Thiết kế và chế tạo máy đánh nhãn tự động đồ án tốt nghiệp khoa đào tạo chất lượng cao ngành công nghệ kỹ thuật cơ điện tử

TỔNG QUAN

Giới thiệu

Cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư là sự giao thoa giữa công nghệ vật lý, công nghệ số và sinh học, mở ra những khả năng sản xuất mới mẻ và ảnh hưởng mạnh mẽ đến các lĩnh vực kinh tế, chính trị và xã hội của con người.

Nhu cầu về nhãn in ngày càng tăng cao, với ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ nhận diện thương hiệu đến mã vạch thanh toán Nhằm khắc phục những hạn chế của các loại máy in hiện có và hỗ trợ cho công tác nghiên cứu, Nhóm đã quyết định nghiên cứu và chế tạo máy đánh nhãn Đề tài này được phát triển dựa trên những ưu điểm của công nghệ in, đồng thời tối ưu hóa thiết kế truyền động và đường di chuyển của đầu bút in, nhằm rút ngắn thời gian in và nâng cao hiệu quả công việc.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Trước đây, việc dán nhãn sản phẩm chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp thủ công, dẫn đến tốc độ dán chậm và độ đồng đều của tem nhãn không được đảm bảo Điều này gây ra năng suất thấp và chi phí nhân công cao, ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất.

Để đáp ứng nhu cầu sản lượng của khách hàng, nhiều đơn vị đã đầu tư vào máy dán nhãn tự động nhằm tự động hóa quy trình, nâng cao năng suất và giảm chi phí nhân công so với dán nhãn thủ công Hiện tại, hầu hết các máy in nhãn trên thị trường chủ yếu là máy cầm tay hoặc máy in mã vạch, thiếu hệ thống máy chuyên dụng cho in nhãn hàng loạt trong công nghiệp Do đó, nhóm đã quyết định thiết kế và chế tạo máy đánh nhãn để hỗ trợ các kỹ sư trong việc bảo trì máy móc một cách dễ dàng hơn thông qua các nhãn mác được in ra.

Trên thị trường Việt Nam hiện có nhiều loại máy in mã vạch, giúp in kí hiệu và kí tự lên sản phẩm, từ đó hỗ trợ hiệu quả trong việc quản lý kho và lưu trữ hàng hóa.

Ngành Logistics và thương mại điện tử đang phát triển mạnh mẽ, kéo theo sự tiến bộ không ngừng của các nhãn in trong công nghiệp tự động hóa Sự đa dạng của các loại máy đánh nhãn trên thị trường hiện nay không chỉ được cải tiến về thẩm mỹ mà còn về năng suất làm việc Tuy nhiên, việc tìm kiếm một máy đánh nhãn ứng dụng trong tự động hóa có thương hiệu trong nước vẫn còn rất hạn chế.

Để sản phẩm Việt Nam có thể cạnh tranh trên thị trường quốc tế, điều này gặp nhiều thách thức Các quốc gia có nền công nghiệp phát triển như Đức và Nhật Bản luôn áp dụng công nghệ và thiết bị tiên tiến nhất, dẫn đến giá thành sản phẩm cao.

Máy móc của Đức nổi bật với độ bền và chất lượng vượt trội, thiết kế nhỏ gọn và khả năng hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khắc nghiệt.

Hình 1.1: Máy Plotter and Engaver của Đức[6]

Lý do chọn đề tài

Công nghệ in 3D và máy in văn phòng đang ngày càng phổ biến, trở thành xu hướng của tương lai Để đáp ứng nhu cầu này, các kỹ sư tương lai cần nắm vững công nghệ in Dưới sự hướng dẫn của thầy Dương Thế Phong, nhóm đã thiết kế và chế tạo máy in dựa trên công nghệ hiện tại cùng với kiến thức đã học.

Trong thời đại số hiện nay, việc hiểu các chỉ dẫn và trao đổi thông tin giữa con người và thiết bị, cũng như giữa các thiết bị với nhau, trở nên cần thiết hơn bao giờ hết Do đó, nhu cầu về nhãn in, bảng chỉ dẫn và mã vạch trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày.

Một số công ty yêu cầu sản phẩm có sự đặc biệt, như việc in trực tiếp lên vỏ Box hoặc thanh Domino, với không gian hạn chế chỉ khoảng 0.5 cm2, nhằm tạo ra những nét riêng biệt cho sản phẩm.

Nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài sản phẩm nhằm đáp ứng những yêu cầu đặc biệt và cung cấp một giải pháp thay thế cho các máy hiện có trên thị trường với chi phí cao.

Tính thiết thực của đề tài

Công nghệ in ngày càng phát triển, giúp kỹ sư hiểu rõ thiết bị và linh kiện mà họ sử dụng, từ thông số hoạt động đến yêu cầu kỹ thuật Đối với nhân viên siêu thị, việc quét mã vạch giúp nhận diện sản phẩm và thanh toán nhanh chóng Tất cả những điều này đều phụ thuộc vào nhãn in, vì vậy máy in nhãn đang trở thành sự lựa chọn phổ biến trong xu thế hiện nay.

Thiết kế máy đánh nhãn chất lượng cao phục vụ nghiên cứu và giảng dạy trong lớp học, với mẫu in sắc nét và độ bền vượt trội Sản phẩm không chỉ cải thiện chất lượng nhãn in mà còn có kết cấu máy tối ưu hơn so với các dòng máy khác trên thị trường, đồng thời vẫn giữ mức giá hợp lý cho người dùng.

Giới hạn của đề tài

1 Máy đánh nhãn tập trung đánh các kí tự - kí hiệu trên thanh Terminal như hình 1.2

Hình 1.2: Đánh nhãn trên Dominal [7]

2 Máy đánh mạch điện trên bìa giấy cứng như hình 1.3

3 Máy đánh các kí tự - kí hiệu lên vỏ Box hoặc các cầu đấu điện như hình 1.4

Hình 1.4: Cầu đấu dây điện [8]

Tốc độ in của máy in, được đo bằng đơn vị IPS, phản ánh chiều dài in ra mỗi giây và là một yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn máy in cho khách hàng Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng, tốc độ in có thể ảnh hưởng đến hiệu quả công việc Các dòng máy in công nghiệp thường có tốc độ in cao hơn so với các loại máy khác, đáp ứng tốt hơn cho những yêu cầu in ấn lớn.

