CHƯƠNG I GIỚI THIỆU MÁY CNC 1. Tổng quan về máy CNC và quá trình phát triển 1. Sơ lược về máy CNC CNC viết tắt từ tiếng Anh “Computer Numeric Control” là một dạng máy NC điều khiển tự động có sự trợ giúp của máy tính, mà trong đó các bộ phận tự động được lập trình để hoạt động theo các sự kiện tiếp nối nhau với tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra được mẫu vật với hình dạng và kích thước yêu cầu, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G. Sự xuất hiện của công nghệ này là một cuộc cách mạng trong sản xuất công nghiệp, nhất là ngành kim loại.
Sự chuyển động kết hợp giữa ba chiều X-Y-Z của máy CNC giúp thực hiện các công việc gia công trở nên dễ dàng, nhanh chóng và chuẩn xác mà con người không thể làm được, làm giảm thiểu sức của con người. Việc ứng dụng CNC đã trở nên rộng rãi sau một thời gian ngắn, chủ yếu là các ngành kim khí điện máy, ngành may mặc, ngành quảng cáo, ngành điện tử, ngành mỹ nghệ…các chất liệu sử dụng CNC để gia công là: sắt, inox, đồng, nhôm, mica, gỗ, MDF. Một máy CNC bao gồm các thành phần chính sau: Khung máy và kết cấu cơ khí. Các động cơ dẫn truyền chuyển động di chuyển các trục và động cơ khoan.
Mạch lực (mạch công suất) điều khiển các động cơ. Mạch điều khiển. Phần mềm điều khiển máy CNC. Đề tài này sẽ nghiên cứu các vấn đề về máy CNC, trong đó tập trung vào thiết kế chế tạo máy phay CNC 3 trục và thử nghiệm trong điêu khắc gỗ 3D.
Lịch sử phát triển của máy CNC Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích về quân sự , hàng không vũ trụ khi mà yêu cầu các chỉ tiêu về chất lượng của các máy bay, tên lửa, xe tăng …là cao nhất. Ngày này, lịch sử phát triển CNC đã trải qua quá trình phát triển không 12 ngừng cùng với sự phát triển trong lĩnh vực vi xử lý từ 4 bit, 8 bit,… cho đến nay đã đạt 32 bit và cho phép thế hệ sau cao hơn thế hệ trước và mạnh hơn về khả năng lưu trữ và sử lý.1 Mô hình điều khiển CNC Hiện nay, lĩnh vực sản xuất tự động trong chế tạo cơ khí, chế biến gỗ đã phát triển và đạt đến trính độ rất cao như các phân xưởng tự động sản xuất linh hoạt và tổ hợp CIM ( Conputer Integrated Manufacturing) với việc trang bị thêm các robot cấp phôi liệu và vận chuyển, các hệ thống đo lường và quản lý chất lượng tiên tiến, các kiểu nhà kho hiện tại được đưa vào áp dụng đem lại nhưng hiệu quả kinh tế rất lớn.2 Mô hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM 13 1. Cơ sở máy CNC Các trục của máy CNC được trang bị dụng cụ đo vị trí để xác định tọa độ các bàn máy và của dụng cụ cắt. Khi bàn máy di chuyển thì các dụng cụ đo lường phát ra tín hiệu điện, hệ điều khiển CNC xử lý tín hiệu điện này và xác định vị trí chính xác của bàn máy trong hệ trục tọa độ.3 Cơ sở của các máy CNC Theo tiêu chuẩn ISO, các chuyển động cắt gọt khi gia công chi tiết trên máy CNC phải nằm trong một hệ trục tọa độ Descarte theo nguyên tắc bàn tay phải.
Trong đó có ba chuyển động tịnh tiến theo các trục và ba chuyển động quay theo các trục tương ứng. Một máy công cụ CNC có thể điều khiển tới 6 trục gồm tịnh tiến theo X, Y, Z, và các trục A, B, C quay quanh các trục X, Y, Z. Một điểm trong không gian hệ tọa độ Descarte được xác định tọa độ qua hình chiếu của nó lên ba trục X, Y, Z.4 Miêu tả các trục của máy công cụ Để có thể tính toán quỹ đạo chuyển động của dụng cụ nhằm xây dựng chương trình điều khiển máy CNC như mô tả ở phần trên, một điểm quan trọng là việc xác định hệ thống tọa độ và các điểm gốc, điểm gốc chuẩn Thông thường, trên các máy điều khiển theo chương trình số, người ta thường sử dụng hệ tọa độ Descarte OXYZ theo quy tắc bàn tay phải hình 1.4 và nó được gắn vào chi tiết gia công. Gốc của hệ trục tọa độ có thể đặt tại bất kỳ một điểm nào đó trên chi tiết, nhưng thông thường người ta sẽ chọn tại những điểm thuận lợi cho việc lập trình, đồng thời dễ dàng kiểm tra kích thước theo bản vẽ của chi tiết gia công mà không phải thực hiện nhiều bước tính toán bổ sung.
Một đặc điểm mang tính quy ước là trên các máy điều khiển theo chương trình số, chi tiết gia công được xem là cố định được gắn với hệ thống tọa độ cố định nói trên, còn mọi chuyển động tạo hình và cắt gọt đều do dụng cụ thực hiện. Trong thực tế, điều này đôi khi là ngược lại, ví dụ như trên máy phay thì chính bàn máy mang phôi thực hiện chuyển động tạo hình, còn dụng cụ chỉ thực hiện chuyển động cắt gọt. Vì vậy khi sử dụng máy điều khiển theo chương trình số cần phải luôn luôn tạo nên một thói quen để tránh những nhầm lẫn đáng tiếc có thể gây ra nguy hiểm cho máy, dụng cụ và con người. Theo quy ước chung, phương của trục chính của máy là phương của trục OZ, còn chiều dương của nó được quy ước khi dao tiến ra xa chi tiết.
Ví dụ: với máy tiện 2D thông thường thì trục hình của nó nằm ngang và trùng với phương OZ của hệ tọa độ, chiều dương của nó hướng ra khỏi ụ trục chính (hướng về phía bàn dao). Phương chuyển động của bàn xe dao theo hướng chính là phương OX và chiều dương của nó là hướng ra xa bề mặt chi tiết gia công. Đối với máy phay thẳng đứng, trục Z hướng theo phương thẳng đứng lên trên, còn trục X và trục Y được xác định theo quy tắc 15 bàn tay phải, tuy nhiên trong thực tế các nhà chế tạo máy lại thường ưu tiên chọn trục X là trục mà có chuyển động bàn máy dài hơn. Đối với các chuyển động quay xung quanh các trục tương ứng X, Y, Z được xác định bằng các địa chỉ A, B, C sẽ được xác định là dương khi chiều quay đó có hướng thuận chiều kim đồng hồ khi nhìn theo chiều dương của các trục tương ứng (khi nhìn vào gốc của hệ trục toạ độ từ phía các trục thì chiều quay của chúng là ngược chiều kim đồng hồ).
Ngoài ra, còn một số chuyển động phụ song song với các trục tương ứng với các trục X, Y, Z là các địa chỉ U, V, W và hướng của chúng. Đặc điểm và phân loại Một cách tổng quát các máy công cụ CNC có thể được phân loại theo các đặc điểm sau. Truyền động : Thủy lực, khí nén và điện. Phương pháp điều khiển : Tọa độ hay quỹ đạo.
Hệ thống định vị: Định vị kich thước tuyệt đối và định vị nối tiếp Các vòng lặp điều khiển: vòng hở, vòng kín, vòng nửa kín. Số trục tọa độ : 3 trục, 4 trục, 5 trục. Theo chức năng thì các máy công cụ CNC cũng như các máy công cụ vạn năng, có thể được chia thành các nhóm sau: - Nhóm máy tiện đại diện cho các máy tiện trong, tiện ngoài trên một phôi đang quay, cũng như cắt ren trong và ren ngoài. - Nhóm máy khoan, doa để gia công khoan, doa các phôi.
- Nhóm máy phay để gia công phay những chi tiết có cấu tạo hình học đa dạng tạo ra các bề mặt và các góc đa dạng và cũng có thể khoan, phay và doa. Thay đổi nguyên công bằng cách thay dụng cụ cắt, có nghĩa là chỉ cần một lần gá kẹp. - Nhóm máy mài để gia công tinh. Nhóm này bao gồm các máy mài trục, mài lỗ, mài phẳng, mài răng, mài rãnh then, mài dụng cụ.
- Nhóm trung tâm gia công: Khoan, phay, tiện, doa. Một số máy CNC hiện hành Tại thị trường Việt nam đã xuất hiện nhiều loại máy CNC chủ yếu là sản xuất tại Trung Quốc, một số do các nước Đông Âu sản xuất, tuy nhiên số lượng ít, những 16 máy này thường được dùng ở các nhà máy đóng tầu, các cơ sở sản xuất công cụ, chế tạo cơ khí. Và hiện nay, đã xuất hiện các máy CNC dùng chế tác sản phẩm phi kim. Dưới đây dẫn chứng một số máy đang bán và dùng tại Việt Nam.5 là hình ảnh của máy CNC 1325 QC gia công chất liệu kim loại và phi kim loại.
Máy do Trung Quốc sản xuất được nhập khẩu và bán bởi công ty Eramachinery, Việt Nam.5:Máy phay CNC 1325 Kết cấu và các thông số của máy: Kết cấu bàn máy: Khung thép, mặt bàn nhôm đúc, khay nước, vòi nước phun trực tiếp để gia công sắt, tủ điều khiển liền khung tiết kiệm diện tích, thông số máy và các tính năng khác được liệt kê ở bảng 1.1: Thông số và tính năng của máy phay CNC 1325 Ray trượt loại: X-Y-Z trượt vuông Hiwin Taiwan. Trục Z: Vitme bi 2510 Taiwan. Khổ làm việc: 1300 x 2500 x 160mm. Tốc độ chạy lớn nhất của 24,000mm/min máy: Độ chính xác: 0.02mm Phần mềm: Artcut Wentai 2002, Wentai V8, ArtCAM, Jdpaint, Aspire 3.
Tổng công suất: 10kW. 17 Nguồn Cung cấp điện: 220/50/60Hz AC (1 pha). Động cơ bước: X- Z Leadshine Công suất động cơ trục (spindle): 3.2Kw chính: Trên hình 1.6 là máy tiện CNC MC3015II. Máy do Trung Quốc chế tạo, vật liệu gia công có thể là kim loại và phi kim.
Thông số và tính năng của máy cho trong bảng 1.6 Máy tiện CNC MC3015II Bảng 1.2 Thông số và tính năng của máy tiện CNC MC3015II Khung máy và chi tiết máy Hợp Kim nhôm đúc, thép Ray trượt các trục XYZ Trượt vuông Taiwan Độ dài gia công tối đa 1500mm Đường kích gia công 160-300 mm Điện áp sử dụng 380 V Tốc độ trục chính 40000 vòng/phút Tổng công suất máy 9 kw Hệ thống điều khiển XZ AC Hybrit Servo 18 Phần mềm hỗ trợ Corel, card. Phần mềm điều khiển Nc studio Chất liệu gia công Kim loại, phi kim, gỗ, đá. Trọng lượng 2300kg 19 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHUNG CƠ KHÍ CHO MÁY PHAY CNC 3 TRỤC, 4 ĐẦU PHAY 2. Kết cấu chung về cơ khí của máy CNC.
Thân máy và đế máy thường được chế tạo bằng các chi tiết thép đen vì thép đen là loại vật liệu vô cùng phổ biến trên thị trường, chủng loại đa dạng, phong phú cả về kích thước kích thước, giá thành hợp lý.