Hiện nay nhu cầu về một chiếc máy CNC mini chi phí thấp nhỏ gọn để tăng tính tự động hóa trong quá trình giám sát nhân công của các ngành như may mặc giày da điện tử ngày càng gia tăng Nắm bắt được xu hướng này nhóm chúng em đã lên ý tưởng cho đề tài và áp dụng những kiến thức được học ở trường vào thực tế để chế tạo ra mô hình một chiếc máy CNC mini 3 trục đảm bảo độ chính xác dễ dàng sử dụng phạm vi hoạt động tương đối rộng và cơ cấu gọn nhẹ Đây là sản phẩm được điều khiển bằng máy tính công cụ gia công tinh tế tạo ra các chi tiết phức tạp theo yêu cầu của công nghệ hiện đại Máy CNC là sản phẩm phổ biến trong lĩnh vực tự động hóa giúp tiết kiệm thời gian gia công mang lại hiệu quả kinh tế cao rất phù hợp với các sản phẩm có hình dạng phức tạp Thuyết minh nói về quá trình nghiên cứu thiết kế và lắp ráp máy phay CNC mini 3 trục trình bày đầy đủ các bước thiết kế chế tạo từng cụm chi tiết cách lắp ráp các cụm chi tiết với nhau cách vận hành máy và an toàn lao động khi vận hành máy
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC MINI TRỤC Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS ĐẶNG PHƯỚC VINH PHAN XUÂN BẰNG TRẦN QUANG HIẾU Đà Nẵng, 07/2020 TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Sinh viên thực hiện: Phan Xuân Bằng - MSSV: 101150198 - Lớp: 15CDT2 Trần Quang Hiếu - MSSV: 101140180 - Lớp: 14CDT2 Giảng viên hướng dẫn Giảng viên duyệt : TS Đặng Phước Vinh : TS Đỗ Thế Cần Nhu cầu đề tài Hiện nay, nhu cầu máy CNC mini chi phí thấp, nhỏ gọn để tăng tính tự động hóa q trình giám sát nhân cơng ngành như: may mặc, giày da, điện tử, ngày gia tăng Nắm bắt xu hướng nhóm chúng em lên ý tưởng cho đề tài áp dụng kiến thức học trường vào thực tế để chế tạo mơ hình máy CNC mini trục đảm bảo độ xác, dễ dàng sử dụng, phạm vi hoạt động tương đối rộng cấu gọn nhẹ Đây sản phẩm điều khiển máy tính, cơng cụ gia cơng tinh tế tạo chi tiết phức tạp theo yêu cầu công nghệ đại Máy CNC sản phẩm phổ biến lĩnh vực tự động hóa, giúp tiết kiệm thời gian gia công, mang lại hiệu kinh tế cao, phù hợp với sản phẩm có hình dạng phức tạp Thuyết minh nói trình nghiên cứu, thiết kế lắp ráp máy phay CNC mini trục, trình bày đầy đủ bước thiết kế, chế tạo cụm chi tiết, cách lắp ráp cụm chi tiết với nhau, cách vận hành máy an toàn lao động vận hành máy Phạm vi nghiên cứu đề tài Đề tài nghiên cứu chế tạo máy phay CNC cở nhỏ trục để gia công sản phẩm gỗ với kích thước 100x100x10 mm Ngồi gia công 3d để làm tranh gỗ nghệ thuật - Nội dung đề tài thực Số trang thuyết minh: 60-70 trang Số vẽ: vẽ A0 Mơ hình: ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TT Họ tên sinh viên Số thẻ SV Lớp Ngành Phan Xuân Bằng 101150198 15CDT2 Kỹ thuật Cơ điện tử Trần Quang Hiếu 101140180 14CDT2 Kỹ thuật Cơ điện tử Tên đề tài đồ án: Thiết kế lắp ráp mơ hình máy phay CNC mini trục Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuậ n sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Tham khảo tài liệu nghiên cứu máy từ thực tế Nội dung phần thuyết minh tính tốn: a Phần chung: TT Họ tên sinh viên Nội dung Phan Xuân Bằng Trần Quang Hiếu Tìm kiếm nguồn tài liệu, tham khảo, hình ảnh minh họa, thuật ngữ giải thích; Kiểm tra tả, định dạng, nội dung thiết kế hình ảnh mơ hình thích Thuyết minh chương vận hành kiểm tra b Phần riêng: TT Họ tên sinh viên Phan Xuân Bằng Nội dung Thiết kế mơ hình, lập trình, tạo giao diện Trần Quang Hiếu Tính tốn số liệu, làm báo cáo Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): a Phần chung: TT Họ tên sinh viên Nội dung Phan Xuân Bằng Trần Quang Hiếu b Phần riêng: TT Họ tên sinh viên Trần Quang Hiếu Phan Xuân Bằng vẽ A0 tổng thể máy vẽ A0 hướng dẫn gia công phần mềm Nội dung vẽ A0 sơ đồ động vẽ A0 vẽ lắp trục X, Y, Z Trần Quang Hiếu Phan Xuân Bằng vẽ A0 Mạch điều khiển đấu nối vẽ A0 sơ đồ khối Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 1/2/2020 Ngày hồn thành đồ án: 10/6/2020 Trưởng Bộ mơn Cơ điện tử TS Võ Như Thành Đà Nẵng, ngày 10 tháng năm 2020 Người hướng dẫn TS Đặng Phước Vinh LỜI NÓI ĐẦU Sau thời gian năm đào tạo phần lý thuyết “Thiết kế chi tiết máy”, “Cơ sở thiết kế máy”, “Điều khiển tự động”, “Hệ thống điện tử”, vv, kết hợp với q trình tự tìm tịi học hỏi, chúng em rút ra, tích lũy kiến thức ban đầu quan trọng để bắt tay vào làm đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên non trẻ kinh nghiệm thực tế khiến chúng em khơng khỏi lung túng q trình thiết kế để có hệ thống hồn chỉnh, thẩm mỹ hiệu kinh tế Mặc dù sách tham khảo nhiều nhiên với thời gian thực ngắn nên em khó nắm bắt hết kiến thức chuyên sâu kinh nghiệm quý báu đúc kết sách thiết kế máy, chế tạo máy,… Chính việc vận dụng lý thuyết học để giải vấn đề có liên quan đến yêu cầu thực tiễn sản xuất điều kiện làm việc, thị trường, hạn chế Với hướng dẫn tận tình thầy TS Đặng Phước Vinh, với nỗ lực thân chúng em suốt thời gian thực đồ án tốt nghiệp, cuối chúng em hoàn thành tài liệu trình bày trình Thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Trong tài liệu chúng em trình bày phần tính tốn động học tồn máy, tính tốn động học, động lực học cho hệ thống, thiết kế hệ thống điều khiển, Khi thiết kế chúng em cố gắng để hoàn thiện thiết kế thông qua máy Máy hoạt động ổn định, cho sản phẩm chất lượng nhiên với hạn chế chủ quan khách quan tài liệu khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận đóng góp q Thầy (Cô) Đà Nẵng, ngày 10 tháng năm 2020 Sinh viên thực Phan Xuân Bằng Trần Quang Hiếu ii LỜI CẢM ƠN Khi nói Bách Khoa ta tự hào ta phần ngơi trường đáng kính Bách Khoa- tuổi xn có thầy cơ, bạn bè, người sát cánh ta qua tháng năm rực rỡ Xin gửi lời cảm ơn đến Bách Khoa Chặng đường năm không dài đủ khắc sâu tim ta suốt đời để biết ta có tuổi trẻ thật đẹp Cuộc vui đến lúc tàn, hành trình với Bách Khoa đến hồi kết hành trình đời chờ ta phía trước Để hồn thành xong đề tài tốt nghiệp này, nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình đến thầy mơn điện tử, đặc biệt thầy giáo hướng dẫn TS Đặng Phước Vinh Chúng em xin kính chúc q thầy dồi sức khỏe để tiếp tục dẫn dắt hệ sinh viên mai sau đến với bến bờ thành công Cuối lời cảm ơn thành viên lớp 15CDT Cảm ơn đồng hành suốt năm qua Chúc bạn thành công đường lựa chọn Xin chân thành cảm ơn! Đà nẵng, ngày 10 tháng năm 2020 iii CAM ĐOAN Máy móc đời phát triển dựa kế thừa cải tiến không ngừng Tuy nhiên, sáng chế, cải tiến lại có cách thực khác với mục đích chung giúp giải vấn đề Do có nhiều ý tưởng với sáng tạo khác Trên tinh thần đó, nhóm tác giả chúng em gồm Phan Xuân Bằng Trần Quang Hiếu thực đề tài “Thiết kế chế tạo máy CNC mini trục”, ý tưởng dựa kiến thức thực tế tài liệu tham khảo Trong đề tài tốt nghiệp nhóm, chúng em cam đoan hoàn toàn tự làm hướng dẫn thầy giáo TS Đặng Phước Vinh Chúng em xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn hồn tồn trung thực khơng chép từ báo cáo khoa học Đà Nẵng, ngày 10 tháng năm 2020 Sinh viên thực Phan Xuân Bằng Trần Quang Hiếu iv MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THỆU VỀ MÁY CNC MINI TRỤC 1.1 Giới thiệu máy CNC 1.1.1 Khái niệm chung 1.1.2 Quá trình phát triển máy CNC .6 1.1.3 Các thành máy phay CNC 1.1.4 Các hệ điều khiển số dạng điều khiển số 1.1.5 Hệ tọa độ máy CNC điểm chuẩn .13 1.1.6 Những khái niệm lập trình gia cơng máy CNC 17 1.2 Giới thiệu ứng dụng máy CNC điêu khắc gỗ .21 Chương 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY 24 2.1 Các phương án chuyển động dao 24 2.1.1 Phương án 24 2.1.2 Phương án 25 2.1.3 Chọn phương án chuyển động dao 25 2.2 Các hướng chọn động trục trục tọa độ 26 2.2.1 Động dẫn động trục .26 2.2.2 Động dẫn động trục tọa độ 27 2.3 Lựa chọn truyền động 27 2.3.1 Bộ truyền đai 28 2.3.2 Bộ truyền vít me – đai ốc 30 2.3.3 Cơ cấu dẫn hướng cho chuyển động trục 32 2.3.4 Chọn cấu dấn hướng .33 2.3.5 Một số chi tiết khác 34 Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY .35 3.1 Dao khắc .36 3.2 Chiều sâu cắt t chiều rộng phay B (mm) 37 3.3 Lượng dao chạy S 37 3.4 Tốc độ cắt V tính theo cơng thức 38 3.5 Lực cắt 38 3.6 Công suất cắt 39 3.7 Tính tốn để chọn vít me đai ốc 39 v 3.7.1 Tính chọn vít me- đai ốc cho trục Z 39 3.7.2 Chọn vít me- đai ốc cho trục X,Y 41 3.8 Tính tốn để chọn cơng suất động trục X Y .41 3.9 Tính tốn để chọn công suất động trục Z .43 Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .45 4.1 Phần cứng 45 4.1.1 Arduino Uno R3 45 4.1.2 Driver điều khiển động trục 48 4.1.3 Driver điều khiển động bước TB6560 49 4.2 Phần mềm 51 4.2.1 Phần mềm b-CNC 51 4.2.2 Phần mềm Vectric Aspire 9.5 53 4.2.3 Hướng dẫn tạo 2D xuất G-code 54 Chương 5: KẾT LUẬN 60 Giới hạn đề tài đề xuất hướng nghiên cứu 60 Kết sản phẩm sau gia công thực tế 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống điều khiển số vòng hở Hình 1.2: Hệ thống điều khiển số vịng kín .4 Hình 1.3: Máy phay Cincinnate Hydrotel Hình 1.4: Các thành phần máy CNC Hình 1.5: Hệ thống điều khiển DNC .10 Hình 1.6: Điều khiển theo điểm 12 Hình 1.7a,b: Điều khiển theo đường theo biên dạng 14 Hình 1.8: Hệ tọa độ Đề-các Oxyz 15 Hình 1.9: Khi trục Z thẳng đứng 15 Hình 1.10: Khi trục Z nằm ngang 16 Hình 1.11: Các điểm gốc điểm chuẩn .17 Hình 1.12: Điểm gốc chương trình 17 Hình 1.13: Điểm chuẩn gá dao T điểm gá dao N .17 Hình 1.14: Ghi kích thước tuyệt đối 19 Hình 1.15: Ghi kích thước tương đối 19 Hình 1.16: Gia công theo biên dạng .19 Hình 1.17: Ví dụ lập trình 20 Hình 1.18: Khắc tranh gỗ 21 Hình 1.19:Khắc logo .22 Hình 1.20:Khắc chữ lên vật liệu 22 Hình 1.21: Tạc tượng .23 Hình 2.1: Phương án 24 Hình 2.2: Phương án 25 Hình 2.3: Động phay spindle 0.5KW ổ bi ER11 205mm 27 Hình 2.4: Dây đai bắt vào puly 28 Hình 2.5: Nguyên lý truyền đai 28 Hình 2.6: Vít me – đai ốc thường 30 Hình 2.7: Vít me – đai ốc bi 31 Hình 2.8: Thanh trượt trịn có đế dẫn hướng 33 Hình 2.9: Thanh trượt vuông 33 Hình 2.10: Khớp nối mềm 34 vii Thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Hình 4.8: Biểu tượng phần mềm Aspire 9.5 4.2.3 Hướng dẫn tạo 2D xuất G-code Sau khởi động phần mềm Aspire 9.5.10 Chọn kiểu phay mặt Ghi kích thước phơi Khởi tạo file cần gia công Thiết lập gốc tọa độ phơi Hình 4.9: Khởi động phần mềm SVTH: Phan Xn Bằng Trần Quang Hiếu GVHD: TS Đặng Phước Vinh Trang 53 Thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Chèn file cần gia công ( file ảnh cần gia cơng phải có bmp) Xuất hộp thoại Open sau ta chọn hình Hình 4.10: Chọn ảnh Xuất file ảnh thành file 2D để gia cơng Hình 4.11: Xuất file ảnh 2D SVTH: Phan Xuân Bằng Trần Quang Hiếu GVHD: TS Đặng Phước Vinh Trang 54 Thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Thiết lập dao chế độ phay hộp thoại Toothpaths Hình 4.12: Thiết lập dao chế độ phay Dao phay thơ Hình 4.13: Thơng số dao phay thô SVTH: Phan Xuân Bằng Trần Quang Hiếu GVHD: TS Đặng Phước Vinh Trang 55 Thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Dao phay tinh Hình 4.14: Thơng số dao phay tinh Dao phay hốc Hình 4.15: Thơng số dao phay hốc SVTH: Phan Xuân Bằng Trần Quang Hiếu GVHD: TS Đặng Phước Vinh Trang 56 Thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Chế độ phay (ở ta chọn chế độ phay hốc) Bảng thiết lập dao chế độ cắt Hình 4.16: Chế độ phay hốc Mơ chế độ phay Hình 4.17: Mơ chế độ phay SVTH: Phan Xuân Bằng Trần Quang Hiếu GVHD: TS Đặng Phước Vinh Trang 57 Thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Xuất Gcode Bấm vào Save Toolpaths để xuất code Ta chọn lưu dạng txt Hình 4.18: Xuất Gcode Sau lưu ta mở file txt lưu Sẽ thu Gcode Hình 4.19: Gcode thu SVTH: Phan Xuân Bằng Trần Quang Hiếu GVHD: TS Đặng Phước Vinh Trang 58 Thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Chương 5: KẾT LUẬN Giới hạn đề tài đề xuất hướng nghiên cứu a Giới hạn Hành trình máy cịn hạn chế Động bước cơng suất thấp, tốc độ chậm, momen tương đối nhỏ Lắp đặt hệ thống làm mát, bảo vệ vít me- đai ốc trượt-con trượt b Đề xuất hướng nghiên cứu Cần nghiên cứu làm máy cỡ lớn, nhiều đầu cắt để nâng cao suất Tìm hiểu rõ động servo có thị trường cần thiết sử dụng hầu hết máy cơng suất lớn để sử dụng cần tìm hiểu rõ, nghiên cứu tài liệu c Kết luận Báo cáo trình bày kết nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy CNC trục để phục vụ sản xuất Trong trình đưa máy vào hoạt động rút kết luận sau: Máy sau hồn thành có độ cứng vững cao Trong q trình hoạt động khơng rung, có độ ổn định độ xác cao Máy làm việc thời gian dài từ 10h/24h Hệ thống điện khí tháo lắp dễ dàng, tach biệt thuận tiện cho việc di chuyển thay Máy hoàn toàn đáp ứng yêu cầu sản xuất, dùng để dạy học trường nghề, cao đẳng Kết sản phẩm sau gia cơng thực tế Hình 5.1: Kết sản phẩm SVTH: Phan Xuân Bằng Trần Quang Hiếu GVHD: TS Đặng Phước Vinh Trang 59 Thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt, Sổ tay Công nghệ chế tạo máy I, II, III, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, năm 2006 [2] Lê Cung, Truyền động khí, ĐHĐN-Trường Đại học Bách khoa, năm 2007, (lưu hành nội bộ) [3] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm , Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất Giáo dục, năm 2006 [4] Arduino.vn [5] http://www.machineco.com/Milling_Mach_Vert_Cinci_HYDROTEL_1.htm Các trang web tham khảo: www.thegioicnc.com www.cnczone.com www.codientuviet.com www.meslab.org www.planet-cnc.com SVTH: Phan Xuân Bằng Trần Quang Hiếu GVHD: TS Đặng Phước Vinh Trang 60 ... khác 34 Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY .35 3. 1 Dao khắc .36 3. 2 Chiều sâu cắt t chiều rộng phay B (mm) 37 3. 3 Lượng dao chạy S 37 3. 4 Tốc độ cắt... Phước Vinh Trang 33 Thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Hình 2.10: Khớp nối mềm Khớp nối mềm tốt Nó cho phép kết nối với trục với trục có kích thước khác Nó cho phép sai lệch trục Khơng thể... thỏa u cầu Hình 3. 4: Mơ hình thực tế sau thiết kế SVTH: Phan Xuân Bằng Trần Quang Hiếu GVHD: TS Đặng Phước Vinh Trang 43 Thiết kế chế tạo máy phay CNC mini trục Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU