Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Giới thiệu về máy CNC 1. Sự phát triển và ứng dụng của máy CNC trong ngành công nghiệp Trước đây, quá trình gia công chi tiết máy hoặc khuôn mẫu phức tạp thường áp dụng phương pháp phân chia thành các phần nhỏ và đơn giản, sau đó kết hợp chúng bằng cách hàn hoặc tán. Tuy nhiên, phương pháp này không đảm bảo độ chính xác cao và tăng chi phí do yêu cầu kỹ thuật lao động cao.
Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo mô phỏng, việc gia công các chi tiết phức tạp trở nên khả thi hơn. Mặc dù vậy, phương pháp này vẫn tồn tại nhược điểm như năng suất thấp và khả năng giữ chính xác không cao. Sự xuất hiện của điều khiển số trong máy công cụ đã đánh dấu bước tiến quan trọng trong lĩnh vực gia công. Điều này đảm bảo độ chính xác cao và khả năng gia công các chi tiết phức tạp một cách hiệu quả.
Tiến triển từ việc sử dụng ống chân không và máy cơ khí lặp lại đã chuyển đổi thành công nghệ điều khiển số tích hợp mạnh mẽ. Ngày nay, bộ xử lý điều khiển số (CNC) với khả năng xử lý cao đã xuất hiện, có khả năng cung cấp lệnh điều khiển, lưu giữ. CNC cũng có khả năng giám sát chất lượng sản phẩm, điều chỉnh dụng cụ khi cần, và tương tác với các máy tính khác, robot, như việc tải và truyền chương trình. Điều này mang lại sự linh hoạt và hiệu suất trong quá trình sản xuất.
Khái niện về máy CNC Máy CNC (Computer Numerical Control) là một hệ thống tự động hóa được điều khiển bằng máy tính để thực hiện các quy trình gia công chính xác trên các vật liệu khác nhau. Máy CNC có khả năng điều khiển chính xác vị trí và chuyển động của các công cụ cắt hoặc gia công, dựa trên các lệnh được lập trình trước. Các loại máy CNC có trên thị trường hiện nay ❖ Dựa vào chức năng và công nghệ mà máy CNC được chia thành các loại như sau: − Máy tiện CNC − Máy phay CNC − Máy mài CNC − Máy khoan phay CNC − Máy cắt CNC plasma − Máy cắt CNC Lazer Phan Đình Bình Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Ái Lành Trang 3 Nguyễn Đắc Luật Thiết kế và chế tạo máy khoan ba trục − Máy in 3D,… Hình 1.1: Máy tiện CNC và máy phay CNC Hình 1.2: Máy cắt lazer CNC và máy cắt dây - EDM 1. Tổng quan về cấu tạo của máy CNC ❖ Máy CNC có cấu trúc chính được chia thành hai phần quan trọng là phần chấp hành và phần điều khiển.
Mặc dù có nhiều loại và thiết kế khác nhau, nhưng mỗi máy CNC đều bao gồm hai thành phần chính này. • Thành phần chấp hành: − Ổ tích dụng cụ: Được sử dụng để lưu trữ và thay đổi các dụng cụ cắt khác nhau trong quá trình gia công vật liệu. Điều này giúp máy CNC có khả năng thực hiện các giai đoạn gia công liên tục và tự động hóa mà không cần sự can thiệp thủ công. Cụm trục chính: Là hệ thống chính sinh lực của máy CNC, có thể được điều khiển bằng các động cơ hiện đại để tùy chỉnh góc quay và tăng tốc độ nhanh chóng.
− Băng dẫn hướng: Hệ thống thanh trượt hỗ trợ chuyển động trên các trục X, Y, Z của trục chính. Điều này đảm bảo sự ổn định và chính xác trong quá trình di chuyển của trục chính. Phan Đình Bình Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Ái Lành Trang 4 Nguyễn Đắc Luật Thiết kế và chế tạo máy khoan ba trục − Thân máy và đế máy: Chế tạo từ gang để đảm bảo độ bền và chịu nén cao. Thân máy chứa trục chính và nhiều hệ thống động cơ khác, và quá trình kiểm tra được thực hiện kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
− Bàn máy: Là nơi để đặt các chi tiết cần gia công hoặc các dụng cụ gá cố định. Bàn máy có chuyển động linh hoạt và chính xác, quan trọng trong việc nâng cao khả năng gia công của máy CNC. • Thành phần điều khiển máy CNC: − Hệ thống điều khiển: Là trung tâm quản lý của máy CNC, nhận thông tin từ con người và chuyển đổi thành lệnh điều khiển cho các bộ phận của máy. Điều này giúp máy hoạt động chính xác và ổn định.
− Các động cơ: Tùy thuộc vào loại máy CNC, sử dụng các loại động cơ như động cơ 1 chiều, động cơ xoay chiều, động cơ bước, động cơ servo để truyền động và thực hiện các chuyển động. Nguyên lý hoạt động của máy CNC Các trục của máy CNC sử dụng các loại động cơ được hệ thống điều khiển để quay chính xác đến các vị trí nhờ đó có thể biết chính xác được tọa độ của bàn máy và dụng cụng cắt. Theo quy ước thì các máy CNC sử dụng hệ trục tọa độ Descartes tuân theo nguyên tắc bàn tay phải. Trong đó có 3 chuyển động tịnh tiến theo các trục và 3 chuyển động quay tương ứng trên các trục, máy CNC có thể điều khiển tới 6 trục bao gồm tịnh tiến theo X, Y, Z và các trục A, B, C sẽ quay quanh tương ứng theo các trục X, Y, Z.
Tuy nhiên, các máy CNC tiêu chuẩn cơ bản chỉ cần dùng đến 3 trục X, Y, Z là có thể gia công được các sản phẩm, máy tiện CNC thường chỉ cần 2 trục X và Z là có thể thực hiện gia công sản phẩm. Tổng quan về máy khoan 1. Công dụng máy khoan Máy khoan là một trong những phương pháp phổ biến để gia công lỗ trên vật liệu. Ngoài ra, nó cũng được sử dụng để khoét, doa, cắt ren, taro hoặc gia công các bề mặt có tiết diện nhỏ, thẳng góc hoặc cùng chiều trục với lỗ khoan.
Phan Đình Bình Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Ái Lành Trang 5 Nguyễn Đắc Luật Thiết kế và chế tạo máy khoan ba trục Hình 1.3: Phạm vi sử dụng máy khoan Chuyển động tạo hình của máy khoan bao gồm chuyển động chính quay tròn và chuyển động chạy dao, cả hai chuyển động này đều được thực hiện bởi dao. Máy khoan có khả năng gia công các loại lỗ thông và không thông với đường kính từ 0,25 đến 80 mm. Tuy nhiên, độ chính xác gia công thấp, chỉ đạt cấp 10, 11 (cao nhất chỉ là 7 đối với khoan nòng súng); độ nhám bề mặt thường ở mức Ra = 20 ÷ 40 um. Do đó, máy khoan thường chỉ được sử dụng để gia công các lỗ bắt bulông, lỗ làm ren, các lỗ có yêu cầu không cao.
Lý do máy khoan chỉ đạt độ chính xác thấp bao gồm: Kết cấu mũi khoan chưa hoàn thiện, với lưỡi cắt ngang luôn phải tồn tại (vì không thể chế tạo mũi khoan có đường kính lõi bằng không). Lưỡi cắt ngang góc trước y < 0, làm tăng lực dọc trục và mũi khoan mòn nhanh chóng. Hiện nay, nỗ lực được đổ vào việc chế tạo mũi khoan với lưỡi cắt ngang ngăn càng tốt. Sai số do chế tạo và mài mũi khoan tạo ra độ không đồng tâm giữa phần cắt và chuôi côn, làm cho lỗ khoan bị lay rộng.
