Thiết kế, chế tạo máy tôi CNC cao tần tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Khám phá quy trình thiết kế và chế tạo máy tôi CNC cao tần hiện đại. Bài viết đi sâu vào công nghệ, ưu điểm và ứng dụng của kỹ thuật tôi kim loại tần số cao,

• Tác giả: Le Trung Hieu
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyen Van Son
• 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 tôi CNC cao tần
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Thiết kế máy tôi CNC cao tần Hướng dẫn chi tiết

Thiết kế và chế tạo máy tôi CNC cao tần là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức kỹ thuật và kỹ năng thực hành. Bài viết này sẽ cung cấp một hướng dẫn chi tiết về quá trình này, từ việc xác định phương án truyền động cho đến thiết kế hệ thống làm nguội. Chúng ta sẽ khám phá các bước quan trọng và giải quyết những thách thức thường gặp trong quá trình chế tạo máy tôi CNC cao tần.

1.1. Xác định phương án truyền động

Bước đầu tiên trong thiết kế máy tôi CNC cao tần là xác định phương án truyền động phù hợp. Có ba loại mô hình máy CNC phổ biến: bàn máy di chuyển theo hai phương X, Y; bàn máy di chuyển theo một phương Y; và bàn máy di chuyển theo phương Z. Mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của quá trình gia công. Ví dụ, mô hình bàn máy di chuyển theo hai phương X, Y cho phép tối đa hóa vùng gia công, nhưng có thể gặp vấn đề về dầm công-xôn. Do đó, cần cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả và tính ổn định của máy.

1.2. Thiết kế hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển là một thành phần quan trọng trong máy tôi CNC cao tần. Nó chịu trách nhiệm điều khiển các động cơ và đảm bảo sự chính xác trong quá trình gia công. Trong thiết kế, cần lựa chọn phần mềm điều khiển phù hợp, chẳng hạn như Mach3, và đảm bảo các tính năng hoạt động tốt, bao gồm thực hiện các phép toán học và soạn thảo chương trình. Ngoài ra, việc thiết kế giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng cũng là một yếu tố quan trọng, giúp người vận hành có thể điều khiển máy một cách hiệu quả và chính xác.

1.3. Thiết kế hệ thống làm nguội

Quá trình tôi thép đòi hỏi một hệ thống làm nguội hiệu quả để đảm bảo chất lượng bề mặt và độ cứng của sản phẩm. Thiết kế hệ thống làm nguội là một bước quan trọng, đòi hỏi sự tinh tế và sáng tạo. Ban đầu, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống tay quay làm nguội bằng nhiều tia nước phun đều, nhưng gặp phải vấn đề về cồng kềnh và không đáp ứng được thời gian yêu cầu. Sau đó, nhóm đã cải tiến và thiết kế lại hệ thống, tạo ra một giải pháp gọn nhẹ và hiệu quả hơn, đáp ứng được yêu cầu làm nguội sau khi tôi. Việc thiết kế hệ thống làm nguội phù hợp là chìa khóa để đảm bảo thành công trong quá trình chế tạo máy tôi CNC cao tần.

II. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Máy tôi CNC cao tần có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp chế tạo. Nó cho phép gia công các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao và hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống. Kết quả nghiên cứu cho thấy máy tôi CNC cao tần có thể tăng độ cứng bề mặt của thép, cải thiện chất lượng sản phẩm và nâng cao năng suất sản xuất. Ngoài ra, việc sử dụng phần mềm Mach3 giúp đơn giản hóa quá trình điều khiển và tăng tính linh hoạt trong gia công. Với những ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu ấn tượng, máy tôi CNC cao tần đang ngày càng được phổ biến và áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau.

2.1. Tăng độ cứng bề mặt thép

Một trong những lợi ích chính của máy tôi CNC cao tần là khả năng tăng độ cứng bề mặt thép. Bằng cách điều khiển chính xác quá trình tôi, máy này có thể tạo ra một lớp bề mặt cứng hơn, tăng cường khả năng chịu lực và độ bền của sản phẩm. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ chính xác và độ bền cao, chẳng hạn như sản xuất công cụ cắt, công nghiệp ô tô, và chế tạo máy móc.

2.2. Nâng cao năng suất sản xuất

Máy tôi CNC cao tần cũng góp phần nâng cao năng suất sản xuất. Với khả năng gia công nhanh và chính xác, máy này có thể xử lý nhiều chi tiết trong một thời gian ngắn, giảm thời gian sản xuất và tăng hiệu quả. Ngoài ra, việc sử dụng phần mềm điều khiển tiên tiến như Mach3 giúp đơn giản hóa quá trình lập trình và điều khiển, cho phép người vận hành tập trung vào các nhiệm vụ khác, từ đó tăng năng suất tổng thể của dây chuyền sản xuất.

III. Kết luận và tương lai của máy tôi CNC cao tần

Thiết kế và chế tạo máy tôi CNC cao tần là một quá trình phức tạp nhưng mang lại nhiều lợi ích cho ngành công nghiệp chế tạo. Với khả năng tăng độ cứng bề mặt thép và nâng cao năng suất sản xuất, máy này đang ngày càng được áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều tiềm năng để phát triển và cải tiến. Trong tương lai, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới để tối ưu hóa quá trình tôi, cũng như tích hợp các công nghệ tiên tiến hơn vào máy tôi CNC cao tần, sẽ tiếp tục nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm. Với những tiến bộ không ngừng, máy tôi CNC cao tần sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo, mang lại những giải pháp gia công tiên tiến và hiệu quả.

3.1. Phát triển công nghệ mới

Trong tương lai, việc phát triển các công nghệ mới sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả của máy tôi CNC cao tần. Các nghiên cứu về vật liệu mới, phương pháp điều khiển tiên tiến, và kỹ thuật gia công tiên tiến sẽ giúp tối ưu hóa quá trình tôi, tăng cường độ chính xác và chất lượng bề mặt. Ngoài ra, việc tích hợp trí tuệ nhân tạo và học máy vào quá trình điều khiển có thể giúp máy tôi CNC cao tần tự động hóa và thích ứng với các yêu cầu gia công khác nhau, từ đó nâng cao hiệu quả tổng thể.

3.2. Ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác

Máy tôi CNC cao tần không chỉ giới hạn trong ngành công nghiệp chế tạo máy móc. Với khả năng gia công chính xác và hiệu quả, máy này có thể được áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác, chẳng hạn như sản xuất thiết bị y tế, công nghiệp hàng không, và chế tạo thiết bị điện tử. Việc mở rộng ứng dụng của máy tôi CNC cao tần sẽ giúp tăng cường năng lực sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm trong các ngành công nghiệp này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Một trong những thành tựu lớn của tiến bộ khoa học kỹ thuật là tự động hoá sản xuất. Trong dây truyền sản xuất linh hoạt thì máy điều khiển số CNC đóng một vai trò rất quan trọng. Sử dụng 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 cũng rút ngắn được chu kỳ sản xuất.

Chính vì vậy hiện nay nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi các máy CNC vào ngành cơ khí. Ở Việt Nam các máy CNC đang được sử dụng rông rãi để chế tạo các chi tiết cơ khí, nghiên cứu khoa học, giảng dạy. Do đó nhóm đã vận dụng sự tự động hóa để tiến hành nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo một máy tôi cao tần có sử dụng hệ thống điều khiển tự động. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI – Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động.

– Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất. – Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ lao động sản xuất hiện đại. – Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất. – Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép thực hiện cạnh tranh và đáp ứng điều kiện sản xuất.

KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC – Thiết kế, chế tạo được một máy tôi CNC cao tần có thể điều khiển tốc độ, vị trí theo ý muốn thông qua bàn điều khiển. – Tôi bề mặt thép đạt được độ cứng trung bình 40 HRC. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.1 Đối tượng nghiên cứu – Máy phay CNC 3 trục. – Phần mềm điều khiển Mach3.

– Phần mềm thiết kế, tính toán, mô phỏng. 1 – Động cơ và phương pháp truyền động.2 Phạm vi nghiên cứu – Nghiên cứu và chế tạo máy tôi CNC cao tần đảm bảo các yêu cầu đặt ra như sau: – Không gian làm việc của máy lớn hơn: 750 x 450 x200 (mm). – Sai số cho phép: 0. – Sau khi tôi, bề mặt thép tăng độ cứng.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC – Căn cứ vào những kiến thức đã có về máy CNC 3 trục và máy tôi cao tần tiến hành phân tích, tìm ra giải pháp mới và chế tạo, thực nghiệm. Sau đó, tiến hành tổng hợp, đánh giá giải pháp đã đề ra: tối ưu hay không tối ưu, tối ưu trong trường hợp nào. – Kết quả dự kiện: điều khiển máy CNC di chuyển với tốc độ tùy chỉnh, tôi bề mặt tấm thép tăng độ cứng. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI – Do còn nhiều hạn chế về thời gian cũng như kiến thức chuyên môn nên đồ án chỉ tập trung thực hiện các vấn đề sau: Thiết kế, chế tạo, lắp ráp hoàn chỉnh và vận hành máy tôi CNC cao tần.

Độ cứng trên mặt thép sau khi tôi chưa đồng đều. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀI NÉT SƠ LƯỢC VỀ MÁY CNC 2.1 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. – Cấu tạo chung và quy ước máy CNC: Hình 2.1 Mô hình khái quát của máy 2.2 Định nghĩa máy điều khiển số (NC-Numerical Control): – Máy điều khiển số (NC – Numerical Control) là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy trên cơ sở các dữ liệu số được mã hoá đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống. – Định nghĩa máy điều khiển số có sự hổ trợ của máy tính (CNC – Computer Numerical Control). – Máy điều khiển số có sự hổ trợ của máy tính (CNC- Computer Numerical Control) sử dụng máy tính thiết lập trực tiếp trên hệ điều khiển máy và được điều khiển bởi các chỉ thị lưu trữ trên bộ nhớ máy tính để thực hiện một phần hoặc toàn bộ các chức năng điều khiển số.3 Máy CNC 3 trục thường gặp – Kết cấu cơ bản máy CNC thường gặp là gồm có 2 phần chính: – Phần điều khiển.

– Phần chấp hành.2 Cấu tạo máy cnc 2.1 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.2 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 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… QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT THEO PHƯƠNG PHÁP CẢM ỨNG TỪ Giới thiệu về hệ thống gia nhiệt bằng cảm ứng từ. Ngoài ra, các nguyên lý cơ bản và các đặc điểm nổi bật của phương pháp gia nhiệt này cũng sẽ được đề cập đến.

Hiện nay, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ là một trong những phương pháp mới, đang được phổ biến càng ngày càng phổ biến trong công nghệ phun ép nhựa. Vì vậy, khả năng ứng dụng của phương pháp này cũng sẽ được đề cập đến.4 Giới thiệu chung về phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ: Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ thường được sử dụng trong quá trình gia nhiệt cho các vật liệu sắt từ nhằm nâng cao nhiệt độ lên đến trạng thái lỏng (nóng chảy), hoặc đến nhiệt độ chuyển đổi pha (quá trình tôi cao tần).Hiện nay, trong phương pháp gia công tiên tiến, phương pháp gia nhiệt này có ưu điểm vượt trội về tốc độ gia nhiệt, độ ổn định, cũng như khả năng điều khiển quá trình gia nhiệt.Nhìn chung, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ thuộc nhóm phương pháp gia nhiệt không tiếp xúc. Phương pháp này dựa trên ảnh hưởng của dòng nhiệt cao tần trong 5 cuộn dây (coil) tạo nên dòng điện cảm ứng trên bề mặt cần gia nhiệt. Nhờ dòng điện cảm ứng này, bề măt cần gia nhiệt sẽ được nung nóng đến giá tri cần thiết.

Do đặc điểm về dòng điện cảm ứng từ, trong quá trình gia nhiệt, hầu như chỉ phần vật liệu gần lớp bề mặt bị ảnh hưởng (nung nóng), do đó, hiệu quả của quá trình gia nhiệt được nâng cao. Ngoài ra, trong quá trinh phun ép, sau khi bề mặt khuôn được gia nhiệt và đạt đến giá trị nhiệt độ nhất định, nhựa nóng sẽ được phun vào long khuôn. Sau đó, quá trình giải nhiệt cho khuôn sẽ diễn ra. Vì phương pháp cảm ứng từ chỉ gia nhiệt tại bề mặt khuôn.

Do đó, quá trình giải nhiệt cho khuôn sẽ diễn ra dễ dàng và tốc độ giải nhiệt sẽ nhanh hơn so với các phương pháp gia nhiệt khác. Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ được trình bày như Hình 2. Thiết bị gia nhiệt bằng cảm ứng từ sẽ cấp nguồn điện, tạo ra dòng điện cao tầng chạy trong cuộn dây. Dòng điện sẽ tạo ra từ trường thay đổi xung quanh cuộc dây với cùng tần số của nguồn cao tần.

Theo định luật Faraday, nếu có một cuộn dây khác nằm trong vùng ảnh hưởng của từ trường này, trong phương pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn theo phương pháp cảm ứng từ, cuộn dây sẽ đóng vai trò như cuộn sơ cấp, và bề mặt khuôn sẽ đóng vai trò như cuộn thứ cấp. Khi có dòng điện cao tần chạy trong cuộn dây, từ trường biến thiên với tần số cao sẽ được tạo ra. Nếu bề mặt cần gia nhiệt của khuôn được đặt gần cuộn dây, dòng điện cảm ứng sẽ xuất hiện trên bề mặt khuôn, và quá trình gia nhiệt sẽ được thực hiện.3 Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ 6 Hình 2.4 Dòng điện cảm ứng trong phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ 2.5 Hiệu suất bề mặt – Chiều sâu lớp gia nhiệt (Heating layer or Penetration depth) tính từ bề mặt của vật cần gia nhiệt được xác định theo công thức sau: – δ=. – Với: – Ρ: Điện trở suất (Resistivity) – µ: Độ ngấm từ (Magnetical permeability) – f: tần số (Frequency) – Theo như công thức trên, độ ngấm từ phụ thuộc vào tính chất vật liệu của vật cần gia nhiệt và tần số dòng điện.