THIẾT kế và CHẾ tạo máy PHAY CNC 3 TRỤC

2022 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY GỖ CNC TRỤC Họ tên sinh viên : Nguyễn Ngọc Tiến Đạt Trần Văn Châu ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC TRỤC Người hướng dẫn: Th.s Nguyễn Quang Dự Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Tiến Đạt Mã sinh viên: 1811504110108 Lớp : 18C1 Sinh viên thực hiện: Trần Văn Châu Mã sinh viên: 1811504110204 Lớp: 18C2 Đà Nẵng, tháng năm 2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ CHUN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC TRỤC Người hướng dẫn: Th.s Nguyễn Quang Dự Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Tiến Đạt Mã sinh viên: 1811504110108 Lớp : 18C1 Sinh viên thực hiện: Trần Văn Châu Mã sinh viên: 1811504110204 Lớp: 18C2 Đà Nẵng, tháng năm 2022 TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế chế tạo máy phay CNC trục Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Tiến Đạt Mã SV: 1811504110108 Lớp: 18C1 Sinh viên thực hiện: Trần Văn Châu Mã SV: 1811504110204 Lớp: 18C2 Máy CNC thiết bị đại trọng điểm phổ biến việc gia công sản xuất chi tiết sản phẩm Thường áp dụng doanh nghiệp sản xuất chi tiết máy nay, nhằm sản xuất sản phẩm có độ xác cao tiết kiệm thời gian gia công tạo suất cao cho doanh nghiệp Máy CNC áp dụng cho lĩnh vực khí mà áp dụng cho tồn dạng sản xuất khác công nghiệp như: Điêu khắc gỗ, Điêu khắc nhựa in 3d sản phẩm định hình khác… Vậy nên nhóm tác giả gồm hai thành viên dược hướng dẫn tận tình thầy giáo mơn dựa theo kiến thức tích lũy học trường học Đã đưa việc tính tốn, thiết kế chế tạo mơ hình máy phay CNC trục thực dựa nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Khi sử dụng mơ hình gia công chế tạo nhiều dạng chi tiết khác cách thuận tiện mà xác nhờ vào việc sử dụng phần mềm CNCjs Aspire máy tính để điều khiển mơ Sử dụng phần mềm Solidworks để vẽ mơ hình tổng thể máy 3D xuất file 2D để đưa vẽ thiết kế chi tiết máy Sau dựa vẽ gia công chi tiết lắp ráp phận lại với để mơ hình máy CNC hồn thiện i TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CƠ KHÍ CỘNG HỊA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Quang Dự Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Tiến Đạt Mã SV: 1811504110108 : Trần Văn Châu Mã SV: 1811504110204 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo máy phay CNC trục Các số liệu, tài liệu ban đầu: Khổ máy: Dài: 600mm, Rộng: 400mm, Cao: 350mm Vùng hoạt động: X: 220mm, Y: 300mm, Z: 80mm Kết cấu: Nhôm gỗ Nội dung đồ án: - Giới thiệu tổng quan - Tính tốn thiết kế phần khí - Tính tốn thiết kế phần điều khiển - Kết luận Các sản phẩm dự kiến - Thuyết minh hoàn chỉnh thiết kế chế tạo máy phay CNC trục - Mơ hình máy phay CNC trục - Bản vẽ phương án máy, sơ đồ động máy thiết kế (1A0) - Bản vẽ lắp chung toàn máy (1A0) - Bản vẽ số cụm chi tiết chủ yếu (1A0) - Bản vẽ sơ đồ mạch điện (1A0) Ngày giao đồ án: 21/1/2021 Ngày nộp đồ án: 21/6/2022 ii LỜI NÓI ĐẦU Hiện phát triển củ cơng nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung, dần đổi bước vào thời kì cơng nghiệp hóa đại hóa, nước ta mở rộng việc xây dựng phát triển khu công nghiệp, nhà máy, sở sản xuất… Chính máy gia cơng CNC ngày sử dụng không ngừng phát triển nâng cấp tính cơng nghệ để đẩy mạnh tiến độ sản xuất góp phần to lớn việc xây dựng phát triển kinh tế đất nước ta Chính nhóm em giao nhiệm vụ: “thiết kế chế tạo máy phay CNC trục” mục đích nhằm cho sinh viên tìm hiểu, nghiên cứu kết cấu cách thức hoạt động máy từ tính tốn thiết vẽ, để đưa quy trình thiết kế chế tạo máy CNC hoàn chỉnh Sau thời gian tháng làm đề tài tốt nghiệp nổ lực nhóm em hướng dẫn nhiệt tình thầy Th.S Nguyễn Quang Dự thầy khoa Cơ Khí, trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng anh kỹ thuật công ty chúng em thực tập đến nhóm hồn thành xong đồ án tốt nghiệp với thời gian quy định Vì lần đầu cơng tác thiết kế, kiến thức cịn nhiều hạn hẹp, hướng dẫn thầy ThS Nguyễn Quang Dự không tránh khỏi bở ngỡ, thiếu sót gặp nhiều khó khăn Nên mong giúp đỡ vả bảo thầy khoa Em xin chân thành cảm ơn quý thầy Khoa Cơ Khí, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại học Đà Nẵng với lòng biết ơn sâu sắc thời gian học tập trường iii CAM ĐOAN Em xin cam đoan: Đề tài “thiết kế chế tạo máy phay CNC trục sản phẩm nghiên cứu nhóm em thời gian qua Mọi số liệu sử dụng phân tích báo cáo chúng em tự tìm hiểu, phân tích cách khách quan, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng chưa công bố hình thức Em xin chịu hồn tồn trách nhiệm có khơng trung thực thơng tin sử dụng cơng trình nghiên cứu Sinh viên thực Nguyễn Ngọc Tiến Đạt iv Trần Văn Châu MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án i Lời nói đầu Cam đoan iii iv Mục lục v Danh sách hình ảnh bảng viii MỞ ĐẦU .1 Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu công nghệ gia công CNC lĩnh vực ứng dụng 1.1.1 NC, CNC gì? 1.1.2 Sự khác máy CNC máy công cụ truyền thống .4 1.1.3 Vài nét hoạt động CNC 1.1.4 Chương trình CNC .5 1.1.5 Hệ điều khiển CNC 1.1.6 Hệ thống CAM 1.1.7 Hệ thống DNC 1.1.8 Các lĩnh vực sản xuất có ứng dụng CNC 1.2 Cấu tạo phân loại máy CNC 1.2.1 Cấu tạo .7 1.2.2 Phân loại máy CNC 1.3 Hệ trục toạ độ máy CNC 1.4 Máy CNC router gì? 10 1.4.1 Giới thiệu máy CNC router 10 1.4.2 Các phận máy CNC router 11 1.4.3 Ứng dụng phạm vi sử dụng máy CNC router 11 1.4.4 Ưu điểm máy CNC router 11 1.5 Mục tiêu đề tài 12 Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ 13 2.1 Lựa chọn phương án thiết kế 13 2.1.1 Phương án trục Z cố định, bàn máy di chuyển 13 2.1.2 Phương án trục X cố định, bàn máy di chuyển 13 2.1.3 Phương án bàn máy cố định 14 2.1.4 Kết luận 15 v 2.2 Lựa chọn nguyên lý kết cấu máy 15 2.3 Tính tốn thiết kế lựa chọn số phận mơ hình máy 16 2.3.1 Lựa chọn truyền chuyển động 16 2.3.2 Lựa chọn phận dẫn hướng 17 2.3.3 Tính tốn thiết kế bàn máy 19 2.3.4 Tính tốn thiết kế thân máy .20 2.4 Kết luận chương 20 Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN .21 3.1 Yêu cầu kỹ thuật động truyền động máy CNC 21 3.2 Giới thiệu số loại động thường sử dụng máy CNC 21 3.2.1 Động bước 21 3.2.2 Động Servo 24 3.2.3 Động điện xoay chiều 25 3.2.4 Động điện chiều 26 3.3 Tính tốn, lựa chọn động 27 3.3.1 Tính chọn động trục 27 3.3.2 Tính chọn động cho truyền động chạy dao 29 3.4 Chọn driver điều khiển động 36 3.4.1 Điều khiển động trục 36 3.4.2 Điều khiển động bước 36 3.5 Tìm hiểu lựa chọn mạch điều khiển trung tâm 37 3.5.1 Mạch CNC BOB MACH USB .37 3.5.2 Module CNC Shield V3 Arduino UNO R3 38 3.6 Lựa chọn thiết bị điện khác hệ thống 41 3.6.1 Nguồn 41 3.6.2 Công tắc nguồn 42 3.6.3 Module Relay kênh 5VDC 43 3.7 Chọn phần mềm mô tạo G-code .43 3.7.1 Giới thiệu phần mềm .44 3.7.2 Các tính Aspire .46 3.8 Chọn phần mềm điều khiển giám sát gia công 46 3.8.1 Yêu cầu lựa chọn công nghệ phần mềm .46 3.8.2 GRBL điều khiển máy CNC Arduino 47 vi 3.9 Kết luận chương 54 Chương 4: KẾT LUẬN 55 4.1 Mơ hình máy CNC router cỡ nhỏ 55 4.2 Mạch điện điều khiển 56 4.3 Các bước thực chương trình gia cơng 58 4.3.1 Thiết kế khí mô gia công Aspire 58 4.3.2 Nạp code vào phần mềm gia công – Gia công chi tiết 64 4.4 Các kết đạt .67 4.5 Gia công lắp ráp máy 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO .72 PHỤ LỤC 74 vii DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ BẢNG Hình 1 Cấu tạo chung máy CNC Hình 1.2 Cách xác định hệ toạ độ máy CNC .9 Hình 2.1 Hình ảnh máy CNC có cấu tạo trục Z cố định, bàn máy di chuyển 13 Hình 2.2 Hình ảnh máy CNC có trục X cố định, bàn máy di chuyển 14 Hình 2.3 Hình ảnh máy CNC có bàn máy cố định 14 Hình 2.4 Thơng số hình ảnh vít me - đai ốc T8 16 Hình 2.5 Hình ảnh áo đai ốc vít me T8 .17 Hình 2.6 Hình ảnh gối đỡ vít me T8 17 Hình 2.7 Hình ảnh thông số trượt SCS12 UU 18 Hình 2.8 Hình ảnh thực tế trượt SCS12 UU trục trượt tròn 12 18 Hình 2.9 Hình ảnh thông số gối đỡ trục trượt 12 19 Hình 2.10 Thơng số kích thước nhơm định hình 20x40 mm .19 Hình 2.11 Mơ hình sau thiết kế hoàn thiện phần mềm Solidwork 20 Hình 3.1 Hình ảnh mơ tả cấu tạo bên động bước .22 Hình 3.2 Hình ảnh xung mơ tả cách điều khiển dạng sóng 23 Hình 3.3 Hình ảnh xung mơ tả cách điều khiển bước đủ .23 Hình 3.4 Hình ảnh xung mơ tả cách điều khiển dạng nửa bước .23 Hình 3.5 Hình ảnh xung mô tả cách điều khiển vi bước .24 Hình Hình ảnh minh hoạ loại động Servo 25 Hình 3.7 Hình ảnh minh hoạ động điện chiều .27 Hình 3.8 Hình ảnh động trục cơng suất 400W 29 Hình 3.9 Hình ảnh trang chủ Orientalmotor .29 Hình 10 Nhập thơng số tính tốn 31 Hình 11 Nhập thơng số tính tốn 32 Hình 12 Kết tính tốn động trục Y .32 Hình 13 Kết tính tốn động trục X 33 Hình 14 Kết tính tốn động trục Z 34 Hình 15 Thông số động trục Y chọn 35 Hình 16 Thông số động trục X, Z chọn 35 Hình 17 Nguồn 48V chiết áp điều khiển tốc độ động trục 36 Hình 18 Driver điều khiển động bước TB6600 .36 Hình 3.19 Mạch CNC BOB MACH USB 38 Hình 3.20 Hình minh hoạ mạch Arduino UNO 39 viii Hình 11 Mở ảnh bitmap có sẵn Hình 12 Giao diện sau mở 61 - Tạo 3D: Để tạo 3D, vào Modeling – Create a component from selected or imported bitmap Hình 13 Create a component from selected or imported bitmap - Hình 14 Phôi sau tạo Tiến hành thay đổi chiều cao, chọn Scale z height of model công cụ 62 - - Hình 15 Điều chỉnh chiều cao chi tiết Có thể chọn độ mịn chi tiết Apply smothing filter to selected component cơng cụ Hình 16 Thiết lập độ mịn Tiến hành mô gia công, chọn dao, thiết lập thông số Lưu Gcode 63 4.3.2 Nạp code vào phần mềm gia công – Gia công chi tiết Trước hết, cần thiết lập thông số máy với chương trình điều khiển thơng qua GRB Đảm bảo kết nối máy tính với mạch điều khiển qua dây cáp Arduino Uno R3 Để làm điều này, thực cách: - Cách 1: Thực thơng qua hình Seria Monitor Sau nạp code GRB vào Arduino => vào Serial Monitor Nếu dịng chữ Grbl 0.9j [‘$’ for hep] có nghĩa nạp thành công Grbl vào Arduino Nếu dịng khơng hiện, kiểm tra lại chuyển sang 115200 baud góc bên phải chưa Gõ “$$” sau nhấn Enter để gửi, xuất danh sách lệnh với thông số mặc định ban đầu chương trình Grbl Để thay đổi thơng số này, gõ theo cú pháp trình bày mục 3.8.2 Hình 17 Giao diện Seria Monitor sau gửi thành công Grbl vào Aruino - Hình 18 Các lệnh cài đặt thơng số ban đầu Cách 2: Thực thơng qua chương trình điều khiển CNCjs 64 Hình 19 Giao diện phần mềm CNCjs chưa kết nối với mạch điều khiển Hình 20 Giao diện phần mềm CNCjs kết nối với mạch điều khiển Trong mục Console, ta tiến hành thiết lập thông số tương tự cách Nhưng dùng phần mềm thiết lập thơng số, kiểm tra kết nối chiều quay, tốc độ, khoảng cách phần mềm để đối chiếu với thực tế thông qua bảng điều khiển bên góc phải Axes Bản điều khiển dùng để điều khiển vị trí trục, thiết lập gốc máy, gốc phôi để tiến hành gia cơng 65 Hình 21 Bảng điều khiển động bước Tiếp theo, nạp G-code vào chương trình Hình 22 Các nút nạp G-code điều khiển hoạt động Các nút là: - Upload G-code: để tải G-code vào chương trình điều khiển - Nút Run: để bắt đầu chương trình gia cơng - Nút Pause: Để tạm dừng chương trình gia cơng - Nút Stop: Để dừng chương trình gia cơng - Nút Exit: Để chương trình gia cơng Nhấn Upoad G-code, chọn fie G-code xuất từ chương trình thiết kế mơ => Open Sau tải G-code vào chương trình điều khiển, hiển thị giao diện mơ đường gia cơng Hình 23 Hình mơ thị chương trình sau nạp G-code 66 Trước chạy chương trình, kiểm tra lại nguồn, vị trí gốc chi tiết Sau kiểm tra hồn tất, nhấn Run để chạy chương trình Hình 24 Máy chạy chương trình gia cơng 4.4 Các kết đạt Dưới số chi tiết gia cơng máy mà nhóm tác giả thực Hình 25 Phay thơ cánh hoa 67 Hình 26 Phay tinh cánh hoa Hình 27 Gia cơng 3D ngơi cánh 68 Hình 28 Gia cơng ngựa 3D gỗ Hình 29 Gia công hổ 3D gỗ 69 4.5 Gia công lắp ráp máy Sau hoàn thành chi tiết gia cơng, nhóm tác giả nhận thấy máy CNC Router cỡ nhỏ thiết kế chế tạo thành công, đưa vào chế tạo chi tiết trang trí gỗ cỡ nhỏ 2D, 3D Độ hồn thiện chi tiết gia công mức tốt, máy chạy ổn định suốt q trình gia cơng thời gian dài liên tục Tuy nhiên, bên cạnh có số mặt hạn chế sau: - Vì chế tạo máy với kinh phí thấp, nên số chi tiết chưa đạt độ xác cao tính tốn, dẫn đến độ cứng vững máy chưa tốt 70 - Tủ điện nhỏ nên cách bố trí mạch điện thiết bị điện bên chưa thực đẹp Hướng cải thiện: - Dùng ray trượt thay trục trượt trịn để tăng độ cứng vững ổn định cho máy - Dùng tủ điện cỡ lớn để dây bố trí thiết bị hợp lí 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ––Thầy Bùi Trương Vỹ - Bài giảng Cơng nghệ gia cơng CNC – Khoa Cơ Khí, Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng – Năm 2013 [2] – GS.TS.Nguyễn Đắc Lộc – Sổ tay công nghệ chế tạo máy, tập – Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật – Năm 2005 [3] – Trịnh Chất, Lê Văn Uyển – Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí – NXB Giáo dục [4] – Tổng quan máy CNC Router – Cơ khí Thanh Duy, URLS: http://cokhithanhduy.com/tong-quan-ve-may-cnc-router/, Date accessed: 07/01/2022 [5] – Mạch Arduino Uno gì? Hướng dẫn chi tiết cách sử dụng – Arduinokit.vn, URLS: https://arduinokit.vn/mach-arduino-uno-la-gi/, Date accessed: 08/01/2022 [6] – Động bước ? Cấu tạo, phân loại phương pháp điều khiển – ngananhphat.com, URLS: https://www.ngananhphat.com/vn/dong-co-buoc-la-gi-cautao-phan-loai-va-cac-phuong-phap-dieu-khien.html, Date accessed: 08/01/2022 [7] – https://www.orientalmotor.com/, Date accessed: 07/01/2022 [8] – How to Setup GRBL & Control CNC Machine with Arduino, howtomechatronics.com, URLS: https://howtomechatronics.com/tutorials/how-tosetup-grbl-control-cnc-machine-with-arduino/, Date accessed: 16/10/2022 [9] – https://www.google.com.vn/imghp?hl=vi [10] – Máy CNC gì?, URLS:https://baoanjsc.com.vn/du-an/may-cnc-lagi_2_1_31620_vn.aspx, Date accessed: 07/01/2022 [11] – Máy CNC mini 3040 Pro || MaxCut, URLS: https://vietmachine.com.vn/maycnc-mini-3040-pro-1-5-3-2-kw.html, Date accessed: 07/01/2022 [12] – Máy phay CNC mini Proxxon FF 500BL-CNC, ULRS: https://cokhibami.com/may-phay-mini-proxxon-ff-500bl-cnc.html, Date accessed: 07/01/2022 [13] – Máy phay CNC mini 1610, URLS: https://3dlinhkien.com/may-phay-cnc-mini1610.-khung-may-p18715299.html, Date accessed: 07/01/2022 [14] – Vít me đai ốc T8, URLS: https://tiki.vn/vitme-t8-dai-oc-buoc-8-dai-1mp14707347.html, Date accessed: 07/01/2022 [15] – Giá bắt đai ốc vít me T8, URLS: https://www.dosangtao.vn/gia-bat-dai-oc-vitme-t8, Date accessed: 07/01/2022 [16] – Gối đỡ vít me, URLS: https://www.3dvntech.com/goi-do-vit-me-kfl08-kfl10, Date accessed: 07/01/2022 [17] – www.shutterstock.com, URLS: https://www.shutterstock.com/vi/imagephoto/linear-bearing-high-quality-photo-1938065107, Date accessed: 07/01/2022 72 [18] – http://www.thuanthaojsc.com/shf, Date accessed: 07/01/2022 [19] – https://thietbikythuat.com.vn/step-motor-la-gi-uu-diem-cua-stepper-motor/, Date accessed: 07/01/2022 [20] – https://bkmech.com.vn/dong-co-buoc-step-va-dong-co-servo/, Date accessed: 07/01/2022 [21] – https://www.ystendustri.com/urun/24-v-dc-140-w-1400-rpm-dc-motor-46912, Date accessed: 07/01/2022 [22] – https://machviet.com/bo-spindle-400w-mach3.html, Date accessed: 07/01/2022 [23] – https://vatgia.com/5080/6784146/bob-mach3-usb-%C4%91i%E1%BB%81ukhi%E1%BB%83n-m%C3%A1y-cnc.html, Date accessed: 08/01/2022 [24] – https://chickgolden.com/digitalread-la-gi-1640946795/, Date accessed: 08/01/2022 [25] – https://www.npmjs.com/package/cncjs, Date accessed: 08/01/2022 73 PHỤ LỤC Datasheet động bước 74 75 ... - Tính tốn thiết kế phần khí - Tính tốn thiết kế phần điều khiển - Kết luận Các sản phẩm dự kiến - Thuyết minh hoàn chỉnh thiết kế chế tạo máy phay CNC trục - Mơ hình máy phay CNC trục - Bản... nhiệm vụ: ? ?thiết kế chế tạo máy phay CNC trục? ?? mục đích nhằm cho sinh viên tìm hiểu, nghiên cứu kết cấu cách thức hoạt động máy từ tính tốn thiết vẽ, để đưa quy trình thiết kế chế tạo máy CNC hoàn... khoan, doa CNC - Máy mài CNC - Máy cắt bánh CNC - Máy bào CNC Máy chuốt CNC - Máy cưa CNC b) Theo phương pháp cắt gọt - Máy CNC Router: Máy CNC Router máy cắt CNC điều khiển máy tính sử dụng để cắt