1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

Thiết kế tính toán hệ thống đỡ máy khắc laser cho chi tiết dạng cầu

118 0 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 118
Dung lượng 14,6 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MÁY KHẮC LASER (15)
    • 1. Khắc laser (15)
    • 2. Ưu điểm nổi bật của công nghệ khắc Laser (16)
      • 2.1. Máy cắt laser Fiber (16)
      • 2.2. Máy khắc laser CO2 (19)
      • 2.3. Công nghệ khắc laser Surface Removal (20)
      • 2.4. Công nghệ khắc laser Color Change (21)
    • 3. Cấu tạo và cách hoạt động của các loại máy laser cắt kim loại (22)
      • 3.1. Xu hướng công nghệ (22)
      • 3.2. Các hệ thống chuyển động của máy (23)
      • 3.3. Hệ thống phân phối chùm tia (25)
      • 3.4. Hệ thống truyền động (27)
      • 3.5. Bộ cộng hưởng laser (28)
      • 3.6. Kỹ thuật tự động hóa (30)
    • 4. Mô phỏng 3D và trình tự thiết kế chế tạo máy khắc laser cho chi tiết dạng cầu (30)
    • 5. Thiết kế, lựa chọn phần cơ khí (32)
      • 5.1. Thiết kế, lựa chọn khung cơ khí (32)
      • 5.2. Thiết kế, lựa chọn đầu khắc laser (36)
    • 6. Thiết kế, lựa chọn phần điện (40)
      • 6.1. Lựa chọn bộ điều khiển (40)
    • 7. Lựa chọn các linh kiện phần điện khác (56)
      • 7.1. Lựa chọn động cơ bước (56)
      • 7.2. Lựa chọn mô-đun điều khiển động cơ bước (56)
      • 7.3. Xây dựng và lắp ráp máy khắc laser (59)
  • CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN CHI TIẾT MÁY (60)
    • 1. Lựa chọn nguyên lý kết cấu của máy khắc Laser (60)
    • 2. Tính chọn động cơ trục chính (60)
      • 2.1. Tính chọn động cơ điện (60)
      • 2.2. Lựa chọn vít me (70)
      • 2.3. Thiết kế bộ truyền đai (78)
  • CHƯƠNG III. THIẾT KẾ MÁY (84)
  • CHƯƠNG IV. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỠ KHẮC LASER CHO CHI TIẾT DẠNG CẦU (87)
    • 1. Đặt vấn đề (87)
    • 2. Lập quy trình công nghệ (87)
      • 1.1. Các nguyên công (88)
      • 1.2. Nguyên công 1:tiện mặt A (88)
      • 1.3. Nguyên công 2:tiện bậc B,C (89)
    • 1. Chọn phôi cho chi tiết gá (92)
    • 2. Phương pháp đúc phôi (92)
    • 3. Lập quy trình nguyên công (92)
      • 3.1. Các nguyên công (93)
  • CHƯƠNG V. SỬ DỤNG PHẦN MỀM LIGHTBURN VÀ GIA CÔNG CHI TIẾT (107)
    • 1. Cài đặt Lightburn cho máy khắc Laser (107)
      • 1.1. Tinh năng của Lightburn (107)
      • 1.2. Cấu hình Lightburn (108)
      • 1.3. Hướng dẫn cài đặt (108)
      • 1.4. Thiết lập Lightburn (109)
    • 2. Hướng dẫn thiết lập các thông số Lightburn (113)

Nội dung

TỔNG QUAN VỀ MÁY KHẮC LASER

Khắc laser

Khắc laser là sử dụng máy chiếu các chùm tia laser hội tụ tại một điểm làm gia tăng năng lượng đốt cháy bề mặt hoặc điểm cần tác động, từ đây sinh ra nhiệt, với các bước sóng khác nhau có thể khắc trên các bề mặt khác nhau cũng như các vật liệu khác nhau như: Gỗ, Kim Loại, Da, … Hiện nay các máy khắc laser được kết nối trực tiếp với các vi mạch và chịu sự điều khiển của máy tính, các phần mềm máy tính chuyên dụng sẽ điều khiển trực tiếp hệ thống máy khắc giúp máy khắc làm việc theo một lập trình có sẵn từ đây có thể khắc hình ảnh, khắc hoa văn, khắc họa tiết theo mọi yêu cầu Các file thiết kế đều được thiết kế trên các phần mềm đồ họa như: corel, Photoshop, autocard, … Ứng dụng của Khắc Laser hiện nay tại Việt Nam sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực gia công quà tặng, sản xuất nhãn mác, khắc mã vạch, … Chủ yếu khắc laser trên các chất liệu như: Gỗ, Mica, Da, Thủy tinh, Kim loại, hợp kim, nhựa, …

Dựa trên cách điều khiển tia laser có thể chia thành hai loại công nghệ:

- Công nghệ khắc laser quét chùm tia galvo: thiết bị nhỏ gọn, khắc rất nhanh, sắc nét, dễ tự động hóa, chủ yếu dùng trong công nghiệp

Hình 1.1 Công nghệ quét chum tia galvo

- Công nghệ khắc laser chạy bàn plotter/flatbed: thiết bị cồng kềnh, khắc chậm hơn, sắc nét, chủ yếu dùng trong mô hình, quà tặng, chế tác …

Hình 1.2 Công nghệ chạy bàn plotter

Ưu điểm nổi bật của công nghệ khắc Laser

 Có thể khắc trên mọi vật liệu khác nhau như nhôm, đồng, thép, inox, nhựa, cắt giấy…

 Khả năng tự động hóa cao, lập trình bản vẽ trên phần mềm điều khiển thông minh tạo độ chính xác tuyệt đối

 Họa tiết khắc trong thời gian ngắn, chuẩn và đều, không có nhiều sai sót, ít gây hư hỏng hay làm giảm chất lượng vật liệu

 Chi tiết khắc nhẵn, mịn, không cần xử lý, gia công thêm

 Thành phẩm có tính thẩm mỹ cao, tạo được những chi tiết cầu kỳ phức tạp…

 Giá thành không cao, tiết kiệm chi phí

Fiber laser chính là laser sợi quang, nó là một biến thể của laser thể rắn, được hình thành từ sự kết hợp giữa sợi cáp quang với các nguyên tố hiếm như: ytterbium, erbium,dysprosium, neodymium.

Khi có ánh sáng chiếu vào từ các diode laser thì các nguyên tố đất hiếm cấu tạo nên sẽ phát ra tia laser bên trong sợi cáp quang và những ánh sáng này được dẫn thẳng đến đầu cắt laser để chốt cháy vật liệu mà không cần thông qua các gương phản xạ.

Máy Cắt Laser Fiber gia công được rất nhiều loại kim loại cứng như: sắt, thép, đồng, vàng, bạc, nhôm, inox, titan và ceramic Ngoài ra, nó còn cắt được các loại ống kim loại và các vật liệu kim loại mỏng khác

Khác với một số loại máy cắt Laser, máy cắt Laser Fiber lại không thể cắt được các vật liệu phi kim loại như gỗ, mica…

Hình 1.3 Cắt laser Fiber Ưu điểm của máy cắt laser Fiber:

 Sản phẩm được tạo ra từ phương pháp cắt Laser Fiber thường có đường cắt rất nhỏ và đẹp, độ tinh xảo và chi tiết cắt chính xác đến 0,01 mm, nét cắt không bị răng cưa và không bị cháy xém.

 Loại máy cắt Laser Fiber có thể cắt được những chi tiết từ đơn giản đến phức tạp, các chi tiết có kích thước nhỏ khoảng 10 mm.

 Tốc độ xử lý gia công nhanh chóng giúp các đơn vị gia công tăng năng suất, các sản phẩm sau khi gia công xong không cần phải qua giai đoạn xử lý lại nên tiết kiệm được chi phí và thời gian nhân công làm việc.

 Máy cắt Laser Fiber có thể gia công được nhiều vật liệu khác nhau như sắt, thép, đồng, nhôm, inox.

 Loại máy cắt này có cấu tạo đơn giản nên dễ dàng trong khâu vận hành máy

 Tiết kiệm điện năng, chi phí vận hành thấp và đặc biệt mức độ tiêu hao năng lượng không cao như các loại máy cắt laser khác.

Các loại khí được sử dụng trong máy cắt laser Fiber:

 Khí Oxy: Dùng để cắt các nguyên liệu kim loại như sắt(thép carbon), vật liệu bằng inox.

 Khí Nitơ: Dùng để cắt các vật liệu như inox-thép không gỉ, nhôm và hợp kim nhôm, hợp kim niken.

 Khí nén: Khí nén là một giải pháp hữu hiệu giúp các doanh nghiệp giảm thiểu chi phí sản xuất khi chi phí cắt thép carbon và inox bằng khí oxy và nitơ khá, chỉ sử dụng khi sản phẩm không yêu cầu cao về chất lượng đường cắt. Ứng dụng: Trong trang trí nội thất, ngoại thất, trong ngành cơ khí chế tạo cắt các chi tiết theo khuôn mẫu với chất lượng và độ chính xác cao, thiết bị công nghiệp, thiết bị y tế,chế tạo ô tô, các biển quảng cáo, sản phẩm sắt mỹ nghệ, xây dựng,…

Máy cắt laser CO2 được biết đến là một trong những dòng máy cao cấp được sử dụng trong ngành gia công cơ khí Dòng máy này hoạt động dựa trên sự tác động của khí CO2 để kích điện và phát sáng Nguồn sáng này đã tạo ra một nguồn năng lượng cao có khả năng cắt bất kỳ vật liệu nào theo ý muốn.

