Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC 4 TRỤC SỬ
DỤNG CHƯƠNG TRÌNH MACH3 ỨNG DỤNG TRONG GIA CÔNG NHÔM
VÀ KIM LOẠI MÀU
RESEARCHING DESIGN AND MANUFACTURING 4-AXIS CNC MILLING
MACHINE USING MACH3 SOFTWARE APPLIEDTO MANUFACTURE
ALUMINUM AND FERROUS METALS
Đặng Minh Phụnga, Lê Hiếu Giangb, Nguyễn Văn Lâmc,
Nguyễn Trường Hảid, Lê Tấn Cườnge
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM
a
b
, , c
d
,
TÓM TẮT
Ngày nay, công nghệ chế tạo máy điều khiển số CNC ở các nước phát triển đã đạt đến
mức hoàn thiện cao. Trong khi đó ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu chế tạo máy CNC là
chưa nhiều, đặc biệt là nghiên cứu về CNC 4 trục, 5 trục. Bài báo này trình bày một số kết quả
nghiên cứu máy phay CNC 4 trục sử dụng phần mềm Mach3 ứng dụng trong gia công nhôm
và kim loại màu. Kết quả thử nghiệm cho thấy máy phay CNC 4 trục hoạt động tốt, các chi
tiết gia công đạt độ chính xác 0,02 mm. Kết quả này sẽ là kết quả tham khảo tốt cho việc phát
triển lên máy phay CNC 5 trục, giúp nâng cao quá trình tự động hóa và gia công được các
biên dạng phức tạp.
Từ khóa: máy phay,CNC, 4 trục, Mach3, nhôm, kim loại màu
ABSTRACT
Nowadays, in the developed countries, technology of manufacturing computerized
numerical control (CNC) machines has reached a high level of perfection. Meanwhile, in
Vietnam, there have not been many studies on computerized numerical control (CNC)
machines, especially on 4-axis CNC milling machines and 5-axis CNC milling machines.


Hình 1: Sơ đồ nguyên lý máy phay CNC 4 trục
Máy phay CNC 4 trục được cấu tạo từ các bộ phận cơ bản sau:

(1): Cụm trục X;
(2): Cụm trục Y;
(3): Cụm trục A;
(4): Cụm trục Z;
(5): Đối trọng;
(6): Ụ chống tâm.

Hình 2: Mô hình thiết kế 3D máy phay CNC 4 trục
113


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
2.1. Cụm trục X
Nhiệm vụ của cụm trục X: là điều khiển bàn máy tịnh tiến theo phương X.
(1): Tấm đế;
(2): Tấm trung gian;
(3): Trục vitme;
(4): Gối đỡ;
(5): Động cơ bước;
(6): Khớp nối mềm;
(7): Ray trượt;
(8): Bàn máy.
Hình 3: Mô hình thiết kế cụm trục X
2.2. Cụm trục Y
Nhiệm vụ của cụm trục Y: mang cụm trục X và cụm trục A tịnh tiến theo phương Y.
(1): Gối đỡ;


Thông số

Kích thước bàn máy

700 x 290 mm

Hành trình vít me

400 x 320 x 300 mm

Không gian có thể gia công (kích thước
380 x 300 x 260 mm
phôi lớn nhất có thể gia công được)
Động cơ bước

Độ phân giải 1000 xung/vòng

Động cơ trục chính

24000 vòng/ph, công suất 2,2kW

Tốc độ cắt lớn nhất

350 ÷ 400 mm/ph (sâu 2 mm)

Ổ chứa dao

1


đại, giá thành thấp và được nhiều người sử dụng, với các đặc tính cơ bản sau:
- Giao tiếp với phần cứng máy CNC thông qua cổng LPT, cho phép biến một PC thành
một bộ điều khiển máy CNC thời gian thực.
- Bộ điều khiển Mach3 hoàn toàn tương thích với các máy như: phay CNC, tiện CNC,
cắt Plasma, máy khắc, cắt Laser.
- Giao diện đẹp, dễ dàng tùy biến theo ý thích của người sử dụng.
- Nhận file G-code, M-Code tiêu chuẩn từ các phần mềm CAM
- Mô phỏng quá trình làm việc rất rõ ràng, khai báo các thông số của hệ thống dễ dàng.
- Cho phép đọc các file có định dạng dxf, bmp, jpg, và các file hpgl qua LazyCam kèm
theo Mach3.
- Cho phép set vị trí Home của phôi thông qua các phím của bàn phím máy tính.
- Chức năng nội suy tọa độ, giải mã xuất tín hiệu xuống driver các trục.
5. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN
+ Máy phay CNC 4 trục sử dụng vòng điều khiển hở: sử dụng động cơ bước. Sử dụng
động cơ bước là cách đơn giản để chuyển các xung điện thành lượng di chuyển tỉ lệ và cung
cấp một giải pháp tương đối rẻ tiền cho việc điều khiển máy. Bởi vì điều khiển hở nên không
cần bộ dò và mạch điện phản hồi, nên cấu trúc điều khiển rất đơn giản.
+ Độ chính xác của hệ thống phụ thuộc vào tính năng của động cơ bước, độ chính xác
của vít me bi và bộ phận truyền động.

Hình 8. Vòng điều khiển hở

Hình 9. Mạch động lực điều khiển động cơ
117


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Hình 10. Sơ đồ mạch điều khiển máy CNC 4 trục [7]



1

2

3

4

5

30x30

30x30

30,01x30,01

30x30,01

30x30,01

6

7

8

9

10

[3] James Floys-Kelly, Patrick Hood-Daniel, Build your own CNC machine, 2009
[4] User’s guide Mach3 driver, Letech Co. LTD.
[5] Mach3 CNC controller software installation and configuration.
[6] THK General Catalog.
[7] />THÔNG TIN TÁC GIẢ
1.

Đặng Minh Phụng, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM,
Email: , DĐ: 0906814944.

2.

Lê Hiếu Giang, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM,
Email: , DĐ: 0938308141.

3.

Nguyễn Văn Lâm, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM,
Email: , DĐ: 01654094095.

4.

Nguyễn Trường Hải, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM,
Email: , DĐ: 0934706625.

5.

Lê Tấn Cường, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM,
Email: , DĐ: 0909744100.