Nghiên cứu, thiết kế mô hình máy phay CNC 3 trục Mini
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.08 MB, 49 trang )
MỤC LỤC
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CNC..................................................................1
1.1 Lịch sử nghiên cứu...................................................................................................1
1.2 Nội dung nghiên cứu...............................................................................................2
1.3 Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................2
1.4 Giới hạn nghiên cứu.................................................................................................3
1.5
Dự kiến kết quả đạt được......................................................................................3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT...................................................................................4
2 .1 Nguyên lý làm việc và cấu máy phay CNC:...........................................................4
2.1.1 Nguyên lý làm việc.....................................................................................4
2.1.2 Cấu tạo.......................................................................................................5
2.2 Các thành phần cơ bản của máy phay CNC.............................................................8
2.2.1 Động cơ trục chính DC 1 chiều....................................................................8
2.2.2 Động cơ bước.............................................................................................9
2.2.3 Thân máy và đế máy..................................................................................10
2.2.4 Bàn máy:..................................................................................................11
2.2.5 Cụm trục chính..........................................................................................11
2.2.6 Thanh dẫn hướng......................................................................................12
2.2.7 Trục vít me, đai ốc bi.................................................................................12
2.2.8 Bộ phận truyền động từ động cơ điện tới các trục........................................13
2.3 Thiết bị điều khiển.................................................................................................13
2.3.1 Arduino uno..............................................................................................13
2.3.2 CNC Shield...............................................................................................14
2.4 Phần mềm điều khiển giám sát...............................................................................15
2.4.1 Phần mềm suất code Aspire.......................................................................15
2.4.2 Phần mềm BCNC......................................................................................21
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MÁY CNC..................................................23
3.1 Thiết kế thành phần cơ khí.....................................................................................23
3.1.1 Tính tốn trục chính..................................................................................23
3.1.2 Tính tốn trục vít me.................................................................................25
3.1.3 Tính tốn và chọn động cơ bước................................................................26
3.2. Tính tốn và lựa chọn các thành phần hệ thống....................................................28
3.2.1 Lựa chọn bộ nguồn....................................................................................28
3.2.2 Arduino uno R3.........................................................................................29
3.2.3 CNC shield...............................................................................................30
3.2.4 Mạch tăng điều tốc....................................................................................31
3.2.5 Drive A4988.............................................................................................32
3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển..................................................................................34
CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC....................................................................36
4.1. Chế tạo hệ thống cơ khí........................................................................................36
4.2. Lưu đồ thuật tốn và chương trình điều khiển......................................................41
4.2.1. Lưu đồ thuật tốn.....................................................................................41
4.2.2. Chương trình điều khiển...........................................................................42
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ..................................................................44
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Ngun lý hoạt động của máy CNC phay
Hình 2.2: Sơ đồ điều khiển máy CNC
Hình 2.3 : Động cơ trục chính
Hình 2.4: Động cơ bước
Hình 2.5 Drive điều khiển động cơ bước
Hình 2.6 Cấu tạo cụm trục chính
Hình 2.7 Thanh trượt
Hình 2.8 Trục vít me đai ốc bi
Hình 2.9 Khớp Nối đầu trục
Hình 2.10 Arduino uno
Hình 2.11 CNC SHIELD
Hình 2.13 Phần mềm Aspire
Hình 2.14 Thiết lập cơng việc
Hình 2.15 Cửa số thiết kế 2D
Hình 2.16 window vẽ cơ bản
Hình 2.17 Chọn hình thức phay
Hình 2.18 Thiết lập dao
Hình 2.19 Phay theo biên dạng
Hinh 2.20 Mơ phỏng đường dao 3D
Hình 2.21 suất G code
Hình 2.22 Kết nối với máy
Hình 2.23 Giao diện điều khiển
Hình 3.1: Kết cấu cụm trục Z
Hình 3.3: Các thơng số của động cơ trục Z
Hình 3.4 Nguồn tổ ong 12V 15A
Hình 3.4 arduino uno R3
Hình 3.5 CNC Shield
Hình 3.6 Mạch điều tốc
Hình 3.7 Drive A4988
Hình 3.8 Hướng dẫn kết nối với vi điều khiển
Hình 3.8 Điều khiển số bước
Hình 3.10 sơ đồ mạch của A4988
Hình 3.11 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Hình 4. 1: Sơ đồ lắp ghép máy hồn chỉnh
Hình 4.2: Hình ảnh máy CNC sau khi hồn thiện
Hình 5.1: Hình ảnh kết quả sản phẩm máy phay CNC 3 trục sau khi phay
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3. 1: Các thông số vận tốc cắt
Bảng 3.2:Các thông số lực cắt
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CNC
1.1 Lịch sử nghiên cứu
Lịch sử hình thành của "máy CNC" đã bắt đầu từ cuối thế kỷ 18, đầu thế kỷ 19
với sự xuất hiện của chiếc máy tiện gia công kim loại thực tế đầu tiên được Henry
Maudslay phát minh vào năm 1800. Nó chỉ đơn giản là một cơng cụ máy giữ mẩu
kim loại đang được gia cơng, vì vậy một cơng cụ cắt có thể gia cơng bề mặt theo
đường mức mong muốn. Eli Whitney phát minh năm 1818. Những chuyển động
được sử dụng trong các máy công cụ được gọi là trục và thường đề cập đến 3 trục:
“X” (thường từ trái qua phải), “Y” (trước vào sau) và “Z” (trên và dưới). Bàn làm
việc cũng có thể được quay theo mặt ngang hay dọc, tạo ra trục chuyển động thứ tư.
Một số máy cịn có trục thứ năm, cho phép trục quay theo một góc ( các trục
A,B,C). Những nỗ lực ban đầu để “tự động hóa” các hoạt động này sử dụng một
loạt cam để di chuyển dao cụ hay bàn làm việc qua những liên kết. Khi cam quay,
một liên kết lần theo bề mặt của mặt cam di chuyển công cụ cắt hay phôi qua một
dãy các chuyển động. Mặt cam được định hình để điều khiển khối lượng chuyển
động liên kết và tốc độ mà cam quay điều khiển tốc độ cấp dao. Một số máy vẫn
còn tồn tại cho tới ngày nay và được gọi là máy kiểu Thụy Sĩ.
Thiết kế máy CNC hiện đại bắt nguồn từ tác phẩm của John T. Parsons cuối
những năm 1940 và đầu những năm 1950. Sau chiến tranh thế giới thứ 2, Parsons
tham gia sản xuất cánh máy bay trực thăng, một cơng việc địi hỏi phải gia cơng
chính xác các hình dạng phức tạp. Thiết kế máy CNC hiện đại bắt nguồn từ tác
phẩm của John T. Parsons cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950. Sau chiến
tranh thế giới thứ 2, Parsons tham gia sản xuất cánh máy bay trực thăng, một công
việc địi hỏi phải gia cơng chính xác các hình dạng phức tạp.
Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thơng tin được
lưu trữ trong bộ nhớ máy tính chương trình. Bộ điều khiển cũng giúp nhân viên lập
trình tăng tốc độ sử dụng máy. Ví dụ, trong một số máy, nhân viên lập trình có thể
đơn giản chỉ cần nhập dữ liệu về vị trí, đường kính và chiều sâu của một chi tiết và
máy tính sẽ lựa chọn phương pháp gia cơng tốt nhất để sản xuất chi tiết đó dưới
dạng phơi. Thiết bị mới nhất có thể chọn một mẫu kỹ thuật được tạo ra từ máy tính,
1
tính tốn tốc độ dao cụ, đường vận chuyển vật liệu vào máy và sản xuất chi tiết mà
không cần bản vẽ hay một chương trình. Từ các máy cơng cụ sơ khai với các cơ cấu
cơ khí, máy CNC ngày nay hoạt động dưới sự điều khiển của hệ điều hành được lập
trình tinh vi, có thể thực hiện chức năng chuyên biệt với các dòng máy phay đứng,
máy phay ngang, máy phay giường, cỡ lớn, đôi cột, máy tiện đứng, máy tiện cỡ lớn,
máy tiện kiểu Thụy Sĩ, máy phay, tiện 3 trục rồi 5 trục gia công các bề mặt phức
tạp, máy xung, máy cắt dây EDM, đột dập liên hoàn, cắt khắc laser kim loại, phi
kim cho đến các Trung tâm gia công thực hiện nhiều nguyên công liên tiếp như
phay, tiện, khoan, mài, trên một máy chỉ với một lần gá đặt. Các trung tâm gia cơng
có sự trợ giúp của các cơ cấu thay dao tự động ATC cấp phôi tự động, cánh tay
robot cơng nghiệp,...có thể được tích hợp vào hệ thống sản xuất linh hoạt trong các
nhà máy lớn. Trí tuệ nhân tạo đang ngày càng phát triển và trợ giúp con người một
cách hữu ích, trong đó có máy CNC.
