Tài liệu Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ cnc 4 bậc tự do

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do Người hướng dẫn: TS. VÕ NHƯ THÀNH Người duyệt: PGS. TS TRẦN XUÂN TÙY Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐỨC THÔI LÊ NHẤT CẢNH Số thẻ sinh viên : 101150186 101150157 Lớp: 15CDT1 Đà Nẵng, 12/2019 TÓM TẮT Tên đề tài: thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ cnc 4 bậc tự do Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi Lê Nhất Cảnh Số thẻ SV: 101150186 Lớp: 15CDT1 Số thẻ SV: 101150157 Lớp: 15CDT1 Cụm từ máy CNC đã không còn xa lạ mà ngược lại đã trở nên thân thuộc đối với tất cả chúng ta. Tuy nhiên không phải vì thế mà vai trò của máy CNC bị suy giảm mà ngày càng quan trọng nhất là trong lĩnh vực cơ khí – tự động nói chung và gia công gỗ mỹ nghệ nói riêng. Để làm ra một sản phẩm nội thất hoàn chỉnh và thẩm mỹ, ngoài đòi hỏi tay nghề của người thợ phải khéo léo thì cũng cần tới sự hỗ trợ của thiết bị hiện đại. Máy phay gỗ là một trong những công cụ hỗ trợ tốt mà bất kì người làm nghề nào cũng muốn có. Với nhu cầu đời sống tinh thần ngày càng cao như hiện nay thì những sản phẩm mỹ nghệ tạo ra yêu cầu mức độ thẩm mỹ cũng như độ tinh xảo ngày càng cao. Nhờ sự hỗ trợ của máy CNC mà ngành mỹ nghệ đã có những bước tiến vượt bậc. Năng suất ngày càng cao và chất lượng sản phẩm đồng đều hơn so với các phương pháp truyền thống. Hiện nay nước ta đã chế tạo các máy CNC gỗ phục vụ sản xuất nhưng giá thành khá cao so với giá trị thật của máy. Với lòng đam mê với chế tạo máy móc công nghệ tự động, chúng em quyết định chọn đề tài “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY KHẮC GỖ CNC 4 BẬC TỰ DO” cho Đồ án tốt nghiệp của mình. Hy vọng với sự nhiệt huyết đang có cùng với sự giúp đỡ của các thầy, bạn bè trong lớp,… chúng em có thể chế tạo thành công máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do với giá thành rẻ hơn so với thị trường nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác cũng như tối ưu hóa được thiết kế mà thị trường đã và đang sản xuất. Để đáp ứng được điều đó đồ án chúng em bao gồm các công đoạn chính như sau: Giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu máy khắc gỗ CNC trong và ngoài nước; Phân tích và lựa chọn phương án tối ưu; Thiết kế sản phẩm trên phần mềm Solidwords; Tính toán và thiết kế các bộ phận của máy; Thiết kế kết nối bộ phận điều khiển với các bộ phận cơ khí; Tiến hành chế tạo, gia công và đánh giá chất lượng máy. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TT Họ tên sinh viên 1 Nguyễn Đức Thôi Số thẻ SV 101150186 Lớp Ngành 15CDT1 Kỹ thuật Cơ điện tử Lê Nhất Cảnh 101150157 15CDT1 Kỹ thuật Cơ điện tử 2 1. Tên đề tài đồ án: Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do. 2. Đề tài thuộc diện: ☒ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện 3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: ……………………………………..……………………………………………..……... ...………………………………………………………………………………………… …..………………………………….…..………………………..……………………… 4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: a. Phần chung: TT Họ tên sinh viên Nội dung - Lập kế hoạch 1 2 Nguyễn Đức Thôi Lê Nhất Cảnh - Tổng quan về đề tài - Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế - Tính toán thiết kế sản phẩm - Lập hồ sơ thiết kế sản phẩm - Gia công và lắp đặt - Đánh giá sản phẩm - Viết thuyết minh và báo cáo b. Phần riêng: TT Họ tên sinh viên 1 Nguyễn Đức Thôi 2 Lê Nhất Cảnh Nội dung - Xây dựng phần điều khiển - Vẽ mô hình 3D và mô phỏng lực tác dụng 5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): a. Phần chung: TT Họ tên sinh viên 1 Nguyễn Đức Thôi 2 Lê Nhất Cảnh Nội dung Xây dựng 7 bản vẽ A0: -1 Bản vẽ tổng thể máy CNC, kích thước A0 -3 Bản vẽ lắp, kích thước A0 -1 Bản vẽ sơ đồ nguyên lý và thuật toán, kích thước A0 b. Phần riêng: TT 1 2 Họ tên sinh viên Nguyễn Đức Thôi Lê Nhất Cảnh Nội dung -1 Bản vẽ sơ đồ động, kích thước A0 -1 Bản vẽ chi tiết, kích thước A0 6. Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung: TS. Võ Như Thành 7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/8/2019 8. Ngày hoàn thành đồ án: 10/12/2019. Trưởng Bộ môn………………………. Đà Nẵng, ngày 13 tháng 12 năm 2019 Người hướng dẫn LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ. Trước hết, chúng con xin cảm ơn ba, mẹ, anh, chị trong gia đình đã luôn chăm sóc, động viên và quan tâm đến việc học của chúng con trong suốt thời gian học tập đại học và hoàn thành đồ án. Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí, trường Đại học Bách Khoa –Đại học Đà Nẵng đã tham gia quá trình đào tạo trong suốt thời gian học đại học, truyền đạt cho chúng em nhiều kiến thức chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tế quý báu để chúng em có đủ kiến thức thực hiện đề tài này. Chúng em xin cảm ơn quý thầy cô trong Viện cơ khí và tự động hóa. Trong quá trình thực hiện đồ án, Viện Cơ Khí đã hỗ trợ cho chúng em rất nhiều về môi trường làm việc cũng như cung cấp đầy đủ các trang thiết bị cho quá trình thực nghiệm, chế tạo mô hình. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Võ Như Thành đã luôn theo sát và hướng dẫn tận tình quá trình thực hiện đồ án của chúng em. Thầy đã đưa ra nhiều lời khuyên, chỉ dẫn, cho chúng em phương pháp nghiên cứu, phương pháp tư duy giải quyết vấn đề và tác phong làm việc của người kỹ sư. Đây sẽ là những kinh nghiệm quý báu để làm hành trang cho công việc của chúng em sau này. Bên cạnh đó, chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự hợp tác và giúp đỡ của các bạn học cùng lớp 15CDT đã nhiệt tình giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện đồ án. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến những người đã giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện luận văn mà chúng tôi chưa nêu tên ở đây, sự giúp đỡ dù ít hay nhiều cũng đóng góp một phần vào sự thành công của đề tài tốt nghiệp này. Đà Nẵng, ngày 25 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực hiện Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh i CAM ĐOAN Kính gửi: - Ban Giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng - Khoa Cơ khí Tôi tên là : NGUYỄN ĐỨC THÔI Lớp LÊ NHẤT CẢNH : 15CDT1 Khoa : Cơ khí Đề tài : Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp được tôi thực hiện không sao chép hay trùng với đề tài nào đã thực hiện, chỉ sử dụng những tài liệu tham khảo đã nêu trong báo cáo. Các số liệu, kết quả nêu trong đề tài là trung thực. Nếu sai, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Sinh viên thực hiện Lê Nhất Cảnh, Nguyễn Đức Thôi ii MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án Lời nói đầu và cảm ơn i Lời cam đoan liêm chính học thuật Mục lục ii iii Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ v Trang MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1 Chương 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ .................................... 2 1.1 Phát biểu bài toán thiết kế ................................................................................... 2 1.1.1 Mô tả tóm lược sản phẩm .................................................................................... 2 1.1.2 Mục đích thương mại chính của sản phẩm .......................................................... 2 1.1.3 Thị trường mục tiêu............................................................................................. 2 1.1.4 Các giả thiết........................................................................................................ 2 1.2 Lập kế hoạch thiết kế sản phẩm .......................................................................... 2 1.2.1 Xác định nhiệm vụ thiết kế .................................................................................. 2 1.2.2 Phát triển mục tiêu và nội dung cho mỗi nhiệm vụ .............................................. 3 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHẮC GỖ CNC 4 BẬC TỰ DO .................................................................................................. 8 2.1 Giới thiệu về máy CNC. ....................................................................................... 8 2.1.1 Quá trình phát triển. ........................................................................................... 8 2.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước. ....................................................................... 9 2.1.3 Đặc điểm phân loại ............................................................................................. 9 2.1.4 Kết cấu chung của máy CNC phay gỗ ............................................................... 11 2.2 Thị trường chế biến gỗ ở Việt Nam ................................................................... 18 2.3 Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 18 2.4 Nhiệm vụ đồ án .................................................................................................. 19 2.5 Giới hạn của đề tài ............................................................................................. 19 Chương 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN .................................... 20 3.1 Lựa chọn phương án cho trục xoay................................................................... 20 3.1.1 Phân loại ...................................................................................................... 20 3.1.2 Cơ cấu truyền động cho trục xoay ..................................................................... 21 3.2 Lựa chọn cơ cấu truyền động ............................................................................ 22 iii 3.3 Hệ thống dẫn hướng. ......................................................................................... 23 3.4 Truyền động từ cơ cấu sang cơ cấu chấp hành. ................................................ 24 3.5 Lựa chọn vật liệu làm khung máy. .................................................................... 26 3.6 Lựa chọn bộ phần kẹp phôi. .............................................................................. 28 3.7 Lựa chọn phần mền điều khiển ......................................................................... 29 Chương 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CƠ KHÍ .................... 35 4.1 Bảng thông số kỹ thuật của máy. ...................................................................... 35 4.2 Tính toán lực cắt và công suất cắt. .................................................................... 35 4.3 Chọn động cơ trục chính. .................................................................................. 38 4.4 Tính toán và thiết kế cụm trục Y. ..................................................................... 39 4.4.1 Vít me – đai ốc .................................................................................................. 39 4.4.2 Ổ lăn ..................................................................................................... 43 4.4.3 Nối trục. ...................................................................................................... 46 4.4.4 Tính toán động cơ điều khiển ............................................................................ 47 4.4.5 Động cơ điều khiển. .......................................................................................... 48 4.4.6 Thanh trượt – con trượt..................................................................................... 48 4.5 Tính toán và thiết kế cụm trục X. ..................................................................... 52 4.5.1 Vít me – đai ốc .................................................................................................. 52 4.5.2 Ổ lăn ...................................................................................................... 57 4.5.3 Nối trục ...................................................................................................... 59 4.5.4 Tính toán động cơ điều khiển ............................................................................ 60 4.5.5 Động cơ điều khiển ........................................................................................... 61 4.5.6 Thanh trượt – con trượt..................................................................................... 62 4.6 Thiết kế và tính toán cụm trục Z....................................................................... 66 4.6.1 Vít me – đai ốc .................................................................................................. 66 4.6.2 Ổ lăn ...................................................................................................... 70 4.6.3 Nối trục…. ...................................................................................................... 73 4.6.4 Tính toán động cơ điều khiển ............................................................................ 74 4.6.5 Động cơ điều khiển ........................................................................................... 75 4.6.6 Thanh trượt – con trượt..................................................................................... 75 4.7 Tính toán và chọn bộ truyền bánh vít trục vít. ................................................. 79 4.7.1 Lựa chọn động cơ trục xoay. ............................................................................. 79 4.7.2 Thiết kế trục xoay .............................................................................................. 80 Chương 5:THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D VÀ MÔ PHỎNG LỰC TÁC DỤNG ......... 84 5.1 Thiết kế mô hình 3D........................................................................................... 84 5.1.1 Các chi tiết thiết kế ........................................................................................... 84 iv 5.1.2 Mô hình 3D sau khi lắp ..................................................................................... 89 5.2 Mô phỏng lực tác dụng. ..................................................................................... 92 5.2.1 Mục tiêu của việc mô phỏng ............................................................................. 92 5.2.2 Quá trình mô phỏng .......................................................................................... 92 5.2.3 Kết quả mô phỏng ............................................................................................. 93 Chương 6: ĐIỀU KHIỂN VÀ VẬN HÀNH MÁY ........................................ 95 6.1 Hướng dẫn cài đặt CNC USB Controller (MK1). ............................................ 95 6.1.1 Đặc điểm ...................................................................................................... 95 6.1.2 Các bước cài đặt ............................................................................................... 95 6.1.3 Quá trình cài đặt .............................................................................................. 96 Chương 7: GIA CÔNG LẮP ĐẶT KHUNG MÁY .............................................. 100 7.1 Lập hồ sơ thiết kế sản phẩm. ........................................................................... 100 7.2 Lắp đặt khung máy .......................................................................................... 101 KẾT LUẬN ............................................................................................................ 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 106 v DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng 1.1 Tóm tắt nhiệm vụ làm việc. Bảng 2.1 Các thông số chế độ gia công đặc trưng. Bảng 3.1 Thông số làm việc của máy. Bảng 3.2 Phân tích phương án cơ cấu truyền động. Bảng 3.3 Phân tích phương án hệ thống thanh dẫn hướng. Bảng 4.1 Kết quả thông số làm việc máy trục Y. Bảng 4.2 Kết quả thông số làm việc máy trục X. Bảng 4.3 Kết quả thông số làm việc máy trục Z. Bảng 4.4 Kết quả thông số làm việc máy trục A. Bảng 7.1 Trình tự gia công chi tiết. Hình 2.1 Máy tiện CNC biên dạng tròn xoay. Hình 2.2 Máy CNC khoan gỗ. Hình 2.3 Máy CNC phay gỗ 3 trục. Hình 2.4 Máy CNC phay gỗ mini 4 trục. Hình 2.5 Bàn xoay dùng trong máy CNC phay gỗ. Hình 2.6 Ổ tích dao trên các máy CNC. Hình 2.7 Hộp số trong máy phay gỗ CNC mini. Hình 2.8 Đầu trục chính. Hình 2.9 Cấu tạo của một trục vít me bi. Hình 2.10 Đầu dẫn động trục chính. Hình 2.11 Các loại băng dẫn hướng. Hình 2.12 Các động cơ step và servo thường dùng. Hình 2.13 Mạch giao tiếp. Hình 2.14 Màn hình điều khiển trong máy CNC. Hình 2.15 Tủ điện máy CNC. Hình 3.1 Bộ truyền vít me - đai ốc con lăn ren Hình 3.2 Bộ truyền vít me - đai ốc bi. Hình 3.3 Ray trượt vuông Hình 3.4 Ray trượt tròn. Hình 3.5 Nối trục đàn hồi với đĩa hình sao. Hình 3.6 Nhôm tấm. Hình 3.7 Sắt tấm. vi Hình 3.8 Mâm cặp 3 chấu tự định tâm. Hình 3.9 Mâm cặp 4 chấu không tự định tâm. Hình 3.10 Giao diện phần mềm USB CNC Controller. Hình 3.11 BOB CNC giao tiếp USB 4 trục planet-cnc MK1. Hình 3.12 Driver động cơ bước DM542-05. Hình 3.13 Động cơ trục chính. Hình 3.14 Biến tần. Hình 3.15 Nút dừng khẩn cấp. Hình 3.16 Công tắc hành trình. Hình 4.1 Lực tác dụng khi cắt gỗ. Hình 4.2 Quy trình tính lực cắt. Hình 4.3 Lực tác dụng lên trục vít me. Hình 4.4 Cụm trục vít me X. Hình 4.5 Kết quả chọn đai ốc – vít me trục Y. Hình 4.6 Bộ gối đỡ BK15 – BF15 trục X. Hình 4.7 Thông số nối trục SRJ trục X Hình 4.8 Sơ đồ vận hành của trục Y [4] Hình 4.9 Sơ đồ quan hệ giữa vị trí trọng tâm so với các con trượt. Hình 4.10 Cụm trục vít me Y. Hình 4.11 Kết quả chọn đai ốc – vít me trục X. Hình 4.12 Bộ gối đỡ BK15 – BF15 Hình 4.13 Thông số nối trục SRJ trục X Hình 4.14 Sơ đồ vận hành trục Y Hình 4.15 Sơ đồ mối quan hệ giữa trọng tâm máy với con trượt trục Y[4]. Hình 4.16 Hình trục vít me trục Y. Hình 4.17 Kết quả chọn đai ốc – vít me trục Y. Hình 4.18 Bộ gối đỡ BK12 – BF12. Hình 4.19 Thông số nối trục SRJ trục Z Hình 4.20 Sơ đồ vận hành trục Z[4] Hình 4.21 Sơ đồ mối quan hệ giữa trọng tâm máy với các con trượt Z[4] Hình 5.1 Tấm đỡ bàn máy trước. Hình 5.2 Tấm đỡ bàn máy sau Hình 5.3 Thanh dầm đỡ ray trượt trục X. Hình 5.4 Tấm đỡ động cơ 1. Hình 5.5 Tấm đỡ động cơ 2. Hình 5.6 Gá đai ốc nhôm. vii Hình 5.7 Tấm đỡ bàn Y trái. Hình 5.8 Tấm đỡ bàn Y phải. Hình 5.9 Tấm gá thanh trượt Y. Hình 5.10 Tấm gá cụm Z. Hình 5.11 Thanh dầm gá thanh trượt Z. Hình 5.12 Tấm gá trục chính. Hình 5.13 cụm gá trục xoay. Hình 5.14 Ụ chống tâm. Hình 5.15 Mặt trước mô hình. Hình 5.16 Mặt trái mô hình. Hình 5.17 Mặt sau mô hình. Hình 5.18 Mặt dưới mô hình. Hình 5.19 Mặt trên mô hình. Hình 5.20 Mô hình tổng thể. Hình 5.21 Ứng suất lớn nhất. Hình 6.1 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển. Hình 6.2 Sơ đồ mạch kết nối. Hình 6.3 Giao diện đầu tiên của phần mềm CNC USB controller. Hình 6.4 Chọn ngôn ngữ. Hình 6.5 Thiết lập tín hiệu vào và ra. Hình 6.6 Thiết lập động cơ các trục. Hình 6.7 Thiết lập số trục Hình 6.8 Thông số chỉnh trên Driver của động cơ Step. Hình 6.9 Thông số Spindle. Hình 6.10 Biến tần BEST FC300 – 03. Hình 7.1 Kết cấu mặt bên máy phay gỗ CNC 4 trục. Hình 7.2 Kết cấu mặt trước máy phay gỗ CNC 4 trục Hình 7.3 Tủ điện điều khiển máy phay gỗ CNC 4 trục. Hình 7.4 Spindel đang gia công. Hình 7.5 Bức tranh cha và mẹ được khắc gỗ CNC Hình 7.6 Vòng tay 12 con giáp bằng gỗ trầm hương viii Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do MỞ ĐẦU Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã giúp cuộc sống của chúng ta đã và đang được nâng cao, văn minh và hiện đại hơn. Nhận thấy rõ được sự bất tiện của việc gia công theo phương thức thủ công, chúng em đã hình thành ý tưởng sử dụng máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do khắc phục những bất tiện đó. Hy vọng rằng đề tài sau khi hoàn thiện một số phần nữa có thể áp dụng trực tiếp vào thực tế sản xuất để cải thiện năng suất lao động và phục vụ nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong khoa Cơ khí, đã truyền đạt kiến thức làm nền tảng cho chúng em thực hiện đề tài. Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Võ Như Thành với sự hướng dẫn tận tình cũng như đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho chúng em có thể thực hiện và hoàn thành tốt đề tài này. Do thời gian, tài liệu và trình độ còn hạn chế nên đề tài không thể tránh khỏi sai phạm thiếu sót. Rất mong nhận được sự giúp đỡ, góp ý chân thành của quý thầy cô cùng các bạn sinh viên. Sinh viên thực hiện Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh Hướng dẫn: TS. Võ Như Thành 1 Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do Chương 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1.1 Phát biểu bài toán thiết kế 1.1.1 Mô tả tóm lược sản phẩm CNC là một loại máy móc chuyên dụng để khắc tiện cơ khí khá phổ biến hiện nay. Hoạt động dựa trên sự lập trình sẵn và điều khiển bằng hệ thống máy vi tính nên rất tiện lợi cho người sử dụng. Máy cnc 4 trục khắc gỗ là loại máy gia công có hệ thống 4 đầu trục chính được gắn cố định. Khi vận hành, cả 4 đầu trục có thể di chuyển trên trục tuyến tính X, Y, Z và quay định hướng quanh trục X (trục A). Với tính linh hoạt và khả năng gia công chính xác cao, máy cnc 4 trục khắc gỗ (và tương lai là 5 trục) chính là tiền đề để thúc đẩy ngành công nghiệp điêu khắc mỹ nghệ của Việt Nam lên một tầm cao mới. 1.1.2 Mục đích thương mại chính của sản phẩm - Tạo sản phẩm có giá thành phù hợp hơn so với nhập khẩu từ nước ngoài. - Nhỏ, gọn, có thể sử dụng tại nhà để gia công những vật dụng cần thiết. - Cấu tạo đơn giản, khách hàng có thể tiếp cận sản phẩm dễ dàng hơn. - Dễ dàng trong sửa chữa, bảo trì và tính an toàn cao,… 1.1.3 Thị trường mục tiêu - Phân khúc vừa và nhỏ tại các xưởng gia công mỹ nghệ gỗ. - Các hộ gia đình có nhu cầu sử dụng tại nhà. - Hợp đồng với các nhà phân phối máy CNC gia công gỗ trên toàn quốc,… 1.1.4 Các giả thiết - Thiết kế các bộ phận máy phải đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, chất lượng sản phẩm cao đồng thời cân bằng với giá thành đầu ra của sản phẩm. - Nên sản xuất hàng loạt hay không tùy thuộc vào độ ưa chuộng của sản phẩm trên thị trường gia công đồ mỹ nghệ cả nước. 1.2 Lập kế hoạch thiết kế sản phẩm 1.2.1 Xác định nhiệm vụ thiết kế Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh Hướng dẫn: TS. Võ Như Thành 2 Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do - Nhiệm vụ 1: Lập kế hoạch - Nhiệm vụ 2: Tổng quan về đề tài - Nhiệm vụ 3: Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế - Nhiệm vụ 4: Tính toán thiết kế sản phẩm - Nhiệm vụ 5: Lập hồ sơ thiết kế sản phẩm - Nhiệm vụ 6: Vẽ mô hình 3D và mô phỏng lực tác dụng - Nhiệm vụ 7: Xây dựng phần điều khiển - Nhiệm vụ 8: Gia công và lắp đặt - Nhiệm vụ 9: Đánh giá sản phẩm - Nhiệm vụ 10: Viết thuyết minh và báo cáo 1.2.2 Phát triển mục tiêu và nội dung cho mỗi nhiệm vụ Bảng 1.1 Tóm tắt nhiệm vụ công việc STT Nhiệm vụ Nội dung Sản phẩm Thời gian Xác định công việc phải thực hiện: Đánh 1 Lập kế hoạch giá nội dung, yêu cầu của bài toán thiết kế, xác định cụ thể các công việc cần làm. Bảng kế hoạch công việc 1 tuần Tiến hành lập kế hoạch thực hiện. Tìm những tài liệu, các công trình nghiên cứu 2 Tìm hiểu tổng quan về đề tài đã đáp ứng nhu cầu thị trường trước đây. Gặp gỡ và thăm dò nhu cầu của khách hàng, những người làm việc tại các xưởng gia công mỹ nghệ. Tìm hiểu các máy thực tế có trên thị trường từ Ý tưởng thiết kế cho đề tài 3 tuần đó xác định yêu cầu kỹ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh Hướng dẫn: TS. Võ Như Thành 3 Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do thuật mà khách hàng mong muốn. Phân tích nhu cầu của người sử dụng thu thập được thành những yêu cầu rõ ràng, cụ thể, cô đọng, sẵn sàng cho việc biên dịch sang các thông số kỹ thuật có thể đo lường được. Xác định yêu cầu kỹ thuật cho sản phẩm thiết kế thông qua nhu cầu khách hàng và phân tích nhiệm vụ thiết kế. 3 Dựa trên các yêu cầu kỹ thuật đã xác định để đưa ra các ý tưởng cho việc thiết kế. Đánh giá được các ý tưởng thiết kế sau khi đã đưa ra được các ý tưởng dựa trên yêu cầu của sản phẩm và lựa chọn được phương án thiết kế cuối cùng. 4 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế Yêu cầu kĩ thuật: Lựa chọn phương án cho trục xoay. Lựa chọn vật liệu làm khung máy. Lựa chọn bộ truyền động (đai, xích, …) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh Bảng đánh giá ý tưởng thiết kế. Trên cơ sở các phương án thiết kế đã đưa ra, phân tích và lựa 3 tuần chọn phương Hướng dẫn: TS. Võ Như Thành 4 Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do Sử dụng ma trận quyết án thiết kế tối định để lựa chọn ý tưởng khả thi nhất để ưu nhất. Sơ đồ động tiến hành thiết kế. Thiết kế sơ bộ. học của máy Tính toán thiết kế chi tiết các bộ phận. Thiết kế kết cấu khung. Lựa chọn kết cấu khung phù hợp. Tính toán lực cắt khi gia công. 5 Tính toán thiết kế sản phẩm Tính toán để lựa chọn động cơ trục chính. Tính toán thiết kế cụm trục X, Y, Z, A. Tính toán và thiết kế hệ thống dẫn hướng. Xây dựng các bản vẽ mô hình hệ thống. Tìm hiểu về phần mềm điều khiển và cách thiết lập chúng. Hình thành sơ đồ đấu Trên cơ sở phương án thiết kế đã được chọn, tính toán thiết kế sản phẩm theo đúng 3 tuần phương án thiết kế đã lựa chọn. Các bản vẽ mô hình hệ thống. dây cho sản phẩm. Xây dựng mô hình 3D trên phần mềm Mô phỏng lực tác solidwords. 6 dụng Tính ứng suất Von Mises. Tính chuyển vị của mô hình. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh Xây dựng mô hình 3D. Điều chỉnh kết cấu nếu có sai sót Hướng dẫn: TS. Võ Như Thành 2 tuần 5 Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do thiết lập, sửa Tổng hợp các bản vẽ kỹ 7 Lập hồ sơ thiết thuật và hoàn thiện chúng. kế sản phẩm Lên kế hoạch mua vật chữa,tổng hợp tất cả các bản vẽ kỹ thuật và các yêu cầu cần thiết khác liệu, các dụng cụ và các để chuẩn bị chi tiết mà ta không có cho quá trình khả năng gia công chế tạo sản phẩm. 2 tuần Bộ điều khiển STEP_PC. 8 Xây dựng phần điều khiển Lựa chọn driver và động cơ. Hoàn thành Tiến hành cài đặt và kết cụm điều nối máy tính – bộ điều 2 tuần khiển của máy khiển – driver– động cơ Thiết kế hệ thống điện. Lắp đặt kết cấu khung máy. 9 Gia công và lắp đặt Quá trình chế tạo lắp ráp cụm trục. Sản phẩm Lắp đặt các hệ thộng cơ máy hoàn – điện – điều khiển lại thiện với nhau. 6 tuần Kiểm nghiệm máy. Vận hành máy. Đánh giá sản phẩm. Đánh giá năng suất. 10 Kết luận Đánh giá ưu nhược điểm của máy. Phương pháp khắc phục. Hướng phát triển của 1 tuần máy. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh Hướng dẫn: TS. Võ Như Thành 6 Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do Hoàn thành 11 Viết thuyết minh và báo cáo Viết thuyết minh cho toàn bộ quá trình thiết kế chế tạo sản phẩm. thuyết minh và có bản báo cáo hoàn chỉnh về sản phẩm thiết kế Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh Hướng dẫn: TS. Võ Như Thành Tiến hành đồng thời từ lúc bắt đầu luận văn 7 Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY KHẮC GỖ 4 BẬC TỰ DO 2.1 Giới thiệu về máy CNC. 2.1.1 Quá trình phát triển. CNC (Computer Numeric Controlled) – Thuật ngữ dùng để chỉ sự hoạt động của máy công cụ (phay, tiện, cắt dây, đột dập, cắt khắc,...) dưới sự điều khiển số của máy tính. Ta có thể bắt gặp các loại máy CNC như: máy tiện, máy phay, máy xung, máy cắt dây tia lửa điện, máy cắt laser, máy cắt tia nước có hạt mài, máy đột dập và nhiều máy công cụ khác tại các nhà máy cơ khí chính xác, các xưởng cơ khí, các trường kỹ thuật, viện nghiên cứu; nhưng đó là câu chuyện của hiện tại. Quá trình phát triển điều khiển số NC: - 1725 – Phiếu đục lỗ được dùng để tạo mẫu quần áo - 1808 – Phiếu đục lỗ trên lá kim loại được dùng để điều khiển tự động máy thêu - 1863 – Tự động điều khiển chơi nhạc trên piano nhờ băng lỗ - 1940 – John Parsons đã sáng chế ra phương pháp dùng phiếu đục lỗ để ghi các dữ liệu về vị trí tọa độ để điều khiển máy công cụ - 1952 – Máy công cụ NC điều khiển số đầu tiên1959 - Ngôn ngữ APT được đưa vào sử dụng - 1959 – Ngôn ngữ APT được đưa vào sử dụng. - 1960s – Điều khiển số trực tiếp (DNC) - 1963 – Đồ hoạ máy tính - 1970s – Máy CNC được đưa vào sử dụng - 1980s – Điều khiển số phân phối được đưa vào sử dụng - Hiện nay – CAD/CAM Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính chương trình. Bộ điều khiển cũng giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy. Ví dụ, trong một số máy, nhân viên lập trình có thể đơn giản chỉ cần nhập dữ liệu về vị trí, đường kính và chiều sâu của một chi tiết và máy tính sẽ lựa chọn phương pháp gia công tốt nhất để sản xuất chi tiết đó dưới dạng phôi. Thiết bị mới nhất có thể chọn một mẫu kỹ thuật được tạo ra từ máy tính, tính toán tốc độ dao, đường vận chuyển vật liệu vào máy và sản xuất chi tiết mà không cần bản vẽ hay một chương trình. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh Hướng dẫn: TS. Võ Như Thành 8