Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy cnc laser

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO -  - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CNC LASER Giảng viên hướng dẫn : ThS Lê Quốc Đạt Lớp : DH17CD Sinh viên thực : Bùi Minh Cường Phạm Văn Thắng Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 1, năm 2021 Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA - VŨNG TÀU NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Lớp : Tên đề tài Bùi Minh Cường - MSSV : 17032601 Phạm Văn Thắng - MSSV: 17032172 DH17CD- Ngành Cơ Điện Tử : Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy CNC laser CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn: Họ tên : Lê Quốc Đạt Học hàm, học vị : Thạc Sỹ Cơ quan công tác : Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Nội dung hướng dẫn : Toàn đề tài Đề tài tốt nghiệp giao ngày: 07 tháng 09 năm 2020 Yêu cầu phải hoàn thành: xong trước ngày 20 tháng năm 2021 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hướng dẫn Bùi Minh Cường Phạm Văn Thắng Th.S Lê Quốc Đạt Vũng Tàu, ngày 20 tháng năm 2021 HIỆU TRƯỞNG MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu sơ lược ý tưởng – lý chọn đề tài : 1.2 Khái niệm máy CNC giới thiệu máy CNC khắc Laser 1.2.1 Tổng quan máy CNC, đặt vấn đề 5 5 1.2.2 Khái niệm máy CNC 1.3 Tổng quan máy CNC nước 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3.2 Các máy móc sản phẩm tương tự 1.3.3 Mục đích nghiên cứu 1.3.4 Mơ tả đề tài: Thiết kế mơ hình máy CNC khắc Laser 1.3.5 Phân loại mơ hình máy CNC 1.3.6 Các đặc trưng máy CNC khắc Laser 10 1.3.7 Ứng dụng 10 1.3.8 Hướng giải 10 1.3.9 Những yêu cầu chung mơ hình máy CNC 10 PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH MÁY THIẾT KẾ MÁY 11 2.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống 11 2.1 Tổng quan kỹ thuật điều khiển số 11 2.1.1 Các định nghĩa điều khiển số 11 2.1.2 Phương pháp truyền thông tin đầu vào 13 2.1.3 Ưu nhược điểm máy điều khiển số 13 2.2.4 Phân loại theo cấu trúc điều khiển 13 2.2.5 Phân loại kiểu điều khiển 13 2.2 Nhiệm vụ máy thiết kế 2.3 Nguyên lý hoạt động máy 2.4 Các thành phần máy 2.4.1 Phần điều khiển 2.4.2 15 15 16 16 Phần chấp hành 16 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ HÌNH CỦA MÁY 18 3.1 Phân tích, chọn phương án, kích thước quy mơ mơ 18 3.1.1 Phân tích chọn phương án 18 3.1.2.Kích thước quy mơ mơ hình 18 3.2 Tính toán thiết kế thành phần máy 19 3.2.1 Cơ cấu dẫn hướng 19 3.2.2 Cơ cấu truyền động 20 3.2.3 Các loại động sử dụng 21 3.2.3 Tính tốn động cho cấu xoay phơi 3.2.4 29 Một số linh kiện khác cần sử dụng chế tạo máy cnc khắc Laser 30 3.3 Bản vẽ tổng thể mơ hình thực tế THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN 4.1 Yêu cầu hoạt động tự động máy 4.2 Các thành phần hệ thống 4.3 Phân tích chọn lựa phương án điều khiển 4.4 Thiết kế điều khiển kết nối máy tính 31 34 34 34 35 36 4.5 Giới thiệu phần điều khiển 36 4.5.1 Giới thiệu Arduino 36 4.5.2 Module điều khiển CNC Shield V3 4.5.3 42 Driver điều khiển động bước A4988 42 4.6 Xác định, sơ đồ nối dây 43 4.7 Các phần mềm cần dùng 44 4.7.1 Phần mềm tạo file khắc Laser 44 4.7.2 Phần mềm tạo G-code 4.7.3 44 Phần mềm điều khiển máy CNC ( LaserGRBL 2.8.40) 44 4.8 Chương trình điều khiển: 45 4.8.1 Đoạn chương