Máy cắt laser CO2 có khả năng cắt các vật liệu có độ dày từ 5mm trở lên một cách dễ dàng Nó có thể hoạt động để tạo ra các vết cắt sắc nét.

Hình 1.4 Máy khắc laser CO2

Hầu hết các loại máy cắt laser hiện nay đều có cấu tạo chung gồm 4 bộ phận chính: nguồn laser, hệ thống làm mát tuần hoàn, hệ thống động cơ chính và hệ thống bơm hút bụi.

Nguyên lý làm việc: Máy laser CO2 sử dụng điện năng để chuyển hóa khí CO2, N2 và khí He thành năng lượng Trong quá trình hoạt động nó có khả năng tạo ra nguồn năng lượng proton dưới dạng sóng bức xạ để tạo thành tia laser Các tia laser mang năng lượng tập trung tại một điểm để làm nóng chảy phôi Nhờ đó, quá trình gia công kim loại trở nên đơn giản và chính xác hơn Căn cứ vào yêu cầu của sản phẩm tạo ra, người vận hành máy có thể điều chỉnh độ sâu của vết cắt cho phù hợp. Ứng dụng: Sử dụng tia laser CO2 để cắt kim loại, trang trí nội thất, may mặc và giày dép, khắc các thông tin, hình ảnh, logo lên quà tặng bằng thủy tinh, pha lê, kim loaị,…….

2.3 Công nghệ khắc laser Surface Removal Đây là phương pháp khắc laser công nghiệp pháp triển từ công nghệ khắc sáng tối.

Nó làm bong tróc bề mặt ngoài vật liệu tạo ra vết khắc có màu sắc của lớp vật liệu chính bên trong.

Các lớp phủ ngoài thường là sơn tĩnh điện hay phôi kim loại đặc biệt Lớp phủ sau khi cắt sẽ dễ dàng được tách ra tạo nét khắc như mong muốn mà không ảnh hưởng vật liệu chính bên trong.

Với nhiều ứng dụng khắc xử lý bề mặt hiệu quả thông dụng hơn các công nghệ truyền thống Các phương pháp khắc laser công nghiệp đã tạo nên bước đột phá mới và được hầu hết nhà sản xuất, doanh nghiệp tin tưởng sử dụng.

2.4 Công nghệ khắc laser Color Change

Phương pháp này được thực hiện dựa trên quy trình Cacbon hóa hoặc tạo bọt trên các vật liệu Dẫn đến sự hấp thụ chùm tia laser trên bề mặt vật liệu và tạo ra hiệu ứng sẫm màu và ấn tượng hơn màu gốc của vật liệu khắc Phương pháp này có thể tạo ra được nhiều màu sắc khắc đẹp theo các đặc điểm tự nhiên của vật liệu Phương pháp khắc đổi màu vật liệu cho phép tạo ra các nét khắc có màu sắc đẹp và bắt mắt hơn hẳn, Có thể được xóa trong bóng tối, phương pháp này cho phép tạo ra nhiều màu sắc khắc rất đẹp theo đặc điểm của vật liệu.

Hình 1.6 Công nghệ khắc laser đổi màu

Một trong các phương pháp khắc laser nổi bật khác là khả năng đổi màu vật liệu, tạo hiệu ứng đẹp mắt Nhờ đó đem lại chất lượng hoàn thiện cao cho vật liệu. Đây là giải pháp khắc dựa trên quá trình carbon hóa hay tạo bọt trên vật liệu gây ra bởi sự hấp thụ chùm tia laser Trong đó, quy trình carbon hóa tạo hiệu ứng tối, cho vết khắc có màu sẫm hơn vật liệu Ngược lại, quy trình tạo bọt lại cho vết khắc màu sáng, có thể phát quang trong tối.

Nhờ đó đem hiệu quả tích cực tùy theo mục đích sử dụng của khách hàng Phương pháp này còn cho phép tạo các nét khắc đa màu sắc cực đẹp mắt tùy theo đặt tích loại vật liệu khắc.

Cấu tạo và cách hoạt động của các loại máy laser cắt kim loại

Sự ưu thế của cắt laser so với tất cả các quy trình cắt kim loại khác làm cho nó trở thành lĩnh vực hàng đầu cho nhiều tiến bộ công nghệ trong máy móc, quy trình và vật tư tiêu hao.

Hình 1.7 Tổng số máy cắt laser bán trên toàn bộ máy công cụ tại thị trường Bắc Mỹ

Hình 1.8 Ứng dụng của máy cắt laser trong các lĩnh vực (khoan, cắt, hàn, )

3.2 Các hệ thống chuyển động của máy

Một số loại thiết kế chuyển động với nhiều tính năng cho các ứng dụng, có sẵn trên thị trường và chỉ rõ tính chất của hệ thống.

 Máy cắt bằng tia laser phẳng trang bị đầu dò quang học có hai trục (X và Y) và một trục Z được điều khiển bởi hệ thống cảm biến theo dõi bề mặt (còn gọi là hệ thống theo dõi) Hầu hết các máy móc hiện đại có ba trục đầy đủ (X, Y và Z) chuyển động.Các đầu dò quang học được mô tả đặc điểm những thay đổi độ dài đường cắt của chùm tia Do sự khác nhau về bản chất của chùm tia laser, bộ đầu dò quang học này phải được sử dụng để duy trì kiểm soát các điểm tập trung chùm tia trên toàn bộ đường bao làm việc.

 Máy cắt bằng tia laser phẳng với đầu quang học không di chuyển mà thay vào đó là bàn cắt hoặc phôi Hệ thống chuyển động phôi / bàn tương tự cũng có thể được tìm thấy trong các máy kết hợp laser / bắn thủng Độ dài đường quang hoàn toàn không đổi, đảm bảo các chùm tia tập trung thành điểm đồng đều trên toàn bộ đường bao làm việc Các tia quang học chỉ di chuyển một trong trục Z để theo dõi bề mặt hoặc thiết lập, bảo trì.

 Máy cắt laser phẳng với chuyển động kết hợp đầu do quang học và hệ thống chuyển động bàn/phôi Các phôi di chuyển dọc theo hướng X và đầu do di chuyển theo hướng Y và Z Sự thay đổi độ dài đường quang được giới hạn trong hành trình trục trục Y Một biến thể có bộ cộng hưởng laser di chuyển dọc theo trục X bằng cách gắn vào gantry trục Y; phôi không chuyển động trong các hệ thống lai như vậy Máy lai không thể xử lý các hoạt động tốc độ cao, nhưng rất phù hợp cho các hình bao lớn. Một số hệ thống xử lý hình bao làm việc dài hơn 30,5 m.

 3D-laser với một gantry năm trục gia công các hình dạng hoặc đóng dấu sản phẩm Đây gần như là phương pháp cắt kim loại tiêu chuẩn để phát triển nguyên mẫu máy tự động Nó có thể có một hình bao làm việc rất rộng,toàn bộ kích thước máy.

 Robot có khớp nối sáu trục, gia công bằng laser 3D là phân khúc phát triển nhanh nhất của ngành công nghiệp cắt laser, chủ yếu được thúc đẩy bởi nhu cầu chế tạo vỏ máy của ngành công nghiệp máy tự động Một robot có khớp nối sáu trục được kết hợp với laser (YAG) với đầu cắt laser Tốc độ và độ chính xác thích đáng trên hầu hết các ứng dụng cắt Một hệ thống chi phí thập như vậy tăng khả năng ,tính dự phòng,khối lượng cần thiết theo các ràng buộc phân phối của JIT Các trục nhỏ trên các đầu hội tụ giúp điều chỉnh vị trí điểm lấy nét cho cấu hình bề mặt 3D và thực hiện đục lỗ đường kính nhỏ Một robot có khớp nối có một hình bao làm việc nhỏ hơn so với gantry năm trục đã đề cập trước đó.

Một trục quay tùy chọn để xử lý cắt ống và tự động dỡ,tải vật liệu có thể được thêm vào bất kỳ cấu hình nào ở trên. Đối với các tấm mỏng chú trọng vào tốc độ cắt , máy cắt laser phẳng là lựa chọn ưu tiên Đối với các tấm dày và hình bao làm việc lớn, chú trọng vào chất lượng thì các máy được trang bị hệ thống phân phối chùm tia hoặc hybrid được ưu tiên Chất lượng đường cắt thường được đo bằng độ nhám bề mặt , số lượng và tính chất xỉ.

3.3 Hệ thống phân phối chùm tia

Các hệ thống laser YAG được đánh giá cao về khả năng sử dụng phân phối chùm sợi quang linh hoạt Sợi quang đảm bảo độ dài đường quang không đổi Hai loại được sử dụng các sợi quang chỉ số bước và sợi quang chiết suất phân cấp, cái sau cho phép chùm tia tập trung tốt hơn Đối với việc sử dụng cắt kim loại công nghiệp với hệ thống YAG multikilowatt, các sợi có sẵn trên thị trường có chiều rộng lõi là 0,6- 1mm Đường kính sợi nhỏ hơn 0,6 mm đang hướng tới thương mại.

Sợi quang linh hoạt cho chùm tia laser CO2 bước sóng 10,6 m không có sẵn trên thị trường Sự phát triển trong các vật liệu sợi 10,6 m khác nhau đang được tiến hành và có thể bắt đầu với hệ thống năng lượng thấp Các hệ thống ống dẫn sóng trông có vẻ hứa hẹn cho bước sóng 10,6 m, nhưng không bao giờ mang lại sản phẩm công nghiệp cho các hệ thống laser CO2 multikilowatt Thay vào đó, sự phát triển công nghệ đã tăng tốc trong 15 năm qua đã mang lại các hệ thống phân phối chùm tia giúp duy trì sự ổn định của quá trình trên toàn bộ hình bao công việc (Haas 2002) Các hệ thống như vậy vẫn sử dụng gương và ống kính cơ bản được sắp xếp theo một cách quang học và cơ học thông minh, chẳng hạn như sau:

 Ống chuẩn trực được hình thành bởi hai gương hoặc thấu kính dựa trên nguyên lý kính viễn vọng Các chùm đầu ra thường được phóng to đến một đường kính lớn hơn với độ lệch giảm Điều này cho phép ít thay đổi đường kính của chùm tia trên một thấu kính hội tụ từ một đầu chéo của đường bao làm việc sang đường kế tiếp Độ phóng đại có thể được lựa chọn cẩn thận để tối ưu hóa hiệu suất cắt tốt nhất.

 Một đường tia không đổi có thể đạt được với các hệ thống phân phối chùm linh hoạt / khớp nối, chẳng hạn như sợi quang cho laser YAG hoặc bộ phân phối quang học được khớp nối cho laser CO2 (Hình 2-4), hoặc với các hệ thống chùm tia /đứng yên phôi di động Các hệ thống hybrid là một giải pháp trung hòa được các yêu tố trên trong đó chỉ có chuyển động trục Y tạo ra một sự thay đổi vừa phải về độ dài đường quang Độ dài chùm tia không đổi cũng có thể đạt được bằng cách thêm trục U chuyển động cơ chế gương để chuyển hướng chùm tia laser sang đường vòng quang học được điều chỉnh liên tục Trục U có thể được cấp nguồn độc lập hoặc chia sẻ công suất với trục X hoặc trục Y ngang Độ dài của đường vòng là một chức năng của vị trí X-Y trên bàn, do đó các thay đổi trong tổng chiều dài đường quang vẫn nhỏ hoặc tốt nhất là không có ở bất kỳ vị trí nào trên hình bao làm việc.

 Đầu tự động lấy nét điều chỉnh độ dài tiêu cự của đường quang tại mỗi khu vực làm việc Công nghệ gương thích ứng có thể kích hoạt tính năng tương tự bằng cách thay đổi độ cong bán kính khi khi tia đang đến một chiếc gương đặt hướng về ống kính hội tụ.

 Bộ tự động ngắt bao gồm phần mềm điều khiển số quản lý giữa tín hiệu cảm biến độ cao và chuyển động trục Z để giữ vị trí lấy nét và giá trị béc cắt không đổi.

 Chùm tia chuẩn trực bao gồm một ống chuẩn trực với tia quang học di chuyển hoặc thích ứng Nó được thiết kế để điều chỉnh độ phóng đại chuẩn và tự động lấy nét như là một chức năng định vị hình bao làm việc.

 Tối ưu hóa việc sử dụng chùm tia phân cực tuyến tính bằng cách định hướng hướng phân cực song song với hướng cắt Điều này đòi hỏi ít nhất trục quay bổ sung ở đầu lấy nét Phần mềm sẽ duy trì hướng phân cực tuyến tính của điểm tập trung tiếp tuyến với đường cắt.

Mô phỏng 3D và trình tự thiết kế chế tạo máy khắc laser cho chi tiết dạng cầu

- Quá trình thiết kế chế tạo máy khắc laser được vẽ và mô phỏng 3D trên phần mềm Solid Works 2021 SP2.

Hình 1.10 Mô phỏng máy khắc laser bằng SolidWorks 2021

Hình 1.11 Quy trình chế tạo máy khắc laser

Quy trình thực hiện thiết kế, chế tạo máy khắc laser được thể hiện ở hình 2.2.

Thiết kế, lựa chọn phần cơ khí

5.1 Thiết kế, lựa chọn khung cơ khí

- Quá trình tính toán các kích thước để lựa chọn mua nhôm sử dụng cho máy được dựa trên mục tiêu của đề tài Các kích thước tính toán bao gồm chiều cao (phù hợp cho trục Z), chiều ngang (phù hợp cho trục X), chiều sâu (phù hợp cho trục Y)

- Đối với chiều cao, máy khắc được chia làm 3 vùng (Hình 2.3): Vùng thứ nhất ở trên cùng là vùng truyền động, phần này là nơi chứa phần lớn tất cả bộ phận cơ khí quan trọng của máy như động cơ.

Hình 1.12 Máy khắc laser nhìn từ phía trướcVùng thứ 2 ở giữa là trục xoay, đây là vùng nơi chứa vật đang khắc và đã hoàn thiện khắc, Vùng thứ 3 là phần gầm máy, là nơi chứa mạch điều khiển, động cơ trục Z, nguồn.

Hình 1.13 Vùng truyền động XY của máy

- Tính tư mặt trên cùng của máy xuống mặt để khắc ở vị trí cao nhất, phần này có độ cao là ~60mm (Hình 2.4).

Hình 1.14 Vùng khắc của máy khắc laser

- Vùng tiếp theo là vùng tính từ chân đế trái sang chân đế phải này là vùng trục X của máy khắc chạy dọc treo trục di chuyển bằng dây đai.

Hình 1.15 Trục X của máy khắc laser

- Trục X của máy khắc gồm 2 vùng: Vùng chết (1) là vùng mà đầu khắc không thể di chuyển tới do va chạm cơ khí và vùng khắc (2) là vùng mà đầu khắc có thể tự do di chuyển tới Do khoảng khắc thực của máy theo phương X (Khoảng cách của vị trí đầu khắc khi đầu khắc ở tận cùng bên trái với khi đầu khắc ở tận cùng bên phải) bằng với độ dài vùng khắc (2) trừ đi độ dài của đầu khắc khi lắp đầy đủ linh kiện (~300mm) Ở vùng chết, dựa vào mô phỏng trên Solid work, tổng khoảng cách cảu vùng chết là 60mm.Từ các tính toán trên,ta có tổng chiều dài trục X là296mm và có đế đảm bảo khoảng cách an toàn, em xin lựa chọn tổng chiều dài của trục X là 300mm.

Hình 1.16 Cơ cấu của khung nhôm

- Kết cấu khung trục X của máy khắc laser:

Hình 1.17 Cơ cấu khung trục X

- Phần trục X của máy gồm 2 phần:

+ Phần 1: Chứa đầu khắc laser

+ Phần 2: Con trượt và thanh trượt giúp di chuyển đầu khắc laser

- Đầu máy khắc laser là phần quan trọng nhất, giúp tang chất lượng sản phẩm và độ ổn định khi khắc Độ chính xác của các động cơ điều khiểm hệ thống kiểm soát độ phân giải và chất lượng của chi tiết.

5.2 Thiết kế, lựa chọn đầu khắc laser

- Bộ đầu khắc laser là bộ phận quan trọng cũng như phức tạo nhất trong một chiếc máy khắc laser Đầu cắt là bộ phân quyết định chùm tia laser năng lượng cao sẽ được phát ra như thế nào Ngoài ra, đầu cắt còn ảnh hưởng đến chất lượng đường cắt trên bề mặt sản phẩm, vết cắt đẹp hay xấu, sần sùi hay nhẵn mịn, có cháy nám hay không.

 Lưu ý: Phải luôn duy trì khoảng cách chính xác giữa tấm và đầu cắt Không gian này xác định tiêu điểm và khi cắt laser xác định tiêu điểm là một vấn dề rất quan trọng Thông thường, chất lượng của vết cắt sẽ bị ảnh hưởng bằng cách thay đổi tiêu điểm Một số tác động khác có thể ảnh hưởng đến chất lượng cắt bao gồm cường độ và tốc độ chùm tia.

- Nguyên lý cấu tạo chung của máy laser gồm những bộ phận chính sau: Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, nguồn nuôi và hệ thống dẫn quang, trong đó nguồn cộng hưởng với hoạt chat laser là bộ phận chủ yếu.

- Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, đó là một chất đặc biệt có khả năng khuyêch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo ra laser Khi 1 photon tới va chạm vào hoạt chất này thì kéo theo đó là 1 photon khác bật ra bay theo cùng hướng với photon tối Mặt khác buồng cộng hưởng có 2 mặt chắn ở 2 đầu, một mặt phản xạ toàn phần các photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon qua một phần phản xạ lại làm cho các hạt photon va chạm lien tục vài hoạt chất laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn Vì thế cường độ chùm laser được khuếch đại lên nhiều lần Tính chất của laser phụ thuộc vào hoạt chất đó, do đó người ta căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser.

