THIẾT KẾ MÁY CẮT LASER FIBER CNC 3015

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Ngày nay công nghệ CNC và ứng dụng công nghệ Laser Fiber ngày càng phổ biến trong công nghiệp. Đồ án “Thiết kế máy cắt Laser Fiber CNC 3015” giúp phần nào hiểu được những ứng dụng của công nghệ CNC và Laser Fiber trong sản xuất công nghiệp; đồng thời củng cố thêm kiến thức chuyên ngành cũng như áp dụng những kiến thức đã học vào trong thực tế. Máy cắt Laser Fiber CNC 3015 là một trong những thành phần rất quan trọng đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế. Các nhà máy trong khu công nghiệp được hình thành với nhiều thiết bị, máy móc hiện đại trong đó có máy cắt Laser Fiber để đáp ứng với nhu cầu sản xuất tạo ra năng xuất cao hơn trong quá trình sản xuất. Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật nhất là ngành điện tử học điều khiển công nghệ vi xử lý đã tạo điều kiện cho việc điểu khiển trở nên thuận tiện hơn song cũng đặt ra vấn đề là phải nghiên cứu hoàn thiện các hệ điều khiển đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thực tế cuộc sống và phù hợp xu thế phát triển khoa học công nghệ. Đồ án Thiết kế máy cắt Laser Fiber CNC 3015 bằng việc thiết kế mô hình máy cắt CNC sử dụng công nghệ Laser Fiber với nhiệm vụ chính là làm cho vật liệu nóng chảy, sau đó khí từ mỏ mắt sẽ thổi bay kim loại nòng chảy để tạo thành những đường cắt như mong muốn; phần khí này được gọi là khí cắt (khí phụ trợ).

Với tham vọng tìm hiểu, học hỏi những điểm mới trong công nghệ nên em mạnh dạng đăng ký đề tài “Thiết kế máy cắt Laser Fiber CNC 3015” mong rằng sẽ có một phần nào đó nắm bắt được những công nghệ hay và hữu ích trong thời đại số hiện nay.

Tên đề tài:

Thiết kế máy cắt Laser Fiber CNC 3015

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Công suất đầu Laser Fiber: 1500W

- Phạm vi làm việc: 3000x1500 mm

- Phần mềm CNC Nesting software: CypCut

- Chế độ Laser: Đa chế độ

3. Nội dung chính của đồ án:

Nội dung chính của đồ án gồm có 5 chương:

- Chương 1: Các vấn đề chung về máy cắt Laser Fiber CNC và đặt điểm
kinh tế - kỹ thuật.

- Chương 2: Cơ sở thuyết kế và thông số kỹ thuật

- Chương 3: Thiết kế hệ thống truyền động cho máy

- Chương 4: Tính toán, thiết kế động lực học

- Chương 5: Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết

4. Các sản phẩm dự kiến

- Mô hình 3D máy cắt Laser Fiber CNC 3015 và mô phỏng chuyển động trên phần mềm Autodesk Inventor Professional.

- Một số bản vẽ 2D thiết kế máy.

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊNI HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI nói ĐẦU.. i

CAM ĐOAN.. ii

MỤC LỤC.. iii

DANH SÁCH BẢNG, HÌNH VẼ. vi

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT. ix

MỞ DẦU.. 1

CHƯƠNG 1     CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY CẮT LASER FIBER CNC VÀ ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT.. 4

1.1. Kim loại tấm, ống kim loại và các phương pháp gia công. 4

1.1.1. Kim loại tấm.. 4

1.1.2. Một số phương pháp gia công kim loại tấm.. 5

1.1.2.1. Cắt gọt kim loại truyền thống. 5

1.1.2.2. Phương pháp đột lỗ, đột dập. 6

1.1.2.3. Cắt kim loại tấm bằng phương pháp oxy-gas. 7

1.1.2.4. Cắt kim loại tấm bằng phương pháp plasma. 8

1.1.2.5. Cắt kim loại tấm bằng phương pháp laser9

1.1.2.6. Cắt kim loại tấm bằng phương pháp tia nước. 10

1.1.3. Ống kim loại11

1.1.4. Một số phương pháp gia công ống kim loại phổ biến hiện nay. 11

1.1.4.1. Phương pháp gia công ống kim loại bằng plasma. 11

1.1.4.2. Phương pháp gia công ống kim loại bằng oxy-gas. 12

1.1.4.3. Phương pháp gia công ống kim loại bằng laser12

1.2. Các vấn đề chung về máy laser CNC.. 13

1.2.1. Quá trình phát triển. 13

1.2.2. Cắt và khắc laser13

1.2.3. Vấn đề chung. 13

1.2.3.1. Thuật ngữ Laser và đặc tính của chùm tia Laser13

1.2.3.2. Máy cắt Laser Fiber là gì?. 14

1.2.3.3. Máy cắt Laser Fiber dùng loại khí nào?. 15

1.2.3.4. Ứng dụng của máy cắt Laser Fiber CNC.. 15

1.2.4. So sánh sơ bộ. 16

1.2.4.1. So sánh máy Laser CNC và máy cắt Plasma CNC.. 16

1.2.4.2. So sánh máy cắt Laser CO2 và máy cắt Laser Fiber16

1.3. Thực trạng máy Laser CNC tại Việt Nam.. 17

1.4. Đặc điểm kinh tế - kỹ thuật17

CHƯƠNG 2     CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT.. 19

2.1. Cơ sở thiết kế. 19

2.1.1. Đặc điểm nổi bậc. 19

2.1.2. Thông số kỹ thuật20

2.1.3. Cấu trúc hệ thống chính của máy. 20

2.1.4. Thành phần cấu tạo. 21

2.2. Thông số kỹ thuật chính của máy. 25

CHƯƠNG 3     THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHO MÁY.. 26

3.1. Sơ lược về bộ truyền bánh răng và đai răng. 26

3.1.1. Sơ lược về bộ truyền bánh răng. 26

3.1.1.1. Khái niệm chung. 26

3.1.1.2. Phân loại bánh răng. 26

3.1.2. Sơ lược về bộ truyền bánh răng đai răng. 31

3.1.2.1. Đặc điểm bộ truyền. 31

3.1.2.2. Kết cấu bộ truyền. 34

3.2. Bộ truyền động bánh răng thanh răng. 36

3.2.1. Sơ lược về bộ truyền bánh răng thanh răng. 37

3.2.2. Đặc điểm cơ cấu và nguyên lý hoạt động. 38

3.2.3. Tính toán, thiết kế bánh răng thanh răng. 40

CHƯƠNG 4     TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC.. 42

4.1. Đầu phóng Raytool – 1500W... 42

4.2. Nguồn cắt Laser Fiber IPG 1500W... 44

4.3. ACServoMotor. 47

4.3.1. AC Servo Motor là gì?. 47

4.3.2. Cấu tạo của động cơ Servo AC.. 47

4.3.3. Nguyên lý hoạt động AC Servo Motor50

4.3.4. Ứng dụng của động cơ Servo. 51

4.3.5. Một số loại động cơ servo phổ biến hiện nay. 52

4.3.6. Cách chọn công suất động cơ servo và loại driver servo. 52

4.4. Taiwan Hiwin linear guide rail54

4.4.1. Thông tin chung. 54

4.4.2. Một số sản phẩm dẫn hướng tuyến tính HIWIN.. 55

4.4.3. Tải cơ bản của dẫn hướng tuyến tính. 59

4.4.3.1. Tải tĩnh cơ bản. 59

4.4.3.2. Tải động cơ bản. 60

4.4.4. Tính toán, thiết kế dẫn hướng tuyến tính. 60

4.4.4.1. Tuổi thọ sử dụng. 60

4.4.4.2. Tuổi thọ danh nghĩa. 60

4.4.4.3. Tính toán tuổi thọ danh nghĩa. 60

4.4.4.4. Các yếu tố của tuổi thọ bình thường. 61

4.4.4.5. Tính toán tuổi thọ sử dụng. 62

4.4.4.6. Tính toán tải62

4.5. Khung bàn máy, hệ thống hút khói bụi và bôi trơn. 64

4.5.1. Khung bàn máy – yếu tố quyết định đến sai số vận hành theo thời gian. 64

4.5.2. Hệ thống hút khói bụi66

4.5.2.1. Quạt hút máy Laser66

4.5.2.2. Thiết kế hệ thống hút66

4.5.3. Bôi trơn. 68

4.6. Phần mềm CypCut cho máy cắt Laser Fiber. 68

CHƯƠNG 5     THIẾT KẾ QUY TRÌNH  CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT   70

5.1. Phân tích chi tiết cần gia công. 70

5.1.1. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết70

5.1.2. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết70

5.1.3. Chọn phương pháp chế tạo phôi70

5.1.4. Tính công nghệ của chi tiết71

5.2. Lập tiến trình công nghệ. 72

5.3. Thiết kế nguyên công. 74

5.3.1. Lập sơ đồ gá đặt74

5.4. Tính toán chế độ cắt79

5.4.1. Tính chế độ cắt khi tiện thô mặt trụ số 5 đạt Ø30 và đạt cấp 4, Rz =40. 79

5.4.2. Tính chế độ căt cho các nguyên công còn lại81

5.5. Tính toán thời gian gia công cơ bản. 83

5.5.1. Nguyên công 1. 83

5.5.2. Nguyên công 2. 84

5.5.3. Nguyên công 3. 84

5.5.4. Nguyên công 4. 86

5.5.5. Nguyên công 5. 86

Kết luận.. 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 88

DANH SÁCH BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật máy cơ sở. 20

Bảng 2.2: Cấu trúc hệ thống chính của máy cơ sở. 20

Bảng 2.3: Đặc điểm kỹ thuật của nguồn căt Laser 1000W Raycus. 24

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chính của máy. 25

Bảng 3.1: Các thông số của bộ truyền đai32

Bảng 3.2: Hệ số tải . 40

Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật nguồn cắt Laser Fiber IPG 1500W... 45

Bảng 4.2: Thông số cắt IPG 1500W... 46

Bảng 4.3: Một số sản phẩm dẫn hướng tuyến tính HIWIN.. 56

Bảng 4.4: Hệ số an toàn tĩnh – Dẫn hướng tuyến tính HIWIN.. 60

Bảng 4.5: Hệ số tải - Dẫn hướng tuyến tính HIWIN.. 62

Bảng 4.6: Tải trên một khối (Load on one block)63

Bảng 4.7: Tải trọng với lực quán tính. 64

Bảng 5.1: Hàm lượng các nguyên tố của thép C45. 70

Bảng 5.2: Thông số chế độ cắt khi tiện thô mặt trụ số 5 đạt Ø30 và đạt cấp 4, Rz =40. 81

Bảng 5.3: Thông số chế độ cắt của nguyên công 1. 81

Bảng 5.4: Thông số chế độ cắt của nguyên công 2. 82

Bảng 5.5: Thông số chế độ cắt của nguyên công 3. 82

Bảng 5.6: Thông số chế độ cắt của nguyên công 4. 82

Bảng 5.7: Thông số chế độ cắt của nguyên công 5. 83

Bảng 5.8: Chú thích mốt số ký hiệu trong tính toán thời gian gia công cơ bản. 83

...................................................................................................................

Hình 1.1: Kim loại tấm điển hình. 4

Hình 1.2: Cắt gọt kim loại truyền thống. 5

Hình 1.3: Đột, dập chi tiết6

Hình 1.4: Cắt kim loại tấm bằng phương pháp Oxy-gas. 7

Hình 1.5: Cắt kim loại tấm bằng phương pháp Plasma. 8

Hình 1.6: Cắt kim loại tấm bằng phương pháp Laser9

Hình 1.7: Cắt kim loại tấm bằng phương pháp tia nước. 10

Hình 1.8: Ống kim loại11

Hình 1.9: Gia công ống kim loại điển hình. 11

Hình 1.10: Gia công ống kim loại bằng phương pháp Laser12

Hình 1.11: Laser sự khếch đại ánh sáng. 14

Hình 1.12: Máy cắt Laser Fiber14

Hình 2.1: Máy cắt CNC Fiber Laser MEV – 3015F. 19

Hình 2.2: Bộ điều khiển mỏ cắt Laser22

Hình 2.3: Đầu cắt Laser Auto focus. 22

Hình 2.4: Thanh răng, thanh ray và Ac servo Motor Yaskawa, hộp số. 23

Hình 2.6: Thanh dẫn hướng vuông. 23

Hình 2.5: Hệ thống bôi trơn tự động. 23

Hình 2.7: Tủ điện điều khiển. 23

Hình 2.8: Nguồn cắt Laser Raycus. 24

Hình 2.9: Khung, dầm máy CNC.. 25

Hình 3.1: Bộ truyền bánh răng. 26

Hình 3.2: Bánh răng thẳng. 27

Hình 3.3: Bánh răng nghiêng. 27

Hình 3.4: Bánh răng chữ V.. 27

Hình 3.5: Bánh răng thẳng côn. 28

Hình 3.6: Bánh răng côn nghiêng. 28

Hình 3.7: Bánh vít – trục vít29

Hình 3.8: Thanh răng. 29

Hình 3.9: Bánh răng ăn khớp trong. 30

Hình 3.10: Bánh răng ăn khớp ngoài30

Hình 3.11: Bộ truyền bánh răng – đai răng. 31

Hình 3.12: Mô tả ăn khớp của đai răng. 31

Hình 3.13: Mô hình ứng suất trong chân răng. 33

Hình 3.14: Các thông số của đai răng. 33

Hình 3.15: Kết cấu dây đai33

Hình 3.16: Cách bố trí các sợi cốt và hướng xoắn của sợi34

Hình 3.17: Hệ thống bánh răng thanh răng. 36

Hình 3.18: Bánh răng trong bộ truyền động thanh răng bánh răng. 37

Hình 3.19: Bánh răng thanh răng- có mối liên hệ mật thiết với nhau. 38

Hình 3.20: Cơ cấu bánh răng thanh răng. 39

Hình 3.21: Nguyên lý hoạt động. 40

Hình 4.1: Đầu phóng Raytool – 1500W... 42

Hình 4.2: Mỏ cắt laser chỉnh tiêu cự tự động của hãng Raytools – Thụy Sỹ. 43

Hình 4.3: Raytool trang bị bép vành đôi44

Hình 4.4: Nguồn Fiber Laser  của IPG.. 44

Hình 4.5: AC Servo Motor47

Hình 4.6: Cấu tạo của động cơ Servo AC.. 47

Hình 4.7: Bộ điều khiển của động cơ Servo AC.. 49

Hình 4.8: Bộ khếch đại Servo. 50

Hình 4.9: Taiwan Hiwwin linear guide rail54

Hình 4.10: Bàn máy. 64

Hình 4.11: Quạt hút máy Laser66

Hình 4.12: Bố trí cửa hút khói bụi67

Hình 4.13: Khay thu hồi sản phẩm/phế liệu. 67

Hình 4.14: Bôi trơn tự động. 68

Hình 4.15: CypCut Laser Cutting System.. 68

Hình 4.16: Quy trình sử dụng Cypcut69

Hình 5.1: Tính công nghệ của chi tiết71

Hình 5.2: Tính công nghệ của gia công. 72

Hình 5.3: Nguyên công 1. 75

Hình 5.4: Nguyên công 2. 76

Hình 5.5: Nguyên công 3. 77

Hình 5.6: Nguyên công 4. 77

Hình 5.7: Nguyên công 5. 78

Hình 5.8: Nguyên công 6. 78

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT TẮT:

LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích).

CNC: Computer Numerical Control (Điều khiển số bằng máy tính)

2D: 2-Dimension (2 chiều) - Thiết kế 2D là quá trình tạo ra các hình ảnh phẳng hay hình ảnh 2 chiều cho các ứng dụng như kỹ thuật điện, bản vẽ cơ khí, kiến trúc, trò chơi, video,...

3D: 3-Dimension (3 chiều) - Kỹ thuật 3-D mà người ta vẫn sử dụng một cách phổ biến hiện nay thường đi liền với khái niệm “đồ họa 3D” - tức là những hình ảnh được dựng nên một cách sống động như thật với sự trợ giúp của các phần mềm đồ họa vi tính.

MỞ DẦU

I. Mục đích thực hiện đề tài

Đề tài được cho gia đời nhằm mục đích giúp sinh viên có điều kiện tiếp cận nhiều hơn với máy CNC, công nghệ Laser.

Đề tài cũng còn là cơ hội cho người nghiên cứu tiếp xúc và hiểu rỏ hơn về máy CNC, có diệp tổng hợp lại một số kiến thức được học trong những năm qua.

Việc nghiên cứu còn là cơ sở giúp cải tiến khả năng công nghệ của một số máy truyền thống hay phục hồi, sửa chửa một số máy CNC cũ nhằm tiết kiệm chi phí cho quá trình sản xuất.

Về lâu dài đề tài còn là tài liệu tham khảo cho các sinh viên chuyên ngành chế tạo máy, là cơ sở cho việc phát triển các đề tài sau này.

II. Mục tiêu thực hiện đề tài

Hiện nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển, thế giới cũng đang trãi qua cuộc khủng hoảng kinh tế trầm trọng đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến nền công nghiệp toàn cầu. Chính vì thế, việc ứng dụng các kỹ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo ra những sản phẩm có năng suất, chất lượng cao, giá thành thấp ngày càng trở nên cấp thiết, dặt biệt đối với những nước đang phát triển.

Thị trường ngày càng xuất hiện nhiều chủng loại và mẫu mã hàng hóa, thay đổi thường xuyên. Để giải quyết những yêu cầu về sự đa dạng này giải pháp máy CNC là phù hợp.

Ở Việt Nam, máy CNC đã được đưa vào sử dụng ở các xí nghiệp dân sự và quốc phòng nhưng chưa phổ biến. Gần đây, phong trào chế tạo máy CNC (Homemake) đang được nhiều bạn sinh viên cũng như kỹ sư quan tâm, tuy nhiên vẫn còn gặp rất nhiều hạn chế. Do đó, để cập nhật được kiến thức về máy CNC, đồng thời giúp cho sinh viên hiểu hơn về máy CNC chính là mục đích ra đời của đề tài “Thiết kế máy cắt Laser Fiber CNC 3015”.

Sự ra đời của đề tài còn là do sự ham thích tìm hiểu về máy CNC, sự say mê tìm hiểu cách thức hoạt động, các cơ cấu bộ phận của máy CNC và đây cũng là cơ hội để người nghiên cứu ôn lại các kiến thức tổng quát đã được học về công nghệ Chế tạo máy.

III. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Vì điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị và thời gian còn hạn chế nên em chỉ tập trung tính toán, thiết kế và mô phỏng thành một máy cắt Laser Fber CNC cơ bản, còn rất nhiều vấn đề khác cần phải hoàn thiện thêm.

Kiến thức còn hạn chế nên em gặp nhiều khó khăn trong việc tiếp cận và lĩnh hội thông tin về đề tài.

IV. Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Dựa vào các tài liệu để làm rỏ nhu cầu nghiên cứu, lý thuyết cho từng căng cứ khoa học như: sách, báo, tạp chí, internet để hiểu vào ứng dụng được lý thuyết vào nghiên cứu.

- Phương pháp thu thập, phân tích thông tin dữ liệu

Phương pháp này sử dụng nhằm tổng hợp thông tin từ các số liệu thứ cấp và sơ cấp từ các nguồn tin cậy; từ đó sử dụng để phân tích thực trạng ảnh hưởng của công nghệ CNC và Laser Fiber nhằm củng cố độ tin cậy và phản ảnh dể dàng, rõ nét hơn thực trạng nói trên.

- Phương pháp hỏi ý kiến chuyên gia

Trực tiếp trao đổi, tham khảo ý kiến của Quý Thầy Cô giáo trong và ngoài trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng nhằm có được những ý kiến gốp ý quý giá cho ý tưởng, cơ sở lý thuyết, mô phỏng để đưa đến sản phẩm dựa trên cơ sở lý thuyết được dựng sẵn, được ứng dụng vận hành trong thực tiễn.

• Kỹ thuật nghiên cứu

- Kỹ thuật thực nghiệm

Thiết kế, mô phỏng sản phẩm trên phần mềm

- Kỹ thuật xử lý thông tin và dữ liệu:

+ Thông tin tư liệu: Tổng quan tài liệu, một số khái niệm, cơ sở lý thuyết có liên quan đến việc xây dựng sản phẩm.

+ Thông tin định tính: Phân loại thông tin để thực hiện các chức năng cần thiết của sản phẩm, tối ưu sản phẩm.

+ Thông tin định lượng: Tổng hợp số liệu thu thập được từ đó đánh giá mức độ hoàn thiện sản phẩm.

V. Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp

Ngoài phần mở đầu và kết luận, bài báo cáo này gồm có 5 chương:

- Chương 1: Các vấn đề chung về máy cắt Laser Fiber CNC và đặt điểm
kinh tế - kỹ thuật.

- Chương 2: Cơ sở thuyết kế và thông số kỹ thuật

- Chương 3: Thiết kế hệ thống truyền động cho máy

- Chương 4: Tính toán, thiết kế động lực học

- Chương 5: Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết

VI.  

CHƯƠNG 1                  
CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY CẮT LASER FIBER CNC VÀ ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT

1.1. Kim loại tấm, ống kim loại và các phương pháp gia công

1.1.1. Kim loại tấm

Hình 1.1: Kim loại tấm điển hình

Kim loại tấm là gì?

Kim loại tấm là một trong những hình thức cơ bản của kim loại thường được sử dụng trong gia công cơ khí. Chúng là các tấm kim loại phẳng, mỏng có hình dạng chữ nhật hoặc hình vuông. Được sử dụng để làm nguyên vật liệu chế tạo linh kiện, bộ phận của máy móc, thiết bị, dụng cụ gia dụng hoặc đồ trang trí…

Vì được hình thành từ kim loại thông qua quy trình sản xuất công nghiệp, nên kim loại tấm mang đầy đủ các tính chất giống như kim loại cấu thành nên nó về độ cứng, độ dẻo, tính chịu lực, chịu nhiệt… Độ dày của tấm có thể thay đổi đáng kể. Tấm cực mỏng (độ dày dưới 1mm) được gọi là thép lá, inox lá hoặc lá kim loại. Các tấm dày hơn được gọi là sắt tấm, thép tấm, tấm inox…

v Gia công kim loại tấm là gì?

Gia công kim loại tấm là một thuật ngữ rộng. Đề cập đến các quá trình gia công khác nhau như: cắt laser, đột dập, chấn gấp… để biến đổi hình dáng ban đầu của tấm kim loại thành các sản phẩm hoặc chi tiết có cấu trúc theo mong muốn. Nó còn có một tên gọi khác là chế tạo kim loại tấm.

Ngày nay việc gia công, chế tạo kim loại tấm được thực hiện hầu hết bằng máy móc CNC hiện đại. Vì thế gia công kim loại tấm có thể định nghĩa là phương pháp sử dụng các máy móc gia công chuyên dụng để làm biến đổi hình dạng tấm kim loại theo hình dáng và kích thước mong muốn. Các máy móc chuyên dụng có thể đến như: máy chấn CNC, máy cắt laser CNC, máy đột, máy hàn laser… Việc sử dụng máy nào còn phụ thuộc vào các phương pháp gia công sản phẩm mong muốn.

1.1.2. Một số phương pháp gia công kim loại tấm

1.1.2.1. Cắt gọt kim loại truyền thống

Đây là phương pháp sử dụng những lưỡi dao có độ cứng rất cao để cắt vật liệu cần gia công. Phương pháp này có hạn chế là chỉ gia công được các kim loại mềm như đồng, nhôm, sắt… Gia công bằng phương pháp này này khá đơn giản nhưng lại rất tốn thời gian. Các thao tác cắt thủ công và thực hiện rất phức tạp nên độ chính xác chưa cao.

Với sự ra đời của các loại vật liệu mới, cứng cáp hơn thì công nghệ cắt gọt kim loại truyền thống khó có thể đáp ứng được chất lượng và yêu cầu kỹ thuật đặt ra.

1.1.2.2.

Hình 1.2: Cắt gọt kim loại truyền thống

Phương pháp đột lỗ, đột dập

Hình 1.3: Đột, dập chi tiết

Phương pháp đột dập kim loại tấm là quá trình sử dụng áp lực lớn tác động lên tấm kim loại để làm biến dạng một phần hoặc hoàn toàn bề mặt tạo ra nhiều chi tiết cùng một lúc.Đột lỗ kim loại tấm trên cơ bản hoạt động theo nguyên tắc đột dập CNC. Tuy nhiên, chức năng đột lỗ của máy đột dập là loại bỏ hoàn toàn phoi thừa trên tấm để tạo ra chi tiết có hình học lỗ theo yêu cầu. Nghĩa là, quy trình độ lỗ sử dụng bộ dao cụ cắt đứt kim loại chỉ trong một lần dập. Các hình dạng như lỗ tròn, lỗ vuông,…được tạo ra trong tấm kim loại và các đường viền bên ngoài được cắt bằng các nét đơn.

Máy đột dập CNC hoạt động đột lỗ giống như một cú đấm lỗ cho giấy. Cú đấm xuống của dao cụ có độ chính xác cao, các cạnh của cú đấm và khuôn di chuyển song song với nhau.

Quá trình đột lỗ tiến hành theo 4 giai đoạn:

- Dao cụ mang cú đấm có lực lớn chạm vào tấm kim loại được định vị trên bàn máy làm tấm biến dạng

- Tấm kim loại bị cắ, sức căng bên trong vật liệu lớn đến mức tấm vỡ dọc theo đường viền của vết cắt dao cụ tạo ra

- Các mảnh cắt ra gọi là sên đục lỗ - được đẩy xuống dưới nhằm tách rời hoàn toàn mảnh cắt bỏ đi trên bộ phận tấm gia công.

- Khi cú đấm di chuyển lên trên một lần nữa, nó có thể kéo các mảng cắt loại bỏ đi theo.

Quá trình đột lỗ liên tục lặp đi lặp lại như thế cho đến lúc kết thúc dập theo lập trình sẵn. Hầu hết các lỗ đột dập trên tấm kim loại gia công theo phương pháp đột dập CNC hiện đại đều có tỷ lệ cắt chính xác lên tới 100%.

1.1.2.3. Cắt kim loại tấm bằng phương pháp oxy-gas

Hình 1.4: Cắt kim loại tấm bằng phương pháp Oxy-gas

Đây là phương pháp gia công thép đầu tiên khi ngành thép ra đời, thời điểm này người ta thường dùng phương pháp này để cắt các tấm thép thường ( Thép có thành phần chính là sắt Fe và một lượng Cacbon (C), từ 0,02% đến 2,14% tính theo trọng lượng). Đây là một phương pháp cắt sắt thép truyền thống đơn giản và hiệu quả với chi phí rẻ. Không cần đầu tư nhiều, mọi người có thể dễ dàng sở hữu những máy móc cần thiết cho việc cắt kim loại theo cách này.

Mỏ cắt chuyên dụng bằng oxy-gas có khả năng cắt những tấm kim loại rất dày. Tùy theo độ dày của tấm kim loại mà ta cần điều chỉnh van khí Oxy nhiều hay ít. Thép dày từ 1000mm, thậm chí lên đến 1500mm đều có thể cắt bằng phương pháp này.

Với phôi có độ dày thích hợp, khi cắt bằng Oxy – gas, sản phẩm cắt cho bề mặt cắt đẹp, nhẵn, cạnh vuông, xỉ ít. Nhưng khi cắt các kim loại dày hơn thì bề mặt sẽ bị vát chéo. Kích thước càng lớn góc vát sẽ càng cao. Hiện tại, phương pháp cắt này thường được áp dụng với hợp kim sắt thấp và hợp kim carbon.

1.1.2.4. Cắt kim loại tấm bằng phương pháp plasma

Hình 1.5: Cắt kim loại tấm bằng phương pháp Plasma

Cắt thép tấm bằng phương pháp Plasma là một bước phát triển vượt bậc về công nghệ cắt kim loại, đây là công nghệ cắt vượt trội dành cho tấm thép thường với tốc độ cắt rất cao, cao hơn rất nhiều so với một số phương pháp khác.

Công nghệ cắt kim loại bằng tia Plasma là dùng chất khí để cắt những kim loại có khả năng dẫn điện. Các chất khí thường được sử dụng trong quá trình cắt Plasma là: không khí, oxy, nitơ… những loại khí này không dẫn điện ở trạng thái bình thường. Tuy nhiên, khi cung cấp cho chúng một năng lượng lớn đủ để ion hóa các nguyên tử khí thì chúng trở nên dẫn điện. Qúa trình oxy hóa xẩy ra cực mạnh và dòng khí được cung cấp năng lượng liên tục sẽ tạo ra dòng Plasma, hay còn gọi là tia Plasma. Tia Plasma được dẫn đến đầu cắt và có khả năng đánh thủng kim loại có độ dày khác nhau tùy thuộc vào nguồn cung cấp cũng như cấu tạo của máy cắt Plasma CNC.

Ưu điểm của công nghệ này là có thể dễ dàng cắt trên bề mặt kim loại đa dạng. Việc vận hành máy cắt cũng đơn giản, không cần nhiều công nghệ. Đặc biệt phương pháp cắt này rất tiết kiệm. Tiết kiệm hơn rất nhiều khi cần cắt các tấm kim loại với độ đày không quá 30mm.

Nhược điểm của phương pháp này là nó không thể cắt các vật không phải kim loại. So với công nghệ cắt laser, thì độ chính xác của phương pháp này cũng không cao bằng. Nó hay để lại vệt cắt, vết xỉ và độ vát cạnh đối với kim loại dày. Máy cắt plasma thì phải thường xuyên thay thế voi phun, điện cực, bép cắt sau một thời gian ngắn. Chính vì vậy mà phương pháp cắt plasma cũng cao hơn so với thông thường.

1.1.2.5.
Cắt kim loại tấm bằng phương pháp laser

Hình 1.6: Cắt kim loại tấm bằng phương pháp Laser

Dịch vụ cắt kim loại bằng laser dù xuất hiện chưa lâu. Nhưng nhanh chóng được đánh giá là phương pháp cắt kim loại tiên tiến bậc nhất hiện nay. Cơ chế cắt của máy là sử dụng tia laser để cắt, khắc lên bề mặt vật liệu. Khi hoạt động, máy cắt laser sẽ tạo ra chùm tia laser rất hẹp với sức cắt mãnh liệt. Chùm tia laser này tạo ra nguồn năng lượng lớn để cắt kim loại và những vật liệu khác theo đúng nhu cầu.

- Trong gia công cơ khí, máy cắt Laser có thể cắt thép có độ dày đến 31,75mm. Cắt tốt với độ dày từ  25,4mm trở xuống. Từ 25,4mm trẻ lên để có bề mặt cắt đẹp, mịn, không có xỉ cần đảm bảo đúng qui trình cắt, độ tinh khiết của khí gas, ống phun và chất lượng chùm tia.

- Phương pháp cắt kim loại này tạo ra chùm tia rất hẹp, mãnh liệt của ánh sáng gần vùng hồng ngoại theo một định hướng duy nhất để tạo ra năng lượng rất lớn để cắt kim loại và các vật liệu khác như nhựa, gỗ, kính…

- Bức xạ laser được tạo ra từ bộ nguồn laser. Bộ nguồn laser được tạo ra từ tinh thể laser hoặc khí đặt giữa hai gương cho phép cộng hưởng và định hướng chùm tia laser. Tia laser có tính đồng nhất và đẳng hướng cao với năng lượng rất cao có thể làm nóng chảy hoặc bay hơi vật liệu. Có 3 loại laser thường được sử dụng là khí CO2, tinh thể và Fiber. Mỗi loại laser đều có những điểm nổi bật và ứng dụng cho từng loại vật liệu khác nhau. Laser khí CO2 thích hợp để cắt phi kim, còn laser tinh thể và Laser Fiber dùng để đánh dấu và cắt kim loại.

- Công nghệ gia công cơ khí theo yêu cầu bằng Laser mang tới khả năng tự động hóa cao, đạt độ chính xác tuyệt đối, cắt được các bề mặt dày mỏng khác nhau, chi tiết cầu kỳ phức tạp, vết cắt gần như láng mịn, rất nhẵn, không bị răng cưa và rất sắt nét. Đặc biệt Laser Fiber có thể cắt được các kim loại màu như đồng nhôm… và Inox dễ dàng và đạt độ thẩm mỹ gần như tuyệt đối, điều mà cắt plasma và oxy-gas không làm được.

Với những ưu điểm trên, dễ hiểu khi máy CNC laser, đặc biệt là Laser Fiber có giá thành rất cao, dẫn tới chi phí đầu tư trang thiết bị khá lớn so với các công nghệ gia công còn lại. Bên cạnh đó công nghệ tiên tiến này đòi hỏi bảo trì khá phức tạp và khi cắt tia laser khá nguy hiểm, gây khó khăn trong quá trình gia công.

1.1.2.6.

Hình 1.7: Cắt kim loại tấm bằng phương pháp tia nước

Cắt kim loại tấm bằng phương pháp tia nước

Cắt bằng tia nước là một quá trình sử dụng áp lực tia nước ở áp xuất cực lớn để cắt các tấm kim loại. Phương pháp này còn được gọi là phương pháp gia công kim loại bằng thuỷ động lực học. Ưu điểm mạnh nhất của cắt bằng tia nước là không cần quá quan tâm đến chất liệu cắt. Do công nghệ này có thể cắt được mọi vật liệu. Đặc biệt, công nghệ cắt bằng tia nước sử dụng nước và hạt mài để cắt kim loại nên quá trình cắt sẽ không sản sinh ra nhiệt làm biến dạng vật liệu cắt.  Điều mà cắt bằng phương pháp Oxy – Gas, Plasma CNC hay kể cả phương pháp Laser không thể làm.

Cắt bằng tia nước cho bề mặt sản phẩm cắt rất đẹp. Lát cắt mịn và cực kỳ chính xác, chính xác hơn rất nhiều so với cắt Laser. Cắt bằng tia nước còn không bị giới hạn về độ dày cắt như Plasma và Laser. Nó có thể cắt tốt kim loại dày đến 203 mm. Với đường kính lỗ tròn nhỏ nhất có thể cắt là 1,5mm. Tuy nhiên thời gian cắt với độ dầy này tương đối lâu. Chi phí đầu tư ban đầu cũng rất lớn. Giá thành gia công cắt kim loại tấm khá cao. Chỉ phù hợp với các công ty lớn ở nước ngoài. Do đó nhu cầu sử dụng phương pháp này còn hạn chế.

1.1.3. Ống kim loại

v Ống kim loại là gì?

Hình 1.8: Ống kim loại

Ống kim loại, hay ống thép là một vật liệu phổ biến và quan trọng trong rất nhiều lĩnh vực như cơ khí, xây dựng, công nghiệp khác thác và chế biến, ngoài ra còn sử dụng ở các công trình giao thông, những công trình xã hội.

v Xu hướng gia công cắt ống kim loại hiện nay

Hình 1.9: Gia công ống kim loại điển hình

Hiện nay, thị trường gia công cơ khí đang nhộn nhịp hơn hẳn bởi nhu cầu gia công cắt ống hình tròn của rất nhiều doanh nghiệp. Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy ứng dụng của các mẫu cắt ống hình tròn trong nhiều lĩnh vực như: công nghiệp, xây dựng, cơ khí, kiến trúc, nội thất,..và cả các vật dụng sinh hoạt trong đời sống hằng ngày.

Đặc biệt, doanh nghiệp của bạn có thể tự do chọn lựa các vật liệu để gia công cắt ống hình tròn và phương pháp gia công phù hợp nhu cầu và túi tiền.

1.1.4. Một số phương pháp gia công ống kim loại phổ biến hiện nay

1.1.4.1. Phương pháp gia công ống kim loại bằng plasma

Cắt Plasma là phương pháp dùng dòng Plasma có nhiệt độ từ 11000 – 28000 độ C để cắt kim loại nhôm bằng cách làm cho nó nóng chảy cục bộ tại vị trí cần cắt, sau đó dùng áp lực của dòng khí để đẩy phần kim loại nóng chảy ra khỏi vị trí đó.

Gia công cắt Plasma có thể cắt Sắt, Thép, Inox và các kim loại khác ở các độ dày cắt khác nhau.

Phương pháp cắt Plasma có một nhược điểm là sau khi cắt xong chúng ta cần vệ sinh lại sản phẩm để có được đường cắt mịn màng và tinh xảo hơn.

1.1.4.2. Phương pháp gia công ống kim loại bằng oxy-gas

Gia công ống bằng Oxy-Gas là quá trình kim loại được cắt đứt bằng các phản ứng hóa học của Oxy với Oxide sắt ở nhiệt độ cao (nhiệt độ cần thiết được duy trì bằng ngọn lửa thu được từ quá trình đốt cháy của Gas và Oxy)

Tuy nhiên, phương pháp này chỉ có thể cắt được sắt carbon và hợp kim sắt thấp, có độ dày từ 8 – 500mm, tốc độ chậm nhất trong 3 loại. Chất lượng đường cắt đẹp và phẳng hơn cắt Plasma thường nhưng thua cắt Plasma độ phân giải cao và Laser CNC.

1.1.4.3. Phương pháp gia công ống kim loại bằng laser

Hình 1.10: Gia công ống kim loại bằng phương pháp Laser

Gia công cắt Laser trên kim loại là công nghệ cắt dựa trên nguyên lý hoạt động của chùm tia Laser. Máy chiếu Laser có năng lượng và độ sáng cao làm vật liệu bị cháy để lại cạnh cắt với chất lượng bề mặt nét, đường cắt đẹp và độ chính xác tuyệt đối. Với nguyên lý hoạt động tự động theo mẫu thiết kế, công nghệ cắt Laser giúp chúng ta cắt được bất cứ mẫu nào mong muốn, có thể cắt theo đường cong, cắt chi tiết nhỏ, chi tiết có độ phức tạp cao,..

Gia công CNC Laser có thể áp dụng được trên nhiều loại vật liệu như: cắt CNC Sắt, Inox, Đồng, Thép, Nhôm,..và trên hầu hết các vật liệu phi kim như Gỗ, Mica, Vải.

è Trong 3 phương pháp cắt ống kể trên, thì gia công cắt ống bằng Laser đã được hơn 90% các doanh nghiệp lựa chọn trong thời gian qua. Bởi vì nó chính là phương pháp tối ưu cả về thời gian, giá thành và chất lượng sản phẩm.

1.2. Các vấn đề chung về máy laser CNC

1.2.1. Quá trình phát triển

Các chùm tia laser được phát minh vào năm 1960 khi nhà vật lý Theodore Maiman sử dụng một tinh thể ruby tổng hợp để chế tạo ra chùm tia laser thẳng. Nhưng mãi đến năm 1963, kỹ sư điện Kumar Patel mới phát minh ra công nghệ cắt laser khí bằng CO₂ giúp quá trình cắt laser trở nên rẻ và hiệu quả hơn.

Những nỗ lực của Patel đã đưa ngành công nghiệp khai thác vào ứng dụng thực tế vào năm 1965: Cắt và khoan trong các mỏ kim cương. Sau này, vào năm 1967, nhờ Peter Houldcroft, người đã phát triển béc cắt laser hỗ trợ khí đầu tiên, có thể cắt một tấm thép dày 1 mm.

Theo sự phát triển của thời đại và khoa học kỹ thuật, công nghệ cắt trong quảng cáo và cơ khí ngày càng được hiện đại hơn. Mới nhất là các sản phẩm máy cắt Laser Fiber kim loại, đây là bước tiến dài trong việc chinh phục năng suất lao động, tăng tính thẩm mỹ và độ tinh xảo cho sản phẩm cũng như giúp hạ giá thành sản phẩm để có được nhiều đơn đặt hàng mang lại lợi nhuận cao hơn.

1.2.2. Cắt và khắc laser

Cắt laser và khắc là hai phương pháp sản xuất bù trừ cho nhau; quá trình bắt đầu với một vật thể rắn và chùm tia laser loại bỏ vật liệu để tạo thành sản phẩm cuối cùng. Tuy nhiên, có một sự khác biệt giữa cắt laser và khắc laser.

Cắt laser là một quá trình có độ chính xác cao, trong đó một chùm tia laser chiếu vào bề mặt vật liệu và làm nóng nó cho đến khi nó tan chảy hoặc bay hơi hoàn toàn và để lại vết cắt sạch.

Khắc laser là một quá trình rất giống với cắt laser, nhưng cường độ tia laser bị giảm xuống chỉ đánh dấu trên bề mặt vật liệu thay vì cắt xuyên suốt.

1.2.3. Vấn đề chung

1.2.3.1. Thuật ngữ Laser và đặc tính của chùm tia Laser

v Thuật ngữ Laser

LASER là từ viết tắt của cụm từ Tiếng Anh “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”. Định nghĩa về “LASER” ở đây được viết trong phạm vi ứng dụng của laser trong gia công vật liệu – đây cũng là công nghệ gia công vật liệu tiên tiến nhất hiện nay, nhưng trong khoa học thì laser có rất nhiều ứng dụng khác nhau trong khoa học, công nghệ quân sự, viễn thông, đo lường, y tế … nhờ những đặc điểm có một không hai của nó.

Hình 1.11: Laser sự khếch đại ánh sáng

LASER là sự khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích. Bức xạ laser được tạo ra từ bộ nguồn laser. Hai bộ nguồn laser hiện nay được sử dụng phổ biến là laser tinh thể và laser khí. Tinh thể laser hoặc khí được đặt giữa hai gương cho phép cộng hưởng và định hướng chùm tia laser. Một tỉ lệ xác định của chùm tia laser được truyền qua gương phản xạ bán toàn phần và nó có thể dùng để gia công vật liệu.

v Đặc tính của chùm chia Laser

Tia laser có tính đồng nhất và đẳng hướng cao. Do đó bằng thấu kính hội tụ, chùm tia laser với năng lượng rất cao có thể làm nóng chảy hoặc bay hơi vật liệu. Thêm vào đó việc sử dụng các hệ quang học (gương, thấu kính) phù hợp, tia laser có thể được định chiếu hoặc phản xạ mà không bị tổn thất năng lượng ngay cả với khoảng cách lớn. Tùy theo hệ gương bố trí chuyển động kiểu chạy bàn xy plotter, quét chùm tia galvo hay sợi quang kết hợp điều khiển bằng robot mà hình thành hệ thống laser.

1.2.3.2.

Hình 1.12: Máy cắt Laser Fiber

Máy cắt Laser Fiber là gì?

Trước khi tìm hiểu những thông tin cụ thể về chiếc máy khác này ta cần tìm hiểu sản phẩm này là gì? Máy cắt laser chính là loại máy CNC dùng tia laser với mục đích cắt các vật liệu theo một hình dạng mong muốn và cho độ chính xác cao. Cụ thể máy cắt sẽ bao gồm 02 phần chính là phần máy CNC để điều khiển mỏ cắt chạy theo bản vẽ cùng phần nguồn, mỏ cắt để cắt được vật liệu.

Sở dĩ cái tên Laser Fiber ra đời chính là thay vì phải tập trung vào những nguyên tố đất hiếm dạng khối thì họ đã phân tán trong sợi Fiber. Khi có ánh sáng chiếu vào sợi Fiber. Những nguyên tố đất hiếm này sẽ phát ra tia laser ngay ở bên trong sợi. Tiếp đó, dẫn đến mỏ cắt trực tiếp chứ không cần đến gương phản xạ. Như vậy chúng sẽ có khả năng chuyển đổi năng lượng tốt hơn.

1.2.3.3. Máy cắt Laser Fiber dùng loại khí nào?

Nhiệm vụ chính của các tia laser chính là làm cho vật liệu nóng chảy. Sau đó khí từ mỏ sắt sẽ thổi bay kim loại nóng chảy để tạo thành những đường cắt như mong muốn. Phần khí này được gọi là khí cắt hoặc là khí phụ trợ.

Vậy máy cắt thường sử dụng những loại khí nào là chính? Đó là 03 loại khí thông dụng nhất, khí CO2, N2 và khí nén. Tuy nhiên còn phải tùy vào vật liệu cần cắt cũng như yêu cầu về chất lượng thành phẩm để chọn loại khí phù hợp nhất.

- Khí O2: Thường dùng để cắt sắt. Do nhiệt độ cao khí oxy sẽ phản ứng với các thành phần carbon trong sắt. Giúp tăng nhiệt độ cao hơn nên bạn chỉ cần một áp suất nhỏ thôi cũng tạo nên đường cắt đẹp.

- Khí N2: Sử dụng để cắt inox cùng các kim loại không chứa carbon. Tuy nhiên để chất lượng đường cắt được đẹp nhất thì áp suất của N2 phải từ 17 – 20bar.

- Khí nén: Bạn nên sử dụng máy nén khí dạng cao cấp có áp suất từ 14 – 20bar để cắt inox và sắt chất lượng, tối thiểu chi phí.

1.2.3.4. Ứng dụng của máy cắt Laser Fiber CNC

Máy cắt Laser Fiber CNC được ứng dụng linh hoạt, rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Cụ thể:

- Ứng dụng trong cơ khí chế tạo máy: Giúp tạo nên những chi tiết máy có đường cắt chất lượng, độ chính xác cao. Đặc biệt có thể sử dụng ngay không cần qua các khâu xử lý khác để tiết kiệm chi phí.

- Ứng dụng trong thiết bị y tế: Giúp chế tạo ra những thiết bị bằng kim loại với những chi tiết tinh xảo, phức tạp.

- Ứng dụng trong ngành ô tô: Sử dụng máy cắt giúp cho các công việc trở nên dễ dàng hơn. Cắt những bộ phận nhỏ trong thiết kế xe ô tô một cách đơn giản nhất.

- Ứng dụng trong quảng cáo, trang trí nội ngoại thất: Bạn có thể bắt gặp ở bất cứ nơi đâu những sản phẩm mỹ thuật được trang trí bằng việc sử dụng máy cắt laser. Như làm biển bảng, lan can cầu thang, tranh CNC,…

1.2.4. So sánh sơ bộ

1.2.4.1.  So sánh máy Laser CNC và máy cắt Plasma CNC

Giá máy: Máy cắt laser cnc có chi phí đầu tư cao hơn so với máy cắt plasma cnc. Tuy nhiên cũng phải xem xét thêm những yếu tố khác bên dưới để bạn có thể hiểu và có quyết định mua máy cắt laser cnc hay không.

Vật liệu cắt: Máy cắt plasma cnc có thể cắt được tất cả các kim loại, kể cả những hợp kim có độ nóng chảy khác nhau.

Máy cắt laser cũng có thể cắt được hầu hết các kim loại, những kim loại có độ phản quang cao thì thường sử dụng máy cắt laser Fiber thay cho máycắt laser CO2.

Tốc độ cắt: Tốc độ cắt của máy cắt laser cnc trước đây có hạn chế hơn máy cắt plasma cnn, tuy nhiên qua quá trình phát triển thì tốc độ cắt của 2 loại máy này là tương đương nhau.

Chất lượng cắt: Chất lượng cắt của máy cắt laser cnc vượt trội hơn hẳn so với máy cắt plasma cnc. Vì vậy, nếu cần chất lượng đường cắt chính xác và tinh xảo thì nên sử dụng máy cắt laser cnc.

1.2.4.2. So sánh máy cắt Laser CO2 và máy cắt Laser Fiber

Giá máy: Máy cắt laser Fiber có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với máy cắt laser CO2, tuy nhiên sau khoảng 2 năm vận hành thì tính cả chi phí máy và chi phí vận hành, bảo dưỡng của 2 máy là ngang nhau do chi phí vận hành và bảo dưỡng của máy cắt laser CO2 cao hơn so với máy cắt laser Fiber.

Vật liệu cắt: Máy cắt laser CO2 cắt được hầu hết kim loại trừ các loại vật liệu có độ phản quang cao như đồng thau, nhôm... Máy cắt laser Fiber có thể cắt được tất cả các kim loại.

Tốc độ cắt: Tốc độ cắt của máy cắt laser Fiber đối với các tấm kim loại dưới 5mm và vật liệu có độ phản quang cao nhanh gấp 3 lần so với máy cắt laser CO2 và chất lượng đường cắt cũng tốt hơn nhiều. Vì vậy ở nhu cầu cắt kim loại từ 5mm trở xuống thì lựa chọn máy cắt laser Fiber là sự lựa chọn tuyệt vời. Tuy nhiên ở độ dày càng lớn thì chất lượng cắt và tốc độ cắt của máy cắt laser Fiber thấp hơn so với máy cắt laser CO2. Tuy nhiên, máy cắt laser Fiber cũng có thể cắt được những loại vật liệu có độ dày lớn.

Chất lượng cắt: Chất lượng cắt các loại vật liệu mỏng từ 5mm trở xuống của máy cắt laser Fiber vượt trội hơn hẳn so với máy cắt laser CO2, và đường cắt gần như hoàn hảo, rất mịn. Tuy nhiên, ở độ dày lớn thì máy cắt CO2 có thể sẽ phù hợp hơn.

1.3. Thực trạng máy Laser CNC tại Việt Nam

Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là rất xa lạ và ít người biết đến nó.

Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với nước ngoài như: dự án “Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển và chế tạo khuôn mẫu”. Lúc đó các công nghệ CNC như: máy phay CNC, máy tiện CNC, đo lường CNC,…lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên doanh với ngoài nước.

Hiện nay, nhiều nhà máy trong nước đã và đang có những dự án đầu tư các dây chuyền sản xuất với phần lớn thiết bị trong dây chuyền là các máy CNC.

Mặc dù, công nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong một thời gian ngắn nhưng có thể nói công nghệ này đã có một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc trong những năm tới đây công nghệ này sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xưởng nhà máy ở nước ta. Vì nó đem lại hiệu quả kinh tế rất cao. Đặc biệt trong điều kiện sản xuất hiện nay ở nước ta. Do vậy, việc đẩy mạnh ứng dụng công nghệ CNC là một nhu cầu cần thiết đối với các cơ sở sản xuất nói chung và ngành chế tạo máy nói riêng.

1.4. Đặc điểm kinh tế - kỹ thuật

Đặc điểm kinh tế kỹ thuật của ngành chi phối việc lựa chọn mức độ phát triển kinh doanh. Chẳng hạn, sản phẩm của ngành cơ khí thường có kết cấu phức tạp, thông qua việc phân tích những nhân tố ấy, cho phép tạo thành cơ sở khoa học để ra quyết định đa dạng hóa sản phẩm của doanh nghiệp cho phù hợp.

Việc tham gia các quan hệ liên kết kinh tế, tác động trực tiếp đến việc xác định phương hướng và nội dung phát triển công nghệ. Thông qua việc liên kết kinh tế, sẽ tạo điều kiện tăng khả năng của doanh nghiệp nhờ việc tranh thủ sự hổ trợ từ bên ngoài. Việc tăng khả năng này không chỉ là việc xác định các khâu yếu trong dây chuyền sản xuất, mà còn hổ trợ nhau về năng lực nghiêng cứu và phát triển đáp ứng kịp thời các nhu cầu phát sinh.

Trong thời đại hiện nay, công nghệ đang là mối quan tâm của tất cả các doanh nghiệp trong mọi lĩnh vực, công nghệ đang ngày càng trở nên không thể thiếu trong tiến trình phát triển của nhân loại; việc phân tích kinh tế - kỹ thuật đóng một vai trò hết sức quan trọng trong quá trình phát triển, cải tiến công nghệ.

CHƯƠNG 2                  
CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT

2.1. Cơ sở thiết kế

Hình 2.1: Máy cắt CNC Fiber Laser MEV – 3015F

Thiết kế dựa theo Máy cắt CNC Fiber Laser MEV – 3015F

2.1.1. Đặc điểm nổi bậc

Kết cấu máy được thiết kế với khả năng chống rung tốt nhất nên độ chính xác của sản phẩm rất cao.

Truyền động bánh răng, thanh răng nghiêng, động cơ servo và hộp số, tốc độ cao và chính xác.

Sử dụng Bộ điều khiển Cypcut chuyên dụng cho máy cắt CNC laser, dễ dàng vận hành, phầm mềm chạy ổn định. Việc thiết kế mới được thực hiện trên phần mềm vẽ CAD. Bộ điều khiển Cypcut đọc trực tiếp file autocad.

Máy được trang bị nguồn cắt laser fiber của hàng IPG, đầu cắt laser của hãng Raytools AG, giúp chất lượng cắt tuyệt vời và ổn định cao nhất.

Nổi bật hơn, nguồn cắt laser fiber có tốc cắt cao hơn 3 lần so với nguồn CO2 trước đây khi cắt vật liệu có độ dày nhỏ hơn 10mm. Và chi phí thấp hơn nhiều so với cắt laser CO2, khoảng hơn 1/3 lần. Điểm cải tiến hơn đáng quan tâm đó là không cần căn chỉnh hay bảo trì, bảo dưỡng nhiều như nguồn laser CO2.

Tuổi thọ của nguồn laser fiber là 100000 giờ (Tương đương 12 năm), đây là công nghệ cắt mới nhất trong tương lai gần.

Máy được trang bị đèn laser rất tiện lợi khi căn chỉnh tôn.

Máy được trang bị remote cho việc điều khiển từ xa dễ dàng.

2.1.2. Thông số kỹ thuật

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật máy cơ sở

Nguồn vào	3 pha 200VAC 50Hz ±10%
Công suất tiêu thụ	11 Kw
Phương pháp cắt	Laser fiber
Phạm vi cắt hữu ich	1500×3000 mm
Kích thước máy	4000x2300x1800 mm
Trọng lượng máy	2500 Kg
Chuyển động	Thanh răng, bánh răng nghiêng, động cơ servo và hộp số ( 03 trục X, Y,Z )
Số đầu cắt trên trục X	01 bộ
Phạm vi lên xuống đầu cắt:	100 mm
Tốc độ di chuyển	80 000 mm/phút
Nguồn cắt laser fiber	500W – Raycus
Độ chính xác	±0.03mm
Cấp độ bảo vệ	IP54
Bộ điều khiển CNC Laser	CYPCUT chuyên dụng, màn hình 22 inch
Cắt thép đen max	6 mm ( khí oxygen)
Cắt thép đen (đẹp)	5 mm (khí oxygen)
Cắt inox max	3 mm (khí nitrogen)
Cắt inox (đẹp):	2 mm (khí nitrogen)
Kiểu Bàn cắt (đỡ phôi)	Kiểu bàn đơn

2.1.3. Cấu trúc hệ thống chính của máy

Bảng 2.2: Cấu trúc hệ thống chính của máy cơ sở

	Mô tả hệ thống	Nhãn hiệu	Nhà sản xuất
1	Khung bệ máy
2	Bàn cắt đơn
3	Vỏ Tủ điện
4	Nguồn Fiber Laser	Raycus-500W	China
5	Đầu cắt laser	WSX auto focus
6	Điều hòa khí
7	Laser Chiller	S&A chiller
8	Hệ thống CNC	CW 6000Cypcut
9	Nâng hạ tự động THC	Cypcut
10	Mô tơ servo AC	Yaskawa	Taiwan
11	Thanh răng, bánh răng	APREX / ABBA	Taiwan
12	Hộp số chính xác	French motovario
13	Thanh trượt vuông	Hiwin	Taiwan
14	Van áp lực cao	SMC	Nhật bản
15	Phần mềm CNC Nesting software	Cypcut
16	Hệ thống khí, valve …	SMC	Nhật bản
17	Hệ thống điện, Relay…	Omron ,Schneider	Nhật/Pháp

2.1.4. Thành phần cấu tạo

v Bộ điều khiển CNC và Remote

Bộ điều khiển Cypcut màn hình 22 inch chuyên dụng cho máy cắt CNC laser fiber được ứng dụng rộng khắp, với số lượng người sử dụng lớn, bởi hiệu quả vượt trội mà nó mang lại lớn hơn rất nhiều so với lĩnh vực cắt laser YAG.

Đây cũng là bộ điều khiển CNC laser cao cấp nhất hiện tại, và dễ dàng sử dụng, vận hành.

v Bộ điều khiển độ cao mỏ cắt laser

Bộ điều khiển độ cao đầu cắt laser được thiết kế chuyên dụng cho máy cắt CNC laser, kiểm soát và tự động thay đổi độ cao đầu cắt laser theo chu trình vòng kín. Với hiệu suất làm việc cao

Tự động nâng hạ mỏ đầu cắt laser trong quá trình đục lỗ, quá trình cắt.

Hình 2.2: Bộ điều khiển mỏ cắt Laser

v Đầu cắt laser Auto focus

- Hãng: WSX Auto focus

- Giao diện: QBH

- Hiệu quả cắt cao

- Chất lượng cắt cực tốt.

...

Kết luận:

 Trong quá trình tính toán thiết kế máy, vì với thời gian có hạn, kiến thức chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tế còn ít, nên việc hoàn thành đồ án không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được góp ý của quý Thầy Cô. Với sự hướng dẫn tận tình của thầy Th.S Ngô Tấn Thống, em đã hoàn thánh một số công việc sau:

Tìm hiều về công nghệ và ứng dụng của Laser Fiber.

Thiết kế khung dầm, bàn máy và hệ truyền động cho máy cắt Laser Fiber.

Thiết kế hệ thống hút khói bụi và thu hồi sản phẩm.

Thiết kế qui trình công nghệ và thiết kế đồ gá cho chi tiết trục.