− Lỗ khoan bị cong do mài lưỡi cắt không đều, tạo lực dọc trục không đều. − Lỗ khoan bị lay rộng do tâm quay và tâm phần cắt không trùng nhau. − Lỗ khoan bị tóp, loe do lực cắt không đúng tâm. − Lỗ khoan bị thu hẹp do độ côn ngược của phần cắt khi mòn.
Để khắc phục các vấn đề này, cần chú ý đến các biện pháp công nghệ như giảm lực chiều trục và mômen cắt bằng cách giảm chiều dài lưỡi cắt ngang khi mài mũi khoan, sử dụng bạc dẫn hướng để đảm bảo độ chính xác, và sử dụng dung dịch trơn nguội phù hợp. Phân loại máy khoan Phan Đình Bình Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Ái Lành Trang 6 Nguyễn Đắc Luật Thiết kế và chế tạo máy khoan ba trục Tùy theo kích thước và phương pháp điều chỉnh mũi khoan đến vị trí gia công máy khoan được phân thành các loại: máy khoan bàn, máy khoan đứng, máy khoan cần, máy khoan nhiều trục, máy khoan chuyên dùng. Máy khoan bàn: Là loại máy khoan cỡ nhỏ được dùng để gia công chi tiết cỡ nhỏ với những lỗ khoan có đường kính không quá 16mm. Truyền động quay chính là puli-đai truyền có nhiều bậc và thường cho tốc độ cao.
Loại này thường được dùng rộng rãi trong cơ khí. Máy khoan đứng: Chuyển động và kết cấu của các máy khoan đứng rất khác nhau phổ biến nhất là loại máy có trụ đứng. Những cỡ máy nhỏ thì thì có chuyển động của trục chính đơn giản và chạy dao bằng tay. Ở những máy có kích thước trung bình hoặc lớn thì có hộp tốc độ và chạy dao và thường có cơ cấu chạy dao tự động.
Những bộ phận chính của máy là thân máy hộp tốc chạy dao và bàn máy. Máy khoan đứng có hộp tốc độ được cố định, hộp chạy dao có thể di động theo hướng đứng. Bên trong hộp chạy dao có trục chính thực hiện chuyển động chính quay và chuyển động chạy dao. Bàn máy có thể quay tròn hoặc đi động thẳng đứng bằng tay.
Phan Đình Bình Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Ái Lành Trang 7 Nguyễn Đắc Luật Thiết kế và chế tạo máy khoan ba trục Hình 1. 5: Máy khoan đứng Nhược điểm của máy khoan đứng là phải luôn dịch chuyển chi tiết gia công đến những vị trí khoan khác nhau đặc biệt khó khăn đối với chi tiết nặng. Máy khoan Cần Hình 1. 6: Máy khoan cần Máy khoan cần được thiết kế để khắc phục nhược điểm của máy khoan đứng thông thường.
Điều này được đạt được bằng cách giữ chi tiết ổn định trong khi trục chính di động được đưa đến vị trí khoan phù hợp trong quá trình gia công. Với cấu trúc này, máy khoan cần trở thành một loại máy điều khiển nhẹ nhàng, mở rộng khả năng làm việc và có thể gia công các chi tiết lớn. Cấu trúc cơ bản của máy khoan cần bao gồm các chuyển động sau: Chuyển động quay tròn của trục chính (n): Tạo ra tốc độ cắt gọt. Chuyển động thẳng đứng của trục chính (S): Chạy dao để thực hiện quá trình khoan.
Chuyển động điều chỉnh của cần khoan: Điều chỉnh vị trí và góc độ của cần khoan. Chuyển động hướng kính của hộp tốc độ: Điều chỉnh hướng khoan. Ngoài ra, trong một số máy hộp tốc độ, có thể có chuyển động quay 1 góc nhất định, cho phép gia công lỗ nghiêng. máy khoan nhiều trục Đối với máy khoan nhiều trục, chúng thường được sử dụng để thực hiện đồng thời hoặc theo chuỗi các nguyên công khoan như khoan, khoét, doa, taro trên cùng một chi tiết.