Thiết kế, chế tạo trục xoay a c cho máy phay cnc 5 trục
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.34 MB, 89 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TRỤC XOAY A C
CHO MÁY PHAY CNC 5 TRỤC
GVHD: ThS. TRẦN CHÍ THIÊN
SVTH : NGUYỄN VĂN SANG
VŨ HOÀNG NĂNG
BÙI NHẬT KHÁNH
SKL011003
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2023
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:
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TRỤC XOAY
A C CHO MÁY PHAY CNC 5 TRỤC
Giáo viên hướng dẫn: ThS. TRẦN CHÍ THIÊN
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN SANG
Khóa:
MSSV: 19143320
VŨ HỒNG NĂNG
19143291
BÙI NHẬT KHÁNH
19143264
2019 – 2023
TP Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2023
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn: Công Nghệ Chế Tạo Máy
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Học kỳ II / năm học 2023
Giảng viên hướng dẫn: Ths. Trần Chí Thiên
Sinh viên thực hiện:
1. Nguyễn Văn Sang
MSSV: 19143320
Điện thoại: 0948167769
2. Vũ Hoàng Năng
MSSV: 19143291
Điện thoại: 0356126643
3. Bùi Nhật Khánh
MSSV: 19143264
Điện thoại: 0932532984
1. Mã số đề tài: 22223DT231
Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo trục xoay AC cho máy phay CNC 5 trục
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
-
Không gian thiết kế trục AC: 500x450x250 mm
3. Nội dung chính của đồ án:
-
Nghiên cứu tổng quan về máy CNC 5 trục.
-
Nghiên cứu, thiết kế trục xoay AC.
-
Tính tốn, thiết kế, lựa chọn phương pháp gia công.
-
Lắp ráp phần điện, bộ điều khiển.
-
Chạy thử nghiệm, đánh giá.
4. Các sản phẩm dự kiến:
-
Bản vẽ chi tiết, bản vẽ 3D, bản vẽ lắp.
-
Tập thuyết mình.
-
Mơ hình trục AC, mơ hình máy phay CNC 5 trục
5. Ngày giao đồ án:
6. Ngày nộp đồ án:
7. Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh Tiếng Việt
Trình bày bảo vệ:
Tiếng Anh Tiếng Việt
TRƯỞNG KHOA
TRƯỞNG BỘ MÔN
GIẢNG VIÊN HƯỚNG
DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)
(Ký, ghi rõ họ tên)
(Ký, ghi rõ họ tên)
Được phép bảo vệ....................................................
(GVHD ký, ghi rõ họ tên
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Học kỳ I/ năm học 2022/2023
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Sinh viên thực hiện:
1. Nguyễn Văn Sang MSSV: 19143320 Điện thoại: 0948167769
2. Vũ Hoàng Năng
MSSV: 19143291 Điện thoại: 0356126643
3. Bùi Nhật Khánh
MSSV: 19143264 Điện thoại: 0932532984
Mã số đề tài: 22223DT231
Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo trục xoay AC cho máy phay CNC 5 trục
Ngành đào tạo: Công nghệ chế tạo máy
Họ và tên GV hướng dẫn: : ....................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên
cứu có thể tiếp tục phát triển)
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
3. Kết quả đạt được:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
4. Những thiếu sót tồn tại của ĐATN:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
5. Câu hỏi:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
6. Đánh giá.
1.
Điểm
tối đa
Mục đánh giá
STT
Điểm đạt
được
Hình thức và kết cấu ĐATN
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của
các mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
Tính cấp thiết của đề tài
2.
Nội dung ĐATN
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học
và kỹ thuật, khoa học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành
phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với
những ràng buộc thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm
chuyên ngành…
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
Tổng điểm
7. Kết luận
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP HCM, ngày
tháng
năm 2023
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Học kỳ I/ năm học 2022/2023
(Dành cho giảng viên phản biện)
Sinh viên thực hiện:
1. Nguyễn Văn Sang MSSV: 19143320 Điện thoại: 0948167769
2. Vũ Hoàng Năng
MSSV: 19143291 Điện thoại: 0356126643
3. Bùi Nhật Khánh
MSSV: 19143264 Điện thoại: 0932532984
Mã số đề tài: 22223DT231
Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo trục xoay AC cho máy phay CNC 5 trục
Ngành đào tạo: Công nghệ chế tạo máy
Họ và tên GV phản biện: ........................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Đánh giá.
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
2. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
3. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên
cứu có thể tiếp tục phát triển)
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
4. Kết quả đạt được:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
5. Những thiếu sót tồn tại của ĐATN:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
6. Đánh giá:
STT
1.
Điểm
tối đa
Mục đánh
giá
Điểm đạt
được
Hình thức và kết cấu ĐATN
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của
các mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
Tính cấp thiết của đề tài
2.
Nội dung ĐATN
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học
và kỹ thuật, khoa học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành
phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với
những ràng buộc thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm
chuyên ngành…
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
Tổng điểm
7. Kết luận
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP HCM, ngày
tháng
năm 2023
GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
(Ký, ghi rõ họ tên)
LỜI CAM KẾT
Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo trục xoay AC cho máy phay CNC 5 trục
Mã số đề tài: 22223DT231
GVHD: Ths. Trần Chí Thiên
Họ tên sinh viên:
1. Nguyễn Văn Sang
MSSV: 19143320 Điện thoại: 0948167769
2. Vũ Hoàng Năng
MSSV: 19143291 Điện thoại: 0356126643
3. Bùi Nhật Khánh
MSSV: 19143264 Điện thoại: 0932532984
Địa chỉ: 104 đường số 4, phường Tam phú, quận Thủ Đức, TPHCM
Email:
Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN):
Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng
trình do chính tơi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không 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, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 8 năm 2023
Ký tên
i
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, chúng em muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những thầy cơ đã
dành tình cảm và tận tâm chỉ dẫn chúng em trong suốt quá trình làm đồ án, đặc
biệt là sự hỗ trợ tận tình của thầy Trần Chí Thiên - người đã đồng hành và hướng
dẫn chúng em từ khi bắt đầu cho đến khi hoàn thành đồ án.
Đồ án tốt nghiệp không chỉ đánh dấu một cột mốc quan trọng trong hành
trình học tập của chúng em trong suốt 4 năm rèn luyện tại trường, mà còn là nơi
để chúng em áp dụng kiến thức đã học được trên ghế nhà trường vào thực tế.
Nhờ đồ án tốt nghiệp, chúng em đã rút ra được nhiều bài học quý báu và hồn
thiện bản thân mình tốt hơn để chuẩn bị cho tương lai. Bên cạnh đó, chúng em
khơng thể khơng bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến phụ huynh của chúng em.
Qua những nỗ lực không ngừng, phụ huynh đã tạo điều kiện và hy sinh không
quản ngại để chúng em có thể bước vào con đường đại học. Sự ủng hộ và tình
u thương vơ điều kiện từ phụ huynh đã trở thành nguồn động lực quan trọng
giúp chúng em vượt qua những khó khăn trong khoảng thời gian chập chững
bước vào đời.
Thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp là giai đoạn đầy khó khăn đối với thế
hệ sinh viên chúng em. Tuy nhiên, chúng em đã may mắn nhận được sự chỉ bảo
tận tâm từ giảng viên hưỡng dẫn và các thầy cô trong bộ môn Cơ Khí Chế Tạo
Máy. Nhờ vào sự hướng dẫn đáng quý đó, chúng em đã vượt qua mọi thử thách
và hồn thành đồ án một cách hiệu quả nhất.
Trong quá trình thực hiện Đồ Án Tốt Nghiệp, chúng em nhận thấy vẫn cịn
một số thiếu sót. Vì vậy, chúng em mong rằng các thầy cơ có thể thơng cảm và
đóng góp ý kiến q báu của mình, để chúng em có thể học hỏi và rút kinh
nghiệm trong tương lai.
Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy cô đã dành
thời gian và tâm huyết để hướng dẫn chúng em. Sự giúp đỡ quý báu của quý vị
đã góp phần khơng nhỏ vào sự thành cơng của đồ án tốt nghiệp này. Chúng em
sẽ mãi mãi ghi nhớ và trân trọng những gì mà quý vị đã dạy dỗ, để áp dụng vào
cuộc sống và sự nghiệp tương lai.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
ii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
“Thiết kế và chế tạo trục xoay AC cho máy phay CNC 5 trục ”
Cùng với sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật máy móc phục vụ cho đời
sống và công nghiệp cũng xuất hiện nhiều hơn. Từ đó hàng loạt máy CNC ra
đời có khả năng sản xuất ra những sản phẩm khó cũng dễ dàng và đạt năng
suất cao hơn. CNC cịn có khả năng tự động hóa, giúp tăng cường năng suất
và hiệu quả sản xuất. Một khi các chương trình gia cơng đã được lập trình và
thiết lập, máy CNC có thể hoạt động một cách tự động trong thời gian dài
mà không cần sự can thiệp của con người. Điều này giúp tiết kiệm thời gian,
công sức và giảm thiểu nguy cơ sai sót do yếu tố con người gây ra. Máy CNC
ra đời đáp ứng nhiều nhu cầu khác nhau trong ngành gia công chế tạo.
Đề tài được nghiên cứu dựa trên máy CNC 3 trục có sẵn, từ đó thiết kế và
chế tạo thêm trục xoay A C, lắp ráp đồng bộ để phát triển thành máy phay CNC
5 trục. Sau cùng là tiến hành đo đạc độ chính xác và chạy thử nghiệm để đạt đúng
yêu cầu ban đầu của đề tài.
Cụm trục AC sau khi chế tạo có kích thước 430x220x232 mm, vật liệu
chế tạo chính là nhôm 6061 đảm bảo trục khi lắp đặt động cơ có thể hoạt
động nhẹ nhàng và chính xác. Máy sau khi hồn có khả năng gia cơng các
hình dạng phức tạp với sai số kích thước đạt mức 0.02 mm.
iii
ABSTRACT
“Design and manufacture AC spindle for 5 axis CNC milling machine”
With the advancements in machinery and engineering, numerous CNC
machines have been developed, capable of producing complex products with
higher efficiency and productivity. CNC machines also offer automation,
enhancing productivity and manufacturing efficiency. Once the machining
programs are programmed and set up, CNC machines can operate
automatically for extended periods without human intervention. This saves
time, effort, and reduces the risk of errors caused by human factors. CNC
machines have been developed to meet various needs in the manufacturing
industry.
This project focuses on a 3-axis CNC machine and aims to design and
fabricate an additional AC rotary axis to upgrade it into a 5-axis CNC milling
machine. Finally, the accuracy of the machine is measured and tested to meet
the initial requirements of the project.
The AC rotary axis assembly, with dimensions of 430x220x232 mm, is
primarily made of aluminum 6061, ensuring smooth and precise operation
when installing the motor. The completed machine is capable of machining
complex shapes with dimensional tolerances reaching 0.02 mm.
iv
MỤC LỤC
LỜI CAM KẾT ......................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ................................................................................................... iii
MỤC LỤC................................................................................................................. v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................... viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................ x
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ..................................................................................... 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài. ..................................................................................... 1
1.2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. ............................................................... 2
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. .......................................................................... 2
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu........................................................................ 3
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu. .................................................................................. 3
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu....................................................................................... 3
1.5. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 3
1.5.1. Cơ sở phương pháp luận .............................................................................. 3
1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể. ............................................................ 3
1.6. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp .............................................................................. 3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ......................................... 5
2.1. Máy phay CNC 5 trục ......................................................................................... 5
2.2. Phần cứng cơ khí của máy .................................................................................. 5
2.3. Các nghiên cứu liên quan đến đề tại ................................................................... 5
2.3.1. Các nghiên cứu ngoài nước.......................................................................... 5
2.3.2. Các nghiên cứu trong nước .......................................................................... 6
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT......................................................................... 8
3.1. Khái quát về máy phay CNC . ........................................................................... 8
3.2. Cấu tạo chung và quy ước máy CNC................................................................... 8
3.3. Các kiểu hệ thống điều khiển. .......................................................................... 10
v
3.4. Động cơ Step và động cơ Servo ....................................................................... 11
3.5. Cảm biến tiệm cận ............................................................................................ 12
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ .............. 13
4.1. Phân tích thiết kế, đặc điểm của máy CNC 3 Trục đã có và lựa chọn phương
án phù hợp. ........................................................................................................ 13
4.1.1. Phương án thiết kế máy phay CNC 5 trục ................................................. 13
4.1.2. Phương pháp tạo phôi ............................................................................... 15
4.2. Lựa chọn loại động cơ cho trục A và trục C..................................................... 17
4.3. Lựa chọn kết cấu truyền động .......................................................................... 18
4.3.1. Phương án truyền động trục A................................................................... 18
4.3.2. Phương án truyền động trục C .................................................................... 19
4.3.3. Lựa chọn hộp số truyền động cho 2 trục A & C......................................... 20
CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ.............................................................. 22
5.1. Tính toán lực cắt ............................................................................................... 22
5.1.1. Xác định chế độ cắt. .................................................................................. 22
5.1.2. Xác định lực tác dụng khi gia công. .......................................................... 23
5.1.3. Phương pháp nguyên lý cắt. ...................................................................... 24
5.2. Tính tốn, lựa chọn ren. .................................................................................... 25
5.3. Tính tốn, thiết kế cụm 5 .................................................................................. 25
5.3.1. Quy trình thiết kế ....................................................................................... 25
5.3.2. Thiết kế cơ khí ........................................................................................... 28
5.3.3. Tính tốn lựa chọn động cơ. ...................................................................... 33
5.3.4 Tính tốn lựa chọn hộp số harmonic .......................................................... 37
5.3.5.Tính tốn lựa chọn ổ lăn ............................................................................. 38
5.4. Kiểm tra bền ( Kiểm tra trên phần mềm Autodesk Inventor 2020) ................. 40
5.4.1. . Kiểm bền phần đỡ trục A của giá xoay. .................................................. 40
5.4.2. Kiểm tra độ bền phần trục đỡ ổ bi ............................................................. 41
CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM .................................................. 42
6.1. Quá trình thực nghiệm chế tạo ......................................................................... 42
vi
6.2. Q trình thực nghiệm tính tốn, thiết kế và gia công ..................................... 63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 70
vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CNC: Computeized Numerical Control
NC: Numerical Control
CAD: Computer Aided Desgin
CAM: Computer Aided Manufacturing
SKF: Venska Kullager Fabriken
PLC: Programmable Logic Controller
PID: Proportional Integral Derivative
RPM: Round Per Minute
viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 4. 2 Bảng phân tích ưu nhược điểm của các dạng máy phay CNC 5 Trục .................. 15
Bảng 4. 3 Bảng so sánh ưu nhược điểm phương pháp chế tạo phôi ...................................... 16
Bảng 4. 4 Bảng so sánh các ưu nhược điểm của động cơ Bước và động cơ Servo............... 17
Bảng 4. 5 Bảng phân tích ưu nhược điểm phương án truyền động Trục A ............................. 18
Bảng 4. 6 Bảng phân tích ưu nhược điểm phương án truyền động trục C............................... 19
Bảng 6. 2 Quá trình thực hiện đế giá xoay ............................................................................ 43
Bảng 6. 3 Quá trình thực hiện thành giá xoay 1 .................................................................... 46
Bảng 6. 4 Quá trình thực hiện thành giá xoay 2 .................................................................... 49
Bảng 6. 5 Quá trình thực hiện giá xoay ................................................................................. 50
Bảng 6. 6 Quá trình thực hiện đế bàn xoay ........................................................................... 51
Bảng 6. 7 Quá trình thực hiện thành bàn xoay 1 ................................................................... 53
Bảng 6. 8 Quá trình thực hiện thành bàn xoay 2 ................................................................... 55
Bảng 6. 9 Quá trình thực hiện giá xoay ................................................................................. 56
Bảng 6. 10 Quá trình thực hiện thành bàn phơi ..................................................................... 57
Bảng 6. 11 Quá trình thực hiện bát cắm động cơ trục C ....................................................... 59
Bảng 6. 12 Q trình thực hiện bích che ổ bi trục A ............................................................. 60
Bảng 6. 13 Quá trình thực hiện bát cắm động cơ trục A ....................................................... 61
Bảng 6. 14 Quá trình thực hiện trục đỡ ổ bi .......................................................................... 63
ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Gia cơng trên máy phay CNC 5 trục........................................................................ 2
Hình 2. 1 Khung máy phay CNC 3 trục đã có ......................................................................... 5
Hình 2. 2 Máy phay đứng CNC 3 trục SG-460M .................................................................... 6
Hình 2. 3 Máy phay CNC 4 trục ĐK SPKT TPHCM ............................................................. 7
Hình 2. 4 Máy phay gỗ CNC 4 trục ĐH BKHN ...................................................................... 7
Hình 3. 1 Mơ hình khái qt máy CNC ................................................................................... 8
Hình 3. 2 Xét hệ tọa độ máy CNC ........................................................................................... 9
Hình 3. 3 Quy tắc bàn tay phải ................................................................................................ 9
Hình 3. 4 Điểm gốc – Điểm chuẩn ........................................................................................ 10
Hình 3. 5 Điểm gốc của chương trình P ................................................................................ 10
Hình 3. 6 Điểm chuẩn gá dao T và điểm gá dao N ................................................................ 10
Hình 3. 7 Điều khiển vịng hở ................................................................................................ 11
Hình 3. 8 Điều khiển vịng kín ............................................................................................... 11
Hình 3. 9 Cảm biến tiệm cận ROKO SN04 – N .................................................................... 12
Hình 4. 1 Máy phay CNC 5 trục dạng Đầu/Bàn .................................................................... 13
Hình 4. 2 Máy phay CNC 5 trục dạng Đầu/Đầu.................................................................... 13
Hình 4. 3 Máy phay CNC 5 trục dạng Bàn/Bàn .................................................................... 14
Hình 4. 4 Hình ảnh về khung máy phay CNC 3 trục đã có .................................................... 14
Hình 4. 5 Động cơ bước (Step Motor) ................................................................................... 17
Hình 4. 6 Động cơ Servo (Servo Motor) ............................................................................... 17
Hình 4. 7 Trục A truyền động thẳng trực tiếp ....................................................................... 18
Hình 4. 8 Trục A truyền động vng góc .............................................................................. 18
Hình 4. 9 Trục A truyền động song song ............................................................................... 18
Hình 4. 10 Trục C truyền động thẳng trên phay nữ trang CNC ............................................ 20
Hình 4. 11 Trục C truyền động gián tiếp động cơ nằm trên bàn ........................................... 20
Hình 4. 12 Trục C truyền động gián tiếp động cơ nằm ngoài bàn ......................................... 20
Hình 4. 13 Hộp số ăn khớp bánh răng .................................................................................... 20
Hình 4. 14 Ngun lý ăn khớp dạng sóng .............................................................................. 21
x
Hình 4. 15 Hộp số Harmonic Drive ....................................................................................... 21
Hình 5. 1 Lực cắt thành phần ................................................................................................. 23
Hình 5. 2 Quy tình thiết kế..................................................................................................... 26
Hình 5. 3 Bản vẽ hộp giảm tốc trục A ................................................................................... 26
Hình 5. 4 Bản vẽ hộp giảm tốc trục C ................................................................................... 27
Hình 5. 5 Bản vẽ động cơ servo có sẵn.................................................................................. 27
Hình 5. 6 Cụm trục AC phác thảo ......................................................................................... 27
Hình 5. 7 Cụm trục AC hồn chỉnh ....................................................................................... 28
Hình 5. 8 Giá xoay ................................................................................................................. 29
Hình 5. 9 Bàn xoay ................................................................................................................ 29
Hình 5. 10 Bát lắp động cơ trục A ......................................................................................... 30
Hình 5. 11 Trục đỡ ổ bi .......................................................................................................... 31
Hình 5. 12 Bích che ổ bi ........................................................................................................ 31
Hình 5. 13 Bát lắp động cơ trục C ......................................................................................... 32
Hình 5. 14 Bàn đặt phơi ......................................................................................................... 32
Hình 5. 15 Vị trí của ổ lăn Trục A theo thiết kế .................................................................... 39
Hình 5. 16 Ổ bi B60062Z của SKF ....................................................................................... 39
Hình 5. 17 Ổ bi BA3047 của MISUMI ................................................................................. 40
Hình 5. 18 Ứng suất trên phần giá xoay ................................................................................ 41
Hình 5. 19 Ứng suất trên Trục đỡ ổ bi ................................................................................... 41
Hình 6. 1 Quá trình thiết kế trục AC...................................................................................... 63
Hình 6. 2 Q trình gia cơng chế tạo chi tiết ......................................................................... 63
Hình 6. 3 Quá trình lắp ráp các chi tiết .................................................................................. 67
Hình 6. 4 Quá trình lắp động cơ và thực hiện setup trên bộ điều khiển ................................ 67
Hình 6. 5 Q trinh Tuning điều chỉnh thơng số động cơ servo............................................ 67
Hình 6. 6 Quá trình setup đồng bộ 5 trục............................................................................... 68
Hình 6. 7 Máy sau khi hồn thành ......................................................................................... 68
xi
CHƯƠNG 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài.
CNC là công nghệ quan trọng trong kỹ thuật và sản xuất hiện đại. Nó tự
động hóa quy trình sản xuất và gia công, tạo ra sản phẩm chất lượng cao và đảm
bảo hiệu suất. CNC cách mạng hóa việc sản xuất bộ phận phức tạp và được sử
dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Máy phay CNC 5 trục
có tầm quan trọng lớn trong việc gia công các chi tiết phức tạp, tăng năng suất
và hiệu suất sản xuất, đảm bảo chất lượng và độ chính xác cao, linh hoạt và đa
dạng ứng dụng, tối ưu hóa chi phí sản xuất, và đáp ứng u cầu kỹ thuật khắt khe
của các ngành công nghiệp đương đại.
Máy phay CNC 5 trục có khả năng gia cơng các chi tiết có hình dạng phức
tạp và khơng gian nổi bật. Khả năng xoay và nghiêng đồng thời giúp máy tiếp
cận chi tiết từ nhiều góc độ, làm cho việc gia công các bề mặt cong, rãnh, và lỗ
trở nên dễ dàng và chính xác.
Máy phay CNC 5 trục giảm thiểu thời gian gia công và số lần thiết lập lại
vật liệu. Điều này làm tăng năng suất tổng thể và giảm thời gian chờ đợi, đồng
thời cải thiện hiệu suất và lợi nhuận của doanh nghiệp.
Máy phay CNC 5 trục được điều khiển bằng phần mềm chính xác, đảm bảo
chi tiết sản xuất đạt chất lượng cao và đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật chặt
chẽ của khách hàng.
Máy phay CNC 5 trục có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực và ngành
công nghiệp khác nhau. Từ chế tạo máy móc, hàng khơng vũ trụ, ơ tơ, đúc khuôn,
y tế cho đến nghệ thuật và công nghệ kiến trúc, máy này đáp ứng nhu cầu gia
công đa dạng.
Mặc dù máy phay CNC 5 trục có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn, nhưng nó
có thể giảm số lượng các bước gia công cần thiết và tiết kiệm vật liệu, điều này
có thể giúp tối ưu hóa chi phí sản xuất trong một số trường hợp.
Trong nhiều ngành cơng nghiệp, địi hỏi sản phẩm có độ chính xác cao và
các chi tiết phức tạp. Máy phay CNC 5 trục có khả năng đáp ứng những yêu cầu
này, giúp doanh nghiệp giữ vững cạnh tranh trong thị trường.
1
CHƯƠNG 1
Hình 1. 1 Gia cơng trên máy phay CNC 5 trục
Trên thị trường, máy phay CNC 3 trục đã phát triển mạnh mẽ và có những
tiến bộ đáng kể. Việc phát triển máy phay CNC 5 trục ở Việt Nam cịn đang
trong q trình và vẫn cịn một khoảng cách so với các nước phát triển trong lĩnh
vực này. Để tiếp tục phát triển mạnh mẽ, cần có sự đầu tư vào nghiên cứu và phát
triển công nghệ, đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao và nâng cao hiệu quả sản
xuất của các nhà sản xuất trong nước. Ngoài ra tại các trường đại học lớn trên cả
nước đã có nhiều giảng viên cũng như sinh viên đã có thể chế tạo được các loại
máy CNC cơ nhỏ, nhưng vẫn chưa đầy đủ các chức năng của một máy cnc hiện
đại. Vì vậy, đề tài: “ Thiết kế và chế tạo trục xoay A C cho máy CNC 5 trục”
là thực sự cần thiết.
1.2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.
Việc nghiên cứu và chế tạo trục xoay A C trên máy phay CNC giúp sinh
viên tự do sáng tạo nhiều hướng phát triển mới và đúc kết được nhiều kinh
nghiệm.
Nghiên cứu, chế tạo cụm trục A C máy CNC yêu cầu sinh viên phải có kiến
thức tổng hợp về CNC, gia cơng cơ khí, điện tử, là cơ hội để tìm tịi, học hỏi,
hiểu sâu rộng hơn máy CNC và gia công trên máy CNC hiện đại, từ đó chế tạo
ra cụm trục xoay A C dành cho máy CNC 5 trục phù hợp với khả năng vận hành
của máy phay CNC 5 trục.
Đề tài thiết kế chế tạo cụm trục A C từ máy CNC 3 trục mà nhóm đang
thực hiện sẽ giúp nhóm củng cố và đúc kết toàn bộ kiến thức đã được học trong
q trình thực hiện. Máy sau khi hồn thành có thể tham gia hoạt động phục vụ
cho cơng tác nghiên cứu và giảng dạy.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm trục xoay A C trên máy phay CNC 5
trục với giá thành hợp lý, kích cỡ nhỏ gọn.
Lập trình, điều khiển máy CNC trên để gia công ra sản phẩm và đạt độ
chính xác theo yêu cầu.
2
CHƯƠNG 1
Sản phẩm có đủ tính năng để phục vụ công tác giảng dạy và nghiên cứu.
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu.
-
Cụm trục A C của máy phay CNC 5 trục.
-
Sử dụng bộ điều khiển ADTECH CNC 4848 - F01.
-
Phần mềm thiết kế, tính tốn, mơ phỏng.
-
Động cơ servo và phương pháp truyền động.
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu.
-
Nghiên cứu và chế tạo cụm trục xoay A C cho máy phay CNC 3 trục.
Thời gian nghiên cứu: 4 tháng.
Đảm bảo yêu cầu đặt ra của đồ án như sau:
Thiết kế cụm trục xoay A C trên máy CNC 5 trục.
Lắp ráp cụm trục xoay A C vào thân máy phay CNC 3 trục.
Kết nối điện, kết nối vào bộ điều khiển, đồng bộ 5 trục.
Setup, kiểm nghiệm độ chính xác.
Gia cơng được những chi tiết có hình dạng phức tạp.
Sai số cho phép: 0.02 mm.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Cơ sở phương pháp luận
Dựa trên kiến thức cơ bản đã biết và những thông tin trên mạng internet về
máy phay CNC 5 trục, tiến hành phân tích, thiết kế và chế tạo, lắp ráp và thực
nghiệm. Sau đó, đánh giá tổng hợp các giải pháp đã lựa chọn, lựa chọn phương
án chế tạo tốt nhất .
1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể.
-
Thực tiễn: Tìm hiểu về máy phay CNC 5 trục.
-
Nghiên cứu, thiết kế và đo đạc, xác định ưu, nhược điểm, các đặc điểm phù
hợp với thực trạng trên những thiết kế máy CNC 5 trục đã có.
-
Chế tạo cụm trục xoay A C.
-
Lắp ráp và đồng bộ với 3 trục tịnh tiến thành máy CNC 5 trục.
-
Vận hành và thực nghiệm.
1.6. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
3
CHƯƠNG 1
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Chương 4: Phương hướng và các giải pháp thiết kế
Chương 5: Tính tốn thiết kế
Chương 6: Chế tạo và thực nghiệm
Kết luận – kiến nghị
4
CHƯƠNG 2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
2.1. Máy phay CNC 5 trục
Máy CNC 5 trục là một công cụ linh hoạt, tiên tiến và quan trọng trong
ngành công nghiệp gia công và chế tạo, giúp gia công các chi tiết phức tạp và đa
dạng một cách hiệu quả và chính xác. Đề tài thiết kế trục xoay A C cho máy phay
CNC 5 trục dựa trên khung máy CNC 3 trục có sẵn, từ đó tính tốn thiết kế trục
xoay có kích thước phù hợp và được lắp ráp thào máy.
Hình 2. 1 Khung máy phay CNC 3 trục đã có
2.2. Phần cứng cơ khí của máy
-
Khung sườn của máy.
-
Trục X, Y, Z.
-
Bàn máy sử dụng cơ cấu thanh trượt, trục vít me.
-
Hành trình trục X, Y, Z : 350x380x100 mm.
-
Spindle được gắn chặt bởi tấm trung gian bằng đai ốc lục giác.
-
Hệ thống điện cũ khơng cịn khả năng sử dụng.
2.3. Các nghiên cứu liên quan đến đề tại
2.3.1. Các nghiên cứu ngoài nước
CNC (Controlled Numerical Control) là một công nghệ quan trọng trong
việc chế tạo và gia cơng các bộ phận máy. Dưới đây là tóm tắt lịch sử phát triển
của CNC ngoài nước:
Những năm 1940: Nguyên mẫu đầu tiên của hệ thống CNC được phát triển
bởi John Parsons và Frank Stulen tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) ở
Hoa Kỳ. Họ sử dụng một máy tính điện tử để điều khiển các hoạt động gia công.
5
CHƯƠNG 2
Năm 1952: John T. Parsons thành lập công ty Parson Corporation để tiếp
tục nghiên cứu và phát triển công nghệ CNC. Họ đã chế tạo thành công máy tiện
CNC đầu tiên.
Những năm 1960: Công nghệ CNC được áp dụng rộng rãi trong ngành công
nghiệp chế tạo. Các máy CNC đa chức năng và linh hoạt đã được phát triển, cho
phép gia công các bộ phận phức tạp và đa dạng.
Những năm 1970: Hệ thống CNC trở nên phổ biến và được tích hợp vào
các máy cơng cụ như máy phay, máy tiện và máy mài. Các công ty như Fanuc,
Siemens và Mitsubishi Electric trở thành những nhà cung cấp hàng đầu trong
lĩnh vực này.
Những năm 1980: Công nghệ CNC tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của
các công nghệ mới như CAD (Computer-Aided Design) và CAM (ComputerAided Manufacturing). Các hệ thống tự động hoá sản xuất cũng được tích hợp
vào các hệ thống CNC, nâng cao năng suất và độ chính xác.
Từ những năm 1990 đến nay: CNC đã trở thành một công nghệ quan trọng
và không thể thiếu trong ngành công nghiệp chế tạo. Các máy CNC ngày nay
được trang bị công nghệ tiên tiến như điều khiển số hóa, cảm biến và hệ thống
điều khiển thơng minh, tăng cường khả năng tự động hoá và tăng độ chính xác
gia cơng.
Hình 2. 2 Máy phay đứng CNC 3 trục SG-460M
2.3.2. Các nghiên cứu trong nước
Những máy phay CNC đầu tiên tại Việt Nam xuất hiện vào những năm đầu
của thập kỷ 1990. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, cơng nghệ CNC cịn mới mẻ và
phức tạp, do đó, máy phay CNC đầu tiên ở Việt Nam chủ yếu là các loại máy
CNC 2 trục và 3 trục, thậm chí có thể là các máy CNC tiền tiến hơn cũng chưa
thực sự phổ biến.
6
CHƯƠNG 2
Trải qua thời gian, với sự phát triển của cơng nghệ và sự hỗ trợ của chính
phủ, ngành cơng nghiệp gia công và chế tạo tại Việt Nam đã có những bước tiến
vượt bậc. Những máy phay CNC 4 trục và 5 trục đã dần được giới thiệu và áp
dụng trong một số công ty chế tạo và gia công lớn.
Máy phay CNC 5 trục đầu tiên tại Việt Nam có thể đã xuất hiện vào cuối
những năm 1990 hoặc đầu những năm 2000. Tuy nhiên, số lượng và quy mơ sản
xuất máy phay CNC 5 trục cịn rất hạn chế và chủ yếu là nhập khẩu từ các nước
phát triển có cơng nghệ tiên tiến hơn.
Từ đó đến nay, cơng nghệ CNC tại Việt Nam đã có những bước tiến mạnh
mẽ, và máy phay CNC 5 trục cũng đã dần trở nên phổ biến và được ứng dụng
rộng rãi trong ngành công nghiệp. Các doanh nghiệp chế tạo và gia cơng ngày
càng nhận thức được lợi ích và tiềm năng của máy phay CNC 5 trục trong việc
gia công các chi tiết phức tạp và đa dạng. Hiện nay, nhiều trường Đại học và
Cao đẳng đã tập trung vào việc xây dựng và phát triển các mơ hình máy CNC
nhằm hỗ trợ q trình giảng dạy. Ví dụ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật
TPHCM đã xây dựng mơ hình máy phay CNC và Đại học Bách Khoa Hà Nội đã
phát triển máy khắc gỗ CNC. Những công trình này khơng chỉ cung cấp cho sinh
viên những cơ hội thực hành trực tiếp trên máy CNC, mà còn đáp ứng nhu cầu
đào tạo và trang bị kiến thức về công nghệ CNC trong lĩnh vực kỹ thuật. Điều
này cho thấy sự quan tâm và cam kết của các trường đối với công nghệ CNC và
khả năng tạo ra một lượng lớn nguồn nhân lực chất lượng cao.
Hình 2. 3 Máy phay CNC 4 trục ĐK Hình 2. 4 Máy phay gỗ CNC 4 trục
SPKT TPHCM
ĐH BKHN
7