Hình 1.18 Cấu tạo bên trong chùm tia laser

- Một ví dụ về cơ chế hoạt động của laser có thể được miêu tả cho laser thạch anh. Dưới sự tác động của hiệu điện thế cao, các Electron của thạch anh di chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao tạo nên trạng thái nghịch đảo mật độ tích lũy của Electron Ở mức năng lượng cao, một số Electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống mức năng lượng thấp, giải phóng hạt ánh sáng được gọi là phô-tông Các hạt phô-tông này sẽ tỏa ra nhiều hước khác nhau từ một nguyên tử, va phải các nguyên tử khác, kích thước Electron ở các nguyên tử này rơi xuống tiếp, sinh thêm các phô-tông cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay, tạo nên một phản ứng dây chuyền khuếch đại dòng ánh sáng Các hạt phô-tông bị phản xạ qua lại nhiều lần trong vật liệu, nhờ có gương bán mạ tại một đầu của vật liệu Tia sáng đi ra chính là tia laser.

+ Có khoảng 200 chất rắn có khă năng dùng làm môi trường hoạt chất laser Một số loại chất rắn thông dụng:

+ YAG-Neodym: Hoạt chất là Yttrium Aluminium Garnet (YAG) cộng thêm 2- 5% Neodym, có bước sóng 1060 nm thuộc phổ hồng ngoại gần Có thể phát lien tục tới 100W hoặc phát xung với tần số 1000-10000Hz.

+ Hồng ngoại (Rubi): Hoạt chất là tinh thể Alluminium có gắn những ion chrom, có bước sóng 694,3nm thuộc vùng đỏ của ánh sáng trắng Bán dẫn: loại thông dụng nhất là điốt Gallium Arsen có bước sóng 890nm thuộc phổ hồng ngoại gần.

+ He-Ne: Hoạt chất là khí Heli và Neon, có bước sóng 632,8nm thuộc phổ ánh sáng đỏ trong vùng nhìn thấy, công suất nhỏ từ một đến vài cục mW Trong y học được sử dụng làm laser nối mạch kích thích mạch máu.

+ Tính chất của tia laser: Độ định hướng cao: tia Laser phát ra hầu như là chùm song song do đó khả năng chiếu xa hàng nghiền km mà không bị phân tán Tính đơn sắc rất cao: Chùm sáng chỉ có một màu (hay một bước sóng) duy nhất Do vậy chùm Laser không bị tán xạ khi đi qua mặt phân cách của hai môi trường có chiết suất khác nhau Đây là tính chất đặc biệt nhất mà không nguồn sáng nào có Tính đồng bộ của các phô-ton trong chùm tia Laser: Có khả năng phát xung cực ngắn: cỡ mili giây, nano giây, pico giây, cho phép tập trung năng lượng tia Laser cực lớn trong thời gian cực ngắn.

Thiết kế, lựa chọn phần điện

6.1 Lựa chọn bộ điều khiển Để điều khiển được máy khắc laser, trên thị trường có rất nhiều bộ điều khiển khác nhau nhưng giá thành của các bộ điều khiển này tương đối cao, do đó em xin chọn sử dụng bộ điều khiển CNC 3 trục MKS DLC32 V2.1 GRBL Shield 32 Bit.

Hình 1.21 Mạch MKS DLC32 V2.1 GRBL Shield 32 Bit MKS DLC32 V2.1 GRBL Shield 32 Bit là một bộ điều khiển tổng thể khắc ngoại tuyến được phát triển cho máy khắc để bàn Bo mạch chủ sử dụng mô-đun ESP32- WEOOM-32U, tích hợp MCU lõi kép 32-bit tốc độ cao với xung nhịp lên đến 240MHz.

- Phần cứng được trang bị mô đun ESP32 tốc độ cao 32bit.

- Tích hợp chức năng WIFI, ổ đĩa trực tiếp màn hình màu cảm ứng 3.5in, hiệu năng rất mạnh mẽ.

- Mô-đun được tích hợp chip bộ nhớ Flash 8Mbyte, giúp bảo vệ hiệu quả cho nhiều tình huống ứng dụng hơn.

- Các lộ lắp có kích thước bo mạch của MKS DLC32 tương thích với MKS DLC và bo mạch cũng có thể sử dụng với phần mềm GRBlaser và Lightburn PC

- Kích thước xấp xỉ 9x7cm/3.54x2.75in.

- Mô-đun: ESP 32-Wroom-32U,8M Flash

- Trình điều khiển bước: A4988 Aolt: 12V-24V

- Máy tương thích: cho máy khắc Laser Gói hàng bao gồm: 1xbo mạch chủ DLC32.

- Tốc độ laser < 8000mm/min

Hình 1.23-1.24 Sơ đồ nguyên lý của mạch

- Sử dụng Nguồn điện vào: Dải điệp áp 12-24V; Dòng điện tối đa 5A; Mô hình thiết bị đầu cuối vào nguồn: “DC-007B-2.1mm”.

Hình 1.25 Thiết bị đầu cuối

- Công tắc nguồn bên ngoài: Nó có thể được sử dụng để điều khiểm nguồn bằng công tắc bên ngoài.

1 Nếu bạn cần một công tác bên ngoài để điều khiển Bật/Tắt nguồn, Cần rút cầu chì

2 Công tác nguồn bên ngoài không phải là giao diện nguồn, không kết nối bất kì nguồn bên ngoài nào

- Đèn báo LED nguồn đầu vào 12V hoặc 24V Nếu đèn LED này tắt, vui long rút nguồn điện ngay lập tức Kiểm tra xem giao diện 12V/24V trên bo mạch chủ có bị đoản mạch hay trình điều khiển đã được cắm chưa đảo ngược Giao diện 12V/24V có thể được kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng và có thể bật nguồn cho đến khi không bi đoản mạch để tránh làm cháy bảng mạch.

- Đèn báo LED 5V/5V: Khi đèn LED tắt, vui long rút nguồn ngay lập tức để kiểm tra xem công tắc endstop và các giao diện khác có bị đoản mạch hay không Bạn có thể kiểm tra 5V trên công tắc giới hạn bằng đồng hồ vạn năng Bạn chỉ có thể bật nó lên sau khi khắc phục sự cố Tránh làm cháy bảng mạch.

- Đèn báo LED 3.3V/3.3V: Khi đèn LED tắt, vui long rút nguồn ngay lập tức để kiểm tra xem giao diện I2C có bị đoản mạch hay không Bật nguồn sau khi khắc phục sự cố.

Hình 1.27.Cổng USB USB-PC: Được sử dụng để lập trình và điều khiển trực tuyến

LƯU Ý:Nếu giao diện USB không cung cấp nguồn điên, nếu bạn muốn lập trình hoặc cổng nối tiếp USB sử dụng CH340, vì vậy vui long cài đặt trình điều khiển CH340 trước khi sử dụng.

- Khe cắm thẻ TF: Để lưu trữ tệp khắc ngoại tuyến.

- Đề xuất thẻ SD: Class4 hoặc Class10; bộ nhớ 4~16G; định dạng Fat32; Hỗ trợ dạng tệp.NC, GC, GCOD

 Nút đặt lại cổng ngoài

Hình 1.29 Nút dung khẩn cấp

- Nút đặt lại cổng bên ngoài: Được sử dụng để đặt lại MCU hoặc làm nút dừng khẩn cấp.

 Cài đặt ổ đĩa động cơ:

Hình 1.30 3 ổ đĩa tương ứng 3 trục XYZ

- Ổ cắm và cài đặt vi bước:

- Kết nối ổ đĩa dòng cao bên ngoài

Hình 1.35 Giao diện ổ đĩa ngoài

 Trình tự dòng giao diện động cơ

Hình 1.36 Mổ tả giao diện động cơ

- 1A và 1B là một pha, 2A và 2B là một pha Bạn có thể sử dụng đồng hồ vạn năng để kiểm tra đường kết nối của động cơ và đường được kết nối là một pha.

- LƯU Ý: Khi có điện, không được cắm và rút phích cắm của động cơ và ổ đã để tránh sự cố

- Hiện tại bo mạch chủ chỉ hỗ trợ màn hình TS35 và TS24 Phương pháp đấu dây như thể hiện trong hình EXP1 và EXP2 của màn hình tương ứng với giao diện bo mạch chủ.

 Kết nối mô-đun Laser

+ Loại TTL-PWM (3PIN) Loại 2.12-24V-PWM (2PIN) TTL-PWM (3PIN), cách đấu dây như sau:

(V): V giống với đầu vào nguồn, nếu đầu vào nguồn là 24V, thì đầu ra ở đây là 24V. Hiện tại, công suất tối đa mà đầu laser hỗ trợ là 25W ở 12V và 50W ở 24V.

(TTL): Đầu vào TTL là PWM, tần số chính mặc định là 1K Hz, có thể đặt 1K Hz~10K

Hz và điện áp nằm trong khoảng 0V~5V.

+ Loại 12-24V-PWM (2PIN), cách đấu dây như sau:

(S): Đầu ra PWM, điện áp tín hiệu là 0V~12V hoặc 0V~24V, điện áp tối đa phụ thuộc vào điện áp đầu vào nguồn Nếu đầu vào điện áp nguồn điện là 24V, thì điện áp đầu ra tối đa của giao diện này là 24V Hiện tại, công suất tối đa mà đầu laser hỗ trợ là: 25W ở 12V và 50W ở 24V.

