407581780 thuyết minh đồ an tốt nghiệp thiết kế mo hinh may phay cnc 4 trục pdf
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.66 MB, 116 trang )
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................3
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY CNC
1.1.
1.2.
1.2.1.
Khái quát về điều khiển số và lịch sử phát triển của máy CNC .......................................... 4
Khái niệm, cấu tạo, phân loại, đặc điểm máy CNC ....................................................... 6
Khái niệm .......................................................................................................................... 6
1.2.2.
Cấu tạo .............................................................................................................................. 8
1.2.3.
Phân loại ......................................................................................................................... 11
1.3.
1.4.
Các sản phẩn từ CNC ..................................................................................................... 15
Giới thiệu về máy CNC mini .......................................................................................... 16
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC MÁY
2.1.
2.2.
2.2.1.
Nguyên lý máy cnc 4 trục.............................................................................................. 20
Các phương án động học máy. ..................................................................................... 20
Phương án phôi cố định ................................................................................................ 20
2.2.2. Phương án phôi di chuyển trên trục Y, dụng cụ gia công di chuyển trên trục X và
Z.................................................................................................................................................22
2.2.3.
Phương án bàn máy mang phôi di chuyển theo trục X, Y ............................................. 22
2.2.4.
Lựa chọn phương án động học ..................................................................................... 23
2.3.
2.4.
2.5.
2.5.1.
Sơ đồ động học máy ....................................................................................................... 24
Nguyên lý hoạt động máy thiết kế: .............................................................................. 26
Lựa chọn các cơ cấu truyền động ................................................................................ 27
Vít me đai ốc ................................................................................................................... 27
2.5.2.
Phương án dùng bánh răng thanh răng ...................................................................... 29
2.5.3.
Phương án dùng đai. ...................................................................................................... 30
2.6.
2.6.1.
Thiết kế hệ thống cơ khí cho máy .................................................................................. 30
Xác định chế độ làm việc giới hạn ................................................................................. 30
2.6.2.
Xác định các lực khi gia công ........................................................................................ 34
2.6.3.
Xác định công suất của động cơ điện ............................................................................. 35
2.6.4.
Xác định cơng suất động cơ truyền động chính. ........................................................... 35
2.6.5.
Bộ truyền vitme – đai ốc.................................................................................................. 36
2.6.6.
Bộ truyền đai răng ........................................................................................................... 38
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY
3.1.
3.1.1.
Lựa chọn phần mềm điều khiển...................................................................................... 43
Phần mềm Fanuc............................................................................................................. 43
3.1.2.
Phần mềm NCstudio. ........................................................................................................ 43
3.1.3.
Phần mềm Mach3 ............................................................................................................. 45
3.1.4.
Kết luận.............................................................................................................................. 56
3.2.
3.3.
3.3.1.
Sơ đồ cấu trúc điều khiển. .............................................................................................. 56
Lựa chọn linh kiện điện tử cho máy .............................................................................. 57
Board mach3 ................................................................................................................... 57
3.3.2.
Driver điều khiển động cơ bước TB6600 - 4A ................................................................ 59
3.3.3.
Tìm hiểu, lựa chọn động cơ bước.................................................................................... 61
3.3.4.
Tìm hiểu cơng tắc hành trình. ......................................................................................... 80
1
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
3.3.5.
Tìm hiểu về nút dừng khẩn cấp ....................................................................................... 83
3.3.6.
Lựa chọn động cơ dẫn động trục chính trong mơ hình ................................................. 85
3.3.7.
Tìm hiểu bộ nguồn 24v – 15a ........................................................................................... 88
3.3.8.
Tìm hiểu bộ nguồn 48v – 7.5a .......................................................................................... 90
3.3.9.
Tìm hiểu driver spindle 300w............................................................................................ 91
3.4.
Sơ đồ mạch điều khiển .................................................................................................... 92
CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MƠ HÌNH VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÁY
4.1.
4.1.1.
Chế tạo mơ hình .............................................................................................................. 93
Chế tạo cụm trục Z .......................................................................................................... 94
4.1.2.
Chế tạo bàn máy ............................................................................................................... 95
4.2.
4.2.1.
Hướng dẫn sử dụng máy ................................................................................................ 97
Thiết lập trong mach3. ..................................................................................................... 97
4.2.2.
Lập trình gia cơng cho máy phay CNC. ........................................................................ 104
4.2.3.
Cách vận hành máy CNC mini. ..................................................................................... 112
KẾT LUẬN ................................................................................................... 113
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................ 114
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 116
2
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay máy CNC đang dần thay thế các máy gia cơng truyền thống và đóng
vai trị khơng thể thiếu trong hoạt động sản xuất. Với rất nhiều chủng loại, kích thước
khác nhau, máy CNC được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như điêu khắc tranh gỗ,
gia công mạch, gia cơng cơ khí..v.v. Vì thế chúng em vận dụng kiến thức đã học đã
được đào tạo trong 5 năm tại Đại học Hải Phòng. Chúng em đã quyết định chọn đề tài
tốt nghiệp “thiết kế mơ hình máy phay CNC 4 trục” , để chúng em có thêm hiểu biết, có
nền tảng kiến thức theo đuổi làm về máy CNC sau này.
Trong đề tài đồ án tốt nghiệp, mục tiêu trước tiên mà chúng em hướng tới là chế
tạo được mơ hình máy CNC hoạt động ổn định và hoạt động với sai số nhỏ, sau đó
chúng em hướng tới khắc phục dao động, sai số và sau đó có thể tiếp tục nâng cao
thêm tính tự động của máy như khả năng thay dao tự động, hệ thống cấp phơi tự
động... Tuy nhiên do kinh nghiệm cịn hạn chế và thời gian thực hiện có hạn, nên đồ
án của chúng em cịn những thiếu xót. Chúng em mong nhận được những ý kiến đóng
góp của các thầy cơ để hoàn thiện hơn để tài. Đề tài thiết kế mơ hình máy phay CNC
4 trục của chúng em dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Th.S Đinh Văn Hiển bao gồm
các nội dung sau:
Chương 1: Giới thiệu chung về máy CNC.
Chương 2: Thiết kế động học, động lực học máy.
Chương 3: Thiết kế điều khiển cho máy.
Chương 4: Chế tạo mơ hình và hướng dẫn sử dụng máy.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy và các thầy cô trong khoa Điện – Cơ
trường Đại học Hải Phòng đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để chúng
em hồn thành đồ án tốt nghiệp này.
Hải Phịng, ngày __ tháng 6 năm 2018
Nhóm sinh viên thiết kế:
Phạm Văn Hùng _ Lớp CĐT K14
Nguyễn Tuấn Kiệt _ Lớp CTM K14
Lại Văn Nghĩa _ Lớp CĐT K14
3
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY CNC
1.1.
Khái quát về điều khiển số và lịch sử phát triển của máy CNC
-
Điều khiển số ( numerical control ) ra đời với mục đích điều khiển các q trình
cơng nghệ gia cắt gọt trên các máy công cụ. Về thực chất, đây là một quá trình tự động
điều khiển các hoạt động của máy như ( các máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển
phôi liệu hoặc các chi tiết gia công , các kho quản lí phơi và sản phẩm...) trên cơ sở các dữ
liệu được cung cấp dưới dạng ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm các chữ số, số thập phân,
số chữ cái và một số kí tự đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ
thống.
-
Trước đây, cũng có các q trình gia cơng cắt gọt được điều khiển theo chương
trình bằng kĩ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thủy lực, cam hoặc
điều khiển bằng mạch logic... Ngày nay với việc ứng dụng thành công các thành quả
của khoa học-công nghệ, nhất là trông lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép
các nhà chế tạo máy nghiên cứu và đưa vào máy công cụ các hệ thống điều khiển cho
phép thực hiện quá trình gia cơng một cách linh hoạt hơn, thích ứng với nền sản xuất
hiện đại và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
-
Về mặt khoa học : Trong điều kiện hiện nay, nhờ các tiến bộ khoa học kĩ thuật
đã cho phép chúng ta giải quyết các bài toán phức tạp hơn với độ chính xác cao hơn
mà trước đây chưa đủ điều kiện hoặc quá phức tạp khiến ta phải bỏ qua một số yếu
tố dẫn đến kết quả gần đúng. Chính vì vậy đã cho phép các nhà chế tạo máy thiết kế
và chế tạo các máy cơ cấu có hiệu suất cao, độ chính xác truyền động cao cũng như
những khả năng chuyển động tạo hình phức tạp và chính xác hơn.
-
Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích vềqn sự và hàng khơng
vũ trụ khi mà yêu cầu các chỉ tiêu về chất lượng của máy bay tên lửa xe tăng... là cao
nhất ( có độ chính xác và độ tin cậy cao nhất, có độ bền và tính hiệu quả cao khi sử
dụng...) Ngày nay, lịch sử phát triển NC đã trải qua các q trình phát triển khơng
ngừng cùng với sự phát triển trong lĩnh vực vi xử lí 4bit, 8bit, 32bit... và đến nay đã
đạt đến 32bit và cho phép thế hệ sau cao hơn thế hệ trước và mạnh hơn về khả năng
lưu trữ và xử lý.
-
Từ các máy CNC riêng lẻ (CNC Machines - Tools) cho đến sự phát triển cao
hơn là các trung tâm gia công CNC (CNC Engineering-centre) có các ổ chứa dao lên
4
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
tới hàng trăm và có thể thực hiện nhiều ngun cơng đồng thời hoặc tuần tự trên cùng
một vị trí gá đặt. Cùng với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các mạng cục
bộ và liên thông phát triển rất nhanh đã tạo điều kiện cho các nhà công nghiệp ứng
dụng để kết nối sự hoạt động của nhiều máy CNC dưới sự quản lí của một máy trung
tâm DNC ( Directe Numerical Control) với mục đích khai thác một cách có hiệu quả
nhất như bố trí và sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản xuất và quản lí
chất lượng sản phẩm.
Hình 1: Cấu trúc hệ CNC
Hiện nay, lĩnh vực sản xuất tự động trong chế tạo cơ khí đã phát triển và đạt
đến trình độ rất cao như các phân xưởng tự động sản xuất linh hoạt và tổ hợp CIM (
Computer Intergrated Manufacturing) với việc trang bị thêm các robot cấp phôi liệu
5
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
và vận chuyển, các hệ thống đo lường và quản lí chất lượng tiên tiến, các kiểu nhà
kho hiện đại được đưa vào áp dụng mang lại hiệu quả kinh tế rất đáng kể.
1.2 Khái niệm, cấu tạo, phân loại, đặc điểm máy CNC
1.1.1. Khái niệm
CNC là viết tắt của cụm từ tiếng anh Computer Numerical Control nghĩa là
máy tiện kim loại được điều khiển bằng máy tính. Vì thế bộ não của máy CNC là máy
tính. Đây khơng phải là mausy tính bình thường mà là máy tính với cơng suất tính
tốn cực nhanh. Hệ điều hành mà nó sử dụng là Fanuc, Fargor hoặc mazak chứ
không phải là Windows hay Mac như các máy tính thơng thường.
Hình 5: Máy CNC
Máy tính này sẽ điều khiển các bộ phận cơ khí để cắt gọt kim loại. Chương
trình được viết sẵn và được tự động thi hành khi bạn bấm nút star. Chương trình này
được dịch ra một thứ ngơn ngữ để máy tính có thể hiểu được. Sau đó, máy tính chuyển
lệnh từ các chương trình qua các mạch điện tử đến điều khiển các bộ phận cơ khí.
Ưu điểm cơ bản của máy CNC:
-
So với các máy điều khiển công cụ bằng tay, sản phẩm từ máy CNC không
phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung, chương
trình được đưa vào máy. Người điều khiển chỉ chú yếu theo dõi kiểm tra các chức
năng hoạt động của máy.
6
Đồ án tốt nghiệp
-
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
Độ chính xác lằm việc cao. Thơng thường các máy CNC có độ chính xác
máy là 0.001mm do đó có thể đạt được độ chính xác cao hơn
Tốc độ cắt cao. Nhờ cấu trúc cơ khí bền chắc của máy, Những vật liệu cắt
hiện đại như kim loại cứng hay gốm oxit có thể sử dụng tốt hơn .
-
Thời quan gia cơng ngắn hơn .
Các ưu điểm khác:
-
Máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm thời quan
chỉnh máy, đạt được tính kinh tế cao trong việc gia cơng hang loại các sản phẩm
nhỏ.
-
Ít phải dừng máy vì kỹ thuật, do đó chi phí dừng máy nhỏ.
-
Tiêu hao do kiểm tra ít, giá thành đo kiểm tra giảm.
-
Thời gian hiệu chỉnh máy nhỏ
-
Có thể gia cơng hàng loạt.
Nhược điểm:
-
Giá thành chế tạo máy cao hơn
-
Giá thành bảo dưỡng, sữa chữa máy cũng cao hơn.
-
Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khan hơn
Trình độ hiện tại của máy CNC
Các chức năng tính tốn trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện và đạt
tốc độ xử lý cao do tiếp tục ứng dụng nhừng thành tựu phát triển của các bộ vi xử
lý up. Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lý đa chức
năng , dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau. Vật mang tin từ bang đục
lỗ, bang từ, đĩa từ và tiến tới sử dụng đĩa CD có dung lượng ngày càng lớn, độ tin
cậy và tuổi thọ cao.
Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vài hệ NC để trờ thành hệ thống
CNC đã tạo điều kiện ứng dụng máy công cụ CNC ngay cả trong xí nghiệp nhỏ,
khơng có phịng lập trình riêng, nghĩa là người điều khiển máy có thể lập trình trực
tiếp ngay trên máy . Dữ liệu nhập và , nội dung lưu trữ, thơng báo về tình trạng
hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người điều khiển đều được
hiển thị trên màn hình.
7
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
Màn hình ban đầu chỉ là đen trắng với các ký tự chữ cái và các con số nay
đã dung màn hình màu đồ họa, độ phân giải cao (có thchúng em tốn đồ và hình
vẽ mơ phỏng tĩnh hay động), biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao
cụ đều được hiển thị trên màng hình
Các hệ CNC riêng lẻ có thể ghép mạng cục bộ hay mạng mở rộng để quản
lý điều hành một cách tổng thể hệ thống sản xuất của một xí nghiệp hay một tập
đồn cơng nghiệp.
1.1.2. Cấu tạo
Hình 6: Máy CNC trong cơng nghiệp
Gồm hai phần: phần thân và Auto Bar
+ Phần autobar dùng để chứa phôi và đấy phôi lên bằng hệ thống khí
Phơi có thể được cấp tự động hoawfc do người cơng nhận gá vào bàn máy
+ Phần thân: Có công dụng để đỡ các bộ phận của máy cnc
-
Nắp đậy: Khi làm việc, dầu cắt phun vào nơi tiếp xúc giữa phơi và cơng cụ
và bay tung tóe khắp buồn làm việc. Nếu bạn không đậy nắp này lại, dầu có thể dính
vào người bạn. Vì lí do an toàn, phải đảm bảo nắp đậy trước khi xả dầu cắt.
-
Bảng cảnh báo: Hình ảnh trên bảng cảnh báo trong trường hợp này nhắc
bạn rằng nếu bạn khơng đóng nắp đậy, có thể có những vật bay từ buồn làm việc ra
và trúng vào người bạn.
8
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
Ống phun dầu: phun dầu cắt giữa nơi tiếp xúc giữa phơi và lưỡi dao để q
-
trình gia cơng có thể diễn ra. Dầu cắt có 2 tác dụng: Giảm độ mài mòn của lưỡi dao,
và làm mát.
-
Các ụ dao: chứa các holder.
-
Ống đỡ phơi: ngậm phơi thơng qua bush.
-
Bàn phím nhập dữ liệu: Nơi bạn nhập các câu lệnh dưới dạng mã G và mã
M.
-
Bảng điều khiển: Gồm các nút bấm để điều khiển máy.
-
Băng truyền: khi băng truyền chạy, nó nhặt chip dụng rơi xuống và vận
chuyển ra ngồi. Chip là những mảnh dụng rơi ra khi dao gia công trên thanh phôi.
Nơi châm dầu làm mát: dầu này để làm mát các chi tiết cơ khí trong máy.
-
Dầu này khác với dầu cắt. Dầu cắt được đưa vào máy trực tiếp qua buồng làm việc.
Chức năng của máy CNC là cắt gọt kim loại, nghĩa là bạn đưa thanh thép
-
hình trụ (phơi) vào máy CNC, máy sẽ gia cơng để tạo hình sản phẩm.
-
Máy CNC cắt phơi bằng các lưỡi dao. Các lưỡi dao này phải có bộ phận để
giữ nó. Những bộ phần này gọi là holder. Holder được gắn trên các ụ dao.
Hình 4: Dao tiện
-
Các máy CNC, nhất là các máy thế hệ mới, có thể có thêm những dạng chuyển
động khác nữa, 3 dạng chuyển động trên là phổ biến nhất và về nguyên tắc, đủ để lập
trình gia cơng bất cứ biên dạng hình học nào (nhiều phần mềm CAM thậm chí chỉ
dùng 2 chuyển động: nội suy tuyến tính và cung trịn để sinh tất cả các chương trình
gia cơng)
9
Đồ án tốt nghiệp
-
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
Chúng ta cần lưu ý hai điểm chung cho các lệnh chuyển động. Thứ nhất, chúng
làm việc theo chế độ lưu, có nghĩa lệnh chỉ cần viết 1 lần và sẽ có hiệu lực cho tất cả các
dữ liệu tọa độ tiếp theo, cho tới khi nó bị thay (một lệnh khác xuất hiện). Thứ hai, chỉ cần
đưa vào lệnh tọa độ điểm cuối, cịn tọa độ điểm đầu chính là vị trí hiện thời của máy (tức
là điểm cuối của lệnh trước nó).
