Đề tài cải tiến máy phay cnc 5 trục head head kết cấu h frame

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

CẢI TIẾN MÁY PHAY CNC 5 TRỤC HEAD-HEAD
KẾT CẤU H - FRAME

MÃ SỐ: SV2020-66

SKC 0 0 7 3 5 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2020

Bỵ GIÁO DĂC VÀ ĐÀO T¾O
TR¯âNG ĐH S¯ PH¾M KỸ THUÀT TPHCM

BÁO CÁO TêNG KÀT
ĐÂ TÀI NGHIÊN CĆU KHOA HâC CĄA SINH VIÊN

CÀI TIÀN MÁY PHAY CNC 5 TRĂC HEAD-HEAD
KÀT CÂU H - FRAME
SV2020 - 66
Chą nhiám đà tài: Ngun Trí HiÅu

TP Hé Chí Minh, tháng 10, năm 2020

Bợ GIO DC V O TắO
TRõNG H S PH¾M KỸ THUÀT TPHCM

BÁO CÁO TêNG KÀT
ĐÂ TÀI NGHIÊN CĆU KHOA HâC CĄA SINH VIÊN

CÀI TIÀN MÁY PHAY CNC 5 TRĂC HEAD-HEAD
KÀT CÂU H - FRAME
SV2020 - 66

Thục nhóm ngành khoa hãc: Kỹ Tht

SV thāc hián: Ngun Trí HiÅu Nam, Nÿ: Nam

Dân tïc: Kinh

Lñp, khoa: 16143CL2, Khoa Đào t¿o ChÃt L°āng Cao

Năm thć: 4/ Sỗ nm o to: 8

Ngnh hóc: Cụng nghỏ Ch t¿o máy

Ng°ói h°đng d¿n: PGS. TS Ph¿m Huy Tn

TP Hé Chí Minh, tháng 10, năm 2020

MĂC LĂC

PHÄN Mô ĐÄU ..................................................................................................................1
1. TêNG QUAN VÂ LÃNH VĀC NGHIÊN CĆU ........................................................... 1
1.1. Ngồi n°đc. .................................................................................................................. 1
1.2. Trong n°đc ................................................................................................................... 2

2. LÍ DO CHâN ĐÂ TÀI .................................................................................................... 2
3. MĂC TIÊU ĐÂ TÀI ........................................................................................................ 3
4. ĐỉI T¯ĀNG VÀ PH¾M VI NGHIÊN CĆU ................................................................ 3
4.1. ỗi tng nghiờn cu ................................................................................................... 3
4.2. Phm vi nghiờn cću ...................................................................................................... 3
5. CÁCH TIÀP CÀN VÀ PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĆU ............................................. 3
5.1. Cách tiÁp cÁn ................................................................................................................ 3
5.2. Ph°¢ng pháp nghiên cću .............................................................................................. 4
CH¯¡NG 1: C¡ Sơ LÍ THUT ......................................................................................5
1.1. ĐIÂU KHIÄN Sỉ, LÝ THUT MÁY VÀ CÁC CƠNG CĂ CNC .......................... 5
1.1.1. Giủi thiỏu. .................................................................................................................. 5
1.1.2. Hỏ thỗng dn đïng CNC. .......................................................................................... 5
1.1.3. Vòng điÃu khiÅn CNC (CNC Control Loop)............................................................. 7
1.1.4. Cỏc thnh phn ca hỏ thỗng CNC............................................................................ 8
1.2. THIÀT KÀ KÀT CÂU 3 TRĂC Đ¡N GIÀN............................................................... 9
1.2.1. C¢ sõ tính tốn thiÁt kÁ.............................................................................................. 9
1.3. THIÀT KÀ CĂM TRĂC XOAY B-C ........................................................................ 25
1.3.1. Hùp sỗ Harmonic..................................................................................................... 25
1.3.2. Hùp sỗ hành tinh (Planetary Gearbox) .................................................................... 26
CH¯¡NG II. THIÀT KÀ MÁY .........................................................................................31
2.1. XÂY DĀNG CÁC MƠ HÌNH ĐIàN TĀ TRÊN MÁY TÍNH (CAD). .................... 31
2.1.1. C¢ sõ thiÁt kÁ và xây dāng ...................................................................................... 31
2.1.2. KÁ thÿa mơ hình thiÁt kÁ ban đÅu............................................................................ 31
2.1.3. ThiÁt kÁ mơ hình CAD trăc xoay C......................................................................... 35
2.1.4. ThiÁt kÁ mơ hình CAD trăc xoay B......................................................................... 36

2.1.5. ThiÁt kÁ mơ hình CAD căm lÃp Z-B-C. .................................................................. 38
2.1.6. Mơ hình máy hồn thián.......................................................................................... 39
2.1.7. BÁn v¿ kĩ thuÁt. ........................................................................................................ 40
2.2. THIÀT KÀ C¡ KHÍ.................................................................................................... 41

2.2.1. ThiÁt kÁ kÁt cÃu 03 trăc c¢ bÁn................................................................................ 41
2.2.2. ThiÁt kÁ thân đÿ trăc chính...................................................................................... 43
2.2.3. Lāa chãn Vít-me bi.................................................................................................. 46
2.3. MƠ PHäNG BÂN KÀT CÂU MÁY (CAE).............................................................. 48
2.3.1. Giñi thiáu ................................................................................................................. 48
2.3.2. Tiêu chuÇn kÁt cÃu tĩnh cąa căm trăc Z-B-C. ......................................................... 49
CH¯¡NG III: CHÀ T¾O MÁY VÀ LÂP RÁP ................................................................67
3.1. KHơI T¾O QUI TRÌNH GIA CƠNG CÁC CHI TIÀT MÁY .................................. 67
3.2. TIÀN HÀNH GIA CÔNG .......................................................................................... 69
3.3. KIÄM TRA CHÂT L¯ĀNG...................................................................................... 69
CH¯¡NG IV: THIÀT KÀ Hà THæNG ĐIàN – ĐIÂU KHIÄN.......................................72
4.1. THIÀT Bà ĐIàN ......................................................................................................... 72
4.1.1. M¿ch Mach3 LPT .................................................................................................... 72
4.1.2. Stepper Driver LeadShine DMA860H .................................................................... 72
4.1.3. Đïng c¢ b°đc .......................................................................................................... 73
4.1.4. BiÁn tÅn.................................................................................................................... 74
4.1.5. Cą đăc vi tính. ......................................................................................................... 74
4.2. PHÄN MÂM CH¯¡NG TRÌNH MACH3MILL ...................................................... 75
4.2.1. Giđi thiỏu. ................................................................................................................ 75
4.2.2. Nguộn gỗc v chc nng. ........................................................................................ 75
4.2.3. Nhÿng vÃn đà khi sā dăng Mach3. ......................................................................... 76
4.3. Hà THæNG ĐIàN ..................................................................................................... 76
4.4. Hà THæNG ĐIÂU KHIÄN VÀ POST-PROCESSOR .............................................. 87
4.4.1. Đánh nghĩa. .............................................................................................................. 87
4.4.2. Qui trình ho¿t đïng cąa Post-processor .................................................................. 88
4.4.3. Đánh nghĩa khoÁng cách Pivot................................................................................. 88
4.4.4. Đánh nghĩa máy trong Mastercam ........................................................................... 90
CH¯¡NG V: SÀN PHỈM GIA CÔNG CĄA MÁY ........................................................92

5.1. SÀN PHỈM GIA CƠNG 2D TRÊN 3 TRĂC X, Y VÀ Z. ....................................... 92

5.2. SÀN PHỈM GIA CƠNG 3D TRÊN 3 TRĂC X, Y VÀ Z. ....................................... 92
5.3. SÀN PHỈM Gì GIA CƠNG 3 + 2 TRÊN 5 TRĂC ................................................. 93
5.4. SÀN PHỈM GIA CƠNG 5 TRĂC ĐèNG THịI. .................................................... 93
CH¯¡NG VI: KÀT LUÀN VÀ KIÀN NGHà ...................................................................95
6.1. KÀT LUÀN. ............................................................................................................... 95
6.2. KIÀN NGHà................................................................................................................ 95
CH¯¡NG VII: H¯ðNG PHÁT TRIÄN TRONG T¯¡NG LAI .....................................97
7.1. CÃu trúc...................................................................................................................... 97
7.2. Mô phång.................................................................................................................. 97
7.2.1. Các tiêu chí đÅ mơ phång tĩnh. ............................................................................... 97
7.2.2. PhÁn ćng và đïng hãc. ........................................................................................... 97
7.2.3. Mô phång tĩnh. ........................................................................................................ 98
TÀI LIàU THAM KHÀO ................................................................................................102

MĂC LĂC BNG BIU

Bng 2.1. Thụng sỗ phay mt v phay ngún ......................................................................41
Bng 2.2. Thụng sỗ phay ở xuỗng....................................................................................42
Bng 2.3. Thỗng sỗ thiÁt kÁ thân đÿ...................................................................................43
BÁng 2.4. Lāc cÃt dãc trăc Y..............................................................................................44
BÁng 2.5. Lāc cÃt tác dãc trăc X ........................................................................................45
BÁng 2.6. Các tr°óng hāp lāc dãc trăc có thÅ xÁy ra. ........................................................46
BÁng 2.7. Thụng sỗ ca vớt-me bi ó chón. ........................................................................48
Bng 2.8. Toỏn toỏn bn.....................................................................................................48
Bng 2.9. Bng thụng sỗ vt liỏu........................................................................................49
Bng 2.10. Ành h°õng cąa lāc cÃt lên căm spindle...........................................................51
BÁng 2.11. Thông sỗ ca phiờn bn 1 khi chỏu tỏc dng ca lc ct .................................52
Bng 2.12. Thụng sỗ ca phiờn bn 2 khi cháu tác dăng cąa lāc cÃt .................................54
BÁng 2.13. Thông sỗ ca phiờn bn 2 khi chỏu tỏc dng ca lc ct .................................56
Bng 2.14. Thụng sỗ ca phiờn bn 2 khi cháu tác dăng cąa lāc cÃt .................................58

BÁng 2.15. BÁng tởng kt thụng sỗ ca cỏc phiờn bn .......................................................60
Bng 2.16. Tn sỗ dao ùng t nhiờn v cỏc vỏ trớ xÁy ra dao đïng theo phÅn mÃm Ansys
............................................................................................................................................ 64
BÁng 2.17. Mỗi quan hỏ gia chuyn vỏ, tn sỗ dao ùng riờng v sỗ vũng trờn phỳt. .....66
Bng 7.1. Thụng sỗ cąa phiên bÁn mñi khi cháu tác dăng cąa lāc ct ...............................98
Bng 7.2. Thụng sỗ ca phiờn bn 4 v phiờn bn tÂng lai .............................................99
Bng 7.3. Tn sỗ dao ùng riêng và biên đï dao đïng ....................................................101

DANH MĂC CÁC CHĂ VIÀT TÂT

CNC : Computer Numerical Control
NC : numerical control

EDM: Electrical Discharge Machining
FA: Flexible Automation-
FMS : Flexible Manufacturing Systems
AGV: Autonomous Guided Vehicles
CMM : Coordinate Measurement Machines
CAI: Computer Aided Inspection
CAD: Computer Aided DesignCAPP : Computer Aided Process Planning
CAM : Computer Aided Manufacturing
LSI: Large-scale integrated
PMSMs: Permanent Magnet Synchronous Motors
LM : Linear Movement
MMI: Man Machine Interface
NCK: Numerical Control Kernel
PLC : Programmable Logic Control
PID: Proportional Integral Derivative
FIFO : First In, First Out
CPU: Central Processing Unit

RAM: Random Access Memory
ST: Structured Text-
FBD: Function Block Diagram
SFC: Sequential Function Charts
LD: Ladder Diagram
IL: Instruction List

PHÄN Mä ĐÄU

1. TêNG QUAN VÂ LÃNH VĄC NGHIÊN CĆU
1.1. Ngoài n°ác.

Máy gia công 5 trăc đ°āc ćng dăng rÃt nhiÃu trong các ngành sÁn xuÃt, chÁ t¿o máy,
chą yÁu là đÅ gia công các bï phÁn cąa máy bay, đïng c ỗt trong, v cỏc chi tit mỏy cho
ngnh ụ tơ. H¢n nÿa, vì khÁ năng có thÅ điÃu khiÅn đéng thói nhiÃu trăc chuyÅn đïng linh
ho¿t cąa máy gia công 5 trăc đ¿t hiáu suÃt cao nên máy đã và đang đ°āc khám phá và phát
triÅn cho rÃt nhiÃu ngành sÁn xuÃt khác nh° thiÁt bá công nghiáp nÁng, khn m¿u, y sinh,
dÅu khí, dát may&

Dāa theo phân tích cąa Technavio, thá tr°óng trung tâm gia cơng 5 trăc tồn cÅu đ°āc
dā đốn s tng trừng vủi tỗc ù ởn ỏnh v t tỷ lá tăng tr°õng kép hàng năm (CAGR)
gÅn 7% trong giai on d bỏo. Nhu cu ngy cng tng ỗi vđi các máy đa lĩnh vāc trên
tồn cÅu s¿ thúc đÇy triÅn vãng tăng tr°õng cho thá tr°óng trung tâm gia cụng CNC 5 trc
cho n cuỗi nm 2021. Thỏ tr°óng đang chćng kiÁn sā thay đëi lđn tÿ các mỏy truyn
thỗng sang cỏc trung tõm gia cụng CNC 5 trăc, kÁt hāp tÃt cÁ các chu trình nh° phay, khoan,
v¿t mÁt và tián trong mït máy duy nhÃt đÅ tăng năng st và giÁm thói gian gia cơng. Các
ph°¢ng pháp gia cơng tián ren ngồi, ren, ren trong, rãnh v múc lớ l mùt sỗ cỏc chc
nng khỏc m có thÅ đ°āc thāc hián trên tích hāp trên cÁ máy phay đÅ giÁm viác gá đÁt chi
tiÁt nhiÃu lÅn. Vđi tính năng tích hāp các cơng că tián, mà mït lÅn nÿa, s¿ thúc đÇy q
trình chun đëi tÿ cỏc mỏy truyn thỗng trong vi nm tủi.

