thiết kế mô hình máy cnc 3 trục ứng dụng điêu khắc chữ

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾT MÔ HÌNH MÁY CNC 3 TRỤC ỨNG DỤNG ĐIÊU KHẮC CHỮ Thiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung

QUAN ĐỀ TÀI

Đặt vấn đề

Trong nền sản suất công nghiệp hiện đại, đòi hỏi khả năng về tự động với phương thức linh hoạt cao của dây truyền sản xuất, thì máy công cụ điều khiển số CNC đóng vai trò rất quan trọng Sử dụng máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, đồng thời rút ngắn được chu kỳ sản xuất nên ngày nay trên thế giới rất nhiều nước đã áp dụng rộng rãi máy công cụ số vào lĩnh vực cơ khí chế tạo Bên cạnh đó, sự phát triển về công nghệ thông tin đã gặt hái được rất nhiều thành tựu to lớn, các máy tính số ngày càng được sản xuất nhiều với những tính năng tốc độ xử lý dữ liệu cao, sử dụng dễ dàng, kết cấu nhỏ gọn, giá thành thấp

Năm năm trở lại đây, với sự đầu tư cho nghiên cứu về máy Công cụ điều khiển số CNC của Chính phủ, sự cố gắng của các nhà khoa học và doanh nghiệp, hàng loạt máy CNC “Made in Việt Nam” ra đời và đang được người dùng tin cậy Tuy nhiên, làm thế nào để phát triển sản xuất máy CNC trong nước, nâng cao năng lực đội ngũ cán bộ CNC là điều thực sự cần thiết đối với Việt Nam

Nhận thấy nhu cầu ứng dụng thực tế kiến thức đã học, nhóm chúng tôi quyết định chế tạo máy CNC 3 trục công suất nhỏ Với thiết kế nhỏ gọn cùng độ chính xác cao, máy giúp giảm sức lao động, gia công hiệu quả trên vật liệu gỗ, mica Quá trình chế tạo được chia thành các lĩnh vực cụ thể, bao gồm: thiết kế chế tạo cơ khí, trang bị điện, sinh mã G-code và điều khiển giám sát hoạt động máy.

Trong quá trình thực hiện đề tài do lượng kiến thức còn hạn chế nên chúng em không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong quý thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài được ứng dụng trong thực tế hiệu quả hơn

Thiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chu

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Máy CNC 3 trục ứng dụng khắc gỗ là một loại máy cắt sử dụng máy tính để điều khiển ba trục chuyển động theo hướng tuyến tính Các trục này cho phép máy di chuyển dụng cụ cắt theo ba hướng không gian, bao gồm trục X, trục Y và trục Z Nhờ đó, máy có thể tạo ra các chi tiết phức tạp, chính xác cao với bề mặt mịn và sắc nét, đáp ứng nhu cầu gia công trong ngành nội thất, bảng hiệu, quà tặng,

Thiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chu Thiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chu

94Monday, June 10, 20248:48:10 PM8:48:10 PM94Monday, June 10, 20248:48:10 PM8:48:10 PM94Monday, June 10, 20248:48:10 PM8:48:10 PM

94Monday, June 10, 20248:48:11 PM8:48:11 PM94Monday, June 10, 20248:48:11 PM8:48:11 PM94Monday, June 10, 20248:48:11 PM8:48:11 PM Thiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chu

Thiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chu Thiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chu Thiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuThiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chu

94Thiet ke mo hinh may CNC 3 truc ung dung dieu khac chuMonday, June 10, 2024

Mục đích yêu cầu

 Phân tích, thiết kế mô hình máy CNC khắc chữ

 Xây dựng được mô hình máy CNC 3 trục

 Điều khiển vận hành chính xác được theo những yêu cầu mong muốn

 Giao tiếp được với các thiết bị của mô hình: Driver TB6560, bo mạch CNC AKZ250

 Giao tiếp được giữa các Driver, với các output/input của bo mạch CNC AKZ250

 Sử dụng được các phần mềm hỗ trợ cho hệ thống CNC.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiêm cứu

Để thực hiện đề tài một cách tốt nhất, nhóm đã nghiên cứu về máy CNC thông qua những thông tin trên mạng internet và những quan sát thực tế ở bên ngoài, từ đó thu được những yêu cầu thực tế của đề tài Bên cạnh đó, nhờ sự giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn đã giúp nhóm đã đưa ra được hướng nghiên cứu và hoàn thành đề tài

Tiến trình thực hiện đề tài:

 Tham khảo ngoài thực tế và theo sự hướng dẫn của giáo viên để đưa ra được định hướng cho hệ thống của đề tài

 Nghiên cứu về động cơ Step motor

 Tìm hiểu về phần truyền động, từ đó nắm rõ được các chuyển động của hệ thống

 Chỉnh sửa, lắp ráp phần cứng , phần điện ( tủ điện điều khiển )

 Kết nối các thiết bị của hệ thống và điều khiển, giám sát,

 Điều chỉnh hệ thống để đạt được kết quả như yêu cầu

 Chạy thử và thu nhận sản phẩm

 Rút ra các thiếu sót và từ đó chỉnh sửa để hoàn thành hệ thống.

Đối tượng nghiêm cứu

Các đối tượng phần cứng ( phần cơ khí ) :

 Cơ cấu các trục vít me ( trục X, Y, Z )

 Các chi tiết phần cứng khác: mặt bàn phay, khối đế máy, chốt định vị, vam kẹp phôi

Các đối tượng điều khiển ( phần điện ) :

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điều khắc chữ.

Giới hạn đề tài

Đề tài chỉ dừng lại ở việc chạy trên mô hình cùng với các yêu cầu điều khiển:

 Điều khiển mô hình CNC 3 trục bằng phần mềm hỗ trợ để phay ra sản phẩm phù hợp

 Điều khiển mô hình CNC 3 trục trực tiếp bằng những lệnh theo yêu cầu thực hiện

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điều khắc chữ là một quá trình quan trọng trong sản xuất các sản phẩm quảng cáo hay trang trí Máy CNC 3 trục được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực cắt, khắc và điêu khắc trên nhiều loại vật liệu khác nhau như gỗ, mica, kim loại mềm Mô hình máy CNC 3 trục được thiết kế chuyên biệt để đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác, hiệu quả và tính linh hoạt trong gia công.

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan về máy cnc

Trước khi xuất hiện thế hệ máy CNC, ngành công nghiệp máy công cụ đã trải qua hai giai đoạn phát triển với mức độ tự động hóa thấp hơn: máy công cụ thông thường và máy công cụ điều khiển số NC.

Khi vận hành máy công cụ thông thường, công nhân sử dụng tay để điều khiển máy, căn cứ theo bản vẽ công nghệ để gia công chi tiết theo yêu cầu kỹ thuật Tay nghề công nhân ảnh hưởng đáng kể đến năng suất và chất lượng sản phẩm Mặc dù có nhiều hạn chế so với máy NC và CNC, máy công cụ thông thường vẫn được ứng dụng rộng rãi nhờ giá thành thấp, dễ sửa chữa, đặc biệt phù hợp cho việc đào tạo trong các trường dạy nghề cơ khí và các cơ sở giáo dục kỹ thuật.

Máy công cụ NC: Đối với các máy công cụ NC thì việc điều khiển các chức năng của máy được quyết định bằng các phương trình đã lập sẵn Các máy công cụ NC rất thích hợp với dạng sản xuất hàng loại nhỏ và trung bình

Hệ thống điều khiển của máy NC là mạch điện tử Thông tin vào chứa trên băng từ hoặc băng đục lỗ, thực hiện chức năng theo từng khối, khi khối trước kết thúc, máy đọc tiếp các khối lệnh tiếp theo để thực hiện các dịch chuyển cần thiết Các máy NC chỉ thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, chức năng đọc theo băng Các máy NC không có chức năng lưu trữ chương trình

Máy công cụ CNC là thế hệ tiên tiến của máy công cụ NC Điểm khác biệt chính nằm ở việc máy CNC được tích hợp máy tính để chạy phần mềm điều khiển chuyển động.

Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ Khi gia

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Máy CNC 3 trục là loại máy cắt khắc gia công kim loại được thiết kế với 3 trục tọa độ X, Y, Z có hệ thống điều khiển số Máy sử dụng công nghệ cắt khắc hiện đại, có độ chính xác cao, giúp tạo ra những sản phẩm có độ tinh xảo và sắc nét đến từng chi tiết Máy CNC 3 trục được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực gia công khác nhau như chế tạo khuôn mẫu, cắt khắc kim loại, chế tạo cơ khí chính xác mang lại hiệu quả và năng suất cao.

5 công, máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nào Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ Tất cả các chức năng trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính Các chương trình lập ra có thể lưu trữ trên đĩa cứng hoặc đĩa mềm

Tổng quát về động cơ bước

Hình 2.1 Động cơ bước 6 dây Động cơ bước là loại động cơ đồng bộ dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dưới dạng xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rotor có khả năng cố định rotor vào các vị trí cần thiết

Chi tiết gia công Tín hiệu Màn hình

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Máy CNC 3 trục là một loại máy gia công được điều khiển bằng máy tính, có khả năng thực hiện các thao tác cắt, khắc, phay trên nhiều loại vật liệu khác nhau Máy CNC 3 trục có cấu tạo bao gồm 3 trục di chuyển chính là trục X, Y và Z, cho phép máy gia công trên tất cả các mặt của vật liệu Máy CNC 3 trục được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như cơ khí chế tạo, điện tử, sản xuất khuôn mẫu, chế tạo ô tô do tính chính xác cao, hiệu suất ổn định và khả năng tự động hóa cao.

Cấu tạo động cơ bước có thể coi là tổng hợp của 2 động cơ: động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ

2.2.2Các loại động cơ bước Động cơ bước có nhiều loại như động cơ biến trở từ, động cơ đơn cực, động cơ lưỡng cực

Về step thì có loại là 0.36 o /step là nhỏ nhất, 0.72 o /step, thông dụng nhất là loại 1.8 o /step (200 step động cơ sẽ quay được 1 vòng)

Trên thị trường chúng ta hay gặp nhất là động cơ đơn cực và lưỡng cực có các loại

4 dây, 5 dây, 6 dây và 8 dây Trong đó loại 4 dây và 6 dây là 2 loại phổ biến nhất

Hình 2.2: Sơ đồ đấu dây động cơ bước

2.2.3 Phương pháp điều khiển động cơ bước

Cách thông dụng nhất là sử dụng IC chuyên dụng điều khiển động cơ bước Các loại IC hay gặp nhất là TB6560, TB6600, L297, A4988, DRV8825, MA860H Việc lựa chọn dùng loại driver nào phụ thuộc vào loại động cơ và công suất

Ví dụ: A4988 và DRV8825 dùng để điều khiển động cơ công suất nhỏ (động cơ máy photo hoặc máy in 3D ) TB6560 hoặc TB6600 dùng điều khiển các loại động cơ công suất lớn hơn (động cơ máy CNC mini ) Các loại động cơ công suất lớn người ta dùng MA860H

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chủ yếu sử dụng phần mềm CAM để tạo ra đường chạy dao tự động cho máy CNC Phần mềm CAM sẽ chuyển đổi bản vẽ thiết kế thành mã lệnh điều khiển máy CNC hoạt động Các thông số gia công như tốc độ cắt, tốc độ tiến dao, chiều sâu cắt sẽ được tối ưu hóa trong phần mềm CAM để đảm bảo gia công chính xác và hiệu quả.

Mạch driver động cơ bước

Mạch điều khiển động cơ bước TB6560 là loại được sử dụng nhiều nhất hiện nay, mạch có thể điều khiển được động cơ bước 2 pha (10V – 35V) với dòng tối đa 3A

Mạch điều khiển động cơ bước TB6560 được sử dụng để điều khiển động cơ bước, được ứng dụng trong hệ thống máy CNC hoặc các hệ cơ khí chính xác

Hình 2.3: Module điều khiển động cơ bước TB6560

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

+ Điện áp hoạt động: 10V – 35VDC + Dòng tải tối đa: 3A

+ Tích hợp opto cách ly 6N317 tốc độ cao giúp cách ly tín hiệu điều khiển với board điều khiển, an toàn và chống nhiễu

+ Tích hợp tản nhiệt nhôm cho TB6560

+ Công tắc setup dòng tải (tối đa 3A)

+ Có công tắc setup vi bước: 1:1, 1:2, 1:8, 1:16 + Công tắc setup lực giữ vị trí cố định

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch Driver TB6560

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Động cơ trục chính spindle

Hình 2.4: Động cơ khoan của mô hình CNC mini

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chữ được thực hiện bởi các kỹ sư chuyên nghiệp trong lĩnh vực chế tạo máy CNC Mô hình này được thiết kế dựa trên các thông số kỹ thuật đã được nghiên cứu và tính toán cẩn thận, đảm bảo độ chính xác, hiệu suất và độ tin cậy cao Quá trình thiết kế mô hình được thực hiện bằng phần mềm chuyên dụng, cung cấp khả năng trực quan, mô phỏng hoạt động và tính toán các tham số quan trọng Mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chữ được thiết kế để đáp ứng nhu cầu sản xuất chuyên nghiệp với độ chính xác và hiệu suất cao, đảm bảo đem lại thành phẩm chất lượng cao trong các ứng dụng điêu khắc chữ.

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Máy CNC 3 trục được ứng dụng rộng rãi trong điêu khắc gỗ, đem lại hiệu quả cao trong chế tác các tác phẩm điêu khắc tinh xảo Máy sử dụng hệ thống trục XYZ để điều khiển, cho phép điêu khắc đa chiều, xử lý chi tiết các bề mặt phức tạp Máy CNC 3 trục phù hợp với nhiều loại gỗ khác nhau, từ gỗ mềm đến gỗ cứng, giúp tạo ra các sản phẩm có độ chính xác và tính thẩm mỹ cao.

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điều khắc chữ sẽ bao gồm các bước sau: xác định yêu cầu thiết kế, thiết kế phần cơ khí, thiết kế hệ thống điện và điều khiển, lựa chọn linh kiện, lắp ráp và thử nghiệm Trong quá trình thiết kế, cần lưu ý lựa chọn vật liệu phù hợp, tính toán kích thước và tải trọng hợp lý, đảm bảo độ chính xác và độ bền của máy Hệ thống điện và điều khiển phải được thiết kế để đảm bảo độ ổn định và dễ dàng vận hành, đồng thời tích hợp các chức năng điều khiển tự động và giao diện thân thiện với người dùng.

15 Động cơ khoan của mô hình CNC mini là động cơ DC có các thông số kĩ thuật như sau:

+ Điện áp hoạt động: 12Vdc – 48Vdc + Tốc độ quay: 3000 – 12.000 vòng/phút + Công suất: 300W

+ Moment đầu trục: 230mN.m + Điện trở cách ly: >2 MΩ + Khả năng cách điện: 400V + Chiều dài tổng thể: 175mm + Đường kính: 52mm

+ Chiều dài trục : 43mm + Đường kính trục: 16mm + Sai số: 0.01mm – 0.05mm + Tản nhiệt: quạt khí ở cuối động cơ

Hình 2.5: Thông số kích thước Spindle

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Máy CNC 3 trục được thiết kế để thực hiện các thao tác điêu khắc gỗ tinh xảo, đáp ứng nhu cầu sản xuất đồ thủ công mỹ nghệ, nội thất và biển quảng cáo Việc kết hợp giữa công nghệ CNC hiện đại với kỹ thuật điêu khắc truyền thống cho phép máy tạo ra các sản phẩm có độ chính xác cao, chi tiết sắc nét và hoa văn phức tạp, mang đến vẻ đẹp thẩm mỹ và giá trị sử dụng cao.

Bo mạch CNC AKZ250

Bo CNC AKZ250 là bộ điều khiển kết hợp với phần mềm Mach3 để hỗ trợ vận hành hệ thống máy CNC một cách đơn giản và nhanh chóng, ví dụ : máy khắc công nghiệp, máy khắc CNC, máy chế biến gỗ, máy cắt plasma CNC, máy khắc đá, máy tiện,…

Thông số kỹ thuật và ưu điểm của bo mạch AKZ250:

 Hỗ trợ USB kết nối trực tiếp với máy tình mà không cần trình điều khiển

 Tần số xung bước tối đa lên đến 200KHz, phù hợp với motor servo và động cơ bước

 Có đèn LED nhấp nháy để thông báo trạng thái hoạt động của USB cũng như là tình trạng làm việc

 Có 16 đầu vào, tín hiệu đầu vào có thể nhận biết được rõ ràng

 Hỗ trợ các Window , bao gồm Window2000 / XP / Vista / Windows7.

Hình 2.6: Boa AKZ250 CNC 3 trục

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chữ là nhiệm vụ quan trọng trong chế tạo máy CNC Máy CNC 3 trục có khả năng di chuyển theo ba hướng trục X, Y, Z, cho phép khắc chữ chính xác và tinh xảo Quá trình thiết kế mô hình bao gồm các bước như xác định thông số kỹ thuật, lựa chọn vật liệu, thiết kế cơ cấu truyền động và điều khiển, tối ưu hóa hiệu suất và mô phỏng để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong quá trình điêu khắc chữ.

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng đục khắc chữ.

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điều khắc chữ gồm các bước: Chuẩn bị bản vẽ thiết kế, tạo mô hình 3D, chuyển đổi mô hình 2D, tạo đường chạy dao, tạo mã lệnh G-code, kiểm tra mô phỏng, xuất bản vẽ thiết kế và hướng dẫn lắp ráp máy CNC 3 trục.

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý mạch MCU boa AKZ250

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chân dung là quá trình tạo ra một mô hình kỹ thuật số của máy CNC 3 trục dùng để điêu khắc chân dung Quá trình này đòi hỏi phải hiểu biết chuyên sâu về máy CNC 3 trục, phần mềm thiết kế CAD/CAM và các nguyên tắc điêu khắc chân dung Mô hình được thiết kế phải bao gồm tất cả các thông số kỹ thuật cần thiết, chẳng hạn như kích thước, hình dạng, vật liệu và chuyển động của máy.

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chữ là một quá trình đòi hỏi tính chính xác cao Để đạt được độ chính xác này, mô hình máy CNC phải được thiết kế với các thông số kỹ thuật chính xác, bao gồm kích thước khung, hệ thống truyền động và hệ thống điều khiển Ngoài ra, mô hình máy CNC cũng cần được trang bị các công cụ và phụ kiện thích hợp để đảm bảo hiệu suất cắt tối ưu.

G-code

G-code là một ngôn ngữ lập trình trên máy tính, được hỗ trợ bởi máy tính trong việc tự động hóa, được dùng phổ biến trong việc điều khiển máy CNC để điều khiển sự di chuyển phôi và trục chính

Cấu trúc của đoạn G-code trong chương trình CNC:

- Khai báo tổng quát đầu chương trình

- Các lệnh di chuyển dao, bắt đầu thời gian gia công sản phẩm

- Các lệnh kết thúc chương trình và quay về đầu chương trình

Các nhóm lệnh G-code được thể hiện trong bảng dưới đây:

Bảng 8: Các nhóm lệnh G-code

Nhóm lệnh Địa chỉ Ý nghĩa

Số hiệu chương trình O Đặt tên chương trình

Số thứ tự khối lệnh N Dễ dàng tìm kiếm một khối lệnh bất kỳ

Lệnh G G Phương thức di chuyển

Trục chuyển động tịnh tiến chính Trục chuyển động tịnh tiến phụ Trục phụ

Khoảng cách tọa độ tâm cung Bán kính cung tròn

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng trong điêu khắc chữ

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chữ là một lĩnh vực kỹ thuật chuyên sâu đòi hỏi sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa kiến thức về cơ khí chính xác, điện tử, lập trình và thiết kế phần mềm Mục đích chính của việc thiết kế máy CNC 3 trục điêu khắc chữ là tạo ra một hệ thống tự động có khả năng cắt gọt vật liệu theo đường chạy được lập trình sẵn, từ đó tạo nên các sản phẩm chạm khắc chữ có độ chính xác cao Quá trình thiết kế bao gồm các bước như thiết kế cơ cấu máy, thiết kế hệ thống điều khiển, thiết kế hệ thống điện, thiết kế giao diện phần mềm và tích hợp tất cả các thành phần thành một hệ thống hoàn chỉnh.

Nhóm lệnh Địa chỉ Ý nghĩa

Lệnh gọi chương trình con P

Tham số P, Q Tham số của chu trình

Giới thiệu chung về GRBL

Thư viện GRBL là thư viện nguồn mở có hiệu năng hoạt động cao, nó là giải pháp thay thế cho việc sử dụng cổng song song được dùng phổ biến trong các máy phay CNC Thư viện GRBL có thể hoạt động trên hầu hết các board mạch Arduino Classic hiện nay (Arduino UNO, Nano, Pro mini, ) Bạn chỉ cần một mạch Arduino có bộ nhớ lưu trữ 30KB trở lên là có thể làm một máy CNC hoạt động được ngay

Thư viện điều khiển được viết bằng ngôn ngữ C được tối ưu hóa để có thể hoạt động với hiệu năng cao và tận dụng hết những khả năng của dòng chip AVR để đạt được thời gian chính xác và hoạt động đa nhiệm (không đồng bộ)

Thư viện GRBL sử dụng các tập lệnh G-Code cơ bản và hoạt động chính xác trên nhiều dòng máy CNC mà không hề có bất kỳ lỗi nào

 Các mã lệnh được hỗ trợ trên thư viện GRBL

Nhóm lệnh điều khiển chuyển động:

+ G0 : di chuyển nhanh khoan tới tọa độ x, y, z Di chuyển với tốc độ tối đa mà ta đã thiết lập sẵn

+ G1 : chạy khoan theo đường thẳng, tốc độ được thiết lập trong lệnh, hoặc tham số đặt trước + G2 : chạy khoan theo đường tròn theo chiều kim đồng hồ

+ G3 : giống G2 nhưng ngược chiều kim đồng hồ

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điều khắc gỗ là quá trình tạo ra một bản mô phỏng chi tiết về máy, bao gồm các thông số kỹ thuật, thành phần và chức năng Quá trình này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về nguyên lý hoạt động của máy CNC và kinh nghiệm thực tế trong lĩnh vực chế tạo máy Các bước chính trong việc thiết kế mô hình máy CNC 3 trục bao gồm: xác định yêu cầu, chọn thành phần, lập mô hình 3D, phân tích phần tử hữu hạn và tối ưu hóa thiết kế.

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Phần mềm Mach3

Mach 3 là phần mềm của hang ArtSoft, ban đầu Mach 3 được tạo ra dành cho những người chế tạo máy CNC nhưng sau đó được cải tiến mạnh mẽ một trong những phần mềm điều khiển linh hoạt trong công nghiệp Mach 3 được ứng để điều khiển đa dạgng các loại máy CNC: máy tiện, máy phay, máy cắt plasma,…Mach 3 có giao diện rất gần gũi với người dùng và vô cùng dễ sử dụng

 Màn hình điều khiển máy của màn hình Mach 3 như hình 2.12 Bên trái của màn hình này là phần thể hiện file chương trình chạy với ngôn ngữ G-code

 Thông thường với các máy công cụ thì file chương trình này được tạo ra bởi các phần mềm cad/cam

 Ứng với các máy dùng ứng dụng chuyên biệt người ta cũng viết những phần mềm chuyên dụng đi kèm máy để tạo ra file G-code ứng với đặc điểm riêng của máy đó

 Máy khoan CNC được xây dựng như một ứng dụng chuyên biệt hoạt động trên nền tảng G-code nên cũng cần một phần mềm với giao diện để có thể dễ dàng tạo ra các chương trình hoạt động

Hình 2.21:Giao diện phần mềm Mach3

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

 Một số chức năng của Mach 3:

 Biến máy tính thành bộ điều khiển CNC

 Hiển thị G-Code trực quan và có thể điều chỉnh G-code trực tiếp

 Điều khiển được tốc độ trục chính Spindle

 Điều khiển được nhiều relay đóng cắt

 Hiệu chỉnh được tốc độ của các trục X,Y,Z

 Giao diện có thể tùy biến hoàn toàn theo ý thích người sử dụng

 Tùy biến M-code và Macro bằng cách sử dụng VBscript

 Có khả năng tạo ra xung điều khiển tốc độ động cơ bằng tay

 Có khả năng dùng được với các màn hình cảm ứng

 Tạo ra G-code thông qua LazyCam hoặc Wizards

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chữ đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong công nghiệp gia công chế tạo Với khả năng khắc chữ chính xác, sắc nét trên nhiều loại vật liệu, mô hình máy này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất biển hiệu, quà tặng, đồ trang trí và thậm chí cả trong sản xuất các bộ phận chính xác trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và ô tô.

THIẾT KẾ MÔ HÌNH, KẾT NỐI LINH KIỆN

Danh sách linh kiện

Thiết bị Số lượng Chức năng

Mạch AKZ250 1 Lập trình, điều khiển hệ thống từ máy tính, công tắc hành trình, nút nhấn…

Nhận xung từ AKZ250 và điều khiển động cơ bước

Nguồn tổ ong 24V 1 Cấp nguồn cho động cơ bước

Nguồn tổ ong 48V 1 Cấp nguồn cho Spindle Động cơ bước 3 Phần cơ của các trục X, Y, Z

Spindle 1 Dùng để phay, khắc, khoan…

Công tắc hành trình 6 Giới hạn hành trình của các trục

Giá kẹp trục trơn 8mm 12 Giữ cố định các trục trơn

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chữ là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức kỹ thuật và thẩm mỹ Về mặt kỹ thuật, máy CNC phải được thiết kế với độ chính xác cao để đảm bảo các đường cắt mịn màng và chính xác Hệ thống điều khiển phải mạnh mẽ và ổn định để xử lý các tệp lớn và các lệnh phức tạp Về mặt thẩm mỹ, thiết kế của máy phải cân bằng giữa chức năng và tính thẩm mỹ, đảm bảo tính tiện dụng và vẻ ngoài bắt mắt.

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chữ là một quá trình phức tạp đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức cơ khí chính xác và công nghệ lập trình máy tính Thiết kế này bao gồm việc xác định các thông số hình học của máy, chọn các thành phần phù hợp và phát triển các chương trình điều khiển để hướng dẫn máy thực hiện các tác vụ điêu khắc mong muốn Quá trình thiết kế cần tính đến các yếu tố như độ chính xác, tốc độ, khả năng chịu tải và hiệu quả của máy.

Thiết bị Số lượng Chức năng

Bi trượt trục trơn 8 Chuyển động các trục mượt hơn

Giữ Spindle 55mm 1 Giữ spindle cố định

Khớp chuyển trục 5mm -> 8mm 3

Khớp nối giữa động cơ bước và Visme

Bạc đạn 8mm 3 Giữ cố định visme

Kẹp cá sấu 1 Làm chân dương của Probe

Board đồng 3cm x 4cm 1 Làm chân âm của Probe

Nút nhấn 3 Làm nút nhấn vật lý

Nhôm định hình 20x40 Bàn của máy CNC

Mica 10mm Làm khung CNC

Visme Truyền động cho các trục

Trục trơn 8mm Đỡ cho các trục

Bảo vệ dây dẫn khi chuyển động qua lại

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điều khắc chữ đang nhận được sự quan tâm của nhiều người Bởi máy có khả năng hoạt động linh hoạt, có thể cắt, khắc được nhiều vật liệu khác nhau như gỗ, kim loại, nhựa, đá, Máy hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển máy tính, có thể tạo ra các sản phẩm với độ chính xác cao, đáp ứng được nhu cầu gia công nhanh, đảm bảo được tiến độ sản xuất.

Sơ đồ kết nối

 Sơ đồ kết nối nguồn tải

Hình 3.1: Kết nối nguồn 24V với driver TB6560

 Kết nối nguồn 24V với driver TB6560

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điều khắc chữ là quá trình tạo ra một bản thiết kế ảo hoặc vật lý của máy CNC 3 trục được sử dụng để khắc chữ trên các vật liệu khác nhau Quá trình thiết kế bao gồm việc xác định các thông số kỹ thuật, lựa chọn các thành phần và tạo ra các bản vẽ chi tiết Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo máy có khả năng, độ chính xác và độ tin cậy cao.

Máy CNC 3 trục là một loại máy công cụ gia công tự động theo chương trình điều khiển Máy CNC 3 trục được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp chế tạo, chẳng hạn như chế tạo máy, ô tô và hàng không vũ trụ Máy CNC 3 trục có thể được sử dụng để gia công các loại vật liệu khác nhau, bao gồm kim loại, nhựa và gỗ Máy CNC 3 trục có thể thực hiện các hoạt động gia công khác nhau, chẳng hạn như tiện, phay và khoan.

 Sơ đồ kết nối AKZ250 với driver TB6560 và Step motor

Hình 3.2: Sơ đồ kết nối AKZ250 với driver TB6560 và Step motor

 Kết nối AKZ250 với driver TB6560

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điều khắc chữ là sự tổng hợp của các thành phần cơ khí, điện tử và phần mềm Yếu tố cơ khí bao gồm khung máy, hệ thống truyền động và trục xoay Hệ thống truyền động đảm bảo chuyển động chính xác và ổn định của máy, trong khi trục xoay cho phép gia công sản phẩm 3 chiều Hệ thống điện tử bao gồm bộ điều khiển, bộ khuếch đại và động cơ bước, cung cấp năng lượng và điều khiển cho máy Phần mềm là giao diện người dùng, tạo ra hướng dẫn gia công và cho phép điều chỉnh thông số máy Sự tích hợp chặt chẽ của các thành phần này đảm bảo hoạt động chính xác, hiệu quả và đầy đủ tính năng của máy CNC 3 trục để ứng dụng điều khắc chữ.

Thiết kế lắp đặt phần cứng

Để làm được mô hình CNC hoạt động ổn định em đã thực hiện những bước sau:

B1: Thiết kế, mô phỏng phần cứng trên Inventor

B2: Chuẩn bị những linh kiện, thiết bị cần thiết để hoàn thành mô hình B3: Cắt mica và nhôm theo bản vẽ chuẩn bị lắp đặt khung máy

B4: Cắt nhôm định hình và lắp đặt thành bàn máy

Hình 3.4: Thiết kế mô phỏng trên Inventor

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chữ phù hợp với các yêu cầu về độ chính xác, hiệu suất và độ bền Sử dụng kết hợp giữa phần cứng và phần mềm chuyên dụng để tối ưu hóa các thông số gia công, đảm bảo chất lượng thành phẩm Mô hình này có thể được điều chỉnh linh hoạt để đáp ứng các kích thước và độ phức tạp khác nhau của các sản phẩm điêu khắc, mang lại tính ứng dụng cao trong lĩnh vực gia công cơ khí.

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc 3D giúp tạo ra các tác phẩm điêu khắc có độ chính xác và tinh xảo cao Mô hình này thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp chế tác bảng hiệu, nội thất, chạm khắc gỗ, sản xuất đồ trang sức và các ứng dụng tạo mẫu nhanh.

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điều khắc chữ.

B5: Cố định động cơ, trục trơn, visme và công tắc vào khung máy

Hình 3.5: Mô hình cơ khí CNC

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điều khắc chữ là một kỹ thuật quan trọng trong chế tạo máy móc chính xác Quá trình này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các nguyên lý cơ học, điện tử và phần mềm Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điều khắc chữ liên quan đến việc xây dựng một hệ thống 3 trục tọa độ, nơi các trục X, Y và Z có thể di chuyển độc lập Hệ thống này được điều khiển bởi một bộ điều khiển số (CNC) đọc các lệnh được lập trình từ một phần mềm thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) Phần mềm CAD được sử dụng để tạo các mô hình 3D của các đối tượng cần khắc, sau đó được chuyển đổi thành các lệnh CNC.

QUI TRÌNH ĐIỀU KHIỂN,CHẠY THỬ MÔ HÌNH

Yêu cầu điều khiển

 Điều khiển máy CNC thông qua phần mềm Mach 3, đáp ứng được các dòng lệnh G-code, từ đó cho ra được sản phẩm theo yêu cầu

 Điều khiển riêng biệt được các trục X, Y, Z bằng động cơ bước.

Quy trình vận hành của hệ thống

Hình 4.1: Sơ đồ quy trình vận hành của hệ thống

Chi tiết vật gia công

Tự lập trình file G-code

Thiết kế và xuất file Gcode bằng phần mềm

Hiệu chỉnh file Gcode Hiệu chỉnh file Gcode

Ứng dụng của máy CNC 3 trục trong ngành điêu khắc chủ yếu bao gồm: khắc 2D, khắc 3D, chạm nổi, cắt, vát và khắc chữ Máy khắc CNC 3 trục được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp quảng cáo, sản xuất khuôn, gỗ, điện tử, thủ công mỹ nghệ, chế tạo chính xác, v.v Do tính tiện lợi, hiệu quả về chi phí và độ chính xác cao, máy CNC 3 trục đã trở thành một thiết bị được sử dụng phổ biến trong các xưởng gia công và sản xuất hiện đại.

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục đem lại nhiều ứng dụng hữu ích trong lĩnh vực gia công cắt khắc Với ưu điểm về độ chính xác cao, thao tác linh hoạt, máy CNC 3 trục cho phép tạo ra các sản phẩm có độ phức tạp và độ hoàn thiện cao, đáp ứng nhu cầu của nhiều ngành công nghiệp như cơ khí, điện tử hay chế tạo khuôn mẫu.

Điều khiển hệ thống

4.3.1 Thiết kế và tạo file G-code Bước 1:Chọn file->new (hoặc tổ hợp phím Ctrl - N) để tạo bản vẽ mới

Hình 4.2: Tạo bản thiết kế mới trong Aspire

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chữ là một quá trình phức tạp đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các nguyên tắc cơ bản của máy CNC và kỹ thuật điêu khắc chữ Các bước chính liên quan đến quá trình thiết kế bao gồm: xác định kích thước và hình dạng của mô hình, chọn vật liệu phù hợp, tạo mô hình CAD, tạo đường chạy dao và thiết lập các thông số máy Việc tối ưu hóa các thông số này rất quan trọng để đảm bảo máy CNC hoạt động hiệu quả, tạo ra các bản khắc chữ chính xác và có độ hoàn thiện cao.

Bước 2 : Xét phôi cần gia công:

Hình 4.3: Set phôi gia công trong Aspire

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng gia công điêu khắc gỗ là quá trình phức tạp, đòi hỏi sự hiểu biết sâu về nguyên lý chế tạo máy, lập trình điều khiển và vật liệu gia công Bài viết này sẽ cung cấp các thông tin cần thiết để thiết kế một mô hình máy CNC 3 trục phù hợp với nhu cầu gia công điêu khắc gỗ Trước tiên, cần xác định kích thước máy và vật liệu chế tạo dựa trên kích thước phôi gỗ và độ chính xác yêu cầu Sau đó, lựa chọn hệ thống truyền động phù hợp, bao gồm động cơ bước hoặc servo, vít me và thanh trượt Bước tiếp theo là thiết kế hệ thống điều khiển, bao gồm phần mềm CAM và bộ điều khiển CNC Cuối cùng, cần tiến hành lắp ráp và hiệu chỉnh máy để đảm bảo độ chính xác và hiệu suất gia công.

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chữ là quá trình tạo ra bản thiết kế chi tiết cho một loại máy gia công CNC cụ thể được sử dụng để điêu khắc các chữ cái hoặc ký tự lên nhiều loại vật liệu Loại máy CNC này thường có ba trục chuyển động (trục X, Y và Z), cho phép đầu cắt di chuyển theo các hướng khác nhau để tạo ra các hình dạng và chữ cái chính xác Để thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chữ, cần xem xét các yêu cầu về vật liệu, phạm vi gia công, tốc độ và độ chính xác mong muốn Các linh kiện máy như hệ thống truyền động, đầu cắt và phần mềm điều khiển cũng cần được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Một số sản phẩm làm được

Thiết kế mô hình máy CNC 3 trục ứng dụng điêu khắc chữ có mục đích tạo ra một mô hình máy CNC có khả năng khắc chữ trên các vật liệu khác nhau Quá trình thiết kế bao gồm lựa chọn các thành phần máy phù hợp, thiết kế khung máy và hệ thống điều khiển, cũng như lập trình các lệnh G-code để hướng dẫn máy tạo ra các đường nét khắc chính xác Để đảm bảo hiệu quả và độ chính xác, mô hình máy được tối ưu hóa thông qua các phân tích mô phỏng và thử nghiệm thực tế.

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Thiết kế một máy CNC 3 trục dùng để điều khắc chữ là một quá trình phức tạp đòi hỏi hiểu biết chuyên sâu về cơ khí, điện tử và phần mềm Trước tiên, cần xác định thông số kỹ thuật của máy dựa trên nhu cầu và mục đích sử dụng Sau đó, lựa chọn các linh kiện phù hợp như khung máy, ổ trục, động cơ bước, hệ thống điều khiển và phần mềm Quá trình lắp ráp đòi hỏi sự chính xác và chú ý đến từng chi tiết để đảm bảo máy hoạt động ổn định và chính xác Cuối cùng, cần thử nghiệm và hiệu chỉnh máy để tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác của quá trình khắc chữ.

942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM942410068:48:10 PM8:48:10 PM

Tiêu đề	Thiết Kế Mô Hình Máy CNC 3 Trục Ứng Dụng Điêu Khắc Chữ
Tác giả	Đặng Minh Nhựt, Tạ Nguyễn Hoài Trung, Trần Văn Bảo, Võ Lê Phước Hiếu
Người hướng dẫn	Ths Vũ Đức Vạn
Trường học	Đại Học Công Nghiệp Tp. HCM
Chuyên ngành	Điện - Công Nghệ
Thể loại	Khóa Luận Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Tp. HCM

Định dạng
Số trang	94
Dung lượng	27,98 MB