Đồ án HCMUTE: Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ

Đồ án nghiên cứu hcmute thiết kế chế tạo máy khắc gỗ, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán ., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Tác giả: Trần Hoàng Khuyên
• Người hướng dẫn: ThS. Hồ Ngọc Thế Quang
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Thiết Kế, Chế Tạo Máy Khắc Gỗ
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 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. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.5.1. Cơ sở phương pháp luận
• 1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
• 1.6. KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
• 2.1. TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC
• 2.2. NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. VÀI NÉT SƠ LƯỢC VỀ MÁY CNC
• 3.1.1. Vài nét về lịch sử
• 3.1.2. Máy CNC 3 trục thường gặp
• 3.2. CẤU TẠO MÁY PHAY CNC 3 TRỤC
• 3.2.1. Vitme – đai ốc
• 3.2.2. Thanh trượt bi
• 3.3. Định nghĩa về hệ điều khiển máy CNC
• 3.3.1. Phân loại hệ điều khiển
• 4. CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
• 4.1. LỰA CHỌN HƯỚNG DI CHUYỂN CHO X, Y, Z
• 4.1.1. Bàn máy di chuyển theo 2 phương X, Y – loại 1
• 4.1.2. Bàn máy đứng yên – loại 3
• 4.2. LỰA CHỌN KIỂU ĐIỀU KHIỂN
• 4.2.1. Giới thiệu phần mềm Mach 3
• 4.2.2. Giới thiệu Wizards
• 4.3. LỰA CHỌN VIT ME-ĐAI ỐC
• 4.4. LỰA CHỌN BỘ TRUYỀN, KHỚP NỐI
• 4.5. LỰA CHỌN CƠ CẤU DẪN HƯỚNG
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
• 5.1. QUY TRÌNH THIẾT KẾ, PHÁC THẢO Ý TƯỞNG
• 5.2. LỰA CHỌN THANH TRƯỢT BI
• 5.3. LỰA CHỌN VÍT ME-ĐAI ỐC BI
• 5.3.1. Lựa chọn động cơ
• 5.3.2. Lựa chọn kiểu điều khiển động cơ
• 5.5. THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN TRỤC VITME, ĐỘNG CƠ CỤM TRỤC X
• 5.5.1. Thiết kế trục X
• 5.5.2. Tính toán vitme trục X
• 5.5.3. Tính toán động cơ trục X
• 5.6. THIẾT KẾ TRỤC Y
• 5.6.1. Thiết kế vitme trục Y
• 5.6.2. Tính toán vitme trục Y
• 5.6.3. Tính Toán cho động cơ
• 5.7. THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN TRỤC Z
• 5.7.1. Thiết kế trục Z
• 5.7.2. Tính toán chọn vitme trục Z
• 5.7.3. Tính toán chọn động cơ trục Z
• 5.7.4. Tính toán chế độ cắt thử nghiệm
• 5.8. THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY CNC 3 TRỤC
• 5.8.1. Thiết kế bảng điều khiển và khối hiển thị
• 5.8.2. Thiết kế, thi công tủ điện
• 5.9. MÔ PHỎNG SIMULATION TRONG CREO
• 5.10. GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT
• 6. CHƯƠNG 6: TỔNG KẾT
• 6.2. VỀ PHẦN ĐIỆN VÀ TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
• 6.3. AN TOÀN LAO ĐỘNG
• 6.4. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM ĐỀ TÀI
• 6.6. ĐỀ XUẤT NHỮNG CẢI TIẾN CHO ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Thiết kế máy khắc gỗ CNC tại HCMUTE

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế, chế tạo máy khắc gỗ CNC tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tập trung vào việc chế tạo một máy khắc gỗ CNC nhỏ gọn, chi phí thấp, phù hợp với mục đích học tập, giải trí và sản xuất quy mô nhỏ. Đồ án này phản ánh sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn, thể hiện qua quá trình thiết kế, chế tạo và thử nghiệm máy. Thiết kế máy khắc gỗ được thực hiện một cách khoa học, trải qua các giai đoạn: nghiên cứu, phát triển ý tưởng, thiết kế, tối ưu hóa mô hình, tính toán, mô phỏng, gia công và lắp ráp. Chế tạo máy khắc gỗ nhằm đáp ứng các yêu cầu về kích thước hoạt động, độ chính xác và hiệu quả. Máy khắc gỗ CNC tạo ra có kích thước hoạt động tối đa 300 x 200 x 100 mm, đạt độ chính xác cao. Tuy nhiên, đồ án cũng chỉ ra những hạn chế như rung động trong quá trình hoạt động và một số vấn đề về thẩm mỹ trong lắp ghép.

1.1. Tổng quan về thiết kế và chế tạo

Phần thiết kế máy khắc gỗ bao gồm việc lựa chọn hướng di chuyển cho các trục X, Y, Z, kiểu điều khiển, loại vít me - đai ốc, bộ truyền động và cơ cấu dẫn hướng. Máy khắc gỗ mini trong đồ án sử dụng phần mềm Mach3 để điều khiển. Quá trình thiết kế máy khắc gỗ HCMUTE tập trung vào việc tối ưu hóa thiết kế để đảm bảo độ chính xác, độ bền và khả năng hoạt động ổn định. Các tính toán chi tiết được thực hiện để xác định các thông số kỹ thuật của các bộ phận, bao gồm động cơ, vít me, và các bộ phận dẫn hướng. Nguyên lý hoạt động máy khắc gỗ dựa trên việc điều khiển chính xác chuyển động của các trục để thực hiện quá trình khắc. Phần mềm thiết kế máy khắc gỗ hỗ trợ quá trình mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế. Thiết kế cơ khí máy khắc gỗ được chú trọng về độ bền và chính xác. Vật liệu chế tạo máy khắc gỗ được lựa chọn phù hợp để đảm bảo chất lượng và chi phí. Thiết kế và chế tạo máy móc là một phần quan trọng của dự án.

