intTypePromotion=1

Thiết kế, chế tạo mô hình máy phay CNC 2D

Chia sẻ: Năm Tháng Tĩnh Lặng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

0
57
lượt xem
12
download

Thiết kế, chế tạo mô hình máy phay CNC 2D

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Máy phay CNC là một trong những thiết bị được sử dụng nhiều, dùng để gia công những chi tiết có độ chính xác cao, hình dáng phức tạp. Bài báo giới thiệu những thành công, các kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phay CNC 2D như một cơ sở ban đầu cho các nghiên cứu phức tạp hơn sau này. Mời các bạn cùng tham khảo bài viết sau đây để biết thêm chi tiết.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Thiết kế, chế tạo mô hình máy phay CNC 2D

  1. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC 2D THE DESIGN AND MANUFACTURE OF THE 2D-CNC MILLING-MACHINE MODEL Phạm Đăng Phước Trường Đại học Phạm Văn Đồng TÓM TẮT Nghiên cứu các lĩnh vực công nghệ cao, nâng cao khả năng thiết kế các hệ thống điều khiển tự động, chế tạo các loại máy CNC (Computer Numerical Control) dùng trong sản xuất là yêu cầu cấp thiết đối với ngành cơ khí của nước ta, đặc biệt trong lĩnh vực đào tạo chuyên ngành này. Máy phay CNC là một trong những thiết bị được sử dụng nhiều, dùng để gia công những chi tiết có độ chính xác cao, hình dáng phức tạp. Bài báo giới thiệu những thành công, các kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phay CNC 2D như một cơ sở ban đầu cho các nghiên cứu phức tạp hơn sau này. Máy được thiết kế theo hướng ứng dụng công nghệ CAD/CAM, sử dụng phần mềm KCAM, lập trình tự động để gia công các biên dạng được vẽ trên máy tính. ABSTRACT Any researches into hi-tech areas such as improving the design of auto-control systems and manufacturing CNC tool machines are pressing requirements for Vietnam’s engineering branch, especially in the training of engineering. The CNC milling machine is one of the commonly used machines, which manufacture complicate-shaped details with high accuracy. This article presents the results of a research on the design and manufacture of the 2D-CNC milling machine as a preliminary base for later researches. This machine is designed to apply the CAD/CAM technology with the KCAM software and automatic programs to the processing of the paths drawn on the PC. 1. Mở đầu Máy CNC đã và đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất ở nước ta. Trong ngành cơ khí, đặc biệt là lĩnh vực tự động hoá và cơ khí chính xác, việc nghiên cứu ứng dụng các máy CNC tạo điều kiện tự động hoá, linh hoạt hoá các dây chuyền sản xuất là rất quan trọng. Tuy nhiên ở Việt Nam, việc chế tạo các máy CNC còn rất hạn chế, các viện nghiên cứu, các trường đại học kỹ thuật cần đầu tư nhiều hơn đối với việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị CNC. Đây là lĩnh vực mới và khó, cần có những bước đi thích hợp từ đơn giản đến phức tạp để tiếp cận vấn đề. Theo hướng đó, trong các năm qua nhiều đề tài đã được thực hiện tại trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng như: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy khoan bo mạch điện tử”, “Thiết kế, chế tạo máy khoan CNC”, “Thiết kế, chế tạo máy cắt thép tấm CNC”… Việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình máy phay CNC 2D so với các nghiên cứu 76
  2. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 trước có độ phức tạp lớn hơn về yêu cầu điều khiển và độ chính xác; kết quả nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập của sinh viên chuyên ngành, từng bước nâng cao năng lực thiết kế các loại máy CNC. 2. Nội dung 2.1. Thiết kế cơ khí Máy được thiết kế ở dạng mô hình nhưng đảm bảo các chuyển động chính xác của bàn máy trên cơ sở phối hợp chuyển động theo phương hai trục X, Y. Mục tiêu thiết kế là máy có thể đảm bảo được các chuyển động để gia công các đường thẳng, đường cong trong mặt phẳng nằm ngang, song song với mặt bàn máy; các đường gia công có thể được vẽ trên các phần mềm CAD, dữ liệu truyền trực tiếp đến máy thiết kế để gia công thông qua các lệnh G, M code. Máy được thiết kế với kiểu điều khiển 2D; với điều khiển 2D, hai trục X, Y có thể được điều khiển đồng thời Hình 1. Điều khiển 2D (Trục Z chuyển động độc lập). Mô hình máy thiết kế được mô phỏng trên phần mềm Inventor như hình 2: 1, 2: Các động cơ DC servo dẫn động trục X, Y. 3, 4: Các bộ truyền vít me – đai ốc bi. 5: Động cơ AC dẫn động trục chính. 6: Động cơ DC nâng hạ trục chính. 7: Bàn máy. 5 6 3 7 2 1 4 Hình 2. Mô hình máy phay 77
  3. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 Động cơ dẫn động trục chính: Dùng loại động cơ xoay chiều (AC Motor) vì nó có những đặc điểm sau: Ưu điểm: Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều, dễ tìm, động cơ có công suất lớn nhưng kích thước nhỏ, 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 (do dùng bộ biến tần). Máy sử dụng động cơ dẫn động trục chính là động cơ xoay chiều không đồng bộ một pha với các thông số sau: + Loại động cơ: Kí hiệu: DY-902C + Số vòng quay: nmax =10.000 vòng/phút. + Công suất: N=150W + Nguồn điện: 200/250V + Dòng điện: 0,75A Động cơ dẫn động các trục toạ độ X, Y: Chọn động cơ Servo một chiều để dẫn động các trục tọa độ X, Y. Ưu điểm: Momen xoắn lớn, dễ điều chỉnh vô cấp, làm việc ổn định ở mọi cấp tốc độ (trong phạm vi điều khiển), giá thành rẻ. Nhược điểm: Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển lại phức tạp, phải có mạch phản hồi thì mới có thể nâng cao độ chính xác, dải tốc độ điều khiển hẹp. Các thông số của động cơ: + Số vòng quay: nmax = 3000 vòng/phút. + Công suất: N= 35 W + Điện áp: 24 V + Encoder: 200 xung + Khối lượng: 700 g + Đường kính trục: dtr= 8 mm Chọn loại vít me cho cơ cấu chạy dao của mô hình thiết kế: Cơ cấu vít me-đai ốc bi được dùng cho chuyển động chạy dao theo hai phương X, Y vì có những ưu nhược điểm sau: Ưu điểm: - Ứng suất tiếp xúc nhỏ, ma sát nhỏ; đã có sẵn cơ cấu khử khe hở và tạo sức căng ban đầu nhằm tăng độ cứng vững dọc trục; hiệu suất tương đối cao (từ 90%-95%), có thể chuyển động ổn định ở vận tốc nhỏ; độ chính xác cao. Nhược điểm: Giá thành cao; khó chế tạo. Các thông số của bộ vít me-đai ốc bi: Chiều dài trục vít me: Trục X: lX = 580 mm; Trục Y: Ly = 400 mm 78
  4. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 Bước: t = 4 mm Đường kính vít me: d = 12 mm 2.2. Thiết kế điều khiển và kết nối máy tính Chọn phương án điều khiển: Sử dụng cổng song song (LPT Port hay Parallel Port): Ưu điểm: Cấu trúc cổng song song đơn giản; tín hiệu được truyền song song nên việc nội suy được thực hiện dễ dàng (phù hợp với yêu cầu điều khiển 2D); tương thích TTL nên không cần module chuyển đổi; chi phí thấp. Nhược điểm: Tín hiệu truyền đi không được xa; khó lập trình vì các ngôn ngữ lập trình không hỗ trợ module điều khiển cổng song song. Cổng song song của máy tính có tổng cộng 17 đường dẫn số, tương thích chuẩn TTL, truyền dữ liệu với tốc độ nhanh. Các đường dẫn nhiều hơn so với cổng nối tiếp, cho nên một số phép thử trở nên đơn giản. Mặt khác, so với cổng nối tiếp thì giao tiếp qua cổng song song chi phí thấp hơn, bởi vì cổng nối tiếp cần có sự biến đổi dữ liệu được truyền theo kiểu nối tiếp thành dữ liệu song song. Mạch giao tiếp trung tâm: 1. Mục đích: làm mạch trung gian để giao tiếp giữa cổng song song với các driver điều khiển các trục X, Y, Z. 2. Công dụng: - Mạch trung gian để lọc tín hiệu và điều khiển các cổng trạng thái - điều khiển - dữ liệu chưa đồng nhất sẽ đưa về chuẩn TTL (chuẩn 5 V). Đưa về điện áp chuẩn, tránh cho driver sai lệch các mức tín hiệu (mức 0 và 1). Hình 3. Mạch giao tiếp trung tâm - Lọc nhiễu ở tần số cao. - Các driver hoạt động ổn định hơn, đảm bảo khả năng tải lớn hơn. 3. Phần tử chủ yếu sử dụng trong mạch: - Dùng IC logic (kí hiệu: HC 14) hay còn gọi là cổng đảo để phân biệt tín hiệu ra và tín hiệu vào trong quá trình điều khiển. - Dùng vi điều khiển 8051 (AT89S52) là loại vi điều khiển được sử dụng phổ biến hiện nay, giá thành rẻ, dễ mua. Phần mềm điều khiển và chương trình gia công: Sử dụng Phần mềm KCAM: Phần mềm này chạy trên môi trường Window, là phần mềm trực quan, giúp người lập trình rất nhiều trong quá trình khai báo kết nối máy tính, soạn thảo chương trình (lập trình thủ công) cũng như lập trình tự động. Từ bản vẽ 79
  5. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 trên máy tính (sử dụng CAD: vẽ và thiết kế trên máy tính) phần mềm có một hệ thống biên dịch trợ giúp cho quá trình lập trình để xác định một chương trình gia công thích hợp dưới dạng mô tả cả quá trình, biên dịch các tác vụ di chuyển dụng cụ và các chế độ công nghệ tương ứng. Công việc tiếp theo là mã hoá chương trình gia công trên do bộ hậu xử lý (Post Processor) dựa trên cơ sở G code và M code của hệ thống điều khiển số tương thích trên các loại máy CNC, cho ra chương trình gia công thích hợp. 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Kết quả Đã thiết kế - chế tạo mô hình máy phay CNC 2D đảm bảo gọn về hình dáng, kết cấu đơn giản, cứng vững, hoạt động chính xác. Máy có thể gia công được các đường thẳng và đường cong trong mặt phẳng ngang, dữ liệu được kết xuất từ máy tính (vẽ bằng các phần mềm CAD). Mô hình đã được thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh như hình 4. Lập trình điều khiển để gia công được các chi tiết bằng vật liệu POM, Phíp, mica và các vật liệu mềm khác. Ứng dụng công nghệ CAD/CAM cho việc thiết kế và gia công chi tiết trên máy. Một số sản phẩm được gia công như hình 5. Hình 4. Mô hình máy phay CNC 2D Hình 5. Một số sản phẩm đã được gia công 80
  6. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 Thảo luận: Mặc dù mô hình thiết kế đã chạy tốt và ổn định nhưng trong quá trình chế tạo và tham khảo một số tài liệu nước ngoài việc nghiên cứu cần mở rộng thêm như sau: - Thiết kế ụ dao để có thể tự động thay dao trong quá trình gia công. - Thiết kế module kiểm tra, để kiểm soát quá trình gia công nhằm nâng cao độ chính xác và hiệu năng của máy. - Cần có modul mở rộng để có thể điều khiển bằng tay các chuyển động X, Y, Z không thông qua máy tính. - Cải tiến mô hình cũng như chương trình để trở thành máy phay CNC 3D. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc Cẩn, Thiết kế máy cắt kim loại, Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM. [2] Tạ Duy Liêm, Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ, NXB Khoa học và kỹ thuật. [3] Nguyễn Đắc Lộc – Tăng Huy, Điều khiển số và công nghệ trên máy điều khiển số CNC, NXB Khoa học và Kỹ thuật. [4] Jan Axelson (2000), Parallel Port Complete: Programming, Interfacing & Using the PC’S Parallel Printer Port. [5] www.bkpro.info [6] www.diendandientu.com 81

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản