CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung Ngay từ thời nguyên thuỷ, con người đã biết đến chế biến gỗ để tạo ra các sản phẩm nghệ thuật. Qua hàng thế kỉ, quá trình này chủ yếu được thực hiện bằng tay kèm với các công cụ như dao, đục và búa. Để sản phẩm làm ra đạt chất lượng yêu cầu người nghệ nhân phải có kỹ năng, tay nghề cao và có nhiều năm kinh nghiệm. Việc này cũng cần rất hiều thời gian và công sức với những sản phẩm yêu cầu độ chi tiết cao, tinh xảo.
Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, con người đã có thể chế tạo những loại máy móc được tự động hoá để gia công và chế biến vật liệu (trong đó có gỗ) một cách chính xác với ít công sức và trong khoàng thời gian ngắn. Trong đó phải kể đến máy CNC-một trong những loại máy gia công chế biến gỗ hàng đầu trong ngành gỗ mỹ nghệ. Với nhu cầu làm đẹp, trang trí ngày càng cao như hiện nay, yêu cầu đối với các sản phẩm gỗ mỹ nghệ ngày càng nhiều như mức độ về mặt tinh xảo ngày càng lớn, mẫu mã đa dạng hơn. Đáp ứng nhu câù đó, máy CNC cũng không ngừng được nâng cấp để nâng cao hơn nữa năng suất làm việc, rút ngắn thời gian gia công, tăng độ chính xác cho sản phẩm và gia công với số lượng lớn cho chất lượng sản phẩm đồng đều hơn.2 Tổng quan về đề tài 1.
Khái niệm 1 Đồ án tốt nghiệp Đh Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Máy CNC (Computer Numerical Control) là một loại máy móc điều khiển bằng máy tính, dùng để chế tạo các sản phẩm có chất lượng cao và chính xác cao. Máy CNC gỗ là một trong những dòng sản phẩm của máy CNC, được sử dụng để chế tạo các sản phẩm gỗ như tủ, bàn, ghế, tranh mỹ nghệ và nhiều sản phẩm khác. Máy CNC gỗ có thể được lập trình để tự động cắt, gia công và hình thành các sản phẩm gỗ.2 Máy CNC gỗ đang làm việc (Nguồn: Internet) b. Phân loại Máy CNC có thể có 3 trục, 4 trục hay 5 trục tuỳ vào yêu cầu của sản phẩm cần được gia công.
Các loại máy CNC phổ biến hiện nay gồm có: 1. Máy cắt laser CNC. Máy cắt Plasma CNC. Máy phóng điện CNC - EDM.
Máy định tuyến CNC. 2 Đồ án tốt nghiệp Đh Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Ở để tài này, nhóm chỉ đi sâu nghiên cứu và thiết kế về máy CNC 3 trục dùng để gia công gỗ mỹ nghệ - máy phay CNC.3 Các loại máy CNC phổ biến hiện nay (Nguồn: Internet) c. Cấu tạo Một máy CNC 3 trục điển hình được tạo ra các bằng cách di chuyển trục chính tiến lùi (trục X), qua lại (trục Y) và lên và xuống (trục Z).Dao cắt, được gắn với trục chính, cắt các mảnh ra khỏi phôi khi trục chính di chuyển dọc theo ba trục. Cấu tạo chung của máy CNC gồm 3 phần chính: Hình 1.4 Cấu tạo chung của máy CNC (Nguồn: Internet) + Cấu tạo cơ khí - Bàn và chân máy Bàn máy là bộ phận dùng để kẹp giữ, cố định phôi khi gia công còn chân máy là nơi chịu tải toàn bộ trọng lượng của máy cũng như lực mà trục chính tác động lên phôi.
