CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài - Ngày nay cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trên thế giới đang phát triển với tốc độ nhanh chóng, không ngừng vươn tới những đỉnh cao mới, trong đó có những thành tựu về kỹ thuật tự động hóa sản xuất. Điều này càng khẳng định vai trò quan trọng của công nghệ tự động trong chiến lược CNH – HDH nền kinh tế nước ta. Đây là một việc hết sức có ý nghĩa , tạo ra khả năng phát triển kinh tế với tốc độ cao, vững chắc và lâu dài. Ở các nước có nền công nghiệp tiên tiến, việc tự động hóa trong sản xuất và điển hình là tự động hóa trong ngành cơ khí chế tạo máy đã được thực hiện từ nhiều thập niên trước đây.
Và đối với việt nam chúng ta thì kỹ thuật điều khiển tự động ngày càng được phổ biến rộng rãi và có sự phát triển vượt bậc. - Một trong những vấn đề quyết định của tự động hóa ngành cơ khí chế tạo, chế biến gỗ là kỹ thuật điều khiển số và công nghệ trên các máy điều khiển số, điển hình là các máy điều khiển số như NC, CNC được dùng phổ biến ở các nước phát triển. Trong những năm gần đây NC và CNC đã được nhập vào việt nam và hiện nay đang được hoạt động trong một số nhà máy, viện nghiên cứu và các công ty liên doanh. Tuy nhiên chủng loại máy rất hạn chế và giá thành cao.
Do đó việc nghiên cứu kiến thức cơ bản về tự động hóa và mở rộng các lĩnh vực ứng dụng trở nên rất cần thiết trong công cuộc CNH – HDH đất nước ta hiện nay, giúp làm chủ công nghệ và ứng dụng trong kỹ thuật sản xuất để giảm giá thành và tính cạnh tranh.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Việc ứng dụng ứng dụng các thành tựu về tự động hóa vào các dây chuyền sản xuất ngày càng phổ biến. Nó không những mang lại năng suất, độ chính xác cao, an toàn cho công nhân mà nó còn mở rộng sản xuất, cụ thể là việc ứng dụng máy tính, các bộ vi xử lý trong việc điều khiển các máy công cụ và các quá trình sản xuất như: máy phay CNC, máy tiện CNC, máy mài CNC, máy cắt dây CNC, máy điêu khắc gỗ CNC…với xu thế như vậy việc nghiên cứu ứng dụng tự động hóa trong các quá trình gia công cơ khí, chế biến gỗ ngày càng rộng rãi. SVTH: Phạm Thanh Sơn_Nguyễn Văn Hãi_Phạm Anh Vũ 1 do an DATN: GVHD: ThS Tưởng Phước Thọ - Quá trình gia công các sản phẩm từ gỗ là một quá trình phức tạp cần độ chính xác cao, đặc biệt là gia công các hình dạng 3D, chữ nỗi. Ngày xưa việc điêu khắc gỗ ở nước ta chủ yếu được thực hiện bằng tay, ngày nay việc điêu khắc đã có máy móc thực hiện, nhưng số lượng máy rất hạn chế và giá thành cao.
Máy móc chỉ được sử dụng ở các công ty, doanh nghiệp lớn, còn ở các hộ gia đình thì chưa có vì giá thành của những chiếc máy này khá đắt tiền. Việc ra đời của máy khắc gỗ CNC mini 3 trục là một giải pháp cho các hộ gia đình đam mê về ngành điêu khắc gỗ. Một chiếc máy điêu khắc gỗ CNC mini ra đời với giá thành rẻ, linh hoạt, nhỏ gọn, tự động hóa là vấn đề thiết yếu của nền công nghiệp sản xuất gỗ cho các hộ gia đình hiện nay. - Với việc điều khiển số máy khắc gỗ CNC này sẽ có các ý nghĩa sau: Linh hoạt trong việc gia công các sản phẩm gỗ.
Tăng năng suất chế tạo sản phẩm. Trên cơ sở của máy khắc gỗ CNC có thể xây dựng nên một hệ thống sản xuất gỗ hoàn toàn tự động.3 Giới hạn của đề tài Do thời gian thực hiện đề tài có hạn, nhóm tác giả tập trung khảo sát một số loại hình dạng cơ bản và phương pháp gia công các hình dạng đó. Khảo sát một số máy khắc gỗ CNC hiện có trên thị trường và thực hiện thiết kế, tính toán và chế tạo máy khắc gỗ CNC 3 trục phục vụ cho việc khắc chữ trên gỗ và các bức tranh đơn giản.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Việc ứng dụng tự động hóa vào sản xuất của các nước trên thế giới ngày càng được đẩy mạnh. Ở Việt Nam việc ứng dụng tự động hóa sản xuất củng được đẩy mạnh nhưng chủ yếu ở các ngành sản xuất cơ khí, còn về mảng chế biến các sản phẩm từ gỗ thì còn hạn chế, đặc biệt là ở các hộ gia đình.
Vì vậy việc nghiên cứu và chế tạo một chiếc máy khắc gỗ CNC 3 trục nhỏ gọn, giá thành thấp là rất cần thiết đối với các hộ gia đình sản xuất nhỏ lẻ. Với mục đích đẩy mạnh ứng dụng tự động hóa vào trong sản xuất nhằm tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm, giúp ngành sản xuất gỗ nhỏ lẻ phát triển và góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế nước nhà. Đồng thời việc SVTH: Phạm Thanh Sơn_Nguyễn Văn Hãi_Phạm Anh Vũ 2 do an DATN: GVHD: ThS Tưởng Phước Thọ nghiên cứu, chế tạo máy khắc gỗ CNC 3 trục làm tiền đề hoàn thiện máy trong tương lai.5 Nội dung nghiên cứu - Đề tài này tập trung nghiên cứu, khảo sát các loại máy gia công gỗ nhằm có giải pháp thiết kế mô hình máy khắc gỗ CNC 3 trục. Trong quá trình thiết kế, nhóm tác giả đã thiết kế phần cơ khí sử dụng phần mềm Solidworks 2014, nghiên cứu và thiết kế hệ thống điện, hệ thống điều khiển cho máy khắc gỗ CNC 3 trục.6 Phương pháp nghiên cứu - Tham khảo các tài lieu trên internet, sách báo…về các máy khắc gỗ và phương pháp gia công hiện có.
- Tham khảo một số máy khắc gỗ hiện có trong nước và trên thế giới. - Sử dụng phần mềm solidworks 2014 thiết kế phần cơ khí - Sử dụng phần mềm Visual Studio 2008 thiết kế giao diện điều khiển và giám sát - Sử dụng Arduino Mega2560 điều khiển mô hình - Sử dụng thư viện mã nguồn mở GRBL cho Arduino2560 - Sử dụng động cơ bước tạo chuyển động cho các trục của máy - Sử dụng các Driver điều khiển động cơ bước TB6560 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Tổng quan về máy CNC 2.1 Khái niệm Máy CNC (Computer Numerical Controlled) là máy công cụ, điều khiển theo một chương trình định sẵn. Các dữ liệu được cung cấp dưới dạng tập lệnh. Lịch sử phát triển của hệ thống máy CNC - Năm 1949: Mẫu đầu tiên của máy NC (Numerical Controlled) do MIT (Viện công nghệ Massachusetts) thiết kế và chế tạo theo đặt hàng của Không lực Hoa kỳ, để sản xuất các chi tiết phức tạp và chính xác của máy bay.
- Năm 1952: Chiếc máy phay đứng 3 trục điều khiển số của hảng Cincinnati SVTH: Phạm Thanh Sơn_Nguyễn Văn Hãi_Phạm Anh Vũ 3 do an DATN: GVHD: ThS Tưởng Phước Thọ Hydrotel được trưng bày tại MIT. - Những năm 1960: + Máy NC được sản xuất và sử dụng trong công nghiệp. + Các bộ điều khiển số đầu tiên dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, cồng kềnh và tiêu tốn nhiều năng lượng. + Chương trình được chứa trong các băng và bìa đục lỗ, khó hiểu và không sửa chữa được.
+ Giao tiếp người - máy rất khó khăn vì không có màn hình, bàn phím. - Năm 1970: + Các linh kiện bán dẫn được sử dụng phổ biến trong công nghiệp + Máy NC gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn ít năng lượng hơn,. + Các băng đục lỗ sau này được thay bằng băng hoặc đĩa từ,. + Tính năng sử dụng của các máy NC vẫn chưa được cải thiện đáng kể, cho đến khi máy tính được ứng dụng.
- Đầu những năm 1970, máy CNC (Computer Numerical Control) ra đời: Các bộ điều khiển số trên máy công cụ được tích hợp máy tính và thuật ngữ CNC ra đời. Máy CNC ưu việt hơn máy NC thông thường về nhiều mặt. - Tốc độ xử lý cao, kết cấu gọn,. - Ưu điểm quan trọng nhất của chúng là ở tính năng sử dụng, giao diện với người dùng và các thiết bị ngoại vi khác.
Ưu điểm của các máy CNC ngày nay: - Có màn hình, bàn phím và nhiều thiết bị khác để trao đổi thông tin với người dùng. - Nhờ màn hình, người dùng được thông báo thường xuyên về tình trạng của máy, cảnh báo báo lỗi và nguy hiểm có thể xảy ra, có thể mô phỏng để kiểm tra trước quá trình gia công,. - Có thể làm việc đồng bộ với các thiết bị sản xuất khác như robot, băng tải, thiết bị đo,. trong hệ thống sản xuất.
- Có thể trao đổi thông tin trong mạng máy tính các loại, từ mạng cục bộ (LAN) đến mạng diện rộng (WAN) và Internet. SVTH: Phạm Thanh Sơn_Nguyễn Văn Hãi_Phạm Anh Vũ 4 do an DATN: GVHD: ThS Tưởng Phước Thọ Hiện nay máy công cụ CNC đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi vào nhiều lĩnh vực cuộc sống nhiều nước trên thế giới. Cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ vi xử lý, trung tâm điều khiển của máy CNC hiện đại được điều khiển bởi bộ vi xử lý. Nhờ tốc độ xử lý của các phần tử này mà nhịp độ làm việc của các máy CNC được ghép với chúng không bị thay đổi.
Có thể coi sự ra đời của máy CNC là một cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy, đó là một phần tử vô cùng quan trọng trong hệ thống sản xuất linh hoạt. Nó góp phần thúc đẩy quá trình tự động hóa nhằm dần dần thay thế vai trò của con người trong quá trình sản xuất.3 Những đặc điểm cơ bản của máy CNC - Khả năng tự động hoá cao. - Năng suất gia công cao, thời gian phụ (thay dao, chạy không,…) giảm. - Khả năng đạt độ chính xác cao, tính ổn định cao.
- Có khả năng tập trung nguyên công cao, khả năng gia công nhiều bề mặt trong cùng một lần gá. - So với máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (cam, cữ hành trình, trục gài bi…) máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm được thời gian điều chỉnh máy đạt được tính chính xác cao ngay cả với sản xuất hàng loạt nhỏ. - Một ưu điểm nổi bậc khác chỉ có trong máy CNC đó là phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử – số hóa”. Phương thức này cho phép nối ghép với hệ thống xử lý số trong phạm vi quản lý xí nghiệp.