Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy khắc gỗ CNC di động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

HUỲNH KIM HOÀNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
MÁY KHẮC GỖ CNC DI ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Mã số ngành: 60520114

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

HUỲNH KIM HOÀNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
MÁY KHẮC GỖ CNC DI ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Mã số ngành: 60520114

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. BÙI THANH LUÂN

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2016


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Bùi Thanh Luân
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày 02 tháng 10 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
TT

Họ và tên

Chức danh Hội đồng

1

PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương

Chủ tịch

2

TS. Võ Tường Quân

Phản biện 1

3

TS. Nguyễn Duy Anh

Phản biện 2

4

TS. Võ Hoàng Duy

5

TS. Ngô Hà Quang Thịnh

Ủy viên
Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày ..… tháng ….. năm 2016

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: HUỲNH KIM HOÀNG

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 18 / 05 / 1967

Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử

MSHV:1441840004

I. Tên đề tài
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo Máy khắc gỗ CNC di động
II. Nhiệm vụ và nội dung
1. T ng uan v ĩnh v c nghiên c u
2. Thiết kế kết cấu cơ khí máy
3. Mô phỏng ng suất và biến dạng bằng phần m m Ansys
4. Chế tạo, th c nghiệm và kết uận
III. Ngày giao nhiệm vụ: (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong QĐ giao đề tài)
22/12/2015 (theo Quyết định giao đ tài số 3128/QĐ-ĐKC) ....................................
IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 5/9/2016 ..............................................................
V. Cán bộ hướng dẫn: TS. Bùi Thanh Luân
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

TS. Bùi Thanh Luân

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn
gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Huỳnh Kim Hoàng


ii

LỜI CÁM ƠN
Trong quá trình thực hiện Luận văn, ngoài việc tự nghiên cứu của bản thân, tôi
đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ Thầy hướng dẫn và các bạn bè, đồng nghiệp.
Nhân đây, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc, chân thành tới Thầy hướng dẫn - TS.
Bùi Thanh Luân – Khoa Cơ Điện, Điện Tử Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM đã
rất nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện Luận
văn.

Tôi cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại học
Kỹ Thuật Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh, cùng quý thầy, cô đã tận tình truyền
đạt kiến thức và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho lớp chúng tôi trong suốt quá trình học
cao học.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các bạn đã luôn động viên, chia sẽ kinh nghiệm và
giúp đỡ tôi hoàn thành Luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Học viên thực hiện Luận văn

Huỳnh Kim Hoàng


iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn này nghiên cứu thiết kế, chế tạo Máy CNC gia công gỗ (khắc gỗ) có
kích thước nhỏ gọn, có thể sách tay di chuyển dễ dàng; máy có thể gia công trên các
mặt phẳng lớn đặt nằm ngang hoặc đứng như: các mặt bàn, mặt tủ, mặt giường
(sopha), hay các bức tường, bức tranh ở vị trí nằm ngang, đứng hoặc nghiêng.
- Máy có 3 trục X, Y, Z chuyển động độc lập, chi tiết gia công đứng yên. Hành
trình gia công X, Y, Z: 150, 200, 80;
- Máy dùng động cơ bước (Step motor) để quay 3 trục X, Y, Z.
- Tốc độ spindle 10.000 đến 24000 v/ph;
- Hệ thống vít me bi và thanh trượt vuông với hệ thống dẫn động chính xác;
- Nguồn 220V;
- Đường kính dao phay từ 1 đến 12mm;
- Sai số cho phép:  0.1mm
- Trọng lượng: khoảng 40 kg
- Máy được tích hợp một bộ điều khiển riêng trên thân máy, không cần máy
tính để truyền dữ liệu và điều khiển. Cổng kết nối cung cấp từ USB, màn hình LCD và

các nút bấm trực quan, hiển thị rõ ràng các thao tác chọn và các tiến trình đang được
thực hiện.
Nội dung Luận văn bao gồm các chương:
Chương 1: Tổng quan về l nh vực nghiên cứu
Chương 2: Chọn phương án, thiết kế kết cấu cơ khí
Chương 3: Thiết kế kết cấu cơ khí máy
Chương 4: Tính toán mô phỏng bằng phần mềm Ansys
Chương 5: Chế tạo và thực nghiệm
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài.


iv

ABSTRACT
This thesis is about researching, designing and manufacturing CNC machine,
which fabricate wood (wood carving), in compact size and portable; the machine
can process on a large flat surface horizontally or vertically as: the table, the
cabinet, the bed (sofa), or the walls, paintings in horizontal position, vertical
position or tilt position.
- The machine have 3 axis X, Y, Z which have independent motions,
stationary workpiece. X, Y, Z axis working area: 150, 200, 80;
- The machines have step motor to control 3 axis X, Y, Z.
- Spindle speed: 24,000 r/min;
- Ball screws system and square slider with precision drive system;
- Power source 220V;
- Blade diameter from  1 to  12mm;
- Accuracy:  0.1mm
- Weight: 40 kg
- The machines equipped with a separate controller on the body, no need for
a PC to transfer data and control. Interface connection has USB, LCD monitor and

visually buttons, a clear display of selected operations and the progress being made.
Content of thesis:
Chapter 1: Overview
Chapter 2: Chosen embodiment, the mechanical structure design
Chapter 3: Designing a mechanical structure
Chapter 4: Calculation, simulation
Chapter 5: Manufacture and experiment
Chapter 6: Conclusions and development.


v

MỤC LỤC
Tên đề mục luận văn

Trang

Lời cam đoan ------------------------------------------------------------------------------- i
Lời cám ơn ---------------------------------------------------------------------------------- ii
Tóm tắt luận văn --------------------------------------------------------------------------- iii
Abstract -------------------------------------------------------------------------------------- iv
Mục lục--------------------------------------------------------------------------------------- v
Danh mục các bảng ------------------------------------------------------------------------- vii
Danh sách các hình ảnh ------------------------------------------------------------------- viii
1.

Chương 1: Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu

1.1. Đặt vấn đề ---------------------------------------------------------------------------- 1
1.2. Tính cấp thiết của đề tài, ý ngh a khoa học và thực tiễn của đề tài ----------- 4

1.3. Nhiệm vụ của luận văn -------------------------------------------------------------- 7
1.4. Giới hạn phạm vi thực hiện đề tài -------------------------------------------------- 7
1.5. Phương pháp nghiên cứu ----------------------------------------------------------- 7
2.

Chương 2: Chọn phương án thiết kế kết cấu cơ khí

2.1. Giới thiệu sơ bộ về máy khắc gỗ CNC di động ---------------------------------- 8
2.2. Lựa chọn phương án thiết kế kết cấu cơ khí ------------------------------------- 10
2.3. Chọn động cơ dẫn động ------------------------------------------------------------- 13
2.4. Tính toán lực cắt lớn nhất khi gia công gỗ --------------------------------------- 16
2.5. Tính chọn động cơ ------------------------------------------------------------------- 19
2.6. Lựa chọn phương án truyền động các trục tọa độ ------------------------------- 19
2.7. Tính chọn bộ truyền vít me-đai ốc bi cho các trục X, Y, Z -------------------- 20
2.8. Kết luận lựa chọn động cơ ---------------------------------------------------------- 24
2.9. Kết luận lựa chọn kết cấu cơ khí và hệ thống truyền động -------------------- 25


vi
3.

Chương 3: Thiết kế kết cấu cơ khí máy

3.1. Thiết kế trục X ----------------------------------------------------------------------- 26
3.2. Thiết kế trục Y ----------------------------------------------------------------------- 26
3.3. Thiết kế trục Z ------------------------------------------------------------------------ 26
3.4. Thiết kế đế máy ---------------------------------------------------------------------- 27
3.5. Thiết kế đế lắp trục X --------------------------------------------------------------- 28
3.6. Thiết kế đế lắp trục Y --------------------------------------------------------------- 29
3.7. Thiết kế đế lắp trục Z ---------------------------------------------------------------- 30

3.8. Thiết kế đế lắp thanh trược trục Z ------------------------------------------------- 31
3.9. Thiết kế mặt bên trái ---------------------------------------------------------------- 32
3.10. Thiết kế mặt bên phải --------------------------------------------------------------- 33
3.11. Bản vẽ lắp tổng thể ------------------------------------------------------------------ 34
4.

Chương 4: Tính toán mô phỏng

4.1. Mô phỏng các chi tiết máy bằng phần mềm Ansys ----------------------------- 37
4.2. Kết luận kết quả mô phỏng tính toán ứng suất và biến dạng ------------------ 44
5.

Chương 5: Chế tạo và thực nghiệm

5.1. Một số hình ảnh của máy sau khi chế tạo lắp ráp hoàn chỉnh ----------------- 45
5.2. Thực nghiệm ------------------------------------------------------------------------- 51
5.3. Xác định sai số thực nghiệm so với mô phỏng ----------------------------------- 58
6.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài

6.1. Kết luận ------------------------------------------------------------------------------- 62
6.2. Hướng phát triển của đề tài --------------------------------------------------------- 62
Tài liệu tham khảo -------------------------------------------------------------------------- 63
Phụ lục luận văn (báo cáo kết quả phân tích Ansys) -------------------------------- --


vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
trang

Bảng 2.1: Tỷ suất lực cắt (K) khi phay ván dăm và lượng ăn dao (Uz) ---------- 16
Bảng 2.2: Hệ số ảnh hưởng của khối lượng thể tích ván ay ------------------------ 16
Bảng 2.3: Hệ số ảnh hưởng của tỷ lệ keo ak ------------------------------------------ 16


viii
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
trang
Hình 1.1: Máy phay CNC mini của Cty Letech -------------------------------------- 2
Hình 1.2: Máy khắc CNC mini của ---------------- 2
Hình 1.3: Máy CNC Vmade 1224 -------------------------------------------------------- 3
Hình 1.4: Máy CNC của hãng Trend (Hoa Kỳ) ----------------------------------------- 3
Hình 1.5: Giá bán máy CNC của hãng Trend -------------------------------------------- 4
Hình 1.6: Máy CNC di động có thể gia công điêu khắc trên các sản phẩm---------- 5
Hình 1.7: Điêu khắc gỗ thủ công bằng tay ----------------------------------------------- 6
Hình 1.8: Khắc chữ 2D trên gỗ bằng máy CNC ----------------------------------------- 6
Hình 2.1: Hệ trục tọa độ Descartes và quy tắc bàn tay phải ------------------------ 10
Hình 2.2: Mô hình kết cấu cơ khí theo phương án 1 -------------------------------- 11
Hình 2.3: Mô hình kết cấu cơ khí theo phương án 2 -------------------------------- 12
Hình 2.4: Mô hình kết cấu cơ khí theo phương án 3 -------------------------------- 12
Hình 2.5: Động cơ bước (step motor) -------------------------------------------------- 13
Hình 2.6: Mô tả chuyển động khi phay biên và phay bề mặt ---------------------- 17
Hình 2.7: Mô tả dao phay gỗ loại 3D (có mũ) ---------------------------------------- 18
Hình 2.8: Sơ đồ xác định μ và l trục X ------------------------------------------------ 20
Hình 2.9: Một số kích thước cơ bản của vít me bi – đai ốc ------------------------ 21
Hình 2.10: Động cơ spindle Makita RT0700C -------------------------------------- 24
Hình 3.1: Kích thước cơ bản của trục vít me đai ốc bi - trục X ------------------- 26
Hình 3.2: Kích thước cơ bản của trục vít me đai ốc bi - trục Y ------------------- 26
Hình 3.3: Kích thước cơ bản của trục vít me đai ốc bi - trục Z -------------------- 26
Hình 3.4: Đế máy (hình 3D - isometric view) --------------------------------------- 27

Hình 3.5: Kích thước cơ bản của đế máy (top view) -------------------------------- 27
Hình 3.6: Hình 3D Đế lắp trục X (isometric view) ---------------------------------- 28
Hình 3.7: Kích thước cơ bản của Đế lắp trục X ------------------------------------- 28
Hình 3.8: Hình 3D của Đế lắp trục Y (isometric view) ----------------------------- 29
Hình 3.9: Kích thước cơ bản của Đế lắp trục Y (top view) ------------------------ 29


ix
Hình 3.10: Hình 3D của Đế lắp trục Z (isometric view) --------------------------- 30
Hình 3.11: Kích thước cơ bản của Đế lắp trục Z (front view) --------------------- 30
Hình 3.12: Hình 3D của Đế lắp thanh trược trục Z (lắp spindle) ------------------ 31
Hình 3.13: Kích thước cơ bản của Đế lắp thanh trược trục Z ---------------------- 31
Hình 3.14: Hình 3D của khung máy – mặt bên trái (isometric view) ------------- 32
Hình 3.15: Kích thước cơ bản của khung máy – mặt bên trái --------------------- 32
Hình 3.16: Hình 3D của khung máy – mặt bên phải (isometric view) ------------ 33
Hình 3.17: Kích thước cơ bản của khung máy – mặt bên phải -------------------- 33
Hình 3.18: Hình 3D – bản vẽ lắp mô hình -------------------------------------------- 34
Hình 3.19: Hình 3D – bản vẽ lắp tổng thể (isometric view) ----------------------- 34
Hình 3.20: Hình 3D – bản vẽ lắp tổng thể (nhìn từ bên phải – right view) ------ 35
Hình 3.21: Hình 3D – bản vẽ lắp tổng thể (nhìn từ phía sau – back view) ------ 35
Hình 3.22: Hình 3D – bản vẽ lắp tổng thể (nhìn từ phía trên xuống –top view) 36
Hình 3.23: Hình 3D – bản vẽ lắp tổng thể (nhìn từ phía dưới lên –bottom view) 36
Hình 4.1: Ứng suất tác dụng trên dầm đỡ trục X ------------------------------------ 37
Hình 4.2: Biến dạng của dầm đỡ trục X ---------------------------------------------- 38
Hình 4.3: Ứng suất tác dụng trên đế trục Y ------------------------------------------ 39
Hình 4.4: Biến dạng của đế trục Y ---------------------------------------------------- 39
Hình 4.5: Ứng suất khi chịu lực tại trục chính --------------------------------------- 40
Hình 4.6: Biến dạng khi chịu lực tại trục chính -------------------------------------- 41
Hình 4.7: Ứng suất tác dụng lên bàn máy -------------------------------------------- 41
Hình 4.8: Độ biến dạng của bàn máy ------------------------------------------------- 42

Hình 4.9: Ứng suất mặt bên trái -------------------------------------------------------- 43
Hình 4.10: Biến dạng mặt bên trái ----------------------------------------------------- 43
Hình 5.1: Hình tổng thể máy nhìn từ phía trước ------------------------------------- 45
Hình 5.2: Máy nhìn từ mặt bên trái ---------------------------------------------------- 46
Hình 5.3: Máy nhìn từ mặt bên phải -------------------------------------------------- 46
Hình 5.4: Máy nhìn từ mặt sau --------------------------------------------------------- 47
Hình 5.5: Máy nhìn từ trên xuống (top view) ---------------------------------------- 47


x
Hình 5.6: Cụm gá lắp spindle ---------------------------------------------------------- 48
Hình 5.7: Cụm trục vít me-đai ốc bi trục Y ------------------------------------------ 49
Hình 5.8: Bo mạch điều khiển của máy ----------------------------------------------- 49
Hình 5.9: Đế máy (back view) --------------------------------------------------------- 50
Hình 5.10: Thực nghiệm phay hình chữ nhật, chữ S trên gỗ ----------------------- 51
Hình 5.11: Thực nghiệm phay đường tròn trên gỗ ---------------------------------- 51
Hình 5.12: Kết quả thực nghiệm phay đường tròn, hình chữ nhật, chữ S trên gỗ 52
Hình 5.13: Thực nghiệm vẽ đường tròn, hình chữ nhật, chữ S trên giấy kẻ ô ly 52
Hình 5.14: Kiểm nghiệm kích thước đường tròn đường kính 80mm ------------- 53
Hình 5.15: Kiểm nghiệm kích thước hình chữ nhật 70x50mm -------------------- 53
Hình 5.16: Kiểm nghiệm kích thước hình chữ nhật S ------------------------------ 53
Hình 5.17: Đường tròn dùng để dịch chương trình thực nghiệm ------------------ 54
Hình 5.18: Kết quả thử nghiệm vẽ hình tròn đường kính 80 mm ----------------- 54
Hình 5.19: Hình chữ nhật dùng để dịch chương trình thực nghiệm --------------- 55
Hình 5.20: Kết quả thử nghiệm vẽ hình chữ nhật ----------------------------------- 55
Hình 5.21: Hình chữ S dùng để dịch chương trình thực nghiệm ------------------ 56
Hình 5.22: Kết quả thử nghiệm vẽ hình chữ S --------------------------------------- 56
Hình 5.23: Kiểm nghiệm kích thước đường tròn đường kính 80mm trên giấy -- 57
Hình 5.24: Kiểm nghiệm kích thước hình chữ nhật 70x50mm vẽ trên giấy ------ 57
Hình 5.25: Kiểm nghiệm kích thước hình chữ nhật S vẽ trên giấy --------------- 57

Hình 5.26: Kết quả sai số giữa mô phỏng và thực nghiệm khi máy chạy theo
đường hình tròn ------------------------------------------------------------- 58
Hình 5.27: Kết quả sai số giữa mô phỏng và thực nghiệm khi máy chạy theo
đường hình chữ nhật ------------------------------------------------------- 59
Hình 5.28: Kết quả sai số giữa mô phỏng và thực nghiệm khi máy chạy theo
đường hình chữ S ----------------------------------------------------------- 60


1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
1.1. Đặt vấn đề
CNC là viết tắt của Computer Numerical Control là thuật ngữ chỉ những hệ
thống máy tiện, cắt, phay, … cơ khí được điều khiển bằng máy tính. CNC được phát
triển từ cuối thập niên 1940 - đầu 1950 ở phòng thí nghiệm Servomechanism của học
viện MIT (Viện Công nghệ Massachusetts Institute of Technology, là một viện đại
học nghiên cứu tư thục ở thành phố Cambridge, bang Massachusetts, Hoa Kỳ).
Với việc điều khiển bằng máy tính, máy CNC có thể cắt kim loại theo những
đường cong dễ dàng như đường thẳng, thậm chí là đục rỗng bên trong khối phôi, tỉa
những đường hoa văn chính xác. Vì được lập trình và điều khiển bằng máy tính nên
độ chính xác của CNC được cho là tuyệt đối, tạo ra các sản phẩm được cắt gọt rất sắc
sảo và đẹp mắt. Máy CNC ph n loại ra nhiều loại:

trục, 4 trục, 5 trục, phay 5 trục,

tiện 5 trục; trong đó có trục cơ bản , Y, , các trục còn lại được hiểu là uay uanh
trục X, trục Y, trục Z. Các máy cắt decal, máy in

c ng là một loại CNC, nhưng có

khác là nó không tạo ra phoi.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, máy gia công cơ
khí CNC ngày càng phát triển với ưu điểm là độ chính xác cao, tốc độ nhanh và hoạt
động ổn định. Các máy CNC đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực gia công chế
tạo các thiết bị cơ khí, điêu khắc đá, gỗ, kim loại, …
Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam, các máy CNC được sử dụng phổ biến là
những máy có kích thước lớn, đặt cố định. Việc ứng dụng máy CNC vào gia công
khắc gỗ (điêu khắc) chủ yếu thực hiện ở công đoạn gia công thô trước khi lắp ráp.
Nghĩa là người ta chế tạo bản điêu khắc hình ảnh xong rồi mới lắp ghép vào các sản
phẩm hoàn thiện, kích thước của sản phẩm bị hạn chế bởi kích thước của máy CNC.
Giới thiệu một số máy khắc gỗ CNC được chế tạo trong nước:
- Máy phay CNC mini của Công ty TNHH Chế tạo Thiết bị Công nghiệp Tự
động hóa Letech. Máy này chỉ gia công những sản phẩm có kích thước nhỏ.


2

Hình 1.1: Máy phay CNC mini của Cty Letech

- Máy CNC khắc gỗ, mica, sản phẩm của người có nick mame irf540 trên
iễn đàn Điện tử Việt Nam, email: :

Hình 1.2: Máy khắc CNC mini của


3

Các nghiên cứu về máy CNC gỗ di động ở nước ngoài:
- High-quality/high speed cnc router engraving advertising machine 1224 for
wood acrylic pvc double color board (Fob price: US $2,500 - 3,000 / Set):

Hình 1.3: Máy CNC Vmade 1224

Hình 1.4: Máy CNC của hãng Trend (Hoa Kỳ)


4

Hình 1.5: Giá bán máy CNC của hãng Trend (£ 1,862.29 inc. VAT)
Tóm lại:
Hiện nay, các máy CNC gia công gỗ do các nhà sản xuất trong nước chủ yếu là
loại đặt cố định, các loại máy này có hạn chế là kích thước sản phẩm cần gia công bị
hạn chế bởi kích thước của máy. Chưa có công trình nào nghiên cứu thiết kế, chế tạo
máy CNC gia công gỗ loại di động.
Máy CNC gia công gỗ di động do nước ngoài chế tạo có giá thành quá cao.
Vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu chế tạo máy khắc gỗ CNC di động, có thể di
chuyển đến bất cứ vị trí nào, từ mặt phẳng cho tới mặt dọc vuông góc 90 độ so với
mặt đất (trường hợp mặt dọc vuông góc với mặt đất thì cần có d y treo máy lên). Máy
có kết cấu gọn và linh động.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài, n h a h a h c và th c ti n của đề tài
Việc nghiên cứu chế tạo máy CNC di động dùng để điêu khắc trên các sản
phẩm gỗ, mica, nhôm, đồng, … đã được chế tạo thành sản phẩm sẽ góp phần cải tiến


5
và n ng cao chất lượng của các sản phẩm, làm tăng giá trị của sản phẩm, giảm giá
thành gia công. Ví dụ như ta có thể gia công cái bàn, cái tủ, bức tường, vách ngăn
xong, sau đó mới dùng máy CNC di động để điêu khắc các bức tranh, hình vẽ hay
khắc chữ lên sản phẩm.
Việc nghiên cứu thành công sẽ cho ra đời sản phẩm máy CNC di động made in

Việt Nam có chất lượng và độ bền tương đương với máy nhập từ nước ngoài, nhưng
có giá thành rẽ hơn nhiều (bằng 1/ so với giá máy nhập khẩu), ua đó góp phần giảm
chi phí tiêu hao và tăng sức cạnh tranh của các doanh nghiệp sản xuất trong nước.
Với máy CNC di động, ta có thể hoàn thành một sản phẩm mỹ nghệ có kích
thước lớn mà các máy CNC cố định không thể thực hiện được; ví dụ như ta có thể
dùng máy CNC di động để thực hiện bức tranh lớn trên các mặt bàn rộng trên m,
hoặc trên các bức tường dài hàng chục mét mà không cần phải lắp ghép từng phần.
Về kinh tế, máy CNC di động theo đề xuất mô hình thiết kế trong luận văn này
có giá thành thấp hơn so với máy phay CNC gia công gỗ kích thước lớn.

Hình 1.6: Máy CNC di động có thể gia công điêu khắc trên các sản phẩm


6

Hình 1.7: Với máy CNC di động ta có thể khắc các hoa v n lên sản phẩm gỗ
có kích thước lớn sau khi đã đóng hoàn chỉnh, năng suất cao hơn nhiều so với gia
công thủ công bằng tay.

Hình 1.8: Với máy CNC di động ta có thể khắc chữ hoặc hình 2D trên gỗ,
mica, đồng, nhôm,… với năng suất cao hơn nhiều so với gia công thủ công bằng tay.
(Ảnh lấy từ nguồn: />

7
1.3. Nhiệm vụ của luận văn
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo kết cấu cơ khí máy khắc gỗ CNC di động. Yêu cầu
máy gọn nhẹ (khoảng 40 kg), có độ rung động nhỏ, tốc độ spidle cao để đảm bảo độ
chính xác cao và độ bóng của sản phẩm.
Nhiệm vụ của luận văn gồm 2 nội dung chính:
- Nội dung 1: thiết kế kết cấu cơ khí máy, mô phỏng ứng suất và biến dạng của

máy.
- Nội dung 2: chế tạo và thực nghiệm.
1.4. Giới hạn phạm vi th c hiện đề tài
- Luận văn chỉ nghiên cứu thiết kế, chế tạo kết cấu cơ khí máy (phần bộ điều
khiển và chương trình điều khiển không nằm trong giới hạn của luận văn này, phần
này do Cty Cơ Điện Tử Hiệp Phát thực hiện).
- Các thông số tính toán thiết kế dùng cho vật liệu là gỗ cứng như Gõ, Hương,
Lim, Trắc, ...
1.5. Phươn pháp n hiên cứu
- Tham khảo tài liệu (sách, báo và tạp chí khoa học trên internet).
- Tính toán thiết kế kết cấu cơ khí theo nguyên lý chế tạo máy.
- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Solidworks và Ansys để thiết kế và mô
phỏng ứng suất, biến dạng của các chi tiết, bộ phận chính của máy.
- Chế tạo máy và thực nghiệm.
1.6. Tóm tắt các chươn của luận văn
Chương 1: Tổng uan về lĩnh vực nghiên cứu
Chương 2: Chọn phương án, thiết kế kết cấu cơ khí
Chương : Thiết kế kết cấu cơ khí máy
Chương 4: Tính toán mô phỏng
Chương 5: Chế tạo và thực nghiệm
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài


8
CHƯƠNG 2
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ
Quy trình thiết ế máy CNC ia côn

-

ỗ:

ác định nhiệm vụ thiết kế, yêu cầu đặt ra của đầu bài.

- Lựa chọn phương án kết cấu cơ khí.
- Lựa chọn cơ cấu truyền động.
- Chọn dao lớn nhất gia công và vật liệu cứng nhất gia công được.
- Tính lực cắt lớn nhất.
- Tính toán lựa chọn động cơ.
- Thiết kế kết cấu các bộ phận chính của máy trên phần mềm solid
word.
- Mô phỏng các chi tiết máy bằng phần mềm ansys để xác định ứng
suất và biến dạng.
- Xuất bảng vẽ chế tạo từ các yêu cầu kỹ thuật của bảng vẽ lắp.
- Chế tạo máy.
- Thực nghiệm.
2.1.

Giới thiệu sơ bộ về máy hắc ỗ CNC di độn

2.1.1. Giới thiệu sơ bộ máy khắc gỗ CNC di động, so sánh ưu và nhược
điểm của máy khắc gỗ CNC di động với máy khắc gỗ CNC cố định:
Nghề điêu khắc gỗ được xem là nghề truyền thống của d n tộc Việt Nam,
hiện nay, các làng nghề, doanh nghiệp điêu khắc gỗ vẫn tiếp nối và phát triễn nghề
truyền thống uý báu này. Tuy nhiên, hầu hết các làng nghề vẫn sử dụng phương
pháp điêu khắc gỗ bằng tay hoặc bằng máy CNC cố định. Việc gia công điêu khắc
gỗ bằng tay đòi hỏi tay nghề cao, sự tỉ mỉ cẩn thận của các nghệ nh n, năng suất
thấp, sản phẩm không đồng đều. Các máy CNC cố định chỉ gia công được các sản
phẩm có kích thước hạn chế.
Với xu hướng ngày càng nhiều người yêu thích và sử dụng sản phẩm gỗ điêu

9
khắc để tạo nên sự trang trọng và thẩm mỹ cho ngôi nhà, văn phòng; những vách
ngăn với những bức tranh có kích thước lớn thì với máy khắc gỗ CNC cố định họ
phải lắp ghép từ nhiều mãnh hợp thành, nhược điểm của phương pháp gia công này
là các sản phẩm có độ bền thấp, dễ cong vênh, năng suất thấp và giá thành cao.
Với máy khắc gỗ CNC di động ta có thể gia công các bức tranh điêu khắc
trên diện tích rộng và năng suất, chất lượng rất cao, có thể gia công ở vị trí nằm
ngang hoặc thẳng đứng (ví dụ vách tường nhà, văn phòng).
Tóm lại: một số ưu điểm, nhược điểm của máy khắc gỗ CNC di động như
sau:
- Ưu điểm:
 Gia công được nhiều dạng sản phẩm gỗ ở các vị trí nằm ngang hoặc thẳng
đứng với kích thước không hạn chế.
 Độ chính xác cao, chất lượng sản phẩm cao.
 Tốc độ cắt cao nhờ cấu trúc cơ khí bền chắc của máy.
 Năng suất cao nhờ tốc độ và độ chính xác của máy cao.
 Không phụ thuộc nhiều vào tay nghề của người vận hành máy.
- Nhược điểm:
 Giá thành của máy cao hơn máy công cụ truyền thống khác.


o yêu cầu phải gọn, nhẹ để dễ di chuyển nên máy đòi hỏi phải có độ

rung thấp, độ ổn định cao và chỉ gia công với lực cắt nằm trong giới hạn.
2.1.2. Yêu cầu cơ bản của máy khắc gỗ CNC di động:
Yêu cầu máy gọn nhẹ (khoảng 40 kg), có độ rung động nhỏ, độ chính xác gia
công  0.1mm, tốc độ spidle cao để đảm bảo độ bóng của sản phẩm.
2.1.3. Nhiệm vụ cơ bản của máy và yêu cầu thiết kế:

Nhiệm vụ cơ bản của máy là gia công bề mặt đạt độ chính xác cao, độ bóng
cao trên các loại vật liệu gỗ cứng (Gõ, Hương, Lim, Trắc, ván dăm, ...).
Yêu cầu thiết kế:
Thiết kế máy dựa trên nền tảng là máy gia công phay CNC.


10
Các chuyển động cắt gọt khi gia công chi tiết trên máy CNC phải nằm trong
một hệ trục tọa độ escartes theo nguyên tắc bàn tay phải. Một máy công cụ CNC
trục thường được điều khiển bởi

chuyển động tịnh tiến theo các trục , Y,

chuyển động uay A, B, C uay uanh
gian hệ tọa độ

và

trục tương ứng. Một điểm trong không

escartes được xác định tọa độ ua hình chiếu của nó lên

trục

,

Y, . Hình 2.1 mô tả hệ trục tọa độ escartes và uy tắc bàn tay phải.

Hình 2.1: Hệ trục tọa độ escartes và uy tắc bàn tay phải.
Đề xuất mô hình:

- Máy có trục , Y,

chuyển động độc lập, chi tiết gia công đứng yên. Hành

trình gia công X, Y, Z: 150, 200, 80;
- Máy dùng động cơ bước (Step motor) để uay trục , Y, .
- Tốc độ spindle 1000030000 v/ph;
- Hệ thống vít me bi và thanh trượt vuông với hệ thống dẫn động chính xác;
- Nguồn 220V;
- Đường kính dao phay từ 2 đến 12mm;
- Sai số cho phép:  0.1mm
- Trọng lượng: khoảng 40 kg
- Máy được tích hợp một bộ điều khiển riêng trên th n máy, không cần máy
tính để truyền dữ liệu và điều khiển. Cổng kết nối cung cấp từ USB, màn hình LCD và
các nút bấm trực uan, hiển thị rõ ràng các thao tác chọn và các tiến trình đang được
thực hiện.


11
2.2. L a ch n phươn án thiết ế ết cấu cơ hí ch máy
Trong phần này, tác giả dựa trên nguyên tắc chuyển động của máy phay
CNC

trục

, Y và

(trong đó trục

là trục mang spindle gắn dao phay), đưa ra

các phương án thiết kế kết cấu cơ khí cho máy, từ đó ph n tích và lựa chọn phương
án tối ưu, đảm bảo đúng yêu cầu đề ra của luận văn.
Trong các phương án thiết kế đều phải đảm bảo yêu cầu chi tiết gia công
đứng yên (khung đế dưới của máy đứng yên, chi tiết gia công đứng yên), chỉ có
phần trên của máy (bộ phận lắp đầu spindle) di chuyển.
2.2.1. Phươn án 1
Trong phương án này, trục

chuyển động phối hợp với trục

theo phương

ngang, trục Y chuyển động độc lập theo phương dọc. Spindle (gắn dao phay) di
chuyển (quét) theo trục

(phương ngang) và đầu spindle di chuyển lên, xuống theo

phương đứng (trục ), đồng thời dao phay uay uanh trục
máy (trong đó có cả trục

(spindle). Cả khung

và trục ) di chuyển dọc theo trục Y (xem hình 2.2).

Z
X

Y

Hình 2.2: Trục

chuyển động (lên/xuống) phối hợp với trục

, trục Y

chuyển động độc lập.
2.2.2. Phươn án 2
Trong phương án này, trục

chuyển động phối hợp với trục Y theo phương