Kết nối 3 trục xyz, vận hành máy phay cnc 5 trục

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 CHẾ TẠO MÁY

KẾT NỐI 3 TRỤC XYZ,
VẬN HÀNH MÁY PHAY CNC 5 TRỤC

GVHD: THS. TRẦN CHÍ THIÊN
SVTH: NGƠ THÀNH NAM
TRẦN TRỌNG TÍN
TRẦN THANH PHONG

SKL010898

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 7 năm 2023


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: KẾT NỐI 3 TRỤC XYZ,
VẬN HÀNH MÁY PHAY CNC 5 TRỤC

GVHD:
SVTH:

THS. TRẦN CHÍ THIÊN
NGƠ THÀNH NAM
MSSV: 19143289
TRẦN TRỌNG TÍN
19143345
TRẦN THANH PHONG
19143303

KHĨA:

2019 - 2023

TP Hồ Chí Minh, tháng 7 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

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Học kỳ II / năm học 2022/2023
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Trần Chí Thiên
Sinh viên thực hiện:
Ngơ Thành Nam …………..MSSV: 19143289……Điện thoại 0362803177
Trần Trọng Tín ...………....MSSV: 19143345……Điện thoại 0779621917

Trần Thanh Phong ...……… MSSV: 19143303……Điện thoại 0396071717
1. Mã số đề tài: 2222DT230
-

Tên đề tài: Kết nối 3 trục XYZ, vận hành máy phay CNC 5 trục

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Thân máy (Phần cơ khí 3 trục)
- Bộ điều khiển ADTECH 4848 6 trục
3. Nội dung chính của đồ án:
- Kết nối bộ điều khiển CNC 5 trục 4848 với phần cơ khí có sẵn, kết hợp với nhóm làm
trục thứ 4,5 vận hành máy phay CNC 5 trục
4. Các sản phẩm dự kiến
- Tập bản vẽ
- Tập thuyết minh
- Mơ hình máy
5. Ngày giao đồ án: 15/03/2023
6. Ngày nộp đồ án: 21/07/2023

7. Ngơn ngữ trình bày:
TRƯỞNG KHOA
(Ký, ghi rõ họ tên)

Bản báo cáo:

Tiếng Anh  Tiếng Việt 

Trình bày bảo vệ:
Tiếng Anh  Tiếng Việt 
TRƯỞNG BỘ MÔN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)


LỜI CAM KẾT
Đề tài “Kết nối 3 trục XYZ, vận hành máy CNC 5 trục”
GVHD: ThS. Trần Chí Thiên
Họ tên sinh viên:
1. Trần Trọng Tín - MSSV: 19143345 – Điện thoại: 0779621917
2. Ngô Thành Nam - MSSV: 19143289 – Điện thoại: 0362803177
3. Trần Thanh Phong - MSSV: 19143303 – Điện thoại: 0396071717
Địa chỉ: 69/35A Nơ Trang Long, phường 11, quận Bình Thạnh, Tp.HCM
Email:
Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN):
Tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do chính
tơi nghiên cứu và thực hiện. Tơi khơng sao chép từ bất kì một bài viết nào
đã được cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kì một sự vi
phạm nào, Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm
Tp.Hồ Chí Minh, ngày

tháng năm 2023

NHĨM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI


LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Chí Thiên đã giành thời gian
hỗ trợ, nhiệt tình hướng dẫn và dẫn dắt chúng em với đề tài này. Với những

kiến thức quý báu và kinh nghiệm dày dặn của thầy, chúng em đã được nhìn ra
được nhiều yếu điểm và thiếu sót của bản thân để càng ngày càng rèn giũa và
khắc phục, giúp chúng em đi đến kết quả mà chúng em khơng thể hài lịng hơn.
Đồng thời nhóm chúng em cũng cảm ơn các thầy cơ đã đồng hành cùng
nhóm chúng em trong suốt những năm học vừa qua, giúp các em mở rộng được
những chân trời mới lạ về mảng Cơ khí chế tạo máy. Nhờ đó mà chúng em có
thể áp dụng những kiến thức về cơ sở ngành vào chính đề tài của nhóm mình
để cơng trình được diễn ra thật sự suôn sẻ, chúng em cảm thấy thật sự biết ơn
với những công lao mà các thầy cô đã dành ra cho chúng em.
Bên cạnh đó, khơng thể phủ nhận được những công lao của các bậc phụ
huynh đã tạo điều kiện cho chúng em tiếp cận được môi trường đại học Sư
phạm Kỹ thuật TP.HCM đầy sự nhiệt huyết, tiến bộ và giúp chúng em trở thành
một con người có ích hơn trong tồn xã hội nói chung và là một trong những
người có thể đóng góp cho nền cơng nghiệp cơ khí cho nước nhà nói riêng.
Chúng em cũng xin gửi những lời cảm ơn đến các anh chị khóa trên cùng
những bạn sinh viên đã cùng chúng em tiến bước đi đến ngày hôm nay. Tất cả
những sự đóng góp, sự hỗ trợ về kiến thức, tài liệu cho đến những kinh nghiệm
thực tiễn đã một phần đóng góp cho chính đề tài chúng em ngày hơm nay.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn.

ii


TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN
“Kết nối 3 trục XYZ, vận hành máy CNC 5 trục”
Khi khoa học công nghệ ngày càng phát triển, lĩnh vực CNC tạo ra nhiều cơng
cụ, máy móc, thiết bị đáp ứng cho sản xuất, lắp ráp. Nhiều thành phần kết cấu
phức tạp được sản xuất. Do đó, các chi tiết được gia cơng trên máy phay CNC
5 trục là cần thiết. Đây là lý do tại sao dự án này được nghiên cứu.
Để đáp ứng tiến độ đồ án, chúng tôi phải nghiên cứu các tài liệu về cơ khí, điện

và CNC cơ bản mà chúng tôi đã nhận được từ các giảng viên của chúng tơi.
Ngồi việc tìm hiểu kiến thức trên Internet, sách vở… chúng tơi tìm hiểu về
thiết kế máy phay CNC 5 trục hiện nay. Đồng thời, chúng tôi đã học cách vận
hành và xử lý trong chiếc máy này. Từ đó cải tiến các bộ phận cần thiết khơng
chạy được 5 trục. Khi cơ khí hồn thành, chúng tơi bắt đầu lập trình G-code và
đưa vào máy CNC, chạy mô phỏng. Nếu ổn định , chúng tôi sẽ bắt gia công các
chi tiết để tạo sản phẩm theo yêu cầu.
Máy được thiết kế để đảm bảo các nhu cầu sau:
-

Kết nối được 3 trục XYZ và 2 trục A, C của máy phay vào bộ điều khiển

-

Gia công được tủ để chứa bộ điều khiển và các thiết bị điện liên quan

-

Thao tác được các chức năng của bộ điều khiển để gia cơng chi tiết

-

Vận hành được hồn toàn máy phay CNC 5 trục

Sau khi hoàn thành đồ án này, chúng em sẽ có kiến thức về thiết kế máy, các
kỹ năng cần thiết về máy CNC như vận hành, lập trình G-code 5 trục. Chúng
tơi biết làm thế nào để cải thiện một máy công cụ.
Tuy nhiên, đồ án cịn một số hạn chế như chưa có cơ cấu thay dao tự động,
cơng suất trục chính máy thấp, diện tích làm việc chật hẹp… Vì vậy, chúng em
mong đồ án ngày càng phát triển tốt hơn bằng cách khắc phục nhược điểm này

và giúp ích cho những người đang tìm hiểu, nghiên cứu về máy 5 trục cũng như
cách gia cơng mơ hình 3D.

iii


MỤC LỤC
LỜI CAM KẾT............................................................................................... iv
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN .................................................................... iii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................ viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................. xi
DANH MỤC VIẾT TẮT .............................................................................. xii
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ............................................................................. 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài. ........................................................................... 1
1.2. Mục tiêu. ................................................................................................... 2
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.. .......................................................... 2
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu. .................................................................. 2
1.3.2. Phạm nghiên cứu........................................................................... 2
1.4. Nội dung nghiên cứu. ................................................................................ 3
1.5. Phương pháp nghiên cứu. ......................................................................... 3
1.5.1. Cơ sở phương pháp luận. .............................................................. 3
1.5.2. Phương pháp nghiên cứu cụ thể.................................................... 3
1.6. Các nghiên cứu trong và ngoài nước. ....................................................... 3
1.6.1. Nghiên cứu của nước ngoài. ......................................................... 3
1.6.2. Nghiên cứu ở Việt Nam. ............................................................... 5
1.7. Tóm tắt bố cục thuyết minh. ..................................................................... 7
iv

1.7.1. Chương 1: Giới thiệu. ................................................................... 7
1.7.2. Chương 2: Tổng quan về đề tài. ................................................... 7
1.7.3. Chương 3: Cơ sở lý luận và phương án thực hiện. ....................... 7
1.7.4. Chương 4: Thiết kế tủ đựng và kết nối các thiết bị vào BDK. ..... 7
1.7.5. Chương 5: Kĩ thuật vận hành máy CNC 5 trục và đánh giá kết
quả…………………... ...................................................................................... 7
1.7.6. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. ..................................... 7
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI .................................. 8
2.1. Khái quát về máy CNC. ............................................................................ 8
2.2. Cấu tạo chung và quy ước của máy CNC. ................................................ 9
2.2.1. Phần điều khiển. .......................................................................... 10
2.2.2. Phần chấp hành. .......................................................................... 12
2.2.3. Quy ước hệ tọa độ của máy CNC. .............................................. 15
2.2.4. Các kiểu hệ thống điều khiển...................................................... 18
2.2.5. Các lưu ý khi thiết kế, chế tạo máy phay CNC. ......................... 19
CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN .......... 21
3.1. Phương án thiết kế phần cơ khí. ............................................................... 21
3.2. Đề xuất, phân tích và lựa chọn phương án thiết kế 3 trục cho máy......... 22
3.2.1. Phương án 1. ................................................................................. 22
3.2.2. Phương án 2. ................................................................................. 23
3.2.3. Phương án 3. ................................................................................. 23
3.3. Lựa chọn vít me........................................................................................ 24
3.4. Lựa chọn cơ cấu dẫn hướng. .................................................................... 26
v


3.5. Cơ cấu truyền động tích hợp vitme bi-đai ốc và ray trượt. ...................... 26
3.6. Chọn phần điện. ....................................................................................... 26
3.6.1. Lựa chọn động cơ.......................................................................... 29

3.6.2. Đề xuất phương án mạch điện. ..................................................... 34
3.6.3. Lựa chọn cơng tắc hành trình và biến Home cho máy. ................ 34
3.7. Lựa chọn phương án đo dao trên máy CNC. ........................................... 35
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ TỦ ĐỰNG VÀ KẾT NỐI CÁC THIẾT BỊ VÀO
BỘ ĐIỀU KHIỂN ADTECH 4848 .............................................................. 36
4.1. Mục đích................................................................................................... 37
4.2. Tủ…………….. ....................................................................................... 37
4.2.1. Thông số ban đầu. ......................................................................... 37
4.2.2. Thiết kế và chế tạo tủ. ................................................................... 37
4.3. Kiểm tra độ tương thích của động cơ Servo với bộ điều khiển và lắp động
cơ lên trục. ............................................................................................... 39
4.4. Phân tích và kết nối các Board mạch, thiết bị điện. ................................. 41
4.4.1. Phân tích Board mạch. .................................................................. 41
4.4.2. Phân tích Servo Driver. ................................................................. 43
4.4.3. Phân tích biến tần. ......................................................................... 45
4.4.4. Phân tích cảm biến. ....................................................................... 46
4.5. Hiệu chỉnh Lim trục, Home trục. ............................................................. 47
4.6. Các chức năng của bộ điều khiển ADTECH 4848. ................................. 47
4.6.1. Giới thiệu sơ lược về bộ điều khiển. ............................................. 48
4.6.2. Các chức năng của các phím trên bộ điều khiển .......................... 52
vi


4.7. Kết nối các thiết bị điện vào bộ điều khiển. ............................................. 54
CHƯƠNG 5 KỸ THUẬT VẬN HÀNH MÁY PHAY CNC 5 TRỤC VÀ
TIẾN HÀNH GIA CÔNG THỬ ĐỂ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ................... 56
5.1. Các bước vận hành máy. .......................................................................... 56
5.1.1. Chế độ Handle............................................................................... 56
5.1.2. Chế độ MDI. ................................................................................. 57
5.1.3. Chế độ JOG. .................................................................................. 59

5.1.4. Chế độ Home. ............................................................................... 61
5.2. Cách lấy chương trình NC vào máy. ........................................................ 62
5.3. Cách đo chiều dài dao và khai báo chiều dài dao. ................................... 62
5.4. Cách lấy chuẩn chi tiết và khai báo chuẩn chi tiết. .................................. 64
5.5. Thực nghiệm và đánh giá kết quả. ........................................................... 66
5.6. Một số hình ảnh quá trình thực hiện. ....................................................... 66
5.7. Các biện pháp an tồn và bảo trì bảo dưỡng máy. ................................... 68
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................ 69
6.1. Kết luận. ................................................................................................... 69
6.1.1. Kết quả đạt được. .......................................................................... 69
6.1.2. Mặt hạn chế. .................................................................................. 69
6.2. Hướng phát triển. ..................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 71

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Một mơ hình máy CNC 3 trục .......................................................... 4
Hình 1. 2 Máy CNC 3 trục dạng đứng .............................................................. 4
Hình 1. 3 Máy CNC 3 trục dạng nằm ............................................................... 5
Hình 1. 4 Một trong những máy CNC 3 trục tự chế ở Việt Nam ..................... 6
Hình 2. 1 Mơ hình khái qt máy CNC ............................................................ 9
Hình 2. 2 Cấu tạo của 1 máy CNC .................................................................... 9
Hình 2. 3 Thanh trượt bi mang cá ................................................................... 13
Hình 2. 4 Vít me dạng bi ................................................................................. 13
Hình 2. 5 Vít me dạng bi và cấu tạo profin răng............................................. 14
Hình 2. 6 Hồi bi theo lỗ khoan đai ốc ............................................................. 14
Hình 2. 7 Hồi bi theo ống ................................................................................ 14
Hình 2. 8 Khử khe hở bằng tấm ...................................................................... 15

Hình 2. 9 Khử khe hở bằng lị xo đệm ............................................................ 15
Hình 2. 10 Khử khe hở bằng vành răng .......................................................... 15
Hình 2. 11 Hệ tọa độ máy CNC ...................................................................... 15
Hình 2. 12 Quy tắc bàn tay phải...................................................................... 16
Hình 2. 13 Các điểm M, N and W .................................................................. 17
Hình 2. 14 Điểm chuẩn của dao ...................................................................... 18
Hình 2. 15 Các điểm chuẩn gá dao ................................................................. 18
Hình 2. 16 Hệ điều khiển hở ........................................................................... 18
Hình 2. 17 Hệ điều khiển vịng kín ................................................................. 19
Hình 3. 1 Bàn máy di chuyển theo 2 hướng X và Y ....................................... 22
Hình 3. 2 Bàn làm việc di chuyển theo trục Y ................................................ 23
Hình 3. 3 Bàn làm việc đứng yên, trục XYZ di chuyển ................................. 23
Hình 3. 4 Vít me đai ốc ................................................................................... 24
viii


Hình 3. 5 Vít me dạng bi ................................................................................. 25
Hình 3. 6 Mối quan hệ giữa ma sát và tốc độ của 2 dạng vít me .................... 26
Hình 3. 7 Thanh trượt vng ........................................................................... 26
Hình 3. 8 Thanh trượt trịn .............................................................................. 27
Hình 3. 9 Cấu tạo của LM Guide Actuator Model KR ................................... 28
Hình 3. 10 Động cơ khơng chổi than và dộng cơ một chiều có chổi than 775
................................................................................................................. 29
Hình 3. 11 CNC Spindle CNC Motor 220V1.5KW1500W Square Air Cooled
................................................................................................................. 30
Hình 3. 12 Động cơ trục chính ........................................................................ 31
Hình 3. 13 Giao diện bộ điều khiển ADTECH 4848 ...................................... 34
Hình 4. 1 Khung đỡ bộ điều khiển .................................................................. 37
Hình 4. 2 Tủ bộ điều khiển.............................................................................. 38
Hình 4. 3 Bộ điều khiển thực tế sau khi gia cơng ........................................... 38

Hình 4. 4 Màn hình làm việc của phần mềm Smart Jog ................................. 39
Hình 4. 4a Các bước kiểm tra phần mềm........................................................ 39
Hình 4. 4b Các bước kiểm tra phần mềm ....................................................... 40
Hình 4. 4c Các bước kiểm tra phần mềm........................................................ 40
Hình 4. 4d Các bước kiểm tra phần mềm ....................................................... 41
Hình 4. 5 Các chân của DB15 cần dùng ......................................................... 41
Hình 4. 6 Các chân của DB26 cần dùng ......................................................... 42
Hình 4. 7 Các chân của OutPut cần dùng ....................................................... 43
Hình 4. 8 Số thứ tự, tên và công dụng của các chân trong CN1 ..................... 44
Hình 4. 9 Số thứ tự, tên và công dụng của các chân trong CN2 ..................... 45
Hình 4. 10 Các chân của biến tần.................................................................... 46

ix


Hình 4. 11 Cảm biến quang học hình chữ U ................................................... 46
Hình 4. 12 Màn hình parameter khi điều chỉnh giới hạn trục ......................... 47
Hình 4. 13 Màn hình parameter khi điều chỉnh giới hạn trục ......................... 47
Hình 4. 14 Giao diện làm việc của bộ điều khiển ADTECH 4848................. 48
Hình 4. 15 Giao diện làm việc của trang Program Edit .................................. 49
Hình 4. 16 Giao diện làm việc của trang Parameters ...................................... 50
Hình 4. 17 Giao diện làm việc của trang Coord ............................................. 51
Hình 4. 18 Giao diện làm việc của trang Dgnos ............................................. 51
Hình 4. 19 Các nút bấm trên moniter .............................................................. 52
Hình 4. 16 Keyboard của bộ điều khiển ADTECH 4848 ............................... 53
Hình 4. 17 Sơ đồ đấu nối các thiết bị điện vào bộ điều khiển ........................ 54
Hình 5. 1 Chế độ Handw trên keyboard .......................................................... 56
Hình 5. 2 Nơi hiển thị chữ “MPG” trên màn hình .......................................... 56
Hình 5. 3 Handbox .......................................................................................... 57
Hình 5. 4 Chế độ “MDI” trên keyboard .......................................................... 57

Hình 5. 5 Chương trình RUN và phím F3 trên màn hình ............................... 58
Hình 5. 6 Các nút “START”, “EOB” và “RESET” trên màn hình................. 59
Hình 5. 7 Chế độ JOG trên Keyboard ............................................................. 59
Hình 5. 8 Nơi hiển thị chữ “JOG” trên màn hình ........................................... 60
Hình 5. 9 Các phím để di chuyển trên Keyboard ............................................ 60
Hình 5. 10 Chế độ “HOME” trên Keyboard ................................................... 61
Hình 5. 11 Các phím để đưa các trục về chuẩn máy....................................... 61
Hình 5. 12 Màn hình làm việc ở chế độ EDIT ................................................ 62
Hình 5. 13 Màn hình xác nhận đưa chương trình vào .................................... 63
Hình 5. 14 Chương trình đã lấy nằm ngồi màn hình làm việc ...................... 63
Hình 5. 15 Bảng làm việc của chế độ Coord .................................................. 64
x


Hình 5. 16 Màn hình ở chế độ “Rel” trên trang RUN .................................... 65
Hình 5. 17 Trang Coord và nơi nhập các chuẩn phơi ..................................... 65
Hình 5. 18 máy sau khi hồn thiện.................................................................. 66
Hình 5. 19 Hình ảnh gia cơng tủ đựng BĐK .................................................. 67
Hình 5. 20 Hình ảnh mơ phỏng máy và gia cơng bàn máy............................. 67
Hình 5. 21 Hình ảnh điều chỉnh BĐK và độ chính xác các trục..................... 67
Hình 5. 22 Hình ảnh kết nối dây điện và các cổng và lắp vào máy ................ 68

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. So sánh 2 động cơ ........................................................................... 32

xi


DANH MỤC VIẾT TẮT
BOB

Break Out Board

Bo mạch mở rộng
kết nối

CAD

Computer Aided Design

Thiết kế có sự trợ
giúp của máy

CAE

Computer Aided
Engineering

Phân tích kỹ thuật
với sự trợ giúp của máy
tinh

CAM

Computer Aided
Manufacturing

NC

Sản xuất với sự trợ

giúp của máy tính
Máy cơng cụ điều

Numerical Control

khiển bằng chương trình
số
CNC

Computer Numerical

Máy cơng cụ điều
khiểu bằng chương trình

Control

thơng qua máy tính
CP

Control Panel

BĐK

Bộ điều khiển

xii

Bảng điều khiển

CHƯƠNG 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, ngành cơng nghiệp gia

cơng chính xác đã đạt được nhiều thành tựu với sự xuất của nhiều máy CNC
hiện đại, như máy CNC 4 trục, máy CNC 5 trục ... có khả năng xử lý các bộ
phận phức tạp với độ chính xác cao, nâng cao năng suất lao động.
Máy móc ngày càng hiện đại hơn, thì chi phí càng cao. Đó là lý do tại sao
rất nhiều kỹ sư đã tự tìm hiểu và chế tạo các máy CNC nhỏ hơn, chi phí thấp
hơn nhưng đủ để đáp ứng nhu cầu sản xuất và gia công.
Ngày nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam, nhiều người đã và đang
tham gia vào quá trình chế tạo ra các máy CNC cỡ nhỏ phục vụ cho việc sử
dụng trong gia đình, xưởng nhỏ để gia cơng các chi tiết từ đơn giản đến phức
tạp với chi phí thấp. Tại các trường đại học và cao đẳng, đã có rất nhiều máy
CNC cỡ nhỏ được chế tạo ra bởi học sinh và các giảng viên để tiện lợi trong
việc học tập và thực hành tại trường học. Nhận thấy được vấn đề nhỏ nhoi
nhưng mang ý nghĩa quan trọng trong quá trình sản xuất và học tập, đề tài “Kết
nối 3 trục XYZ, vận hành máy CNC 5 trục“ sẽ thúc đẩy sự sáng tạo và khả
năng sử dụng kiến thức của sinh viên trong việc đề xuất các giải pháp mới khi
thiết kế máy CNC và thiết kế, lập trình gia công chi tiết 5 trục. Việc thiết kế
máy CNC địi hỏi sinh viên phải có kiến thức tổng quan về cơ khí, điện tử và
tin học. Đây cũng là cơ hội để họ kiểm tra, tìm tịi tự học hỏi và làm sâu sắc
hơn sự hiểu biết về máy CNC hiện đại để thiết kế ra máy CNC cho phù hợp với
khả năng và nhu cầu. Máy phay CNC mà nhóm đã hồn thành giúp nhóm nắm
vững những kiến thức và kỹ năng cơ bản nhất về mọi mặt. Sản phẩm hồn chỉnh
có thể được sử dụng cho học tập hoặc gia cơng các chi tiết 5 trục có độ cứng

vừa phải.

1


CHƯƠNG 1

1.2.

Mục tiêu.
Các mục tiêu cần đạt được khi nghiên cứu, thiết kế và kết nối máy.

1.3.

➢

Vận hành đơn giản, không mất quá nhiều thời gian điều chỉnh.

➢

Tiết kiệm thời gian gia cơng.

➢

Gia cơng được các chi tiết có độ phức tạp cao.

➢

Bảo đảm an toàn cho người sử dụng.

➢

Lập trình điều khiển máy CNC trên để gia cơng sản phẩm.

➢

Sản phẩm có thể phục vụ cho cơng tác giảng dạy và nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

1.3.1. Đối tượng nghiên cứu.
- Máy CNC 3 trục, 5 trục
- Bộ điều khiển ADTECH 4848
- Phần mềm thiết kế Creo Parametric 8.0
- Phần mềm thiết kế và xuất bản vẽ Inventor Professional 2022
- Động cơ Servo, driver samsung
- Biến tần GD10-0R7G-S2-B-ZX
- Spindle GDZ80x73-1.5
- Các cổng kết nối vào BĐK: DB15, DB25, DB35, DB26
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu.
Nghiên cứu và chế tạo hoàn chỉnh máy phay CNC 3 trục, 5 trục.
- Đảm bảo các yêu cầu đặt ra dưới đây:
- Hành trình khả dụng: 350 x 380 x 110 mm.
- Dung sai: ± 0.02 (mm).
- Thời gian thực hiện: 3 tháng.
- Tốc độ quay tối đa trục chính: S = 24000 v/p
- Tốc độ cắt tối đa: F = 301.59 m/p (Vc=πxDcxN/1000)

2

CHƯƠNG 1

1.4.

Nội dung nghiên cứu.
Nội dung 1: Tìm hiểu về máy phay CNC có sẵn trên thị trường.
Nội dung 2: Nghiên cứu phương án thiết kế cơ khí.
Nội dung 3: Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu nhất.
Nội dung 4: Thiết kế tủ đựng và lựa chọn thiết bị điện phù hợp.
Nội dung 5: Gia công tủ đựng và kết nối thiết bị điện vào bộ điều khiển.
Nội dung 6: Kiểm tra độ tương thích của động cơ với bộ điều khiển.
Nội dung 7: Giới thiệu các chức năng của bộ điều khiển.
Nội dung 8: Hồn thiện mơ hình và hướng dẫn vận hành máy.
Nội dung 9: Đánh giá và kết quả.
Phương pháp nghiên cứu.

1.5.

1.5.1. Cơ sở phương pháp luận
Dựa trên kiến thức hiện có của máy phay CNC 3 trục. Sau đó tiến hành
tổng hợp, đánh giá các giải pháp đặt ra: trường hợp nào là tối ưu hoặc không
tối ưu
1.5.2. Phương pháp nghiên cứu cụ thể
Khảo sát thực tế:
Xây dựng mơ hình và thực nghiệm: sản xuất mơ hình máy phay CNC 3
trục, vận hành thử, gia cơng sản phẩm.
1.6.

Các nghiên cứu trong và ngồi nước

1.6.1. Nghiên cứu của nước ngoài
Ý tưởng về điều khiển máy bằng các lệnh nhớ ở các máy CNC đã xuất
hiện từ thế kỷ XIV. Ngày nay các máy cống cụ CNC (computer numerical
control -trung tâm điểu khiển số có sự trợ giúp của máy tính) đã hồn thiện hơn
với tính năng vượt trội có thể gia cơng hồn chỉnh chi tiết trên một máy gia
cơng, với số lần gá đặt ít nhất. Đặc biệt chúng có thể gia cơng các chi tiết có bề
mặt phức tạp.
3


CHƯƠNG 1

Hình 1.1: Một mơ hình máy CNC 3 trục
Đối với máy phay CNC mini 3 trục tự chế, các thiết kế thường rất đa dạng
về hình dáng, thiết kế và vật liệu chế tạo, tuy nhiên người ta thường phân thành
2 loại chính:
- Máy phay

CNC 3 trục dạng đứng.

Hình 1.2: Máy CNC 3 trục dạng đứng
4


CHƯƠNG 1

Hình 1.3: Máy CNC 3 trục dạng nằm
1.6.2. Nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam trước năm 1990 về cơng nghệ NC, CNC rất lạ và ít được biết

đến. Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao cơng nghệ, hợp
tác với nước ngồi như dự án "Thiết kế chuyển giao công nghệ, phát triển và
sản xuất khn mẫu". Vào thời điểm đó, cơng nghệ CNC như máy phay CNC,
máy tiện CNC... lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự chú ý của rất nhiều
chuyên gia trong nước và các Công ty liên doanh nước ngồi.
Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang đầu tư dây chuyền
sản xuất với hầu hết các thiết bị trong dây chuyền là máy CNC. Mặc dù công
nghệ CNC đã được giới thiệu vào Việt Nam trong một thời gian ngắn nhưng có
thể nói cơng nghệ này đã có một chỗ đứng vững chắc ở Việt Nam và tin tưởng
rằng trong những năm tới, công nghệ này sẽ được sử dụng trong nhiều doanh
nghiệp, hội thảo, nhà máy ở nước ta. Bởi vì nó mang lại hiệu quả kinh tế rất
cao. Đặc biệt trong điều kiện sản xuất hiện tại ở nước ta. Do đó, việc thúc đẩy
ứng dụng cơng nghệ CNC là một điều cần thiết cho các cơ sở sản xuất nói
chung và ngành cơng nghiệp máy xây dựng nói riêng.
5


CHƯƠNG 1

Hiện nay, một số trường đại học, cao đẳng đã tập trung sản xuất các mơ
hình máy CNC phục vụ giảng dạy như mơ hình máy phay CNC của Trường
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, máy tiện CNC, máy phay CNC, máy cắt
dây , máy khoan mạch in của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, mơ hình máy
khắc của Đại học Bách Khoa Đà Nẵng ...

Hình 1.4: Một trong những máy CNC 3 trục tự chế ở Việt Nam
Chính vì lẽ đó, các máy 3 trục tự chế ở Việt Nam thường ít được sử dụng
trong sản xuất mà chủ yếu dùng để phục vụ việc nghiên cứu và học tập của các
giảng viên và sinh viên tại các trường đại học.

6


CHƯƠNG 1

1.7.

Tóm tắt bố cục thuyết minh.
Chương 1: Giới thiệu.
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài.
Chương 3: Cơ sở lý luận và phương án thực hiện.
Chương 4: Thiết kế tủ đựng và kết nối các thiết bị vào bộ điều khiển.
Chương 5: Kỹ thuật vận hành máy phay CNC 5 trục và đánh giá kết quả.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.

1.7.1. Chương 1: Giới thiệu.
Trình bày vấn đề lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các
giới hạn và bố cục thuyết minh báo cáo.
1.7.2. Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài.
Giới thiệu về máy CNC, các hệ tọa độ quy ước trong máy CNC hiện nay
và các lưu ý khi chế tạo máy CNC.
1.7.3. Chương 3: Cơ sở lý luận và phương án thực hiện.
Phân tích, đề xuất, lựa chọn máy CNC và thiết bị điện phù hợp.
1.7.4. Chương 4: Thiết kế tủ đựng và kết nối các thiết bị vào bộ điều khiển.
Thiết kế gia công tủ đựng, kiểm tra động cơ, phân tích board mạch, các
chức năng của bộ điều khiển và kết nối các thiết bị vào bộ điều khiển.
1.7.5. Chương 5: Kỹ thuật vận hành máy phay CNC 5 trục và đánh giá kết
quả.
Hoàn thiện máy CNC 5 trục, hướng dẫn các bước vận hành máy.
Tiến hành đánh giá kết quả và điều chỉnh lại cho phù hợp với yêu cầu

mong muốn.
1.7.6. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.
Đưa ra các đánh giá tổng thể và nhận xét, đề ra các phương pháp phát triển
về sau.

7


CHƯƠNG 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
2.1.

Khái quát về máy CNC
Điều khiển số NC (Numerical Control) được phát minh với mục đích kiểm

sốt quy trình gia cơng của các máy công cụ. Trên thực tế, đây là một quá trình
tự động điều khiển hoạt động của máy (như máy cắt kim loại, robot, băng tải
bằng kim loại hoặc các bộ phận gia công,) trên cơ sở dữ liệu được cung cấp
dưới dạng số nhị phân gồm các chữ số, số thập phân, chữ cái, và một số ký tự
đặc biệt tạo thành một chương trình làm việc của thiết bị hoặc hệ thống. Lịch
sử phát triển của NC bắt đầu từ các mục đích quân sự và hàng khơng vì u cầu
về tiêu chuẩn chất lượng đối với máy bay, tên lửa và xe tăng rất cao.
Ngày nay, lịch sử phát triển NC đã trải qua sự phát triển không ngừng
cùng với sự phát triển trong lĩnh vực vi xử lý từ 4 bit, 8 bit ... đã đạt đến 32 bit
và cho phép thế hệ thứ hai trở nên vượt trội hơn về lưu trữ và chế biến.
Hiện nay, lĩnh vực sản xuất tự động trong lĩnh vực cơ khí đã được phát
triển và đạt đến trình độ rất cao như hội thảo tự động linh hoạt và CIM (Máy
tính tích hợp Sản xuất) lắp ráp với các robot hoạt động như nhà cung cấp phôi
và vận chuyển. Các hệ thống đo lường và kiểm soát chất lượng hàng đầu cũng

như các kho hiện đại đang khai thác đã mang lại nhiều hiệu quả kinh tế.
CNC (Computer Numerical Control) là một máy tính điều khiển số (NC)
sử dụng máy điều khiển máy tính (PLC) để điều khiển điện tử của máy NC và
tích hợp cơ chế chuyển đổi.
Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi ngành công
nghiệp sản xuất. Các đường cong được thực hiện dễ dàng như các đường thẳng,
các cấu trúc phức tạp ba chiều dễ dàng được thực hiện và một số lượng lớn
nguồn nhân lực giảm thiểu.

8


CHƯƠNG 2

2.2.

Cấu tạo chung và quy ước của máy CNC

Hình 2.1: Mơ hình khái qt máy CNC

Hình 2.2: Cấu tạo của 1 máy CNC
Cấu trúc cơ bản của máy CNC thơng thường bao gồm 2 phần chính: Bộ
điều khiển và bộ phận điều hành.

9


CHƯƠNG 2

2.2.1. Phần điều khiển

Chương trình điều khiển là một tập hợp các tín hiệu để điều khiển máy
tính, được mã hoá dưới dạng chữ, số và các ký hiệu khác như cộng, trừ, dấu
chấm ... Chương trình này được viết trên cấu trúc đưa mã chương trình (như
mã nhị phân trong bộ nhớ máy tính).
Cơ chế điều khiển nhận tín hiệu từ mạch điều khiển, thực hiện các phép biến
đổi cần thiết để thu được tín hiệu thích hợp với điều kiện hoạt động của hệ
thống truyền tải và kiểm tra hiệu năng của chúng thơng qua các tín hiệu được
gửi từ bộ cảm biến tiếp xúc ngược. Bao gồm đầu đọc, bộ giải mã, đầu dò, bộ
xử lý tín hiệu, nội suy, so sánh, bộ khuếch đại, điều khiển hành trình, đo vận
tốc, bộ nhớ và các thiết bị đầu vào tín hiệu.
Động cơ sử dụng trong máy CNC: Động cơ servo
Động cơ servo là một hệ thống truyền động điều khiển hồi tiếp vịng kín,
nhận tín hiệu và thực hiện một cách nhanh chóng và chính xác theo lệnh từ
PLC. Bộ servo bao gồm 1 bộ điều khiển servo (servo drive), 1 động cơ servo
và 1 encoder để phản hồi tín hiệu từ động cơ về bộ điều khiển. Servo được sử
dụng để điều khiển vị trí chính xác, điều chỉnh mơ-men phù hợp với các ứng
dụng khác nhau và thay đổi tốc độ cực kỳ nhanh.
Cấu trúc: Động cơ servo là một thành phần trong hệ thống servo. Động
cơ servo nhận tín hiệu từ bộ điều khiển và cung cấp lực chuyển động cần thiết
cho các thiết bị máy móc khi vận hành với tốc độ và độ chính xác cực kỳ cao.
Động cơ servo được chia thành 2 loại: động cơ servo AC, động cơ servo
DC. AC servo có thể xử lý các dịng điện cao hơn và có xu hướng được sử dụng
trong máy móc cơng nghiệp. DC servo khơng được thiết kế cho các dòng điện
cao và thường phù hợp hơn cho các ứng dụng nhỏ hơn.
Cấu tạo của động cơ AC servo bao gồm 3 phần: stator, rotor (thường là
loại nam châm vĩnh cửu) và encoder.
10