Tài liệu Thiết kế mô hình máy cnc loại nhỏ

  • Số trang: 78 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 141 |
  • Lượt tải: 0
tranbon

Đã đăng 976 tài liệu

Mô tả:

Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................... 3 CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ MÁY GIA CÔNG TỰ ĐỘNG .............................. 4 1.1. Khái quát về điều khiển số và lịch sử phát triển của máy CNC................ 4 1.2. Cấu tạo của các máy NC, CNC ........................................................................ 6 1.2.1. Phân biệt máy CNC và máy NC .................................................................. 6 1.2.2. Các kết cấu cơ bản về cơ khí. ..................................................................... 6 1.3. Các động cơ sử dụng trên máy CNC ............................................................. 15 1.3.1. Động cơ 1 chiều ........................................................................................ 15 1.3.2. Động cơ xoay chiều ................................................................................... 15 1.3.4. Động cơ bước ............................................................................................. 16 1.3.5. Động cơ servo ............................................................................................. 18 1.4. Cảm biến sử dụng trong máy CNC ............................................................... 18 1.4.1.Khái niệm chung ......................................................................................... 18 1.4.2.Phân loại ..................................................................................................... 19 1.5. Lập trình .......................................................................................................... 19 1.5.1. Lập trình bằng máy................................................................................... 20 1.5.2. Ngôn ngữ lập trình .................................................................................... 20 1.5.3. Ngôn ngữ lập trình tự động...................................................................... 20 1.6. Kết luận chương 1 ........................................................................................ 21 CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ CẢI TIẾN MÁY GIA CÔNG ĐA NĂNG MICRO LATHER ................................................................................................................. 21 2.1. Cơ bản về thiết bị cần cải tiến. ....................................................................... 22 2.2. Phân tích và cải tiến chiếc máy MICRO LATHE thành máy gia công bán tự động. .................................................................................................................... 23 2.2.1. Thiết kế mạch điện phần cứng thay đổi cấp tốc độ cho trục chính bằng vi xử lý ...................................................................................................................... 24 2.2.2. Thiết kế mạch điều khiển vị trí ăn dao vào chi tiết ................................. 27 2.2.3. Phần thiết kế mạch cho vi xử lý ................................................................ 29 Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 1 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm 2.2.4. Modul giao tiếp máy tính để lập trình....................................................... 31 2.2.5. phần hiển thị cho biết trạng thái đang làm việc của hệ thống. ............... 32 2.2.6. Phần mềm lập trình trên máy tính ............................................................ 33 2.3. Kết luận chương 2 ........................................................................................... 34 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY CNC LOẠI NHỎ. ....................... 35 3.1. Tổng quan, phạm vi và chức năng của máy ................................................. 35 Sơ đồ khối ............................................................................................................. 35 3.2. Phân tích và đưa ra giải pháp gia công phần cơ khí cho mô hình. ............ 38 3.2.1. Kết cấu cơ khí trục Z. ................................................................................ 38 3.2.2. Kết cấu cơ khí trục X. ................................................................................ 40 3.2.3. Kết cấu cơ khí trục Y. ................................................................................ 42 3.2.4. Công tắc hành trình ................................................................................... 43 3.2.5. Gá mạch và tản nhiệt cho IC công suất.................................................... 43 3.2.6. Lắp ghép mô hình. ..................................................................................... 44 3.3. Phân tích và thiết kế mạch điện điều khiển. ................................................. 45 3.3.1.Phân tích lựa chọn vi điều khiển sử dụng điều khiển mô hình ............... 45 3.3.2. Thiết kế khối giao tiếp với máy tính thông qua cổng truyền thông đa năng USART. ....................................................................................................... 53 3.3.3. Sơ đồ mạch điện cho bộ nhớ ngoài. ......................................................... 54 3.3.4. Sơ đồ mạch điện phần công suất điều khiển động cơ.............................. 56 3.3.4. Sơ đồ mạch nguồn. .................................................................................... 59 3.4. Thiết kế phần mềm .......................................................................................... 60 3.4.1. Thiết kế phần mềm cho vi điều khiển. ...................................................... 60 3.4.2. Thiết kế giao diện trên máy tính. .............................................................. 70 3.5. Chạy thử mô hình và đánh giá kết quả. ........................................................ 76 3.6. Kết luận chương 3 ........................................................................................... 76 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 78 Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 2 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay máy tính càng ngày càng đi sâu vào các lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biệt là các nghành khoa học và kĩ thuật thì máy tính hầu như không thể thiếu được. Nếu không có sự ra đời của bộ máy tính thì nghành khoa học kĩ thuật cũng như các nghành khác sẽ phát triển như thế nào. Thử lấy một ví dụ, người công nhân muốn thiết kế ra một chi tiết máy sử dụng các công cụ có sẵn của mình. Khi đó, anh ta phải căn cứ vào bản vẽ và tất nhiên phải có khả năng đọc bản vẽ, căn cứ vào bản vẽ để thực hiện gia công chi tiết đó trên máy gia công của mình. Anh ta cần phải biết được gia công phần nào trước, phần nào sau. Độ chính xác của chi tiết thì lại không thể tính toán được bằng các công thức mà nó chỉ phụ thuộc vào chiếc máy anh ta gia công và trình độ bậc thợ của anh ta. Như vậy ta cũng có thể thấy được chi tiết gia đời mất rất nhiều thời gian và công sức, mà kết quả đem lại lại không được cao. Nếu đem gia công 1000 chi tiết thì sẽ thấy được năng suất công việc rất thấp. Do đó sự can thiệp của máy tính vào lĩnh vực này là điều tất yếu, chiếc máy CNC đã được ra đời để giải quyết vấn đề cho người công nhân. Đề tài này tôi chọn nghiên cứu về chiếc máy gia công tự động. Bên cạnh đó tôi cũng sẽ tiến hành cải tiến một chiếc máy gia công đa năng thành một chiếc máy gia công bán tự đông. Cuối cùng tự tay tôi sẽ thiết kế ra một mô hình máy CNC loại nhỏ với các chức năng cơ bản của một máy CNC dựa trên những kiến thức đã được học và nghiên cứu tại trường. Trong quá trình thực hiện đề tài này tôi đã nhận được sự giúp đỡ của rất nhiều thầy cô giáo cũng như bạn bè của tôi. Đặc biệt tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Th.S Nguyễn Văn Tiềm đã giúp tôi rất nhiều trong việc hoàn thành đề tài này. Trong đề tài này, nội dung được chia ra làm 3 chương, bao gồm: Chương 1. Tìm hiểu về máy gia công tự động. Chương 2. Thiết kế cải tiến máy gia công đa năng Micro Lathe Chương 3. Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ. Phần nội dung đề tài tôi sẽ trình bày chi tết các nội dung đã giới thiệu ở trên. Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 3 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ MÁY GIA CÔNG TỰ ĐỘNG 1.1. Khái quát về điều khiển số và lịch sử phát triển của máy CNC Điều khiển số (Numerical Control) ra đời với mục đích điều khiển các quá trình công nghệ gia công cắt gọt trên các máy công cụ. Về thực chất, đây là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy (như các máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu hoặc chi tiết gia công, các kho quản lý phôi và sản phẩm...) trên cơ sở các dữ liệu được cung cấp là ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm các chữ số, số thập phân, các chữ cái và một số ký tự đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống. Trước đây, cũng đã có các quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thủy lực, cam hoặc điều khiển bằng mạch logic... Ngày nay, với việc ứng dụng các thành quả tiến bộ của Khoa học - Công nghệ, nhất là trong lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép các nhà Chế tạo máy nghiên cứu đưa vào máy công cụ các hệ thống điều khiển cho phép thực hiện các quá trình gia công một cách linh hoạt hơn, thích ứng với nền sản xuất hiện đại và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn. Về mặt khoa học: Trong những điều kiện hiện nay, nhờ những tiến bộ kỹ thuật đã cho phép chúng ta giải quyết các bài toán phức tạp hơn với độ chính xác cao hơn mà trước đây hoặc chưa đủ điều kiện hoặc quá phức tạp khiến ta phải bỏ qua một số yếu tố và dẫn đến một kết quả gần đúng. Chính vì vậy đã cho phép các nhà Chế tạo máy thiết kế và chế tạo các máy với các cơ cấu có hiệu suất cao, độ chính xác truyền động cao cũng như những khả năng chuyển động tạo hình phức tạp và chính xác hơn. Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích về quân sự và hang không vũ trụ khi mà yêu cầu các chỉ tiêu về chất lượng của các máy bay, tên lửa, xe tăng...là cao nhất (có độ chính xác và độ tin cậy cao nhất, có độ bền và tính hiệu quả khi sử dụng cao...). Ngày nay, lịch sử phát triển NC đã trải qua các quá trình phát triển không ngừng cùng với sự phát triển trong lĩnh vực vi xử lý từ 4 bit, 8bit... cho đến nay đã đạt đến 32 bit và cho phép thế hệ sau cao hơn thế hệ trước và mạnh hơn về khả năng lưu trữ và xử lý. Từ các máy CNC riêng lẽ (CNC Machines - Tools) cho đến sự phát triển cao hơn là các trung tâm gia công CNC (CNC Engineering - Centre) có các ổ chứa dao lên tới hàng trăm và có thể thực hiện nhiều nguyên công đồng thời hoặc tuần tự trên cùng một vị trí gá đặt. Cùng với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các mạng cục bộ và liên thông phát triển rất nhanh đã tạo điều kiện cho các nhà công nghiệp ứng dụng để kết nối sự hoạt động của nhiều máy CNC dưới sự quản lý của một máy tính trung tâm DNC (Directe Numerical Control) với mục đích khai thác Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 4 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm một cách có hiệu quả nhất như bố trí và sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản xuất và quản lý chất lượng sản phẩm... Hình 1.1: Mô hình điều khiển DNC Hiện nay, lĩnh vực sản xuất tự động trong chế tạo cơ khí đã phát triển và đạt đến trình độ rất cao như các phân xưởng tự động sản xuất linh hoạt và tổ hợp CIM(COMputer Integrated Manufacturing) với việc trang bị thêm các robot cấp phôi liệu và vận chuyển, các hệ thống đo lường và quản lý chất lượng tiên tiến, các kiểu nhà kho hiện đại được đưa vào áp dụng đã mang lại hiệu quả kinh tế rất đáng kể. Hình 1.2: Mô hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 5 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm 1.2. Cấu tạo của các máy NC, CNC 1.2.1. Phân biệt máy CNC và máy NC Máy NC, CNC đều là các máy gia công tự động, sự khác biệt cơ bản giữa hai loại này đó là: - Máy NC có qui mô lớn hơn, nó thường được chia ra làm các dây chuyền, công đoạn sản xuất chi tiết. Toàn bộ quá trình sản xuất chi tiết được chia ra làm các công đoạn khác nhau như gia công thô, gia công tinh, chuyển phôi …Ngoài ra chương trình làm việc và quá trình gia công được quyết định chủ yếu bởi các linh kiện điện tử phần cứng, sự thay đổi chương trình chỉ ở một phần nhỏ các thông số hoạt động của hệ thống, và dĩ nhiên nó không có sự can thiệp của máy tính trong mục đích lập trình cũng như thay đổi chương trình làm việc. - Đối với máy CNC, nó là một sản phẩm của lý thuyết điều khiển số, có nghĩa là toàn bộ quá trình vận hành từ khi đưa phôi vào máy cho đến khi ra sản phầm đều có sự dám sát và điều khiển của hệ thông các cảm biến và các bộ sử lý. Sự khác biệt với máy NC là máy CNC có thể thay đổi chương trình làm việc của mình trên máy tính thông qua một chuẩn giao tiếp nào đó. Vì lý do đó làm cho nó có khả năng linh hoạt trong sản xuất các chi tiết khác nhau, không bị bó cứng khả năng của hệ thống. 1.2.2. Các kết cấu cơ bản về cơ khí. Về cơ bản chúng đều có kết cấu khung giống nhau như hình 1.3 đó là: - Thân máy. - Đế máy. - Bàn trượt. - Đầu trục chính. Ngoài ra máy NC còn có thể khác hệ thống khác như băng tải, các robot chuyên dụng thực hiện một nhiệm vụ hay chức năng của một khâu nào đó… Hình ảnh bên dưới thể hiện một máy CNC, nhìn vào hình vẽ ta có thể hình dung cơ bản được cấu tạo của nó. Ngoài các bộ phận thân máy, đế máy, bàn trượt, đầu trục chính nó còn có thêm các bộ phận khác với các chức năng riêng biệt để phục vụ cho quá trình gia công trở nên dễ dàng và thuận tiện. Như ở hình vẽ bên dưới các bộ phận thực hiện các chức năng. - Ổ chứa dao: Chứa các dao sẽ sử dụng trong quá trình gia công, tùy thuộc vào đặc thù của chi tiết cũng như đặc thù của phôi để dao nào được chọn mang đi gia công, dao ở đây có thể là mũi khoan, dao phay, mũi dao tiện…các dao được đánh số theo mã số, khi có nhu cầu cần thay mũi dao hiện tại bằng một mũi dao nào đó thì người lập trình phải cung cấp mã của dao vào trong một câu lệnh được qui định sẵn. Cụ thể ngôn ngữ lập trình cho máy sẽ được giới thiệu chi tiết ở phần sau, khi đó, chúng ta có thể biết được cần phải làm gì để cho máy hoạt động. Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 6 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm - Cơ cấu thay dao tự động: Cơ cấu này có nhiệm vụ nhận lệnh thay dao từ chương trình và thực hiện chuyển dao đang gia công vào ổ chứa dao và chuyển dao cần thay vào cán dao. Khi thay dao, hệ thống phải dừng lại. - Các động cơ giúp tạo chuyển động cho quá trình gia công, có thể là động cơ trục chính, động cơ tiến dao, động cơ thay dao hay động cơ trượt bàn…. - Bảng điều khiển và màn hình: Cho phép ta nhìn thấy trạng thái làm việc của thiết bị cũng như can thiệp vào quá trình làm việc của máy Hình 1.3: Cấu tạo máy CNC a. Phần thân và đế máy Thường được chế tạo bằng các chi tiết gang vì gang có độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép và đều được kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo không có khuyết tật đúc Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất nhiều hệ thống khác Yêu cầu: - Phải có độ cứng vững cao. Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 7 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm - Phải có các thiết bị chống rung động - Phải có độ ổn định về nhiệt Mục đích: - Đảm bảo độ chính xác cao khi gia công - Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy b. Bàn máy và bàn xoay Bàn máy là nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá. Nhờ có sự chuyển động linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC được tăng lên rất cao, có khả năng gia công được những chi tiết có biên dạng phức tạp. Đa số trên các máy CNC hay trung tâm gia công hiện đại thì bàn máy đều là dạng bàn máy xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ 4, thứ 5 của máy. Nó làm tăng tính vạn năng cho máy CNC. Yêu cầu của bàn máy: Phải có độ ổn định, cứng vững , được điều khiển chuyển động một cách chính xác. Hình vẽ bên dưới là hình ảnh thực tế của bàn xoay. Hình 1.4: Bàn xoay Phân loại: Bàn xoay trên máy phay CNC và các trung tâm gia công có thể được phân ra làm các loại như sau:  Loại tiêu chuẩn: Là loại bàn xoay này dùng để gá đặt chi tiết sao cho tâm của chi tiết trùng với tâm trục chính. Có thể gia công được nhiều dạng bề mặt khác nhau như gia công mặt phẳng, gia công rãnh thẳng hoặc rãnh xoắn và gia công các mặt định hình với dao định hình, đôi khi dùng để cắt bánh răng với dao phay môđun. Loại bàn xoay tiêu chuẩn có thể phân ra làm hai loại :Loại có trục chính nằm ngang.và loại có trục chính thẳng đứng. Hình 1.5 bên dưới là hình ảnh về loại bàn xoay có trục chính nằm ngang. Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 8 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm Hình 1.5: Bàn xoay có trục chính nằm ngang  Loại bàn xoay có động cơ lắp phía sau - Loại bàn xoay này có khả năng hạn chế sự rung động khi máy đang làm việc. - Loại động cơ này có thể che chắn nước và phoi vụn, không cho chúng rơi vào động cơ. Hình 1.6 là hình ảnh thực tế của một loại bàn xoay có động cơ lắp phía sau: Hình 1.6: Bàn xoay có động cơ lắp phía sau  Loại bàn xoay có lỗ trục chính lớn Loại bàn xoay này có trục chính có lỗ lớn, dùng để gia công các phôi dài hoặc các ống. Kích thước lỗ trục chính của chúng có khả năng được mở rộng để mở rộng phạm vi làm việc cho máy. Loại này thích hợp cho việc sản xuất hàng khối. Tương tự như loại bàn xoay tiêu chuẩn, loại bàn xoay này cũng được chia làm hai loại trục chính nằm ngang và loại trục chính thẳng đứng. Nhìn vào hình 1.7 ta cũng có thể thấy bàn xoay này có lỗ rất lớn ở tâm. Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 9 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm Hình 1.7: Loại bàn xoay có lỗ trục chính lớn  Loại bàn xoay có nhiều trục chính Loại bàn xoay nhiều trục chính cho phép gá đặt cùng lúc nhiều chi tiết. Loại bàn xoay nhiều trục chính có năng suất gấp nhiều lần so với loại bàn xoay tiêu chuẩn, thích hợp cho sản xuất hàng loạt và hàng khối. Hình 1.8 minh họa cho loại bàn xoay có nhiều trục chính. Hình 1.8: Loại bàn xoay nhiều trục chính  Loại bàn xoay nghiêng Loại bàn xoay này có hai trục. Bàn xoay có thể nghiêng đi nhờ xoay quanh được một trục nào đó. Do đó loại này có khả năng công nghệ cao, có thể sử dụng làm đồ gá để gia công các mặt phẳng, các rãnh các gờ lồi và đặt biệt là gia công các bề mặt nghiêng ở nhiều góc độ khác nhau. Loại bàn xoay này được phân ra hai loại như sau: - Loại điều khiển nghiêng tự động: cả hai trục của bàn xoay được điều khiển hoàn toàn tự động từ hệ thống CNC. - Loại điều khiển nghiêng bằng tay: chuyển động làm nghiêng trục được thực hiện bằng tay. Dưới đây là hình ảnh minh họa cho loại bàn xoay có trục chính nằm nghiêng. Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 10 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm Hình 1.9: Loại bàn xoay nghiêng  Loại cỡ lớn Ngoài các loại nêu trên, các nhà sản xuất bàn xoay còn chế tạo loại bàn xoay có kích thước bàn từ 1m đến 3m hoặc lớn hơn. Loại bàn xoay này có trục chính thẳng đứng hoặc nằm ngang với độ chính xác cao. Chúng được dùng để gia công các chi tiết lớn, nặng (có thể lên đến 10.000kg) và cho các ứng dụng về đo lường. c. Cụm trục chính Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi trong quá trình gia công.  Nguồn động lực điều khiển trục chính Trục chính được điều khiển bởi các động cơ. Thường sử dụng động cơ Servo theo chế độ vòng lặp kín, bằng công nghệ số để tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao dưới chế độ tải nặng. Hệ thống điều khiển chính xác góc giữa phần quay và phần tĩnh của động cơ trục chính để tăng momen xoắn và gia tốc nhanh. Hệ thống điều khiển này cho phép người sử dụng có thể tăng tốc độ của trục chính lên rất nhanh.  Các dạng điều khiển trục chính Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 11 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ Điều khiển Đai - Truyền động từ động cơ tới trục chính thông qua dây đai. - Sự kết hợp tốt giữa momen và tốc độ tạo ra nhiều sự lựa chọn cho chế độ làm việc của máy. GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm Điều khiển trực tiếp - Ưu điểm chính là nó có thể cải thiện được tốc độ trục chính lên đến 12000v/p - Tạo ra quá trình làm việc êm Điều khiển Bánh răng - Nó có khả năng duy trì tốc độ 10000v/p chế độ tải nặng Hình 1.10: các kiểu truyền động trục chính d. Hệ thống thanh trượt Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của bàn theo X,Y và chuyển động lên xuống theo trục Z của trục chính. Yêu cầu của hệ thống thanh trượt trượt phải thẳng, có khả năng tải cao độ cứng vững tốt, không có hiện tượng dính, trơn khi trượt Hình 1.11: Hệ thống thanh trượt Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 12 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm e. Ổ tích dụng cụ Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho quá trình gia công. Nhờ có ổ tích dao mà máy CNC có thể thực hiện được nhiều nguyên công cắt gọt khác nhau liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác nhau. Do đó quá trình gia công nhanh hơn và mang tính tự động hóa cao. Có 3 dạng chính là: Hình 1.12: Các kiểu ổ tích dao Ưu điểm so với thao tác bằng tay  Rút ngắn được thời gian đổi dụng cụ  Tránh được lỗi  Tránh được rủi ro tai nạn  Có khả năng tự động hóa ở cấp độ cao Nhược điểm  Nhu cầu đầu tư bổ sung  Tăng chi phí cho lắp đặt Cơ cấu thay dao tự động Cùng với ổ tích dao cơ cấu thay dao tự động giúp cho việc thay dao được chính xác và nhanh gọn, nâng cao tính tự động hóa .Trong quá trình gia công khi cần chuyển sang nguyên công cắt gọt khác cần phải thay dao thì ta không phải dừng máy để thay dao bằng tay mà hệ thống sẽ tự động thay dao theo chương trình ta đã lập trình sẵn. Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 13 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm Hình 1.13: Cơ cấu thay dao f. các xích động học của máy CNC Các đặc điểm của hệ thống máy công cụ điều khiển số: Tất cả các đường chuyền động đến từng cơ cấu chấp hành của máy công cụ điều khiển số đều dùng những nguồn động lực riêng biệt, bởi vậy các xích động học chỉ còn 2 loại cơ bản sau: - Xích động học tốc độ cắt gọt ( hình b ) - Xích động học của chuyền động chạy dao ( hình a ) Thông thường các xích cắt gọt bắt đầu từ một động cơ có tốc độ thay đổi vô cấp, dẫn đông trục chính thông qua một hộp tốc độ có từ 2 đến 3 cấp độ, nhằm khuyếch đại các mômen cắt đạt trị số cần thiết trên cơ sở tốc độ ban đầu của động cơ. Xích động học chạy dao bao gồm các phần tử, các cụm kết cấu đảm bảo các chuyển động của bàn xe dao trên máy công cụ điều khiển số. Xích chạy dao phải thỏa mãn một số chức năng sau: - Truyền động cho các bộ phận dịch chuyển với tốc độ đều, chạy êm và ổn định. - Thực hiện được các thay đổi vận tốc theo chương trình, xác định được cả về trị số và chiều, không có sự tháo lỏng chi tiết hoặc thay đổi vị trí tương đối giữa dao và chi tiết gia công. - Cung cấp các lực cần thiết để thắng các thành phần lực cắt theo chiều chuyển động. - Trong trường hợp cần thiết, các bộ phận nào đó cần phải đảm bảo nhiều chức năng đo lường các dịch chuyển của bàn xe dao. Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 14 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm Hình 1.14: Hai loại xích động học Để thỏa mãn 2 yêu cầu đầu tiên, xích chạy dao cần có tần số dao động riêng lớn nhất theo điều kiện có thể tính ngay từ đầu nguồn động lực của xích. Giả định rằng khối lượng của bàn máy và chi tiết gia công là một dữ kiện, ta cố gắng dùng những cơ cấu có quán tính nhỏ nhất có thể, đồng thời có độ cứng vững cao nhất. Như vậy, ta nhận thấy lí thuyết tính toán thiết kế động học các xích truyền động trong máy công cụ vạn năng thông thường không còn ý nghĩa nhiều đối với máy công cụ điều khiển số. Những nguyên tắc như truyền dẫn vô cấp, truyền dẫn độc lập và nguyên tắc môđun hóa các kết cấu là những nguyên tắc cơ bản cho tính toán thiết kế máy công cụ điều khiển số. 1.3. Các động cơ sử dụng trên máy CNC 1.3.1. Động cơ 1 chiều Ưu điểm:  Momen khởi động lớn,dễ điều khiển tốc độ và chiều, giá thành rẻ Nhược điểm:  Dải tốc độ điều khiển hẹp.  Phải có mạch nguồn riêng. 1.3.2. Động cơ xoay chiều Ưu điểm:  Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều. Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 15 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm  Đa dạng vâ rất phong phú về chủng loại, giá thành rẻ Nhược điểm:  Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển và phần chấp hành để đảm bảo an toàn, momen khởi động nhỏ.  Mạch điều khiển tốc độ phức tạp,(biến tần). 1.3.4. Động cơ bước Ưu điểm: Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, khônng cần mạch phản hồi Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC. Nhược điểm: Giá thành cao, momen xoắn nhỏ, momen máy nhỏ Hình 1.15: Hình ảnh thực tế của động cơ bước Động cơ bước được chia ra làm nhiều loại, bao gồm: a. Động cơ nam châm vĩnh cửu : Hay còn gọi là động cơ bước kiểu tác dụng và thường được chế tạo có cực móng. Động cơ này có góc bước thay đổi từ 6 0 450 trong chế độ điều khiển bước đủ, mômen hãm từ 0,5  25 Ncm, tần số khởi động lớn nhất là 0,5 và tần số làm việc lớn nhất ở chế độ không tải là 5 Khz. Hình 1.16: Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu Ở hình 1.16 thì số 1 và 2) Hai nửa Stator có dạng cực móng được từ hóa với cực N và S xen kẻ nhau; 3) Hai cuộn stato (một cuộn điều khiển đơn cực và một Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 16 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm cuộn điều khiển lưỡng cực) được đặt ở bên trong hai nửa stator; 4)Rotor nam châm vĩnh cửu có các cực từ xen kẻ. b. Động cơ bước có từ trở thay đổi : Hay còn gọi là động cơ phản kháng. Kiểu động cơ này có góc nằm trong giới hạn từ 1,80  300 trong chế độ điều khiển bước đủ, mômen hãm từ 1 50 Ncm, tần số khởi động lớn nhất là 1 Khz, và tần số làm việc lớn nhất trong điều kiện không tải là 20 Khz. Stato được chế tạo thành dạng răng với bước cực s. Cuộn dây pha (2) được quấn trên 2 hoặc 4 răng đối xứng nhau, roto của động cơ cũng được chế tạo thành dạng răng có bước cực r ửu Hình 1.17: Cấu tạo động cơ bước có từ trở thay đổi 1) Stato ñöôïc cheá taïo thaønh daïng raêng; 2) Cuoän daây pha; 3) Roto coù töø tröõ thay ñoåi ñöôïc cheá taïo thaønh daïng raêng. c. Động cơ bước hổn hợp : Hình 1.18 : Cấu tạo động cơ bước hỗn hợp Hay còn gọi là động cơ bước cảm ứng, có góc bước thay đổi trong khoảng 0,36 - 150 trong chế độ bước đủ, mômen hãm từ 3 - 1000 Ncm, tần số khởi động lớn nhất là 40 khz. Trong các loại động cơ bước kể trên thì động cơ bước hổn hợp được sử dụng nhiều hơn cả. Vì loại động cơ này kết hợp các ưu điểm của hai loại Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 17 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm động cơ trên đó là: Động cơ nam châm vĩnh Cửu với dạng cực móng, và động cơ có từ trở thay đổi. Cấu tạo của động cơ bước thay đổi hổn hợp là sự kết hợp giữa động cơ bước nam châm vĩnh cữu và động cơ bước có từ trở thay đổi. Phần Stato được cấu tạo hoàn toàn giống Stator của động cơ bước có từ trở thay đổi. Trên các cực của Stato được đặt các cuộn dây pha, mỗi cuộn dây pha được quấn thành 4 cuộn dây (h.2-3) hoặc được quấn thành 2 cuộn dây (h.2-4) đặt xen kẻ nhau để hình thành lên các cực N và S đồng thời đối diện với mỗi cực của bối dây là răng của Roto và cũng được đặt xen kẽ giữa hai vành răng số 3 của Roto. 1.3.5. Động cơ servo Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bất kì lí do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác. Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy khác nhau từ máy tiện điều khiển bằng máy tính đến các mô hình máy bay, xe hơi. Ứng dụng mới nhất là sử dụng trong robot. Những ứng dụng này là tiền đề cho việc đưa vào quá trình sản xuất những thành tựu như điều khiển máy CNC, trung tâm gia công.. Đối với chuyển động chất lượng cao ta buộc phải sử dụng động cơ servo xoay chiều ba pha, loại là động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc hay đồng bộ kích thích vĩnh cửu. Loại động cơ này có một số đặc điểm chung như sau: - Có momen quán tính nhỏ - Đặc điểm động học tốt - Thường được tích hợp sẵn cảm biến đo tốc độ hay góc quay - Có dải tần số công tác rộng 0 ÷400 Hz Không giống động cơ DC ta chỉ cần lắp pin vào là chạy, động cơ servo đòi hỏi một mạch điện tử chính xác để quay trục ra của nó. Có thể một mạch điện tử sẽ làm việc sử dụng servo phức tạp hơn ở một mức độ nào đó nhưng thực ra mạch điện tử này rất đơn giản. Nếu ta muốn điều khiển servo bằng máy tính hay bằng bộ vi xử lý thì chỉ cần một vài dòng lệnh là đủ. Một động cơ DC điển hình cần các transistor công suất, MOSFET hay relay nếu muốn kết nối với máy tính. Còn servo có thể gắn trực tiếp với máy tính hay bộ vi xử lý mà không cần một linh kiện điện tử nào cả. Tất cả yếu tố cần thiết để điều khiển công suất đều được quản lý bởi mạch điều khiển để tránh rắc rối. Đây là lợi ích chủ yếu khi sử dụng servo cho các robot điều khiển bằng máy tính. 1.4. Cảm biến sử dụng trong máy CNC 1.4.1. Khái niệm chung Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 18 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm Encoder là đo lường dịch chuyển thẳng hoặc góc đồng thời chuyển đổi vị trí góc hoặc vị trí thẳng thành tín hiệu nhị phân và nhờ tín hiệu này có thể xác định được vị trí trục hoặc bàn máy. Tín hiệu ra của Encoder cho dưới dạng tín hiệu số. Encoder được sử dụng làm phần tử chuyển đổi tín hiệu phản hồi trong các máy CNC và robot. Trong máy công cụ điều khiển số, chuyển động của bàn máy được dẫn động từ một động cơ qua vit me đai ốc bi tới bàn máy. Vị trí của bàn máy có thể xác định được nhờ encoder lắp trong cụm truyền dẫn. Ngoài ra, nếu ta tính kèm theo thời gian ta cũng có thể biết được vận tốc chuyển động của chi tiết hoặc dao ở trong những trường hợp cần thiết. 