Chương 1: Tổng uan về lĩnh vực nghiên cứu Chương 2: Chọn phương án, thiết kế kết cấu cơ khí Chương : Thiết kế kết cấu cơ khí máy Chương 4: Tính toán mô phỏng Chương 5: Chế tạo và thực nghiệm Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài 8 CHƯƠNG 2 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ Quy trình thiết ế máy CNC ia côn ỗ: - ác định nhiệm vụ thiết kế, yêu cầu đặt ra của đầu bài. - Lựa chọn phương án kết cấu cơ khí. - Lựa chọn cơ cấu truyền động. - Chọn dao lớn nhất gia công và vật liệu cứng nhất gia công được.
- Tính lực cắt lớn nhất. - Tính toán lựa chọn động cơ. - Thiết kế kết cấu các bộ phận chính của máy trên phần mềm solid word. - Mô phỏng các chi tiết máy bằng phần mềm ansys để xác định ứng suất và biến dạng.
- Xuất bảng vẽ chế tạo từ các yêu cầu kỹ thuật của bảng vẽ lắp. Giới thiệu sơ bộ về máy hắc ỗ CNC di độn 2. Giới thiệu sơ bộ máy khắc gỗ CNC di động, so sánh ưu và nhược điểm của máy khắc gỗ CNC di động với máy khắc gỗ CNC cố định: Nghề điêu khắc gỗ được xem là nghề truyền thống của d n tộc Việt Nam, hiện nay, các làng nghề, doanh nghiệp điêu khắc gỗ vẫn tiếp nối và phát triễn nghề truyền thống uý báu này. Tuy nhiên, hầu hết các làng nghề vẫn sử dụng phương pháp điêu khắc gỗ bằng tay hoặc bằng máy CNC cố định.
Việc gia công điêu khắc gỗ bằng tay đòi hỏi tay nghề cao, sự tỉ mỉ cẩn thận của các nghệ nh n, năng suất thấp, sản phẩm không đồng đều. Các máy CNC cố định chỉ gia công được các sản phẩm có kích thước hạn chế. Với xu hướng ngày càng nhiều người yêu thích và sử dụng sản phẩm gỗ điêu 9 khắc để tạo nên sự trang trọng và thẩm mỹ cho ngôi nhà, văn phòng; những vách ngăn với những bức tranh có kích thước lớn thì với máy khắc gỗ CNC cố định họ phải lắp ghép từ nhiều mãnh hợp thành, nhược điểm của phương pháp gia công này là các sản phẩm có độ bền thấp, dễ cong vênh, năng suất thấp và giá thành cao. Với máy khắc gỗ CNC di động ta có thể gia công các bức tranh điêu khắc trên diện tích rộng và năng suất, chất lượng rất cao, có thể gia công ở vị trí nằm ngang hoặc thẳng đứng (ví dụ vách tường nhà, văn phòng).
Tóm lại: một số ưu điểm, nhược điểm của máy khắc gỗ CNC di động như sau: - Ưu điểm: Gia công được nhiều dạng sản phẩm gỗ ở các vị trí nằm ngang hoặc thẳng đứng với kích thước không hạn chế. Độ chính xác cao, chất lượng 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 người vận hành máy. - Nhược điểm: Giá thành của máy cao hơn máy công cụ truyền thống khác. o 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. Yêu cầu cơ bản của máy khắc gỗ CNC di động: Yêu cầu máy gọn nhẹ (khoảng 40 kg), có độ rung động nhỏ, độ chính xác gia công 0.1mm, tốc độ spidle cao để đảm bảo độ bóng của sản phẩm.
Nhiệm vụ cơ bản của máy và yêu cầu thiết kế: Nhiệm vụ cơ bản của máy là gia công bề mặt đạt độ chính xác cao, độ bóng cao trên các loại vật liệu gỗ cứng (Gõ, Hương, Lim, Trắc, ván dăm,. Yêu cầu thiết kế: Thiết kế máy dựa trên nền tảng là máy gia công phay CNC. 10 Các chuyển động cắt gọt khi gia công chi tiết trên máy CNC phải nằm trong một hệ trục tọa độ escartes theo nguyên tắc bàn tay phải. Một máy công cụ CNC trục thường được điều khiển bởi chuyển động tịnh tiến theo các trục , Y, và chuyển động uay A, B, C uay uanh trục tương ứng.
Một điểm trong không gian hệ tọa độ escartes được xác định tọa độ ua hình chiếu của nó lên trục , Y, .1 mô tả hệ trục tọa độ escartes và uy tắc bàn tay phải.1: Hệ trục tọa độ escartes và uy tắc bàn tay phải. Đề xuất mô hình: - Máy có trục , Y, chuyển động độc lập, chi tiết gia công đứng yên. Hành trình gia công X, Y, Z: 150, 200, 80; - Máy dùng động cơ bước (Step motor) để uay trục , Y,. - Tốc độ spindle 1000030000 v/ph; - Hệ thống vít me bi và thanh trượt vuông với hệ thống dẫn động chính xác; - Nguồn 220V; - Đường kính dao phay từ 2 đến 12mm; - Sai số cho phép: 0.1mm - Trọng lượng: khoảng 40 kg - Máy được tích hợp một bộ điều khiển riêng trên th n máy, không cần máy tính để truyền dữ liệu và điều khiển.
Cổng kết nối cung cấp từ USB, màn hình LCD và các nút bấm trực uan, hiển thị rõ ràng các thao tác chọn và các tiến trình đang được thực hiện. L a ch n phươn án thiết ế ết cấu cơ hí ch máy Trong phần này, tác giả dựa trên nguyên tắc chuyển động của máy phay CNC trục , Y và (trong đó trục là trục mang spindle gắn dao phay), đưa ra các phương án thiết kế kết cấu cơ khí cho máy, từ đó ph n tích và lựa chọn phương án tối ưu, đảm bảo đúng yêu cầu đề ra của luận văn. Trong các phương án thiết kế đều phải đảm bảo yêu cầu chi tiết gia công đứng yên (khung đế dưới của máy đứng yên, chi tiết gia công đứng yên), chỉ có phần trên của máy (bộ phận lắp đầu spindle) di chuyển. Phươn án 1 Trong phương án này, trục chuyển động phối hợp với trục theo phương ngang, trục Y chuyển động độc lập theo phương dọc.
Cả khung máy (trong đó có cả trục và trục ) di chuyển dọc theo trục Y (xem hình 2.2: Trục chuyển động (lên/xuống) phối hợp với trục , trục Y chuyển động độc lập. Phươn án 2 Trong phương án này, trục chuyển động phối hợp với trục Y theo phương 12 dọc, trục chuyển động độc lập theo phương ngang. Cả khung máy (trong đó có cả trục Y và trục ) di chuyển ngang theo trục .3: Trục chuyển động (lên/xuống) phối hợp với trục Y, trục X chuyển động độc lập. Phươn án 3 Theo phương án này, trục (gắn spindle) được lắp cố định, đầu spindle (gắn dao phay) di chuyển lên/xuống theo Z trục và dao phay xoay uanh trục Y (spindle).
Trục và trục Y chuyển động X phối hợp để di chuyển khung máy (xem hình 2.4: Phương án Trong phương án nêu trên, phương án có kết cấu phức tạp hơn; phương án 1 và phương án 2 thực chất là giống nhau, chỉ khác nhau ở hướng di chuyển của spindle là di chuyển theo trục (phương ngang) hay trục Y (phương dọc). Vì trục Y 13 dài hơn trục nên nếu ta chọn phương án 2 thì kết cấu cơ khí của máy lớn hơn phương án 1. o đó, ta chọn phương án 1 là phương án thiết kế kết cấu cơ khí. Ch n độn cơ dẫn độn 2.
Sơ bộ về độn cơ bước (step m t r) (Trục của động cơ bước) Hình 2.5: Động cơ bước (step motor) Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các loại động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc uay hoặc các chuyển động của Rotor và có khả năng cố định Rotor vào những vị trí cần thiết. Sơ bộ về độn cơ serv Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển.
Khi động cơ uay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động uay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác [12]. Động cơ servo trong công nghiệp đáp ứng được yêu cầu tốc độ nhanh, độ chính xác cao và sản sinh ra mô men lớn trong suốt dải hoạt động là dựa vào thiết kế của động cơ điện một chiều không chổi than.
S sánh ưu điểm, nhược điểm của độn cơ bước và độn cơ servo: Động cơ bước: - Ưu điểm: Giá thành thấp. Có thể điều khiển chính xác góc uay. Có thể dùng cho điều khiển mạch hở vẫn đạt được độ chính xác. Duy trì mômen rất tốt (không cần phanh).
Không xảy ra hiện tượng đánh lửa (do không có chổi than). Chi phí bảo dưỡng thấp (do không có chổi than). - Nhược điểm: Về cơ bản dòng từ driver tới cuộn d y động cơ không thể tăng hoặc giảm trong lúc hoạt động. o đó, nếu bị uá tải động cơ sẽ bị trượt bước g y sai lệch trong điều khiển.
Không có phản hồi nên có thể xảy ra các sai số khi bị trượt bước. Đông cơ bước g y ra nhiều nhiễu và rung động hơn động cơ servo. Động cơ bước không thích hợp cho các ứng dụng cần tốc độ cao. Động cơ servo: - Ưu điểm: Nếu tải đặt vào động cơ tăng, bộ điều khiển sẽ tăng dòng tới cuộn dây động cơ giúp tiếp tục uay (tránh hiện tượng trượt bước như trong động cơ bước).
Làm việc êm hơn, độ ồn giảm hơn so với động cơ bước. Có thể hoạt động ở tốc độ cao. - Nhược điểm: Động cơ servo hoạt động không trùng khớp với lệnh điều khiển bằng động cơ bước, do đó không làm việc ở chế độ mạch điểu khiển hở, yêu cầu phải có hệ thống phản hồi (hồi tiếp). Giá thành cao.
15 Khi dừng lại, động cơ servo thường dao động tại vị trí dừng g y rung lắc, phải dùng phanh. Bảo dưỡng tốn kém hơn (khi dùng động cơ có chổi than). Như vậy, cả hai loại động cơ có những ưu khuyết điểm riêng, việc lựa chọn loại động cơ nào là tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể cho phù hợp. ưới đ y là bảng so sánh những đặc điểm cơ bản giữa hai loại động cơ: Độn cơ bước Độn cơ serv Mạch driver Đơn giản.
Mạch phức tạp.
