Nghiên Cứu, Thiết Kế Mô Hình Máy Phay CNC Chuyên Ngành Cơ Điện Tử

Nghiên cứu thiết kế mô hình máy phay CNC giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm trong ngành cơ khí.

• Tác giả: Trương Văn Hợi
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Huyến
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Mô Hình Máy Phay CNC
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MÁY CNC
• 1.1. Lịch sử hình thành và phát triển
• 1.2. Lợi ích của máy CNC
• 1.3. Phạm vi ứng dụng
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
• 2.1. Thiết kế hệ chuyển động chay dao
• 2.2. Nhiệm vụ của truyền động chạy dao
• 2.3. Cơ sở tính toán cho chuyển động chạy dao
• 2.4. Chọn động cơ đầu cắt
• 2.5. Xác định thông số dao sử dụng
• 2.6. Phân tích lực tác dụng lên đầu dao
• 2.7. Xác định công suất và mômen xoắn trên trụ động cơ
• 2.8. Chọn động cơ trục Z
• 2.9. Lực chiều trục khi khoan
• 2.10. Công suất động cơ trục Z
• 2.11. Chọn động cơ trục Y
• 2.12. Chọn động cơ trục X
• 2.13. Tính toán thiết kế bộ truyền động
• 2.14. Bộ truyền động trục Z
• 2.15. Bộ truyền động trục Y
• 2.16. Bộ truyền động trục X
• 2.17. Kiểm nghiệm độ bền trục vít me
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
• 3.1. Khối điều khiển trung tâm
• 3.2. Khối mạch công suất
• 3.3. Khối giao tiếp máy tính và mạch điều khiển trung tâm
• 3.4. Khối đệm tín hiệu
• 3.5. Khối bật tắt đầu cắt
• 3.6. Khối công suất
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
• 4.1. Mô hình trục chuyển động quay
• 4.2. Phương trình động lực học của trục
• 4.3. Đánh giá tính ổn định và chất lượng của hệ thống điều khiển
• 4.4. Mô phỏng gia công
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Mô Hình Máy Phay CNC

Máy phay CNC là một trong những thành tựu nổi bật trong lĩnh vực cơ khí và tự động hóa. Tại Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, nghiên cứu và thiết kế mô hình máy phay CNC không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức lý thuyết mà còn thực hành các kỹ năng cần thiết trong ngành công nghiệp chế tạo. Đề tài này sẽ đi sâu vào các khía cạnh quan trọng của máy phay CNC, từ lịch sử phát triển đến ứng dụng thực tiễn.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Máy Phay CNC

Máy phay CNC đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ những năm 1940. Sự ra đời của máy CNC đã cách mạng hóa ngành chế tạo, cho phép gia công các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao.

1.2. Lợi Ích Của Máy Phay CNC Trong Sản Xuất

Máy phay CNC mang lại nhiều lợi ích như tự động hóa sản xuất, giảm thiểu lỗi do con người, và tăng năng suất. Điều này giúp các doanh nghiệp tiết kiệm chi phí và thời gian.

II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Máy Phay CNC

Mặc dù máy phay CNC mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc nghiên cứu và thiết kế mô hình cũng gặp không ít thách thức. Các vấn đề như chi phí đầu tư, yêu cầu kỹ thuật cao và sự cần thiết phải cập nhật công nghệ thường xuyên là những yếu tố cần được xem xét.

2.1. Chi Phí Đầu Tư Cao

Việc đầu tư vào máy phay CNC đòi hỏi một khoản chi phí lớn cho thiết bị và công nghệ. Điều này có thể là rào cản đối với nhiều cơ sở giáo dục và doanh nghiệp nhỏ.

2.2. Yêu Cầu Kỹ Thuật Cao

Máy phay CNC yêu cầu kỹ thuật cao trong thiết kế và vận hành. Điều này đòi hỏi người sử dụng phải có kiến thức chuyên môn vững vàng để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Mô Hình Máy Phay CNC

Để nghiên cứu và thiết kế mô hình máy phay CNC, cần áp dụng các phương pháp khoa học và kỹ thuật hiện đại. Việc sử dụng phần mềm CAD/CAM trong thiết kế và mô phỏng là rất quan trọng.

3.1. Sử Dụng Phần Mềm CAD CAM

Phần mềm CAD/CAM giúp thiết kế và mô phỏng quá trình gia công, từ đó tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu sai sót.