Chính vì đảm nhiệm những nhiệm vụ quan trọng như vậy cho nên hai bộ phận này phải được thiết kế vô cùng chắc chắn, có vậy thì máy mới hoạt động mượt mà, trơn tru và chính xác nhất. - Cụm trượt trục X 3 Đồ án tốt nghiệp Đh Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Là nơi được dẫn động và di chuyển tịnh tiến tiến lùi, nó còn có chức năng nâng đỡ các cụm phía trên như cụm trượt trục Y, cụm trượt trục Z. Được cố định với nhau bằng kim loại hoặc vật liệu tổng hợp có độ cứng và độ bền cao, chịu tải tốt, ít bị biến dạng. - Cụm trượt trục Y Cũng giống cụm trượt trục X nhưng thay vì tịnh tiến tiến lùi thì nó có chức năng tịnh tiến sang trái hoặc phải, nó cũng là nơi giữ cố định cụm trượt trục Z.
- Cụm trượt trục Z Là nói chịu trách nhiệm cố định động cơ trục chính và tịnh tiến lên xuống để dao chạm vào phôi tạo nên những đường nét điêu khắc.5 Ba cụm trượt trên nhau (Nguồn: Internet) + Cấu trúc dẫn động - Gối đỡ BK-BF Gối đỡ BK-BF có nhiệm vụ giữ và cố định hai đầu trục vitme cho vitme ăn khớp với động cơ thông qua khớp nối. Gối đỡ trục gồm hai bộ phận chính: con lăn và đế. Con lăn là bộ phận cố định trục quay. Con lăn thường được làm bằng thép, có độ cứng cao và khả năng chịu tải lớn.
Chân đế là bộ phận nâng đỡ trục được làm từ hợp kim gang có khả năng chịu lực, chống rung, chịu nhiệt cực tốt. Ba thành phần vitme, đai ốc, gối đỡ,tạo thành một hệ thống truyền động tuyến tính cung cấp chuyển động tịnh tiến qua lại trơn tru, có độ chính xác cao với ít ma sát. 4 Đồ án tốt nghiệp Đh Sư phạm Kỹ thuật TP.6 Gối đỡ trục BK-BF (Nguồn: Internet) +Vitme - đai ốc Vitme là sự kết hợp giữa trục xoắn ốc và đai ốc trượt. Là một bộ truyền động trượt dẫn hướng, chức năng chính của nó là chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến với ít ma sát giữa các bộ phận.
Các viên bi di chuyển theo chu kỳ, trong trục và đai ốc trượt có các rãnh xoắn ốc hoạt động với độ chính xác cao.Cơ chế vitme bi có thể được sử dụng dưới tải trọng cao.Sản xuất đảm bảo dung sai rất thấp nên có thể được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu độ chính xác cao như máy CNC.7 Một bộ vitme - đai ốc (Nguồn: Internet) Hình 1.8 Cấu tạo đai ốc bi (Nguồn: Internet) +Thanh trượt - con trượt Ray trượt vuông là cơ cấu chuyển động qua lại giúp máy móc tự động di chuyển (tiến, lùi) một cách mượt mà và chính xác nhất. Yêu cầu của hệ thống ray vuông phải thẳng, khả năng chịu tải cao, độ cứng cao, không bị dính và đảm bảo sự trơn tru khi 5 Đồ án tốt nghiệp Đh Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM trượt. So với các loại ray dẫn hướng chẳng hạn như ray trượt tròn thông thường, ray vuông có độ cứng, cấp độ chính xác và khả năng chịu tải cao hơn gần 1,5 lần Hình 1.9 Một bộ thanh và con trượt vuông (Nguồn: Internet) Hình 1.10 Cấu tạo con trượt vuông (Nguồn: Internet) Thanh trượt tròn là phụ kiện dẫn hướng dạng tròn tương tự như thanh trượt vuông, bề mặt ngoài của thanh trượt được mạ crom giúp di chuyển dễ dàng và êm ái, hạn chế tối đa tiếng ồn trong quá trình sử dụng.11 Bộ thanh và con trượt tròn (Nguồn: Internet) Hình 1.12 Cấu tạo con trượt tròn (Nguồn: Internet) 6 Đồ án tốt nghiệp Đh Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM + Động cơ và hệ thống điều khiển - Động cơ trục chính Spindle Động cơ trục chính (Spindle) hay còn được gọi là củ đục vi tính. Là 1 motor, nhận lệnh điều khiển từ biến tần.
Biến điện năng thành động năng. Có tác dụng cố định dao thông qua dụng cụ collet để thực hiện cắt, khắc, khoan lỗ,… Củ đục spindle là thiết bị không thể thiếu trong bất ký máy CNC nào.13 Động cơ phay chính (Nguồn: Internet) - Động cơ bước điều khiển vị trí Động cơ bước là một động cơ điện đồng bộ, không chổi than chuyển đổi các xung kỹ thuật số thành chuyển động quay của trục cơ học. Có thể điều khiển cực kì chính xác số vòng quay. Chuyển động trục bình thường của nó bao gồm các chuyển động góc rời rạc có độ lớn về cơ bản là đồng nhất khi được truyền động từ nguồn điện một chiều chuyển mạch tuần tự.
Động cơ bước là một thiết bị đầu vào - đầu ra kỹ thuật số. Nó đặc biệt phù hợp với loại ứng dụng mà tín hiệu điều khiển xuất hiện dưới dạng xung kỹ thuật số chứ không phải điện áp tương tự. Một xung kỹ thuật số đến ổ đĩa động cơ bước hoặc trình dịch làm cho động cơ tăng một góc chuyển động chính xác. Khi các xung kỹ thuật số tăng tần số, chuyển động bước chuyển thành chuyển động quay liên tục.
Kết hợp với cơ cấu truyền động vitme, sai số vị trí rất thấp, có thể đạt đến 0.01mm tuỳ theo loại động cơ sử dụng. Chúng thường được dùng trong các loại máy móc cần độ chính xác cao như máy CNC. 7 Đồ án tốt nghiệp Đh Sư phạm Kỹ thuật TP.14 Động cơ bước (Nguồn: Internet) Mạch điều khiển Mach3 Là bo mạch trung tâm điều khiển máy CNC, nó có nhiệm vụ nhận lệnh từ máy tính và xuất xung cho driver và biến tần để điều khiển các động cơ bước và củ đục theo mong muốn.15 Bob mạch Mach3 USB 4 trục (Nguồn: Internet) - Máy tính điều khiển Có thể là máy vi tính để bàn hay laptop, có trang bị cổng LPT hoặc USB. Được cài đặt phần mềm Mach3 tương ứng với phiên bản của Bob mạch.16 Máy tính cài phần mềm Mach3 (Nguồn: Internet) 8 Đồ án tốt nghiệp Đh Sư phạm Kỹ thuật TP.2 Gỗ và mục đích gia công Gỗ là vật liệu rẻ, dễ gia công, có vân đẹp.
Gia công gỗ là quá trình tạo hình hoặc chữ trên một tấm gỗ. Trước kia, quá trình này được làm hoàn toàn thủ công bằng tay, muốn sản phẩm làm ra có chất lượng cao thì người nghệ nhân phải tốn rất nhiều thời gian cung như công sức và đặc biệt phải có tay nghề tốt, nhiều kinh nghiệm để sản phẩm đạt độ tinh xảo nhất định. Gia công gỗ có thể dùng để tạo ra những sản phẩm nghệ thuật dùng để trưng bày, trang trí.17 Điêu khắc tranh gỗ bằng tay (Nguồn: Internet) 1.3 Tạo sao lại dùng máy CNC trong gia công gỗ Sử dụng máy CNC trong gia công gỗ có thể giúp tăng năng suất và giảm sức lao động của con người trong quá trình gia công gỗ, vì máy CNC có thể tự động thực hiện theo một thiết kế đã được xác định trước. Nó cũng giúp giảm thiểu tỉ lệ lỗi và tăng tính chính xác trong quá trình khắc gỗ.18 Máy CNC gia công gỗ (Nguồn: Internet) 1.4 Tình hình hiện tại Hiện tại trị trường máy CNC dùng để gia công gỗ mỹ nghệ rất đa dạng và phong phú từ trong nước đến quốc tế.
Máy CNC gỗ trong nước được sản xuất tại Việt Nam. 9 Đồ án tốt nghiệp Đh Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Chúng thường được sử dụng cho các dự án chế tạo gỗ có độ chính xác thấp và trung bình và thường có mức giá hợp lý. Máy CNC gỗ nhập khẩu được sản xuất tại các nước như Mỹ, Đức, Ý, Nhật Bản và các nước khác.