Đồ án: tốt nghiệp thiết kế chế tạo máy phay gỗ cnc

Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp thiết kế chế tạo máy phay gỗ cnc, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Trần Phi Hổ
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Linh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Thiết Kế Chế Tạo Máy Phay Gỗ Cnc
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đồ Án Thiết Kế Chế Tạo Máy Phay Gỗ CNC

Máy phay gỗ CNC là một thiết bị công nghệ hiện đại được thiết kế để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành chế biến gỗ tại Việt Nam. Đồ án tốt nghiệp này tập trung vào thiết kế và chế tạo máy phay gỗ CNC với mục đích cải thiện hiệu suất sản xuất và chất lượng sản phẩm. Được thực hiện bởi sinh viên từ Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh, dự án này kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn để tạo ra một giải pháp toàn diện. Ngành công nghệ chế tạo máy đang phát triển mạnh mẽ, và máy CNC đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất lao động. Đề tài này được lựa chọn dựa trên tính cấp thiết của việc ứng dụng công nghệ cao vào sản xuất gỗ.

1.1. Tình Hình Phát Triển Ngành Chế Biến Gỗ

Ngành chế biến gỗ tại Việt Nam đang trở thành một lĩnh vực kinh tế quan trọng. Nhu cầu về máy phay gỗ CNC không ngừng tăng do các doanh nghiệp muốn tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm chi phí lao động. Công nghệ CNC cho phép sản xuất các sản phẩm nội thất, tranh mỹ nghệ và đồ trang trí với độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu thị trường quốc tế.

1.2. Mục Đích Và Ý Nghĩa Của Đề Tài

Mục đích chính của đồ án này là thiết kế và chế tạo máy phay gỗ CNC hiệu quả, tiết kiệm chi phí và phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam. Thông qua dự án này, sinh viên tích lũy kinh nghiệm về thiết kế cơ khí, tính toán kỹ thuật và lắp ráp các hệ thống điều khiển số hóa. Đây là bước đệm quan trọng để bước vào thị trường lao động với kỹ năng chuyên môn thực tế.

II. Thiết Kế Và Nguyên Lý Hoạt Động Máy Phay Gỗ CNC

Thiết kế máy phay gỗ CNC yêu cầu hiểu biết sâu sắc về các thành phần cơ học và điều khiển điện. Máy được thiết kế với ba trục chính (X, Y, Z) để cho phép chuyển động ba chiều chính xác. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc sử dụng động cơ bước kết hợp với hệ thống truyền động bao gồm trục vít me, đai ốc bi và các trục dẫn hướng. Các thông số kỹ thuật được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo máy hoạt động hiệu quả. Quá trình thiết kế phần cơ khí bao gồm lựa chọn vật liệu, tính toán lực cắt, và chọn các chi tiết phù hợp. Chế độ làm việc của máy được xác định dựa trên loại gỗ và yêu cầu gia công, với các thông số như tốc độ quay, độ sâu cắt được điều chỉnh thích hợp.

2.1. Cấu Trúc Và Các Thành Phần Chính

Máy phay gỗ CNC bao gồm phần đế, ba cụm trục (X, Y, Z), hệ thống truyền động, bộ kẹp chặt, và tủ điện điều khiển. Mỗi trục được trang bị động cơ bước 2 phase, trục vít me bi để chuyển chuyển động quay thành tuyến tính, và các trục dẫn hướng để định hướng. Bộ phận kẹp chặt dùng để cố định chi tiết gỗ, đảm bảo an toàn và chính xác trong quá trình gia công.

2.2. Hệ Thống Điều Khiển Và Phần Mềm

Hệ thống điều khiển sử dụng phần mềm NC Studio V5 để điều khiển chuyển động các trục. Phần mềm JDpaint được sử dụng để thiết kế hình vẽ và xuất mã G-Code. Động cơ bước 2 phase nhận tín hiệu từ card điều khiển NC Studio để thực hiện chuyển động theo chương trình được lập trước, đảm bảo độ chính xác cao trong gia công.

III. Quy Trình Chế Tạo Và Lắp Ráp Máy Phay Gỗ CNC

Quy trình chế tạo máy phay gỗ CNC bao gồm các giai đoạn: thiết kế chi tiết, chế tạo phần cơ khí, chế tạo phần điện, lắp ráp và kiểm tra. Phần cơ khí được chế tạo từ các vật liệu như thép và nhôm, đảm bảo độ cứng và độ chính xác cao. Quá trình chế tạo cụm trục X, Y, Z yêu cầu gia công chính xác các tấm đỡ vitme, đỡ thanh trượt và các chi tiết khác. Chế tạo tủ điện bao gồm lắp các thiết bị điện như card điều khiển NC Studio, driver điều khiển động cơ, nguồn cấp điện và các dây dẫn. Lắp ráp máy là bước cuối cùng, nơi tất cả các bộ phận được kết hợp lại theo bản vẽ thiết kế, đảm bảo căn chỉnh chính xác và hoạt động đúng theo yêu cầu.

3.1. Chế Tạo Các Bộ Phận Cơ Khí

Chế tạo phần đế là nền tảng cho toàn bộ máy, đảm bảo tính ổn định. Cụm trục X, Y, Z được chế tạo từ các bản vẽ chi tiết, bao gồm gia công tấm bên, tấm đỡ vitme, đỡ thanh trượt và gá áo vitme. Các chi tiết được kiểm tra kích thước và hình dạng để đảm bảo độ chính xác trước khi lắp ráp.

3.2. Lắp Ráp Và Kiểm Tra Chức Năng

Lắp ráp card điều khiển NC Studio vào máy tính kết nối với máy. Kết nối driver với bộ điều khiển để điều khiển động cơ bước. Hoàn thiện tủ điện bằng cách lắp tất cả các dây dẫn và thiết bị. Sau đó, máy được vận hành thử nghiệm để kiểm tra các trục chuyển động mượt mà và chính xác theo lệnh từ phần mềm NC Studio.

IV. Vận Hành Bảo Dưỡng Và An Toàn Máy Phay Gỗ CNC

Vận hành máy phay gỗ CNC đòi hỏi tuân thủ quy trình chuẩn để đảm bảo an toàn và hiệu suất. Người vận hành phải nắm rõ chế độ vận hành của máy, cách sử dụng phần mềm JDpaint để tạo hình vẽ và xuất G-Code, và hướng dẫn sử dụng NC Studio để điều khiển máy. Cài đặt thông số sản xuất như tốc độ quay, vận tốc dẫn động phải phù hợp với loại gỗ và chi tiết cần gia công. Bảo dưỡng định kỳ bao gồm bôi trơn các chi tiết chuyển động, kiểm tra trục vít me, đai ốc bi và gối đỡ. Biện pháp an toàn bao gồm trang bị các thiết bị bảo vệ, đảm bảo không bị kéo vào máy, và khẩn cấp dừng máy ngay lập tức khi phát hiện sự cố. Các khuyết tật sản phẩm cần được phân tích và khắc phục bằng cách điều chỉnh thông số gia công hoặc kiểm tra độ sắc dao cắt.

4.1. Hướng Dẫn Vận Hành Máy

Trước khi bắt đầu, cần khởi động máy tính có phần mềm NC Studio V5 cài đặt. Sử dụng JDpaint để vẽ hình hoặc import hình sẵn, sau đó xuất G-Code. Nạp G-Code vào NC Studio, đặt chi tiết gỗ lên bàn máy và kẹp chặt bằng bộ phận kẹp. Kiểm tra các trục chuyển động mượt mà, sau đó thực hiện chương trình gia công. Theo dõi quá trình gia công để phát hiện sự cố kịp thời.

4.2. Bảo Dưỡng Và An Toàn Lao Động

Bôi trơn định kỳ tất cả các trục vít me, đai ốc bi, gối đỡ và các chi tiết chuyển động khác bằng dầu bôi trơn chất lượng tốt. Kiểm tra độ hao mòn của dao cắt và thay thế khi cần thiết. Vệ sinh máy sau mỗi ca sản xuất để loại bỏ mùn gỗ. Luôn trang bị bảo vệ cá nhân như kính bảo vệ mắt, quần áo an toàn. Dừng máy ngay lập tức nếu phát hiện tiếng lạ hoặc sự cố để tránh tai nạn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHAY GỖ CNC GVHD: ThS. LÊ LINH SVTH: TRẦN PHI HỔ ĐỖ TUẤN KIỆT SKL004844 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016 Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy TÓM TẮT ĐỒ ÁN TÊN ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHAY GỖ CNC” 1.

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NGÀNH CHẾ BIẾN GỖ TẠI VIỆT NAM. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc 1. Tính cấp thiết và nhu cầu về máy Phay Gỗ CNC 1.

Mục đích chọn đề tài 1. Giới thiệu một số Máy Phay Gỗ CNC trên thị trƣờng 2. THIẾT KẾ MÁY PHAY GỖ CNC 2. Khái niệm và cơ sở lí thuyết 2.

Nguyên lí hoạt động 2. Chế độ làm việc 2. Phƣơng án và lựa chọn phƣơng án 2. Tính toán động cơ, lực tác dụng, chọn động cơ 2.

Tính toán bộ truyền vit me đai ốc bi cho trục Y 2. Chọn chi tiết làm bộ phận máy 2. Bôi trơn, sửa chữa, bảo dƣỡng và các biệp pháp an toàn khi sử dụng máy 3. THIẾT KẾ CƠ KHÍ 3.

Tính toán động cơ, lực tác dụng, chọn động cơ 3. Tính toán bộ truyền trục vít me-đai ốc bi cho trục Y 3. Chọn chi tiết làm bộ phận máy 3. Bôi trơn, sửa chữa, bảo dƣỡng và các biện pháp an toàn khi sử dụng máy 4.

THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN 4. Phần mềm Jdpaint 4. Phần mềm Ncstutio 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sinh viên thực hiện: Trần Phi Hổ Đỗ Tuấn Kiệt Trang 1 Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy MỤC LỤC Danh mục hình.

5 Danh mục bảng. 8 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc.Tính cấp thiết và nhu cầu về Máy Phay Gỗ CNC.

Tính cấp thiết. Nhu cầu sử dụng Máy Router CNC. Mục đích chọn đề tài. Giới thiệu một số Máy Phay Gỗ CNC có trên thị trƣờng.

13 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT. Nguyên lý hoạt động. Chế độ làm việc. Phƣơng án và lựa chọn phƣơng án.

Đánh giá và lựa chọn phƣơng án. 22 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ. Kết cấu của máy CNC. Tính toán động cơ, lực tác dụng, chọn động cơ.

Phân loại dao và chọn dao cho máy phay. Chọn các thông số. Chọn gối đỡ trục. Tính toán lực cắt.

Tính toán bộ truyền vít me- đai ốc bi cho trục Y. Chọn bộ phận làm chi tiết, bộ phận máy. Bộ phận kẹp chặt. Bôi trơn, sửa chửa, bảo dƣỡng và các biện pháp an toàn khi sử dụng máy.Các dạng khuyết tật của sản phẩm.

31 Trang 2 Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy 3. Bảo dƣỡng và các biện pháp an toàn khi sử dụng máy. 31 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN VÀ CHỌN PHẦN MỀM. Giới thiệu về động cơ bƣớc.

Động cơ bƣớc 2 phase. Ý nghĩa của việc sử dụng động cơ bƣớc. Giới thiệu sơ lƣợc về phần mềm JDPAINT. Giới thiệu phần mềm NC Studio.

44 CHƢƠNG 5: CHẾ TẠO PHẦN CƠ KHÍ. Chế tạo Phần đế. Chế tạo cụm trục X. Đỡ thanh trƣợt 2, 3.

Chế tạo cụm trục Y. Đỡ thanh trƣợt 3,4. Chế tạo cụm trục Z. Thanh đỡ trƣợt 2,3.

59 CHƢƠNG 6: CHẾ TẠO PHẦN ĐIỆN. Các thiết bị trong tủ điện. Chế tạo tủ điện. 61 CHƢƠNG 7: LẮP RÁP.

67 Trang 3 Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy 7. Lắp Card điều khiển NC studio V5 vào máy tính. Kết nối Driver với bộ điều khiển NC studio V5. Hoàn thiện tủ điện.

69 CHƢƠNG 8: VẬN HÀNH. Chế độ vận hành của CNC router. Hƣớng dẫn sử dụng JD paint để xuất G-Code. Hƣớng dẫn sử dụng NC Studio.Chế độ vận hành.2Cài đặt thông số sản xuất.

82 CHƢƠNG 9: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 83 Tài liệu tham khảo. 84 Trang 4 Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy Danh mục hình.1 - Một góc xƣởng sản xuất gỗ tại Việt Nam.2 - Sản phẩm nội thất làm bằng gỗ sồi.3 - Máy cắt khắc CNC tạo ra sản phẩm nội thất có giá trị nghệ thuật cao.4 - Tranh mỹ nghệ đƣợc sản xuất từ máy cắt khắc CNC.5 - Máy Phay Gỗ CNC 2218-8, TNHH MACHINE AUTO Việt Nam.6 - Máy Phay Gỗ CNC SHODA NCN-1200 Nhật Bản.7 - Máy Phay Gỗ CNC MARS Trung Quốc.8 - Máy khắc mini CNC 6090.1 - Sơ đồ kết cấu động học Máy Phay Gỗ CNC.2 - Sơ đồ nguyên lí Máy Phay Gỗ CNC.3 - Dùng động cơ bƣớc, bộ truyền đai, trục vít me, trƣợt vuông dẫn hƣớng.4 - Dùng động cơ bƣớc, bộ truyền đai, trục vít me,trục dẫn hƣớng với bạc trƣợt.5 - Dùng trục vít me bi, khớp đàn hồi, sống lăn dẫn hƣớng, bàn máy di chuyển.6 - Dùng trục vít me bi, bộ truyền đai, trục dẫn hƣớng,bạc trƣợt, bàn máy cố định.1 - Thanh trƣợt, trục vít me bi.4 - Kẹp bằng bulong chữ T.5 - Kẹp bằng Toggle.2 - Sơ đồ đấu dây của động cơ bƣớc 5 phase.3 - Sơ đồ dây của động cơ bƣớc 2 phase 4 dây và 6 dây.4 – Cấu trúc của L298.6 – Tên các chân kết nối.7 – thử một ngõ ra của L298.8 – Sơ đồ điều khiển động cơ điện một chiều.10 – mạch điều khiển động cơ bƣớc 2 phase 4 dây.11 - Phần mềm JDpaint.12 - Giao diện của phần mềm JDpaint.13 - Giao diện NCstudio.2 – Bản vẽ lắp cụm trục X.3 – Bản vẽ tấm đỡ vitme trục X.4 – Tấm đỡ vitme trục X.5 – Bản vẽ đỡ thanh trƣợt trục X.6 – Đỡ thanh trƣợt trục X.48 Trang 5 Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy Hình 5.7 - Bản vẽ gá áo vitme X.8 – Bản vẽ đỡ động cơ trục X.9 – Bản vẽ lắp cụm trục Y.10 – Bản vẽ tấm bên 1.11 – Bản vẽ tấm bên 2.13 – Bản vẽ đỡ thanh trƣợt Y.14 – Đỡ thanh trƣợt Y.15 – Bản vẽ đế nối tâm đỡ.16 – Bản vẽ đế tâm bên.17 – Bản vẽ gá áo Vitme Y.18 – Bản vẽ lắp cụm trục Z.19 – Bản vẽ đế nối tâm đỡ.21 – Bản vẽ đỡ thanh trƣợt Z.22 – Bản vẽ tấm đỡ Vitme trục Z.23 – Bản vẽ tấm lót ổ đỡ vitme.24 – Bản vẽ đỡ động cơ trục Z.2 – Driver cho động cơ bƣớc.1 - Lắp thanh trƣợt vào thanh đỡ.3 - Hoàn thành lắp ráp trục X.4 - Lắp kẹp đai ốc bi.5 - Lắp trục vít lên tấm đỡ.6 - lắp thanh trƣợt.7 - Lắp kẹp đai ốc bi Trục Z.9 - Lắp tấp gá Spindle.10 - Lắp ráp hoàn chỉnh phần cơ khí.11 – Lắp card vào máy tính.12 – Kết nối driver với bộ điều khiển.13 – Hoàn thành tủ điện.14 – Hoàn thành tủ điện và cơ khí.1 - Tải hình ảnh vào Jdpaint.3 - Điều chỉnh độ dày tranh khắc.4 - Chuyển sang chế độ xem 3D.5 - Gọi lệnh Scale.6 - Đánh giá trị của chi tiết trên bảng Scale. 73 Trang 6 Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy Hình 8.7 - Gọi lệnh tạo đƣờng dao.8 - Bảng giá trị lập trình 1.9 - Bảng giá trị lập trình 2.10 - Gọi lệnh Export toolpaths.11 - Chọn vị trí lƣu.12 - Chọn đặc tính.13 - Chọn đặc tính cho trục Z.15 - Bảng điều chỉnh dịch chuyển bằng tay.16 - Thanh công cụ.17 - Cửa sổ hiển thị tọa độ.18 - Bảng cài đặt thông số vận hành máy.19 - Điều chỉnh chiều cao an toàn cho dao.20 - Cài đặt thông số sản xuất.

82 Trang 7 Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy Danh mục bảng Bảng 1.1 - Thông số kĩ thuật Máy khắc mini CNC 6090.1 - Thông số của một số mũi Router.2 - Bảng trị số góc cắt.1 – các thông số cơ bản của L298.2 – Chức năng của từng chân trong L298.3 – Bảng điều khiển. 38 Ghi chú: - Chữ số thứ nhất chỉ tên chƣơng - Chữ số thứ hai chỉ thứ tự bảng biểu trong mỗi chƣơng - Ở cuối mỗi bảng biểu trong mỗi chƣơng phải có ghi chú, giải thích, nêu rõ nguồn trích hoặc sao chụp, … Trang 8 Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc. Kể từ khi bƣớc sang thế kỉ 21, ngành sản suất gỗ của Việt Nam đã tiến một bƣớc khá dài, với mức sản xuất tăng gấp bội, và theo dự liệu thì gỗ Việt Nam vẫn sẽ giữ đƣợc mức tăng trƣởng cao trong năm 2007 và ngay cả trong tƣơng lai.

Theo Bộ Thƣơng Mại Việt Nam cho biết thì kể từ đầu thé kỉ 21 tới nay, các sản phẩm xuất khẩu của Việt Nam đã tăng lên từ 219 triều đô la trong năm 2000 đến 2 tỷ đô trong năm 2006. Với đà tăng trƣởng nhƣ vậy, dự liệu sẽ còn tăng cao trong những năm tới. Theo thống kê năm 2013, nƣớc ta có khoảng 3900 doanh nghiệp chế biến gỗ khác nhau, có tới 95% doanh nghiệp sản xuất tƣ nhân còn lại là doanh nghiệp nhà nƣớc. Với các doanh nghiệp tƣ nhân với vốn đầu tƣ khiêm tốn vì vậy 90% trong tổng số doanh nghiệp sản xuất với quy mô nhỏ cà siêu nhỏ.Khoảng 5,5 % số doanh nghiệp sản xuất vừa và lớn.Số ít còn lại là số doanh nghiệp, tập đoàn ché biến gỗ lớn.1 - Một góc xƣởng sản xuất gỗ tại Việt Nam.

Hầu hết các sản phẩm đồ gỗ xuất khẩu là đồ đạc dùng trong nhà, hàng nội thất, trang trí,.Những công ty liên doanh với nƣớc ngoài và các công ty nhằ nƣớc. Ngành chế biến gỗ tại Việt Nam thu dụng đƣợc khoảng gần một triệu nhân công. Một trong những điều khó khăn đối với ngành sản xuất và chế biến gỗ hiện nay là không đủ nguyên liệu, vì vậy nhu cầu nhập khẩu gỗ nƣớc ta tăngđiển hình kim ngạch nhập khẩu từ 151 triệu USD trong năm 2000 tới 1,300 tỷ USD trong năm 2011 và đến những năm 2012, 2014 kim ngạch nhập khẩu đã giảm xuống. Nhƣng vẫn ở mức nhập khẩu lớn Ngoài ra về mẫu mã nƣớc ta vẫn còn kém đa dạng, máy móc còn nhiều thiếu thốn, nhất là những máy tự động,.

Trang 9 Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc. Tình hình phát triển của ngành Gỗ năm 2013 đƣợc xem là năm thắng lợi lớn của ngành gỗ, đặc biệt trong bối cảnh ngành nông nghiệp nói chung suy giảm. Kim ngạch xuất khẩu gỗ đạt mức cao nhất từ trƣớc tới nay, 5,7 tỷ USD.

Nếu cộng cả các đồ lâm sản ngoài gỗ nhƣ đồ gỗ mỹ nghệ, đồ gỗ song, mây, tre… thì kim ngạch xuất khẩu năm 2013 đạt gần 6 tỷ USD tăng khoảng 200 triệu USD so với năm 2012. Thành công nổi bật chính là sự phát triển của ngành gỗ tại thị trƣờng Trung Quốc. 3 năm gần đây, tốc độ tăng trƣởng xuất khẩu sản phẩm đồ gỗ vào thị trƣờng này rất mạnh. Ví dụ năm 2012 đạt khoảng 740 triệu USD, thì tới năm 2013 đã xấp xỉ 1 tỷ USD.