1.4.2. Phân loại Tùy thuộc vào chuyển động của Encoder mà người ta chia nó thành hai kiểu có nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống nhau: - Encoder thẳng: chiều dài của encoder thẳng phải bằng tổng chuyển động thẳng tương ứng có nghĩa là chiều dài cần đo phải bằng chiều dài thước. - Encoder quay: là một đĩa nhỏ và kích thước encoder không phụ thuộc vào khoảng cách đo. Nó có thể đo được cả thong số dịch chuyển và tốc độ. Rõ ràng nếu ta sử dụng encoder dạng đĩa quay thì không cần quan tâm nhiều nhưng nếu ta sử dụng encoder thẳng thì buộc lòng chiều dài của encoder phải dài ít nhất bằng chiều dài của dịch chuyển cần đo. Trong máy CNC điều khiển số, chuyển động của bàn máy được dẫn động từ động cơ qua trục vít me_đai ốc_bi tới bàn máy. Vị trí bàn máy có thể được xác định được nhờ encoder lắp trong cụm truyền dẫn. Hình Hình 1.19: Đĩa quay encoder dạng tròn 1.5. Lập trình Tương tự như lập trình bằng tay, nhưng các tính toán trong quá trình lập trình được giảm xuống một cách đáng kể và thực hiện nhanh hơn nhờ trong các máy tính Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 19 Thiết kế mô hình máy CNC loại nhỏ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Tiềm đã được trang bị các bộ xử lý, bộ nội suy và chứa các dữ liệu cần thiết mà người ta có thể sử dụng bất kỳ khi nào muốn. 1.5.1. Lập trình bằng máy Từ cơ sở CAD: Vẽ và thiết kế trên máy tính, người ta đã đưa vào một hệ thống biên dịch trợ giúp cho quá trình lập trình, sau khi đã thiết kế xong chi tiết, người ta có thể lựa chọn quy trình công nghệ gia công và cách thức gia công (Như cắt thô, cắt bán tinh hay cắt tinh và rất tinh, các kiểu tiến hành ăn dao...) và từ kiểu được lựa chọn đó máy tính sẽ thông qua bộ vi xử lý (Processor) sẽ xác định một chương trình gia công thích hợp dưới dạng mô tả các quá trình dịch chuyển dụng cụ và các chế độ công nghệ tương ứng. Công việc tiếp theo là mã hóa chương trình gia công trên do bộ hậu xử lý (Postprocessor) theo code của hệ thống điều khiển số tương thích được lắp trên máy để cho ra chương trình gia công thích hợp với ngôn ngữ máy. Kỹ thuật đó gọi là CAM. Hiện nay, các phần mềm CAD/CAM càng ngày càng mạnh hơn và có nhiều chức năng hơn cũng như giá thành ngày càng rẽ hơn và đã cho phép người sử dụng rất thuận lợi trong quá trình lập chương trình gia công. Đặc biệt là với các máy 3D, 4D, 5D. 1.5.2. Ngôn ngữ lập trình Về ngôn ngữ lập trình cho các máy NC, người ta phân chia thành 2 loại: ngôn ngữ lập trình bằng tay và ngôn ngữ lập trình tự động. Đối với ngôn ngữ lập trình bằng tay, về cơ bản thì hiện nay đã được tiêu chuẩn hóa bởi ISO. Tuy nhiên cũng còn một số quốc gia, một số hãng chế tạo máy vẫn có một số mã code riêng khác với tiêu chuẩn mà nó chỉ có thể dùng thích hợp trên các thiết bị đó. Đây cũng là một trong những vấn đề gây khó khăn và trở ngại cho các cán bộ lập trình vì thói quen khi sử dụng ngôn ngữ đã có trước đó, đặc biệt là khi mà nhà máy hoặc xí nghiệp của họ có rất nhiều loại máy được sản xuất từ nhiều hãng khác nhau (có thể từ nhiều nguồn cung cấp và tài trợ...) Vì thế, đây cũng là vấn đề mà các nhá đầu tư cần phải tính đến khi mua sắm máy CNC. 1.5.3. Ngôn ngữ lập trình tự động Với ngôn ngữ lập trình bằng máy tính hay còn gọi là lập trình tự động , thì về cơ bản đều dựa theo tiêu chuẩn thống nhất - Đó gọi là ngôn ngữ lập trình tự động APT (Automatically Programmed Tools : công cụ lập trình tự động). Ngôn ngữ này được phát triển từ Viện nghiên cứu công nghệ Illinoi của Mỹ (Illinois Institute of Technology Research Institution -IITRI). Hiện nay nó được sử dụng và phổ biến nhất. Với APT, cho phép lập chương trình với các máy 5D với gồm trên 3.000 từ. APT bao gồm các nhóm cơ bản sau:  Mô tả kích thước và hình dáng hình học của chi tiết gia công.  Mô tả trình tự và quỹ đạo chuyển động của dụng cụ cắt. Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Thọ - Tự động hóa K45 Trang: 20
- Xem thêm -