1.2 Nội dung nghiên cứu
-
Nguyên cứu lý thuyết máy CNC 3 trục
-
Thiết kế, chế tạo các chi tiết cơ khí máy CNC 3 trục
-
Lắp ráp máy CNC 3 trục hoàn chỉnh
-
Nguyên cứu, điều khiển động cơ bước
-
Nguyên cứu, điều khiển động cơ DC
-
Nguyên cứu, sử dụng các phần mềm hộ trợ: Solidwork, Arduino, Asprire,
bCNC.
1.3 Phương pháp nghiên cứu
-
Từ thực tiễn các máy có sẵn trên thị trường, tham khảo đồ án của các anh khóa
trước, dựa vào thơng số đầu vào như chế độ cắt, vật liệu gia cơng, kích thước máy,
ngun lý hoạt động, giá cả và chất lượng nhóm đã chế tạo mơ hình máy phay CNC
3 trục để phục vụ công tác nghiên cứu và đào tạo.
-
Nghiên cứu lý thuyết về máy cơng cụ điều khiển số, lập trình, cổng song song,
động cơ bước, driver trên internet, sách và các tài liệu từ đó hiểu biết về các lý
thuyết này, đồng thời với việc nghiên cứu là tiến hành thử nghiệm.
2
-
Sau khi thử nghiệm, đánh giá rút ra được những đặc tính của cơ cấu chấp hành
phù hợp với yêu cầu của đề tài, từ đó thực hiện việc gá đặt các bộ phận cơ khí và
ghép nối các các cơ cấu chấp hành với máy tính PC để được một hệ thống phần
cứng hoàn chỉnh, làm cơ sở cho việc viết phần mềm điều khiển.
1.4 Giới hạn nghiên cứu
-
Do có ít kinh nhiệm điều kiện thời gian và chi phí hạn chế, mặt khác do nghiên
cứu về máy CNC là một đề tài lớn. Trong phạm vi đồ án nhóm đề tài nghiên cứu về
mảng điều khiển của máy phay với những đặc tính sau:
-
Máy có cơng suất vừa, động cơ sử dụng cho các trục là động cơ bước được điều
khiển bằng các Driver công suất máy phục vụ cho quá trình nghiên cứu về cấu tạo,
nguyên lý hoạt động và điều khiển của máy tiện CNC.
-
Máy có thế gia công những vật liệu mềm như: nhôm, nhựa, gỗ.. .phù hợp với
nhưng yêu cầu kỹ thuật đưa ra.
-
Xây dựng phần giao diện kiểm sốt, điều khiển và mơ phỏng được q trình gia
cơng chi tiết.
-
Chương trình nội suy được viết trên máy tính bằng phần mềm GRBL nghĩa là
tồn bộ q trình tính tốn nội suy và đưa các xung điều khiển đến các Driver rồi
đến động cơ điều khiển dịch chuyển các trục máy được thực hiện nhờ đó độ chính
xác cao.
1.5 Dự kiến kết quả đạt được
-
Máy CNC phay gỗ, nhựa
-
Độ sai số ít, có thể chấp nhận được
-
Khi vận hành khá là im, ít tiếng ồn
-
Đảm bảo an toàn khi vận hành
3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2 .1 Nguyên lý làm việc và cấu máy phay CNC:
2.1.1 Nguyên lý làm việc
Nguyên lý hoạt động của máy CNC khá là phức tạp, để hiểu được nguyên lý ta
cẩn phải hiểu được cấu tạo của máy. Để hiểu một cách cặn kẽ thì tương đối mất thời
gian, vì vậy phải chia nhỏ ra để nắm, thứ nhất là cấu tạo tổng quan của máy CNC nó
gồm những bộ phận lớn nào, và liên kết với nhau ra sao.
Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động của máy CNC phay
Trong phay CNC, chi tiết cần phay được gắn trên bàn và phoi được loại bỏ bằng
dao cắt quay. Dưới đây là tổng quan về quy trình phay CNC cơ bản:
4
- Đầu tiên, mơ hình CAD được chuyển đổi thành một chuỗi các lệnh có thể được
giải thích bằng máy CNC (mã G). Điều này thường được thực hiện trên máy bởi
người vận hành, sử dụng các bản vẽ kỹ thuật được cung cấp.
- Một khối vật liệu (được gọi là phơi) sau đó được cắt theo kích thước và nó được
đặt trên nền tảng được xây dựng, sử dụng một phó hoặc bằng cách gắn trực tiếp lên
bàn. Định vị và căn chỉnh chính xác là chìa khóa để sản xuất các bộ phận chính xác
và các cơng cụ đo lường đặc biệt thường được sử dụng cho mục đích này.
- Tiếp theo, vật liệu được loại bỏ khỏi khối bằng dao cắt chuyên dụng quay với tốc
độ rất cao (hàng nghìn v/ph). Một số đường chuyền thường được yêu cầu để tạo ra
phần được thiết kế. Đầu tiên, một hình học gần đúng được đưa ra cho khối, bằng
cách loại bỏ vật liệu nhanh chóng với độ chính xác thấp hơn. Sau đó, một hoặc
nhiều đường chuyền hồn thiện được sử dụng để sản xuất phần cuối cùng.
- Nếu mơ hình có các tính năng mà cơng cụ cắt không thể đạt được trong một thiết
lập duy nhất (ví dụ: nếu nó có một khe ở phía sau), thì phần đó cần được lật và các
bước trên được lặp lại.
2.1.2 Cấu tạo
2.1.2.1 Phần cơ khí
-
Vỏ máy, thân bệ máy: còn gọi là khung sườn của máy, bệ máy được chế tạo
bằng phương pháp đúc hoặc hàn sau đó được mang đi nhiệt luyện để khử ứng suất
dư giúp cấu trúc kim loại ổn đinh. Vỏ máy, thân máy càng cứng cáp thì độ chính
xác càng cao và ổn định. Yêu cầu của nó là phải chịu lực và độ bền cao, có thể hạn
chế rung động (nguyên nhân dẫn tới sai số độ chính xác).
-
Vít me bi, thanh dẫn hướng, bàn máy: Cơ chế di chuyển bệ, bàn máy hay trục
quay được gọi là vít me bi (ballscrew). Cơ chế này làm thay đổi chuyển động quay
của động cơ truyền động thành chuyển động tuyến tính và bao gồm một trục vít
(screw shaft) và ổ trục đỡ. Khi trục quay, một ổ trục gắn lần theo các đường rãnh
hình xoắn ốc trong trục và sản sinh ra một chuyển động tuyến tính chính xác làm
quay bàn làm việc ở dưới trục chính hay giá đỡ trục chính.
-
Trục chính (Spindle): Trục chính là thành phần có tính quyết định nhất trong
máy CNC. Một trục chính ổn định sẽ hợp nhất với sự điều khiển của động cơ –
5
quyết định độ cứng vững hệ thống, hệ thống bôi trơn và nguồn điện cung cấp, đảm
bảo độ chính xác và có thể đốn trước được năng suất của máy. Như vậy, quá trình
thiết kế trục và tối ưu tốc độ quay của trục chính sẽ mang lại q trình cắt gọt được
tốt nhất và độ chính xác cao nhất cho máy. Trục chính được gia cơng và gắn vào
động cơ truyền động, rồi sau đó được bắt vào giá đỡ trục chính di động. Đối với
hầu hết các trung tâm gia cơng, mỗi trục chuyển động đều có vít me bi riêng biệt.
2.1.2.2 Phần điện, điện tử-Hệ điều hành, bộ điều khiển
- Bộ cấp nguồn, điều khiển: mỗi máy CNC đều được cấp nguồn qua các thiết bị
được lắp đặt trong tủ điện như các thiết bị đóng cắt CB, LCB, MCB, Rơ le, khởi
động từ, biến tần, driver,…
- Hệ điều hành là thành phần trung tâm của máy cơng cụ. Nó được lập trình để
điều khiển q trình chuyển động, vị trí của các thành phần chuyển động trên máy,
sao cho đạt được chính xác, tối ưu thời gian cắt, tốc độ và chiều sâu cắt cần thiết.
Một số hệ điều hành thông dụng: FANUC, Siemens, Heidenhain, Okuma, Haas,..
Phần điều khiển
Hình 2.2: Sơ đồ điều khiển máy CNC
Phần điều khiển máy phay CNC: Gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu
điều khiển:
6
- Chương trình điều khiển: Là tập hợp các tín hiệu gọi là là lệnh để điều khiển
máy, được mã hóa dưới dạng chữ cái, số và mơt số ký hiệu khác như dấu cộng, trừ,
dấu chấm, gạch nghiêng …
- Các cơ cấu điều khiển: Nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các
phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ
cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thơng qua các tín hiệu
được gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược. Bao gồm các cơ cấu đọc, cơ cấu giải
mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu
khuyếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất
nhập tín hiệu.
- Đây là thiết bị điện – điện tử rất phức tạp, đóng vai trò cốt yếu trong hệ thống
điều khiển của máy. Việc tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của các thiết bị này địi hỏi có
kiến thức từ các giáo trình chuyên ngành khác, cho nên ở đây chỉ giới thiệu khái
quát các thiết bị điện có trong máy.
2.1.2.3 Các cụm điều khiển chính
-
Cụm điều khiển máy MCU (Machine Control Unit)
-
Cụm điều khiển được hình thành trên cơ sở thiết bị điều khiển điện tử, thiết bị
vào ra và các thiết bị số. Nó được coi là trái tim của máy công cụ điều khiển số
CNC.
-
Lệnh CNC thực hiện bên trong bộ điều khiển sẽ thông báo cho mô tơ chuyển
động quay đúng số vòng cần thiết →trục vit me bi quay đúng số vòng quay tương
ứng → kéo theo chuyển động thẳng của bàn máy và dao.
-
Thiết bị phản hồi ở đầu kia của vit me bi cho phép kiểm sốt kết thúc lệnh đúng
khi số vịng quay cần thiết được thực hiện.
-
Cụm dẫn động (Driving Unit)
-
Cụm dẫn động là tập hợp những động cơ, sensor phản hồi, phần tử điều khiển,
khuếch đại và các hệ dẫn động. Trong đó, động cơ và các sensor phản hồi là thành
phần đặc trưng cho máy công cụ điều khiển số CNC:
7
-
Cụm điều khiển có nhiệm vụ liên kết các chức năng để thực hiện điểu khiển
máy, các chức năng bao gồm:
Số liệu vào (Data input)
Xử lý số liệu (Data procesing)
Số liệu ra (Data output)
Ghép nối vào (Machine I/O interface)
Phần cứng điều khiển: gồm 6 thành phần cơ bản:
- Máy tính CPU
- Bộ nhớ RAM, ROM
- Hệ thống BUS
- Điều khiển trình tự PMC
- Điều khiển SERVO
- Bộ phần ghép nối
2.2 Các thành phần cơ bản của máy phay CNC
2.2.1 Động cơ trục chính DC 1 chiều
Hình 2.3 : Động cơ trục chính
-
Động cơ một chiều DC ( DC là từ viết tắt của "Direct Current Motors") là động
cơ điều khiển trực tiếp có cấu tạo gồm hai dây (dây nguồn và dây tiếp đất). DC
motor là một động cơ một chiều với cơ năng quay liên tục.
8
-
Nguyên lý hoạt động: Khi bạn cung cấp năng lượng, động cơ DC sẽ bắt đầu
quay, chuyển điện năng thành cơ năng. Hầu hết các động cơ DC sẽ quay với cường
độ RPM rất cao ( số vòng quay/ phút), và các động cơ DC đều được ứng dụng để
làm quạt làm mát máy tính, hoặc kiểm sốt tốc độ quay của bánh xe..
