Nghiên cứu thiết kế và ứng dụng máy CNC trong điêu khắc gỗ 3D (Đồ án tốt nghiệp)

Nghiên cứu thiết kế và ứng dụng máy CNC trong điêu khắc gỗ 3DNghiên cứu thiết kế và ứng dụng máy CNC trong điêu khắc gỗ 3DNghiên cứu thiết kế và ứng dụng máy CNC trong điêu khắc gỗ 3DNghiên cứu thiết kế và ứng dụng máy CNC trong điêu khắc gỗ 3DNghiên cứu thiết kế và ứng dụng máy CNC trong điêu khắc gỗ 3DNghiên cứu thiết kế và ứng dụng máy CNC trong điêu khắc gỗ 3DNghiên cứu thiết kế và ứng dụng máy CNC trong điêu khắc gỗ 3DNghiên cứu thiết kế và ứng dụng máy CNC trong điêu khắc gỗ 3DNghiên cứu thiết kế và ứng dụng máy CNC trong điêu khắc gỗ 3DNghiên cứu thiết kế và ứng dụng máy CNC trong điêu khắc gỗ 3DNghiên cứu thiết kế và ứng dụng máy CNC trong điêu khắc gỗ 3D

C ng hoà xã h i ch t Nam

c l p T Do H nh Phúc -o0o -

I H C DÂN L P H I PHÒNG

Sinh viên : Nguy t MSV : 1312102014

L p : - n T ng Công Nghi p

tài : Nghiên c u thi t kê và ng d

kh c g 3D

HI M V TÀI

1 N i dung và các yêu c u c n gi i quy t trong nhi m v tài t t nghi p (

v lý lu n, th c ti n, các s li u c n tính toán và các b n v )

2 Các s li u c n thi thi t k , tính toán

m th c t p t t nghi p :

m vCán b ng d

T.S Nguy n Tr ng Th ng

H

N H U NGH

H I CH M PH N BI N

TÀI T T NGHI P

tài t t nghi p v các m t thu th p và phân tích s

thuy t minh và b n v , giá tr lý lu n và th c ti tài

m c a cán b ch m ph n bi n

m ghi b ng s và ch )

i ch m ph n bi n

(Ký và ghi rõ h tên)

M C L C

1 2

21.1

31.2

31.3

41.4

51.5

111.6

111.6.1

1.6.2

D 231.6.3

281.7

281.7.1

281.7.2

331.7.3

341.7.4

351.7.5

1.8

39

391.8.1

401.8.2

463.1 46

3.1.1 46

3.1.2 46

3.1.3 46

3.1.4 47

3.1.5 48

3.1.6 48

3.1.7 49

3.1.8 49

3.1.9 49

3.1.10 50

3.2 51

3.2.1 51

3.2.2 53

3.2.3 55

3.3 55

57

4.1 - 57

4.2 GÁ PHÔI GIA CÔNG LÊN MÁY 58

4.3 60

4.4 61

64

65

có th hoàn thành t án t t nghi p này K t qu là nh ng s n ph t

c trong ngày hôm nay tuy không l qu c

- S xu t hi n c a công ngh này là m t cu c cách m ng trong s n

xu t công nghi p, nh t là ngành kim lo i S chuy ng k t h p gi a ba chi u x-y-z c a máy CNC giúp th c hi n các công vi c gia công tr nên ddàng, nhanh chóng và chu ng th y, làm gi m thi u r t nhi u công s c c i

- Vi c ng d nên r ng rãi sau m t th i gian ng n, ch

y n máy, ngành may m c, ngành qu ng cáo, ngành

n t , ngành m ngh t li u s d gia công là: s t, inox,

ng, nhôm, mica, g , MDF

- M ng bao g m các thành ph n sau:

Khung máy và k t c u chuy ng

ng n truy n chuy ng di chuy n các trkhoan

NGUYEN LÝ HO T D NG.

1.2

- Nguyên lý ho n c a CNC là th c hi n gia công các chi

ti t, c m chi ti t c a các máy ho c c c theo b n v c thi t k

n sang d li u s nh p vào máy tính

thì chính bàn máy mang phôi th c hi n chuy ng t o hình, còn d ng c

ch th c hi n chuy ng c t g t Vì v y khi s d u khi n theo

c n ph i luôn luôn t o nên m tránh nh ng

nh m l c có th gây ra nguy hi m cho máy, d ng c i

tr c OZ, còn chi c khi dao ti n ra xa chi ti t Ví

d v i máy ti ng thì tr c hình c a nó n m ngang và trùng v i

a h t , chi ng ra kh i tr c chính

ng v ng c ng

ng ra xa b m t chi ti t gia

i v i máy phay th ng, tr ng lên trên, còn tr c X và tr nh theo quy t c bàn tay ph i, tuy nhiên trong th c t các nhà ch t o máy l n tr c X là tr c

mà có chuy ng bàn máy i v i các chuy ng quay xung quanh các tr nh b a ch A, B, C s

ng thu n chi ng hkhi nhìn theo chi a các tr ng (khi nhìn vào g c c a h

tr c to t phía các tr c thì chi u quay c c chi ng

h ) Ngoài ra, còn m t s chuy ng ph song song v i các tr ng

- Phân chia theo h th ng có th phân ra các lo i:

u khi m t i m.VD: máy khoan,khoét, máy hàn t,

u khi n thtrong quá trình th c hi n d ch chuy n theo các tr c

T c t cao nh có c u tr n ch c c a máy nh ng v t

li u c t hi i nhu kim lo i c ng hay g m oxit có th s d ng t

Th i gian gia công ng

Máy CNC có tính linh ho t cao trong vi c l p trình, ti t ki m th i gian quan ch c tính kinh t cao trong vi c gia công hang lo i các s n ph m nh

Ít ph i d ng máy vì k thu ng máy nh

K t c u và các thông s c a máy:

K t c u bàn máy: Khung thép, m c, vòi

c phun tr c ti gia công s t, t u khi n li n khung ti t ki m di n tích, thông s c li t kê b ng 1.1

Ph n m m: Artcut Wentai 2002, Wentai V8,

ArtCAM, Jdpaint, Aspire 3.0

Ngu n Cung c n: 220/50/60Hz AC (1 pha)

Công su c chính: (spindle): 3.2Kw

- Trên hình 1.6 là máy CNC

1325-Hình 1.6: Máy CNC 1325-ST 45

B ng 1.3: Thông s a máy CNC 1325-ST 45Khung máy và chi ti t máy H

t các tr c XYZ t vuông Taiwan

Tr c Z Vít me bi 25T10 TaiwanCông su c chính 3200W

Ch t li u gia công Kim lo i, phi kim, g

T /vi sai 24000mm/min 0,02mm

c bàn kh c 1450x3000

Kh kh c hi u d ng (XYZ) 160x1300x2500(mm)

(L*W*H) 3100x1900x1500(mm)

- Trên hình 1.8 là c G u, máy do Trung Qu c

ch t o, i máy dùng cho gia công các v t li u g dùng trong các xí nghi p ch t m c Thông s a máy cho b ng 1.5

Hình 1.8: c G , 4D u

M r ng kh c LT25S3 - 6A sáu u máy kh c 4 chi u (b n tr c liên k t b n máy kh c chi u )

c

6 tr c chính 2200W0.01mm

Naikai Ncstudio V10 b n tr c h th ng

u khi n liên k tchính 0 - 24000rpm

B ng 1.6: Các thông s chính c a máy CNC-STEP

trình XYZ

0,003 mm 0,003 mm 0,003 mm

chính xác +- 0,01 +- 0,01 +- 0,01nghiêng sau +- 0,03 +- 0,03 +- 0,03 Truy ng tr c

-1.6.1.3 C m tr c chính

- p d ng c , chuy ng quay c a tr c chính s sinh ra l c

c c t g t phôi trong quá trình gia công

Hình 2.2 ng-

Trong máy công c u khi n s ng s d ng hai d ng

bi t, b i v ng h c ch còn 2 lo n sau:

Hình 2.4 n máy

1.6.2.4 Thi t k truy n chuy ng và gá l c X.

- Truy n chuy ng: truy n chuy ng, và chuy ng quay

c ng t nh ti n c a tr c X, ta s d u tr c vit

c Trên hình 2.6 th hi n u này

Hình 2.6: Truy ng d ng tr c-

2.7 và hình 2.8

Hình 2.7: B n v m t c nh tr máy

Hình 2.8: B n v m t tr c di n tr máy

- Trên hình v th hi n chuy u vitme

c b trí gi a, còn 2 thanh d ng b trí 2 bên, toàn b k t c u

1.6.2.5 Thi t k truy n chuy ng và gá l ng cho tr c Y.

Hình 2.12: nh thi t k 3D tr c Y

1.6.2.6 Thi t k truy n chuy ng và gá l c Z

- B n v thi t k gia công m t c nh và m t tr c di n c a tr c

th hi n n chuy ng tr t trên cùng Toàn b u chuy ng c a tr u c g n lên

tr c chuy ng Y, toàn b c th hi n 3D hình 2.14

Hình 2.13: B n v truy n chuy ng c a tr c Z

Hình 2.14: u chuy ng c a tr c Z g n trên tr c Y

1.6.2.7 B n v t ng th

- Trên hình 2.15 và 2.16 là b n v t ng th h th ng

Hình 2.13: B n v truy n chuy ng c a tr c Z

Hình 2.16: B n v m t tr c di n

- nh thi t k 3D c a k t c c th hi n các hình 2.17,

2.18 và 2.19

Hình 2.17: nh 3D m t ph i

cao là gia công v i v n t c c n

t c c t khi gia công truy n th ng t n 10 l V sau này có thêm m t s

cách hi u khác v gia công v i t tr c chính cao (high spindle speed maching), gia công v c ti n l n (high feed machining), gia công

t cao (high productive machining) Tuy nhiên, các cách hi u này ch

i vì m t t c a tr i v i

lo i v t li u này có th b xem là ch m v i m t lo i v t li u khác ho c xem là nhanh ngày hôm nay s b ng n u t c c

- Ngày nay, khái ni c nh n khi nói v HSM là :công t d ng t tr c chính cao và

c ti n l n v ng d ch dao ngang nh và chi u sâu c t nh

- m và ng d ng c a gia công t cao so v i gia công truy n

- Nh nh c ng d ng ngày càng ph

bi n trong h u h

- Máy c t HSM ph c nh ng yêu c n sau:

Tr c chính có công su t l n và s vòng quay cao: > 20.000 v/ph

Có tùy ch n làm mát xuyên qua tr c chính

- V hình h c, d ng c c t H c thi t k gia công v i chi u sâu c t nh Hình d ng và s i c t có th c l a ch n tùy

u ki n gia công (c t v t li u nào, thô hay tinh, phay ph ng hay hay

i c t ph i chí

b m tính cân b ng, h n ch ng trong quá trình c t M t s lo i còn

c thi t k l th i khí ho c dung d ch làm ngu i

t o d ng c c t cho HSM S k t h p gi a v t li u n n và l p ph

i r t nhi u lo i d ng c c t v i nh ng t u

c t g t Các h p ch c dùng làm l p ph là TiC (ch ng mài mòn), TiN (ch i c t), TiAlN (ch u nhi t cao, cách nhi t t

c s d ng là l ng v t ch tDeposition PVD) v i chi u dày l p ph 2 5 µm và l ng hóa h c (Chemical Vapor Deposition CVD) v i chi u dày l p ph 5 10 µm

1.6.3.3 u gá d ng c c t

- u gá d ng c c t có nhi m v gi ch t d ng c c t và truy n momen xo n cho nó trong quá trình c t g t Y u t quan tr ng nh t nh

u ki n làm vi c c u gá là s cân b ng và nó càng quan

tr HSM vì khi quay t cao (trên 8000 rpm), s

ng s ng x n ch ng b m t gia công và gây h i cho

Ti p xúc v i tr c chính theo c b m t côn và m t vai nên c ng v ng

i CAT & BT ch ti p xúc b ng m t côn

Có k t c u r ng ôm l y tr c chính nên l c ly tâm sinh ra trong lúc

tr c chính quay s càng gi ch t tr c chính trong thân c a nó và h n ch tác

- M m khác bi t n a so v i gia công truy n th ng là gia công

ng không c i ngu i Trong gia công truy n th ng, t c t

c a phôi d n vi c c n l c c t l tách phoi Nhi ng l

l c truy n vào phôi và quá trình này c ti p di n và ph i dùng dung d ch

i ngu h nhi y phoi ra kh i vùng c t Tuy nhiên, trong gia công HSM, ph n l n nhi t s c truy c n dùng khí nén th i phoi ra kh i vùng c tránh hi ng phoi bám trên d ng c c t

và b c t l i m t l n n a

- D trên, ta l a ch t v i t cao, công su th a so v i l c c m b o tính c ng c

c l a ch -80-1.5 c a ChangSheng v i công su n áp 220V, 3 vòng bi Các thông s c

sau:

- Nhi m v chính c a các h truy ng ch y dao là chuy i các

l nh trong b u khi n thành các chuy ng t nh ti n hay quay tròn c a

nh ng bàn máy mang dao ho c chi ti t gia công trên máy công c

- Truy ng ch y dao ph m b o d ch chuy n c a d ng c c t theo qu m b o các y u t : biên d ng c t, biên d ng c a d ng

c c t và các yêu c u chi ti t gia công khác ph có các

Ph u ch nh s vòng quay l n

Ph i gi i quy c c phân gi c nh nh t

- Trong các h th ng truy ng trên thì lo c s d ng nhi u nh c có nhi m n i b

u khi n thu n l i chính xác v trí theo nh c và m ch khi n

Vì v y, nhóm tác gi ch c cho các chuy y dao theo các tr c t 3 chi u XYZ Ti p theo, ta s ti n hành ch c cho truy ng c a 3 tr c

1.7.2.1 Tính toán t s truy n và ch

- T s truy n c ng ba yêu c u sau:

phân gi i v góc và t quay Tr ng h c bi u khi phân gi i v góc c c c nh là ho c

i v u khi n c c và n c ( c cho theo catalog, ví d = 1,80 phân gi i c u khi n yêu c u cao

u, ch ng h n 0,060 ng v c trong m t vòng quay)

G i t s truy phân gi i c ng là , ta ph i ch n sao cho:

ng h p t i quay trong m t ph ng th ng (tr c quay

n m ngang) mà m tr ng l c không phân b u i x ng qua tâm (có

ng l c c a t i tâm tr i) thì ph i l y momen t i (MC) giá tr c tính toán

N u tr c quay th ng, c n c g ng cân b ng t i m i phía theo

cân b ng thì momen t u, tr khi

kh ng ph i thêm momen do ma sát ngh sinh ra

Trong m ng h p quan h u ph i th a mãn:

Mmax < Z.M0 (2.4)

maxlà giá tr l n nh t c a momen t i;

M0là giá tr momen c ng v i t quay l n nh ng

n ph t trong h truy ng

- u ki n v quán tính quay

Quán tính quay không ph thu c vào tr c quay trong không gian (th ng, n m ngang hay nghiêng bao nhiêu ) mà ch phthu c vào kh ng và s phân b m kh ng so v i tr c quay.

Quán tính quay c c gtính quay c a t i nhìn chung ph i tính theo công th c (2.4), n u không d a vào kinh nghi m và th nghi m

M i quan h v quán tính quay c n th u ki n:

Thay Zmin ch n Z, n u Zmin th a mãn (2.5) thì l y Z0 =

Zmin, n u không bu c ph i l y Z0> Zminth a mãn (2.5)

d tr th t cao và ch u khi n th t chính

ch c ch n r ng trung thành các l u khi n

- 17SHD60600 c có momen l c l n V i chi u dài 60

mm và l c kéo cam k n 600 mN.m (trên th c t có th n 700 mN.m)

-17: NEMA 17SH: Hybrid Stepper Motor

60: chi600: l

u khi n máy CNC

1.7.3.1 Thi t k , l a ch n m u khi n trung tâm

- M u khi n trung tâm có ch n l nh t

u khi n toàn b ho ng c a h th ng, do v y m ch ph i có kh

giao ti p v i máy tính thông qua c ng USB [7], th c hi u khi ng

ti n lùi t ng tr c c a máy CNC, u khiqua bi n t n.

- Ph n t u khi n trung tâm h th u khi n PIC 18F4550

B trí các chân c th c

Hình 2.24 kh i ch

- C u hình PIC 18F4550 g m có:

5 port xu t/ nh p

Có 13 kênh chuy n i A/D

Có port giao ti p song song

chính xác gia công 1.7.4

c l a ch n là lo i góc d ch chuy n 1

c là 1.80 quay h t m t vòng thì s u khi ng

c (v i ch c c) Trong th c t u

khi ch n c, nên m i l n c p xung d ch chuy ng

- V b o v quá t i: ta s d ng aptomat Aptomat là khí c n dùng

t m n (Circuit Breaker), có công d ng b o v quá t i, ng n

m n b c n áp th p dùng b o v m n áp

s t quá th p hay khi m n áp

- Tính toán ch c khi ch n CB chúng ta ph i tính toán dòng

tín hi u v m u khi n trung tâm M u khi n trung tâm s ukhi n không cho phép chuy ng các tr t qua các gi i h n này.

- Ch n c m bi n ti m c n mã s PRD Series, có hình d

2.33

: C m bi n ti m c n b o v n hành trình các tr c-

- NGHIÊN C U, NG D NG PH N M NG YÊU C U 1.8

C G 3D Yêu c u và l a ch n công ngh c a ph n m m

1.8.1

- Ph n m m ph m b c s n ph m t các t p tin mã tiêu chu n G (ví d ng gia

- Ngoài ra ph n m m còn ph i nh c các File (t p) d ng:

Toolpath from DXF files

Toolpath from PLT/HPGL files

Timport toolpath from image files

Toolpath from NC-Drill (Excellon) files

Toolpath from Gerber (RS-274X) files

- Ph n m m có kh u khi c t -tr u khi n

t tr c chính, ki m soát chuy u khi u khi n phun

- T t c các tính n a ph n m c h tr tùy ch nh tcác phím t t bàn phím

Ph n m m h tr m d ng) ti p t c ch c khi t m d ng;

Ph n m m có nh n bi c c m bi nh gi i h n c a hành trình

Ph n m m ph i h tr giao ti p v i m u khi n thông qua c ng máy tính thông d ng và ph bi n nh t hi n nay là c ng USB

Ph n m u khi c các tr

c ng th i ph u khi ng quay c ng c

- Công ngh ch t c nghiên c u m nh m trên th gi i

Vì v y r t thu n l i cho vi c l a ch n các ph n m u khi n M t vài

ph n m u khi n hình có trên th ng hi n nay là ph n m m Mach3 c a hãng ArtSoft và ph n m m USB Controller c a hãng PLANET

tr i là d c u hình, d u khi n, v n hành và ki c các tín hi u vào

Vì v y nhóm tác gi l a ch n ph n m u khi n cho h th ng CNC c a mình

u khi n thông qua giao di n ph n m a ch n

1.8.2

- Giao di n chính c a ph n m u khi c hi n th hình 2.35

n th (Program visualization/preview).

B ng mã G (G-Code panel)

B ng s li u nh p b ng tay (Manual data input (MDI) panel)

Danh m c và công c (Menus and toolbars)

Thanh tiêu chu n (Status bar)

Các ch t t t (Function shortcuts )

- nghiên c u chi ti t t ng vùng ch

1.8.2.1 Panen v trí (Position panel)

- B ng v trí (Position panel) hi n th tr ng thái l ch (active offsets) vtrí và t c a máy Trên b ng này ta có th d d di chuy n b máy v v trí mong mu n Trên b

t t , các ô d ng check box (h p ki m tra) Các ch khi ch n

- Offset:

+ W- l ch làm vi c)

+ T - Tool offset (Công c l ch)

+ M - Matrix transformationa (Ma tr n chuy i)

: Position panel

- V trí máy (Machine position:)

Hi n th v trí hi n t i c a máy N l c tích thì các giá tr c a nó s c hi n th i s d ng có th nh p giá tr m i, giá

tr này có th s d ng làm giá tr kh i t o c a v u M i ô t u

có nút nh t giá tr kh i t o c a v u là không Giá

tr kh i t o này s i tr c ti p giá tr t tuy i c a t v

trí N u t tuy i t ng và ch nh s a theo c m bi n b trí thì

nó có th su t hi n s sai khác

- Hi n th t (Speed display):

- Hi n th t hi n t i c a máy theo phút

Nút Jog: Click và gi n (phía ngoài) s u khi n các

tr c chuy ng liên t g n gi a) s u khi n các

1.8.2.2 B ng tr ng thía (State panel)

- State panel hi n th lo t thông tin

n thông s ho ng và thi t l p Các thông tin tham chi n

tr ng thái hi n t i c a máy và tr ng thái c mô ph ng

- Các thông tin trong b ng g m:

): Minimet ho c inch Plane (tr c): XY, YZ or ZX

Mode (ch ): tuy i ho i (absolute or relative)

Speed (t ): T hi n t i

Feed (ph n h i): Giá tr t ph n h

Traverse: Giá tr t chuy ng

c làm mát): ch n ch b t ho c t t

Mist: on/off