Việc ứng dụng máy CNC vào gia công khắc gỗ (điêu khắc) chủ yếu thực hiện ở công đoạn gia công thô trước khi lắp ráp. Nghĩa là người ta chế tạo bản điêu khắc hình ảnh xong rồi mới lắp g[r]
(1)BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
-HUỲNH KIM HOÀNG
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY KHẮC GỖ CNC DI ĐỘNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Mã số ngành: 60520114
(2)BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
-HUỲNH KIM HOÀNG
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY KHẮC GỖ CNC DI ĐỘNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Mã số ngành: 60520114
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS BÙI THANH LUÂN
(3)CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HCM
Cán hướng dẫn khoa học: TS Bùi Thanh Luân
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký)
Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 02 tháng 10 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
TT Họ tên Chức danh Hội đồng
1 PGS.TS Nguyễn Thanh Phương Chủ tịch
2 TS Võ Tường Quân Phản biện
3 TS Nguyễn Duy Anh Phản biện
4 TS Võ Hoàng Duy Ủy viên
5 TS Ngô Hà Quang Thịnh Ủy viên, Thư ký
Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá sau Luận văn sửa chữa (nếu có)
(4)TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP HCM
PHỊNG QLKH – ĐTSĐH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự – Hạnh phúc
TP HCM, ngày … tháng … năm 2016
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: HUỲNH KIM HỒNG Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 18 / 05 / 1967 Nơi sinh: TP.HCM
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử MSHV:1441840004
I Tên đề tài
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo Máy khắc gỗ CNC di động
II Nhiệm vụ nội dung
1 T ng uan v ĩnh v c nghiên c u Thiết kế kết cấu khí máy
3 Mơ ng suất biến dạng phần m m Ansys
4 Chế tạo, th c nghiệmvà kết uận
III Ngày giao nhiệm vụ:(Ngày bắt đầu thực LV ghi QĐ giao đề tài)
22/12/2015 (theo Quyết định giao đ tài số 3128/QĐ-ĐKC)
IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 5/9/2016
V Cán hướng dẫn:TS Bùi Thanh Luân
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký)
(5)i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác
Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc
Học viên thực Luận văn
(Ký ghi rõ họ tên)
(6)ii
LỜI CÁM ƠN
Trong q trình thực Luận văn, ngồi việc tự nghiên cứu thân, nhận giúp đỡ nhiều từ Thầy hướng dẫn bạn bè, đồng nghiệp
Nhân đây, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc, chân thành tới Thầy hướng dẫn - TS Bùi Thanh Luân – Khoa Cơ Điện, Điện Tử Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt trình nghiên cứu thực Luận văn
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh, q thầy, tận tình truyền đạt kiến thức tạo điều kiện tốt cho lớp suốt q trình học cao học
Cuối cùng, tơi xin cảm ơn bạn động viên, chia kinh nghiệm giúp đỡ tơi hồn thành Luận văn