1 Kí tự - trên miếng Phoenix

UTC-TM 8 và các miếng khác cùng loại theo hình 1.2

2 Mạch điện – Bìa cứng A4 theo hình 1.3

(210,297) Bút lông dầu hoặc bút bi

3 Kí tự- trên Box hoặc cầu đấu điện theo hình 1.4

Các sản phẩm của máy được thiết kế để phục vụ nhu cầu của các công ty, cho phép in trực tiếp lên các bề mặt như vỏ Box, miếng Phoenix hoặc mạch điện trên giấy cứng Điều này giúp tạo ra những đặc trưng riêng cho sản phẩm, đặc biệt là trong các trường hợp cần đánh lên diện tích nhỏ mà các loại máy khác không thể thực hiện.

TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ

Tổng quan về dự án

Chức năng sử dụng: máy hoàn thành đúng yêu cầu, kích thước bản vẽ, chính xác về mặt tính toán

Đảm bảo an toàn và bền vững cho máy móc là yếu tố quan trọng, giúp hạn chế sai hỏng về cơ khí và hệ thống điện Sản phẩm không chỉ đáp ứng đầy đủ yêu cầu mà còn hợp lý về mặt tài chính, mang lại hiệu quả kinh tế cao Các thiết bị tiêu chuẩn được sử dụng cho máy luôn sẵn có trên thị trường, dễ dàng tìm kiếm và mua sắm, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bảo trì và thay thế.

Tổng quan về CNC

2.2.1 Giới thiệu về máy CNC

Máy CNC, viết tắt của Computer Numerical Control, là hệ thống máy móc tự động chuyên gia công cơ khí, hoạt động dựa trên chương trình mã G theo tiêu chuẩn EIA-274-D Để máy CNC hoạt động hiệu quả, cần nạp chương trình vào hệ thống vi tính thông minh, giúp xử lý và điều khiển các bộ phận như đầu cắt, tốc độ cắt và biên độ cắt để gia công sản phẩm.

Máy CNC được cấu tạo với một hoặc nhiều trục chính, có khả năng quay với tốc độ rất cao Đầu trục chính được gắn với mũi cắt, cho phép cắt sản phẩm theo trục lên xuống (trục Z) Thân máy được trang bị bàn gá để cố định sản phẩm, di chuyển theo các trục X và Y Sự kết hợp giữa trục chính và các trục di chuyển giúp lưỡi cắt có thể hoạt động theo nhiều phương hướng khác nhau, gia công bề mặt sản phẩm một cách chính xác.

Trong ngành sản xuất, máy CNC đa dạng về chủng loại và chức năng, dẫn đến việc phân loại chúng theo nhiều tiêu chí khác nhau.

- Theo phương pháp truyền động: truyền động điện, thủy lực, khí nén

- Theo phương pháp điều khiển: điều khiển điểm, điều khiển đoạn, điều khiển theo đường cắt ( máy 2D, máy 3D)

- Theo phương pháp thay dao: thay dao bằng tay, phương pháp tự động kiểu rơ-vôn- ve

- Theo hệ điều hành: Fanuc, Siemens, Fagor, EMCO,…

- Theo số lượng trục của máy

- Theo kích cỡ và trọng lượng máy [1]

Một số hình ảnh của máy CNC trong công nghiệp:

2.2.3 Ưu và nhược điểm của máy CNC

- Độ chính xác làm việc cao, thông thường các máy CNC có độ chính xác là 0.001mm và có thể đạt được độ chính xác cao hơn như thế

- Chất lượng gia công ổn định, độ chính duy trì theo thời gian

Máy cắt với cấu trúc cơ khí chắc chắn mang lại tốc độ cắt cao, giúp tối ưu hóa việc sử dụng các vật liệu cắt hiện đại như kim loại cứng.

- Thời gian gia công ngắn hơn, tiết kiệm nhân công

- Có khả năng vận hành liên tục, ổn định và ít xảy ra lỗi [1]

- Giá thành chế tạo máy cao

- Giá thành bảo dưỡng, sữa chữa máy cao

- Người đứng máy cần phải có chuyên môn để hiểu được nguyên lý hoạt động của máy [1].

Tổng quan về phần cơ khí

Để thiết kế cơ cấu truyền động cho máy, nhóm chúng tôi đã nghiên cứu kỹ lưỡng về các thiết bị và động cơ truyền động như động cơ bước và động cơ servo, cùng với các cơ cấu dẫn hướng như ray trượt tròn, ray trượt vuông và V-slot.

Động cơ bước là một loại động cơ điện đặc biệt, khác biệt với các động cơ điện thông thường Nó hoạt động dựa trên nguyên lý động cơ đồng bộ, chuyển đổi các tín hiệu điều khiển thành các chuyển động góc hoặc di chuyển roto, cho phép cố định roto ở các vị trí chính xác.

Động cơ bước bao gồm các bộ phận chính như stato và roto, với roto có thể là nam châm vĩnh cửu hoặc các khối răng từ tính làm bằng vật liệu nhẹ trong trường hợp động cơ biến từ trở Động cơ này được điều khiển bởi một bộ điều khiển bên ngoài, cho phép nó giữ nguyên vị trí cố định hoặc quay đến bất kỳ vị trí nào Động cơ bước có thể được áp dụng trong hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản hoặc vòng kín Tuy nhiên, khi sử dụng trong hệ điều khiển vòng hở, nếu gặp quá tải, tất cả các giá trị của động cơ sẽ bị mất và hệ thống cần phải nhận diện lại.

Hình 2.3: Cấu tạo động cơ bước[2]

• Phân loại động cơ bước theo Rotor

- Động cơ bước nam châm vĩnh cửu

- Động cơ bước hỗn hợp

- Động cơ bước biến trở từ

• Phân loại theo cực của động cơ bước

- Động cơ bước đơn cực

- Động cơ bước lưỡng cực

• Phân loại động cơ bước theo số pha

Động cơ bước là một cơ cấu chấp hành hiệu quả trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, cho phép thực hiện chính xác các lệnh số Chúng được ứng dụng rộng rãi trong ngành tự động hóa, đặc biệt trong các thiết bị yêu cầu độ chính xác cao như robot, trục máy CNC, hệ quang học và các cơ cấu lái trong máy bay.

Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ở đĩa cứng, ở đĩa mềm, máy in…

➢ Phương pháp điều khiển động cơ bước

Hiện nay có 4 phương pháp điều khiển động cơ bước:

1 Điều khiển dạng sóng (Wave): là phương pháp điều khiển cấp xung điều khiển lần lượt theo thứ tự chọn từng cuộn dây pha

2 Điều khiển bước đủ (Full step): là phương pháp điều khiển cấp xung đồng thời cho

2 cuộn dây pha kế tiếp nhau

3 Điều khiển nửa bước (Half step): là phương pháp điều khiển kết hợp cả 2 phương pháp đều khiển dạng sóng và điều khiển bước đủ Khi điều khiển theo phương pháp này thì giá trị góc bước nhỏ hơn hai lần và số bước của động cơ bước tăng lên 2 lần so với phương pháp điều khiển bước đủ Tuy nhiên, phương pháp này có bộ phát xung điều khiển phức tạp

4 Điều khiển vi bước (Microstep): là phương pháp mới được áp dụng trong việc điều khiển động cơ bước cho phép động cơ bước dừng và định vị tại vị trí nửa bước giữa

Phương pháp 2 bước mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng hoạt động của động cơ với góc bước nhỏ và độ chính xác cao Nhờ vào dạng sóng của xung cấp, động cơ hoạt động êm ái hơn, đồng thời hạn chế vấn đề cộng hưởng trong quá trình vận hành.

Hình 2.4: Điều khiển động cơ bước[11]

Ta lựa chọn phương pháp điều khiển vi bước (Microstep) vì yêu cầu in đòi hỏi độ chính xác cao

Trong phần trước, chúng ta đã thảo luận về các lý thuyết cơ bản liên quan đến các thành phần trong kết cấu máy, tạo nền tảng cho việc lựa chọn và thiết kế máy sau này Việc lựa chọn các bộ truyền và động cơ phù hợp, như vít me - đai ốc, bộ truyền đai răng, con trượt dẫn hướng và động cơ step, là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và tính ổn định của máy.

2.3.2 Động cơ một chiều DC

Động cơ một chiều DC (viết tắt của "Direct Current Motors") là loại động cơ hoạt động bằng nguồn điện áp một chiều, tức là dòng điện có hướng xác định.

Hình 2.5: Động cơ một chiều DC[12]

- Stator: thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện

- Rotor: là phần lõi có quấn các cuộn dây để tạo thành nam châm điện

- Chổi than ( brushes ): nhiệm vụ tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp

- Cổ góp (commutator ) : nhiệm vụ tiếp xúc và chia điện cho các cuộn dây trên rotor Số lượng các điểm tiếp xúc tương ứng với số cuộn trên rotor [4]

Hình 2.6: Cấu tạo động cơ một chiều DC[4]

➢ Nguyên tắc hoạt động động cơ điện 1 chiều

Stato của động cơ điện một chiều bao gồm một hoặc nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện, cùng với rotor có các cuộn dây quấn và được kết nối với nguồn điện một chiều Một phần quan trọng của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu, có chức năng đổi chiều dòng điện trong khi rotor quay liên tục Bộ phận này thường bao gồm một bộ cổ góp và bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.

Căn cứ vào phương pháp kích từ, có thể chia động cơ điện một chiều thành những loại như sau:

- Động cơ điện 1 chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu

- Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

- Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp

- Động cơ điện 1 chiều kích từ song song

- Động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp gồm 2 cuộn dây kích từ 1 cuộn mắc nối tiếp với phần ứng, 1 cuộn mắc song song với phần ứng [4]

Động cơ Servo là một thành phần quan trọng trong hệ thống vòng kín, bao gồm các bộ phận như mạch điều khiển, động cơ Servo, trục, chiết áp, bánh răng truyền động, bộ khuếch đại và bộ mã hóa hoặc bộ phân giải Thiết bị này hoạt động độc lập, cho phép quay các bộ phận của máy với hiệu suất và độ chính xác cao.

Trục đầu ra của động cơ này có khả năng di chuyển đến một góc và vị trí nhất định với vận tốc được chỉ định trước, điều mà động cơ thông thường không thể thực hiện.

Hiểu đơn giản thì động cơ Servo như một động cơ thông thường và kết hợp nó với một cảm biến để hồi tiếp vị trí

Bộ điều khiển là bộ phận quan trọng nhất của động cơ Servo được thiết kế và sử dụng chuyên biệt cho mục đích này

Động cơ Servo là một cơ chế vòng kín sử dụng phản hồi vị trí để điều khiển tốc độ và vị trí quay hoặc tuyến tính Động cơ này được điều khiển bằng tín hiệu điện, có thể là analog hoặc digital, nhằm xác định chuyển động theo vị trí lệnh cuối cùng của trục.

Encoder hoạt động như một cảm biến, cung cấp thông tin phản hồi về tốc độ và vị trí Mạch này được tích hợp bên trong vỏ động cơ và thường được kết nối với hệ thống bánh răng.

➢ Phân loại động cơ servo

- DC servo có chổi than

- DC servo không có chổi than

Servo là một loại động cơ hoạt động dựa trên hệ thống hồi tiếp vòng kín, trong đó tín hiệu ra của động cơ được kết nối với mạch điều khiển Khi động cơ hoạt động, vận tốc và vị trí sẽ được gửi về mạch điều khiển Nếu chuyển động quay của động cơ bị cản trở, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận diện rằng tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn, từ đó mạch điều khiển sẽ điều chỉnh sai lệch để động cơ đạt được độ chính xác cao nhất.

➢ Ứng dụng của động cơ Servo

Ngành điện - điện tử: các thiết bị lắp linh kiện điện tử sẽ cần tốc độ và độ chính xác cao

Do đó, động cơ Servo sẽ đáp ứng được yêu cầu [5]

Tổng quan về điều khiển

Để điều khiển động cơ và các thiết bị ngoại vi của máy, nhóm đã nghiên cứu một số loại bộ điều khiển như PLC, vi điều khiển và board Mach3.

2.4.1 Bộ điều khiển PLC ( ProgramMable Logic Controller )

➢ Sơ lược về lịch sử của PLC

Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) được phát triển bởi nhóm kỹ sư của hãng General Motor vào năm 1968, với mục tiêu thiết kế một thiết bị điều khiển đáp ứng các yêu cầu cụ thể.

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu

- Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa

- Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường công nghiệp

Mặc dù thiết bị điều khiển lập trình (PLC) đã có những cải tiến về tính năng và kích thước, người dùng vẫn gặp khó khăn trong việc vận hành do tính cồng kềnh và phức tạp Để giải quyết vấn đề này, thiết bị điều khiển lập trình cầm tay đầu tiên ra đời vào năm 1969, giúp đơn giản hóa quá trình lập trình Thời kỳ đầu, PLC chủ yếu thay thế các hệ thống relay và dây nối truyền thống, nhưng qua thời gian, các nhà thiết kế đã phát triển một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, sử dụng lập trình dạng giản đồ hình thang.

Vào những năm đầu thập niên 1970, sự phát triển của phần mềm đã nâng cao khả năng của bộ lập trình PLC, cho phép thực hiện không chỉ các lệnh Logic đơn giản mà còn bao gồm các lệnh định thì, đếm sự kiện, xử lý toán học, dữ liệu, xung và thời gian thực.

Kể từ năm 1975, sự tiến bộ của hệ thống phần cứng đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống PLC, mở rộng các chức năng và khả năng ứng dụng của nó.

- Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông

- Nhiều loại Module chuyên dùng hơn

Các nhà thiết kế đã phát triển kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, nâng cao khả năng hoạt động của từng hệ thống Điều này không chỉ cải thiện tốc độ hệ thống mà còn rút ngắn chu kỳ quét Hơn nữa, PLC được chế tạo có khả năng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi, từ đó mở rộng khả năng ứng dụng của PLC trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

- Theo hãng sản xuất: Siemens, Omron, Mitsubishi, Schneider, Allen Bradley, ABB v.v…

Hình 2.11: Cấu trúc của PLC[17]

Phần đầu vào của PLC bao gồm các thiết bị như cảm biến, công tắc và nhiều nguồn đầu vào thực tế khác, được kết nối thông qua đường ray đầu nối đầu vào Phần đầu ra, bao gồm động cơ, solenoid, đèn hoặc lò sưởi, được điều khiển bằng cách thay đổi các tín hiệu đầu vào.

CPU (Central Processing Unit) là bộ vi xử lý chính trong hệ thống PLC, có nhiệm vụ thực hiện chương trình và xử lý các tín hiệu I/O Nó kết nối trực tiếp với các thiết bị I/O thông qua các đường dây thích hợp bên trong PLC, đảm bảo hoạt động hiệu quả của toàn bộ hệ thống.

Thiết bị lập trình: Đây là nền tảng mà chương trình hoặc logic điều khiển được viết

Nó có thể là một thiết bị cầm tay hoặc một máy tính xách tay hoặc một máy tính chuyên dụng

Nguồn cung cấp: nguồn cung cấp cho PLC có thể là nguồn 1 pha 220V AC hoặc 24V

Bộ nhớ: Bộ nhớ được chia thành hai phần – Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình

Thông tin về chương trình và logic điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ người dùng hoặc bộ nhớ chương trình, từ đó CPU có thể truy xuất các lệnh Các tín hiệu đầu vào, đầu ra, tín hiệu bộ định thời và bộ đếm được lưu giữ trong bộ nhớ hình ảnh đầu vào và đầu ra tương ứng.

Hoạt động của một PLC rất đơn giản Đầu tiên, các cổng vào/ra (Input/Output) hay còn gọi là các Module xuất/nhập, nhận tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi như cảm biến, công tắc và động cơ vào CPU Sau khi tiếp nhận tín hiệu đầu vào, CPU sẽ xử lý và gửi các tín hiệu điều khiển qua môđun đầu ra để xuất ra các tín hiệu tương ứng.

Hình 2.12: Nguyên lý hoạt động của PLC[17]

Các nguồn đầu vào chuyển đổi tín hiệu điện tương tự thời gian thực sang tín hiệu điện kỹ thuật số phù hợp, và những tín hiệu này được truyền đến PLC qua đường ray kết nối.

Các tín hiệu đầu vào được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh bên ngoài PLC tại các vị trí gọi là bit, và quá trình này được thực hiện bởi CPU.

Logic điều khiển và các lệnh chương trình được ghi lên thiết bị lập trình thông qua ký hiệu hoặc phép nhớ, sau đó được lưu trữ trong bộ nhớ người dùng.

CPU nhận lệnh từ bộ nhớ người dùng và thực hiện các tín hiệu đầu vào thông qua việc thao tác, tính toán và xử lý, nhằm điều khiển các thiết bị đầu ra.

+ Kết quả thực hiện sau đó được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh bên ngoài để điều khiển các thiết bị đầu ra

CPU kiểm tra tín hiệu đầu ra và liên tục cập nhật nội dung bộ nhớ hình ảnh đầu vào dựa trên những thay đổi trong bộ nhớ đầu ra.

+ CPU cũng thực hiện chức năng lập trình nội bộ như cài đặt và đặt lại bộ hẹn giờ, kiểm tra bộ nhớ của người dùng.

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Tiêu chí thiết kế

Đối với máy có cấu trúc như một máy CNC mini cần phải đảm bảo các tiêu chí sau:

1 Mọi chi tiết lắp ghép khi có lỗi phải được tháo lắp một cách dễ dàng thuận tiện cho công việc bảo trì máy

2 Tận dụng tối đa những dụng cụ, thiết bị có sẵn trên thị trường để rút ngắn thời gian và tăng độ chính xác khi lắp ráp máy

3 Đảm bảo được tính thẩm mỹ khi sản phẩm đưa ra thương mại hóa và đảm bảo độ an toàn cho người sử dụng Ví dụ: thiết kế phần cover cho toàn bộ máy,,,

4 Vì máy có cấu trúc như là một máy CNC mini do đó cần thiết kế trục Z ( trục công tác ) có thể thay đổi một cách linh hoạt vì khi thay đổi ta được cỗ máy tương tự chỉ khác nhau ở chức năng đầu công tác Ví dụ: thay đầu viết thành đầu khắc lazer ta có được máy khác lazer…

Yêu cầu thiết kế

1 Vùng hoạt động của máy theo (X,Y) phải bao quát được vùng của hộp Box, mạch điện trên A4, miếng Phoenix…

2 Để đảm bảo an toàn cho hệ thống trong lúc làm việc cần phải có các công tác hành trình báo hiệu quá giới hạn và công tác hành trình được đặt chìm để đảm bảo độ thẩm mỹ

3 Chi phí thiết kế phải phù hợp đối với đồ án Tốt Nghiệp

4 Máy hoạt động một ngày 8 tiếng và tốc độ đánh chữ đạt 10-20mm/s.

Thông số đầu vào của máy

Máy đánh lên có kích thước miếng Phoenix UTC-TM8 là 76 x 118 mm, bìa cứng A4 có kích thước 210 x 297 mm, và vỏ Box có kích thước 90 x 145 mm Ngoài ra, còn có một số vật liệu khác với yêu cầu đặc biệt, như vị trí và diện tích đánh quá nhỏ.

Hầu hết các ký tự và ký hiệu được thiết kế với cỡ chữ 5, trên nền diện tích nhỏ hơn 1 cm², sử dụng font chữ Times New Roman đơn giản và được thực hiện qua phần mềm Cad.

- Tốc độ đánh chữ: 10-20 mm/s

Lựa chọn phương án

❖ Phương án 1: Truy ền độ ng Cartesian – XZ

Trong kết cấu này bàn in sẽ dịch chuyển theo phương Y, đầu bút sẽ dịch chuyển theo phương XZ

- Kết cấu đơn giản, dễ thi công

- Chi phí rẻ, độ cứng vững tương đối cao

- Độ chính xác của mẫu in không cao

- Do bàn in di chuyển nên dễ làm cho những lớp in đầu tiên dễ bị dịch chuyển làm sai lệch mẫu in

- Do khối lượng các cơ cấu di động lớn nên quán tính lớn, dễ rung động và gây tiếng ồn

Hình 3.1: Truyền động Cartesian – XZ

❖ Phương án 2 : S ử d ụ ng k ế t c ấ u delta, dùng truy ền động đai

- Các kết cấu di động nhỏ nên quán tính máy nhỏ, di chuyển êm

- Độ cứng cứng khá cao, có thể in được vật có chiều cao lớn

- Độ chính xác và thời gian in nhanh hơn kết cấu Cartesian – XZ

- Khổ máy lớn, gây khó khăn cho quá trình di chuyển khó căn chỉnh bàn máy

- Giá thành cao hơn mẫu máy sử dụng kết cấu Cartesin – XZ

❖ Phương án 3 : Truy ề n độ ng Cartesian – XY

Trong cấu trúc này, bàn in di chuyển theo phương Z, trong khi đầu công tác di chuyển theo phương XY Hai trục XY sử dụng hệ thống truyền động đai theo cơ cấu CoreXY, còn trục Z sử dụng bộ truyền vít me - đai ốc.

- Kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt

- Có thể in với tốc độ cao hơn so với kết cấu Cartesian – XZ và tương đương với kết cấu delta

- Các kết cấu di động nhỏ nên quán tính nhỏ, máy hoạt động êm hơn

- Độ chính xác tương đương hoặc cao hơn máy delta

- Khó căn chỉnh bàn in

- Kích thước máy có thể hơi lớn và cồng kềnh

Hình 3.3: Truyền động Cartesian – XY

Dựa vào ưu và nhược điểm Nhóm đã quyết định sử dụng phương án 3 – Cartersian XY.

Lựa chọn động cơ

Động cơ step hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong thực tế nhờ vào khả năng điều khiển số trực tiếp, phù hợp với các bộ điều khiển số.

- Khi điều khiển step thì không cần mạch phản hồi encoder, khiến cho phần điều khiển trở nên đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo đủ độ chính xác

Nghiên cứu nâng công suất động cơ bước đang thu hút sự chú ý lớn, đặc biệt trong các ứng dụng ở vùng công suất nhỏ và trung bình.

- Hiệu suất động cơ bước thấp hơn các loại động cơ khác

3.5.2 Động cơ một chiều DC

- Momen xoắn lớn, giá thành rẻ

- Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển lại phức tạp

- Phải có mạch hồi tiếp mới nâng cao độ chính xác

- Tốc độ đáp ứng nhanh, độ chính xác cao

- Điều khiển phức tạp, đòi hỏi người vận hành phải có trình độ chuyên môn cao

Chúng tôi đã quyết định chọn động cơ step cho đồ án của mình nhờ vào những lợi thế vượt trội về chi phí, độ chính xác, tính linh hoạt và hiệu quả.

Lựa chọn kết cấu trục Z

Có 2 đề xuất cho kết cấu trục Z: cơ cấu vít me - đai ốc và cơ cấu thủy thực khí nén đều có thể tạo ra chuyển động nâng lên và hạ xuống đầu bút Tuy nhiên, cả hai cơ cấu cũng đều có những ưu và nhược điểm khác nhau

➢ Cơ cấ u th ủ y l ự c khí nén

• Nguyên lý hoạt động đơn giản do đó việc điều khiển chúng cũng trở nên dễ dàng

• Dễ thay thế và sửa chữa khi có lỗi xảy ra

• Tiếng động khi hoạt động lớn

• Chi phí lắp đặt của hệ thống lớn

• Luôn có 1 khoảng delay nhất định khi thay đổi chiều chuyển động

Hình 3.4 : Hệ thống thủy lực[19]

➢ Cơ cấ u vít me- đai ố c

• Hoạt động chính xác, êm và ổn định

• Chi phí lắp đặt không quá đắt đỏ so với hệ thống khí nén

• Không có khoảng delay như hệ thống khí nén

• Điều khiển hệ thống phức tạp hơn hệ thống khí nén

• Khó khăn hơn trong vấn đề bảo trì khi có lỗi xảy ra

Kết luận: Dựa trên những ưu và nhược điểm của cả hai cơ cấu, cơ cấu vít me - đai ốc nổi bật là sự lựa chọn tối ưu nhất cho việc học tập và thực hiện đồ án.

Lựa chọn cơ cấu dẫn động trục X,Y

Máy đánh nhãn tự động có cấu trúc tương tự như máy CNC, với bộ truyền động đai răng được sử dụng cho trục X và Y, giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong quá trình đánh nhãn.

Chọn cơ cấu dẫn hướng là một yếu tố quan trọng, và trong trường hợp này, chúng ta sẽ sử dụng con trượt V-slot kết hợp với khung máy làm từ nhôm định hình nguyên khối.

Với 36 trượt V-slot, hiệu suất làm việc được tối ưu hóa nhờ vào ma sát lăn thấp trên bề mặt Điều này đảm bảo sự ổn định, hiệu quả và chính xác trong quá trình hoạt động.

Dây đai răng GT và bulley tạo nên bộ truyền đai với chi phí thấp, hoạt động êm, dễ lắp đặt đồng thời chi phí bảo dưỡng cũng thấp.

Mô hình dự kiến ban đầu

Hình 3.5: Mô hình dự kiến

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Tiêu chí thiết kế

1 Đảm bảo dễ dàng theo dõi, sử dụng và sửa chữa đối với người vận hành thông qua đèn báo, nút nhấn vật lý

2 Kích thước tủ vừa đủ để bao phủ các thiết bị của máy, đảm bảo tương quan giữa máy và tủ sao cho đạt độ thẩm mỹ cao Đố i v ớ i các thi ế t b ị khác

1 Sử dụng những thiết bị tiêu chuẩn có sẵn trên thị trường giúp cho quá trình thay thế chúng một cách dễ dàng

2 Chi phí vừa phải, phù hợp với đồ án Tốt Nghiệp.

Yêu cầu thiết kế

1 Dễ dàng thi công và lắp ghép

2 Bảo trì và thay thế nhanh chóng, giúp rút gắn thời gian.

Thiết kế và tính toán cơ khí

Với độ dày để đánh Terminal 5-7 mm theo trục Z và chiều rộng, chiều dài tương ứng là

76 mm và 118 mm và đánh mạch điện trên tờ A4 thì ta chỉ cần dùng nhôm định hình tiêu chuẩn (20x40x50)x2 và (20x40x46)x2 để tạo ra không gian làm việc là (350, 350)

Khung máy là bộ phận quan trọng nhất, chịu lực lớn và đảm bảo độ chính xác của máy, vì vậy yêu cầu gia công phải rất cao Cần đảm bảo kích thước chính xác của các thanh nhôm và độ vuông góc khi lắp ghép Các thanh nhôm định hình được cắt bằng máy cưa tay với dung sai 2-3mm, sau đó được phay phẳng hai đầu trên máy phay CNC để đảm bảo kích thước và độ phẳng Việc lắp ghép các thanh nhôm được thực hiện bằng bát ke góc nhôm và bu lông lục giác.

Hình 4.1: Bulong, ke góc, con trượt

Chân máy được lắp thêm 4 chân đế cao su nhằm làm giảm rung động khi máy hoạt động

Có 3 kiểu lắp trục vít thường được sử dụng : fixed – fixed, fixed – support,fixed – free

1 Kiểu fixed – fixed hai đầu vitme được cố định, với kiểu lắp này đạt độ cứng vững cao, chịu được tải trọng cao giảm sự rung động của trục Z, tuy nhiên kết cấu phức tạp, khó lắp đặt

Hình 4.3: Kiểu lắp vít me fixed – fixed

2 Kiểu fixed – support một đầu vít me được gắn ổ bi, kiểu lắp này có độ cứng vững thấp hơn so với kiểu fixed – fixed, khả năng chịu tải trung bình

Hình 4.4: Kiểu lắp vít me fixed – support

3 Kiểu fixed – free một đầu vitme để tự do, kiểu lắp này có kết cấu đơn giản nhất, dễ lắp đặt, chịu tải trọng thấp tương đương với kiểu fixed – support, độ cứng vững thấp hơn kiểu fixed – fixed

Trong thiết kế kết cấu bàn in của máy, do khoảng dịch chuyển và tải trọng nhỏ, kiểu lắp vít me fixed – free được lựa chọn vì dễ dàng trong quá trình lắp đặt.

4.3.3 Tính toán bộ truyền trục Z

Hình 4.7: Cụm trục Z 2D 1-Bút in nhãn 2-Đồ gá đầu bút 3-Trục vít 4-ổ lăn 5-Động cơ

- Tốc độ vòng trên trục: 𝑁 𝑚𝑎𝑥 = 700 𝑣/𝑝ℎ

- Hệ số ma sát trơn bề mặt: 𝜇 = 0,1

- Khối lượng đồ gá đầu bút: 𝑀 = 300g

1 Một số đặc điểm của bộ truyền

Ta thấy trong quá trình nâng bút, lực dọc trục Fa tác dụng lên bộ truyền này là tổng khối lượng của (1) + (2)

Hình 4.8: Bộ truyền vít me- đai ốc

- Cấu tạo đơn giản, chịu lực lớn, dịch chuyển chậm

- Thực hiện được các dịch chuyển cần độ chính xác cao

- Điều khiển một cách dễ dàng

- Hiệu suất thấp do ma sát trên ren

2 Chọn vật liệu trục vít và đai ốc

Ngoài yêu cầu về độ bền, vật liệu làm vít cần có độ bền mòn cao và dễ gia công

− Vật liệu đai ốc: Đồng

Ta có khối lượng các chi tiết là:

− Khối lượng trục vít - đai ốc: 280(g)

− Khối lượng đồ gá đầu bút: 300(g)

Lấy khối lượng trục vít và các chi tiết khác là 𝑚 = 600(𝑔)

Ta có lực dọc trục 𝐹 𝑎 tác dụng lên bộ truyền trục vít là tổng khối lượng của đồ gá đầu bút và đầu bút in

 𝐹 𝑎 = 𝑁 = 𝑚 1 𝑔 = 0,31.9,81 = 3,0411(𝑁) Đườ ng kính trung bình c ủ a ren tr ụ c vít

Theo điều kiện bền ta có :

𝜓 𝐻 = 𝐻/𝑑 2 - hệ số chiều cao đai ốc với 𝐻 - chiều cao đai ốc Đai ốc nguyên, chọn 𝜓 𝐻 = 2,0

𝜓 ℎ = ℎ/𝑝- hệ số chiều cao ren, với h- chiều cao làm việc của ren, p- bước ren; ren hình thang, chọn 𝜓 ℎ = 0,5

[𝑞]- áp suất cho phép, phụ thuộc vật liệu vít và đai ốc Ta có vật liệu vít-đai ốc là thép- đồng thanh, chọn [𝑞] = 10(𝑀𝑃𝑎) Theo (1):

Chọn đường kính trung bình 𝑑 2 = 7(𝑚𝑚) đường kính ngoài 𝑑 = 8(𝑚𝑚), đường kính trong 𝑑 1 = 6(𝑚𝑚), bước ren 𝑝 = 2(𝑚𝑚)

3 Chọn các thông số của vít và đai ốc

Để đảm bảo tính tự hãm cho bộ truyền, cần chọn số đầu mối ren 𝑧 ℎ = 1 Ngược lại, nếu yêu cầu vít thực hiện hành trình lớn hơn sau một vòng quay, thì nên chọn ren với nhiều đầu mối (𝑧 ℎ > 1).

Chọn 𝑧 ℎ = 4 Ta có bước vít: 𝑝 ℎ = 𝑧 ℎ 𝑝 = 4.2 = 8(𝑚𝑚) và góc vít: 𝛾 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 [ 𝑝 ℎ

Sau khi xác định được góc vít ta kiểm tra điều kiện tự hãm: 𝜌 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔( 𝑓

𝑐𝑜𝑠𝛿) (3) [20] Trong đó 𝛿- góc nghiêng của cạnh ren làm việc; ren hình thang, chọn 𝛿 = 15 0

𝑓- hệ số ma sát, phụ thuộc vào cặp vật liệu của vít và đai ốc, với thép – đồng thanh không thiếc, f= 0,4

− Xác định chiều cao đai ốc và số vòng ren

Từ 𝑑 2 và hệ số chiều cao 𝜓 𝐻 tính được chiều cao đai ốc: 𝐻 = 𝜓 𝐻 𝑑 2 = 2.7 = 14(𝑚𝑚)

Số vòng ren của đai ốc: 𝑧 = 𝐻

2 = 7 ≤ 𝑧 𝑚𝑎𝑥 = 10 … 12 (5) Để tránh làm tăng sự phân bố không đều tải trọng dọc trục cho các vòng ren

4 Tính kiểm nghiệm về độ bền

Kiểm tra độ bền theo ứng suất tương đương

𝐹 𝑎 , 𝑇 – tương ứng là lực dọc trục, N và momen xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vít;

Ta có momen xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vít bằng momen xoắn trên trục đầu ra của hộp giảm tốc

[𝜎]- ứng suất cho phép (kéo hoặc nén), MPa; với 𝜎 𝑐ℎ - giới hạn chảy của vật liệu vít;

𝑑 1 - đường kính trong của ren vít, mm

K ế t lu ậ n : Trục vít đủ bền

STT Thông số Số liệu

Kết cấu truyền động CoreXY được Nhóm lựa chọn cho đồ án với ưu điểm là có khả năng phối hợp chuyển động theo 2 phương, giúp xác định vị trí của điểm trong tọa độ một cách hiệu quả Việc sử dụng 2 động cơ đồng thời cho phép cung cấp moment lớn, hỗ trợ cho cụm trục nặng hoặc cho phép sử dụng 2 động cơ có moment nhỏ hơn mà vẫn đảm bảo hiệu suất Tuy nhiên, nhược điểm của cơ cấu này là khả năng gây ra sai số và hiện tượng nhiễu do sự hoạt động đồng thời của 2 động cơ, có thể ảnh hưởng đến quá trình vận hành Một trong những ưu điểm nổi bật của truyền động CoreXY là tốc độ, đặc biệt trong các dòng máy in 3D như Prusa và Mendel, nơi mà động cơ thường được gắn trên bộ phận di chuyển, làm tăng quán tính và giảm tốc độ in.

46 Ở kết cấu này, các bộ phận di động có kết cấu nhỏ, nhẹ nên giảm được lực quán tính nên có thể in với tốc độ cao hơn

Cơ cấu CoreXY nổi bật với thiết kế đơn giản, dễ lắp đặt chỉ với các tấm đỡ và cụm bạc đạn để dẫn hướng cho đai Chi phí lắp đặt thấp và linh hoạt trong việc sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau Khi hai động cơ quay cùng chiều, chúng tạo ra chuyển động theo trục X, trong khi quay ngược chiều sẽ tạo ra chuyển động theo trục Y.

Cụm trục XY đảm nhiệm hầu hết chuyển động khi in nên yêu cầu đối với cụm trục này là:

- Đảm bảo độ vuông góc giữa 2 trục X và Y

Các chi tiết đỡ giúp đảm bảo độ phẳng cho hai thanh trượt, đảm bảo chúng lắp song song với nhau Đối với hệ thống truyền động trục XY, bộ truyền đai răng được lựa chọn vì cấu trúc đơn giản, hoạt động êm ái, có khả năng giảm chấn và dễ dàng thay thế.

Đai GT2 là lựa chọn tối ưu cho truyền động tuyến tính, được thiết kế và chế tạo đồng bộ với bulley, thường được sử dụng trong các máy CNC và máy in 3D Việc sử dụng đai GT2 giúp giảm thiểu hiện tượng rung lắc, đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định cho thiết bị.

47 bảo chất lượng truyền động Ngoài đai GT2 có thể sử dụng đai GT3 tuy nhiên loại đai này khó tìm trên thị trường Việt Nam

Hình 4.10: Đai GT2 và bulley

Thống số bộ truyền đai răng:

Số thứ tự Thông số Số Liệu

4.3.5 Tính toán và chọn động cơ cho trục Y

Tải trọng tác động lên trục Y bao gồm toàn bộ khối lượng của cụm trục Z, trong đó có đồ gá trục Z, động cơ trục Z và khối lượng của bộ truyền vít me-đai ốc.

- Khối lượng Trục Z: 1,5 Kg Do đó, my = 1,5 kg

- Vận tốc cần đáp ứng trục Y: vy = 0.015 m/s Đường kính bulley d = 12 mm suy ra r = 6 mm

Bỏ qua ma sát lăn giữa con lăn và bề mặt nhôm vì quá nhỏ

Tổng lực tác dụng của máy đánh gồm lực tác dụng của đầu bút lên bề mặt vật liệu (Fms) và trọng lực (Py) tác động lên trục.

- Hệ số ma sát là 0,08; lực viết của đầu bút lên bề mặt tương đương 3 (N)

- Tổng lực tác dụng lên trục Fy = Py + Fms = my.g + Fms = 1,5.10 + 0,24 = 15,24 (N)

→ Moment tối thiểu mà động cơ cần cung cấp cho trục Y là:

- Công suất làm việc trên trục:

- Công suất trên động cơ trục X:

Pcty = Plvy / η = 0,2286/0,96 = 0,238 (W) (12) Với ηđ = 0,96: Hiệu suất bộ truyền đai

→ Ta chọn động cơ step 42 17HS4401S có moment xoắn 0.43 > My = 0,09144 (N.m)

STT Thông số Số liệu

4.3.6 Tính toán và chọn động cơ cho trục X

Tải trọng tác động lên toàn bộ trục X bao gồm khối lượng thanh nhôm định hình theo trục Y và cụm trục Z

Ta có khối lượng thanh nhôm định hình (20,40) dài 420 mm là 1,5 kg

Khối lượng cụm trục Z là 1,5 kg mx = 1,5 + 1,5 = 3 kg

- Vận tốc cần đáp ứng trục X: vx = 0.015 m/s

Bỏ qua ma sát lăn giữa con lăn và bề mặt nhôm vì quá nhỏ

Tổng lực tác dụng bao gồm lực tác dụng của đầu bút lên bề mặt vật liệu, được gọi là Fms, cùng với trọng lực Px tác động lên trục.

- Hệ số ma sát là 0,08; lực viết của đầu bút lên bề mặt tương đương 3 (N)

- Tổng lực tác dụng lên trục Fx = Px + Fms = mx.g + Fms = 3.10 + 0,24 = 30,24 (N)

→ Moment tối thiểu mà động cơ cần cung cấp cho trục X là:

- Công suất làm việc trên trục:

- Công suất trên động cơ trục X:

Pctx = Plvx / η = 0,4536/0,96 = 0,4725 (W) (12) Với ηđ = 0,96: Hiệu suất bộ truyền đai

→ Ta chọn động cơ step 42 17HS4401S giống trục Y có moment xoắn 0.43 > My 0,1814 (N.m)

Thiết kế phần điện

Với thiết kế như bản vẽ, có kích thước tương xứng với khung máy giúp cho máy đạt được độ thẩm mỹ cao

Để tủ điện hoạt động hiệu quả và bền bỉ, việc thiết kế quạt thông gió cùng các nút cơ bản để hiển thị trạng thái hoạt động là rất quan trọng.

4.4.2 Thiết kế mạch điều khiển

Hình 4.12: Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển

Các chi tiết, thiết bị khác

4.5.1 Các chi tiết gia công

File đính kèm trong tập bản vẽ chi tiết

4.5.2 Các chi tiết có sẵn

Số thứ tự Tên chi tiết Số lượng

1 Đèn báo đang hoạt động và đèn báo sự cố khẩn cấp

2 CB bảo vệ hệ thống 1

13 Bulley Dmm, bước răng 2mm 4

14 Bộ trượt dẫn hướng V-slot 3

15 Trục Ti truyền động d = 8mm 1

LẮP ĐẶT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐÁNH NHÃN

Lắp đặt tủ điện

Để đảm bảo tính thẩm mỹ và thuận tiện trong việc giám sát, tủ điện cần được lắp đặt ngọn ngàng Việc tối ưu hóa đường dây điện và ký hiệu riêng biệt cho các đầu dây là quy trình quan trọng, giúp việc bảo trì và thay thế các chi tiết sau này trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn.

Hình 5.1: Tủ điện đã hoàn thành

Lắp đặt máy

Sau khi gia công các chi tiết theo thiết kế, bước tiếp theo là lắp đặt máy Việc lắp đặt cần đảm bảo độ vuông vức của khung máy, vì độ vuông góc ảnh hưởng lớn đến độ chính xác khi máy hoạt động Do đó, quá trình lắp đặt phải được thực hiện cẩn thận và đúng quy trình để tránh tình trạng lắp thiếu hoặc lắp thừa.

Hình 5.2: Máy đã hoàn thành

Sơ đồ khối điều khiển

Hình 5.3 : Sơ đồ khối của hệ thống

Mạch công suất Điều khiển các động cơ bước

Mạch giao tiếp (board Mach3)

Nhận dữ liệu từ máy tính và điều khiển mạch công suất

Quy trình vận hành hệ thống

Quy trình vận hành gồm 5 bước cơ bản:

B1 : Thiết kế file in bằng phần mềm Autocad hoặc trực tiếp bằng Mastercam

B2 : Dùng phần mềm trung gian Mastercam lập trình cho biên dạng file Cad

B3 : Xuất file G-code từ Mastercam

B4 : Nạp file G-code cho phần mềm Mach3 đã được kết nối với board Mach3

B5 : Vận hành máy và tạo sản phẩm.

Điều khiển hệ thống

Sau khi thiết kế file Input bằng phần mềm Autocad hoặc trực tiếp trên Mastercam, chúng ta có dữ liệu đầu vào Sử dụng phần mềm Mastercam, chúng ta lập trình biên dạng file in để tạo ra file G-code.

Hình 5.4: Giao diện làm việc Mastercam Để thuận tiện cho việc vận hành thì mọi thứ ta thiết kế nằm góc phần tư thứ II

Hình 5.5: Tạo biên dạng ký tự

Đầu tiên, chúng ta cần thiết lập kích thước không gian làm việc là 350x350 mm Dựa trên yêu cầu về kích thước chữ và vị trí gia công, chúng ta sẽ thiết kế file mong muốn Lưu ý rằng gốc tọa độ của máy sẽ khớp với gốc tọa độ trong phần mềm.

Đầu công tác Engave Mill được sử dụng cho máy in không có trục chính, đặc biệt là trong máy đánh nhãn, nơi không có trục Spindle.

Hình 5.7: Thiết lập độ căn chỉnh đầu bút

Tại đây cho phép chúng ta điều chỉnh chiều sâu ( trục Z ) lên xuống tùy thuộc vào vị trí trục Z hiện tại so với bề mặt cần đánh kí tự

Sau khi lập trình biên dạng cho các kí tự được thiết kế thì ta xuất được file G-code File G-code là Input cho board mạch Mach3 thực thi

5.5.2 Điều khiển bằng phần mềm Mach3

Phần mềm Mach3 và board Mach3 được thiết kế để thực hiện các lệnh G-code, phục vụ cho các máy CNC, bao gồm cả máy CNC in 3D.

Hình 5.9: Giao diện phần mềm Mach3

Độ chính xác của máy bị ảnh hưởng bởi việc thiết lập xung/mm Tuy nhiên, phần mềm Mach3 cung cấp công cụ hỗ trợ, giúp quá trình thiết lập trở nên đơn giản hơn so với phương pháp thủ công.

Hình 5.11: Cài đặt tốc độ, gia tốc cho các trục

Tùy thuộc vào loại động cơ và yêu cầu về nét chữ cũng như năng suất làm việc, cần điều chỉnh tốc độ và gia tốc cho phù hợp Gia tốc lớn hơn sẽ giúp biên dạng sản phẩm gần giống với thiết kế ban đầu hơn.

Địa chỉ ngõ vào và ra được thiết lập cho phép điều chỉnh chiều quay thuận nghịch của các trục, nhằm đảm bảo đáp ứng của các trục phù hợp với nhu cầu sử dụng.

Sau khi thiết kế xong file G-code, bước tiếp theo là nạp nó vào phần mềm Mach3 để thực thi các lệnh Dưới đây là các nút chức năng cần chú ý.

Để nạp chương trình vào phần mềm Mach3, bạn vào menu File -> Load Gcode hoặc nhấn vào nút Load Gcode trên giao diện điều khiển Mach3 hỗ trợ nhận diện các file *.txt từ Notepad và file *.nc từ phần mềm NC Trong phần mềm còn có nhiều nút chức năng khác để hỗ trợ người dùng.

- Edit Gcode: hiệu chỉnh file Gcode

- Recent file: các file mở gần đây

- Set next line: Xác định một dòng sẽ bắt đầu chạy từ điểm đó và tại điểm hiện tại

- Run From here : Kiểm tra tọa độ của máy so với tọa độ muốn chạy, sau đó di chuyển đến điểm muốn chạy và đợi []

KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI