Nghiên cứu và thiết kế máy cắt tấm kim loại bằng tia plasma điều khiển CNG

Tuy nhiên, với kim loại không chứa sắt thì không thể cắt với ngọn khí Oxy_axetylen nên sau này tia Lazer và tia Plasma được ứng dụng cắt đứt kim loại với năng suất rất cao.. Công tắc O

Trang 1

NGHIÊN i CUU VA THIET KE MAY

CAT TAM KIM LOAI BANG TIA

PLASMA DIEU KHIEN CNC

CBHD: Th.S PHÙNG CHÂN THÀNH SVTH: LE MINH GIANG DCT032

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường ĐH DL Kỹ Thuật Công Nghệ Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIEM VU LUAN AN TOT NGHIEP

Ngành: CƠ TIN KỸ THUẬT

1 Đầu đề Luận Án: |

NC & THIET KE MAY CAT TAM KIM LOAI

BANG TIA PLASMA DIEU KHIEN CNC

2 Nhiệm Vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

1 Lựa chọn phương án thiết kế

2 Thiết kế động học máy

3 _ Thiết kế kết cấu máy

4 _ Thiết kế điều khiển CNC cho máy

3 Ngày giao nhiệm vụ Luận Án: 15/10/2006 (02 bo /rowt)

4 Ngay hoan thanh: 15/1/2007

Họ và Tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn

Th.S Phùng Chân Thành KW OA 100%

Ngay © thang dena OCKHAY DONG-ROBOT

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Th.S Lê Đình Phương Th.S Phùng Chân Thành

Trang 3

PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho cán bộ hướng dẫn)

2 Để tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY CẮT TẤM KIM LOẠI

BẰNG TIA PLASMA ĐIỀU KHIỂN CNC

3 Téng quat vé ban thuyét minh:

Số trang: 43- Số chương: se

Số bảng số liệu _ Sốhìnhvẽ: —

Số tài liệu tham khảo: _ Phần mềm tính toán: _

Hiện vật (sản phẩm): Thuyết minh bằng máy tính:

4 Tổng quát về các bản vẽ:

Tổng số bản vẽ:.J Bản A0: Bản A1: Bản A2: Bản Khổ khác:

Số bản vẽ tay: Số bản vẽ trên máy tính

5 Nội dung và những ưu điểm chính của Luận An Tốt Nghiệp:

7 Đề nghị: Được bảo vệi Bổ sung thêm để bảo vệ] Không được bảo vệE1

Ngay thang nam 2005

Thầy Cô Hướng Dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Th.Š Phùng Chân Thành

Trang 4

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S PHÙNG CHÂN THÀNH

Lời đẳmdn — -~-~-~-~-~ ~-~=~~~~~==~~r il

Tóm tắt Dé tai: | - i2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN -~ -~~~~ -~~~-~=~=====z>====>===zz>======rr 1 1.1_ TỔNG QUAN NGHÀNH CẮT KIM LOẠI -~ - 1

1.2_ SO SÁNH GIỮA CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT KIMLOẠI - 2

1.3_ GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN LÝ CẮT KIM LOẠI BẰNG TIA PLASMA -~ ~~~~~~~~~~~~=====~====>~~>> 8 1.3.1_ Nguyén ly phat tia plasma - 8

1.3.2_ Nguyên lý cắt kim loại bằng tia plasma( cắt thép tấm) - 10 1.3.3_ Các thông số công nghé - 11

CHƯƠNG II: TIM HIỂU, PHÂN TÍCH, CÁC LOẠI MAY CAT PLASMA HIỆN NA Y -~~ -~~~~-~=======~=~====~~=~=========~=ree 14 2.1_ CÁC LOẠI MÁY CẮT PLASMA -~-~~ === 14

2.2_ GIÁ MỘT SỐ LOẠI ĐẦU PHUN VÀ MÁY PHÁT TIA oS | ~ Ó 17 2.2.1_ Giá một số loại đầu phun - 17

2.2.2_ Giá một số loại máy phát tia plasma - 18

2.3_ KHẢ NĂNG CẮT VÀ BỀ RỘNG RÃNH CẮTT -~- 22

2.3.1_ Khả nang cit - 22

2.3.2_ Bé rong ranh cit - 23

2.4_ UU VA NHUGC DIEM CUA MAY CAT KIM LOAI BANG

SVTH: LE MINH GIANG , HUYNH CHi DUNG Trang i3

Trang 5

TIA PLASMA -~ ~7 =~~=-==~~2==~~===~=z====z==~~= 24 2.4.1_ Ưu điểm -~ ~~~-~~~~~-==<============z>=~=~~===z 24

2.4.2_ Nhude diém - 24

CHUONG III: YEU CAU VA CAC PHUONG AN THIET KE - 25

3.1_ YEU CAU THIET KE - 25

3.2_ CAC PHUONG AN THIET KE - 25

3.2.1_ Phuong an | - 25

3.2.2_ Phuong dn 2 - 26

3.2.3_ Phương án 3 - 27

3.3_ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ - 28

3.4 THIẾT KẾ CÁC CỤM MÁY CHO PHƯƠNG ÁN ĐÃ CHỌN (PHƯƠNG ÁN 2)_ -~-=-~-=~-=~~-=~==>>==~=~~=r~~~=~~>r 29 3.4.1_ 86 dé déng cho phuong 4n 2 - 29

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ CÁC CỤM MÁY -~~ ~~~~- 30

4.1_ TÍNH TOÁN CUM DAN DONG THEO TRUC X - 30

4.1.1_ Chọn dong co - 30

4.1.2_ Tính va chon bang bi - 31

4.1.3_ Tính toán bộ truyền đai ring - 32

4.1.4_ Tính toán bộ truyền bánh răng thanh răng - 33

4,.1.5_ Tinh todn truc 1 - 34

4.1.6_ Chọn ổ bi -~ ~~~~~~-~~~~~~===========zzzzrrr=~~~r 42 4.1.7_ Cum dan dong truc x - 44

4.2_ TINH TOAN CUM DAN DONG THEO TRUC Y - 46

4.2.1_ Chon d6ng co - 46

| SVTH: LÊ MINH GIANG , HUỲNH CHÍ DŨNG Trang ¡4

Trang 6

4.2.2_ Tính và chon bang bi - 47

4.2.3_ Tính toán bộ truyền bánh răng thanh răng - 48

4.2.4_ Tinh todn tric 2 - 49

4,2,5_ Chọn ổ bi — -< <=~=~<->e=z===rrr=xrr==rmm=rmee 57 4.2.6_ Xác định chuyển vị và ứng xuất cho thanh ngang 58 4.2.7_ Cụm din déng theo truc Y - 61

4.3_ TINH TOAN CUM DAN DONG THEO TRUC Z - 62

4.3.1_ Chon d6ng cd - 63

4.3.2_ Tính todn vit me dai 6c - 63

4.3.3_ Tinh toan va chon bang bi - 65

4,3.4_ Chon 6 bi - 65

4.3.5_ Chọn dai rang - 66

4.3.6_ Cum gitf dau phun (Truc Z) - 68

4.4_ TINH TOAN BO PHAN DO PHOI - 69

4.4.1_ Tính toán thanh đổ ngang - 69

4.4.2_ Dàn d6 phdi - 70

4.4.3_ Tính toán đường kính bulông thanh đỡ dọc - 72

4.5_ KHUNG MÁY -~~=====~=z>z>======x~>>rrmer 72 CHƯƠNG V : SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CỦA MÁY CẮT TIA PLASMA -~ ~~ ~===~==~== 71

CHƯƠNG VI: GIỚI THIỆU VỀ CARD PLC 832 -. -. -. -~~~== 82

6.1_ GIỚI THIỆU VỀ CARD PLC 832 -~ -~ -~ ~~ 82

1 Các đặc điểm chung của plc 832 - 83

2 Ứng dụng -~-~~ -~~-~~========>========~~~=====~ 83

SVTH: LÊ MINH GIANG , HUỲNH CHÍ DŨNG Trang i5

Trang 7

3 Cac dic diém chi tiét: - 83

4 Tinh ning chung - 84

6.2_ THIẾT KẾ PHẦN MỀM -~~ -~~=~======== 84

6.2.1_ Tính toán khi thay đổi hệ toạ độ chỉ tiết - §4

1 Ding trong lénh G92 - 84

2 Ta sử dụng hệ tọa độ tuyệt đối -~~~ 84

3.Dùng trong cdc lénh G54, G59: - 84

6.2.2_ Thuật giải tìm tâm cung tròn khi giữ liệu đầu vào, là điểm đầu, điểm cuối và bán kính R - 85

6.2.3_ Tính toán cung tròn khi biết tâm cung tròn và chiều chạy dao - 89

6.2.4_ Tính toán khi chuyển sang toa độ cực - 92

6.2.5_ Tính toán nội suy đường thẳng theo lượng chạy i 6.2.6_ Di chuyển quãng đường dài l(mm) trên một trục với lượng chạy dao F - 93

6.2.7_ Di chuyén quang dudng dai I( Ix,ly,lz) trén ba trục với lugng chay dao F - 95

6.3_ CÁC MÃ LỆNH TRONG CHƯƠNG TRINH CAD/CAM - 97 6.3.1_ Tổng quan chương trình Cad/Cam - 97

6.3.2_ Cac ma lénh co ban - 99

6.3.2.1_ Mã lénh G - 99

6.3.2.2, Mã lệnh M -~~~~~~~~~~~~~~==~====~ 100

6.3.2.3_ Các mã lệnh di chuyển đầu cắt plasm ( G00,G01,G02,G03) - 101

SVTH: LE MINH GIANG , HUỲNH CHÍ DŨNG Trang i6

Trang 8

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.§ PHÙNG CHÂN THÀNH

ừẳ Ẳ.Ắ ẰGra-Sraratunẳẵẳan

6.3.2.3.a_ Chạy đầu phun nhanh (G00) - 101

6.3.2.3.b_ Chạy đầu phun nội suy đường thẳng (G01) -~- 102

6.3.2.3.c_ Chạy đầu phun nội suy theo cung tròn 103

6.3.2.3.d_ Lệnh toạ độ tuyệt đối ( G02,G03) và toạ d6 tuong déi (G90,G91) - 106

6.3.2.3.e_ Lệnh hệ inch và hệ met (G20,G21) - 106

6.3.2.4_ Lénh hé toa d6 - 107

6.3.2.4.a_ Cài dat hé toa độ tuyệt đối (G92) - 107

6.3.2.4.b_ Mặt phẳng gia công ( G12, G18,G19) 107

6.3.2.4.c_ Lệnh tự động trở về điểm tham chiếu 107

6.4_ CÁC LỆNH PHỤ -~ ~-~~ -~~~~=====~=====~>==~~ 107 6.4, 1_ Lénh difng chuong trinh - 108

6.4 2_ Lénh két thtic chuong trinh (M02) - 108

6.4 3_ Thi du lap trinh tong hop - 108

CHUGNG VII: HUGNG DAN SU DUNG MAY CAT PLASMA Manual MARCH 3 -~ -~~ ~~~==~=============z===xrr~r 110 7.1_ CÁC BƯỚC KIẾM TRA KHI VẬN HÀNH MÁY - 110

7.2_ THAO TÁC VẬN HÀNH MÁY (TẮT/MỞ) MÁY - 111

7.3_ GIAO DIEN MOT SO CHUC NANG CUA CHUONG TRINH DIEU KHIEN MAY CNC PLASMA CUTTER 112

7.4_LAM VIEC TRONG AUTOCAD - 123

7.5_ LÀM VIỆC TRONG MACH 3 -~ -~ ~~~~~~~~ 123

7.6_ MOT SO CACH KHAC PHUC SU C6 - 127

Trang 9

7.6.a_ Đầu cắt không di chuyển bằng tay được

ché d6 Jog) -+- 127

1 < 127

7.6.c_ L6i may cat - 128

CHUONG VIII: KY THUAT AN TOAN HAN & CAT BANG KHi PLASMA - 129

8.1_ AN TOAN LAO DONG TRONG HAN VA CAT BANG 8.2_ QUY DINH AN TOAN LAO DONG TRONG HAN VA CẮT BẰNG KHÍ -~ -~ ~~~ =~~================= 130

8.3_ CÁC CÔNG TÁC CHUẨN BỊ VÀ CÁC BIỆN PHÁP AN TOÀN KHI HÀN VA CẮT BẰNG KHÍ P - 130

8.4_ DAC DIEM CO BAN CUA MOT SO LOẠI KHÍ DÙNG TRONG HAN VA CẮTT -~~ ~~ ~~~~-=~=~===== 131

8.5_ BIEN PHAP AN TOAN KHI CAT BANG PLASMA - 132

§.5.1_ Sử dụng kính và mặt nạ hần - 132

8.5.2_ Trang bị bảo hộ cần dùng - 133

8.5.3_ Chất độc hại sinh ra trong quá trình hàn và cắt - 136

KET LUẬN -~~~~~~ =~~~~~>=======zzz=========~~z====- 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO -~ -~ ~~~~~~======~~====== 138

SVTH: LÊ MINH GIANG , HUỲNH CHÍ DŨNG Trang i8

Trang 10

UR RELIES E LBL EGR LIEBE BARC BOE EIB EY SIRES ÄTAN (4000804104006 30400146 Sát 0040/44/2068 087A 6.0046/04.110/10/01/G00100/000UA100018/0080, 81021200108 7/40 REEL bE CE OE Ete ERE 168

LOI CAM ON

YY YY TY He He

Ching Em xin chin thinh cim on Shéiy P, hing Chin Thanh

Da rat bin wbi cing tiệc hing ngiy , 22% ấm dù, (lời goon gue bin

ctia mink hung din wit ché bio nhiing ®hướớu él dé chiing em cb hE |

hom thimh tugn vin til “g0 màu

Beng thor ching em cing xin cim On cc 2⁄2 Cé Khoa Ce Tin:

hoc hy Uhual we oie Thiy Co cia tuing BH Kg Thug Cong’

Nghé at nhiing gt 2> ( di touyén day cho ching em tong suét :

util lin che chting om hong nhiing thing ngay 6 guing diing Dee Hoc

ORI ARE PDB NTSB VIAL 8 RAL cái LES SCI EE IELTS BOELLE BOY DERE BEALE EAL EE TOE SPELT ERE DANSE EBLE EMESIS IEEE EEE EERE LL IOREO REE BREE BEE,

Trang 11

2 Tìm hiểu phân tích, các loại máy cắt plasma về giá cả, về khả

năng tìm ưu và nhược điểm của chúng

3 Lựa chọn phương án Thiết kế và thiết kế theo phương án đã chọn

và tính toán từng chỉ tiết trong thiết kế

4 Thiết kế phần mềm tính toán chúng và đưa gia thuật giải

5 Giới thiệu về phần mềm điều khiển máy cắt plasma

6 Biện pháp an toàn khi sử dụng máy cắt plasma

Trang 12

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

- œGG -

1.1_ TONG QUAN VỀ NGÀNH CẮT KIM LOẠI:

Trong những năm gần đây, ngành cơ khí Việt Nam đang trên đường

phát triển và gặp không ít những khó khăn, sản phẩm làm ra không có khả

năng cạnh tranh trên thị trường do chất lượng và đầu tư công nghệ ở mức

thấp Đặc biệt cơ khí là ngành công nghiệp cơ sở cho tất cả các ngành

công nghiệp khác mà trong đó ngành cắt kim loại cũng chưa được đầu tư

đúng mức, công nghệ vẫn còn ở mức thấp

Trước tình hình nói trên , nhiều cán bộ khoa học đã đổi mới hoạt

động nghiên cứu, tập trung nghiên cứu, tạo ra các sản phẩm cơ khí công

nghệ cao thích hợp với tự động hóa và công nghệ phần mềm Đồng thời,

phải gắn nhiệm vụ nghiên cứu với thị trường, tạo ra các sản phẩm khoa

học có giá trị cao, phù hợp về chất lượng, giá cả để phục vụ sản xuất theo

định hướng công nghiệp hoá hiện đại hoá mà Đảng và nhà nước da dé ra

Gần đây, Bộ khoa học và công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu, chế

tạo ra nhiễu sản phẩm cơ khí có tự động hoá phục vụ cho ngành công

nghiệp nước ta, trong đó có máy cắt kim loại tấm bằng tia Plasma điều

khiển CNC Tuy nhiên loại máy cắt này là kết quả của sự chuyển giao

công nghệ từ nước ngoài chứ chưa là do Bộ thiết kế và chế tạo Hiện nay,

trên thị trường Việt Nam có rất nhiều loại máy cắt kim loại dạng tấm

nhưng gía thành rất cao Theo Bộ khoa học và công nghệ, máy có khả

năng cắt 1,2x2,Im cắt thép dầy 25mm (thép ít cacbon) có giá là 1 tỷ đồng

Như vậy, đây là giá quá cao đối với các công ty vừa và nhỏ, mà các công

ty này lại là thế mạnh của ngành công nghiệp Việt Nam trước quá trình gia

nhập WTO Giá thành là một vấn để nan giải mà các công ty chế tạo máy

cắt kim loại Việt Nam đang cố gắng giải quyết để có thể cạnh tranh với

các công ty nước ngoài

SVTH: LE MINH GIANG , HUỲNH CHÍ DŨNG Trang 1

Trang 13

1.2_ SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT KIM LOẠI :

Có nhều phương pháp cắt đứt kim loại như : cắt bằng khí

oxy_acetylen, tia lazer, tia plasma, tia nước Mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm khác nhau

Vào những năm đầu thập niên thứ nhất của thế kỉ XX, người ta chỉ

dùng ngọn khí Oxy_acetylen để cắt thép Sự kết hợp giữa khí cắt và thép

có chứa sắt đã hình thành lớp oxít sắt trên bể mặt kim loại làm chất lượng

bé mat không tốt Quá trình cắt bằng ngọn khí Oxy_acetylen như là một

quá trình phản ứng hóa học hơn là sử dụng nhiệt để làm nóng chảy kim

loại Tuy nhiên, với kim loại không chứa sắt thì không thể cắt với ngọn khí

Oxy_axetylen nên sau này tia Lazer và tia Plasma được ứng dụng cắt đứt

kim loại với năng suất rất cao

Về nguyên lý, cắt bằng tia Lazer và tia Plasma là như nhau, đều

dùng tác dụng nhiệt để làm nóng chảy vật liệu cần cắt Tuy nhiên, nguyên

lý phát tia Lazer và tia Plasma thì hoàn toàn khác nhau

Công tắc

Oe Điện cực cò Ị

` + 25kv

=~ mach dong

Hinh1.1 Nguyên lý hoạt động Lazer-

Tia Lazer được tạo ra do đèn phát xung phát vào thanh phản xạ (thường là thanh hồng ngọc) sẽ phát ra các nguyên tử Các nguyên tử này

di chuyển qua lại trong môi trường quang học nhờ hệ thống gương phản xạ,

SVTH: LE MINH GIANG , HUYNH CHf DUNG Trang 2

Trang 14

đến mức đủ năng lượng, chúng sẽ phát ra qua gương phản xạ bán phần rồi

năng lượng của chúng được tập trung lại nhờ thấu kính hội tụ Chùm ánh

sáng có năng lượng cao này (8000°C) sẽ làm nóng chảy vật liệu cần gia

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý cắt plasma a) cắt bằng hồ quang plasma( trực tiếp);

b) cắt bằng hồ quang plasma (gián tiếp);

Tia Plasma thì được tạo ra khi môi trường khí giữa 2 điện cực bị ion hoá,

dưới tác động của hiệu điện thế, các electron sẽ di chuyển về cực Anod,

còn proton sẽ di chuyển về cực Catod làm xuất hiện đòng hỗ quang Dong

hồ quang này được tập trung lại nhờ vào vòi phun nhỏ tạo tia Plasma Tia

Plasma có nhiệt độ cao này sẽ làm nóng chảy vật liệu cần cắt Do dùng

nhiệt độ làm nóng chảy vật liệu cần gia công nên bể mặt kim loại sau gia

công sẽ bị biến cứng

Khác với cắt bằng tia Lazer và tia Plasma, cắt bằng tia nước sẽ

không làm biến cứng lớp bể mặt kim loại sau gia công do cắt bằng tia nước

không có tác dụng nhiệt

SVTH: LÊ MINH GIANG , HUỲNH CHÍ DŨNG Trang 3

Trang 15

Hình1.3 Nguyên lý hoạt động tỉa nước

Nguyên lý cắt như sau : nước đầu vào có áp suất khoảng 4 bar được

đưa qua bộ biến áp tạo ra dòng nước có áp suất khoảng 38000 bar Dòng

nước có áp suất cao này sẽ làm ăn mòn kim loại cần gia công Tuy nhiên

việc tạo ra dòng nước có áp suất cao như vậy là rất khó và hiệu suất cắt

không cao nên chỉ được ứng dụng khi các phương pháp khác khó hay

không thực hiện được Do những hạn chế đó mà tia nước ít được sử dụng

hơn so với cắt bằng tia Lazer và tia Plasma

Trang 16

GVHD : Th.S PHUNG CHAN THANH LUAN VAN TOT NGHIỆP

Người ta thực hiện việc so sánh giữa cắt kim loại bằng tia Lazer và

tia Plasma, kết quả như sau :

Trang 17

- Về giá thành :

Giá một máy phát tia Plasma trong khoản từ $2000 + $3000 trong

khi đó máy phát tia Lazer trên $6000 không kể hệ thống CNC

- Vé kha nang công nghệ :

Khả năng cắt kim loai cia tia Lazer va tia Plasma là như nhau, tuy

nhiên tia Lazer có thể cắt được vật liệu không dẫn điện, còn Plasma chỉ có

thể cắt được vật liệu dẫn điện

- Về độ chính xác :

khi cắt đứt, độ chính xác của 2 tia là như nhau Khi cắt lỗ thông, tia

Plasma làm lỗ bị côn, còn tia Lazer thì không Tuy nhiên khi dùng tia

Plasma để cắt lỗ đối với kim loại có bể dày thấp thì độ côn này sẽ không

đáng kể

- Như vậy, những so sánh trên cho ta thấy khi cắt bằng tia Plasma

cũng đạt được độ chính xác gần như là tia Lazer, nhưng giá thành của nó

thấp hơn nhiều so với máy phát tia Lazer, vì vậy mà tiä Plasma ngày càng

được ứng dụng rộng rãi để cắt kim loại Chính vì những ưu điểm trên nên

chúng em nghiên cứu sử dụng tia Plasma để cắt kim loại thay vì

Oxy_axetylen hay tia Lazer

- Trước đây việc cắt kim loại bang tia Plasma chỉ được thực hiện

bằng tay do đó năng suất và độ chính xác không cao Không những thế mà

nó còn ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của người lao động

- Vì vậy, chúng em đã thiết kế, chế tạo máy cắt tấm kim loại bằng

tia Plasma ứng dụng hệ thống CNC nhằm giảm tối thiểu về giá thành, an

toàn về lao động và mức độ chính xác khi gia công để phục vụ cho ngành

công nghiệp nước ta

~ĂẮĂ-._ _. .———— BD—ỲŸẼÏÃTEÏẼƑỄPTẼỲẼŸẼÏễẼEẼEỄỄỆẼỄỄỄỄỄỄẼỄỄẼễCÃẼ

Trang 18

1.3_ NGUYÊN LÝ CẮT KIM LOẠI BẰNG TIA PLASMA

1.3.1_ Nguyén ly phat tia Plasma: (h1- 4)

Hình 1.4 Đầu phun plasma

Trong điều kiện thường, các chất khí đều được tạo thành từ các

phân tử trung hoà về điện(không mang điện) Khi đó, trong mỗi nguyên tử,

số hạt Proton mang điện dương có hạt nhân nguyên tử đúng bằng số điện

tử mang điện âm ở lớp vỏ, quay xung quanh hạt nhân Do vậy tổng số điện

tích âm và dương của nguyên tử trung hoà với nhau, tức là luôn bằng nhau

Nếu cho một dòng điện (dòng các điện tử tự do) chạy qua chất khí

thì tình trạng cân bằng sẽ biến mất Các điện tử tự do va chạm với nguyên

tử khí làm cho các điện tử ở lớp ngoài của nguyên tử đó'bắn ra

Plasma là hỗn hợp khí có chứa các electron tự do, các ion dương,

nguyên tử và phân tử Các loại khí thường được dùng để tạo tia Plasma là

Nitrogen, Argon, Hydrogen hay hỗn hợp các khí này Cắt kim loại bằng tia

Plasma là dùng tia Plasma có nhiệt độ từ 11.000 + 30.000 °C làm nóng

Trang 19

chảy cục bộ tại vị trí cắt và dùng áp lực của dòng khí đẩy phần kim loại

nóng chảy ra khỏi vị trí đó

Quá trình cắt Plasma được chỉ làm 2 giai đoạn :

e_ Đầu tiên dòng khí làm nóng chảy và xuyên thủng vật liệu

e Kế đó dòng Plasma được dịch chuyển theo chương trình CNC đã lập

trình sẵn để cắt vật liệu

Gia công Plasma không phụ thuộc vào phản ứng hoá học giữa khí

và vật liệu gia công, không tổn tại lực cắt, chủ yếu sử dụng nhiệt độ của

tia Plasma

Chỉ gia công vật lêu dẫn điện, gia công được hầu hết các kim loại

kể cả kim loại không gia công được bằng tia Oxy_axetylen

Khi môi trường bị ion hoá, dưới tác dụng của hiệu điện thế, các

electron sẽ di chuyển về cực Anod, còn proton sẽ đi chuyển về cực Catod

làm xuất hiện dòng hồ quang

Dòng hổ quang được đưa đến miệng phun có tiết diện nhỏ để thu gọn hồ quang, làm tập trung mật độ dòng hồ quang và nhiệt độ cắt

Dòng hồ quang có nhiệt độ và cường độ cao này được đưa vào vùng

g1a công làm nóng chảy vật liệu tại vùng gia công

Kim loại nóng chảy sẽ được lấy đi bởi dòng khí phát ra từ lỗ vòi Sự kết hợp giữa nhiệt cắt và lực cắt của tia hồ quang tạo ra bể mặt có chất

lượng cao

Trang 20

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S PHUNG CHAN THANH

1.3.2_ Nguyên lý cắt kim loại bằng tỉa Plasma (cắt thép tấm) :

Phôi có dạng thép tấm phẳng, ta cần điều khiển đầu phun di chuyển theo biên dạng 2D cắt chi tiết có hình dạng như mong muốn Về mặt

nguyên lý : máy tạo chuyển động theo 2 phương x và y , sự kết hợp chuyển

động theo 2 phương x,y tạo ra biên dạng 2D Ta cũng có thể tạo chuyển

động theo phương Z bằng cách nâng hoặc hạ đầu phun sau khi cắt Vấn để

là phải điều chỉnh các thông số công nghệ máy phát tia plasma sao cho

thích hợp với các kim loại khác nhau và các kim loại có độ dày khác nhau

sơ đồ nguyên lý như sau:

1 6 sóng trượt dọc; 2 sóng trượt ngang; 3 vít me nâng hạ đầu phun theo

phương z; 4 sóng trượt đứng ; 5 đầu phun

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý máy cắt kin loại dạng tấm

Trang 21

1.3.3 Các thông số công nghệ:

1 Điện áp:

Hiệu điện thế hổ quang trong quá trình gia công rất nhỏ, nó có thể

tăng lên nhưng đến một giới hạn nhất định, thông thường không vượt quá

180V Hiệu điện thế nguồn điện chạy không tải

2 Cường độ dòng điện:

Cường độ dòng điện trong nguồn quyết định hiệu quả kinh tế trong

quá trình gia công bởi vì khi chọn đúng cường độ dòng điện thì ta giẩm

được hao phí làm điện cực Do đó khi chọn cường độ dòng điện thì ta phải

dựa vào đường kính sơ bộ của cực âm (catod) hay đường kính miệng vòi

phun của đầu phát ra tia Plasma

Bảng 1.1 Mối quan hệ cường độ dòng điện với đường kính của

Catod và đường kính của vòi phun

độ dòng ` Miệng | dòng điện Miệng vòi

Chú ý : Cường độ dòng điện trong bảng nêu trên là cường độ dòng điện

trong mạch điện, còn cường độ trong các điện cực thấp hơn rất nhiều

_—m=======—.—=—===ễễễEễễễễễễễ_ _— — — — _——— CC

SVTH: LE MINH GIANG , HUỲNH CHÍ DUNG Trang 11

Trang 22

3 Tốc độ di chuyển vòi phun :

Tốc độ di chuyển vòi phun phụ thuộc vào chiểu dày gia công hay bể

đày lớp cắt nếu bể dày cắt nhỏ thì tốc độ cắt tăng lên và ngược lại khi

tốc độ cắt giảm, lớp kim loại cắt tăng lên, đây là thời đặc điểm quan trọng

trong quá trình cắt bằng hé quang Plasma

Tốc độ cắt quyết định công suất gia công Khi tốc độ cắt cực đại thì

năng suất cắt tăng lên và hiệu quả kinh tế trong quá trình gia công tăng

lên, còn khi tốc độ cắt giảm, không những năng suất giảm mà còn ảnh

hưởng chất lượng bề mặt gia công: giảm tốc độ cắt, lượng nhiệt tác động

vào bể mặt chi tiết tăng lên, làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng bể mặt ,

chi tiết gia công bị cong vênh Trường hợp này thường gặp khi cắt đứt các

tấm thép mỏng

Tùy loại máy phát plasma mà thông số này sẽ khác nhau Bảng 1.2

Chỉ là thông số tham khảo ( máy phát powermax 1250 của hãng

Trang 23

Hiệu điện thế đầu vào là 200- 400V, dòng 3 pha, tần số 50/60Hz

Tốc độ cắt đạt được khá cao Việc điều chỉnh khoảng cách giữa các đầu

phun và chi tiết gia công rất quan trọng Kích thước của rãnh cắt sau gia

công phụ thuộc rất nhiều vào việc điểu chỉnh các thông số như mức năng

lượng, loại khí, tốc độ phun khí, tốc độ di chuyển của đầu phun

a

SVTH: LE MINH GIANG , HUỲNH CHÍ DŨNG Trang 13

Trang 24

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU PHÂN TÍCH CÁC LOẠI

MÁY CẮT PLASMA HIỆN NAY

2.1_ CAC LOAI MAY CAT PLASMA:

Burdox Burny 5 with 4 Oxyfuel, 1 Plasma and | Plate Marker

Burny 5 with 1 Plasma and 1 Oxyfuel

Linde CM-56 Northrop Grumman Promotion, HL-8& and 6 Oxyfuel (This machine is completely Powder Coated)

Trang 26

Hình 2.4: Đầu phát tia plasma tốc độ cao

2.2_ GIÁ MỘT SỐ LOẠI ĐẦU PHUN VÀ MÁY PHÁT TIA PLASMA:

2.2.1_ Gía một số loại đầu phun:

SVTH : LÊ MINH GIANG, HUỲNH CHÍ DŨNG Trang 16

Trang 27

New! - PT-15XL Torch w/Cables

80 Amps @ 60% duty (with hf)

PA 180 6mtr Machine Torch — 3/8 Fitting $145.00

PA 181 6mtr Machine Torch — Central Adaptor $161.00

A 101 torch

Trang 28

AN TOTING GVHD : Th.S PHÙNG CHÂN THÀNH

140 Amps @ 60% duty (with hf)

PA 110 6mtr Machine Torch — M14 Fitting $145.00

A 141 torch

140 Amps @60% duty ( with hf)

PA 103 6mtr Machine Torch — M14 Fitting $137.75

CEBORA TYPE CB50 TORCH

50 Amps @ 60% duty

PA 1280 6mtr Machine Torch ~ 1/8 Fitting $123.25

CEBORA TYPE CB70 TORCH

7O Amps @ 60% duty

PA 1290 6mtr Machine Torch — 1/8 Fitting $130.50

2.2.2_ Giá một số loại máy phát tỉa plasma:

Hình 2.7 Máy phát tia Plasma

Giá của một máy phát plasma dao động trong khoảng từ 800$ đến 2000$ tùy theo loại và tùy theo khả năng cắt Thông tin sau của hãng

CyberWeld — USA

Bang 2.1

Trang 29

Powermax 190c - $1,095.00

(Manual torch only)

Compact unit 1/8" capacity unit with built-in

air compressor ideal for portable use

Operates on 115 or 230 volt current Output

- 12 amps Weight - 46 Ibs

Standard Equipment:

Power Supply with built-in compressor

PAC105 Torch with Lead 20' (6.1 m)

Spare Consumables

Work Cable with Clamp 15° (4.5 m)

Primary Power Cable 10' (3 m)

Powermax 380 - $1,395.00

(Manual torch only)

Portable machine with recommended 1/4"

capacity Operates on 115 or 230 voit

current Output - 27 amps Weight - 55 Ibs

Standard Equipment:

Power Supply

PAC110T Torch 20' (6.1 m)

Spare Consumables and Air Fitting

Work Cable and Clamp 15° (4.6 m)

Powermax 600

price with 25' manual torch - $1,995.00

price with 25’ machine torch - $2,195.00

Portable unit with recommended 3/8"

capacity Operates on 230 voit current

Output - 40 amps Weight - 47 Ibs

Trang 30

capacity Operates on 230 volt current

price with 25° machine torch - $4,320.00

Heavy duty machine with recommended 7/8"

Output - 80 amps Weight - 96 ibs

Trang 31

Powermax 1250

price with 25’ machine torch - $4,320.00

Heavy duty machine with recommended 7/8"

1 1/4" capacity Operates on 3 phase

current Output - 90 amps Weight - 128 Ibs

2.3 KHA NANG CAT VA BE RONG RANH CAT:

2.3.1 Kha nang cat :

Tùy từng loại máy phát Plasma và đường kính vòi phun và khả năng

Trang 32

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Bể rộng rãnh cắt ngoài việc phụ thuộc vào sự điểu chỉnh các thông

số công nghệ, đường kính vòi phun mà còn phụ thuộc và độ đày của vật

liệu cắt Vật liệu cắt càng dày thì bễ rộng rãnh cắt càng lớn

Chẳng hạn khi dùng đầu phun PT - 20AMX của hãng Torchmate — USA để cắt thép gió thì bể rộng rãnh cho trong bảng sau:

dày Áp suất cách đầu thế 'Tốc độ cắt vena 8 gian Dong

khí (psig) | phun chỉ output (mm/ph) xuyên | dién (A)

Trang 33

Năng suất cắt cao do tốc độ cắt nhanh nên có tính kinh tế

Độ chính xác cao do ứng dụng hệ thống điều kiển CNC

Có thể cắt theo biên dạng phức tạp

Tạo phôi gần giống với chi tiết nên giảm được thời gian gia

công cho các nguyên công tiếp theo

Chất lượng bể mặt tương đối

Để lại đường kính rãnh cắt nhỏ

2.4.2 Nhược điểm:

Giá thành máy phát tia plasma tương đối cao

Cấu trúc bề mặt bị phá hủy ( là biến cứng lớp bể mặt)

Điện áp cao gây nguy hiểm cho người sử dụng

Cần phải có biện pháp phòng tránh cháy nổ

SVTH : LÊ MINH GIANG, HUỲNH CHÍ DŨNG Trang 23

Trang 34

CHƯƠNG II :YÊU CẦU VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN

THIET KE

3.1_ YEU CAU THIET KE :

Các yêu cầu kỹ thuật của máy thiết kế :

e Khả năng cắt của máy: 1,2m x 2,4m

DẪN ĐỘNG — 4

TRỤC

Y

Hình 3.1 Phương án 1 Với phượng án trên, đầu phun di chuyển qua lại trên thanh ngang

(theo trục X ) Thanh ngang được làm bằng thép chữ u hay thép chữ I Đầu

phun di chuyển qua lại nhờ băng bi dẫn hướng và chuyển động được nhờ

mofor qua bộ truyền vít me_ đai ốc Thanh ngang được đỡ cả hai bên như

Trang 35

dẫn hướng bằng bi va được truyền động cả hai bên bằng hai motor riêng

biệt Phương án này có những ưu và khuyết điểm sau:

a Ưu điểm : Kết cấu dạng khung cổng nên chuyển vị trên thanh ngang là rất nhỏ

hầu như không ảnh hưởng đến khoảng cách đầu phun và chỉ tiết, do đó bể

rộng rãnh cắt sẽ đều nên có độ chính xác cao

b Nhược điểm :

e Vì được dẫn động cả hai bên nên cần hai bộ truyền động để di chuyển theo trục Y nên sẽ làm tăng giá thành của máy

e_ Cần đảm bảo đồng bộ hai động cơ hai bên

e Thích hợp hơn cho các máy cỡ lơá

ngang vẫn được đỡ cả hai bên như dạng khung cổng nhưng thanh ngang chỉ

được dẫn động một bên nhờ bộ truyền bánh răng_ thanh răng để di chuyển

Trang 36

e Chỉ dẫn động ở một bên làm kết cấu máy gon hơn và giảm

được giá thành máy

b) Nhược điểm:

e Thích hợp hơn với cỡ vừa

3.2.3_ Phương án 3 :

MAY PHAT TIA

PLASMA [ MaKe nay |

ĐẦU PHƯN

CỤM DẪN |

ĐỘNG L—.|

THEO TRUC

Để có thể giảm giá thành của máy, phương án này ta không dùng vít

me truyền động mà thay vit me (cả trục X lẫn trục Y) bằng đai răng mà

vẫn có thể đảm bảo được độ chính xác theo yêu cầu

** Ưu và nhược điển của phương án này như sau:

a) ưu điểm :

se Kết cấu máy đơn giản

e Do có kết cấu dạng công_sôn nên dễ đưa phôi vào bàn máy

se Chỉ cần dẫn động ở một bên làm kết cấu máy gọn hơn và

giảm được giá thành máy so với hai phương án trên

EẼẼễễễễỄỶỄỶŸỶŸỶŸỶŸỶỲỶỲễễỲễỲŸễŸễŸễễcoo—.ỀẼỀẼẼ thnnaannnunaaammmmr Ö—-.——

SVTH : LE MINH GIANG , HUYNH CHI DUNG Trang : 27

Trang 37

b) Nhược điểm :

ảnh hưởng đến khoảng cách giữa đầu phun và chỉ tiết nên độ

chính xác sẽ không cao

e Khả năng cắt bị hạn chế theo phương X do chiéu dài thanh

ngang là có giới hạn

3.3_ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ :

Với ba phương án đã nêu ra ở phần trên, mỗi phương án đểu có những ưu và nhược điểm khác nhau mà tất cả đều có thể áp dụng cho máy

thiết kế Do vậy ta phải lựa chọn một phương án thật tối ưu và với mục

tiêu là máy thiết kế ra phải có giá thành thật cạnh tranh mà vẫn có thể đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

Ở phương án thứ nhất và phương thứ hai, khoảng cách giữa đầu phun

và chi tiết sẽ được đảm bảo khi đầu phun di chuyển qua lại trên thanh ngang Ở phương án thứ ba, do có kết cấu dạng công_sôn nên khi đầu phun

di chuyển qua lại trên thanh ngang thì khoảng cách đầu phun và chỉ tiết sẽ

thay đổi Với yêu cầu máy có khả năng cắt 1,2m x 2,4m thì chuyển vị trên

thanh ngang sẽ rất lớn nên khó đảm bảo độ chính xác vì vậy ta có thể thấy

phương án một và phương án hai là thích hợp hơn với yêu cầu thiết kế Tuy

nhiên ở phương án hai chỉ dẫn động một bên ( giá thành sẽ giảm so với

dẫn động hai bên như phương án một) thích hợp hơn cho các máy cỡ vừa nên ta chọn phương án hai Vì chỉ đã dẫn động một bên nên sẽ tao ra

Momen khi di chuyển theo trục Y, do đó cần phải có biện pháp khắc phục

Trang 38

1 Bộ truyền đai ; 2.Secvô Môtơ ; 3 secvo môtơ ; 4 Bộ truyền đai; 5 Con

chạy đứng; 6 Con chạy ngang ; 7 Thanh răng ngang; 8 Secvô mô tơ;

9.Thanh rang roc

Hình 3.4 Sơ đồ động cho phương án 2

SVTH : LE MINH GIANG , HUYNH CHÍ DŨNG Trang : 29

Trang 39

CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ CÁC CỤM MÁY

4.1_ TINH TOAN CUM DAN DONG CHO TRUC X:

4.1.1 Chọn động cơ : ‘

Fy

10007

Tải trọng tác dụng là do khối lượng toàn bộ cụm giữ đầu phun và

cụm thanh ngang gây ra :

_ Khối lượng cụm giữ đầu phun : 11.65kg

_ Khối lượng băng bi ngang : 4.41 x 1.4= 6.174kg

_ Khối lượng thanh thép chữ U N°§ : 7.05 x 1.5 = 10.575kg

_ Khối lượng thanh răng và chỉnh thanh răng :

(4.71 + 1.57)x 1.32 = 8.29kg

_ Khối lượng máng dây : 2kg

_ Khối lượng thanh đỡ phụ : (1.5 x 5.5 x 25)x 7.85 = 1619g = 1.62kg

_ Khối lượng tấm liên kết thanh ngang với con chạy dọc :

(22 x 13 x 2)x 7.85 = 4490g = 4.49kg

_ Khối lượng 2 con chạy dọc : 2 x 1.04 = 2.08kg

_ Khối lượng sơ bộ bộ truyền đai răng và các bánh răng : 0.5kg

Trang 40

dài tối thiểu của băng bi là 2400 + 250 = 2650mm Theo catalog hãng

HIWIN(Taiwuan) ta chon bang bi LGH30CA_1T2760 cé L(n) = 2760(35)

Tuy nhiên trên thực tế còn có thêm Momen do quán tính (mặc dù

quán tính được giảm bớt do dùng sevor motor) và các yếu tố khác, vì vậy

để đảm bảo an toàn ta có thể tính theo một cách gần đúng bằng cách cộng

thêm 20% My sàn nạ Lúc đó Momen My sạn pạ mà con chạy phải chịu là :

Định dạng
Số trang	148
Dung lượng	3,67 MB