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Học viên thực Luận văn
(7)iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn nghiên cứu thiết kế, chế tạo Máy CNC gia cơng gỗ (khắc gỗ) có kích thước nhỏ gọn, sách tay di chuyển dễ dàng; máy gia cơng mặt phẳng lớn đặt nằm ngang đứng như: mặt bàn, mặt tủ, mặt giường (sopha), hay tường, tranh vị trí nằm ngang, đứng nghiêng
- Máy có trục X, Y, Z chuyển động độc lập, chi tiết gia cơng đứng n Hành trình gia cơng X, Y, Z: 150, 200, 80;
- Máy dùng động bước (Step motor) để quay trục X, Y, Z - Tốc độ spindle 10.000 đến 24000 v/ph;
- Hệ thống vít me bi trượt vng với hệ thống dẫn động xác; - Nguồn 220V;
- Đường kính dao phay từ 1 đến 12mm;
- Sai số cho phép: 0.1mm
- Trọng lượng: khoảng 40 kg
- Máy tích hợp điều khiển riêng thân máy, khơng cần máy tính để truyền liệu điều khiển Cổng kết nối cung cấp từ USB, hình LCD nút bấm trực quan, hiển thị rõ ràng thao tác chọn tiến trình thực
Nội dung Luận văn bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan l nh vực nghiên cứu Chương 2: Chọn phương án, thiết kế kết cấu khí Chương 3: Thiết kế kết cấu khí máy
Chương 4: Tính tốn mơ phần mềm Ansys
Chương 5: Chế tạo thực nghiệm
(8)iv
ABSTRACT
This thesis is about researching, designing and manufacturing CNC machine, which fabricate wood (wood carving), in compact size and portable; the machine can process on a large flat surface horizontally or vertically as: the table, the cabinet, the bed (sofa), or the walls, paintings in horizontal position, vertical position or tilt position
- The machine have axis X, Y, Z which have independent motions, stationary workpiece X, Y, Z axis working area: 150, 200, 80;
- The machines have step motor to control axis X, Y, Z - Spindle speed: 24,000 r/min;
- Ball screws system and square slider with precision drive system; - Power source 220V;
- Blade diameter from to 12mm;
- Accuracy: 0.1mm
- Weight: 40 kg
- The machines equipped with a separate controller on the body, no need for a PC to transfer data and control Interface connection has USB, LCD monitor and visually buttons, a clear display of selected operations and the progress being made
Content of thesis: Chapter 1: Overview
Chapter 2: Chosen embodiment, the mechanical structure design Chapter 3: Designing a mechanical structure
(9)v
MỤC LỤC
Tên đề mục luận văn Trang
Lời cam đoan - i
Lời cám ơn - ii
Tóm tắt luận văn - iii
Abstract - iv
Mục lục - v
Danh mục bảng - vii
Danh sách hình ảnh - viii
1. Chương 1: Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.1 Đặt vấn đề -
1.2 Tính cấp thiết đề tài, ý ngh a khoa học thực tiễn đề tài -
1.3 Nhiệm vụ luận văn -
1.4 Giới hạn phạm vi thực đề tài -
1.5 Phương pháp nghiên cứu -
2. Chương 2: Chọn phương án thiết kế kết cấu khí 2.1 Giới thiệu sơ máy khắc gỗ CNC di động -
2.2 Lựa chọn phương án thiết kế kết cấu khí - 10
2.3 Chọn động dẫn động - 13
2.4 Tính tốn lực cắt lớn gia công gỗ - 16
2.5 Tính chọn động - 19
2.6 Lựa chọn phương án truyền động trục tọa độ - 19
