Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ cnc 4 bậc tự do

Cụm từ máy CNC đã không còn xa lạ mà ngược lại đã trở nên thân thuộc đối với tất cả chúng ta Tuy nhiên không phải vì thế mà vai trò của máy CNC bị suy giảm mà ngày càng quan trọng nhất là trong lĩnh vực cơ khí – tự động nói chung và gia công gỗ mỹ nghệ nói riêng Để làm ra một sản phẩm nội thất hoàn chỉnh và thẩm mỹ ngoài đòi hỏi tay nghề của người thợ phải khéo léo thì cũng cần tới sự hỗ trợ của thiết bị hiện đại Máy phay gỗ là một trong những công cụ hỗ trợ tốt mà bất kì người làm nghề nào cũng muốn có Với nhu cầu đời sống tinh thần ngày càng cao như hiện nay thì những sản phẩm mỹ nghệ tạo ra yêu cầu mức độ thẩm mỹ cũng như độ tinh xảo ngày càng cao Nhờ sự hỗ trợ của máy CNC mà ngành mỹ nghệ đã có những bước tiến vượt bậc Năng suất ngày càng cao và chất lượng sản phẩm đồng đều hơn so với các phương pháp truyền thống Hiện nay nước ta đã chế tạo các máy CNC gỗ phục vụ sản xuất nhưng giá thành khá cao so với giá trị thật của máy Với lòng đam mê với chế tạo máy móc công nghệ tự động chúng em quyết định chọn đề tài THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY KHẮC GỖ CNC 4 BẬC TỰ DO cho Đồ án tốt nghiệp của mình Hy vọng với sự nhiệt huyết đang có cùng với sự giúp đỡ của các thầy bạn bè trong lớp … chúng em có thể chế tạo thành công máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do với giá thành rẻ hơn so với thị trường nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác cũng như tối ưu hóa được thiết kế mà thị trường đã và đang sản xuất Để đáp ứng được điều đó đồ án chúng em bao gồm các công đoạn chính như sau Giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu máy khắc gỗ CNC trong và ngoài nước Phân tích và lựa chọn phương án tối ưu Thiết kế sản phẩm trên phần mềm Solidwords Tính toán và thiết kế các bộ phận của máy Thiết kế kết nối bộ phận điều khiển với các bộ phận cơ khí Tiến hành chế tạo gia công và đánh giá chất lượng máy

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Tên đề tài: thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ cnc 4 bậc tự do

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Thôi Số thẻ SV: 101150186 Lớp: 15CDT1

Lê Nhất Cảnh Số thẻ SV: 101150157 Lớp: 15CDT1 Cụm từ máy CNC đã không còn xa lạ mà ngược lại đã trở nên thân thuộc đối với tất cả chúng ta Tuy nhiên không phải vì thế mà vai trò của máy CNC bị suy giảm mà ngày càng quan trọng nhất là trong lĩnh vực cơ khí – tự động nói chung và gia công gỗ

mỹ nghệ nói riêng

Để làm ra một sản phẩm nội thất hoàn chỉnh và thẩm mỹ, ngoài đòi hỏi tay nghề của người thợ phải khéo léo thì cũng cần tới sự hỗ trợ của thiết bị hiện đại Máy phay

gỗ là một trong những công cụ hỗ trợ tốt mà bất kì người làm nghề nào cũng muốn có

Với nhu cầu đời sống tinh thần ngày càng cao như hiện nay thì những sản phẩm

mỹ nghệ tạo ra yêu cầu mức độ thẩm mỹ cũng như độ tinh xảo ngày càng cao Nhờ sự

hỗ trợ của máy CNC mà ngành mỹ nghệ đã có những bước tiến vượt bậc Năng suất ngày càng cao và chất lượng sản phẩm đồng đều hơn so với các phương pháp truyền thống Hiện nay nước ta đã chế tạo các máy CNC gỗ phục vụ sản xuất nhưng giá thành khá cao so với giá trị thật của máy Với lòng đam mê với chế tạo máy móc công nghệ

tự động, chúng em quyết định chọn đề tài “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY KHẮC

GỖ CNC 4 BẬC TỰ DO” cho Đồ án tốt nghiệp của mình Hy vọng với sự nhiệt huyết

đang có cùng với sự giúp đỡ của các thầy, bạn bè trong lớp,… chúng em có thể chế tạo thành công máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do với giá thành rẻ hơn so với thị trường nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác cũng như tối ưu hóa được thiết kế mà thị trường đã và đang sản xuất Để đáp ứng được điều đó đồ án chúng em bao gồm các công đoạn chính như sau: Giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu máy khắc gỗ CNC trong và ngoài nước; Phân tích và lựa chọn phương án tối ưu; Thiết kế sản phẩm trên phần mềm Solidwords; Tính toán và thiết kế các bộ phận của máy; Thiết kế kết nối bộ phận điều khiển với các bộ phận cơ khí; Tiến hành chế tạo, gia công và đánh giá chất lượng máy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TT Họ tên sinh viên Số thẻ SV Lớp Ngành

1 Nguyễn Đức Thôi 101150186 15CDT1 Kỹ thuật Cơ điện tử

2 Lê Nhất Cảnh 101150157 15CDT1 Kỹ thuật Cơ điện tử

1 Tên đề tài đồ án:

Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do

2 Đề tài thuộc diện: ☒ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

……… ……… …… ………

TT Họ tên sinh viên Nội dung

1 Nguyễn Đức Thôi - Xây dựng phần điều khiển

2 Lê Nhất Cảnh - Vẽ mô hình 3D và mô phỏng lực tác dụng

5 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

a Phần chung:

Họ tên sinh viên Nội dung

1 Nguyễn Đức Thôi Xây dựng 7 bản vẽ A0:

-1 Bản vẽ tổng thể máy CNC, kích thước A0 -3 Bản vẽ lắp, kích thước A0

-1 Bản vẽ sơ đồ nguyên lý và thuật toán, kích thước A0

2 Lê Nhất Cảnh

b Phần riêng:

TT Họ tên sinh viên Nội dung

1 Nguyễn Đức Thôi -1 Bản vẽ sơ đồ động, kích thước A0

2 Lê Nhất Cảnh -1 Bản vẽ chi tiết, kích thước A0

6 Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung:

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ Trước hết, chúng con xin cảm ơn ba, mẹ, anh, chị trong gia đình đã luôn chăm sóc, động viên và quan tâm đến việc học của chúng con trong suốt thời gian học tập đại học và hoàn thành đồ án

Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí, trường Đại học Bách Khoa –Đại học Đà Nẵng đã tham gia quá trình đào tạo trong suốt thời gian học đại học, truyền đạt cho chúng em nhiều kiến thức chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tế quý báu để chúng em có đủ kiến thức thực hiện đề tài này Chúng

em xin cảm ơn quý thầy cô trong Viện cơ khí và tự động hóa Trong quá trình thực hiện

đồ án, Viện Cơ Khí đã hỗ trợ cho chúng em rất nhiều về môi trường làm việc cũng như cung cấp đầy đủ các trang thiết bị cho quá trình thực nghiệm, chế tạo mô hình

Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Võ Như Thành đã luôn theo sát và hướng dẫn tận tình quá trình thực hiện đồ án của chúng em Thầy đã đưa ra nhiều lời khuyên, chỉ dẫn, cho chúng em phương pháp nghiên cứu, phương pháp tư duy giải quyết vấn đề và tác phong làm việc của người kỹ sư Đây sẽ là những kinh nghiệm quý báu để làm hành trang cho công việc của chúng em sau này

Bên cạnh đó, chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự hợp tác và giúp đỡ của các bạn học cùng lớp 15CDT đã nhiệt tình giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện đồ án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến những người đã giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện luận văn mà chúng tôi chưa nêu tên ở đây, sự giúp đỡ dù ít hay nhiều cũng đóng góp một phần vào sự thành công của đề tài tốt nghiệp này

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 12 năm 2019

Sinh viên thực hiện Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh

Đề tài : Thiết kế và chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do

Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp được tôi thực hiện không sao chép hay trùng với đề tài nào đã thực hiện, chỉ sử dụng những tài liệu tham khảo đã nêu trong báo cáo Các số liệu, kết quả nêu trong đề tài là trung thực

Nếu sai, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Sinh viên thực hiện

Lê Nhất Cảnh, Nguyễn Đức Thôi

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu và cảm ơn i

Lời cam đoan liêm chính học thuật ii

Mục lục iii

Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ v

Trang MỞ ĐẦU 1

Chương 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 2

1.1 Phát biểu bài toán thiết kế 2

1.1.1 Mô tả tóm lược sản phẩm 2

1.1.2 Mục đích thương mại chính của sản phẩm 2

1.1.3 Thị trường mục tiêu 2

1.1.4 Các giả thiết 2

1.2 Lập kế hoạch thiết kế sản phẩm 2

1.2.1 Xác định nhiệm vụ thiết kế 2

1.2.2 Phát triển mục tiêu và nội dung cho mỗi nhiệm vụ 3

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHẮC GỖ CNC 4 BẬC TỰ DO 8

2.1 Giới thiệu về máy CNC 8

2.1.1 Quá trình phát triển 8

2.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 9

2.1.3 Đặc điểm phân loại 9

2.1.4 Kết cấu chung của máy CNC phay gỗ 11

2.2 Thị trường chế biến gỗ ở Việt Nam 18

2.3 Tính cấp thiết của đề tài 18

2.4 Nhiệm vụ đồ án 19

2.5 Giới hạn của đề tài 19

Chương 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 20

3.1 Lựa chọn phương án cho trục xoay 20

3.1.1 Phân loại 20

3.1.2 Cơ cấu truyền động cho trục xoay 21

3.2 Lựa chọn cơ cấu truyền động 22

3.4 Truyền động từ cơ cấu sang cơ cấu chấp hành 24

3.5 Lựa chọn vật liệu làm khung máy 26

3.6 Lựa chọn bộ phần kẹp phôi 28

3.7 Lựa chọn phần mền điều khiển 29

Chương 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CƠ KHÍ 35

4.1 Bảng thông số kỹ thuật của máy 35

4.2 Tính toán lực cắt và công suất cắt 35

4.3 Chọn động cơ trục chính 38

4.4 Tính toán và thiết kế cụm trục Y 39

4.4.1 Vít me – đai ốc 39

4.4.2 Ổ lăn 43

4.4.3 Nối trục 46

4.4.4 Tính toán động cơ điều khiển 47

4.4.5 Động cơ điều khiển 48

4.4.6 Thanh trượt – con trượt 48

4.5 Tính toán và thiết kế cụm trục X 52

4.5.1 Vít me – đai ốc 52

4.5.2 Ổ lăn 57

4.5.3 Nối trục 59

4.5.4 Tính toán động cơ điều khiển 60

4.5.5 Động cơ điều khiển 61

4.5.6 Thanh trượt – con trượt 62

4.6 Thiết kế và tính toán cụm trục Z 66

4.6.1 Vít me – đai ốc 66

4.6.2 Ổ lăn 70

4.6.3 Nối trục… 73

4.6.4 Tính toán động cơ điều khiển 74

4.6.5 Động cơ điều khiển 75

4.6.6 Thanh trượt – con trượt 75

4.7 Tính toán và chọn bộ truyền bánh vít trục vít 79

4.7.1 Lựa chọn động cơ trục xoay 79

4.7.2 Thiết kế trục xoay 80

Chương 5:THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D VÀ MÔ PHỎNG LỰC TÁC DỤNG 84