1.2. Phân tích nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Nguyên lý hoạt động máy khắc gỗ dựa trên việc điều khiển ba trục X, Y, Z thông qua phần mềm Mach3. Máy khắc gỗ tự động này cho phép khắc các hình dạng phức tạp với độ chính xác cao. Ứng dụng máy khắc gỗ rất đa dạng, bao gồm chế tạo các sản phẩm thủ công mỹ nghệ, khắc chữ, tạo mẫu, và phục vụ mục đích giáo dục. Lập trình máy khắc gỗ được thực hiện thông qua giao diện phần mềm Mach3. Các loại máy khắc gỗ khác nhau có thể được so sánh về hiệu suất và độ chính xác. Ưu điểm máy khắc gỗ bao gồm kích thước nhỏ gọn, chi phí thấp và dễ sử dụng. Giải pháp kỹ thuật trong đồ án tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác của máy. An toàn khi sử dụng máy khắc gỗ cũng được xem xét trong thiết kế. Cơ sở lý thuyết về máy CNC được nghiên cứu kỹ lưỡng. Hệ điều khiển máy khắc gỗ là một phần quan trọng đảm bảo hoạt động chính xác.

1.3. Đánh giá kết quả và đề xuất

Đồ án đã thành công trong việc chế tạo máy khắc gỗ CNC đạt được các thông số kỹ thuật đề ra. Máy khắc gỗ CNC 3 trục hoạt động ổn định và đạt độ chính xác cao. Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế cần khắc phục như hiện tượng rung động và tính thẩm mỹ của mối ghép. Đề xuất cải tiến bao gồm việc nghiên cứu các giải pháp giảm rung động, nâng cao tính thẩm mỹ và mở rộng tính năng của máy. Xu hướng máy khắc gỗ hiện đại nên được nghiên cứu để áp dụng vào các phiên bản cải tiến. Lợi ích của việc sử dụng máy khắc gỗ được thể hiện rõ ràng qua khả năng tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. Công nghệ chế tạo máy được ứng dụng hiệu quả trong đồ án. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đóng vai trò quan trọng trong việc hướng dẫn và hỗ trợ sinh viên hoàn thành đồ án. Nghiên cứu thiết kế máy khắc gỗ đã đạt được kết quả tích cực.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại, tự động hóa sản xuất đóng vai trò then chốt trong việc tối ưu hóa năng suất và nâng cao chất lượng sản phẩm công nghiệp. Trong các dây chuyền sản xuất linh hoạt, máy điều khiển số (CNC) là thiết bị công cụ trung tâm, cho phép rút ngắn chu kỳ sản xuất, giảm khối lượng gia công thủ công và nâng cao độ chính xác hình học của chi tiết. Tại Việt Nam, nhu cầu ứng dụng máy CNC ngày càng gia tăng trong các ngành chế tạo khuôn mẫu, công nghiệp quốc phòng, đóng tàu và chế biến gỗ.

Theo số liệu do tác giả dẫn từ TS. Hoàng Vĩnh Sinh (Đại học Bách Khoa Hà Nội), vào năm 2006, Việt Nam đã chi khoảng 4,5 tỷ USD để nhập khẩu các dòng máy CNC; cũng trong năm đó, 23 doanh nghiệp Nhật Bản đã đến khảo sát để tìm kiếm nhà cung cấp phụ kiện cơ khí trong nước nhưng không đạt kết quả do các doanh nghiệp nội địa thiếu hệ thống máy CNC chất lượng cao. Thị trường máy CNC tại Việt Nam thời điểm nghiên cứu tồn tại nhiều bất cập: các máy nhập khẩu từ các nước công nghiệp phát triển (Nhật Bản, Đức) có chất lượng và độ ổn định cao nhưng chi phí đầu tư rất lớn, việc bảo dưỡng và thay thế linh kiện phức tạp; các dòng máy từ Đài Loan, Trung Quốc tuy có giá thành rẻ hơn nhưng khâu dịch vụ kỹ thuật sau bán hàng chưa đồng đều; các giải pháp tân trang, lắp ráp từ máy cũ hoặc tự chế tạo trong nước thường gặp hạn chế nghiêm trọng về độ chính xác cơ khí, độ cứng vững và kết cấu dẫn truyền. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trong học tập, nghiên cứu và sản xuất quy mô vừa và nhỏ của ngành chế tác gỗ mỹ nghệ, đề tài "Thiết kế, chế tạo máy khắc gỗ CNC" được nhóm sinh viên ngành Công nghệ Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh thực hiện.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể gồm ba nhiệm vụ:

1. Nắm vững hệ thống kiến thức lý thuyết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phương thức truyền động, kỹ thuật lập trình và điều khiển máy phay CNC.
2. Vận dụng kiến thức chuyên ngành để tính toán, thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mô hình máy phay CNC 3 trục.
3. Lập trình và điều khiển hệ thống máy vừa chế tạo nhằm gia công ra sản phẩm thực tế đảm bảo yêu cầu hình học và kỹ thuật đặt ra.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án:

• Đối tượng nghiên cứu: Máy phay CNC 3 trục; phần mềm điều khiển gia công Mach3; các phần mềm hỗ trợ thiết kế, tính toán và mô phỏng cơ khí; hệ thống động cơ bước và các cơ cấu truyền động dẫn hướng.
• Phạm vi nghiên cứu: Chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục có không gian làm việc đạt kích thước $300 \times 200 \times 100\text{ mm}$, sai số cho phép đạt mức 0, thời gian thực hiện nghiên cứu và chế tạo trong vòng 3 tháng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Phương pháp luận nghiên cứu của đồ án dựa trên sự kết hợp giữa phân tích lý thuyết, khảo sát thực tiễn công nghệ và kiểm nghiệm thực nghiệm chế tạo:

• Khảo sát thực tiễn: Khảo sát các dòng máy CNC tự chế trên thế giới (như dòng máy DIY Hobby A4, Carving Machine DIY KIT $7 \times 7$, tài liệu hướng dẫn của Geoff Williams, Patrick Hood-Daniel và James Floyd Kelly) cùng các mô hình máy CNC đã được chế tạo tại Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
• Xây dựng mô hình và thực nghiệm: Ứng dụng lý thuyết cơ khí chế tạo máy và điều khiển tự động để tính toán kết cấu, thiết kế bản vẽ, mô phỏng biến dạng, gia công các chi tiết cơ khí, lắp ráp hệ thống tủ điện và vận hành gia công thử nghiệm.

Về cơ sở lý thuyết máy công cụ CNC, đồ án hệ thống hóa các nguyên lý kỹ thuật cốt lõi:

• Quy ước hệ tọa độ và các điểm chuẩn: Hệ tọa độ của máy CNC 3 trục tuân theo quy tắc bàn tay phải (gồm 3 trục X, Y, Z vuông góc nhau, trong đó trục Z trùng với phương trục chính, chiều dương hướng ra xa phôi gia công; trục X tạo nên chuyển động tịnh tiến lớn nhất). Hệ thống điểm chuẩn bao gồm: Chuẩn máy (M - Machine zero do nhà sản xuất ấn định cố định), Chuẩn chi tiết (W - Workpiece zero dùng làm gốc làm việc gia công, có thể thay đổi), Chuẩn thảo chương (P - Program zero phục vụ lập trình).
• Bộ truyền vít me – đai ốc bi: So sánh với cơ cấu vít me - đai ốc ren thường (chịu ma sát trượt), vít me bi chuyển đổi thành ma sát lăn qua các viên bi chạy trong rãnh ren tôi cứng, đem lại hiệu suất truyền động đạt trên 90%. Vít me bi được cấu tạo theo hai kiểu hồi bi: hồi bi qua lỗ khoan trong thân đai ốc và hồi bi bằng ống dẫn bên ngoài. Để khử khe hở và tạo sức căng ban đầu, ba phương pháp cơ học được phân tích gồm: chêm tấm đệm giữa hai nửa mặt bích đai ốc, dùng lò xo đàn hồi nén ép và xoay vành răng định vị.
• Cơ cấu dẫn hướng: Sử dụng thanh trượt bi dẫn hướng (gồm thanh trượt bi mang cá và thanh trượt bi tròn) kết hợp các ổ bi trượt và mỡ bôi trơn nhằm triệt tiêu ma sát trượt lớn ở sống trượt cơ khí truyền thống, nâng cao độ êm ái khi tịnh tiến.
• Động cơ bước và kỹ thuật điều khiển: Phân tích ba nhóm động cơ bước chính gồm động cơ từ trở biến đổi (Variable-Reluctance), động cơ nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet - chia thành đơn cực, lưỡng cực, nhiều pha) và động cơ bước kiểu lai (Hybrid). Động cơ bước có ưu điểm vận hành không chổi than, giữ mô men hãm tốt ở tốc độ thấp, kiểm soát vị trí vòng hở mà không cần bộ mã hóa (encoder). Để điều khiển động cơ bước lưỡng cực, đồ án sử dụng mạch cầu H (cấu tạo từ transistor, MOSFET hoặc IC chuyên dụng như L298, L293, TC4467) để đảo chiều dòng điện qua cuộn dây. Về phương thức kích xung, đồ án làm rõ ba chế độ:
  • Điều khiển cả bước (Full-step): Cấp xung tuần tự từng pha hoặc đồng thời hai pha, bước góc lớn nhất.
  • Điều khiển nửa bước (Half-step): Kết hợp xen kẽ giữa một pha và hai pha dẫn điện, chia đôi bước góc danh định.
  • Điều khiển vi bước (Microstepping): Điều tiết giá trị dòng điện qua hai pha theo quy luật hình sin: $I_A = I_{\max} \cdot \cos\left(\frac{90n}{s}\right)$ và $I_B = I_{\max} \cdot \sin\left(\frac{90n}{s}\right)$ (với $n$ là số vi bước, $s$ là tổng số vi bước trên một bước đủ), giúp dạng sóng thực tế tiến sát đồ thị chuẩn, kiểm soát hiện tượng cộng hưởng cơ học gây rung giật khi quay.
• Kiến trúc hệ thống điều khiển CNC: Hệ điều khiển chuẩn bao gồm bộ phận giao diện người - máy (MMI với 5 nhóm chức năng: giám sát hoạt động máy, cài đặt tham số, soạn thảo chương trình G-code/M-code, cảnh báo lỗi và tiện ích DNC), lõi điều khiển số (NCK thực hiện thông dịch block mã ASCII, đưa dữ liệu vào bộ đệm FIFO, nội suy đường thẳng/cung tròn/spline, điều khiển gia tốc/giảm tốc trước hoặc sau nội suy), và bộ điều khiển logic khả trình (PLC giao tiếp rơle, công tắc hành trình theo tiêu chuẩn IEC 1131-3).
• Phân loại vòng lặp điều khiển: Phân tích 4 cấu trúc điều khiển vị trí gồm: Chu trình hở (Open-loop, dùng động cơ bước, không hồi tiếp, phù hợp với tải nhỏ ổn định); Chu trình nửa kín (Semi-closed loop, cảm biến gắn trên trục động cơ); Chu trình kín (Closed-loop, cảm biến hồi tiếp gắn trực tiếp trên bàn máy); Chu trình hỗn hợp (Hybrid loop).

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án là công trình kỹ thuật tích hợp cơ khí và điều khiển, do đó quy trình thiết kế và triển khai được tác giả thực hiện qua các giai đoạn kỹ thuật cụ thể:

1. Phân tích và lựa chọn phương án kết cấu

Tác giả so sánh ba phương án bố trí không gian chuyển động của máy phay CNC:

• Phương án 1: Bàn máy di chuyển theo hai trục X và Y, trục Z chuyển động thẳng đứng.
• Phương án 2: Bàn máy di chuyển theo một trục Y, trục X và Z di chuyển trên cổng trục.
• Phương án 3: Bàn máy đứng yên cố định, toàn bộ ba cụm trục X, Y, Z di chuyển trên khung giàn.

Nhóm tác giả lựa chọn phương án bàn máy di chuyển phù hợp nhằm cân đối độ cứng vững cơ khí, sự đơn giản trong gia công chi tiết và giá thành vật tư. Về phương diện truyền động, cơ cấu vít me - đai ốc bi kết hợp khớp nối mềm và thanh dẫn hướng bi được chọn để thay thế cho bộ truyền đai, xích hay vít me thường nhằm đảm bảo triệt tiêu độ rơ dọc trục.

2. Tính toán thiết kế và mô phỏng kết cấu

• Tính chọn cơ cấu chấp hành: Tiến hành tính toán tải trọng tĩnh, tải trọng động, vận tốc trượt và mô men xoắn yêu cầu cho từng cụm trục X, Y và Z. Lựa chọn quy cách đường kính, bước ren trục vít me bi và công suất của động cơ bước tương ứng.
• Mô phỏng cơ học: Nhóm tác giả sử dụng phần mềm Creo Parametric 2.0 (mô-đun Simulation) để mô phỏng tải trọng và chuyển dời biến dạng trên hệ thanh nhôm định hình kích thước $45 \times 45\text{ mm}$ cùng kết cấu thanh trượt tròn, từ đó kiểm chứng khả năng chịu lực uốn và độ cứng vững của khung máy trước khi tiến hành gia công thực tế.

3. Thiết kế hệ thống điện và giao tiếp điều khiển

• Phần mềm điều khiển: Lựa chọn phần mềm Mach3 cài đặt trên máy tính cá nhân để đóng vai trò bộ điều khiển MMI và phát xung điều khiển NCK thông qua giao diện máy tính.
• Mạch giao tiếp và tủ điện: Thiết kế mạch giao tiếp Mach3 kết nối với cổng song song LPT của máy tính (hoặc qua card giao tiếp PCI mở rộng gắn trên bo mạch chủ). Thi công tủ điện vật lý bao gồm: bộ nguồn công nghiệp, các mạch driver điều khiển động cơ bước (sử dụng cấu trúc cầu H), rơle trung gian đóng ngắt trục chính (spindle), mạch mở rộng ngõ vào/ra (I/O) để nhận tín hiệu từ các công tắc hành trình giới hạn (limit switches) và nút dừng khẩn cấp.
• Cấu hình phần mềm: Thiết lập các thông số xung trên đơn vị chiều dài (motor tuning steps per unit), vận tốc di chuyển, gia tốc cho từng trục, bảng hotkeys, cấu hình tín hiệu chân ngõ vào/ra (Inputs/Outputs) và giao diện MDI, Offsets trên phần mềm Mach3.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này tập trung trình bày tính cấp thiết của việc nghiên cứu, làm chủ công nghệ thiết kế máy CNC trong nước; phân tích bối cảnh công nghiệp phụ trợ và chế tạo khuôn mẫu tại Việt Nam. Tác giả nêu rõ ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài trong việc rèn luyện năng lực tích hợp cơ - điện tử cho sinh viên, đồng thời xác định cụ thể 3 mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu (máy phay 3 trục, Mach3, động cơ bước), phạm vi không gian gia công ($300 \times 200 \times 100\text{ mm}$, sai số 0, thời gian 3 tháng) và phương pháp luận khảo sát - chế tạo mô hình thực nghiệm.

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Tổng thuật lịch sử phát triển và khảo sát các mô hình máy CNC tự chế trong và ngoài nước. Tác giả phân tích các thông số kỹ thuật của mô hình Hobby A4 (hành trình $300 \times 195 \times 70\text{ mm}$, độ phân giải $0{,}0035\text{ mm/bước}$, tốc độ $1200\text{ mm/phút}$, kích thước bàn máy $400 \times 300\text{ mm}$), máy Carving Machine DIY KIT $7 \times 7$ (kích thước $50 \times 50 \times 50\text{ cm}$, khung nhựa PVC, khối lượng 10 kg, hành trình $18 \times 18 \times 5\text{ cm}$), các mô hình máy tự chế khung gỗ điều khiển qua Mach3 hoặc Kcam của Geoff Williams và Patrick Hood-Daniel. Đồng thời, chương này tổng kết các công trình chế tạo máy phay, tiện, cắt plasma CNC phục vụ giảng dạy tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (các năm 2012, 2013), Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh và Quy Nhơn.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Cung cấp hệ thống lý thuyết toàn diện về máy công cụ CNC 3 trục:

• Lịch sử hình thành từ các mốc năm 1947 (Parsons), 1954 (máy NC đầu tiên), 1955 (máy NC băng đục lỗ tại Chicago).
• Cấu tạo phần điều khiển và phần chấp hành, quy tắc hệ trục tọa độ bàn tay phải, các chuẩn tọa độ M, W, P.
• Phân tích sâu nguyên lý tiếp xúc ma sát lăn, hiệu suất truyền động (>90%), cấu tạo hồi bi (dạng lỗ khoan và ống ngoài), 3 giải pháp khử khe hở của vít me bi; đặc tính của thanh trượt bi tròn và thanh trượt mang cá.
• Lý thuyết phân loại, nguyên lý hoạt động của các loại động cơ bước (từ trở thay đổi, nam châm vĩnh cửu, kiểu lai); mạch cầu H (transistor, MOSFET, IC chuyên dụng); các chế độ điều khiển cả bước, nửa bước và công thức toán học tính dòng vi bước nhằm triệt tiêu dao động cộng hưởng.
• Cấu trúc hệ thống điều khiển CNC hoàn chỉnh gồm 3 khối MMI, NCK, PLC; phân tích cơ chế nội suy thẳng/tròn, bộ đệm FIFO, gia tốc/giảm tốc trước và sau nội suy; phân tích 4 kiểu mạch hồi tiếp (vòng hở, nửa kín, vòng kín, hỗn hợp).

Chương 4: Đề xuất phương án thiết kế

Nghiên cứu, so sánh các giải pháp kỹ thuật trước khi thi công:

• So sánh ưu nhược điểm của 3 dạng kết cấu chuyển động của bàn máy và trục dẫn.
• Lựa chọn giải pháp phần mềm điều khiển gia công Mach3 (kết hợp các mô-đun Wizards).
• Đưa ra quyết định lựa chọn cơ cấu vít me - đai ốc bi thay thế cho vít me thường dựa trên mối quan hệ giữa hệ số ma sát và tốc độ chuyển động; lựa chọn bộ truyền khớp nối mềm thay vì bộ truyền đai/xích; lựa chọn thanh dẫn hướng trượt bi.

Chương 5: Tính toán thiết kế

Là chương nội dung thực nghiệm và kỹ thuật trọng tâm của đồ án:

• Trình bày quy trình thiết kế tổng thể, phác thảo ý tưởng kết cấu máy.
• Tính toán lựa chọn quy cách thanh trượt bi, ổ trượt và trục vít me - đai ốc bi cho từng cụm chuyển động.
• Tính toán cơ cấu trục X, thiết kế gá đặt trục Z lên trục X, xác định vị trí các chi tiết cơ khí.
• Tính toán thiết kế cụm trục Y và các kết cấu cơ khí bên dưới gầm bàn máy.
• Tính toán thiết kế cụm trục Z, tính chọn công suất động cơ bước và tính toán chế độ cắt gọt thử nghiệm.
• Thiết kế hệ thống điều khiển: bố trí bảng điều khiển, khối hiển thị, thiết kế sơ đồ nguyên lý và thi công tủ điện thực tế; đấu nối mạch Mach3 giao tiếp máy tính qua cổng LPT/card PCI, kết nối mạch mở rộng I/O, thiết lập hệ thống rơle, công tắc hành trình, nút dừng khẩn.
• Ứng dụng mô-đun Simulation trong phần mềm Creo 2.0 để mô phỏng chuyển dời, biến dạng trên thanh nhôm định hình $45 \times 45\text{ mm}$ và thanh trượt tròn chịu lực.
• Lập quy trình công nghệ và tiến hành gia công các chi tiết cơ khí, lắp ráp hoàn thiện máy.

Chương 6: Tổng kết

Tổng kết các kết quả đạt được sau quá trình chế tạo mô hình:

• Đánh giá hoạt động của phần điện, mạch giao tiếp và tủ điện điều khiển ngoài thực tế.
• Phân tích các tiêu chuẩn an toàn lao động trong quá trình vận hành máy CNC.
• Đánh giá kết quả chạy thử nghiệm gia công sản phẩm khắc gỗ thực tế.
• Chỉ ra các tồn tại kỹ thuật và đề xuất các giải pháp cải tiến cho mô hình trong các giai đoạn phát triển tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật đạt được

Đồ án đã thiết kế, chế tạo và lắp ráp thành công mô hình máy khắc gỗ CNC 3 trục hoàn chỉnh với hệ thống tủ điện điều khiển độc lập và phần mềm giao tiếp máy tính Mach3.

Thông số kỹ thuật / Hạng mục	Giá trị / Đặc tính kỹ thuật thực tế theo đồ án
Không gian làm việc trục X, Y, Z	$300 \times 200 \times 100\text{ mm}$ (văn bản phần Abstract ghi $450 \times 350 \times 150\text{ mm}$)
Sai số cho phép / kích thước	Mức 0 (độ chính xác cao về hình dáng và kích thước gia công)
Cơ cấu truyền động tịnh tiến	Trục vít me – đai ốc bi kết hợp khớp nối mềm
Cơ cấu dẫn hướng	Thanh trượt bi dẫn hướng
Động cơ dẫn động các trục	Động cơ bước (Stepper motor)
Hệ thống điều khiển trung gian	Tủ điện điều khiển, mạch giao tiếp Mach3 qua cổng LPT / card PCI, mạch đệm I/O
Phần mềm giao diện điều khiển	Mach3 chạy trên máy tính cá nhân
Khung máy và vật liệu chịu lực	Nhôm định hình kích thước $45 \times 45\text{ mm}$ kết hợp các chi tiết gia công
Mô phỏng kiểm nghiệm cơ học	Mô phỏng chuyển dời chịu tải trên Creo Parametric 2.0
Khả năng gia công thực tế	Gia công hoàn thiện sản phẩm khắc gỗ thử nghiệm đạt hình dạng theo mẫu

2. Đóng góp của đề tài do tác giả tự nêu

• Tác giả tự hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về máy CNC 3 trục, từ quy tắc bàn tay phải, các điểm chuẩn (M, W, P), tính toán cơ cấu dẫn động vít me bi, thanh trượt bi, động cơ bước, mạch cầu H, cho đến phân tích sâu các khối chức năng MMI, NCK, PLC của một hệ CNC tiêu chuẩn.
• Đề xuất và hiện thực hóa thành công một quy trình khép kín: từ phác thảo ý tưởng, tính toán thiết kế cơ khí, mô phỏng kết cấu trên phần mềm Creo 2.0, thi công tủ điện điều khiển Mach3 đến gia công chế tạo cơ khí và lắp ráp mô hình thực tế.
• Đưa ra giải pháp chế tạo máy CNC khắc gỗ có kích thước nhỏ gọn, giá thành thấp hơn nhiều lần so với máy công nghiệp, đáp ứng được nhu cầu học tập, giải trí và hỗ trợ sản xuất quy mô hộ gia đình hoặc cơ sở nhỏ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế kỹ thuật

Trong phần tóm tắt và tổng kết, nhóm tác giả chỉ rõ hai hạn chế kỹ thuật chính còn tồn tại trên mô hình máy sau khi chế tạo:

• Quá trình chạy nội suy gia công còn xuất hiện rung động cơ học.
• Độ thẩm mỹ tại các mối liên kết, lắp ghép cơ khí của khung máy chưa đạt mức cao.

2. Hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên các hạn chế kỹ thuật được xác định, tác giả đề xuất định hướng phát triển cho đề tài gồm:

• Khắc phục hiện tượng rung động trong quá trình nội suy chuyển động (thông qua tối ưu hóa thuật ngữ gia tốc/giảm tốc, kiểm soát xung vi bước hoặc gia cường độ cứng vững cơ khí).
• Cải thiện độ thẩm mỹ công nghiệp và độ chuẩn xác của các mối lắp ghép chi tiết trên khung máy.
• Hoàn thiện và nâng cao tính ổn định của hệ thống điện và bàn máy để mở rộng khả năng gia công các sản phẩm có độ phức tạp cao hơn.

Giá trị tham khảo

Bản đồ án tốt nghiệp là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

• Đối tượng tham khảo: Sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các ngành Công nghệ Chế tạo máy, Cơ điện tử, Kỹ thuật Tự động hóa hoặc các cá nhân có nhu cầu tự thiết kế, chế tạo máy CNC mini/DIY.
• Các nội dung có giá trị tham khảo nổi bật:
  • Chương 3: Cung cấp hệ thống lý thuyết chuẩn mực về động cơ bước, công thức tính toán dòng vi bước để triệt tiêu cộng hưởng, mạch cầu H và cấu trúc phần mềm NCK/PLC trong hệ CNC.
  • Chương 4 và 5: Cung cấp quy trình thực tế về tính chọn vít me bi, khớp nối mềm, thanh trượt tròn/mang cá; sơ đồ nguyên lý và quy trình thi công tủ điện điều khiển kết nối Mach3 qua cổng LPT/card PCI; các bước thiết lập tham số phần mềm (Motor tuning, Ports & Pins, công tắc hành trình, rơle trục chính).
  • Quy trình mô phỏng: Phương pháp ứng dụng mô-đun Simulation trong Creo Parametric 2.0 để kiểm nghiệm chuyển vị và độ bền của khung nhôm định hình $45 \times 45\text{ mm}$.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lại lựa chọn cơ cấu vít me - đai ốc bi thay thế cho vít me thường trong thiết kế máy?

Theo phân tích tại Chương 3 và Chương 4 của đồ án, vít me - đai ốc thường có bề mặt ren tiếp xúc trực tiếp dẫn đến ma sát trượt lớn, hiệu suất truyền động thấp và nhanh bị mài mòn tạo ra khe hở dọc trục lớn. Ngược lại, vít me bi thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn nhờ các viên bi tôi cứng di chuyển tuần hoàn trong rãnh ren, mang lại hiệu suất truyền động đạt trên 90%, giảm ma sát đáng kể ở các dải tốc độ và cho phép ứng dụng các biện pháp khử triệt để khe hở hồi chuyển nhằm đảm bảo độ chính xác tịnh tiến.

2. Hiện tượng cộng hưởng ở động cơ bước phát sinh do nguyên nhân nào và được khắc phục bằng giải pháp gì?

Trong Chương 3, tác giả chỉ ra rằng khi điều khiển động cơ bước ở chế độ cả bước (xung vuông), dạng sóng dòng điện thực tế bị biến dạng mạnh do quán tính của rôto và tính cảm kháng của cuộn dây, gây ra hiện tượng cộng hưởng cơ học làm động cơ rung giật dữ dội và mất bước. Để giải quyết, phương pháp điều khiển vi bước (Microstepping) được áp dụng: dòng điện qua hai pha $I_A, I_B$ được chia nhỏ và điều tiết biên độ theo hàm số sin/cos, giúp dạng sóng dòng điện tiến sát sóng hình sin chuẩn, từ đó triệt tiêu đáng kể hiện tượng cộng hưởng và giúp chuyển động quay êm ái hơn.

3. Hệ thống điều khiển số của máy CNC theo đồ án gồm những thành phần chức năng nào?

Theo cơ sở lý thuyết tại mục 3.4, hệ thống điều khiển CNC bao gồm ba thành phần cốt lõi:

1. MMI (Man-Machine-Interface): Giao diện người - máy đảm nhiệm việc hiển thị trạng thái, nhập/xuất dữ liệu, thiết lập tham số và soạn thảo chương trình gia công G-code.
2. NCK (Numerical Control Kernel): Lõi điều khiển số có nhiệm vụ thông dịch các khối lệnh mã ASCII, đưa dữ liệu vào bộ đệm FIFO, thực hiện nội suy (thẳng, tròn, spline), tính toán gia tốc/giảm tốc và phát xung điều khiển vị trí đến hệ dẫn động động cơ.
3. PLC (Programmable Logic Controller): Bộ điều khiển logic thực hiện các tác vụ tuần tự như đóng ngắt trục chính, bơm tưới nguội, điều khiển rơle và xử lý tín hiệu an toàn từ các công tắc hành trình.

4. Phần mềm nào được sử dụng để mô phỏng kiểm tra biến dạng cơ khí của khung máy trước khi thi công?

Tại mục 5.9 của Chương 5, nhóm tác giả sử dụng phần mềm Creo Parametric 2.0 (mô-đun Simulation) để tiến hành mô phỏng chuyển dời và biến dạng cơ học của kết cấu thanh nhôm định hình kích thước $45 \times 45\text{ mm}$ cùng các thanh trượt tròn chịu lực, nhằm kiểm tra độ cứng vững trước khi đưa vào gia công, lắp ráp thực tế.

5. Phương thức kết nối giữa phần mềm điều khiển Mach3 trên máy tính và hệ thống tủ điện của máy được thực hiện như thế nào?

Theo nội dung thiết kế tại Chương 5, phần mềm Mach3 trên máy tính truyền tín hiệu điều khiển (xung bước Step và chiều Dir) xuống tủ điện thông qua cổng song song LPT 25 chân (hoặc thông qua card PCI gắn trên khe cắm của bo mạch chủ máy tính). Tín hiệu từ cổng LPT đi vào bo mạch giao tiếp trung gian (breakout board) của Mach3, sau đó phân phối đến các mạch driver điều khiển động cơ bước của các trục X, Y, Z, hệ thống rơle điều khiển trục chính và nhận phản hồi từ các công tắc hành trình.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế, chế tạo máy khắc gỗ CNC" của nhóm sinh viên Trần Hoàng Khuyên, Đỗ Khắc Nhuận, Nguyễn Kinh Vỹ dưới sự hướng dẫn của ThS. Hồ Ngọc Thế Quang đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu và chế tạo thực nghiệm. Nhóm tác giả đã vận dụng toàn diện lý thuyết cơ học chế tạo máy, truyền động vít me bi, điều khiển động cơ bước và kiến trúc CNC để chế tạo thành công một mô hình máy phay khắc gỗ 3 trục hoạt động ổn định với không gian làm việc $300 \times 200 \times 100\text{ mm}$. Hệ thống điều khiển qua phần mềm Mach3 và tủ điện thi công thực tế đã vận hành chính xác, gia công thành công các mẫu sản phẩm gỗ thực nghiệm. Mặc dù còn một số hạn chế về rung động khi chạy nội suy và tính thẩm mỹ cơ khí, công trình là tài liệu tham khảo kỹ thuật giàu giá trị thực tiễn cho hoạt động học tập, nghiên cứu và phát triển máy CNC quy mô nhỏ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 Giới thiệu. Chương 2 Tổng quan nghiên cứu đề tài. Chương 3 Cơ sở lý thuyết. Chương 4 Đề xuất phương án thiết kế.

Chương 5 Thiết kế, tính toán. Chương 6 Tổng kết. 4 do an CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC Nghiên cứu, chế tạo mô hình máy CNC 3 trục đòi hỏi người thực hiện cần phải am hiểu nhất định về cấu tạo nguyên lý hoạt động của các loại máy CNC hiện đại. Ngoài ra, một nguồn tư liệu quan trọng khác chính là các máy CNC đã được chế tạo trong nước nói chung và ở các trường đại học nói riêng là nguồn tư liệu tham khảo để làm cơ sở sáng tạo cho đề tài mà nhóm đang thực hiện.

Máy CNC tự chế rất đa dạng về hình dáng, kết cấu, kích thước và vật liệu chế tạo. Dưới đây là máy CNC tự chế Hobby A4 (hình 2.1) với hành trình3 trục là 300x195x70 mm, độ phân giải mỗi trục là 0.0035 mm/bước, tốc độ di chuyển tối đa có thể đạt đến 1200mm/phút, kích thước bàn máy là 400x300 mm, động cơ được sử dụng cho 3 trục x, y, z là động cơ bước. 1 Máy CNC Hobby Hình 2. 2 Máy CNC Carving Machine DIY KIT 7x7 Máy CNC Carving Machine DIY KIT 7x7 có kích thước 50x50x50 cm, chất liệu làm khung là nhựa PVC.

Tổng trọng lượng khoảng 10kg. Hành trình là 18x18x5 cm. Máy CNC tự chế nói chung gồm 3 dạng sau: Bàn máy đứng yên và 3 trục chuyển động (hình 2. Bàn máy chuyển động theo 1 phương (hình 2.

Bàn máy chuyển động theo cả 2 phương X, Y (hình 2. Vật liệu được sử dụng để làm khung máy gồm: gỗ, nhôm, hoặc thép. Với mục đích để gia công gỗ, khắc chữ… nên các máy CNC này không đòi hỏi độ chính xác cao, quy trình 5 do an chế tạo, lắp ráp đơn giản và giá thành thấp. 3 Máy CNC microcarve A4 Hình 2.

4 Máy CNC bằng gỗ Hình 2.5 là máy CNC được hướng dẫn chế tạo trong cuốn CNC Robotics của tác giả Geoff Williams. Máy CNC được chế tạo với vitme thường và thanh trượt trơn, sử dụng động cơ bước lưỡng cực và phần mềm điều khiển là Kcam. 5 Máy CNC của GeoffWilliám Hình 2. 6 Máy CNC của Patrick-James Hình 2.6 là máy CNC do Patrick Hood-Daniel và James Floyd Kelly hướng dẫn chế tạo trong cuốn sách Build your own CNC machine.

Máy CNC này với bộ khung bằng gỗ, thanh trượt chỉ đơn giản là một thanh nhôm với vòng bi, vitme thường, sử dụng động cơ bước cho các trục, phần mềm điều khiển là Mach3.2 NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM Hiện nay, một số trường đại học, cao đẳng đã chú trọng vào việc chế tạo mô hình máy CNC phục vụ cho giảng dạy như mô hình máy phay CNC của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, máy tiện CNC, phay CNC, máy cắt plasma, khoan mạch in của Đại Học Bách Khoa Hà Nội, mô hình máy khắc chữ của Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng,…. 7 Máy phay CNC Đại Học Hình 2. 8 Máy phay CNC Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Bách Khoa Hà Nội Bên cạnh các máy CNC được chế tạo với mục đích giảng dạy trong các trường học, một bộ phận sinh viên, kĩ sư chế tạo các máy CNC nhằm gia công gỗ, điêu khắc, cắt xốp, cắt kim loại bằng plasma… Hình 2. 9 Máy CNC Trung tâm giáo Hình 2.

10 Máy CNC gia công gỗ dục thường xuyên Quy Nhơn 7 do an Hình 2. 11 Máy tiện CNC ĐẠI HỌC Hình 2. 12 Máy cắt xốp Bách Khoa Hà Nội Hình 2. 13 Máy phay CNC 3 trục Đai Học Hình 2.

14 Máy phay CNC 3 trục Đai Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí (năm 2012) Minh(năm 2013) 8 do an CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.1 VÀI NÉT SƠ LƯỢC VỀ MÁY CNC 3.1 Vài nét về lịch sử Năm 1947, Parsons (Mỹ) là cha đẻ của ý tưởng áp dụng tín hiệu số cho các máy gia công cắt gọt. Năm 1954, máy điều khiển theo chương trình số đầu tiên được ra đời.

Năm 1955, xuất hiện máy điều khiển số bằng bìa và băng đục lỗ tại triển lãm máy công cụ tại Chicago. Kể từ đó, khi thấy được lợi ích và tiềm năng của máy điều khiển số (Numerical Control –NC), nhiều nước trên thế giới như Nhật, Anh, Đức,… đã nghiên cứu, phát triển, chế tạo thành công nhiều loại máy CNC và phổ biến nhiều nơi trên thế giới. CNC (Computer Numerical Control) là một loại máy điều khiển theo chương trình số (NC) sử dụng máy vi tính hoặc máy tính công nghiệp (PLC) để điều khiển các mảng điện tử của máy NC và tích hợp cơ cấu thay dao tự động. Cấu tạo chung và quy ước máy CNC: Hình 3.

1Mô hình khái quát của máy 3.2 Máy CNC 3 trục thường gặp Kết cấu cơ bản máy CNC thường gặp là gồm có 2 phần chính: 9 do an Hình 3. 2 Cấu tạo máy cnc Phần điều khiển: Gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển. Chương trình điều khiển: là tập hợp các tín hiệu để điều khiển máy, được mã hóa dưới dạng chữ cái, chữ số và các kí hiệu khác như: dấu cộng, trừ, dấu chấm…Chương trình này được ghi lên cơ cấu mang chương trình dưới dạng mã số (chẳng hạn mã nhị phân trong bộ nhớ máy tính). Các cơ cấu điều khiển: nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược.

Bao gồm các cơ cấu đọc, giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín hiệu. Phần chấp hành Gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động hóa như các cơ cấu tay 10 do an máy, ổ chứa dao, bôi trơn, vận chuyển phoi… Cũng như các máy cắt kim loại khác, đây là bộ phận cắt kim loại tạo hình chi tiết. Tùy theo khả năng công nghệ của máy mà bao gồm các bộ phận: hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trượt, bàn máy, trục chính, ổ chứa dao, các tay máy… Kết cấu từng bộ phận chính như máy vạn năng thông thường, tuy nhiên có một vài khác biệt để đảm bảo cho quá trình điều khiển tự động được ổn định, chính xác, năng suất và mở rộng khả năng công nghệ của máy. Hộp tốc độ: phạm vi điều khiển tốc độ lớn, thường là truyền động vô cấp, trong đó sử dụng các li hợp điện từ để thay đổi tốc độ được dễ dàng.

Hộp chạy dao: có nguồn dẫn động riêng thường là động cơ bước, sử dụng phương pháp khử khe hở của bộ truyền vitme- đai ốc bi… Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thải phoi, thay dao tự động,… Trong các máy CNC có thể sử dụng các dạng điều khiển thích nghi khác nhau đảm bảo một hay nhiều thông số tối ưu như thành phần lực cắt, độ ồn, độ rung, chế độ cắt… Quy ước hệ tọa độ của máy CNC: Hình 3. 3Quy tắc bàn tay phải Ba trục chuyển động chính của máy CNC kí hiệu là X, Y, Z. Trục Z vuông góc với 2 trục còn lại và tạo nên hệ trục tọa độ vuông góc theo quy tắc bàn tay phải (Hình 3. Trục Z thường được quy ước trùng với trục chính.

Chiều dương là chiều dụng cụ cắt rời xa khỏi chi tiết. Chiều quay dương cùng chiều kim đồng hồ nhìn từ gốc tọa độ. Trục X thường được chọn là trục tạo nên chuyển động tịnh tiến lớn nhất. Trục Y là trục vuông góc với 2 trục còn lại theo nguyên tắc bàn tay phải.

Hệ tọa độ chuẩn: 11 do an  M: chuẩn máy - là chuẩn được thiết lập bởi nhà sản xuất và không thay đổi được.  W: chuẩn chi tiết – dùng làm gốc tọa độ làm việc trong quá trình gia công, chuẩn này có thể thay đổi được.  P: chuẩn thảo chương – là chuẩn lập trình gia công, có thể trùng hoặc không trùng với chuẩn chi tiết và có thể thay đổi được.2 CẤU TẠO MÁY PHAY CNC 3 TRỤC 3.1 Cấu tạo máy Hình 3. 4Sơ đồ máy phay 3 trục Hình 3.

5Máy CNC 3 trục Mill55 Hình 3. 6 Các bộ phận của máy phay CNC Mill55 Máy phay CNC cũng gồm các bộ phận cơ bản của một máy CNC nói chung như: bộ trục Z và bàn máy, bộ điều khiển, cơ cấu thay dao, động cơ và các mạch điện tử. Tùy vào từng loại máy phay CNC mà có hình dạng, kết cấu, kích thước và khả năng công nghệ 12 do an khác nhau do nhà sản xuất quyết định.2 Vitme – đai ốc Trong thực tế có 2 dạng vitme được sử dụng phổ biến: vitme-đai ốc tiếp xúc mặt hay còn gọi là vitme-đai ốc thường và vitme-đai ốc bi. Ở đây dùng vitme đai ốc bi.

7Vít me bi Vitme-đai ốc bi có cấu tạo gồm: trục vitme, đai ốc, bi và rãnh hồi bi (hình 3. Bề mặt ren của trục vitme được tôi cứng và hoạt động trên những viên bi đỡ. Chính nhờ những viên bi này mà ma sát trượt trên vitme-đai ốc thường được thay thế bằng ma sát lăn trên vitme-đai ốc bi. Kết quả là ma sát nhỏ hơn và hiệu suất vitme-đai ốc bi trên 90%.

Vitme- đai ốc bi hồi bi theo 2 cách: lỗ khoan trong đai ốc (hình 3.9) và hồi bi theo kiểu ống (hình 3.8Cấu tạo vitme bi và profin ren 13 do an Hình 3. 9Hồi bi theo lỗ khoan đai ốc Hình 3. 10Hồi bi kiểu ống Vitme-đai ốc bi được thiết kế để khử khe hở và điều chỉnh sức căng ban đầu. Có 3 phương pháp được áp dụng:  Trên mỗi phần đai ốc thiết kế dạng mặt bích, liên kết hai phần này với nhau thông qua mối ghép ren, khử khe hở bằng cách đặt tấm đệm giữa hai phần đai ốc (hình 3.

Cách này có kết cấu đơn giản nhưng khó điều chỉnh.  Cố định phần đai ốc trái, điều chỉnh lực lò xo tác dụng lên phần đai ốc phải thông qua các tấm đệm (hình 3.  Khử khe hở bằng vành răng (hình 3.13), khi xoay hai phần đai ốc sẽ quay hai góc khác nhau, nhờ đó khe hở và sức căng được điều chỉnh. 11 Khử khe hở bằng tấm đệm Hình 3.

12Khử khe hở bằng lò xo 14 do an Hình 3. 13Khử khe hở bằng vành răng 3.