Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, lĩnh vực gia công cơ khí chính xác đạt được nhiều thành tựu với sự ra đời nhiều loại máy CNC hiện đại có khả năng gia công được các chi tiết phức tạp, chính xác cao, nâng cao năng suất sản xuất.1: Máy phay 4 trục FMB.2: Máy phay 5 trục M8Cube.3: Máy tiện cao tốc NLX.4: Máy tiện CNC TK36. Máy móc càng hiện đại thì chi phí để trang bị cũng không hề nhỏ. Đây là một trong những yếu tố quan trọng thúc đẩy một số người ham học hỏi, tìm tòi để chế tạo ra máy CNC nhỏ gọn, rẻ tiền mà vẫn đáp ứng được nhu cầu sản xuất của họ.
Ngày nay, trên thế giới và cũng như ở Việt Nam, có rất nhiều người tham gia chế tạo máy CNC cỡ nhỏ để dùng tại nhà, tại các xưởng sản xuất nhỏ lẻ với chi phí thấp. Ở các trường đại học, cao đẳng cũng xuất hiện nhiều máy CNC mini do sinh viên chế tạo để phục vụ cho việc nghiên cứu, học tập tại trường. Do đó, đề tài: “Nghiên cứu phát triển thiết kế và hoàn thiện máy CNC 4 trục” là cần thiết và cấp thiết. Tổng quan về tình hình nghiên cứu Nghiên cứu, chế tạo mô hình máy phay CNC 4 trục đòi hỏi người thực hiện phải có những am hiểu nhất định về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phay CNC hiện đại.
Bên cạnh đó, một nguồn tư liệu giá trị khác chính là những máy CNC mini đã được chế tạo cả trong và ngoài nước, bằng cách tham khảo những nghiên cứu đó để làm cơ sở sáng tạo cho đề tài mà nhóm đang thực hiện. Thế giới Xuất phát từ ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp, liên tục như các máy công cụ. Điều khiển số được thực hiện từ thế kỉ XIV. Khi ở châu Âu người ta dùng các chốt hình trụ để điều khiển các chuyển động của các hình trang trí trên đồng hồ lớn của nhà thờ.
Jacquard dùng những tấm tôn đục lổ để điều khiển tự động các máy dệt. Fourneaux phát minh ra đàn Piano nỗi tiếng thế giới. Với băng giấy đục lỗ làm vật mang tin. Shannon trong khi làm luận án tiến sĩ đã đi đến kết luận rằng việc tính toán và truyền tải nhanh dữ liệu có thể thực hiện bằng mã nhị phân.
Từ năm 1949 đến 1952, Jonh Parsons và Học viện kỹ thuật Massachusett (Massachusett Institute Of Technology) đã thiết kế “Một hệ thống điều khiển dành cho máy công cụ, để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục thông qua dữ liệu đầu ra của một máy tính, làm bằng chứng cho một chức năng gia công chi tiết” theo hợp đồng của không lực Hoa Kỳ. Cũng trong thời gian này, Parsons cùng với đồng nghiệp của ông đã đưa ra 4 tiên đề cơ bản sau: 1. Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng đục lỗ. Các vị trí đục lỗ được đọc trên máy một cách tự động.
Những vị trí đã được đọc ra được liên tục truyền đi và được bổ sung thêm tính toán cho các giá trị trung gian nội tại. Các động cơ servo (vô cấp tốc độ) có thể điều khiển được chuyển động các trục. Năm 1952, chiếc máy phay điều khiển số đầu tiên ra đời mang tên là “Cincinnate Hydrotel” có trục thẳng đứng do Học viện kỹ thuật Masssachusett cung cấp. Đơn vị điều khiển được lắp bằng các bóng đèn điện tử chân không, điều khiển 3 trục nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân.
Năm 1954, Bendix mua bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo được thiết bị điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, nhưng vẫn còn dùng bóng đèn điện tử chân không. 2 do an Năm 1958, “Công cụ lập trình tự động G Code” (Automatically Programmed Tool) ra đời. Đánh dấu một bước phát triển mới về lập trình cho máy. Trong nước Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là rất xa lạ và ít người biết đến nó.
Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với nước ngoài như: Dự án “Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển và chế tạo khuôn mẫu”. Lúc đó các công nghệ CNC như: Máy phay CNC, máy tiện CNC, đo lường CNC,. lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên doanh với nước ngoài. Mặc dù, công nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong một thời gian ngắn nhưng có thể nói công nghệ này đã có một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc trong những năm tới đây công nghệ này sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xưởng, nhà máy ở nước ta.
Vì nó đem lại hiệu quả kinh tế rất cao. Đặc biệt trong điều kiện sản xuất hiện nay ở nước ta. Do vậy, việc đẩy mạnh ứng dụng công nghệ CNC là một nhu cầu cần thiết đối với các cơ sở sản xuất nói chung và ngành chế tạo máy nói riêng. Hiện nay, một số trường ĐH, CĐ đã chú trọng vào việc chế tạo mô hình máy CNC phục vụ cho giảng dạy như mô hình máy phay CNC của trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, ĐH Bách Khoa TPHCM, máy tiện CNC, phay CNC, máy cắt plasma, khoan mạch in của ĐH Bách Khoa Hà Nội, mô hình máy khắc chữ của ĐH Bách Khoa Đà Nẵng,… Hình 1.5: Máy phay CNC ĐHBK HCM.6: Máy phay CNC ĐHBK HN Bên cạnh các máy CNC được chế tạo với mục đích giảng dạy trong các trường học, một bộ phận sinh viên, kỹ sư chế tạo các máy CNC nhằm gia công gỗ, điêu khắc, cắt xốp, cắt kim loại bằng plasma… 3 do an Hình 1.7: Máy CNC GDTX Quy Nhơn.8: Máy phay CNC gia công gỗ.9: Máy tiện CNC ĐHBK Hà Nội Hình 1.
Kết quả dự kiến đạt được Hoàn thiện được mô hình máy phay CNC 4 trục với: cover, tấm đế, hệ thống điện đã được cải tiến. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. Việc nghiên cứu, chế tạo máy CNC trong sinh viên sẽ gợi mở ra nhiều giải pháp mới, phương hướng phát triển mới. Nghiên cứu, chế tạo máy CNC đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức tổng hợp về cơ khí, điện tử, tin học.
Đây cũng là cơ hội cho họ tìm tòi, kiểm nghiệm, hiểu sâu rộng hơn về những máy CNC hiện đại để từ đó chế tạo ra máy CNC phù hợp với khả năng và nhu cầu sử dụng. Đề tài nghiên cứu phát triển máy phay CNC mà nhóm đang thực hiện sẽ giúp nhóm củng cố kiến thức và kỹ năng về mọi mặt. Sản phẩm sau khi hoàn thành có thể phục vụ cho dạy học hoặc gia công nhôm và kim loại màu dùng trong trang trí, đồ lưu niệm và có thể gia công các chi tiết lắp ráp không yêu cầu độ chính xác quá cao. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
- Nắm vững kiến thức về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách truyền động, lập trình và điều khiển máy phay CNC. 4 do an - Vận dụng kiến thức để nghiên cứu phát triển và hoàn thiện mô hình máy phay CNC 4 trục. - Lập trình, điều khiển máy CNC trên để gia công ra sản phẩm và đạt độ chính xác theo yêu cầu. Cách thức đề tài Căn cứ vào những kiến thức đã có về máy phay CNC 4 trục, tiến hành phân tích, tìm ra giải pháp mới và chế tạo, thực nghiệm.
Sau đó, tiến hành tổng hợp, đánh giá giải pháp để đề ra tối ưu hay không tối ưu, tối ưu trong trường hợp nào. 5 do an Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.Các nội dung liên quan đề tài 2. Vài nét sơ lược về máy CNC Điều khiển số NC (Numerical Control) là phương pháp tự động điều chỉnh các máy công tác (máy công cụ, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu, chi tiết gia công, sản phẩm.) trong đó các chuyển động điều khiển được sản ra trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng mã nhị phân. Nó được biểu diễn dưới dạng các con số thập phân, các chữ cái và kí hiệu đặc trưng tạo thành một chương trình làm việc của thiết bị hay của hệ thống.
Trước đây, cũng đã có những quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thuỷ lực. Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của KH - KT nhất là trong lĩnh vực điều khiển số và tin học đã tạo điều kiện cho quá trình gia công với sự trợ giúp của máy tính. Việc sử dụng các máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, đồng thời cho phép rút ngắn được chu kỳ sản xuất. Do đó, hiện nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi công nghệ mới này vào lĩnh vực cơ khí chế tạo.
Đặc biệt là chế tạo các khuôn mẫu chính xác, các chi tiết đòi hỏi độ chính xác và độ phức tạp cao. Trong thời gian đó, ngành công nghệp nói chung đã bắt đầu nhận ra những ưu thế tiềm tàng của kỹ thuật điều khiển số. Điều đó buộc họ phải xem xét một cách nghiêm túc, chặt chẽ và kỹ càng những vấn đề về ngành chế tạo máy của chính họ. Đồng thời, họ cũng phải suy nghĩ xem kỹ thuật công nghệ mới này có thể giúp đỡ họ như thế nào để cải tiến phương pháp hiện có của họ.
Người ta nhanh chóng nhận ra rằng, phần lớn các bài toán cắt gọt kim loại như: Khoan lỗ, tiện, phay đường thẳng không nhất thiết đòi hỏi tới bộ điều khiển hiện đại, sử dụng những phương máy tính hoá. Thế nhưng, việc ứng dụng ngay cả dạng cơ bản nhất của APT cho những thành phần hình học đơn giản cũng vừa cồng kềnh, vừa rắc rối và vừa đắt tiền. Do vậy, nhiều ngôn ngữ đơn giản hơn dùng cho mục đích đặc biệt đã được phát triển. Tuy nhiên, đa số các ngôn ngữ này điều lấy APT làm gốc.
Rồi cho đến giữa những thập niên 70, 80 với sự phát triển của công nghệ vi xử lí. Lần dầu tiên nó được đưa vào thiết bị điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính, tạo một bước nhảy khổng lồ trong lĩnh vực điều khiển số. Từ các máy điều khiển số NC trở thành những máy điều khiển số CNC (Computeized Numerical Control) tức là 6 do an những máy công cụ điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính.