Nghiên cứu chế tạo máy khắc laser

Phạm Hoàng Vương ĐỀ TÀI: Thiết kế và chế tạo máy cắt khắc laser... CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU1.1: Tính cấp thiết của đề tài Tia laser được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực như y tế, xây d

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Sinh viên thực hiện : Phan Chung Hiếu -160301383

Đào Xuân Vinh -160301421

Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Hoàng Vương

ĐỀ TÀI: Thiết kế và chế tạo máy cắt khắc laser

Chương 1: Giới thiệu.

Chương 2: Tổng quan CNC và Tổng quan Laser.

Chương 3: Phương án thiết kế và Tính toán thiết kế máy khắc laser Chương 4: Chế tạo và thử nghiệm.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển.

MỤC LỤC:

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1: Tính cấp thiết của đề tài

Tia laser được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực như y tế, xây dựng, điện – điện tử và đặc biệt là trong cơ khí

Công nghệ laser đang ngày càng quan trọng đối với việc cho ra đời các sản phẩm đạt chất lượng của ngành công nghiệp hỗ trợ

Trong xu thế đó, nhằm mục đích chế tạo một máy công cụ chính xác có thể vẽ tranh, khắc hữ trên gỗ, nhựa, giấy, da, vải, phục vụ cho mỹ nghệ, quà lưu niệm, tranh ảnh để bàn một cách tự động,nên nhóm đã thực hiện

đề tài này

1.2: Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của đề tài

- Mục tiêu: Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo các mục tiêu sau:

+Thiết kế và chế tạo cơ khí cho máy, theo cơ cấu 2 trục

+ Xây dựng chương trình điều khiển máy cắt khắc theo bản vẽ thiết kế +Máy có thể thao tác trên nhiều vật liệu khác nhau như: mica, gỗ,vải,…

- Đối tượng nghiên cứu + Các cơ cấu liên quan đến máy cắt khắc laser

+ Các loại máy cắt khắc laser đã có trên thị trường

+ Cách thức hoạt động của máy

+ Điều khiển động cơ bước

+ Giao tiếp và điều khiển bằng máy tính

+ Nội suy đường thẳng, đường cong theo 2 trục

CHƯƠNG 2: Tổng quan CNC và Tổng quan Laser

Điều khiển số (Numerical Control) ra đời với

mục đích điều khiển các quá trình công nghệ

gia công cắt gọt trên các máy công cụ

Các trục của máy CNC được trang bị dụng cụ

đo vị trí để xác định tọa độ các bàn máy và của dụng cụ cắt

2.1 TỔNG QUAN MÁY CNC

2.2 TỔNG QUAN VỀ LASER

2.2.1GIỚI THIỆU VỀ TIA LASER

2.2.3 Ứng dụng tia laser

Trong công nghiệp, laser được

sử dụng vào việc hàn, khoan,

cắt… các vật liệu có độ nóng

chảy caoKiểm tra chất lượng sản

phẩm đúc, độ tinh khiết của chất

lỏng hoặc khí, các sản phẩm điện tử

Trong y khoa, laser được ứng dụng trong việc giải phẫu, điều trị bong võng mạc mắt, khoan răng, châm cứu…

Những ứng dụng khác: máy in laser, máy photo laser, giải trí

2.2.4 Đi-ôt laser

Diod laser một loại laser có cấu tạo tương tự như một

Điốt Nó có môi trường kích thích là chất bán dẫn dạng

p-n nối tiếp của diod

Các loại đi-ôt laser (635nm, 660nm, 520nm, 532nm, 405nm,

445nm)

Chương 3: Phương án thiết kế và Tính toán thiết kế máy khắc laser

No of Phases 2 Rated Current 1.3 A Phases Resistance 2.4 Ω Phases Inductance 2.8 mH

Holding Toque 28 N.cm Min Detent Toque 1.6 N.cm Max Rotor Inertia 34 g.cm^2

Insulation Resistance 500 VDC, 100 MΩ min

Dielectric Strength 500 VAC, 50 Hz, 1 min

Từ bảng số liệu ta tính tốc độ quay của động cơ

3.1.2 Cơ cấu truyền động đai:

Cấu tạo: Dây đai GT2, Pulley GT2

Dây đai GT2 và Pulley GT2

Thông số Dây đai loại GT2:

- Loại dây đai: 2GT-6mm

- Bước đai: 2mm

- Độ dày đai: =1.38mm

- Độ cao răng: 0.75mm

- Độ rộng đai: b= 6mm

- Vật liệu đai: sợi tổng hợp.

Thông số kỹ thuật của Pulley GT2 :

Lực tác dụng lên đai:

Lực vòng : = 45,9 (N)

với T1 = 280 N.mm là momen xoắn trên trục chủ động (momen xoắn của động cơ)

d1 = 12,2 mm là đường kính bánh đai chủ động ( đường kính pulley)

Lực căng ban đầu: F0 =

với : =7,5 MPa là ứng suất ban đầu cho đai sợi tổng hợp.

- Lực căng trên nhánh đai chủ động:

(N)

- Lực căng trên nhánh đai bị động:

39,2 (N) -Tải trọng tác dụng lên trục :

Trong đó là góc ôm

¿

- Tính năng điều khiển spindle

- Hỗ trợ khay cắm driver động cơ bước ( rẻ tiền,

dễ thay thế).

- Thiết kế nhỏ gọn tiện dụng, tối đa hiệu năng cho GRBL

- Sử dụng điện áp 12VDC

3.2.2 Vi điều khiển Arduino Uno R3 Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động 16 MHz

Dòng tiêu thụ khoảng 30mA

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

3.2.2: Mạch điều khiển động cơ A4988

- Dòng cấp liên tục cho mỗi pha: 2A (có tản nhiệt)

- Điện áp logic 1 tối thiểu: 3V

- Điện áp logic 1 tối đa: 5,5V

Driver A4988

3.2.3: Mạch driver laser

Thông số kỹ thuật mạch driver laser 2W:

- Điện áp đầu vào DC 8-14V Max.

- Điện áp đầu ra: DC12V

- Dòng ra: 3A

- Sử dụng cho laser đỏ, xanh dương, xanh lá cây.

Chương 4: Chế tạo và thử nghiệm.

4.1: Phần cơ khí

Mô hình máy khắc laser Cơ cấu trục x, trục y và hướng chuyển động tịnh tiến các trục

4.2 Phần điện

Sơ đồ nguyên lý điều khiển

4.3 Điều khiển

Phần mềm đầu tiên là phần mềm inkscape ( dùng để xuất hỉnh ảnh sang file mã G-code ).

Phần mềm thứ hai là phần mềm GRBL Controller được thiết kế bởi người dùng, giao diện

dễ sử dụng.

Giao diện phần mềm xuất mã G-code (Inkscape))

Giao diện phần mềm điều khiển máy khắc laser (GRBL Controller)

4.4 Quá trình thực nghiệm và sản phẩm thực tế

Phần chưa làm được

Tốc độ hoạt động, di chuyển của máy còn hơi chậm

Một số cơ cấu do trưng dụng những cơ cấu có sẵn nên độ chính xác và chắc chắn không được cao

Có sự sai số do máy bị rơ

Đầu laser chỉ dành cho việc thí nghiệm và thực hành nhưng chưa có thể đưa vào sản xuất