2017-LVTN-Bui Hoang Son-21303394-Phan tich va thiet ke may cat chu

Để thiết kế và vận hành máy cắt chữ xốp tự động, tất cả các yếu tố cấuthành của máy đều cần được quan tâm: cấu tạo, phân loại, sơ đồ nguyên lý, động cơ, cơ cấu truyền động, cấu trúc điều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Qua quá trình học tập tại trường Đại học Bách Khoa TPHCM, em đã tiếp thuđược rất nhiều kiến thức hay từ quý thầy cô và bạn bè Luận văn tốt nghiệp là giaiđoạn cuối của một sinh viên cần phải trải qua sau những năm tháng học tập, là dịp đểsinh viên áp dụng những kiến thức đã học và việc giải quyết các vấn đề kỹ thuật Đểhoàn thành luận văn tốt nghiệp, đó không chỉ là sự cố gắng của bản thân sinh viên màcòn nhờ vào sự chỉ dẫn, ủng hộ của thầy cô, gia đình và bạn bè Thông qua luận văntốt nghiệp, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả những người đã quan tâm và giúp đỡ emtrong những năm tháng học đại học:

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy PhạmCông Bằng, người đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo em trong suốt quá trình thực hiệnluận văn tốt nghiệp Những ý tưởng và lời nhận xét quý báu của thầy đã giúp em nhận

ra được những thiếu sót để hoàn thiện luận văn tốt nghiệp của mình

Tiếp theo, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy/cô trong khoa cơ khí cũngnhư quý thầy/cô ở trường Đại học Bách Khoa TPHCM đã giúp đỡ em trang bị đượcnhững kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường

Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các bạn trong lớp CK13KSCD,CK13KSTN và CK13CK11 Người xưa có câu: “Học thầy không tày học bạn” Quảthật là như vậy! Các bạn đã rất nhiệt tình giúp đỡ, bổ túc kiến thức và động viên emtrong suốt quá trình học tập tại trường và làm luận văn

Lời sau cùng, con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Ba và Mẹ Gia đình luôn lànguồn động lực của con để con có thể tiếp tục cố gắng và hoàn thiện mình trong suốtquá trình học tập từ nhỏ đến lớn và trên những con đường tiếp theo trong cuộc sốngnày

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 12 năm 2017 Sinh viên thực hiện

Bùi Hoàng Sơn

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Hiện nay, nhu cầu sử dụng vật liệu xốp để cắt chữ phục vụ cho ngành công nghiệp trang trí đang ngày càng cao và rất có tiềm năng Các máy cắt chữ xốp trên thị trường hiện nay thường có nguồn gốc ngoại nhập và khá đắt tiền Do đó, nhu cầu được đặt ra về một máy cắt chữ xốp có giá thành rẻ những vẫn đảm bảo được yêu cầu sản phẩm Chính vì thế, luận văn này tập trung vào việc phân tích, thiết kế và chế tạo bàn máy có thể cắt ra được những chữ cái bằng vật liệu xốp có các font chữ đa dạng với các kích thước khác nhau và xây dựng giao diện chương trình điều khiển phục vụ cho việc cắt chữ xốp

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH HÌNH ẢNH vii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Cấu tạo của máy cắt chữ xốp 2

1.3 Hiện trạng các loại máy có sẵn trên thị trường 3

1.3.1 Cutlas HK4 3

1.3.2 JCW1325HL 4

1.3.3 Cut2500S 6

1.4 Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi đề tài 7

1.4.1 Mục tiêu đề tài 7

1.4.2 Nhiệm vụ đề tài 7

1.4.3 Phạm vi đề tài 7

1.5 Tổ chức luận văn 8

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 10

2.1 Lựa chọn dạng kết cấu bàn máy 10

2.1.1 Dạng bàn máy cố định, đầu công tác di chuyển (dạng 1) 10

2.1.2 Dạng bàn máy và đầu công tác di chuyển (dạng 2) 11

2.2 Lựa chọn cơ cấu truyền động các trục 13

2.2.1 Bộ truyền vít me – đai ốc 13

2.2.2 Bộ truyền đai răng 15

2.3 Lựa chọn động cơ truyền động 16

2.3.1 Động cơ bước (Stepper Motor) 17

2.3.2 Động cơ Servo 18

2.4 Lựa chọn cảm biến 19

2.4.1 Công tắc hành trình 19

2.5 Lựa chọn bộ điều khiển 21

2.5.1 Motion control card 21

2.5.2 Vi điều khiển 22

2.5.3 Bộ điều khiển PLC 23

2.6 Lựa chọn cấu trúc điều khiển 24

2.7 Lựa chọn giải thuật điều khiển 25

2.8 Kết luận 26

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ 27

3.1 Yêu cầu 27

3.2 Tính toán và lựa chọn động cơ cho trục X, Y, Z 28

3.2.1 Tính toán chọn động cơ bước cho trục X 28

3.2.2 Tính toán chọn động cơ bước cho trục Y 30

3.2.3 Tính toán chọn động cơ bước cho trục Z 31

3.3 Tính toán bộ truyền 33

3.3.1 Tính toán bộ truyền đai răng trục X 33

3.3.2 Tính toán bộ truyền đai răng trục Y 35

3.3.3 Tính toán bộ truyền vít me – đai ốc bi trục Z 36

3.4 Tính toán và lựa chọn thiết kế con trượt tròn và thanh trượt tròn 38

3.4.1 Tính toán cho trục X 38

3.4.2 Tính toán cho trục Y 40

3.5 Tính toán trục và ổ lăn 42

3.5.1 Tính toán trục chính 42

3.5.2 Tính toán ổ lăn 44

3.6 Thiết kế tấm gá động cơ 45

3.6.2 Tấm gá động cơ trục Z 48

3.7 Kết luận 50

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 51

4.1 Sơ đồ khối hệ thống điện 51

4.2 Bộ điều khiển 51

4.3 Cảm biến 53

4.4 Động cơ 54

4.5 Mạch công suất động cơ (Driver) 55

4.6 Relay 57

4.7 Bộ phận công tác dao nhiệt tỉa xốp 57

4.8 Nguồn điện 58

4.9 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện 60

4.10 Board mạch thực tế 61

4.11 Kết luận 62

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 63

5.1 Giải thuật xử lý ảnh 63

5.1.1 Giải thuật xử lý xác định chiều cao chữ 63

5.1.2 Giải thuật bù trừ bán kính dao và ảnh hưởng của nhiệt độ đầu cắt đến xốp 65

5.1.3 Giải thuật xác định tọa độ điểm bắt đầu và kết thúc quá trình cắt 68

5.2 Giải thuật di chuyển 73

5.2.1 Giải thuật Set Home cho máy cắt 73

5.2.2 Giải thuật nội suy bậc thang 74

5.3 Xây dựng giao diện điều khiển bàn máy 76

5.4 Thực nghiệm 80

5.4.2 Kết quả thực nghiệm và đo sai số 81

5.5 Tổng kết 86

CHƯƠNG 6: TỔNG KẾT VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO ĐỀ TÀI 87

6.1 Tổng kết 87

6.2 Định hướng phát triển đề tài 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

Hình 1.1: Các sản phẩm làm từ xốp [5] 1

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc máy cắt chữ xốp tự động [1] 3

Hình 1.3: Máy cắt xốp Cutlas HK4 [2] 4

Hình 1.4: Máy cắt xốp JCW1325HL [3] 5

Hình 1.5: Máy cắt xốp Cut2500S [4] 6

Hình 1.6: Máy tỉa xốp 3D cầm tay F1 10cm [5] 8

Hình 2.1: Sơ đồ khối các cụm chức năng của máy 10

Hình 2.2: Kết cấu dạng bàn máy cố định, đầu công tác di chuyển 11

Hình 2.3: Kết cấu dạng bàn máy và đầu công tác di chuyển 12

Hình 2.4: Vít me – đai ốc với ma sát trượt [8] 14

Hình 2.5: Vít me – đai ốc với ma sát lăn [9] 14

Hình 2.6: Bộ truyền đai răng [10] 16

Hình 2.7: Động cơ bước TaoNEMA17 60600 của Cty TNHH MTV TVG [11] 17

Hình 2.8: Động cơ AC Servo Yaskawa Sigma II SGMSH của Nhật Bản [12] 18

Hình 2.9: Công tắc hành trình KW11 – 3Z 5A 250VAC [13] 20

Hình 2.10: Cảm biến tiệm cận LJ18A3 [14] 20

Hình 2.11: Motion control card PCI-8163 [15] 22

Hình 2.12: Board arduino Mega2560 [16] 22

Hình 2.13: PLC FX3GE-40MR/ES của hãng Mitsubishi Electric [17] 23

Hình 2.14: Cấu trúc điều khiển phân cấp 24

Hình 2.15: Cấu trúc điều khiển tập trung 25

Hình 3.1: Sơ đồ truyền động của máy cắt chữ xốp tự động 27

Hình 3.2: Sơ đồ truyền động của cụm công tác 28

KH56KM2 – 902 [18] 30

Hình 3.4: Sơ đồ phân bố lực tác dụng lên con trượt theo trục X 38

Hình 3.5: Thanh trượt tròn và con trượt LM10UU [20] 40

Hình 3.6: Sơ đồ phân bố lực tác dụng lên con trượt theo trục Y 40

Hình 3.7: Biểu đồ phân bố lực trên trục Y 43

Hình 3.8: Thông số kích thước mặt bích động cơ KH56KM2 – 902 45

Hình 3.9: Hình dạng và kích thước tấm gá động cơ trục Y 46

Hình 3.10: Hình dạng và kích thước tấm gá động cơ X 47

Hình 3.11: Hình ảnh thực tế của cụm động cơ Y 48

Hình 3.12: Hình ảnh thực tế của cụm động cơ X 48

Hình 3.13: Thông số kích thước mặt bích động cơ 4S56Q – 02542S 49

Hình 3.14: Hình dạng và kích thước tấm gá động cơ Z 49

Hình 3.15: Hình ảnh thực tế của cụm động cơ Z 50

Hình 3.16: Hình ảnh thực tế và mô hình 3D được thiết kế bằng SolidWorks của máy cắt chữ xốp tự động 50

Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống điện của máy cắt chữ xốp 51

Hình 4.2: Board Arduino Mega2560 52

Hình 4.3: Công tắc hành trình KW11 – 3Z 5A 250VAC 53

Hình 4.4: Động cơ KH56KM2 – 902 54

Hình 4.5: Động cơ 4S56Q – 02542S 55

Hình 4.6: Driver a4988 [22] 55

Hình 4.7: Relay 4 kênh 5V10A RL4 – 0510 57

Hình 4.8: Dao nhiệt tỉa xốp 3D cầm tay F1 10cm [5] 58

Hình 4.9: Nguồn máy tính ATX 700W – P4/24Pin [24] 59

Hình 4.11: Mạch in thực tế được thiết kế bằng Eagle 61

Hình 4.12: Hình ảnh thực tế của hệ thống điện – điện tử 62

Hình 5.1: Trình tự thực hiện ứng dụng cắt chữ 63

Hình 5.2: Giao diện điều khiển chọn font, font size và font style 64

Hình 5.3: Chiều cao chữ trong hệ tọa độ pixel 65

Hình 5.4: Biên dạng mới sau khi “offset” từ biên dạng cho trước 67

Hình 5.5: Biên dạng ngoài được “offset” 67

Hình 5.6: Biên dạng trong được “offset” 67

Hình 5.7: Sản phẩm lỗi của quá trình cắt 68

Hình 5.8: Kết quả của quá trình chuyển đổi ảnh màu sang ảnh nhị phân 69

Hình 5.9: Kết quả của quá trình tách biên theo phương pháp Contours 69

Hình 5.10: Chữ với một biên dạng 70

Hình 5.11: Chữ với 1 biên ngoài và 1 biên trong 71

Hình 5.12: Chữ với 1 biên dạng ngoài và 2 biên dạng trong 73

Hình 5.13: Lưu đồ giải thuật Set Home 74

Hình 5.14: Mô tả giải thuật của phương pháp 75

Hình 5.15: Mô tả giải thuật và sai số của phương pháp [1] 76

Hình 5.16: Giao diện lập trình điều khiển trên C# 78

Hình 5.17: Mô hình 3D được thiết kế bằng SolidWorks 80

Hình 5.18: Mô hình thực nghiệm thực tế 81

Hình 5.19: Ảnh biên và hình ảnh thực tế của chữ “B” sau khi cắt 82

Hình 5.20: Ảnh biên và hình ảnh thực tế của chữ “O” sau khi cắt 83

Hình 5.21: Ảnh biên và hình ảnh thực tế của hình vuông a = 120 mm sau khi cắt 84

Hình 5.22: Ảnh biên và hình ảnh thực tế của hình tròn d = 140 mm sau khi cắt 85

Bảng 2.1: Tiêu chí lựa chọn phương án kết cấu bàn máy theo trọng số 13

Bảng 2.2: Tiêu chí lựa chọn phương án cơ cấu truyền động theo trọng số 16

Bảng 2.3: Tiêu chí lựa chọn phương án động cơ theo trọng số 18

Bảng 2.4: Tiêu chí lựa chọn phương án cảm biến theo trọng số 21

Bảng 2.5: Tiêu chí lựa chọn phương án bộ điều khiển theo trọng số 23

Bảng 2.6: Tiêu chí lựa chọn phương án cấu trúc điều khiển theo trọng số 25

Bảng 3.1: Các thông số động cơ step 2 pha – KH56KM2 30

Bảng 3.2: Các thông số động cơ step 2 pha – 4S56Q [19] 33

Bảng 3.3: Các thông số kích thước của cụm X 39

Bảng 3.4: Các thông số kích thước của cụm Y 41

Bảng 3.5: Trị số xác định tải trong động quy ước [21] 44

Bảng 3.6: Thông số của ổ bị một dãy 1000900 45

Bảng 4.1: Nhiệm vụ các cụm chức năng chính của board Arduino Mega2560 53

Bảng 4.2: Chế độ hoạt động của động cơ bước [22] 56

Bảng 4.3: Công suất cần cung cấp cho các thiết bị 58

Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật của nguồn máy tính ATX [22] 59

Bảng 5.1: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dao 66

Bảng 5.2: Kết quả thực nghiệm chữ xốp “B” cao 300 mm 82

Bảng 5.3: Kết quả thực nghiệm chữ xốp “O” cao 150 mm 83

Bảng 5.4: Kết quả thực nghiệm hình vuông a = 120 mm 84

Bảng 5.5: Kết quả thực nghiệm hình tròn d = 140 mm 86

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung

Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy tự động xuấthiện và phát triển ngày càng nhiều không chỉ về số lượng mà còn về chủng loại tronghầu hết các lĩnh vực sản xuất, trong đó có máy cắt chữ xốp tự động Trên thị trườnghiện nay nhu cầu sử dụng vật liệu xốp tương đối lớn Xốp - nhựa EPS (ExpandablePolystyrene) là tên gọi của loại nhựa Polystyrene giãn nở, được sản xuất dưới dạng hạt

có chứa khí Bentan (C5H12) dễ cháy Các ứng dụng từ xốp trong hình 1.1 thường đượcdùng làm trang trí nội thất, chữ trang trí trong các đám tiệc và hội nghị, làm thùng xốpcách nhiệt, đặc biệt là phục vụ nghệ thuật như mô hình xốp 3D…

c Thùng xốp cách nhiệt d Mô hình xốp 3D

Hình 1.1: Các sản phẩm làm từ xốp [5].

Bên cạnh đó với những mục đích sử dụng xốp và nhu cầu thẩm mỹ ngày càngcao thì việc cắt chữ xốp sẽ phức tạp nên cực kì khó khăn Đồng thời, việc gia công

bằng tay không đảm bảo độ chính xác, tốn nhiều thời gian, dễ gây hư hao vật liệu mànăng suất lại thấp Vì vậy, máy cắt chữ xốp ra đời là giải pháp cho vấn đề này Tuynhiên, hầu hết các máy cắt chữ xốp tự động trên thị trường có nguồn gốc từ nướcngoài, giá thành cao cho nên việc ứng dụng vào sản xuất gặp nhiều khó khăn.

Khả năng, cơ hội và thách thức của ngành công nghiệp cắt chữ xốp trang trí trongtương lai là rất có tiềm năng Nguồn cầu càng lúc càng tăng song do phương tiện vàmáy móc còn phụ thuộc vào sức người nên lượng cung vẫn không đủ cho lượng cầu

Do đó giải pháp là cần đưa điều khiển tự động vào trong việc sản xuất

Công đoạn cắt chữ xốp là một trong những kỹ thuật đòi hỏi sự tỉ mỉ, bởi việc cắtđúng tỉ lệ thiết kế đã đưa ra và đúng yêu cầu kỹ thuật sẽ tiết kiệm xốp, giá thành sẽgiảm và sẽ nhanh chóng đáp ứng được lượng nhu cầu ngày càng tăng của xã hội

Ở nội dung đề tài này, tập trung tìm hiểu các vấn đề liên quan đến máy cắt chữxốp tự động Để thiết kế và vận hành máy cắt chữ xốp tự động, tất cả các yếu tố cấuthành của máy đều cần được quan tâm: cấu tạo, phân loại, sơ đồ nguyên lý, động cơ,

cơ cấu truyền động, cấu trúc điều khiển, hệ thống điện – điện tử và giải thuật điềukhiển Từ các yếu tố này, các chữ xốp trong hình 1.1b là sản phẩm cuối cùng mà đề tàicần tạo ra

1.2 Cấu tạo của máy cắt chữ xốp

Máy cắt chữ xốp có cấu tạo giống như một máy công cụ CNC (ComputerNumerical Control) gồm 6 bộ phận được thể hiện trong hình 1.2:

a Chương trình gia công (Part program): là một chuỗi chỉ thị các tập lệnh giacông

b Thiết bị đọc chương trình (Program input device): là bộ phận trung gianchuyển chương trình gia công vào bộ điều khiển thông qua máy tính

c Bộ điều khiển (Machine control unit - MCU): đọc và giải mã chương trình,đưa ra các lệnh điều khiển và nhận các tín hiệu phản hồi và xử lý

d Hệ thống truyền động (Drive system): là hệ thống điều khiển truyền động hở(open loop) hoặc kín (closed loop) Sự khác nhau cơ bản là hệ thống điều khiển kín cóphản hồi nhằm đảm bảo độ chính xác yêu cầu

e Hệ thống phản hồi (Feedback system): dùng để xác định vị trí và vận tốc củamáy và gửi tín hiệu về MCU để xử lý (có thể có hoặc không).

f Máy công cụ (Machine tool): như các máy công cụ thông thường, nhưng cácchuyển động của từng trục được thực hiện bởi động cơ Servo hoặc động cơ bướcthông qua truyền động đai hoặc vít me đai ốc bi

máy cắt chữ xốp tự động [1]

1.3 Hiện trạng các loại máy có sẵn trên thị trường

Sau quá trình tìm hiểu về cấu tạo thì các sản phẩm máy hiện có trên thị trườngcũng được tìm hiểu nhằm tạo cơ sở cho việc phân tích và thiết kế máy cắt chữ xốp saunày

1.3.1 Cutlas HK4

Máy cắt xốp Cutlas HK4 được sản xuất bởi công ty Deman Products Inc CutlasHK4 là bàn máy CNC được dẫn động bởi 3 trục X, Y, Z Đầu công tác là một lát cắt(dao) có kích thước dài 2453,6 mm, rộng 3,1 mm, dày 0,5 mm Ưu điểm của loại máynày là tốc độ và gia tốc cao vì động cơ chuyển động độc lập, do đó hạn chế bớt khốilượng mà động cơ phải mang cũng như là tác động của lực quán tính sinh ra khi bàn

Part program

Program input device

Drive system

Feedback system Machine tool

Machine Control Unit Data

Processing Unit

Control Loop Unit

máy di chuyển, nhờ đó có thể gia công hàng loạt và cho năng suất cao Độ chính xácmáy tương đối cao, chất lượng gia công ổn định, thời gian hiệu chỉnh máy ngắn Tuynhiên, nhược điểm lớn nhất của loại máy này là không thể cắt lỗ hay rãnh bên trongchi tiết Máy cắt được lỗ bên trong chỉ khi máy cắt đường biên ngoài để đi vào bêntrong chi tiết do đó sẽ làm chi tiết bị xấu đi và không còn giống thiết kế lúc ban đầu,nhược điểm thứ hai là máy chỉ cắt được những vật thể đối xứng hai đầu Hình ảnhthực tế của Cutlas HK4 được mô tả trong hình 1.3.

1.3.2 JCW1325HL

Máy cắt xốp JCW1325HL được sản suất bởi công ty Nam Mỹ JCW1325HL làbàn máy CNC được dẫn động bởi 4 trục X, Y, Z và 1 trục xoay phôi Về cơ bản,JCW1325HL là máy phay được ứng dùng để để xốp Ưu điểm của loại máy này tương

tự như Cutlas HK4 của công ty Deman Products Inc nhưng vượt trội hơn hẳn làJCW1325HL sử dụng 4 trục nên cắt được các chi tiết 3D tinh xảo và phức tạp trongkhi Cutlas HK4 chỉ cắt được các chi tiết 3D đơn giản Vì sử dụng dao phay thay vì sửdụng dây trở nhiệt nên chi tiết không bị biến dạng khi cắt, vết cắt mịn và đẹp Máy cắtđược lỗ hay rãnh bên trong chi tiết một cách dễ dàng Tuy nhiên, kết cấu máy phứctạp, cồng kềnh, và giá khá đắt nên chỉ dùng để cắt xốp thì không được đánh giá cao.Hình ảnh thực tế của máy được thể hiện trong hình 1.4

xốp JCW1325HL [3]

Một số thông số kỹ thuật:

 Vùng làm việc X, Y, Z: 1300 x 2500 x 1000 mm

 Công suất nguồn: 100 W

 Tốc độ không tải: 50 m/min

 Tốc độ làm việc: 30 m/min

 Sai số: ±0.02 mm

 Tốc độ quay trục chính: 6000-24000 rpm

Với những nhu cầu sử dụng xốp và tự động hoá quá trình cắt xốp ngày càng cao,

đề tài này sẽ tập trung vào việc phân tích, thiết kế và chế tạo bàn máy cắt chữ tự độngbằng vật liệu xốp EPS và xây dựng giao diện chương trình trên máy tính phục vụ choviệc cắt chữ xốp

+ Phân tích phương án và thiết kế cơ khí các cụm thành phần

+ Tìm hiểu sơ đồ lắp mạch điện, kết nối thiết bị và vẽ bản vẽ điện

+ Xác định sai số hệ thống và chương trình điều khiển

- Khảo sát nhiệt độ và tốc độ que nhiệt ảnh hưởng đến xốp

- Xây dựng chương trình điều khiển bàn máy:

+ Tìm hiểu và lựa chọn giải thuật nội suy

+ Thiết kế giao diện chương trình bằng C#, lập trình chuyển đổi từ dữ liệu nhậpsang file ảnh và xuất sang toạ độ điểm điều khiển bàn máy

- Thực nghiệm:

+ Thực nghiệm cho từng ký tự với những font chữ và kích thước khác nhau.+ Đánh giá chất lượng sản phẩm và sai số hệ thống.

1.4.3 Phạm vi đề tài

- Đề tài sử dụng máy tỉa xốp 3D cầm tay F1 10cm với nhiệt độ cao nhất đạt được

là 2000C Đây là sản phẩm của công ty Hornet Shop Hình ảnh thực tế được thể hiệntrong hình 1.6

Hình 1.6: Máy tỉa xốp 3D cầm tay F1 10cm [5].

- Vật liệu cắt là xốp tấm, kích thước chữ tối đa cắt được có chiều cao không quá

350 mm

- Chiều dày xốp tấm không vượt quá 50 mm

- Đối tượng của đề tài là điều khiển bàn máy cắt chữ xốp

- Tốc độ di chuyển tối đa của đầu công tác là 20 mm/s

- Số lượng chữ cái hoàn thành 1 lần cắt: 1

- Chương 3 tiến hành thiết kế sơ đồ nguyên lý, sơ đồ động học, tính toán và lựachọn động cơ, con trượt, bộ truyền đai răng, trục và ổ lăn.

- Chương 4 tìm hiểu và lựa chọn linh kiện sử dụng trong mạch (vi điều khiển,module driver, cảm biến, …), thiết kế mạch hệ thống điện – điện tử điều khiển chuyểnđộng của các động cơ theo các trục

- Chương 5 thiết lập lưu đồ giải thuật, viết giao diện chương trình chuyển đổi từ

dữ liệu nhập sang file ảnh và xuất sang toạ độ điểm điều khiển bàn máy cắt chữ xốp vàthực nghiệm đánh giá sai số

- Chương 6 tổng kết những kết quả đạt được cùng với những hạn chế và hướngphát triển của đề tài

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Để điều khiển được bàn máy thực hiện việc di chuyển đầu công tác để cắt ra chữxốp như mong muốn trước hết phải tìm hiểu và xây dựng sơ đồ nguyên lý cũng như làcách thức điều khiển bàn máy Sơ đồ nguyên lý này thể hiện được nguyên lý hoạt động

về mặt cơ khí của máy cũng như là cơ sở để tính toán các bộ truyền và chi tiết máy ởchương 3 Vì vậy, chương 2 sẽ tiến hành đưa ra các phương án lựa chọn kết cấu bànmáy, động cơ, cơ cấu truyền động, cảm biến, bộ điều khiển, cấu trúc và giải thuật điềukhiển sau đó tiến hành phân tích, so sánh ưu – nhược điểm và lập bảng chỉ tiêu trọng

số để lựa chọn phương án phù hợp nhất với yêu cầu đề tài

Xây dựng sơ đồ khối cụm chức năng dựa trên các bàn máy CNC cơ bản Chươngnày sẽ lựa chọn từng bộ phận trong phần cứng và phần mềm của máy cắt xốp tự động,các thành phần chính được miêu tả như sơ đồ hình 2.1

cụm chức năng của máy

2.1 Lựa chọn dạng kết cấu bàn máy

Dựa vào các kết cấu bàn máy trong các máy CNC cơ bản, bàn máy trong thực tếthường có 2 dạng kết cấu sau:

Máy cắt chữ xốp

tự động

Kết cấu bàn máy

Cơ cấu truyền động

Động cơ

Cấu trúc điều khiển

Giải thuật điều khiển

Bộ điều khiển

Cảm biến

2.1.1 Dạng bàn máy cố định, đầu công tác di chuyển (dạng 1).

Đặc điểm:

Để trục Y có thể trượt được trên bệ đỡ vừa nâng được các trục X và Z thì nó phải

có kết cấu vững chắc và có các thanh giằng ngang để toàn bộ phần trượt Y không bịvênh, xộc xệch khi di chuyển Trục X trượt trên trục Y và có gắn thanh trượt, cơ cấutruyền động, động cơ Tất cả các bộ phận này chuyển động cùng với trục Y Trục Ztrượt trên trục X và có gắn động cơ di chuyển đầu công tác Trục Z cũng gắn thanhtrượt, cơ cấu truyền động, động cơ chuyển động cùng với trục X Trên bệ đỡ cóthanh trượt trục Y và phôi cần gia công Một ví dụ thực tế về máy có kết cấu dạng 1 và

sơ đồ nguyên lý được thể hiện trong hình 2.2a và 2.2b

Y

X Z Y

Hình 2.2: Kết cấu dạng bàn máy cố định, đầu công tác di chuyển.

2.1.2 Dạng bàn máy và đầu công tác di chuyển (dạng 2)

a Máy công cụ CNC dạng 2 [7] b Sơ đồ nguyên lý dạng 2.

Hình 2.3: Kết cấu dạng bàn máy và đầu công tác di chuyển.

Y

X Z Y

- Do động cơ trục Y trực tiếp mang phôi nên tải đặt lên bàn máy có giới hạn tuỳthuộc vào khối lượng mang tải tới hạn của động cơ, vì thế, động cơ trục Y cần momentlớn.

Bảng 2.1 sau đây liệt kê một số tiêu chí và kết quả đánh giá cho hai phương án.Mỗi tiêu chí được gán cho một trọng số, số điểm trọng số sẽ bằng với số tiêu chí, vàđược đánh giá bằng số nguyên ( ví dụ: có 5 tiêu chí thì trọng số sẽ bằng 1, 2, 3, 4, 5).Tiêu chí nào được đánh giá quan trọng hơn tương ứng số điểm trọng số cao hơn Cáctiêu chí này được chấm điểm nhỏ nhất là 1, phương án có tiêu chí tối ưu hơn thì đượcchấm điểm cao hơn Thông qua việc tính tổng điểm của từng phương án, từ đó có thểxác định được phương án tối ưu, phù hợp với yêu cầu đặt ra

Bảng 2.1: Tiêu chí lựa chọn phương án kết cấu bàn máy theo trọng số.

Phương án

Tiêu chí & Trọng số

Dạng bàn máy cố định,đầu công tác di chuyển

Dạng bàn máy và đầucông tác di chuyển

Kết luận: Tiêu chí giá thành được ưu tiên nên trọng số sẽ cao nhất, dựa vào tổng

điểm từ bảng trên thì kết cấu dạng bàn máy cố định, đầu công tác di chuyển được lựachọn, giúp cho máy có kích thước nhỏ gọn với cùng kích thước vùng làm việc Songsong đó, đối với đầu công tác là dao tỉa nhiệt có khối lượng tương đối nhỏ do đó sẽđảm bảo cho dao tỉa không bị rung lắc, đảm bảo độ chính xác cho máy

2.2 Lựa chọn cơ cấu truyền động các trục

Hệ thống truyền động ở các trục trong các máy cắt chữ xốp tự động thường là bộtruyền vít me – đai ốc hoặc bộ truyền đai răng:

2.2.1 Bộ truyền vít me – đai ốc.

- Bộ truyền vít me – đai ốc làm việc theo nguyên lý ăn khớp của cặp ren (giữaren trong trên đai ốc với ren ngoài trên vít me) để biến đổi chuyển động quay thànhtịnh tiến

- Tuỳ theo tính chất tiếp xúc của cặp ren có thể chia bộ truyền làm 2 loại: ma sáttrượt và ma sát lăn

a) Bộ truyền vít me – đai ốc với ma sát trượt

Vít me được gắn đồng trục với động cơ thông qua khớp nối Động cơ và vít megắn cố định Khi động cơ quay, vít me quay làm cho đai ốc di chuyển dọc theo trục vít

me Đai ốc được gắn chặt vào bộ phận cần chuyển động (trục X, Y , Z) Hình ảnh thực

tế được thể hiện trong hình 2.4

trượt [8]

Tốc độ di chuyển của đai ốc phụ thuộc vào tốc độ của động cơ và bước ren củatrục vít Độ chính xác khi chuyển động không cao vì có độ rơ của đai ốc Khi động cơquay 1 vòng thì đai ốc sẽ dịch chuyển 1 đoạn thẳng bằng bước ren của trục vít Do đó,dùng động cơ bước có bước góc càng nhỏ và trục vít có bước ren càng nhỏ thì độchính xác di chuyển của đai ốc càng cao

b) Bộ truyền vít me – đai ốc với ma sát lăn

Hình 2.5: Vít me – đai ốc với ma sát lăn [9].

Trong bộ truyền vít – đai ốc với ma sát lăn như hình 2.5, giữa các bề mặt làmviệc của vít và đai ốc là các con lăn bằng thép Điều này đem đến một ưu điểm: chỉ cầnmột lực quay rất nhỏ đã có thể làm cho đai ốc chuyển động Bộ truyền này hiện nayđược sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong các cơ cấu chuyển động chính xác, hệ thốngđiều khiển và các bộ truyền lực quan trọng Hiệu suất cao, lực ma sát phụ thuộc vàovận tốc Trên vít và đai ốc có các rãnh xoắn ốc và các con lăn sẽ lăn trên rãnh này

Để luôn tồn tại các con lăn giữa các bề mặt ren của vít và đai ốc thì trên các đầuđai ốc hoặc vít người ta nối các rãnh thu hồi Rãnh thu hồi có thể nằm trên đai ốc hoặcvít Độ chính xác di chuyển cao do không có độ rơ giữa vít me và đai ốc

c) Các ưu, nhược điểm chính:

Ưu điểm:

- Bộ truyền vít me – đai ốc có kết cấu đơn giản, nhỏ gọn và dễ chế tạo phù hợpcho các máy có kích thước nhỏ Khả năng tải của bộ truyền lớn, độ tin cậy cao, làmviệc êm và không ồn do đó có thể chuyển động chậm với độ chính xác cao

Nhược điểm:

- Do ma sát lớn nên ren sẽ mòn nhanh Bộ truyền vít me – đai ốc với ma sát lăn

có hiệu suất thấp hơn so với vít me – đai ốc ma sát trượt

2.2.2 Bộ truyền đai răng

Bộ truyền đai răng làm việc theo nguyên lý ăn khớp Bộ truyền đai bao gồm 2bánh đai: bánh dẫn và bánh bị dẫn được lắp lên 2 trục và dây đai bao quanh các bánhđai Tải trọng được truyền đi nhờ vào sự ăn khớp giữa dây đai và các bánh đai Đairăng được chế tạo từ cao su trộn với nhựa nairit hoặc được đúc từ cao su poliuretan.Lớp chịu tải là dây thép, sợi thuỷ tinh hoặc sợi poliamit Bộ truyền đai răng làm việcvới vận tốc tối đa là 80 m/s và tỉ số truyền umax = 30 Một ví dụ về hình ảnh thực tế của

bộ truyền đai răng được thể hiện trong hình 2.6 Bộ truyền có những ưu điểm và nhượcđiểm sau:

Ưu điểm:

- Do làm việc theo nguyên lý ăn khớp nên bộ truyền đai răng không có hiệntượng trượt giữa dây đai và bánh đai Tỷ số truyền lớn, thông thường u ≤12 (có thể đến20)

- Hiệu suất cao η=0.92÷ 0.98 đồng thời lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ Bộ truyền

có thể truyền công suất đến 200 kW (có thể đến 750 kW)

Nhược điểm:

- Do mòn đai trong quá trình chuyển động nên tuổi thọ đai khá thấp (từ

truyền đai răng vẫn làm việc do đó không thể bảo vệ các bộ phận phía sau

Hình 2.6: Bộ truyền đai răng [10].

Tương tự như cách đánh giá trọng số ở bảng 2.1, bảng 2.2 sau đây liệt kê một sốtiêu chí và kết quả đánh giá cho hai phương án Tiêu chí giá thành được đánh giá ưutiên hơn các tiêu chí còn lại vì phù hợp với điều kiện cũng như mục tiêu đề tài

Bảng 2.2: Tiêu chí lựa chọn phương án cơ cấu truyền động theo trọng số.

Phương án

Tiêu chí & Trọng số

Bộ truyền đai răng Bộ truyền vít me – đai ốc

Giá thành rẻ 5 2 1

Kết luận: Dựa vào tổng điểm từ bảng trên, lựa chọn bộ truyền đai răng dẫn động

2 trục X – Y do bộ truyền đai răng cho phép hành trình đi được ở các trục dài hơn vàlựa chọn bộ truyền vít me – đai ốc bi dẫn động trục Z chuyển động tịnh tiến lên xuốngđầu công tác của máy

2.3 Lựa chọn động cơ truyền động

Động cơ truyền động được sử dụng trong máy cắt chữ xốp tự động có thể kể đến

là động cơ servo và động cơ bước

2.3.1 Động cơ bước (Stepper Motor)

Động cơ bước là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiểndưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc cácchuyển động của roto và có khả năng cố định roto vào những vị trí cần thiết Hệ điềukhiển động cơ bước là một hệ thống khá đơn giản vì không hề có phần tử phản hồi Cóđược điều này là vì động cơ bước trong quá trình hoạt động không gây ra sai số tíchluỹ, sai số của động cơ là do sai số trong khi chế tạo Đa số các động cơ bước côngsuất bé có hình dạng thực tế giống hình 2.7

60600 của Cty TNHH MTV TVG [11]

Ưu điểm:

- Động cơ bước trên thị trường hiện nay có giá thành khá rẻ Tuy điều khiển vòng

hở nhưng điều khiển chính xác với chế độ full step là 0,10/step và có thể chỉnh thông

số vi bước lên đến 1/250 nhờ vào driver nên giá trị một bước là 0,00040/step

- Do không có chổi quét nên chi phí bảo dưỡng thấp Động cơ duy trì moment rấttốt (không cần phanh, biến tốc).

Nhược điểm:

- Động cơ bị nóng vì dùng 1 dòng DC duy nhất để điều khiển tải do đó cần có cơcấu làm mát động cơ khi hoạt động Nếu dòng không đủ thì động cơ có thể không làmviệc được và bị hư, động cơ sẽ toả nhiệt rất nhiều

- Do không có hệ thống phản hồi, nên không thể biết được vị trí hiện tại của động

cơ nên có thể xảy ra các sai số (điều này có thể khắc phục được thông qua giải thuậtđiều khiển) Một điều tất yếu, các động cơ bước đều làm việc ồn và rung

2.3.2 Động cơ Servo

Động cơ Servo là động cơ được thiết kế cho hệ thống điều khiển vòng kín Vậntốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển Do đó, đáp ứng được một cách chínhxác các lệnh điều khiển vị trí, vận tốc dựa trên xử lý sai lệch giữa giá trị đặt và giá trịhồi tiếp Một ví dụ về hình ảnh thực tế động cơ servo được mô tả trong hình 2.8

- Khi tải thay đổi đột ngột, dòng điện cũng sẽ tăng nhằm điều khiển đúng đápứng mong muốn

Nhược điểm:

- Động cơ servo trên thị trường có giá thành cao, bảo dưỡng tốn kém hơn động

cơ bước Không làm việc ở chế độ mạch điều khiển hở, yêu cầu phải có hệ thống phảnhồi, yêu cầu phải điều chỉnh các thông số vòng điều khiển

Tương tự như cách đánh giá trọng số ở bảng 2.1, bảng 2.3 sau đây liệt kê một sốtiêu chí và kết quả đánh giá cho hai phương án Tiêu chí giá thành vẫn được đánh giá

ưu tiên hơn các tiêu chí còn lại vì phù hợp với điều kiện cũng như mục tiêu đề tài

Bảng 2.3: Tiêu chí lựa chọn phương án động cơ theo trọng số.

Phương án

Tiêu chí & Trọng số

Động cơ bước Động cơ servo

Kết luận: Dựa vào tổng điểm từ bảng trên, động cơ bước được lựa chọn để

truyền động các trục của máy cắt chữ xốp tự động, đảm bảo được tốc độ và độ ổn địnhđược đặt ra Mặt khác, tải là xốp tấm khá nhẹ nên không cần động cơ có moment lớn,phù hợp với những máy thực tế thị trường đã có Bên cạnh đó, với giá thành động cơbước thấp hơn rất nhiều so với đồng cơ servo thì động cơ bước thích hợp để thực hiệnlàm mô hình kiểm nghiệm giải thuật và điều khiển để cắt ra chữ cái hoàn chỉnh màmục tiêu đầu bài đặt ra

2.4 Lựa chọn cảm biến

Cảm biến được sử dụng trong máy CNC được dùng làm cảm biến home và giớihạn hành trình Cảm biến thường được sử dụng trong thực tế là công tắc hành trìnhhoặc cảm biến tiệm cận

2.4.1 Công tắc hành trình

Ưu điểm:

- Công tắc hành trình trên thị trường có giá thành rất rẻ so với cảm biến tiệm cận,

và có khả năng chịu đựng được dòng lớn

- Việc sử dụng rất dễ dàng, độ bền cao trong môi trường công nghiệp, không códòng rò, sụt áp qua tiếp điểm nhỏ, không bị ảnh hưởng bởi nhiễu

Nhược điểm:

- Tuổi thọ ngắn hơn so với cảm biến công nghệ bán dẫn, nhanh bị hao mòn, do

đó, phải dừng máy nhiều lần

- Thời gian đáp ứng chậm và cần có sự tác động của vật đối với công tác hànhtrình dẫn đến việc “Set Home” sẽ không còn đúng vị trí về sau Đa số các công tắchành trình trên thị trường hiện nay có hình dạng thực tếgiống như trong hình 2.9

Hình 2.10: Cảm biến tiệm cận LJ18A3 [14].

ưu tiên hơn các tiêu chí còn lại vì phù hợp với điều kiện cũng như mục tiêu đề tài

Bảng 2.4: Tiêu chí lựa chọn phương án cảm biến theo trọng số.

Kết luận: Dựa vào tổng điểm của bảng trên, lựa chọn công tắc hành trình KW11

– 3Z 5A 250VAC có hình dạng như hình 2.9 làm cảm biến cho hệ thống

2.5 Lựa chọn bộ điều khiển.

Bộ điều khiển được xem như là linh hồn của máy Những bộ điều khiển thườngdùng trong máy cắt chữ xốp tự động có thể kể đến là: motion control card (hình 2.11),

vi điều khiển (hình 2.12) và PLC (Programmable Logic Controllers) (hình 2.13).2.5.1 Motion control card

Một trong những motion control card điển hình để làm bộ điều khiển trong hầuhết các robot hiện nay phải kể đến là card PCI-8163 của công ty Adlink như hình 2.11

Nhược điểm:

- Do dùng trong công nghiệp và chuyên môn hoá cao nên giá thành của card trênthị trường cao và thường được tích hợp trong máy tính nên có kích thước lớn

2.5.2 Vi điều khiển

Hình 2.12: Board arduino Mega2560 [16].

Ưu điểm:

- Board arduino Mega2560 như hình 2.12 có tốc độ xử lý cao, kích thước rất nhỏgọn, tính chuyên biệt dùng cho xử lý, điều khiển, tính toán, giá thành tương đối rẻ nênđược ứng dụng cho rất nhiều trong các máy nhỏ và mô hình

- PLC có nhược điểm chính là giá thành tương đối cao hơn nhiều so với vi điềukhiển

Tương tự như cách đánh giá trọng số ở bảng 2.1, bảng 2.5 sau đây liệt kê một sốtiêu chí và kết quả đánh giá cho ba phương án

Bảng 2.5: Tiêu chí lựa chọn phương án bộ điều khiển theo trọng số.

Phương án

Tiêu chí & Trọng số

Motion controlCard PCI-8164

ArduinoMega2560

PLC 40MR/ES

Kết luận: Dựa vào sự phân tích ở trên, board arduino Mega2560 được lựa chọn

làm linh hồn của máy cắt chữ xốp tự động

2.6 Lựa chọn cấu trúc điều khiển

Máy cắt chữ xốp tự động có các phần cơ bản chính bao gồm mạch cảm biến,mạch công suất và mạch điều khiển động cơ Trong đó có hai phương pháp chính đểkết nối các bộ phận đó với nhau là phương pháp điều khiển tập trung và phân cấp:

Hình 2.14: Cấu trúc điều khiển phân cấp.

Trong phương pháp điều khiển phân cấp như hình 2.14, không thể chỉ có mộtMCU (Micro – controller Unit) được sử dụng trong hệ thống, mà bên cạnh MCU cóvai trò là master đảm nhiệm việc tính toán tổng thể, thì các MCU Slave sẽ đảm nhiệmviệc điều khiển từng bộ phận riêng lẻ trong máy Cấu trúc này giúp giảm nhẹ khối

MASTER SLAVE 1

Z – AXIS DRIVER

SENSOR 3

X – AXIS

MOTOR

Y – AXIS MOTOR

Z – AXIS MOTOR

SENSOR 2 SENSOR 1

lượng tính toán cho master và cho phép máy thực hiện nhiều tác vụ cùng lúc Cấu trúcđiều khiển phân cấp có đặc điểm phần cứng phức tạp hơn, phải quan tâm đến vấn đềgiao tiếp giữa các MCU, tuy nhiên có khả năng xử lý nhiều tác vụ cùng lúc, giúp chothời gian xử lý của hệ thống nhanh hơn khi sử dụng cấu trúc tập trung.

Trong phương pháp điều khiển tập trung như hình 2.15, một MCU duy nhất đồngthời nhận và xử lý tín hiệu từ cảm biến, thực hiện chường trình chính và truyền tínhiệu điều khiển cho cơ cấu tác động Cấu trúc điều khiển tập trung có đặc điểm phầncứng đơn giản, tuy nhiên MCU phải xử lý tất cả thông tin trước khi cập nhật thông tinmới

Hình 2.15: Cấu trúc điều khiển tập trung.

Tương tự như cách đánh giá trọng số ở bảng 2.1, bảng 2.6 sau đây liệt kê một sốtiêu chí và kết quả đánh giá cho hai phương án

Bảng 2.6: Tiêu chí lựa chọn phương án cấu trúc điều khiển theo trọng số.

Phương

án

Tiêu chí & Trọng số

Điều khiển phân cấp Điều khiển tập trung

Giao tiếp giữa các MCU phức

tạp

MCU

X – AXIS DRIVER

Y – AXIS DRIVER

Z – AXIS DRIVER

SENSOR 3

X – AXIS MOTOR

Y – AXIS MOTOR

Z – AXIS MOTOR SENSOR 2 SENSOR 1

Tổng điểm = ∑Trọng số x Điểm 13 17

Kết luận: Dựa vào tổng điểm bảng trên, máy cắt chữ xốp tự động được lựa chọn

cấu trúc điều khiển tập trung là vì phù hợp với năng lực cũng như là điều kiện thựchiện đề tài mà vẫn đảm bảo thực hiện đúng mục tiêu đã đặt ra ở đầu bài

2.7 Lựa chọn giải thuật điều khiển

Phương pháp điều khiển point to point thường được sử dụng để di chuyển đầucông tác đến một vị trí mong muốn Phương pháp này có thể được áp dụng để thựchiện việc điều khiển dao tỉa nhiệt di chuyển đến một vị trí mong muốn Để thực hiệnphương pháp này, chuyển động của dao tỉa nhiệt được chia thành những phần tươngứng với từng trục từ đó quỹ đạo của dao tỉa nhiệt được tạo thành thông qua việc kếthợp của những chuyển động riêng lẻ của từng trục Vì thế các phương pháp nội suyphần mềm cũng như nội suy phần cứng đã được áp dụng để hổ trợ thực hiện nhiệm vụtrên Ở đây, chỉ xét nội suy phần mềm Phương pháp nội suy phần mềm được phânthành hai loại sau:

+ Phương pháp nội suy dạng xung tham chiếu: khoảng cách cần dịch chuyển sẽđược tính toán thông qua xung tham chiếu ngoài, các xung sau khi được tính toán sẽđược cấp cho từng trục Phương pháp này thích hợp với các máy có độ chính xác caotuy nhiên tốc độ di chuyển của các trục lại phụ thuộc vào tần số của tín hiệu ngắt ngoàinên đòi hỏi một bộ xử lý trung tâm có tính năng tốt, hiệu suất cao Các phương phápnội suy thường được sử dụng: phương pháp nội suy DDA (Digital DifferentialAnalyzer), phương pháp xấp xỉ bậc thang, phương pháp tìm hướng

+ Phương pháp nội suy dạng lấy mẫu dữ liệu: các điểm tọa độ cần di chuyển trênđơn vị thời gian lấy mẫu sẽ được tính toán sau đó các dữ liệu này sẽ được truyềnxuống trục Phương pháp này thích hợp với các máy có tốc độ cao và không thích hợpvới các máy yêu cầu độ chính xác cao Các phương pháp nội suy thường được sửdụng: nội suy Euler, nội suy Euler cải tiến, nội suy Taylor, nội suy Tustin, nội suyTustin cải tiến

Kết luận: Để đạt được mục tiêu đặt ra ở đầu bài, phương pháp điều khiển point

to point được lựa chọn Ở đây lựa chọn bộ điều khiển Arduino Mega2560, do đó

không thể bắn xung đồng thời cho cả 2 trục X, Y Do đó, giải thuật nội suy bậc thangđược lựa chọn.

2.8 Kết luận

Chương 2 đã lựa chọn được các cụm phần cứng và phần mềm để thực hiện môhình cơ khí Từ những kết quả phân tích đã cho thấy rằng không chỉ phần mềm mớiảnh hưởng sai số hệ thống mà phần cứng cũng đóng góp một phần không nhỏ do sai sốchế tạo chi tiết và độ rung động, cứng vững của bàn máy Những kết quả đạt được ởchương 2 sẽ là các yếu tố cơ bản cho các chương sau giúp hoàn thành bàn máy cắt chữxốp tự động

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Sau khi phân tích, lựa chọn các phương án cơ khí như đã phân tích ở chương 2,chương này sẽ đi vào phân tích, tính toán bền, thiết kế các cụm chi tiết của máy, phục

vụ cho việc gia công, chế tạo các chi tiết, và để phục vụ cho việc bảo trì máy về sau.Việc tính toán, thiết kế các cụm chi tiết một cách chuẩn xác sẽ giúp cho máy hoạt động

ổn định và hiệu quả hơn

3.1 Yêu cầu

Ban đầu, chọn chế độ làm việc cho máy như sau: Thời gian phục vụ 5 năm, mỗinăm làm việc 300 ngày, mỗi ngày 2 ca, mỗi ca 4 tiếng Sơ đồ truyền động của hệthống máy như hình 3.1 và của cụm công tác như hình 3.2 thể hiện vị trí cũng như làmối tương quan của các chi tiết Dựa vào sơ đồ này, tiến hành tính toán, thiết kế động

cơ, bộ truyền đai, vít me – đai ốc bi, con trượt tròn, trục chính và ổ lăn

1 – Động cơ trục Z; 2 – Bộ truyền vít me – đai

Hình 3.2: Sơ đồ truyền động của cụm công tác.

3.2 Tính toán và lựa chọn động cơ cho trục X, Y, Z

Máy cắt chữ xốp tự động gồm 3 trục: tịnh tiến theo phương X, tịnh tiến theophương Y và tịnh tiến theo phương Z Đồng thời, sử dụng các cơ cấu truyền động: bộtruyền đai răng dẫn động 2 trục X và Y, bộ truyền vít me – đai ốc bi dẫn động trục Z.Lựa chọn động cơ bước cho 3 trục theo 3 tiêu chí chính:

- Momen quán tính

- Tốc độ

- Momen để kéo tải

3.2.1 Tính toán chọn động cơ bước cho trục X

Thông số đầu vào: