Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, sự phát triển nhanh chóng dựa vào tiến bộ của máy tính, khái niệm CNC (Computer Numerical Control hay có thể hiểu là hệ thống máy tiện cơ khí được điều khiển bằng máy tính) đã trở nên quen thuộc hơn với người tiêu dùng bởi các sản phẩm CNC như: máy tiện, máy phay, máy cắt lazer, máy cắt hơi nước. Đây là những sản phẩm được điều khiển bằng máy tính, công cụ gia công tinh tế tạo ra các chi tiết phức tạp theo yêu cầu của công nghệ hiện đại. Máy CNC là sản phẩm phổ biến trong lĩnh vực tự động hóa, giúp tiết kiệm thời gian gia công, mang lại hiệu quả kinh tế cao, rất phù hợp với các sản phẩm có hình dạng phức tạp.
Không những thế việc ứng dụng tự động hóa vào các loại máy CNC để thay dao tự động khiến nó có khả năng làm việc liên tục mà vẫn tạo ra các sản phẩm có độ chính xác cao.1: Máy CNC router 1 trục thay dao tự động HT-R1V9 [17] Ứng dụng các loại máy móc càng hiện đại thì chi phí càng cao gây khó khăn cho các công ty có quy mô và nguồn vốn nhỏ. Vì thế ngày càng có nhiều kĩ sư đã tự tìm hiểu và chế tạo ra các loại máy CNC cỡ nhỏ và có chi phí thấp hơn nhưng vẫn 1 đáp ứng được nhu cầu sản xuất và độ chính xác.Trên thế giới nói chung và nước ta nói riêng ngày càng có nhiều loại máy CNC cỡ nhỏ ra đời để phục vụ tại nhà và các xưởng sản xuất quy mô nhỏ. Không những thế, ở các trường đại học và cao đẳng các sinh viên và giảng viên cũng chế tạo ra nhiều loại máy CNC nhỏ để phục vụ cho học tập và giảng dạy. Nhưng phần lớn các máy này khi gia công các sản phẩm có nhiều nguyên công đều phải thay dao bằng tay làm tốn nhiều thời gian gây giảm năng suất làm việc.
Vì vậy, đề tài “ Thiết kế và chế tạo máy phay CNC router thay dao tự động” là cần thiết và cấp bách. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Việc nghiên cứu chế tạo máy CNC mở ra cái nhìn mới cho tất cả những ai muốn hiểu biết hơn về công nghệ tự động hóa, đặc biệt là trong sản xuất gia công sản phẩm công nghiệp, từ đây nó sẽ áp dụng được vào trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: xây dựng, mộc mỹ nghệ, kiến trúc, quảng cáo… Việc nghiên cứu và chế tạo máy CNC thay dao tự động giúp sinh viên được đi sát vào thực tế sản xuất, được vận dụng các kiến thức một cách tổng hợp. Với yêu 2 cầu của đồ án, sinh viên phải biết tìm tòi, vận dụng kiến thức đã học một cách linh hoạt, kết hợp trao đổi nhóm giữa: Thầy cô – sinh viên, sinh viên – sinh viên. Nhờ vậy sau khi kết thúc đồ án mỗi sinh viên đều có thể trang bị cho mình một kiến thức tổng hợp, hiểu biết thêm về công nghệ chế tạo máy nói chung và máy công cụ nói riêng đã được học trong lý thuyết, cùng với kỹ năng làm việc độc lập cũng như làm việc nhóm.
Sản phẩm sau khi hoàn thiện có thể phục vụ công tác giảng dạy hoặc gia công những chi tiết độ cứng vừa phải vs không yêu cầu độ chính xác cao. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Tổng hợp, đánh giá và phân tích những thiết kế về mô hình máy CNC hiện nay để từ đó nắm bắt nội dung và đưa ra mục tiêu nghiên cứu về đề tài sản phẩm. Tìm kiếm, chọn lọc ghi chép lại các tài liệu tham khảo, website, phần mềm… từ nhiều nguồn có liên quan để so sánh tổng hợp lại nội dung và nêu ra một số phương án và lựa chọn phương án phù hợp nhất. Thiết kế và mô phỏng mô hình máy CNC Router thay dao tự động trên các phần mềm 3D.
Chế tạo mô hình máy CNC Router thay dao tự động hoàn thiện. Chạy thử, kiểm nghiệm từ đó đưa ra phương hướng phát triển đề tài. Máy CNC tạo ra phải có đủ tính năng cần thiết để phục vụ công tác giảng dạy và nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.
Đối tượng nghiên cứu - Máy CNC router thay dao tự động - Phần mềm điều khiển Mach3 - Phần mềm thiết kế Solidwork - Phần mềm thiết kế và xuất bản vẽ Autocad - Động cơ và phương pháp truyền động 1. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu và chế tạo hoàn chỉnh máy CNC Router thay dao tự động. Đảm bảo các yêu cầu đặt ra: - Hành trình khả dụng: 456 x 610 x 325 (mm) - Số lượng dao tối đa, kích thước cán dao - Các thông số S,F lấy theo động cơ - Tốc độ chạy dao: S = 30000 v/p (tốc độ quay trục chính) - Tốc độ cắt tối đa: F = 500 mm/p - Máy sử dụng hệ thống cấp khí nén. Phương pháp nghiên cứu 1.
Cơ sở phương pháp luận 3 Căn cứ vào kiến thức đã có về máy CNC router 3 trục. Sau đó tiến hành nghiên cứu, tìm hiểu và tổng hợp lại các vấn đề để tìm ra các giải pháp giải quyết. Phương pháp nghiên cứu cụ thể - Khảo sát thực tiễn: Tìm hiểu về các cơ cấu thay dao của máy phay - Xây dựng mô hình - thực nghiệm: Chế tạo cụm thay dao tự động cho máy CNC Router 3 trục, vận hành thử nghiệm, gia công sản phẩm. - Nghiên cứu cải tiến nâng cao độ chính xác.
Các nghiên cứu trong và ngoài nước 1. Nghiên cứu của nước ngoài Xuất phát từ ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp, liên tục như các máy công cụ. Điều khiển số được thực hiện từ thế kỉ XIV. Khi ở châu Âu người ta dùng các chốt hình trụ để điều khiển các chuyển động của các hình trang trí trên đồng hồ lớn của nhà thờ.
Máy điều khiển số cổ điển chủ yếu dựa trên công trình của một người có tên là John Parsons. Từ những năm 1940 Parsons đã sáng chế ra phương pháp dùng phiếu đục lỗ để ghi các dữ liệu về vị trí tọa độ để điều khiển máy công cụ. Máy được điều khiển để chuyển động theo từng tọa độ, nhờ đó tạo ra được bề mặt cần thiết của cánh máy bay. Parson giới thiệu hiểu biết của mình cho không lực Hoa Kỳ.
Cơ quan này sau đó đã tài trợ cho một loạt các đề tài nghiên cứu ở phòng thí nghiệm Servomechanism của trường Đại học kỹ thuật Massachusetts (MIT). Công trình đầu tiên tại MIT là phát triển một mẫu máy phay NC bằng cách điều khiển chuyển động của đầu dao theo 3 trụ tọa độ. Mẫu máy NC đầu tiên được triển lãm vào năm 1952. Từ 1953 khả năng của máy NC đã được chứng minh.
Một thời gian ngắn sau, các nhà chế tạo máy bắt đầu chế tạo các máy NC để bán, và các nhà công nghiệp, đặc biệt là các nhà chế tạo máy bay đã dùng máy NC để chế tạo các chi tiết cần thiết cho họ. Mỹ tiếp tục cố gắng phát triển NC bằng cách tiếp tục tài trợ cho MIT nghiên cứu ngôn ngữ lập trình để điều khiển máy NC. Kết qủa của việc này là sự ra đời của ngôn ngữ APT: Automatically Programmed Tools vào năm 1959. Mục tiêu của việc nghiên cứu APT là đảm bảo một phương tiện để người lập trình gia công có thể nhập các câu lệnh vào máy NC.
Mặc dù APT bị chỉ trích là thứ ngôn ngữ qúa đồ sộ đối với nhiều máy tính, nó vẫn là công cụ chính yếu và vẫn được dùng rộng rãi trong công nghiệp ngày nay và nhiều ngôn ngữ lập trình mới là dựa trên APT. Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính chương trình. Bộ điều khiển cũng giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy. 4 Từ các máy công cụ sơ khai với các cơ cấu cơ khí, ngày nay máy CNC hoạt động dưới sự điều khiển của hệ điều hành được lập trình tinh vi, có thể thực hiện chức năng chuyên biệt với các dòng máy phay đứng, phay ngang, máy phay giường, máy tiện đứng, máy phay, tiện 3 trục rồi 5 trục gia công các bề mặt phức tạp, máy xung, máy cắt dây EDM, đột dập liên hoàn, cắt khắc laser kim loại……Hiện nay, các Trung tâm gia công thực hiện nhiều nguyên công liên tiếp như tiện, phay, khoan, mài, trên một máy chỉ với một lần gá đặt.
Các trung tâm gia công có sự trợ giúp của các cơ cấu thay dao tự động ATC cấp phôi tự động, cánh tay robot công nghiệp,…có thể được tích hợp vào hệ thống sản xuất linh hoạt trong các nhà máy lớn. Trí tuệ nhân tạo và ứng dụng công nghiệp 4.0 đang ngày càng phát triển và trợ giúp con người sản xuất ngày càng hữu ích, trong đó có máy CNC. Nghiên cứu ở Việt Nam Ở Việt Nam trước năm 1990 về công nghệ NC, CNC rất lạ và ít được biết đến. Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với nước ngoài như dự án "Thiết kế chuyển giao công nghệ, phát triển và sản xuất khuôn mẫu".
Vào thời điểm đó, công nghệ CNC như máy phay CNC, máy tiện CNC. lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự chú ý của rất nhiều chuyên gia trong nước và các Công ty liên doanh nước ngoài. Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang đầu tư dây chuyền sản xuất với hầu hết các thiết bị trong dây chuyền là máy CNC. Mặc dù công nghệ CNC đã được giới thiệu vào Việt Nam trong một thời gian ngắn nhưng có thể nói công nghệ này đã có một chỗ đứng vững chắc ở Việt Nam và tin tưởng rằng trong những năm tới, công nghệ này sẽ được sử dụng trong nhiều doanh nghiệp, hội thảo, nhà máy ở nước ta.
Bởi vì nó mang lại hiệu quả kinh tế rất cao. Đặc biệt trong điều kiện sản xuất hiện tại ở nước ta. Do đó, việc thúc đẩy ứng dụng công nghệ CNC là một điều cần thiết cho các cơ sở sản xuất nói chung và ngành công nghiệp máy xây dựng nói riêng. Hiện nay, một số trường đại học, cao đẳng đã tập trung sản xuất các mô hình máy CNC phục vụ giảng dạy như mô hình máy phay CNC của Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, Trường đại học Bách Khoa TP.HCM, máy tiện CNC, máy phay CNC, máy cắt plasma, máy khoan mạch in của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, mô hình máy khắc của Đại học Bách khoa Đà Nẵng .