trình điều khiển giao tiếp máy vi tính máy CNC 45 4.8.2 Chương trình điều khiển chuyển động bàn xoay phôi 53 SẢN PHẨM ĐÃ KHẮC 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 NHẬN XÉT C ỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN - Cho điểm cán chấm phản biện ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….năm 2021 Người phụ trách (Ký ghi rõ họ tên) LỜI NÓI ĐẦU Ngày khoa học kỹ thuật nói chung cung nhƣ nghành kỹ thuật điên tử nói riêng phát triển có đóng góp nhiều đời sống Nắm tầm quan trọng đó, em nghiên cứu làm đề tài : “ Khảo sát thiết kế máy CNC trục laser” thầy Lê Quốc Đạt hướng dẫn Nhằm giúp việc giá công họa tiết điêu khắc cung nhƣ chi tiết gia khí đƣợc nhanh xác Những kiến thức lực đạt trình học tập trường đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án tốn nghiệp Em cố gắng tận dụng tất kiến thức học trường với tìm tịi nghiên cứu, để hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Kết sản phẩm đạt ngày hơm khơng lớn lao nhƣng thành năm học trường thành công e trước trường TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu sơ lược ý tưởng – lý chọn đề tài : Với thời đại phát triển ngày , đứng trước thời kì cơng nghiệp hóa , đại hóa diễn khắp nơi giới , từ châu lục sang chậu lục , từ nước phát triển nước phát triển , đại Với phát triển tốc độ , máy móc ngày sử dụng nhiều sản xuất , đặc biệt lĩnh vực tự động hóa , diễn với tốc độ mạnh mẽ , với xuất máy CNC nhanh chóng thay đổi việc sản xuất cơng nghiệp Với máy CNC đường cong thực dễ dàng đường thẳng, cấu trúc phức tạp chiều dễ dàng thực hiện, lượng lớn thao tác người thực giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa trình sản xuất với máy CNC tạo nên phát triển đáng kể xác chất lượng Kỹ thuật tự động CNC giảm thiểu sai sót giúp người thao tác có thời gian cho cơng việc khác Ngồi cịn cho phép linh hoạt thao tác sản phẩm thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất linh kiện khác Trong môi trường sản xuất, loạt máy CNC kết hợp thành tổ hợp, gọi cell, để làm nhiều thao tác phận Máy CNC ngày điều khiển trực tiếp từ vẽ phần mềm CAM, phận hay lắp ráp trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần vẽ in chi tiết Có thể nói CNC phân đoạn hệ thống robot công nghiệp, tức chúng thiết kế để thực nhiều thao tác sản xuất (trong tầm giới hạn) Dựa ưu điểm máy CNC với phát ngành công nghiệp chế tạo, chúng em định nguyên cứu thiết kế chế tạo mơ hình máy phay CNC loại nhỏ với chức máy CNC dựa kiến thức học nghiên cứu trường 1.2 Khái niệm máy CNC giới thiệu máy CNC laser 1.2.1 Tổng quan máy CNC, đặt vấn đề Tự động hóa q trình sản xuất yêu cầu xúc doanh nghiệp sản xuất nước hầu hết lĩnh vực Đối với lĩnh vực sản xuất khí yêu cầu cấp thiết nhằm tiến đến “tăng suất, nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm” Nhiều doanh nghiệp đầu tư để đổi công nghệ, ứng dụng công nghệ cao, công nghệ tiên tiến sản xuất Tuy nhiên, hạn chế khả tự nghiên cứu cơng nghệ mới, lực vốn đầu tư gặp có nhiều khó khăn… dẫn đến chậm đổi cơng nghệ Hiện nhu cầu máy CNC phục vụ công nghiệp ngành sản xuất khác lớn, doanh nghiệp thiết kế máy nước đáp ứng phần nhỏ Chủ yếu nhập máy CNC từ nước hay nhập máy cũ (seconhand) Đối với trình khắc CNC việc tiếp xúc trực tiếp chỗ làm việc tốn thời gian an toàn ảnh hưởng tới sức khỏe: môi trường bị ô nhiễm nặng (bột gỗ, …) nguy hiểm cho mắt, da, phổi…Tai nạn lao động nhiều, tốn thời gian nhiều để hoàn thành xong sản phẩm …Nên điều khiển gián tiếp biện pháp hiệu Máy đặt môi trường kín đảm bảo an tồn lao động cho cơng nhân Trong tình hình hội nhập với kinh tế giới với cạnh tranh gắt gao từ nhà sản xuất nước ngồi Điều địi hỏi nhà sản xuất nước cần phải nâng cao lực cạnh tranh sản phẩm cách cải tiến đầu tư máy móc, trang thiết bị an tồn, bảo vệ sức khỏe cơng nhân để phục vụ sản xuất Đặc biệt tình hình lao động nay, nguồn lao động có tay nghề ngành khí thiếu hụt trầm trọng Chính điều mà vấn đề đặt là: để phát triển ngành sản suất khí nước việc trang bị máy móc tự động phục vụ phần cho công việc trình sản xuất vơ quan trọng Ngồi lý việc thiết kế, chế tạo sử dụng thiết bị CNC tiền đề cho việc phát triển lĩnh vức khí tự động hóa sản xuất Hưởng ứng phong trào thiết kế máy CNC phục vụ nước nước ta 1.2.2 Khái niệm máy CNC CNC (Computer Numerical Control) xuất vào khoảng đầu thập niên 1970 máy tính bắt đầu dùng hệ điều khiển máy công cụ thay cho NC, Numerical Control (Điều khiển số ) CNC đề cập đến việc điều khiển máy tính máy móc với mục đích sản xuất( có tính lặp lại) phận kim khí( hay vật liệu khác) phức tạp, cách sử dụng chương trình viết ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi mã G CNC phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 phòng thí nghiệm Servomechanism trường MIT Trước khoảng thời gian này, chương trình NC thường phải mã hố xử lý băng đục lỗ, hệ điều khiển trục máy chuyển động Cách cho thâý nhiều bất tiện, chẳng hạn sửa chữa, hiệu chỉnh chương trình, băng chóng mịn, khó lưu trữ, truyền tải, dung lượng bé Hệ điều khiển CNC khắc phục nhược điểm nhờ khả điều khiển máy cách đọc hàng loạt ngàn bit thông tin lưu trữ nhớ, cho phép giao tiếp, truyền tải xử lý, điều khiển trình cách nhanh chóng, xác Hình 1.1 Máy CNC dùng công nghiệp Sự xuất máy CNC nhanh chóng thay đổi việc sản xuất cơng nghiệp Các đường cong thực dễ dàng đường thẳng, cấu trúc phức tạp chiều dễ dàng thực hiện, lượng lớn thao tác người thực giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa q trình sản xuất với máy CNC tạo nên phát triển đáng kể xác chất lượng Kĩ thuật tự động CNC giảm thiểu sai sót giúp người thao tác có thời gian cho cơng việc khác Ngồi cịn cho phép linh hoạt thao tác sản phẩm thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất linh kiện khác Trong môi trường sản xuất, với nhiều loại máy CNC đời nhầm đáp ứng nhu cầu thị trường có máy khắc gỗ CNC, nhầm đáp ứng việc gia công gỗ cách hiệu xác 1.3 Tổng quan máy CNC ngồi nước 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Có thể phân loại máy CNC sau: Các máy CNC dùng để cắt gọt kim loại dụng cụ cắt (theo công nghệ truyền thống): máy vẽ CNC, máy tiện CNC, trung tâm tiện vẽ CNC, máy mài CNC Các máy CNC dùng để gia công theo công nghệ phi truyền thống: máy xung tia lửa điện, máy cắt dây tia lửa điện, máy cắt Plasma, cắt Laser, máy tạo mẫu nhanh RP Các máy CNC dùng để gia công biến dạng áp lực: máy đột tự động theo chương trình, máy cán, máy ép, máy dập điều khiển số Các máy CNC chuyên dụng phục vụ cho ngành công nghiệp sản xuất hàng loạt đặc biệt: sản xuất phụ tùng ô tô, đồ tiêu dùng, sản xuất vũ khí, hố chất độc hại,…