(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế và chế tạo mô hình máy phay gỗ mỹ nghệ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY PHAY GỖ MỸ NGHỆ Người hướng dẫn: PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THANH PHONG DƯƠNG TẤN VŨ Đà Nẵng, 2019 TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mơ hình máy phay gỗ mỹ nghệ Sinh viên thực Nguyễn Thanh Phong Số thẻ sinh viên: 101150221 Lớp 15CDT2 Dƣơng Tấn Vũ Số thẻ sinh viên: 101150242 Lớp: 15CDT2 C C Thuyết minh trình bày trình nghiên cứu, thiết kế lắp ráp máy phay CNC dùng để phay sản phẩm gỗ mỹ nghệ R L T Thuyết minh trình bày đầy đủ bƣớc 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 U D Phạm vi đề tài: đề tài nghiên cứu chế tạo sản phẩm thực tế, hƣớng đến ổn định hoạt động xác ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HÕA 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 Nguyễn Thanh 101150221 Phong Dƣơng Tấn Vũ 101150242 Lớp Ngành 15CDT2 Kỹ thuật Cơ điện tử 15CDT2 Kỹ thuật Cơ điện tử Tên đề tài đồ án: Thiết kế lắp ráp máy phay CNC dùng dể phay gỗ mỹ nghệ Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận 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 C C Nguyễn Thanh Phong Dƣơng Tấn Vũ R L T 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 chƣơng vận hành kiểm tra U D b Phần riêng: TT Họ tên sinh viên Nguyễn Thanh Phong Nội dung Thiết kế mơ hình, lập trình, tạo giao diện Dƣơng Tấn Vũ 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 Nguyễn Thanh Phong Dƣơng Tấn Vũ b Phần riêng: TT Họ tên sinh viên Dƣơng Tấn Vũ Nguyễn Thanh Phong Dƣơng Tấn Vũ Nội dung vẽ A0 mơ hình 3D, chi tiết vẽ A0 hƣớng dẫn gia công phần mềm Nội dung vẽ A0 sơ đồ động vẽ A0 vẽ lắp trục X, Y, Z vẽ A0 Mạch điều khiển đấu nối Nguyễn Thanh Phong vẽ A0 tổng thể máy Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung: PGS.TS Trần Xuân Tùy Toàn đề tài Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/8/2019 Ngày hồn thành đồ án: 01/12/2019 Trƣởng Bộ mơn Cơ điện tử Đà Nẵng, ngày tháng năm 201 Ngƣời hƣớng dẫn C C U D R L T LỜI NÓI ĐẦU Sau thời gian năm đƣợc 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 đƣợc 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 không khỏi lung túng q trình thiết kế để có hệ thống hoàn chỉnh, thẩm mỹ hiệu kinh tế Mặt dù sách tham khảo nhiều nhiên với thời gian thực ngắn nên em khó nắm bắt hết kiến thức chuyên sâu nhƣ kinh nghiệm quý báu đƣợc đúc kết sách thiết kế máy, chế tạo máy… Chính việc vận dụng lý thuyết học đƣợc để giải vấn đề có liên quan đến yêu cầu thực tiễn sản xuất nhƣ điều C C kiện làm việc, thị trƣờng, hạn chế Với hƣớng dẫn tận tình thầy PGS.TS Trần Xuân Tùy, với nỗ lực thân chúng em suốt thời gian thực đồ án tốt nghiệp, cuối chúng R L T em hoàn thành tài liệu trình bày trình Máy phay cnc mini dùng để phay gỗ mỹ nghệ 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, U D Khi thiết kế chúng em cố gắng để hồn thiện thiết kế thơng qua máy Máy hoạt động ổn định, cho sản phẩm chất lƣợng nhiên với hạn chế chủ quan nhƣ khách quan tài liệu khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận đƣợc đóng góp quý thầy cô Đà Nẵng, ngày 12 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ ii LỜI CẢM ƠN Khi nói Bách Khoa ta tự hào ta phần ngơi trƣờng đáng kính Bách Khoa- tuổi xn có thầy cơ, bạn bè, ngƣời sát cánh ta qua tháng năm rực rỡ Xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến Bách Khoa Chặng đƣờng năm không dài nhƣng 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 nhƣng hành trình đời chờ ta phía trƣớc 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 hƣớng dẫn- PGS.TS Trần Xuân Tùy Chúng em xin kính chúc quý thầy dồi sức C C 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 đƣờng lựa chọn Xin chân thành cảm ơn! R L T U D Đà nẵng, ngày 12 tháng 12 năm 2019 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 đƣợc vấn đề Do có nhiều ý tƣởng với sáng tạo khác Trên tinh thần đó, nhóm tác giả chúng em gồm Nguyễn Thanh Phong Dƣơng Tấn Vũ thực đề tài “Thiết kế chế tạo máy CNC mini dùng để phay gỗ mỹ nghệ” , ý tƣởng dựa kiến thức thực tế tài liệu tham khảo Trong đề tài tốt nghiệp nhóm, chúng em cam đoan hồn tồn tự làm dƣới hƣớng dẫn Thầy PGS.TS Trần Xuân Tùy Chúng em xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực không chép từ báo cáo khoa học C C R L T U D Đà Nẵng, ngày 12 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực Nguyễn Thanh Phong iv Dƣơng Tấn Vũ MỤC LỤC Chƣơng 1: GIỚI THỆU MÁY CNC VÀ MÁY KHẮC GỖ CNC 1.1 Giới thiệu máy CNC 1.1.1 Khái niệm chung 1.1.2 Quá trình phát triển máy CNC .5 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 máy khắc gỗ CNC 21 C C Chƣơng 2: PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY 24 2.1 Các phƣơng án chuyển động dao 24 R L T 2.1.1 Phƣơng án 24 2.1.2 Phƣơng án 24 2.1.3 Chọn phƣơng án chuyển động dao 25 U D 2.2 Các hƣớng 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 28 2.3.1 Bộ truyền đai 28 2.3.3 Cơ cấu dẫn hƣớng cho chuyển động trục: .32 2.3.4 Chọn cấu dẫn hƣớng .33 2.3.7 Một số chi tiết khác 34 Chƣơng 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY 35 3.2 Chiều sâu cắt t chiều rộng phay B (mm) 36 3.3 Lƣợng dao chạy S 36 3.4 Tốc độ cắt V đƣợc tính theo cơng thức 37 3.5 Lực cắt 37 3.6 Công suất cắt 38 3.7 Tính tốn để chọn vít me đai ốc 38 3.7.1 Tính chọn vít me- đai ốc cho trục Z 38 3.7.2 Chọn vít me- đai ốc cho trục X,Y 41 v 3.8 Tính tốn để chọn công suất động trục X Y .41 3.9 Tính tốn để chọn cơng suất động trục Z .42 Chƣơng 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 45 4.1.2 Driver điều khiển động trục 48 4.1.3 Driver điều khiển động bƣớc TB6560 49 4.2.1 Phần mềm B-CNC: 51 4.2.2 Phần mền Vectric Aspire 9.5 .53 4.2.3 Hƣớng dẫn tạo 3D xuất G-code 54 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 63 Kết sản phầm sau gia công thực tế 63 Giới hạn đề tài đề xuất hƣớng nghiên cứu 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 C C R L T U D vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống điều khiên số vòng hở Hình 1.2: Hệ thống điều khiển số vịng kín .4 Hình 1.3: Máy phay Cincinnate Hydrotel Hình 1.4: Hệ thống điều khiển DNC .10 Hình 1.5: Điều khiển theo điểm 12 Hình 1.6: Điều khiển theo đƣờng theo biên dạng .13 Hình 1.7: Hệ trục toạ độ Đề-các Oxyz 13 Hình 1.8: Khi trục Z thẳng đứng 14 Hình 1.9: Khi trục Z nằm ngang 15 Hình 1.10: Các điểm gốc điểm chuẩn .15 C C Hình 1.11: Điểm gốc chƣơng trình 16 R L T Hình 1.12: Điểm chuẩn gá dao T điểm gá dao N .16 Hình 1.13: Ghi kích thƣớc tuyệt đối 18 Hình 1.14: Ghi kích thƣớc tƣơng đối 18 U D Hình 1.15: Gia cơng theo biên dạng 19 Hình 1.16: Ví dụ lập trình 20 Hình 1.17: Khắc tranh 21 Hình 1.18: Khắc logo 22 Hình 1.19: Khắc chữ vật liệu 22 Hình 1.20: Tạc tƣợng .23 Hình 2.1: Hình mơ phƣơng án 24 Hình 2.2: Hình mơ phƣơng 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 29 Hình 2.6: Vít me – đai ốc thƣờng 30 Hình 2.7: Vít me – đai ốc bi 31 Hình 2.8: Thanh trƣợt trịn có đế dẫn hƣớng 33 Hình 2.9: Thanh