KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ Độc Lập – Tự Do – Hạnh PhúcNHIỆM VỤ THỰC TẬP TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ và tên sinh viên: Trần Minh Nhật MSSV: 2000259 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
TỔNG QUAN
Giới thiệu về công ty TNHH Trường Hưng
Tên: CÔNG TY TNHH TRƯỜNG HƯNG
Địa chỉ: 39/3 KP Khánh Hội, P Tân Phước Khánh, TP Tân Uyên, Bình Dương
Công ty TNHH Trường Hưng, thành lập năm 2006, là doanh nghiệp hàng đầu cung cấp thiết bị chế biến gỗ tại Việt Nam Đội ngũ kỹ thuật của công ty luôn nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới nhất nhằm thiết kế, lắp ráp và sửa chữa máy móc, đáp ứng nhu cầu khách hàng với sản phẩm chất lượng cao và năng suất tốt Trường Hưng cam kết cung cấp dịch vụ hậu mãi hoàn hảo, xây dựng mối quan hệ lâu dài với khách hàng Sản phẩm của công ty được cung cấp bởi các thương hiệu nổi tiếng toàn cầu như Formosa, Kuang Yung, và Champ Fond Đặc biệt, Trường Hưng cung cấp máy CNC hiện đại, hỗ trợ doanh nghiệp trong việc gia công chính xác các chi tiết gỗ, từ sản phẩm nhỏ lẻ đến sản xuất quy mô lớn.
Trong quy trình chế biến gỗ tại Trường Hưng, máy CNC đóng vai trò quan trọng, tự động hóa từ cắt phôi, gia công tạo hình, dán biên đến khoan và phay, giúp nâng cao độ chính xác và tiết kiệm chi phí, thời gian Với các dòng máy CNC từ 3 trục đến 5 trục, Trường Hưng đáp ứng nhu cầu gia công chi tiết gỗ phức tạp với độ chính xác cao, phục vụ sản xuất nội thất và sản phẩm trang trí Quy trình sản xuất được tối ưu hóa nhờ hệ thống máy CNC thông minh, có khả năng lập trình tự động, giảm thiểu sai sót và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Hình 1.1: Công ty TNHH Trường Hưng
1.1.1 Tầm nhìn, sứ mệnh và giá trị cốt lõi của công ty a Tầm nhìn
Công ty TNHH Máy Chế Biến Gỗ Trường Hưng hướng tới việc trở thành doanh nghiệp hàng đầu trong ngành chế biến gỗ tại Việt Nam và Đông Nam Á, nổi bật với công nghệ đổi mới, tiêu chuẩn chất lượng cao và cam kết sản xuất bền vững Chúng tôi mong muốn xây dựng danh tiếng về sản phẩm chế biến gỗ chất lượng cao, đáp ứng tiêu chuẩn xanh - sạch, bảo vệ môi trường và thân thiện với người tiêu dùng.
Trường Hưng cam kết cung cấp sản phẩm chế biến gỗ chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng trong và ngoài nước Công ty chú trọng áp dụng công nghệ tiên tiến nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và bảo vệ môi trường Trường Hưng tạo ra giá trị thiết thực cho cổ đông, đối tác, người lao động và xã hội thông qua việc cung cấp sản phẩm vượt trội và đảm bảo an toàn.
Trường Hưng cam kết tuân thủ nghiêm ngặt các quy định pháp luật Việt Nam và quốc tế, đồng thời luôn chú trọng đến tính minh bạch và trung thực trong mọi hoạt động Điều này giúp công ty xây dựng niềm tin và uy tín vững chắc với khách hàng và đối tác.
Trách nhiệm xã hội là nguyên tắc hoạt động cốt lõi của Trường Hưng, nơi công ty cam kết phát triển bền vững gắn liền với lợi ích cộng đồng Chúng tôi nỗ lực cung cấp sản phẩm an toàn và hữu ích, đồng thời tích cực tham gia các hoạt động cộng đồng và bảo vệ môi trường thông qua những hành động thiết thực.
Công ty Trường Hưng xây dựng mối quan hệ hợp tác bền vững với đối tác dựa trên nguyên tắc "cùng có lợi," với chính sách mở rộng nhằm tạo sự gắn bó lâu dài Đồng thời, Trường Hưng cam kết bảo vệ môi trường trong mọi hoạt động sản xuất, từ việc sử dụng nguyên liệu bền vững đến giảm thiểu tác động xấu Công ty cũng thực hiện các biện pháp ứng phó với biến đổi khí hậu, nâng cao nhận thức và trách nhiệm bảo vệ môi trường cho toàn thể cán bộ công nhân viên.
1.1.2 Cơ cấu tổ chức của công ty
Công ty TNHH Máy Chế Biến Gỗ Trường Hưng sở hữu cơ cấu tổ chức linh hoạt và hiệu quả, giúp tối ưu hóa quy trình làm việc và nâng cao hiệu suất hoạt động Các phòng ban và bộ phận chức năng trong công ty hỗ trợ và phối hợp chặt chẽ với nhau để đạt được mục tiêu sản xuất và phát triển bền vững Dưới đây là các bộ phận chính của công ty.
Ban Giám Đốc là bộ phận quản lý cao nhất của công ty, có nhiệm vụ định hướng chiến lược và điều hành các hoạt động Họ giám sát để đảm bảo mọi hoạt động đều phù hợp với tầm nhìn, sứ mệnh và giá trị cốt lõi của tổ chức.
Phòng Kinh Doanh có trách nhiệm lập kế hoạch và thực hiện các chiến lược kinh doanh, tìm kiếm và phát triển thị trường, đồng thời chăm sóc khách hàng để đảm bảo sự hài lòng của đối tác và khách hàng.
Phòng Kế Toán - Tài Chính chịu trách nhiệm quản lý tài chính của công ty, bao gồm việc lập báo cáo tài chính, kiểm soát thu chi và quản lý ngân sách Đơn vị này đảm bảo tính minh bạch và chính xác trong tất cả các hoạt động tài chính, góp phần vào sự phát triển bền vững của doanh nghiệp.
Phòng Kỹ thuật và Nghiên cứu Phát triển (R&D) đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ mới, cải tiến sản phẩm, cũng như tối ưu hóa quy trình sản xuất Mục tiêu chính của phòng là nâng cao chất lượng và hiệu quả sản phẩm, góp phần vào sự phát triển bền vững của doanh nghiệp.
Cơ cấu tổ chức của công ty TNHH Máy Chế Biến Gỗ Trường Hưng được thiết kế theo mô hình chức năng, nhằm tối ưu hóa sự phối hợp giữa các phòng ban và bộ phận, từ đó nâng cao hiệu quả làm việc Mô hình này không chỉ giúp công ty đạt được các mục tiêu chung mà còn góp phần duy trì và phát triển chất lượng sản phẩm và dịch vụ dành cho khách hàng.
1.1.3 Các sản phẩm của công ty a Máy chà nhám
Hình 1.2: Máy chà nhám BSD-900 b Máy cưa xả gỗ
Hình 1.3: Máy cưa xả gỗ RSN-12C /RS-16A c Máy cắt phay gỗ CNC
Hình 1.4: Máy cắt phay gỗ CNC CX-KL1615CNC / CX -KL 2615 CNC d Máy khoan CNC & gia công CNC (Router – CNC)
Hình 1.5: Máy CNC gia công trung tâm CX-MASTER 2
1.1.4 Quy trình tại Công ty TNHH Trường Hưng
Quy trình sản xuất máy CNC tại Công ty TNHH Máy Chế Biến Gỗ Trường Hưng là một quy trình phức tạp, được thực hiện tỉ mỉ qua nhiều bước nhằm đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.
Thiết kế và lập kế hoạch
Giai đoạn đầu tiên trong quy trình sản xuất máy CNC là thiết kế sản phẩm trên phần mềm CAD/CAM Đội ngũ kỹ sư thực hiện việc lên ý tưởng và phác thảo các bản vẽ chi tiết, đồng thời xác định các thông số kỹ thuật cần thiết để đảm bảo máy CNC hoạt động ổn định, bền bỉ và có độ chính xác cao Những bản vẽ này sẽ trở thành nền tảng quan trọng cho việc xây dựng và lắp ráp máy CNC sau này.
Lý do chọn đề tài
Trong bối cảnh hội nhập và công nghiệp hóa, nhu cầu tự chủ công nghệ trong sản xuất ngày càng quan trọng Ngành cơ điện tử và tự động hóa đang phát triển mạnh mẽ nhờ vào tiến bộ kỹ thuật số và hệ thống nhúng, đặc biệt với sự xuất hiện của máy CNC, thiết bị then chốt trong gia công và sản xuất hàng loạt với độ chính xác cao Tuy nhiên, Việt Nam vẫn phụ thuộc vào việc nhập khẩu máy CNC từ các quốc gia phát triển như Đức, Nhật Bản và Trung Quốc, dẫn đến chi phí cao và yêu cầu bảo trì phức tạp Các máy CNC sản xuất trong nước hiện tại còn hạn chế, chỉ đáp ứng nhu cầu cơ bản và chưa khai thác hết tiềm năng của công nghệ này, tạo ra thách thức lớn trong việc nâng cao tính tự chủ và giảm sự phụ thuộc vào sản phẩm công nghệ nhập khẩu.
Mô hình máy CNC 3 trục cỡ nhỏ trong gia công chi tiết
Máy CNC 3 trục cỡ nhỏ được thiết kế đặc biệt cho gia công chi tiết, đáp ứng nhu cầu chính xác trong các xưởng chế tạo nhỏ và ứng dụng DIY Với khả năng di chuyển trên ba trục chính: X (ngang), Y (dọc) và Z (cao), máy cho phép thực hiện các thao tác phay, khoan và cắt với độ chính xác cao.
Mô hình này sử dụng động cơ bước hoặc servo để điều khiển chuyển động, kết hợp với bộ điều khiển CNC, giúp lập trình và thực hiện hình dạng phức tạp dễ dàng Kích thước nhỏ gọn của máy tiết kiệm không gian và thuận tiện cho việc vận chuyển, phù hợp để gia công các chi tiết nhỏ như linh kiện điện tử, đồ trang sức, và sản phẩm thủ công.
