Thiết kế và chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục

 hoặc nhăa mica, chúng tôi đã lăa 
chọn động cĄ cò một số thông số nhþ sau: 
Số vòng quay trýc chính cûa động cĄ là: 
nmax = 9.000 vòng/phút; 
Tốc độ chäy không tâi: 
V0max = 2.500 vòng/phút; 
Tốc độ cít lĆn nhçt: 
Vmax = 1.000 vòng /phút; 
Đþąng kính dao phay ngón lĆn nhçt: 
D = 10 (mm) = B (bề rộng cít); 
Số lþĈi dao cít: Z = 4; 
Chiều sâu cít lĆn nhçt: t = 5 mm; 
Hệ số an toàn: 2,5. 
Lăc cít đþĉc xác đðnh theo công thĀc 
(Nguyễn Đíc Lộc và cs., 2000): 
)N(k.
n.D
Z.B.S.t.C.10
P MPwq
uy
Z
x
P
Z  
Trong đò: Z là số rëng dao phay; 
N là số vòng quay cûa dao (vòng/phút) 
027,0
9000.4
1000
n.Z
maxV
Sz 
- lþĉng chäy dao 
rëng 
Cp = 68,2; x = 0,86; y = 0,72; u = 1; q = 0,86; 
w = 0 
kMP là hệ số điều chînh cho chçt lþĉng cûa 
vêt liệu gia công. Đối vĆi nhôm kMP = 1 
Thay vào, có: 
)N(8,1541.
9000.10
4.10.027,0.5.2,68.10
P
087,0
72,086,0
Z  
Vên tốc cít xác đðnh theo công thĀc sau 
(Nguyễn Đíc Lộc và cs., 2000): 
)phút/m(k
Z.B.S.t.T
D.C
V vpuy
Z
xm
q
v 
Trong đò: Cv = 145; m = 0,37; x = 0,24; 
y = 0,26; u = 0,1; q = 0,44; p = 0,13: Hệ số và các 
số mü: 
T - chu kĊ bền cûa dao (phút); 
kv - hệ số điều chînh chung cho tốc độ cít; 
kv = kMV.knv.kuv= 1.0,9.1= 0,9. 
Ta có: 
9,0.
4.10.027,0.5.80
10.145
V
13,01,026,024,037,0
44,0
 
)phút/m(9,81 
Công suçt cít: 
21,0
60.1020
9,81.8,154
60.1020
V.P
N
Z
tc  (kW) 
Công suçt dộng cĄ trýc chính: 
N = 2,5. Ntc = 2,5.0,21 = 0,525 (kW) 
= > Chọn động cĄ trýc chính có công suçt 
0,6 (kW) = 600 (W) 
Hình 3. Hình dáng và kích thước trục vít me - đai ốc bi theo trục Y 
Nguyễn Thị Thu Trang, Phạm Thanh Cường, Tống Ngọc Tuấn, Ngô Đăng Huỳnh, Nguyễn Hữu Hưởng 
1009 
Hình 4. Kết cấu và kích thước gối đỡ trục vít me - đai ốc bi 
3.2.3. Lựa chọn trục vít me 
Lăa chọn thông số kích thþĆc cûa trýc vít 
me - đai ốc bi trên cĄ sć nghiên cĀu, tìm hiểu 
một số máy phay CNC 3 trýc đang đþĉc sā dýng 
phổ biến và phù hĉp vĆi mô hình thiết kế xác 
đðnh đþĉc: 
Đþąng kính trýc vít me - đai ốc: d = 20 (mm); 
BþĆc vít me: l = 10 (mm); 
Chiều dài trýc vít me trýc X: Lx = 400 (mm); 
Chiều dài trýc vít me trýc Y: Ly = 500 (mm); 
Chiều dài trýc vít me trýc Z: Lz = 300 (mm). 
Hình dáng và kích thþĆc cûa vít me-đai ốc 
bi theo trýc Y đþĉc thể hiện ć hình 3, theo trýc 
X và trýc Z thì vít me có hình dáng tþĄng tă vĆi 
kích thþĆc nhþ đã lăa chọn phía trên. Trên cĄ sć 
đò, lăa chọn đþĉc gối đĈ cho các trýc vít me-đai 
ốc bi nhþ trong hình 4. 
3.2.4. Lựa chọn bộ phận dẫn hướng 
 Để tên dýng tối đa phæn làm việc cûa các 
trýc vít me, nên trýc dén hþĆng có chiều dài 
đâm bâo yêu cæu: ldh ≥ L 
Trýc X có bề rộng cûa phæn gá cým trýc 
chính và bàn máy tþĄng đối nhó nên chî cæn một 
trýc vít me bi để dén động chính và một trýc dén 
hþĆng vĆi 2 ty trþĉt tròn líp sát nhau. Chiều dài 
trýc dén hþĆng trýc X chọn: ldhx = 400 (mm). 
Trýc Y đĈ cĄ cçu hành trình cûa trýc X nên 
cæn có 2 thanh dén hþĆng hai bên vĆi 2 ty trþĉt 
tròn trên 2 thanh và trýc vit me bi để dén động 
chính. Chiều dài trýc dén hþĆng trýc Y chọn: 
ldhy = 500 (mm). 
Trýc Z đĈ câ phæn động cĄ trýc chính nên 
sā dýng 2 thanh dén hþĆng hao bên để dén 
động trýc chính. Chiều dài trýc dén hþĆng trýc 
Z chọn: ldhz = 300 (mm). 
3.3. Thiết kế và chế tạo một số bộ phận 
chính của mô hình máy 
3.3.1. Cụm đế máy 
Đế máy thþąng đþĉc chế täo bìng gang, có 
thể đúc liền khối hoặc khung hàn, trên có khoan 
hệ thống lỗ để líp ráp vĆi các chi tiết khác cûa 
máy. Dăa vào phþĄng án lăa chọn nguyên lý, 
kết cçu đã nêu ć phæn 3.1 đã thiết kế và chế täo 
đþĉc bộ phên đế máy nhþ hình 6 (Træn Vën 
Đðch, 2003). 
Đế máy phâi cò độ cĀng vĂng cao, có khâ 
nëng giâm rung động khi máy làm việc và cò độ 
ổn đðnh về nhiệt. 
3.3.2. Chi tiết bàn máy 
Bàn máy có däng chĂ nhêt làm bìng vêt 
liệu gang, bên dþĆi cò rãnh để ghép vĆi mộng 
trþĉt cûa bàn dao và hệ thống vít đai ốc để täo 
chuyển động chäy dao. Bàn máy phâi thîng, 
phîng, cò độ cĀng cao và ít bð mài mòn khi làm 
việc, các rãnh chĂ T để gá đặt chi tiết hoặc đồ 
gá. Bàn máy có thể di chuyển theo phþĄng trýc 
X và trýc Y và đþĉc điều khiển chuyển động một 
cách chính xác. 
Thiết kế và chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục 
1010 
Hình 5. Hình ânh trục dẫn hướng và ty trượt 
Hình 6. Hình ânh kết cấu và kích thước của đế máy 
Trên cĄ sć đò kết hĉp vĆi việc tham khâo 
một số méu máy đang đþĉc sā dýng trên thð 
trþąng, bàn máy đã đþĉc thiết kế và chế täo phù 
hĉp và cò hình dáng, kích thþĆc nhþ hình 7. 
3.3.3. Cụm khung thân máy 
Thån máy đĈ bàn máy và các cým truyền 
động, yêu cæu phâi cò độ cĀng vĂng tốt, phâi có 
độ thîng đät yêu cæu và dễ dàng líp ráp các chi 
tiết, cým chi tiết, có các thiết bð chống rung 
động và ổn đðnh về nhiệt täo să cân bìng cho 
máy, đâm bâo độ chính xác khi gia công (Tä Duy 
Liêm, 2005). Thån máy đþĉc chế täo bìng vêt 
liệu gang, do cò độ bền cao và đâm bâo đþĉc các 
yêu cæu kỹ thuêt. Trên hình 8 là hình dáng và 
kích thþĆc cûa cým thân máy. 
3.3.4. Tổng thể hệ thống mô hình máy phay 
CNC 3 trục 
Trên cĄ sć tính toán, thiết kế và chế täo các 
phæn cûa hệ thống mô hình máy phay CNC 3 
trýc, xây dăng đþĉc bân vẽ tổng thể cûa máy 
(Hình 9) để tiến hành kiểm tra và chînh sāa să 
tþĄng thích và xác đðnh đþĉc kích thþĆc cûa 
máy đâm bâo phù hĉp cho việc líp đặt. 
 Sau khi chế täo các chi tiết máy và cën cĀ 
vào mô hình thiết kế tổng thể sẽ xác đðnh vð trí 
cý thể cûa tÿng bộ phên, tÿng cĄ cçu, tÿng chi 
Nguyễn Thị Thu Trang, Phạm Thanh Cường, Tống Ngọc Tuấn, Ngô Đăng Huỳnh, Nguyễn Hữu Hưởng 
1011 
tiết để tiến hành líp ráp đþĉc hệ thống máy nhþ 
hình 10 và kết nối vĆi hệ thống điều khiển bìng 
máy tính (Hình 11). 
3.4. Ứng dụng phần mềm Mach 3 để gia 
công một số chi tiết trên mô hình máy 
phay CNC 3 trục 
3.4.1. Thiết lập các thông số gia công trên 
phần mềm Mach 3 
Tính năng cơ bản và chức năng cung cấp 
bởi Mach3: 
- Chuyển đổi một PC tiêu chuèn thành 
một máy CNC đæy đû tính nëng, 6 trýc điều 
khiển CNC 
- Cho phép trăc tiếp nhêp DXF, BMP, JPG 
và các file HPGL qua LazyCam 
- Visual Gcode hiển thð 
- Täo ra Gcode qua LazyCam hoặc Wizards 
- Hoàn toàn tùy chînh giao diện 
- Tùy biến M-code và Macros bìng cách sā 
dýng VBScript. 
Giao diện chính cûa phæn mềm (Hình 12). 
Hình 7. Hình ânh kết cấu và kích thước của bàn máy 
Hình 8. Hình ânh kết cấu và kích thước của cụm khung thân máy 
Thiết kế và chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục 
1012 
Hình 9. Hình ânh mô hình hoàn chînh của máy phay CNC 3 trục 
Hình 10. Hình ânh hệ thống mô hình máy phay CNC 3 trục 
Nguyễn Thị Thu Trang, Phạm Thanh Cường, Tống Ngọc Tuấn, Ngô Đăng Huỳnh, Nguyễn Hữu Hưởng 
1013 
Hình 11. Hình ânh hệ thống máy tính điều khiển mô hình máy phay CNC 3 trục 
Hình 12. Hình ânh giao diện chính của phần mềm Mach 3 
Thiết kế và chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục 
1014 
Hình 13. Hình ânh quá trình cài đặt thông số làm việc cho máy 
Hình 14. Hình ânh chi tiết gia công thử nghiệm bằng vật liệu nhôm 
3.4.2. Kết quả gia công một số chi tiết 
Hệ thống mô hình máy phay CNC 3 trýc 
đþĉc điều khiển bći máy tính đþĉc líp đặt và 
khâo nghiệm täi phòng thăc hành cûa Khoa CĄ 
- Điện. DþĆi đåy là một số hình ânh làm việc và 
hình ânh kết quâ gia công thā nghiệm một số 
chi tiết bìng nhăa mica và nhôm trên mô hình 
này (Hình 13, 14, 15). 
Mô hình máy phay CNC 3 trýc đþĉc điều 
khiển bći máy tính có nhiều þu việt hĄn máy 
phay thông thþąng, đặc biệt là nhĂng máy phay 
đþĉc trang bð täi Khoa CĄ - Điện về các mặt nhþ: 
Nguyễn Thị Thu Trang, Phạm Thanh Cường, Tống Ngọc Tuấn, Ngô Đăng Huỳnh, Nguyễn Hữu Hưởng 
1015 
Phay gia công đþĉc các biên däng phĀc täp một 
cách đĄn giân, có cým trýc chính đþĉc tích hĉp đi 
liền vĆi trýc cûa động cĄ Spindle nên giâm đþĉc 
rung động và tiếng ồn, kết cçu gọn nhẹ hĄn và 
đâm bâo về độ đồng tâm giĂa động cĄ và dao, độ 
cĀng vĂng cao, đþĉc điều khiển thông qua hệ 
thống máy tính nên độ chính xác rçt cao; tốc độ 
xā lý, tốc độ gia công cao cho nëng suçt vþĉt trội 
hĄn hîn. Ngoài ra, các thông số khi gia công, tình 
träng máy hoät động, chþĄng trình gia công, quá 
trình gia công đþĉc thông báo, hiển thð và mô 
phóng trên màn hình vi tính. 
4. KẾT LUẬN 
Mô hình máy phay CNC 3 trýc đã đþĉc tính 
toán thiết kế và chế täo vĆi hệ thống các phæn 
đþĉc bố trí và líp ráp hĉp lý. Hệ thống dễ tháo 
líp và có kết nối vĆi máy tính, dễ vên hành khi 
gia công, rçt phù hĉp cho thăc hành, thăc têp 
gia công CNC cüng nhþ phù hĉp để gia công các 
vêt liệu bìng nhôm, nhăa mica hoặc gỗ. 
Driver điều khiển động cĄ bþĆc Microstep 
Driver P441 đþĉc dùng để liên kết máy tính vĆi 
hệ thống điều khiển, mäch công suçt và điều 
khiển động cĄ bþĆc cûa các trýc X, Y, Z. Máy 
tính đþĉc cài đặt phæn mềm Mach 3 để chuyển 
thành một máy CNC cò đæy đû tính nëng hoàn 
chînh. Đåy là Āng dýng gián tiếp, trong đò máy 
tính dùng để lêp kế hoäch, tiến độ, dă báo, cung 
cçp thông tin, đþa ra các chî thð để quân lý và 
điều hành sân xuçt. Nhóm tác giâ đã gia công 
thā nghiệm trên mô hình máy vĆi vêt liệu nhôm 
và nhăa mica. Máy hoät động bình thþąng và 
gia công cho kết quâ tốt. 
Hình 15. Hình ânh một số chi tiết được gia công trên máy CNC 3 trục 
Thiết kế và chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục 
1016 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Nguyễn Đắc Lộc, Ninh Đức Tốn, Lê Văn Tiến, Trần 
Xuân Việt (2000). Sổ tay công nghệ chế tạo máy, 
tập 2. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. 
Phan Hữu Phúc (2000). CAD/CAM thiết kế và chế tạo 
có máy tính trợ giúp, tập 1. Nhà xuất bản Giáo dục 
Tạ Duy Liêm (2005). Kỹ thuật điều khiển điều chỉnh và 
lập trình khai thác máy công cụ. Nhà xuất bản 
Khoa học và Kỹ thuật. 
Trần Văn Địch (2007). Công nghệ CNC. Nhà xuất bản 
Khoa học và Kỹ thuật. 
Trần Văn Địch và Ngô Trí Phúc (2006). Sổ tay thép thế 
giới. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 
Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, 
Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt (2003). Công 
nghệ chế tạo máy. Nhà xuất bản Khoa học và 
Kỹ thuật.