Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm trục thứ 5 trên máy CNC 4 trục

Thiết kế máy CNC là quá trình phát triển các hệ thống điều khiển số để gia công cơ khí… 112 trang · Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh · 2016.

• Tác giả: Nguyễn Lê Quang Nhật
• Người hướng dẫn: ThS. Đặng Minh Phụng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm trục thứ 5 trên máy CNC 4 trục. Phát triển hoàn thiện và chế tạo hệ thống điều khiển máy CNC 4 trục
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• Trang phụ bìa
• Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp
• Phiếu nhận xét của giáo viên hướng dẫn
• Phiếu nhận xét của giáo viên phản biện
• Lời cam kết
• Lời cảm ơn
• Tóm tắt
• Danh mục các từ viết tắt
• Danh mục các bảng biểu
• Danh mục các hình ảnh, biểu đồ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Cơ sở phương pháp luận
• 1.6. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
• 1.7. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.7.1. Nghiên cứu liên quan đến đề tài
• 1.7.1.1. Nghiên cứu ngoài nước
• 1.7.1.2. Nghiên cứu ở Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Khái quát về máy CNC
• 2.1.1. Vài nét sơ lược về máy CNC
• 2.1.2. Cấu tạo chung và quy ước máy CNC
• 2.2. Các kiểu hệ thống điều khiển
• 3. CHƯƠNG 3: THAM KHẢO VÀ LÊN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
• 3.1. Một số thiết kế thông dụng của máy CNC 5 trục
• 3.2. Lựa chọn kiểu điều khiển
• 3.3. Lựa chọn loại động cơ cho trục A và trục C
• 3.4. Lựa chọn kết cấu truyền động
• 3.4.1. Phương án truyền động trục A
• 3.4.2. Phương án truyền động trục C
• 3.5. Lựa chọn hộp số truyền động cho 2 trục A & C
• 4. CHƯƠNG 4: PHÁT TRIỂN HOÀN THIỆN VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 4 TRỤC
• 4.1. Phân tích hệ thống điều khiển của máy CNC 4 trục cũ
• 4.2. Một số thiết bị điện và cách đấu nối dây
• 4.3. Hoàn thiện hệ thống điện cho máy CNC 4 trục
• 4.3.1. Điều khiển máy CNC
• 4.3.2. Sơ đồ đấu dây tủ điện
• 4.4. Lựa chọn phần mềm điều khiển Mach3
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CỤM 5
• 5.1. Tính toán lực cắt
• 5.1.1. Xác định chế độ cắt
• 5.1.2. Xác định lực tác dụng khi gia công
• 5.1.3. Phương pháp nguyên lý cắt
• 5.1.4. Xác định momen xoắn trên trục chính
• 5.2. Tính toán, lựa chọn mâm cặp kẹp chặt
• 5.3. Tính toán, thiết kế cụm 5 (Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor 2015)
• 5.3.1. Quy trình thiết kế
• 5.3.2. Thiết kế cơ khí
• 5.3.2.1. Lựa chọn phương pháp tạo phôi Thân cụm và Bàn quay
• 5.3.2.2. Tính toán lựa chọn bộ truyền trục C
• 5.3.2.3. Tính toán lựa chọn động cơ
• 5.3.2.4. Tính toán lựa chọn ổ lăn
• 5.4. Kiểm tra bền (Kiểm tra trên phần mềm Autodesk Inventor 2015)
• 5.4.1. Kiểm bền phần đỡ trục A của thân cụm
• 5.4.2. Kiểm bền phần trục của Bích bàn quay 2
• 5.4.3. Kiểm bền 4 Lục giác M8 liên kết cụm Động cơ – Hộp số Trục A
• 6. CHƯƠNG 6: GIA CÔNG
• 6.1. Các chi tiết cần gia công
• 6.2. Hình ảnh gia công, lắp ráp trong thực tế
• 7. CHƯƠNG 7: THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ
• 7.1. Gia công sản phẩm và đánh giá
• 8. CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 8.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Thiết kế máy CNC

Thiết kế máy CNC là quá trình phát triển các hệ thống điều khiển số để gia công cơ khí chính xác. Trong đề tài này, việc thiết kế tập trung vào việc phát triển cụm trục thứ 5 cho máy CNC 4 trục, nhằm nâng cao khả năng gia công các chi tiết phức tạp. Quá trình thiết kế bao gồm việc phân tích cấu trúc máy, lựa chọn vật liệu, và tính toán các thông số kỹ thuật để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả.

1.1. Cấu trúc máy CNC

Cấu trúc máy CNC bao gồm các thành phần chính như khung máy, trục chính, hệ thống điều khiển, và các bộ phận truyền động. Việc thiết kế cụm trục thứ 5 đòi hỏi sự tích hợp chính xác với các thành phần hiện có của máy CNC 4 trục, đảm bảo tính ổn định và độ bền trong quá trình vận hành.

1.2. Lựa chọn vật liệu

Vật liệu sử dụng trong thiết kế cụm trục thứ 5 cần đáp ứng các yêu cầu về độ cứng, độ bền, và khả năng chịu lực. Các vật liệu như thép hợp kim và nhôm được ưu tiên sử dụng để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của máy.

II. Chế tạo máy CNC

Chế tạo máy CNC là quá trình biến các thiết kế thành sản phẩm thực tế. Trong đề tài này, việc chế tạo cụm trục thứ 5 bao gồm các bước gia công chi tiết, lắp ráp, và kiểm tra chất lượng. Quá trình này đòi hỏi sự chính xác cao để đảm bảo các chi tiết hoạt động đồng bộ và hiệu quả.

2.1. Gia công chi tiết

Các chi tiết của cụm trục thứ 5 được gia công bằng các phương pháp như tiện, phay, và mài. Việc gia công cần tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật để đảm bảo độ chính xác và độ bền của sản phẩm.

2.2. Lắp ráp và kiểm tra

Sau khi gia công, các chi tiết được lắp ráp thành cụm trục thứ 5. Quá trình lắp ráp cần được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo các bộ phận hoạt động trơn tru và không có sai sót.

III. Cụm trục máy CNC

Cụm trục máy CNC là bộ phận quan trọng quyết định khả năng gia công của máy. Trong đề tài này, cụm trục thứ 5 được thiết kế để bổ sung thêm một trục quay, giúp máy CNC 4 trục có thể gia công các chi tiết phức tạp hơn. Việc thiết kế và chế tạo cụm trục này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về cơ khí và điều khiển.

3.1. Thiết kế cụm trục thứ 5

Thiết kế cụm trục thứ 5 bao gồm việc xác định vị trí lắp đặt, kích thước, và phương thức truyền động. Cụm trục này cần được tích hợp chính xác với các trục hiện có của máy CNC 4 trục để đảm bảo tính đồng bộ và hiệu quả.

3.2. Ứng dụng cụm trục thứ 5

Cụm trục thứ 5 giúp máy CNC 4 trục có thể gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp chế tạo máy và sản xuất đồ trang trí. Việc ứng dụng cụm trục này mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao.

IV. Máy CNC 4 trục

Máy CNC 4 trục là loại máy gia công cơ khí có khả năng điều khiển bốn trục chuyển động. Trong đề tài này, việc phát triển cụm trục thứ 5 nhằm nâng cấp máy CNC 4 trục thành máy CNC 5 trục, giúp mở rộng khả năng gia công và ứng dụng trong thực tế.

4.1. Nguyên lý hoạt động

Máy CNC 4 trục hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển số, trong đó các trục chuyển động được điều khiển bởi hệ thống máy tính. Việc bổ sung cụm trục thứ 5 giúp máy có thêm một trục quay, tăng khả năng gia công các chi tiết phức tạp.

4.2. Ứng dụng thực tế

Máy CNC 4 trục được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp chế tạo máy, sản xuất đồ gỗ, và gia công kim loại. Việc nâng cấp lên máy CNC 5 trục giúp mở rộng phạm vi ứng dụng và nâng cao hiệu quả sản xuất.

V. Công nghệ CNC

Công nghệ CNC là lĩnh vực kỹ thuật liên quan đến việc điều khiển các máy công cụ bằng máy tính. Trong đề tài này, việc nghiên cứu và phát triển cụm trục thứ 5 cho máy CNC 4 trục là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ CNC vào thực tế sản xuất.

5.1. Phát triển công nghệ CNC

Việc phát triển cụm trục thứ 5 cho máy CNC 4 trục là một ví dụ điển hình về sự tiến bộ trong công nghệ CNC. Quá trình này đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức cơ khí, điện tử, và lập trình để tạo ra sản phẩm có hiệu suất cao.

5.2. Ứng dụng công nghệ CNC

Công nghệ CNC được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp chế tạo máy, sản xuất ô tô, và hàng không. Việc nâng cấp máy CNC 4 trục lên 5 trục giúp tăng khả năng gia công và mở rộng phạm vi ứng dụng trong thực tế.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

• Lý do chọn đề tài: Trong thời đại công nghệ kỹ thuật phát triển nhanh, máy CNC đa trục đã trở thành công cụ quan trọng trong gia công cơ khí chính xác. Ở Việt Nam, nhu cầu về máy CNC 5 trục và hệ thống điều khiển thông minh còn hạn chế, đặc biệt trong môi trường đào tạo đại học và doanh nghiệp vừa và nhỏ. Đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm trục thứ 5 trên máy CNC 4 trục, phát triển hoàn thiện và chế tạo hệ thống điều khiển máy CNC 4 trục” được lựa chọn để giải quyết khoảng trống này, vừa đáp ứng nhu cầu giảng dạy, vừa tạo ra sản phẩm thực tiễn có thể gia công nhôm, kim loại màu với độ chính xác cao.
• Mục tiêu và câu hỏi/nhiệm vụ nghiên cứu
  1. Nắm vững cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các phương pháp truyền động của máy CNC 4 trục.
  2. Thiết kế, tính toán và chế tạo cụm trục thứ 5 (cụm 5) để mở rộng khả năng gia công đa dạng hình dạng.
  3. Phát triển hệ thống điều khiển cho máy CNC 4 trục (với phần mềm Mach3) đáp ứng yêu cầu độ chính xác “sai số = 0”.
  4. Kiểm tra, đánh giá hiệu năng của cụm 5 và hệ thống điều khiển trong thực nghiệm.
• Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
  • Đối tượng: Cụm trục thứ 5, hệ thống điện/điều khiển của máy CNC 4 trục, phần mềm điều khiển Mach3.
  • Phạm vi không gian: Máy CNC 4 trục hiện có tại Khoa Đào tạo Chất lượng Cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM; cụm 5 được lắp ráp trên máy này.
  • Phạm vi thời gian: Thời gian nghiên cứu dự kiến 4 tháng (tháng 8/2016 – tháng 11/2016).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

• Khung lý thuyết, khái niệm, chuẩn pháp luật
  • CNC (Computeized Numerical Control) – máy công cụ được điều khiển bằng mã số (G‑code) và các tín hiệu điện tử.
  • Các chuẩn điều khiển vòng kín/đóng (servo) và vòng hở (bước) được trích dẫn từ tài liệu “Máy CNC 5 trục [9]”.
  • Các mô hình truyền động (băng, trục vít, hộp số Harmonic, Ball Reducer) được nêu trong chương 3 của bản thảo.
• Phương pháp nghiên cứu
  • Phân tích‑tổng hợp: Phân tích cấu tạo hiện có của máy CNC 4 trục, tổng hợp các ưu, nhược điểm của các kiểu truyền động (bảng 3.1‑3.4).
  • Khảo sát thực tiễn: Thu thập thông tin về máy CNC 5 trục trong và ngoài nước (chương 1).
  • Thiết kế kỹ thuật: Sử dụng Autodesk Inventor 2015 để mô phỏng, tính toán lực cắt, momen xoắn, chọn motor step và servo, thiết kế hộp số.
  • Thực nghiệm: Lắp ráp cụm 5, lập trình Mach3, chạy nghiệm thu trên vật liệu nhôm và kim loại màu; đo sai số, kiểm tra bền (chương 7).
• Nguồn dữ liệu
  • Kích thước máy hiện có: 862 × 912 × 1037 mm; hành trình gia công X = 400 mm, Y = 320 mm, Z = 300 mm.
  • Bảng so sánh động cơ step và servo (bảng 2).
  • Thông số kỹ thuật biến tần Yaskawa V1000, driver UDX5128/UDK5114VN, nguồn 24 V 10 A.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

• Tính cấp thiết: Máy CNC đa trục đáp ứng nhu cầu gia công chi tiết phức tạp, nâng cao năng suất.
• Ý nghĩa khoa học – thực tiễn: Cung cấp nền tảng kiến thức về thiết kế cơ khí‑điện‑phần mềm cho sinh viên, tạo sản phẩm có thể dùng trong giảng dạy và sản xuất nhỏ.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

• Khái quát về máy CNC: Giải thích nguyên lý NC → CNC, mô tả cấu tạo chung (phần điều khiển, phần chấp hành).
• Các kiểu hệ thống điều khiển: Vòng hở (động cơ step) vs. vòng kín (động cơ servo).

Chương 3: Tham khảo và lên phương án thiết kế

• Thiết kế các mẫu máy CNC 5 trục (đầu/bàn, đầu/đầu, bàn/bàn) – bảng 3.1 so sánh ưu nhược điểm.
• Lựa chọn động cơ: Bảng 2 so sánh tính năng động cơ step và servo; quyết định sử dụng step motor cho tính kinh tế và phù hợp với Mach3.
• Lựa chọn truyền động: Phân tích truyền động thẳng vs. vuông góc; chọn truyền động thẳng cho trục A (hộp số khử rơ) và truyền động gián tiếp cho trục C (hộp số Harmonic).

Chương 4: Phát triển hoàn thiện và chế tạo hệ thống điều khiển máy CNC 4 trục

• Phân tích hệ thống điều khiển cũ: Tủ điện, biến áp, mạch nguồn, biến tần Yaskawa V1000, driver UDX5128/UDK5114VN.
• Hoàn thiện hệ thống điện: Lắp đặt mạch nguồn xung (DC 24 V 10 A), thiết kế sơ đồ đấu dây tủ điện (hình 4.4‑4.5).
• Lựa chọn phần mềm: Mach3 – hỗ trợ điều khiển 4 trục và mở rộng tới 5 trục.

Chương 5: Tính toán, thiết kế cụm 5

Nội dung	Giá trị
Kích thước cụm 5	812 × 225 × 211 mm
Sai số cho phép	0 mm
Lực cắt tối đa	(giá trị được tính trong Autodesk Inventor, không ghi cụ thể)
Mô hình 3D	Thiết kế đầy đủ trong Autodesk Inventor 2015
Bảng tra mâm cặp 3 chấu VSK	Bảng 1.1

• Quy trình thiết kế: Phân tích, lựa chọn motor, tính toán momen xoắn, thiết kế hộp số, vẽ chi tiết, kiểm tra bền trên phần mềm.

Chương 6: Gia công

• Chi tiết cần gia công: Các bộ phận của cụm 5 (bích bàn quay 2, mâm cặp, hộp số, khung cơ khí).
• Hình ảnh thực tế: Hình 6.1‑6.4 minh họa quá trình gia công và lắp ráp.

Chương 7: Thực nghiệm – Đánh giá

• Sản phẩm cuối cùng: Cụm 5 lắp trên máy CNC 4 trục, cho phép gia công các hình dạng phức tạp trên nhôm và kim loại màu.
• Kết quả đo: Sai số vị trí đạt 0 mm, độ chính xác hình dạng đáp ứng yêu cầu đề tài.
• Đánh giá: Hệ thống điều khiển ổn định, nhưng còn thiếu cover che chắn bộ truyền đai, hộp số và động cơ; quy trình set‑up vẫn thủ công, tốn thời gian.

Chương 8: Kết luận và hướng phát triển

• Kết luận: Đã hoàn thành thiết kế, chế tạo và kiểm nghiệm cụm trục thứ 5 và hệ thống điều khiển, đáp ứng mục tiêu nghiên cứu.
• Hướng phát triển: (Xem mục “Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp”).

Thiết kế và triển khai

• Kiến trúc tổng thể:
  • Phần cứng: Máy CNC 4 trục (x, y, z, A), cụm 5 (trục B), motor step PK596BE (trục A) và EM569‑NB (trục C), hộp số Harmonic Drive, driver UDX5128/UDK5114VN, biến tần Yaskawa V1000, nguồn 24 V 10 A.
  • Phần mềm: Mach3 làm nền tảng điều khiển, cấu hình 5 trục trong phần “Axis Setup”, lập trình G‑code cho các tác vụ gia công thử nghiệm.
• Công nghệ sử dụng: Autodesk Inventor 2015 cho mô hình 3D và phân tích bền; Mach3 cho điều khiển trực tiếp; driver step‑pulse để truyền tín hiệu từ máy tính tới motor.
• Kiểm thử:
  • Kiểm tra điện: Đo điện áp, dòng, kiểm tra hoạt động của biến tần, driver, mạch nguồn.
  • Kiểm tra cơ khí: Đánh giá độ cứng khung, lắp ráp các bộ truyền động, đo momen xoắn thực tế so với mô phỏng.
  • Kiểm tra phần mềm: Kiểm tra tốc độ phản hồi, độ trễ tín hiệu, độ chính xác vị trí (sai số = 0 mm).

Kết quả và đóng góp

• Kết quả chính
  • Cụm trục thứ 5 đạt kích thước 812 × 225 × 211 mm; khả năng gia công nhôm và kim loại màu với sai số = 0 mm.
  • Hệ thống điều khiển máy CNC 4 trục được nâng cấp để hỗ trợ 5 trục, sử dụng phần mềm Mach3 và driver step.
  • Đã thực hiện thử nghiệm gia công thành công các chi tiết phức tạp, chứng minh tính ổn định và độ chính xác của thiết kế.
• Giải pháp/kiến nghị
  • Đề xuất lắp cover cho bộ truyền đai, hộp số và động cơ nhằm tăng an toàn và giảm bụi.
  • Tự động hoá quy trình set‑up bằng việc phát triển giao diện lập trình CNC tùy chỉnh trên Mach3.
• Đóng góp so với nghiên cứu trước
  • So với các thiết kế CNC 5 trục ngoại nhập, đề tài cung cấp giải pháp chi phí thấp (động cơ step + Mach3) phù hợp cho môi trường đào tạo.
  • Cung cấp quy trình tích hợp thiết kế cơ khí, điện và phần mềm trong một dự án duy nhất, điều mà các nghiên cứu trước thường chỉ tập trung vào một lĩnh vực.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế
  • Thiếu cover che chắn cho bộ truyền, gây rủi ro khi vận hành liên tục.
  • Quy trình set‑up hiện vẫn thực hiện thủ công, tốn thời gian và có khả năng gây sai lệch.
  • Đồ gá kẹp chặt chỉ sử dụng mâm cặp; chưa tích hợp các loại đồ gá linh hoạt cho đa dạng chi tiết.
• Hướng nghiên cứu tiếp
  • Thiết kế và lắp đặt hệ thống che chắn cho toàn bộ cơ cấu truyền động.
  • Phát triển giao diện lập trình CNC (plug‑in Mach3) để tự động hoá cấu hình trục 5 và các thông số cắt.
  • Nghiên cứu đồ gá đa năng (thay đổi nhanh, tự động) nhằm giảm thời gian chuẩn bị máy.

Giá trị tham khảo

• Sinh viên ngành Công nghệ chế tạo máy: Hướng dẫn chi tiết từ khâu thiết kế, lựa chọn motor, truyền động đến lắp ráp và lập trình.
• Giảng viên, nhà nghiên cứu: Tài liệu tham khảo về so sánh động cơ, phương pháp truyền động, và quy trình kiểm tra bền bằng Autodesk Inventor.
• Doanh nghiệp vừa và nhỏ: Mô hình máy CNC 5 trục giá thành hợp lý, có thể áp dụng trong sản xuất chi tiết nhỏ, đào tạo nhân lực CNC.

Câu hỏi thường gặp

1. Cụm trục thứ 5 có kích thước thực tế là bao nhiêu?

   • Kích thước thực tế của cụm 5 là 812 mm × 225 mm × 211 mm (chiều dài × rộng × cao).

2. Sai số vị trí khi gia công bằng cụm 5 đạt mức nào?

   • Sai số vị trí được đo là 0 mm, đáp ứng yêu cầu “sai số cho phép = 0”.

3. Máy CNC này có thể gia công các vật liệu nào?

   • Được thiết kế để gia công nhôm, kim loại màu và các vật liệu tương tự; không giới hạn về độ cứng nếu bộ truyền động đáp ứng momen xoắn.

4. Hệ thống điều khiển sử dụng phần mềm nào và tại sao chọn Mach3?

   • Sử dụng Mach3 vì phần mềm này hỗ trợ điều khiển đa trục, tương thích với driver step, và có thể cấu hình dễ dàng cho 5 trục mà không tốn chi phí phần mềm cao.

5. Động cơ nào được chọn cho trục A và trục C, và vì sao?

   • Được chọn động cơ step (PK596BE cho trục A, EM569‑NB cho trục C) do chi phí hợp lý, khả năng điều khiển bằng driver step‑pulse và phù hợp với phần mềm Mach3; đồng thời đáp ứng yêu cầu độ chính xác cho môi trường đào tạo.

Kết luận

Đề tài đã thành công trong việc thiết kế, chế tạo và kiểm nghiệm cụm trục thứ 5 cho máy CNC 4 trục, đồng thời phát triển hệ thống điều khiển dựa trên Mach3, đạt được độ chính xác vị trí bằng 0 mm và khả năng gia công đa dạng vật liệu. Sản phẩm không chỉ đáp ứng yêu cầu khoa học‑kỹ thuật mà còn cung cấp giải pháp chi phí thấp cho các trường đại học và doanh nghiệp vừa, đồng thời mở ra các hướng nghiên cứu tiếp theo về bảo vệ cơ cấu và tự động hoá quy trình set‑up.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM TRỤC THỨ 5 TRÊN MÁY CNC 4 TRỤC. PHÁT TRIỂN HOÀN THIỆN VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 4 TRỤC. ĐẶNG MINH PHỤNG SVTH : NGUYỄN LÊ QUANG NHẬT MSSV:12143516 VÕ VĂN MẠNH 12143426 TRẦN THANH LỘC 12143335 SKL 0 0 4 6 9 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.

HỒ CHÍ MINH  KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM TRỤC THỨ 5 TRÊN MÁY CNC 4 TRỤC. PHÁT TRIỂN HOÀN THIỆN VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 4 TRỤC. SVTH : NGUYỄN LÊ QUANG NHẬT MSSV:12143516 VÕ VĂN MẠNH 12143426 TRẦN THANH LỘC 12143335 Khóa : 2012-2016 Ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY GVHD: ThS. ĐẶNG MINH PHỤNG Tp.

Hồ Chí Minh - tháng 8 năm 2016 1 Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giáo viên hƣớng dẫn: ThS. Đặng Minh Phụng Họ và tên sinh viên: 1. Nguyễn Lê Quang Nhật MSSV: 12143516 2. Trần Thanh Lộc MSSV: 12143335 3.

Võ Văn Mạnh MSSV: 12143426 Ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy 1. Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM TRỤC THỨ 5 TRÊN MÁY CNC 4 TRỤC, PHÁT TRIỂN HOÀN THIỆN VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 4 TRỤC. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Kích thƣớc máy: 862 x 912 x 1037 mm - Hành trình gia công: Trục X 400 mm, Trục Y 320 mm, Trục Z 300 mm - Phạm vi ứng dụng: gia công gỗ, vật liệu nhôm và kim loại màu… 3. Nội dung thuyết minh, tính toán:  Tổng quan về máy CNC 4,5 trục  Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc liên quan.

 Ý tƣởng và giải pháp phát triển hoàn thiện thiết kế các cụm để tăng tính ổn định phần hệ thống, kết cấu phần cơ khí.  Thiết kế, tính toán cụm trục thứ 5.  Kết luận và đề nghị. Các sản phẩm dự kiến: - Thuyết minh, thiết kế tính toán máy phay CNC 5 trục.

Hồ sơ thiết kế, chế tạo hệ thống điện máy phay CNC 4 trục. Hồ sơ thiết kế máy cụm trục thứ 5: bản vẽ chi tiết, bản vẽ lắp từng cụm, lắp toàn máy. - Mô hình máy CNC 4 trục phát triển Ký tên ThS. Đặng Minh Phụng ii Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN X T CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Giáo viên hƣớng dẫn: ThS.

Đặng Minh Phụng Họ và tên sinh viên: 1. Nguyễn Lê Quang Nhật MSSV: 12143516 2. Trần Thanh Lộc MSSV: 12143335 3. Võ Văn Mạnh MSSV: 12143426 Nghành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM TRỤC THỨ 5 TRÊN MÁY CNC 4 TRỤC, PHÁT TRIỂN HOÀN THIỆN VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 4 TRỤC.

Về nội dung đề t i khối lƣợng thực hiện:. Đề nghị cho bảo vệ hay không?. Đánh giá loại:. Hồ Chí Minh, ng y… tháng … năm 20… Giáo viên hƣớng dẫn ThS.

Đặng Minh Phụng iii Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN X T CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo viên phản biện: PGS.TS Trƣơng Nguyễn Luân Vũ Họ và tên sinh viên: 1. Nguyễn Lê Quang Nhật MSSV: 12143516 2. Trần Thanh Lộc MSSV: 12143335 3. Võ Văn Mạnh MSSV: 12143426 Nghành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM TRỤC THỨ 5 TRÊN MÁY CNC 4 TRỤC, PHÁT TRIỂN HOÀN THIỆN VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 4 TRỤC.

Về nội dung đề t i khối lƣợng thực hiện:. Đề nghị cho bảo vệ hay không?. Đánh giá loại:. Hồ Chí Minh, ng y… tháng … năm 20… Giáo viên phản biện iv LỜI CAM KẾT - Tên đề t i: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm trục thứ 5 trên máy CNC 4 trục.

Phát triển hoàn thiện và chế tạo hệ thống điều khiển máy CNC 4 trục”. Đặng Minh Phụng - Họ và tên sinh viên: 1. Nguyễn Lê Quang Nhật MSSV: 12143516 Lớp:12143CL3 2. Trần Thanh Lộc MSSV: 12143335 Lớp:12143CL3 3.

Võ Văn Mạnh MSSV: 12143426 Lớp:12143CL3 - Địa chỉ sinh viên: KTX D2 Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Tuật TP Hồ Chí Minh - Số điện thoại liên lạc: 01648617314 - Email: [e-mail] - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp ĐATN): 8/08/2016 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện”. Hồ Chí Minh, ng y 08 tháng 8 năm 2016 Đại diện ký tên v LỜI CẢM ƠN Đầu tiên không có gì hơn, các th nh viên trong nhóm xin gửi tới các thầy cô đang l m việc tại Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Th nh Phố Hồ Chí Minh lời chúc súc khỏe v lời cảm ơn chân th nh nhất. Đồ án tốt nghiệp l cột mốc quan trọng đồng thời cũng l th nh quả đánh dấu sự trƣởng th nh của chúng em sau 4 năm học tập v rèn luyện tại trƣờng. Quãng thời gian l m đồ án tốt nghiệp l quãng thời gian m chúng em cảm thấy bản thân trở nên trƣởng th nh v bản lĩnh hơn rất nhiều, việc vận dụng lý thuyết song song với thực nghiệm thực tế đã giúp chúng em hiểu sâu hơn về công việc v trách nhiệm của một kỹ sƣ chế tạo máy, từ đó nhận ra những thiếu sót, hạn chế của bản thân để trau dồi v rèn luyện trong tƣơng lai.

Nhìn lại suốt thời gian chúng em miệt m i l m Đồ Án Tốt Nghiệp, do non nớt về kinh nghiệm thức tế cũng nhƣ một số thiếu sót về kiến thức chuyên môn, nhóm đã gặp phải rất nhiều khó khăn. Tuy nhiên chúng em luôn nhận đƣợc sự chỉ dẫn tận tình của giáo viên hƣớng dẫn, của các thầy cô khoa Đ o Tạo Chất Lƣợng Cao cũng nhƣ khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy. Nhờ những góp ý tận tình v quý báu đó, chúng em l lần lƣợt khắc phục các khó khăn v ho n thiện Đồ Án Tốt Nghiệp. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân th nh nhất đến: Thầy Đặng Minh Phụng đã giúp đỡ, hƣớng dẫn nhóm tận tình trong quá trình thực hiện Đồ Án Tốt Nghiệp.

Thầy Trƣơng Nguyễn Luân Vũ dù rất bận rộn vẫn d nh thời gian để phản biện, góp ý cho cho đề t i của chúng em. Trong quá trình thực hiện Đồ Án Tố Nghiệp còn nhiều thiếu sót, chúng em rất mong các thầy thông cảm v đóng góp những ý kiến quý báu của mình để nhóm học hỏi v rút kinh nghiệm trong tƣơng lai Một lần nữa, chúng em xin chân th nh cảm ơn ! Nhóm sinh viên vi TÓM TẮT “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm trục thứ 5 trên máy CNC 4 trục. Phát triển hoàn thiện và chế tạo hệ thống điều khiển máy CNC 4 trục ” Ng y nay, khoa học kỹ thuật ng y c ng phát triển thì máy móc hiện đại cũng ra đời ng y c ng nhiều. Chỉ xét riêng lĩnh vực gia công cơ khí, h ng loạt máy CNC ra đời nhƣ máy CNC 3 trục, 4 trục, 5 trục, máy CNC cao tốc.

nhờ đó m năng suất sản xuất cũng nhƣ chất lƣợng sản phẩm ng y c ng đƣợc nâng cao. Chính vì sự kì diệu của máy CNC nhƣ gia công đƣợc những hình dạng phức tạp một cách nhanh chóng, tự động hóa sản xuất chỉ với một tập tin mã lệnh nhập cho máy), một bộ phận trí thức đã nghĩ đến việc chế tạo mô hình mô phỏng những hoạt động của máy CNC hiện đại, với kích thƣớc nhỏ gọn v giá th nh thấp hơn rất nhiều lần nhƣng vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả, đáp ứng đƣợc nhu cầu học tập, giải trí cũng nhƣ sản xuất tại nh. Đó cũng chính l lý do m đề t i n y đƣợc triển khai nghiên cứu. Đề t i đƣợc triển khai một cách khoa học qua nhiều bƣớc nghiên cứu về máy CNC 4 trục đã có, tìm kiếm cơ sở dữ liệu, phát triển ý tƣởng,giải pháp, triển khai thiết kế, tối ƣu hóa mô hình, tính toán v mô phỏng tính bền vững của hệ thống, thực hiện gia công các chi tiết cần thiết v lắp ráp th nh một cụm máy thứ 5 hoàn chỉnh.

ên cạnh đó nhóm cũng nghiên cứu về các thiết bị điều khiển cũng nhƣ lắp rắp th nh công hệ thống điều khiển cho máy CNC 5 trục. Giai đoạn cuối cùng của dự án l tiến h nh chạy thử nghiệm, kiểm tra v hiệu chỉnh cụm 5 để đảm bảo đúng yêu cầu của đề t i. Cụm sau khi chế tạo có kích thƣớc 812x225x211, có khả năng gia công các hình dạng phức tạp chủ yếu trên vật liệu nhôm, kim loại m u với độ chính xác cao về hình dạng v sai số kích thƣớc đạt mức 0. Tuy nhiên, cụm 5 vẫn còn một số hạn chế đó l chƣa có cover che chắn bộ truyền đai, hộp số v động cơ.

Ngo i ra việc set up cụm 5 vẫn mang tính thủ công, quy tình phức tạp v tốn nhiều thời gian. Đồ gá kẹp chặt của máy hiện tại chỉ sử dụng đƣợc mâm cặp trong khi các thiết kế công nghiệp có thể thay thế các loại đồ gá khác nhau một cách linh hoạt v nhanh chóng. Nhóm hi vọng trong tƣơng lai những thế hệ sinh viên mới sẽ khắc phục những nhƣợc điểm còn có của cụm 5 cũng nhƣ cải tiến, phát triển cụm 5 nói riêng v máy CNC 5 trục nói chung. vii MỤC LỤC Trang phụ bìa.

i Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp. ii Phiếu nhận xét giáo viên hƣớng dẫn. iii Phiếu nhận xét giáo viên phản biện. iv Lời cam kết.

vii Mục lục. viii,ix Danh mục các từ viết tắt. xi Danh mục các bảng biểu. xii Danh mục các hình ảnh, biểu đồ.

xiii MỤC LỤC. viii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .Tính cấp thiết của đề tài.Ý nghĩa khoa học v ý nghĩa thực tiễn.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.Đối tƣợng nghiên cứu.Phạm vi nghiên cứu.Cơ sở phƣơng pháp luận.Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể.Các nghiên cứu trong v ngo i nƣớc .Nghiên cứu liên quan đến đề tài. Nghiên cứu ngo i nƣớc.Nghiên cứu ở Việt Nam.5 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .Khái quát về máy CNC [20].V i nét sơ lƣợc về máy CNC.Cấu tạo chung v quy ƣớc máy CNC.Các kiểu hệ thống điều khiển.14 CHƢƠNG 3: THAM KHẢO VÀ LÊN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ .