LỜI MỞ ĐẦU.2 Công nghệ gia công - Các phương pháp gia công chính: Gia công cơ khí: + Cắt: sử dụng lưỡi cắt để tạo hình chi tiết + Tiện: Dùng để tạo ra các chi tiết hình trụ hoặc hình nón. + Phay: Gia công các bề mặt phẳng hoặc định hình phức tạp. + Khoan: tạo lỗ trên vật liệu. + Mài: Làm mịn bề mặt.
Gia công nhiệt: + Hàn nhiệt: Kết nối các chi tiết bằng nhiệt. + Ép nhiệt: Dùng nhiệt và áp lực để định hình vật liệu. Gia công bằng công nghệ cao: + In 3D: Tạo chi tiết từ lớp vật liệu phi kim chồng lên nhau. + Cắt bằng tia laser: Sử dụng tia laser để cắt chính xác vật liệu Ứng dụng của máy phay CNC trong gia công vật liệu phi kim: + Ngành điện tử: Gia công bảng mạch in (PCB), vỏ bọc linh kiện điện tử + Ngành y tế: Sản xuất thiết bị y tế như chân tay giả, dụng cụ phẫu thuật.
+ Ngành ô tô: Chế tạo các bộ phận phi kim như bảng điều khiển, chi tiết 14 Kết luận : Máy CNC là một công nghệ tiên tiến trong gia công vật liệu phi kim, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Việc ứng dụng máy phay CNC đã và đang đem lại những thay đổi tích cực cho nhiều ngành công nghiệp. Lựa chọn cấu trúc máy Ba loại cấu trúc máy phổ biến: - C-frame - H-frame - Router 1.1 Cấu trúc C-frame Z+ Y+ X+ Hình TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG VẬT LIỆU PHI KIM.3 Cấu trúc C-frame - Đặc điểm: Spindle di chuyển trên trục Z cố định, bàn gia công gá trên cả trục X và trục Y - Máy có kết cấu giống hình dạng chữ C nên còn được gọi là C-frame. Do kiểu kế đặc biệt nên yêu cầu phần gia công cơ khí cấu tạo nên thân máy phải khỏe, chắc chắn, yêu cầu độ chính xác rất cao.
Vì trục Y phải chịu tải trọng của trục X, bàn gia công, phôi. 15 - Chính vì thế đối với kiểu cấu trúc máy này việc lựa chọn nhôm định hình để chế tạo làm mô hình là không khả thi. Khung máy phải được gia công bằng phôi nhôm dạng tấm. - Các điểm phân bố lực chính ở dạng cấu trúc C-frame: + Trục chính và bàn làm việc + Kết nối giữa trục chính và thân máy + Phần đầu của khung máy + Phần đáy của khung máy Ưu điểm : - Máy có thể gia công được các vật liệu có độ cứng cao như sắt, thép, - Khả năng chịu được lực cắt lớn nên độ cắt sâu hơn so với H-frame và Router do đó giảm thời gian gia công và tăng hiệu suất làm việc.
- Khung máy có cấu trúc ít bị biến dạng nên độ sai số cộng dồn thấp hơn so với hai cấu trúc máy còn lại nên khi gia công những chi tiết phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao thì C-frame là một lựa chọn chất lượng. Nhược điểm : - Máy chỉ gia công được những vật liệu có kích thước nhỏ, vật liệu có trọng lượng không quá lớn vì trục Y phải chịu tải trọng cực lớn. Đồng thời khi phôi chạy càng ra xa trọng tâm của máy, phôi sẽ bị nghiêng về một phía, ảnh hưởng trực tiếp lên cấu trúc máy gây hiện tượng nghiêng trục từ đó có sự sai số khi gia công. - Trục Z cố định, thiết kế cánh tay nâng spindle có giới hạn do cánh tay càng dài thì kết cấu máy càng yếu nên hành trình gia công bị giới hạn.2 Cấu trúc H-frame Z+ Y+ X+ Hình TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG VẬT LIỆU PHI KIM.4 Cấu trúc H-frame - Đặc điểm: Bàn gia công gá trên trục Y, spindle di chuyển trên trục Z và trục X - Máy có kết cấu giống dạng chữ H nên còn được gọi là H-frame.
Vì trục Y phải chịu tải trọng của bàn gá phôi và phôi nên đòi hỏi thân máy có kết cấu chắc chắn, khỏe. Đặc biệt là 2 trục của 2 vai máy phải chịu tải trọng tốt. - Máy có thể gia công được vật liệu cứng và yêu cầu độ chính xác. Để chế tạo làm mô hình máy CNC với cấu trúc máy như này việc lựa chọn nhôm định hình có thể khả thi khi lựa chọn vật liệu mềm để gia công.
- Các điểm phân bố lực chính ở dạng cấu trúc H-frame: + Thanh ngang và 2 cột + Điểm kết nối giữa thanh ngang và cột + Phần đáy của khung máy Ưu điểm: - Thiết kế khung máy kiểu chữ H. Do đó máy sẽ được phân bố đều lực và khả năng chịu tải cao. - Độ ổn định cao trong quá trình gia công. 17 Nhược điểm: - Tuy kết cấu khung máy có độ ổn định cao trong quá trình gia công nhưng do có sự sai số cộng dồn khi gia công vì trục Z chuyển động trên trục X.
- Tốc độ động cơ bị giới hạn vì khi khi động cơ quay càng nhanh thì độ rung lắc càng lớn, ảnh hưởng trực tiếp lên trục Z và trục X gây sai số cộng dồn. - Hành trình gia công bị giới hạn do thiết kế của trục chính và bàn gia công.3 Cấu trúc Router Z+ Y+ X+ Hình TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG VẬT LIỆU PHI KIM.5 Cấu trúc Router - Đặc điểm: Bàn gia công tĩnh, Spindle di chuyển linh hoạt trên bàn gia công nhờ chuyển động của trục X, Y, Z. - Kiểu cấu trúc Router phần đa được sử dụng để gia công các vật liệu mềm như: gỗ, nhựa mica, nhôm… Vì đặc tính kết cấu máy yếu hơn so với hai cấu trúc C-frame và H-frame. - Các điểm phân bố lực chính ở dạng cấu trúc Router: + Bàn gia công + Thanh trượt 18 + Phần đáy khung máy 19 Ưu điểm: - Khả năng gia công vật liệu mềm nhanh chóng.
- Độ chính xác cao khi gia công vật liệu phẳng khi khung có thiết kế vững chắc và độ sai số của máy là ít nhất. Nhược điểm: - Chỉ khả thi khi gia công vật liệu mềm. Tuy nhiên vẫn có thể gia công được vật liệu cứng nhưng sẽ không bền máy và tốn thời gian gia công vì dao cắt không sâu. - Khả năng sai số cộng dồn lớn do cộng dồn trên cả ba trục.
Kết luận: Với mục đích sử dụng mô hình thí ngiệm, và thử nghiệm phay board mạch điện tử và vật liệu mềm nên nhóm tác giả chọn cấu trúc máy Router vì kiểu máy có hành trình chạy đáp ứng với các vật liệu có biên dạng lớn và không yêu cầu độ chính xác khi gia công quá cao. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy công cụ điều khiển bằng chương trình số. - Chế tạo mô hình máy CNC 3 trục gia công vật liệu mềm (nhôm, gỗ), mạch điện tử, mica hoạt động ổn định. - Hành trình của máy 160x270x60 mm, kết cấu ổn định chắc chắn khi làm việc Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy CNC mini - Nghiên cứu tính toán phần điện, điều khiển, ứng dụng bộ điều khiển hiện đại.
- Nghiên cứu, thiết kế cơ cấu truyền động của máy - Nghiên cứu phần mềm giao tiếp, hỗ trợ gia công CNC 20 1. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết - Tìm hiểu các tài liệu liên quan đến động cơ DC, động cơ bước, động cơ servo - Tham khảo từ nhiều nguồn khác nhau: đồ án khóa trước, tài liệu trong sách, trên mạng internet,. - Tổng hợp tài liệu tính toán, thiết kế cơ cấu truyền động đảm bảo độ chính xác, tối ưu hóa chuyển động. - Tìm hiểu về thuật toán điều khiển giảm sai số khi in.
- Phân tích và so sánh sản phẩm: Phân tích và so sánh máy CNC mini với các sản phẩm tương tự trên thị trường để đánh giá sự khác biệt về tính năng, hiệu suất và giá cả. Thực nghiệm - Thử nghiệm dựa trên việc quan sát, đo lường và đánh giá hoạt động thực tế của mô hình hệ thống để kịp thời đưa ra biện pháp giải quyết phù hợp: - Chế tạo mô hình máy CNC mini 3 trục từ đó áp dụng, kiểm tra lại các lý thuyết trước đó đã nghiên cứu. - Kết hợp, vận dụng lý thuyết vào thực nghiệm: từ những chọn lựa tính toán lí thuyết, kết quả của quá trình thực nghiệm sẽ được xem xét, đánh giá từ đó có những đề xuất thay đổi phù hợp với thực tiễn. - Thực nghiệm thực địa: Thực hiện các thử nghiệm và thử nghiệm trên máy CNC mini để đánh giá hiệu suất, độ chính xác, độ tin cậy và tính năng của máy.
Điều này có thể bao gồm việc thực hiện các quy trình gia công cụ thể và đánh giá kết quả. CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY GIA CÔNG CNC MINI 3 TRỤC 2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy CNC mini 3 trục 2.1 Cấu tạo của máy CNC mini 3 trục Hình CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY GIA CÔNG CNC MINI 3 TRỤC .6 Cấu trúc chung của máy CNC Hình CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY GIA CÔNG CNC MINI 3 TRỤC .7 Minh họa khung máy Khung máy đóng vai trò quan trọng trong hệ thống gia công. Được gia công từ các vật liệu bền chắc như thép hợp kim hoặc nhôm, với cấu trúc được thiết kế đặc biệt để đảm bảo sự ổn định và chính xác trong quá trình làm việc.
Khung máy CNC có thể được xây dựng theo các kiểu dáng khác nhau tùy theo mục đích của người sử dụng, 22 mỗi loại mang lại những ưu điểm riêng. Khung giúp bảo vệ và giữ chặt vật liệu và công cụ gia công, giúp máy hoạt động mạnh mẽ và an toàn.2 Bàn máy Hình CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY GIA CÔNG CNC MINI 3 TRỤC .8 Minh họa bàn máy - Là nơi để gá đặt các chi tiết gia công, còn gọi là đồ gá. Bàn máy thường di chuyển ngang sang trái, phải (theo trục x) và di chuyển dọc (theo trục y). Tùy từng loại máy mà bàn máy sẽ di chuyển và trục chính đứng yên hoặc ngược lại.
- Các doanh nghiệp khi mua máy nên quan tâm kích thước của bàn máy cũng như trọng tải tối đa của nó để chọn loại phù hợp với phôi cần gia công.3 Trục chính Hình CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY GIA CÔNG CNC MINI 3 TRỤC .9 Minh họa trục chính Trục chính hay còn gọi là trục Spindle là thành phần có tính quyết định nhất trong máy CNC. Đảm bảo độ chính xác và có thể đoán trước được năng suất của máy. Trục chính là nơi để gắn dụng cụ phay, cắt, … tùy theo từng loại vật liệu mà trục chính sẽ mang các dụng cụ cắt khác nhau.