Kết nối trục chính CNC

Hình 1.40 Kết nối trục chính CNC

- Trục chính CNC: Điện áp đầu ra là 0-12V hoặc 0-24V và điện áp tối đa phụ thuộc vào điện áp của nguồn điện đầu vào Nếu điện áp đầu vào của nguồn điện là 24V, thì điệp áp đầu ra tối đa của giao diện Trục là 24V Hiện tại, công suất tối đa được hỗ trợ bởi động cơ trục chính là: 10W ở 12V và 20W ở 24V.

- Nếu động cơ trục chính công suất cao hơn yêu caaof mô-đun bên ngoài, thì phương pháp kết nối như trong hình bên dưới:

Hình 1.41 Phương pháp kết nối khi công suất cao hơn yêu cầu ban đầu

Hình 1.42 Công tắc dừng trục X/Y/Z

- Công tắc dừng trục X/Y/Z: Giao diện giới hạn của bo mạch chủ có X/Y/Z, điện áp tín hiệu đầu vào là 5V, tiến hiệu là –S Công tắc cơ chỉ cần GND và S, công tắc quang điện cần nguồn điện, giao diện này là nguồn điện 5V, bạn phải xác nhận điện áp nguồn điện của công tắc.

- Giao diện thăm dò: Khi sử dụng phần sụn CNC, giao diện này có thể được sử dụng làm đầu dò Probe Khi sử dụng chương trình cơ sở của máy khắc Laser, giao diện này có thể được sử dụng làm chức năng phát hiện ngọn lửa.

- Điện áp tín hiệu đầu vào là 5V, giao diện tín hiệu là S và giao diện cấp nguồn 5V

- Giao diện I2C: Chân SCL có thể được sử dụng làm cổng IO đầu ra chức năng làm mát Chân SDA có thể được sử dụng làm chương trình phần sụn và các máy tính riêng lẻ không thể để bo mạch chủ vào chế độ tải xuống Bạn có thể đoản mạch SDA bằng GND rồi bật nguồn để buộc nó vào chế độ tải xuống Sauk hi tải về, vui long tháo đoản mạch và bật lại nguồn để hoạt động bình thường.

- Giao hiện bộ rung: Giao hiện này được chia sẻ với bộ rung trên màn hình Chức năng chính hiện tại là hoạt động như một lời nhắc nhở khi báo động được kích hoạt(chẳng hạn như khi phát hiện ngọn lửa được kích hoạt)

Lựa chọn các linh kiện phần điện khác

7.1 Lựa chọn động cơ bước

 Ở một máy khắc Laser theo cơ cấu Core XY thông thường gồm có 2 động cơ bước đến 3 động cơ bước: 1 động cơ trục X, 1động cơ trục Y, 1 động cơ trục Z.

Kích thước: 42x42x38 Đường kính trục: 5mm

Moment xoắn: 400Nm m Min (2 phase)

7.2 Lựa chọn mô-đun điều khiển động cơ bước

- Driver điều khiển động cơ bước là một mạch tích hợp nhiều linh kiện làm nhiệm vụ điều khiển động cơ bước quay theo yêu cầu của bộ điều khiển Thông thường một Driver điều khiển động cơ bước bao gồm những giá trụ sau:

+ Điện áp cấp cho động cơ (đơn vị V)

+ Mức Logic của tín hiệu điều khiển (đơn vị V)

- Driver động cơ bước thường sử dụng 3 chân tín hiệu được đưa từ bộ điều khiển để điều khiển động cơ, 3 chân này là cân EN (Enable) làm nhiệm vụ báo cho driver biết có cấp điện vào động cơ hay không, chân DIR (Direction) làm nhiệm vụ báo cho driver biết chiều quay của động cơ, chân STEP làm nhiện vụ báo cho driver số bước mà động cơ phải quay.

- Dựa vào các yêu cầu của các động cơ được lựa chọn cộng với chi phí giá thành, em xin lựa chọn module điều khiển động cơ bước A4988

 Một số driver bước thích hợp cho máy khắc laser:

Hãng : Pololu Điện áp cấp cho Motor: 8-35V

Dòng cực đại cấp cho Motor: 2A/phase

Dòng cấp cho Motor (Continuous): 1A/phase

Hãng: Texas Instruments Điện áp cấp cho Motor: 8.2 – 45V

Dòng cực đại cấp cho Motor: 2.5A/phase

Hãng: Trinamic Điện áp cấp cho Motor: 5.5 – 46V

Dòng cực đại cấp cho Motor: 2.5A/phase

Dòng cấp cho Motor (Continuous): 1.77A/phase Mức Logic tương thích: 0-5V

Vi bước điều khiển hỗ trợ: 1/1, 1/2, 1/4, 1/16

Vi bước ra động cơ: 1/1, 1/2, 1/4, 1/16, 1/256. Đối với các dòng driver của hãng Trinamic, cụ thể như TMC2100, TMC2108, TMC2130…, bên trong IC driver có một bộ điều khiển phụ làm nhiệm vụ biến đổi vi bước điều khiển đưa vào chân STEP thành vi bước ra động cơ tương ứng theo cài đặt.

Bảng 1.2 Cài đặt các chế độ cho TMC2100 sử dụng các chân CFG1 và CFG2

- Driver TMC21xx có hỗ trợ 2 chế độ là spreadCycle và stealthChop Chế độ spreadycle cho phép động cơ hoạt động khỏe hơn, tang tốc, đảo chiều mạnh hơn, nhưng bù lại chế độ này khiến cho động cơ hoạt động ồn hơn Chế độ stealthChop cho phép động cơ hoạt động cực êm, thích hợp cho các máy in chạy ở gia đình, nhưng nhược điểm là động cơ không khỏe bằng ở chế độ spreadCycle Ngoài ra driver TMC21xx còn hỗ trợ 1 chân làm nhiệm vụ SkipStep Detection, có nghĩa là nếu có sự trượt bước ở động cơ, driver sẽ phát hiện được sự trượt bước này, và khi đó chân này sẽ xuất xung ra, đưa về bộ điều khiển để bộ điều khiển nhận biết được sự trượt bước này Chức năng này của TMC có ứng dụng như Endstopless sensor,Skip Step Protection.

- Endstopless sensor là một cải tiến để bỏ đi công tắc endstop ở 2 trục X và Y Thay vì để đầu đùn nhấn vào các công tắc endstop, chế độ này sẽ cho phép đầu đùn va vào thành máy và động cơ trượt bước, TMC sẽ nhạn được sự trượt bước này và báo về cho bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ nhận sự trượt bước này như một endstop.

- Skip Step Protection (Bảo vệ trượt bước) là cải tiến quan trọng đối với công nghệ khắc laser.

7.3 Xây dựng và lắp ráp máy khắc laser

Bảng 1.3 Danh sách các chi tiết cho máy khắc laser

TÍNH TOÁN CHI TIẾT MÁY

Lựa chọn nguyên lý kết cấu của máy khắc Laser

Qua thu thập các thông tin cũng như là khảo sát và phân tích các mẫu máy khắc laser có trên thị trương thì để phù hợp với các thiết kế và chế tạo của nhóm thì nhóm sử dụng phương án khắc laser cho chi tiết dạng cầu như hình 2.1.

Hình 2.1 Phương án khắc laser cho chi tiết dạng cầu

Cấu trúc của máy: Gồm các bộ phận chính như thân máy, đế máy, cụm trục chính di chuyển laser, băng truyền, hệ thống điều khiển, mạch, đầu xoay chi tiết,…

- Đế máy: Là bô phận đỡ toàn bộ các bộ phận của máy phía trên nó, thân máy được lắp vào đế bằng hệ thống bu-lông, đai ốc

- Cụm trục chính: Để lắp dụng cụ gia công, chuyển động Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của hệ thống đầu khắc theo trục X

- Bộ truyền động vít: Dùng biến chuyển động quay của trục vít me thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại.

- Hệ điều khiển với sự tham gia của mạch điều khiển có tích hợp màn hình cho phép thay đổi và hiệu chỉnh chương trình gia công chi tiết và chương trình hoạt động của máy.

Tính chọn động cơ trục chính

2.1 Tính chọn động cơ điện

- Với máy khắc laser cần động cơ có tốc độ xoay chuyển liên tục không như động cơ băng tải ,động cơ không đồng bộ,động cơ đồng bộ hay động cơ servo nên trong trường hợp máy khắc laser động cơ thích hợp nhất tối ưu nhất là động cơ bước

- Động cơ bước không có tốc độ như các động cơ khác.

- Trong môi trường lý tưởng động cơ bước có thể đạt tối đa 2000-3000 RPM(RPM (được viết tắt của revolutions per minute) là đại lượng vật lý chỉ số vòng quay của chuyển động tròn trong một khoảng thời gian nhất định (thông thường được đo bằng phút).

- Với máy khắc ta chọn động cơ tối đa đạt được trên cơ sở lí thuyết là 1000 RPM(vòng/phút)

- Với đường kính động cơ cho là 30mm

Ta có chu vi của 1 vòng là:

=>tốc độ của động cơ là :v=0,09424*16,67,7m/s (2)

- Ta tính được công suất động cơ như sau:

- Các yếu tố chính ảnh hưởng tới động cơ bước ở tốc độ cao gồm:

*Quán Tính: Bất kỳ đối tượng chuyển động nào cũng có quán tính chống lại sự thay đổi tốc động của đối tượng đó.

- Trong các ứng dụng ở tốc độ thấp, có thể điều khiển động cơ bước chuyển động mà không bị trượt bước.

