Tải bản đầy đủ (.pdf) (120 trang)

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

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.15 MB, 120 trang )

..

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 khơng cịn xa lạ mà ngược lại đã trở nên thân thuộc đối với
tất cả chúng ta. Tuy nhiên khơng 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 cơng gỗ
mỹ nghệ nói riêng.
Để làm ra một sản phẩm nội thất hồn chỉnh và thẩm mỹ, ngồi địi 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 cơng 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 lịng 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 cơng 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 cơng
đoạn chính như sau: Giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu máy khắc gỗ CNC
trong và ngồi nước; Phân tích và lựa chọn phương án tối ưu; Thiết kế sản phẩm trên
phần mềm Solidwords; Tính tốn 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 HỊA XÃ HƠI 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 tốn:
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 tốn 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 mơ hình 3D và mơ 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 ngun lý và thuật tốn, 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 hồn thành đồ án:
10/12/2019.
Trưởng Bộ mơn……………………….

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 ln 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 q thầy cơ 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 q thầy cơ trong Viện cơ khí và tự động hóa. Trong q 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 mơ 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 tơi xin chân thành cảm ơn sự hợp tác và giúp đỡ của các bạn
học cùng lớp 15CDT đã nhiệt tình giúp đỡ chúng tơi trong quá trình thực hiện đồ án.

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến những người đã giúp đỡ chúng tơi trong q trình
thực hiện luận văn mà chúng tơi chưa nêu tên ở đây, sự giúp đỡ dù ít hay nhiều cũng
đóng góp một phần vào sự thành cơng 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
Tơi tên là : NGUYỄN ĐỨC THƠI
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 Mơ 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 TỐN VÀ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CƠ KHÍ .................... 35

4.1 Bảng thơng số kỹ thuật của máy. ...................................................................... 35
4.2 Tính tốn lực cắt và công suất cắt. .................................................................... 35
4.3 Chọn động cơ trục chính. .................................................................................. 38
4.4 Tính tốn 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 tốn động cơ điều khiển ............................................................................ 47
4.4.5 Động cơ điều khiển. .......................................................................................... 48
4.4.6 Thanh trượt – con trượt..................................................................................... 48
4.5 Tính tốn 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 tốn 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 tốn động cơ điều khiển ............................................................................ 74
4.6.5 Động cơ điều khiển ........................................................................................... 75
4.6.6 Thanh trượt – con trượt..................................................................................... 75
4.7 Tính tốn 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 MƠ HÌNH 3D VÀ MƠ PHỎNG LỰC TÁC DỤNG ......... 84
5.1 Thiết kế mơ hình 3D........................................................................................... 84
5.1.1 Các chi tiết thiết kế ........................................................................................... 84
iv


5.1.2 Mơ hình 3D sau khi lắp ..................................................................................... 89
5.2 Mơ phỏng lực tác dụng. ..................................................................................... 92
5.2.1 Mục tiêu của việc mơ phỏng ............................................................................. 92
5.2.2 Q trình mơ 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 cơng chi tiết.
Hình 2.1 Máy tiện CNC biên dạng trịn 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 vng
Hình 3.4 Ray trượt trịn.
Hình 3.5 Nối trục đàn hồi với đĩa hình sao.
Hình 3.6 Nhơm tấm.

Hình 3.7 Sắt tấm.
vi


Hình 3.8 Mâm cặp 3 chấu tự định tâm.
Hình 3.9 Mâm cặp 4 chấu khơng 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 Cơng 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 Thơng 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 Thơng 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 Thơng 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 mơ hình.
Hình 5.16 Mặt trái mơ hình.
Hình 5.17 Mặt sau mơ hình.
Hình 5.18 Mặt dưới mơ hình.
Hình 5.19 Mặt trên mơ hình.
Hình 5.20 Mơ 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 ngơn 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 Thơng số chỉnh trên Driver của động cơ Step.
Hình 6.9 Thơng 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 cơng.
Hình 7.5 Bức tranh cha và mẹ được khắc gỗ CNC
Hình 7.6 Vịng 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 cơ 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 hồn thành tốt đề tài này.
Do thời gian, tài liệu và trình độ cịn hạn chế nên đề tài khơng thể tránh khỏi sai
phạm thiếu sót. Rất mong nhận được sự giúp đỡ, góp ý chân thành của q thầy cơ
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 tốn thiết kế
1.1.1 Mơ 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 cơng 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 cơng 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 ngồi.
- 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 tồn cao,…
1.1.3 Thị trường mục tiêu
- Phân khúc vừa và nhỏ tại các xưởng gia cơng mỹ nghệ gỗ.
- Các hộ gia đình có nhu cầu sử dụng tại nhà.
- Hợp đồng với các nhà phân phối máy CNC gia cơng gỗ trên tồn 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 tốn thiết kế sản phẩm
- Nhiệm vụ 5: Lập hồ sơ thiết kế sản phẩm
- Nhiệm vụ 6: Vẽ mơ hình 3D và mơ 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 cơng 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
cơng 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 Thơi, 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 tốn thiết kế chi
tiết các bộ phận.
Thiết kế kết cấu khung.
Lựa chọn kết cấu khung
phù hợp.
Tính tốn lực cắt khi
gia cơng.

5

Tính tốn thiết kế
sản phẩm

Tính tốn để lựa chọn
động cơ trục chính.
Tính tốn thiết kế
cụm trục X, Y, Z,
A.
Tính tốn và thiết kế hệ
thống dẫn hướng.
Xây dựng các bản vẽ
mơ 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 tốn thiết
kế sản phẩm
theo đúng

3 tuần

phương án
thiết kế đã lựa
chọn. Các bản
vẽ mơ hình hệ
thống.

dây cho sản phẩm.
Xây dựng mơ hình 3D
trên phần mềm
Mơ phỏng lực tác solidwords.
6

dụng

Tính ứng suất Von
Mises.
Tính chuyển vị của mơ
hình.


Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thơi, Lê Nhất Cảnh

Xây dựng mơ
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 khơng có
cho q trình
khả năng gia cơng
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 cơng và lắp
đặt

Q 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
tồn bộ q trình thiết
kế chế tạo sản phẩm.

thuyết minh
và có bản báo
cáo hồn
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 thơng 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 phơi. Thiết bị mới
nhất có thể chọn một mẫu kỹ thuật được tạo ra từ máy tính, tính tốn tốc độ dao,
đường vận chuyển vật liệu vào máy và sản xuất chi tiết mà khơng cần bản vẽ hay
một chương trình.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh


Hướng dẫn: TS. Võ Như Thành

8


Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do

Từ các máy công cụ sơ khai với các cơ cấu cơ khí, máy CNC ngày nay hoạt
động dưới sự điều khiển của hệ điều hành được lập trình tinh vi, có thể thực hiện
chức năng chun biệt với các dòng máy phay đứng, máy phay ngang, máy phay
giường, cỡ lớn, đôi cột, máy tiện đứng, máy tiện cỡ lớn, máy tiện kiểu Thụy Sĩ, máy
phay, tiện 3 trục rồi 5 trục gia công các bề mặt phức tạp, máy xung, máy cắt dây
EDM, đột dập liên hoàn, cắt khắc laser kim loại, phi kim cho đến các Trung tâm gia
công thực hiện nhiều nguyên công liên tiếp như phay, tiện, khoan, mài, trên một
máy chỉ với một lần gá đặt.
Các trung tâm gia cơng có sự trợ giúp của các cơ cấu thay dao tự động ATC
cấp phơi tự động, cánh tay robot cơng nghiệp,...có thể được tích hợp vào hệ thống
sản xuất linh hoạt trong các nhà máy lớn. Trí tuệ nhân tạo đang ngày càng phát triển
và trợ giúp con người một cách hữu ích, trong đó có máy CNC.
2.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước.
Cùng với việc nghiên cứu của các chuyên gia trên thế giới thì trong nước cũng
khơng ngừng nghiên cứu để nâng cao độ chính xác gia cơng của trung tâm gia công
CNC.
Bảng 2.1 Các thông số chế độ gia công theo đặc trưng chất lượng gia công

2.1.3 Đặc điểm phân loại
Một cách tổng quát các máy công cụ CNC phay gỗ có thể được phân loại theo
các đặc điểm sau:
- Truyền động: thuỷ lực, khí nén và điện, …

- Phương pháp điều khiển: toạ độ hay quỹ đạo, …
- Hệ thống định vị: định vị kích thước tuyệt đối và định vị nối tiếp
- Các vòng lặp điều khiển: vòng hở, vịng kín, vịng nửa kín.
- Số trục toạ độ: 3 trục, 4 trục, 5 trục, …
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh

Hướng dẫn: TS. Võ Như Thành

9


Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do

Theo chức năng thì các máy cơng cụ CNC phay gỗ cũng như các máy công cụ vạn
năng, có thể được chia thành các nhóm sau:
- Nhóm máy tiện để tiện các biên dạng có hình trịn xoay và các góc trịn khác.

Hình 2.1 Máy tiện CNC biên dạng trịn xoay
- Nhóm máy khoan dùng để khoan các lỗ trên chi tiết.

Hình 2.2 Máy CNC khoan gỗ
- Nhóm máy phay để phay những chi tiết có cấu tạo hình học đa dạng tạo ra các bề
mặt và các góc đa dạng, ngồi ra có thể dùng để khoan, doa các lỗ.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh

Hướng dẫn: TS. Võ Như Thành

10



Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do

Hình 2.3 Máy CNC phay gỗ 3 trục
2.1.4 Kết cấu chung của máy CNC phay gỗ
Tìm hiểu và khảo sát các máy có sẵn trên thị trường, ta chia thành 3 phần chính:
- Phần kết cấu cơ khí: Thân máy, đế máy, bàn máy, bàn xoay, đầu gia cơng, ổ tích
dao, hộp số,…
- Phần dẫn động cơ khí: Trục vít me bi, cụm trục chính và băng dẫn hướng,…
- Phần điều khiển: Các loại động cơ và driver của chúng, mạch giao tiếp, máy tính
trung tâm, tủ điện,…
Có thể nói, các máy CNC phay gỗ có cấu tạo không quá khác biệt so với các máy
CNC gia công kim loại. Tùy thuộc vào yêu cầu đáp ứng của từng loại công việc mà
giá thành và độ phức tạp sẽ thay đổi nhưng chủ yếu vẫn là các bộ phận chính trên.

Hình 2.4 Máy CNC phay gỗ mini 4 trục
2.1.4.1 Phần cơ khí
a. Thân máy và đế máy
Thân máy như một bộ áo giáp vừa để bảo vệ máy, đế máy là nền tảng của máy
trung tâm vì vậy cần nặng, tốt và cực kỳ chắc chắn. Trong cấu tạo của máy CNC thì
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh

Hướng dẫn: TS. Võ Như Thành

11


Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do

thân máy rất quan trọng giúp đảm bảo máy sẽ thực hiện với cơng suất và độ chính

xác cao nhất. Bên trong thân máy chứa các bộ phận như trục dẫn, bộ điều khiển, ….
Được thiết kế sao cho dễ thải phoi, tưới trơn, dễ thay dao tự động, …
Thường sẽ được chế tạo bằng gang vì chống rung động và có độ bền nén cao gấp 10
lần so với thép.
b. Bàn máy
Bàn máy có kích thước phụ thuộc vào yêu cầu làm việc và khả năng gia công
của từng máy, là nơi để gá đặt chi tiết gia cơng hay các đồ gá.
u cầu phải có độ phẳng, ổn định và cứng vững, được gắn cố định vào các thanh
chuyển động hay đứng yên.
c. Bàn xoay
Là đồ gá được gắn vào như một đầu phân độ vít me hoặc một bàn xoay điều
khiển như trục thứ 4, thứ 5, …
Tùy vào khả năng làm việc và yêu cầu sản phẩm mà người vận hành sẽ quyết định
gắn hay khơng gắn bàn xoay vào.

Hình 2.5 Bàn xoay dùng trong máy CNC phay gỗ
d. Ổ tích dao
Có hai loại cơ cấu thay dao: Loại tang trống (Drum Type) hoặc loại tay xoay
(Arm Type), riêng loại tay xoay sẽ có nhiều hình thức ổ tích dao gồm loại trịn hoặc
loại xích.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thơi, Lê Nhất Cảnh

Hướng dẫn: TS. Võ Như Thành

12


Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do


Hình 2.6 Ổ tích dao trên các máy CNC
e. Hộp số
Hộp số máy CNC là linh kiện quan trọng trong các máy CNC. Máy 4D như
máy đục tượng không thể thiếu 1 hộp số để vận hành, điều này ngược lại với máy
đục tranh, vì nó khơng cần đến hộp số khi đã có biến tần thực hiện tốt cơng việc
tăng giảm tốc.

Hình 2.7 Hộp số trong máy phay gỗ CNC mini
f. Đầu trục chính
Trục chính máy phay CNC đóng vai trị quan trọng trong các q trình gia
cơng vì nó là nơi gá đặt dụng cụ cắt, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực
cắt trong q trình gia cơng .
Tùy theo loại máy mà trục chính có những đặc tính khác nhau.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh

Hướng dẫn: TS. Võ Như Thành

13


×