Thiết kế và chế tạo máy khắc đá cnc

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CNC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CƠ KHÍ
CHUN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY

C
C

R
L
T
ĐỀ TÀI:

U
D

Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
MÁY KHẮC ĐÁ CNC

KHẮC ĐÁ

Giáo viên hướng dẫn
Giáo viên duyệt
Sinh viên thực hiện

Số thẻ sinh viên
Lớp
Sinh viên thực hiện
Số thẻ sinh viên
Lớp

:
:
:
:
:
:
:
:

ThS. CHÂU MẠNH LỰC
PGS.TS LƯU ĐỨC BÌNH
Võ Đình Thuấn
101140058
14C1A
Nguyễn Văn Mỹ
101140099
14C1B

Đà Nẵng, 12/2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CƠ KHÍ
CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY

C
C

R
L
T

U
D

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
MÁY KHẮC ĐÁ CNC

Giáo viên hướng dẫn
Giáo viên duyệt
Sinh viên thực hiện
Số thẻ sinh viên
Lớp
Sinh viên thực hiện
Số thẻ sinh viên
Lớp

:

:
:
:
:
:
:
:

ThS. CHÂU MẠNH LỰC
PGS.TS LƯU ĐỨC BÌNH
Võ Đình Thuấn
101140058
14C1A
Nguyễn Văn Mỹ
101140099
14C1B

Đà Nẵng, 12/2019


TÓM TẮT ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC.
Sinh viên thực hiện:
STT

Họ và tên sinh viên

Mã số sinh viên

Lớp

Ngành

1

Võ Đình Thuấn

101140058

14C1A

Chế tạo máy

2

Nguyễn Văn Mỹ

101140099

14C1B

Chế tạo máy

Nội dung đề tài:
1. Nhu cầu thực tế và khả năng ứng dụng vào thực tiễn:
Trên tồn thế giới nói chung và nước ta nói riêng, q trình cơng nghiệp hóa
đã và đang phát triển mạnh mẽ. Máy móc dần dần thay thế con người trong rất
nhiều công việc. Nhận thấy các sản phẩm về đá mỹ nghệ phổ biến trên thế giới
và nhu cầu cao của con người. Với mong muốn việc gia công sản phẩm nhanh
chóng và đơn giản và đảm bảo về phần thẩm mỹ cho sản phẩm thì nhóm em đã

quyết định nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC.
2. Nguyên lý hoạt động:

C
C

R
L
T

U
D

Ứng dụng phần mềm Universal Gcode Sender và sử dụng mạch điều khiển
Uno R3 kết hợp với Shield CNC V3 để điều khiển 3 động cơ bước chạy theo ba
phương X,Y,Z. Kết hợp phần mềm xuất Gcode là Aspire để tạo ra Gcode cho
phần mềm gia cơng.
3. Nội dung cơng việc:
a. Về lý thuyết
• Tìm hiểu tổng quan về sản phẩm (Nhu cầu sử dụng, các sản phẩm
tương tự có trên thị trường, ưu nhược điểm).
• Tính tốn thiết kế máy.
• Thiết kế hệ thống điều khiển.
b. Về máy
Gia công, lắp ráp đưa vào chạy thực nghiệm.

i


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
STT

Họ và tên sinh viên

Mã số sinh viên

Lớp

Ngành

1

Võ Đình Thuấn

101140058

14C1A

Chế tạo máy

2

Nguyễn Văn Mỹ

101140099

14C1B

Chế tạo máy

1. Tên đề tài đồ án:
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY KHẮC ĐÁ CNC
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:

C
C

3.1. Độ cứng vật liệu cần khắc ~700HB
3.2. Chiều sâu khắc : >0.5mm
3.3. Kích thước làm việc của máy: 400*500mm
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Chương 1 : Tổng quan về sản phẩm.