trƣợt vuông 33 Hình 2.10: Khớp nối mềm 34 Hình 2.11: Đế cao su .34 vii GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Số bƣớc S1 S2 S3 Dòng điện (A) 1 2/A 2/B S5 S6 S7 0.5 1 1 1.0 1 0 1.5 1 1 2.0 0 o 2.5 1 16 0 3.0 NC 1 C C 3.5 0 NC 0 4.0 0 R L T U D Hình 4.6: Thơng số cài đặt driver 4.2 Phần mềm 4.2.1 Phần mềm B-CNC: B-CNC phần mềm đƣợc đóng gói để chạy máy tính cá nhân hữu ích thuận tiện để thay điều khiển máy Để chạy B-CNC cần chuẩn bị máy tính sử dụng hệ điều hành windown XP windown 2000 trở lên Phần mềm B-CNC có số tính sau: + B-CNC cho phép chuyển đổi PC tiêu chuẩn thành máy CNC đầy đủ tính + Cho phép nhập trực tiếp từ file DXF, BMG, JPG, file khác thông qua phần mềm kèm Aspire + Visual G-code hiển thị + Hoàn toàn tùy chỉnh giao diện SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Trang 51 GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Tạo G-code thông qua Aspire phần mềm đồ họa khác + Tùy biến sử dụng M- code Macro Bên cạnh tính nêu điều khiển B-CNC tồn số vấn đề: + I/O hạn chế => dùng cho hệ thống lớn cần nhiều tín hiệu I/O phải dùng đến kĩ thuật ModBus (Ở nƣớc ngồi có bán Card đáp ứng yêu cầu này) + B-CNC điều khiển theo dạng vòng hở nên ứng dụng hệ thống địi hỏi độ xác cao lại phải thiết kế theo dạng vịng kín + Ƣu điểm B-CNC chức đa dạng, giao diện đẹp dễ sử dụng Mơ q trình làm việc rõ ràng Khai báo thông số hệ thống C C dễ dàng Lập trình theo hƣớng mở rộng liên kết với Script VB Tùy quan niệm R L T ngƣời, riêng nhóm em thấy B-CNC có lợi tiết kiệm đƣợc chi phí đáng kể Nếu giải đƣợc vấn đề B-CNC lựa chọn tốt cho dạng CNC U D tự chế, lên đời máy CNC, Driver điều khiển trục máy phải chấp nhận tín hiệu xung (pulses) hƣớng (direction) Hầu nhƣ driver động bƣớc đƣợc làm giống Hình 4.7: Sơ đồ kết nối phần mềm B-CNC SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Trang 52 GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP C C R L T Hình 4.8: Giao diện làm việc B-CNC 4.2.2 Phần mền Vectric Aspire 9.5 U D Vectric Aspire phần mềm mạnh mẽ đƣợc thiết kế cho thiết kế sản xuất định tuyến, cho phép vẽ, cắt tạo mơ hình 3D chi tiết Vectric Aspire đƣợc kiến trúc sƣ sử dụng rộng rãi để tạo mơ hình ba chiều (3D) nhƣ trang trí cửa vào, in kiến trúc, nhiều Aspire có giao diện tƣơng tác dễ sử dụng, nhanh chóng thay đổi hình dạng đặc điểm phận, xây dựng thiết kế phức tạp cách sử dụng đơn giản hình dạng 3D Các tính chính:          Chỉnh sửa 3D, điêu khắc pha trộn Kết cấu 3D từ tệp hình ảnh Tạo vectơ 2D mơ hình 3D Tùy chỉnh phần Xuất 2D / 3D models nhƣ Clip-Art Xuất mô hình sang tệp 2D 3D Đƣờng dẫn nhiều màu chất lƣợng cao Các đƣờng công cụ gia công chuyên nghiệp Xuất G-Code SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Trang 53 GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.3: Biểu tượng phần mềm Aspire 9.5 4.2.3 Hướng dẫn tạo 3D xuất G-code Sau khởi động phần mềm Aspire 9.5.10 C C U D R L T Khởi tạo file cần gia công SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Chọn kiểu phay mặt Ghi kích thƣớc phơi Thiết lập gốc tọa độ phôi Trang 54 GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chèn file cần gia công ( file ảnh cần gia cơng phải có bmp) Xuất hộp thoại Open sau ta chọn hình C C R L T U D SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Trang 55 GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Xuất vẽ 2D thành file gia công 3D C C R L T U D Thiết lập tăng độ sâu tranh Ở ta chọn độ sâu 3mm SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Trang 56 GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết lập dao chế độ phay hộp thoại Toothpaths C C R L T Dao phay thô U D Dao phay tinh SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Trang 57 GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP C C R L T Dao phay hốc U D SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Trang 58 GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Chế độ phay thô Bảng thiết lập dao chế độ cắt C C R L T U D Mô chế độ phay thô SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Trang 59 GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Chế độ phay tinh Bảng thiết lập dao chế độ cắt C C R L T U D Mô chế độ phay tinh SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Trang 60 GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Phay hốc Bảng thiết lập dao chế độ cắt C C R L T U D Mô chế độ phay hốc SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Trang 61 GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Xuất Gcode Bấm vào Save Toolpaths để xuất code Ta chọn lƣu dƣới dạng txt C C R L T U D Sau lƣu ta mở file txt lƣu Sẽ thu đƣợc Gcode SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Trang 62 GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết sản phầm sau gia công thực tế Sau đƣa máy vào sản xuất, máy cho sản phẩm 3D Đây sản phẩm đƣợc sản xuất từ máy: C C R L T U D Hình 4.9: Điêu khắc mica Hình 4.10: Sản phẩm phay mặt gỗ SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Trang 63 GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giới hạn đề tài đề xuất hƣớng nghiên cứu a Giới hạn  Hành trình máy cịn hạn chế  Động bƣớc công suất thấp, tốc độ chậm, momen tƣơng đối nhỏ  Lắp đặt hệ thống làm mát, bảo vệ vít me- đai ốc trƣợt-con trƣợt 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 trƣờng 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 C C vụ sản xuất Trong trình đƣa máy vào hoạt động rút đƣợc kết luận sau: R L T  Máy sau hồn thành có độ cứng vững cao  Trong q trình hoạt động hầu nhƣ khơng rung, có độ ổn định độ xác cao U D  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 đƣợc yêu cầu sản xuất, dùng để dạy học trƣờng nghề, cao đẳng SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Trang 64 GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] , “Sổ tay Công nghệ chế tạo máy I, II, III ”, GS TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS TS Lê Văn Tiến, PGS TS Ninh Đức Tốn, PGS TS Trần Xuân Việt Nhà xuất khoa học kỹ thuật [2] “Truyền động khí”, PGS.TS Lê Cung, trƣờng Đại học Bách khoa Đà Nẵng [3] “ Thiết kế chi tiết máy” Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, Đại học Bách khoa Hà Nội [4] Arduino.vn Các trang web tham khảo: www.thegioicnc.com www.cnczone.com www.codientuviet.com www.meslab.org C C R L T www.planet-cnc.com U D SVTH : Nguyễn Thanh Phong Dương Tấn Vũ Trang 65 ... cứu, thiết kế lắp ráp máy phay CNC dùng để phay sản phẩm gỗ mỹ nghệ R L T Thuyết minh trình bày đầy đủ bƣớc thiết kế, chế tạo cụm chi tiết, cách lắp ráp cụm chi tiết với nhau, cách vận hành máy. .. nhiều ý tƣởng với sáng tạo khác Trên tinh thần đó, nhóm tác giả chúng em gồm Nguyễn Thanh Phong Dƣơng Tấn Vũ thực đề tài ? ?Thiết kế chế tạo máy CNC mini dùng để phay gỗ mỹ nghệ? ?? , ý tƣởng dựa... GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chƣơng 2: PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY 2.1 Các phƣơng án chuyển động dao 2.1.1 Phương án Trong phƣơng án này, bàn máy đứng yên, đầu máy thực chuyển động chạy