Đặt vấn đề CNC là viết tắt của Computer Numerical Control là thuật ngữ chỉ những hệ thống máy tiện, cắt, phay, … cơ khí được điều khiển bằng máy tính. CNC được phát triển từ cuối thập niên 1940 - đầu 1950 ở phòng thí nghiệm Servomechanism của học viện MIT (Viện Công nghệ Massachusetts Institute of Technology, là một viện đại học nghiên cứu tư thục ở thành phố Cambridge, bang Massachusetts, Hoa Kỳ). Với việc điều khiển bằng máy tính, máy CNC có thể cắt kim loại theo những đường cong dễ dàng như đường thẳng, thậm chí là đục rỗng bên trong khối phôi, tỉa những đường hoa văn chính xác. Vì được lập trình và điều khiển bằng máy tính nên độ chính xác của CNC được cho là tuyệt đối, tạo ra các sản phẩm được cắt gọt rất sắc sảo và đẹp mắt.
Máy CNC ph n loại ra nhiều loại: trục, 4 trục, 5 trục, phay 5 trục, tiện 5 trục; trong đó có trục cơ bản , Y, , các trục còn lại được hiểu là uay uanh trục X, trục Y, trục Z. Các máy cắt decal, máy in c ng là một loại CNC, nhưng có khác là nó không tạo ra phoi. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, máy gia công cơ khí CNC ngày càng phát triển với ưu điểm là độ chính xác cao, tốc độ nhanh và hoạt động ổn định. Các máy CNC đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực gia công chế tạo các thiết bị cơ khí, điêu khắc đá, gỗ, kim loại, … Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam, các máy CNC được sử dụng phổ biến là những máy có kích thước lớn, đặt cố định.
Việc ứng dụng máy CNC vào gia công khắc gỗ (điêu khắc) chủ yếu thực hiện ở công đoạn gia công thô trước khi lắp ráp. Nghĩa là người ta chế tạo bản điêu khắc hình ảnh xong rồi mới lắp ghép vào các sản phẩm hoàn thiện, kích thước của sản phẩm bị hạn chế bởi kích thước của máy CNC. Giới thiệu một số máy khắc gỗ CNC được chế tạo trong nước: - Máy phay CNC mini của Công ty TNHH Chế tạo Thiết bị Công nghiệp Tự động hóa Letech. Máy này chỉ gia công những sản phẩm có kích thước nhỏ.1: Máy phay CNC mini của Cty Letech - Máy CNC khắc gỗ, mica, sản phẩm của người có nick mame irf540 trên iễn đàn Điện tử Việt Nam, email: hoanggiangcktd@yahoo.2: Máy khắc CNC mini của hoanggiangcktd@yahoo.com 3 Các nghiên cứu về máy CNC gỗ di động ở nước ngoài: - High-quality/high speed cnc router engraving advertising machine 1224 for wood acrylic pvc double color board (Fob price: US $2,500 - 3,000 / Set): Hình 1.3: Máy CNC Vmade 1224 Hình 1.4: Máy CNC của hãng Trend (Hoa Kỳ) 4 Hình 1.5: Giá bán máy CNC của hãng Trend (£ 1,862.
VAT) Tóm lại: Hiện nay, các máy CNC gia công gỗ do các nhà sản xuất trong nước chủ yếu là loại đặt cố định, các loại máy này có hạn chế là kích thước sản phẩm cần gia công bị hạn chế bởi kích thước của máy. Chưa có công trình nào nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy CNC gia công gỗ loại di động. Máy CNC gia công gỗ di động do nước ngoài chế tạo có giá thành quá cao. Vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu chế tạo máy khắc gỗ CNC di động, có thể di chuyển đến bất cứ vị trí nào, từ mặt phẳng cho tới mặt dọc vuông góc 90 độ so với mặt đất (trường hợp mặt dọc vuông góc với mặt đất thì cần có d y treo máy lên).
Máy có kết cấu gọn và linh động. Tính cấp thiết của đề tài, n h a h a h c và th c ti n của đề tài Việc nghiên cứu chế tạo máy CNC di động dùng để điêu khắc trên các sản phẩm gỗ, mica, nhôm, đồng, … đã được chế tạo thành sản phẩm sẽ góp phần cải tiến 5 và n ng cao chất lượng của các sản phẩm, làm tăng giá trị của sản phẩm, giảm giá thành gia công. Ví dụ như ta có thể gia công cái bàn, cái tủ, bức tường, vách ngăn xong, sau đó mới dùng máy CNC di động để điêu khắc các bức tranh, hình vẽ hay khắc chữ lên sản phẩm. Việc nghiên cứu thành công sẽ cho ra đời sản phẩm máy CNC di động made in Việt Nam có chất lượng và độ bền tương đương với máy nhập từ nước ngoài, nhưng có giá thành rẽ hơn nhiều (bằng 1/ so với giá máy nhập khẩu), ua đó góp phần giảm chi phí tiêu hao và tăng sức cạnh tranh của các doanh nghiệp sản xuất trong nước.
Với máy CNC di động, ta có thể hoàn thành một sản phẩm mỹ nghệ có kích thước lớn mà các máy CNC cố định không thể thực hiện được; ví dụ như ta có thể dùng máy CNC di động để thực hiện bức tranh lớn trên các mặt bàn rộng trên m, hoặc trên các bức tường dài hàng chục mét mà không cần phải lắp ghép từng phần. Về kinh tế, máy CNC di động theo đề xuất mô hình thiết kế trong luận văn này có giá thành thấp hơn so với máy phay CNC gia công gỗ kích thước lớn.6: Máy CNC di động có thể gia công điêu khắc trên các sản phẩm 6 Hình 1.7: Với máy CNC di động ta có thể khắc các hoa v n lên sản phẩm gỗ có kích thước lớn sau khi đã đóng hoàn chỉnh, năng suất cao hơn nhiều so với gia công thủ công bằng tay.8: Với máy CNC di động ta có thể khắc chữ hoặc hình 2D trên gỗ, mica, đồng, nhôm,… với năng suất cao hơn nhiều so với gia công thủ công bằng tay. (Ảnh lấy từ nguồn: http://haiaudo.com/Uploads/images/khac-bang-hieu. Nhiệm vụ của luận văn Nghiên cứu thiết kế, chế tạo kết cấu cơ khí máy khắc gỗ CNC di động.
Yêu cầu máy gọn nhẹ (khoảng 40 kg), có độ rung động nhỏ, tốc độ spidle cao để đảm bảo độ chính xác cao và độ bóng của sản phẩm. Nhiệm vụ của luận văn gồm 2 nội dung chính: - Nội dung 1: thiết kế kết cấu cơ khí máy, mô phỏng ứng suất và biến dạng của máy. - Nội dung 2: chế tạo và thực nghiệm. Giới hạn phạm vi th c hiện đề tài - Luận văn chỉ nghiên cứu thiết kế, chế tạo kết cấu cơ khí máy (phần bộ điều khiển và chương trình điều khiển không nằm trong giới hạn của luận văn này, phần này do Cty Cơ Điện Tử Hiệp Phát thực hiện).
- Các thông số tính toán thiết kế dùng cho vật liệu là gỗ cứng như Gõ, Hương, Lim, Trắc,. Phươn pháp n hiên cứu - Tham khảo tài liệu (sách, báo và tạp chí khoa học trên internet). - Tính toán thiết kế kết cấu cơ khí theo nguyên lý chế tạo máy. - Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Solidworks và Ansys để thiết kế và mô phỏng ứng suất, biến dạng của các chi tiết, bộ phận chính của máy.
- Chế tạo máy và thực nghiệm. Tóm tắt các chươn của luận văn 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, .