2.2.2 Động cơ bước
Hình 2.4: Động cơ bước
- Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với
đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ
dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp
nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rơto có khả năng
cố định rơto vào các vị trí cần thiết.
- Nguyên lý Hoạt động: Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường,
chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học.
Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào
stato theo thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của rơto tương ứng với
số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào
thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
9
Hình 2.5 Drive điều khiển động cơ bước
Điều khiển được động cơ hoạt động với điện áp lên tới 35V dịng lên tới 2A
Có 5 chế độ: full bước, 1/2 bước, 1/4 bước, 1/8 bước, 1/16 bước
Điểu chỉnh dòng ra bằng triết áp (bé xíu) nằm bên trên Current Limit = VREF ×
2.25
Tự động Shutdown khi q nóng
Bảo vệ ngắn mạch tải, bảo vệ dịng điện chéo
-
Đầu chân :
•
Bật tắt động cơ thông qua chân ENABLE, mức LOW là bật module,
mức HIGH là tắt
•
Điều khiển chiều quay của động cơ thơng qua pin DIR
•
Điều khiển bước của động cơ thơng qua pin STEP, mỗi xung là tương
ứng với 1 bước (hoặc vi bước)
•
Chọn chế độ hoạt động bằng cách đặt mức logic cho các chân MS1,
MS2, MS3
•
VMOT vs GND nguồn cấp cho động cơ 8-35V
•
2B, 2A, 1A, 1B nối động cơ Bước
•
VDD, GND cấp nguồn cho A4988
2.2.3 Thân máy và đế máy
- Thường được chế tạo bằng các chi tiết gang vì gang có độ bền nén cao gấp 10
lần so với thép và đều được kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo khơng có khuyết tật
10
đúc.
-
Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất
nhiều hệ thống khác.
-
Yêu cầu:
+ Phải có độ cứng vững cao.
+ Phải có các thiết bị chống rung động.
+ Phải có độ ổn định nhiệt.
-
Mục đích:
+ Đảm bảo độ chính xác gia cơng.
+ Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy.
2.2.4 Bàn máy:
-
Bàn máy là nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá. Nhờ có sự chuyển động
linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC được tăng
lên rất cao, có khả năng gia cơng được những chi tiết có biên dạng phức tạp.
-
Đa số trên các máy CNC hay trung tâm gia cơng hiện đại thì bàn máy đều là
dạng bàn máy xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ 4, thứ 5 của máy. Nó làm tăng
tính vạn năng cho máy CNC.
-
u cầu của bàn máy: Phải có độ ổn định, cứng vững, được điều khiển chuyển
động một cách chính xác.
2.2.5 Cụm trục chính
-
Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt
gọt phôi trong quá trình gia cơng.
11
Hình 2.6 Cấu tạo cụm trục chính
-
Nguồn động lực điều khiển trục chính: Trục chính được điều khiển bởi các
động cơ. Hệ thống điều khiển chính xác góc giữa phần quay và phần tĩnh của động
cơ trục chính để tăng momen xoắn và gia tốc nhanh. Hệ thống điều khiển này cho
phép người sử dụng có thể tăng tốc độ của trục chính lên rất nhanh.
2.2.6 Thanh dẫn hướng
-
Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động
của ban theo X,Y và chuyển động theo trục Z của trục chính.
-
Yêu cầu của hệ thống thanh trươt trượt phải thẳng, có khả năng tải cao độ cứng
vững tốt, khơng có hiện tượng dính, trơn khi trượt
Hình 2.7 Thanh trượt
12
2.2.7 Trục vít me, đai ốc bi
Hình 2.8 Trục vít me đai ốc
Trong máy công cụ điều khiển số người ta thường sử dụng hai dạng vit me cơ bản
đó là: vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi:
-
Vít me đai ốc thường: là loại vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt
-
Vít me đai ốc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn.
2.2.8 Bộ phận truyền động từ động cơ điện tới các trục
Hình 2.9 Khớp nối đầu trục
-
Để có được độ chính xác đồng trục và êm trong truyền động thường sử dụng
một số phương pháp truyền động như bằng một loại khớp mềm.
13
-
Khớp nối mềm: Dạng kết cầu đơn giản, độ bèn cao giá thành thấp, dễ dàng gia
công tại các xưởng tiện tuy nhiên loại khớp này khó lắp ráp, yêu cầu độ chính xác
cao
2.3 Thiết bị điều khiển
2.3.1 Arduino uno
-
Nhắc tới dòng mạch Arduino là nhắc đến dòng mạch dùng để lập trình, cái đầu
tiên mà người ta thường nói tới chính là dịng Arduino UNO. Hiện dịng mạch này
đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (R3)
Hình 2.10 Arduino uno
-
Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với môi
trường xung quanh với:
Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận
tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển
động, phát hiện kim loại, khí độc,…),…
Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…).
Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác hoặc
các kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz,
2.4Ghz,…), …
Định vị GPS, nhắn tin SMS,…
Máy CNC mini hay máy in 3D….
14
2.3.2 CNC Shield
Hình 2.11 CNC SHIELD
-
Arduino CNC shield V3 là shield mở rộng dành cho Arduino Uno, cho phép
điều khiển các máy khắc laser, máy phay cnc hoặc máy in 3D mini. Shield cho phép
điều khiển tối đa 4 động cơ bước thơng qua driver A4988 hoặc DRV8825 (có các
jumper để điều khiển động cơ bước theo chế độ full step, haft step, 1/4, 1/8 hoặc
1/16). Ngồi ra cịn có thể gắn thêm các cơng tắc hành trình cho các trục X, Y, Z, E
(dành riêng cho máy in 3D) hay điều khiển đầu khắc CNC, đầu khắc laser và quạt
tản nhiệt.
2.4 Phần mềm điều khiển giám sát
2.4.1 Phần mềm suất code Aspire
-
Aspire là phần mềm cam dễ dùng nhất cho người mới. Aspire cung cấp giải
pháp phần mềm mạnh mẽ và dễ sử dụng cho thiết kế 2D, mô hình cứu trợ 3D và cả
cơng cụ tạo mẫu 2D và 3D để cắt các bộ phận trên 1 router CNC. Bạn có thể tạo ra
mọi thứ từ các bộ phận cắt đơn giản đến trạm khắc trang trí phức tạp bằng CNC.
15
Hình 2.13 Phần mềm Aspire
-
Aspire được xay dựng trên nền tảng phần mềm Vcare Pro for Vectric. Ngoài ra
Aspire cũng có cơng cụ cho phép chuyển đổi phác họa 2D, ảnh, bản vẽ thành mơ
hình 3D chi tiết và sau đó tính tốn đến chính xác hình dạng đó.
Hình 2.14 Thiết lập công việc
16
-
Chọn kích thước của phơi:
Theo chiều dài, chiều rộng Y
Chọn vị trí bắt đầu ăn vào phơi trên bề mặt vật liệu, chiều dày phôi
Chọn gốc tọa độ ở 4 góc hoặc tâm
Tọa độ set về gốc
Đơn vị inches or mm
Hình 2.15 Cửa số thiết kế 2D
-
Hai thanh tọa độ trên cửa sổ window là tọa độ của X,Y
-
Kich chọn trên các tab để thiết kế:
Hình 2.16 Window vẽ cơ bản
17
Chọn tọa độ điểm
Chọn chiều dài, rộng…
Sau khi thiết kế song chọn dao rồi suất code.
Hình 2.17 Chọn hình thức phay
-
Chỉnh độ xuống dao của Z khi làm việc ở mục material setup ~> select…
Phay theo hình
Phay thơ
Phay tinh
Rất nhiều loại
Thiết lập dao
18
Hình 2.18 Thiết lập dao
Hình 2.19 Phay theo biên dạng
-
Thiết lập đường chạy dao:
Chỉnh chiều sau cắt
Chọn dao
Đường đi dao trong , ngoài, giữa,…
Chọn via …
Chọn calculate để kêt thúc có thể xem 3D view đường chạy dao
19
Hinh 2.20 Mô phỏng đường dao 3D
-
Cuối cùng ta suất G code:
Hình 2.21 suất G code
2.4.2 Phần mềm BCNC
-
Phần mềm BCNC là phần mềm điều được viết để điều khiển CNC 3 trục nạp
code trực tiếp, dùng bộ điều khiển grbl và nạp code trực tiếp bằng Xloader
20