5.1 Thiết kế mô hình 3D 84

5.1.1 Các chi tiết thiết kế 84

5.2 Mô phỏng lực tác dụng 92

5.2.1 Mục tiêu của việc mô phỏng 92

5.2.2 Quá trình mô phỏng 92

5.2.3 Kết quả mô phỏng 93

Chương 6: ĐIỀU KHIỂN VÀ VẬN HÀNH MÁY 95

6.1 Hướng dẫn cài đặt CNC USB Controller (MK1) 95

6.1.1 Đặc điểm 95

6.1.2 Các bước cài đặt 95

6.1.3 Quá trình cài đặt 96

Chương 7: GIA CÔNG LẮP ĐẶT KHUNG MÁY 100

7.1 Lập hồ sơ thiết kế sản phẩm 100

7.2 Lắp đặt khung máy 101

KẾT LUẬN 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

Bảng 1.1 Tóm tắt nhiệm vụ làm việc

Bảng 2.1 Các thông số chế độ gia công đặc trưng

Bảng 3.1 Thông số làm việc của máy

Bảng 3.2 Phân tích phương án cơ cấu truyền động

Bảng 3.3 Phân tích phương án hệ thống thanh dẫn hướng

Bảng 4.1 Kết quả thông số làm việc máy trục Y

Bảng 4.2 Kết quả thông số làm việc máy trục X

Bảng 4.3 Kết quả thông số làm việc máy trục Z

Bảng 4.4 Kết quả thông số làm việc máy trục A

Bảng 7.1 Trình tự gia công chi tiết

Hình 2.1 Máy tiện CNC biên dạng tròn xoay

Hình 2.2 Máy CNC khoan gỗ

Hình 2.3 Máy CNC phay gỗ 3 trục

Hình 2.4 Máy CNC phay gỗ mini 4 trục

Hình 2.5 Bàn xoay dùng trong máy CNC phay gỗ

Hình 2.6 Ổ tích dao trên các máy CNC

Hình 2.7 Hộp số trong máy phay gỗ CNC mini

Hình 2.8 Đầu trục chính

Hình 2.9 Cấu tạo của một trục vít me bi

Hình 2.10 Đầu dẫn động trục chính

Hình 2.11 Các loại băng dẫn hướng

Hình 2.12 Các động cơ step và servo thường dùng

Hình 2.13 Mạch giao tiếp

Hình 2.14 Màn hình điều khiển trong máy CNC

Hình 2.15 Tủ điện máy CNC

Hình 3.1 Bộ truyền vít me - đai ốc con lăn ren

Hình 3.2 Bộ truyền vít me - đai ốc bi

Hình 3.3 Ray trượt vuông

Hình 3.4 Ray trượt tròn

Hình 3.5 Nối trục đàn hồi với đĩa hình sao

Hình 3.6 Nhôm tấm

Hình 3.7 Sắt tấm

Hình 3.9 Mâm cặp 4 chấu không tự định tâm

Hình 3.10 Giao diện phần mềm USB CNC Controller

Hình 3.11 BOB CNC giao tiếp USB 4 trục planet-cnc MK1

Hình 3.12 Driver động cơ bước DM542-05

Hình 7.1 Kết cấu mặt bên máy phay gỗ CNC 4 trục

Hình 7.2 Kết cấu mặt trước máy phay gỗ CNC 4 trục

Hình 7.3 Tủ điện điều khiển máy phay gỗ CNC 4 trục

Hình 7.4 Spindel đang gia công

Hình 7.5 Bức tranh cha và mẹ được khắc gỗ CNC

Hình 7.6 Vòng tay 12 con giáp bằng gỗ trầm hương

MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã giúp cuộc sống của chúng ta

đã và đang được nâng cao, văn minh và hiện đại hơn Nhận thấy rõ được sự bất tiện

của việc gia công theo phương thức thủ công, chúng em đã hình thành ý tưởng sử

dụng máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do khắc phục những bất tiện đó Hy vọng rằng đề

tài sau khi hoàn thiện một số phần nữa có thể áp dụng trực tiếp vào thực tế sản xuất

để cải thiện năng suất lao động và phục vụ nhu cầu ngày càng cao của thị trường

Chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong khoa Cơ

khí, đã truyền đạt kiến thức làm nền tảng cho chúng em thực hiện đề tài

Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Võ Như Thành với sự

hướng dẫn tận tình cũng như đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho chúng em có

thể thực hiện và hoàn thành tốt đề tài này

Do thời gian, tài liệu và trình độ còn hạn chế nên đề tài không thể tránh khỏi sai

phạm thiếu sót Rất mong nhận được sự giúp đỡ, góp ý chân thành của quý thầy cô

cùng các bạn sinh viên

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Thôi, Lê Nhất Cảnh

Chương 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1.1 Phát biểu bài toán thiết kế

1.1.1 Mô tả tóm lược sản phẩm

CNC là một loại máy móc chuyên dụng để khắc tiện cơ khí khá phổ biến hiện nay Hoạt động dựa trên sự lập trình sẵn và điều khiển bằng hệ thống máy vi tính nên rất tiện lợi cho người sử dụng

Máy cnc 4 trục khắc gỗ là loại máy gia công có hệ thống 4 đầu trục chính được gắn cố định Khi vận hành, cả 4 đầu trục có thể di chuyển trên trục tuyến tính X, Y,

Z và quay định hướng quanh trục X (trục A)

Với tính linh hoạt và khả năng gia công chính xác cao, máy cnc 4 trục khắc gỗ (và tương lai là 5 trục) chính là tiền đề để thúc đẩy ngành công nghiệp điêu khắc mỹ nghệ của Việt Nam lên một tầm cao mới

1.1.2 Mục đích thương mại chính của sản phẩm

- Tạo sản phẩm có giá thành phù hợp hơn so với nhập khẩu từ nước ngoài

- Nhỏ, gọn, có thể sử dụng tại nhà để gia công những vật dụng cần thiết

- Cấu tạo đơn giản, khách hàng có thể tiếp cận sản phẩm dễ dàng hơn

- Dễ dàng trong sửa chữa, bảo trì và tính an toàn cao,…

1.1.3 Thị trường mục tiêu

- Phân khúc vừa và nhỏ tại các xưởng gia công mỹ nghệ gỗ

- Các hộ gia đình có nhu cầu sử dụng tại nhà

- Hợp đồng với các nhà phân phối máy CNC gia công gỗ trên toàn quốc,…

- Nhiệm vụ 1: Lập kế hoạch

- Nhiệm vụ 2: Tổng quan về đề tài

- Nhiệm vụ 3: Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

- Nhiệm vụ 4: Tính toán thiết kế sản phẩm

- Nhiệm vụ 5: Lập hồ sơ thiết kế sản phẩm

- Nhiệm vụ 6: Vẽ mô hình 3D và mô phỏng lực tác dụng

- Nhiệm vụ 7: Xây dựng phần điều khiển

- Nhiệm vụ 8: Gia công và lắp đặt

- Nhiệm vụ 9: Đánh giá sản phẩm

- Nhiệm vụ 10: Viết thuyết minh và báo cáo

1.2.2 Phát triển mục tiêu và nội dung cho mỗi nhiệm vụ

Bảng 1.1 Tóm tắt nhiệm vụ công việc

STT Nhiệm vụ Nội dung Sản phẩm Thời gian

1 Lập kế hoạch

Xác định công việc phải thực hiện: Đánh giá nội dung, yêu cầu của bài toán thiết kế, xác định cụ thể các công việc cần làm

