(Đồ án hcmute) nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phay cnc ba trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY
CNC BA TRỤC

GVHD: TS. HỒNG TRUNG KIÊN
SVTH: PHAN CƠNG MINH
MSSV: 12143120
NGUYỄN TIẾN ÐẠT
MSSV: 12143470
NGUYỄN PHƯƠNG TÙNG MSSV: 12143564

S KL 0 0 4 7 0 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016

do an


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH


KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY

CNC BA TRỤC

Giảng viên hướng dẫn

:

TS. HOÀNG TRUNG KIÊN

Sinh viên thực hiện

:

PHAN CÔNG MINH
NGUYỄN TIẾN ĐẠT
NGUYỄN PHƯƠNG TÙNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016

do an


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH


BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC
BA TRỤC

Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện:

:
:

TS. HỒNG TRUNG KIÊN
PHAN CƠNG MINH
NGUYỄN TIẾN ĐẠT
NGUYỄN PHƯƠNG TÙNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2016

1

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ
THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: TS. Hoàng Trung Kiên
Sinh viên thực hiện:

Phan Công Minh

MSSV: 12143120

Nguyễn Tiến Đạt

MSSV: 12143470

Nguyễn Phương Tùng

MSSV: 12143564

1. Tên đề tài:
Nghiên cứu,Thiết kế và chế tạo máy phay CNC ba trục
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
Chế độ cắt thử nghiệm: Phay mặt đầu, Z= 6(mm), D= 30(mm), chiều sâu cắt
t= 0,8 (mm).
3. Nội dung chính của đồ án:
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và cấu tạo của máy CNC 3-trục. Lên phương án
thiết kế các chi tiết và bộ phận, mơ phỏng và phân tích biến dạng gây ra bởi các
lực tác dụng. Sau đó tìm ra phương án tối ưu và lên kế hoạch gia công lắp ráp,
tiến hành lắp mạch và chạy thử nghiệm.
4. Các sản phẩm dự kiến
Sản phẩm dự kiến là mô hình máy CNC 3-trục hồn chỉnh, phục vụ cho các
nghiên cứu về thiết kế máy và phát triển lên bôn, năm trục.
5. Ngày giao đồ án: 10/03/2016
6. Ngày nộp đồ án: 20/07/2016

 Được phép bảo vệ …………………………………………
TRƯỞNG BỘ MÔN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

Hoàng Trung Kiên

2

do an


LỜI CAM KẾT
Tên đề tài: Thiết kế chế tạo máy phay CNC ba trục
GVHD: TS. Hoàng Trung Kiên
Họ tên sinh viên: Nguyễn Tiến Đạt
MSSV: 12143470
Lớp: 121433B
Địa chỉ sinh viên: Số 40, đường số 9, phường Linh Chiểu, quận Thủ
Đức, TP HCM.
Số điện thoại liên lạc: 01645049492
Email:
Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 20/07/2016
Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này
là cơng trình do chính tơi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tơi khơng sao chép từ
bất kỳ một bài viết nào đã được cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có

bất kỳ một sự vi phạm nào, chúng tôi xin chịu hồn tồn trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 7 năm 2016
Ký tên

3

do an


LỜI CẢM ƠN
Qua khoảng thời gian 4 năm học tại khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy , trường
DH Sư Phạm Kĩ Thuật TP.HCM ,dưới sự giúp đỡ của thầy cô, cũng như sự nỗ
lực cua bản than , chúng em đã tích lũy được một số kiến thức để có thể tham
gia vào đội ngũ thiết kế gia công chế tạo cơ khí sau này. Và thước đo của kiến
thức đó chính là việc hồn thành tốt đồ án mơn học. Đó thực sự là 1 thử thách
rất lớn đối với những sinh viên như chúng em khi phải giải quyết một khối
lượng cơng việc lớn như thế.
Hồn thành đồ án là lần thử thách đầu tiên của chúng em với cơng việc
tính tốn phức tạp, gặp rất nhiều vướng mắc và thi cơng khó khăn. Tuy nhiên
được sự giúp đỡ cũa các thầy, đặc biệt là thầy Hoàng Trung Kiên- giảng viên
hướng dẫn, đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này. Nhưng với kiến thức hạn
hẹp của mình, đồng thời chưa có kinh nghiệm trong tính tốn, nên đồ án khơng
thể tránh khỏi những sai sót. Chúng em kính mong tiếp tục được thầy , cơ chỉ
bảo để chúng em có thể hồn thành kiến thức hơn nưa.
Cuối cùng chúng em xin chân thành cám ơn các thầy khoa Công Nghệ Chế
Tạo Máy, trường ĐH Sư Phạm Kĩ Thuật, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để
chugn1 em có thời gian tập trung vào bài làm. Cuối cùng chúng em xi chân
thành cám ơn Thầy Hoàng Trung Kiên, người trực tiếp hướng dẫn, giúp em
hoàn thành đồ án này.
Tp.HCM tháng 7 năm 2016

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Tiến Đạt
Phan Công Minh
Nguyễn Phương Tùng

4

do an


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Trong giai đoạn phát triển đi lên theo hướng hiện đại hóa, cơng nghiệp hóa
sản xuất của đất nước ta hiện nay, thì việc sử dụng các loại máy móc hiện đại
thay thế sức lao động của con người là xu hướng tất yếu để tăng năng xuất lao
động, tạo được nhiều sản phẩm chất lượng cao phục vụ cuộc sống, giải phóng
sức lao động con người.
Trong cơng nghiệp để tạo ra các sản phẩm có chất lượng tốt, độ bền cao,
mẫu mã đẹp và đảm bảo tiêu chuẩn, phục vụ nhu cầu cuộc sống, phát triển kinh
tế thì cần phải có hệ thống sản xuất tự động bao gồm nhiều loại máy móc cơng
nghiệp hiện đại khác nhau.
Máy CNC (computer numerical controlled) là những công cụ gia cơng kim
loại tinh tế có thể tạo ra những chi tiết phức tạp theo yêu cầu của công nghệ
hiện đại. Phát triển nhanh chóng với những tiến bộ trong máy tính, ta có thể bắt
gặp CNC dưới dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt
mài, máy đột rập và nhiều cơng cụ cơng nghiệp khác. Thuật ngữ CNC liên quan
đến một nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính để điều khiển các chuyển
động và thực hiện q trình gia cơng kim loại. Bài viết này sẽ thảo luận hai loại
máy phổ biến nhất trên thị trường hiện nay là máy tiện và máy phay.
Sự tiến bộ trong máy tính và trí thông minh nhân tạo sẽ làm cho những
chiếc máy CNC tương lai nhanh hơn và dễ vận hành hơn. Tất nhiên, giá của

những chiếc máy như vậy chắc chắn sẽ khơng rẻ và có thể vượt q tầm với của
nhiều cơng ty. Tuy nhiên, nó sẽ đưa giá của những máy CNC cơ bản thực hiện
những chuyển động 3 trục ban đầu xuống một mức độ nhất định.
Các loại máy CNC sẽ có một tương lai bùng nổ mạnh mẽ. Một ý tưởng
đang được phát triển là một chiếc máy có trục chính được treo lên bởi sáu thanh
giằng vít me bi lồng vào nhau. Chuyển động của trục chính được điều khiển bởi
một máy tính phức tạp có khả năng thực hiện hàng triệu phép tính để đảm bảo

5

do an


đường mức chi tiết chính xác.
Đồ án này trình bày về q trình tính tốn ,thiết kế, chế tạo hệ thống dẫn
hướng cho gia công dưới sự di chuyển của 3 trục chính.

6

do an


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN ....................................................................................... 2
LỜI CAM KẾT ............................................................................................... 3
LỜI CÁM ƠN ................................................................................................. 4
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ......................................................................................... 5
MỤC LỤC....................................................................................................... 7
DANH MỤC SƠ ĐỒ HÌNH VẼ ..................................................................... 8
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CỦA MÁY CNC . 9

1.1. KHÁI NIỆM VỀ MÁY CNC ........................................................... 9
1.2. KẾT CẤU MÁY CNC ................................................................... 10
1.2.1. Phần cơ khí .......................................................................... 11
1.2.2. Phần điện ............................................................................. 15
1.3. THỰC TRẠNG SẢN XUẤT MÁY CNC TẠI VIỆT NAM ......... 19
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG MÁY CNC .. 23
2.1. TÍNH TỐN LỰA CHỌN CỤM TRỤC VÍT ME BI TRỤC Z ... 23
2.1.1. Các thơng số đầu vào........................................................... 23
2.1.2. Bước vít me ......................................................................... 24
2.1.3. Lực cắt chính của máy ........................................................ 24
2.1.4. Tính tốn lựa chọn trục vít, chọn động cơ .......................... 25
2.2. TÍNH TỐN LỰA CHỌN CỤM TRỤC VÍT ME BI TRỤC X ... 31
2.2.1. Các thơng số đầu vào........................................................... 32
2.2.2. Bước vít me ......................................................................... 32
2.2.3. Lực cắt chính của máy ........................................................ 32
2.2.4. Tính tốn lựa chọn trục vít, chọn động cơ .......................... 33
2.3. TÍNH TỐN LỰA CHỌN CỤM TRỤC VÍT ME BI TRỤC Y ... 38
2.3.1. Các thông số đầu vào........................................................... 38
2.3.2. Bước vít me ......................................................................... 38
2.3.3. Lực cắt chính của máy ........................................................ 38
2.3.4. Tính tốn lựa chọn trục vít, chọn động cơ .......................... 39
2.4. THÔNG SỐ MÁY GIA CÔNG CNC BA TRỤC ......................... 44
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH LỰC CÁC TRỤC ....................... 44
CHƯƠNG IV: CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP .................................................... 47
4.1. CHẾ TÃO VÀ CHUẨN BỊ NHỮNG CHI TIẾT ......................... 47
4.2. THIẾT KẾ CHUẨN LẮP RÁP ..................................................... 50
4.3. LẮP RÁP........................................................................................ 50
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN ........................................................................... 53
Tài liệu tham khảo......................................................................................... 54

7

do an


DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cấu tạo máy CNC ......................................................................... 11
Hinh 1.2: Cụm trục chính.............................................................................. 12
Hình 1.3: Ray dẫn hướng .............................................................................. 13
Hình 1.4: Ổ tích dụng cụ ............................................................................... 14
Hình 1.5: Động cơ bước................................................................................ 17
Hình 1.6: Động cơ servo ............................................................................... 18
Hình 1.7: Hệ thống cơ khí trong máy phay CNC 3 trục ............................... 19
Hình 1.8: Vận hành máy CNC ...................................................................... 20
Hình 2.1: Hệ thống trục vít me trục Z........................................................... 26
Hình 2.2: Hệ thống trục vít me trục X .......................................................... 33
Hình 2.3: Hệ thống trục vít me trục Y .......................................................... 39
Hình 3.1: Bàn máy X , Y làm bằng nhơm .................................................... 44
Hình 3.2: Bàn máy X , Y làm bằng thép....................................................... 45
Hình 3.3: Bàn máy X thép , Y nhơm ............................................................ 45
Hình 3.4: Biên dạng trục Z làm bằng nhơm ................................................ 46
Hình 4.1: Mơ hình máy CNC hồn chỉnh .................................................... 47
Hình 4.2: Động cơ bước ................................................................................ 48
Hình 4.3: Ray trượt ....................................................................................... 48
Hình 4.4: Trục vít me ................................................................................... 49
Hình 4.5: Puly, đai hình thang ..................................................................... 49

8

do an

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CỦA
MÁY CNC
1.1 KHÁI NIỆM VỀ MÁY CNC
CNC viết tắt cho Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) (điều khiển
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 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. Việc gia tăng tự động hóa trong q trình
sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng.
Kĩ 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 các
sản xuất (trong tầm giới hạn).
Các loại máy tiện CNC phổ biến hiện nay gồm có:


Máy tiện CNC

9

do an




Máy phay CNC



Máy khoan tia lửa điện CNC



Máy cắt dây, độn dập CNC Ưu điểm của máy CNC:

So với các máy cơng cụ thường dùng, máy CNC có nhiều ưu việt hơn,
thể hiện ở các điểm sau:


Gia công được nhiều chi tiết phức tạp hơn.



Quy hoạch thời gian sản xuất tốt hơn.



Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung ngun cơng cao hơn và

giảm thời gian phụ.


Tính linh hoạt cao hơn.



Độ lớn loạt tối ưu nhỏ hơn.



Chi phí kiểm tra giảm.



Chi phí do phế phẩm giảm.



Hoạt động liên tục nhiều ca sản xuất.



Giảm số nhân công.



Hiệu suất cao.



Tăng năng lực sản xuất.

1.2. KẾT CẤU MÁY CNC:
Gồm 2 phần chính đó là:
+ Phần cơ khí: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục vít me
bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng.
+ Phần điện: các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính
trung tâm.

10

do an


1.2.1 Phần cơ khí:

Hình 1.1: Cấu tạo máy CNC
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 khơng có
khuyết tật đúc.
Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và
rất nhiều hệ thống 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:
-Phải
-Đế

đảm bảo độ chính xác gia cơng.

máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy.

Bàn máy
Bàn máy là nơi để gá đặt chi tiết gia cơng hay đồ gá. Nhờ có sự chuyển

11

do an


động linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC
được tăng lên rất cao, có khả năng gia cơng 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.

Cụm trục chính
Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để
cắt gọt phơi trong q trình gia cơng.

Hinh 1.2: Cụm trục chính
Nguồn động lực điều khiển trục chính: Trục chính được điều khiển bởi các
động cơ. Thường sử dụng động cơ Servo theo chế độ vịng lặp kín, bằng cơng
nghệ số để tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao dưới chế độ tải
nặng.
Hệ thống điều khiển chính xác góc giữa phần quay và phần tĩnh của động
cơ trục chính để tăng momen xoắn và gia tốc nhanh. Hệ thống điều khiển này

12

do an


cho phép người sử dụng có thể tăng tốc độ của trục chính lên rất nhanh.
Các dạng điều khiển trục chính.
Điều khiển đai

Điều khiển trực tiếp

Điều khiển bánh răng

-Truyền động từ động cơ -Ưa điểm chính là nó có -Nó có khả năng duy trì
tới trục chính thong qua thể cải thiện được tốc độ tốc độ 10000 v/p ở chế
dây đai.

trục chính lên đến 12000 độ tải nặng.
v/p
-Tạo ra quá trình làm
việc êm

Ray dẫn hướng
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 trươt trượt phải thẳng, có khả năng tải cao độ
cứng vững tốt, khơng có hiện tượng dính, trơn khi trượt.

Hình 1.3: Ray dẩn hướng
Trục vit me, đai ốc
Trong máy công cụ điều khiển số người ta thường sử dụng hai dạng vit me
cơ bản đó là: vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi:

13

do an


Hình 1.4: Vít me đai ốc


Vít me đai ốc thường: là loại vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt



Vít me đai ốc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn.

Ổ tích dụng cụ
Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho q trình gia cơng. Nhờ có ổ tích
dao mà máy CNC có thể thực hiện được nhiều ngun cơng cắt gọt khác nhau
liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác nhau. Do đó q trình gia cơng nhanh hơn
và mang tính tự động hố cao, có 3 dạng chính :

Hình 1.4: Ổ tích dụng cụ

14

do an


Các xích động của máy
Tất cả các 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 các xích động
học chỉ cịn 2 loại cơ bản sau:
-

Xích động học tốc 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 vơ
cấp, dẫn động trục chính thơng qua một hộp tốc 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.
1.2.2 Phần điện:
Các cụm điều khiển chính trên máy CNC
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
chuyển động quay đúng số vịng cần thiết →trục vit me bi quay đúng số vòng
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 số vòng quay cần thiết được thực hiện.
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:

15

do an


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


Máy tính CPU



Bộ nhớ RAM, ROM



Hệ thống BUS



Điều khiển trình tự PMC



Điều khiển SERVO



Bộ phần ghép nối

Các loại động cơ trên máy CNC
Động cơ một chiều:
-Ưu điểm:
thành rẻ.

+ Momen khởi động lớn, dễ điều khiên tốc độ và chiều, giá

-Nhược điểm: + Dải tốc độ điều khiển hẹp.
+ Phải có mạch nguồn riêng.
Động cơ xoay chiều:
-Ưu điểm:

+ Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều.
+ Đa dạng và phong phú về chủng loại, giá thành rẻ.

-Nhược điểm:+ Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển
và phần chấp hành để đảm bảo an toàn, momen khởi động nhỏ.
+ Mạch điểu khiển tốc độ phức tạp.
Động cơ bước:
-Ưu điểm:

+ Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, khơng cần mạch

16

do an


phản hồi.
+ Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC.
-

Nhược điểm:
+ Giá thành cao, momen xoắn nhỏ, momen máy nhỏ.

Hình 1.5: Động cơ bước
Động cơ servo:

Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín
hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận
tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bất kỳ lí do nào
ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu
ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho
động cơ đạt được điểm chính xác.

17

do an


Hình 1.6: Động cơ servo

Loại động cơ này có một số đặc điểm chung như :
Momen quán tính nhỏ.
Đặc điểm động học tốt.
Thường được tích hợp sẵn cảm biến đo tốc độ hay góc quay.
Có dải tần số cơng tác rộng 0÷400 Hz.

18

do an


Hình 1.7: Hệ thống cơ khí trong máy phay CNC 3 trục
1.3. THỰC TRẠNG SẢN XUẤT MÁY CNC TẠI VIỆT NAM : ( số liệu
2010
Nguồn lực CNC: Giải pháp phát triển sản xuất máy CNC tại
Việt Nam

Năm năm trở lại đây, với sự đầu tư cho nghiên cứu về máy Cơng cụ điều
khiển số CNC của Chính phủ, sự cố gắng của các nhà khoa học và doanh
nghiệp, hàng loạt máy CNC “Made in Việt Nam” ra đời và đang được người
dùng tin cậy. Tuy nhiên, làm thế nào để phát triển sản xuất máy CNC trong
nước, nâng cao năng lực đội ngũ cán bộ CNC là điều thực sự cần thiết đối với

19

do an


Việt Nam.
Tình hình sản xuất máy CNC trong nước
Máy phay CNC là sản phẩm máy công cụ điều khiển số do Công ty TNHH
Cơ điện tử Bách Khoa (BKMech) chế tạo và là chủng loại máy đầu tiên Việt
Nam sản xuất thành cơng. Máy có tốc độ phay của trục chính lên đến 24.000
vịng/ph, tốc độ dịch chuyển khoảng 30m/ph, giúp giảm thời gian gia cơng,
trung bình tiết kiệm khoảng 20 – 40% so với gia công phay thông thường do tốc
độ cắt cao hơn. Giá dự kiến của sản phẩm khoảng từ 50.000 USD – 80.000
USD tùy vào cấu hình khách hàng đặt, bằng khoảng 50% so với nhập khẩu từ
Đài Loan. Máy phay CNC 5 trục – sản phẩm của Đề tài KC.05.28/01-05 về
“Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy phay CNC 5 trục” của TS. Hoàng Vĩnh Sinh Viện Cơ khí – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (ĐHBKHN) đã được Công
ty Rorze Robotech của Nhật đặt chế tạo với giá 140.000 USD. Trong khi đó,
trong hơn 100 công ty sản xuất máy của Đài Loan, chỉ có gần 10% cơng ty có
đủ năng lực để chế tạo chủng loại máy này.

Hình 1.8: Vận hành máy CNC

20

do an


Theo phân tích của TS. Hồng Vĩnh Sinh, có hai xu hướng tồn tại song
song trong việc sản xuất các máy CNC tại Việt Nam. Thứ nhất là xu hướng mua
các “xác máy” cũ. Các máy này có thể là máy CNC hoặc máy vạn năng thông
thường được loại bỏ các thành phần không liên quan như các động cơ, tay
quay,… Sau đó, thay thế các thiết bị truyền động thích hợp, lắp ráp các thiết bị
điều khiển, đặt tham số điều khiển phù hợp cho quá trình hoạt động của máy.
Xu hướng này sử dụng được kết cấu máy có sẵn nên giảm chi phí chế tạo kết
cấu máy và đã được thực hiện nhiều ở các viện nghiên cứu như IMI… Nhưng
khó có thể biết các kết cấu được xây dựng liệu đã phù hợp với hoạt động của
máy CNC hay chưa, có thể kiểm sốt độ chính xác của máy hay không,…
Thứ hai là xu hướng chế tạo các thành phần của kết cấu máy và lắp ráp tại
Việt Nam (đây là hướng công ty BKMech đang tiến hành). Các bộ phận điều
khiển sẽ được nhập, lắp ráp theo yêu cầu của người sử dụng. Đây là xu hướng
bắt buộc đối với các nhà sản xuất CNC nếu muốn đưa máy CNC nhãn hiệu Việt
Nam phổ biến rộng tại nước ta. Vì chỉ có chế tạo mới có thể kiểm sốt được các
sai số của máy và cách khắc phục. Hơn nữa việc chế tạo những kết cấu máy sẽ
thúc đẩy các ngành công nghiệp đúc, gia cơng cơ khí chính xác,… phát triển.
Với sự đầu tư có định hướng thì chất lượng của máy CNC sản xuất tại Việt Nam
hồn tồn có thể tintưởngđược.
TS. Hồng Vĩnh Sinh cho biết, hiện nay nước ta vẫn phải nhập các bộ điều
khiển cho máy CNC bao gồm các module để lắp ráp vào bộ thân máy sản xuất
trong nước. Giá thành của toàn bộ các module điều khiển chiếm khoảng 40%
giá thành của máy. Cấu trúc của các bộ điều khiển là dạng đóng, người dùng
khơng thể tương tác với cấu trúc bên trong nên gặp khó khăn trong quá trình sữa
chữa, bảo trì máy CNN như: thiếu thiết bị thay thế khi hỏng hóc, đội ngũ kỹ
thuật khơng đáp ứng được việc sửa chữa do khơng có đầy đủ thông tin về cấu
trúc bên trong của bộ điều khiển v.v. Nước ta chưa có được đội ngũ kỹ thuật đủ

khả năng đáp ứng cho việc sản xuất một máy phay CNC hoàn toàn nội địa, thiết
bị kỹ thuật trong nước còn lạc hậu và phụ thuộc lớn vào các nhà cung cấp nước
21

do an


ngồi. Vì vậy, việc đào tạo nguồn nhân lực về CNC thực sự cần thiết.
Đào tạo nguồn lực CNC: đầu tư khơng sợ lỗ
Có thể thấy, nguồn lực và thiết bị là hai nguyên nhân khiến việc sản xuất
và sử dụng máy CNC gặp nhiều khó khăn. Trong đó, vấn đề về nguồn lực một
phần do chất lượng đào tạo về CNC còn yếu, thiết bị đào tạo trong nước còn
quá hạn chế. Với số lượng sinh viên ngày càng cao như hiện nay trong khi giá
thành của thiết bị cao, thì tình trạng thiếu thiết bị cho sinh viên thực tập đang là
vấn đề nhức nhối chưa có hướng giải quyết.
Theo TS. Hoàng Vĩnh Sinh, cần từng bước tiến hành nghiên cứu và chế tạo các
module của hệ điều khiển CNC mang nhãn hiệu Việt Nam. Với sự phát triển
của công nghệ thông tin nước ta hiện nay, việc nghiên cứu, chế tạo phần mềm
điều khiển CNC dạng PC-based hồn tồn có thể giải quyết được.
Song song với việc chế tạo các máy CNC công nghiệp, cần chú trọng vào
việc tạo ra các bộ CNC dùng cho giáo dục gồm cấu trúc máy nhỏ gọn hoặc chỉ
là bộ kit điều khiển CNC riêng biệt với đầy đủ tính năng hoạt động của một máy
CNC công nghiệp phục vụ giảng dạy trong các trường đại học. Từ đó, tạo
nguồn nhân lực có tư duy tốt hơn về các hệ thống sản xuất hiện đại, thúc đẩy
các sinh viên tham gia học tập, nghiên cứu.
Mới đây (tháng 8/2010), Hội đồng xét tuyển cũng đã chọn và giao các nhà
khoa học của ĐHBKHN thực hiện Đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu thiết kế và
chế tạo hệ thống thiết bị điều khiển CNC đáp ứng nhu cầu công nghiệp sản xuất
máy CNC Việt Nam”. Chắc chắn, với sự quan tâm, đầu tư của Nhà nước bằng
nhiều cơ chế, khuyến khích, máy CNC “Made in Việt Nam” sẽ dần khẳng định

được thương hiệu của mình trên thị trường, tiếp tục đóng góp phát triển nền
kinh tế - xã hội nước nhà.

22

do an


CHƯƠNG II: TÍNH TỐN CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG MÁY
CNC
Các thiết bị dẫn động có một vai trị quan trọng trong máy CNC, là nhân tố
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 cơng việc bắt buộc và phức tạp với nhiều công
thức cần thiết lập. Vì vậy, để thuận tiện cho cơng 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.
2.1. TÍNH TỐN LỰA CHỌN CỤM VÍT ME BI TRỤC Z
2.1.1 Các thơng số đầu vào
-

Loại máy CNC : Phay
Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT :
 Phay mặt đầu
 Dao có 6 lưỡi (z=6), đường kính D= 30 (mm)
 Tiêu chuẩn quốc gia : JIS
 Vật liệu SUS440C


Grade 4040
 Vận tốc : v= 30m/ph


Chiều sâu cắt : t= 0,8mm

Lượng chạy dao phút : F = 900 (mm/ph)
- Khối lượng lớn nhất của chi tiết : M = 6 (KG)
=> W = 6 ( kgf ) = 60 (N)
- Trọng lượng bàn gá trục Z : Wz= 50 N
- Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công : V1=18m/ph
- Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công : V2 = 12m/ph
- Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống : a=0,5g=5m/s2
-

Thời gian hoạt động : Lt= 25000h ( khoảng 8,6 năm)
Tốc độ vòng động cơ : Nmax = 2000rpm

-

Hệ số ma sát trơn bề mặt : 𝜇 =0,1

23

do an