Ứng dụng công nghệ in 3d vào chế tạo máy CNC mini dùng trong điêu khắc gỗ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ

----

LÊ HỒNG PHƯỚC

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IN 3D
VÀO CHẾ TẠO MÁY CNC MINI
DÙNG TRONG ĐIÊU KHẮC GỖ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

Khánh Hòa, Ngày 11 tháng 06 năm 2016
1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ

----

LÊ HỒNG PHƯỚC

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IN 3D
VÀO CHẾ TẠO MÁY CNC MINI
DÙNG TRONG ĐIÊU KHẮC GỖ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. Nguyễn Thiên Chương

Khánh Hòa, Ngày 11 tháng 06 năm 2016
2


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường, được sự chỉ bảo giảng dạy
nhiệt tình của thầy cô trong trường cũng như trong bộ môn Cơ điện tử.
Cho em được gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể quý thầy cô đã giảng dạy và
động viên em trong suốt thời gian vừa qua.
Sau một khoảng thời với sự cố gắng của bản thân, sự hướng dẫn nhiệt tình của TS.
Nguyễn Thiên Chương và được sự giúp đỡ của bạn bè đã giúp cho đồ án tốt nghiệp “
Ứng dụng công nghệ in 3D vào chế tạo máy CNC mini dùng trong điêu khắc gỗ”
đã được hoàn thành.
Để hoàn thành đồ án này em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong khoa
Cơ Điện Tử đã quan tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình trong quá trình thực hiện đồ án
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS. Nguyễn Thiên Chương đã trực tiếp hướng
dẫn, định hướng chuyên môn, quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi
nhất trong quá trình thực hiện đề đồ án. Bên cạnh đó em cũng cảm ơn đến bạn bè luôn
quan tâm chia sẽ động viên trong quá trình thực hiện đồ án.
Mặc dù đã cố gắng nhiều trong quá trình thực hiện đồ án cũng không thể tránh khỏi
những thiếu sót vì vậy em rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn
bè.
Sinh viên thực hiện

Lê Hồng Phước

i


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: LÊ HỒNG PHƯỚC
Lớp: 54CDT
MSSV: 54131083
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử
Đề tài: “Ứng dụng công nghệ In 3D vào chế tạo máy CNC mini dùng trong điêu
khắc gỗ”.
Số trang:
91
Số chương:
5
Tài liệu tham khảo: 7
Hiện vật: 2 quyển báo cáo, 2 đĩa CD, 1 mô hình

NHẬN XÉT
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
Kết luận: ...................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................

Khánh Hòa, Ngày……. tháng….. năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký ghi rõ họ tên)

ii


PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI
Họ và tên sinh viên: LÊ HỒNG PHƯỚC
Lớp: 54CDT
MSSV: 54131083
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử
Tên đề tài: “Ứng dụng công nghệ In 3D vào chế tạo máy CNC mini dùng trong
điêu khắc gỗ”.
Số trang:
91
Số chương:
5

Tài liệu tham khảo: 7
Hiện vật: 2 quyển báo cáo, 2 đĩa CD, 1 mô hình

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
Kết luận: ..................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
Điểm phản biện
Bằng số

Bằng chữ

Điểm chung
Bằng số

Khánh Hòa, Ngày…. tháng….. năm 2016
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
(Ký ghi rõ họ tên)

Khánh Hòa, Ngày…. tháng…. năm 2016
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký ghi rõ họ tên)

Bằng chữ

iii


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. i
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN.......................................................ii
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI ................................................. iii
MỤC LỤC..................................................................................................... iv
DANH MỤC B ẢNG ....................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH....................................................................................... vii
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1
Chương 1: TỔNG QUAN ................................................................................ 2
1.1. Giới thiệu chung .........................................................................................................2
1.1.1. Giới thiệu máy CNC...........................................................................................2
1.1.2. Giới thiệu công nghệ in 3D. ..............................................................................2
1.1.3. Công nghệ gia công điêu khắc gỗ bằng máy CNC. .....................................3
1.2. Mục tiêu đề tài.............................................................................................................3
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU............................ 4
2.1. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................4
2.2. Yêu cầu hệ thống. .......................................................................................................4
2.2.1. Yêu cầu phần cứng. ............................................................................................4
2.2.2. Yêu cầu phần mềm. ............................................................................................4
2.3. Phương án thiết kế. ....................................................................................................5
2.3.1. Phương án 1. ........................................................................................................5
2.3.2 Phương án 2. ...................................................................................................... 13
2.3.3. Kết luận.............................................................................................................. 14
2.4. Thiết kế, chế tạo phần cơ khí. ............................................................................... 15
2.4.1. Cơ sở lí thuyết................................................................................................... 15
2.4.2. Thiết kế. ............................................................................................................. 15

2.4.3. Chế tạo phần cơ khí. ....................................................................................... 21
2.5. Thiết kế, chế tạo phần điều khiển. ....................................................................... 24
2.5.1. Cơ sơ lý thuyết.................................................................................................. 24
2.5.2. Thiết kế. ............................................................................................................. 26
Chương 3: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ................................. 35
3.1. Chuẩn bị. ................................................................................................................... 35
3.1.1. Các chi tiết cần lắp .......................................................................................... 35
3.2. Thi công lắp ráp ....................................................................................................... 41
3.2.1. Lắp ráp phần cơ khí........................................................................................ 41
3.2.2. Lắp ráp phần điện tử ...................................................................................... 51
3.3. Chạy thử và kiểm tra độ ổn định ......................................................................... 57
3.3.1. Kiểm tra mạch điện......................................................................................... 57
3.3.2. Kiểm tra các chi tiết cơ khí............................................................................ 57
3.3.3. Cài đặt các thông số. ....................................................................................... 57
3.3.4. Chạy thử và kiểm tra độ chính xác.............................................................. 59
3.3.5. Gia công gỗ bằng phần mềm Bcnc............................................................... 61
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ........................................................... 65
iv


4.1. Kết luận...................................................................................................................... 65
4.1.1. Kết quả đạt được ............................................................................................. 65
4.1.2. Kết quả chưa đạt được ................................................................................... 65
4.2. Đề xuất ....................................................................................................................... 65
4.2.1. Đề xuất phần cứng ........................................................................................... 65
4.2.2. Đề xuất phần mềm........................................................................................... 65
TÀI LIỆU KHAM KHẢO ............................................................................. 66
PHỤ LỤC .................................................................................................... 67
Chương 5: SỬ DỤNG CƠ BẢN PHẦN MỀM ART CAM ............................... 67
5.1. Tổng quan ART CAM............................................................................................ 67

5.1.1 Tổng quan bitmap, vector và relief............................................................... 67
5.2. Cách sử dụng cơ bản phần mềm ART CAM 2011 .......................................... 68
5.2.1.Khởi động ART CAM 2011 ............................................................................ 68
5.2.2.Mở một model mới để bắt đầu thiết kế ........................................................ 68
5.2.3. Tạo hình Vector ............................................................................................... 70
5.2.4. Các câu lệnh dựng hình 3D trong ART CAM 2011................................. 71
5.2.5 Dựng hình 3D từ hình vector 2D ................................................................... 72
5.2.6. Dựng hình 3D từ ảnh Bitmap 2D có sẵn..................................................... 75
5.2.7. Gia công vật liệu trên ART CAM ................................................................ 79
5.3. Lưu file Gcode để chạy máy CNC gia công chi tiết ......................................... 89

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Thông số arduino uno ......................................................................................... 24
B2.3 Thông số đông cơ Nema17 ........................................................................................ 25
Bảng 2.2: Thiết lập chế độ điều khiển ……………………………………………….25

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Lắp ráp trục Y trên phần mềm ............................................................ 05
Hình 2.2: Bàn phay ........................................................................................... 05
Hình 2.3: Lắp ráp hoàn chỉnh trục Y ................................................................. 05
Hình 2.4: Lắp ráp truch Y trên phần khung đỡ của trục Y .................................. 06
Hình 2.5: Hình ảnh trục Z trên phần mềm .......................................................... 07
Hình 2.6: Lắp ráp trục Y ................................................................................... 08
Hình 2.7: Lắp ráp trục X ................................................................................... 09

Hình 2.8: Lắp ráp trục Z và nối dây .................................................................. 10
Hình 2.9: Phân tích chuyển động trục Z trên phần mềm ..................................... 11
Hình 2.10: Các chi tiết trục Z thiết kế mới ........................................................ 13
Hình 2.11: Bạc đạn B608ZZ ............................................................................ 15
Hình 2.12: Ty ren M8 ...................................................................................... 15
Hình 2.13: Ốc nối Ty ren M8 ........................................................................... 15
Hình 2.14: Máy khắc Dremel ........................................................................... 15
Hình 2.15: Kích thước động cơ Nemal17 .......................................................... 15
Hình 2.16: Ổ trượt LM8U ................................................................................ 15
Hình 2.17: Ty trơn M8 ..................................................................................... 15
Hình 2.18: Chi tiết tam giác ............................................................................. 16
Hình 2.19: Bánh răng mô tơ X .......................................................................... 16
Hình 2.20: Bánh răng Ty ren ............................................................................ 16
Hình 2.21: Chốt giữ Ty trơn ............................................................................. 16
Hình 2.22: Bánh răng mô tơ Y .......................................................................... 17
Hình 2.23: Bánh răng Ty ren ............................................................................. 17
Hình 2.24: Gá đỡ mô tơ Y ................................................................................ 17
Hình 2.25: Gá đỡ Ty ren Y ............................................................................... 17
Hình 2.26: Gá đỡ Ty trơn trái ........................................................................... 17
Hình 2.27: Gá đỡ Ty trơn phải .......................................................................... 17
Hình 2.28: Đế .................................................................................................. 18
Hình 2.29: Bàn phay ........................................................................................ 19
Hình 2.30: Ổ gắn bàn phay ............................................................................... 19
Hình 2.31: Con chạy gắn ốc nối Ty ren ............................................................. 19
Hình 2.32: Khung bên trái ................................................................................ 19
Hình 2.33: Khung bên phải .............................................................................. 19
Hình 2.34: Bánh răng mô tơ Z .......................................................................... 20
Hình 2.35:Bánh răng trục Z .............................................................................. 20
Hình 2.36: Gá đỡ mô tơ Z ................................................................................ 20
Hình 2.37: Ổ gắn máy phay .............................................................................. 20

Hình 2.38: Ổ gắn máy phay trên ....................................................................... 20
Hình 2.39: Đồ gá ............................................................................................. 21
Hình 2.40: Thanh kẹp đồ gá ............................................................................. 21
Hình 2.41: Ốc vít đồ gá .................................................................................... 21
Hình 2.42: Trước khi cắt lớp ............................................................................ 22
vii


Hình 2.43: Sau khi cắt lớp ................................................................................ 22
Hình 2.44: Quá trình in .................................................................................... 22
Hình 2.45: Một số chi tiết sau khi in ................................................................. 23
Hình 2.46: Arduino uno ................................................................................... 24
Hình 2.47: CNC shield gắn Arduino uno và A4988 ........................................... 26
Hình 2.48: Mở thư viện .................................................................................... 27
Hình 2.49: Nạp chương trình grbl cho Arduino ................................................. 28
Hình 2.50: Giao diện UNIVERSAL Gcode sender ............................................ 28
Hình 2.51: Thiết lập grbl .................................................................................. 29
Hình 2.52: Thiết lập $2 .................................................................................... 30
Hình 2.53: Cài đặt ........................................................................................... 34
Hình 3.1: Lắp ráp hai chân bên ......................................................................... 41
Hình 3.2: Lắp ráp chân đỡ vít me ..................................................................... 41
Hình 3.3: Chân phải, chân trái .......................................................................... 41
Hình 3.4: Lắp ráp các chân vào đế và các trục ................................................... 42
Hình 3.5: Lắp ổ trượt ....................................................................................... 43
Hình 3.6: Lắp ổ chạy ....................................................................................... 43
Hình 3.7: Lắp đồ gá trục Y ............................................................................... 43
Hình 3.8: Lắp đồ gá ốc ..................................................................................... 43
Hình 3.9: Lắp bàn phay .................................................................................... 44
Hình 3.10: Lắp bàn phay vào trục Y ................................................................. 45
Hình 3.11: Lắp tam giác XZ ............................................................................. 46

Hình 3.12: Lắp bánh răng vào vít me ................................................................ 46
Hình 3.13: Lắp ráp các trục vào tam giác .......................................................... 46
Hình 3.14: Lắp các trục, tam giác, động cơ vào trục X ...................................... 47
Hình 3.15: Lắp ráp gá đỡ động cơ Z ................................................................. 48
Hình 3.16: Lắp ráp gá đỡ máy phay trên ........................................................... 48
Hình 3.17: Lắp ráp gá đỡ máy phay dưới .......................................................... 48
Hình 3.18: Lắp bánh răng vào Ty ren ............................................................... 49
Hình 3.19: Lắp các trục vào tam giác ................................................................ 49
Hình 3.20: Lắp đồ gá vào trục Z ....................................................................... 50
Hình 3.21: Máy CNC hoàn chỉnh ..................................................................... 50
Hình 3.22: Boar CNC ...................................................................................... 51
Hình 3.23: Jumper ........................................................................................... 51
Hình 3.24: Thiết lắp chế độ điều khiển ............................................................. 51
Hình 3.25: Hướng gắn A4988 lên boar ............................................................. 52
Hình 3.26: CNC shield gắn hoàn chỉnh.............................................................. 52
Hình 3.27: Gắn boar CNC shield lên Arduino ................................................... 53
Hình 3.28: Gắn quạt tải nhiệt vào hộp mạch ...................................................... 54
Hình 3.29: Ráp mạch điện vào hộp bảo vệ ........................................................ 54
Hình 3.30: Bố trí mạch điện trên máy ............................................................... 55
Hình 3.31: Nối dây mạch ................................................................................. 55
Hình 3.32: Nối dây động cơ ............................................................................. 56
Hình 3.33: Lắp ráp hoàn chỉnh máy .................................................................. 56
viii


Hình 3.34: Các giá trị thiết lặp grbl ................................................................... 57
Hình 3.35: Giá trị thiết BCNC .......................................................................... 58
Hình 3.36: Kết nối máy CNC với phần mềm ..................................................... 59
Hình 3.38: Mở Gcode trên BCNC .................................................................... 61
Hình 3.39: Nhập tọa độ cho mẫu phay .............................................................. 62

Hình 3.40: Gia công thô gỗ .............................................................................. 63
Hình 3.41: Gia công tinh gỗ ............................................................................. 63
Hình 3.42: Một số sản phẩm gia công ............................................................... 64
Hình 4.1: Giao diện ART CAM 2011 ............................................................... 68
Hình 4.2: Giao diện Size For New Model ......................................................... 69
Hình 4.3: Giao diện thiết kế ART CAM 2011 ................................................... 70
Hình 4.4: Lệnh vẽ vector cơ bản ....................................................................... 70
Hình 4.5: Shape Editor dựng hình 3D ............................................................... 71

ix


LỜI MỞ ĐẦU

Cơ Điện Tử ra đời khá muộn nhưng được phát triển nhanh chóng ở các
quốc gia trên thế giới, cơ điện tử đã trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn ở
từng đất nước, cơ điện tử đã thúc thẩy nhanh quá trình công nghiệp hóa hiện đại
hóa đất nước đặc biệt là những nước đang phát triển như Việt Nam. Cơ điện tử
là ngành có sự hội tụ và đúc kết của ba chuyên ngành cơ khí, điện tử, tin học
máy tính mà sản phẩm cuối cùng là hệ thống tự động hóa góp phần giải phóng
sức lao động chân tay của con người và nâng cao năng xuất, chất lượng sản
phẩm.
Sau một khoảng thời gian học tập và nghiên cứu ngành công nghệ kỹ thuật cơ
điện tử, với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo và sự giúp đỡ của bạn bè đã
giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp “ Ứng dụng công nghệ in 3D vào chế tạo
máy CNC mini dùng trong điêu khắc gỗ “ Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy
TS.Nguyễn Thiên Chương người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án
này.
Đồ án đã hoàn chỉnh nhưng không tránh khỏi những thiếu xót, rất mong được sự
đóng góp ý kiến của quý thầy cô để đồ án được hoàn chỉnh hơn và có thể ứng

dụng rộng rãi trong thực tế.
Em xin gửi đến toàn thể quý thầy cô trong bộ môn cơ điện tử, lời cảm ơn với sự
trân trọng và lòng biết ơn sâu sắc đã hết lòng chỉ bảo và trang bị kiến thức quý
báu làm cơ sở để em hoàn thành đồ án này và cũng tạo điều kiện thuận lợi để em
hoàn tất khóa học này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

Lê Hồng Phước

1


Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Giới thiệu máy CNC
Máy CNC (computer numerical controlled) là những công cụ gia công tinh
tế có thể tạo ra những chi tiết phức tạp theo yêu cầu của công nghệ hiện đại.
Thuật ngữ CNC liên quan đến một nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính
để điều khiển các chuyển động và thực hiện quá trình gia công. Thiết kế máy
CNC hiện đại bắt nguồn từ tác phẩm của John T. Parsons cuối những năm 1940
và đầu những năm 1950. 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. Để đặt
thông tin này vào bộ nhớ, nhân viên lập trình tạo ra một loạt lệnh mà máy có thể
hiểu được. Chương trình có thể bao gồm các lệnh “mã hóa”, như “M03” –
hướng dẫn bộ điều khiển chuyển trục chính tới một vị trí mới hay “G99” –
hướng dẫn bộ điều khiển đọc một đầu vào phụ từ một quá trình nào đó trong
máy. Các lệnh mã hóa là phương thức phổ biến nhất để lập trình một công cụ
máy CNC. Tuy nhiên, sự tiến bộ trong máy tính đã cho phép các nhà sản xuất
công cụ máy tạo ra “lập trình hội thoại”. Trong lập trình hội thoại, lệnh “M03”

được nhập đơn giản như “MOVE” và “G99” là “READ”. Kiểu lập trình này cho
phép đào tạo nhanh hơn và nhân viên lập trình không phải nhớ nhiều ý nghĩa của
mật mã. Tuy nhiên, cần phải lưu ý rằng hầu hết các máy sử dụng lập trình hội
thoại vẫn đọc các chương trình mã hóa, do đó ngành công nghiệp vẫn đặt nhiều
niềm tin vào dạng lập trình này. Bộ điều khiển cũng giúp nhân viên lập trình
tăng tốc độ sử dụng máy.
1.1.2. Giới thiệu công nghệ in 3D.
1984 Charles Hull phát triển công nghệ có thể tạo ra được một vật thể hữa
hình vật lý 3D từ các dữ liệu số. 1986 Charles Hull đặt tên cho công nghệ của
mình là Stereolithography và đăng ký bản quyền phát minh của mình.
Charles Hull thành lập công ty 3D System và phát triển máy in 3D thương mại
đầu tiên được gọi là Stereolithography Apparatus (SLA). Cùng năm này các
phát minh về LOM, SLS, DTM, EOS cũng được đăng ký bản quyền.
1987 3D System phát triển dòng sản phẩm SLA-250, đây là phiên bản máy in
3D đầu tiên được giới thiệu ra công chúng.
Năm 1988 Scott Crump phát minh ra công nghệ Fused Depositton Modeling
(FDM). 1989 Scott Crump thành lập Stratasys.
1991 Helisys bán chiếc máy đầu tiên dùng công nghệ Laminated Object
Manufacturing (LOM).
2


1993 Công ty Solidscape được thành lập để chế tạo ra dòng máy in 3D dựa trên
công nghệ in phun , máy có thể tạo ra những sản phẩm nhỏ với chất lượng bề
mặt rất cao. Năm 1993 Viện Công nghệ Massachusetts Institute of Technology
(MIT) đăng ký phát minh “3 Dimensional Printing techniques (3DP)”. Công
nghệ này giống với công nghệ máy in phun 2d bình thường . Đây cũng là khởi
điểm của cụm từ ”In 3D”.
Năm 2006 Dự án máy in 3D mã nguồn mở được khởi động – Reprap – mục đích
có thể tạo ra những máy in 3D có thể sao chép chính bản thân nó. Bạn có thể

điều chỉnh hay sửa đổi nó tùy ý nhưng phải tuân theo điều luật GNU General
Public Licence. Năm 2008 – Phiên bản đầu tiên của Reprap được phát hành. Nó
có thể sản xuất được 50 % các bộ phận của chính mình.
1.1.3. Công nghệ gia công điêu khắc gỗ bằng máy CNC.
Ngành điêu khắc gỗ đã ra đời từ rất lâu, ban đầu điêu khắc gỗ thủ công
bằng tay phải trải qua nhiều công đoạn rất lâu mới hoàn thành được một tác
phẩm điêu khắc nhưng mức độ chính xác thấp và có thể bị hư hỏng trong quá
trình gia công bằng tay.
Với việc gia công điêu khắc gỗ bằng công nghệ CNC thì mọi việc đã dễ dàng
hơn, gia công nhanh hơn, độ chính xác cao hơn so với phương pháp điêu khắc
thủ công
Với sự phát triển của công nghệ phần mềm chuyên dụng hổ trợ trong việc thiết
kế các khuôn mẫu như ART CAM thì việc thiết kế các mẫu điêu khắc phức tạp
cũng trở nên đơn giản
1.2. Mục tiêu đề tài.
Vận dụng kiến thức đã học và các tài liệu tham khảo vào ứng dụng máy in
3D chế tạo máy CNC mini dùng trong điêu khắc gỗ

3


Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. Phương pháp nghiên cứu.
Đề tài được nghiên cứu theo phương pháp thực nghiệm, phù hợp với yêu
cầu thực tế đặt ra. Sản phẩm phải được thiết kế đảm bảo dễ dàng vận hành, sửa
chữa và lắp ráp. Theo đó em tiến hành nghiên cứu các nội dung sau.
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy CNC, các chương trình điều khiển máy
và phần mềm xử lý dữ liệu đầu vào cho máy.
- Tìm hiểu các mạch điều khiển máy CNC và phần đệm tương ứng, cách điều
chỉnh phần đệm để tương thích với máy.

- Tìm hiểu một số kiểu dáng máy CNC trong nước và trên thế giới.
- Nghiên cứu về các hệ truyền động đai và truyền động bánh răng, phương pháp
chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của máy.
- Phương pháp tạo mẫu bằng công nghệ In 3D, tìm hiểu ưu và nhược điểm của
các sản phẩm In 3D.
2.2. Yêu cầu hệ thống.
2.2.1. Yêu cầu phần cứng.
Phần cứng là phần cốt của máy, để máy hoạt động chính xác thì phần
cứng phải rất chính xác, độ rơ của máy nằm ở mức nhỏ nhất cá thể và tuân thủ
các yêu cầu về độ bền, tính an toàn và tính thẩm mĩ.
- Đảm bảo vững chắc, không rung, lắc trong quá trình máy hoạt động, các cơ
cấu truyền động hoạt động êm không gây tiếng ồn.
- Đảm bảo an toàn không gây tai nan cho người sử dụng.
- Tháo lắp dễ dàng, thuận lợi cho việc sửa chữa và bảo trì máy.
- Nhỏ gọn, không quá nhiều chi tiết phụ, đảm bảo kết cấu thẩm mĩ và thích hợp
cho việc sử dụng trong phòng thực hành.
- Mạch điều khiển hoạt động ổn định, đảm bảo luôn hoạt động ở mức độ vừa
phải, không vượt quá công suất tối đa của mạch.
- Các kết nối dây điện phải đảm bảo chắc chẵn và được bọc cẩn thận tránh
trường hợp bị ảnh hưởng do tác động của môi trường.
- Nguồn điện cần được kết nối chính xác và an toàn, không gây chập mạch trong
quá trình sử dụng.
2.2.2. Yêu cầu phần mềm.
Phần mềm là phần đưa ra các điều hướng để máy hoạt động, trực tiếp điều
khiển máy thông qua các mạch điện tử và động cơ. Để máy hoạt động chính xác
yêu cầu phần mềm phải đảm bảo chính xác về các thông số điều khiển, giao diện
dễ sử dụng, đẹp mắt và thuận tiện trong việc cài đặt và thiết lập các thông số,
tương thích với phần lớn các hệ điều hành phổ biến ở Việt Nam.
4

2.3. Phương án thiết kế và chạy thử nghiệm
2.3.1. Phương án 1.
Thiết kế máy CNC mini dựa trên các máy CNC đã có trên thị trường và
lắp ráp phân tích thử nghiệm trên phần mềm Solidworks 2013.
2.3.1.1 Phương án thiết kế trục Y.
Động cơ được gá cố định, sử dụng truyền động bánh răng có tỉ số truyền
1:1 để truyền động cho thanh ren M8. Bàn phay sử dụng ổ trượt LM8U và ốc
nối ty ren.

Hình 2.1: Lắp ráp trục Y trên phần mềm

Hình 2.2: Bàn phay

Hình 2.3: Lắp ráp hoàn chỉnh trục Y
5


2.3.1.2. Phương án thiết kế trục X.
Để gia công chính xác đòi hỏi máy phải có độ chính xác cao và mức độ
rung, lắc rất nhỏ, dựa vào những yêu cầu đó em quyết định thiết kế trục X gồm 2
thanh trượt và một thanh ren truyền động được bố trí theo dạng khối trụ tam
giác.

Hình 2.4: Lắp ráp trục X trên phần khung đỡ của trục Y

Phần trục X gồm 4 ở trượt LM8U và 1 ốc nối ty ren M8 được gắn vào chi tiết
khối tam giác giúp cho trục X vững chắc và di chuyển chính xác hơn. Phần cơ
cấu truyền động của trục X tương tự như trục Y sử dụng truyền động bánh răng
có tỉ số truyền 1:1. Chuyển động quay của động cơ được truyền cho Ty ren

chuyển động này tác động lên ốc nối ty ren được chuyển thành chuyển động tịnh
tiến theo hướng song song với ty ren.

6


2.3.1.3. Thiết kế trục Z.
Trục Z là phần kết nối trực tiếp với máy phay chịu ảnh hưởng rung lắc rất
mạnh của máy phay nên cần được thiết kế có khả năng chịu lực tốt và triệt tiêu
được rung lắc của máy phay, giúp đầu dao di chuyển chính xác. Về kết cấu phần
trục Z cũng được thiết kế gồm 2 thanh trượt và 1 ty ren và bố trí theo kết cấu
khối tam giác tương tự như trục X. Cơ cấu truyền động bánh răng với tỉ số
truyền 15:8.

Hình 2.5: Hình ảnh trục Z trên phần mềm.

- Với thiết kế này động cơ và thanh ren sẽ di chuyển còn ốc nối ty ren sẽ được
giữ cố định ở chi tiết tam giác gắn giữa trục X và trục Z.

7


2.3.1.6. Chế tạo thử nghiệm.
- Lắp ráp trục Y.

Hình 2.6: Lắp ráp trục Y
8


- Lắp ráp trục X.

Hình 2.7: Lắp ráp trục X

9


- Lắp ráp trục Z và nối dây.

Hình:2.8: Lắp ráp trục Z và nối dây

10


2.3.1.7. Nhận xét.
Sau khi Chế tạo và chạy thử nghiệm theo phương án 1 đưa ra khi chạy thử
phần trục X và trục Y hoạt động tương đối tốt và đạt yêu cầu đề ra. Tuy nhiên
phần trục Z khi di chuyển xuống gặp phôi khả năng ăn xuống phôi kém do kết
cấu truyền động của thanh ren chưa tốt, khi mũi khoan gặp bề mặt phôi do lực
cản của bề mặt phôi nên ty ren bị trượt ra khỏi ổ bi và chuyển động xuống một
cách độc lập mà không mang theo đầu mũi khoan đi xuống.

a. Trạng thái bình thường

b. Chuyển động xuống khi không gặp phôi

C. Khi gặp phôi.

Hình 2.9: Phân tích chuyển động trục Z trên phần mềm

11

Đồ gá kẹp phôi trên trục Y nhỏ và sử dụng vít vặn cho việc tháo lắp nên gặp khó
khăn trong việc tháo lắp phôi.

12


2.3.2 Phương án 2.
Vẫn giữ nguyên thiết kế trục X, Y, thiết kế lại gá phôi bàn phay, thiết kế
trục Z theo kết cấu như trục X và Y. Động cơ sẽ được lắp cố định còn ốc nối ty
ren sẽ chuyển động để đưa máy phay chuyển động lên xuống.

b. Chi tiết tam giac gắn kết XYZ.

a. Gá gắn động cơ

d. Gá gắn máy phay dưới

c. Gá gắn máy phay trên

Hình 2.10: Các chi tiết trục Z thiết kế mới

13


Thiết kế lại đồ gá trục Y to hơn, bố trí lại vít vặn và đồ gá ốc vặn để dể dàng
trong việc tháo lắp

2.3.2.1 Nhận xét

Sau qua trình thiết kế và thử nghiệm ở phương án 2 đã khắc phục nhược
điểm ở phương án 1. Tuy nhiên trục Z có kết cấu phức tạp hơn sẽ khó khăn hơn
khi bảo trì và sữa chữa
2.3.3. Kết luận
Sau khi chế tạo và chạy thử nghiệm ở hai phương án trên em quyết định
chọn phương án hai làm sản phẩm cuối cùng vì có nhiều ưu điểm hơn
14