3.2. Phân Tích Lực Tác Dụng Lên Đầu Dao

Phân tích lực tác dụng lên đầu dao là một phần quan trọng trong thiết kế máy phay CNC. Điều này giúp xác định các thông số kỹ thuật cần thiết cho động cơ và dao cắt.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Máy Phay CNC

Máy phay CNC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như chế tạo máy, điện tử, và ngành công nghiệp ô tô. Việc áp dụng máy phay CNC giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thời gian sản xuất.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Chế Tạo Máy

Trong ngành chế tạo máy, máy phay CNC cho phép gia công các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu khắt khe của khách hàng.

4.2. Ứng Dụng Trong Ngành Điện Tử

Máy phay CNC cũng được sử dụng trong ngành điện tử để gia công các linh kiện nhỏ, giúp tăng năng suất và giảm thiểu lỗi trong sản xuất.

V. Kết Luận Về Nghiên Cứu Máy Phay CNC

Nghiên cứu và thiết kế mô hình máy phay CNC tại Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức lý thuyết mà còn trang bị cho họ kỹ năng thực hành cần thiết. Tương lai của máy phay CNC hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển với sự tiến bộ của công nghệ.

5.1. Tương Lai Của Máy Phay CNC

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, máy phay CNC sẽ ngày càng trở nên thông minh hơn, tự động hóa nhiều quy trình hơn, và đáp ứng tốt hơn nhu cầu của thị trường.

5.2. Định Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải tiến hiệu suất của máy phay CNC, cũng như phát triển các ứng dụng mới trong các lĩnh vực khác nhau.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Máy phay CNC (Computer Numerical Control) là một trong những thành tựu quan trọng của khoa học kỹ thuật hiện đại, được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực cơ khí chính xác và tự động hóa sản xuất. Theo báo cáo của ngành, máy CNC giúp nâng cao độ chính xác và năng suất gia công, đồng thời giảm thiểu sự can thiệp của con người trong quá trình vận hành. Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế mô hình máy phay CNC mini 3 trục nhằm phục vụ công tác giảng dạy, học tập và sản xuất nhỏ lẻ tại các trường đại học kỹ thuật, đặc biệt là Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một mô hình máy phay CNC hoàn chỉnh với chi phí hợp lý, đảm bảo độ chính xác và tính ổn định trong quá trình gia công. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết kế cơ khí, hệ truyền động chạy dao, mạch điều khiển và bộ điều khiển động cơ cho máy phay CNC mini, với thời gian thực hiện trong khoảng hai năm học tập nghiên cứu. Ý nghĩa của đề tài thể hiện qua việc cung cấp một công cụ thực hành hiệu quả cho sinh viên ngành Cơ điện tử, đồng thời góp phần phát triển công nghệ CNC trong nước, giảm sự phụ thuộc vào thiết bị nhập khẩu.

Theo ước tính, việc ứng dụng máy phay CNC mini trong đào tạo giúp tăng hiệu quả học tập lên khoảng 30%, đồng thời giảm chi phí vận hành và bảo trì so với các máy CNC công nghiệp cỡ lớn. Nghiên cứu cũng mở ra hướng phát triển các thiết bị CNC nhỏ gọn, phù hợp với điều kiện sản xuất và đào tạo tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết điều khiển số CNC: Giải thích nguyên lý hoạt động của máy CNC, bao gồm quá trình chuyển đổi chương trình gia công thành các chuyển động cơ học chính xác trên ba trục tọa độ X, Y, Z.
• Mô hình truyền động vít me - đai ốc bi: Áp dụng để thiết kế hệ truyền động chạy dao, biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến chính xác, giảm ma sát và sai số.
• Lý thuyết động lực học trục quay: Phân tích mômen xoắn, lực tác dụng lên trục động cơ và trục vít me nhằm đảm bảo tính ổn định và độ bền của hệ thống truyền động.
• Khái niệm về tự động hóa sản xuất và độ chính xác gia công: Đánh giá hiệu quả của máy CNC trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Các khái niệm chính bao gồm: lực cắt, mômen xoắn, truyền động đai răng, hiệu suất động cơ, và các thông số kỹ thuật của dao phay.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các tài liệu chuyên ngành, giáo trình kỹ thuật, số liệu thực nghiệm và mô phỏng gia công trên phần mềm CAD/CAM. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Phân tích lý thuyết và tính toán kỹ thuật: Tính toán lực cắt, mômen xoắn, công suất động cơ dựa trên các công thức chuẩn trong cơ khí chế tạo máy.
• Thiết kế cơ khí và hệ truyền động: Lựa chọn vật liệu, thiết kế khung máy, hệ truyền động vít me-đai ốc và đai răng dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật.
• Thiết kế mạch điều khiển và bộ điều khiển động cơ: Sử dụng mosfet cho mạch công suất, lập trình điều khiển phối hợp các trục bằng Visual Basic.
• Mô phỏng và kiểm nghiệm: Mô phỏng gia công trên phần mềm NC, kiểm tra độ bền trục vít me và hiệu suất hệ thống truyền động.

Cỡ mẫu nghiên cứu là mô hình máy phay CNC mini 3 trục, được thiết kế và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chí kỹ thuật và khả năng chế tạo thực tế. Timeline nghiên cứu kéo dài gần hai năm, từ thiết kế đến hoàn thiện mô hình và thử nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Lực cắt và công suất động cơ đầu cắt: Lực cắt khi gia công vật liệu nhôm được tính khoảng 291,55 N với dao phay ngón đường kính 2 mm và 264,6 N với dao đường kính 5 mm. Công suất động cơ đầu cắt được chọn tối thiểu là 104 W với mômen xoắn 0,66 N.m, tốc độ quay 1500 vòng/phút.

2. Lực và mômen xoắn trên các trục Z, Y, X: Trục Z chịu lực dọc trục lớn nhất khoảng 585 N, mômen xoắn 0,714 N.m, công suất động cơ 32,1 W. Trục Y và X có lực tác dụng lần lượt 265 N và 274 N, mômen xoắn 0,658 N.m và 0,56 N.m, công suất động cơ tương ứng 11,57 W và 9,85 W.

3. Thiết kế bộ truyền động đai răng: Môđun đai răng được chọn là 2 mm cho cả trục X và Y, với số răng bánh đai nhỏ lần lượt là 18 răng, bánh đai lớn 36 răng (trục X) và 27 răng (trục Y). Khoảng cách trục được xác định chính xác, đảm bảo lực vòng riêng trên đai nhỏ hơn giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn và độ bền.

4. Kiểm nghiệm độ bền trục vít me: Trục vít me trục Z được kiểm nghiệm chịu lực dọc trục lớn nhất, kết quả cho thấy trục đủ an toàn với ứng suất dập và mômen xoắn tính toán, đảm bảo độ bền trong quá trình vận hành.

Thảo luận kết quả

Các kết quả tính toán và thiết kế cho thấy mô hình máy phay CNC mini 3 trục đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật về lực cắt, mômen xoắn và công suất động cơ. Việc sử dụng vít me-đai ốc bi và truyền động đai răng giúp giảm ma sát, tăng độ chính xác và ổn định chuyển động chạy dao. So sánh với các nghiên cứu trong ngành, mô hình này có công suất động cơ và lực cắt phù hợp với các máy CNC mini hiện có trên thị trường.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ lực cắt theo đường kính dao, bảng thông số công suất và mômen xoắn các trục, cũng như sơ đồ lực tác dụng lên vít me và thanh trượt. Điều này giúp minh họa rõ ràng sự phân bố lực và hiệu suất của từng bộ phận trong hệ thống.

Ngoài ra, việc thiết kế mạch điều khiển sử dụng mosfet và lập trình Visual Basic cho phép điều khiển chính xác các trục, nâng cao tính linh hoạt và khả năng mở rộng của máy. Kết quả mô phỏng gia công trên phần mềm NC cũng chứng minh tính khả thi của mô hình trong thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường ứng dụng vật liệu hợp kim nhôm cao cấp cho khung máy nhằm nâng cao độ cứng vững và giảm trọng lượng, dự kiến thực hiện trong vòng 6 tháng, do bộ phận thiết kế cơ khí đảm nhiệm.

2. Nâng cấp hệ thống điều khiển bằng vi xử lý thế hệ mới để cải thiện tốc độ xử lý và khả năng giám sát, giảm thiểu lỗi vận hành, hoàn thành trong 12 tháng, phối hợp giữa phòng nghiên cứu và phòng công nghệ thông tin.

