Đồ án: Thiết kế máy khắc gỗ CNC 3 trục 2 đầu khắc - ĐH SPKT Đà Nẵng

Máy CNC khắc gỗ 3 trục 2 đầu: Tìm hiểu thiết kế, ứng dụng và ưu điểm vượt trội. Khám phá ngay giải pháp khắc gỗ hiệu quả, đa năng!

• Tác giả: Lê Ngọc Tứ
• Người hướng dẫn: ThS. Ngô Tấn Thống
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Cơ khí chế tạo
• Đề tài: Tính toán thiết kế máy khắc gỗ CNC 3 trục 2 đầu khắc
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• LỜI CẢM ƠN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC
• 1.1. Giới thiệu chung về máy CNC
• 1.1: Khái niệm CNC viết tắt từ tiếng anh “ Computer Numerical Control” là một dạng máy NC điều kiển tự động có sự trợ giúp của máy tính mà trong đó các bộ phận tự động đƣợc lập trình để hoạt động theo các sự kiện nối tiếp nhau với tốc độ xác định trƣớc để có thể tạo ra đƣợc mẫu vật với hình dạnh và kích thƣớc yêu cầu, bằng cách dử dụng các chƣơng trình viết bằng các kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274- D, thƣờng đƣợc gọi là mã G Sự xuất hiện này là cuộc cách mạng trong sản xuất công nghiệp, nhất là ngành kim loại. sự chuyển động kết hợp của 3 chiều x-y-z giúp thực hiện việc gia công trở nên dễ dàng, nhanh chóng và chuẩn xác, làm giảm thiểu rất nhiều công sức của con ngƣời Việc áp dụng CNC đã trở nên rộng rãi sau một thời gian ngắn, chủ yếu là các ngành kim khí điện máy, ngành may mặc ngành quảng cáo, ngành điện tử,…. Các chất liệu sử dụng CNC để gia công là sắt, inox, đồng, nhôm, mica, gỗ, …. Một máy CNC thƣờng bao gồm các phần sau:
• 1.2. Một số mẫu máy cnc điển hình
• 1.3. Đặt vấn đề nghiên cứu đề tài
• 1.4. Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa của khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.5. Ý nghĩa của khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.6. Ƣu nhƣợc điểm của máy khắc gỗ CNC 3 trục 2 đầu khắc
• 1.7. Thông số đầu vào CNC 3 trục 2 đầu khắc
• 2. CHƢƠNG 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY KHẮC GỖ CNC 3 TRỤC 2 ĐẦU KHẮC
• 2.1. Nguyên lý hoạt động
• 2.2. Thiết kế phần cơ khí máy khắc gỗ cnc 3 trục
• 2.3. Giới thiệu chung về máy khắc gỗ
• 2.4. Tính toán thiết kế hệ dẫn động các trục
• 2.5. Tính toán lựa chọn động cơ trục chính
• 3. CHƢƠNG 2: Kết luận
• 4. CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 4.1. Nghiên cứu, lắp ráp hệ thống điều khiển
• 4.2. Các bộ phận điều khiển:
• 4.3. Nghiên cứu chọn phần mềm điều khiển
• 4.4. Nghiên cứu hệ thống điện
• 4.5. Kết luận về hệ thống điện, điều khiển
• 5. CHƢƠNG 4: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ MỘT SỐ CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH
• 5.1. Quy trình chế tạo gối đỡ trục vít me
• 5.2. Phân tích chức năng làm việc, tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết và xác định dạng sản xuất
• 5.3. Chọn phôi, xác định phƣơng pháp chế tạo phôi và xây dựng bản vẽ lồng phôi
• 5.4. Thiết kế nguyên công, sơ đồ định vị, sơ đồ nguyên công, máy đồ gá dụng cụ đo
• 5.5. Tính toán thiết kế đồ gá
• 5.6. Quy trình chế tạo con trƣợt
• 5.7. Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết khối đỡ ray trƣợt
• 5.8. Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết
• 5.9. Quy trình công nghệ chế tạo trục vít me
• 5.10. Quy trình công nghệ gia công chi tiết cơ khí
• 5.11. Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC
• 1.1. Giới thiệu chung về máy CNC

Tóm tắt

I. Máy CNC khắc gỗ 3 trục 2 đầu Tổng quan công nghệ

Máy CNC khắc gỗ 3 trục 2 đầu là một bước tiến vượt bậc trong lĩnh vực gia công gỗ công nghiệp, mang lại giải pháp đột phá về năng suất gia công. Thiết bị này, còn được gọi là máy đục gỗ vi tính hai đầu, cho phép thực hiện đồng thời hai sản phẩm giống hệt nhau hoặc hai công đoạn khác nhau trên cùng một phôi, rút ngắn đáng kể thời gian sản xuất. Về cơ bản, máy hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển số bằng máy tính (Computer Numerical Control - CNC), chuyển đổi các thiết kế số từ phần mềm ArtCAM hoặc phần mềm Jdpaint thành chuyển động cơ học chính xác của các trục X, Y, Z. Mỗi trục được dẫn động bởi động cơ servo hoặc động cơ bước, di chuyển trên hệ thống ray trượt vitme để định vị đầu khắc. Hai đầu khắc, thường là các động cơ spindle công suất cao, có thể hoạt động đồng bộ hoặc độc lập tùy theo cấu hình. Theo tài liệu nghiên cứu “Tính toán thiết kế máy khắc gỗ CNC 3 trục 2 đầu khắc” (Lê Ngọc Tứ, 2022), việc thiết kế một hệ thống như vậy đòi hỏi sự tính toán chính xác về cơ khí, đặc biệt là kết cấu khung máy CNC để đảm bảo độ cứng vững và giảm thiểu rung động khi vận hành ở tốc độ cao. Sự kết hợp giữa hệ thống điều khiển CNC tiên tiến và kết cấu cơ khí vững chắc tạo nên một cỗ máy mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt trong ngành làm nội thất và điêu khắc mỹ nghệ.

1.1. Nguyên lý hoạt động cơ bản của máy đục gỗ vi tính

Nguyên lý hoạt động của máy đục gỗ vi tính 3 trục 2 đầu dựa trên một quy trình tự động hóa cao. Đầu tiên, người vận hành tạo ra một bản thiết kế 2D hoặc 3D bằng các phần mềm chuyên dụng như ArtCAM, Jdpaint, hoặc AutoCAD. Bản thiết kế này, hay còn gọi là file mẫu CNC, chứa toàn bộ thông tin về hình dạng, kích thước và đường chạy dao. Tiếp theo, file thiết kế được chuyển đổi thành mã G-code, một ngôn ngữ lập trình mà hệ thống điều khiển CNC có thể hiểu được. G-code là một chuỗi các lệnh chỉ dẫn chi tiết về tọa độ di chuyển của các trục (X, Y, Z), tốc độ quay của động cơ spindle, và thời điểm bật/tắt đầu khắc. Khi chương trình G-code được nạp vào máy, bộ điều khiển NC Studio hoặc Mach3 sẽ phân tích và gửi tín hiệu điện đến các driver của động cơ servo. Các động cơ này sẽ quay và truyền chuyển động đến các trục tương ứng thông qua bộ truyền ray trượt vitme, tạo ra chuyển động tịnh tiến chính xác. Hai đầu khắc gắn trên trục Z sẽ di chuyển theo lập trình để thực hiện quá trình cắt, gọt, tạo hình sản phẩm trên bề mặt gỗ.

1.2. Phân biệt máy CNC 2 đầu đồng bộ và 2 đầu độc lập

Trong các dòng máy CNC khắc gỗ 3 trục 2 đầu, có hai biến thể chính cần phân biệt: loại 2 đầu đồng bộ và máy CNC 2 đầu độc lập. Máy 2 đầu đồng bộ có hai động cơ spindle được gắn cố định trên cùng một giá đỡ trục Z. Điều này có nghĩa là cả hai đầu khắc sẽ luôn di chuyển cùng nhau, thực hiện cùng một thao tác, tạo ra hai sản phẩm giống hệt nhau trong một lần chạy máy. Cấu hình này lý tưởng cho việc sản xuất hàng loạt các chi tiết có thiết kế đồng nhất, giúp tăng gấp đôi năng suất gia công. Ngược lại, máy CNC 2 đầu độc lập có mỗi spindle được gắn trên một cơ cấu trục Z riêng biệt. Thiết kế này cho phép mỗi đầu khắc hoạt động độc lập với nhau, có thể gia công hai chi tiết khác nhau hoặc hai công đoạn khác nhau trên cùng một tấm phôi lớn. Sự linh hoạt này đặc biệt hữu ích trong các xưởng làm nội thất cần gia công các bộ phận đối xứng (như cánh tủ trái và phải) hoặc thực hiện đồng thời cả việc cắt và khắc trên cùng sản phẩm.

1.3. Các thông số kỹ thuật cốt lõi của máy CNC 1325 2

Model máy CNC 1325-2 là một trong những dòng máy 2 đầu phổ biến nhất, với các thông số kỹ thuật cốt lõi quyết định đến hiệu năng và ứng dụng. Ký hiệu "1325" thường chỉ kích thước vùng làm việc hiệu dụng của máy, tức là 1300mm (trục X) và 2500mm (trục Y), phù hợp với kích thước tiêu chuẩn của ván gỗ công nghiệp. Số "-2" chỉ máy có 2 đầu khắc. Các thông số quan trọng khác bao gồm: công suất động cơ spindle (thường từ 1.5kW đến 5.5kW), tốc độ quay tối đa (lên đến 24000 vòng/phút), và loại động cơ dẫn động (động cơ bước hoặc động cơ servo). Hệ thống truyền động thường sử dụng ray trượt vitme hoặc thanh răng chéo để đảm bảo độ chính xác. Hệ thống điều khiển CNC, chẳng hạn như bộ điều khiển NC Studio V5 hoặc V8, cũng là một yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến giao diện vận hành và khả năng xử lý các file mẫu CNC phức tạp. Việc hiểu rõ các thông số này giúp doanh nghiệp lựa chọn được cấu hình máy phù hợp nhất với nhu cầu sản xuất.

II. Thách thức khi tối ưu năng suất gia công gỗ công nghiệp

Ngành gia công gỗ công nghiệp và làm nội thất hiện đại đối mặt với áp lực lớn về thời gian giao hàng và chi phí sản xuất. Việc tối ưu hóa năng suất gia công trở thành yếu tố sống còn. Tuy nhiên, quá trình này gặp phải nhiều thách thức đáng kể. Các máy CNC truyền thống một đầu, mặc dù chính xác, nhưng lại trở thành nút thắt cổ chai trong dây chuyền sản xuất hàng loạt, không đáp ứng kịp tiến độ của các đơn hàng lớn. Việc vận hành máy liên tục cũng đặt ra yêu cầu cao về độ bền và sự ổn định của các cấu kiện cơ khí như khung máy CNC và hệ thống truyền động. Theo nghiên cứu, rung động và sai số tích lũy là những vấn đề thường gặp, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt sản phẩm, đặc biệt là khi khắc tranh gỗ hay các chi tiết 3D phức tạp. Thêm vào đó, chi phí đầu tư ban đầu cho một hệ thống máy điêu khắc gỗ 3D chất lượng cao là một rào cản không nhỏ đối với các xưởng sản xuất quy mô vừa và nhỏ. Việc cân bằng giữa hiệu quả kinh tế, chất lượng sản phẩm và khả năng vận hành ổn định chính là bài toán cốt lõi mà các nhà sản xuất cần giải quyết. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp như máy CNC khắc gỗ 3 trục 2 đầu được xem là hướng đi chiến lược.

2.1. Hạn chế của máy CNC một đầu trong sản xuất hàng loạt

Máy CNC một đầu là công cụ hiệu quả cho các đơn hàng nhỏ lẻ hoặc sản xuất mẫu. Tuy nhiên, khi đối mặt với nhu cầu sản xuất hàng loạt, những hạn chế của nó bộc lộ rõ rệt. Hạn chế lớn nhất là năng suất gia công thấp. Mỗi chu trình máy chỉ tạo ra được một sản phẩm, dẫn đến thời gian hoàn thành đơn hàng kéo dài. Điều này làm tăng chi phí nhân công vận hành và giảm khả năng cạnh tranh về giá. Để tăng sản lượng, doanh nghiệp buộc phải đầu tư nhiều máy một đầu, gây tốn kém diện tích nhà xưởng và chi phí quản lý, bảo trì. Hơn nữa, việc gia công lặp đi lặp lại một chi tiết trên nhiều máy khác nhau có thể dẫn đến sự không đồng đều về chất lượng do sai số của từng máy. Giải pháp máy CNC khắc gỗ 3 trục 2 đầu ra đời để giải quyết trực tiếp vấn đề này, cho phép nhân đôi sản lượng trên cùng một diện tích và trong cùng một khoảng thời gian, đảm bảo tính đồng nhất tuyệt đối giữa các sản phẩm.

2.2. Yêu cầu về độ chính xác và ổn định khi vận hành

Độ chính xác và ổn định là hai yếu tố tối quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm điêu khắc gỗ. Yêu cầu này càng trở nên khắt khe hơn đối với máy CNC khắc gỗ 3 trục 2 đầu do tải trọng và lực cắt tăng gấp đôi. Một khung máy CNC yếu, không đủ độ cứng vững sẽ bị biến dạng và rung động trong quá trình gia công tốc độ cao, dẫn đến bề mặt sản phẩm không mịn, đường nét khắc bị lệch. Tài liệu “Tính toán thiết kế máy khắc gỗ CNC 3 trục 2 đầu khắc” (2022) nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tính toán và lựa chọn vật liệu cho khung máy, thường là thép đúc hoặc thép hộp dày. Hệ thống truyền động, bao gồm ray trượt vitme và động cơ servo, phải có độ rơ cực thấp và khả năng đáp ứng nhanh để đảm bảo mọi chuyển động đều chính xác đến từng micromet. Sự ổn định của biến tần cho spindle cũng ảnh hưởng đến tốc độ cắt, nếu không ổn định có thể gây cháy gỗ hoặc gãy dao khắc CNC.

2.3. Vấn đề chi phí đầu tư và bài toán hiệu quả kinh tế

Chi phí đầu tư ban đầu là một trong những rào cản lớn nhất khi doanh nghiệp xem xét nâng cấp lên máy phay CNC gỗ hai đầu. Giá thành của một chiếc máy 2 đầu thường cao hơn đáng kể so với máy 1 đầu do có gấp đôi số lượng động cơ spindle, driver, và kết cấu cơ khí phức tạp hơn. Tuy nhiên, bài toán hiệu quả kinh tế cần được nhìn nhận một cách toàn diện. Mặc dù chi phí đầu tư cao, máy CNC khắc gỗ 3 trục 2 đầu có khả năng nhân đôi năng suất gia công. Điều này có nghĩa là thời gian thu hồi vốn sẽ nhanh hơn nhờ việc hoàn thành nhiều đơn hàng hơn trong cùng một khoảng thời gian. Máy giúp tiết kiệm chi phí nhân công (một người có thể vận hành máy tạo ra hai sản phẩm) và chi phí mặt bằng. Về lâu dài, việc giảm thời gian sản xuất và tăng sản lượng sẽ mang lại lợi nhuận cao hơn, bù đắp cho khoản đầu tư ban đầu và tạo ra lợi thế cạnh tranh bền vững trên thị trường làm nội thất và gia công gỗ.

III. Phương pháp thiết kế cơ khí cho máy CNC khắc gỗ 2 đầu

Thiết kế cơ khí là nền tảng quyết định sự ổn định, chính xác và tuổi thọ của máy CNC khắc gỗ 3 trục 2 đầu. Một thiết kế tối ưu phải cân bằng giữa độ cứng vững, trọng lượng và chi phí. Trọng tâm của phần cơ khí là cấu tạo máy CNC khắc gỗ, bao gồm ba thành phần chính: khung máy CNC, bàn gá phôi và hệ thống trục chuyển động. Khung máy, thường được làm từ thép hộp hoặc gang đúc, phải được tính toán kỹ lưỡng để chịu được tải trọng động phát sinh từ hai đầu khắc hoạt động đồng thời. Theo đồ án của Lê Ngọc Tứ (2022), việc phân tích ứng suất và biến dạng bằng phần mềm mô phỏng (như PTC Creo) là bước không thể thiếu để đảm bảo khung không bị cong vênh. Hệ thống truyền động là trái tim của sự chính xác. Lựa chọn giữa thanh răng và ray trượt vitme phụ thuộc vào yêu cầu về tốc độ và độ chính xác. Động cơ servo được ưu tiên hơn động cơ bước vì khả năng hồi tiếp vòng kín, giúp chống trượt bước và duy trì mô-men xoắn cao. Cuối cùng, việc tính toán và lựa chọn động cơ spindle phải dựa trên vật liệu gia công và loại dao khắc CNC sử dụng, đảm bảo đủ công suất và tốc độ để thực hiện các đường cắt mượt mà.

3.1. Phân tích cấu tạo máy CNC khắc gỗ Khung máy và bàn gá

Cấu tạo máy CNC khắc gỗ bắt đầu với khung máy CNC, được xem là bộ xương sống của toàn bộ hệ thống. Đối với máy hai đầu, khung máy phải có độ cứng vững vượt trội. Vật liệu phổ biến là thép hộp có độ dày lớn hoặc gang đúc nguyên khối, được gia công phay mặt chính xác để lắp ráp các thanh ray. Các mối hàn phải được xử lý nhiệt để khử ứng suất, tránh cong vênh theo thời gian. Bàn gá phôi có hai loại chính: bàn hút chân không và bàn kẹp rãnh chữ T. Bàn hút chân không phù hợp cho việc gia công ván gỗ công nghiệp phẳng, giúp giữ phôi chắc chắn mà không cần kẹp thủ công. Bàn kẹp rãnh chữ T linh hoạt hơn, cho phép gá đặt các phôi có hình dạng và độ dày khác nhau, thường được sử dụng trong khắc tranh gỗ hoặc các sản phẩm mỹ nghệ. Thiết kế bàn gá phải đảm bảo độ phẳng tuyệt đối để không ảnh hưởng đến độ sâu cắt của dao khắc CNC.

3.2. Lựa chọn hệ thống truyền động Ray trượt vitme và động cơ

Hệ thống truyền động quyết định trực tiếp đến tốc độ và độ chính xác của máy. Trục X và Y, yêu cầu di chuyển nhanh trên quãng đường dài, thường sử dụng thanh răng chéo kết hợp với hộp số và động cơ servo. Thanh răng chéo cho phép đạt tốc độ di chuyển cao mà vẫn đảm bảo sự mượt mà. Trục Z, đòi hỏi độ chính xác và lực đẩy lớn, luôn ưu tiên sử dụng ray trượt vitme bi. Vitme bi có hiệu suất truyền động cao, độ rơ thấp, đảm bảo trục Z di chuyển lên xuống chính xác để tạo ra các chi tiết 3D tinh xảo. Về động cơ, động cơ servo là lựa chọn hàng đầu cho các máy CNC công nghiệp. Khác với động cơ bước hoạt động theo mạch hở, servo có encoder phản hồi vị trí về driver, giúp hệ thống tự động điều chỉnh nếu có sai lệch, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng mất bước khi gặp tải nặng. Điều này đặc biệt quan trọng khi gia công các loại gỗ cứng hoặc khi thực hiện các đường cắt sâu.

3.3. Bí quyết tính toán và lựa chọn động cơ spindle phù hợp

Lựa chọn động cơ spindle (còn gọi là củ đục) là một quyết định quan trọng, ảnh hưởng đến khả năng gia công của máy. Công suất của spindle, tính bằng kW, phải phù hợp với loại vật liệu và đường kính dao khắc CNC lớn nhất. Đối với gia công gỗ công nghiệp và làm nội thất, spindle công suất từ 2.2kW đến 4.5kW là phổ biến. Đối với việc khắc tranh gỗ hay các chi tiết nhỏ, spindle công suất thấp hơn nhưng có tốc độ quay cao hơn (24000 vòng/phút) sẽ cho bề mặt mịn đẹp. Hệ thống làm mát cũng là yếu tố cần cân nhắc: làm mát bằng gió đơn giản, tiết kiệm chi phí nhưng gây ồn; làm mát bằng nước hiệu quả hơn, hoạt động êm ái và kéo dài tuổi thọ vòng bi, phù hợp cho việc chạy máy liên tục. Ngoài ra, cần chú ý đến loại đầu kẹp dao (collet), phổ biến là ER11, ER20, ER25, quyết định các loại chuôi dao có thể sử dụng.

IV. Hướng dẫn thiết lập hệ thống điều khiển CNC hiệu quả

Một hệ thống điều khiển CNC hiệu quả là bộ não điều phối mọi hoạt động của máy CNC khắc gỗ 3 trục 2 đầu. Hệ thống này không chỉ bao gồm phần cứng trong tủ điện mà còn cả phần mềm vận hành và thiết kế. Việc thiết lập đúng cách sẽ tối ưu hóa hiệu suất, đảm bảo an toàn và nâng cao chất lượng sản phẩm. Tủ điện là trung tâm, chứa các thành phần quan trọng như bộ điều khiển NC Studio, các driver cho động cơ servo, và đặc biệt là biến tần cho spindle. Biến tần có nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ quay của spindle một cách chính xác theo lệnh từ G-code, đây là yếu-tố-then-chốt để đạt được chất lượng bề mặt mong muốn. Về phần mềm, quy trình làm việc thường bắt đầu với việc thiết kế trên các phần mềm CAD/CAM như phần mềm Jdpaint hoặc ArtCAM. Tại đây, người dùng sẽ tạo ra file mẫu CNC và thiết lập các thông số cắt gọt. File này sau đó được xuất ra G-code và nạp vào phần mềm điều khiển để máy thực thi. Sự tương thích và đồng bộ giữa phần cứng và phần mềm là chìa khóa để khai thác toàn bộ tiềm năng của máy, giúp tăng năng suất gia công và giảm thiểu sai sót.

4.1. Các thành phần chính trong tủ điện Biến tần và Driver

Tủ điện của máy phay CNC gỗ là nơi tập trung các thiết bị điện tử công suất cao, quyết định sự vận hành ổn định của máy. Hai thành phần không thể thiếu là biến tần và driver. Biến tần cho spindle là thiết bị chuyển đổi dòng điện một pha hoặc ba pha thành dòng điện có tần số thay đổi để điều khiển tốc độ của động cơ spindle. Việc cài đặt thông số biến tần chính xác (như tần số max/min, thời gian tăng/giảm tốc) sẽ giúp spindle hoạt động êm ái, bảo vệ động cơ khỏi quá tải và đảm bảo tốc độ cắt luôn ổn định. Driver là bộ khuếch đại tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển NC Studio và cung cấp dòng điện đủ lớn để vận hành động cơ servo. Mỗi trục chuyển động sẽ có một driver riêng. Lựa chọn driver có công suất phù hợp với động cơ và có các tính năng bảo vệ (quá dòng, quá áp, quá nhiệt) là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động bền bỉ.

4.2. Lựa chọn bộ điều khiển NC Studio và phần mềm Jdpaint

Sự kết hợp giữa phần cứng điều khiển và phần mềm thiết kế tạo nên một quy trình làm việc liền mạch. Bộ điều khiển NC Studio là một lựa chọn phổ biến cho các máy CNC khắc gỗ tại Việt Nam nhờ giao diện thân thiện, dễ sử dụng và tính ổn định cao. Nó kết nối máy tính với máy CNC thông qua một card PCI, cho phép truyền tín hiệu điều khiển tốc độ cao và đáng tin cậy. Về phía phần mềm thiết kế, phần mềm Jdpaint là một công cụ mạnh mẽ, đặc biệt trong lĩnh vực điêu khắc gỗ 3D và khắc tranh gỗ. Jdpaint không chỉ cho phép tạo các mô hình 3D phức tạp từ hình ảnh 2D mà còn tích hợp các công cụ lập trình gia công (CAM), giúp người dùng dễ dàng tạo đường chạy dao, mô phỏng quá trình cắt và xuất ra G-code tương thích với NC Studio. Việc thành thạo Jdpaint giúp tối ưu hóa file mẫu CNC, giảm thời gian gia công và nâng cao tính thẩm mỹ của sản phẩm.

4.3. Cách tối ưu hóa file mẫu CNC và lựa chọn dao khắc CNC

Chất lượng sản phẩm cuối cùng phụ thuộc rất nhiều vào việc tối ưu hóa file mẫu CNC và lựa chọn dao khắc CNC phù hợp. Khi lập trình gia công, cần tối ưu hóa đường chạy dao để giảm thiểu các chuyển động không cần thiết, rút ngắn thời gian gia công. Sử dụng các chiến lược chạy dao hợp lý (như phá thô trước, chạy tinh sau) sẽ giúp bảo vệ dao và đạt được bề mặt sản phẩm tốt hơn. Việc lựa chọn dao khắc là cả một nghệ thuật. Có nhiều loại dao với hình dạng, vật liệu và góc cắt khác nhau. Dao phá thô thường có đường kính lớn để loại bỏ vật liệu nhanh chóng. Dao khắc tinh (dao V, dao cầu) có đầu mũi nhọn và nhỏ, dùng để tạo ra các chi tiết sắc nét và bề mặt mịn. Vật liệu dao (thường là hợp kim Carbide) và lớp phủ bề mặt cũng ảnh hưởng đến tuổi thọ của dao và chất lượng cắt trên các loại gỗ khác nhau. Một file mẫu CNC tốt kết hợp với dao khắc CNC phù hợp sẽ tối đa hóa hiệu quả của máy điêu khắc gỗ 3D.

V. Top ứng dụng thực tiễn của máy điêu khắc gỗ 3D 2 đầu

Sự ra đời của máy điêu khắc gỗ 3D hai đầu đã tạo ra một cuộc cách mạng trong nhiều lĩnh vực sản xuất liên quan đến gỗ. Khả năng nhân đôi sản lượng mà vẫn duy trì độ chính xác cao đã mở ra vô số ứng dụng thực tiễn, giúp các doanh nghiệp nâng cao năng lực cạnh tranh. Ứng dụng nổi bật nhất là trong ngành làm nội thất, nơi máy được sử dụng để sản xuất hàng loạt các chi tiết như cánh tủ, chân bàn, pano cửa với hoa văn đồng nhất và tinh xảo. Thay vì mất nhiều ngày công lao động thủ công, máy có thể hoàn thành công việc chỉ trong vài giờ. Một lĩnh vực khác được hưởng lợi trực tiếp là điêu khắc mỹ nghệ. Việc khắc tranh gỗ, phù điêu, tượng gỗ, hay các sản phẩm trang trí phức tạp trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn bao giờ hết. Máy CNC khắc gỗ 3 trục 2 đầu có thể tái tạo lại các chi tiết nhỏ nhất từ file mẫu CNC, tạo ra những sản phẩm có giá trị thẩm mỹ cao. Nhìn chung, ứng dụng của máy không chỉ giới hạn ở việc tăng tốc độ mà còn ở việc nâng cao chất lượng và sự đồng đều của sản phẩm, qua đó cải thiện đáng kể năng suất gia công tổng thể.

5.1. Ứng dụng sản xuất hàng loạt trong ngành làm nội thất

Trong ngành làm nội thất, máy CNC khắc gỗ 3 trục 2 đầu là một công cụ không thể thiếu để đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt. Máy được sử dụng để cắt và khắc hoa văn trên các tấm ván MDF, HDF, gỗ tự nhiên để làm cánh tủ bếp, tủ áo, vách ngăn CNC, pano cửa... Với khả năng gia công hai sản phẩm cùng lúc, tiến độ sản xuất được đẩy nhanh đáng kể, giúp các xưởng nội thất đáp ứng được các đơn hàng lớn và các dự án đòi hỏi thời gian thi công gấp. Hơn nữa, việc sử dụng máy CNC đảm bảo tính đồng bộ tuyệt đối về kích thước và họa tiết giữa hàng trăm, hàng ngàn sản phẩm, điều mà phương pháp thủ công khó có thể đạt được. Điều này không chỉ nâng cao chất lượng mà còn tạo dựng uy tín thương hiệu cho các đơn vị sản xuất nội thất chuyên nghiệp.

5.2. Gia công và khắc tranh gỗ phù điêu phức tạp

Lĩnh vực điêu khắc mỹ nghệ là nơi máy điêu khắc gỗ 3D hai đầu thể hiện rõ nhất sức mạnh của mình. Việc khắc tranh gỗ với các chủ đề phức tạp như Tứ Quý, Bát Mã, hay các bức phù điêu, tượng tròn... đòi hỏi độ chính xác và sự tỉ mỉ rất cao. Máy CNC, với sự hỗ trợ của phần mềm Jdpaint và file mẫu CNC chất lượng, có thể tái hiện lại những chi tiết tinh xảo nhất mà tay người khó thực hiện được. Việc sử dụng hai đầu khắc đồng bộ cho phép các nghệ nhân và cơ sở sản xuất tạo ra hai bức tranh hoặc hai sản phẩm điêu khắc giống hệt nhau trong cùng một thời gian, đáp ứng nhu cầu thị trường về các sản phẩm trang trí cao cấp. Công nghệ này giúp dân chủ hóa nghệ thuật điêu khắc, đưa các sản phẩm tinh xảo đến gần hơn với người tiêu dùng với chi phí hợp lý hơn.

5.3. Cải thiện năng suất gia công so với máy CNC một đầu

Sự cải thiện về năng suất gia công là lợi ích cốt lõi và rõ ràng nhất khi so sánh máy CNC khắc gỗ 3 trục 2 đầu với máy một đầu. Về lý thuyết, năng suất có thể tăng gấp đôi. Trong thực tế, mức tăng này có thể dao động tùy thuộc vào thời gian gá đặt phôi và lập trình, nhưng nhìn chung vẫn là một bước nhảy vọt. Ví dụ, để sản xuất 100 cặp chân ghế giống nhau, máy một đầu cần 200 lần chạy máy, trong khi máy hai đầu chỉ cần 100 lần. Sự khác biệt này không chỉ tiết kiệm thời gian gia công mà còn giảm một nửa số lần thay phôi, giảm thời gian chết của máy. Đối với các doanh nghiệp gia công gỗ công nghiệp, việc giảm thời gian sản xuất đồng nghĩa với việc tăng khả năng nhận đơn hàng, tối ưu hóa vòng quay vốn và gia tăng lợi nhuận, tạo ra một lợi thế cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay ở nƣớc ta đang trên đà phát triển tiến tới công nghiệp hóa- hiện đại hóa. Để thực hiện tốt mục tiêu đó, nƣớc ta đã tập trung một số ngành công nghiệp, trong đó có ngành công nghiệp chế tạo máy. Đây là một trong những ngành có vai trò quan trọng trong việc phát triển của đất nƣớc vì vậy việc thiết kế Đồ án tốt nghiệp là một nhiệm vụ quan trong của học sinh, sinh viên trong các trƣờng kỹ thuật. Nó giúp hệ thống lại kiến thức bài giảng, không chỉ môn học công nghệ chế tạo máy mà ngƣời làm đồ án phải nắm vững các môn học khác, từ các bài tập thực hành, hình thành cho họ một khả năng làm việc độc lập, làm quen với thực tế trƣớc khi ra trƣờng.

Đồ án tốt nghiệp là một bài tập tổng hợp, vì vậy học sinh , sinh viên sẽ có điều kiện hoàn thiện khả năng sử dụng tài liệu phối hợp với các kiến thức đƣợc trang bị trong các môn học liên quan, để thiết lập các phƣơng án tốt nhất ứng với các điều kiện sản xuất cụ thể. Sau khi học xong tất cả các môn lý thuyết và một số môn thực hành, kết hợp với những kiến thức đã học ở xƣởng, Nhóm đề tài máy khắc gỗ đã đƣợc Thầy Ngô Tấn Thống giao và hƣớng dẫn Đồ án tốt nghiệp : “ nghiên cứu thiết kế máy khắc gỗ CNC 3 trục 2 đầu khắc”.Đây là một chi tiết ứng dụng nhiều trong thực tế. Việc làm đồ án tốt nghiệp giúp nhóm đề tài tổng hợp, củng cố toàn bộ những kiến thức đã học trong chƣơng trình đào tạo của nhà trƣờng. Để trang bị cho em đề tài một nền tảng kiến thức chuyên ngành công nghệ chế tạo máy, tạo điều kiện cho em đề tài khi ra trƣờng có một kiến thức nhất định để có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu sản xuất của thực tế.

Trong suốt quá trình thiết kế, đề tài đã đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình của thầy là ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn và giúp đỡ em đề tài máy khắc gỗ làm đồ án tốt nghiệp, cùng với những ý kiến đóng góp của bạn bè, sự cố gắng bản thân đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài: “ nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình máy khắc gỗ CNC 3 trục 2 đầu khắc ”. Song do khả năng và kiến thức còn hạn chế, khối lƣợng công việc lớn, đòi hỏi sự tổng hợp của tất cả các kiến thức trong suốt quá trình học. Nên trong quá trình thiết kế không thể tránh khỏi những sai sót. Vậy tài máy khắc gỗ rất mong sự tham gia đóng góp ý kiến của thầy và bạn bè để bài làm đƣợc hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ! SVTH: Lê Ngọc Tứ GVHD: Th.S Ngô Tấn Thống 1 ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 1.1 Giới thiệu chung về máy CNC 1.1: Khái niệm CNC viết tắt từ tiếng anh “ Computer Numerical Control” là một dạng máy NC điều kiển tự động có sự trợ giúp của máy tính mà trong đó các bộ phận tự động đƣợc lập trình để hoạt động theo các sự kiện nối tiếp nhau với tốc độ xác định trƣớc để có thể tạo ra đƣợc mẫu vật với hình dạnh và kích thƣớc yêu cầu, bằng cách dử dụng các chƣơng trình viết bằng các kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274- D, thƣờng đƣợc gọi là mã G Sự xuất hiện này là cuộc cách mạng trong sản xuất công nghiệp, nhất là ngành kim loại. sự chuyển động kết hợp của 3 chiều x-y-z giúp thực hiện việc gia công trở nên dễ dàng, nhanh chóng và chuẩn xác, làm giảm thiểu rất nhiều công sức của con ngƣời Việc áp dụng CNC đã trở nên rộng rãi sau một thời gian ngắn, chủ yếu là các ngành kim khí điện máy, ngành may mặc ngành quảng cáo, ngành điện tử,…. Các chất liệu sử dụng CNC để gia công là sắt, inox, đồng, nhôm, mica, gỗ, …  Một máy CNC thƣờng bao gồm các phần sau:  Khung máy và kết cấu cơ khí , cơ cấu chuyển động  Các động cơ dẫn truyển chuyển động , di chuyển các trục và động cơ khoan  Mạch điều khiển  Phần mềm điều khiển máy CNC  Đề tài này sẽ nghiên cứu các vẫn đề về máy CNC, trong đó tập trung vào thiết kế chế tạo máy cắt CNC 3 trục và thử nghiệm trong điêu khắc gỗ 3D 1.2: Phân Loại CNC có thể chia theo phần loại và theo hệ thống điều khiển: Theo loại máy cũng tƣơng tự nhƣ các máy công cụ truyền thống ,chia ra các loại nhƣ máy khoan CNC, máy phay CNC, máy tiện CNC,. - Phân chia theo hệ thống có thể phân ra các loại:  Các máy điều khiển điểm tới điểm.VD: máy khoan,khoét, máy hàn điểm, máy đột,.

 Các máy điều khiển đoạn thắng : đó là các máy có khả năng gia công trong quá trình thực hiện dịch chuyển theo các trục. - Ƣu điểm cơ bản của máy CNC.  So với các máy điều khiên công cụ bằng tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của ngƣời điều khiển mà phụ thuộc và nội dung,chƣơng trình đƣợc đƣa vào máy. Ngƣời điều khiển chỉ chủ yếu theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy.

SVTH: Lê Ngọc Tứ GVHD: Th.S Ngô Tấn Thống 2 ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP  Độ chính xác làm việc cao, thông thƣờng các máy CNC có độ chínhxác máy là 0.001mm do đó có thể đạt đƣợc độ chính xác cao hơn  Tốc độ cắt cao nhờ có cấu trúc cơ khí bền chắc của máy những vật liệu cắt hiện đại nhƣ kim loại cứng hay gốm oxit có thể sử dụng tốt hơn.  Thời gian gia công ngắn hơn.  Máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm thời gian quan chỉnh máy, đạt đƣợc tính kinh tế cao trong việc gia công hàng loại các sản phẩm nhỏ.  Ít phải dừng máy vì kỹ thuật do đó chi phí dừng máy nhỏ.2 Một số mẫu máy cnc điển hình - Tại thị trƣờng Việt nam đã xuất hiện nhiều loại máy CNC chủ yếu là sản xuất tại Trung Quốc, một số do các nƣớc Đông Âu sản xuất, tuy nhiên số lƣợng ít, những máy này thƣờng đƣợc dùng ở các nhà máy đóng tàu, các cơ sở sản xuất công cụ, chế tạo cơ khí.

Và hiện nay, đã xuất hiện các máy CNC dùng chế tác sản phẩm phi kim. Dƣới đây dẫn chứng một số máy đang bán và dùng tại Việt Nam. - Trên hình là hình ảnh của máy CNC 3 trục 1325 QC gia công chất liệu kim loại và phi kim loại. Máy do Trung Quốc sản xuất đƣợc nhập khẩu và bán bởi công ty Eramachinery, Việt Nam.

Hình 0-1: Máy khác gỗ CNC 1325QC  Kết cấu và các thông số của máy khắc gỗ CNC 1325QC:  Kết cấu bàn máy: Khung thép, mặt bàn nhôm đúc, khay nƣớc, vòi nƣớc phun trực tiếp để gia công sắt, tủ điều khiển liền khung tiết kiệm diện tích, thông số máy và các tính năng khác đƣợc liệt kê ở bảng sau SVTH: Lê Ngọc Tứ GVHD: Th.S Ngô Tấn Thống 3 ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP Bảng 0-1: Thông số máy CNC 1325QC Tiếp theo là máy CNC 1325-ST 45. Máy do Trung Quốc chế tạo, vật liệu gia công có thể là kim loại và phi kim. Thông số và tính năng của máy cho ở bảng sau : Hình 0-2: Máy khác gỗ CNC 1325-ST45 SVTH: Lê Ngọc Tứ GVHD: Th.S Ngô Tấn Thống 4 ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP Bảng 0-2: Thông số máy khắc gỗ CNC 1325-ST 1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu đề tài Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, máy gia công cơ khí CNC ngày càng phát triển với ƣu điểm là độ chính xác cao, tốc độ nhanh và hoạt động ổn định. Các máy CNC đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực gia công chếtạo các thiết bị cơ khí, điêu khắc đá, gỗ, kim loại, … Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam, các máy CNC đƣợc sử dụng phổ biến là những máy có kích thƣớc lớn, và đƣợc nhập khẩu từ nƣớc ngoài với giá thành rất cao.

Việc ứng dụng máy CNC vào gia công thủ công mỹ nghệ (điêu khắc) chủ yếu thực hiện ở công đoạn gia công tinh. Kích thƣớc của sản phẩm bị hạn chế bởi kích thƣớc của máy CNC 1.4 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa của khoa học và thực tiễn của đề tài  Tính cấp thiết của đề tài Việc nghiên cứu chế tạo máy CNC dùng để điêu khắc trên các sản phẩm gỗ, mica, nhôm, đồng, … đã đƣợc chế tạo thành sản phẩm sẽ góp phần cải tiến và nâng cao chất lƣợng của các sản phẩm, làm tăng giá trị của sản phẩm, giảm giá thành gia công. khắc chữ lên sản phẩm. SVTH: Lê Ngọc Tứ GVHD: Th.S Ngô Tấn Thống 5 ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP  Ý nghĩa của khoa học và thực tiễn của đề tài Việc nghiên cứu thành công sẽ cho ra đời sản phẩm máy CNC di động made in Việt Nam có chất lƣợng và độ bền tƣơng đƣơng với máy nhập từ nƣớc ngoài, nhƣng có giá thành rẻ hơn nhiều (bằng 1/2 so với giá máy nhập khẩu), từ đó góp phần giảm chi phí tiêu hao và tăng sức cạnh tranh của các doanh nghiệp sản xuất trong nƣớc.5 Ƣu nhƣợc điểm của máy khắc gỗ CNC 3 trục 2 đầu khắc  Gia công đƣợc nhiều dạng sản phẩm gỗ ở các vị trí nằm ngang hoặc thẳng đứng với kích thƣớc không hạn chế.

 Độ chính xác cao, chất lƣợng sản phẩm cao.  Tốc độ cắt cao nhờ cấu trúc cơ khí bền chắc của máy.  Năng suất cao nhờ tốc độ và độ chính xác của máy cao.  Không phụ thuộc nhiều vào tay nghề của ngƣời vận hành máy.

- Nhƣợc điểm:  Giá thành của máy cao hơn máy công cụ truyền thống khác.  yêu cầu phải gọn, nhẹ để dễ di chuyển nên máy đòi hỏi phải có độ rung thấp, độ ổn định cao và chỉ gia công với lực cắt nằm trong giới hạn. Nguyên lý hoạt động cơ bản của máy cnc là thực hiện gia công các chi tiết , cụm chi tiết của các máy hoặc cắt khoan đục theo bản vẽ đƣợc thiết kế trƣớc và chuyển sang dữ liệu số nhập vào máy tính 1.