đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT LASER khí CO2
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT LASER
NỘI DUNG YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI:
- Thiết kế khung.
- Thiết kế trục X,Y,Z vuông góc, cứng vững.
- Thiết kế hệ mạch điều khiển động cơ bước.
- Tìm hiểu và cài đặt trên phần mềm RDWORK V8.
- Tìm hiểu, sử dụng và thiết kế trên phần mềm CorelDraw X7, AutoCad.
- Yêu cầu chức năng autohome, nhớ vị trí định vị trên máy.
- Tìm hiểu thiết kế mạch điều khiển với boar RDC6332M.
- Cắt được sản phẩm với độ chính xác 0.5mm.
- Cắt được tối thiểu mica 5mm.
- Mở rộng: khắc được trên vật liệu phi kim, vỏ trái cây.
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, công nghiệp hóa hiện đại hóa quyết định đến sự phát triển của một đất nước. Vì vậy, Cơ điện tử được xem là ngành hàng đầu và không thể thiếu trong khối ngành kỹ thuật. Hiện tại, ngành cơ điện tử góp phần không hề nhỏ trong công cuộc tự động hóa dùng máy móc thay thế cho con người cho các công việc nguy hiểm, đặc thù và nâng cao năng suất lao động.
Để bắt kịp nhu cầu của người tiêu dùng không thể thiếu những máy móc làm việc nhanh, chính xác, tạo ra được nhiều sản phẩm tinh xảo hơn trong cùng khoảng thời gian so với con người.
Thấy được nhu cầu ấy, chúng em đã bắt đầu tìm hiểu, nghiên cứu và tham khảo để cho ra một loại máy có thể vừa cắt vừa khắc các vật liệu như mica, gỗ…bằng tia laser. Đáp ứng đầy đủ cắt khắc các biên dạng cắt từ đơn giản đến chi tiết, phức tạp.
Máy cắt khắc laser của chúng em thiết kế ra là một máy chuyên biệt dùng khí CO2 để cắt khắc. máy chạy trên nền tảng như một máy cnc chạy bằng dao nhưng thay vì trục z gắn dao cắt thì chúng em gắn vào máy đầu cắt laser.
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. 12
TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT KHẮC LASER.. 12
- ... Những điều cần biết về máy cắt khắc laser. 12
- .. Khái niệm về máy cắt laser. 12
- .. Phân loại12
- . Máy cắt khắc laser CO2. 13
- .. Khái niệm.. 13
- .. Nguyên lý làm việc của máy cắt laser CO2. 13
- .. Ứng dụng của máy cắt laser CO2. 13
- .. Cấu tạo máy cắt laser CO2. 14
4.1.Nguồn laser. 14
4.2.Hệ thống động cơ chính. 14
4.4.Hệ thống bơm hút bụi15
- .. Ưu nhược điểm của máy cắt laser CO2. 15
5.1.Ưu điểm.. 15
5.2.Nhược điểm.. 15
- .. Một số máy cắt laser thông dụng trên thị trường. 15
6.1.Máy Cắt Laser CO2 BL1390. 15
6.2.Máy Cắt Laser CO2 Bodor 1390 – 2 Đầu Cắt BCL1610X2H.. 16
6.3.Máy cắt khắc Laser CO2 6040. 17
CHƯƠNG 2. 19
THIẾT KẾ CƠ KHÍ19
- ... Bản vẽ thiết kế mô hình MÁY CẮT LASER.. 19
- .. Ý tưởng thiết kế. 19
- .. Bản vẽ lắp sau khi thiết kế. 19
- . Nguồn laser. 19
- .. Nguồn phóng. 19
- .. Ống phóng. 20
- Hệ cơ khí chính. 20
- .. Khung máy. 20
1.1.Khổ cắt21
1.2.Khung bao ngoài21
1.3.Khung làm việc của máy (khung cắt)22
1.4.Đế máy. 22
- .. Cơ cấu truyền động. 23
2.1.Phương án 1: dùng vít me đai ốc. 23
2.2.Phương án 2: dùng vít me đai ốc bi24
2.3.Phương án 3: dùng đai răng. 25
2.4.Phương án 4: dùng xích. 26
2.5.Thông số của các phương án dùng cho trục X,Y,Z. 27
- .. Động cơ cho cơ cấu truyền động của các trục. 30
3.1.Động cơ bước (stepping motor)30
3.2.Động cơ một chiều (DC motor)32
3.3.Động cơ AC SERVO.. 33
- .. Cơ cấu dịch chuyển tọa độ. 34
- Hệ thống làm mát tuần hoàn. 34
- Đầu cắt34
- Thấu kính:35
- Gá đỡ thấu kính. 36
- .. Hệ thống làm mát ống phóng. 37
- .. Máy thổi khí cho đầu cắt39
- . Hệ thống hút bụi40
CHƯƠNG 3. 41
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN.. 41
- ... Chọn các thiết bị cho mạch điện. 41
- .. Chọn CB. 41
- .. Chọn Driver. 42
- .. Nguồn tổ ong. 45
- .. Chọn Relay. 45
- .. Domino. 46
- . Bảng nút nhấn điều khiển. 47
- .. Bảng nút nhấn. 47
- .. Công tắc hành trình:50
- .. Jack cắm 4 chân:50
CHƯƠNG 4. 51
MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH MÁY CẮT LASER.. 51
- ... Mạch MACH3. 51
- .. Giới thiệu mạch MACH3. 51
2. Các tính năng cơ bản và ưu nhược điểm.. 51
2.1.Các tính năng cơ bản:51
2.2. Ưu điểm.. 52
2.3. Nhược điểm.. 52
- . Điều khiển bằng mạch ARDUINO UNO R3.52
- .. Khái niệm.. 52
- .. Ứng dụng. 53
- .. Ưu nhược điểm của mạch arduino. 53
3.1.Ưu điểm.. 53
3.2.Nhược điểm.. 53
- Bộ điều khiển RDC6332M.. 53
- .. Boar RDC6332M.. 53
- .. Chức năng của bảng điều khiển. 54
- .. Đặc điểm kỹ thuật56
- .. Chức năng. 56
- Sơ đồ mạch điều khiển. 57
- . Qui trình hoạt động. 57
CHƯƠNG 5. 58
HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM RD WORKS V8. 58
- ... Giới thiệu phần mềm RD WORKS V8. 58
- . Hướng dẫn sử dụng RDWORKS V8. 59
- .. Giao diện chính của phần mềm RDWORKS. 59
- .. Những chức năng thông dụng của phần mềm RDWORKS. 59
- .. Những thao tác tạo ra bản vẽ cắt và khắc. 60
- .. Chỉnh sửa thông số cắt cho các lớp. 61
- .. Cài đặt thông số khổ cắt62
- .. Kết nối với các phần mềm khác. 63
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN.. 64
- ... Đánh giá kết quả đạt được. 64
- . Những hạn chế và phương hướng khắc phục. 65
- Hướng phát triển. 65
QUI ĐỊNH KHI SỬ DỤNG MÔ HÌNH MÁY CẮT LASER.. 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 67
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Máy cắt laser CO2. 12
Hình 1. 2 Máy Cắt Laser CO2 BL1390. 16
Hình 1. 3 Máy Cắt Laser CO2 Bodor 1390 – 2 Đầu Cắt BCL1610X2H.. 17
Hình 1. 4 Máy cắt khắc Laser CO2 6040. 18
Hình 2. 1 Nguồn. 20
Hình 2. 2 Ống phóng CO2 80W.. 20
Hình 2. 3 Bàn tổ ong 400×600mm.. 21
Hình 2. 4 Thép hộp mạ kẽm 30×30mm.. 21
Hình 2. 5 Nhôm định hình. 22
Hình 2. 6 Bánh xe cố định có khóa. 23
Hình 2. 7 Chân cố định M16. 23
Hình 2. 8 Trục vít me đai ốc. 23
Hình 2. 9 Vít me đai ốc bi24
Hình 2. 10 Hệ cắt laser di chuyển bằng dây đai25
Hình 2. 11 Bộ truyền xích. 26
Hình 2. 12 Dây đai27
Hình 2. 13 Buli27
Hình 2. 14 Ổ lăn đỡ 1 dãy. 27
Hình 2. 15 Thanh ray và con trượt28
Hình 2. 16 Trục vít me đai ốc. 29
Hình 2. 17 Trục dẫn hướng. 29
Hình 2. 18 Động cơ bước (stepping motor)30
Hình 2. 19 Step Motor có ưu điểm đầu tiên là khả năng cung cấp mô men xoắn cực lớn. 31
Hình 2. 20 Động cơ một chiều (DC motor)32
Hình 2. 21 Động cơ AC SERVO.. 33
Hình 2. 22 Động cơ bước 2 pha. 34
Hình 2. 23 Đầu cắt laser CO2. 35
Hình 2. 24 Thấu kính hội tụ laser36
Hình 2. 25 Giá đỡ thấu kính 1. 36
Hình 2. 26 Gá đỡ thấu kính 2. 37
Hình 2. 27 Chiller CW-3000. 37
Hình 2. 28 Cấu tạo Chiller CW-3000. 38
Hình 2. 29 Máy thổi khí Resun ACO-008. 39
Hình 2. 30 Quạt hút con sò mini40
Hình 3. 1 Layout bảng điện. 41
Hình 3. 2 Driver DM542. 43
Hình 3. 3 Relay trung gian 8 chân 24V.. 46
Hình 3. 4 Domino 12P. 46
Hình 3. 5 Nút nhấn giữ có đèn. 47
Hình 3. 6 Nút nhấn giữ không đèn. 48
Hình 3. 7 Nút nhấn khẩn cấp. 48
Hình 3. 8 Công tắc xoay. 49
Hình 3. 9 Công tắc hành trình. 50
Hình 3. 10 Jack 4 chân. 50
Hình 4. 1 Mạch MACH3. 51
Hình 4. 2 Mạch ARDUINO UN R3. 53
Hình 4. 3 Boar điều khiển RDC6332M.. 54
Hình 4. 4 Bảng điều khiển. 54
Hình 5. 1 Phần mềm RDWORKS V8. 58
Hình 5. 2 Giao diện chính của phần mềm RDWORKS. 59
Hình 5. 3 Chức năng cơ bản. 60
Hình 5. 4 Các chức năng tạo bản vẽ. 60
Hình 5. 5 Thông số lớp cắt61
Hình 5. 6 Thông số khổ cắt62
Hình 6. 1. Cắt đồ trang trí64
Hình 6. 2 Gá đỡ máy laptop. 64
Hình 6. 3 Móc khóa. 64
Hình 6. 4. Khắc bảng tên đồ án. 64
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT KHẮC LASER
- Những điều cần biết về máy cắt khắc laser
- Khái niệm về máy cắt laser
- Máy cắt laser tạo ra các mẫu và thiết kế bằng cách cắt vật liệu. Một chùm tia laser mạnh làm tan chảy, đốt cháy hoặc làm bay hơi vật liệu. Về cơ bản, cắt laser là một quá trình chế tạo sử dụng chùm tia laser hẹp, hội tụ, để cắt và khắc các vật liệu thành các mẫu được thiết kế, hoa văn và hình dạng tùy chỉnh. Quá trình chế tạo dựa trên nhiệt này phù hợp để sử dụng cắt các vật liệu như gỗ, thủy tinh, giấy, kim loại, nhựa và đá quý. Nó cũng có khả năng sản xuất các bộ phận phức tạp mà không cần một công cụ chuyên biệt nào cả.
- Máy cắt laser công nghiệp dùng để cắt vật liệu tấm phẳng cũng như cấu trúc hay ống. Một vài laser 6-trục có thể thực hiện cắt lên phần đã được tạo hình trước bằng cách đúc hay chế tạo cơ khí. Cắt bằng laser quang học di động thường dựa trên bàn trục X và Y cố định nơi mà tia laser di chuyển theo cả hai hướng nằm ngang.
Hình 1. 1 Máy cắt laser CO2
- Phân loại
Hiện tại trên thị trường có 3 loại máy cắt laser thông dụng:
- Máy laser CO2. Máy laser CO2 là dòng máy dùng nguồn laser bằng khí gas và là công nghệ mang tính ứng dụng cao khi cắt các chất liệu với độ dày lớn. ...
- Máy cắt laser Fiber. ...
- Máy laser nguồn tinh thể Nd: YAG, Nd: YVO.
- Máy cắt khắc laser CO2
- Khái niệm
- Máy cắt laser CO2 được biết đến là một trong những dòng máy cao cấp được sử dụng trong ngành gia công cơ khí. Dòng máy này hoạt động dựa trên sự tác động của khí CO2 để kích điện và phát sáng. Nguồn sáng này đã tạo ra một nguồn năng lượng cao có khả năng cắt bất kỳ vật liệu nào theo ý muốn.
- Máy cắt laser CO2 có khả năng cắt các vật liệu có độ dày từ 5mm trở lên một cách dễ dàng. Nó có thể hoạt động để tạo ra các vết cắt sắc nét.
- Nguyên lý làm việc của máy cắt laser CO2
Máy laser CO2 sử dụng điện năng để chuyển hóa khí CO2, N2 và khí He thành năng lượng. Trong quá trình hoạt động nó có khả năng tạo ra nguồn năng lượng proton dưới dạng sóng bức xạ để tạo thành tia laser. Các tia laser mang năng lượng tập trung tại một điểm để làm nóng chảy phôi. Nhờ đó, quá trình gia công kim loại trở nên đơn giản và chính xác hơn. Căn cứ vào yêu cầu của sản phẩm tạo ra, người vận hành máy có thể điều chỉnh độ sâu của vết cắt cho phù hợp.
- Ứng dụng của máy cắt laser CO2
Máy cắt laser CO2 là công nghệ cắt hiện đại nhất trong lĩnh vực gia công hiện nay. Nhờ sử dụng công nghệ laser CO2 đã nâng cao năng suất lao động của các ngành công nghiệp chế biến. Một số ứng dụng của dòng máy này như sau:
* Sử dụng tia laser CO2 để cắt kim loại
Đây là một ứng dụng phổ biến, dựa trên năng lượng cực cao của chùm tia laze, nó có thể cắt sắc nét mọi vật liệu với độ dày mỏng khác nhau. Rút ngắn thời gian gia công, tốn ít sức người và sức của. Chi phí khi sử dụng phương pháp xử lý này cũng rẻ hơn rất nhiều so với các phương pháp khác.
* Ứng dụng trong ngành trang trí nội thất
Quà tặng, đồ lưu niệm thường được cắt khắc hoa văn tạo nên sự tinh xảo và độc đáo bằng máy cắt laser CO2. Những vách ngăn hay những đồ vật trang trí được tạo ra bằng công nghệ này tạo nên vẻ đẹp đầy tính nghệ thuật và cuốn hút. Công nghệ laser này có thể được áp dụng để cắt và khắc trên các vật liệu như gốm sứ, mica, thủy tinh, kim loại, vải, v.v.
* Ứng dụng trong ngành may mặc và giày dép
Công nghệ cắt laser CO2 cũng được sử dụng trong ngành dệt may và da. Cắt vải, cắt khuôn, khắc hoa văn trực tiếp trên da … để mang đến những sản phẩm vô cùng tinh tế và độc đáo.
* Ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp phụ trợ
- In logo, khắc tem nhãn lên bề mặt sản phẩm… là những ứng dụng phổ biến khi cắt khắc laser trong lĩnh vực công nghiệp phụ trợ.
- Với công nghệ cắt laser CO2, có thể cắt khắc mọi thông tin, hình ảnh, logo lên quà tặng bằng thủy tinh, pha lê, kim loại, v.v.
- Cấu tạo máy cắt laser CO2
Hầu hết các loại máy cắt laser hiện nay đều có cấu tạo chung gồm 4 bộ phận chính: nguồn laser, hệ thống làm mát tuần hoàn, hệ thống động cơ chính và hệ thống bơm hút bụi. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn từng phần này.
4.1. Nguồn laser
- Nguồn laser được đánh giá là bộ phận đóng vai trò quan trọng nhất trong toàn bộ hệ thống máy cắt laser. Khi các dòng khí CO2, N2, He chịu tác dụng của điện thế phân cực, nó sẽ trải qua quá trình chuyển đổi giữa các trạng thái. Nguồn năng lượng sẽ được tích vào ống điện để tạo ra chùm tia laser CO2. Tia laser CO2 mang một nguồn năng lượng lớn với tốc độ cao đốt cháy vật liệu tại vị trí va chạm.
- Nguồn laser CO2 có cấu trúc khá phức tạp. Có thể chia thành các bộ phận chính: hệ thống đường ống dẫn nước làm mát, buồng cộng hưởng dao động, bơm xả, hệ thống phát điện cao áp, hệ thống cảm biến, bơm nhồi tạo tốc độ.
4.2. Hệ thống động cơ chính
- Hệ thống động cơ chính của máy laser CO2 là bộ phận tạo ra sự truyền dẫn cơ học và dẫn tia laser đến vị trí cần tác động. Gồm các bộ phận như: khung máy, băng máy, hệ thống điều khiển, cơ cấu dịch chuyển tọa độ.
- Chức năng chính của hệ thống này là duy trì khoảng cách ổn định từ đầu cắt đến bề mặt vật liệu. Để làm cho quá trình cắt chính xác nhất có thể. Ngoài ra hệ thống này còn có nhiệm vụ điều khiển và duy trì hoạt động của các bộ phận khác trong hệ thống máy.
4.3. Hệ thống làm mát tuần hoàn
- Bộ phận này có chức năng chính là bơm và làm mát bằng nước sạch. Trong quá trình tạo ra tia laser CO2 dẫn đến vị trí gia công sinh ra một lượng nhiệt rất lớn làm mát thiết bị hoạt động. Quá trình làm mát này sẽ được điều khiển bởi hệ thống điều khiển CNC thông qua cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến hệ thống nén trao đổi nhiệt.
- Các bộ phận chính của hệ thống làm mát bao gồm: bơm xả, bơm nhồi, chóa phản xạ, cảm biến công suất laser, thấu kính hội tụ, hệ thống điện cao áp, buồng cộng hưởng.
4.4. Hệ thống bơm hút bụi
Khói bụi sinh ra trong quá trình làm việc là đương nhiên. Nếu để lâu ngày bụi bẩn sẽ gây hại cho sức khỏe người lao động và làm hỏng máy. Do đó, hệ thống bơm hút bụi có nhiệm vụ hút và xử lý khí thải sinh ra trong quá trình gia công.
- Ưu nhược điểm của máy cắt laser CO2
5.1. Ưu điểm
Khi chúng ta nhắc về ưu điểm thì chiếc máy này được đánh giá rất cao bởi nó có rất nhiều những ưu điểm nổi bật, đáp ứng được tất cả các nhu cầu sử dụng của khách hàng. Chúng ta có thể nhắc đến những ưu điểm nổi bật như:
- Khả năng cắt rất nhanh, có thể đạt tốc độ gấp 5 lần máy cắt thường.
- Hiệu quả công việc đạt được luôn đảm bảo ở mức chất lượng cao.
- Khi làm việc thì vùng ảnh hưởng trên bề mặt vật liệu là rất rất nhỏ.
- Nét cắt của máy cắt laser CO2 tạo ra là rất hẹp.
- Dòng sản phẩm phù hợp khi hoạt động trên tất cả các loại vật liệu phi kim.
- Tiết kiệm vật liệu và nhân công thực hiện.
- Có thể cắt vật liệu theo những hình thù mà bạn muốn.
5.2. Nhược điểm
- Vật liệu dày khó cắt hơn hoặc yêu cầu tốc độ rất thấp.
- Không thể gia công vật liệu mật độ cao hơn như thủy tinh.
- Nó đốt cháy các cạnh của vật liệu.
- Một số vật liệu như nhựa, có thể tạo ra khí thải độc hại.
- Tốc độ sản xuất không nhất quán vì nó tùy thuộc vào độ dày và mật độ vật liệu.
- Một số máy cắt laser tiêu thụ rất nhiều năng lượng, làm tăng chi phí sản xuất.
- Nguy cơ các cạnh bị cháy khi cắt.
- Một số máy cắt laser thông dụng trên thị trường
6.1. Máy Cắt Laser CO2 BL1390
- Đây là dòng máy cắt Laser CO2 khổ lớn, cho đường cắt khá tinh xảo, có thiết kế gọn, dễ sử dụng. Đây cũng là dòng máy đáng cân nhắc để mua vì cho hiệu quả cắt rất tối ưu.
- Đường phóng của laser được thiết kế phù hợp, phóng khá ổn định. Bên cạnh đó máy cũng được kết hợp với phần máy làm mát từ nước nên đảm bảo tia phóng laser ở mọi vị trí đều như nhau, đảm bảo tốc độ tốt, cắt chính xác hơn.
- Vì có kết hợp với máy làm mát từ nước nên cũng hỗ trợ bảo vệ các ống laser trong máy được tốt hơn, nhờ vậy có thể đảm bảo được sự bền bỉ của các ống laser, tuổi thọ cũng kéo dài hơn.
- Máy có khổ làm việc tương đối rộng với kích thước là 1300mm x 900mm, với các công suất của laser là 60W, 80W, 100W, 130W.
- Máy sử dụng hệ thống điều khiển DSP, có các phần mềm có thể tương thích là CorelDraw, AutoCAD, Photoshop.
- Toàn bộ máy được cấu tạo từ thép cứng, nhờ vậy có thể hỗ trợ máy hoạt động với tốc độ cao nhưng vẫn đảm bảo được độ ổn định, thành phẩm làm ra cũng đều nhau hơn.
- Khung máy được thiết kế một cách đồng nhất, khi hoạt động máy hoàn toàn không gây ra tiếng ồn lớn, và không bị bám nhiều bụi vào máy, giúp máy kéo dài tuổi thọ hơn.
Hình 1. 2 Máy Cắt Laser CO2 BL1390
6.2. Máy Cắt Laser CO2 Bodor 1390 – 2 Đầu Cắt BCL1610X2H
- Dòng máy này có hai đầu cắt, sử dụng công nghệ Laser CO2 chất lượng tốt với các ống phóng bằng thủy tinh nên vận hành khá ổn định, cắt khắc cũng hiệu quả tốt hơn.
- Dòng máy này có khu vực làm việc cũng khá ổn, với kích thước là 1600mm x 1000mm, tốc độ cắt của máy đạt 0 – 40000mm/ phút, tốc độ khắc là 0 – 60000mm/ phút.
- Sử dụng loại laser CO2 Sealed Tube, 10.6μm, định vị rất chính xác, có độ sai lệch cực nhỏ dao động ở khoảng 0,01mm.
- Loại laser của máy có các công suất là 80W / 100W / 120W / 150W.
- Máy dùng hệ thống điều khiển DSP, tương thích với các phần mềm Coreldraw, Photoshop, Autocad, Tajima…
- Dòng máy này có kèm theo quạt thông gió và làm mát bằng nước nhờ vậy có thể hỗ trợ máy hoạt động ổn định hơn, cũng đảm bảo độ bền dài lâu của máy.
- Máy cắt khắc khá nhanh và đạt được sự chuẩn xác cao, đường cắt cũng trông mịn và đẹp mắt.
Hình 1. 3 Máy Cắt Laser CO2 Bodor 1390 – 2 Đầu Cắt BCL1610X2H
6.3. Máy cắt khắc Laser CO2 6040
- Đây là dòng máy cắt Laser CO2 có thiết kế nhỏ gọn với mức giá rẻ, cho hiệu quả cắt, khắc tốt trên mica, cao su, cắt thiệp giấy,… mang lại nhiều tiện ích cho người dùng.
- Máy có thiết kế gọn nhẹ, không chiếm quá nhiều vị trí đặt máy, khổ làm việc cũng ở mức vừa với kích thước là 600mm x 400mm.
- Máy được trang bị phần mềm điều khiển LaserCAD, với phần mềm này việc dùng cũng không quá khó khăn, rất dễ dùng, người dùng dễ dàng tiến hành gia công cắt khắc.
- Máy dùng laser CO2 với bước sóng 10.6μm, tốc độ cắt của máy đạt 0 – 400mm/ giây, tốc độ khắc ở mức 0 – 36000mm/ giây. Có thể cắt khắc ký tự chữ với kích thước 1mm – 2mm
- Tốc độ cắt khắc của máy nhanh, độ chính xác cũng rất cao, độ sai lệch nhỏ ở mức tầm 0,01mm.
- Được trang bị hệ thống điều khiển với bộ điều khiển DSP và máy hoạt động dựa vào điều khiển qua máy tính có các phần mềm tương thích như Coreldraw,Photoshop, Autocad.
-
|
Hình 1. 4 Máy cắt khắc Laser CO2 6040 |
Đây là dòng máy khổ nhỏ, có kích thước nhỏ rất thích hợp dùng gia công những vật liệu không quá lớn, mang lại nhiều tiện ích tối ưu hơn khi gia công.
CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ CƠ KHÍ
I. Bản vẽ thiết kế mô hình MÁY CẮT LASER
- Ý tưởng thiết kế
Từ những yêu cầu của đề tài chúng em đã thiết kế mô hình dựa theo máy cắt khắc laser CO2 6040 với khổ cắt có kích thước là 600mm × 400mm.
- Bản vẽ lắp sau khi thiết kế
II. Nguồn laser
Nguồn laser được đánh giá là bộ phận đóng vai trò quan trọng nhất trong toàn bộ hệ thống máy cắt laser. Khi các dòng khí CO2, N2, He chịu tác dụng của điện thế phân cực, nó sẽ trải qua quá trình chuyển đổi giữa các trạng thái. Nguồn năng lượng sẽ được tích vào ống điện để tạo ra chùm tia laser CO2. Tia laser CO2 mang một nguồn năng lượng lớn với tốc độ cao đốt cháy vật liệu tại vị trí va chạm.
- Nguồn phóng
Nguồn phóng sẽ được lựa chọn dựa trên công suất mong muốn khi thiết kế máy cắt.vì vậy, dựa trên mục đích ban đầu là cắt vật liệu phi kim như mica tối thiểu 5mm sẽ chọn:
Nguồn phóng với công suất 80W – 100W
Hình 2. 1 Nguồn
- Ống phóng
- Loại: ống phóng laser CO2 80W
- Lý do sử dụng: Dựa vào công suất của nguồn phóng ta có thể chọn ống phóng với công suất tương tự.
Hình 2. 2 Ống phóng CO2 80W
III. Hệ cơ khí chính
- Khung máy
Khung máy được thiết kế gồm 4 phần: khổ cắt, phần khung bao bên ngoài, khung làm việc của máy, đế máy.
1.1. Khổ cắt
|
Hình 2. 3 Bàn tổ ong 400×600mm |
Khổ cắt của máy được hiểu là giới hạn mà có thể cắt được, giới hạn mà đầu cắt có thể di chuyển tới. Khi chọn khổ cắt có thể dựa vào công suất tối đa của ống phóng. Theo đó, ta sẽ thiết kế khổ cắt của máy là 400mm×600mm.
- Khổ cắt phải bằng phẳng, cố định phôi tốt, mang tính thẩm mỹ cao.
- Vật liệu: bàn tổ ong.
- Kích thước: 400mm×600mm.
1.2. Khung bao ngoài
- Có chức năng cố định ống phóng và khung làm việc bên trong, phần dưới của khung sẽ là khu vực chứa phôi. Phương án được đưa ra là dùng thép mạ kẽm:
- Vật liệu: théphộp mạ kẽm.
- Kích thước: 30mm × 30mm.
* Kết luận: Khung bao ngoài của máy cần đạt độ cứng vững tốt, chắc chắn. Vì vậy, thép hộp mạ kẽm là sự lựa chọn phù hợp để làm khung máy.
Hình 2. 4Thép hộp mạ kẽm 30×30mm
1.3. Khung làm việc của máy (khung cắt)
- Khung cắt cần sự chính xác cao hơn khung bao ngoài, dễ dàng lắp ráp để có thể nâng hạ bàn làm việc (khổ cắt).
- Vật liệu: nhôm định hình.
- Kích thước: 20mm × 60mm.
* Kết luận: với những ưu điểm của nhôm định hình như trọng lượng nhẹ, cách nhiệt, chịu lực tốt, thẩm mỹ cao sẽ rất phù hợp để làm khung cắt.
Hình 2. 5 Nhôm định hình
* Các thanh nhôm định hình của khung cắt được lắp ghép với nhau nhờ Ke góc vuông nhôm định hình (AL-2020):
- Vật liệu: nhôm.
- Kích thước: 20mmx20mm.
- Công dụng: Ke vuông nhôm định hình là vật liệu dùng để kết nối các góc vuông của các bộ phận máy móc hoặc là đầu nối vuông góc giữa 2 thanh nhôm định hình giúp vật dụng được cố định chắc chắn nhất.
1.4. Đế máy
Để thuận tiện cho việc di chuyển máy đến nhiều vị trí khác nhau chân máy được thiết kế với 4 bánh xe cố định có khóa (hình 2.6). Bánh xe cố định có khóa vừa giúp máy di chuyển dễ dàng vừa có thể khóa cố định khi đến vị trí mong muốn.
Tránh cho máy di chuyển khi đã tới vị trí mong muốn đặt máy làm sai lệch tia laser phần đế được trang bị thêm 4 chân cố định M16 (hình 2.7) nhằm nâng cả hệ khung máy cố định tại một vị trí.
|
Hình 2. 6 Bánh xe cố định có khóa |
|
Hình 2. 7 Chân cố định M16 |
- Cơ cấu truyền động
Hiện tại có rất nhiều cách để có thể di truyền động các trục như: dùng vít me đai ốc thường, dùng vít me đai ốc bi, dùng đai răng, dùng xích...
2.1. Phương án 1: dùng vít me đai ốc
- Vít me được gắn đồng trục với động cơ, khi động cơ quay, vít me quay, động cơ và vít me gắn cố định, làm cho đai ốc sẽ di chuyển dọc theo trục vít me. Đai ốc thì được gắn chặt vào bộ phận cần chuyển động (trục X,Y,Z). Từ đó làm cho bộ phận đó chuyển động so với hệ thống thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động.
Hình 2. 8 Trục vít me đai ốc
- Tốc độ di chuyển dựa vào tốc độ di chuyển của động cơ và bước ren của trục vít, thường thì bước ren rất nhỏ từ 1-2mm, một vong quay của trục động cơ sẽ làm cho đai ốc di chuyển một đoạn bằng bước ren của trục vít, vì vậy tốc độ di chuyển của bộ phận trượt ở phương pháp này là chậm nhưng lại có độ chính xác khá cao. Dùng động cơ bước có bước góc càng nhỏ và trục ren có bước ren nhỏ thì độ chính xác khi di chuyển càng cao. Ví dụ nếu dùng động cơ bước góc 1.8 độ làm và trục ren đường kính 6mm (bước ren 1mm) thì độ chính xác di chuyển có thể đạt được là 0.005mm.
- Một ưu điểm khác của phương án này là tạo ra lực đẩy lớn khi gia công mẫu vật. Phương án này thường được dùng trong các máy CNC công nghiệp, gia công các loại vật liệu cứng, kích thước lớn...
2.2. Phương án 2: dùng vít me đai ốc bi
- Trong máy công cụ điều khiển số công nghiệp, người ta thường sử dụng 2 dạng vít me – đai ốc đó là vít me – đai ốc với mặt tiếp xúc còn được gọi là vít me đai ốc thường (như đã giới thiệu ở trên) và một dạng nữa đó là vít me – đai ốc bi. Đây là dạng vít me đai ốc thay vì ma sát trượt thông thường, tiếp xúc giữa vít me và đai ốc thông qua các viên bi mà chuyển thành ma sát lăn. Điều này đem đến một ưu điểm: chỉ cần một lực quay rất nhỏ vào trục vít me đã có thể làm cho đai ốc chuyển động.
Hình 2. 9 Vít me đai ốc bi
- Trên đây là kết cấu của bộ truyền vít me – đai ốc bi (hình). Tuy có kết cấu đa dạng nhưng các thành phần chủ yếu của bộ truyền bao gồm: vít me, đai ốc, các viên bi và rãnh hồi bi.
- Vấn đề quan tâm trong bộ truyền vít me – đai ốc bi đó là dạng profin răng vít me và đai ốc. Profin răng vít me dạng chữ nhật và dạng thang là chế tạo dễ dàng hơn cả xong khả năng chịu tải kém. Để tăng khả năng chịu tải, người ta tăng bề mặt làm việc của bộ truyền bằng cách chế tạo profin dạng tròn.
- Một vấn đề cũng rất quan trọng trong kết cấu của bộ truyền đó là kết cấu của rãnh hồi bi. Rãnh hồi bi có thể là dạng ống, hoặc dạng theo lỗ khoan hoặc là dạng rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp.
* Đặc điểm:
- Rãnh hồi bi dạng ống có nhược điểm là tăng kích thước bộ truyền, độ bền mòn của đầu ống thấp, kẹp chặt ống có độ tin cậy không cao.
- Rãnh hồi bi theo lỗ khoan trên đai ốc có ưu điểm là kết cấu gọn và tính công nghệ tốt song khả năng tách thành nhiều nhóm, hồi bị khó khăn.
- Rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp: là dạng hồi bi được dùng nhiều hơn cả do có kích thước gọn nhất, không bị mòn nhanh, độ tin cậy cao và chiều dài rãnh hồi bi lớn.
2.3. Phương án 3: dùng đai răng
- Phương án dùng đai răng sử dụng một vòng đai cao su khép kín với các răng cưa ở mặt trong. Hai đầu của đai được đặt vừa vào 2 lô có cùng kích thước răng cưa của đai. Một lô bắt chặt vào trục động cơ, còn lô kia được gắn vào một trục quay ở phía bên kia của khu vực chuyển động sao cho lô có thể quay tự do tại chỗ. Một đoạn của đai được gắn với bộ phận cần trượt, khi động cơ quay, toàn bộ đai dịch chuyển và kéo bộ phận cần trượt di chuyển theo.
Hình 2. 10 Hệ cắt laser di chuyển bằng dây đai
- Tốc độ di chuyển của bộ phận cần trượt phụ thuộc vào tốc độ động cơ và đường kính của lỗ. Một vòng của trục động cơ sẽ làm bộ phận trượt di chuyển một đoạn bằng chu vi của lô (thường là cỡ 20-30mm). Rõ ràng phương án này bộ phận cần trượt có tốc độ di chuyển rất nhanh.
- Tuy nhiên, do độ chính xác di chuyển thấp vì tính co dãn của vật liệu làm đai có thể dẫn đến những sai lệch khi gia công. Bên cạnh đó do lực đẩy sinh ra nhỏ nên khi cơ cấu chuyền động gặp phải tải lớn sẽ bị trượt bước (khi dùng với động cơ bước).
- Phương án này thường được sử dụng trong các loại máy cần tốc độ di chuyển nhanh mà không cần công suất lớn như máy in, máy photocopy, máy cắt đề can và tất nhiên có cả máy cắt laser...
2.4. Phương án 4: dùng xích
Tương tự như phương án dùng đai, chỉ khác là bánh đai (buli) được thay bằng bánh xích, và dây đai được thay bằng dây xích ăn khớp với bánh xích. Phương án này có ưu điểm là không tồn tại lực căng đai, tải lớn, độ chính xác cao vì ít dãn và không trượt. Tuy nhiên phương án này cần bôi trơn và bảo trì thường xuyên, đồng thời vẫn tồn tại vấn đề trượt bước của động cơ bước khi gặp tải lớn.
Hình 2. 11 Bộ truyền xích
vSo sánh 4 phương án:
- Phương án đầu tiên dùng vít me đai ốc thường có độ chính xác tương đối cao, có thể dễ dàng chế tạo và tìm thấy trên thị trường và có thể chịu lực khá tốt.
- Với phương án dùng vít me đai ốc bi thì có độ chính xác cao, chịu được tải trọng lớn, tuy nhiên giá thành cao.
- Phương án dùng đai rất tiện cho việc làm đồ án, tốc độ di chuyển nhanh, chính xác, dễ dàng tìm kiếm trên thị trường, dễ dàng bảo trì thay thế sau thời gian sử dụng lâu dài.
- Còn lại, phương án dùng xích thì cần bôi trơn và bảo trì thường xuyên rất tốn thời gian nhưng hiệu quả mang lại thì không cao khi vẫn tồn tại vấn đề trượt bước của đông cơ bước khi gặp phải tải lớn.
vKết luận:
Qua 4 phương án được đề ra, phương án được lựa chọn là:
- Trục X,Y cần tốc độ chuyển động nhanh, chính xác do đó dùng đai răng sẽ là lựa chọn tối ưu nhất.
- Trục Zcần có độ cứng, chịu lực tốt vì vậy dùng trục vít me đai ốc thường là phương án thích hợp nhất. Trục vít me đai ốc bi cũng là sự lựa chọn tốt tuy nhiên giá thành hơi cao so với quy mô đồ án.
2.5. Thông số của các phương án dùng cho trục X,Y,Z
v Trục Y:
* Dây đai răng với thông số:
- Dây đai GT2
-
|
Hình 2. 12 Dây đai
|
Bước răng 2mm
- Bề rộng 6mm
* Tương thích với dây đai ta chọn buli:
- Số răng: 20 răng
- Bề rộng đai: 6mm
-
|
Hình 2. 13 Buli |
Đường kính ngoài: 16mm
- Đường kính bánh răng: 12mm
- Bước răng 2mm
- Chiều cao: 16mm
- Chất liệu: nhôm
* Các ổ lăn trong máy chỉ chịu lực hướng tâm, không chịu lực dọc trục, nên ở đây chọn ổ bi đỡ 1 dãy. Vì ổ lăn được chọn là không tiêu chuẩn nhưng phù hợp với yêu cầu bản vẽ, nên các thông số kĩ thuật như sau:
- Loại: ổ bi đỡ 1 dãy
- Đường kính trong: d = 6mm
- Đường kính ngoài: D = 30mm
- Bề rộng: B = 8mm
- Công dụng của ổ lăn dùng để trượt trên khung nhôm định hình tạo 1 một hệ di chuyển cho trục Y.
Hình 2. 14 Ổ lăn đỡ 1 dãy
vTrục X: cơ cấu truyền động cũng tương tự trục Y tuy nhiên được thiết kế thêm thanh ray dẫn và con trượt để giúp cho trục X:
- Thanh ray có độ cứng cáp và vững chắc cao.
- Ray trượt có thể chịu được trọng tải lớn.
- Thanh ray và các bộ phận chi tiết dễ lắp đặt và sai số khi lắp đặt thấp.
- Có khả năng định hướng, năng suất làm việc tối đa trong một thời gian lâu dài nhưng không xảy ra hiện tượng phát sinh về nhiệt.
- Tính ma sát trên thanh trượt được thiết kế để giảm tối đa, khi con trượt di chuyển trên ray.
- Độ chính xác của con ray dẫn hướng cao, giúp cho các chi tiết gia công giảm bớt sai số.
- Hỗ trợ tốt cho việc cân bằng lực giữa các thiết bị máy móc của động cơ gắn trên ray.
- Quá trình hoạt động chuyển động êm ái, mượt mà.
- Quy trình tháo dỡ và lắp đặt cũng dễ dàng, không gây mất nhiều thời gian cho quá trình này.
- Ngoài ra thời gian sử dụng sản phẩm cũng tương đối lâu dài.
Hình 2. 15 Thanh ray và con trượt
vTrục Z:
* Thông số của vít me đai ốc thường là:
- Đường kính vitme: 8mm
- Chiều dài: 300mm
- Bước ren: 2mm
- Số đầu mối: 4
- Bước xoắn: 8mm
- Chất liệu trục vitme: Thép không rỉ
- Chất liệu đai ốc: Đồng thau
Hình 2. 16 Trục vít me đai ốc
* Nhằm mục đích hỗ trợ trục vít me nâng hạ trục Z trơn tru chúng em thiết kế thêm trục dẫn hướng ở mỗi vị trí trục vít me đai ốc:
- Máy cơ khí nào để vận hành được đều cần hệ thống dẫn hướng, hệ thống dẫn hướng như kim chỉ nam cho mọi dịch chuyển của máy cơ khí cũng như máy laser.
- Trong đó Ray trượt tròn là hệ thống dẫn hướng rất đơn giản, dễ thiết kế, đặc biệt là giá thành của loại dẫn hướng này rất rẻ phù hợp với những người mới chế tạo máy.
- Con Trượt Tròn được dùng chung với ray trượt tròn, bên trong con trượt tròn là hệ thống bi lăn giúp chuyển động êm ái hơn, giảm tiếng ồn.
- Con trượt tròn đế tròn là con trượt tròn có thêm 1 lớp đế tròn bên dưới, giúp bắt chặt được vào thiết bị- chi tiết máy.
Hình 2. 17 Trục dẫn hướng
‘
- Động cơ cho cơ cấu truyền động của các trục
Động cơ có thể dùng cho máy laser trên thị trường như động cơ bước, động cơ một chiều, động cơ AC servo... Tùy vào nhu cầu mà chúng ta sẽ chọn động cơ phù hợp.
3.1. Động cơ bước (stepping motor)
vKhái niệm:
- Động cơ bước là một loại động cơ sử dụng điện nhưng có nguyên lý và ứng dụng vô cùng khác biệt so với các loại động cơ điện 1 pha và động cơ điện 3 pha thông thường.
- Thực chất, đây là một loại động cơ đồng bộ, có khả năng biến đổi các tín hiệu điều khiển của máy móc dưới dạng các xung điện rời rạc được phát ra kế tiếp nhau, tạo thành các chuyển động góc quay. Đôi khi chính là các chuyển động của roto, giúp cho người dùng cố định roto của máy vào trong các vị trí cần thiết.
Hình 2. 18 Động cơ bước (stepping motor)
- Nói chung, động cơ bước (stepping motor) là một loại động cơ mà các bạn có thể quy định được tần số góc quay của nó. Nếu góc bước của nó càng nhỏ thì số bước trên mỗi vòng quay của động cơ càng lớn và độ chính xác của vị trí chúng ta thu được càng lớn.
- Các góc bước của động cơ có thể đạt cực đại là 90 độ và cực tiểu đến 0,72 độ. Tuy nhiên, các góc bước của động cơ thường được sử dụng phổ biến nhất là góc 1,8 độ, góc 2,5 độ, góc 7,5 độ và góc 15 độ.
- Ví dụ: Một động cơ bước có góc 1,8 độ/ bước nếu quay hết 1 vòng khoảng 360 độ thì mất 200 bước (thuật ngữ chuyên ngành gọi là Full Step). Các chế độ quay càng nhiều xung thì động cơ quay của máy sẽ càng êm hơn. Ở Việt Nam, người ta hay dùng phổ biến nhất là động cơ 200 step.
vPhân loại
- Phân loại dựa vào số pha của động cơ
- Động cơ bước 2 pha sẽ tương ứng với 1 góc bước khoảng 1.8 độ.
- Động cơ Step 3 pha sẽ tương ứng với 1 góc bước là 1.2 độ.
- Động cơ Step 5 pha sẽ tương ứng với góc bước là 0.72 độ.
- Phân loại động cơ bước dựa vào rotor
- Động cơ bước có rotor được làm bằng dây quấn hoặc sử dụng nam châm vĩnh cửu.
- Động cơ bước thay đổi từ trở. Đây là 1 loại động cơ có roto không được tác động nhưng lại có phần tử cảm ứng.
- Phân loại tùy thuộc vào cực của động cơ
- Động cơ bước đơn cực.
- Động cơ bước lưỡng cực.
vƯu nhược điểm của động cơ bước:
- Ưu điểm:
- Step Motor có ưu điểm đầu tiên là khả năng cung cấp mô men xoắn cực lớn, đặc biệt là ở dải vận tốc thấp và vận tốc trung bình.
- Một “điểm cộng” nữa của động cơ bước trên thị trường hiện nay đó là nó khá bền, giá thành sản phẩm cũng tương đối thấp, do đó việc mua bán, trao đổi cũng khá thuận tiện, không gặp bất kỳ một trở ngại nào. Không chỉ có vậy, việc thay thế động cơ bước trong quá trình sản xuất cũng tương đối dễ dàng.
Hình 2. 19Step Motor có ưu điểm đầu tiên là khả năng cung cấp mô men xoắn cực lớn
- Nhược điểm:
- Motor Step hay xảy ra các hiện tượng khó chịu, chẳng hạn như bị trượt bước. Lý do được biết đến đó là vì lực từ yếu hay đôi khi còn do nguồn điện cấp vào động cơ không đủ.
- Một “điểm trừ” nữa đó là trong quá trình hoạt động, động cơ Step Motor thường gây ra tiếng ồn ào khó chịu và có hiện tượng động cơ bị nóng dần lên. Với những động cơ Step Motor thế hệ mới thì độ ồn và hiện tượng nóng của động cơ đã được giảm đi đáng kể.
- Không nên sử dụng động cơ Step Motor cho các thiết bị máy móc đòi hỏi tốc độ cao.
3.2. Động cơ một chiều (DC motor)
vKhái niệm: Động cơ DC(Direct Current Motors) hay còn gọi là động cơ một chiều được sử dụng và ứng dụng trong dòng điện một chiều. Động cơ DC còn được coi là máy điện chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học.
Hình 2. 20 Động cơ một chiều (DC motor)
vPhân loại:
- Động cơ DC có chổi than (Brushed DC Motor)
- Động cơ DC kích thích riêng biệt
- Động cơ DC không chổi than
- Động cơ DC tự kích thích.
vƯu nhược điểm của động cơ DC:
- Ưu điểm:
- Động cơ DC có công suất 35 - 60W, tiêu thụ ít điện năng hơn do chỉ cấp điện cho Stato chứ không cần cấp điện cho Roto. Vì vậy, động cơ DC có khả năng tiết kiệm hơn các động cơ một chiều khác rất nhiều.
- Động cơ DC có thiết kế đơn giản và có sử dụng nam châm vĩnh cửu nên hoạt động bền bỉ hơn, gia tăng được tuổi thọ (trung bình 15 năm).
- Động cơ DC có khả năng biến đổi dòng điện liên tục nên phù hợp với nhiều dòng điện khác nhau mà vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả.
- Trọng lượng khá nhẹ nên có thể dễ dàng lắp đặt dù ở nơi cao và có độ an toàn cao.
- Động cơ điện một chiều DC có chổi than được đánh giá cao với khả năng khởi động và điều chỉnh đạt hiệu suất tốt.
- Động cơ DC được ứng dụng nhiều nhất trong việc lắp ráp và sản xuất quạt trần với khả năng tiết kiệm điện và không gây tiếng ồn.
- Nhược điểm:
- Giá thành cao hơn so với những loại động cơ dòng điện một chiều khác như AC.
- Động cơ điện một chiều DC có cấu tạo đơn giản nhưng có tiếp điểm giữa chổi than và cổ góp, có khả năng tạo ra các tia điện trong quá trình hoạt động và mài mòn cơ học. Do đó, làm tăng nhiệt độ của động cơ DC và có thể hư hỏng, cháy chập khi hoạt động quá mức.
3.3. Động cơ AC SERVO
vKhái niệm: AC Servo Motor thực chất là 1 động cơ xoay chạy bằng điện 3 pha, hoạt động dựa trên nguyên lý nam châm vĩnh cửu như các loại động cơ trong máy bơm hay máy quạt. Điểm khác biệt của AC Servo Motor so với các động cơ thông thường là nó được tích hợp nhiều công cụ điện tử và cảm biến để truyền thông tin và điều khiển như: bộ khuếch đại, bộ điều khiển, bộ mã hóa và màn hình. Điều này làm tăng khả năng chính xác cũng như dễ dàng điều khiển, đây là một trong những yêu cầu cho sản xuất công nghiệp trong thời đại cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay.
Hình 2. 21 Động cơ AC SERVO
vƯu, nhược điểm của động cơ AC MOTOR:
- Ưu điểm:
- Momen xoắn lớn.
- Hoạt động ở tốc độ cao, tốc độ đáp ứng nhanh.
- Độ chính xác cao.
- Tránh hiện tượng trượt bước như động cơ bước.
- Nhược điểm:
- Driver phức tạp, giá thành cao.
- Không làm việc ở chế độ mạch điều khiển hở, yêu cầu phải có hệ thống phản hồi
- Yêu cầu phải điều chỉnh các thông số vòng điều khiển.
Kết luận:
Nhóm chúng em đã thảo luận và quyết định chọn động cơ bước 2 pha (stepping motor) làm động cơ dẫn động cho các trục tọa độ.
Các thông số:
- Điện áp: 12VDC.
- Loại động cơ: 2 Pha.
- Dòng điện: 1.2A – 2A.
- Số dây điện: 4 - 6 dây ( tương tự nhau).
- Bước góc (độ): 1.8.
- Bước góc độ chính xác: ± 5% (bước đầy đủ, không tải).
- Độ chính xác điện trở: ± 10%.
- Độ chính xác điện cảm: ± 20%.
- Nhiệt độ tăng: 80 ° C Max.
-
|
Hình 2. 22 Động cơ bước 2 pha |
Kích thước (Rộng x Cao): 42 x 50mm.
- Cơ cấu dịch chuyển tọa độ
vTrục X:
Trục X di chuyển nhờ vào động cơ step motor quay kéo dây đai và con trượt. Tất cả cùng trượt trên ray dẫn tạo thành 1 hệ chuyển động của trục X.
vTrục Y
Trục Y cũng chuyển động tương tự như nguyên lí của trục x cũng nhờ vào động cơ step motor để di chuyển. Tuy nhiên, trục Y sẽ không dùng ray dẫn và con trượt để di chuyển mà chỉ cần kéo dây đai qua buli.
vTrục Z
Trục Z cũng sẽ dùng động cơ step motor nhưng để cho trục có thể di chuyển lên xuống thì động cơ sẽ kéo trục qua vít me và trục dẫn hướng.
IV. Hệ thống làm mát tuần hoàn
Hệ thống làm mát là một trong những bộ phận quan trọng nhất, giúp cho máy được hoạt động ổn định hơn dù phải làm việc với công suất cao. Cấu tạo của hệ thống làm mát bao gồm: Bơm xả – bơm nhồi, gương phản xạ, đầu cắt và các thấu kính hội tụ.
- Đầu cắt
- Đầu Laser CO2 là bộ phận không thể thiếu của máy cắt khắc Laser CO2.
- Đầu cắt Laser được làm từ chất liệu nhôm sơn tĩnh điện, chống mài mòn.
- Đầu cắt được gia công CNC chính xác, kết hợp vòi phun hỗ trợ không khí gắn kèm giúp đường cắt, khắc vật liệu sắc nét.
* Một vài thông số kỹ thuật về đầu cắt laser CO2:
- Đường kính ống kính: 20mm.
- Độ dài tiêu cự: 50.8/101.6mm.
- Chất liệu: Nhôm.
- Màu sắc: Đen.
- Lắp được thấu kính hội tụ 12mm và 20mm.
- Lắp được gương đường kính 20mm.
- Chế độ làm mát: nước làm mát.
- Công suất đầu ra: 40 – 100w.
Sức mạnh: 50/60/70/80/90/100w.
Hình 2. 23 Đầu cắt laser CO2
* Chức năng của ốc điều chỉnh trên đầu cắt:
1. Chỉnh tia lệch về bên phía trái so với tâm kính.
2. Chỉnh tia lệch về bên trên góc phải so với tâm kính.
3. Chỉnh tia lệch về bên dưới góc trái so với tâm kính.
4. Chỉnh độ cao của đầu cắt so với bàn cắt.
- Thấu kính:
- Thấu kính được chọn phù hợp với đầu cắt, có các thông số sau:
- Đường kính thấu kính: Ø 20mm
- Tiêu cự thấu kính: F50.8
- Vật liệu: ZnSe nhập khẩu
- Bước sóng: 10.6µm
- Độ dày: 2mm
Hình 2. 24 Thấu kính hội tụ laser
- Gá đỡ thấu kính
Bộ gá đỡ bao gồm: 2 gá cho gương phản xạ và 1 gá vừa có gương phản xạ vừa cho thấu kính hội tụ (1 giá đỡ ở lắp ở đầu ống phóng laser CO2, gá đỡ thứ 2 lắp ở trục X và gá đỡ thứ 3 là đầu ra của chùm tia laser). Kích thước của gá đỡ tương ứng với từng loại kích thước của gương và thấu kính. Bộ gá đỡ thấu kính có thông số kỹ thuật dựa trên thông số của đầu cắt.
- Bộ linh kiện gá đỡ đảm bảo cố định chính xác gương và thấu kính trên máy khắc laser CO2, đồng thời tia chùm tia laser đi qua đúng tâm của thấu kính.
- Kết cấu cơ khí chính xác.
- Vật liệu bằng nhôm nên rất nhẹ => Chuyển động các trục nhanh và chính xác.
- Thiết kế đảm bảo chùm tia laser đi vào vị trí tối ưu nhất của gương phản xạ và thấu kính.
- Đầu ra của chùm tia laser cho phép điều chỉnh tiêu cự trong quá trình sử dụng.
Sản phẩm rất bền và có tuổi thọ cao.
Gá đỡ thấu kính 1:
Có các thông số kỹ thuật như sau:
- Chất liệu: Nhôm.
- Màu sắc: Đen.
Lắp được thấu kính hội tụ 12mm và 20mm.
- Lắp được gương đường kính 20mm.
- Gá đỡ có thể tùy chỉnh thay đổi theo phương Z.
- Điều chỉnh tia bằng cách vặn ốc trên gá đỡ.
* Chức năng của ốc điều chỉnh trên gá đỡ thấu kính 1:
1. Chỉnh tia lệch về bên phía phải so với tâm kính.
2. Chỉnh tia lệch về bên dưới góc trái so với tâm kính.
3. Chỉnh tia lệch về bên trên góc phải so với tâm kính.
4. Chỉnh độ cao của gá đỡ thấu kính 1.
* Gá đỡ thấu kính 2:
- Thông số kỹ thuật tương tự với gá đỡ thấu kính 1.
- Gá đỡ có thể tùy chỉnh thay đổi theo phương X.
- Điều chỉnh tia bằng cách vặn ốc trên gá đỡ.
Chức năng của ốc điều chỉnh trên gá đỡ thấu kính 2:
1. Chỉnh tia lệch về bên phía phải so với tâm kính.
2. Chỉnh tia lệch về bên dưới góc trái so với tâm kính.
3. Chỉnh tia lệch về bên trên góc phải so với tâm kính.
4. Điều chỉnh phương X của thấu kính.
- Hệ thống làm mát ống phóng
Để làm mát cho ống phóng trong quá trình làm việc cần một hệ thống tuần hoàn nước bên trong ống phóng. Phương án được chúng em dùng là chiller làm mát, cụ thể hơn là dòng chiller có tên sản phẩm CW-3000.
Hình 2. 27 Chiller CW-3000
* Đặc điểm của chiller CW-3000:
– Máy làm mát nước tản nhiệt nhỏ
– Với lưu lượng nước hoàn chỉnh và chức năng cảnh báo nhiệt độ cao
– Bộ tản nhiệt làm mát bằng khí nén
– CW-3000 Máy làm lạnh nước bằng laser thích hợp cho các thiết bị làm mát nước nhỏ
– Cung cấp điều kiện làm việc ổn định cho các thiết bị laser
– Khả năng tản nhiệt cao và không dễ bị tắc nghẽn.
– Công suất 50W/ độ C tức chiller tăng lên 1 độ thì sẽ có 50W nhiệt đưa ra khỏi thiết bị cần làm mát
Hình 2. 28 Cấu tạo Chiller CW-3000
1. Vùng hiển thị nhiệt độ.
2. Chỉ báo báo động hệ thống: báo động khi nhiệt độ quá cao.
3. Chỉ báo chạy: báo hiệu máy đang hoạt động.
4. Công tắc khởi động máy.
5. Tản nhiệt.
6. Tay cầm.
7. Đầu ra tính hiệu báo động.
8. Ổ cắm điện (có cầu chì).
9. Đầu nước ra.
10. Đầu nước vào.
11. Quạt tản nhiệt.
12. Thông số máy.
13. Mã tra sản phẩm.
14. Đầu xả nước ra ngoài để thay nước cho chiller.
* Chú ý: Nước dùng để thay cho chiller là nước sạch, nước tinh khiết tốt nhất là nước cất.
- Máy thổi khí cho đầu cắt
Nhiệm vụ của tia laser là làm nóng chảy vật liệu, sau đó khí thổi từ mỏ cắt sẽ thổi bay phần kim loại nóng chảy để tạo thành đường cắt. Khí này gọi là khí phụ trợ hay còn gọi là khí cắt. Máy thổi khí mà chúng em lựa chọn là:
* Máy thổi khí Resun ACO-008:
– Nhãn hiệu: RESUN
– Model: ACO-008
– Nguồn: 220V/50Hz
– Công suất:120 W
– Lưu lượng khí: 110 L/ Phút
– Áp suất : 0,032 Mpa
Hình 2. 29 Máy thổi khí Resun ACO-008
V. Hệ thống hút bụi
* Khi sử dụng máy cắt laser mùi hôi, nồng độ cao, khói đen và bụi là thứ không thể tránh khỏi. Hệ thống hút bụi của máy giúp xử lý, hút những khí thải độc hại trong quá trình gia công, giúp bảo vệ sức khỏe mọi người xung quanh. Giải pháp chúng em đưa ra là dùng quạt hút con sò mini để hút trong quá trình gia công.
* Các thông số kỹ thuật:
- Kích thước: 16.5 cm x 10 cm x 21 cm ( dài x rộng x cao ).
- Điện áp: 220V – 50Hz.
- Dòng diện: 0.4 A.
- Tốc độ: 2.200 vòng / phút.
- Lưu lượng: 200 m3/h – 250 m3/h.
- Cột áp: 280Pa.
- Độ ồn: < 62 Db.
- Chất liệu: Thép đen sơn phủ tĩnh điện.
- Trọng lượng: 2kg.
- Công suất: 85W.
Hình 2. 30 Quạt hút con sò mini
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
I. Chọn các thiết bị cho mạch điện
Mạch điện dược thiết kế bao gồm các thiết bị như sau: CB nguồn (3), nguồn tổ ong (4), driver (5), relay (1), dominal (2), mạch điều khiển (6).
Hình 3. 1 Layout bảng điện
- Chọn CB
vKhái niệm: CB hay còn gọi là cầu dao theo cách nghĩ thân thuộc là một thiết bị đóng cắt dòng điện bất bình thường hoặc gặp các sự cố. Cầu dao được thiết kế với mục đích thiết thực nhất là dùng để đóng cắt hoặc mở mạch điện, bảo vệ mạch điện khi có sự cố tránh gặp trường hợp hư hỏng
vCách tính toán và chọn CB:
Để tính được thông số kỹ thuật phù hợp khi chọn CB tổng cần áp dụng công thức :
I = P / U
Trong đó:
- P là công suất tiêu thụ của rất nhiều thiết bị điện (W)
- U là hiệu điện thế 220V Trong trường hợp dây dẫn tót thì R = 0
- I là chỉ số để chọn CB tổng cho chính sác và an toàn (A)
* Dựa vào công thức trên ta có:
Công suất ống phóng: 80W
Công suất nguồn phóng: 100W
Công suất chiller CW-3000: giả sử nhiệt độ là 39 độ, nhiệt độ khi mở chiller là 31 thì công suất của chiller là: (39-31) × 50 = 400 W
Công suất máy thổi khí: 120W
Công suất quạt hút: 85W
U = 220V
* Áp dụng công thức ta được:
I = ƩP / U = 80+100+400+85+120+85 / 220 = 3,9 (A)
Mà khi tính chọn CB để an toàn phải nhân thêm 1,5 lần
Suy ra: 3,9 × 1,5 = 5,9 (A)
Kết luận: theo như kết quả tính toán ta có thể chọn loại CB 2P có chỉ số 10A để đảm bảo an toàn cho mạch điện và người sử dụng trong quá trình máy laser hoạt động.
- Chọn Driver
Cách chọn driver là dựa vào động cơ đã chọn trước đó từ đó chọn ra loại driver phù hợp để điều khiển động cơ. Động cơ mà chúng em chọn dùng cho mô hình là động cơ bước 42, 2 pha và driver tương thích với thông số của hệ thống truyền động có thể điều khiển động cơ mượt mà, trơn tru chính là Driver DM542.
vKhái niệm của Driver DM542:
- Driver DM542 chuyên dùng để điều khiển các loại động cơ bước 2 pha 42 57 86 (Step motor 2 pha). Vẫn có thể dùng cho loại động cơ Step 86 nhưng phải đảm bảo điều kiện dòng điện không được vượt quá 4.2A (các loại động cơ bước 86 này có chiều dài không quá 100mm). Khi điều khiển động cơ bước ở tốc độ thấp không bị rung và ít tiếng ồn.
- Được sử dụng rất nhiều cho các loại máy khắc laser, CNC mini, máy khắc laser, máy in 3D, các loại máy phun tự động và các hê thống sản xuất tự động khác. Sử dụng cho giao dục – đào tạo, nghiên cứu…..
Hình 3. 2 Driver DM542
Bảng thông số kỹ thuật:
Bảng cài đặt làm việc:
Bảng cài đặt vi bước:
- Nguồn tổ ong
- Nguồn tổ ong 24V 15A là bộ nguồn với thiết kế vỏ ngoài bằng kim loại với những ke tản nhiệt được thiết kế hợp lý giúp cho tuổi thọ của Nguồn tổ ong 24V 15A lên đến 20.000h.
- Nguồn tổ ong thường được dùng trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tránh trường hợp dòng ảnh hưởng tới mạch, sụt áp. – Bộ nguồn này có các công dụng nổi bật như chỉnh lưu, biến tần, nắn dòng,… nhằm làm dòng điện, điện áp, tần số dao động ổn định.
vCác thông số kỹ thuật:
- Điện áp đầu vào: 110 – 220VAC chỉnh bằng công tắc gạt
- Công suất: 360W
- Dòng đầu ra tối đa: 15A
- Nhiệt độ làm việc: -10 ~ 60 độ C
- Kích thước: 215x115x50mm
- Mục đích: nguồn tổ ong 24V 15A có nhiệm vụ cung cấp điện để nuôi driver DM542 và relay.
- Chọn Relay
vKhái niệm: Relay trung gian hay còn gọi là relay kiếng được thiết kế với khả năng hoạt động dựa trên cơ chế chuyển đổi trạng thái hoạt động bằng điện trong hệ thống tủ bảng điện dùng trong công nghiệp hoặc dân dụng.
vThông số kỹ thuật:
- Tên sản phẩm: Relay trung gian 8 chân
- Mã sản phẩm ( Model / Code / Part No. ): MY2N-GS 24VDC
- Điện áp: 24 VDC
- Loại: 8 chân dẹp, có đèn
- Thương hiệu: OMRCIT
- Số lượng: 4
- Tiếp điểm: DPDT 5A
- Kiểulắp đặt: Bắt vít, chân cắm, chân hàn
- Tiêu chuẩn: ROHS, UL, CSA, IEC, VDE
- Trọng lượng:100g
- Relay có coil: 24V.dc
- Các tiếp điểm có sức chịu tải lên đến 10A.
Hình 3. 3 Relay trung gian 8 chân 24V
- Domino
* Có nhiều khách hàng không biết cầu đấu điện là tên gọi của thiết bị gì, với các gia đình thì thường được gọi là domino điện còn trong công nghiệp các kỹ thuật thường gọi là cầu đấu dây điện. Đây là một thiết bị dùng để kết nối dây điện đến các thiết bị điều khiển hoặc các thiết bị động lực. Do dây điện có đường kính nằm trong khoảng 0.3 – 1mm. Nên chúng em chọn domino có thông số như sau:
- Điện áp tối đa : 600V
- Dòng tải tối đa : 15A
- Đường kính dây hỗ trợ : 1.5mm (15A)
- Số chân nối : 12P.
Hình 3. 4 Domino 12P
II. Bảng nút nhấn điều khiển
Ngoài bảng điện thì còn một bảng nút nhấn điều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống.
- Bảng nút nhấn
Bảng nút nhấn bao gồm có 5 nút: 1 nút nhấn giữ có đèn, 3 nút nhấn giữ không đèn, 1 nút nhấn khẩn cấp và có 1 công tắc xoay, 3 công tắc hành trình, 1 jack cắm 4 chân.
vNút nhấn giữ có đèn 220V nút nhấn tủ điện LA38:
- Mã sản phẩm: LA 38
- Màu sắc: Xanh lá
- Số tiếp điểm: 1NC (tiếp điểm thường đóng), 1NO (tiếp điểm thường mở) - Điện áp cách điện Ui: 415V
- Dòng điện nhiệt tới hạn max: 10A
- Điện áp hoạt động: 660V
- Điện trở tiếp xúc: ≤50mΩ
- Tuổi thọ đóng ngắt điện: 1x10⁵
- Tuổi thọ đóng ngắt cơ khí: 1x
- Nhiệt độ làm việc: -5ºC ÷ 50ºC
- Độ ẩm làm việc: 45% ÷ 90%
Hình 3. 5 Nút nhấn giữ có đèn
* Chức năng: nút nhấn giữ có đèn dùng bật/tắt nguồn cho máy cắt laser (POWER), mục đích chọn loại nút nhấn giữ có đèn để nhận khi nhấn nếu đèn sáng là máy đang có điện.
vNút nhấn giữ có đèn 220V nút nhấn tủ điện LA38 – 11:
- Mã sản phẩm: LA38 – 11
- Điện áp tải Max: 440V
- Dòng điện tải max: 10A
- Màu sắc: xanh lá.
- Tiếp điểm: 1NO+1NC
- Kích thước: 66x 36x 29mm
- Khối lượng: 50g
- Số lượng: 3
* Chức năng: 3 nút nhấn giữ không đèn dùng để điều khiển bật/ tắt chiller làm mát (CHILLER), quạt hút bụi (QUẠT HÚT), máy thổi khí đầu cắt (BƠM KHÍ).
Hình 3. 6 Nút nhấn giữ không đèn
vNút nhấn khẩn cấp:
- Nút nhấn dừng khẩn cấp hay còn gọi là Emergency Stop Button, hay Emergency Stop là loại nút nhấn được sử dụng dừng máy trong các trường hợp khẩn cấp. Nhờ thiết kế đầu nút lớn trong trường hợp khẩn cấp có thể tác động dễ dàng
-
|
Hình 3. 7 Nút nhấn khẩn cấp |
Nút nhấn dừng khẩn cấp LA38-11ZS
- Mã sản phẩm: LA38-11ZS
- Điện áp chạy qua : 440V
- Hãng sản xuất: BERM
- Dòng : 10A
- Tiếp điểm bạc dày, chất lượng tốt.
vCông tắc xoay:
Công tắc xoay Ø22, tay nắm ngắn: 3 vị trí-tự nhả, 2N/O
* Chức năng: công tắc có công dụng bật/tắc nguồn ống phóng.
vThông số kỹ thuật:
Mã sản phẩm: XA2ED53
Dòng xa2
Loại sản phẩm chuyển mạch 3 vị trí
Type tự trả về từ 2 bên
Vị trí 3 vị trí
Kích thước phi 22
Tiếp điểm 2no
Loại đèn không đèn
Điện áp đèn –
Chất liệu nhựa
Cấp độ bảo vệ ip54
Độ bền cơ học 300.000 chu kỳ
Nhiệt độ hoạt động -25-55°c
Nhiệt độ lưu trữ -40-70°c
Khối lượng 54g
Hình 3. 8 Công tắc xoay
- Công tắc hành trình:
- Công tắc hành trình 15A250V có bánh lăn V-156-1C25 - D3H15(KB6H2)
- Công tắc hành trình 15A250V có bánh lăn V-156-1C25 - Module :V 156 1C25 - Điện áp định mức : 250V - Dòng max : 15A
vChức năng:
- Giới hạn hành trình giúp cho đầu cắt di chuyển không đi quá hành trành của trục X,Y,Z.
- Giúp xác định vị trí cài đặt giá trị X0,Y0,Z0 cho máy laser.
Hình 3. 9 Công tắc hành trình
- Jack cắm 4 chân:
* Chức năng: là đầu nối cho máy thổi khí, chiller làm mát và quạt hút bụi giúp cho dây gọn gàng, thẩm mỹ hơn.
vThông số kỹ thuật:
- Dòng định mức: 5A, 10A, 5A~60A.
- Vật liệu: Hộp kim nhôm, chống oxy hóa,
- IP: 55, 67 jack cắm chống nước, sử dụng ngoài trời, không lo về nước.
- Tiếp điểm:
|
Hình 3. 10 Jack 4 chân |
Nối dây: Kiểu hàn, domino.
CHƯƠNG 4
MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH MÁY CẮT LASER
Hiện nay có nhiều phương án cho mạch trung tâm điều khiển hệ thống như: dùng mạch mach 3, mạch arduino, mạch chuyên dụng cho máy laser...
- Mạch MACH3
- Giới thiệu mạch MACH3
Mach3 là phần mềm của hãng ArtSoft, ban đầu được thiết kế dành cho những người chế tạo máy cnc tại nhà theo sở thích nhưng đã nhanh chóng trở thành phần mềm điều khiển linh hoạt trong công nghiệp.
Hình 4. 1 Mạch MACH3
2. Các tính năng cơ bản và ưu nhược điểm
2.1. Các tính năng cơ bản:
- Biến một máy tính cá nhân PC thành một bộ điều khiển máy CNC 6 trục với đầy đủ các tính năng.
- Cho phép import trực tiếp các file dxf, bmp, jpg và hpgl thông qua phần mềm LazyCam.
- Hiển thị G-code trực quan.
- Tạo ra G-code thông qua LazyCam hoặc Wizards.
- Giao diện có thể tùy biến hoàn toàn theo ý thích người sử dụng.
- Tùy biến M-code và Macro bằng cách sử dụng VBscript.
- Điều khiển được tốc độ trục chính (Spindle).
- Điều khiển được nhiều rơle đóng-cắt.
- Có khả năng tạo ra xung điều khiển tốc độ động cơ bằng tay.
- Hiển thị video khi máy chạy.
- Có khả năng dùng được với màn hình cảm ứng.
- Giao diện phần mềm có khả năng hiển thị ra toàn màn hình bất kỳ đang sử dụng.
2.2. Ưu điểm
Mach3 là chức năng của nó đa dạng, giao diện đẹp và dễ sử dụng. Mô phỏng quá trình làm việc rất rõ ràng. Khai báo các thông số của hệ thống dễ dàng. Lập trình theo hướng mở rộng liện kết với các Script VB. Tùy quan niệm từng người, riêng mình thấy Mach3 có lợi thế là tiết kiện được chi phí đáng kể (Nếu giải quyết được 3 vấn đề trên thì Mach3 là lựa chọn tốt cho các dạng CNC tự chế, lên đời máy CNC).
2.3. Nhược điểm
- I/O hạn chế ( Nếu dùng cùng lúc 2 cổng LTP thì giải quyết được phần nào) => dùng cho một hệ thống lớn cần nhiều tín hiệu I/O thì phải dùng kỹ thuật ModBus ( Ở nước ngoài thì có bán những Card này)
- Dùng tín hiệu Step/Dir chỉ thích hợp với hệ thống dùng Step Motor, còn những hệ thống dùng servo thì phải qua card chuyển đổi Step/Dir sang tín hiệu Analog 0-10V hoặc -10V, +10V nhằm tương thích với các driver servo.
- Mach3 điều khiển theo dạng vòng hở nên khi ứng dụng trong các hệ thống đòi hỏi độ chính xác cao thì lại phải thiết kế theo dạng vòng kín.
- Điều khiển bằng mạch ARDUINO UNO R3.
- Khái niệm
Arduino Uno R3 là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc. Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau. Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…Dựa trên nền tảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây dựng cho mình một dự án nhanh nhất.
Hình 4. 2 Mạch ARDUINO UN R3
- Ứng dụng
Arduino Uno R3 là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip atmega328 được phát triển bởi Arduino.cc. Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau. Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…Dựa trên nền tảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây dựng cho mình một dự án nhanh nhất.
- Ưu nhược điểm của mạch arduino
3.1. Ưu điểm
- Môi trường phát triển đơn giản, rõ ràng
- Giá thành rẻ
- Đa nền tảng
- Phần mềm mã nguồn mở và dễ dàng mở rộng
3.2. Nhược điểm
- Ngõ ra hạn chế
- Tuổi thọ ngắn
- Độ bền kém
- Bộ điều khiển RDC6332M
Bộ điều khiển RDC6332M bao gồm:boar RDC6332M và bảng điều khiển.
- Boar RDC6332M
Hệ thống RDC6332M là một hệ thống thế hệ mới để điều khiển khắc và cắt laser, được phát triển bởi RD Co., Ltd. Hệ thống này có độ ổn định phần cứng cao, điện trở điện áp cao hoặc khả năng chống tĩnh điện và màn hình người-máy 320 * 240 TFT thân thiện dựa trên Linux. Hệ thống này được cung cấp chức năng phần mềm mạnh mẽ hơn bao gồm chức năng điều khiển chuyển động 3 trục hoàn hảo, lưu trữ tệp dung lượng lớn, các chữ số có thể điều chỉnh hai kênh, giao diện điều khiển công suất laser tương tự, trình điều khiển USB có khả năng tương thích mạnh hơn, điều khiển IO chung / đặc biệt đa kênh và hệ thống thời gian tích hợp để mã hóa phần cứng và hệ thống này có thể giao tiếp với PC bằng USB2.0 hoặc Ethernet.
Hình 4. 3 Boar điều khiển RDC6332M
- Chức năng của bảng điều khiển
Hình 4. 4 Bảng điều khiển
- Phím "Đặt lại" : Đặt lại toàn bộ hệ thống.
- Khóa "Nguồn gốc" : Đặt điểm định vị.
- Phím "laser" : Ống laser để phát ra.
- Khóa "Khung" : Để theo dõi theo khung của tệp hiện tại.
- Khóa "Tệp" : Việc quản lý bộ nhớ và các tệp đĩa U.
- Phím "Tốc độ" : Đặt tốc độ của lớp đang chạy hiện tại.
- Phím "Công suất tối đa": Đặt công suất laser tối đa của lớp đang chạy hiện tại hoặc đặt
- sức mạnh của phím "Laser".
- Phím "Công suất tối thiểu": Đặt công suất laser tối thiểu của lớp đang chạy hiện tại.
- "Dừng" Chìa khóa : Để dừng công việc.
- Phím "Bắt đầu / Tạm dừng" : Để bắt đầu hoặc tạm dừng công việc;
- Phím "X +/-": Để di chuyển trục X hoặc con trỏ trái / phải;
- Các phím "Y +/-": Để di chuyển trục Y hoặc con trỏ lên / xuống;
- Phím "Z +/-": Để di chuyển trục Z hoặc thay đổi các trang tham số;
- Chìa khóa "HOME" :Cho các trục đã chọn đặt lại về nguồn gốc.
- Phím "Menu" : Đặt tham số hệ thống.
- Khóa "Chẩn đoán" :Chẩn đoán hệ thống, chẳng hạn như trạng thái giới hạn, nước
- bảo vệ, v.v.
- Khóa "Esc" : Để dừng hoạt động hoặc menu tắt máy.
- l Khóa "Nhập" : Xác thực thay đổi.
- Phím "số" :Đến thiết lập các tham số một cách nhanh chóng.
- Phím "chấm" :Đến thiết lập các tham số một cách nhanh chóng.
- Phím "CL" :Đến sửa đổi thông số.
- Đặc điểm kỹ thuật
- Tín hiệu điều khiển laser kỹ thuật số, đầu ra vi sai, mức TTL, khả năng truyền động 20mA.
- Tần số PWM 2,5K ~ 100K có thể điều chỉnh, chu kỳ nhiệm vụ PWM 1% ~ 99% có thể điều chỉnh.
- Tín hiệu điều khiển laser tương tự 0 ~ 5V tự động điều chỉnh sau, mức TTL, khả năng truyền động 20mA tần số xung điều khiển động cơ lên đến 400KHZ.
- Tốc độ truyền tối đa của USB là 12M, khoảng cách xa nhất là 5 mét.
- Độ chính xác nội suy mẫu tuyến tính / tròn / B + / – 0,5 xung.
- Đầu ra cổng OC cách ly quang phổ 4 chiều, khả năng truyền động tối đa 300mA.
- Đầu vào cách ly quang đa năng 4 chiều, mức TTL.
- Kiểm soát mã hóa hệ thống trên bo mạch, lưu trữ tham số trên bo mạch và dung lượng lưu trữ tệp lên tới 256M
- Hệ thống điều khiển cắt hỗn hợp RDC6332M là một tập hợp các hệ thống cắt hỗn hợp được RuiDa Technology phát triển đặc biệt dựa trên hệ thống điều khiển RDC6332M trưởng thành, kết hợp với công nghệ xử lý tấm kim loại và cắt phi kim loại. Dựa trên bộ điều khiển này, nó có thể thực hiện cắt kim loại và cắt phi kim loại.
- Chức năng
- Kiểm soát mã hóa hệ thống tích hợp, lưu trữ tham số tích hợp và dung lượng lưu trữ tệp tối đa là 256M.
- Hỗ trợ chức năng khắc đổi mới khi tắt nguồn.
- Chức năng sao chép đĩa U nhanh và siêu tương thích.
- Màn hình khởi động có thể tùy chỉnh, chương trình nhân bộ điều khiển có thể nâng cấp từ xa.
- Giao diện điều khiển laser kỹ thuật số/analog hai chiều.
- Giao diện điều khiển laser RF chuyên dụng.
- Điều khiển vòng đóng/mở động cơ bước/servo lên đến 4 trục.
- Bảo vệ tọa độ giới hạn mềm/cứng tùy chọn.
- Hỗ trợ các hàm nội suy tuyến tính, cung tròn và mẫu B.
vKết luận: Từ những yêu cầu đề tài chúng em lựa chọn dùng bộ điều khiển RDC6332M chuyên dụng cho cắt khắc laser.
- Sơ đồ mạch điều khiển
- Qui trình hoạt động
* Qui trình để cắt ra một sản phẩm gồm những bước sau:
B1: Cắm dây nguồn è bật CB ènhấn nút POWER trên bảng điều khiển để cấp nguồn cho mạch điện.
B2: Nhập hình và điều chỉnh các thông số như tốc độ cắt, lửa cắt mong muốn từ phần mềm RD WORKS V8 vào boar điều khiển RDC6332M.
B3: Chọn file hình muốn cắt trên bảng điều khiển.
B4: Nhấn nút CHILLER để làm mát cho ống phóng.
B5: Nhấn nút QUẠT HÚT và BƠM KHÍ để chuẩn bị cắt
B6: Đặt phôi cắt lên khổ cắt và set vị trí ZERO trên bảng điều khiển.
B7: Gạt công tắc LASER POWER sang phải để bật nguồn cắt và bắt đầu quá trình cắt.
B8: Tắt nguồn phóng và kiểm tra sản phẩm cắt.
CHƯƠNG 5
HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM RD WORKS V8
Bộ điều khiển RDC6332G dùng một phần mềm riêng để điều khiển.
- Giới thiệu phần mềm RD WORKS V8
RUIDA RDWorks là một phần mềm được sử dụng để điều khiển các máy khắc và cắt laser. Phần mềm này cung cấp cho người dùng giao diện người dùng đồ họa để tạo, chỉnh sửa và thực hiện các công việc cắt và khắc laser. Nó tương thích với nhiều định dạng vector bao gồm DXF, AI, PLT và DST.
RDWorks cho phép người dùng nhập hình ảnh và đồ họa, sau đó áp dụng nhiều công cụ khác nhau như ánh xạ màu, quản lý lớp và chỉnh sửa văn bản vào thiết kế. Phần mềm này cũng cung cấp cho người dùng khả năng kiểm soát công suất, tốc độ và tần số laser để đạt được các kết quả khác nhau.
Ngoài khả năng thiết kế, RDWorks còn bao gồm các tính năng để quản lý công việc như khả năng xem trước công việc trước khi thực hiện, đặt ưu tiên công việc và điều chỉnh tiêu điểm laser.
Hệ thống RDWork v8 hỗ trợ các định dạng sau: Định dạng vectơ DXF , AI,PLT, DST, DSB và các định dạng liên quan. Định dạng bitmap: BMP, jpg, gif, png, mng và các định dạng liên quan. Cần có ứng dụng RDWork v8/LaserWorks v8 để chạy trên Windows XP, Windows 7, Windows 8/8.1 và Windows 10.
Hình 5. 1 Phần mềm RDWORKS V8
- Hướng dẫn sử dụng RDWORKS V8
RDWorks là phần mềm cắt và khắc laser miễn phí, tương thích với nhiều loại máy laser. Phần mềm cung cấp giao diện thân thiện với người dùng để thiết kế và kiểm soát quy trình cắt laser. Một số tính năng của RDWorks bao gồm hỗ trợ hình ảnh vector và raster, nhiều điều khiển công suất và tốc độ, khả năng xem trước đường cắt trước khi gửi công việc đến máy laser và hỗ trợ nhiều định dạng tệp. Phần mềm này cũng bao gồm một hướng dẫn cung cấp các hướng dẫn chi tiết về cách sử dụng phần mềm một cách hiệu quả.
- Giao diện chính của phần mềm RDWORKS
Hình 5. 2 Giao diện chính của phần mềm RDWORKS
- Những chức năng thông dụng của phần mềm RDWORKS
1/ Các lệnh vẽ đường thẳng (line), đường tròn (ellipse), hình vuông ( rectangle), viết chữ (text).
2/ Bảng màu dùng chọn màu cho các lớp
3/ Khổ cắt phần giới hạn của bản vẽ
4/ Chức năng preview xem bản vẽ trước khi xuất file
5/ Download dùng để chuyển file sang boar RDC sau khi hoàn thành bản vẽ
Hình 5. 3 Chức năng cơ bản
- Những thao tác tạo ra bản vẽ cắt và khắc
Hình 5. 4 Các chức năng tạo bản vẽ
1/ Hình vuông, hình chữ nhật được tạo bằng lệnh rectangle hoặc line
2/ Chữ viết được tạo bằng lệnh text
3/ Hình tròn, hình elip được tạo bằng lệnh ellipse
4/ Bảng thông số tốc độ, lửa cắt/khắc, số lần lặp lại của 1 lớp
5/ Danh sách các lớp được tạo trong 1 bảng vẽ
6/ Chỉnh sửa kích thước hình theo phương x và phương y
- Chỉnh sửa thông số cắt cho các lớp
Chỉnh sửa thông số cắt của các lớp bằng cách nháy đúp chuột trái vào lớp muốn chỉnh sửa
Các thông số chính:
1/ Thông số lớp
2/ Thông số tốc độ
3/ Chế độ cắt, khắc, đục lỗ
4/ Công suất thấp nhất
5/ Công suất cao nhất
Hình 5. 5 Thông số lớp cắt
- Cài đặt thông số khổ cắt
Để cài đặt thông số khổ cắt ta chọn Config -> System Setting
Các thông số cần cài đặt
Page width : Cài đặt khổ cắt theo chiều dài
Page hight : Cài đặt khổ cắt theo chiều dài
Homing position : Chọn vị trí gốc tọa dộ x:0, y:0
Laser head : Cài đặt vị trí đầu cắt
Hình 5. 6 Thông số khổ cắt
- Kết nối với các phần mềm khác
Ngoài việc chúng ta có thể tạo bản vẽ trên phần mềm RDWorks, phần mềm còn hỗ trợ sử dụng các file từ các phần mềm thông dụng như Autocad, CorelX,... với đuôi DXF
Để mở file từ các phần mềm khác ta vào File -> Import và chọn file DXF đã được tạo sẵn từ phần mềm khác.
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
I. Đánh giá kết quả đạt được
Đồ án đã đạt được những yêu cầu đề tài như:
- Khung máy được gia công với độ chính xác tương đối.
- Gia công hoàn toàn tự động theo yêu cầu.
- Cắt được sản phẩm với độ chính xác xấp sỉ 0.5mm và cắt tối thiểu mica 5mm.
- Mạch điều khiển với boar RDC6332M và phần mềm RDWORK V8 hoạt động vô cùng ổn định.
- Chức năng autohome, nhớ vị trí định vị trên máy.
- Máy còn có thể khắc đúng và đẹp biên dạng được yêu cầu trên các vật liệu phi kim, vỏ trái cây.
- Máy làm việc êm, ít tiếng ồn và khói bụi.
* Một số sản phẩm:
Chúng em đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo tương đối thành công khi tạo ra một công cụ thiết thực. Nhờ ứng dụng những gì đã học ở trường mà chúng em có thể tạo thành một thành phẩm cụ thể, phục vụ cho sản xuất và cuộc sống. Đồng thời nhờ nền tảng được tiếp cận với các phần mềm thiết kế, các kĩ năng qua những buổi học đã giúp chúng em có thể tư duy áp dụng vào thiết kế và chế tạo máy.
II. Những hạn chế và phương hướng khắc phục
Trong quá trình thiết kế và chế tạo do hạn chế về mặt kinh phí và tay nghề còn nhiều hạn chế. Vì vậy, đồ án vẫn còn một số vấn đề chưa được giải quyết:
- Do không đủ kinh nghiệm và kinh phí để sử dụng vật liệu tốt nhất cho việc chế tạo nên hệ truyền động, hệ trục tọa độ của máy vẫn chỉ mang tính tương đối chưa đạt được độ chính xác tuyệt đối.
- Một hạn chế trên mô hình có thể xảy ra là sau thời gian sử dụng lâu ngày sẽ có hiện tượng lệch tia từ ống phóng đi ra mà thấu kính không hứng được tia. Nguyên nhân do phần cơ khí chưa chính xác mà chỉ tương đối, đồng thời có thể là do tác động từ bên ngoài lên hệ máy.
Phương án khắc phục:
- Để khắc phục có thể thay thế hệ truyền động dây đai thành ray dẫn cho trục Y.
- Gia công phần cơ khí cứng vững và chính các hơn.
III. Hướng phát triển
- Thiết kế hoàn thiện thêm phần cơ khí chẳng hạn thay hệ tọa độ Y bằng ray dẫn. - Hệ máy có thể thuê gia công chính xác nhằm tạo ra độ chính xác tuyệt đối, thay thế gá đỡ thấu kính và thấu kính sau thời gian dài sử dụng máy.
- Thay đổi bộ ống phóng và nguồn phóng có công suất cao hơn để có thể cắt nhiều vật liệu hơn, độ dày lớn hơn tạo ra tính công nghiệp và phục vụ cho thực tiễn tốt hơn.
QUI ĐỊNH KHI SỬ DỤNG MÔ HÌNH MÁY CẮT LASER
- Chỉ khi cắt mới bật công tắc LASER POWER (nguồn phóng laser).
- Trước khi cắt cần nhấn PULSE trên bảng điều khiển để test tia xem tia có bị lệch hay không.
- Để đảm bảo cắt sản phẩm không quá phạm vi phôi cắt, trước lúc cắt phải nhấn FRAME cho máy chạy không tải.
- Khi chuẩn bị cắt phải nhấn CHILLER để làm mát cho ống phóng.
- Khi bắt đầu cắt phải nhấn nút BƠM KHÍ cho đầu cắt tránh tia laser đốt phôi cắt.
- Khi cắt sản phẩm phải bật QUẠT HÚT để hút khói bụi được tạo ra trong quá trình cắt.
- Trong quá trình cắt phải đóng nắp máy cắt để đảm bảo an toàn và tối ưu hút khói bụi.
- Khi bắt đầu cắt, tay phải luôn đặt trên nút nhấn khẩn cấp (EMS) nếu có xảy ra sai sót thì nhấn nút để ngắt dòng điện ngay đảm bảo an toàn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- https://vietducmetal.vn/may-cat-laser-co2-la-gi-cau-tao-nguyen-ly-lam-viec-ung-dung/
- https://namson.com.vn/may-cat-laser-co2-la-gi-uu-nhuoc-diem-cua-may-cat-laser-khi-co2/
- https://minhmotor.com/dong-co-buoc.html
- https://cuahangvattu.com/products/driver-dm542-dieu-khien-dong-co-buoc-42-57.html
- https://chotroihn.vn/nut-nhan-de-nha-co-den-la38
- https://maykhac.com.vn/chiller-cw-3000.html
- http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi
- https://www.ruidacontroller.com/rdc6332m/
- https://www.dientuquangsang.com/products/relay-trung-gian-24v-8-chan-de
- https://ductuong.com.vn/product/cong-tac-xoay-o22-tay-nam-ngan-3-vi-tri-tu-nha-2n-o/
