TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT PLASMA CNC
Công nghệ cắt plasma cnc
Cắt plasma là một quá trình gia công cắt gọt kim loại sử dụng khí ion hóa được nung nóng đến nhiệt độ trên 20.000o C để làm nóng chảy vật liệu kim loại Khí này, được đẩy ra dưới áp suất cao, làm tan chảy vật liệu và loại bỏ vật liệu khỏi vết cắt. Điều quan trọng cần lưu ý là quy trình này chỉ hoạt động trên các vật liệu dẫn điện như thép không gỉ, đồng, nhôm và các kim loại khác Nói cách khác, máy cắt plasma không thể cắt đá, giấy, thủy tinh và các chất dẫn điện kém khác.
Kỹ thuật này mang đến hiệu quả về chi phí cực kỳ ấn tượng khi cắt kim loại dày Bên cạnh đó, nó rất linh hoạt và yêu cầu chi phí bảo trì máy móc, công cụ thấp Nó cũng có độ chính xác cắt cao khiến nó trở nên lý tưởng để cắt các bộ phận có dạng hình học phức tạp.
Bạn đã biết sơ qua về phương pháp cắt plasma là gì, tiếp theo chúng ta hãy tìm hiểu một chút về lịch sử của nó.
Trước kia người ta thường cắt sắt bằng công nghệ cắt oxy ga ( còn được gọi là cắt hơi hay cắt gió đá) hoặc cắt cưa vòng đối với các dòng thép đặc biệt có độ cứng cao hơn.
Về cơ bản thì công nghệ cắt nào cũng có những ưu nhược điểm đặc thù của riêng nó. Nhược điểm của cắt oxy ga là khi cắt các tấm sắt thép mỏng dễ bị biến dạng, ko tối ưu, thời gian chậm và vật tư tiêu hao nhiều
Khoảng 60 năm trước công nghệ cắt plasma xuất hiện làm thay đổi phương pháp cắt kim loại nói riêng và thay đổi cách thức cũng như các sản phẩm của ngành gia công cơ khí nói chung Plasma là trạng thái thứ 4 của vật chất ( ngoài 3 trạng thái chính: rắn, lỏng, khí) trong đó các chất bị ion hóa mạnh Plasma hầu như không tồn tại trên trái đất nhưng lại rất phổ biến trong vũ trụ.
Nguyên lý cắt plasma dựa trên việc cung cấp một nhiệt độ rất lớn làm ion hóa dòng không khí để tạo ra tia plasma, tia này mất trật tự liên kết của kim loại tại vị trí nó tiếp xúc Đó chính là quá trình cắt kim loại bằng tia plasma ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
1.1.Một số loại mối cắt plasma và các chi tiết gia công bằng phương pháp cắt plasma
Hình 1.1 Các loại mối cắt plasma
Giới thiệu chung về đề tài
Các cơ cấu liên quan đến máy hàn CNC 3 trục.
Các loại máy cắt plasma CNC đã có trên thị trường.
Nguyên lý hoạt động của máy.
Điều khiển động cơ bước:
+ Giao tiếp và điều khiển bằng máy tính.
+ Nội suy đường thẳng, đường cong theo 2 trục.
Phạm vi nghiên cứu
Tổng quan Cơ sở lý thuyết
Xây dựng mô phỏng và tính toán cơ cấu
Các thành phần của máy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Nghiên cứu tìm hiểu các máy móc thiết bị ở phòng thí nghiệm nhà trường có liên quan đến đề tài.
Nghiên cứu trên các lĩnh vực các máy tự động phục vụ trong nhà trường, trong phòng thí nghiệm.
Nghiên cứu loại máy CNC 3 trục.
Dễ dàng điều chỉnh tốc độ từ 0-1000mm/phút và điều khiển chính xác mỏ cắt theo biên dạng
Cắt được nhiều biên dạng khó và phức tạp và mang tính chính xác cao
Phương pháp thực hiện
+ Tìm hiều về cấp thiết của đề tài, nhận biết tầm quan trọng trong thực tiễn ngành công nghiệp nước ta.
+ Các vấn đề cần giải quyết (cơ khí, điều khiển, vật liệu…).
+ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu đề tài
Dự kiến kết quả đạt được
Làm chủ được công nghệ máy hàn CNC 3 trục.
Tăng hiệu quả, giảm chi phí gia công.
Phục vụ cho việc đào tạo, nghiên cứu của nhà trường.
Gia công được các chi tiết phức tạp
Làm chủ được công nghệ cắt plasma cnc
Xây dựng mô phỏng máy cắt CNC trên phần mềm
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY CẮT PLASMA CNC
Máy cắt Plasma CNC là dòng máy dựa vào công nghệ điều khiển tự động để cắt kim loại bằng tia plasma.
Hình 1.2 Các bước thực hiện đề tài ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Hệ thống CNC của máy sử dụng bộ điều khiển công nghiệp chuyên dụng.
Cấu tạo nguồn cắt plasma gồm có 3 bộ phận chính là nguồn cung cấp plasma, mạch khởi động hồ quang và đầu cắt plasma được nối với nhau bằng các ống ở bên trong.
Khi khởi động máy, tín hiệu điều khiển sẽ phát ra từ bộ điều khiển, đến nguồn cắt. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Hệ thống nguồn nhận được tín hiệu sẽ kích hoạt điện áp 280 VDC để khí từ máy nén khí vận lên đầu mỏ cắt.
Tại đầu mỏ cắt có điện cực được nối với cực âm ( cực dương chính là vật liệu cắt được nối bởi kẹp mát) Bép cắt của hệ thống có tác dụng đánh lửa và định hướng dòng plasma.
Khi dòng khí ổn đinh, mạch hồ quang bên trong bắt đầu làm việc với tần số cao,cung cấp năng lượng cho dòng khí bên trong tạo ra quá trình ion hóa, Dòng này dược định hướng bởi bép cắt, đi ra ngoài, tạo ra tia plasma tiếp xúc với vật liệu cắt. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Tia này làm nóng chảy vật liệu cắt, phá vỡ mối liên kết vật liệu tạo ra đường cắt.
Hệ thống cảm ứng sẽ nhận biết và báo tín hiệu về bộ điều khiển công nghiệp kết thúc quá trình cắt một điểm và bắt đầu điểm mới với quy trình tương tự,
ỨNG DỤNG CỦA CẮT PLASMA CNC TRONG ĐỜI SỐNG VÀ SẢN XUẤT
Với các ưu điểm nổi bật như tốc độ cắt nhanh, ứng dụng cắt tự động linh hoạt, chi phí vật tư tiêu hao thấp, máy cắt plasma cnc hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất với các lĩnh vực sau:
Máy cắt plasma CNC ứng dụng cắt hoa văn mỹ thuật trang trí ngoại thất : cổng cửa, lan can
Ứng dụng cắt kim loại trang trí nội thất: cầu thang, vách ngăn, tranh sắt nghệ thuật, giường, kệ tủ nghệ thuật…
Ứng dụng gia công chi tiết máy
Ứng dụng cắt bản ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lý do chọn đề tài
Để vận dụng những kiến thức đã học và làm việc nhiều năm trong lãnh vực CAD – CAM – CNC
Thiết kế được máy CNC là điều trăn trở Thiếu về tư liệu sản xuất cũng như phương tiện, thiết bị…
Hiện nay nhu cầu về máy CNC phục vụ công nghiệp và các ngành sản xuất khác là rất lớn, doanh nghiệp thiết kế máy trong nước chỉ đáp ứng một phần nhỏ Chủ yếu là nhập khẩu máy CNC mới từ nước ngoài về hay nhập máy cũ (seconhand) về.
Ngoài ra để giảm chi phí quản lí và thuê mướn kỹ sư có trình độ cao làm việc Thì việc cài đặt, lập trình, bảo dưỡng và điều khiển máy trong xí nghiệp lớn thì việc liên kết nhiều máy CNC với nhau, và điều khiển gián tiếp là việc cần làm Vd: Một xưởng sản xuất chỉ cần 1 kỹ sư thiết kế sản phẩm, xuất file gia công, điều chỉnh máy (thông số)… Tại phòng điều khiển trung tâm có thể điều khiển khoảng 999 máy CNC Công việc gá phôi sẽ được tự động hay do công nhân bậc thấp thực hiện Do máy CNC có tính lặp lại chính xác chu trình gia công.
Đối với quá trình cắt Plasma thì việc tiếp xúc trực tiếp tại chỗ làm việc là cực kỳ nguy hiểm mất an toàn và ảnh hưởng tới sức khỏe: môi trường bị ô nhiễm nặng (khói độc, bức xạ hồ quang, bức xạ điện từ,…) nguy hiểm cho mắt, da, phổi…Tai nạn về phỏng do kim loại nóng chảy văng ra, điện giật… Nên điều khiển gián tiếp là biện pháp hiệu quả nhất Máy sẽ được đặt trong môi trường kín sẽ đảm bảo vệ sinh môi trường làm việc cho công nhân.
Trong tình hình hội nhập với nền kinh tế thế giới cùng với sự cạnh tranh gắt gao từ các nhà sản xuất nước ngoài Điều này đòi hỏi các nhà sản xuất ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ trong nước cần phải nâng cao năng lực cạnh tranh của sản phẩm hơn nữa bằng cách cải tiến và đầu tư máy móc, trang thiết bị an toàn, bảo vệ sức khỏe công nhân để phục vụ sản xuất Đặc biệt là trong tình hình lao động hiện nay, nguồn lao động có tay nghề trong ngành cơ khí đang thiếu hụt trầm trọng. Chính vì điều này mà hiện nay vấn đề đặt ra là: để phát triển ngành sản suất cơ khí trong nước thì việc trang bị các máy móc tự động phục vụ một phần cho công việc trong quá trình sản xuất là vô cùng quan trọng
Ví dụ như một nhà máy đóng tàu nhỏ hay một cơ sở sản xuất các cấu kiện bằng thép nếu muốn trang bi một máy cắt phôi thép tấm tự động như vậy cần phải đầu tư một số tiền rất lớn Chính vì vậy mà việc nghiên cứu, chế tạo một máy cắt thép tấm CNC dạng nhỏ với giá thành rẻ, kết cấu gọn, lắp ráp,đóng gói dễ dàng và sử dụng dễ dàng là rất cần thiết và hữu ích.
Việc sử dụng sản phẩm trong nước như vậy sẽ làm cho các ngành sản xuất, gia công cơ khí trong nước phát triển, mặt khác nó còn nhằm mục đích hưởng ứng cuộc vận động sử dụng hàng sản xuất trong nước
Ngoài các lý do như trên thì việc thiết kế, chế tạo và sử dụng thiết bi cắt thép tấm CNC còn là tiền đề cho việc phát triển lĩnh vức cơ khí tự động hóa trong sản xuất Hưởng ứng phong trào thiết kế máy CNC phục vụ trong nước của nước ta.
Điểm mới của đề tài
Ứng dụng phần mềm điều khiển máy cắt Plasma CNC.
Thiết kế máy khối lượng nhẹ, lắp ráp, di chuyển dễ dàng
Điều khiển gián tiếp và từ xa (thông qua mạng LAN, internet) Nhờ tính năng Vedio Control của phần mềm, ứng dụng các phần mềm điều khiển gián tiếp
Đảm bảo an toàn gần như tuyệt đối và bảo vệ môi trường cao (nếu đặt máy trong môi trường kín).
Máy có khổ nhỏ (640x400) nhưng khả năng gia công cắt được những tấm vật liệu khổ lớn (không giới hạn kích thước) Do thiết kế tạo khoảng không giữa máy.
Ứng dụng hiệu quả khi làm việc ngoài khu vực xưởng sản xuất Công trình đang thi công ngoài xưởng (thiết kế tại văn phòng nhưng gián tiếp điều khiển gia công tại nơi thi công lắp ráp…)
Giới hạn đề tài
Do thời gian nghiên cứu và điều kiện vật chất có hạn nên trong đề tài này ng ười nghiên cứu mới chỉ tính toán, thiết kế và chế tạo thử nghiệm một mô hình má y cắt với kích thước nhỏ Mô hình này gọn nhẹ, có khối lượng nhỏ 200kg, và vận tốc cắt tối đa là 1m/ph, hành trình cắt ở mỗi trục là 640x400mm và ứng dụng chủ yếu trong các xưởng sản xuất, hoặc các phân xưởng có nhu cầu sử dụng máy cắt c ác phôi thép tấm nhỏ có độ dày từ 0.1 mm đến 25 mm với hình dạng khác nhau đối với khách hàng có nhu cầu cắt, gia công. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Mục đích nghiên cứu
Với đề tài “Thiết kế, chế tạo máy cắt plasma C.N.C” người nghiên cứu thể hiện với các mục đích sau:
Hoàn thiện một lượng kiến thức khá lớn về tin học và điện tử nói chung, công nghệ tự động hoá nói riêng.
Nghiên cứu tính toán , thiết kế và chế tạo theo hướng đơn giản hóa các kết cấu, thu nhỏ các kích thước của những máy đã chế tạo trước đây để tạo thành một máy mới có có giá thành hạ, kết cấu đơn giản, dễ vận hành, dễ thao tác và di chuyển từ nơi làm việc này đến nơi làm việc khác Loại máy cắt này có kết cấu tương tự như thiết bị cắt tự hành nhưng có thể di chuyển đầu cắt đến tọa độ bất kì trong mặt phẳng cắt để tạo thành các hình dạng sản phẩm cần cắt khác nhau Với khả năng cắt tự động, sử dụng như là một máy phay CNC có thể được đặt trực tiếp lên trên vật liệu cắt (tấm lớn…), sử dụng thuận tiện và linh hoạt trong việc di chuyển máy trong phạm vi công việc.
