Ứng dụng công nghệ in 3d vào chế tạo máy CNC mini dùng trong điêu khắc gỗ

Thuật ngữ CNC liên quan đến một nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính để điều khiển các chuyển động và thực hiện quá trình gia công.. Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

GVHD: TS Nguyễn Thiên Chương

Để hoàn thành đồ án này em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong khoa

Cơ Điện Tử đã quan tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình trong quá trình thực hiện đồ án

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS Nguyễn Thiên Chương đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn, quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình thực hiện đề đồ án Bên cạnh đó em cũng cảm ơn đến bạn bè luôn quan tâm chia sẽ động viên trong quá trình thực hiện đồ án

Mặc dù đã cố gắng nhiều trong quá trình thực hiện đồ án cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót vì vậy em rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn

bè

Sinh viên thực hiện

Lê Hồng Phước

ii

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: LÊ HỒNG PHƯỚC

Lớp: 54CDT

MSSV: 54131083

Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử

Đề tài: “Ứng dụng công nghệ In 3D vào chế tạo máy CNC mini dùng trong điêu khắc gỗ”

Số trang: 91 Số chương: 5 Tài liệu tham khảo: 7

Hiện vật: 2 quyển báo cáo, 2 đĩa CD, 1 mô hình

NHẬN XÉT

Kết luận:

Khánh Hòa, Ngày…… tháng… năm 2016

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký ghi rõ họ tên)

iii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI

Họ và tên sinh viên: LÊ HỒNG PHƯỚC

Lớp: 54CDT

MSSV: 54131083

Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử

Tên đề tài: “Ứng dụng công nghệ In 3D vào chế tạo máy CNC mini dùng trong điêu khắc gỗ”

Số trang: 91 Số chương: 5 Tài liệu tham khảo: 7

Hiện vật: 2 quyển báo cáo, 2 đĩa CD, 1 mô hình

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Kết luận:

Điểm phản biện

Bằng số Bằng chữ

Điểm chung

Bằng số Bằng chữ

Khánh Hòa, Ngày… tháng… năm 2016

CÁN BỘ PHẢN BIỆN

(Ký ghi rõ họ tên)

Khánh Hòa, Ngày… tháng… năm 2016

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(Ký ghi rõ họ tên)

iv

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC B ẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Giới thiệu chung .2

1.1.1 Giới thiệu máy CNC 2

1.1.2 Giới thiệu công nghệ in 3D .2

1.1.3 Công nghệ gia công điêu khắc gỗ bằng máy CNC .3

1.2 Mục tiêu đề tài 3

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4

2.1 Phương pháp nghiên cứu 4

2.2 Yêu cầu hệ thống .4

2.2.1 Yêu cầu phần cứng .4

2.2.2 Yêu cầu phần mềm .4

2.3 Phương án thiết kế .5

2.3.1 Phương án 1 .5

2.3.2 Phương án 2 13

2.3.3 Kết luận 14

2.4 Thiết kế, chế tạo phần cơ khí 15

2.4.1 Cơ sở lí thuyết 15

2.4.2 Thiết kế 15

2.4.3 Chế tạo phần cơ khí 21

2.5 Thiết kế, chế tạo phần điều khiển 24

2.5.1 Cơ sơ lý thuyết 24

2.5.2 Thiết kế 26

Chương 3: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 35

3.1 Chuẩn bị 35

3.1.1 Các chi tiết cần lắp 35

3.2 Thi công l ắp ráp 41

3.2.1 Lắp ráp phần cơ khí 41

3.2.2 Lắp ráp phần điện tử 51

3.3 Chạy thử và kiểm tra độ ổn định 57

3.3.1 Kiểm tra mạch điện 57

3.3.2 Kiểm tra các chi tiết cơ khí 57

3.3.3 Cài đặt các thông số 57

3.3.4 Chạy thử và kiểm tra độ chính xác 59

3.3.5 Gia công gỗ bằng phần mềm Bcnc 61

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 65

v

4.1 Kết luận 65

4.1.1 Kết quả đạt được 65

4.1.2 Kết quả chưa đạt được 65

4.2 Đề xuất 65

4.2.1 Đề xuất phần cứng 65

4.2.2 Đề xuất phần mềm 65

TÀI LIỆU KHAM KHẢO 66

PHỤ LỤC 67

Chương 5: SỬ DỤNG CƠ BẢN PHẦN MỀM ART CAM 67

5.1 Tổng quan ART CAM 67

5.1.1 Tổng quan bitmap, vector và relief 67

5.2 Cách sử dụng cơ bản phần mềm ART CAM 2011 68

5.2.1.Khởi động ART CAM 2011 68

5.2.2.Mở một model mới để bắt đầu thiết kế 68

5.2.3 Tạo hình Vector 70

5.2.4 Các câu l ệnh dựng hình 3D trong ART CAM 2011 71

5.2.5 Dựng hình 3D từ hình vector 2D 72

5.2.6 Dựng hình 3D từ ảnh Bitmap 2D có sẵn 75

5.2.7 Gia công vật liệu trên ART CAM 79

5.3 Lưu file Gcode để chạy máy CNC gia công chi tiết 89

vi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thông số arduino uno 24 B2.3 Thông số đông cơ Nema17 25 Bảng 2.2: Thiết lập chế độ điều khiển ……….25

vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Lắp ráp trục Y trên phần mềm 05

Hình 2.2: Bàn phay 05

Hình 2.3: Lắp ráp hoàn chỉnh trục Y 05

Hình 2.4: Lắp ráp truch Y trên phần khung đỡ của trục Y 06

Hình 2.5: Hình ảnh trục Z trên phần mềm 07

Hình 2.6: Lắp ráp trục Y 08

Hình 2.7: Lắp ráp trục X 09

Hình 2.8: Lắp ráp trục Z và nối dây 10

Hình 2.9: Phân tích chuyển động trục Z trên phần mềm 11

Hình 2.10: Các chi tiết trục Z thiết kế mới 13

Hình 2.11: Bạc đạn B608ZZ 15

Hình 2.12: Ty ren M8 15

Hình 2.13: Ốc nối Ty ren M8 15

Hình 2.14: Máy khắc Dremel 15

Hình 2.15: Kích thước động cơ Nemal17 15

Hình 2.16: Ổ trượt LM8U 15

Hình 2.17: Ty trơn M8 15

Hình 2.18: Chi tiết tam giác 16

Hình 2.19: Bánh răng mô tơ X 16

Hình 2.20: Bánh răng Ty ren 16

Hình 2.21: Chốt giữ Ty trơn 16

Hình 2.22: Bánh răng mô tơ Y 17

Hình 2.23: Bánh răng Ty ren 17

Hình 2.24: Gá đỡ mô tơ Y 17

Hình 2.25: Gá đỡ Ty ren Y 17

Hình 2.26: Gá đỡ Ty trơn trái 17

Hình 2.27: Gá đỡ Ty trơn phải 17

Hình 2.28: Đế 18

Hình 2.29: Bàn phay 19

Hình 2.30: Ổ gắn bàn phay 19

Hình 2.31: Con chạy gắn ốc nối Ty ren 19

Hình 2.32: Khung bên trái 19

Hình 2.33: Khung bên phải 19

Hình 2.34: Bánh răng mô tơ Z 20

Hình 2.35:Bánh răng trục Z 20

Hình 2.36: Gá đỡ mô tơ Z 20

Hình 2.37: Ổ gắn máy phay 20

Hình 2.38: Ổ gắn máy phay trên 20

Hình 2.39: Đồ gá 21

Hình 2.40: Thanh kẹp đồ gá 21

Hình 2.41: Ốc vít đồ gá 21

Hình 2.42: Trước khi cắt lớp 22

viii

Hình 2.43: Sau khi cắt lớp 22

Hình 2.44: Quá trình in 22

Hình 2.45: Một số chi tiết sau khi in 23

Hình 2.46: Arduino uno 24

Hình 2.47: CNC shield gắn Arduino uno và A4988 26

Hình 2.48: Mở thư viện 27

Hình 2.49: Nạp chương trình grbl cho Arduino 28

Hình 2.50: Giao diện UNIVERSAL Gcode sender 28

Hình 2.51: Thiết lập grbl 29

Hình 2.52: Thiết lập $2 30

Hình 2.53: Cài đặt 34

Hình 3.1: Lắp ráp hai chân bên 41

Hình 3.2: Lắp ráp chân đỡ vít me 41

Hình 3.3: Chân phải, chân trái 41

Hình 3.4: Lắp ráp các chân vào đế và các trục 42

Hình 3.5: Lắp ổ trượt 43

Hình 3.6: Lắp ổ chạy 43

Hình 3.7: Lắp đồ gá trục Y 43

Hình 3.8: Lắp đồ gá ốc 43

Hình 3.9: Lắp bàn phay 44

Hình 3.10: Lắp bàn phay vào trục Y 45

Hình 3.11: Lắp tam giác XZ 46

Hình 3.12: Lắp bánh răng vào vít me 46

Hình 3.13: Lắp ráp các trục vào tam giác 46

Hình 3.14: Lắp các trục, tam giác, động cơ vào trục X 47

Hình 3.15: Lắp ráp gá đỡ động cơ Z 48

Hình 3.16: Lắp ráp gá đỡ máy phay trên 48

Hình 3.17: Lắp ráp gá đỡ máy phay dưới 48

Hình 3.18: Lắp bánh răng vào Ty ren 49

Hình 3.19: Lắp các trục vào tam giác 49

Hình 3.20: Lắp đồ gá vào trục Z 50

Hình 3.21: Máy CNC hoàn chỉnh 50

Hình 3.22: Boar CNC 51

Hình 3.23: Jumper 51

Hình 3.24: Thiết lắp chế độ điều khiển 51

Hình 3.25: Hướng gắn A4988 lên boar 52

Hình 3.26: CNC shield gắn hoàn chỉnh 52

Hình 3.27: Gắn boar CNC shield lên Arduino 53

Hình 3.28: Gắn quạt tải nhiệt vào hộp mạch 54

Hình 3.29: Ráp mạch điện vào hộp bảo vệ 54

Hình 3.30: Bố trí mạch điện trên máy 55

Hình 3.31: Nối dây mạch 55

Hình 3.32: Nối dây động cơ 56

Hình 3.33: Lắp ráp hoàn chỉnh máy 56

ix

Hình 3.34: Các giá trị thiết lặp grbl 57

Hình 3.35: Giá trị thiết BCNC 58

Hình 3.36: Kết nối máy CNC với phần mềm 59

Hình 3.38: Mở Gcode trên BCNC 61

Hình 3.39: Nhập tọa độ cho mẫu phay 62

Hình 3.40: Gia công thô gỗ 63

Hình 3.41: Gia công tinh gỗ 63

Hình 3.42: Một số sản phẩm gia công 64

Hình 4.1: Giao diện ART CAM 2011 68

Hình 4.2: Giao diện Size For New Model 69

Hình 4.3: Giao diện thiết kế ART CAM 2011 70

Hình 4.4: Lệnh vẽ vector cơ bản 70

Hình 4.5: Shape Editor dựng hình 3D 71

1

LỜI MỞ ĐẦU

Cơ Điện Tử ra đời khá muộn nhưng được phát triển nhanh chóng ở các quốc gia trên thế giới, cơ điện tử đã trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn ở từng đất nước, cơ điện tử đã thúc thẩy nhanh quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đặc biệt là những nước đang phát triển như Việt Nam Cơ điện tử

là ngành có sự hội tụ và đúc kết của ba chuyên ngành cơ khí, điện tử, tin học máy tính mà sản phẩm cuối cùng là hệ thống tự động hóa góp phần giải phóng sức lao động chân tay của con người và nâng cao năng xuất, chất lượng sản phẩm

Sau một khoảng thời gian học tập và nghiên cứu ngành công nghệ kỹ thuật cơ điện tử, với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo và sự giúp đỡ của bạn bè đã

giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp “ Ứng dụng công nghệ in 3D vào chế tạo

máy CNC mini dùng trong điêu khắc gỗ “ Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy

TS.Nguyễn Thiên Chương người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án này

Đồ án đã hoàn chỉnh nhưng không tránh khỏi những thiếu xót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô để đồ án được hoàn chỉnh hơn và có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế

Em xin gửi đến toàn thể quý thầy cô trong bộ môn cơ điện tử, lời cảm ơn với sự trân trọng và lòng biết ơn sâu sắc đã hết lòng chỉ bảo và trang bị kiến thức quý báu làm cơ sở để em hoàn thành đồ án này và cũng tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn tất khóa học này

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Lê Hồng Phước

2

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Giới thiệu máy CNC

Máy CNC (computer numerical controlled) là những công cụ gia công tinh

tế có thể tạo ra những chi tiết phức tạp theo yêu cầu của công nghệ hiện đại Thuật ngữ CNC liên quan đến một nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính

để điều khiển các chuyển động và thực hiện quá trình gia công Thiết kế máy CNC hiện đại bắt nguồn từ tác phẩm của John T Parsons cuối những năm 1940

và đầu những năm 1950 Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính chương trình Để đặt thông tin này vào bộ nhớ, nhân viên lập trình tạo ra một loạt lệnh mà máy có thể hiểu được Chương trình có thể bao gồm các lệnh “mã hóa”, như “M03” – hướng dẫn bộ điều khiển chuyển trục chính tới một vị trí mới hay “G99” – hướng dẫn bộ điều khiển đọc một đầu vào phụ từ một quá trình nào đó trong máy Các lệnh mã hóa là phương thức phổ biến nhất để lập trình một công cụ máy CNC Tuy nhiên, sự tiến bộ trong máy tính đã cho phép các nhà sản xuất công cụ máy tạo ra “lập trình hội thoại” Trong lập trình hội thoại, lệnh “M03” được nhập đơn giản như “MOVE” và “G99” là “READ” Kiểu lập trình này cho phép đào tạo nhanh hơn và nhân viên lập trình không phải nhớ nhiều ý nghĩa của mật mã Tuy nhiên, cần phải lưu ý rằng hầu hết các máy sử dụng lập trình hội thoại vẫn đọc các chương trình mã hóa, do đó ngành công nghiệp vẫn đặt nhiều niềm tin vào dạng lập trình này Bộ điều khiển cũng giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy

1.1.2 Giới thiệu công nghệ in 3D

1984 Charles Hull phát triển công nghệ có thể tạo ra được một vật thể hữa

hình vật lý 3D từ các dữ liệu số 1986 Charles Hull đặt tên cho công nghệ của

mình là Stereolithography và đăng ký bản quyền phát minh của mình

Charles Hull thành lập công ty 3D System và phát triển máy in 3D thương mại

đầu tiên được gọi là Stereolithography Apparatus (SLA) Cùng năm này các phát minh về LOM, SLS, DTM, EOS cũng được đăng ký bản quyền

1987 3D System phát triển dòng sản phẩm SLA-250, đây là phiên bản máy in

3D đầu tiên được giới thiệu ra công chúng

Năm 1988 Scott Crump phát minh ra công nghệ Fused Depositton Modeling (FDM) 1989 Scott Crump thành lập Stratasys

1991 Helisys bán chiếc máy đầu tiên dùng công nghệ Laminated Object Manufacturing (LOM)

3

1993 Công ty Solidscape được thành lập để chế tạo ra dòng máy in 3D dựa trên

công nghệ in phun , máy có thể tạo ra những sản phẩm nhỏ với chất lượng bề mặt rất cao Năm 1993 Viện Công nghệ Massachusetts Institute of Technology (MIT) đăng ký phát minh “3 Dimensional Printing techniques (3DP)” Công nghệ này giống với công nghệ máy in phun 2d bình thường Đây cũng là khởi điểm của cụm từ ”In 3D”

Năm 2006 Dự án máy in 3D mã nguồn mở được khởi động – Reprap – mục đích

có thể tạo ra những máy in 3D có thể sao chép chính bản thân nó Bạn có thể điều chỉnh hay sửa đổi nó tùy ý nhưng phải tuân theo điều luật GNU General

Public Licence Năm 2008 – Phiên bản đầu tiên của Reprap được phát hành Nó

có thể sản xuất được 50 % các bộ phận của chính mình

1.1.3 Công nghệ gia công điêu khắc gỗ bằng máy CNC

Ngành điêu khắc gỗ đã ra đời từ rất lâu, ban đầu điêu khắc gỗ thủ công bằng tay phải trải qua nhiều công đoạn rất lâu mới hoàn thành được một tác phẩm điêu khắc nhưng mức độ chính xác thấp và có thể bị hư hỏng trong quá trình gia công bằng tay

Với việc gia công điêu khắc gỗ bằng công nghệ CNC thì mọi việc đã dễ dàng hơn, gia công nhanh hơn, độ chính xác cao hơn so với phương pháp điêu khắc thủ công

Với sự phát triển của công nghệ phần mềm chuyên dụng hổ trợ trong việc thiết

kế các khuôn mẫu như ART CAM thì việc thiết kế các mẫu điêu khắc phức tạp cũng trở nên đơn giản

1.2 Mục tiêu đề tài

Vận dụng kiến thức đã học và các tài liệu tham khảo vào ứng dụng máy in 3D chế tạo máy CNC mini dùng trong điêu khắc gỗ

4

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được nghiên cứu theo phương pháp thực nghiệm, phù hợp với yêu cầu thực tế đặt ra Sản phẩm phải được thiết kế đảm bảo dễ dàng vận hành, sửa chữa và lắp ráp Theo đó em tiến hành nghiên cứu các nội dung sau

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy CNC, các chương trình điều khiển máy

và phần mềm xử lý dữ liệu đầu vào cho máy

- Tìm hiểu các mạch điều khiển máy CNC và phần đệm tương ứng, cách điều chỉnh phần đệm để tương thích với máy

- Tìm hiểu một số kiểu dáng máy CNC trong nước và trên thế giới

- Nghiên cứu về các hệ truyền động đai và truyền động bánh răng, phương pháp chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của máy

- Phương pháp tạo mẫu bằng công nghệ In 3D, tìm hiểu ưu và nhược điểm của các sản phẩm In 3D

2.2 Yêu cầu hệ thống

2.2.1 Yêu cầu phần cứng

Phần cứng là phần cốt của máy, để máy hoạt động chính xác thì phần cứng phải rất chính xác, độ rơ của máy nằm ở mức nhỏ nhất cá thể và tuân thủ các yêu cầu về độ bền, tính an toàn và tính thẩm mĩ

- Đảm bảo vững chắc, không rung, lắc trong quá trình máy hoạt động, các cơ cấu truyền động hoạt động êm không gây tiếng ồn

- Đảm bảo an toàn không gây tai nan cho người sử dụng

- Tháo lắp dễ dàng, thuận lợi cho việc sửa chữa và bảo trì máy

- Nhỏ gọn, không quá nhiều chi tiết phụ, đảm bảo kết cấu thẩm mĩ và thích hợp cho việc sử dụng trong phòng thực hành

- Mạch điều khiển hoạt động ổn định, đảm bảo luôn hoạt động ở mức độ vừa phải, không vượt quá công suất tối đa của mạch

- Các kết nối dây điện phải đảm bảo chắc chẵn và được bọc cẩn thận tránh trường hợp bị ảnh hưởng do tác động của môi trường

- Nguồn điện cần được kết nối chính xác và an toàn, không gây chập mạch trong quá trình sử dụng

2.2.2 Yêu cầu phần mềm

Phần mềm là phần đưa ra các điều hướng để máy hoạt động, trực tiếp điều khiển máy thông qua các mạch điện tử và động cơ Để máy hoạt động chính xác yêu cầu phần mềm phải đảm bảo chính xác về các thông số điều khiển, giao diện

dễ sử dụng, đẹp mắt và thuận tiện trong việc cài đặt và thiết lập các thông số, tương thích với phần lớn các hệ điều hành phổ biến ở Việt Nam

Hình 2.1: Lắp ráp trục Y trên phần mềm Hình 2.2: Bàn phay

Hình 2.3: Lắp ráp hoàn chỉnh trục Y

6

2.3.1.2 Phương án thiết kế trục X

Để gia công chính xác đòi hỏi máy phải có độ chính xác cao và mức độ rung, lắc rất nhỏ, dựa vào những yêu cầu đó em quyết định thiết kế trục X gồm 2 thanh trượt và một thanh ren truyền động được bố trí theo dạng khối trụ tam giác

Phần trục X gồm 4 ở trượt LM8U và 1 ốc nối ty ren M8 được gắn vào chi tiết khối tam giác giúp cho trục X vững chắc và di chuyển chính xác hơn Phần cơ cấu truyền động của trục X tương tự như trục Y sử dụng truyền động bánh răng

có tỉ số truyền 1:1 Chuyển động quay của động cơ được truyền cho Ty ren chuyển động này tác động lên ốc nối ty ren được chuyển thành chuyển động tịnh tiến theo hướng song song với ty ren

Hình 2.4: Lắp ráp trục X trên phần khung đỡ của trục Y

7

2.3.1.3 Thiết kế trục Z

Trục Z là phần kết nối trực tiếp với máy phay chịu ảnh hưởng rung lắc rất mạnh của máy phay nên cần được thiết kế có khả năng chịu lực tốt và triệt tiêu được rung lắc của máy phay, giúp đầu dao di chuyển chính xác Về kết cấu phần trục Z cũng được thiết kế gồm 2 thanh trượt và 1 ty ren và bố trí theo kết cấu khối tam giác tương tự như trục X Cơ cấu truyền động bánh răng với tỉ số truyền 15:8

- Với thiết kế này động cơ và thanh ren sẽ di chuyển còn ốc nối ty ren sẽ được giữ cố định ở chi tiết tam giác gắn giữa trục X và trục Z

Hình 2.5: Hình ảnh trục Z trên phần mềm

8

2.3.1.6 Chế tạo thử nghiệm

- Lắp ráp trục Y

Hình 2.6: Lắp ráp trục Y

9

- Lắp ráp trục X

Hình 2.7: Lắp ráp trục X

10

- Lắp ráp trục Z và nối dây

Hình:2.8: Lắp ráp trục Z và nối dây

11

2.3.1.7 Nhận xét

Sau khi Chế tạo và chạy thử nghiệm theo phương án 1 đưa ra khi chạy thử phần trục X và trục Y hoạt động tương đối tốt và đạt yêu cầu đề ra Tuy nhiên phần trục Z khi di chuyển xuống gặp phôi khả năng ăn xuống phôi kém do kết cấu truyền động của thanh ren chưa tốt, khi mũi khoan gặp bề mặt phôi do lực cản của bề mặt phôi nên ty ren bị trượt ra khỏi ổ bi và chuyển động xuống một cách độc lập mà không mang theo đầu mũi khoan đi xuống

a Trạng thái bình thường

b Chuyển động xuống khi không gặp phôi C Khi gặp phôi

Hình 2.9: Phân tích chuyển động trục Z trên phần mềm

12

Đồ gá kẹp phôi trên trục Y nhỏ và sử dụng vít vặn cho việc tháo lắp nên gặp khó khăn trong việc tháo lắp phôi

13

2.3.2 Phương án 2

Vẫn giữ nguyên thiết kế trục X, Y, thiết kế lại gá phôi bàn phay, thiết kế trục Z theo kết cấu như trục X và Y Động cơ sẽ được lắp cố định còn ốc nối ty ren sẽ chuyển động để đưa máy phay chuyển động lên xuống

a Gá gắn động cơ b Chi tiết tam giac gắn kết XYZ

d Gá gắn máy phay dưới c Gá gắn máy phay trên

Hình 2.10: Các chi tiết trục Z thiết kế mới

2.3.3 Kết luận

Sau khi chế tạo và chạy thử nghiệm ở hai phương án trên em quyết định chọn phương án hai làm sản phẩm cuối cùng vì có nhiều ưu điểm hơn

ra khi thiết kế cần căn cứ vào khả năng chịu lực của chi tiết, đặc điểm của các dạng kết cấu cơ khí

Hình 2.15: Kích thước động cơ bước nema17

H2.16 Ổ trượt LM8U

Đường kính ngoài: 15mm

16

2.4.2 Thiết kế

2.4.2.1 Thiết kế trục X

Hình 2.18: Chi tiết tam giác Hình 2.19: Bánh răng moto X

Hình 2.20: Bánh răng ti ren Hình 2.21: Chốt giữ ti trơn

18 Hình 2.28: Đế

19

Hình 2.29: Bàn phay

Hình 2.30: Ổ gắn bàn phay Hình 2.31: Con chạy gắn ốc nối ty ren

Hình 2.32 Khung bên trái Hình 2.33: Khung bên Phải

20

2.4.2.3 Thiết kế trục Z

Hình 2.34: Bánh răng moto Z Hình 2.35: Bánh răng trục Z

Hình 2.36: Gá đỡ moto Z Hình 2.37: Ổ gắn máy phay

Hình 2.38: Ổ gắn máy phay trên

22

2.4.3 Chế tạo phần cơ khí

Các chi tiết cơ khí được chế tạo bằng công nghệ in 3D, nguyên liệu sử dụng là nhựa in 3D PLA Sau khi thiết kế các chi tiết 3D trên phần mềm solid works và lưu với định dạng STL, file được đưa vào phần mềm Repetier – Host

để cắt lớp và tiến hành in

Hình 2.42: Trước khi cắt lớp Hình 2.43: Sau khi cắt lớp

Hình 2.44: Quá trình in

23 Hình 2.45: Một số chi tiết sau khi in

24

2.5 Thiết kế, chế tạo phần điều khiển

2.5.1 Cơ sơ lý thuyết

2.5.1.1 Mạch điều khiển chính

Mạch điều khiển chính sử dụng là mạch Arduino uno với mã nguồn điều khiển máy CNC GRBL, một thư viện mã nguồn mở

Một vài thông số của arduino uno do trang banlinhkien.vn cung cấp

Bảng 2.1: Bảng thông số của Arduino uno Hình 2.46: Arduino uno

25

2.5.1.2 Mạch công suất

Mạch công suất sử dụng Driver A4988 điều khiển động cơ bước dòng tối

đa 2A Có các cấp điều khiển full bước, nửa bước, 1/4, 1/8 và 1/16 bước Một vài thông số kỹ thuật theo: http://www.kht.com.vn cung cấp

- Điện áp hoạt động 3,3v - 5v

- Điện áp điều khiển (VMOT) 8v - 35v

- 5 chế độ điều khiển động cơ bước: full, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16

Một vài thông số của động cơ bước Nema17 thao taotac.com

Bảng 2.2: Thiết lập chế độ điều khiển

Bảng 2.3: Thông số Nema17

26

2.5.1.4 Mạch trung gian

Để đơn giản trong việc kết nối giữa Arduino và các driver, em sử dụng mạch CNC Shield tương thích với Arduino Uno Trên mạch có 4 khay cắm driver A4988 để điều khiển động cơ, có rắc cắm chọn chế độ điều khiển

2.5.2 Thiết kế

2.5.2.1 Mạch điều khiển

Vì tất cả các mạch cần để chế tạo máy đều có trên thị trường nên em quyết định đặt mua để giảm thời gian thiết kế và lắp ráp mạch

2.5.2.2 Chương trình điều khiển trên arduino

Arduino hỗ trợ thư viện mã nguồn mở và được cộng đồng arduino phát triển rất mạnh trên toàn thế giới Liên quan đến điều khiển máy CNC bằng Arduino có GRBL là dự án mã nguồn mở và hoàn toàn miễn phí, tương thích với Arduino Uno và mạch trung gian CNC shield Đường dẫn để tải về dự án GRBL

https://github.com/grbl/grbl/tree/master/grbl

Sau khi tải về sao chép vào thư viện của arduino ide để mở và nạp cho arduino, dùng universal Gcode sender để thiết lập các thông số cho grbl Đường dẫn tải arduino ide và universal gcode sender

27

Sau khi mở thư viện grbl, kết nối arduino với máy tính vào tool chọn boar là Arduino uno, trong Port chọn cổng com tương ứng với arduino, sau đó bấm vào upload để nạp chương trình cho arduino

Hình 2.48: Mở thư viện grbl

28

Sau khi nạp chương trình cho arduino mở universal gcode sender để thiết lập các thông số cho máy cnc

Hình 2.49: Nạp chương grbl cho arduino

Hình 2.50: Giao diện Universal gcode sender