+ Chạy nhanh (hay cịn gọi là định vị)
Hầu như tất cả các máy CNC đều dùng lệnh G00 (hoặc G0) để thực hiện chạy
nhanh. Trong lệnh phải có các tọa độ đích. Với lệnh này chuyển động tuyến tính của
bàn (hoặc đầu dao) sẽ đạt giá trị tối đa có thể có của máy. Chúng được dùng để giảm
thiểu thời gian chạy không tải (không cắt) trong q trình gia cơng. Các ví dụ của
chuyển động nhanh như định vị dao vào và ra khỏi vị trí cắt, chạy tránh đồ kẹp và các
chướng ngại khác hay nói chung. Các máy CNC hiện đại có thể đạt tốc độ chạy nhanh
rất cao, ví dụ có máy tới 250m/ph. Vì vậy khi vận hành máy cần hết sức cẩn trọng và
kiểm tra kỹ lưỡng các lệnh nhanh. Nếu khơng sự cố cũng chẳng khác gì bạn lái xe
đâm vào xe khác vậy. Rất may là các bộ điều khiển CNC đều có chức năng giành
kiểm sốt lệnh này (làm chậm lại) giúp chúng ta kiểm tra chương trình dễ dàng hơn.
+ Chuyển động thẳng
Lệnh G01 (hoặc G1) được dùng để xác định tốc độ cắt (ăn dao hay chạy bàn)
theo đường thẳng (feed rate). Trên trung tâm gia công tốc độ cắt (lưu ý phân biệt với
vận tốc cắt là vận tốc dài của mũi dao so với phôi) được đo bằng mm/phút (mm/min)
hoặc inch/phút (in/min, IPM). Với trung tâm tiện, tốc độ cắt còn được đo bằng
mm/vòng hay inch/vòng (mm/rev, in/rev)
+ Chuyển động tròn
Hai lệnh G được dùng cho chuyển động tròn. G02 chỉ chuyển động tròn thuận
chiều kim đồng hồ (TCKĐH) và G03 thực hiện chuyển động tròn ngược chiệu kim
đồng hồ (NCKĐH). Trong dòng lệnh này, giá trị đi sau R chỉ bán kính cung trịn
Thay vì dùng ký hiệu bán kính R, trên một số bộ điều khiển CNC cũ, các véc tơ hướng
(ký hiệu bới I, J, K) cho biết vị trí tâm của cung tròn. Bởi vậy bạn cũng cần kiểm tra
các tài liệu hướng dẫn đi cùng máy để biết mình làm việc với hệ thống nào.
10
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
1.1.3. Phân loại
Phát triển nhanh chóng với những tiến bộ trong máy tính, ta có thế bắt gặp CNC dưới
dạng
-
Máy tiện cnc
-
Máy phay cnc
-
Máy khoan cnc
-
Máy cắt tia nước có hạt mài
-
Máy cắt khắc cnc
-
Máy đột dập
-
Máy điêu khắc 3D và nhiều loại máy công cụ công nghiệp khác
-
Máy CNC phân ra nhiều loại : 3 trục, 4 trục, 5trujc, phay 5 trục, tiện 5 trục...
có ba trục cơ bản XYZ, các trục còn lại được hiểu là quay quanh trục Z, trục X, trục
Y....
Hình 5: Máy phay gỗ
11
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
Hình 6: Máy tiện
Hình 7: Máy cắt plasma
Các máy điều khiển điểm tới điểm.
Ví dụ như máy khoan, khoét, máy hàn điểm, máy đột, dập…
Các máy điều khiển đoạn thẳng : đó là các máy có khả năng gia cơng trong
qua trình thực hiện dịch chuyển theo các trục.
Máy 2D
Máy 3D
Điều khiển 2D1/2
Điều khiển 4D , 5D
12
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
Hình 8: Máy cắt laze CNC
1.1.4. Đặc điểm
a.
Tính năng tự động cao
Máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức
độ tự động được nâng cao vượt bậc. Tuỳ từng mức độ tự động, máy CNC có thể thực
hiện cùng một lúc nhiều chuyển động khác nhau, có thể tự động thay dao, hiệu chỉnh
sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai
lệch vị trí tương đối giữa dao và chi tiết, tự động tưới nguội, tự động hút phoi ra khỏi
khu vực cắt …
b.
Tính năng linh hoạt cao
Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng với các loại
chi tiết khác nhau. Do đó rút ngắn được thời gian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất,
tạo điều kiện thuận lơi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ.
Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết đã có chương trình.
Vì thế, khơng cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, mà chỉ giữ lấy chương trình của chi
tiết đó. Máy CNC gia công được những chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng một cách linh
hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điều quan trọng nhất là việc lập trình gia
cơng có thể thực hiện ngồi máy, trong các văn phịng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin
học thơng qua các thiết bị vi tính, vi sử lý …
13
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
Tính năng tập trung ngun cơng
c.
Đa số các máy CNC có thể thực hiện số lượng lớn các nguyên công khác nhau
mà khơng cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết. Từ khả năng tập trung các nguyên
công, các máy CNC đã được phát triển thành các trung tâm gia cơng CNC.
Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao
d.
Giảm được hư hỏng do sai sót của con người.Đồng thời cũng giảm được cường
độ chú ý của con người khi làm việc.Có khả năng gia cơng chính xác hàng loạt.Độ
chính xác lặp lại, đặc trưng cho mức độ ổn định trong suốt q trình gia cơng là điểm
ưu việt tuyệt đối của máy CNC.Máy CNC với hệ thống điều khiển khép kín có khả
năng gia cơng được những chi tiết chính xác cả về hình dáng đến kích thước. Những
đặc điểm này thuận tiện cho việclắp lẫn, giảm khả năng tổn thất phôi liệu ở mức thấp
nhất.
e.
Gia công biên dạng phức tạp
Máy CNC là máy duy nhất có thể gia cơng chính xác và nhanh các chi tiết có
hình dáng phức tạp như các bề mặt 3 chiều.
Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao
-
Cải thiện tuổi bền dao nhờ điều kiện cắt tối ưu. Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt, đồ
gá và các phụ tùng khác.
-
Giảm phế phẩm.
-
Tiết kiệm tiền thuê mướn lao động do không cần yêu cầu kỹ năng nghề nghiệp
nhưng năng suất gia cơng cao hơn.
-
Sử dụng lại chương trình gia cơng.
-
Giảm thời gian sản xuất.
-
Thời gian sử dụng máy nhiều hơn nhờ vào giảm thời gian dừng máy.
-
Giảm thời gian kiểm tra vì máy CNC sản xuất chi tiết chất lượng đồng nhất.
-
CNC có thể thay đổi nhanh chóng từ việc gia công loại chi tiết này sang loại
khác với thời gian chuẩn bị thấp nhất.
Tuy nhiên máy CNC không phải không có những hạn chế. Dưới đây là một số
hạn
chế:
-
Sự đầu tư ban đầu cao: Nhược điểm lớn nhất trong việc sử dụng máy CNC là
14
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
tiền vốn đầu tư ban đầu cao cùng với chi phí lắp đặt.
-
Yêu cầu bảo dưỡng cao: Máy CNC là thiết bị kỹ thuật cao và hệ thống cơ khí,
điện của nó rất phức tạp. Để máy gia cơng được chính xác cần thường xuyên bảo
dưỡng. Người bảo dưỡng phải tinh thông cả về cơ và điện.
-
Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản.
1.2.
Các sản phẩn từ CNC
-
Từ các ứng dụng của máy CNC rất rộng nên sản phẩm từ CNC cũng rất đa
dạng, ví dụ như đồ nội thất, các chi tiết gia cơng cơ khí, tranh đá, chữ điêu khắc nghệ
thuật.....
-
Các sản phẩm đồ gỗ từ máy CNC
Hình 9: Đồ handmade từ CNC
-
Các sản phẩm chi tiết máy móc từ các vật liệu thép, nhơm và các loại vật liệu
khác.
15
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
Hình 10: Phay CNC cánh tuabin
1.3.
Giới thiệu về máy CNC mini
Máy CNC mini là dòng máy cnc cỡ nhỏ. Chuyên dùng khắc những vật kích
thước nhỏ như đồ trang sức. Máy làm việc tốt trên rất nhiều vật liệu như Gỗ, mica,
nhựa, mạch in...
Máy phay cnc mini có thể được chia làm 2 loại là máy phay và máy tiện cnc
mini.
Một máy CNC với một số tính năng độc đáo, chẳng hạn như đơn giản và độ
tin cậy, là được phát triển để nghiên cứu điều khiển số bằng máy tính và phần mềm
liên quan của nó.
Các máy đặc biệt hữu ích cho mục đích giáo dục và nghiên cứu, và nó rất dễ
tích hợp với các hệ thống sản xuất khác. Nó cũng có thể được sử dụng để giới thiệu
khía cạnh CNC của các hệ thống CAM mà khơng có quá nhiều phức tạp hiện diện
trong thương mại hệ thống.
Một số loại máy CNC mini:
16
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
Hình 11: Máy CNC mini 3 trục
Hình 12: Máy phay CNC 4 trục
17
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
1.4.
Ứng dụng của máy CNC
-
Tính năng ưu việt của máy CNC cho phép gia cơng nhiều loại, an tồn, tiếng
ồn nhỏ, năng suất cao và vận hành dễ dàng hơn. Máy CNC có độ chính xác cao nên
sản phẩm có giá trị cao và giá trị cao, sản phẩm có chất lượng đồng đều. Đây là yếu
tố quan trọng và cần thiết nhất trong sản xuất. Kĩ thuật tự động của máy CNC giảm
thiểu tối đa sai sót cho sản phẩm, cho nên có ưng đụng rất đa dạng trong mọi hoạt
động sản xuất...
+ Ứng dụng sản xuất bàn ghế , tủ gỗ, cửa gỗ các thiết bị nội thất khắc bằng gỗ, với
máy CNC những khó khăn khi xử lý các đường cong hay gấp khúc, các mơ hình 3D
giờ đây đã trở nên dễ dàng. Việc khắc trên gỗ, inox, mika, nhôm hay đá, thủy tinh...
cũng trở nên đơn giản nhanh chóng chính xác và tiện lợi mang lại hiệu quả kinh tế
cao. Các sản phẩm từ máy CNC mang tính thẩm mỹ cao, săc xảo và bắt mắt.
-
Khắc cắt hoạ tiết, hoa văn, hình ảnh 3D, làm bảng hiệu, quảng cáo.
-
Khắc và cắt trên các loại gỗ, trên mica, làm mơ hình.
-
Khắc trên pha lê, thủy tinh, kiếng, đá.
-
Khắc họa tiết, hoa văn trên các sản phẩm qùa tặng, kỷ niệm chương
-
Cắt giấy làm thiệp không bị cháy, đẹp mỹ thuật và hiệu qủa.
-
Khắc logo thương hiệu, cắt vải không bị tưa…
-
Ứng dụng của máy CNC trong việc cắt vi mạch điện tử khơng cịn mới, song
để áp dụng thành cơng địi hỏi phải có được lập trình chính xác tuyệt đối.
-
Ứng dụng trên board mạch của máy tính, máy tính bảng và các thiết bị điện
thoại thơng minh (smartphone); cụ thể là board mạch của máy tính Apple, iPad và
iphone.
Phương pháp sửa chữa mainboard của máy tính và điện thoại được áp dụng
phổ biến hiện nay là máy khị và máy hàn. Nói một cách đơn giản đó là việc dùng
nhiệt độ từ máy khị để tác động lên chip.
Với xu thế thiết kế ngày càng mỏng và nhẹ của các thiết bị, đòi hỏi cấu trúc
của mainboard ngày càng mỏng manh. Việc gia nhiệt với một nhiệt độ rất cao (trung
bình là 300 độ C) trên thân mainboard là một việc ngày càng nguy hiểm đối với tất
cả các linh kiện khác trên mainboard mà KTV khơng thể kiểm sốt được.
18
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
Đúc kết từ quá trình sửa chữa các thiết bị của Apple, chúng tôi nhận thấy rằng,
hầu hết các thiết bị có lỗi của chip A4, A5, A6, A6X, A7, lỗi ổ cứng … khi sử dụng
máy khò truyền thống đều không hiệu quả, tỷ lệ thành công không cao, di chứng để
lại nhiều do bị lan nhiệt sang các con chip gần chip bị khò ra.
Vậy vấn đề mấu chốt ở đây là kiểm soát nhiệt độ. Sử dụng máy CNC để cắt
và mài toàn bộ con chip lỗi mà khơng cần phải gia nhiệt lên thân mainboard; sau đó
hàn chip mới vào main, nhiệt độ mainboard phải chịu không đáng kể.
Việc lập trình tự động cho máy CNC chạy trên chip của thiết bị điện tử địi hỏi
sự chính xác tuyệt đối, lập trình như thế nào để máy gọt hở chân IC mà không cần
phải dọn keo, chỉ việc đóng IC mới đã thách thức chúng tơi trong một khoảng thời
gian dài.
Hiện tại, Handheld Care Centre đã ứng dụng thành cơng máy CNC trong cơng
việc của mình trên tất cả các chip lớn trên mainboard của MacBook, ipad và iphone.
Từ đây mở ra được một hướng giải quyết một cách an toàn nhất cho việc sửa chữa và
thay thế linh kiện trên mạch.
-
Sản xuất, chế tạo các chi tiết cơ khí chính xác, bền đẹp, hiệu quả sử dụng cao,
cả với nhưng chi tiết phức tạp, đơn chiếc...
-
Các chi tiết cơ khí loại đủ loại lớn,vừa, nhỏ.... nhiều chủng loại, phù hợp sản
xuất hàng loạt hàng khối, tính cơng nghiệp cao.
Từ việc phân tích và với những kiến thức đã được học chúng chúng em lựa
chọn đề tài tốt nghiệp là “thiết kế mơ hình máy phay CNC 4 trục” phay trên các
loại vật liệu như gỗ và mica.
19
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC MÁY
2.1.
Nguyên lý máy cnc 4 trục.
CNC 4 trục có cấu tạo gồm 1 trục chính có tốc độ quay cao có gắn đầu cắt như
mũi dao phay, khoan, khoét để cắt sản phẩm.
Sau khi kích hoạt máy hoạt động thì trục chính sẽ di chuyển theo chiều Z lên
xuống. Trong khi đó bàn máy giữ sản phẩm và di chuyển theo trục X và trục Y kết
hợp với trục Z để đưa lưỡi cắt đến những bền mặt muốn gia công của sản phẩm.
Trục A có khả năng giữ phơi và cho phơi quay trịn theo ý muốn để đáp ứng các u
cầu cần gia cơng như sản phẩm có bề mặt trụ trịn v.v
Z
X
A
Y
Hình 13: Sơ đồ ngun lý
2.2.
Các phương án động học máy.
2.2.1. Phương án phôi cố định
Trục Y chuyển động trên bệ máy , trục X chuyển động trên trục Y , trục Z
chuyển động trên trục X, trục A nằm trên bàn máy có tâm quay quanh trục X:
Đặc điểm :
20
Đồ án tốt nghiệp
-
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
Trục Y có thể trượt được trên bệ đỡ vừa nâng được các trục X và Z thì
nó thường phải có kết cấu vũng chắc và có các thanh rằng ngang, để tồn bộ phần
trượt Y khơng bị vênh. Xộc xệch khi di chuyển. Đồng thời 2 tấm đỡ 2 bên phải đủ
độ dày để khi cắt vào trục trượt của bệ đỡ thì khớp trượt khơng bị rơ, đảm bảo trượt
ổn định và không sai số.
-
Trục X trượt trên trục Y có gắn các hệ số các thanh trượt, cơ cấu truyền động,
động cơ ... tất cả các bộ phận này chuyển động cùng với trục Y.
-
Trên trục Z có bắt các cơ cấu bắt động cơ chạy di chuyển bút vẽ. Trục Z
trượt trên trục X nên trên bộ phận trượt trục X có các thanh trượt, động cơ, cơ cấu
Z
truyền động cho trục Z.
A
X
Y
Hình 14: Phương án 1
-
Trên bệ đỡ có các thanh trượt trục Y và phơi cần gia công
21
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
2.2.2. Phương án phôi di chuyển trên trục Y, dụng cụ gia cơng di
chuyển trên trục X và Z
Z
X
Y
A
A
Hình 15: Phương án 2
Hình 6: Phương án 2
-
Phần cố định bao gồm khung máy ( hay bệ đỡ), các trục trượt, động cơ
và cơ cấu truyền động của trục X và trục Y gắn cố định và khung máy.
-
Trục X và trục Y đều trượt trên các thanh trượt gắn cố định ở khung, trục
Z trượt trên trục X, nên trên trục X có gắn các thanh trượt, động cơ và cơ cấu
truyền động của trục Z.
2.2.3. Phương án bàn máy mang phôi di chuyển theo trục X, Y
Đặc điểm
22
Đồ án tốt nghiệp
-
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
Động cơ trục chính di chuyển lên xuống theo trục Z cịn bàn máy mang
Z
phơi di chuyển theo trục X,Y.
X
Y
Hình 16: Phương án 3
2.2.4. Lựa chọn phương án động học
Từ phân tích các phương án chuyển động trên cùng với mục đích sử dụng
mơ hình thí nghiệm, nhóm chọn phương án 2 phơi cố định sẽ làm tăng diện tích
gia cơng kích thước máy vẫn nhỏ gọn.
23
Đồ án tốt nghiệp
2.3.
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
Sơ đồ động học máy
Phương án sử dụng vit – đai ốc:
1
3
2
M
n
M
4
5
6
M
M
Hình 17: Sơ đồ động học máy sử dụng vit - đai ốc
Với các thành phần bao gồm:
1 – Động cơ
2 – Vitme
3 – Khung
4 – Culy răng
5 – Dây đai
6 – Mâm cặp
Ưu, nhược điểm dùng bộ truyền vit - đai ốc:
24
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy phay CNC 4 trục
Ưu điểm của bộ truyền vít – đai ốc:
– Bộ truyền vít đai ốc có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành khơng cao. có kích
thước nhỏ gọn, tiện sử dụng.
– Bộ truyền có khả năng tải cao, làm việc tin cậy. Khơng gây tiếng ồn.
– Có tỷ số truyền rất lớn tạo ra được lực dọc trục lớn, trong khi chỉ cần đặt lực nhỏ
vào tay quay.
– Có thể thực hiện được di chuyền chậm, chính xác cao.
Nhược điểm của bộ truyền vít – đai ốc:
– Hiệu suất của bộ truyền rất thấp.
– Ren bị mòn nhanh, nên tuổi bền không cao, nhất là khi phải làm việc với tốc độ
lớn.
Phương án sử dụng bộ truyền đai:
2
1
3
5
4
6
M
M
M
M
7
Hình 18: Sơ đồ động học máy sử dụng bộ truyền đai
Với các thành phần bao gồm:
1 – Động cơ
2 – Dây đai răng
25