Ngôn ngữ sử dụng để điều khiển hệ thống là tiếng Anh, giao diện đẹp mắt, hoạt động rất đơn giản và thuận tiện, có sẵn thư viện để cắt các hình cơ bản như vuông, tròn, chữ nhật, hoa văn, hình ảnh nghệ thuật (người, xe, con vật, hoa, cây cối….) mà không cần lập trình Ưu điểm của máy là bộ nhớ xử lý lớn có thể gia công những chi tiết phức tạp (file có dung lượng lớn).
Hình dáng của mẫu cắt có thể vẽ trên phần mềm Auto CAD đơn giản, hiệu quả và dễ sử dụng Chuyển qua phần mềm MastercamX xuất sang dạng Gcode.
Ngoài ra phần mềm còn hỗ trợ phần mềm Lazy Cam chuyên dùng cho cắt tấm vật liệu (đọc được file DXF và một số file hỗ trợ CAM).
Góp phần phát triển ngành công nghệ tự động của nước nhà.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp tham khảo tài liệu: Tài liệu về điều khiển tự động, tài liệu về công nghệ CNC, tài liệu về thiết kế mô phỏng, tài liệu về lập trình vi điều khiển, tài liệu về động cơ bước, động cơ Servo…
Tham khảo một số máy CNC có cấu trúc tương tự và giá thành của chúng trên thị trường.
Tham khảo một số tài liệu về thiết kế máy cắt CNC trước đây.
Tham khảo các tài liệu về thiết kế bộ điều khiển cho máy CNC
Nghiên cứu kết cấu của các loại máy CNC trên thị trường có tính năng tương tự, cải tiến những khuyết điểm
Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp và thí nghiệm các mạch điều khiển động cơ DC Step, Bộ điều khiển chính, cổng truyền thông nối tiếp với file ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ hình vẽ trên Auto CAD, gia công toàn bộ các chi tiết và lắp ráp hoàn chỉnh mô hình máy cắt CNC Plasma.
2.5.1 Cơ sở yêu cầu thiết bị máy a) Quá trình thiết kế tổng quát
Thiết kế là một quá trình sáng tạo và truyền đạt những ý tưởng đến những người khác.
Vị trí của thiết kế máy trong khái niệm thiết kế chung :
Sự triển khai ý tưởng thiết kế nói chung
Sau đây là một số ý tưởng phác thảo :
Dựa trên những phương pháp sau:
Là quá trình liên quan đến toàn bộ hoạt động sản xuất từ nhận đơn đặt hàng đến xuất xưởng sản phẩm
Có 2 loại hình thiết kế : vượt rào cản và đồng thời
Hình 2.1 Các sơ đồ thiết kế b) Cơ cấu và máy
Cơ cấu là hệ thống các vật thể liên kết nhân tạo với nhau, dùng để truyền và biến đổi chuyển động từ khâu này sang khâu khác.
Với máy CNC 3 trục, nhóm đã dùng:
+ Cơ cấu biến đổi năng lượng: từ điện năng thành cơ năng
+ Cơ cấu truyền động: trục vitme
+ Cơ cấu chấp hành: chuyển động 3 trục X Y Z c) Máy được tạo nên từ ba thành phần chính:
Động cơ cung cấp năng lượng : Động cơ bước, chuyển đổi điện năng thành cơ năng
Hệ thống truyền động: gồm 3 trục :
+ Trục Z,Y,X: sử dụng trục vit me truyền chuyển động và thanh ranh để hỗ trợ chuyển động Trục Z,Y,X chuyển động theo các phương X Y Z trong không gian để thực hiện quá trình gia công d) Quá trình thiết kế máy và chi tiết máy :
Tương tự quá trình thiết kế sản phẩm, quá trình thiết kế máy bao gồm:
+ Xác định nhu cầu thị trường
+ Xác định yêu cầu kỹ thuật
+ Xác định nguyên lý hoạt động cho máy
+ Lập sơ đồ động máy
+ Tính toán bộ phận cung cấp năng lượng – phân phối tỉ số truyền
+ Chọn vật liệu cho các chi tiết máy
+ Tính toán động học, động lực học cho các chi tiết máy
+ Sản xuất mẫu thử, điều chỉnh, sửa lại thiết kế
+ Lập tài liệu thiết kế e) Các phương pháp thiết kế:
+ Đảm bảo các chỉ tiêu khả năng làm việc cho chi tiết máy hoặc sản phẩm Tính theo ứng suất cho pháp và hệ số an toàn, xét đến ảnh hưởng của kích thước, độ bền, đặc tính tải trọng các đại lượng này xem như đơn định.
Thiết kế theo độ tin cậy
+ Đảm bảo độ an toàn va độ tin cậy cho sản phẩm Tính theo xác suất làm việc không hỏng là phương pháp tiến bộ nhất, xét đến ảnh hưởng của độ phân tán tải trọng, cơ tính vật liệu, dung sau kích thước… trên cơ sở thiết kế xác suất.
+ Để xác định giá trị tối ưu cho các thông số thiết kế, đảm bảo hình dạng, chất lượng và giá thành Thiết kế bần vững đảm bảo các thông số thiết kế bần vững với các nhân tố nhiễu, không cảm nhận sự ảnh hưởng miền phân bởi các đại lượng ngẫu nhiên khi thiết kế Các nhân tố nhiễu là các nhân tố không kiểm soát được hoặc kiểm soát với chi phí cao Thiết kế bền vững chia làm ba giai đoạn :
Thiết kế hệ thống: tìm hiểu cơ sở kỹ thuật thiết kế và thiết kế sơ bộ
Thiết kế tham số: chọn các giá trị kích thước, tính chất thích hợp cho tham số thiết kế của chi tiết hoặc sản phẩm, sử dụng thiết kế các suất phân tích độ ảnh hưởng từng thông số
Thiết kế dung sai: chi tiết chất lượng cao thay thế chi tiết có độ tin cậy thấp, nâng cao chất lượng chi tiết hoặc sản phẩm Sử dụng quy hoạch thực nghiệm và dung sai xác suất để gán dung sau cho kích thước + Với máy CNC 3 trục,yêu cầu đảm bảo về thông số kỹ thuật, độ cứng vững,… nên ta thiết kế theo phương pháp thiết kế bền vững Thiết kế dựa trên cơ sở khoa học do chưa có kinh nghiệm.
+ Trong quá trình thiết kế đầu tiên tiến hành tính toán thiết kế sơ bộ, bỏ qua một số hệ số Sau khi có các kích thước mới tiến hành kiểm nghiệm. f) Máy tính hỗ trợ thiết kế
Các phần mềm hỗ trợ thiết kế trong các công đoạn
Vẽ và mô hình hóa: Autodesk Inventor
Xuất bản vẽ: Autodesk Inventor, Autodesk Autocad g) Hệ thống đơn vị trong thiết kế máy:
Hệ đơn vị SI với :
Đơn vị đo chiều dài : mm
Đơn vị đo khối lượng : gam
Đơn vị đo vận tốc : m/s h) Công cụ tính trong quá trình thiết kế máy:
Quá trình thiết kế máy dựa chủ yếu vào tính toán và thực nghiệm Nhiều công cụ tính toán khác nhau được áp dụng đê tính toán thiết kế Nhóm chủ yếu dung sổ tay dung sai, sổ tay sức bền, máy tính bỏ túi,cũng như phầm mềm Solidwork ( tính toán úng suất,sức bền, ) để tính toán thiết kế máy.
2.5.2 Cấu tạo và yêu cầu với máy cắt CNC
Cấu tạo đặc trưng máy cắt CNC:
+ Cấu tạo của máy cắt plasma CNC bao gồm các bộ phận sau: bộ nguồn cung cấp năng lượng cho máy, một mạch khởi động và phần đầu cắt Các hệ thống cung cấp năng lượng điện, mức độ ion hóa và quy trình điều khiển là điều cần thiết để tạo ra những đường cắt có chất lượng cao và nâng cao năng suất gia công trên nhiều loại kim loại khác nhau.
Yêu cầu với máy hàn CNC:
+ Hàn được mọi loại bề mặt chi tiết
+ Kết cấu máy đơn giản dễ chế tạo, lắp ráp
+ Tối ưu vật liệu sử dụng nhưng vẫn đảm bảo được quá trình vận hành máy + Dễ sử dụng
2.5.3 Kết cấu chung của máy cắt điều khiển số
Hình 2.2 Kết cấu chung của máy cắt điều khiển số
2.5.4 Các phần tử điều khiển
Phần điều khiển máy cắt CNC: Gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển.
Chương trình điều khiển: Là tập hợp các tín hiệu gọi là là lệnh để điều khiển máy, được mã hóa dưới dạng chữ cái, số và môt số ký hiệu khác như dấu cộng, trừ, dấu chấm, gạch nghiêng …
Các cơ cấu điều khiển: Nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu được gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược Bao gồm các cơ cấu đọc, cơ cấu giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuyếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín hiệu.
Đây là thiết bị điện – điện tử rất phức tạp, đóng vai trò cốt yếu trong hệ thống điều khiển của máy Việc tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của các thiết bị này đòi hỏi có kiến thức từ các giáo trình chuyên ngành khác, cho nên ở đây chỉ giới thiệu khái quát các thiết bị điện có trong máy như sau:
2.5.5 Các cụm điều khiển mỏ cắt a) Cụm điều khiển máy MCU (Machine Control Unit)
Cụm điều khiển được hình thành trên cơ sở thiết bị điều khiển điện tử, thiết bị vào ra và các thiết bị số Nó được coi là trái tim của máy công cụ điều khiển số CNC.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CẮT PLASMA
Các thông số kỹ thuật của máy
Với điều kiện sử dụng một cách linh hoạt, hiệu quả cao, dễ di chuyển nên tác giả chọn thiết kế với kích thước của vùng làm việc của máy là:
- Chiều rộng cắt lớn nhất(phương X): 1300 mm
- Chiều dài cắt lớn nhất(phương Y): 950 mm
- Độ dày cắt lớn nhất(phương Z): 400 mm Đây là các kích thước sơ bộ dùng cho quá trình tính toán kết cấu của máy sau này Trên thực tế phải tuỳ theo yêu câù công việc cụ thể hoặc tuỳ loại và khoảng không gian của khu vực làm việc mà có ta có thể tăng hoặc giảm kích thước các trục X và Y để thay đổi khổ cắt của máy.
- Hệ thống phần mềm điều khiển Mach3 Control Plasma CNC
Sau khi chương trình được nạp vào phần mềm, hệ thống điều khiển bắt đầu tiến hành thực hiện các dòng lệnh chương trình nạp vào Đầu PLASMA được khởi động tiến hành đốt và bốc tách vật liệu theo lệnh thông qua chuyển động qua lại của các trục dẫn động
X, Y để tạo ra các hình ảnh theo ý muốn.
3.1.4 Yêu cầu kỹ thuật về máy: Để máy có thể làm việc được thì phải có ba bộ phận chính:
Bộ phận cung cấp điện và điều khiển.
Bộ phận đặt chi tiết gia công.
Máy hoạt động tương đối ổn đinh, êm, không gây tiếng ồn.
Vận tốc dịch chuyển của đầu cắt đạt được tốc độ theo yêu cầu tính toán.
Tính toán, thiết kế máy cắt plasma
3.2.1 Xác định lực kéo phần thân máy:
Yêu cầu chuyển động của máy là: với vận tốc cắt tối đa là 1m/ph, thời gian tăng tốc từ 0 lến đến vận tốc cắt cao nhất trong khoảng 0.25s Dự tính khối lượng phần thân máy khoảng 250kg.
Ta tính được lực kéo và quãng đường cần thiết để thân máy đạt vận tốc cao nhất là 1m/ph
Gia tốc của phần thân máy:
Quãng đường để đạt được vận tốc cao nhất: Áp dụng định lý biến thiên động năng ta có:
3.2.2 Tính toán động lực học máy:
1 Khối lượng: 50kg a Khối lượng di chuyển theo phương X:
Từ thực nghiệm cho thấy khối lượng của cụm trượt trên trục X khoảng 50kg
Khối lượng tổng cộng: mức chênh lệch 10% dự trữ cho bánh răng, bulong, đai ốc, ốc vít, bao che các loại, v.v…
110% x 50 = 55kg b Khối lượng chuyển động theo trục Y:
Từ thực nghiệm cho thấy khối lượng của cụm trượt trên trục Y khoảng 30 kg
Khối lượng tổng cộng: mức chênh lệch 10% dự trữ cho bánh răng, bulong, đai ốc, ốc vít, bao che các loại, v.v…
2 Tính lực và tính momen trên động cơ: a Trục X:
- Tổng khối lượng chuyển động theo phương X là 55kg hay PU0N
- Do kết cấu chuyển động của bi lăn trên ray nên chọ hệ số ma sát là k=0.05
- Lực quán tính khi tăng tốc hay giảm tốc: ta đã biết sau thời gian tăng tốc hay giảm tốc là 250 ms = 0.25s Tốc độ phải đạt được từ 0 đến Fmax= 24000 mm/phút hay 2.4m/60s
- Gia tốc của hệ thống: a= v/t = 0.04/0.25 = 0.16 m/s2
- Lực phỏt sinh do quỏn tớnh: Fqt= m.a = 55 x 0.16 = 8,8 N ằ 9 N
Vậy, lực tổng cộng tác dụng trên trục X:
Do động cơ được truyền trực tiếp đến trục bánh răngr momen trên trục là:
Như vậy, do chọn động cơ với hệ số an toàn n = 4 nên ta có:
* Vậy chọn động cơ có momen: 3.5Nm
Chọn động cơ điều khiển chuyển động của trục X
Chọn động cơ bước để điều khiểu chuyển động theo trục OX Các dữ liệu để tính chọn động cơ:
+ Bước răng: h=4(mm) + Hệ số ma sát trượt: 𝜇=0,12 + Gia tốc trọng trường: g (m/s2) + Khối lượng phần dịch chuyển: m (kg) + Góc nghiêng của trục: 𝛼0
+ Tỉ số truyền giảm tốc: i=1 ( do chọn phương án động cơ nối trực tiếp với vít me không qua hộp giảm tốc)
+ Hiệu suất của máy: 𝜂 = 0,9 + Tốc độ vòng lớn nhất của động cơ: n00 (vg/p) Tính momen ma sát:
Tính momen chống trọng lực của kết cấu:
Với bề dày thanh răng là: D (mm), ta có: v max = π × D × n
M stat =M ms +M wz +M mach =0+0,011+0,25=0,226 (N.mm) Chọn động cơ bước SUMTOR 57HS5630A4 của hãng Sumtor theo trang http://en.sumtor.com:
Thông số kỹ thuật chính:
- Kích thước mặt bích: 56x56 mm.
Hình 3.5: Các thông số của động cơ trục Z
Thời gian cần thiết để đạt được vận tốc cực đại là:
Trong đó : J là tổng mô men quán tính (Momen tính toán + momen cho bởi động cơ – Rotor Inertia J )
TL là mô men quay f là hệ số an toàn (chọn theo kiểu ổ lắp) Thay số vào ta được :
Thời gian cần thiết để đạt được vận tốc cực đại là:
Trong đó : J là tổng mô men quán tính (Momen tính toán + momen cho bởi động cơ – Rotor Inertia J )
TL là mô men quay f là hệ số an toàn (chọn theo kiểu ổ lắp) Thay số vào ta được :
Tính toán chọn ray dẫn hướng trục X
Hình 3.9:Hình ảnh minh họa ray trượt
Hình dạng của ray dẫn hướng
Để có được một mô hình phù hợp nhất cho các điều kiện dịch chuyển của hệ thống ray dẫn hướng thì khả năng chịu tải và tuổi thọ của mô hình phải được chú trọng nhất
Để xác định, kiểm nghiệm khả năng tải trọng tĩnh danh nghĩa, tải trọng tương đương thì việc đánh giá qua giá trị Co (tải trọng động định mức) là khả quan và chính xác hơn cả.
Tuổi thọ có thể thu được bằng cách tính toán trên cơ sở lý thuyết bằng công thức thực nghiệm dựa trên việc đánh giá thông qua tải trọng động danh nghĩa.
Hình 3.10: Kết cấu, kích thước ray dẫn hướng trục Z
Ta chọn con trượt HGW-20 của hãng Hiwin theo trang www.Hiwin.com
Bảng 3.4: Thông số ray dẫn hướng trục Z
Tính toán tải trọng (Co, Ca )
Các công thức tính tương ứng:
fs: hệ số bền tĩnh, với máy công cụ fs = 1.5 – 3 (chọn fs = 2)
F amax : lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vitme
Chọn ray dẫn hướng có
Hình 3.11: Sơ đồ lực và khảng cách các con trượt
- Khoảng cách giữa 2 con chạy cùng ray: l 1 = 96(mm)
- Khoảng cách giữa 2 con chạy khác ray: l 2 0(mm)
- Khoảng cách từ tâm cụm máy đến tâm vit me phương vuông góc: l 3 e(mm)
- Khoảng cách từ tâm cụm máy tới tâm bàn máy theo phương song song với ray:l 4 =0mm
Tính các lực riêng rẽ a) Chuyển động đều, lực hướng kính pn
= 20.0 65 2.96 g,71 ( N ) b) Chuyển động tăng tốc sang trái p n da 1
2.100 E,57 ( N ) Tải phụ ptnda1: pt 1 da 1 = pt 2 da 1 = pt 3 da 1 = pt 4 da 1 =0 c) Chuyển động giảm tốc sang trái p n d a3
- p t1 d a3 = p t2 d a3 = p t3 d a3 = p t4 d a3 =0 d) Chuyển động giảm sang phải p n u a3
- p t1 u a3 = p t2 u a3 = p t3 u a3 = p t4 u a3 =0 e) Chuyển động tăng tốc sang phải p n u a1
Tính toán tải trọng tương đương a Khi chuyển động đều
- p E2 = p E3 = p E4 = p 1 = 93.75 (N) b Khi tăng tốc sang phải
- p E4 d a1 = 140.625 (N) c Khi giảm tốc sang phải
Tính toán hệ số tĩnh
Trang:29 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ f s = C 0
Tính toán tải trọng trung bình Pmn p ml = √ 3 p E 1 d 3 a 1 X 1 P 3 E1 X 2 + P E1 d 3 a 3 X 3 + 2 P l E1 u 3 a1 X 1 + P 3 E1 X 2 + P E 1 u 3 a 3 X 3
Tính toán tải trọng danh nghĩa
- Lấy hệ số tải trọng f w =1.2
3.2.3 Thiết kế khung máy cho máy cắt:
Chọn sơ bộ vật liệu làm khung và dựng khung máy.
Kiểm bền thông qua phần mềm
Chọn sơ bộ vật liệu làm khung và dựng khung máy
Thép ống 100x100 ( cơ tính: 𝜎𝑏 = 610 Kg/mm2, HB= 23, 𝛿= 16%) Dựng kết cấu máy:
Ta có: kích thước chi tiết tối đa: A x B x H= 1500x1000x1200
Từ đó, chọn kích thước không gian làm việc: A x B x H= 1600x1200x1200 Chọn kích thước bàn máy để gia công: A x B= 1400x900
Chọn kích thước khung máy : A x B x H= 1657 x 1557 x 1587
Phương pháp gia công và lắp ráp khung máy.
Khung máy là bộ phận quan trọng, chịu áp lực lớn nhất và đẩm bảo độ chính xác của máy nên yêu cầu độ chính xác khi gia công cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
3.2.4 Tính toán thiết kế hệ thống cắt:
Thông thường trên mỗi máy cắt thường có những thông số về cấu tạo, điện áp, cũng như công suất hoạt động của máy Nên ta cần biết hết những thông số đó Cần hiểu các thông số kỹ thuật trên máy cắt mig, để có được lựa chọn phù hợp và sử dụng máy bền, an toàn, hiệu quả.
Hình 3.23: các thông số cơ bản trên máy cắt
Trước tiên, bạn cần xác định loại nguồn điện mà bạn sử dụng để chọn được máy cắt phù hợp.
Các máy cắt điện tử có dòng cắt từ 20A đến 150A: Thường được thiết kế dùng với cấp điện áp 1 pha 220V.
Các máy hàn điện tử có dòng hàn từ 250A đến 500A: Thường được thiết kế dùng với điện áp 3 pha 380V.
Các thông số kỹ thuật máy cắt plasma cnc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Hình 3.24: Thông số kỹ thuật máy cắt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ a) Tốc độ di chuyển của đầu cắt
Tốc độ di chuyển của đầu cắt là một trong những thông số kỹ thuật cơ bản đầu tiên mà chúng tôi muốn các bạn quan tâm tới Trong kỹ thuật cắt Plasma, tốc độ của đầu cắt phải đạt đúng yêu cầu thì sản phẩm ra lò mới đạt chất lượng Nếu tốc độ di chuyển của đầu cắt quá chậm, đường cắt sẽ không đạt được sự tinh tế như ý muốn. Thậm chí, đôi lúc còn làm hỏng, biến dạng các họa tiết, chi tiết nhỏ.
Ngoài ra, nếu tốc độ cắt quá chậm, năng suất sản xuất, tiến độ công việc cũng bị ảnh hưởng phần nào Do vậy hãy chọn máy cắt Plasma có tốc độ đầu cắt đạt từ 10.000 mm/phút nhé. b) Độ dày cắt tối đa Độ dày cắt tối đa cũng là một trong những thông số máy cắt Plasma quan trọng. Đây là con số cho bạn biết khả năng của máy có thể cắt được vật liệu dày bao nhiêu. Mỗi chiếc máy sẽ có độ dày cắt tối đa khác nhau Qua đó phần nào nói lên khả năng làm việc của chiếc máy. Độ dày cắt tối đa càng lớn, máy càng có thể cắt được vật liệu dày hơn Chất lượng của máy cũng tốt hơn so với những máy có độ dày cắt tối đa nhỏ. c) Động cơ truyền lực
Bạn có biết, loại động cơ của máy cắt Plasma cũng ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng của máy cắt hay không? Hiện nay, có hai loại động cơ được sử dụng trong những chiếc máy cắt đó là động cơ bước và động cơ Servo Động cơ càng hiện đại, mức độ chính xác của máy càng cao Sai số khi cắt cũng phần nào được hạn chế đáng kể. d) Nguồn điện cấp
Một thông số máy cắt Plasma mà ít người quan tâm tới đó chính là nguồn điện cấp cho máy Tuy nhiên, đây lại là thông số kỹ thuật rất quan trọng trong quá trình sử dụng các máy cắt Plasma. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Hiện nay, máy cắt Plasma được chia làm hai loại là máy sử dụng dòng điện 3 pha và máy sử dụng điện 1 pha Nắm được điều này, bạn sẽ biết cách sử dụng dòng điện phù hợp với cấu tạo cũng như công suất máy. e) Khả năng làm việc
Tương tự như các loại máy khác, các nhà sản xuất cũng đưa ra các cảnh báo, giới hạn về khả năng làm việc của các loại máy cắt Plasma Bạn biết không, mỗi chiếc máy, mỗi dòng máy lại có thông số này khác nhau.
Có loại máy cắt có thể sử dụng được liên tục trong 1 giờ đồng hồ nhưng có loại lại chỉ hoạt động liên tục trong vòng 30 phút sau đó nửa giờ sau mới có thể hoạt động trở lại?
Ngoài các thông số mà chúng tôi đã kể trên, các bạn cũng nên quan tâm tới một vài thông số khác như chiều dài Rail, độ rộng cắt hữu ích, độ chính xác lặp lại… Đây đều là những thông số kỹ thuật quan trọng của một chiếc máy cắt Plasma đấy.
Việc chọn công suất của máy cho phù hợp với độ dày của vật cắt là rất cần thiết.Ta có thể tính toán công suất máy như sau:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CẮT ĐIỀU KHIỂN SỐ
Hệ thống điện – điều khiển
Giới thiệu phần điện tử của máy CNC
Gồm có bob điều khiển 3 trục, bo điều khiển 4 trục, bo điều khiển 5 trục
Có 2 loại driver phổ biến là driver của hãng Leadshine và driver của hãng
JMC Driver của hãng Leadshine có giá cao hơn nhưng được dùng phổ biến hơn do xâm nhập vào thị trường Việt Nam sớm hơn Driver của hãng JMC có giá thành thấp hơn nhưng chất lượng tương đương chất lượng của hãng Leadshine, và thường được các thợ lắp máy ưa dùng.
Hình 4.1 Driver điều khiển step motor
Bên cạnh đó còn có Driver của hãng Mạch Việt được sản xuất trong nước,với giá cả rẻ hơn so với 2 hãng Leadshine và JMC. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Driver nối trục tiếp với động cơ bước và Bod điều khiện để điều khiển động cơ bước
4.1.3 Động cơ bước/ động cơ secvo. Động cơ bước và động cơ secvo thường dùng cho máy cnc là động cơ 8Nm và động cơ 4Nm Ngoài ra, động cơ bước và động cơ lai secvo còn có các loại size: 2NM, 10NM, 12N, 20NM Động cơ lai secvo loại to nhất là 20Nm, động cơ bước loại to nhất là 30Nm. Động cơ có các loại mặt bích motor: size 57, size 86, size 110mm Động cơ secvo được điều khiển bởi driver Có driver không có bảng hiển thị số bên ngoài (HBS68H), có driver có bảng hiển thị số bên ngoài (driver HBS758) nên dễ dàng cài đặt thông số, có loại dùng nguồn DC, có loại dùng nguồn AC
Hình 4.2 Step motor a) Nguồn cấp
Máy cnc thường dùng các loại nguồn cấp: nguồn tổ ong (24V, 40V), biến áp (70V) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Nghiên cứu chọn phần tử điều khiển trung tâm
4.2.1 Sử dụng card mở rộng chuyên dụng
Có ưu điểm là đã được chuẩn hóa cao, tốc độ xử lý và trao đổi dữ liệu rất nhanh Nhưng có nhược điểm về mặt giá thành cao và đặc biệt là ta không chủ động được về mặt công nghệ, dẫn đến không linh hoạt trong quá trình sử dụng
4.2.2 Sử dụng bộ vi xử lý
Bộ vi xử lý là các CPU (Central Processing Unit) đơn chíp được sử dụng trong các máy vi tính (PC) Để xây dựng những ứng dụng sử dựng bộ vi xử lý thì chúng ta cần thiết kế, ghép nối nhiều vi mạch chuyên dụng để tạo thành một hệ vi xử lý hoàn chỉnh Việc ghép nối này giúp cho hệ vi xử lý có những tính năng vượt trội so với bộ vi điều khiển cả về khả năng tính toán và tốc độ xử lý dữ liệu.
Tuy nhiên việc thiết kế, ghép nối nhiều vi mạch chuyên dụng để tạo thành một hệ vi xử lý hoàn chỉnh rất phức tạp và sự đồ sộ của mạch điều khiển dẫn đến giá thành cao, không tối ưu cho mục đích sử dụng vừa và nhỏ.
4.2.3 Sử dụng bộ vi điều khiển
Vi điều khiển là một hệ thống nhúng khép kín với các thiết bị ngoại vi, bộ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ xử lý và bộ nhớ Ngày nay, phần lớn hệ thống nhúng của vi điều khiển được lập trình để ứng dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng, bao gồm cả máy móc, điện thoại, thiết bị ngoại vi, xe hơi, đồ dùng điện lạnh trong gia đình… Do đó, vi điều khiển còn có tên gọi khác là “Bộ điều khiển nhúng”.
Nhìn chung, có một số loại vi điều khiển với hệ thống nhúng được thiết kế tinh vi, trong khi những loại khác lại được lập trình khá đơn giản với bộ nhớ, thời gian lập trình và các phần mềm ít phức tạp Đặc trưng phần cứng của bộ vi điều khiển giúp khi xây dựng các ứng dụng phù hợp ta chỉ cần thêm số thành phần tối thiểu nhằm thực hiện các hoạt động hướng điều khiển Có nghĩa là bộ vi điều khiển giúp ta giảm thiểu số lượng tổng thể các thành phần dẫn đến giá thành hạ và hệ thống mạch gọn hơn rất nhiều so với phương án sử dụng bộ vi xử lý.
4.2.4 Kết luận chọn phần tử điều khiển trung tâm
Với những đặc điểm về độ phức tạp, tính linh hoạt và giá thành trong đề tai này lựa chọn phần tử điều khiển trung tâm trong là sử dụng bộ vi điều khiển.
Hiện nay trên thị trường có nhiều lọai vi điều khiển phổ biến như họ vi điều khiển Mach3, MCS80xx, PIC, AVR.Đối với các máy CNC thì Mach3 là sự lựa chọn thích hợp.
Mạch CNC BOB MACH3 LPT được thiết kế có thể điều khiển được 5 trục X, Y, Z, A, B và một ngõ ra kích relay, 5 ngõ đọc cảm biến đầu vào và cổng xuất xung điều khiển spindle (đầu gia công) Mạch dùng cổng usb để cấp nguồn trực tiếp, Tất cả các cổng điều khiển đầu ra đều được cách ly opto và đều được qua mạch đệm cho tín hiệu được ổn định nhất.
4.2.5 Giới thiệu phần điều khiển của máy
Mạch điều khiển MACH3 5 trục hỗ trợ giao tiếp với máy tính qua cổngLPT, ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ cho phép xây dựng các máy cắt CNC, cắt laze, khắc… hiệu quả nhất với chi phí vừa phải.
- Hoàn toàn tương thích với phần mềm MACH3.
- Cấp nguồn qua cổng USB và các thiết bị ngoại vi độc lập nhằm tránh sốc điện cho máy tính khi vận hành.
- Điện áp nguồn ngoài có thể thay đổi trong khoảng từ 12V đến 24V.
- Tất cả các tín hiệu vào đều được bảo vệ bằng cách ly quang để bảo vệ mạch.
- Sử dụng 1 rơ le, có thể dùng để điều khiển spindle (tắt P17).
- Có đầu ra analog (0 – 10V) để nối với bộ biến tần khi cần điều khiển tốc độ spindle.
Hình 4.4: Kết cấu mạch điều khiển MACH3
- Có thể điều khiển cùng lúc tới 5 động cơ bước (5 trục).
- Có thể kết nối với driver động cơ bước theo Anốt chung hoặc Catốt chung.
Hỗ trợ điều khiển: 5 trục X, Y, Z, A, B ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Hỗ trợ 1 cổng xuất xung PWM điều khiển Spindle.
1 ngõ ra Relay (loại 220V 10A): có jump để chọn ngõ ra thường đóng /thường mở.
5 Ngõ vào: có thể kết nối với công tắc hành trình hoặc các loại các biến Tất cả các ngõ ra đều được cách li bởi opto và IC đệm để đảm bảo sự ổn định của tín hiệu.
Chức năng các chân có cấu hình như sau:
P1: Chân điều chỉnh tần số biến tần theo PWM
P14: Chân cấp tín hiệu ENA cho các Driver khi không cần momen giữ của động cơ
P10: EStop (Công tắc dừng khẩn hệ thống)
P11: Limit X Tín hiệu từ công tắc hành trình hoặc cảm biến trên trục X P12: Limit Y Tín hiệu từ công tắc hành trình hoặc cảm biến trên trục Y P13: Limit Z Tín hiệu từ công tắc hành trình hoặc cảm biến trên trục Z P15: Limit A Tín hiệu từ công tắc hành trình hoặc cảm biến trên trục A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Như đã tính ở chương 2 Động cơ các trục đều là động cơ bước Động cơ trục SUMTOR 57HS5630A4
Thông số kỹ thuật chính:
- Kích thước mặt bích: 56x56 mm - Chiều dài thân: 56 mm.
- Khối lượng: 680 gram - Dòng chịu tải: 3
- Moment xoắn trên trục: 1.1 Nm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
4.2.7 Relay và máy hàn mig
Rơ le đóng ngắt cho máy hàn:
Mạc mach3 có tích hợp 1 relay đóng ngắt để có khể điều khiểu đống ngắt mỏ hàn theo mong muốn bằng câu lệnh M3 và M5
Hình 4.5: Reley của mạch mach3
Hình 4.6: Máy cắt mig a) Ưu điểm của máy cắt Mig Mini
- Tốc độ cắt cao giúp tăng năng suất lao động
- Trọng lượng nhẹ, nhỏ gọn phù hợp đi công trình hoặc hàn gia đình
- Nguồn điện vào 220V dễ dàng thuận tiện
Trang:44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
- Giá thành rẻ hạ giá thành đầu tư -
Bảo hành dài hạn: 12 tháng b) Thông số kỹ thuật:
Trước tiên, bạn cần xác định loại nguồn điện mà bạn sử dụng để chọn được máy cắt phù hợp.
Các máy cắt điện tử có dòng cắt từ 20A đến 150A: Thường được thiết kế dùng với cấp điện áp 1 pha 220V.
Các máy hàn điện tử có dòng hàn từ 250A đến 500A: Thường được thiết kế dùng với điện áp 3 pha 380V.
4.2.8 Driver điều khiển 3 trục Động cơ bước có nhiều cách điều khiển Có thể điều khiển các dây trực tiếp qua 4 cổng qua M CU thông qua driver đệm công suất cách này hơi phức tạp một chút, cần phải hiểu rõ bên trong động cơ và thường chỉ điều khiển được full bước
Cách thông dụng nhất là dùng các IC chuyên dụng điều khiển động cơ bước. Các IC hay gặp nhất làTB6560 , TB6600, L 2 97 , A4988, DRV8825 , MA860H… Việc lựa chọn dùng loại driver nào phụ thuộc vào loại động cơ và công suất động cơ định điều khiển Đối với máy CNC 3 trục, công suất không quá lớn có thể chọn loại Driver
Microstep Driver P440 được sản xuất bởi công ty Mạch Việt
* Tổng quan về sản phẩm
Microstep Driver P440 hay mạch điều khiển động cơ bước P440 là sản phẩm đầu tiên thuộc dòng sản phẩm P-series mang tính đột phá, chuyên nghiệp được nghiên cứu và phát triển bởi Mạch Việt.Sản phẩm không chỉ được ứng dụng trong các máy CNC mà còn được ứng dụng rỗng rãi trong hệ thống, dây chuyền công nghiệp cũng như trong các yêu cầu dân dụng.
Microstep Driver P440 sử dụng công nghệ điều khiển dòng điện thuần Sine tạo ra dòng điện với gợn sóng hài nhỏ, tiếng ồn thấp và nhiệt phát tán của động cơ theo đó cũng giảm đáng kể.
Trang:45 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Tính năng của sản phẩm
Dòng điện dẫn cực đại: 3A
Nguồn điện hoạt động tối đa: 36V Vi bước: 1, 1/2, 1/8, 1/16
Tín hiệu điều khiển được cách ly tần số cao Tần số xung dịch bước lên tới 15kHz
Tự động giảm dòng điện khi động cơ giữ bước
Tự động chuyển chế độ Mix Decay và Slow Decay Bảo vệ quá dòng, quá nhiệt độ hoạt động
Vỏ nhôm 100% tạo khả năng chống nhiễu, chống va đập Sơ đồ đấu dây
Hình 4.7: Sơ đồ lắp đặt bộ điều khiển
Biến một máy tính cá nhân PC thành một bộ điều khiển máy CNC 3 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.
Trang:46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
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.
Phần mềm điều khiển
Để tương thích với Bob Mach3 ở trên, thì ta chọn phần mềm Mach3Mach3 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.
Dưới đây là một vài các chức năng và đặc điểm cơ bản được cung cấp bởi Mach3:
Hình 4.12 :Giao diện phần mềm MACH 3 điều khiển máy
Trang:47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Trang:48 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
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.
Mach3 đã thành công trong việc sử dụng để điều khiển các loại thiết bị sau:
- Vì đây là mấy hàn 5 trục chuyển động nên ta tích xanh vào 3 trục X
- Thiết lập các chân điều khiển động cơ và chân đảo chiều xoay động cơ.
4.1.4.1 Cách thiết lập thông số và nạp G code chạy chương trình trên phần mềm Mach3
Thiết lập các chân đầu vào trên phần mềm
Thiết lập thông số step pin và dir pin trên phần mềm mach 3 tương ứng với
Trang:49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ số chân của động cơ trên mạch mach3
- Vì đây là mấy hàn 5 trục chuyển động nên ta tích xanh vào 5 trục X
- Thiết lập các chân điều khiển động cơ và chân đảo chiều xoay động cơ.
Hình 4.13 Thiết lập các chân điều khiển động cơ, chân đảo chiều xoay động cơ
Thiết lập input tương ứng với các chân của công tắc hành trình các trục X Y Z
Hình 4.14 Thiết lập input tương ứng với các chân của công tắc hành trình các trục X Y Z
Trang:50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Thiết lập tốc độ, gia tốc, xung cho mỗi bước của động cơ step các trục của máy CNC
Hình 4.15: Thiết lập tốc độ, gia tốc, xung cho mỗi bước của động cơ step các trục của máy CNC
Trang:51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG MỘT SỐ CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRỤC HỘP SỐ
Phân tích chức năng làm việc và yêu cầu sản phẩm
Trong quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí người ta sử dụng nhiều loại công cụ lao động khác nhau với kết cấu và tính năng kỹ thuật ngày càng hoàn thiện, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng xuất lao động và hạ giá thành sản phẩm, cho sản phẩm có ưu thế về giá cả, chất lượng, thời gian để cạnh tranh trên thị trường Chi tiết trục thường được dùng để truyền mô men xoắn giữa hai trục song song hoặc vuông góc hoặc tạo với nhau một góc Nhờ truyền động cơ khí giữa các cặp bánh răng, bánh vít, trục vít ăn khớp hay nhờ truyền động đai ma sát Trong quá trình làm việc trục dễ bị biến dạng do tác dụng của tải trọng và điều kiện làm việc Vì vậy chi tiết phải được gia công chính xác để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đề ra như độ cứng xoắn, độ cứng uốn, độ đồng tâm, các bề mặt làm việc của trục cần phải được gia công chính xác, cơ tính đạt yêu cầu
Trục răng có đường kính lớn nhất để phay răng là sau đó trục được hạ bậc Đường kính được gia công chính xác dùng để lắp ổ lên trục
Một đầu trục được phay rãnh then, hai đầu trục có hai lỗ tâm dùng để gia công chi tiết
- Đối với chi tiết họ trục, yêu cầu về về độ đồng tâm giữa các cổ trục và phần có răng rất quan trọng Để đảm bảo yêu cầu này, trong quá trình gia công sử dụng chuẩn tinh thống nhất là hai lỗ tâm ở hai đầu trục.
- Các bề mặt trên trục có khả năng gia công được bằng các dao thông thường.
- Đường kính các cổ trục giảm dần về hai đầu.
- Rãnh then dùng để truyền mômen khi lắp bánh răng hoặc bánh đai với trục nên không thể thay rãnh then kín bằng rãnh then hở đuợc.
- Tỉ số trục đảm bảo đủ độ cứng vững khi gia công.
- Không thể thay thế trục bậc bằng trục trơn được vì trên trục cần phải có những mặt bậc để lắp với ổ lăn hay bánh răng hoặc đai.
- Trong quá trình gia công ta phải dùng chuẩn định vị là hai lỗ tâm.
Trang:52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ
Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết
+ Các bề mặt trên trục có thể gia công được bằng các dao tiện thông thường
+ Đường kính các cổ trục giảm dần về hai đầu nhưng vẫn đẩm bảo độ cứng vững của chi tiết khi làm việc
+ Trục có khả năng gia công trên các máy chép hình thuỷ lực
+ Trong trường hợp gia công trục bằng nhiều dao cùng lúc thì l/d