Chương 1: TỔNG QUAN 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong suốt quá trình học tập nghiên cứu tại xưởng CAD CAM CNC của trường nhóm nhận thấy, hiện tại ở xưởng nhìn chung được trang bị đầy đủ các loại máy móc đặc biệt là các loại máy gia công CNC để phục vụ cho công việc giảng dạy và học tập của giảng viên cũng như các bạn sinh viên. Tuy nhiên một thực trạng ở đây là do số lượng các bạn sinh viên lớn kéo theo đó là nhu cầu sử dụng máy tăng cao, them vào đó các loại máy công nghệ cao đòi hỏi cần được các thầy cô trực tiếp hướng dẫn thì mới có thể vận hành đảm bảo. Chính vì lẽ đó đã thôi thúc nhóm quyết tâm thực hiện đề tài “Nghiên cứu phát triển máy CNC với hệ thống thay dao tự động”, góp phần đóng góp thêm cho công tác giảng dạy và học tập tại xưởng CAD CAM CNC được phong phú và đa dạng hơn.1: Máy Phay NOVA MILL Máy tiện CNC ANTON Hình 1.3: Máy CNC 5 trục CNC-1 Hình 1.4: Máy CNC khắc Lazer Luan van Máy móc càng hiện đại đòi hỏi kèm theo đó giá thành cao chi phí vận hành lớn, cũng như hạn chế khả năng tiếp cận của sinh viên.
Vấn đề đặt ra là phải chế tạo một loại máy CNC vừa nhỏ gọn, giá thành rẻ, dễ dàng vận hành sử dụng, nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và sự cải tiến sao cho gần như giống các loại máy hiện đại. Nhận thấy vấn đề trên nên việc nhóm quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu phát triển máy CNC với hệ thống thay dao tự động” là cần thiết và cấp bách. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Nghiên cứu và sản xuất máy CNC sẽ thúc đẩy sự sáng tạo và khả năng sử dụng kiến thức của sinh viên trong việc đề xuất các giải pháp mới khi thiết kế và sản xuất máy CNC. Việc thiết kế và sản xuất máy CNC đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức tổng quan về cơ khí, điện tử và tin học.
Đây cũng là cơ hội để họ kiểm tra, tìm tòi tự học hỏi và làm sâu sắc hơn sự hiểu biết về máy CNC hiện đại để sản xuất máy CNC cho phù hợp với khả năng và nhu cầu. Máy phay CNC mà nhóm đã hoàn thành giúp nhóm nắm vững những kiến thức và kỹ năng cơ bản nhất về mọi mặt. Sản phẩm hoàn chỉnh có thể được sử dụng cho giảng dạy hoặc gia công. Mục tiêu nghiên cứu Để hiểu rõ kiến thức về cấu trúc, các nguyên tắc vận hành, điều khiển và lập trình máy phay CNC tự chế.
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống thay dao tự động cho máy CNC để tiết kiệm thời gian gia công cho những nguyên công phức tạp cần thay dao nhanh chóng, từ đó nâng cao hiệu suất và hiệu quả của máy CNC trong sản xuất. Áp dụng kiến thức đã học để nghiên cứu, phát triển và chế tạo máy phay CNC. Lập trình, điều khiển máy CNC để xử lý sản phẩm theo yêu cầu. Sản phẩm có đủ các tính năng để phục vụ cho việc giảng dạy và nghiên cứu.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. Đối tượng - Máy CNC 3 trục - Hệ điều hành Mach 3 (phần mềm điều khiển mach3) - Phần mềm thiết kế : tất cả các phần mềm có khả năng thiết kế - Phần mềm thiết kế và xuất bản vẽ : Creo, Master Cam …. - Phần mềm lập trình và gia công : Các phần mềm sử dụng G-Code Luan van 1. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu và chế tạo hoàn chỉnh máy phay CNC 3 trục có thay dao tự động.
- Đảm bảo các yêu cầu đặt ra dưới đây: - Hành trình khả dụng: 150 x 150 x 50 mm. - Thời gian thực hiện: 5 tháng. - Tốc độ chạy dao: S = 50000 v/p (tốc độ quay trục chính) - Tốc độ cắt tối đa: F = 2000 mm/p ( phay Mica ) - Máy sử dụng hệ thống cấp khí nén. Phương pháp nghiên cứu 1.
Cơ sở phương pháp luận Dựa trên kiến thức hiện có của máy phay CNC 3 trục. Sau đó tiến hành tổng hợp, đánh giá các giải pháp đặt ra: trường hợp nào là tối ưu hoặc không tối ưu. Phương pháp nghiên cứu cụ thể Khảo sát thực tế: Xây dựng mô hình và thực nghiệm: sản xuất mô hình máy phay CNC 3 trục thay dao tự động, vận hành thử, gia công sản phẩm. Luan van Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
Khái quát về máy CNC Điều khiển số NC (Numerical Control) được phát minh với mục đích kiểm soát quy trình gia công của các máy công cụ. Trên thực tế, đây là một quá trình tự động điều khiển hoạt động của máy (như máy cắt kim loại, robot, băng tải bằng kim loại hoặc các bộ phận gia công,) trên cơ sở dữ liệu được cung cấp dưới dạng số nhị phân gồm các chữ số, số thập phân, chữ cái, và một số ký tự đặc biệt tạo thành một chương trình làm việc của thiết bị hoặc hệ thống. Lịch sử phát triển của NC bắt đầu từ các mục đích quân sự và hàng không vì yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượng đối với máy bay, tên lửa và xe tăng rất cao. Ngày nay, lịch sử phát triển NC đã trải qua sự phát triển không ngừng cùng với sự phát triển trong lĩnh vực vi xử lý từ 4 bit, 8 bit.
đã đạt đến 32 bit và cho phép thế hệ thứ hai trở nên vượt trội hơn về lưu trữ và Chế biến. Hiện nay, lĩnh vực sản xuất tự động trong lĩnh vực cơ khí đã được phát triển và đạt đến trình độ rất cao như hội thảo tự động linh hoạt và CIM (Máy tính tích hợp Sản xuất) lắp ráp với các robot hoạt động như nhà cung cấp phôi và vận chuyển. Các hệ thống đo lường và kiểm soát chất lượng hàng đầu cũng như các kho hiện đại đang khai thác đã mang lại nhiều hiệu quả kinh tế. CNC (Computer Numerical Control) là một máy tính điều khiển số (NC) sử dụng máy điều khiển máy tính (PLC) để điều khiển điện tử của máy NC và tích hợp cơ chế chuyển đổi.
Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi ngành công nghiệp sản xuất. Các đường cong được thực hiện dễ dàng như các đường thẳng, các cấu trúc phức tạp ba chiều dễ dàng được thực hiện và một số lượng lớn nguồn nhân lực giảm thiểu. Cấu tạo chung và quy ước của máy CNC Hình 2.1: Mô hình khái quát máy CNC Hình 2.2: Cấu tạo của 1 máy CNC Cấu trúc cơ bản của máy CNC thông thường bao gồm 2 phần chính: Bộ điều khiển và bộ phận điều hành. Phần điều khiển Chương trình điều khiển là một tập hợp các tín hiệu để điều khiển máy tính, được mã hoá dưới dạng chữ, số và các ký hiệu khác như cộng, trừ, dấu chấm.
Chương trình này được viết trên cấu trúc đưa mã chương trình (như mã nhị phân trong bộ nhớ máy tính). Luan van Cơ chế điều khiển nhận tín hiệu từ mạch điều khiển, thực hiện các phép biến đổi cần thiết để thu được tín hiệu thích hợp với điều kiện hoạt động của hệ thống truyền tải và kiểm tra hiệu năng của chúng thông qua các tín hiệu được gửi từ bộ cảm biến tiếp xúc ngược. Bao gồm đầu đọc, bộ giải mã, đầu dò, bộ xử lý tín hiệu, nội suy, so sánh, bộ khuếch đại, điều khiển hành trình, đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị đầu vào tín hiệu. Động cơ sử dụng trong máy CNC: Động cơ bước Động cơ bước là một loại động cơ điện với các nguyên tắc và ứng dụng khác với hầu hết các động cơ điện thông thường.
Chúng cơ bản là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc liên tiếp thành các vòng quay góc hoặc các chuyển động của rotor có khả năng gắn trục rotor vào các vị trí cần thiết. Động cơ bước có nhiều góc xoay. Các động cơ kém quay 90 độ mỗi bước trong khi động cơ nam châm vĩnh cửu có độ chính xác cao thường quay từ 1,8 độ xuống 0,72 độ mỗi bước. Với một bộ điều khiển, hầu hết các nam châm vĩnh cửu và động cơ hỗn hợp có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một số bộ điều khiển có thể xử lý những bước rất nhỏ, gọi là vi bước.
Cấu trúc: Động cơ bước có thể được coi là sự kết hợp của hai loại động cơ: động cơ DC không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ. Hoạt động: động cơ bước không xoay theo cơ chế thông thường, chúng quay từng bước vì vậy có độ chính xác cao về phương diện điều khiển học. Chúng chạy trên các phương tiện của thiết bị chuyển mạch điện tử và đưa các tín hiệu điều khiển vào stator theo thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số vòng quay của rotor tương ứng với lần chuyển mạch, cũng như hướng quay và tốc độ quay của rotor, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần suất chuyển đổi.
Ứng dụng: Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là động cơ kích hoạt đặc biệt mạnh bởi vì nó có thể thực hiện các lệnh ở dạng số. Động cơ bước được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa, chúng được sử dụng trong các cần điều khiển chính xác. Một số ví dụ: kiểm soát robot, kiểm soát tiêu cự trong các hệ thống quang học, kiểm soát vị trí trong các hệ thống giám sát, kiểm soát chụp ảnh, theo dõi mục tiêu trong thiết bị theo dõi, điều khiển chương trình trong các thiết bị gia dụng Cơ chế, chỉ đạo và các cơ chế định hướng trong máy bay, vv Thuận lợi: Kiểm soát vị trí, tốc độ chính xác, không có mạch phản hồi. Thường được sử dụng trong hệ thống máy CNC Nhược điểm: Chi phí cao, moment nhỏ.
Phần chấp hành Đối với máy CNC 3 trục mà nhóm thiết kế bao gồm: bàn máy, thân máy, trục vít me, ổ bi, các trục chính và spindle Phần thân và đế của máy Thông hường được làm bằng gang bởi vì nó có độ nén cao gấp 10 lần thép. Bên trong thân máy, có hệ thống điều khiển, động cơ trục chính và nhiều hệ thống khác. Yêu cầu: Phải đạt độ cứng vững cần thiết. Phải có thiết bị chống rung Mục đích: Đảm bảo tính chính xác khi gia công.
Hỗ trợ trong việc ổn định và cân bằng máy. Bàn máy Bàn làm việc là nơi gá đặt các chi tiết gia công hoặc đồ gá.