VÃ mÁt đáa lý, Châu Á - Thỏi Bỡnh DÂng (APAC) chim a sỗ thỏ phn trong năm
2016 và s¿ tiÁp tăc chiÁm lĩnh thá tr°óng trong bỗn nm tủi. Mùt trong nhng yu tỗ chớnh
nh hủng đÁn sā tăng tr°õng cąa thá tr°óng trong khu vāc này là sā phát triÅn cơng nghiáp
nhanh chóng õ các quỗc gia nh Trung Quỗc, n ù, Hn Quỗc, Indonesia và Đài Loan.

1

Hình 1.1. Thị trường trung tâm gia cơng 5 trục toàn cầu (2017 - 2021)
Trong bỗi cnh ny, kh nng ca gia cụng 5 trăc trõ nên hÃp d¿n h¢n bao gió hÁt ỗi
vủi cỏc doanh nghiỏp va v nhồ. Vủi mc ớch mừ rùng cho nhiu doanh nghiỏp hÂn trong
sỗ ú tham gia vào thá tr°óng 5 trăc, các hãng sÁn xuÃt và chÁ t¿o máy cơng că lđn có thÅ
kÅ đÁn nh° DMG Mori, Mazak, Hass Automation, Okuma& đÃu đ°āc phát triÅn và đ°a ra
thá tr°óng các trung tâm gia cơng 5 trăc, đi kèm vđi nó là các giÁi pháp và phÅn mÃm
CAD/CAM-CNC cho gia công 5 trăc nh° Mastercam, BobCAD-CAM, Hypermill,
Powermill, Vericut&

1.2. Trong n°ác

Q trình cơng nghiáp hóa và hián đ¿i hóa cũng n°đc ta khơng thÅ khơng kÅ đÁn sā
phát triÅn tÃt u cąa lãnh vāc c¢ khí chÁ t¿o máy, mà nhiám vă đÁt ra là nghiên cću, thiÁt
kÁ và chÁ t¿o nhÿng máy công că đ°āc điÃu khiÅn ngày càng linh hot v tỗi u, giỳp tng
nng sut v ci thián đï chính xác phăc vă cho q trình sÁn xuÃt.

Tuy nhiên, ngành c¢ khí chÁ t¿o máy trong đó có mÁng chÁ t¿o mỏy cụng c vỗn cú
ừ Viỏt Nam vủi cỏc sn phÇm hÅu hÁt l¿i là máy v¿n năng phë thơng v cú cu trỳc truyn
thỗng. S ởi mủi cụng nghỏ khơng có nghĩa là đi mua cơng nghá, điÅn hình nh° viác
nhÁp khÇu máy cơng că CNC cũng gây bÃt cp trong mùt sỗ trúng hp nh: giỏ cao, bo
trỡ - bÁo d°ÿng phćc t¿p, khơng chą đïng, khó phát huy kinh tÁ nïi sinh, không nhÁp
đ°āc các máy phăc v quỗc phũng& Vỡ nhng lý do ú, viỏc phi làm chą công nghá và

nghiên cću phát triÅn các đà tài và máy công că CNC 5 trăc là cÃp thiÁt.

2. LÍ DO CHâN ĐÂ TÀI
2

Các sÁn phÇm cơng nghỏ v cuùc sỗng hng ngy ang ngy cng phong phú và đa
d¿ng, nhÿng yêu cÅu và vÁt liáu, đï phćc t¿p cũng nh° đï chính xác và thÇm mỹ ngày càng
đ°āc cÁi thián. ĐÅ thõa mãn nhÿng nhu cÅu trên, yêu cÅu phÁi nghiên cću, thiÁt kÁ, chÁ t¿o
mït lo¿i máy cơng că có chun đïng phćc t¿p giÿa các trăc cÅn ra đói.

Nhÿng máy công că phë biÁn hián nay chą yÁu ho¿t đïng dāa trên sā nïi suy cąa 3
trăc x, y và z. ĐiÃu đó làm giđi h¿n khÁ năng gia cụng ỗi vủi nhng chi tit phc tp.
gii qut vÃn đà đó, viác đÅu t° cho máy cơng că 5 trăc là cÅn thiÁt. Tuy nhiên, giá thành
cao là v°đng ng¿i lđn nhÃt cho các doanh nghiáp. Vì nhÿng lí do đó, nhóm tác giÁ đã nghiên
cću, thiÁt kÁ và chÁ t¿o thành cơng mơ hình máy phay CNC 5 trăc đÅu - đÅu kÁt cÃu khung
H. SÁn phÇm này đ°āc cÁi tiÁn tÿ mơ hình máy 3 trăc cũ.

3. MĂC TIÊU ĐÂ TÀI

 Hồn thián mït mơ hình máy phay CNC 5 trăc.
 Máy có giá thành hāp lí.
 Công nghá gia công 5 trăc ộng thúi.

4. ổI TNG V PHắM VI NGHIấN CU

4.1. ỗi t°āng nghiên cću

 5-axis machining options through CAD / CAM-CNC technology.
 Công nghá gia công 5 trăc thông máy CAD/CAM-CNC
 Optimization of the toolpath creates 3D surfaces.

Tỗi u húa úng chy dao t¿o bà mÁt 3D

4.2. Ph¿m vi nghiên cću

 ChÁ t¿o thành cơng mơ hình và kiÅm tra chÃt l°āng sÁn phÇm đÅ đánh giá măc tiêu
ba đÅu.

 Mơ hình đ°āc phát triÅn thơng qua viác kÁ thÿa phiên bÁn máy 3 trăc x,y,z và phát
triÅn thêm 2 căm trăc xoay B-C. .

5. CÁCH TIÀP CÀN VÀ PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĆU

5.1. Cách tiÁp cÁn

 Mït mơ hình máy đ°āc xây dāng dāa trên c¢ sõ kÁ thÿa thiÁt kÁ máy phay gí CNC
5 trăc, mô hình thāc tÁ 3 trăc và cÁi tiÁn các khuyÁt điÅm trong thiÁt kÁ đã đ°āc công
bỗ.

3

Tỗi u húa thit k mơ hình đã đ°āc xây dāng theo hàm măc tiêu đà ra.

Hình 1.2. Mơ hình máy thực tế ban đầu
5.2. Ph°¢ng pháp nghiên cću

 Ph°¢ng pháp nghiên cću, tham khÁo lý thuyÁt
 Ph°¢ng pháp kÁ thÿa các cơng trình nghiên cću đã thāc hián.
 Ph°¢ng pháp kiÅm tra, đánh giá.
 Ph°¢ng pháp thāc nghiám.
 Tính tốn, thiÁt kÁ máy trên các phÅn mÃm CAD/CAE.

 LÁp trình, mô phång gia công trên các phÅn mÃm CAD/CAM/CNC/CAE

4

CH¯¡NG 1: C¡ Sä LÍ THUYÀT

1.1. ĐIÂU KHIÄN Sỉ, LÝ THUT MÁY VÀ CÁC CƠNG CĂ CNC

1.1.1. Giái thiỏu.

Mỏy iu khin sỗ (NC machine), mùt sn phầm in hỡnh ca ngnh c đián tā, là
sā kÁt hāp cąa ngành c¢ khí là mùt mỏy cụng c v ngnh iỏn l hỏ thỗng iu khin sỗ.

Mỏy cụng că có thÅ hiÅu là mït máy có khÁ năng chÁ t¿o ra các máy khác. Sā cÁi
tiÁn công nghá tÿ máy công că thą công sang máy công că NC, ù chớnh xỏc v tỗc ù gia
cụng ó c cÁi thián rõ rát.

Khi tiÁn hành phát triÅn máy NC, măc đích cąa nó là đÅ gia cơng các chi tiÁt có biên
d¿ng phćc t¿p mït cách chính xác. Vì thÁ, bï điÃu khiÅn sỗ c dựng ch yu cho mỏy
phay v mỏy doa. Tuy nhiên, viác ćng dăng NC đã dÅn trõ nên phë biÁn đÅ làm tăng năng
suÃt nên nhiÃu lo¿i máy NC đ°āc phát triÅn nh° máy tián, trung tâm gia công, máy
khoan/tarô& ĐÁc biát, ćng dăng cąa NC đ°āc mõ rùng cho cỏc mỏy cụng c khụng
truyn thỗng nh mỏy cÃt dây EDM, máy cÃt laser, máy in 3D& v.v.

Vì vÁy, viác tā đïng hóa nhà máy cũng đ°āc tiÁn hành, cơng nghá máy NC cho
phép xây dāng FA (Flexible Automation - Tā đïng húa linh hot) hay FMS (Flexible
Manufacturing Systems - Hỏ thỗng sn xut linh hot) bng cỏch kt nỗi cỏc mỏy vñi thiÁt
bá sÁn xuÃt nh° robot, AGV (Autonomous Guided Vehicles - Xe tā hành), nhà kho hay
máy tính đ°āc tā ùng húa. Hỏ thỗng NC c s dng khụng chò cho máy công că mà
tÃt cÁ các máy cÅn chuyÅn ùng bừi hỏ thỗng servo, nh l mỏy ct gót, khí că v¿, máy

gia cơng gí, CMM (Coordinate Measurement Machines - Máy đo tãa đï) và máy thêu
dát, và NC là cơng nghá c¢ bÁn cho tā đïng hóa nhà mỏy

1.1.2. Hỏ thỗng dn òng CNC.

Hỏ thỗng m bin ởi cỏc lỏnh t NC đÁn chuyÅn đïng cąa máy đ°āc thÅ hián õ Hình
1.1a. Hình 1.1b mơ tÁ c¢ cÃu d¿n đïng bằng servo bao gém mït đïng c¢ servo và mït thiÁt
bá truyÃn cụng sut. Servo, cú t gỗc theo Latin l vđi lánh đ°āc đ°a ra. Lánh tÿ NC làm cho đïng c¢ servo quay, chun đïng quay cąa servo
đ°āc trun đÁn vít-me bi thơng qua mùt khủp nỗi, s quay ca vớt-me bi c bin ởi
thnh chuyn ùng tỏnh tin ca ai ỗc bi, v cuỗi cựng bn mỏy vủi chi tit di chuyn tun
tính. Tóm l¿i, c¢ cÃu d¿n đïng bằng servo điÃu khin vn tỗc v mụmen xon ca bn mỏy
thụng qua thiÁt bá driver cho servo cąa tÿng trăc dāa trên cỏc lỏnh vn tỗc t NC. Gn õy,

5

PMSMs (Permanent Magnet Synchronous Motors - Đïng c¢ đéng bï nam châm vĩnh cāu)
đ°āc sā dăng nh° là đïng c¢ servo trong máy công că.

(a) Cơ cấu dẫn động bằng servo (b) Cơ cấu dẫn động bằng trục chính
Hình 1.3. Cơ cấu dẫn động cÿa máy công cụ

Hình 1.3b mơ tÁ đ¢n vá trăc chính bao gém mït đïng c¢ trăc chính và thiÁt bá trun
cơng st. Sā quay cąa đïng c¢ trăc chính đ°āc trun đÁn thân trăc chính thơng qua mït
đai và tỷ lỏ vn tỗc ph thuùc vo t lỏ ca kớch cÿ puly giÿa đïng c¢ và thân trăc chính.
GÅn đây, đïng c¢ cÁm ćng đ°āc sā dăng rïng rãi đÅ làm đïng c¢ trăc chính cho máy cơng
că, vì đïng c cm ng khụng cú chởi than, tỗt hÂn ùng c¢ DC và kích th°đc, trãng l°āng,
qn tính, hiáu st, tỗc ù tỗi a, v viỏc bo trỡ.

Mït vài máy công că sā dăng bánh răng đÅ trun cơng st thay vì dùng đai. Tuy

nhiên, truyÃn công suÃt bõi bánh răng không phù hāp cho gia cụng cao tỗc. Gn õy, mùt
bù truyn trc tiÁp, mà đïng c¢ trăc chính và thân trăc chính (u mỏy) c kt nỗi trc
tip vủi mùt thit bỏ truyn cụng sut, c dựng quay tỗc ù cao h¢n 10.000
vịng/phút.
1.1.2.1. PhÅn d¿n h°áng di chun tun tính (Linear Movement Guide)

Mït vít-me bi đ°āc sā dăng đÅ di chuyÅn vá trí dăng că
cÃt hay bàn máy và đóng vai trị thay đëi chun đïng
quay cąa đïng c¢ servo thành di chun tun tính. Mït
phÅn d¿n h°đng di chun tun tính (Linear Movement
- LM) đ°āc sā dăng đÅ làm tăng đï chính xác và sā m°āt
mà cąa di chuyÅn tuyÁn tính.

6

Hình 1.4. Các phần dẫn hướng di chuyển tuyến tính
1.1.2.2. Khỏp nỗi (Coupling)

Khủp nỗi mÃm (Flexible coupling) th°óng đ°āc sā
dăng trong các bï phn mỏy, l mùt chi tit mỏy kt nỗi
trăc đïng c¢ servo vđi vít-me bi. Khi vít-me bi và đïng
c¢ servo đ°āc liên kÁt, các trăc cąa chúng nên đéng tâm
nhau. Tuy nhiên, trong thāc tÁ, điÃu này rÃt khó đ¿t
đ°āc. Vì lý do này, mït khủp nỗi nờn c thit k
không bá Ánh hừng bừi s lỏch tõm quay. Khủp nỗi
mm c th hián õ Hình 1.5 đáp ćng đ°āc yêu cÅu đà cp ừ trờn v lm cho viỏc kt
nỗi ùng c servo và vít-me bi trõ nên dß dàng.
1.1.3. Vịng điÃu khiÅn CNC (CNC Control Loop)
Hỏ thỗng vũng hừ v kớn mụ t 2 loi c bn ca hỏ thỗng iu khin CNC. Vũng
kớn v mừ mụ t qui trỡnh iu khin ca hỏ thỗng. Vũng mừ thiờn v hỏ thỗng m ừ ú s

giao tip gia hỏ thỗng iu khin v ùng c l 1 chiÃu.
Khác vđi vịng điÃu khiÅn kín, vịng điÃu khiÅn mõ khơng có khÁ năng héi tiÁp.
Vịng mõ có thÅ ćng dăng trong tr°óng hāp khi đé chính xác điÃu khiÅn là khơng cao và
đïng c¢ b°đc đ°āc dùng khi đó. Vì vịng điÃu khiÅn hõ khơng cÅn bï dị và m¿ch héi tiÁp
cho nên cÃu trúc khá đ¢n giÁn. Thêm vào đó, đï chớnh xỏc ca hỏ thỗng dn ùng trc
tip tỏc ùng lên đï chính xác thơng qua đïng c¢ b°đc, vít-me bi v hỏ thỗng truyn
ùng.

7

Đïng c¢ b°đc thì cú kh nng khừi ùng 1 hỏ thỗng vũng hừ trong khi đïng c¢
servo thì khơng thÅ, ít nhÃt là trong ćng dăng CNC. Bõi vì đïng c¢ b°đc khơng yêu cÅu
phÅn cćng héi tiÁp, giá thành cho 1 há thỗng vũng hừ cng r hÂn ỏng k xõy dāng 1
máy CNC 5 trăc.
1.1.4. Các thành phÅn cąa há thỗng CNC

Hỏ thỗng CNC bao gém ba đ¢n vá; đ¢n vá NC cung cÃp giao dián ng°ói dùng và thāc
hián điÃu khiÅn vá trí, đ¢n vá đïng c¢ và đ¢n vá driver. Theo nghĩa hp, chò cú Ân vỏ NC
c gói l hỏ thỗng CNC. PhÅn nïi dung này chß tÁp trung vào cÃu t¿o và chćc năng cąa
NC và khơng bao gém đ¢n vá đïng c¢ và driver.

Hình 1.5. Cấu trúc cÿa CNC
Xột v quan im chc nng, hỏ thỗng CNC bao gém bï MMI, bï NCK và bï PLC,
Hình 1.12. Bï MMI (Man Machine Interface - Giao dián ng°ói và máy) cung cÃp giao
dián giÿa NC và ng°ói dùng, thāc thi các lánh vÁn hành máy, hiÅn thá tr¿ng thái máy, và
cung cÃp các chćc năng đÅ chßnh sāa ch°¢ng trình gia cơng và giao tiÁp. Bï NCK
(Numerical Control Kernel - iu khin sỗ Kernel), l bù phn cỗt lừi ca hỏ thỗng CNC,
biờn dỏch chÂng trỡnh gia cụng và thāc thi viác nïi suy, điÃu khiÅn vá trí, và bù trÿ líi sai
dāa trên ch°¢ng trình gia cơng ó c biờn dỏch. Cuỗi cựng, bù ny iu khin hỏ thỗng
servo v lm cho chi tit c gia cụng. PLC (Programmable Logic Control - ĐiÃu khiÅn

logic khÁ trình) điÃu khin tun t viỏc thay dao, tỗc ù trc chớnh, thay phơi, xā lý tín
hiáu vào/ra và đóng vai trị điÃu khiÅn hành vi cąa máy ngo¿i trÿ điÃu khiÅn servo.

8

1.2. THIÀT KÀ KÀT CÂU 3 TRĂC Đ¡N GIÀN
1.2.1. C¢ så tính tốn thiÁt kÁ.

Hình 1.6. Sơ đồ thiết kế 3 trục cơ bÁn.
1.2.1.1. Ph°¢ng pháp gia cơng phay.

Phay là mït ph°¢ng pháp gia công mà vÁt liáu s¿ đ°āc cÃt gãt bõi mït dăng că cÃt
xoay quanh trăc tâm cąa nó, ph°¢ng pháp này khác vđi khoan ngồi viác di chun tánh
tiÁn dãc theo trăc tâm cąa dao, dao phay cũng có thÅ di chun vng góc vđi trăc tâm.

9

(a) Phay mặt (b) Phay ngón (c) Phay đổ xuống

Hình 1.7. Phương pháp phay cơ bÁn
a. Phay mặt - Phay ngón (Face milling - End milling)

 Cơng st khi phay mÁt - phay ngón: = . . . ỵ (kW) (1.1)

Trong ú,
: Hng sỗ cụng sut ct riờng (kW/cm3/s).
: Hỏ sỗ chy dao ng vủi hng sỗ cụng sut ct riờng.
Ā: L°āng cÃt gãt vÁt liỏu (cm3/s).
ỵ: Hỏ sỗ hao mòn dăng că cÃt.

 Hiáu suÃt truyÃn: ā = āĀ2 (1.2)

Trong đó, āĀ: Hiáu suÃt cąa mït cÁp ë bi.
 Công suÃt cÅn thiÁt đÅ chãn đïng c¢ trăc chính: ÿÿ = ���㕃ăĀ (kW) (1.3)

Trong ú, : Hiỏu sut truyn.

Lc ct tip tuyn: ỵ = ���㕃ă×60000 ýā (N) (1.4)

Trong đó, ýā: VÁn tỗc ct (m/phỳt).
Tỗc ù quay trc chớnh: = ýā×1000 ���㔋×ÿ (vịng/phút) (1.5)

10

 L°āng ch¿y dao / B°ñc tiÁn cąa bàn máy: ���㕣Ą = Āÿ × ���㕧 × Ā (mm/phút) (1.6)

Trong đó,
Āÿ: L°āng ch¿y dao răng (mm/răng).
: Sỗ rng ct ca dng că cÃt.

 L°āng cÃt gãt vÁt liáu: Ā = ÿă×ÿ���㕝×ĀĄ 60×1000 (cm3/s) (1.7)

Trong đó,

���㕎ă: ChiÃu sâu cÃt h°đng kính (mm).
���㕎ā: ChiÃu sõu ct hủng trc (mm).

b. Phay ở xuỗng (Plunge milling)

Lc ộp xuỗng: ỵ/ = 0,05ỵ. . . ỵ. þ + 0,007þĂ. Ā2. ý. þ (N) (1.8)

Trong đó,
ỵ: Hỏ sỗ vt liỏu chi tiÁt.
: Hỏ sỗ chy dao.
ĂĀ: Há sỗ lc ộp xuỗng ng vủi úng kớnh mi khoan.
ỵ: Hỏ sỗ li ct ngang ng vủi lc ộp xuỗng.
ỵ: Hỏ sỗ hao mũn dng c cÃt.
Ā: Đ°óng kính mũi khoan (m).
ý: Hỏ sỗ li ct ngang ng vủi lc ộp xuỗng.

Mụmen xon: = ...ý.ỵ 40000 (N. m) (1.9)

Trong đó,
: Hỏ sỗ mụmen xon ćng vđi đ°óng kính mũi khoan.
ý: Há sỗ li ct ngang ng vủi mụmen xon.

11

 Công suÃt khi phay đë xuỗng: = . 9950 (kW) (1.10)

Trong đó,
Ā: Mômen xoÃn (N.m).
: Tỗc ù quay trc chớnh (vũng/phỳt).

 Công suÃt cÅn thiÁt đÅ chãn đïng c¢ trăc chính: ÿÿ = ���㕃���㕝 Ā (kW) (1.11)

1.2.1.2. Ląa chón òng c trc chớnh (Spindle).
Dāa trên các điÅm cÅn xem xét khi lāa chãn đïng c¢ trăc chính cho máy:

ùng c nờn cú tỗc ù quay cao cÃt vÁt liáu dß bÅ văn nh° nhơm, gí&

 Nên đ°āc làm mát bằng khí thay vì bằng n°đc đÅ tránh các hián t°āng hóa hãc xÁy

ra khi gia công.
 ChiÃu sâu cÃt và bà rïng phay nên đ°āc xác đánh.
 L°āng ch¿y dao.
 Đ°óng kính cąa dăng că cÃt.

Viác lāa chãn cơng st cąa trăc chính đ°āc dāa trên ph°¢ng trình cąa lāc tiÁp tun
và dãc trăc tác dăng lên chi tiÁt cÅn thiÁt đÅ gia cơng. Trong ph°¢ng pháp phay đćng, hai
lo¿i lāc tiÁp tuyÁn và dãc trăc xÁy ra do ngun cơng phay đ¢n giÁn và phay ở xuỗng
tÂng ng.

1.2.1.3. Thit k thõn trc chớnh.
Thân đÿ đ°āc yêu cÅu đÅ giÿ trăc chính mà khi tÃt cÁ các lāc cÃt đang thāc thi. Vì vÁy

nhÿng điÃu sau đây đ°āc yêu cÅu chãn lāa và thiÁt kÁ:

 Vt liỏu ca tm .
Sỗ bulơng cÅn thiÁt đÅ giÿ thân đÿ và trăc chính.
 B°đc ren cąa bulơng và tai bulơng so vđi c°óng đï cháu lāc (xé) (bà dày cąa tÃm

đÿ).
 Đ°óng kính cąa bulơng.
Vt liỏu ca bulụng v ai ỗc.

12