- Tuy nhiên, khi ta tăng tốc động cơ lên cao thì ngay lập tức động cơ sẽ bị mất bước và sai vị trí điều khiển

- Trong trường hợp động cơ có tải trọng nhẹ và hiệu ứng quán tính nhỏ cần phải có thời gian tương đối dài để đạt tốc độ cao Hay nói cách khác để chạy được tốc độ cao thì gia tốc đặt cho động cơ phải nhỏ thì không trượt bước Điều đó lại ảnh hưởng tới hiệu suất làm việc của hệ thống

- Với chi tiết gá và đầu khắc ta có khối lượng :m=2kg

- Ta có gia tốc của vật là a= ∆ V ∆ t ta tính gia tốc vật tạo ra trong 1s trong trường hợp động cơ chuyển động nhanh dần nếu chuyển động chậm dần thì ngược lại.

- Ta có lực quán tính mà động cơ phải chịu là:|F|=ma=2*150N

*Mô-men xoắn: Ở tốc độ khác nhau động cơ bước lại có một mô-men xoắn khác nhau và chúng tỷ lệ nghịch với nhau.

- Khi tốc độ tăng lên thì mô-men xoắn của động cơ giảm Khi động cơ quay, bộ điều khiển cấp cho các cuộn dây của động cơ một điện áp với một dòng điện nhất định

- Các tín hiệu này sẽ sinh ra lực từ trường làm động cơ quay theo từng bước Đến bước tiếp theo thì bộ điều khiển phải đảo chiều của cường độ trên các cuộn dây để động cơ tiếp tục quay theo chiều ở bước trước Thời gian để từ tường tăng đủ mạnh để làm quay động cơ phụ thuộc vào độ tự cảm của cuộn dây, điệu áp đầu ra bộ điều khiển, và cường độ dòng điện

- Các yếu tố này lại phục thuộc vào thời gian để đạt được giá trị giới hạn Khi điều khiển tăng tốc lên thì thời gian cho một bước phải rút ngắn xuống lực từ sinh ra ở cuộn dây chưa đủ lớn dùng để thực hiện bước tiếp theo

=>Do đó mô-men xoắn của động cơ giảm đi.

*Tín hiệu điều khiển: Để tối đa hóa lực chuyển động của động cơ bước, dòng điện và điện áp của tín hiệu điều khiển trong một bước phải đạt đến điểm cao nhất trong thời gian ngắn nhất.

- Thường động cơ bước sử dụng dòng điện với điện áp 220V

- Ta có công suất của máy là 0,4722KW.

- Ta tính được cường độ dòng điện cụ thể của động cơ

- Nhưng cũng ở thời điểm đó dòng xả ngược của động cơ cũng tăng lên sẽ tạo ra một lực cản làm giảm mô-men xoắn của động cơ.

*Vùng chết: trong bất kỳ một động cơ bước nào cũng tồn tại một vùng chết dù công nghệ chế tạo động cơ của các nhà sản xuất có khác nhau như nguyên lý hoạt động của nó thì không đổi

Vùng đó là vùng chuyển trạng thái giữa các bước, ở đó mô-men xoắn của động cơ hầu như bị triệt tiêu do đó nó ảnh hưởng tới khả năng tăng tốc của động cơ do không được tiếp lực từ liên tục.

*Cộng hưởng: Các bước chuyển động của động cơ và hệ thống cơ khí của hệ thống có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng

Cộng hưởng sản ra khi tần số các bước của động cơ trùng với tần số tự nhiên của hệ thống Lúc đó tần số dao động của hệ thống sẽ lớn dẫn tới hệ thống hoạt động không ổn định đồng thời tuổi thọ hệ thống cơ khí sẽ giảm.

*Vi bước: Hiện nay tất cả các bộ điều khiển (Stepper drive) động cơ bước cho phép điều khiển những vi bước rất lớn, những vi bước này sẽ tạo nên một bước của động cơ.

Nhưng vi bước này không phải để làm tăng độ chính xác của động cơ mà làm cho động cơ hoạt động êm ái hơn ở tốc độ thấp Nếu ở tốc độ cao khi ta thực hiện điều khiển vi bước để được một bước động cơ hoặc thực hiện điều khiển một bước luôn ta sẽ không thấy sự khác biệt nhiều giữa hai cách điều khiển

Tuy nhiên sử dụng vi bước sẽ giảm đáng kể được độ ồn và độ rung của hệ thống khi ta cần tăng tốc, giảm tốc hoặc chạy ở tốc độ thấp.

- Ta sẽ chọn được động cơ điện cho máy khắc như sau:

Chọn động cơ điện 2 pha lưỡng cực nên ta sẽ chọn động cơ bước với kí hiệu :

*Step motor NEMA 17 size 42 x 48mm (Động cơ bước) là loại động cơ bước thường được dùng khi chế tạo máy in 3D, CNC mini,máy khắc laser mini và thường được lắp cùng với puli GT2.

* Đặc điểm nổi bật và các thông số:

- Đường kính trục 5mm Đầu trục vát phẳng, giúp puli/khớp nối không đỡ bị lỏng khi hoạt động

- Cường độ định mức 1.5A, mô men giữ 0.55 Nm

- Dây nối dài 1m, đầu dây chuẩn XH2.54 Tương thích với đầu ra động cơ bước trên mạch RAMPS 1.5 hoặc CNC shield V3

- Ít tỏa nhiệt, chuyển động êm

Hình 2.2 Lựa chọn động cơ

THIẾT KẾ MÁY

Hình 3.2 Bản vẽ nguyên công

Hình 3.3 Bản vẽ kết cấu sơ đồ động

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỠ KHẮC LASER CHO CHI TIẾT DẠNG CẦU

Đặt vấn đề

Để có thể thực hiện sản xuất một sản phẩm đạt được chất lượng và hiệu quả kinh tế Ở một điều kiện cụ thể cần phải có quá trình chuẩn bị công nghệ chu đáo Chuẩn bị công nghệ là giai đoạn chuẩn bị về quy trình sản xuất, chuẩn bị trang thiết bị dụng cụ cùng với việc tổ chức sản xuất sao cho đạt hiệu quả kinh tế cao nhất Với sự phát triển không ngừng của các lĩnh vực thiết kế và sản xuất hỗ trợ của máy tính và khối lượng lao động cũng như thời gian chuẩn bị sản xuất giảm đáng kể, mức tin cậy cao hơn.

Lập quy trình công nghệ

Với khối lượng, hình dáng chi tiết và sản lượng hằng năm như trên, dạng sản xuất hàng loạt vừa Theo kinh nghiệm thao khảo thì đường lối công nghệ được xác định phù hợp nhất là gia công một vị trí và nhiều vị trí kết hợp nhau, gia công bằng một dao và 2 dao, gia công tuần tự - song song

1.1 Các nguyên công: a Nguyên công 1:tiện mặt A b Nguyên công 2:tiện bậc B,C

1.2 Nguyên công 1:tiện mặt A a Sơ đồ gá đặt:như hình vẽ b Đinh vị:định vị 4 bậc tự do(định vị bằng mâm cặp 3 chấu kẹp sâu mặt ∅34hạn chế

QZ,QY,TZ,TY). c Chọn máy: máy tiện vạn năng T620. d Dụng cụ cắt: Dùng dao tiện ngoài thân thẳng gắn mảnh hợp kim cứng: h ; b; L0; φE0; R=1; l (Bảng 4-5, trang 296 STCNCTM 2006 tập 1). e Chế độ cắt:

*Chiều sau cắt t: Ra=2.5: lấy t=1mm

-Thời gian nguyên công: Ttc = t0 + tp + tpv + ttn

+tp: thời gian phụ: tp = 10% t0 = 0,0033 (phút)

+ tpv: thời gian thực hiện gia công tpv = 10% t0 = 0,0033 (phút)

+ttn: thời gian nghỉ ngơi của công nhân: ttn = 5% t0 = 0,00165 (phút)

1.3 Nguyên công 2:tiện bậc B,C. a Sơ đồ gá đặt:như hình vẽ b Đinh vị:định vị 5 bậc tự do.

-mâm cặp 3 chấu định vị 2 bậc tự do

-mũi chấm tâm định vị 3 bậc tự do. c Chọn máy:máy tiện vạn năng T620. d Dụng cụ cắt: Dùng dao tiện ngoài thân thẳng gắn mảnh hợp kim cứng: h; b; L0; φE ° ; R=0,5; l=8 (Bảng 4-5, trang 296 STCNCTM 2006 tập 1). e Chế độ cắt:

-Chiều sau cắt t: Ra=2.5: t=0,5(34-20)=7mm

-Lượng chạy dao: S = 0.6mm/ vòng (Bảng 5-11 trang 11, STCNCTM 2006 tập 2)

45 0.2 7 0.15 0.6 0.35 0,9.0,8.0,8= 84,08m/ph (Công thức trang 10,tập 2) (4)

-Thời gian nguyên công: Ttc = t0 + tp + tpv + ttn (7)

+tp: thời gian phụ: tp = 10% t0 = 0,00411 (phút)

+ tpv: thời gian thực hiện gia công tpv = 10% t0 = 0,00411 (phút)

+ttn: thời gian nghỉ ngơi của công nhân: ttn = 5% t0 = 0,00205 (phút)

-Chiều sau cắt t: Ra=2.5: t=0,5(20-6,4)=6,8mm

-Lượng chạy dao: S = 0.6mm/ vòng (Bảng 5-11 trang 11, STCNCTM 2006 tập 2)

45 0.2 6,8 0.15 0.6 0.35 0,9.0,8.0,8= 84,45m/ph (Công thức trang 10,tập 2) (8)

-Thời gian nguyên công: Ttc = t0 + tp + tpv + ttn (11)

+tp: thời gian phụ: tp = 10% t0 = 0,0011 (phút)

+ tpv: thời gian thực hiện gia công tpv = 10% t0 = 0,0011 (phút)

+ttn: thời gian nghỉ ngơi của công nhân: ttn = 5% t0 = 0,00055 (phút)

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHI TIẾT TRỤ ĐỠ

Chọn phôi cho chi tiết gá

-Với đặc điểm chi tiết khớp nối dạng hộp, có lỗ và mặt bích vật liệu là nhôm.Ta chọn phôi đúc.

 -Đúc được các chi tiết có hình dạng phức tạp mà các phương pháp khác khó hoặc không gia công được.

 Tính chất sản xuất linh hoạt, thích hợp với các dạng sản xuất.

 Đầu tư ban đầu thấp.

Dễ cơ khi hóa và tự động hóa

Phương pháp đúc phôi

- Ta sử dụng phương pháp đúc trong khuôn cát.

-Cho độ chính xác cao(IT15 ÷ IT16),đảm bảo sự đồng nhất khuôn

-Độ nhám đạt được Rz μ m.

Lập quy trình nguyên công

*Với chi tiết dạng hộp như trên sau khi phân tích kết cấu bảng vẽ chế tạo, độ chính xác gia công, độ nhám bề mặt và các yêu cầu kỹ thuật khác ta chọn phương án theo thứ tự các nguyên công sau:

-nguyên công 1:phay thô và phay tinh 2 mặt A và B.

-nguyên công 2:phay 3 lỗ 30mm

-nguyên công 3:khoan ,khoét,taro ren 2 lỗ ∅ 6,6 và khoan ,doa 4 lỗ ∅ 13

3.1.1 Nguyên công 1: phay 2 mặt A và B.

-Sơ đồ gá đặt như hình vẽ:

*đinh vị:định vị 5 bậc tự do.

-phiến tỳ mặt B định vị 3 bậc tự do

-2 chốt tỳ định vị 2 bậc tự do

*chọn máy:máy phay Chọn máy phay 6H82(bảng 9-38 trang 73 STCNCTM 2006 tập 3)

*dụng cụ cắt: dao phay ngón chui trụ

*chế độ cắt:tính cho A,B tương tự

*chế độ cắt và thời gian thực hiện nguyên công khi phay thô:

+Lượng chạy dao: Sz = 0.2mm/ vòng (Bảng 5-141 trang 11, STCNCTM 2006 tập 2) +lượng chạy dao vòng : S=0,2.4=0,8

+Vận tốc cắt : Vt = 60( m/ph ) (Bảng 5-148, Trang133 – ST2)

-Thời gian nguyên công: Ttc = t0 + tp + tpv + ttn (13)

+tp: thời gian phụ: tp = 10% t0 = 0,048 (phút)

+ tpv: thời gian thực hiện gia công tpv = 10% t0 = 0,048 (phút)

+ttn: thời gian nghỉ ngơi của công nhân: ttn = 5% t0 = 0,024 (phút)

*chế độ cắt và thời gian thực hiện nguyên công khi phay tinh:

-Lượng chạy dao: Sz = 0.2mm/ vòng (Bảng 5-141 trang 11, STCNCTM 2006 tập 2) -lượng chạy dao vòng : S=0,2.4=0,8

-tốc độ cắt Vt= 56 (mm/ph)(bảng 5-148,trang 133 sổ tay công nghệ tạo máy 2)

-Thời gian nguyên công: Ttc = t0 + tp + tpv + ttn (15)

+tp: thời gian phụ: tp = 10% t0 = 0,051 (phút)

+ tpv: thời gian thực hiện gia công tpv = 10% t0 = 0,051 (phút)

+ttn: thời gian nghỉ ngơi của công nhân: ttn = 5% t0 = 0,0255 (phút)

3.1.2 Nguyên công 2: phay 3 lỗ 30mm.

-sơ đồ gá đặt như hình vẽ:

*đinh vị:định vị 5 bậc tự do.

-phiến tỳ mặt B định vị 3 bậc tự do

-2 chốt tỳ định vị 2 bậc tự do

*chọn máy:máy phay Chọn máy phay 6H82(bảng 9-38 trang 73 STCNCTM 2006 tập 3)

*dụng cụ cắt: dao phay ngón chui trụ

*chế độ cắt:tính cho A,B tương tự

+Lượng chạy dao: Sz = 0.2mm/ vòng (Bảng 5-141 trang 11, STCNCTM 2006 tập 2) +lượng chạy dao vòng : S=0,2.4=0,8

+Vận tốc cắt : Vt = 50( m/ph ) (Bảng 5-148, Trang133 – ST2)

-Thời gian nguyên công: Ttc = t0 + tp + tpv + ttn (17)

+tp: thời gian phụ: tp = 10% t0 = 0,005 (phút)

+ tpv: thời gian thực hiện gia công tpv = 10% t0 = 0,005 (phút)

+ttn: thời gian nghỉ ngơi của công nhân: ttn = 5% t0 = 0,0025 (phút)

3.1.3.Nguyên công 3: phay rãnh 180mm

-Sơ đồ gá đặt như hình vẽ:

*đinh vị:định vị 5 bậc tự do.

-phiến tỳ mặt B định vị 3 bậc tự do

-2 chốt tỳ định vị 2 bậc tự do

*chọn máy:máy phay Chọn máy phay 6H82(bảng 9-38 trang 73 STCNCTM 2006 tập 3)

*dụng cụ cắt: dao phay ngón chui trụ

*chế độ cắt:tính cho A,B tương tự

*chế độ cắt và thời gian thực hiện nguyên công khi phay thô:

+Lượng chạy dao: Sz = 0.2mm/ vòng (Bảng 5-141 trang 11, STCNCTM 2006 tập 2) +lượng chạy dao vòng : S=0,2.4=0,8

+Vận tốc cắt : Vt = 60( m/ph ) (Bảng 5-148, Trang133 – ST2)

-Thời gian nguyên công: Ttc = t0 + tp + tpv + ttn (19)

+tp: thời gian phụ: tp = 10% t0 = 0,036 (phút)

+ tpv: thời gian thực hiện gia công tpv = 10% t0 = 0,036(phút)

+ttn: thời gian nghỉ ngơi của công nhân: ttn = 5% t0 = 0,012 (phút)

*chế độ cắt và thời gian thực hiện nguyên công khi phay tinh:

-Lượng chạy dao: Sz = 0.2mm/ vòng (Bảng 5-141 trang 11, STCNCTM 2006 tập 2) -lượng chạy dao vòng : S=0,2.4=0,8

-tốc độ cắt Vt= 56 (mm/ph)(bảng 5-148,trang 133 sổ tay công nghệ tạo máy 2)

-Thời gian nguyên công: Ttc = t0 + tp + tpv + ttn (21)

+tp: thời gian phụ: tp = 10% t0 = 0,039 (phút)

+ tpv: thời gian thực hiện gia công tpv = 10% t0 = 0,039 (phút)

+ttn: thời gian nghỉ ngơi của công nhân: ttn = 5% t0 = 0,0195(phút)

3.1.4 Nguyên công 4: khoan ,khoét,taro ren 2 lỗ ∅ 6,6 và khoan ,doa 4 lỗ ∅ 13 a Khoan ,khoét,taro ren 2 lỗ ∅ 6,6

*Sơ đồ gá đặt như hình vẽ.

-phiến tỳ mặt B định vị 3 bậc tự do

-chốt tỳ định vị 2 bậc tự do

-1 chốt tỳ định vị 1 bậc tự do

*chọn máy:máy phay Chọn máy khoan đứng 2H125(bảng 9-21 trang 45 STCNCTM

+Dựng mũi khoan ỉ5,5 bằng thộp giú với thụng số: L0, l ` ( Bảng 4.40, trang

+ Dựng mũi khoột ỉ6 chuụi cụn với thụng số:L0, l ( bảng 4.47 trang 332 STCNCTM 2006 tập 1)

+dùng mũi taro D=6 ,LS,l(bảng 4-135 STCNCTM 2006 tập 1)

-Lượng chạy dao: S = 0,2 mm/ vòng (Bảng 5-25 trang 21 , STCNCTM 2006 tập 2) -Vận tốc cắt : V = C V D q

15 0,2 0,2 0,7 1.0,8.0,8(mm/ph) (tính theo công thức trang

+Thời gian gia công cơ bản: T0 = L+ L 1 + L 2 s n =8+1,86 0,2∗752 +1=0,07 -Thời gian nguyên công : Ttc = t0 + tp + tpv + ttn (24)

+tp : thời gian phụ : tp = 10% t0 = 0,007( phút )

+tpv : thời gian thực hiện gia công tpv = 10% t0 = 0,007( phút )

+ttn : thời gian nghỉ ngơi của công nhân ttn = 5% t0 = 0,0035 ( phút)

-Chiều sâu cắt t=0,5(D-d)=0,5(6-5,5)=0,25mm( Công thức tính t trang 20 STCNCTM

-Lượng chạy dao : S = 0,4 (mm/vòng) ( Bảng 5-107 trang 98 STCNCTM 2006 tập 2) -Vận tốc cắt :

-Thời gian nguyên công : Ttc = t0 + tp + tpv + ttn (26)

+ tp : thời gian phụ : tp = 10% t0 = 0,0043 ( phút )

+ tpv : thời gian thực hiện gia công tpv = 10% t0 = 0,0043( phút )

+ttn : thời gian nghỉ ngơi của công nhân ttn = 5% t0 = 0,0021( phút)

-Lượng chạy dao: S = 0,08 mm/ vòng (Bảng 5-25 trang 21 , STCNCTM 2006 tập 2) -Vận tốc cắt : V = 4 (mm/ph)

+Thời gian gia công cơ bản: T0 = L+ L 1 + L 2 s n + L+ s n L 1 + L 2

-Thời gian nguyên công : Ttc = t0 + tp + tpv + ttn (28)

+tp : thời gian phụ : tp = 10% t0 = 0,038 ( phút )

+tpv : thời gian thực hiện gia công tpv = 10% t0 = 0,038( phút )

+ttn : thời gian nghỉ ngơi của công nhân ttn = 5% t0 = 0,019 ( phút)

=>Ttc = 0,475( phút) a khoan,doa 2 lỗ ∅ 13

-sơ đồ định vị chi tiết định vị và máy chọn như trên

+Dựng mũi khoan ỉ12,5 bằng thộp giú với thụng số: L0, l ` ( Bảng 4.40, trang 319 STCNCTM 2006 tập 1 )

+Mũi doa chuụi trụ ỉ13 với L0 , l@ ( Bảng 4.49, trang 336 STCNCTM 2006 tập 1).

-Lượng chạy dao: S = 0,14 mm/ vòng (Bảng 5-25 trang 21 , STCNCTM 2006 tập 2) -Vận tốc cắt : V = C V D q

15 0,25 0,2 0,3 1.0,8.0,8&,2(mm/ph) (tính theo công thức trang 20,tập 2)

+Thời gian gia công cơ bản: T0 = L+ L 1 + L 2 s n =8+2,85 0,14.667 +1=0,126 -Thời gian nguyên công : Ttc = t0 + tp + tpv + ttn

+tp : thời gian phụ : tp = 10% t0 = 0,0126 (phút)

+tpv : thời gian thực hiện gia công tpv = 10% t0 = 0,0126 (phút)

+ttn : thời gian nghỉ ngơi của công nhân ttn = 5% t0 = 0,0063 (phút)

-Chiều sâu cắt: cắt t=0,5(D-d)=0,5(13-12,5)=0,25 mm( Công thức tính t trang 20 STCNCTM 2006 tập 2 )

-Lượng chạy dao : S = 0,8 (mm/vòng) (Bảng 5-116 trang 107 STCNCTM 2006 tập 2) -Vận tốc cắt :

45 0,4 0,8 0,65 0,075 0 1.0,8.0,8,41(mm/ph) -Thời gian nguyên công:

-Thời gian gia công cơ bản: T0 = L+ L 1 + L 2 s n

-Thời gian nguyên công: Ttc = t0 + tp + tpv + ttn

+tp: thời gian phụ: tp = 10% t0 = 0,0018 (phút)

+tpv: thời gian thực hiện gia công tpv = 10% t0 = 0,0018(phút)

+ttn: thời gian nghỉ ngơi của công nhân ttn = 5% t0 = 0,0009 (phút)

SỬ DỤNG PHẦN MỀM LIGHTBURN VÀ GIA CÔNG CHI TIẾT

Cài đặt Lightburn cho máy khắc Laser

Lightburn là một bố cục ấn tượng, chỉnh sửa cũng như ứng dụng điều khiển cho máy khắc laser Nó cho phép bạn nhập những tác phẩm nghệ thuật trong đa dạng tệp hình ảnh và đồ họa vector đa dạng gồm : PDF, SVG, PNG, JPG, GIF và BMP,….Bạn cũng có thể sắp xếp, chỉnh sửa có 1 số tỉnh năng rất mạnh như thao tác Boolean, hàn và chỉnh sửa nút…

Lightburn cho phép bạn vận dụng những cài đặt như tốc độ, sức mạnh, thiết bị tự cắt, chế độ hòa sắc, độ sáng và độ tương phản Ứng dụng này đã được ngoại hình để hoạt động sở hữu laser của bạn mà không cần tiêu dung phần mềm bổ sung.

Nó tương trợ các bộ điều khiển dựa trên Ruid, Trocen và GCode Các bộ điều khiển Gcode được hỗ trợ bao gồm Smoothieware, Grbl, Grbl-LPC và Marlin Tất cả trong hầu hết Light Burn là một bố cục hùng vĩ, chỉnh sửa cũng như ứng dụng điều khiển cho máy cắt laser.

Lightburn có thể tải ở đây: https://cokhi.org/download-lightburn/ Phiên bản mới nhất hiện nay là bản 1.2.04

 Một bố cục hùng vĩ, chỉnh sửa cũng như vận dụng điều khiển cho máy cắt laser.

 Cho phép bạn nhập các tác phẩm nghệ thuật trong phổ biến định dạng tệp hình ảnh và đồ họa vector rộng rãi bao gồm PDF, SVG, PNG, JPG, GIF và BMP, v.v.

 Cũng với thể sắp xếp, chỉnh sửa cũng như tạo những hình trạng vectơ mới trong trình chỉnh sửa có một số tính năng cực kỳ mạnh mẽ như các thao tác boolean, elding và chỉnh sửa nút.

 Cho phép bạn áp dụng những cài đặt như tốc độ, sức mạnh, trang bị tự cắt, chế độ hoà sắc, độ sáng và độ tương phản.

 Chúng tôi hiện tương trợ tất cả những bộ điều khiển dựa trên Ruida, Trocen và GCode Các bộ điều khiển GCode được hỗ trợ, bao gồm Grbl, Smoothieware, Grbl- LPC và Marlin Các bộ điều khiển Ruida được tương trợ bao gồm RDC6442G / S, RDC6445G, RDC6332G, RDLC-320A và R5-DSP

 Bộ điều khiển Trocen được hỗ trợ bao gồm AWC708C, AWC608 và TL-

3120 Nhiều bộ điều khiển sẽ sớm được thêm vào, vì thế nếu bạn không thấy danh sách của mình được liệt kê, hãy gửi cho chúng tôi 1 tin nhắn – sở hữu thể chúng tôi đã làm cho việc sở hữu nó!

 Nếu bộ điều khiển của bạn dựa trên GCode, Ruida hoặc Trocen, ngay cả khi nó không được liệt kê, nó với thể được hỗ trợ – Tải xuống bản sử dụng thử miễn tổn phí và tự mình tiêu dùng thử Nếu nó không hoạt động, đôi khi chỉ phải 1 hoặc hai ngày để thực hiện những thay đổi phải thiết để hỗ trợ 1 hội đồng mới trong những gia đình hiện với này.

 Được thiết kế để hoạt động có laser của bạn mà không phải sử dụng phần mềm bổ sung.

 Bộ nhớ (RAM): Yêu cầu một GB RAM.

 Dung lượng đĩa cứng: Cần 100 MB dung lượng trống.

 Bộ xử lý: Bộ xử lý Intel Dual Core trở lên.

 Tắt phần mềm diệt virus (Chú ý tắt cả Windows Defender)

 Chạy Setup để cài đặt phần mềm

 Copy file Crack đến nơi vừa cài đặt phần mềm đường dẫn “C:\Program Files\

 Vào file đã vừa giải nén ta chọn ZEBRA laser ( lightburn 0.9) > Lightburn 0.9.20(x64) Multiliguanl > Khởi chạy Lightburn-v0.9.20

 Sau khi đã cài xong thì phần mềm sẽ cho ta dùng thử 30 ngày nên ta phải tải file crack.

Hướng dẫn thiết lập các thông số Lightburn

 Sau khi mở lightburn lên thì chúng ta chọn vào ô “ Devices “, tiếp đến chúng ta chọn “ Create Manually” > “ GRBL” > “Next” > tiếp theo ta sẽ điền thông số kích thước máy có thể khắc, tại trục X là 410, trục Y là 420 > “Next” > Tiếp đến chúng ta tắt chức năng tự quay về sau khi khắc xong “ Auto home your laser on startup” > “Next” >

 Sau khi đã cài đặt xong kích thước máy có thể gia công thì tiếp theo sẽ cài đặt tia laser.

 Vào “Edit” nằm trên thanh công cụ > “ Device Settings” > bật chức năng phóng laser “Enable laser fire button” > “ OK” Sau khi cài xong thì bên tag “move” sẽ xuất hiện ô “ Power 0.00% Fire” tiếp theo sẽ chỉnh mức công suất ở 1.00% để định vị được vị trí của tia laser trên phôi gia công Bên tag “ Laser ” thì chúng ta sẽ chọn chức năng “User origin” tại “ Start From” chức năng này giúp chúng ta xác định gốc của bản vẽ cần khắc.

 Tại đây chúng ta sẽ điều chỉnh được đường kính và chu vi của vật cần gia công.

3 Tiến hành mô phỏng và thiết kế sản phẩm

Ngày đăng: 08/03/2024, 14:05

w