Thiết kế, chế tạo máy cnc mini phay và khắc laser trên gỗ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CNC MINI PHAY VÀ KHẮC LASER TRÊN GỖ Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Giảng viên hướng dẫn: Th.S Vũ Thế Mạnh Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Thân Thiên Kỷ 1811040059 18DCKA1 Trịnh Trường Thịnh 1811040100 18DCKA1 Vũ Lê Đình Nam 1811040070 18DCKA1 TP Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 08 năm 2022 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Vũ Thế Mạnh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT .iv MỤC LỤC v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .ix DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii MỞ ĐẦU CHƯƠNG : GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.2 Những đặc điểm 1.2.3 Tình hình sử dụng máy CNC phay laser nước ta giới 1.2.4 Phân loại máy phay CNC 1.2 Cấu trúc tổng thể máy CNC mini 1.2.1 Phần điều khiển 1.2.2 Phần chấp hành 10 1.3 Cấu tạo máy CNC 10 1.4 Ưu điểm 11 1.5 Nhược điểm 12 Trường Đại Học HUTECH v Lớp 18DCKA1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Vũ Thế Mạnh 1.6 Các phương pháp điều khiển máy CNC 12 1.6.1.Điều khiển 2D 12 1.6.2 Điều khiển 2D 13 1.6.3 Điều khiển 3D 14 1.7 Hệ trục tọa độ máy CNC 15 CHƯƠNG : TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 17 2.1 Các dạng sơ đồ động 17 2.2 Động truyền động khả dụng máy CNC 19 2.3 Cơ cấu truyền động 19 CHƯƠNG : PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 21 3.1 Chọn sơ đồ động 21 3.2 Chọn động truyền động 21 3.3 Chọn cấu truyền động 21 3.4 Ứng dụng cáp chuyển đổi USB sang com vận hành điều khiển máy CNC mini trục phay khắc laser gỗ 22 3.4.1 cáp chuyển đổi USB sang com ? 22 3.4.2 Các tính chuyển đổi USB sang Com 23 3.4.3 Những ứng dụng thực tế sống 24 3.5 Mục tiêu 24 CHƯƠNG : QUY TRÌNH THIẾT KẾ 25 4.1 Thiết kế phần khung 25 4.1.1 Chất liệu khung 26 4.1.2 Vít me – đai ốc trượt 27 4.1.3 Gối đỡ trục vít me KFL08 28 Trường Đại Học HUTECH vi Lớp 18DCKA1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Vũ Thế Mạnh 4.1.4 Gối đỡ trục SHF10 29 4.1.5 Khớp nối 31 4.1.6 Các linh kiện khác 32 4.2 Bản vẽ thiết kế máy CNC mini phay khắc laser gỗ 32 4.2.1 Lắp trục Z 38 4.2.2 Lắp trục X 39 4.2.3 Lắp trục Y 40 4.2.4 Bản vẽ phân rã 41 4.3 Thiết kế hệ thống điện tính tốn chọn cơng suất động 42 4.3.1 Tính tốn chọn cơng suất động trục 42 4.3.2 Sơ đồ khối hệ thống điện 43 4.4 Bộ điều khiển động sử dụng máy 44 4.4.1 Mạch driver điều khiển CNC Shield V3: 45 4.4.2 Mạch điều khiển động bước A4988 46 4.4.3 Mạch Arduino Uno R3 47 4.4.4 Module Relay kênh 49 4.4.5 Động bước Step 42 50 4.4.6 Động Spindle 51 4.4.7 Đầu laser 53 CHƯƠNG 5: THI CÔNG 55 5.1 Các phần mềm điều khiển cách sử dụng máy 55 5.1.1 Cài đặt phần mềm điều khiển thông số cho máy 55 5.1.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Aspite xuất file G-code 59 5.1.3 Set tọa độ máy gá phôi 65 Trường Đại Học HUTECH vii Lớp 18DCKA1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Vũ Thế Mạnh 5.2 Khắc nhân vật hoạt hình máy 70 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 75 6.1 Kết Luận 75 6.1.1 Ưu điểm 75 6.1.2 Nhược điểm 75 6.2 Kiến nghị 76 Tài liệu tham khảo 77 Phụ lục 78 Trường Đại Học HUTECH viii Lớp 18DCKA1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Vũ Thế Mạnh DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNC : Computer Numerical Controlled MIT : Massachusetts Institute of Technology FPGA : Field Programmable Gate Array MCU : Microcontroller unit Trường Đại Học HUTECH ix Lớp 18DCKA1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Vũ Thế Mạnh DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1: Cấu trúc tổng thể máy CNC Hình 2: Cấu tạo máy CNC 10 Hình 3: Điều khiển 2D 13 Hình 4: Điều khiển 2D 14 Hình 5: Điều khiển 3D 14 Hình 1: Sơ đồ dạng chữ C 17 Hình 2: Sơ đồ dạng chữ H 18 Hình 3: Sơ đồ dạng Router 18 Hình 1: Cáp chuyển đổi USB sang com .23 Hình 2: Ứng dung cáp chuyển đổi Usb sang com 24 Hình 1: Khung máy 25 Hình 2: Nhơm định hình .26 Hình 3: Vít me đai ốc 27 Hình 4: Gối đỡ trục vít me KFL08 .29 Hình 5: Gối đỡ trục SHF10 30 Hình 6: Khớp nối 31 Hình 7: Bu lơng, ke góc, trượt .32 Hình 8: Bản vẽ Tấm Đệm 33 Hình 9: Bản vẽ Tấm Trái 33 Hình 10: Bản vẽ Tấm Phải 34 Hình 11: Bản vẽ Tấm Sau 34 Trường Đại Học HUTECH x Lớp 18DCKA1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Vũ Thế Mạnh Hình 12: Bản vẽ Tấm Trước .35 Hình 13: Bản vẽ Tấm Dưới Z .35 Hình 14: Bản vẽ Tấm Trên Z .36 Hình 15: Bản vẽ Tấm Sau Z 36 Hình 16: Bản vẽ Tấm trước Z 37 Hình 17: Mơ hình đệm 37 Hình 18: Bản vẽ trục Z 38 Hình 19: Mơ hình trục Z .38 Hình 20: Bản vẽ lắp trục X 39 Hình 21: Mơ hình trục X 39 Hình 22: Bản vẽ lắp trục Y 40 Hình 23: Mơ hình trục Y 40 Hình 24: Bản vẽ phân rã .41 Hình 25: Mơ hình máy hồn chỉnh .41 Hình 26: Sơ đồ khối hệ thống điện .44 Hình 27: Bộ điều khiển .44 Hình 28: Driver điều khiển CNC Shield V3 45 Hình 29: Mạch điều khiển động bước A4988 46 Hình 30: Mạch Arduini Uno R3 47 Hình 31: Module Relay kênh 49 Hình 32: Động bước Step 50 Hình 33: Động spindle .52 Hình 34: Đầu laser 53 Hình 1: Cài phần mềm Aspire 55 Hình 2: Cài đặt phần mềm bCNC 56 Hình 3: Cài đặt Driver 57 Hình 4: Kết nối máy tính với Arduino Uno 57 Trường Đại Học HUTECH xi Lớp 18DCKA1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Vũ Thế Mạnh Hình 5: Nạp code 58 Hình 6: Thiết lập điều khiển máy 58 Hình 7: Phần mêm Aspite 59 Hình 8: Tạo file thiết lập kích thước phơi .59 Hình 9: Cửa sổ làm việc 2D 60 Hình 10: Cửa sổ làm việc 3D .60 Hình 11: Thanh công cụ .61 Hình 12: Thanh cơng cụ thiết lập dao 62 Hình 13: Thiết lập chế độ cắt cho dao 62 Hình 14: Hình vẽ phần mềm 63 Hình 15: Thiết lập chế độ cắt cho nét 64 Hình 16: Giao diện mô 64 Hình 17: Lưu tập tin xuất sang G-code 65 Hình 18: Kết nối máy với phần mềm sử dụng .65 Hình 19: Gá phơi lên máy 66 Hình 20: Tab điều khiển thiết lập góc phần mềm 67 Hình 21: Mở File G-code chọn vị trí góc 68 Hình 22: Chạy chương trình để cắt phơi 69 Hình 23: Sản phẩm phay CNC .69 Hình 24: Hình ảnh nhân vật 70 Hình 25: Mở file 71 Hình 26: Lấy đường nét hình 71 Hình 27: Phân rã đường riêng biệt 72 Hình 28: Thiết lập số lần laser cho hình 73 Hình 29: Thiết lập chế độ laser 73 Hình 30: Sản phẩm khắc laser 74 Trường Đại Học HUTECH xii Lớp 18DCKA1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Vũ Thế Mạnh DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1: Trong máy CNC gồm có điểm chuẩn 16 Bảng 1: Thông số kỹ thuật gối đỡ trục vít me 29 Bảng 2: Thông số kỹ thuật gối đỡ trục SHF10 .30 Bảng 3: Thông số kỹ thuật khớp nối 31 Bảng 4: Thông số kỹ thuật mạch driver điều khiển CNC Shield V3 46 Bảng 5: Thông số kỹ thuật mạch điều khiển động bước A4988 .47 Bảng 6: Thông số kỹ thuật Arduino UNO R3 48 Bảng 7:Chức Pin 49 Bảng 8: Thông số kỹ thuật module Relay kênh .50 Bảng 9: Thông số kỹ thuật động bước step .51 Bảng 10: Thông số kỹ thuật động spindle .52 Bảng 11: Thông số kỹ thuật đầu laser 54 Trường Đại Học HUTECH xiii Lớp 18DCKA1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Vũ Thế Mạnh CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 6.1 Kết Luận Qua tháng thực hiện, với hướng dẫn bảo nhiệt tình thầy giáo hướng dẫn Th.S Vũ Thế Mạnh hoàn thành thiết kế chế tạo máy CNC mini trục phay khắc laser gỗ đảm bảo yêu cầu đặt Các thông số kỹ thuật máy :  Tên sản phẩm : Thiết kế, chế tạo máy CNC mini phay khắc laser gỗ  Tải trọng : 15kg  Kích thước : 280 x 240x 240  Hành trình : 185x185x90  Cơng suất động trục : 288W  Nguồn cấp cho máy : 220VAC Nhóm tác giả củng cố, vận dụng kiến thức học áp dụng vào thiết kế, chế tạo máy có khả phay bắn laser, qua học thêm nhiều kiến thức liên quan Và điều quan trọng có tự tin bắt tay vào làm việc thực tế, kinh nghiệm quý báu cho thân chuẩn bị trường 6.1.1 Ưu điểm  Chi phí chế tạo máy thấp  Sử dụng vật liệu, linh kiện thơng dụng, có sẵn sử dụng rộng rãi thị trường  Máy CNC mini đa chế tạo chạy thử nghiệm thành công, cho kết tốt 6.1.2 Nhược điểm  Kết cấu khí cồng kềnh, chưa đẹp mắt  Độ xác cịn thấp Trường Đại Học HUTECH 75 Lớp 18DCKA1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Vũ Thế Mạnh  Năng suất chưa cao 6.2 Kiến nghị Nhóm muốn phát triển sản phẩm hồn thiện với độ xác cao có thể, để phục vụ công tác nghiên cứu giảng dạy nhà trường sinh viên Giúp sinh viên có điều kiện tiếp xúc với cơng nghệ CNC nhiều Nhóm muốn sản phẩm sở để tới chế tạo máy có độ xác cao hơn, phay nhiều loại vật liệu khác ứng dụng thực tế, có khả thương mại thị trường với giá thành rẻ Trường Đại Học HUTECH 76 Lớp 18DCKA1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Vũ Thế Mạnh Tài liệu tham khảo [1] https://laptrinhcnc.com/toa-do-diem-goc-va-diem-chuan-trong-cnc/ [2] https://technicalvnplus.com/article/phuong-phap-dieu-khien-gia-cong-tren-maycnc [3] https://kimtuongadv.com/nen-chon-may-cnc-dong-co-buoc-hay-dong-co-servo [4] https://vietmachine.com.vn/co-cau-truyen-dong-vit-me-ray-truot-dai.html [5] https://en.wikipedia.org/wiki/USB [6] https://arduinokit.vn/mach-arduino-uno-la-gi/ [7] https://cnc3ds.com/products/may-khac-laser-mini-aiko [8] https://cnc3ds.com/products/dau-khac-laser-diode-500mw [9] https://vi.wikipedia.org/wiki/Nh%C3%B4m [10] https://www.thegioiic.com/a4988-module-dieu-khien-dong-co-buoc-reprap [11] Hướng dẫn đồ án công nghệ chế tạo máy - Hồ Viết Bình-Phan Minh Thanh [12] https://www.youtube.com/watch?v=8Rz4pZzwqbU Trường Đại Học HUTECH 77 Lớp 18DCKA1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Vũ Thế Mạnh Phụ lục Sản phẩm thực tế: Trường Đại Học HUTECH 78 Lớp 18DCKA1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH TẬP BẢN VẼ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CNC MINI PHAY VÀ KHẮC LASER TRÊN GỖ Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Giảng viên hướng dẫn : Th.S Vũ Thế Mạnh Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Thân Thiên Kỷ 1811040059 18DCKA1 Trịnh Trường Thịnh 1811040100 18DCKA1 Vũ Lê Đình Nam 1811040070 18DCKA1 TP Hồ Chí Minh,ngày 02 tháng 08 năm 2022 90 10 40 0.02 40 A 25 20 0.02 14 12 A Người vẽ Thân Thiên Kỷ Kiểm tra Vũ Thế Mạnh 25/7 Trường ĐH Công Nghệ TPHCM Viện Kỹ Thuật TẤM TRÊN Z NHÔM Tỉ lệ: 2:1 Số tờ: 90 10 40 0.02 40 A 14 12 A 20 0.02 Người vẽ Thân Thiên Kỷ Kiểm tra Vũ Thế Mạnh 25/7 Trường ĐH Công Nghệ TPHCM Viện Kỹ Thuật TẤM DƯỚI Z NHÔM Tỷ lê: 2:1 Số tờ: 100 65 0.02 15 60 16 10 37 0.02 Người vẽ Thân Thiên Kỷ Kiểm tra Vũ Thế Mạnh 25/7 Trường ĐH Công Nghệ TPHCM Viện Kỹ Thuật TẤM SAU Z NHÔM Tỷ lê: 1:1 Số tờ: 300 95±0.01 R 15 Ø1 60 Ø8 30 Ø3 A 160±0.01 55 A-A 15 15 10 A Người vẽ Thân Thiên Kỷ Kiểm tra Th.S Vũ Thế Mạnh 25/7 Trường ĐH CÔNG NGHỆ TPHCM Viện Kỹ Thuật TẤM TRƯỚC NHÔM Tỉ lệ: 1:1 Số tờ: 300 160±0.02 15 43 30 10 Ø A 70 80±0.02 A-A 15 15 15 15 10 A 59 R0.5 Người vẽ Thân Thiên Kỷ Kiểm tra Th.S Vũ Thế Mạnh 25/7 Trường ĐH CÔNG NGHỆ TPHCM Viện Kỹ Thuật TẤM SAU NHÔM Tỉ lệ: 1:1 Số tờ: 220 144±0.02 72±0.02 30 38±0.02 10 18 Ø8 Ø5 15 220 R1 Người vẽ Thân Thiên Kỷ Kiểm tra Th.S Vũ Thế Mạnh 25/7 Trường ĐH CÔNG NGHỆ TPHCM Viện Kỹ Thuật TẤM ĐỆM NHÔM Tỉ lệ: 1:1 Số tờ: 250 45±0.02 20 110±0.02 20 10 10 15 15 20 Ø 70 Ø1 Ø5 25 80±0.02 8 Người vẽ Thân Thiên Kỷ Kiểm tra Th.S Vũ Thế Mạnh 25/7 Trường ĐH CÔNG NGHỆ TPHCM Viện Kỹ Thuật TẤM PHẢI NHÔM Tỉ lệ: 1:1 Số tờ: 250 80±0.02 15 Ø5 Ø1 70 Ø5 45 20 45±0.02 110±0.02 30 10 Người vẽ Thân Thiên Kỷ Kiểm tra Th.S Vũ Thế Mạnh 25/7 Trường ĐH CÔNG NGHỆ TPHCM Viện Kỹ Thuật TẤM TRÁI NHÔM Tỉ lệ: 1:1 Số tờ: 90 10 55 140 Ø5 45 Người vẽ Thân Thiên Kỷ Kiểm tra Th.S Vũ Thế Mạnh 25/7 Trường ĐH CÔNG NGHỆ TPHCM Viện Kỹ Thuật TẤM TRƯỚC Z NHÔM Tỉ lệ: 2:1 Số tờ: 35 15 21 28 27 29 18 14 27 30 25 24 34 23 26 20 26 31 1:1 32 24 80 F A 13 1:1 303 33 1;1 G 1:1 B 13 10 429 11 160 365 M10 x 12 1:1 H Yêu cầu kỹ thuật - Tất trục trượt song song vơi - Động đặt song song với mặt bàn 35 ISO 7046-1- M5x20 Sắt 10 34 ISO 7046-1- M5x30 Sắt 16 33 Hộp điện - 32 Đầu LS - 31 Tấm giữ LS Nhựa 30 ISO 7046-1- M8x50 Sắt 29 Củ phay - 28 Pass giữ động Nhựa 27 Tấm trước Z Nhôm 26 Con trượt dẫn hướng Nhôm 25 Vitme Sắt 24 Tấm Z Nhôm 23 Thanh trượt Sắt 22 Tấm sau Z Nhôm 21 Gối đỡ vitme Nhôm 20 Con trượt Nhôm 19 Con trượt dẫn hướng Nhôm 18 Động - 17 Con trượt dẫn hướng - 40 Nhôm 16 MKS-C-2-C-150-08-10 Sắt 15 Tấm thân phải Nhôm 14 Tấm thân trái Nhôm 13 ISO 7046-1- M5x15 Sắt 29 12 Tấm đệm Nhôm 11 Gối đỡ vitme Nhôm 10 Gối đỡ trượt Nhôm Con trượt dẫn hướng- 40 Nhôm Động - Gối đỡ động - Vitme Sắt Con trượt Nhôm 4 Thanh trượt- 300 Sắt Tấm sau Nhôm Nhơm định hình 2040 Nhơm Tấm trước Nhôm VẬT LIỆU SỐ LƯỢNG STT TÊN CHI TIẾT Người vẽ Thân Thiên Kỷ Kiểm tra Vũ Thế Mạnh 25/7 Trường ĐH CÔNG NGHỆ TPHCM Viện Kỹ Thuật BẢN VẼ LẮP NHÔM Tỉ lệ: 1:1 Số tờ: ... giải pháp máy CNC hồn tồn phù hợp Ở Việt Nam, máy CNC đưa vào sử dụng xí nghiệp dân quốc phịng chưa phổ biến Do nhóm định lựa chọn đề tài ? ?Thiết kế chế tạo máy CNC mini phay khắc laser gỗ? ?? Ngoài... gia cơng tồn chi tiết lắp ráp hồn chỉnh mơ hình máy phay CNC mini Yêu cầu đề tài “ Thiết kế chế tạo máy CNC mini trục phay khắc laser gỗ? ?? sau: Máy có kích thước tương đối nhỏ với kích thước tối... 1.3 Cấu tạo của máy CNC Hình 2: Cấu tạo máy CNC * Cấu tạo máy CNC gồm phận chính: - Bộ phận thay dao tự động (ATC): Có nhiều thiết kế ATC máy CNC chúng khác tùy theo nhà sản xuất máy CNC, thay