R
L
T

U
D

Chương 2: Tính tốn thiết kế máy

Chương 3 : Thiết kế hệ thống điều khiển
Chương 4 : Lắp ráp và điều chỉnh máy
Chương 5 : Bảo dưỡng và sử dụng máy
5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):
Gồm tất cả 4 bản vẽ
Bản vẽ toàn máy
A0 Bản vẽ sơ đồ động A0 Bản vẽ lắp
Bản vẽ gia công
A0 Bản vẽ nối dây
A0
6. Họ tên người hướng dẫn: Th.s Châu Mạnh Lực

A0

7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 08/ 09 /2019
8. Ngày hoàn thành đồ án: 12/ 12 /2019
Trưởng Bộ mơn

PGS.TS Lưu Đức Bình

Đà Nẵng, ngày 12 tháng 12 năm 2019
Người hướng dẫn

ThS. Châu Mạnh Lực

ii


LỜI NĨI ĐẦU

Ngày nay máy CNC khơng cịn là khái niệm xa lạ tại Việt Nam. Máy CNC xuất
hiện tại hầu hết các lĩnh vực sản xuất, đặc biệt là trong công nghiệp. Tuy nhiên hầu
hết các máy CNC trong nước đều là nhập từ một số nước như Đức, Nhật và Trung
Quốc, giá thành các máy CNC đều rất cao. Những máy CNC thiết kế và sản xuất tại
Việt Nam cịn rất ít và hầu như chưa đáp ứng được như cầu thị trường khi ngành cơ
khí đang phát triển mạnh như hiện nay. Do vậy nhóm em đã quyết định chọn đề tài
“Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC” nhằm áp dụng chiếc máy này vào thực tiễn
tăng năng suất lao động và hiệu quả công việc.
Nhu cầu khắc đá mỹ nghệ ngày càng cao, và để đáp ứng cho từng cho cầu,
nhóm chúng em đưa ra 1 máy khắc đá cnc với kích thước nhỏ gọn, phù hợp cho các
lĩnh vực khắc đá bia mộ,…

C
C

R
L
T

Qua thời gian thực hiện đồ án dưới sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của thầy
ThS. Châu Mạnh Lực đồ án đã hoàn thành. Tuy nhiên do khả năng hạn chế nên đồ

U
D

án của chúng em không tránh khỏi những sai sót, rất mong sự góp ý từ quý thầy cô
và bạn bè.
Cuối cùng, trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn ThS. Châu Mạnh Lực đã
tạo những điều kiện tốt nhất để nhóm thực hiện đề tài này.

Sinh viên thực hiện

VÕ ĐÌNH THUẤN

Đà Nẵng, ngày 12 tháng 12 năm 2019
Sinh viên thực hiện

NGUYỄN VĂN MỸ

iii


CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài tốt nghiệp này là cơng trình do nhóm của chúng tơi gồm Võ
Đình Thuấn và Nguyễn Văn Mỹ cùng nhau nghiên cứu thực hiện. Chúng tôi không sao
chép hoặc lấy ý tưởng của ai mà khơng được sự cho phép hoặc trích dẫn nguồn gốc.
Nếu có bất kỳ sự sai phạm nào, chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm.
Sinh viên thực hiện

Sinh viên thực hiện

Võ Đình Thuấn

Nguyễn Văn Mỹ

C
C

R
L

T

U
D

iv


MỤC LỤC

Tóm tắt………………………………………………………………………….…….i
Nhiệm vụ đồ án………………………………………………………………….……ii
Lời nói đầu…………………………………………………………………………...iii
Lời cam đoan liêm chính học thuật…………………………………………………..iv
Mục lục………………………………………………………………………………..v
Trang
MỞ ĐẦU

……………………………………………………………………….....1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẦM
1.1. Đặt vấn đề………………………………………………………………………………...2

C
C

1.1.1. Sơ lược về ngành khắc đá………………………………………………..…..2
1.1.2.
Vật liệu…………………………………………………………..…………..….3

R
L
T

1.2. Tìm hiểu các loại máy đã có hiện nay………………………………….…….…3
1.2.1. Giới thiệu một số loại máy đã có trên thị trường…………………..……...3
1.2.2. Các sản phẩm ………………….…………………………………………..…..5

U
D

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY
2.1. Nguyên lý thiết kế máy……………………………………………………………..…..7
2.1.1. Các chuyển động cần thiết………………………………………..….………7
2.1.2. Nguyên lý điều khiển các trục………………………………………….……..7
2.2. Lựa chọn phương án cho đề tài……………………………….………….….…8
2.2.1. Nguyên lý khắc đá………………………………………………..……………8
2.2.2. Các kiểu máy khắc đá………………….……………………………….….…..8
2.3. Lựa chọn phương án cho truyền động các trục……………………………...…9
2.3.1. Các cơ cấu truyền động…………………………………………..……..……9
2.3.2. Lựa chọn phương án truyền động…………………………….…………….14
2.4. Lựa chọn phương án dẫn hướng cho các trục…………………………….….14

2.4.1. Các phương án dẫn hướng……………………………………………14
2.4.2. Lựa chọn phương án cho máy……………………………………..……..…18
2.5. Chọn dao cần gia công…………………………………………………………20
2.6. Lựa chọn động cơ cho cơ cấu dẫn động các trục……….…………………….21
2.6.1. Giới thiệu động cơ bước (STEP)………………………………………21
2.6.2. Phân loại………………………………………………………………..….…23
2.6.3. Nguyên lý hoạt động:……………………………………………….…….…24

v


2.6.4. Cách lựa chọn động cơ bước…………………………………….……25
2.7. Tính tốn động học của máy………………………………………………….26
2.7.1. Lựa chọn động cơ bước sử dụng trong mơ hình……………………….……26
2.7.2. Tính tốn và chọn động cơ trục chính của máy………………………………29
2.7.3. Động học máy………………………………………………………..……..…….31
2.7.4. Chọn bộ phận dẫn hướng……………………………………………….……….33
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN……………………………35
3.1. Khái quát về các máy công cụ CNC………………………………….………..……35
3.1.1.

Khái niệm về CNC………………………………………………...…….…...35

3.1.2.

Phân loại máy CNC………..…………………………………….…….….…35.

3.2. Nguyên lý vận hành công cụ điều khiển số…………………………………………36
3.2.1.
Chương trình gia cơng một chi tiết. …………………………………..……36
3.2.2.
Khối điều khiển. ……………………………………………………….…..…36

C
C

3.2.3.
Điều khiển Logic. ……………………………………………………….……37

3.2.4.
Cấu trúc các khối chức năng của hệ thống CNC. ……………………..…37
3.3. Thiết kế hệ thống điều khiển…………………………………………………..……38
3.3.1.
3.3.2.

R
L
T

Sơ đồ khối của hệ thống. …………………………………………..….……38
Lựa chọn các phần tử điều khiển. ………………………………….....……39

U
D

3.3.3.
Tổng quát phần mềm Universal Gcode Sender…………………...…..…..44
3.3.4. Tổng quan về phần mềm Aspire………………………………………..…...…45
3.3.5. Lắp mạch điều khiển…………………………………………………….……….48
CHƯƠNG 4: LẮP RÁP VÀ ĐIỀU CHỈNH MÁY………………………..…...…..51
4.1. Lắp ráp máy…………………………………………………………..………. 51
4.2. Điều chỉnh máy……………………………………...…………………….......52
CHƯƠNG 5: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ BẢO DƯỠNG MÁY…………...…53
5.1. Hướng dẫn sử dụng……………………………………………………………53
5.2 . Bảo dưỡng máy………………………………………………………………..53
5.3
Quá trình gia cơng 1 chi tiết………………………………………………..….53
KẾT LUẬN …………………………………………………………………………………..59
1. Đánh giá kết quả đạt được…………………………………………………..…59

2. Những mặt còn hạn chế và hướng khắc phục………………………………....59
3. Hướng phát triển đề tài……………………………………………………...…60
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………….…....61

vi


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

MỞ ĐẦU
I.

Mục đích thực hiện đề tài
➢ Tiếp cận, nghiên cứu gia công CNC.
➢ Chế tạo ra một sản phẩm khắc đá cỡ nhỏ, phục vụ nhu cầu của thị
trường.
➢ Ứng dụng đề tài để thay con người trong công việc bằng tay để tăng
năng suất lao động.
➢ Giảm thời gian gia công cũng như tăng điều kiện làm việc cho người
lao động.

II.

C
C

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

R
L

T

➢ Ứng dụng vi điều khiển vào gia công khắc đá.

➢ Gia công sản phẩm có bề mặt phẳng, có chất liệu bằng đá granite, độ
cứng ~700HB.
III.

U
D

Cấu trúc đồ án tốt nghiệp

Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm 5 phần:
▪

Chương 1: Tổng quan về sản phẩm.

▪
▪
▪
▪
▪

Chương 2: Tính tốn thiết kế máy
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển
Chương 4: Lắp ráp và điều chỉnh máy
Chương 5: Bảo dưỡng và sử dụng máy
Kết luận và hướng phát triển đề tài

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực

Trang 1


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẦM
3.4. Đặt vấn đề
3.4.1. Sơ lược về nghành khắc đá.
Nghề điêu khắc đá đã có từ thời xa xưa của nền văn minh của nhân loại, họ đã biết
tạo ta các công cụ để xây nhà, khắc các ký tự lên tảng đá, tất cả được tạo ra bằng tay
và dụng cụ thơ sơ. Nó được dùng trong các kiến trúc lớn, di tích cổ ngày xưa.

C
C

R
L
T

U
D

Hình 1.1: Thợ khắc đá ngày xưa

Hình 1.2: Ký tự đặc biệt của người xưa
Ngày nay, nhu cầu sử dụng của con người cao hơn, công nghệ hiện đại hơn và phổ

biến hơn thì nghề điêu khắc đá được yêu cầu cao hơn về độ thẩm mỹ, nhanh hơn về
thời gian và giảm thiểu sức lao động.

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực

Trang 2


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

3.4.2. Vật liệu.
Vật liệu được sử dụng phổ biến là đá granite (đá hoa cương). Ngồi ra, cịn có đá
cẩm thạch, đá phiến, đá nhân tạo,….
3.5. Tìm hiểu các loại máy đã có hiện nay
3.5.1. Giới thiệu một số loại máy đã có trên thị trường.
Hiện nay có rất nhiều loại máy và hãng máy trên thị trường chuyên về lĩnh vực
khắc đá.
Phân loại theo trục (Axis): 2 axis, 3 axis, 4 axis or 5 axis
Phân loại theo khả năng gia công của máy (Capability): 2D machine, 2,5D
machine, 3D machine
Ngoài ra, chúng ta có thể phân loại theo kích cỡ của máy, phân loại theo số trục

C
C

chính làm việc trên 1 máy,…. Tùy theo nhà sản xuất.
Sau đây là 1 số máy đã có trên thị trường:

R
L
T

U
D

Hình 1.3: Máy khắc đá cnc của hãng Stule cnc

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực

Trang 3


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

Hình 1.4: Máy khắc đá cnc 2 đầu trục chính

C
C

R
L
T

U
D

Hình 1.5: Máy khắc đá cnc 3D

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực

Trang 4


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

3.5.2. Các sản phẩm.
Sản phẩm có tính đa dạng cao, mang tính chất thẩm mỹ.
Từ những sản phẩm có chi tiết phức tạp như bức tượng,…

C
C

R
L
T

U
D
Hay các bức tranh treo tường

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực

Trang 5


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

C
C

R
L
T

U
D

Cho đến các tấm bia mộ được khắc bằng đá Granite.

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực

Trang 6


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY
4.1. Ngun lý thiết kế máy
2.8.1. Các chuyển động cần thiết

C
C

R
L
T

U
D

Hình 2.1: Các chuyển động các trục

- Máy có 3 chuyển động cần thiết:
+ Chuyển động theo trục X, Y: Đưa mũi dao đến vị trí cần gia công theo mặt
phẳng OXY.
+ Chuyển động theo trục Z: Đưa mũi dao đi xuống theo phương Z.
2.8.2. Nguyên lý điều khiển các trục.
Chuyển động của trục X, Y là phối hợp với nhau, chuyển động của trục Z là
chuyển động độc lập. Chuyển động theo trục X, Y sẽ đưa đầu mũi dao đến vị trí điểm
cần gia cơng. Sau đó trục Z mang mũi dao đi xuống cùng với chuyển động cắt của dao.
Tiếp theo, trục X,Y sẽ đưa mũi dao gia công biên dạng chữ mong muốn.
Nguyên lý chuyển động này dựa theo nguyên lý chuyển động cắt trong máy phay
cnc được ứng dụng rộng rãi trong các máy CNC. Tùy thuộc vào ký tự cần gia công mà
việc phối hợp giữa các chuyển động của các trục X, Y, Z để tạo ra ký tự gia cơng
mong muốn.

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực

Trang 7


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

4.2. Lựa chọn phương án cho đề tài
2.9.1. Nguyên lý khắc đá.
Dùng nguyên lý cắt theo nguyên lý được sử dụng trên máy phay cnc. Lấy vật
liệu cứng hơn để cắt vật liệu mềm hơn.
Sử dụng dao khắc đá chuyên dụng.
Ứng dụng cnc vào q trình khắc đá.
2.9.2. Kiểu máy khắc đá
Có 2 dạng máy: Máy có bàn máy đặt lên đá và máy có đá đặt trên bàn máy
Dạng máy có bàn máy đặt lên mặt đá:
a) Máy có bàn máy đặt lên đá.
Dùng để khắc những khối đá lớn, nặng mà chúng ta khơng thể đặt nó lên bàn

C
C

máy.
• Ưu điểm:

R
L
T

Máy nhẹ, có thể di chuyển.

Có thể khắc trên những tảng đá lớn khó vận chuyển

U
D

• Nhược điểm:

Ít sản xuất trên thị trường.
Cơ cấu kẹp khó khan hơn
b) Máy có đá đặt trên bàn máy.
Dùng để khắc những khối đá vừa và nhỏ, có thể vận chuyển được.
• Ưu điểm
Được sử dụng rộng rãi
Năng suất cao
Cơ cấu kẹp đơn giản hơn
• Nhược điểm
Máy chỉ cố định 1 vị trí.
Nhận thấy những ưu nhược điểm của những phương án trên, kết hợp với điều
kiên kinh tế của sinh viên, sản phẩm cần gia cơng thì nhóm chúng em lựa chọn phương
án làm máy có đá đặt lên bàn máy.

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực

Trang 8


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

4.3. Lựa chọn phương án cho truyền động các trục

2.10.1.

Các cơ cấu truyền động.

Cơ cấu truyền động có nhiệm vụ truyền chuyển động từ động cơ đến các trục.
Trong các máy CNC thì cơ cấu truyền động cần độ chính xác cao, đảm bảo đúng vị trí,
giúp chuyển động từ động cơ sang các trục nhanh chóng, hiệu quả và an tồn.
Khi thiết kế máy, chúng ta cần tìm hiểu các cơ cấu truyền động thường dùng trong
các loại máy đó, ưu nhược điểm cũng như độ chính xác và giá thành.
a. Phương án dùng vít me đai ốc thường.
Vít me được gắn đồng trục với động cơ, khi động cơ quay, vít me quay, động cơ
và vit me gắn cố định, làm cho đai ốc sẽ di chuyển dọc theo trục vít me. Đai ốc thì
được gắn chặt vào bộ phận cần chuyển động( trục X, Y, Z). Từ đó làm cho bộ phận đó

C
C

chuyển động so với hệ thống thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động.
Tốc độ di chuyển được phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của trục vít,

R
L
T

thường thì bước ren rất nhỏ cỡ 1 đến 2 mm, một vòng quay của trục động cơ sẽ làm
đai ốc di chuyển một đoạn bằng bước ren của trục vít, vì vậy tốc độ di chuyển của bộ

U
D

phận trượt ở phương pháp này là chậm nhưng lại có độ chính xác khi chuyển động khá
cao. Dùng động cơ bước có bước góc càng nhỏ và trục ren có bước ren nhỏ thì độ
chính xác di chuyển càng cao. Ví dụ nếu dùng động cơ bước với bước góc 1.8 độ làm
và trục ren đường kính 6mm ( bước ren 1mm ) thì độ chính xác di chuyển có thể đạt
được là 0.005mm.
Một ưu điểm khác của phương án này là tạo ra lực đẩy lớn khi gia công mẫu vật.
Phương án này thường được dùng trong các máy CNC công nghiệp, gia công các loại
vật liệu cứng, kính thước lớn…

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực

Trang 9


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

Hình 2.2: Cơ cấu dung vít me

C
C

R
L
T

U
D

Hình 2.3: Vít me đai ốc thường
b. Phương án dùng vít me đai ốc bi
Trong máy công cụ điều khiển số công nghiệp, người ta thường sử dụng 2 dạng vít
me – đai ốc đó là vít me – đai ốc với mặt tiếp xúc cịn được gọi là vít me đai ốc thường
(như đã giới thiệu ở trên) và một dạng nữa đó là vít me – đai ốc bi. Đây là dạng vit me
– đai ốc thay vì ma sát trượt thơng thường, tiếp xúc giữa vít me và đai ốc thơng qua
các viên bi được chuyển thành mà sát lăn. Điều này đem đến một ưu điểm: chỉ cần một
lực quay rất nhỏ vào trục vít me đã có thể làm cho đai ốc chuyển động.

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực Trang 10


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

C
C

R
L
T

Hình 2.4: Vít me đai ốc bi

Trên đây là kết cấu bộ truyền vít me – đai ốc bi. Tuy có kết cấu đa dạng nhưng các

U
D

thành phần chủ yếu của bộ truyền bao gồm: vít me, đai ốc, các viên bi và rãnh hồi bi.
Vấn đề quan tâm trong bộ truyền vít me – đai ốc bi đó là dạng profin răng vít me
và đai ốc. Profin răng vít me dạng chữ nhật và hình thang là chế tạo dễ dàng hơn cả
xong khả năng chịu tải kém. Để tăng khả năng chịu tải, người ta tăng bề mặt làm việc
của bộ truyền bằng cách chế tạo profin dạng tròn.
Một vấn đề cũng rất quan trọng trong kết cấu của bộ truyền đó là kết cấu của rãnh
hồi bi. Rãnh hồi bi có thể là dạng ống, hoặc dạng theo lỗ khoan trong đai ốc hoặc là
dạng rãnh hồi bi gữa hai vòng ren kế tiếp.
Đặc điểm:
- Rãnh hồi bi dạng ống có nhược điểm là tăng kích thước bộ truyền, độ bền mịn
của đầu ống thấp, kẹp chặt ống có độ tin cậy không cao.
- Rãnh hồi bi theo lỗ khoan trên đai ốc có ưu điểm là kết cấu gọn và tính cơng
nghệ tốt song khả năng tách thành nhiều nhóm, hồi bị khó khăn.
- Rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp:là dạng hồi bi được dùng nhiều hơn cả do
có kích thước gọn nhất,khơng bị mịn nhanh,độ tin cậy cao và chiều dài rãnh hồi bilớn.

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực Trang 11


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

Hình 2.5: Các kiểu hồi bi trong vít me đai ốc bi
c. Phương án dùng đai răng

C
C

Phương án dùng đai răng sử dụng một vịng đai cao su khép kín với các răng cưa ở

mặt trong. Hai đầu của đai được đặt vừa vào 2 puli có cùng kính thước răng cưa của

R
L
T

đai. Một lơ bắt chặt vào trục động cơ, cịn lơ kia được gắn vào một trục quay ở phía
bên kia của khu vực chuyển động sao cho lơ có thể quay tự do tại chỗ. Một đoạn của

U
D

đai được gắn với bộ phận cần trượt, khi động cơ quay, toàn bộ đai dịch chuyển và kéo
bộ phận cần trượt di chuyển theo.

Tốc độ di chuyển của bộ phận cần trượt phụ thuộc vào tốc độ động cơ và đường
kính của lỗ. Một vòng của trục động cơ sẽ làm bộ phận trượt di chuyển một đoạn bằng
với chu vi của lô (thường là cỡ 20-30 mm). Rõ ràng phương án này bộ phận cần trượt
có tốc độ di chuyển rất nhanh.
Tuy nhiên, do độ chính xác di chuyển thấp vì tính co giãn của vật liệu làm đai có
thể dẫn đến những sai lệch khi gia công. Bên cạnh đó do lực đẩy sinh ra nhỏ nên khi
cơ cấu truyền động gặp phải tải lớn sẽ bị trượt bước (khi dùng với động cơ bước).
Phương án này thường được sử dụng trong các loại máy cần tốc độ di chuyển
nhanh mà không cần công suất lớn, như máy in, máy photocopy, máy cắt đề can…

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực Trang 12

Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

C
C

Hình 2.6: Truyền động bằng đai răng
d. Phương án dùng xích

R
L
T

U
D

Hình 2.7: Truyền động bằng xích
Tương tự như phương án dùng đai, chỉ khác là bánh đai được thay bằng bánh xích,
và dây đai được thay bằng dây xích ăn khớp với bánh xích. Phương án này có ưu điểm
là khơng tồn tại lực căng đai, tải lớn, độ chính xác cao vì ít giãn và khơng trượt. Tuy
nhiên phương án này lại cần bơi trơn và bảo trì thường xun, đồng thời vẫn tồn tại
vấn đề trượt bước của động cơ bước khi gặp phải tải lớn.

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực Trang 13


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

2.10.2.

Lựa chọn phương án truyền động.

- Với phương án dùng vít me đai ốc bi là rất chính xác cho việc chế tạo mơ hình,

tuy nhiên giá cả vít me đai ốc bi rất đắt, đồng thời rất khó có thể tìm được các loại vít
me đai ốc bi tại Đà Nẵng.
- Phương án dung vít me đai ốc thường có độ chính xác tương đối cao ,có thể dễ
dàng chế tạo và tìm thấy trên thị trường ,giá thành hợp lý , mặt khác dung vít me đai
ốc thường tạo ra lực đẩy lớn khi gia công mẫu vật.
- Với phương án dùng xích, phương án này lại cần bơi trơn và bảo trì thường
xuyên, đồng thời vẫn tồn tại vấn đề trượt bước của động cơ bước khi gặp phải tải lớn.
- Phương án dùng đai răng thì rất tiện và có nhiều trên thị trường, truyền được
khoảng cách xa, tốc độ truyền nhanh với máy khơng địi hỏi phải truyền tải 1 lực lớn

C
C

mà cần tốc độ việc dung bộ truyền đai rất hợp lý, tuy nhiên có sự giãn đai và mịn có
thể khắc phục bằng bộ phận căng đai.

R
L
T

Với việc chế tạo mơ hình một máy CNC yêu cầu về độ chính tương đối, giá cả phù
hợp với túi tiền sinh viên, bền, dễ dàng sữa chữa và thay thế khi hư hỏng xảy ra, nên

U
D

chúng em quyết định chọn phương án truyền động bằng đai răng cho trục X của máy
và phương án truyền động dung vít me đai ốc thường cho trục Y, Z máy CNC này.
4.4. Lựa chọn phương án dẫn hướng cho các trục
2.11.1.

Các phương án dẫn hướng.

Trong máy CNC thì các trục cần chuyển động tịnh tiến, đồng thời các tải về khối
lượng thân máy, tải về lực khi cắt gọt…ảnh hưởng rất nhiều đến cơ cấu dẫn hướng. Cơ
cấu dẫn hướng giúp dẫn hướng cho chuyển động của các trục, đảm bảo các trục truyền
động theo hướng đã đề ra ban đầu, hạn chế các sai sót cũng như đáp ứng được tính
chính xác trong khâu truyền động.
Một cơ cấu dẫn hướng tốt khơng chỉ đảm bảo về tính chính xác trong chuyển
động, mà cịn đảm bảo trơn nhẹ, ít ma sát, đồng thời có khả năng chịu tải cao, lâu mịn.
Trên thị trường hiện nay có nhiều lựa chọn phương án dẫn hướng cho các trục, có thể
nhắc qua các phương án sau.

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực Trang 14


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

a. Phương án dẫn hướng bằng cặp trục trơn

C
C

R
L
T

Hình 2.8: Dẫn hướng bằng cặp trục trơn
Theo phương án này, trục vít me được bố trí cố định với khung máy ở giữa hai

U
D

trục trơn. Khi động cơ quay vít me, đai ốc gắn cố định trên bàn máy hoặc đầu gá dụng
cụ sẽ di chuyển kéo theo bàn máy hoặc đầu gá dụng cụ di chuyển theo. Cả cơ cấu sẽ
trượt trên cặp trục trơn.

Ưu điểm của phương án này đó là dễ chế tạo các trục trơn và cơ cấu gá các trục
trơn lên khung máy, dẫn hướng và chống xoay tốt. Song nhược điểm chính là độ
khơng song song giữa hai trục có thể khiến cho cơ cấu di chuyển bị kẹt. Khi đó sẽ phải
cạo sửa đi các trục trơn và các lỗ cho trục trơn đi qua trên cơ cấu khá mất thời gian và
khó. Mặt khác, việc đảm bảo độ nhẵn bóng của trục trơn và lỗ để bộ phận chuyển động
có thể di động một các dễ dàng (tiếp xúc mặt) là khá khó khăn.
b. Phương án dẫn hướng bằng rãnh trượt đuôi én
Theo phương án này, trục vít me được nối với động cơ được gắn chặt vào phần cố
định của mang cá dưới. Đai ốc được gắn chặt vào phần mang cá trên . Khi động cơ
quay trục vít me, đai ốc sẽ kéo đuôi én trên mang bộ phận cần chuyển động trượt tịnh
tiến dọc theo rãnh của đuôi én dưới bàn máy.
Phương án này có ưu điểm là kết cấu máy sẽ rất gọn nhẹ và mang tính cơng nghệ
cao, chịu tải lớn, ma sát thấp, độ chính xác cao, tùy theo thiết kế rãnh đi én mà có
SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực Trang 15

Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

thể dễ dàng khử rơ do mịn theo thời gian, có kết cấu gần giống với máy CNC trong
công nghiệp. Tuy nhiên lại có nhược điểm là việc gia cơng sống trượt đuôi én phức tạp
và mất nhiều thời gian hơn việc sử dụng các trục trơn, vì trục trơn có thể mua sẵn trên
thị trường.

C
C

R
L
T

Hình 2.9: Dẫn hướng bằng sống trượt dạng đuôi én

U
D

c. Phương án dẫn hướng bằng thanh trượt bi chữ U
Trên thực tế, thanh trượt chữ U không được thiết kế để dẫn hướng các trục của bất
cứ một máy móc nào. Thơng thường chúng ta bắt gặp loại thanh trượt này ở các thiết
bị gia dụng nhiều hơn là ở máy móc. Chúng hiện diện ở các ngăn bàn, hộc tủ, các ngăn
kéo…trong gia đình. Kết cấu của nó khá là đơn giản, bao gồm 2 thanh trượt ăn khớp
với và trượt lên nhau. Ma sát giữa 2 thanh là khá nhỏ vì ở giữa chúng có một kết cấu
các viên bi nhỏ, nên ma sát ở đây là ma sát lăn. Loại này khả năng chịu tải chỉ tương
đối, đồng thời độ chính xác khơng cao, có một độ rơ nhất định khi sử dụng. Tuy nhiên
lại có ưu điểm là rẻ tiền, dễ dàng gá đặt, có bán sẵn theo modun trên thị trường với các

kích thước bề rộng và chiều dài khác nhau.

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực Trang 16


Thiết kế và chế tạo máy khắc đá CNC

Hình 2.10: Thanh trượt bi chữ U

C
C

d. Phương án dẫn hướng bằng thanh trượt con trượt trơn có đế
Về cơ bản thì nó giống như thanh trượt trơn nhưng nó cứng vững hơn và giá

R
L
T

thành cao hơn.

U
D

Hình 2.11: Thanh trượt con trượt trơn có đế

SVTH: Võ Đình Thuấn – Nguyễn Văn Mỹ

GVHD: Th.S Châu Mạnh Lực Trang 17