Tiến hành lập kế hoạch thực hiện

Bảng kế hoạch công việc

1 tuần

2 Tìm hiểu tổng

quan về đề tài

Tìm những tài liệu, các công trình nghiên cứu

đã đáp ứng nhu cầu thị trường trước đây

Gặp gỡ và thăm dò nhu cầu của khách hàng, những người làm việc tại các xưởng gia công

3

thuật mà khách hàng mong muốn

Phân tích nhu cầu của người sử dụng thu thập được thành những yêu cầu rõ ràng, cụ thể, cô đọng, sẵn sàng cho việc biên dịch sang các thông số kỹ thuật có thể

đo lường được

Xác định yêu cầu kỹ thuật cho sản phẩm thiết kế thông qua nhu cầu khách hàng và phân tích nhiệm vụ thiết kế

Dựa trên các yêu cầu kỹ thuật đã xác định để đưa ra các ý tưởng cho việc thiết kế

Đánh giá được các ý tưởng thiết kế sau khi

đã đưa ra được các ý tưởng dựa trên yêu cầu của sản phẩm và lựa chọn được phương án thiết kế cuối cùng

4

Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

Yêu cầu kĩ thuật: Lựa chọn phương án cho trục xoay

Lựa chọn vật liệu làm khung máy

Lựa chọn bộ truyền động (đai, xích, …)

Bảng đánh giá

ý tưởng thiết

kế Trên cơ sở các phương án thiết kế đã đưa ra, phân tích và lựa chọn phương

3 tuần

Sử dụng ma trận quyết định để lựa chọn ý tưởng khả thi nhất để tiến hành thiết kế

Thiết kế sơ bộ

án thiết kế tối

ưu nhất

Sơ đồ động học của máy

5 Tính toán thiết kế

sản phẩm

Tính toán thiết kế chi tiết các bộ phận

Thiết kế kết cấu khung

Lựa chọn kết cấu khung phù hợp

Tính toán lực cắt khi gia công

Tính toán để lựa chọn động cơ trục chính

Tính toán thiết kế cụm trục X, Y, Z,

A

Tính toán và thiết kế hệ thống dẫn hướng

Xây dựng các bản vẽ

mô hình hệ thống

Tìm hiểu về phần mềm điều khiển và cách thiết lập chúng

Hình thành sơ đồ đấu dây cho sản phẩm

Trên cơ sở phương án thiết kế đã được chọn, tính toán thiết

kế sản phẩm theo đúng phương án thiết kế đã lựa chọn Các bản

vẽ mô hình hệ thống

3 tuần

6

Mô phỏng lực tác dụng

Xây dựng mô hình 3D trên phần mềm

solidwords

Tính ứng suất Von Mises

Tính chuyển vị của mô hình

Xây dựng mô hình 3D

Điều chỉnh kết cấu nếu có sai sót

2 tuần

7

Lập hồ sơ thiết

kế sản phẩm

Tổng hợp các bản vẽ kỹ thuật và hoàn thiện chúng

Lên kế hoạch mua vật liệu, các dụng cụ và các chi tiết mà ta không có khả năng gia công

thiết lập, sửa chữa,tổng hợp tất cả các bản

vẽ kỹ thuật và các yêu cầu cần thiết khác

để chuẩn bị cho quá trình chế tạo sản phẩm

2 tuần

8 Xây dựng phần

điều khiển

Bộ điều khiển STEP_PC

Lựa chọn driver và động cơ

Tiến hành cài đặt và kết nối máy tính – bộ điều khiển – driver– động cơ Thiết kế hệ thống điện

Hoàn thành cụm điều khiển của máy

2 tuần

9 Gia công và lắp

đặt

Lắp đặt kết cấu khung máy

Quá trình chế tạo lắp ráp cụm trục

Lắp đặt các hệ thộng cơ – điện – điều khiển lại với nhau

Kiểm nghiệm máy

Vận hành máy

Đánh giá sản phẩm

Sản phẩm máy hoàn thiện

6 tuần

10 Kết luận

Đánh giá năng suất

Đánh giá ưu nhược điểm của máy

Phương pháp khắc phục

Hướng phát triển của máy

1 tuần

11 Viết thuyết minh

và có bản báo cáo hoàn chỉnh về sản phẩm thiết kế

Tiến hành đồng thời

từ lúc bắt đầu luận văn

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY

KHẮC GỖ 4 BẬC TỰ DO

2.1 Giới thiệu về máy CNC

2.1.1 Quá trình phát triển

CNC (Computer Numeric Controlled) – Thuật ngữ dùng để chỉ sự hoạt động

của máy công cụ (phay, tiện, cắt dây, đột dập, cắt khắc, ) dưới sự điều khiển số của máy tính Ta có thể bắt gặp các loại máy CNC như: máy tiện, máy phay, máy xung, máy cắt dây tia lửa điện, máy cắt laser, máy cắt tia nước có hạt mài, máy đột dập và nhiều máy công cụ khác tại các nhà máy cơ khí chính xác, các xưởng cơ khí, các trường kỹ thuật, viện nghiên cứu; nhưng đó là câu chuyện của hiện tại

Quá trình phát triển điều khiển số NC:

- 1725 – Phiếu đục lỗ được dùng để tạo mẫu quần áo

- 1808 – Phiếu đục lỗ trên lá kim loại được dùng để điều khiển tự động máy thêu

- 1863 – Tự động điều khiển chơi nhạc trên piano nhờ băng lỗ

- 1940 – John Parsons đã sáng chế ra phương pháp dùng phiếu đục lỗ để ghi các dữ liệu về vị trí tọa độ để điều khiển máy công cụ

- 1952 – Máy công cụ NC điều khiển số đầu tiên1959 - Ngôn ngữ APT được đưa vào sử dụng

- 1959 – Ngôn ngữ APT được đưa vào sử dụng

- 1960s – Điều khiển số trực tiếp (DNC)

- 1963 – Đồ hoạ máy tính

- 1970s – Máy CNC được đưa vào sử dụng

- 1980s – Điều khiển số phân phối được đưa vào sử dụng

- Hiện nay – CAD/CAM

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 Bộ điều khiển cũng giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy

Ví dụ, trong một số máy, nhân viên lập trình có thể đơn giản chỉ cần nhập dữ liệu về vị trí, đường kính và chiều sâu của một chi tiết và máy tính sẽ lựa chọn phương pháp gia công tốt nhất để sản xuất chi tiết đó dưới dạng phôi Thiết bị mới nhất có thể chọn một mẫu kỹ thuật được tạo ra từ máy tính, tính toán tốc độ dao, đường vận chuyển vật liệu vào máy và sản xuất chi tiết mà không cần bản vẽ hay một chương trình

Từ các máy công cụ sơ khai với các cơ cấu cơ khí, máy CNC ngày nay hoạt động dưới sự điều khiển của hệ điều hành được lập trình tinh vi, có thể thực hiện chức năng chuyên biệt với các dòng máy phay đứng, máy phay ngang, máy phay giường, cỡ lớn, đôi cột, máy tiện đứng, máy tiện cỡ lớn, máy tiện kiểu Thụy Sĩ, máy phay, tiện 3 trục rồi 5 trục gia công các bề mặt phức tạp, máy xung, máy cắt dây EDM, đột dập liên hoàn, cắt khắc laser kim loại, phi kim cho đến các Trung tâm gia công thực hiện nhiều nguyên công liên tiếp như phay, tiện, khoan, mài, trên một máy chỉ với một lần gá đặt

Các trung tâm gia công có sự trợ giúp của các cơ cấu thay dao tự động ATC cấp phôi tự động, cánh tay robot công nghiệp, có thể được tích hợp vào hệ thống sản xuất linh hoạt trong các nhà máy lớn Trí tuệ nhân tạo đang ngày càng phát triển

và trợ giúp con người một cách hữu ích, trong đó có máy CNC

2.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Cùng với việc nghiên cứu của các chuyên gia trên thế giới thì trong nước cũng không ngừng nghiên cứu để nâng cao độ chính xác gia công của trung tâm gia công CNC

Bảng 2.1 Các thông số chế độ gia công theo đặc trưng chất lượng gia công

2.1.3 Đặc điểm phân loại

Một cách tổng quát các máy công cụ CNC phay gỗ có thể được phân loại theo các đặc điểm sau:

- Truyền động: thuỷ lực, khí nén và điện, …

- Phương pháp điều khiển: toạ độ hay quỹ đạo, …

- Hệ thống định vị: định vị kích thước tuyệt đối và định vị nối tiếp

- Các vòng lặp điều khiển: vòng hở, vòng kín, vòng nửa kín

- Số trục toạ độ: 3 trục, 4 trục, 5 trục, …

Theo chức năng thì các máy công cụ CNC phay gỗ cũng như các máy công cụ vạn năng, có thể được chia thành các nhóm sau:

- Nhóm máy tiện để tiện các biên dạng có hình tròn xoay và các góc tròn khác

Hình 2.1 Máy tiện CNC biên dạng tròn xoay

- Nhóm máy khoan dùng để khoan các lỗ trên chi tiết

Hình 2.2 Máy CNC khoan gỗ

- Nhóm máy phay để phay những chi tiết có cấu tạo hình học đa dạng tạo ra các bề mặt và các góc đa dạng, ngoài ra có thể dùng để khoan, doa các lỗ

Hình 2.3 Máy CNC phay gỗ 3 trục

2.1.4 Kết cấu chung của máy CNC phay gỗ

Tìm hiểu và khảo sát các máy có sẵn trên thị trường, ta chia thành 3 phần chính:

- Phần kết cấu cơ khí: Thân máy, đế máy, bàn máy, bàn xoay, đầu gia công, ổ tích dao, hộp số,…

- Phần dẫn động cơ khí: Trục vít me bi, cụm trục chính và băng dẫn hướng,…

- Phần điều khiển: Các loại động cơ và driver của chúng, mạch giao tiếp, máy tính trung tâm, tủ điện,…

Có thể nói, các máy CNC phay gỗ có cấu tạo không quá khác biệt so với các máy CNC gia công kim loại Tùy thuộc vào yêu cầu đáp ứng của từng loại công việc mà giá thành và độ phức tạp sẽ thay đổi nhưng chủ yếu vẫn là các bộ phận chính trên

Hình 2.4 Máy CNC phay gỗ mini 4 trục

2.1.4.1 Phần cơ khí

a Thân máy và đế máy

Thân máy như một bộ áo giáp vừa để bảo vệ máy, đế máy là nền tảng của máy trung tâm vì vậy cần nặng, tốt và cực kỳ chắc chắn Trong cấu tạo của máy CNC thì

thân máy rất quan trọng giúp đảm bảo máy sẽ thực hiện với công suất và độ chính xác cao nhất Bên trong thân máy chứa các bộ phận như trục dẫn, bộ điều khiển, … Được thiết kế sao cho dễ thải phoi, tưới trơn, dễ thay dao tự động, …

Thường sẽ được chế tạo bằng gang vì chống rung động và có độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép

Hình 2.6 Ổ tích dao trên các máy CNC

e Hộp số

Hộp số máy CNC là linh kiện quan trọng trong các máy CNC Máy 4D như máy đục tượng không thể thiếu 1 hộp số để vận hành, điều này ngược lại với máy đục tranh, vì nó không cần đến hộp số khi đã có biến tần thực hiện tốt công việc tăng giảm tốc

Hình 2.7 Hộp số trong máy phay gỗ CNC mini

f Đầu trục chính

Trục chính máy phay CNC đóng vai trò quan trọng trong các quá trình gia công vì nó là nơi gá đặt dụng cụ cắt, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt trong quá trình gia công

Tùy theo loại máy mà trục chính có những đặc tính khác nhau

Hình 2.8 Đầu trục chính

2.1.4.2 Phần dẫn động cơ khí

a Trục vít me bi

Vít me bi – ballscrews là một bộ truyền động tuyến tính cơ học biến đổi

chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến với ma sát lăn nhỏ

Một trục vít me cấu tạo gồm một rãnh xoắn ốc cho các viên bi trong ổ bi, vòng bi chạy bên trong, ổ bi hoạt động bằng cách chuyển động tịnh tiến qua lại một cách chính xác như một cặp bu lông – đai ốc cũng như có thể ứng dụng để chịu tải trọng cao họ có thể làm như vậy với ma sát bên trong tối thiểu

Chúng được tạo ra với dung sai thấp nhất, do đó phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng cần độ chính xác cao

Để duy trì độ chính xác vốn có của nó và đảm bảo tuổi thọ lâu dài, cần có sự bảo dưỡng kỹ lưỡng để tránh nhiễm bẩn lên hệ thống vít vì bụi bẩn và các hạt kim loại

vô tình bám vào hệ thống rãnh hoặc bi sẽ gây xước, mài mòn từ đó gây ra sai số Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng ống cao su hoặc da để bao che hoàn toàn hoặc một phần bề mặt làm việc

Hình 2.9 Cấu tạo của một trục vít me bi

b Dẫn động trục chính

Dẫn động trục chính là cơ cấu cung cấp và truyền chuyển động đến trục chính, bao gồm động cơ và khớp nối Bằng cách này, tốc độ quay, momen xoắn và công

suất sẽ được truyền đến dụng cụ nhờ cơ cấu kẹp dao Nói chung, có bốn loại trục chính phụ thuộc vào dạng dẫn động được sử dụng, bao gồm Trục chính dẫn động đai (Belt), dẫn động bánh răng (Gear), dẫn động trực tiếp (Direct driven) và dẫn động tích hợp

Hình 2.10 Đầu dẫn động trục chính

c Băng dẫn hướng

- Bộ phận dẫn hướng tạo ra chuyển động thẳng của các bộ phận máy

- Bộ phận dẫn hướng phải có các đặc điểm sau:

+ Độ chính xác cao cho việc dằn hướng với độ hở nhỏ và độ cứng vững cao

+ Khả năng điều chỉnh độ hở dẫn hướng

+ Ma sát thấp và ít mài mòn

+ Tính chất giảm xóc tốt như có thể

+ Bảo dưỡng và khả năng bôi trơn đơn giản

+ Đệm kín chống bụi bẩn và phoi bào

Hình 2.11 Các loại băng dẫn hướng

d Các cơ cấu khác

Ngoài các bộ phận chính trên, cơ cấu dẫn động cơ khí trong máy CNC có thể

có một số thiết bị phụ trợ được lắp đặt nếu cần thiết như: bộ truyền vít me đai ốc dẫn động đầu phân độ, truyền động cho mâm cặp,…

2.1.4.3 Phần điều khiển

AC servo motor được điều khiển thông qua driver Driver thường có 2 cách để điều khiển:

- Chạy bằng analog, áp cấp vào thường là -10V/ +10V

- Chạy bằng xung

Ngoài ra, các máy CNC mini với công suất nhỏ thường sử dụng độg cơ Step với hệ điều khiển vòng hở để dẫn động các trục và sử dụng AC servo làm động cơ trục chính

Hình 2.12 Các động cơ step và servo thường dùng

b Mạch giao tiếp

Mạch giao tiếp như là bộ phận trung gian chuyển dữ liệu từ máy tính qua các động cơ để thực hiện quá trình gia công Là một thiết bị vô cùng quan trọng và đòi hỏi có độ chính xác cao, không nhiễu,…

Mạch giao tiếp máy CNC với máy tính thông qua cổng LPT một sản phẩm không thể thiếu cho các máy CNC giao tiếp máy tính

Mạch có thể điều khiển được 4 trục,điều khiển trục quay Spindle,điều khiển làm nguội, Enable

Nếu chúng ta dùng Laptop thay vì máy tính để bàn thì có thể dùng Cable chuyển đổi USB-LPT cắm thẳng vào mạch này

Hình 2.13 Mạch giao tiếp

c Máy tính trung tâm

Máy tính trung tâm được xem như là bộ não của một máy CNC, nó chứa phần mềm điều khiển được kết nối với mạch giao tiếp để truyền tín hiệu vào các động cơ.Planet là một phần mềm khá dễ sử dụng và phổ biến trong điều khiển máy CNC

Hình 2.15 Tủ điện máy CNC

2.2 Thị trường chế biến gỗ ở Việt Nam

Cuối tháng 1 năm 2018 ngành chế biến gỗ xuất khẩu (sau đây được gọi là ngành gỗ) đón nhận tin vui đặc biệt: Kim ngạch xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ đạt 8

tỉ USD Với kim ngạch này, ngành đã về đích sớm 3 năm so với mục tiêu là 8-8,5 tỉ USD đến năm 2020 đề ra trong Chương trình Mục tiêu Phát triển lâm nghiệp giai đoạn 2016-2020 Mức kim ngạch này, ngành đã có vị trí số 6 trong bảng xếp hạng các ngành đem lại kim ngạch xuất khẩu lớn nhất của cả nước

Hiện nay, nước ta dự tính có khoảng 3.500 doanh nghiệp chế biến gỗ, 340 làng nghề gỗ và số lượng lớn các hộ gia đình sản xuất kinh doanh đồ gỗ chưa được thống

kê Theo số liệu từ Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn thì các doanh nghiệp chế biến gỗ có quy mô đa phần là nhỏ Theo nguồn gốc vốn thì 5% số doanh nghiệp thuộc sở hữu nhà nước, 95% còn lại là thuộc khu vực tư nhân, trong đó có 16% có vốn đầu tư nước ngoài (FDI)

2.3 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay trên thị trường điêu khắc gỗ, hàng mỹ nghệ thì các loại máy điêu khắc gỗ hay phay gỗ CNC được sử dụng trong các phân xưởng đều chủ yếu là các loại máy của Trung Quốc, Đài Loan hay một số nước châu Âu Tuy nhiên, mức giá

để một doanh nghiệp mua về một chiếc máy là không hề rẻ và chi phí vận hành, bảo trì cao

Với mong muốn có thể tạo ra những chiếc máy CNC khắc gỗ ”Made in

Vietnam” đạt được chất lượng gia công cao và dễ dàng sửa chữa, thay thế, làm chủ được công nghệ Nhóm đã quyết định nghiên cứu và thiết kế chế tạo máy khắc gỗ CNC 4 bậc tự do cùng với hy vọng vào một tương lai không xa sẽ xuất hiện trên thị trường và được người Việt Nam tin dùng

2.4 Nhiệm vụ đồ án

Sau khi tiến hành nghiên cứu về thị trường và tính cấp thiết, nhóm tiến hành thực hiện đồ án như sau:

- Hình thành các ý tưởng, phân tích và lựa chọn phương án thiết kế phù hợp nhất

- Tính toán, lựa chọn chi tiết và tiến hành mô phỏng

- Thiết kế các bản vẽ máy

- Tiến hành chế tạo sản phẩm

- Tiến hành vận hành máy, kiểm nghiệm

- Rút ra kết luận, đưa ra phương hướng cải tiến và phát triển

2.5 Giới hạn của đề tài

- Chỉ gia công được một sản phẩm trong một lần chạy

- Sử dụng bộ điều khiển và phần mềm điều khiển có sẵn trên thị trường

- Thay đổi một số kết cấu của máy cũ đề phù hợp với đề tài hiện tại

Chương 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

3.1 Lựa chọn phương án cho trục xoay

Nhằm mở rộng khả năng công nghệ của máy công cụ, nhất là cho các máy CNC 2 hoặc 3 trục, người ta đã chế tạo một thiết bị có khả năng tăng số trục của máy từ 2 hoặc 3 trục thành các máy 4 hoặc 5 trục Thiết bị đó chính là bàn xoay (Rotary Table) Thực ra bàn xoay chẳng qua là một loại đồ gá đặc biệt và chúng chủ yếu được sử dụng trên các máy phay CNC, trung tâm gia công đứng, trung tâm gia công ngang và máy doa ngang

+ Loại có trục chính nằm ngang

+ Loại có trục chính thẳng đứng

- Loại bàn xoay có lỗ trục chính lớn: Loại bàn xoay này có trục chính có lỗ lớn, dùng để gia công các phôi dài hoặc các ống Kích thước lỗ trục chính của chúng có khả năng được mở rộng để mở rộng phạm vi làm việc cho máy Loại này thích hợp cho việc sản xuất hàng khối Tương tự như loại bàn xoay tiêu chuẩn, loại bàn xoay này cũng loại trục chính nằm ngang và loại trục chính thẳng đứng

- Loại bàn xoay có nhiều trục chính: Loại bàn xoay nhiều trục chính cho phép gá đặt cùng lúc nhiều chi tiết Loại bàn xoay nhiều trục chính có năng suất gấp nhiều lần

so với loại bàn xoay tiêu chuẩn, thích hợp cho sản xuất hàng loạt và hàng khối

- Loại bàn xoay nghiêng: Loại bàn xoay này có hai trục Bàn xoay có thể nghiêng đi nhờ xoay quanh được một trục nào đó Do đó loại này có khả năng công nghệ cao,

có thể sử dụng làm đồ gá để gia công các mặt phẳng, các rãnh các gờ lồi và đặt biệt

là gia công các bề mặt nghiêng ở nhiều góc độ khác nhau Loại bàn xoay này được phân ra hai loại như sau:

+ Loại điều khiển nghiêng tự động: cả hai trục của bàn xoay được điều khiển hoàn toàn tự động từ hệ thống CNC

+ Loại điều khiển nghiêng bằng tay: chuyển động làm nghiêng trục được thực hiện bằng tay

Kết luận:

Sau khi phân tích các loại bàn xoay ở trên và nhìn vào thực tiễn của đề tài, nhóm đã chọn loại bàn xoay có động cơ lắp phía sau, cụ thể, bàn xoay sẽ là một mâm cặp tự định tâm, được truyền động bởi một động cơ step thông qua bộ truyền động với tỷ số truyền nhất định

Bảng 3 1 Thông số kỹ thuật của bàn xoay

Thông số kỹ thuật

Độ phân giải tối thiểu 0.1 độ/step

Khoảng tịnh tiến mũi chống tâm 250mm

3.1.2 Cơ cấu truyền động cho trục xoay

Do cần độ chính xác cao và phù hợp vào khả năng kinh tế cũng như độ phủ rộng của cơ cấu mà ta chọn đai để truyền động (trong thực tế, người ta thường dùng

bộ truyền Harmonic để truyền động)

Loại đai ta sử dụng là đai răng, vì nó tránh được hiện tượng trượt đai gây ra sai số khi gia công

Ưu điểm của đai răng:

- Tránh được hiện tượng trượt đai nhờ có các răng trên dây đai

- Lắp đặt và bảo trì sữa chữa dễ dàng

- Giúp tăng tỉ số truyền và truyền động cho hai trục cách xa nhau ngoài ra có thể thay đổi được thông qua bộ căng đai

- Có tính kinh tế cao so với các cụm đã trình bày bên trên

3.2 Lựa chọn cơ cấu truyền động

Dựa vào các yêu cầu kĩ thuật trên đồ án đưa ra ba phương án khả thi có thể dùng làm cơ cấu truyền động (bảng 3.2)

Bảng 3.2 Phân tích phương án cơ cấu truyền động

Vít me - đai

ốc bi

Độ chính xác Cao Rất cao Rất cao Khả năng tải Cao Rất cao Cao Hiệu suất truyền động Thấp Cao Cao

Tốc độ quay Thấp Rất cao Cao

Tuổi thọ Thấp Cao Trung

bình

Tính sẵn có trên thị trường Có sẵn Hiếm thấy Có sẵn

* Đánh giá phương án:

Phương án 1: Sử dụng bộ truyền vít me - đai ốc có khả năng tải lớn, độ tin cậy cao,

làm việc êm và không ồn, lợi nhiều về lực, có thể chuyển động chậm với độ chính xác cao Tuy nhiên nó lại có nhược điểm là ren nhanh mòn do má sát lớn, hiệu suất thấp

Hình 3.1 Bộ truyền vít me - đai ốc con lăn ren

Phương án 2: Sử dụng bộ truyền vít me - đai ốc con lăn ren (hình 3.1) có một số ưu

điểm so với bộ truyền vít me - đai ốc bi là có khả năng tải cao hơn, có tuổi thọ cao hơn gấp 10 lần, tốc độ quay nhanh hơn 50%, tăng tốc nhanh hơn 3 lần, độ cứng vững cao Tuy nhiên nó có nhược điểm là bộ truyền này hiện rất ít gặp ở thị trường nước ta, chi phí cao và bộ truyền thích hợp với các ứng dụng cần khả năng tải cao

như trong ngành hàng không, ô tô, dầu khí, các máy ép thủy lực với tải lớn, …

Hình 3.2 Bộ truyền vít me - đai ốc bi

Phương án 3: Sử dụng bộ truyền vít me - đai ốc bi (hình 3.2) có hiệu suất cao, lực

ma sát phụ thuộc vào vận tốc, thích hợp trong các cơ cấu chuyển động chính xác, hệ thống điều khiển và các bộ truyền quan trọng Bộ truyền này hiện trên thị trường luôn có sẵn với chi phí tương đối cao

Như vậy, sau khi phân tích, đánh giá các phương án, ta thấy rằng phương án sử dụng bộ truyền vít me - đai ốc bi là thích hợp nhất

3.3 Hệ thống dẫn hướng

Về hệ thống thanh dẫn hướng, luận văn đưa ra 2 phương án là ray trượt vuông

và ray trượt tròn

Bảng 3.3 Phân tích phương án hệ thống thanh dẫn hướng

Chức năng/Yêu cầu Phương án 1 Phương án 2

Ray trượt vuông Ray trượt tròn Khả năng tải Rất cao Trung bình

Phương án 1: Sử dụng ray trượt vuông có khả năng tải rất cao, độ chính xác vị trí

cao hơn ray trượt tròn và có thể đạt được từ 0,005mm đến 0,02mm trên 3m chiều

dài Tuy nhiên nó đòi hỏi độ chính xác khi lắp đặt rất cao, đặt biệt là độ song song khi lắp đặt 2 ray trượt vuông, chính vì điều này dẫn đến nếu không lắp đặt chính xác thì sẽ dẫn đến hệ thống chạy không được mượt Bên cạnh đó chi phí cho ray trượt vuông cũng khá cao, gấp khoảng 2 lần ray trượt tròn Tuy nhiên đối với yêu cầu về khả năng gia công của máy chúng em muốn chế tạo, thì ray trượt vuông là lựa chọn

tối ưu nhất để đảm bảo độ bền của máy cũng như khả năng gia công chính xác

Hình 3.3 Ray trượt vuông

Phương án 2: Sử dụng ray trượt tròn tuy có một số điểm bất lợi hơn ray trượt vuông

về khả năng tải cũng như độ chính xác nhưng nó có ưu điểm so với ray trượt vuông

là chi phí rẻ hơn, độ chính xác vị trí tương đối chấp nhận được vào khoảng

0,254mm trên 3m chiều dài Nó rất thích hợp với các loại máy có hành trình nhỏ, khả năng tải thấp và độ chính xác không cao vì nó cho phép có độ không song song

và độ lệch chút ít trong quá trình lắp đặt

Hình 3.4 Ray trượt tròn Như vậy, sau khi phân tích, đánh giá các phương án, ta thấy rằng phương án sử dụng ray trượt vuông là thích hợp nhất

3.4 Truyền động từ cơ cấu sang cơ cấu chấp hành

Trên thực tế có nhiều loại cơ cấu truyền động từ động cơ điều khiển sang cơ cấu chấp hành như sử dụng bộ truyền đai, bộ truyền xích hoặc nối trục Ta bắt đầu lựa chọn phương án thông qua việc đánh giá các phương án

Dựa vào yêu cầu kĩ thuật là nhỏ gọn, linh hoạt và có độ chính xác cao thì phương án sử dụng nối trục hay khớp nối là phương án khả thi nhất Tùy theo công dụng chia ra các loại nối trục sau: nối trục chặt, nối trục bù, nối trục di động và nối trục đàn hồi

Nối trục chặt

Dùng để nối cứng các trục đồng tâm và không di chuyển tương đối với nhau Nối trục chặt không bù trừ được các sai số chế tạo và lắp ghép, do đó cần định tâm chính xác các trục được nối Thông thường nối trục chặt được sử dụng để nối các đoạn trục thành phần tạo thành trục có chiều dài lớn hoặc nối các trục có không gian hẹp Nó bao gồm nối trục ống và nối trục đĩa

Nối trục đàn hồi

Nó bao gồm hai nửa nối trục với ba hoặc bốn vấu mặt đầu có tiết diện hình thang cân Các vấu ăn khớp với rãnh của phần tử đàn hồi trung gian là đĩa hình sao, được chế tạo từ cao su Các nửa nối trục chế tạo từ thép CT3 Ngoài khả năng bù được các sai lệch của trục nhờ biến dạng của các chi tiết đàn hồi (làm việc như nối trục bù), nối trục đàn hồi còn có thể: giảm va đập và chấn động, đề phòng được cộng hưởng do dao động xoắn gây nên

Dựa trên yêu cầu kĩ thuật, ta thấy sử dụng nối trục đàn hồi là thích hợp nhất

Hình 3.5 Nối trục đàn hồi với đĩa hình sao

3.5 Lựa chọn vật liệu làm khung máy

- Yêu cầu kĩ thuật:

+ Động cơ trục chính

+ Phải có tốc độ vòng quay cao, ổn định

+ Kích thước vừa phải, độ linh hoạt cao

+ Rung động và độ ồn nhỏ khi quay ở tốc độ cao

+ Điều khiển đơn giản

+ Động cơ điều khiển các trục

+ Công suất cao, khả năng đáp ứng tốt

+ Có khả năng thực hiện các chuyển động nhỏ mà vẫn chính xác

+ Không yêu cầu bảo trì thường xuyên

+ Vật liệu làm khung có khả năng chống ăn mòn, bề mặt làm việc sạch, dễ vệ sinh

- Nhôm tấm có các đặc tính sau:

+ Độ cứng vững và khả năng chống rung động tốt

+ Sẵn có trên thị trường

+ Dễ gia công hơn sắt nhiều lần

+ Không cần sơn phủ sau khi gia công

+ Bề mặt sạch bóng tăng tính thẩm mỹ cho máy

+ Phù hợp với khả năng gia công ở cấp độ sinh viên

+ Chi phí đầu tư cho dụng cụ cắt gọt thấp

+ Dễ lắp ráp thay thế và sửa chữa

+ Có khả năng gia công cho độ chính xác cao

+ Giá thành tương đối cao

+ Tốn thời gian gia công, tốn chi phí đầu tư cho dụng cụ cắt

+ Lắp ráp và sửa chữa gặp nhiều khó khăn do khối lượng chi tiết rất nặng

+ Kết cấu máy có khối lượng lớn, nếu thiết kế chưa tốt sẽ ảnh hưởng tới khả năng vận hành của máy

Hình 3.7 Sắt tấm

Tuy nhiên, dựa vào một số tính năng nổi trội hơn mà nhóm quyết định chọn nhôm tấm để làm khung máy

- Yêu cầu kĩ thuật:

+ Có khả năng kẹp các phôi trụ tròn xoay nhanh chóng với đường kính từ 3-80 mm + Độ kẹp linh hoạt và chính xác cao, sai số kẹp của mâm cặp là ±0.05𝑚𝑚

+ Có khả năng chịu được lực cắt lớn mà vẫn đảm bảo độ chính xác

- Mâm cặp tự định tâm: Điển hình của mâm cặp tự đinh tâm là mâm cặp ba chấu, ba chấu được di chuyển cùng lúc để kẹp vào vật Thường dùng kẹp các chi tiết có dạng tròn xoay

Hình 3.8 Mâm cặp 3 chấu tự định tâm

+ Ưu điểm:

 Thao tác kẹp nhanh chóng nhờ cơ cấu tự định tâm