2.7 Tính chọn truyền vít me-đai ốc bi cho trục X, Y, Z - 20
2.8 Kết luận lựa chọn động - 24
(10)vi
3. Chương 3: Thiết kế kết cấu khímáy
3.1 Thiết kế trục X - 26
3.2 Thiết kế trục Y - 26
3.3 Thiết kế trục Z - 26
3.4 Thiết kế đế máy - 27
3.5 Thiết kế đế lắp trục X - 28
3.6 Thiết kế đế lắp trục Y - 29
3.7 Thiết kế đế lắp trục Z - 30
3.8 Thiết kế đế lắp trược trục Z - 31
3.9 Thiết kế mặt bên trái - 32
3.10.Thiết kế mặt bên phải - 33
3.11.Bản vẽ lắp tổng thể - 34
4. Chương 4: Tính tốn mơ phỏng 4.1 Mơ chi tiết máy phần mềm Ansys - 37
4.2 Kết luận kết mơ tính toán ứng suất biến dạng - 44
5. Chương 5: Chế tạo thực nghiệm 5.1 Một số hình ảnh máy sau chế tạo lắp ráp hoàn chỉnh - 45
5.2 Thực nghiệm - 51
5.3 Xác định sai số thực nghiệm so với mô - 58
6. Chương 6: Kết luận hướng phát triển đề tài 6.1 Kết luận - 62
6.2 Hướng phát triển đề tài - 62
(11)vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
trang Bảng 2.1: Tỷ suất lực cắt (K) phay ván dăm lượng ăn dao (Uz) - 16
Bảng 2.2: Hệ số ảnh hưởng khối lượng thể tích ván ay - 16
(12)viii
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
trang
Hình 1.1: Máy phay CNC mini Cty Letech -
Hình 1.2: Máy khắc CNC mini hoanggiangcktd@yahoo.com -
Hình 1.3: Máy CNC Vmade 1224 -
Hình 1.4: Máy CNC hãng Trend (Hoa Kỳ) -
Hình 1.5: Giá bán máy CNC hãng Trend -
Hình 1.6: Máy CNC di động gia công điêu khắc sản phẩm -
Hình 1.7: Điêu khắc gỗ thủ cơng tay -
Hình 1.8: Khắc chữ 2D gỗ máy CNC -
Hình 2.1: Hệ trục tọa độ Descartes quy tắc bàn tay phải - 10
Hình 2.2: Mơ hình kết cấu khí theo phương án - 11
Hình 2.3: Mơ hình kết cấu khí theo phương án - 12
Hình 2.4: Mơ hình kết cấu khí theo phương án - 12
Hình 2.5: Động bước (step motor) - 13
Hình 2.6: Mơ tả chuyển động phay biên phay bề mặt - 17
Hình 2.7: Mơ tả dao phay gỗ loại 3D (có mũ) - 18
Hình 2.8: Sơ đồ xác định μ l trục X - 20
Hình 2.9: Một số kích thước vít me bi – đai ốc - 21
Hình 2.10: Động spindle Makita RT0700C - 24
Hình 3.1: Kích thước trục vít me đai ốc bi - trục X - 26
Hình 3.2: Kích thước trục vít me đai ốc bi - trục Y - 26
Hình 3.3: Kích thước trục vít me đai ốc bi - trục Z - 26
Hình 3.4: Đế máy (hình 3D - isometric view) - 27
Hình 3.5: Kích thước đế máy (top view) - 27
Hình 3.6: Hình 3D Đế lắp trục X (isometric view) - 28
Hình 3.7: Kích thước Đế lắp trục X - 28
Hình 3.8: Hình 3D Đế lắp trục Y (isometric view) - 29
(13)ix
Hình 3.10: Hình 3D Đế lắp trục Z (isometric view) - 30
Hình 3.11: Kích thước Đế lắp trục Z (front view) - 30
Hình 3.12: Hình 3D Đế lắp trược trục Z (lắp spindle) - 31
Hình 3.13: Kích thước Đế lắp trược trục Z - 31
Hình 3.14: Hình 3D khung máy – mặt bên trái (isometric view) - 32
Hình 3.15: Kích thước khung máy – mặt bên trái - 32
Hình 3.16: Hình 3D khung máy – mặt bên phải (isometric view) - 33
Hình 3.17: Kích thước khung máy – mặt bên phải - 33
Hình 3.18: Hình 3D – vẽ lắp mơ hình - 34
Hình 3.19: Hình 3D – vẽ lắp tổng thể (isometric view) - 34
Hình 3.20: Hình 3D – vẽ lắp tổng thể (nhìn từ bên phải – right view) - 35
Hình 3.21: Hình 3D – vẽ lắp tổng thể (nhìn từ phía sau – back view) - 35
Hình 3.22: Hình 3D – vẽ lắp tổng thể (nhìn từ phía xuống –top view) 36 Hình 3.23: Hình 3D – vẽ lắp tổng thể (nhìn từ phía lên –bottom view) 36 Hình 4.1: Ứng suất tác dụng dầm đỡ trục X - 37
Hình 4.2: Biến dạng dầm đỡ trục X - 38
Hình 4.3: Ứng suất tác dụng đế trục Y - 39
Hình 4.4: Biến dạng đế trục Y - 39
Hình 4.5: Ứng suất chịu lực trục - 40
Hình 4.6: Biến dạng chịu lực trục - 41
Hình 4.7: Ứng suất tác dụng lên bàn máy - 41
Hình 4.8: Độ biến dạng bàn máy - 42
Hình 4.9: Ứng suất mặt bên trái - 43
Hình 4.10: Biến dạng mặt bên trái - 43
Hình 5.1: Hình tổng thể máy nhìn từ phía trước - 45
Hình 5.2: Máy nhìn từ mặt bên trái - 46
Hình 5.3: Máy nhìn từ mặt bên phải - 46
Hình 5.4: Máy nhìn từ mặt sau - 47
(14)x
Hình 5.6: Cụm gá lắp spindle - 48
Hình 5.7: Cụm trục vít me-đai ốc bi trục Y - 49
Hình 5.8: Bo mạch điều khiển máy - 49
Hình 5.9: Đế máy (back view) - 50
Hình 5.10: Thực nghiệm phay hình chữ nhật, chữ S gỗ - 51
Hình 5.11: Thực nghiệm phay đường tròn gỗ - 51
Hình 5.12: Kết thực nghiệm phay đường trịn, hình chữ nhật, chữ S gỗ 52 Hình 5.13: Thực nghiệm vẽ đường trịn, hình chữ nhật, chữ S giấy kẻ ly 52 Hình 5.14: Kiểm nghiệm kích thước đường trịn đường kính 80mm - 53
Hình 5.15: Kiểm nghiệm kích thước hình chữ nhật 70x50mm - 53
Hình 5.16: Kiểm nghiệm kích thước hình chữ nhật S - 53
Hình 5.17: Đường trịn dùng để dịch chương trình thực nghiệm - 54
Hình 5.18: Kết thử nghiệm vẽ hình trịn đường kính 80 mm - 54
Hình 5.19: Hình chữ nhật dùng để dịch chương trình thực nghiệm - 55
Hình 5.20: Kết thử nghiệm vẽ hình chữ nhật - 55
Hình 5.21: Hình chữ S dùng để dịch chương trình thực nghiệm - 56
Hình 5.22: Kết thử nghiệm vẽ hình chữ S - 56
Hình 5.23: Kiểm nghiệm kích thước đường trịn đường kính 80mm giấy 57
Hình 5.24: Kiểm nghiệm kích thước hình chữ nhật 70x50mm vẽ giấy - 57
Hình 5.25: Kiểm nghiệm kích thước hình chữ nhật S vẽ giấy - 57
Hình 5.26: Kết sai số mô thực nghiệm máy chạy theo đường hình trịn - 58
Hình 5.27: Kết sai số mô thực nghiệm máy chạy theo đường hình chữ nhật - 59
(15)1
CHƯƠNG
TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
1.1. Đặt vấn đề
CNC viết tắt Computer Numerical Control thuật ngữ hệ
thống máy tiện, cắt, phay, … khí điều khiển máy tính CNC phát triển từ cuối thập niên 1940 - đầu 1950 phịng thí nghiệm Servomechanism học viện MIT (Viện Công nghệ Massachusetts Institute of Technology, viện đại học nghiên cứu tư thục thành phố Cambridge, bang Massachusetts, Hoa Kỳ)
Với việc điều khiển máy tính, máy CNC cắt kim loại theo đường cong dễ dàng đường thẳng, chí đục rỗng bên khối phơi, tỉa đường hoa văn xác Vì lập trình điều khiển máy tính nên độ xác CNC cho tuyệt đối, tạo sản phẩm cắt gọt sắc sảo đẹp mắt Máy CNC ph n loại nhiều loại: trục, trục, trục, phay trục, tiện trục; có trục , Y, , trục lại hiểu uay uanh trục X, trục Y, trục Z Các máy cắt decal, máy in c ng loại CNC, có khác khơng tạo phoi
Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học cơng nghệ, máy gia cơng khí CNC ngày phát triển với ưu điểm độ xác cao, tốc độ nhanh hoạt động ổn định Các máy CNC ứng dụng rộng rãi lĩnh vực gia cơng chế tạo thiết bị khí, điêu khắc đá, gỗ, kim loại, …
Tuy nhiên, Việt Nam, máy CNC sử dụng phổ biến máy có kích thước lớn, đặt cố định Việc ứng dụng máy CNC vào gia công khắc gỗ (điêu khắc) chủ yếu thực công đoạn gia công thô trước lắp ráp Nghĩa người ta chế tạo điêu khắc hình ảnh xong lắp ghép vào sản phẩm hoàn thiện, kích thước sản phẩm bị hạn chế kích thước máy CNC
Giới thiệu số máy khắc gỗ CNC chế tạo nước:
(16)2
Hình 1.1: Máy phay CNC mini Cty Letech
- Máy CNC khắc gỗ, mica, sản phẩm người có nick mame irf540
iễn đàn Điện tử Việt Nam, email: hoanggiangcktd@yahoo.com:
(17)3
Các nghiên cứu máy CNC gỗ di động nước ngoài:
- High-quality/high speed cnc router engraving advertising machine 1224 for wood acrylic pvc double color board (Fob price: US $2,500 - 3,000 / Set):
Hình 1.3: Máy CNC Vmade 1224
(18)4
Hình 1.5: Giá bán máy CNC hãng Trend (£ 1,862.29 inc VAT)
Tóm lại:
Hiện nay, máy CNC gia công gỗ nhà sản xuất nước chủ yếu loại đặt cố định, loại máy có hạn chế kích thước sản phẩm cần gia cơng bị hạn chế kích thước máy Chưa có cơng trình nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy CNC gia công gỗ loại di động
Máy CNC gia công gỗ di động nước ngồi chế tạo có giá thành q cao Vấn đề đặt cần nghiên cứu chế tạo máy khắc gỗ CNC di động, di chuyển đến vị trí nào, từ mặt phẳng mặt dọc vng góc 90 độ so với mặt đất (trường hợp mặt dọc vng góc với mặt đất cần có d y treo máy lên) Máy có kết cấu gọn linh động
1.2. Tính cấp thiết đề tài, n h a h a h c th c ti n đề tài
(19)5
và n ng cao chất lượng sản phẩm, làm tăng giá trị sản phẩm, giảm giá thành gia cơng Ví dụ ta gia cơng bàn, tủ, tường, vách ngăn xong, sau dùng máy CNC di động để điêu khắc tranh, hình vẽ hay khắc chữ lên sản phẩm
Việc nghiên cứu thành công cho đời sản phẩm máy CNC di động made in Việt Nam có chất lượng độ bền tương đương với máy nhập từ nước ngồi, có giá thành rẽ nhiều (bằng 1/ so với giá máy nhập khẩu), ua góp phần giảm chi phí tiêu hao tăng sức cạnh tranh doanh nghiệp sản xuất nước
Với máy CNC di động, ta hồn thành sản phẩm mỹ nghệ có kích thước lớn mà máy CNC cố định thực được; ví dụ ta dùng máy CNC di động để thực tranh lớn mặt bàn rộng m, tường dài hàng chục mét mà không cần phải lắp ghép phần
Về kinh tế, máy CNC di động theo đề xuất mơ hình thiết kế luận văn có giá thành thấp so với máy phay CNC gia cơng gỗ kích thước lớn
(20)6
Hình 1.7: Với máy CNC di động ta khắc hoa v n lên sản phẩm gỗ có kích thước lớn sau đóng hồn chỉnh, suất cao nhiều so với gia cơng thủ cơng tay
Hình 1.8: Với máy CNC di động ta khắc chữ hình 2D gỗ, mica, đồng, nhơm,… với suất cao nhiều so với gia công thủ công tay
thống máy tiện, cắt, phay, … khí ột viện đại học ở thành phố Cambridge, Massachusetts, Hoa Kỳ). guồn: http://haiaudo.com/Uploads/images/khac-bang-hieu.jpg