Mô hình máy CNC 3 trục cỡ nhỏ được trang bị cảm biến an toàn, hệ thống hút bụi hiệu quả và giao diện điều khiển thân thiện, giúp người dùng dễ dàng lập trình và theo dõi quá trình gia công, đồng thời giữ cho khu vực làm việc luôn sạch sẽ.
Chúng tôi nghiên cứu và phát triển mô hình này nhằm cung cấp giải pháp hiệu quả cho thợ chế tác, nhà thiết kế và doanh nghiệp nhỏ, giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm trong ngành chế tạo.
Mục tiêu đề tài
Xây dựng quy trình gia công CNC chi tiết
Thiết kế và chế tạo mô hình máy CNC 3 trục hoạt động tốt.
Mô phỏng quá trình gia công bằng phần mềm.
Gia công sản phẩm thực tế và đánh giá chất lượng.
Phát triển khả năng gia công 2D và 3D.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Vi điều khiển Arduino Uno R3
Mạch điều khiển CNC Shield V3
Thiết kế máy CNC 3 trục cỡ nhỏ yêu cầu nghiên cứu kỹ lưỡng các nguyên lý thiết kế và lựa chọn vật liệu phù hợp để chế tạo Các thành phần cơ khí quan trọng bao gồm khung máy, bàn làm việc, động cơ và hệ thống điều khiển Quá trình chế tạo và lắp ráp mô hình máy CNC 3 trục cần sử dụng các linh kiện tiêu chuẩn, đảm bảo tính chính xác và hiệu suất cao trong quá trình gia công.
Lập trình và điều khiển: Nghiên cứu các phương pháp lập trình CNC với vi điều khiển Arduino và mạch điều khiển CNC Shield V3.
Trong gia công chi tiết, việc thực hiện các thử nghiệm với mẫu từ nhiều loại vật liệu như foam, nhựa và gỗ là rất quan trọng Điều này giúp đánh giá khả năng và hiệu suất của máy trong các ứng dụng thực tế, từ đó tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu tài liệu tập trung vào việc tìm kiếm và tham khảo các bài viết, báo cáo khoa học liên quan đến thiết kế và ứng dụng máy CNC, bao gồm các dự án nghiên cứu về công nghệ CNC, nguyên lý hoạt động của máy CNC 3 trục và ứng dụng trong gia công chi tiết Tài liệu này cung cấp cái nhìn tổng quan về xu hướng công nghệ hiện đại và phương pháp tối ưu trong gia công Bên cạnh đó, phương pháp mô phỏng sử dụng phần mềm để thiết kế mô hình máy CNC 3 trục cỡ nhỏ, mô phỏng chuyển động và kiểm tra thông số kỹ thuật, giúp đánh giá hiệu suất thiết kế trước khi chế tạo thực tế Việc này cho phép điều chỉnh thông số kỹ thuật phù hợp và kết hợp với phần mềm lập trình vi điều khiển Arduino IDE để lập trình hoạt động cho mô hình máy CNC.
Sau khi hoàn thành mô hình, chúng tôi tiến hành chế tạo và lắp ráp máy CNC 3 trục, thực hiện thử nghiệm gia công các chi tiết mẫu từ nhiều vật liệu khác nhau để kiểm tra độ chính xác, tốc độ gia công và chất lượng sản phẩm Trong vòng một tháng, chúng tôi đánh giá hiệu suất của máy qua việc thu thập dữ liệu và phản hồi từ người dùng về tính tiện lợi, độ chính xác và hiệu quả sử dụng Trong quá trình thử nghiệm, chúng tôi ghi nhận các lỗi phát sinh để có biện pháp khắc phục kịp thời và lắng nghe ý kiến của người dùng nhằm phát triển và nâng cấp mô hình trong tương lai.
Thực tiễn đề tài
Đề tài "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và ứng dụng máy CNC 3 trục cỡ nhỏ trong gia công chi tiết" kết hợp kiến thức khoa học kỹ thuật tiên tiến với công nghệ tự động hóa hiện đại Mô hình máy CNC áp dụng các nguyên lý cơ khí và điện tử trong thiết kế, đồng thời sử dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến để tối ưu hóa quy trình gia công.
Máy CNC 3 trục hoạt động tự động và độc lập, giảm thiểu sự can thiệp của con người trong sản xuất Điều này không chỉ nâng cao năng suất lao động mà còn đảm bảo độ chính xác cao khi gia công các chi tiết phức tạp.
Hệ thống có khả năng lập trình để theo dõi và quản lý quy trình sản xuất, giúp giảm thiểu công việc hành chính và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Một mục tiêu quan trọng của đề tài là phát triển sản phẩm có khả năng thương mại hóa, cụ thể là máy CNC 3 trục cỡ nhỏ với chi phí hợp lý và ứng dụng linh hoạt Sản phẩm này sẽ đáp ứng nhu cầu của các xưởng chế tạo nhỏ, thợ thủ công và doanh nghiệp vừa và nhỏ Việc thương mại hóa sản phẩm không chỉ tạo ra giá trị kinh tế mà còn thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp chế tạo trong nước.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Khái quát về máy CNC
2.1.1 Sơ lược về máy CNC và quá trình phát triển
CNC, viết tắt của "Computer Numeric Control", là máy NC điều khiển tự động với sự hỗ trợ của máy tính Các bộ phận của máy được lập trình để hoạt động theo các sự kiện liên tiếp với tốc độ xác định, nhằm tạo ra mẫu vật có hình dạng và kích thước yêu cầu Quá trình này sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, được gọi là mã G.
Công nghệ CNC đã cách mạng hóa sản xuất công nghiệp, đặc biệt trong ngành kim loại Sự kết hợp chuyển động ba chiều x-y-z của máy CNC giúp gia công trở nên dễ dàng, nhanh chóng và chính xác hơn bao giờ hết, giảm thiểu đáng kể công sức của con người.
Lĩnh vực sản xuất tự động trong chế tạo cơ khí đã phát triển mạnh mẽ, với các phân xưởng tự động linh hoạt và hệ thống CIM hiện đại Sự tích hợp của robot cấp phôi và vận chuyển cùng với các hệ thống đo lường và quản lý chất lượng tiên tiến đã mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể Đặc biệt, máy CNC đóng vai trò quan trọng trong sự tiến bộ này.
Hình 2.1: Mô hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM
1 Máy tiện CNC 5 Tủ điều khiển
2 Máy phay CNC 6 Hệ thống đo lường
3 Robot và rãnh trượt 7 Phím điều khiển Robot
4 Nhà kho phôi liệu 8 Máy tính chủ
Các trục của máy CNC được trang bị thiết bị đo vị trí để xác định tọa độ của bàn máy và dụng cụ cắt Khi bàn máy di chuyển, các dụng cụ đo lường sẽ phát tín hiệu điện, và hệ điều khiển CNC sẽ xử lý tín hiệu này để xác định chính xác vị trí của bàn máy trong hệ tọa độ.
Hình 2.2: Cơ sở của các máy CNC
Theo tiêu chuẩn ISO, các chuyển động cắt gọt trong gia công chi tiết trên máy CNC phải tuân theo hệ trục tọa độ Descartes, dựa trên nguyên tắc bàn tay phải Hệ thống này bao gồm ba chuyển động tịnh tiến theo các trục và ba chuyển động quay theo các trục tương ứng.
Một máy công cụ CNC có thể điều khiển tới ổ trục gồm tịnh tiến theo x,y,z và các trục a,b,c quay quanh các trục x,y,z
Hình 2.3: Miêu tả các trục của máy CNC trong hệ tọa độ Descartes
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động cơ bản của máy CNC là gia công các chi tiết theo bản vẽ thiết kế đã được chuyển đổi thành dữ liệu số Quá trình bắt đầu bằng việc nhập dữ liệu vào máy tính, xác định hệ tọa độ và các điểm gốc, điểm chuẩn Tiếp theo, file thiết kế được nạp vào phần mềm điều khiển Sau khi gá phôi và căn chỉnh máy xong, bước cuối cùng là tiến hành chạy máy để gia công sản phẩm.
Hình 2.4: Tổng quan quá trình thiết kế điều khiển máy CNC
Trên các máy điều khiển theo chương trình số, hệ tọa độ Đề các OXYZ thường được sử dụng theo quy tắc bàn tay phải, với gốc tọa độ có thể đặt tại bất kỳ điểm nào trên chi tiết gia công Tuy nhiên, thường chọn gốc tọa độ tại những vị trí thuận lợi để dễ dàng lập trình và kiểm tra kích thước theo bản vẽ mà không cần thực hiện nhiều bước tính toán bổ sung.
Trên máy phay, bàn máy thực hiện chuyển động tạo hình cho phôi, trong khi dụng cụ chỉ thực hiện cắt gọt Do đó, khi sử dụng máy điều khiển theo chương trình số, cần hình thành thói quen để tránh nhầm lẫn, nhằm bảo vệ an toàn cho máy móc, dụng cụ và con người.
Theo quy ước chung, trục chính của máy được xác định là trục OZ, với chiều dương hướng ra xa chi tiết gia công Trong máy tiện 2D, trục hình nằm ngang trùng với phương OZ, chiều dương hướng ra khỏi trục chính Bàn xe dao di chuyển theo phương OX, chiều dương hướng ra xa bề mặt chi tiết Đối với máy phay thẳng đứng, trục Z hướng lên trên, còn trục X và Y được xác định theo quy tắc bàn tay phải, với trục X thường được ưu tiên cho chuyển động dài hơn Các chuyển động quay quanh các trục X, Y, Z được đánh dấu là A, B, C và được coi là dương khi quay theo chiều kim đồng hồ từ hướng của các trục Ngoài ra, còn có các chuyển động phụ song song với các trục tương ứng, được ký hiệu là U, V, W.
Xây dựng cấu trúc điều khiển và lựa chọn thiết bị cho mô hình máy CNC
Hình 2.4: Bản vẽ thiết kế mô phỏng 3D mô hình máy CNC
Sơ đồ tổng quan hệ thống bao gồm:
Hình 2.6: Sơ đồ tổng quan hệ thống
2.3.1 Thân máy và đế máy
Thân máy và đế máy được chế tạo từ gang, vật liệu có độ bền nén gấp 10 lần thép, đảm bảo chất lượng qua kiểm tra sau khi đúc để phát hiện khuyết tật Bên trong thân máy, hệ thống điều khiển và động cơ trục chính cùng nhiều hệ thống khác được lắp đặt, tạo nên một cấu trúc vững chắc và hiệu quả.
Yêu cầu thân máy bao gồm:
Phải có độ cứng vững cao
Phải có các thiết bị chống rung động
Phải có độ ổn định nhiệt
Phải đảm bảo độ chính xác gia công
Đế máy để đỡ toàn bộ máy, tạo sự ổn định và cân bằng cho máy.
Khung máy được sử dụng nhôm định hình 20x20 a Nhôm định hình
Hình 2.7: Các mẫu nhôm định hình
Nhôm định hình là sản phẩm nhôm được xử lý để cải thiện tính chất vật lý, đáp ứng nhu cầu của kỹ sư và nhà sản xuất Với nhiều ưu điểm vượt trội, nhôm định hình được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như chế tạo khung máy CNC, băng chuyền, kệ hàng, và hệ thống tản nhiệt, giúp tối ưu hóa độ bền và hiệu suất thiết bị.
Hình 2.8: Các mẫu bạc đạn cố định đầu trục
Vòng bi cầu không thể tháo rời được thiết kế với cấu trúc kín, bảo vệ các thành phần bên trong khỏi bụi bẩn và ẩm ướt Thiết kế này không chỉ giảm thiểu nhu cầu bảo trì định kỳ mà còn cho phép vòng bi hoạt động bền bỉ mà không cần sửa chữa thường xuyên, mang lại sự tiện lợi tối đa cho người sử dụng.
Bàn máy là thiết bị quan trọng để gá đặt chi tiết gia công, bao gồm hai loại chính: bàn tĩnh và bàn động Bàn động giúp tăng cường khả năng gia công của máy CNC nhờ vào sự chuyển động linh hoạt và chính xác, cho phép gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp Hầu hết các máy CNC và trung tâm gia công hiện đại đều sử dụng bàn máy xoay, đóng vai trò như trục thứ 4 và thứ 5, từ đó nâng cao tính vạn năng của máy CNC.
Yêu cầu của bàn máy là phải có độ ổn định, cứng vững, được điều khiển chuyển động một cách chính xác
Bàn máy được làm từ chất liệu nhựa Mica, một loại vật liệu đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp lớn Việc cung cấp nguồn hàng lớn từ nhựa Mica hiện nay trở thành một yếu tố thiết yếu trong sản xuất và kinh doanh.
Hình 2.9: Một số mẫu nhựa mica
2.3.3 Các trục truyền chuyển động a Trục dẫn hướng
Hệ thống thanh trượt dẫn hướng đảm nhiệm vai trò quan trọng trong việc định hướng chuyển động theo các trục X, Y và Z của trục chính Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, hệ thống này cần phải có độ thẳng cao, khả năng tải trọng lớn, độ cứng vững tốt và không xảy ra hiện tượng dính hay trơn trượt khi hoạt động.
Ray trượt tròn là một linh kiện quan trọng trong cơ khí lắp ráp và tự động hóa, giúp dẫn hướng hiệu quả Với thiết kế hình tròn trơn và lớp phủ chrom, ray trượt tròn đảm bảo quá trình truyền động diễn ra dễ dàng, nhẹ nhàng và không gây tiếng ồn.
Bảng 2.1: Thông số và tính năng của ray trượt tròn b Trục vít me
Trong máy công cụ điều khiển số, hai loại vít me cơ bản thường được sử dụng là vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi.
Vít me bi là một hệ thống truyền động được chế tạo chính xác, chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến thông qua cơ chế con vít - bu lông với đai ốc bi Lớp bi thép giữa trục vít và đai vít giúp giảm thiểu lực ma sát, mang lại chuyển động trơn tru và chính xác Hệ thống này hoạt động liên tục và bền bỉ trong thời gian dài.
Chất liệu Bearing Steal, GCR 15 Độ cứng HCR- 30,60 độ Độ chính xác G6 Độ nhẵn bề mặt Dưới 1,5 micro mét Độ dày lớp cứng 3mm Đường kính ngoài 6mm-60mm
Đai ốc bi là một cấu trúc ổ bi gồm vỏ ngoài và các viên bi thép, chạy dọc trên các rãnh bi được tiện ren bên trong Qua các vòng hồi bi, đai ốc tạo thành các vòng tuần hoàn kín hoặc hở, kết hợp với trục vitme để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, từ đó tạo ra lực kéo.
Bảng 2.2: Bảng phân loại đai ốc phổ biến
Tên đai ốc Ký hiệu mã Đặc điểm Thích hợp Đai ốc U, I ,
Vòng tuần hoàn trong, mỗi vòng tuần hoàn là 01 vòng bi.
Sử dụng cho các cơ cấu chuẩn, cơ cấu trục nhỏ gọn Đai ốc V
Vòng tuần hoàn ngoài, giúp cho hướng bi chạy theo một hướng xuôi theo trục vít.
Sử dụng cho các cơ cấu tải nặng, tốc độ vận hành nhanh. Đai ốc K
Nhỏ gọn vòng tuần hoàn kín, mỗi vòng tuần hoàn là 01 vòng bi.
Sử dụng cho các cơ cấu gọn nhẹ, tinh xảo. Đai ốc S
Hệ thống tuần hoàn với cơ cấu nắp bịt và hồi bi tại điểm đầu và điểm cuối của đai ốc, cùng với thiết kế cách âm và chống bụi hiệu quả, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Sử dụng cho các cơ cấu tải nhẹ và tốc độ cao Đai ốc được sử dụng trong mô hình là đai ốc V.
2.3.4 Dao cắt và động cơ chuyển động dao cắt a Dao cắt
Trong hình học cắt, dụng cụ cắt được thiết kế để gia công với chiều sâu cắt nhỏ, với hình dạng và số lượng lưỡi cắt tùy thuộc vào điều kiện gia công, như loại vật liệu và phương pháp cắt (thô hay tinh, phay phẳng hay phay rãnh) Đặc biệt, kích thước lưỡi cắt cần phải chính xác để đảm bảo tính cân bằng và giảm thiểu rung động trong quá trình cắt.
Vật liệu dùng cho dụng cụ cắt cần có độ bền và độ cứng cao ở nhiệt độ lớn Thép gió không đáp ứng được hai yêu cầu này, dẫn đến việc ít được sử dụng trong gia công hiện đại Thay vào đó, các vật liệu như carbide, gốm, gốm kim loại, và đặc biệt là các vật liệu siêu cứng như CBN (cubic boron nitride) và PCD (polycrystalline diamond) đang trở thành lựa chọn phổ biến.
Các loại dao phay CNC
Dao phay CNC có rất nhiều kiểu loại khác nhau và cũng có nhiều tiêu chuẩn để phân loại dao phay khác nhau
Theo kết cấu của răng dao có thể phân ra làm dao phay răng nhọn và dao phay hớt lưng
Theo cách phân bố răng dao so với trục dao có các loại: dao phay trụ, dao phay mặt đầu
Theo dạng răng: dao phay răng thẳng, dao phay răng nghiêng, dao phay răng xoắn,…
Theo kết cấu dao: Dao phay răng liền, dao phay răng chắp Theo phương pháp kẹp dao: dao phay trụ ngang, dao phay trụ đứng
Dao khắc CNC dạng nhọn.
Dao khắc CNC dạng nhọn được làm từ hợp kim chất lượng cao, mang lại độ nhọn và độ chính xác vượt trội Sản phẩm này lý tưởng cho việc khắc trên các vật liệu như đồng, nhôm, và sắt, đáp ứng nhu cầu của khách hàng yêu cầu độ nét cao Ngoài ra, dao còn được ứng dụng rộng rãi trong việc khắc trên Mica, PVC, ABS, cũng như các loại tấm nhựa hai màu.
Dao khắc CNC 3D, được chế tạo từ hợp kim với độ đồng tâm chính xác trong phạm vi 0.1MM, mang lại khả năng bào mòn tốt và độ bóng cao Đây là lựa chọn hàng đầu cho những khách hàng yêu cầu độ nét cao trong các sản phẩm Dao khắc này thường được sử dụng để khắc trên các vật liệu như Mica, PVC, tấm MDF và tấm gỗ.
Dao khắc CNC xoắn lưỡi đơn:
Phần mềm vẽ thiết kế Autocad
AutoCAD là phần mềm CAD nổi bật, cho phép người dùng tạo bản vẽ kỹ thuật 2D và 3D, được phát triển bởi Autodesk Ra mắt lần đầu vào cuối năm 1982, AutoCAD trở thành một trong những ứng dụng vẽ kỹ thuật đầu tiên hoạt động trên máy tính cá nhân, đặc biệt là máy tính IBM, trong khi nhiều phần mềm cùng thời chủ yếu chạy trên thiết bị đầu cuối đồ họa.
Autocad được phát triển ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực phổ biến như cơ khí, xây dựng, kiến trúc, điện, điện tử…
AutoCad cung cấp giao diện trực quan cùng với các công cụ và layout đa dạng, cho phép người dùng tạo ra nhiều đối tượng khác nhau tùy theo lĩnh vực Các Layouts này được thiết kế đặc biệt cho quy hoạch kiến trúc và xây dựng tòa nhà, giúp người dùng dễ dàng triển khai các dự án thiết kế kiến trúc và nội thất phục vụ cho các mục đích xây dựng Với kiến thức đầy đủ về AutoCad, bất kỳ ai cũng có thể áp dụng vào công việc của mình.
Hình 2.28: Giao diện tổng quan phần mềm Ứng dụng phổ biến của AutoCad hiện nay
AutoCAD hỗ trợ định dạng tập tin DWG và DXF, cho phép xuất ra từ giao diện của nó để sử dụng trong các ứng dụng CAD tiên tiến, phục vụ cho các dự án đồ họa phức tạp như 3D và hoạt hình Điều này mang lại lợi ích cho các nhà thiết kế phim hoạt hình và đồ họa, giúp họ tạo ra các cấu trúc xây dựng và phương án kiến trúc, từ đó xuất ra để bổ sung cho thiết kế mô hình chính xác hơn Ngoài ra, AutoCAD cũng được ứng dụng trong việc thiết kế bản vẽ các chi tiết cần gia công bằng CNC, như minh họa trong hình 2.29, thể hiện bản vẽ chi tiết đã được thiết kế sẵn cho mô hình hộp đựng board mạch điều khiển.
Hình 2.29: Bản vẽ thiết kế chi tiết lắp ráp mô hình hộp
Thiết kế bản vẽ họa tiết logo CTUT.
Hình 2.30: Bản vẽ thiết kế Logo CTUT
Phần mềm thiết kế và tạo file G-Code Aspire
Vectric Aspire là phần mềm thiết kế và định tuyến mạnh mẽ, cho phép người dùng vẽ, cắt và tạo ra các mô hình 3D chi tiết Phần mềm này được các kiến trúc sư ưa chuộng để sản xuất các mô hình ba chiều như tấm trang trí, cửa ra vào và bản in kiến trúc Với giao diện tương tác và dễ sử dụng, Aspire giúp người dùng nhanh chóng thay đổi hình dạng và đặc điểm của từng bộ phận, từ đó xây dựng các thiết kế phức tạp một cách hiệu quả.
Hình 2.31: Logo phần mềm Aspire
Aspire 9.5 là phần mềm phổ biến trong các lĩnh vực như quảng cáo, cơ khí và công nghiệp gỗ, cho phép tạo ra các sản phẩm trang trí như tấm trang trí, cửa ra vào, đồ gỗ tùy chỉnh, đường gờ kiến trúc, biển báo chiều và logo công ty khắc.
Xuất sang định dạng hỗ trợ SketchUp 2017-2018
Nhập bitmap từ các tệp PDF
Tùy chọn tăng và lưu mới
Hướng dẫn video mới và trình duyệt
Hỗ trợ tối ưu cho hệ thống 64-bit
Các biến tài liệu mới, và nhiều hơn nữa
Tổng quan giao diện sử dụng phần mềm
Vectric Aspire có giao diện được thiết kế đơn giản, kết hợp tất cả các công cụ ở một nơi Giao diện làm việc chính
Sau khi nhấn nút, quá trình tạo tài liệu mới sẽ bắt đầu Mặc dù tài liệu mới có vẻ đã được tạo, nhưng thực tế chỉ là bản xem trước Trước tiên, cần thiết lập tham số của mô hình mà bạn muốn tạo.
Hình 2.32: Cửa sổ làm việc Để tạo một tài liệu mới
Trong bước đầu tiên, bạn cần xác định loại công việc sẽ thực hiện, bao gồm công việc một mặt hoặc hai mặt Tiếp theo, hãy chỉ định kích thước mô hình và đơn vị đo lường, nên sử dụng mm cho độ chính xác Nếu cần điều chỉnh kích thước mô hình trong quá trình làm việc, bạn có thể thực hiện điều đó một cách dễ dàng Ngoài ra, trong phần này, bạn cũng có thể thiết lập độ dày của vật liệu dự kiến sử dụng.
Giao diện làm việc chính
Hình 2.33: Giao diện làm việc chính
Để bắt đầu, bạn cần thiết lập vị trí Z Zero, điều này rất quan trọng khi cắt tài liệu trên CNC, thường được đặt trên bề mặt vật liệu Tiếp theo, trong phần dữ liệu XY, hãy xác định điểm gốc, vì tùy chọn này cũng ảnh hưởng đến quá trình CNC Cuối cùng, bạn có thể điều chỉnh độ phân giải và màu sắc cho các đối tượng 3D Nhấn OK để tạo một tài liệu mới.
Hình 2.34: Thiết kế file chữ mẫu
Nhấp vào biểu tượng ở góc trên cùng bên phải của bảng điều khiển để chuyển đổi giữa bảng thiết kế và bảng đường chạy dao Trên cùng không gian làm việc, bạn có thể chuyển đổi giữa chế độ xem 2D và 3D Ngoài ra, việc quản lý các lớp cũng rất quan trọng, và thanh công cụ xem sẽ hữu ích trong nhiều tình huống khác nhau.
Tạo và mô phỏng project cơ bản
Lựa chọn chế độ phay
Hình 2.35: Lựa chọn chế độ phay
Sau khi setup các thông số và lựa chọn dao cắt
Hình 2.36: Lựa chọn và cài đặt thông số dao cắt
Sau khi setup các thông số và lựa chọn dao cắt ta được kết quả sau:
Hình 2.37: Mô phỏng file 3D sau khi máy hoàn tất
Cuối cùng ở đây là bây giờ có thể xuất bản vẽ dưới dạng tệp được hỗ trợ.
Hình 2.38: Xuất file dưới các định dạng cho phép
Phần mềm điều khiển và chạy máy CNC – GRBL
GRBL là firmware phổ biến cho các mạch điều khiển máy CNC, nổi bật với mã nguồn mở và tính dễ sử dụng Nó đặc biệt tương thích với mạch Arduino, bao gồm Arduino UNO R3 và CNC Shield GRBL là lựa chọn hàng đầu cho việc xây dựng các máy CNC mini.
Tương thích 100% với board Arduino CNC Shield v3 (chỉ cần đảo chân tín hiệu, chi tiết sẽ được trình bày trong bài)
Hình 2.39: Logo phần mềm grbl Control
Tốc độ truyền nhận dữ liệu với máy tính, Baud Rate = 115200
Tính năng Probing (đo độ cao bề mặt phôi và tự bù lại khi gia công)
Có thể thay đổi theo Gcode tốc độ spindle, công suất laser bằng PWM
Giao diện chính khá đơn giản và dễ sử dụng, các công cụ hiển thị trực quan cụ thể rõ ràng Cài đặt thông số dễ dàng nhanh chóng.
Không gian làm việc trung tâm hiển thị các tệp cần xử lý dưới dạng hình ảnh rõ ràng và mô phỏng đồ họa với độ phân giải cao, giúp người dùng dễ dàng quan sát và tùy chỉnh một cách chính xác.
Hình 2.40: Mô phỏng file đã được nạp vào phần mềm
Bên trái màn hình chúng ta có các công cụ hỗ trợ điều khiển sau:
Trong phần trạng thái chúng ta có thể dễ dàng quan sát được tạo độ trạng thái của máy và tọa độ máy làm việc
Phần điều khiển: Với thao tác đơn giản kích chuột dễ dàng thay đổi tọa độ làm việc
Reset tọa độ làm việc của máy về vị trí gốc Khóa bộ điều khiển khi máy đang làm việc
Phần điều khiển động cơ dao cho phép người dùng điều chỉnh tốc độ và bật tắt động cơ một cách dễ dàng và nhanh chóng.
Hình 2.41: Điều chỉnh tốc độ và bật tắt động cơ chạy dao
Bộ điều khiển trung tâm và cũng chính là thao tác trực tiếp với máy Jog
Bảng điều khiển vị trí tọa độ máy cho phép người dùng dễ dàng điều khiển máy thông qua bàn phím phần mềm, với các phím mũi tên giúp dịch chuyển lên, xuống, trái, phải Việc thiết lập số bước cho mỗi lần dịch chuyển cũng rất cụ thể và rõ ràng Ngoài ra, người dùng còn có thể điều chỉnh kích thước của trục z một cách linh hoạt.
Phần cuối cùng cho phép chúng ta điều chỉnh thông số máy với các lệnh đặc trưng sau:
$100 = 400 là điều chỉnh số bước trên 1 đơn vị điều khiển trục X
$101 = 400 là điều chỉnh số bước trên 1 đơn vị điều khiển trục Y
$102 = 400 là điều chỉnh số bước trên 1 đơn vị điều khiển trục Z
Số nhập càng lớn thì trục chạy càng dài
$110 = 400 là điều chỉnh vận tốc dịch chuyển của trục X
$111 = 400 là điều chỉnh vận tốc dịch chuyển của trục Y
$112 = 400 là điều chỉnh vận tốc dịch chuyển của trục Z
Số nhập càng lớn thì trục chạy càng nhanh
$120 = 400 là điều chỉnh gia tốc của trục X
$121 = 400 là điều chỉnh gia tốc của trục Y
$122 = 400 là điều chỉnh gia tốc của trục Z
Tìm hiểu lựa chọn các thiết bị ứng dụng trong mô hình gồm phần cơ khí và phần điện.
Tìm hiểu tổng quan về các thiết bị cơ khí ứng dụng trong thi công mô hình phần cứng, bao gồm khung máy, đế máy, bàn máy và các trục chuyển động, là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong quá trình sản xuất Các thiết bị này không chỉ hỗ trợ trong việc lắp ráp mà còn nâng cao tính ổn định và khả năng vận hành của mô hình.
Thiết bị từ là những công cụ quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và kỹ thuật, với cấu tạo và nguyên lý hoạt động đặc trưng Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc từ trường, cho phép thực hiện các chức năng như tạo ra chuyển động, điều khiển hoặc truyền tải năng lượng Việc hiểu rõ về khái niệm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị này sẽ giúp áp dụng chúng một cách hiệu quả trong các mô hình khác nhau, tối ưu hóa hiệu suất và đáp ứng nhu cầu sử dụng.
Tìm hiểu tổng quan về các thiết bị điện trong mô hình phần cứng, bao gồm công tắc, dây dẫn, động cơ và các board mạch điều khiển, là rất quan trọng để nắm bắt cách thức hoạt động và ứng dụng của chúng trong các hệ thống điện tử.
Tìm hiểu lựa chọn các phần mềm hỗ trợ ứng dụng trong mô hình.
Tổng quan chung về phần mềm Autocad dùng để thiết kế file mẫu cần gia công tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng
Sử dụng phần mềm Aspire để thiết kế và chỉnh sửa các file mẫu có sẵn, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất Tìm hiểu cách sử dụng các công cụ trong Aspire để điều chỉnh file theo yêu cầu cụ thể Cuối cùng, thực hiện quy trình xuất file G-Code để nạp vào phần mềm điều khiển CNC, đảm bảo hiệu quả trong sản xuất.
Phần mềm Grbl Controller là công cụ quan trọng để điều khiển máy CNC, cho phép người dùng thực hiện các thao tác cơ bản như nạp file gia công và mô phỏng quá trình gia công trên phần mềm Việc tìm hiểu và sử dụng Grbl Controller giúp tối ưu hóa hiệu suất làm việc với máy CNC, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.