Tài liệu Cải tiến năng lực gia công của máy tiện cnc mini tsv2014 14

Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẠN THỜ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CẢI TIẾN NĂNG LỰC GIA CÔNG CỦA MÁY TIỆN CNC MINI TSV2014-14 Sinh viên thực hiện: Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Đình Khương MSSV: 1111096. Nguyễn Quang Huy. MSSV: 1111089 TS. Võ Minh Trí Cần Thơ, tháng05/năm2015 SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí i Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẠN THỜ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CẢI TIẾN NĂNG LỰC GIA CÔNG CỦA MÁY TIỆN CNC MINI TSV2014-14 Sinh viên thực hiện: Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Đình Khương. MSSV: 1111096. Ngành: Cơ Điện Tử. Nguyễn Quang Huy. MSSV: 1111089 Ngành: Cơ Điện Tử TS. Võ Minh Trí. Thành viên Hội đồng: TS. Võ Minh Trí ThS. Nguyễn Minh Luân ThS. Lưu Trọng Hiếu Luận văn được bảo vệ tại: Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Bộ môn Tự Động Hóa , Khoa Công Nghệ, Trường Đại học Cần Thơ vào ngày: 23/05/2015. Có thể tìm hiểu luận văn tại: 1. Thư viện Khoa Công Nghệ, Trường Đại Học Cần Thơ 2. Website: http://www.ctu.edu.vn SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí ii Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN  ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Cần thơ, ngày ....... tháng ........ năm ............. TS. Võ Minh Trí. SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí iii Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1  ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Cần thơ, ngày ....... tháng ........ năm ............. ThS. Nguyễn Minh Luân. SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí iv Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2  ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Cần thơ, ngày ....... tháng ........ năm ............. ThS. Lưu Trọng Hiếu. SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí v Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 LỜI CAM ĐOAN Nhóm xin cam đoan rằng, kết quả thực hiện trong đề tài luận văn “Cải tiến năng lực gia công máy tiện TSV 2014-14” là do nhóm tự nghiên cứu mà có được. Nếu không đúng sự thật, nhóm xin chịu trách nhiệm trước trường. Nội dung lý thuyết có tham khảo một số nguồn tài liệu có cơ sở khoa học, độ tin cậy cao. Đề tài này như là một bước ngoặt trong thời gian học tập tại Trường Đại học Cần Thơ. Trong một học kỳ thực hiện đề tài, có thể còn nhiều sai sót do kiến thức có hạn chế nhưng cuốn sách này là thành quả mà em đã đạt được dưới sự hướng dẫn tận tình của TS. Võ Minh Trí. Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn. Cần Thơ, Ngày......tháng......năm 2015. Sinh viện thực hiện. Nguyễn Đình Khương. Nguyễn Quang Huy. SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí vi Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện đề tài nhóm gặp phải không ít khó khăn do hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm cũng như tài chính hạn hẹp. Bên cạnh sự cố gắng của nhóm thì sự quan tâm giúp đỡ, động viên từ phía thầy cô, gia đình và bạn bè cũng là một động lực lớn khiến đề tài thành công. Em chân thành gửi lời cảm ơn đến TS. Võ Minh Trí đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy, giúp đỡ, hỗ trợ thiết bị và tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện đề tài. Cảm ơn anh Khưu Hữu Nghĩa đã hỗ trợ thiết bị để phục vụ cho việc thực hiện đề tài. Cảm ơn hai thầy cố vấn học tập Trần Nhựt Thanh và Lưu Trọng Hiếu đã giảng dạy, giúp đỡ và định hướng trong suốt quá trình học tập. Cảm ơn tấc cả các giảng viên trong bộ môn tự động hoá đã truyền thụ kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tế giúp nhóm hoàn thành đề tài. Cảm ơn các thành viên của phòng thực hành đồ án đã góp những ý kiến quý báu cho đề tài hoàn thiện hơn. Cảm ơn bạn bè trong lớp Cơ Điện Tử K37 đã động viên, chia sẻ, giúp đỡ trong quá trình học tập tại trường. Sinh viên thực hiện Nguyễn Đình Khương. Nguyễn Quang Huy. SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí vii Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN.............................................................. i NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1 ............................................................ iv NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2 ..............................................................v LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... vi LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... vii MỤC LỤC ............................................................................................................... viii DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. xi DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... xiii KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ........................................................................................ xiv TÓM TẮT ...................................................................................................................1 ABSTRACT ................................................................................................................2 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN .......................................................................................3 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ. ..................................................................................................3 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ. ...................................................................3 1.3 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI..................................................................4 1.3.1 Mục tiêu đề tài. ............................................................................................4 1.3.2 Phạm vi đề tài. .............................................................................................5 1.4 HƯỚNG GIẢI QUYẾT. ....................................................................................5 1.5 CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO. ...........................................................................6 CHƯỜNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................7 2.1 MÁY TIỆN CNC MINI TSV2014-14...............................................................7 2.1.1 Trục Spindle. ...............................................................................................7 2.1.2 Trục X. .........................................................................................................9 2.1.3 Trục Z. .......................................................................................................10 2.1.4 Phần điện và điều khiển.............................................................................11 2.1.4.1 Mạch điện và cách thức điều khiển. .......................................................11 2.1.4.2 Mach3 Turn – Phần mềm điều khiển chính. ..........................................12 2.2 MÁY KHẮC CNC. .........................................................................................12 2.3 ĐỘNG CƠ SERVO – DRIVER – OPTO. .......................................................15 2.3.1 Động cơ Servo. ..........................................................................................15 SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí viii Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 2.3.2 Giải thuật điều khiển PID trong driver. .....................................................17 2.3.3 Opto. ..........................................................................................................18 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG. .....................................................19 2.5 PHẦN MỀM THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN. ............21 2.5.1 Phần mềm thiết kế cơ khí. .........................................................................21 2.5.2 Phần mềm điều khiển. ...............................................................................22 CHƯƠNG III. THIẾT KẾ CƠ KHÍ ..........................................................................24 3.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG. ...........................................24 3.1.1 Một số yêu cầu khi tính toán thiết kế bộ truyền động. ..............................24 3.1.2 Các thông số cơ bản trong truyền động. ....................................................24 3.1.3 Lựa chọn hệ truyền động. ..........................................................................28 3.2 THIẾT KẾ CƠ KHÍ. ........................................................................................30 3.2.1 Cấu trúc tổng thể. ......................................................................................30 3.2.2 Lựa chọn vật liệu. ......................................................................................30 3.2.3 Thiết kế chi tiết. .........................................................................................30 3.2.3.1 Thiết kế cụm chi tiết lắp động cơ Spindle. .........................................30 3.2.3.2 Thiế kế chế tạo cụm động cơ phay. ....................................................34 3.2.3.3 Phục hồi, nâng cấp ụ chống tâm. ........................................................40 3.2.4 Lắp ghép toàn máy. ...................................................................................43 3.2.4.1 Lắp ghép mô phỏng. ...........................................................................43 3.2.4.2 Lắp ghép thực tế. .................................................................................45 3.3 PHẦN ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN. ....................................................................46 3.3.1 Phần điện. ..................................................................................................46 3.3.1.1 Động cơ Spindle..................................................................................46 3.3.1.2 Động cơ cụm cơ cấu dao phay. ...........................................................53 3.3.1.3 Break Out Board. ................................................................................54 3.3.2 Phần điều khiển – Mach3. .........................................................................55 3.3.2.1 Mach3 Turn cho tiện ren. ....................................................................56 3.3.2.2 Mach3 Mill cho phần điêu khắc..........................................................57 3.4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. ....................................................................61 3.4.1 Tiện ren. ...................................................................................................61 3.4.2 Khắc. ........................................................................................................62 3.4.3 Tài liệu tập huấn sử dụng máy tiện CNC mini TSV2014-14...................64 SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí ix Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................66 4.1 KẾT LUẬN......................................................................................................66 4.2 KIẾN NGHỊ. ....................................................................................................66 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................67 PHỤ LỤC I. CÁC BẢNG THÔNG SỐ VÀ G-CODE. ............................................68 PHỤ LỤC II. BẢN VẼ CHI TIẾT ............................................................................72 PHỤ LỤC III TÀI LIỆU TẬP HUẤN SỬ DỤNG MÁY TIỆN CNC MINI TSV 2014-14......................................................................................................................77 SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí x Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 DANH MỤC HÌNH Hinh 2.1. Máy tiện TSV2014-14.................................................................................7 Hình.2.2. Động cơ AC dùng cho Spindle trong máy TSV2014-14. ...........................8 Hình 2.3. Mâm cặp được sử dụng cho máy ................................................................8 Hình 2.4. Cụm cơ cấu trục X. .....................................................................................9 Hình 2.5. Động cơ Step 5 phase dùng cho 2 trục tịnh tiến. ......................................10 Hình 2.6. Cụm cơ cấu trục Z. ....................................................................................10 Hình 2.7. Driver sử dụng cho trục Z . .......................................................................11 Hình 2.8. Sơ đồ các thành phần chính của máy. .......................................................12 Hình 2.9. Máy phay CNC TSV2013-33 sử dụng như máy khắc. .............................13 Hình 2.10. Máy khắc 4 trục CNC. ............................................................................13 Hình 2.11. Sản phẩm máy khắc CNC 3 trục trên phôi tròn. .....................................14 Hình 2.12. Máy CNC 5 trục và sản phẩm gia công. .................................................15 Hình 2.13. Sơ đồ điều khiển động cơ Servo. ............................................................15 Hình 2.14. Một số loại động cơ Servo. .....................................................................16 Hình 2.15. Giải thuật điều khiển PID dùng trong driver điều khiển Spindle. ..........17 Hình 2.16. Một số loại opto thường dùng. ................................................................18 Hình 2.17. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của opto. ......................................................18 Hình 2.18. Thông số kích thước cơ bản của một số loại opto. .................................19 Hình 2.19. Bánh răng và truyền động bằng bánh răng. ............................................20 Hình 2.20. Truyền động bằng Pulley răng. ...............................................................20 Hình 2.21. Pulley trơn. ..............................................................................................21 Hình 2.22. Giao diện sử dụng phần mềm Inventor. ..................................................22 Hình 2.23. Giao diện sử dụng Mach3 Mill. ..............................................................23 Hình 3.1. Truyền động dây đai cơ bản. .....................................................................28 Hình 3.2. Các loại đai cơ bản phân theo tiết diện. ....................................................28 Hình 3.3. Đai thang ...................................................................................................29 Hình 3.4. Dây đai tròn. ..............................................................................................29 Hình 3.5. Bệ động cơ phay. .......................................................................................31 Hình 3.6. Chi tiết căng đai. .......................................................................................32 Hình 3.7. Lắp ghép mô phỏng cụm chi tiết. ..............................................................33 Hình 3.8. Hình ảnh sau khi lắp ghép thực tế. ............................................................33 Hình 3.9. Bệ đỡ động cơ phay...................................................................................34 SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí xi Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 Hình 3.10. Đế cụm động cơ phay..............................................................................35 Hình 3.11. Trục gá dao phay (hoặc mũi khoan)........................................................36 Hình 3.12. Chi tiết cố định trục gá dao. ....................................................................37 Hình 3.13. Dây đai tròn được sử dụng. .....................................................................37 Hình 3.14. Pulley được sử dụng. ...............................................................................38 Hình 3.15. Hình ảnh mô phỏng lắp ghép cụm động cơ dao phay. ............................39 Hình 3.16. Cụm động cơ dao phay đã lắp ghép. .......................................................40 Hình 3.17. Ụ chống tâm ............................................................................................41 Hình 3.18. Trục chống tâm. ......................................................................................42 Hình 3.19. Ụ chống tâm sau khi lắp ghép. ................................................................42 Hình 3.20. Ụ chống tâm được lắp vào thân máy. .....................................................43 Hình 3.21. Mô phỏng lắp ghép..................................................................................44 Hình 3.22. Hình ảnh lắp ghép toàn máy. ..................................................................45 Hình 3.23. Động cơ DC Servo được sử dụng. ..........................................................47 Hình 3.24. Bộ driver được sử dụng. ..........................................................................48 Hình 3.25. Teach Panel dùng cho driver. ..................................................................52 Hình 3.26. Sơ đồ cài đặt thông số cho driver. ..........................................................52 Hình 3.27. Mạch Opto quang sử dụng cho driver. ....................................................53 Hình 3.28. Động cơ DC cụm dao phay. ....................................................................54 Hình 3.29. Break Out Board. ....................................................................................54 Hình 3.30. Giao diện Mach3. ....................................................................................56 Hình 3.31. Giao diện phần mềm Mach3 Turn ở chế độ tiện ren. .............................56 Hình 3.32. Giao diện Mach3 Mill cho điêu khắc. .....................................................57 Hình 3.33. Port and Pin. ............................................................................................58 Hình 3.34. Thiết lập vận tốc gia tốc. .........................................................................60 Hình 3.35. Sản phẩm tiện ren. ...................................................................................61 Hình 3.36. Khắc chữ 2D trên viết chì và khắc nổi 3D tren phôi nhựa......................63 Hình 3.37. LITHOPHANE khắc từ hình âm bảng chuyên dùng cho khắc 3D. ........63 Hình 3.38. Sản phẩm đèn LITHOPHANE khắc từ ảnh chụp thực tế. .....................64 SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí xii Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Một số loại truyền động và thông số thích hợp. .......................................25 Bảng 3.2. Hiệu suất của một số loại bộ truyền động. ...............................................26 Bảng 3.3. So sánh các loại động cơ. .........................................................................46 Bảng 3.4. Thông số động cơ. ....................................................................................47 Bảng 3.5. Sơ đồ kết nối kênh CN1............................................................................48 Bảng 3.6. Sơ đồ kết nối chân CN2. ...........................................................................49 Bảng 3.7. Sơ đồ kết nối chân CN3. ...........................................................................49 Bảng 3.8. Sơ đồ kết nối chân CN4. ...........................................................................49 Bảng 3.9. Sơ đồ kết nối chân CN5. ...........................................................................50 Bảng 3.10. Sơ đồ kết nối chân CN6. .........................................................................51 Bảng 3.11. Thông số động cơ CIM PB801. ..............................................................53 Bảng P1. Các kí hiệu quy ước trong mã G-Code. .....................................................68 Bảng P2. Các nhóm lệnh trong mã G-Code ..............................................................69 Bảng P3. Các lệnh M-code........................................................................................69 Bảng P4. Các lệnh G-Code. ......................................................................................70 Bảng P5. Thông số thép V. .......................................................................................71 SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí xiii Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT CNC Computerized Numerical Control DC Direct Current AC Alternating Current 2D Two dimensional 3D Three dimensional RPM Round per minute V Vôn (đơn vị đo hiệu điện thế) A Ampe (đơn vị đo cường độ dòng điện) kW Đơn vị đo công suất động cơ điện BOB Break Out Board SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí xiv Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 TÓM TẮT Đề tài “Cải tiến năng lực gia công của máy tiện TSV2014-14” là một đề tài thực tế nhằm nâng cao khả năng gia công của máy tiện TSV 2014-14. Thông qua việc cải thiện những điểm khiếm khuyết còn lại của máy và tích hợp thêm những khả năng gia công mới khiến máy tiện CNC mini phục vụ tốt hơn cho mục đích ban đầu mà đề tài nghiên cứu khoa học TSV2014-14 đề ra là đưa vào ứng dụng thực tế. Việc thực hiện đề tài bao gồm nâng cấp trục Spindle, thiết kế chế tạo cụm dao khắc và phục hồi lại cụm chi tiết ụ chống tâm có sẵn của máy tiện truyền thống khi chưa cải tiến thành máy tiện CNC mini. Động cơ Servo và bộ driver được sử dụng cho trục Spindle giúp chúng ta có thể điều khiển chính xác được tốc độ, vị trí, chiều quay của trục Spindle, điều này giúp máy tiện TSV2014-14 có thể tiện được ren. Bên cạnh đó kết hợp với cụm cơ cấu dao khắc được lắp ghép vào, trục Spindle hoạt động như một trục A của máy khắc nên máy có thể khắc các hình vẽ 2D, 3D lên phôi trục tròn, tăng giá trị của máy. Mặc khác, để khắc phục những hạn chế về giới hạn chiều dài phôi và khó khăn trong quá trình gá lắp phôi thì ụ chống tâm được phục hồi và đưa vào sử dụng. Đề tài hoàn thành, giá trị sử dụng và tính linh hoạt của máy tiện TSV2014-14 sẽ được nâng cao. SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí 1 Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 ABSTRACT The topic is a practical subject in improving the capability of the TSV2014 CNC lathe. By improving some drawbacks and integrating some new functions, the TSV 2014 CNC lathe can be used in practical application. The improvement includes Spindle assembly upgrade, designing and manufacturing engraving knife cluster, recovering the tailstock of the traditional lathe. Servo motor is applied to the Spindle shaft in order to get accuracy position control and precision speed control which help the TSV 2014 lathe cut thread. Besides that, the engraving knife cluster combines with the Spindle shaft wich act as an A axis in 4 axis engraving CNC help the machine can engrave on cylinder object. Therefore, the capability of the machine will be increased. On the other hand, to overcome the drawback of the embryo length limitation and the difficulty in embryo mounting process, the tailstock is recovered and applied in the machine. When the thesis is completed, the value and the capability will be enhanced SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí 2 Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, CNC phổ biến ngày càng rộng rãi. Với ưu điểm về tốc độ, tính chính xác và cho năng suất cao, CNC nhanh chóng phát triển và ngày càng chiếm ưu thế hơn hẳn so với máy gia công truyền thống, cho đến nay hầu như không ngành công nghiệp chế tạo hiện đại nào không sử dụng CNC Máy tiện CNC mini TSV2014-14 [1] là sản phảm của đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường do sinh viên thực hiện năm 2014 để giải quyết nhu cầu về một máy công cụ kích thước nhỏ phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu của sinh viên, tuy đã đạt được các yêu cầu ban đầu đề ra nhưng nhìn chung vẫn còn một số hạn chế như chưa tiện được ren và không gia công được các phôi dài (do không có ụ chống tâm), bên cạnh đó còn có nhiều khả năng cải tiến nhằm nâng cao khả năng ứng dụng và tính linh hoạt của máy. Cụ thể nâng cấp máy tiện thành máy khắc 3 trục là rất khả quan. Mặt khác, các mặt hàng khắc 3D hoặc khắc chữ, hình lên phôi có hình trụ tròn để làm quà lưu niệm, trang trí đang dần phổ biến và ngày càng được ưa chuộng. 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Máy khắc CNC là một máy công cụ gia công khắc trên phôi hình trụ đã phổ biến từ lâu trên thế giới lẫn trong nước. CNC phát triển từ rất sớm từ những năm 1970, đầu tiên là 2 máy công cụ cơ bản nhất: phay và tiện. Các máy phay và tiện CNC đời đầu điều khiển được 3 trục. Đi theo sự phát triển khoa học kỹ thuật của thế giới thì lĩnh vực CNC cũng nhanh chóng phát triển theo đề đáp ứng các nhu cầu khác nhau, từ đó CNC cũng xuất hiện nhiều nhánh rẽ mới ví dụ như điêu khắc (các máy 3, 4 trục) hoặc cao hơn nữa là các trung tâm gia công CNC (4, 5 trục) [2]. Trong đó, điêu khắc là một nhánh khá phát triển của CNC. Ngoài nước đã có không ít các máy khắc CNC tự chế với kiểu dáng, kích thước khác nhau, nó cũng được đưa vào sản xuất thương mại đại trà bởi một số SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí 3 Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 công ty CNC nổi tiếng như: Mori seiki (http://en.dmgmori.com/cnc-scout), Hitachi seiki (http://www.tatmachinery.com/en/product/brand/hitachi-45.html), Okuma hawa (http://www.yamazenvn.com/vn/products2.php?cid1=3&cid2=2) của Nhật Bản; Chmer (http://www.chmer.com/) của Đài Loan: Goldsun Headmen http://www.goldsun-vn.com/Default.aspx?ctl=Products&pID=525) của Trung Quốc, và hầu hết các loại máy này đã được nhập khẩu vào Việt Nam. Trong nước cũng có không ít cá nhân, công ty dành sự quan tâm cho loại máy này cụ thể như: công ty TNHH Vũ Thành CNC (Q.8. TP.HCM) (http://vuthanh0918525625.blogspot.com/2010/03/may-cnc-4-truc-tao-mau-sap-nutrang.html), đề tài chế tạo CNC 5 trục của T.s Hoàng Vĩnh Sinh (http://tiasang.com.vn/Default.aspx?tabid=111&News=951&CategoryID=32). Tuy nhiên, các máy khắc CNC trên thị trường hiện nay đa số đều có kết cấu 4 trục, giá thành tương đối cao và thường chỉ đảm nhận một chức năng là điêu khắc. Bên cạnh đó, CNC là điển hình của hệ cơ điện tử, máy CNC có năng lực gia công cao vừa là sản phẩm thực tế phục vụ cho sinh viên gia công, vừa là công cụ học tập rất hiệu quả. Do vậy, việc nâng cấp máy tiện CNC mini TSV2014-14 là rất vần thiết. 1.3 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI 1.3.1 Mục tiêu đề tài Đề tài được thực hiện với mục tiêu nâng cấp máy tiện CNC mini TSV201414 thành máy CNC đa năng có khả năng: - Giữ nguyên khả năng gia công ban đầu của máy tiện CNC TSV2014-14 gồm gia công biên dạng đường thẳng, đường cong trên phôi hình trụ tròn. - Tiện các chi tiết có ren theo chuẩn hệ mét có đường kính lớn nhất là 45mm. - Phay, khắc 2D trên phôi hình trụ bán kính từ 5mm đến 45mm, chiều dài nhỏ hơn 120mm. - Điêu khắc 3D trên phôi hình trụ có kích thước tương tự như phay 2D. SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí 4 Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 1.3.2 Phạm vi đề tài Do đây là đề tài luận văn nên quy mô và phạm vi chỉ dừng lại ở việc điều khiển chính xác vị trí và tốc độ của trục Spindle, thiết kế chế tạo cụm động cơ phay, lắp bộ chống tâm, gia công thử nghiệm một số sản phẩm. 1.4 HƯỚNG GIẢI QUYẾT Đề tài tập trung giải quyết 2 vấn đề chính là nâng cấp máy tiện CNC mini TSV2014-14 thành máy khắc 3 trục gia công phôi dạng trụ tròn và cải tiến để khắc phục những hạn chế còn lại của nó như chưa tiện được ren, không có ụ chống tâm. Máy khắc CNC là một phiên bản của máy phay CNC, nhưng có một số khác biệt để thực hiện công việc điêu khắc. Điển hình nhất của sự khác biệt giữa máy phay và máy khắc nằm ở loại dao sử dụng, máy khắc có loại dao sử dụng riêng cho nó. Hiện tại máy tiện CNC TSV2014-14 về tổng quát được điều khiển 3 trục là trục Spindle xoay tròn, trục X và trục Z tịnh tiến theo phương X và phương Z (2 phương vuông góc với nhau). Trong khi đó một máy khắc 4 trục phổ biến trên thị trường điều khiển 4 trục gồm trục A (trục xoay) và 3 trục tịnh tiến là trục Z (trục mang dao khắc), trục X, trục Y di chuyển ụ dao. Ta dễ dàng thấy được, nếu bỏ qua một trục tịnh tiến của của máy khắc 4 trục thì cơ cấu của nó có sự tương đồng với máy tiện hiện có nhưng hiệu suất sản xuất giảm không đáng kể. Cụ thể như sau: - Trục Spindle tương tự với trục A, được điều khiển vị trí theo góc, nhưng trục Spindle của máy tiện hiện có chỉ có 3 cấp tốc độ, chưa điều khiển chính xác được tốc độ và vị trí của động cơ. - Trục X của máy tiện tương tự trục Z của máy khắc, quyết định độ ăn phôi của máy - Trục Z của máy tiện tương tự trục X của máy khắc, di chuyển tịnh tiến theo chiều dài của phôi. SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí 5 Luận văn tốt nghiệp Cải tiến năng lực gia công của máy tiện CNC mini TSV2014-14 Vậy ta thấy được rằng, về phần cơ khí chỉ cần nâng cấp khả năng điều khiển của trục Spindle bằng cách sử dụng động cơ servo và truyền động thích hợp ta sẽ có được phần cứng của máy khắc. Kết hợp với sử dụng phần mềm Mach3 Mill là phần mềm chuyên dùng cho máy khắc và các phần mềm hổ trợ thiết kế và biên dịch khác ta có một máy khắc khả dụng. Thiết kế cải tiến bộ chống tâm từ bộ chống tâm máy tiện truyền thống cũ để tích hợp vào máy làm tăng giới hạn về chiều dài phôi cho phép và hạn chế rung lắc trong quá trình gia công. Bên cạnh đó, động cơ trục Spindle đã được thay thế bằng động cơ servo nên việc điều khiển tốc độ thích hợp cho việc tiện ren là hoàn toàn có thể. Chế độ Wizards trong Mach3 Turn được sử dụng để thiết kế ren và tạo code để gia công. 1.5 CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO Chương 2: Giới thiệu tổng quát về máy tiện TSV2014-14 trước khi cải tiến, khái quát vể máy khắc CNC, động cơ servo và driver điều khiển, một số loại truyền động. Chương 3: Nội dung chính của chương 3 là thiết kế cơ khí và thiết lập phần mềm. Về phần thiết kế cơ khí bao gồm từ việc chọn phương thức truyền động cho máy (cụ thể là chọn truyền động đai trơn làm phương pháp truyền động chủ yếu) đến việc thiết kế các chi tiết mới nhằm phục vụ nhu cầu khả năng gia công mới của máy (khắc trên phôi trụ tròn) như là bệ lắp động cơ Spindle, cụm cơ cấu dao phay với nhiều chi tiết nhỏ khác nhau (để lắp động cơ phay, chi tiết cố định động cơ phay, cặp chi tiết cố định trục dao phay). Hoàn thành phần thiết kế cơ khí là lắp ghép hoàn thành các chi tiết mới cải tiến vào máy. Về phần mềm công việc chủ yếu là tìm hiểu, cài đặt và thiết lặp thông số cho phần mềm Mach3. Song song với việc cải tiến máy thì đề tài cũng tiến hành viết hướng dẩn sử dụng cho máy tiện CNC mini TSV2014-14 sau khi nâng cấp, được trình bày sơ lượt trong phần kết quả của chương 3. Chương 4: Kết luận, các vấn đề còn lại và hướng giải quyết, cải tiến. SVTH: Nguyễn Đình Khương Nguyễn Quang Huy CBHD: TS. Võ Minh Trí 6