phổ biến được sử dụng đểả̉ liên kết các cấó́u kiện kim
SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

5


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

loại trong cơ khí. Tùy theo tính chấó́t của cơng việc mà người ta cóó́ thểả̉ áp dụng
các phương pháp và kỹ thuậọ̣t hàn khác nhau như hàn nóó́ng chảả̉y hay hàn áp

lực. Đểả̉ thực hiện quá trình hàn thì mỏ hàn hay vậọ̣t hàn cần phảả̉i được di
chủả̉n đến vị trí cần hàn. Q trình này cóó́ thểả̉ được thực hiện bằng tay hay tự
động. Hiện nay, các robot hàn tự động cóó́ giá thành cao, vì vậọ̣y cho nên đa sớó́
các xưởng cơ khí ở nước ta hiện nay thực hiện công đoạn hàn bằng phương
pháp thủ cơng là chủ yếu. Bài báo này trình bày giảả̉i pháp sáng tạo kỹ thuậọ̣t
ứng dụng công nghệ CNC đểả̉ điềề̀u khiểả̉n tự động cơ cấó́u di chuyểả̉n mỏ hàn đến
các tọọ̣a độ cần hàn được lậọ̣p trình trước trên máy vi tính. Kết quảả̉ ứng dụng
cho thấó́y q trình hàn tư động cho năng śó́t cao, chấó́t lượng sảả̉n phẩm ổn
định, giảả̉m giá thành sảả̉n xuấó́t.
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


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

1.1.4. Một số loại mối hàn và các chi tiết gia cơng bằng phương pháp hàn

Hình 1.3 Các loại mối hàn

Các chi tiết hàn dạng trịn

Hình 1.4 Các chi tiết hàn dạng trịn

Các chi tiết hàn góc, khung
SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

7


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

Hình 1.5 Các chi tiết hàn góc, khung

Các chi tiết có biên dạng mới hàn phức tạp

Hình 1.6 Các chi tiết có biên dạng mối hàn phức tạp

1.2.

Giới thiệu chung về đề tài
Cac cơ cấu liên quan đến máy hàn CNC 5
trục. Các loại may han CNC đã có trên thị
trường. Nguyên lý hoạt động của máy.
Điều khiển động cơ bước:
+ Giao tiếp va 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 móó́c thiết bị ở phịng thí nghiệm nha trường có
liên quan đến đề tài.
Nghiên cứu trên cac lĩnh vực các máy tự động phục vụ trong nha trường, trong
phịng thí nghiệm.
Nghiên cứu loại máy CNC 5 trục.
Dễ dang điều chỉnh tớc độ từ 0-1000mm/phút va điều khiển chính xác mỏ
SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

8


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

hàn theo biên dạng
Han được nhiều biên dạng khóó́ và phức tạp và mang tính chính xác cao
1.2.2. Phương pháp thực hiện.

Tổng quan

Hình 1.7 Các bước thực hiện đề tài

Tổng quan:
+ Tìm hiều về cấp thiết của đề tai, nhận biết tầm quan trọng trong thực tiễn

nganh công nghiệp nước ta.
+ Cac vấn đề cần giải quyết (cơ khí, điều khiển, vật liệu…).

+ Đới tượng va phạm vi nghiên cứu.
+ Phương phap nghiên cứu đề tai.
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 đao tạo, nghiên cứu của nha 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 mềề̀m

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

9


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lý do chọn đề tài
 Han la một trong cac công nghệ chính của cơng nghiệp nặng, đã phat triển

rất nhanh hiện nay. Do nhu cầu phat triển cac nganh như đóng tau, ơ tơ, xe
đạp, lắp may, dầu khí, xây dựng… nhiều công nghệ han mới đã được ứng
dụng tại Việt Nam.
 Hiện nay công nghệ han chủ yếu ở trong cac doanh nghiệp nhỏ la thủ công,
doanh nghiệp vừa dùng cac loại may han tự động 3 trục hoặc 2 trục, cịn ở
cac doanh nghiệp quy mơ lớn sẽ dùng cac loại cơ cấu canh tay robot. May

han tự động 3 trục được sử dụng phổ biến nhưng chưa thể đap ứng được
việc gia công cac chi tiết có biên dạng phức tạp
 May han CNC 5 trục chưa được nghiên cứu va phat triển rộng rãi
 Gia thanh sẽ rẻ hơn so với cac canh tay robot, phù hợp với cac doanh
nghiệp vừa va nhỏ
 Ứng dụng được nhiều trong gia cơng vì có thể gia cơng được những biên
dạng khó
Mục đích nghiên cứu
 Lam chủ được cơng nghệ han va ứng dụng đc công nghệ tự động hóa trong

sản xuất
 Tăng hiệu quả, giảm chi phí gia công.
 Phục vụ cho việc đao tạo, nghiên cứu của nha trường.
 Gia công được cac chi tiết phức tạp vật liệu thép.
Phương pháp nghiên cứu
 Nghiên cứu dựa trên cơ sở may 5 trục của nha trường.
 Tham khảo cac sản phẩm ma cac nước đã chế tạo thanh cơng.
 Tìm hiểu cac tai liệu trên mạng.
 Sử dụng kiến thức đã được học trên trường để hoan thanh sản phẩm.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết nguyên lý han 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

TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

2.1. Các yếu tớố́ đầu vào:
Kích thước chi tiết hàn: 10mm -140mm
Bề mặt cóó́ thể han được: mặt phẳng, mặt cong
Phương phap han: Han mig khơng cóó́ khí bảo vệ, hàn mig cóó́ khí bảo vệ
Điện ap đầu vao: 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 nóó́i chung
Sau đây la một sớ ý tưởng phác thảo :
Dựa trên những phương phap sau:

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

11


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

La qua trình liên quan đến tồn bộ hoạt động sản xuất từ nhận đơn đặt hàng
đến x́ó́t xưởng sảả̉n phẩm
Cóó́ 2 loại hình thiết kế : vượt rào cản va đồng thời

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

12


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ 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 thanh cơ năng
SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

13


TIEU LUAN MOI download :
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 thanh 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 cac phương X Y Z trong
không gian để thực hiện quá trình gia cơng
+ Trục B,C động cơ nới 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 cơng tác: Trục chính cóó́ tác dụng quay dao,thực hiện q trình gia
cơng, trực tiếp tiếp xúc va lam 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:
+ Xac định nhu cầu thị trường
+ Xac định yêu cầu kỹ thuật
+ Xac 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 toan 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 lam việc cho chi tiết máy hoặc sản phẩm.
Tính theo ứng suất cho pháp và hệ số an toan, xét đến ảnh hưởng của kích
thước, độ bền, đặc tính tải trọng cac 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 la phương phap 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


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

+ Để xac định giá trị tối ưu cho các thơng sớ 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 cac đại lượng ngẫu nhiên khi thiết kế. Các nhân tố nhiễu là các nhân tố
không kiểm soat được hoặc kiểm sốt với chi phí cao. Thiết kế bền vững
chia lam ba giai đoạn :
Thiết kế hệ thớng: tìm hiểu cơ sở kỹ thuật thiết kế và thiết kế sơ bộ
Thiết kế tham sớ: chọn các giá trị kích thước, tính chất thích hợp
cho tham sớ thiết kế của chi tiết hoặc sản phẩm, sử dụng thiết kế
các suất phân tích độ ảnh hưởng từng thơng sớ
Thiết kế dung sai: chi tiết chất lượng cao thay thế chi tiết cóó́ 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 phap 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 số hệ số. Sau khi có cac kích thước mới tiến hành kiểm nghiệm.
f. Máy tính hỗ trợ thiết kế
Các phần mềề̀m hỗ trợ thiết kế trong các cơng
đoạn Vẽ và mơ hình hóó́a: Autodesk Inventor
Tính tốn: Autodesk Inventor
Mơ phỏng: Autodesk Inventor
X́ó́t bảả̉n vẽ: Autodesk Inventor, Autodesk Autocad
g. Hệ thốố́ng 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 tớc : m/s
h. Cơng cụ tính trong q trình thiết kế máy:
Quá trình thiết kế máy dựa chủ yếu vào tính tốn và thực nghiệm. Nhiều cơng
cụ tính toan khac nhau được áp dụng đê tính toan thiết kế. Nhóó́m 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


TIEU LUAN MOI download :

THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

2.2.

Cấu tạo và yêu cầu với máy Hàn CNC
Cấu tạo đặc trưng may Hàn CNC:
+ May han CNC được cấu tạo từ gồm 2 phần chính: Phần cơ khí va Phần điều
khiển. Phần cơ khí gồm các chi tiết may đc gia công lắp ráp phục vụ cho
các chuyển động chính trên máy. Phần điều khiển gồm các bo mạch tham
gia vào quá trình điều khiển các chuyển động của may để tạo ra mối hàn
trong quá trình vận hành
Yêu cầu với máy hàn CNC:
+ Han được mọi loại bề mặt chi tiết
+ Kết cấu may 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

2.3.

Kết cấu chung của máy hàn điều khiển sớố́

Hình 2.2 Kết cấu chung của máy hàn điều khiển số

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

16

TIEU LUAN MOI download :
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 va cac cơ cấu
điều khiển.
Chương trình điều khiển: Là tập hợp các tín hiệu gọi là là lệnh để điều khiển
may, được mã hóa dưới dạng chữ cái, số và môt số ký hiệu khac như dấu cộng,
trừ, dấu chấm, gạch nghiêng …
Cac 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 hanh, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thơng
qua các tín hiệu được gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược. Bao gồm cac 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 hanh trình, cơ cấu đo vận tốc,
bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín hiệu.
Đây la 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 nay địi
hỏi cóó́ kiến thức từ các giáo trình chuyên ngành khác, cho nên ở đây chỉ giới
thiệu khái quát các thiết bị điện có trong may như sau:

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

17


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

2.3.3.

Các cụm điều khiển mỏ Hàn
a. Cụm điêu khiên máy MCU (Machine Control Unit)
Cụm điều khiển được hình thanh 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 bao cho mô tơ chuyển
động quay đúng số vòng cần thiết → trục vit me bi quay đúng sớ vịng quay
tương ứng → kéo theo chủn 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 va cac sensor phản hồi là
thành phần đặc trưng cho may công cụ điều khiển số CNC
c. Cụm điêu khiên có nhiệm vụ liên kết các chức năng đê thực hiện điêu
khiên 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:
+ Máy tính CPU

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

2.3.4. Các phần tử chấp hành

Động cơ bước:

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

Hình 2.4 Động cơ bước HIẾU

18


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

Động cơ bước là một loại động cơ điện cóó́ nguyên lý và ứng dụng khác biệt
với đa số cac 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 cac xung điện rời
rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góó́c quay hoặc các chủn động của
rơto cóó́ khả năng cớ định rơto vào các vị trí cần thiết.
a. 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 cac tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự
và một tần số nhất định. Tổng sớ góó́c quay của rơto tương ứng với sớ lần

chủn 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
hanh đặc biệt hữu hiệu bởi nóó́ cóó́ 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 cac khí tai quan sat, điều khiển lập
trình trong các thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển cac cơ cấu lai phương va
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 cac cơ cấu
tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tưới trơn, hút thổi phoi, cấp phôi…
Cũng như cac loại máy cắt kim loại khac, đây la bộ phận trực tiếp tham gia cắt
gọt kim loại để tạo hình chi tiết. Tùy theo khả năng cơng nghệ của loại máy
mà cóó́ các bộ phận: Hộp tớc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trược, bàn máy,
trục chính, ổ chứa dao, cac tay may …
Kết cấu từng bộ phận chính chủ yếu như may vạn năng thơng thường, nhưng
cóó́ một vài khác biệt nhỏ để đảm bảo qua trình điều khiển tự động được ổn
định, chính xac, năng suất va đặc biệt là mở rộng khả năng cơng nghệ của
máy.

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HỒNG TRỌNG HIẾU

19


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

a. Thân máy và đế máy:

lần so với thép va đều được kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo khơng cóó́ khuyết
tật đúc.
Bên trong thân máy chứa hệ thớng điều khiển, động cơ của trục chính và rất
nhiều hệ thống khác.
 Yêu cầu:
Phải có độ cứng vững cao.
Phải cóó́ các thiết bị chớng rung
động. Phải có độ ổn định nhiệt.
 Mục đích:
Đảm bảo độ chính xác gia cơng.
Đế may để đỡ tồn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy.
b. Bàn máy:
Ban may la nơi để ga đặt chi tiết gia công hay đồ gá. Nhờ cóó́ sự chủn động
linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của may CNC được
tăng lên rất cao, cóó́ khả năng gia cơng được những chi tiết cóó́ biên dạng phức
tạp.
Đa sớ trên các máy CNC hay trung tâm gia công hiện đại thì ban may đều là
dạng ban may xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ 4, thứ 5 của máy. Nóó́ làm
tăng tính vạn năng cho may 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 thớng thanh trượt dẫn hướng cóó́ 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 thớng thanh trượt phải thẳng, cóó́ khả năng tải cao độ cứng
vững tớt, khơng cóó́ hiện tượng dính, trơn khi trượt.

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HỒNG TRỌNG HIẾU

Hình 2.6 Thanh trượt, con trượt máy CNC

20


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

d. Trục vít me, đai ớố́c bi:

Hình 2. 7 Vít me đai ốc bi máy CNC

Trong máy công cụ điều khiển số người ta thường sử dụng hai dạng vit me cơ
bản đó la: vít me đai ốc thường va vít me đai ốc bi:
+ Vít me đai ớc thường: là loại vít me va đai ớc cóó́ dạng tiếp xúc mặt
+ Vít me đai ớc bi: là loại ma vít me va đai ớc cóó́ dạng tiếp xúc lăn.
e. Các xích động của máy:
Tất cả cac đường chuyền động đến từng cơ cấu chấp hành của máy công cụ
điều khiển số đều dùng những nguồn động lực riêng biệt, bởi vậy cac 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
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 cóó́ 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 cóó́ một vai trị 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 tḥn tiện cho công việc lựa chọ thiết bị
dẫn động, trong chương nay chúng ta đi xây dựng cơng thức tính toan va
chương trình tính chọn các thiết bị dẫn động.
Nội dung trong phần này gồm cóó́:
+ Tổng quan chung bộ trùn vít me.

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HỒNG TRỌNG HIẾU

21


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

+ Tổng quan chung về block, thanh ray dẫn hướng. Cac tính toan 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 cóó́ nhiều loại vít me đai ớc bi, tuy nhiên kết cấó́u của
chúng cóó́ thểả̉ phân ra như sau:
Theo chiêu ren:

Hình 2.8 Các loại chiều ren
 Thông thường theo mặc định sẽ là ren phải.

SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

22


TIEU LUAN MOI download :
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

cơng nghệ khi chế tạo khơng địi hỏi cao.
Theo kiêu 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 thơng nhất hiện nay.kiểu cóó́ rãnh hồi bi theo
rãnh khoan trên đai ớc thường được sử dụng cho các tay máy, kết cấu
không 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 nay thì được áp dụng trong các máy, các thiết bị không yêu

cầu cao cả về độ chính xác lẫn tớc độ của bộ trùn, do cac 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


TIEU LUAN MOI download :
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC

Theo kiêu đặt tải trong:
+ 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 thống rãnh bi được bố trí cách nhau 1 khoảng cach, tương đương

với tấm đệm ở kiểu trên, loại vít me đai ớc bi nay ít được sử dụng do
khoảng các của cac rãnh bi khơng điều chỉnh được và khóó́ chế tạo
+ Đặt tải nhờ lị xo:

Hình 2.14 Hệ thống lị xo
 Đai ớc loại nay ít được sử dụng do tính ổn định khơng cao, lị xo có độ

cứng nhỏ.
SVTH: VĂN THIỆN – MINH TUẤN

GVHD: ThS. HOÀNG TRỌNG HIẾU

24