3. Phát triển phần mềm giao diện người dùng trực quan hơn dựa trên nền tảng Visual Basic hoặc các ngôn ngữ lập trình hiện đại, giúp người vận hành dễ dàng thao tác và giám sát quá trình gia công, thời gian thực hiện 9 tháng, do nhóm lập trình đảm nhận.

4. Mở rộng nghiên cứu thiết kế máy phay CNC đa trục (4-5 trục) để nâng cao khả năng gia công các chi tiết phức tạp, dự kiến trong 18 tháng tiếp theo, phối hợp với các viện nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất.

5. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ CNC mini cho các trường đại học và doanh nghiệp vừa và nhỏ nhằm thúc đẩy ứng dụng rộng rãi, dự kiến triển khai trong 24 tháng, do ban quản lý dự án và các trung tâm đào tạo thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và giảng viên ngành Cơ điện tử, Cơ khí chế tạo máy: Luận văn cung cấp kiến thức thực tiễn về thiết kế máy phay CNC, giúp nâng cao kỹ năng thiết kế và vận hành máy CNC mini phục vụ giảng dạy và nghiên cứu.

2. Kỹ sư thiết kế và phát triển sản phẩm trong các doanh nghiệp cơ khí: Tham khảo để áp dụng các giải pháp truyền động vít me-đai ốc và đai răng, tối ưu hóa thiết kế máy CNC nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí sản xuất.

3. Các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ tự động hóa: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán chi tiết, hỗ trợ nghiên cứu nâng cao hiệu suất và độ chính xác của máy CNC.

4. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị CNC và đào tạo kỹ thuật: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo để phát triển các dòng máy CNC mini phù hợp với nhu cầu đào tạo và sản xuất nhỏ lẻ, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm.

Câu hỏi thường gặp

1. Máy phay CNC mini có thể gia công những loại vật liệu nào?
   Máy phay CNC mini được thiết kế chủ yếu để gia công vật liệu nhôm và các hợp kim nhẹ, với lực cắt khoảng 291 N và công suất động cơ phù hợp. Trong thực tế, máy cũng có thể gia công các vật liệu mềm khác như nhựa hoặc gỗ với điều chỉnh thông số phù hợp.

2. Làm thế nào để đảm bảo độ chính xác khi thiết kế hệ truyền động?
   Độ chính xác được đảm bảo nhờ sử dụng vít me-đai ốc bi giảm ma sát, truyền động đai răng với số răng và môđun phù hợp, cùng với kiểm nghiệm độ bền trục vít me và tính toán mômen xoắn chi tiết. Các thông số này được tính toán dựa trên tiêu chuẩn kỹ thuật và mô phỏng thực tế.

3. Phần mềm điều khiển máy CNC được sử dụng là gì?
   Luận văn sử dụng Visual Basic để thiết kế giao diện điều khiển, phối hợp các trục động cơ và xây dựng các modul bộ nội suy. Phần mềm này giúp người vận hành dễ dàng nhập chương trình gia công và giám sát quá trình chạy máy.

4. Có thể mở rộng mô hình máy phay CNC này cho các ứng dụng công nghiệp không?
   Mô hình hiện tại phù hợp cho đào tạo và sản xuất nhỏ lẻ. Để mở rộng cho ứng dụng công nghiệp, cần nâng cấp công suất động cơ, hệ thống điều khiển và thiết kế khung máy lớn hơn, đồng thời tích hợp thêm các trục gia công đa chiều.

5. Thời gian hoàn thiện một mô hình máy phay CNC mini là bao lâu?
   Theo timeline nghiên cứu, quá trình thiết kế, tính toán, chế tạo và thử nghiệm mô hình kéo dài khoảng hai năm. Thời gian này có thể rút ngắn hoặc kéo dài tùy thuộc vào nguồn lực và công nghệ áp dụng.

Kết luận

• Đã thiết kế thành công mô hình máy phay CNC mini 3 trục với công suất động cơ đầu cắt 104 W và các trục chuyển động có công suất phù hợp, đảm bảo độ chính xác và ổn định trong gia công.
• Hệ truyền động vít me-đai ốc bi và đai răng được lựa chọn tối ưu, giảm ma sát và sai số, đồng thời đảm bảo độ bền và an toàn vận hành.
• Mạch điều khiển sử dụng mosfet và phần mềm Visual Basic giúp điều khiển chính xác, linh hoạt các trục động cơ.
• Kết quả mô phỏng và kiểm nghiệm cho thấy mô hình phù hợp với mục tiêu đào tạo và sản xuất nhỏ lẻ, góp phần phát triển công nghệ CNC trong nước.
• Đề xuất nâng cấp hệ thống điều khiển, vật liệu khung máy và mở rộng nghiên cứu máy CNC đa trục để đáp ứng nhu cầu công nghiệp trong tương lai.

Tiếp theo, cần triển khai các giải pháp nâng cấp và mở rộng mô hình theo đề xuất, đồng thời đẩy mạnh đào tạo và chuyển giao công nghệ CNC mini cho các đơn vị liên quan. Độc giả và các nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng và phát triển thêm dựa trên nền tảng nghiên cứu này nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và đào tạo kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN MÁY CNC 1. Lịch sử phát triển máy CNC. CNC là gì? CNC: Computer Numerical Control - Điều khiển số máy công cụ được tích hợp máy tính. Thuật ngữ CNC là một khái niệm mà hầu như bất kì ai học tập, nghiên cứu trên lĩnh vực Tự động hoá đều biết: Đó là loại thiết bị điều khiển sử dụng trong các máy gia công, chế biến.

Cho phép thực hiện các quy trình gia công trên cơ sở các thông số về kích thước, hình dáng của sản phẩm, chuyển sang thành quỹ đạo chuyển động trên không gian ba chiều. Lịch sử hình thành và phát triển. Trước đây, các chi tiết máy hoặc khuôn mẫu phức tạp thường được chia thành những phần nhỏ, đơn giản. Sau đó, chúng được ghép nối lại với nhau thành chi tiết hoàn chỉnh bằng phương pháp hàn, tán.

Việc gia công này không đảm bảo độ chính xác cao, chi phí tốn kém. Sau này nhờ công nghệ chép hình có thể gia công được những chi tiết phức tạp hơn. Tuy vậy, việc gia công này vẫn còn nhiều nhược điểm như năng suất thấp và với khó đảm bảo độ chính xác cao. Vì vậy, việc áp dụng điều khiển số vào máy công cụ là một bước tiến nhảy vọt về công nghệ gia công.

Nó đảm bảo độ chính xác cao, có thể gia công được các chi tiết phức tạp. Vào những năm 80 của thế kỉ 19, những tấm thẻ đục lỗ được sử dụng trong khung cửi ngành dệt. Trước đó, trong ngành công nghiệp dầu mỏ và hoá chất đã sử dụng khái niệm này để điều khiển quá trình. Những mẫu đàn piano cổ cũng sử dụng nguyên lý điều khiển kiểu NC.

Mẫu đầu tiên của máy công cụ điều khiển số NC – Numerical Control do Viện công nghệ Massachusetts - Mỹ thiết kế và chế tạo năm 1949, theo đặt hàng của Không lực Hoa kỳ, để sản xuất các chi tiết phúc tạp và chính xác của máy 7 bay. Năm 1952, chế tạo thành công mẫu máy 3 trục và đến năm 1964 có 3500 chương trình NC được sử dụng. Tuy nhiên, các bộ điều khiển số đầu tiên dung đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, tiêu tốn nhiều năng lượng, kích thước lớn. Không có màn hình giao diện nên việc điều khiển gặp khó khăn.

Khi công nghệ bán dẫn phát triển, việc ứng dụng công nghệ bán dẫn làm cho máy NC gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn. Các băng đục lỗ thay bằng băng hoặc đĩa từ. Nhưng tính năng sử dụng của máy NC vẫn chưa được cải thiện. Sự xuất hiện IC (1959), LSI (1965), vi xử lý ( 1974) và các tiến bộ kỹ thuật vể lưu trữ và xử làm thay đổi to lớn trong sự phát triển của máy công cụ.

Các bộ điều khiển trên máy công cụ được tích hợp máy tính. Việc điều khiển thông qua bàn phìm và giao diện màn hình máy tính nên việc điều khiển trở nên dễ dàng hơn. Chúng ta đã có bước tiến từ ống chân không và máy cơ khí lặp lại tới công nghệ cao dòng điện tích hợp dày đặc. Khả năng của điều khiển tới phát sinh của 3 kích thước tạo hình được mở rộng.

Ngày nay, bộ vi xử lý điều khiển (CNC) có khả năng xử lý cao. Nó có thể đưa ra lệnh điều khiển, cất giữ, phân tích chương trình và giao diện với người sử dụng. Đồng thời nó có thể giám sát chất lượng sản phẩm, thay đổi dụng cụ khi cần thiết và truyền thông với các máy tính khác, robot như việc tải và gửi chương trình. Những máy CNC có thể phân tích những vấn đề bên trong và cảnh báo cho người sử dụng biết những vấn đề nguy hiểm.

Sự khác nhau lớn nhất giữa máy NC và CNC là khả năng của bộ điều khiển. Máy NC không có khả năng phân tích, giám sát như máy CNC. Hiện nay, với việc áp dụng Cad/Cam (thiết kế và sản xuất có trợ giúp của máy tính) vào việc thiết kế, tính toán kết cấu, mô phỏng quá trình gia công. đã trợ giúp hiệu quả cho quá trình thiết kế và điều khiển.

Chính vì những tính năng nổi bật của máy CNC mang lại nên chúng được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Ở nước ta, trong hơn 10 năm qua Nhà nước 8 đã đầu tư nhiều nhằm mục tiêu tạo ra thiết bị CNC. Lợi ích của máy CNC.1 Tự động hóa sản xuất Máy CNC không chỉ quan trọng trong ngành cơ khí mà còn trong nhiều ngành khác như may mặc, giày dép, điện tử v. Bất cứ máy CNC nào cũng cải thiện trình độ tự động hóa của doanh nghiệp: người vận hành ít, thậm chỉ không còn phải can thiệp vào hoạt động của máy.

Sau khi nạp chương trình gia công, nhiều máy CNC có thể tự động chạy liên tục cho tới khi kết thúc, và như vậy giải phóng nhân lực cho công việc khác. Thứ nữa, ít xảy ra hỏng hóc do lỗi vận hành, thời gian gia công được dự báo chính xác, người vận hành không đòi hỏi phải có kỹ năng thao tác (chân tay) cao như điều khiển máy công cụ truyền thống.2 Độ chính xác và lặp lại cao của sản phẩm. Các máy CNC thế hệ mới cho phép gia công các sản phẩm có độ chính xác và độ phức tạp cao mà máy công cụ truyền thống không thể làm được. Một khi chương trình gia công đã được kiểm tra và hiệu chỉnh, máy CNC sẽ đảm bảo cho “ra lò” hàng loạt sản phẩm phẩm với chất lượng đồng nhất.

Đây là yếu tố vô cùng quan trọng trong sản xuất công nghiệp quy mô lớn 1. Chế tạo một chi tiết mới trên máy CNC đồng nghĩa với nạp cho máy một chương trình gia công mới. Được kết nối với các phần mềm CAD/CAM, công nghệ CNC trở nên vô cùng linh hoạt giúp các doanh nghiệp thích ứng với các thay đổi nhanh chóng và liên tục về mẫu mã và chủng loại sản phẩm của khách hàng. Phạm vi ứng dụng.

Thuật ngữ CNC trỏ vào một khái niệm mà hầu như bất kì ai học tập, đào tạo, nghiên cứu trên lĩnh vực Tự động hóa đều biết: Đó là loại thiết bị điều khiển sử dụng trong các máy gia công/chế biến, cho phép thực hiện các quy trình gia công/chế biến trên cơ sở các thông số về kích thước/hình dáng của sản phẩm, chuyển sang thành quỹ đạo chuyển động trên không gian 3 chiều. Xuất phát từ các ứng dụng ban đầu của công nghệ chế tạo máy, chủ yếu là gia công cắt gọt kim loại, hiện tại CNC được dùng trong nhiều loại máy thuộc các lĩnh vực khác nhau: trải dài từ chế tạo máy tới ngành dệt may, điều khiển robot hay chế tạo thiết bị điện tử. Từ dạng thiết bị NC (Numerical Control) đơn giản bằng vi mạch Lôgic rời ở đầu thập kỉ 70 (của thế kỉ trước) tới CNC ngày nay sử dụng các loại vi điều khiển với tính năng mạnh. Trong nhiều ứng dụng, thậm chí ta không thể hình dung ra được sự thiếu vắng của CNC, đặc biệt là công nghệ chế tạo máy, ngành công nghệ đẻ ra các máy cái, phục vụ cho mọi ngành công nghiệp khác.

Chính vì vậy, thật dễ hiểu khi chúng ta – một đất nước còn chậm phát triển – đã và đang nỗ lực tìm ra con đường đi để tiến tới thiết bị CNC của riêng mình. Bây giờ chúng ta sẽ đi vào một số máy ứng dụng cụ thể: Hình 1.1: Mô hình máy khoan CNC loại 2 và 3 trục.2: Hai dạng máy khoan đứng với khả năng tự động thay mũi khoan.3: Máy phay 5 trục có trục chính nằm ngang.4: Máy phay 5 trục có trục chính thẳng đứng.5: Máy phay 5 trục loại thay dao thủ công (trái) và loại có 4 trục chính song song (phải). 12 Chương 2: thiết kế cơ khí * Đặt yêu cầu thiết kế - Thiết kế loại máy phay CNC 3 trục loại nhỏ với giá thành hợp lý. GIỚI THIỆU VỀ KẾT CẤU THÔNG SỐ MÁY PHAY CNC.

* Th«ng sè kü thuËt dù kiÕn ®¹t ®-îc sau khÝ chÕ t¹o: ** Giải pháp kỹ thuật Khung máy: Để tăng độ cứng vững cho máy, dễ cho quá trình chế tạo và lắp ráp máy ta chọn vật liệu là khung là nhôm hợp kim A5052H112. Trục chay dao: Đây là bộ phận quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng của sản phẩm gia công.Để giảm sai số gia công, ma sát chuyển động ta sử dụng thanh trượt bi, vít me - đai ốc bi và sử dụng bộ chuyền động đai răng. Mạch công suất: Thiết kế mạch công suất sử dụng mosfet để tăng công suất điều khiển, sử dụng được động cơ có dòng điều khiển lớn. Điều khiển: Lập trình điều khiển phối hợp các trục, xây dựng các modul bộ nội suy.Sử dụng Visual Basic để thiết kế giao diện 13 2.

Thiết kế hệ chuyển động chay dao.1: truyền động chay dao Cấu trúc của một hệ truyền động chạy dao được thể hiện như trờn. Hệ truyền động bao gồm: một động cơ dẫn động qua một cặp truyền động nữa đi tới bộ vít me-đai ốc biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Đó là phương thức tiêu chuẩn của một hệ truyền động chạy dao hiện đại.2 Nhiệm vụ của truyền động chạy dao. Nhiệm vụ chính của các hệ truyền động chạy dao là chuyển đổi các lệnh trong bộ điều khiển thành các chuyển động tịnh tiến hay quay tròn của những bàn máy mang dao hoặc chi tiết gia công trên máy công cụ.

Các chuyển động tịnh tiến là các chuyển động thẳng theo phương ba trục toạ độ của không gian ba chiều, còn các chuyển động quay tròn là các chuyển động xung quanh các trục toạ độ này. Chuyển động chạy dao là chuyển động dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo một phương trình xác định và phải đảm bảo được tốc độ cắt. Truyền động chạy dao phải đảm bảo dịch chuyển của dụng cụ cắt theo quỹ đạo và đảm bảo các yếu tố: biên dạng đường cắt, biên dạng của dụng cụ cắt và c¸c yªu cÇu chi 14 tiết gia công khác phải đạt được, do đó sẽ có các động cơ khác nhau điều khiển chuyển động cắt. Hệ truyền động chạy dao của một máy công cụ CNC phải thể hiện được những tính chất sau đây: + Có tính động học cao: nếu đại lượng dẫn biến đổi, bàn máy phải theo kịp biến đổi đó trong khoảng thời gian ngắn nhất.

+ Có độ ổn số vòng quay cao: khi các lực cản chạy dao biến đổi, cần hạn chế tới mức thấp nhất ảnh hưởng của nó đến tốc độ chạy dao, tốt nhất là không ảnh hưởng gì. Ngay cả khi chạy dao tốc độ nhỏ nhất cũng đòi hỏi một quá trình tốc độ ổn định. + Phạm vi điều chỉnh số vòng quay lớn. + Phải giải quyết được cả độ phân giải kích thước nhỏ nhất ( 1m).