Thiết kế và chế tạo mô hình máy cắt khắc laser

Máy công cụ - trung tâm gia công điều khiển bằng chương trình số và kỹ thuật vi xử lý CNC - đã được sử dụng trong sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ đã tạo điều kiện linh hoạt hoá v

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: ThS NGUYỄN ĐẮC LỰC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THANH MINH

HOÀNG HỮU KÍNH

Đà Nẵng, 05/2017

Tên đề tài : THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY CẮT KHẮC LASER

Họ và tên SV : Hoàng Hữu Kính Mã SV:101120350

Họ và tên SV : Nguyễn Thanh Minh Mã SV:101120304

GV hướng dẫn : Ths.Nguyễn Đắc Lực

GV duyệt :

Nội dung đã làm được bao gồm các vấn đề sau:

1 Nhu cầu thực tế của đề tài

Trong một thời gian khá dài, ngành cơ điện tử đã tập trung nghiên cứu để giải quyết vấn đề tự động hóa ở các xí nghiệp có quy mô sản xuất lớn (hàng loạt và hàng khối) Nhưng trong thực tế, các xí nghiệp máy có quy mô sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ lại là phổ biến ở Việt Nam Do đó, đòi hỏi các xí nghiệp này phải nâng cao về hiệu quả sản xuất năng suất lao động, đều này đã dẫn tới vấn đề nghiên cứu triển khai kỹ thuật tự động có tính linh hoạt cao trong các dây chuyền sản xuất

Máy công cụ - trung tâm gia công điều khiển bằng chương trình số và kỹ thuật

vi xử lý CNC - đã được sử dụng trong sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ đã tạo điều kiện linh hoạt hoá và tự động hoá dây chuyền gia công Đồng thời làm thay đổi phương pháp và nội dung chuẩn bị cho sản xuất

Từ những cơ sở trên, chúng em quyết định chọn MÁY CẮT KHẮC LASER làm

đề tài tốt nghiệp

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:

Trong đề tài này chúng em thiết kế cơ cấu cho máy, tìm hiều các phương pháp điều khiển để đưa ra phương án tối ưu nhất, nghiên cứu chất lượng sản phẩm và đưa ra giải pháp phù hợp để đảm bảo năng suất chất lượng sản phẩm, từ đó:

- Tính toán thiết kế các hệ truyền động chính

- Thiết kế và thi công mô hình

3 Nội dung đề tài đã thực hiện :

- Số trang thuyết minh: 70 trang

- Mô hình: 1 mô hình máy cắt khắc laser

4 Kết quả đã đạt được:

* Phần lý thuyết đã tìm hiểu:

- Tổng quan về tia laser và các ứng dụng của tia laser

- Các sản phẩm của máy cắt khắc laser và một số máy trên thị trường

- Giới thiệu một số bộ truyền, lựa chọn phương án thiết kế máy cắt khắc laser

- Tính toán lựa chọn các thành phần, bộ truyền sử dụng trong máy cắt khắc laser

- Giới thiệu thành phần và các module chức năng điều khiển động cơ

- Giới thiệu phần mềm điều khiển từ xa, phần mềm tạo các tập tin và lập trình gia công

* Đã lựa chọn và thiết kế phần:

- Lựa chọn thiết kế các bộ phận chính

- Lựa chọn chất liệu làm khung máy và diện tích làm việc

- Cơ cấu truyền động theo trục X và trục Y

- Chọn các loại động cơ sử dụng

- Bộ truyền đai răng – puly

- Chọn ổ trượt và trục trượt

- Nghiên cứu các mạch điều khiển

- Sử dụng các phần mềm chuyên dụng xuất tập tin lập trình gia công

* Kèm mô hình máy cắt khắc laser

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Hoàng Hữu Kính Số thẻ sinh viên : 101120350

Họ và tên sinh viên : Nguyễn Thanh Minh Số thẻ sinh viên : 101120304

Lớp : 12CDT Khóa : 2012 - 2017 Ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử

1 Tên đề tài tốt nghiệp :

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY CẮT KHẮC LASER

2 Đề tài thuộc diện:  Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu ban đầu:

Tham khảo thực tế

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

- Tổng quan về máy CNC

- Thiết kế kết cấu bộ phận máy

- Chọn lựa cơ cấu hệ thống truyền động

- Nghiên cứu và ứng dụng các module điều khiển

- Nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm chuyên dụng để thiết kế và điều khiển

- Bản vẽ hệ thống điều khiển (A0)

6 Họ và tên người hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 02/02/2017

8 Ngày hoàn thành đồ án : 29/05/2017

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Cơ khí và bộ môn Cơ điện tử trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng đã tận tụy dạy dỗ, truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua để chúng em có kiến thức hoàn thành được đề tài này

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đắc Lực đã tận tình hướng dẫn,

chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài này

Chúng con xin chân thành cảm ơn gia đình và người thân đã ủng hộ, động viên chúng con trong quá trình học tập, nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn các bạn trong tập thể lớp 12CDT đã tham gia đóng góp ý kiến trong suốt quá trình thực hiện để nhóm có thể hoàn thành tốt đề tài này

Mặc dù được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Đắc Lực, nhưng do

công nghệ còn hạn chế, kinh nghiệm thiết kế chưa trau dồi nhiều, tài liệu phục vụ cho công việc thiết kế còn quá ít nên cũng không tránh khỏi những bỡ ngỡ Sau thời gian 3 tháng làm đề tài này bằng chính nổ lực của bản thân và được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Đắc Lực, các thầy cô giáo và sự giúp đỡ của các bạn sinh viên khác trong khoa chúng em đã hoàn thành xong đồ án này đúng thời gian quy định Một lần nữa cho phép chúng em gửi đến quý thầy cô cùng các bạn lòng biết ơn sâu nhất

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017 Nhóm sinh viên thực hiện:

Hoàng Hữu Kính Nguyễn Thanh Minh

Kính gửi: - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

- Khoa Cơ Khí Chúng em xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ án hay công trình nào đã có trước đây Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố

Nhóm sinh viên thực hiện:

Hoàng Hữu Kính Nguyễn Thanh Minh

SVTT: Hoàng Hữu Kính – Nguyễn Thanh Minh GVHD: Nguyễn Đắc Lực 5

MỤC LỤC

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu và cảm ơn

Lời cam đoan liêm chính học thuật

Mục lục

Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ

Danh sách các cụm từ viết tắt

Trang

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 2

1.1 Lịch sử phát triển 2

1.1.1 Lịch sử 2

1.1.2 Một số máy NC .4

1.1.3 Các thành phần cơ bản của máy NC .5

1.2 Máy CNC là gì? 6

1.2.1 Khái niệm 6

1.2.2 Đặc điểm chung 7

1.3 Giới thiệu về máy CNC cắt khắc laser 7

1.3.1 Cơ chế bóc vật liệu 8

1.3.2 Các loại Laser 8

1.3.3 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng 11

1.4 Ứng dụng của máy cắt khắc laser 12

1.4.1 Khắc khuôn mẫu 12

1.4.2 Ngành sản xuất bao bì 13

1.4.3 Ứng dụng trong ngành quảng cáo 15

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KẾT CẤU BỘ PHẬN MÁY 18

2.1 Thông số kỹ thuật chung của máy 18

2.1.1 Vùng làm việc 18

2.1.2 Bàn máy 18

2.1.3 Tải trọng, động cơ 18

2.1.4 Cơ cấu truyền động 19

2.1.5 Đầu cắt laser 20

2.2 Phân tích các phương án thiết kế máy 20

2.2.1 Lựa chọn kiểu bàn máy 20

2.2.2 Phương án thiết kế bộ truyền 21

2.3 Thiết kế máy 27

2.3.1 Khung máy 27

2.3.2 Cơ cấu dẫn hướng 28

2.3.3 Cụm chuyển động trục X 34

2.3.4 Cụm chuyển động trục Y 37

2.3.5 Chọn động cơ bước 39

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 42

3.1 Tổng quát về các thành phần của hệ thống 42

3.2 Phần cứng 43

3.2.1 Giới thiệu về arduino UNO R3 43

3.2.2 Driver động cơ bước 48

3.2.3 Mạch điều khiển Laser 53

3.3 Phần mềm 54

3.3.1 Giới thiệu phần mền Inkscape 54

3.3.2 Giới thiệu phần mềm GLBL 56

3.3.3 Giới thiệu phần mền Teamviewer 54

CHƯƠNG 4: KẾT NỐI VỚI MÁY TÍNH VÀ SỬ DỤNG MÁY 60

5.2 Khởi động và sử dụng phần mềm Inkscape 60

5.2 Khởi động và sử dụng phần mềm GRBL Controller 62

5.2.1 Thiết lập thông số cho phần mềm GRBL Controller 63

5.2.2 Chạy thử máy 67

KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

Trang

Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống NC 5

Hình 1.2 Khắc laser ngành khuôn mẫu 13

Hình 1.3 Ứng dụng laser trong đóng gói bao bì 14

Hình 1.4 Ứng dụng máy khắc laser trong quảng cáo 15

Hình 1.5 Ứng dụng máy khắc laser để khắc dấu 16

Hình 1.6 Khắc chi tiết trên phụ tùng ô tô, xe máy, các sản phẩm cơ khí 16

Hình 1.7 Đột mã hiệu , mã 2D, thông tin lên động cơ xe, máy móc 17

Hình 2.1 Sơ đồ khối của máy 18

Hình 2.2 Bộ truyền bulong – đai ốc 21

Hình 2.3 Trục vít – đai ốc 22

Hình 2.4 Ghép nối trục vít – đai ốc 22

Hình 2.5 Mô phỏng phương án trục vít me – đai ốc 23

Hình 2.6 Trục vít me bi – đai ốc 24

Hình 2.7 Trục vít me bi – đai ốc 24

Hình 2.8 Truyền động bằng đai răng 25

Hình 2.9 Đai – pulley răng 25

Hình 2.10 Mô phỏng phương án truyền động bằng đai răng 26

Hình 2.11 Thép hộp vuông mạ kẽm 27

Hình 2.12 Khung máy mô phỏng trên solidworks 2013 28

Hình 2.13 Con trượt tròn SBR 30

Hình 2.14 Con trượt tròn SCS 30

Hình 2.15 Gối đỡ ray trượt tròn SK 31

Hình 2.16 Gối đỡ ray trượt tròn SHF 31

Hình 2.17 Ray trượt tròn có đế 32

Hình 2.18 Trục trượt tròn 33

Hình 2.19 Dây đai và Pulley GT2 33

Hình 2.20 Cụm chuyển động trục X 34

Hình 2.21 Cụm chuyển động trục Y 37

Hình 2.22 Động cơ bước 42 41

Hình 2.23 Động cơ bước 23 41

Hình 3.1 Các thành phần chính của hệ điều khiển 42

Hình 3.2 Mạch Arduino UNO R3 43

Hình 3.3 Chip Atmega trên board Arduino UNO 44

Hình 3.4 Các cổng vào/ra trên board Arduino UNO 46

Hình 3.5 Môi trường lập trình Arduino IDE 48

Hình 3.6 Driver điều khiển động cơ TB6560 48

Hình 3.7 Sơ đồ khối điều khiển driver động cơ bước 50

Hình 3.8 Sơ đồ mạch nguồn driver 51

Hình 3.9 Sơ đồ mạch điều khiển và cách ly driver 51

Hình 3.10 Các công tắc điều chỉnh các chế độ driver 52

Hình 3.11 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ của driver 53

Hình 3.12 Driver điều khiển đầu khắc laser 53

Hình 3.13 Phần mềm Xử lý đồ họa vector inkscape 55

Hình 3.14 Phần mềm điều khiển máy khắc laser GRBL controller 56

Hình 3.15 Giao diện chính của phần mềm TeamViewer 12 57

Bảng 3.1 Quy tắc điều chỉnh độ mịn trong motor driver 50

SVTT: Hoàng Hữu Kính – Nguyễn Thanh Minh GVHD: Nguyễn Đắc Lực 10

SVTT: Hoàng Hữu Kính – Nguyễn Thanh Minh GVHD: Nguyễn Đắc Lực 1

LỜI MỞ ĐẦU

Đồ án tốt nghiệp là đồ án cuối cùng của sinh viên trường đại học Bách Khoa nói chung và của sinh viên ngành Cơ điện tử nói riêng Đồ án tốt nghiệp là thước đo cuối cùng của sinh viên Cơ điện tử trước khi trở thành một kỹ sư Đồ án tốt nghiệp nghành kỹ thuật Cơ điện tử đòi hỏi sinh viên phải nắm vững về cả lý thuyết và thực hành

Trong số rất nhiều các sản phẩm Cơ điện tử ứng dụng vào trong công nghiệp thì máy công cụ CNC là một trong những lĩnh vực mũi nhọn trong công nghiệp Được ứng dụng cực kỳ rộng rãi trong nhiều ngành nghề, tạo ra các sản phẩm chất lượng mà tiết kiện thời gian công sức cho người lao động Một trong những ứng dụng được sử dụng nhiều nhất là máy công cụ cắt khắc laser CNC

Vậy, chúng em xin thực hiện đồ án tốt nghiệp ngành kỹ thuật Cơ điện tử với nội dung nghiên cứu chế tạo máy cắt khắc laser CNC Đồ án này gồm 4 chương với nội dung như sau:

- Chương 1: Tổng quan

- Chương 2: Thiết kế kết cấu bộ phân máy

- Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển

- Chương 4: Kết nối và sử dụng máy

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017 Nhóm sinh viên thực hiện:

Hoàng Hữu Kính Nguyễn Thanh Minh

và thao tác trên phôi

NC được sớm sử dụng trong các mạng công nghiệp, vào năm 1725, khi các máy diệt ở Anh sử dụng các tấm bìa đục lỗ để tạo các hoa văn trên quần áo Thậm chí sớm hơn nữa, những chiếc máy đánh chuông tự động được sử dụng ở nhà thờ lớn châu Âu

và một số nhà thờ ở Hoa Kỳ Năm 1863, máy chơi piano đầu tiên ra đời Nó dùng các cuộn giấy đục lỗ săn, dựa vào các lỗ thủng đó để tự động điều khiển các phím ấn

Nguyên lý của sản xuất hàng loạt, được phát triển bởi Eli Whitney, đã chuyển đổi nhiều công đoạn và chức năng thông thường phải dựa trên kỹ năng của thợ thủ công nay được làm trên máy Khi nhiều máy chính xác hơn ra đời , hệ thống sản xuất hàng loạt nhanh chóng được nền công nghiệp chấp nhận và đua vào để sản xuất một số lượng lớn các chi tiết giống hệt nhau Ở nửa sau của thế kỷ 19,một số lượng lớn các máy công cụ ra đời dùng trong hoạt động gia công kim loại như máy cắt , máy khoan, máy cán, máy mài Cùng với nó, các công nghệ điều khiển bằng thuỷ lực, khí nén, bằng điện cũng được phát triển, điều khiển chuyển động đòi hỏi sự chính xác trở nên

dễ dàng hơn

Năm 1974, không lực Hoa kỳ thấy rằng sự phức tạp trong thiết kế và hình dạng của các chi tiết máy bay, như cánh quạt của trực thăng hay các chi tiết của đầu phóng tên lửa chính là nguyên nhân khiến các nhà sản xuất không giao hàng đúng hẹn Khi

đó, John Parsons, Parsons Corporion, thành phố Traverse, bang MIchigan đã bắt đầu

nghiên cứu với ý tưởng về một chiếc máy công cụ có thể thao tác ở mọi góc độ, sử dụng dữ liệu số để điều khiển chuyển động của máy Năm 1949, USAMD giao cho Parsons một hợp đồng phát triển NC và phương pháp tăng tốc trong sản xuất Parsons sau đó đã chuyển thầu lại cho phòng thí nghiệm Servomechanism đại học Massachusetts Institute ò Technology (MIT) Năm 1952 họ đã thành công với chiếc máy có đầu cắt chuyển động ba chiều Rất nhanh sau đố, hầu hết các nhà sản xuất máy công cụ đều cho ra các máy NC Năm 1960, tại triển lãm máy công cụ ở Chicago, hơn

100 máy NC đã được trưng bày Hầu hết các máy đều giống nhau ở nguyên tắc điều khiển vị trí điểm - điểm Nguyên lý của máy NC được thiết lập một cách vững chãi

Từ đây, NC được cải tiến nhanh chóng trong công nghiệp điện tử để phát triển các sản phẩm mới Các bộ điều khiển trở nên nhỏ hơn, đáng tin cậy hơn và rẻ hơn Sự phát triển của máy công cụ, các bộ điều khiển khiến cho chúng được sử dụng nhiều hơn

Cho đến năm 1976, những máy NC điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình mà các thông tin viết dưới dạng số đã được sử dụng rộng rãi Cũng vào năm đó, người ta đưa một máy tính nhỏ vào hệ thống điều khiển máy NC nhằm mở rộng đặc tính điều khiển và mở rộng bộ nhớ của máy, các máy này được gọi là các máy CNC (Computer Numerical Control) Và sau đó, các chức năng trợ giúp cho quá trình gia công ngày càng phát triển Vào năm 1965 thì hệ thống CAD-CAM-CNC ra đời Năm

1984 thì đồ hoạ máy tính phát triển, được ựng dụng để mô phỏng quá trình gia công trên máy công cụ điều khiển số

Năm 1994, hệ NURBS (Not uniforme rational B-Spline) giao diện phần mềm CAD cho phép mô phỏng được các bề mặt nội suy phức tạp trên màn hình, đồng thời

nó cho phép tính toán mô phỏng các bề mặt phức tạp, từ đó tính toán chính xác đường nội suy với độ mịn, độ sắc nét cao

Cho đến ngày nay, người ta còn ứng dụng công nghệ nano vào hệ điều khiển máy CNC Năm 2001 hãng FANUC đã chế tạo hệ điều khiển nano cho máy CNC, mở

ra một trang mới về công nghệ chế tạo máy công cụ

1.1.2 Một số máy NC

Với những chiếc máy công cụ trước đây, luôn phải có người đứng bên máy để điều khiển các hoạt động của máy Những loại này đã mất dần ưu thế khi máy NC ra

đời, người điều khiển không phải điều khiển các chuyển động của máy nữa Ở các máy công cụ truyền thống, chỉ có 20% thời gian hoạt động là để gia công vật liệu Khi thêm phần điều khiển điện tử thì thời gian gia công tăng lên 80%, thậm chí cao hơn Đồng thời cũng giam bớt thời gian để dịch chuyển đầu cắt đến vị trí yêu cầu

Trước đây, các máy công cụ sản suất sao cho càng đơn giản càng tốt để giảm giá thành Cũng bởi giá nhân công tăng lên, những chiếc máy tốt hơn với bộ điều khiển điện tử ra đời, khiến cho nền công nghiệp có thể cho ra những sản phẩm tốt hơn với giá cả phải chăng hơn nhằm cạnh tranh với những nền công nghiệp nước ngoài

NC được sử dụng trên tất cả các máy công cụ, từ đơn giản nhất đến phức tạp nhất Những chiếc máy thông dụng nhất là máy khoan thẳng đơn trục, máy tiện, máy phay, trung tâm tiện, trung tâm cơ khí đa năng

* Máy khoan thẳng đơn trục

Một trong những máy NC đơn gian nhất là máy khoan đơn trục Hầu hết các máy khoan đều được lập trình trên 3 trục:

- Trục X điều khiển bàn máy di chuyển sang trai hoặc sang phải

- TrucY điều khiển bàn máy tiến hoặc lùi

- Trục Z điều khiển chuyển động lên xuống của mũi khoan

* Máy tiện

Là một trong những chiếc máy có hiệu quả nhất, đặc biệt có ý nghĩa trong việc gia công các khối tròn Máy tiện được lập trình trên 2 trục:

- Truc X điều khiển chuyển động dọc của đầu dao, vào hay ra

- Trục Z điều khiển chuyển động của mẫu vật tiến vào hay rời khỏi bệ đỡ

* Máy phay

Máy phay luôn là loại máy đa năng nhất được dùng trong công nghiệp Các công năng như phay, vát, cắt góc, khoan, doa chỉ là một vài chức năng mà máy phay

có thể đảm nhiệm Máy phay thường dùng thường được lập trình trên ba trục:

- Trục X điều khiển bàn máy chuyển động sang trái, phải

- Trục Y điều khiển bàn máy tiến hoặc lùi

- Trục Z chuyển động thẳng đứng của đầu dao

* Trung tâm gia công tiện

Trung tâm gia công tiện (Turing Center) ra đời giữa thập niên 60 sau khi nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng 40% các loại gia công kim loại được làm bằng phương pháp tiện Chiếc máy NC này có khả năng làm việc với độ chính xác cao hơn, hiệu suất cao hơn so với chiếc máy tiện thông thường Turing Center cơ bản chỉ thao tác trên hai trục :

a) Trục X điều khiển chuyển động ngang của mâm tiện

b) Trục Z điều khiển chuyển động dọc của mâm tiện

+) Trung tâm cơ khí đa năng

Cỗ máy này cũng ra đời cũng vào thập niên 60 Được tích hợp nhiều tính năng tại cùng một địa điểm Nhiều thao tác gia công khác nhau trên mẫu vật có thể thực hiện chỉ với một lần cài đặt duy nhất Nhờ vậy mà tốc độ, năng suất máy tăng lên đáng

kể so với những máy điều khiển số thông thường

1.1.3 Các thành phần cơ bản của máy NC

Chương trình Hệ thống điều khiển Máy công cụ

Hình 1.1 : Các thành phần cơ bản của hệ thống NC

a Chương trình điều khiển

Là những tập hợp những câu lệnh điều khiển máy phải làm gì Các lệnh này được

mã hóa ở dạng số và ký hiệu mà thiết bị điều khiển có thể nhận dạng được Chương trình điều khiển có thể được lưu trữ trên phiếu đục lỗ băng đục lỗ, băng từ Thí dụ

chương trình gia công:

b Bộ điều khiển

Là thành phần thứ 2 của hệ thống điều khiển số

Nó bao gồm các bo mạch điện tử và phần cứng có thể đọc và biên dịch chương trình điều khiển và truyền đến máy công cụ

Các thành phần cơ bản của bộ điều khiển:

- Bộ lưu dữ liệu

- Bộ phân phối dữ liệu

- Bộ liên hệ ngược

- Bộ điều khiển tuần tự để phối hợp hoạt động của các phần tử trên

Cần phải lưu ý là gần như tất cả các máy NC hiện đại được bán là có trang bị bộ

điều khiển gọi là Microcomputer Vì vậy mà chúng được gọi là máy CNC

1.2 MÁY CNC LÀ GÌ?

1.2.1 Khái niệm

CNC (Computer numerical control) là một dạng máy NC điều khiển tự động có

sự trợ giúp của máy tính, mà trong đó các bộ phận tự động được lập trình để hoạt động theo các sự kiện nối tiếp nhau với một tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra được mẫu vật với hình dạng và kích thước yêu cầu

1.2.2 Đặc điểm chung

Nguyên lý cơ bản của việc điều khiển máy công cụ thông qua việc điều khiển số vẫn được duy trì không đổi từ khi nó bắt đầu xuất hiện Tuy nhiên các chức năng và công việc của thiết bị điều khiển thì tăng lên liên tục qua các năm và hiện nay cho phép sử dụng ở mức độ tự động hoá cao

Máy công cụ NC khác máy công cụ thông thường một cách đáng kể vì máy thông thường được một người công nhân có tay nghề điều khiển bằng tay Anh ta đọc bản vẽ chi tiết rồi sư dụng các thông số của máy dựa trên kinh nghiệm bản thân, vì thế chất lượng và năng suất phụ thuộc rất lớn vào kỹ năng của người vận hành

Các máy công cụ NC là các thiết bị gia công có thể lập trình tự do và phù hợp với việc sản xuất tự động loạt nhỏ và trung bình

Ưu điểm chính của chúng chính là tính linh hoạt và tốc độ thay đổi nhanh các chương trình gia công với sự can thiệp tối thiểu bằng tay Tính linh hoạt của máy NC đật được là do:

- Khả năng lặp lai trong các chương trình thực hiện

- Khả năng đưa vào trực tiếp các kích thước chi tiết và các số liệu hành trình dao trên máy công cụ khi yêu cầu

- Không còn yếu tố hạn chế hành trình cơ khí như cam rãnh, chốt dừng hay tấm mẫu, nghĩa là không cần mọi sự điều chỉnh cơ khí

- Khả năng đưa các giá trị công nghệ

1.3 GIỚI THIỆU VỀ MÁY CNC CẮT KHẮC LASER

Tia laser đầu tiên được phát minh vào tháng 5 năm 1960 bởi Maiman Nó là loại laser hồng ngọc (rắn) Sau đó nhiều loại laser khác đã ra đời như laser uranium, laser khí helium-neon, laser bán dẫn, laser khí CO2 và Nd: YAG, laser hóa, laser khí kim loại,…

Để sử dụng gia công vật liệu, laser phải có đủ năng lượng Người ta thường dùng các laser sau để gia công vật liệu: laser CO2, laser Nd-YAG hoặc laser Nd-thủy tinh và laser excimer Trong lĩnh vực gia công kim loại thường dùng laser rắn vì công suất chùm tia tương đối lớn và có kết cấu thuận tiện Laser rất thích hợp cho việc gia công các vật liệu mà các phương pháp gai công truyền thống khó hoặc không thể gia công được như các hợp kim chịu nhiệt có độ bền cao, các loại vật liệu các-bít, một số vật liệu composite cốt sợi, stelit (hợp kim cô-ban, crôm, vonfram và molípđen) và gốm

1.3.1 Cơ chế bóc vật liệu

Chùm tia laser được bề mặt chi tiết hấp thụ, vì thế bề mặt chi tiết tại chỗ có chùm tia laser được nung nóng Quá trình vật lý gia công bằng tia laser rất phức tạp, tùy thuộc chủ yếu vào sự phân tán và mất mát do phản xạ của chùm tia trên bề mặt chi tiết Thêm vào đó, sự truyền nhiệt vào bên trong chi tiết gây nên sự chuyển biến pha, chảy, và/hoặc bốc hơi Tùy thuộc vào mật độ năng lượng và thời gian tác động của chùm tia mà cơ chế của quá trình là từ việc hấp thu nhiệt và truyền nhiệt cho đến nóng chảy rồi bốc hơi vật liệu Chùm tia laser với mật độ cao thường gây nên lớp plasma trên bề mặt của vật liệu Hậu quả là nó làm giảm hiệu suất của quá trình gia công do làm giảm sự hấp thu và sự tập trung nhiệt trên bề mặt chi tiết

Quá trình gia công xảy ra khi mật độ năng lượng chùm tia lớn hơn phần mất mát do dẫn nhiệt, đối lưu và phát xạ Hơn thế nữa, lượng phát xạ phải thâm nhập và được và bên trong vật liệu Tùy thuộc vào mức độ phản xạ, hấp thụ chùm tia và dẫn nhiệt sẽ làm cho mức độ nóng chảy và bốc hơi vật liệu khác nhau Do đó các yếu tố nói trên ảnh hưởng đến tốc độ bóc vật liệu Mức độ phản xạ phụ thuộc vào bước sóng, tính chất của vật liệu và độ bóng bề mặt chi tiết gia công, mức độ oxy hóa vật liệu cũng như nhiệt độ Phần chùm tia không bị phản xạ sẽ được hấp thụ vào chi tiết và làm nóng chảy hoặc bốc hơi vật liệu

Nhược điểm của loại laser rắn là hiệu suất thấp, chỉ cỡ 5÷7% Tuy nhiên, loại laser rắn có kích thước tương đối gọn nhẹ nên được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như trong thông tin liên lạc, vô tuyến truyền hình, trong công nghiệp, y tế, quân sự, …

Laser bán dẫn:

Môi trường hoạt tính của laser bán dẫn là các bán dẫn loại N hay loại P (gecmani, silic, axenit gali,…) Loại laser bán dẫn có hiệu suất cao hơn hẳn bất kỳ loại laser nào khác Về lý thuyết, hiệu suất của các loại laser bán dẫn có thể đạt tới 100% Tuy nhiên, trên thực tế hiệu suất của loại laser này chỉ đạt đến 70% Việc chế tạo loại laser bán dẫn cũng còn gặp một số khó khăn kỹ thuật, do đó hiệu suất của chúng chưa đạt được cao lắm Tất nhiên, so với các loại laser khác như laser khí (hiệu suất 20%), laser rắn (hiệu suất 5÷7%), laser bán dẫn ưu việt hơn nhiều Tuy vậy, công suất bức xạ của loại laser bán dẫn còn nhỏ, chưa thể so sánh với các loại laser khí hay laser tinh thể khác được

Laser khí:

Ưu điểm của loại laser khí là công suất lớn, tính đơn sắc và khả năng định hướng cao, thích hợp cho việc sử dụng chúng ở chế độ liên tục Dải bước sóng của loại laser khí kéo dài từ sóng mm cho đến vùng tử ngoại Môi trường hoạt tính của loại laser khí

là các chất khí hay hỗn hợp khí khác nhau Thông dụng nhất là khí nguyên tử neon, agon, kripton, xênon, hơi kim loại cadimi, đồng, selen, xêzi, và khí phân tử như oxyt cacbon, cacbonic, hơi nước, …

So sánh với chất rắn và chất lỏng, chất khí có mật độ thấp và có tính đồng nhất cao, nó không gây ra sự khúc xạ luồng ánh sáng vì vậy tính đồng hướng của sự phát xạ laser trong chất khí rất cao

Laser excimer là laser khí dùng trong vi gia công, gia công chất bán dẫn và phẫu thuật mắt Chất khí dùng để tạo tia laser là hỗ hợp khí trơ với halogen Trong một lần phóng điện, một nguyên tử khí trơ (Ar, Kr, Xe) và halogen (Cl2, F2) tạo thành một chất nhị trùng

Laser lỏng:

Một trong những hướng phát triển mới của laser là laser có môi trường hoạt tính chất lỏng Có hai loại chất lỏng thường dùng là các hỗn hợp hữu cơ kim loại và chất màu Loại hỗn hợp hữu cơ kim loại chứa một số nguyên tố hiếm như êropi Môi trường hữu cơ đóng vai trò trung gian, nhận năng lượng cho nguồn ánh sáng kích thích, truyền lại cho các nguyên tử êropi Nhược điểm của các loại laser hữu cơ lỏng là môi trường hoạt tính không bền vững, chất hữu cơ bị phân hủy dưới tác động của ánh

sáng kích thích Gần đây người ta thay chất hữu cơ bằng chất vô cơ để tránh sự phân hủy nói trên Loại laser chất lỏng vô cơ có công suất bức xạ và hiệu suất khá cao, có thể sánh vai cùng các loại laser rắn với hợp chất nêodim Hiện nay loại laser vô cơ lỏng có thể cho công suất trung bình gần 500 W ở chế độ xung, và ở chế độ xung đơn với năng lượng hàng trăm Jun

Tuy nhiên, chất lỏng oxít clorua selen là một loại chất độc, có hại cho cơ thể con người, do đó khi làm việc với nó phải tuân theo nhiều biện pháp an toàn phức tạp Nói chung, cũng như các loại laser khác, laser chất lỏng cũng có những ưu điểm riêng của

Về nguyên lý chung, laser Gamma làm việc cũng tương tự như các laser khác Tuy nhiên, hiện tượng vật lý xảy ra trong môi trường hoạt tính của loại laser này phức tạp hơn nhiều Khả năng tiềm tàng của loại laser này rất lớn tuy nhiên kỹ thuật chế tạo

nó rất phức tạp, và do đó việc ứng dụng của nó chưa được phổ biến rộng rãi Nhờ sự ra đời của laser Gamma, chúng ta đã mở rộng được dải sóng, từ hồng ngoại cho đến bước sóng một vài amstrong (Ao) Tuy nhiên trong tương lai, khó mà nói rằng đó là phương pháp cuối cùng của kỹ thuật laser

1.3.3 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

Ưu điểm:

 Không cần dùng buồng chân không

 Không có vấn đề tích điện trong môi trường

 Không có phóng xạ Rơn-ghen

 Có khả năng làm việc trong môi trường không khí, khí trở, chân không, hoặc ngay cả trong chất lỏng hay chất rắn truyền quang

 Có thể gia công tất cả vật liệu

 Không có sự tác dụng lực trực tiếp giữa dụng cụ và phôi

 Phù hợp với các công việc cắt vật liệu ceramic và các vật liệu bị phá hủy nhanh

 Khó điều chỉnh công suất ra

 Khả năng điều chỉnh độ lệch tia kém hơn tia điện tử

 Đường kính nhỏ nhất của điểm chất sáng phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng

 Có kỹ thuật cao, đầu tư lớn

 Giá thành cao

 Cần phải xác định chính xác điểm gia công

 Sự phá hủy về nhiệt có ảnh hưởng tới phôi

 Gia công các chi tiết cực nhỏ

 Gia công vi laser cho phép cắt ở kích thước rất nhỏ các loại vật liệu như: kim cương, thủy tinh, ceramic, polyme mềm mà các phương pháp khác khó gia công

 Nhiệt luyện, chẳng hạn tôi cứng các bề mặt bánh răng hoặc mặt trụ

 Cân bằng động lực cho các động cơ chuyển động với các chi tiết yêu cầu độ chính xác cao không có lệch tâm của chi tiết chuyển động quay việc cân bằng, bằng cách cho bay hơi vật liệu thừa làm mất cân bằng chi tiết

 Laser còn được dùng để kiểm tra chất lượng các sản phẩm đúc, kiểm tra độ tinh khiết của chất lỏng hoặc khí, các sản phẩm điện tử

 Tạo các lớp cách nhiệt bằng cách cắt lớp trong kỹ nghệ hàng không, vi tính

 Gia công các vật liệu mỏng đặc biệt trong các mạch thích hợp (IC) Làm vi mạch điện tử

 Tạo mẫu nhanh

 Dùng trong công nghiệp dệt may để cắt một hay nhiều lớp vải

Ngoài ra laser còn được ứng dụng trong y khoa như giải phẫu, điều trị bệnh bong võng mạc mắt, khoan răng, châm cứu Trong cuộc sống hàng ngày thì laser có trong máy in laser, máy photo laser, đo đạc và nhiều ứng dụng khác nữa

1.4 ỨNG DỤNG CỦA MÁY CẮT KHẮC LASER

1.4.1 Khắc khuôn mẫu

Công nghệ khắc khuôn mẫu bằng laser mang lại cho nền công nghiệp chế tạo công cụ, khuôn mẫu khá nhiều lợi ích quan trọng Một trong những lợi thế đó là khả năng xử lý vật liệu không tiếp xúc, khả năng tập trung các chùm tia cao giúp tạo ra các vết khắc bền, không dễ bị hư hỏng hay bong tróc Trên thực tế, quy trình xử lý không tiếp xúc giúp làm giảm nguy cơ gây hại và gây biến dạng khuôn mẫu Bên cạnh đó, do đặc tính không làm hao mòn vật liệu, công nghệ laser luôn đảm bảo độ khắc chính xác cao và có khả năng khắc lặp lại cùng hàng loạt các ưu điểm tiêu biểu sau:

Hình 1.2 Khắc laser ngành khuôn mẫu

Có thể khắc trên các vùng làm việc khó tiếp cận và những phôi khắc lồi/ lõm với độ chính xác cao

Khắc với tốc độ cực nhanh 1500 mm/ giây - tăng gấp 30 lần so với phương pháp trước đây

An toàn với môi trường xung quanh vì tia laser không sản sinh các chất độc hại như phương pháp khắc axis

1.4.2 Ngành sản xuất bao bì

Ngày nay, công nghệ laser được sử dụng phần lớn trong ngành sản xuất bao

bì sản phẩm để khắc mã hiệu, hạn sử dụng trực tiếp lên vỏ sản phẩm, thường được dùng để thay các phương thức khác như in phun mực nhằm mang lại chất lượng cao hơn cho sản phẩm bao bì Công nghệ khắc laser còn được ứng dụng rất linh hoạt trên nhiều loại chất liệu bao bì khác nhau như nhựa, kim loại, thuỷ tinh, giấy và mang lại hiệu quả nhất định cho mục đích sử dụng bao bì sản phẩm đó Sau đây là hàng loạt công dụng chính mà công nghệ laser có thể giúp ích cho nhu cầu sản xuất bao bì của bất kỳ doanh nghiệp sản xuất nào

Công nghệ Laser có thể:

+ Laser làm cho bao bì dễ mở hơn

Hiện nay, bao bì có thể bao gồm một hoặc nhiều lớp chức năng chẳng hạn như lớp nhựa PET sẽ làm tăng độ cứng và lưu giữ hương thơm cho sản phẩm, lớp PE được dùng để đóng kín và chống rách bao bì, lớp PP chống bay hơi nước và lớp nhôm thường dùng để bảo vệ sản phẩm chống tác nhân gây hại từ ánh sáng môi trường xung quanh

Do đó, chức năng dễ mở EasyOpen được tạo ra từ công nghệ Laser sẽ làm cho các lớp hỗ trợ trên bao bì bị suy yếu giúp người sử dụng có thể dễ dàng mở bao bì sản phẩm ra, tuy nhiên đặc điểm này của bao bì không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm bên trong nó

Hình 1.3 Ứng dụng laser trong đóng gói bao bì

+ Đục lỗ siêu nhỏ trên bao bì

Ngày nay, việc kéo dài thời gian sử dụng và đảm bảo sự tươi sống của của thực phẩm là rất quan trọng, vì vậy, việc trao đổi chất khí để thực phẩm tươi ngon được thực hiện bằng cách đục rất nhiều lỗ siêu nhỏ trên bao bì

Có thể nói, công nghệ laser đã thực sự mang lại nhiều giải pháp mới cho ngành sản xuất bao bì thông qua những công dụng chủ yếu trên đây Nhờ đó, công nghệ Laser một lần nữa đã khẳng định được vai trò và thành tựu đạt được của mình trong lĩnh vực mới - ngành sản xuất bao bì, đem lại sự tiện lợi hơn cho nhà sản xuất và sự an tâm khi sử dụng của phần đông người tiêu dùng hiện nay

1.4.3 Ứng dụng trong ngành quảng cáo

Ứng dụng trong công nghệ in màu, cắt quảng cáo: Các sản phẩm in, cắt Decal Quảng cáo được xem là một công cụ không thể thiếu cho người làm quảng

cáo, cho phép ứng dụng vào hàng loạt các sản phẩm như: trang trí dán tường, trang trí xe, bảng hiệu, POS, POP, in nhãn, phim truyền nhiệt

Hình 1.4 Ứng dụng máy khắc laser trong quảng cáo

Ứng dụng trong công nghệ in màu, cắt quảng cáo: Các sản phẩm in, cắt Decal Quảng cáo được xem là một công cụ không thể thiếu cho người làm quảng cáo, cho phép ứng dụng vào hàng loạt các sản phẩm như: trang trí dán tường, trang trí xe, bảng hiệu, POS, POP, in nhãn, phim truyền nhiệt…

Khắc dấu: Con dấu được làm từ nhiều chất liệu khác nhau hay những con dấu được cá thể hóa độc đáo theo sở thích của người sử dụng tuy đa dạng và phong phú nhưng đều có thể được tạo ra đơn giản và nhanh chóng từ những chiếc máy khắc & cắt laser

Hình 1.5 Ứng dụng máy khắc laser + Trong ngành cơ khí

Khắc mã vạch, mã 2D, Logo, số lô, số seri, thông tin sản phẩm

Hình 1.6 Khắc chi tiết trên phụ tùng ô tô, xe máy, các sản phẩm cơ khí

Hình 1.7 Đột mã hiệu , mã 2D, thông tin lên động cơ xe, máy móc

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY

2.1 THÔNG SỐ KĨ THUẬT YÊU CẦU CỦA MÁY

Hình 2.1 Sơ đồ khối của máy

Tổng quan thì máy cắt khắc laser có các thành phần tương tự như của một máy CNC Cụ thể hóa các thành phần đó, lắp ráp lại với nhau, ta có sơ đồ nguyên lý hệ thống máy như trên

2.1.1 Vùng làm việc

Vùng làm việc của máy bao gồm các hướng di chuyển theo các trục X - Y:

- Khoảng cách dịch chuyển theo phương X: 500mm

- Khoảng cách dịch chuyển theo phương Y: 500mm

2.1.2 Bàn máy

- Kích thước bàn máy: 800 x 700 mm

- Khổ cắt: 500 x 500 mm

2.1.3 Tải trọng, động cơ

- Đầu cắt laser chỉ bắn tia laser để cắt vật liệu, chứ không có chạm trực

tiếp vào vật liệu, nên về cơ bản tải trọng của bộ truyền kéo là bằng 0

cơ bước chỉ truyền được công suất nhỏ, thường phải kèm theo các bộ khuếch đại lực

+ Chiều quay của động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy trong các cuộn dây phần ứng, mà phụ thuộc vào thứ tự cuộn dây phần ứng được cấp xung điều khiển

2.1.4 Cơ cấu truyền động

Cơ cấu truyền động chính là phần quan trọng nhất của kết cấu máy cắt Nó phải có hành trình làm liệc đủ dài để đầu laser có thể dịch chuyển được trong vùng làm việc, nhưng phải đảm bảo tính chính xác cao trong khi truyền động Việc sai số ở bộ truyền có ảnh hưởng rất lớn đến đầu cắt, do đó sẽ làm lệch đi sản phẩm gia công

Một số loại bộ truyền thường được sử dụng trong thực tế ở máy cắt laser:

- Bộ truyền bulông – đai ốc

- Truyền động bằng trục vít me

- Bộ truyền đai răng

2.1.5 Đầu cắt laser

Năng lượng trong mỗi tia laser phát ra là rất cao Để đáp ứng được nhu cầu cắt giấy, vải, decan, khắc lên gỗ và một số loại vật liệu thì công suất của đầu cắt rơi vào khoảng từ 1 - 3W, bước sóng tia khoảng từ 300nm – 500nm Dựa và các thông số trên kết hợp phân tích tính kinh tế của máy mà ta chọn mua dược loại đầu cắt phù hợp theo đúng yêu cầu

2.2 PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY

2.2.1 Lựa chọn kiểu bàn máy

a Bàn máy chuyển động

Là kiểu bàn máy phổ biển trong các loại máy phay CNC Trong khi phay, mũi dao va chạm trực tiếp với bề mặt vật liệu, tức các động cơ, bộ truyền phải chịu thêm tải trọng lực cắt ngoài khối lượng đặt lên Do vậy mà kết cấu máy phải cứng vững, bàn máy mang phôi cho dịch chuyển để phân tán bớt lực cắt, giảm thiểu tác động lên dao Khi đó, dao đứng yên, bàn máy chuyển động, độ cững vững cao hơn

Đặc điểm:

- Khối lượng, diền tích lớn, cồng kềnh

- Kết cấu máy phải to, chắc chắn, đảm bảo độ cứng vững

- Độ rung lắc lớn khi bàn máy chuyển động

b Bàn máy đứng yên

Là kiểu bàn máy mà khi cắt đầu cắt chịu ít tải trọng hơn, các máy có hành trình lớn, di chuyển rộng khắp bề mặt Trong máy cắt khắc laser, so sanh giữa việc di chuyển bàn máy và đầu cắt laser thì phương án bàn máy đứng yên hiệu quả hơn rất nhiều

- Đầu cắt là box tia laser chỉ bắn ra tia, khi chuyển động là gần như không tải đối với cơ cấu truyền, nên việc dịch chuyển nhanh gọn và tiết kiệm năng lượng

- Kết cấu máy trở nên đơn giản, ít cồng kềnh hơn do không yêu cầu cao về

độ cứng vững và chịu lực

- Giá thành chế tạo cho phương án bàn máy đứng yên kinh tế hơn

c Bàn máy đứng yên

Từ các phân tích trên ta thấy rõ ràng rằng chọn bàn máy đứng yên, đầu cắt laser chuyển động là phương án khả thi nhất khi thiết kế máy cắt khắc laser

2.2.2 Phương án thiết kế bộ truyền

a Bộ truyền bulong – đai ốc

Là cơ cấu được chế lại cho phù hợp trong các mô hình của sinh viên Kết cấu của bộ truyền là sử dụng 1 thanh bulong dài đóng vai trò như trục vít trong bộ truyền vít – đai ốc Đai ốc vặn vào bulong Ta sẽ gắn bộ phận cần truyền động vào đai ốc và dung động cơ để xoay bulong, nhờ đó mà đai ốc có thể tịnh tiến dọc trục

Hình 2.2 Bộ truyền bulong – đai ốc

Ưu điểm:

- Đơn giản dễ chế tạo

- Rẻ tiền, dẽ dàng thay thế, sửa chửa, bảo hành

- Bulong, đai ốc là loại dễ tìm kiếm trên thị trường, có nhiều sự lựa chọn trong khâu thiết kế

Nhược điểm:

- Độ chính xác không cao

- Không có tính tự hãm đặc trưng của một bộ truyền vít – đai ốc

- Việc chế tạo nối trục giữa động cơ và bulong sẽ phải tự chế và làm thủ công

- Dễ bị tác động từ môi trường như rỉ, rít, truyền không trơn…

b Truyền động trục vít – đai ốc

sẽ tính tiến dọc theo chiều dài vít me Đai ốc được gắn chặt vào bộ phận cần truyền động (ở đây là trục X, trục Y), làm cho bộ phận đó chuyển động

so với hệ thống thanh trượt

Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ của động cơ và bước ren của

trục vit Một vòng quay của động cơ sẽ làm cho đai ốc d chuyển một doạn bừng bước ren của trục vít Do vậy khó đảm bảo độ chính xác khi di chuyển nhanh

- Chi phí thực hiện cao, yêu cầu độ chính xác

Sơ đồ mô phỏng của phương án này:

Hình 2.5: Mô phỏng phương án trục vít me – đai ốc

Để tang độ chính xác của phương án truyền động, người ta thường thay bộ truyền trục vít me – đai ốc bằng bộ truyền vít me bi:

Hình 2.8 Truyền động bằng đai răng

Ưu điểm của bộ truyền:

- Kết cấu đơn giản, giá thành hạ xuống

- Làm việc êm, không gây ồn nhờ độ mềm dẻo của đai, thích hợp trong việc truyền động tốc độ cao (mà thực chất máy cắt đang thực hiện thì tốc dộ cũng không cao lắm do đầu cắt có thể cháy không kịp)

- Truyền động giữa trục cách xa nhau (với khoảng cách làm việc lớn nhất lên đến 950 mm thì truyền động đai hoàn toàn hợp lý)

- Hiệu suất truyền động cao

- Tiện lợi, dễ dàng cho việc điều khiển

Một số loại đai và puly thông dụng:

Hình 2.9: Đai – pulley răng

Nhược điểm:

- Có thể gặp vấn đề với kích thước, khuôn khổ lớn

- Lực tác dụng lên ổ trục lớn và phải căng đai ban đầu

- Tuổi thọ của đai thường thấp

- Yêu cầu độ chính xác cao, việc thi công lắp ráp khó khan hơn

- Chi phí thực hiện tương đối cao

- Khó khăn trong việc tinh chỉnh độ song song của mặt đai cho việc kéo trục chính xác nhất

Hình 2.10: Mô phỏng phương án truyền động bằng đai răng

d Kết luận phương án truyền động

Dựa trên kết quả phân tích các phương án truyền động ở trên, kết hợp với các tính toán về khả năng cung cấp cũng như mua được các linh kiện cần thiết và điều kiện kinh tế, phương án truyền động bằng đai răng được chọn để thực hiện máy cắt

2.3 THIẾT KẾ MÁY

2.3.1 Khung máy

Các tiêu chí để thực hiện bộ khung dưới của máy cắt:

- Đảm bảo độ chính xác về kích thước, độ bền cơ học chắc chắn

- Ray trượt sẽ được gắn trực tiếp vào khung dưới nên phải đảm bảo tính chính xác thiết kế

- Tương tác tốt các vị trí khi gắn các bộ truyền, mạch, động cơ lên

- Đảm bảo độ cân bằng, không chông chênh gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

- Đảm bảo tính thẩm mỹ và kinh tế

- Thuần tiện cho việc di chuyển cũng như sửa chữa, tháo lắp

Dựa trên các tiêu chí đó, khung máy được thiết kế trên phần mềm

Solidworks 2013

Dựa trên các thông số cũng như vùng làm việc, ta thực hiện vẽ trên phần mền solidworks Máy chỉ dùng cho việc cắt khắc bằng tia laser nên cơ cấu không cần phải quá cồng kềnh mà chỉ đơn giản là có 1 khung đủ cứng vững để tựa Ta dùng thép hộp vuông mạ kẽm 20x20 để làm khung đỡ và thép hộp chữ nhật mạ kẽm 20x40 làm trục đứng cho khung máy và phần đỡ cho ray trượt

Hình 2.11 Thép hộp vuông mạ kẽm

Hình 2.12 Khung máy mô phỏng trên solidworks 2013

2.3.2 Cơ cấu dẫn hướng

a Cơ bản về sóng trượt:

Khái niệm: Sóng trượt là một bộ phận của thân máy, dùng để dẫn hướng

cho các bộ phận di động của máy Ngoài nhiệm vụ bảo đảm khả năng di động của bộ phận máy, sóng trượt còn có nhiệm vụ truyền lực

Yêu cầu kỹ thuật:

- Bề mặt sóng trượt cầm phải có độ chịu mòn cao, đối với máy chính xác thì độ chịu mòn khoảng 0,004 - 0,008 (mm/năm) Để đảm bảo khả năng chịu mài mòn, thì yêu cầu về độ cứng của sóng trượt tương đối quan trọng

- Sóng trượt của thân máy, trụ máy, bàn máy cần được gia công tinh bằng phương pháp cạo hoặc mài hay bằng phương pháp đánh bóng, mài nghiền

- Độ phẳng cho phép của sóng trượt 0,02 - 0,03 mm/m

- Độ bóng bề mặt từ cấp 6 tới cấp 8

- Độ hở của sóng trượt và các chi tiết lắp với nó được kiểm tra bằng sơn

và bằng thước đo dày 0,04 mm

Vật liệu làm sóng trượt:

Vật liệu làm sóng trượt có ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ của sóng trượt Do điều kiện làm việc của sóng trượt chủ yếu là chịu mài mòn