nghiên cứu thiết kế chế tạo máy cnc khắc laser trên bề mặt cong

TÓM TẮT ĐỒ ÁN MÁY KHẮC LASER TRÊN MẶT CONG Máy khắc laser được thiết kế như một máy gia công CNC, dùng để khắc các vật liệu khác nhau từ bản vẽ kỹ thuật hoặc tranh ảnh.Thiết bị được chế

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Trong thời đại công nghệ và khoa học ngày nay, các nước đứng đầu về lĩnh vực ngành công nghiệp nặng, khoa học tân tiến, công nghệ AI đều đầu tư toàn bộ nhân lực, tiền bạc, thời gian trong cuộc đua phát triển ngành công nghiệp máy móc, mọi thứ đều trở nên hiện đại hóa, càng phát triển mạnh mẽ, và máy móc đang dần thay thế con người để làm những công việc nặng Việc ứng dụng công nghệ mới vào sản xuất ngày càng trở nên phổ biến và đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển công nghiệp, các máy móc sẽ dần thay đổi vị trí vì hiệu suất làm việc tốt hơn, hiệu quả, chính xác hoàn thiện mọi thứ nhanh chóng

Nhận thấy những điều trên nhóm em đã bắt tay vào nghiên cứu máy khắc laser để có thể đáp ứng nhiều nhu cầu của khách hàng trong và ngoài nước

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Tạo ra một lĩnh vực mới trong ngành công nghiệp chính xác, giúp đào sâu thêm kiến thức cho những người đang muốn tìm hiều về lĩnh vực này, không chỉ có thẻ áp dụng trong ngành công nghiệp cắt khắt, ngoài ra laser có thể ứng dụng nên y học hiện tại, xây dựng, giúp cho các y bác sĩ, việc xây dựng nhà cửa trở nên dễ dàng hơn

Máy khắc laser cần thiết cho việc cho ra những sản phẩm đẹp, mới mẻ, góp phần vào tiến trình “công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước”

- Ý nghĩa thực tiễn: Điều này giúp các công ty lớn nhỏ có thể cho ra những sản phẩm với độ chính xác cao, mà không cần phải kiểm tra, kiểm định lại nhiều lần, đáp ứng những nhu cầu khó khăn của khách hàng, việc khắc laser có thể ứng dụng nên hội họa mỹ thuật khắc trên bề mặt gỗ, các loại trái cây, ví da, mica giúp tạo ra những sản phẩm có độ hoàn thiện cao

- Trong nghệ thuật và thiết kế

Máy khắc laser mang đến cho các nhà thiết kế, họa sĩ sự sáng tạo và linh hoạt trong việc tạo ra các tác phẩm nghệ thuật và thiết kế độc đáo, công nghệ khắc laser cho phép khắc và chạm trổ trên nhiều vật liệu khắc nhau để cho ra những sản phẩm có tính thẩm mỹ cao và bắt mắt

Máy khắc laser được nhiều nền công nghiệp tin dùng để khắc mã sản phẩm, in ấn, sản xuất đồ gỗ, quảng cáo,…… Công nghệ này giúp người dùng có thể khắc những hình phức tạp, mẫu mã chi tiết một cách nhanh chóng

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cơ cấu bảng điều khiển và mô hình của máy CNC khắc laser

- Mô hình hóa thiết kế 3D bằng phần Solidworks 2018 Tính toán và hoàn chỉnh thiết kế cho máy khắc laser và phần mềm AutoCAD để thể hiện cơ cấu, nguyên lý hoạt động của máy khắc

- Nâng cao khả năng làm việc: tăng cường khả năng làm việc của máy trên mặt cong, nghiên cứu và phát triển các hệ thống điều khiển và các phần mềm, boarch mạch để có thể điều khiển các trục chính xác và đồng bộ với nhau

- Đảm bảo an toàn cho người sử dụng: tăng cường tính an toàn khi sử dụng máy khắc cong không gây nguy hiểm đến người tiêu dùng khi máy đang trong quá trình hoạt động

- Gia công, lắp ráp và kiểm nghiệm các hệ thống của máy và hoàn chỉnh máy, đưa vào chạy thực nghiệm

- Cuối cùng là đánh giá tổng thể để đưa ra kết luận cuối cùng và hoàn thiện mô hình máy khắc laser trên bề mặt cong

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Các cơ cấu, nguyên lý hoạt động của máy khắc laser

- Những máy khắc laser đã có trên thị trường, từ các máy khắc cơ bản đến máy khắc có bàn nâng điều chỉnh tiêu cự tự động

- Điều khiển động cơ bước

- Kết hợp sử dụng máy CNC 4 trục để khắc bề mặt cong

- Điều khiển và làm quen giao diện phần mềm Mach3Mill

- Quá trình khắc laser trên các bề mặt khác nhau và vật liệu khác nhau

- Đánh giá chất lượng sản phẩm và hiệu suất của sản phẩm sau khi khắc

- Sử dụng phần mềm Solidworks 2018 trong việc thiết kế

- Tìm hiểu những trang thiết bị máy móc ở trong phòng thí nghiệm nhà trường có liên đến đề tài

- Những cuốn sách, giáo trình chuyên ngành liên quan đến đề tài:

+ Cơ Sở Kỹ Thuật LASER ( GS.TS Trần Đức Hân – PGS.TS Nguyễn Minh Hiển )

+ Vật Lý Laser Và Ứng Dụng ( Đinh Văn Hoàng – Trịnh Đình Chiến )

- Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy CNC khắc laser trên bề mặt cong

- Nghiên cứu việc tối ưa hóa hành trình làm việc của các trục khi máy đang làm việc

- Tập trung vào phân tích độ chính xác khi khắc laser, độ sâu khắc của máy tùy với từng vật liệu khắc

- Đánh giá chất lượng sản phẩm sau quá trình khắc và xác định các ứng dụng tiềm năng của máy khắc laser mặt cong trong lĩnh vực nông nghiệp thực phẩm, công nghiệp cơ khí

- So sánh máy khắc laser trên mặt cong với các công nghệ khắc khác như máy khắc cnc, máy khắc 3D, để tối ưa hóa việc thiết kế máy khắc

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

- Dựa vào nhu cầu thị trường từ các sản phẩm được gia công bằng phương pháp khắc laser ngày càng cao

- Phương pháp nghiên cứu là những nguyên tắc và cách thức hoạt động khoa học nhằm đạt đến chân lý khách quan dựa trên cơ sở của sự chứng minh khoa học

- Tiến hành phân tích và đánh giá những dữ liệu, thông tin đã có được trước đó, bao gồm ưu nhược điểm và hạn chế của máy khắc laser cũng như các nghiên cứu liên quan trước đó đã thực hiện, giúp ta có thể thấy được những điểm chưa tối ưu và vào đó có thể cải thiện hoàn chỉnh và tối ưu nhất

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của nguồn phóng laser, động cơ bước, các mạch điều khiển

Từ đó hình thành nên cơ sở đúng đắn trong việc tính toán, thiết kế và chế tạo máy CNC khắc laser 4 trục trên các bề mặt cong

- Thiết kế kế hoạch nghiên cứu cụ thể cho máy khắc, bao gồm việc xác định phương pháp thí nghiệm, thử nghiệm, đo lường bề mặt sau khi khắc

- Tiến hành các thí nghiệm trên các vật liệu cụ thể như: trái cây, mica, gỗ,… Sau đó thống kê lại các số liệu sau khi khắc ghi nhận các thông số quan trọng đến hiệu suất của máy và chất lượng sản phẩm sau khi khắc

- Viết báo cáo hoặc bài báo khoa học trình bày kết quả nghiên cứu Báo cáo bao gồm mục tiêu nghiên cứu, phương pháp thí nghiệm kết quả và phân tích, nhận xét và đề xuất phát triển công nghệ khắc laser trên bề mặt cong

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: tham khảo các nguồn tài liệu sách, giáo trình, tài liệu tham khảo, các bài viết từ nguồn tin cậy trên Internet, các công trình nghiên cứu… nhằm xác định được nguyên lý, cơ cấu hoạt động của máy

- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành nghiên cứu, xem xét trên các máy thực tế sẵn có từ đó phân tích ưu nhược điểm, tiến hành thiết kế lại cho tốt Nghiên cứu hệ thống điều khiển thực tế để đối chiếu lắp ráp vào máy với giá thành rẻ nhất

- Phương pháp phân tích tổng hợp: Sau khi đã tham khảo, nghiên cứu tài liệu, quá trình nghiên cứu thực nghiệm cho ra các số liệu cần thiết đầu tiên và những hình dung ban đầu Phác thảo nên mô hình và phương pháp truyền động trên giấy, phân tích các yếu tố cần thiết tác động vào để đạt được yêu cầu sơ bộ ban đầu đặt ra

- Tổng hợp lại các yếu tố đã phân tích loại bỏ các yếu tố thừa không cần thiết và lựa chọn được cơ cấu truyền tối ưu nhất trong quá trình làm việc

- Phương pháp nghiên cứu mô phỏng

+ Sử dụng phần mềm Solidworks 2018 thiết kế cơ khí cho đề tài

+ Dùng phần mềm mach 3 để lập trình cho mạch điều khiển chính là BoB mach 3 để điều khiển các động cơ bước

+ Phần mềm AutoCad để thể hiện những bản vẽ chi tiết có trong máy khắc laser

- Phương pháp kiểm nghiệm: Sản phẩm gia công chế tạo xong sẽ được kiểm nghiệm và khắc phục sai hỏng mà lý thuyết không lường hết được

- Sử dụng phần mềm Solidworks 2018 để tiến hành mô phỏng và mô hình hóa để xây dựng mô hình 3D của máy khắc laser trên bề mặt cong, việc này giúp ta có thể dễ dàng hình dung kết cấu của máy và nguyên lý hoạt động của từng trục, hành trình di chuyển của trục

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

Đồ án gồm bảy chương với các nội dung sau:

- Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài: Trình bày tổng quan, sơ lược về lĩnh vực nghiên cứu, các thành tựu nghiên cứu trong và ngoài nước

- Chương 3: Cơ sở lý thuyết: Trình bày các cơ sở lý thuyết cần thiết để thực hiện đề tài

- Chương 4: Phương hướng và các giải pháp: Trình bày các mô hình phần cứng thiết bị, các mạch điện điều khiển sau đó chọn các giải pháp thích hợp Lập trình tự công việc

- Chương 5: Tính toán và thiết kế máy cắt khắc laser: Tính toán các thông số của máy như thông số động cơ, thông số bộ truyền đai răng, thiết kế phần cứng, lắp ráp và mô phỏng chuyển động

- Chương 6: Thiết kế hệ thống điều khiển: Tính toán, thiết kế hệ thống điện và hệ thống điều khiển để phù hợp với điều kiện làm việc của máy

- Chương 7: Chế tạo, thực nghiệm thực tế và đánh giá : Trình bày các kết quả đã và chưa đạt được, đề nghị và đưa ra hướng phát triển cho đề tài , vận hành kiểm tra trên sản phẩm

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Tia Laser

Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation): được hiểu là sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích (phát xạ cảm ứng) Tia laser là một nguồn ánh sáng nhân tạo thu được nhờ vào sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ phát ra trong điều kiện kích hoạt cao độ các phần tử của môi trường vật chất

- Cấu tạo: bao gồm buồng cộng hưởng, nguồn nuôi, gương phản xạ, gương bán mạ

Hình 2.2: Cấu tạo chung của laser

Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, có khả năng khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo laser

Buồng cộng hưởng có 2 mặt chắn ở hai 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 liên tục vào 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

Dưới sự tác động của nguồn kích thích, các hạt của nguyên tử được đưa vào trạng thái năng lượng kích thích vì vậy một số hạt electron di chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lương cao tạo nên trạng thái nghịch đảo mật độ tích lũy của electron

Hình 2.3:Mô tả quá trình hấp thụ năng lượng 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 photon

Hình 2.4: Phát xạ tự phát

Các hạt photon này sẽ toả ra nhiều hướng khác nhau từ một nguyên tử, va phải các nguyên tử khác, kích thích eletron ở các nguyên tử này rơi xuống tiếp, sinh thêm các photon cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay, tạo nên một phản ứng dây chuyền khuếch đại dòng ánh sáng

Hình 2.5: Phát xạ kích thích

Các hạt photon bị phản xạ qua lại nhiều lần trong vật liệu, nhờ các gương phản xạ để tăng hiệu suất khuếch đại ánh sáng

Một số photon thoát ra ngoài nhờ có gương bán mạ tại một đầu của vật liệu Tia sáng đi ra chính là tia laser

- Tính chất Độ định hướng cao: tia laser phát ra hầu như là chùm song song do đó có khả năng chiếu xa hàng nghìn 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 xuất khác nhau Đây là tính chất đặc biệt nhất mà không nguồn sáng nào có

Tính đồng bộ của các photon trong chùm tia laser: Có khả năng phát xung cực ngắn: cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây, cho phép tập trung năng lượng tia laser cực lớn trong thời gian cực ngắn

Kích thước chùm tia nhỏ, có hướng tập trung và có tính hội tự cao

Phân loại

Laser trạng thái rắn là laser sử dụng chất rắn làm môi trường laser Trong các laser này, vật liệu thủy tinh hoặc tinh thể được sử dụng

Các ion được đưa vào dưới dạng tạp chất và vật liệu chủ yếu có thể là thủy tinh hoặc tinh thể Quá trình thêm tạp chất vào chất được gọi là doping Các nguyên tố đất hiếm như cerium (Ce), erbium (Eu), terbium (Tb) v.v … được sử dụng phổ biến nhất làm chất khử trùng

Laser trạng thái rắn đầu tiên là laser ruby Nó vẫn được sử dụng trong một số ứng dụng Trong laser này, một tinh thể ruby được sử dụng làm môi trường laser

Hình 2.6: Cấu tạo laser Ruby

Trong laser ruby, kỹ thuật bơm quang học được sử dụng để cung cấp năng lượng cho môi trường laser Đèn flash được sử dụng làm nguồn năng lượng để nâng các electron từ mức năng lượng thấp hơn lên mức năng lượng cao hơn

Khi năng lượng ánh sáng được cung cấp cho môi trường laser (ruby), các electron ở trạng thái năng lượng thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản nhận đủ năng lượng và chuyển sang trạng thái bơm và các electrom chuyển lên mức năng lượng cao

Tại mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống nơi có mức năng lượng thấp và giải phóng ánh sáng gọi là hạt photon

Trong môi trường hoạt động (ruby), một quá trình gọi là phát xạ tự phát tạo ra ánh sáng Ánh sáng tạo ra trong môi trường laser sẽ phản xạ qua lại giữa hai gương Điều này kích thích các electron khác rơi vào trạng thái cơ bản bằng cách giải phóng năng lượng ánh sáng Điều này được gọi là phát xạ kích thích Tương tự như vậy, hàng triệu electron được kích thích để phát ra ánh sáng Vì vậy, đạt được mức tăng ánh sáng Ánh sáng khuếch đại thoát qua gương phản xạ một phần là tia laser

Sản phẩm cần bản khắc có độ tương phản rõ nét Khắc được trên kim loại, vật liệu đóng gói dạng vỉ, bao bì vô trùng, ông nhựa, vỏ trái cây, gỗ,…

Laser khí là một laser trong đó một dòng điện được phóng qua một hoạt chất khí bên trong môi trường laser để tạo ra ánh sáng laser Trong laser khí, môi trường laser ở trạng thái khí

Trong laser khí, môi trường laser hoặc môi trường khuếch đại được tạo thành từ hỗn hợp khí Hỗn hợp này được đưa vào một ống thủy tinh Các ống thủy tinh chứa đầy hỗn hợp khí hoạt động như một môi trường hoạt động hoặc môi trường laser

Hình 2.7: Cấu tạo laser khí

Laser khí là loại laser đầu tiên hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng bằng cách phóng điện vào chất khí để làm các phân tử chất khí tạo ra độ nghịch đảo tích lũy, tạo ra một chùm ánh sáng laser trong vùng hồng ngoại của quang phổ tại 1,15 μ m

Laser khí được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi ánh sáng laser với chất lượng chùm tia rất cao và độ dài kết hợp dài

Laser khí khắc được trên hầu hết vật liệu phi kim: gỗ, sừng, da, thủy tinh, mica, vỏ dưa hấu, vỏ dừa Cắt được gỗ và khắc ở tốc độ cao

Phù hợp cho việc khắc các sản phẩm yêu cầu sử dụng công suất máy cao do dải công suất nhiều và thông dụng từ 40Wđến 100W

Khi dùng laser co2 thì cần tính toán kích thước vật khắc do phải đặt vào bàn gá của máy

Laser lỏng là laser sử dụng chất lỏng làm môi trường laser Trong laser lỏng, ánh sáng cung cấp năng lượng cho môi trường laser

Laser nhuộm là một ví dụ về laser lỏng Laser nhuộm là loại laser sử dụng thuốc nhuộm hữu cơ (dung dịch lỏng) làm môi trường laser

Trong laser lỏng có chứa chất chelate hữu cơ – đất hiếm, trong đó ngta sử dụng chelate như là một hợp chất hữu cơ – kim loại làm hoạt chất trong môi trường hoạt tính

Trong đó chelate được chia thành hai thành phần khác nhau: Ion đất hiếm – chất nền, chelate điển hình là chất hợp thành từ Ion Benzoylacetonate hợp với Ion đất hiếm hóa trị III

Khi chiếu sáng chelate các chất nền hấp thụ năng lượng chuyển tự trạng thái cơ bản 1 sang trạng thái cơ bản 2 rồi dịch chuyển không bứt xạ sang trạng thái 3 rồi tồn tại trong thời gian 10 -6 –

10 -3 s sau đó chuyển sang mức 4 của đất hiếm tạo ra sự nghịch đảo mật độ Ion đất hiếm Cuối cùng sự dịch chuyển từ mức 4 sang mức 5 trong Ion đất hiểm phát ra bức xạ laser

Laser lỏng thường được sử dụng rộng rãi trong y dược học, y tế, phẫu thuật, thẩm mĩ làm đẹp, tái tạo da,… Ngoài ra với bước sóng ngắn từ 193 nanomet – 10.6 nanomet ( thuộc vùng ngoại tử) nên laser lỏng có thể sử dụng trong các máy chụp cắt lớp, máy dop laser

Máy khắc CNC

Máy khắc CNC (Computer Numerical Control) là một thiết bị khắc và cắt được điều khiển tự động với sự hỗ trợ của máy tính Các bộ phận của máy khắc CNC được lập trình tự động hoạt động theo trình tự lập trình để tạo ra sản phẩm có hình dạng và kích thước mong muốn Máy CNC có thể cắt và khắc ở dạng 2D hoặc 3D

Máy khắc CNC là loại máy tạo tính thẩm mỹ và độ tinh xảo cho sản phẩm Nếu được điều khiển bằng máy tính, thì khắc CNC là ứng dụng công nghệ máy tính để khắc và gia công sản phẩm thành thành phẩm mong muốn

Theo yêu cầu của khách hàng, nhà thi công sử dụng cài đặt phần mềm máy tính để tạo ra một thiết kế tùy chỉnh trên phần mềm CorelDRAW hoặc AutoCAD Và việc thi công sẽ tiến hành khi các yêu cầu được đáp ứng Máy thực hiện việc chuyển đổi đường thẳng hoặc đường cong một cách chính xác và nhanh chóng theo nội dung đã thiết lập.

Phân loại

Lợi dụng khả năng biến dạng dẻo của vật liệu làm tạo ra các biến dạng cực nhỏ trên bề mặt vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực do đầu kim đột gây ra Đầu kim đột được chuyển động tịnh tiến liên tục theo trục Z với tốc độ nhanh để tạo ra biến dạng trên bề mặt vật liệu

Vết khắc có độ chính xác

Làm việc hiệu quả nhất trên bề mặt các kim loại có tính dẻo

Không gây ô nhiễm môi trường

Hình 2.10: Máy đột kim loại tấm Trupunch 1000

Khắc chữ, số và đột dấu trên bề mặt các vật liệu như kim loại, nhựa, gỗ,…

Chủ yếu sử dụng cho các sản phẩm nhỏ do là máy để bàn, khắc được chủ yếu trên các mặt phẳng do máy chỉ sử dụng 3 trục làm việc

- Thông số kỹ thuật máy:

Tốc độ đột tối đa Đánh dấu (E=1mm): 600l /1 phút

Trục Y: 1250mm Độ dày tấm tối đa: 6.4mm

Trọng lượng phôi đối đa: 150kg

Lực đột tối đa: 165kN

Thời gian thay đổi công cụ: 2.4s

Số lượng dụng cụ kép: 18 cái/2 cái

Công suất trung bình: 3.5kW

*Một số sản phẩm sau khi sử dụng máy khắc đột kim

Hình 2.11: Sản phẩm khắc đột kim

Dùng chùm tia laser hội tụ có năng lượng lớn làm tan chảy, đốt cháy làm bay điểm hoặc bề mặt cần tác động

Vết khắc có độ chính xác và độ mịn cao

Có thể làm việc trên nhiều loại vật liệu như kim loại, hợp kim, phi kim, nhựa, mica, gỗ, vải,…

Khi khắc trên các vật liệu có tính dẫn nhiệt, phản chiếu ánh sáng cao thì cần phải điều chỉnh cường độ cao hơn

Khi khắc ảnh hưởng ít đến biến dạng sản phẩm

Không gây ô nhiễm môi trường như các phương pháp gia công cơ khác

Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý đầu phát chùm laser

Giai đoạn 1: Vật liệu gia công hấp thụ năng lượng của tia laser và năng lượng này chuyển thành nhiệt năng làm nóng vật liệu

Giai đoạn 2: Vật liệu gia công bị chảy ra khi nó bị nung nóng đến nhiệt độ chảy

Giai đoạn 3: Giai đoạn bay hơi – vật liệu gia công bị bay hơi và bị lấy đi nhờ khí thổi vào vùng gia công

Vật liệu sẽ nóng chảy bởi độ dai dòng vật liệu giảm, như thép và hợp kim, nhựa chịu nhiệt sẽ bị cắt bởi hoạt động của chùm tia laser với mật độ năng lượng là 10 4 𝑊𝑚𝑚 −2

Nóng chảy được hỗ trợ bởi tác động mòn do sự chảy diễn ra chậm và tác động của khí Kết quả là kênh nóng chảy đi qua vật liệu tạo thành một đường cắt hay lỗ cắt

Thích hợp với một số loại vật liệu không thể nóng chảy (một vài loại thủy tinh, gốm và composit

…)Các vật liệu có thể được cắt bởi sự bay hơi bởi mức năng lượng của cần cao hơn >10 4 𝑊𝑚𝑚 −2

2.4.3 Các loại máy khắc laser CNC

Hình 2.13: Máy cắt khắc CNC Ezter EZ1325

Hình 2.14: Máy khắc CNC Exter EZ1818

Máy CNC

CNC (Computer Numerical Control) là một dạng máy điều khiển bằng máy tính với mục đích sản xuất các bộ phận phức tạp bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt Quá trình điều khiển để máy di chuyển theo các hướng thẳng và cong bất kì được điều khiển bằng máy tính công nghiệp hoặc điều khiển chuyên dụng Máy CNC có thể làm việc trong không gian 2D, 3D,…Để máy CNC hoạt động được, cần phải nạp chương trình vào hệ thống vi tính thông minh Máy vi tính có nhiệm vụ xử lý và điều khiển các bộ phận của máy như đầu cắt, tốc độ cắt, biên độ cắt,… theo chương trình có sẵn để gia công sản phẩm

Mỗi loại máy CNC sẽ có những cấu tạo riêng nhưng đều sẽ có 2 phần cơ bản sau:

+ Phần chấp hành: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục vít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng, ổ tích dao cắt

+ Phần điều khiển: cụm điều khiển máy MCU, cụm dẫn động

Máy CNC khi hoạt động sẽ di chuyển trên 3 trục X, Y, Z theo tọa độ Khi máy được khởi động và thực hiện các lệnh cắt, trục Z sẽ di chuyển lên xuống theo khoảng cách được cài đặt Đầu cắt ( trục Z) sẽ nhận nguồn năng lượng từ bộ nguồn để xuyên thủng vật liệu Lúc này bàn máy sẽ giữ chặt sản phẩm để đầu mang dao (trục Z) di chuyển trên các thanh ray theo trục X và

Y để tạo ra các đường cắt trên vật liệu

Máy phay CNC 4 trục là máy phay dùng để gia công cắt gọt các chi tiết máy móc sở hữu công nghệ CNC tiên tiến Điểm khác nhau so với các máy phay CNC khác là cơ chế hoạt động trên các trục Máy được bổ sung thêm trục A xoay quanh trục X Việc bổ sung thêm trục thứ 4 cho phép phôi có thể di chuyển, xoay, lật theo ý muốn Điều này làm cho máy có thể gia công 4 mặt của bộ phận cần gia công bằng cách lật phôi

Nguyên lý hoạt động của máy phay 4 trục tùy thuộc với thiết kế của các bộ phận máy Với máy có phôi di chuyển theo trục X, Y thì sau khi kích hoạt máy, trục chính sẽ di chuyển theo chiều Z lên xuống Trong khi đó bàn máy giữ sản phẩm và di chuyển theo trục X và trục Y Kết hợp với trục Z để đưa dao cắt đến những chỗ muốn gia công của sản phẩm Trục A có khả năng

19 giữ phôi và cho phôi quay tròn theo ý muốn Để đáp ứng các yêu cầu cần gia công như sản phẩm có bề mặt trụ tròn,

2.5.1.1 Giới thiệu 2 loại máy CNC 4 trục trong công nghiệp

Hình 2.15: Máy phay đứng CNC Makino A51NX

- Kích thước bàn máy (mm): 400x400

- Trọng lượng tải phôi tối đa (kg): 500

- Tốc độ quay trục chính: 14.000 vòng/phút ( Mô-men xoắn cao 14K, 20K )

- Hành trình làm việc XYZ (mm): 560x640x640

- Tốc độ cắt (mm/phút): 50.000

- Mã lực ( đánh giá trong 30’ ): 25

Hình 2.16: Máy phay ngang CNC Makino A61NX-5E

- Kích thước bàn máy (mm): 400x400

- Trọng lượng tải phôi tối đa (kg): 150

- Tốc độ quay trục chính: 14.000 vòng/phút, 24.000 vòng/phút

- Hành trình làm việc XYZ (mm): 730x730x680

- Tốc độ cắt (mm/phút): 43.000

- Mã lực ( đánh giá trong 30’ ): 106

Máy khắc laser CNC trên mặt cong

Khả năng gia công đa chiều: máy khắc Laser trên mặt cong có khả năng di chuyển tia Laser theo ba trục X, Y, Z và trục xoay A Điều này cho phép thực hiện các phép khắc và cắt trên các bề mặt cong tròn xoay đối xứng nhau Độ chính xác cao: với việc sử dụng ba trục X, Y, Z và A di chuyển, máy khắc Laser trên mặt cong (tròn xoay) đạt được độ chính xác cao trong quá trình gia công Điều này giúp tạo ra các sản phẩm tinh xảo, với đường viền sắc nét và chi tiết tinh tế

Linh hoạt trong việc gia công vật liệu: máy khắc Laser trên mặt cong (tròn xoay) có khả năng làm việc trên nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gồm gỗ, nhựa, da, kim loại và các bề mặt

21 trái cây Điều này mở ra nhiều cơ hội sáng tạo và ứng dụng trong các ngành công nghiệp và mỹ nghệ

Tốc độ và hiệu suất cao: máy khắc Laser trên mặt cong (tròn xoay) được thiết kế để thực hiện các quá trình gia công nhanh chóng và hiệu quả Tốc độ di chuyển của các trục và công suất Laser cao giúp tiết kiệm thời gian và tăng năng suất sản xuất

Phần mềm điều khiển và lập trình tiên tiến: máy khắc Laser trên mặt cong (tròn xoay) đi kèm với phần mềm điều khiển và lập trình tiên tiến, cho phép người dùng tạo ra các mẫu và hoa văn phức tạp Phần mềm này cung cấp các công cụ và chức năng linh hoạt để tùy chỉnh quá trình gia công và tạo ra những sản phẩm độc đáo.

2.6.1 Lý do cần sử dụng máy CNC 4 trục khi khắc laser bề mặt cong ?

Khi máy laser hoạt động sẽ phát ra những tia song song trong buồng cộng hưởng và đi qua một thấu kính hội tụ, và những tia sẽ hội tụ lại 1 điểm có tiêu cự F và bắt đầu khắc vào bề mặt chi tiết

Tia laser chỉ có thể khắc được khi khoảng cách từ thấu kính đến bề mặt chi tiết phải bằng tiêu cự F để tia laser có thể hoạt động hết khả năng vì trong khoảng tiêu cự điểm hội tụ là nhỏ nhất nên tập trung nhiều năng lượng nhất, nếu như xa hơn thì bề mặt khắc sẽ ko đều và mịn và không sắc nét

Khi khắc bề mặt cong như trái dưa hấu, trái dừa, khi tia laser di chuyển sẽ bị thay đổi tiêu cự

F khiến cho tia laser sẽ ko khắc đều được hết bề mặt chi tiết, để khắc phục được điều này thì ta sẽ dùng máy CNC 4 trục với trục chuyển A để tiêu cự F ko thay đổi trong suốt quá trình khắc cho ra được sản phẩm khắc hoàn thiện nhất

2.6.2 Kết cấu của máy khắc laser trên mặt cong

Máy khắc Laser trên mặt cong (mặt tròn xoay) có một số kết cấu đặc biệt và phức tạp để đáp ứng các yêu cầu gia công đa chiều và linh hoạt Máy yêu cầu cần phải có các kết cấu sau:

- Khung máy: Máy khắc Laser trên mặt cong (mặt tròn xoay) có một khung chắc chắn để hỗ trợ và định vị các thành phần chính Khung máy thường được làm bằng vật liệu cứng và bền như thép hoặc hợp kim nhôm để đảm bảo sự ổn định và độ cứng cần thiết trong quá trình gia công

- Các trục di chuyển: Máy khắc Laser trên mặt cong có ba trục di chuyển chính, bao gồm X,

Y và A Trục X và Y điều khiển di chuyển ngang và dọc để thay đổi vị trí của đầu khắc Laser trên bề mặt gia công, trục Z (điều chỉnh bẳng tay hoặc tự động) được sử dụng để điều chỉnh độ sâu của đầu khắc Laser, trong khi trục A điều chỉnh góc quay của vât liệu gia công, cho phép khắc và cắt trên các bề mặt cong tròn xoay Hệ thống chuyển động tròn xoay Y-A là

22 một cơ cấu quan trọng quyết định độ chính xác của các chi tiết tròn xoay Để cụm Y-A hoạt động, đầu laser cần di chuyển đến vị trí được xác định trước và di chuyển cùng phương với trục quay để tạo ra biên dạng theo yêu cầu Khi cụm Y-A hoạt động, trục X của máy sẽ bị khóa Đầu laser lúc này vuông với tâm trục quay Độ vuông góc này sẽ quyết định độ chính xác gia công nên cần được rà gá kiểm tra dọc theo tâm xoay của trục A khi lắp ráp

- Đầu khắc Laser: đầu khắc Laser là bộ phận chịu trách nhiệm phát ra tia Laser và tác động lên vật liệu Nó thường được gắn cố định hoặc trên trục Z (có hành trình nhỏ dùng để điều khiển tiêu cự laser) có khả năng di chuyển và điều chỉnh để đạt được các vị trí khác nhau Đầu khắc Laser có thể được điều khiển bằng các hệ thống cơ học hoặc điện tử để đảm bảo độ chính xác và linh hoạt trong quá trình gia công

- Hệ thống điều khiển: máy khắc Laser trên mặt cong được trang bị hệ thống điều khiển để điều chỉnh và điều khiển các trục di chuyển Hệ thống này có thể sử dụng các bộ truyền động bằng vít me, bộ truyền động bằng bước hoặc các hệ thống servo điện tử để đảm bảo độ chính xác và đáng tin cậy trong việc di chuyển và vị trí của các trục

- Hệ thống phần mềm: máy khắc Laser trên mặt cong thường được điều khiển bằng các hệ thống điều khiển số và phần mềm điều khiển Hệ thống này cho phép người dùng lập trình và điều chỉnh quá trình gia công, tạo ra các mẫu và hoa văn phức tạp Phần mềm điều khiển cung cấp giao diện trực quan và các chức năng tùy chỉnh để tăng cường hiệu suất và linh hoạt của máy

Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý máy khắc laser CNC 4 trục

Khảo sát máy khắc laser CNC

Hình 2.18: Máy khắc laser MaxCut MC-C4060

+ Điều chỉnh tiêu cự: 35mm

+ Độ dày cắt tối đa: 6mm

- Hệ thống làm mát đầu laser:

+ Làm mát bằng nước tuần hoàn

+ Sử dụng máy làm mát chiller

- Khu vực làm việc: 600 x 400mm

- Bàn máy nâng hạ: bàn tổ ong độ phẳng cao

2.7.1 Nguyên lý hoạt động của đầu laser CO2

Hệ thống dẫn chùm tia Laser đi từ nguồn phát tới đầu khắc một đường ống kín có các điểm chuyển hướng theo đường đi của chùm Laser Tại mỗi điểm chuyển hướng được lắp đặt một gương phản xạ tạo với tia laser một góc 45°, gương này có tác dụng đổi hướng chùm tia Laser Tới gần vị trí đầu cắt khắc, một thấu kính hội tụ ở đầu phát được lắp đặt vuông góc với trục của tia Laser, có tác dụng làm hội tụ chùm tia Laser tới một điểm, điểm này sẽ được cắt trên bề mặt của vật liệu cần gia công Toàn bộ các gương phản xạ và thấu kính hội tụ được gá đặt sao cho có thể điều chỉnh góc độ, trong quá trình lắp đặt căn chỉnh, ta có thể điều chỉnh hướng đi của chùm laser theo một góc độ nhất định

Hình 2.19: Nguyên lý hoạt động ống phóng laser CO2

2.7.2 Nguyên lý hoạt động của máy

Chức năng: đưa đầu laser di chuyển tịnh tiến theo trục X

Nguyên lý: dùng cơ cấu puly đai răng và thanh trượt dẫn hướng

Cách thức hoạt động: sử dụng động cơ 1 để truyền động cho 2 puly, đầu laser được gắn vào dây đai và gá lên thanh trượt dẫn hướng để thực hiện chuyển động tịnh tiến theo trục X

Hình 2.20: Sơ đồ nguyên lý chuyển động trục X

- Đánh giá Ưu điểm: kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, làm việc êm và ít tiếng ồn, giá thành thấp, không cần bôi trơn,

Nhược điểm: Không thể làm việc trong điểu kiện ẩm ướt, nhạy cảm với nhiệt độ và độ ẩm có thể làm giảm ma sát trượt, tuổi thọ thấp khi làm việc với vận tốc cao

Chức năng: đưa đầu laser di chuyển tịnh tiến theo trục Y

Nguyên lý: dùng cơ cấu puly đai răng và trục trượt dẫn hướng

Cách thức hoạt động: sử dụng động cơ 2 để truyền động cho puly 1 và puly 2 thông qua trục dẫn động, từ đó truyền động cho puly 3 và 4 hoạt động thông qua 2 đai răng, hai ụ trượt lắp đối xứng nhau được gắn vào 2 bánh đai và được dẫn hướng chuyển động bằng 2 trục trơn

Hình 2.21: Sơ đồ nguyên lý chuyển động trục Y

- Đánh giá Ưu điểm: kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, làm việc êm và ít tiếng ồn, giá thành thấp, không cần bôi trơn,

Nhược điểm: Không thể làm việc trong điểu kiện ẩm ướt, nhạy cảm với nhiệt độ và độ ẩm có thể làm giảm ma sát trượt, tuổi thọ thấp khi làm việc với vận tốc cao

- Nguyên lý hoạt động bàn máy nâng hạ

Chức năng: giúp nâng hạ bàn máy lên xuống theo trục Z

Nguyên lý: sử dụng cơ cấu puly đai răng và vít me đai ốc gồm

Cách thức hoạt động: động cơ 1 hoạt động làm puly 1 quay và truyền động cho 4 puly ở 4 góc đế máy quay theo nhờ đai thang, khi 4 puly ở 4 góc quay làm cho 4 trục vít me được gắn vào 4 puly quay theo mà 4 trục vít được ăn khớp với 4 đai ốc vít đầu bi ở bàn máy, từ đó bàn máy được nâng hạ theo phương của trục Z

Hình 2.22: Sơ đồ nguyên lý nâng hạ bàn máy

- Đánh giá Ưu điểm: do đặt ở dưới thùng máy nên che được toàn bộ kết cấu làm tăng tính thẩm mỹ, tăng được khoảng làm việc trên trục z của máy và tối ưu được chiều cao của máy

Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, khó khăn trong việc đồng bộ 4 trục vít me hoạt động để nâng hạ bàn máy

- Nguyên lý hoạt động hệ thống làm mát ống phóng laser

Công dụng: làm mát ống phóng laser

Nguyên lý: sử dụng hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn

Cách thức hoạt động: khi hoạt động nước ở bồn sẽ được đưa vào máy chiller để làm lạnh nước, sau đó nước được làm lạnh đi vào giải nhiệt cho ống phóng laser, nước sau khi làm việc có nhiệt độ cao được đưa lại vào máy chiller để hạ nhiệt sau đó được đưa lại vào bồn nước

Hình 2.23: Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát ống phóng laser

- Đánh giá Ưu điểm: tuổi thọ máy móc cao khi dùng lâu dài, không gian lắp đặt nhỏ, an toàn môi trường do dùng nước máy để làm việc

Nhược điểm: chi phí sửa chữa, bảo hành và thay mới cao

Chức năng: giúp thoát khói khi khắc để không làm cháy đen và ám khói mặt dưới sản phẩm ngoài ra còn giúp bụi hoặc phoi của vật liệu rơi xuống

Nguyên lý: sử dụng cấu trúc dày đặc các lăng trụ lục giác được đặt cạnh nhau

Cách thức hoạt động: khi gia công laser sẽ tạo ra khói, cấu trúc tổ ong làm cho khói được thoát xuống những lỗ trống xếp xen kẽ nhau Đánh giá: cấu trúc chắc chắn, ít phản xạ và có độ phẳng cao

Hình 2.24: Bàn làm việc lưới tổ ong

Chức năng: bảo vệ mắt của người vận hành khi sử dụng máy

Nguyên lý: sử dụng kính chống tia laser 2 chiều được gắn vào cửa chắn dùng piston thủy lực để đóng mở

Hình 2.25: Cửa chắn có gắn kính 2 chiều chống tia laser

Sau khi mở chốt cài, 2 piston thủy lực gắn vào cửa chắn sẽ đẩy cửa chắn lên và giữ cố định khi piston đi hết hành trình

Khi cơ cấu che chắn được đóng lại, đầu laser sẽ hoạt động được, người vận hành có thể quan sát quy trình gia công thông qua kính chống tia laser

Hình 2.26: Nguyên lý hoạt động cửa chắn

1.Ccửa chắn có kính chống laser, 2 Piston thủy lực, 3 Khớp bản lề, 4 Thân máy

- Đánh giá: Cơ cấu đơn giản, dễ lắp đặt và sửa chữa, kinh phí thấp

Chức năng: thổi khí để hạn chế ố vàng, xua tan khói giúp tăng công suất tối đa nhận được Nguyên lý: không khí được máy thổi khí đưa qua đường ống đẫn khí tới đầu phun với áp lực cao

Cách thức hoạt động: ống dẫn khí được nối từ máy thổi khí đến đầu phát laser, máy thổi khí cấp khí ra đầu ống dẫn khí để thổi khí với áp suất cao

Hình 2.27: Nguyên lý hoạt động hệ thống thổi khí

- Đánh giá: hệ thống thổi khí với thiết kế đơn giản có thể sử dụng với nhiều loại máy khắc laser khác nhau, dễ dàng lắp vào gần đầu để có thể thổi hết mui khói độc hại ra khỏi người tiêu dùng, có thể bảo trì tháo lắp dễ dàng

*Một số sản phẩm sau khi khắc laser có biên dạng cong

Hình 2.28: Sản phẩm khắc laser bên biên dạng cong

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ cấu chấp hành

Tiêu chí đánh giá Động cơ bước Động cơ servo

Nhiễu và rung động Dễ bị nhiễu, rung động nhiều Ít nhiễu và ít rung động

Tốc độ Tốc độ thấp Tốc độ cao

Hiện tượng trượt bước Có thể xảy ra khi có tải nặng Khó xảy ra (Động cơ vận hành trơn tru khi có tải nặng) Phương pháp điều khiển Vòng hở (không có encorder) Vòng kín (có encorder)

Giá thành Giá thành thấp Giá thành cao

Bảng 3.1: So sánh động cơ bước và động cơ servo

3.1.2 Đánh giá động cơ bước

+ Động cơ bước có thể điều khiển chính xác góc quay

+ So với động cơ servo thì động cơ bước có giá thành thấp hơn nhiều

+ Động cơ bước hoạt động ổn định, bền bỉ, tuổi thọ lâu dài

+ Động cơ bước có thể dễ dàng lắp đặt, thay thế

+ Động cơ bước có khả năng cung cấp mô men xoắn lớn ở dải vận tốc trung bình và thấp

+ Về cơ bản dòng điện từ driver tới cuộn dây không thể tăng hoặc giảm trong lúc hoạt động + Do đó, nếu bị quá tải động cơ sẽ bị trượt bước gây sai lệch trong điều khiển

+ Đông cơ bước gây ra nhiều nhiễu và rung động hơn động cơ servo

+ Động cơ bước không thích hợp cho các ứng dụng cần tốc độ cao

3.1.3 Đánh giá động cơ cơ Servo

+ Tải nặng không bị tình trạng trượt bước

+ Hoạt động tốc độ cao tốt

+ Động cơ servo hoạt động không trùng khớp với lệnh điều khiển bằng động cơ bước

+ Động cơ servo có giá thành cao hơn động cơ bước

+ Khi dừng lại, động cơ servo thường dao động tại vị trí dừng gây rung lắc

Các biên dạng khắc Laser thường đòi hỏi nhiều điểm dừng và nhiều tốc độ khác nhau để đạt được độ chính xác cao, nên các trục X, Y, Z, A cần động cơ bước có moment lớn, góc bước tương đối vì vậy chọn động cơ bước 3 pha có góc bước 1,6°

Trục xoay A không cần moment lớn nên lựa chọn động cơ bước

Hệ thống truyền động

3.2.1 Truyền động puli đai răng

- Đặc điểm: Hệ thống truyền động đai là một cơ chế truyền động cơ học được sử dụng để truyền tải chuyển động và lực từ một nguồn năng lượng đến các bộ phận khác của máy móc Hệ thống này sử dụng đai răng , được làm từ vật liệu như cao su, sợi bện, hay chất liệu composite, để truyền lực thông qua quá trình ma sát giữa puli răng động và puli răng

Hình 3.2: Truyền động puli – đai răng

1: Đai răng, 2: Puli răng động, 3: Puli răng tĩnh

- Cấu tạo: Gồm dây đai thang, puli răng động và puli đai răng tĩnh

- Nguyên lý hoạt động: Hoạt động của hệ thống truyền động đai là quá trình truyền tải chuyển động và lực từ nguồn năng lượng (động cơ) đến các bộ phận khác của máy móc thông qua sự ma sát giữa puli răng động và puli răng tĩnh

+ Động cơ tạo ra chuyển động quay, động cơ sẽ kết nối với puli răng động

+ Đai răng là thành phần chính trong hệ thống truyền động đai Nó là một dải linh hoạt và dẻo được làm từ vật liệu như cao su, sợi bện, hay chất liệu composite Đai răng được quấn quanh puli răng động và puli răng tĩnh, tạo thành một hệ thống liên kết

+ Puli răng động và tĩnh: Puli răng động nằm gần động cơ và kết nối trực tiếp với động cơ, trong khi puli răng tĩnh nằm ở phía xa và kết nối với các bộ phận cần truyền động

+ Khi động cơ hoạt động, puli răng động sẽ quay và kéo đai răng Sự ma sát giữa đai răng và puli răng tĩnh tạo ra lực đẩy và truyền tải chuyển động và lực từ puli răng động sang puli răng tĩnh

+ Lực đẩy và chuyển động truyền tải thông qua đai răng từ puli răng động sẽ đưa ra puli răng tĩnh và các bộ phận khác của máy móc, góp phần thực hiện các chức năng cần thiết trong quá trình hoạt động của máy móc

Hình 3.3: Nguyên lý truyền động puli – đai răng

1: Puli răng tĩnh, 2: Đai răng, 3: Puli răng động, 4: Động cơ

+ Hệ thống truyền động đai cho phép truyền động ở các góc cong và đường cong phức tạp, giúp tối ưu hóa cấu trúc máy móc và không gian làm việc

+ Vận hành mượt mà và êm ái, giảm thiểu tiếng ồn và rung động, tạo điều kiện làm việc tốt hơn và giảm hao mòn bộ phận

+ Độ chính xác cao trong việc truyền động, đảm bảo sự đồng bộ giữa các bộ phận và tính ổn định trong quá trình hoạt động

+ Không có hiện tượng trượt giữa đai và bánh đai

+ Lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ

+ Công suất truyền đến 200kW ( có thể đến 750kW)

+ Chi phí sản xuất và lắp đặt thấp

+ Dễ dàng bảo trì, sửa chữa

+ Không thích hợp cho các ứng dụng có tải trọng cao và tốc độ vận hành nhanh, vì có thể gây mất độ chính xác và độ tin cậy trong quá trình truyền động

+ Đai răng có thể bị lệch khỏi định vị trong quá trình hoạt động, đòi hỏi việc điều chỉnh định kỳ để đảm bảo độ căng của đai và tránh sai số

+ Hiệu suất truyền động của hệ thống không cao bằng một số hệ thống truyền động khác như hệ thống truyền động bánh răng, do sự ma sát giữa đai răng và puli răng tĩnh

+ Tuổi thọ hạn chế: Đai răng có tuổi thọ hạn chế, đòi hỏi thay thế định kỳ để đảm bảo hiệu quả truyền động

- Đặc diểm: Hệ thống truyền động vitme là một loại cơ chế truyền động cơ học được sử dụng để chuyển động và lực từ một nguồn năng lượng đến các bộ phận khác của máy móc thông qua sự hoạt động của các vítme

1: Trục Vít me, 2: Đai ốc

- Cấu tạo: Gồm trục vítme, đai ốc

- Nguyên lý hoạt động: Biến chuyển động quay của trục vítme thành chuyển động tịnh tiến của đai ốc, hoặc biến chuyển động quay của bánh vít me thành chuyển động tuyến tính của bánh răng

+ Vít me là thành phần chính của hệ thống Đối với vít trục vít, nó là một thanh vít xoắn ốc có rãnh xoắn dọc theo bề mặt Đối với vít bánh răng, nó bao gồm một bánh răng vít và một bánh răng tĩnh Đối với vít con lăn, nó là một dãy con lăn nhỏ được lắp trong một khe trục

+ Động cơ tạo ra chuyển động quay Động cơ sẽ kết nối với vít me thông qua trục hoặc hệ thống bánh răng

+ Khi động cơ hoạt động, vít me sẽ quay hoặc di chuyển, tạo ra lực đẩy và chuyển động Đối với vít trục vít, sự quay của vít me sẽ làm di chuyển các bộ phận theo hướng dọc theo trục vít Đối với vít bánh răng, sự quay của bánh răng vít sẽ đẩy các bánh răng tĩnh di chuyển theo một hướng tuyến tính Đối với vít con lăn, sự quay của vít con lăn sẽ tạo ra chuyển động lăn xoay của các con lăn

+ Hệ thống truyền động vít me truyền động lực từ động cơ sang các bộ phận khác của máy móc thông qua vít me Điều này giúp thực hiện các chức năng và nhiệm vụ cần thiết trong quá trình hoạt động của máy móc

Tính toán công suất của laser

Công thức tổng quan của laser

- Năng lượng (J) là nguồn năng lượng do ánh sáng laser phát ra

- Thời gian (s) là tổng thời gian mà năng lượng do tia laser phát ra

- Để có thể tính chính xác được công suất của laser, ta cần biết chính xác số liệu năng lượng do ánh sáng được phát ra trong khoảng thời gian khắc, số liệu này thường được các nhà sản xuất đề cập trong đàu laser

Boarch Mach3

- Mach3 là phần mềm của hãng ArtSoft, được thiết kế để lập trình cho máy CNC, là hệ thống điều khiển các trục trong máy để có gia công

- Dưới đây là một vài các chức năng và đặc điểm cơ bản được cung cấp bởi Mach3:

- Có thể sử dụng PC thành một bộ điều khiển máy CNC 6 trục với đầy đủ các thông số chi tiết và đáp ứng đầy đủ các tính năng cơ bản của 1 máy CNC công nghiệp

- Cho phép nhập trực tiếp nhiều flie hình ảnh thông qua phần mềm lazy Cam

- Giao diện có thể tùy chỉnh theo ý thích của người sử dụng

- Tùy chỉnh M-code và Marco bằng cách sử dụng Vbscript

- Hiển thị video khi đang trong quá trình chạy máy

- Điều khiển được nhiều Role đóng – tắt

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP

Yêu cầu đề tài

- Thể hiện đầy đủ sơ đồ nguyên lý, kết cấu

- Bản vẽ chi tiết đầy đủ

- Khắc laser trên trên bề mặt cong vd: trái dừa, trái dưa hấu,

- Máy điều khiển bằng hệ thống số

- Hành trình trượt của trục dẫn hướng

Đề xuất phương án

Hình 4.1: Hình minh họa cơ cấu phương án 1

4.2.2 Mô tả nguyên lý hoạt động sơ bộ

Trục A được đặt quay quanh trục Z

Nguyên lý hoạt động trục A

+ Chuyển động quay: Sử dụng động cơ bước và hộp giảm tốc để truyền động quay trục A + Kẹp phôi: Sử dụng cốc hút 1 gắn vào hộp giảm tốc để định vị phôi và cốc hút 2 dùng cơ cấu vít me đai ốc để kẹp chặt phôi

Cách hoạt động trục A: Phôi được gá vào 2 cốc hút sau đó động cơ truyền động qua hộp giảm tốc để thực hiện chuyển động quay của trục A

Nguyên lý hoạt động trục Z: Sử dụng bộ truyền đai răng

Cách thức hoạt động trục Z: Động cơ bước hoạt động truyền động cho Puli đai quay làm cụm trục A được gắn vào ray trượt chuyển động tịnh tiến theo phương Z

Trục X và Y điều khiển chuyển động cho đầu laser

Nguyên lý hoạt động trục X,Y: Sử dụng cụm thanh trượt, cụm trục X sử dụng bộ truyền đai răng để di chuyển tịnh tiến trái phải, cụm thanh trượt Y dử dụng cơ cấu vít me để di chuyển tịnh tiến lên xuống

Cách thức hoạt động: Động cơ trong cụm X,Y hoạt động mang đầu laser di chuyển tịnh tiến theo trục X và Y

4.2.3 Đề xuất kết cấu cho phương án 1

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý phương án 1

1: Cụm truyền đai trục Y, 2: Cụm trượt dẫn hướng trục Y, 3: Bàn quay điện, 4: Cốc hút 1, 5: Cốc hút 2, 6: Tay quay; 7: Đầu laser, 8: Cụm thanh trượt trục Z, 9: Cụm trượt dẫn hướng trục X, 10: Cụm Puli đai trục X, 11-12: Động cơ bước, 13: Ống dẫn khí, 14: Máy hút khí

*Mô tả hoạt động của kết cấu phương án 1

- Sử dụng tay quay (6) điều chỉnh kích thước ống hút cốc hút 2 (5) phù hợp với kích thước của phôi sau đó tiến hành kẹp chặt

- Trục A đặt phương thẳng đứng và xoay quanh trục Y

- Laser được lắp đặt trên trục X để điều chỉnh kích thước làm việc

- Trục Z được lắp trên bàn máy để điều chỉnh tiêu cự khắc của laser

- Laser được chiếu theo phương ngang

- Trục X và Y di chuyển đồng thời để đầu laser có thể khắc trong vùng làm việc nhất định

- Khi tiến hành khắc Laser hoạt động, động cơ bước quay, vitme biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của các trục X, Y, Z

4.2.4 Đánh giá ưu điểm, nhược điểm Ưu ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM

- Cấu tạo đơn giản, tiết kiệm được không gian làm việc

- Dễ dàng vệ sinh, bảo trì bảo dưỡng

- Không phải sử dụng cụm tì phụ

- Giá thành thấp so với cơ cấu chuyển động khác

- Khắc trên bề phẳng bị hạn chế

- Tốc độ chuyển động không cao bằng một số cơ cấu truyền động khác

Bảng 4.3: Đánh giá ưu nhược điểm phương án 1

Phương án này có thể thuận tiện trong việc khắc những bề mặt cong nhưng bị hạn chế về việc khắc trên những bề mặt phẳng Tính an toàn khi làm việc không cao, cần phải sử dụng thêm cơ cấu che chắn để đảm bảo an toàn cho người sử dụng

Hình 4.4: Hình minh họa cơ cấu phương án 2

4.2.6 Mô tả nguyên lý hoạt động sơ bộ

Trục A được đặt xoay quanh trục Y

+ Chuyển động quay: Sử dụng động cơ bước và hộp giảm tốc để truyền động cho trục A + Kẹp phôi: Sử dụng 2 cốc hút và cơ cấu vít me đai ốc để kẹp chặt, dùng cụm tỳ phụ để đỡ các phôi nặng và để đạt độ chính xác quay tròn với các phôi có biên dạng phức tạp

+ Khi động cơ hoạt động truyền động cho hộp giảm tốc để cốc hút 1 quay với tốc độ thấp, cốc hút 2 sau khi kẹp chặt phôi với cốc hút 1 được truyền động quay theo

Trục Z mang cụm thanh trượt trục Y và đầu laser

Nguyên lý hoạt động trục Z: Sử dụng cơ cấu vít me đai ốc

Cách thức hoạt động trục Z: Động cơ hoạt động truyền động cho vít me quay làm đầu mang laser được gắn vào ray trượt tịnh tiến lên xuống theo trục Z

Trục X gồm cụm thanh trượt X gắn âm dưới bàn máy

Nguyên lý hoạt động trục X: Sử dụng cụm thanh trượt

Cách thức hoạt động: Động cơ hoạt động làm cụm thanh trượt hoạt động mang trục Z gắn đầu laser chuyển động tịnh tiến theo trục X

Trục Y gồm cụm thanh trượt Y mang đầu laser được gắn vào trục Z

Nguyên lý hoạt động trục Y: Sử dụng cụm thanh trượt

Cách thức hoạt động: Động cơ hoạt động làm cụm thanh trượt hoạt động mang trục Z và đầu laser chuyển động tịnh tiến theo trục Y

4.2.7 Đề xuất kết cấu cho phương án 2

Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý phương án 2

1: Thùng máy, 2: Động cơ bước, 3: Hộp giảm tốc, 4: Cốc hút 1, 5: Đầu laser, 6: Động cơ bước, 7: Cụm thanh trượt trục X, 8: Cốc hút 2, 9: Ống dẫn khí, 10: Máy hút khí, 11: Tay quay,

12: Cụm tỳ phụ, 13: Cụm thanh trượt trục Y

*Mô tả hoạt động kết cấu phương án 2

- Sử dụng tay quay (14) điều chỉnh kích thước ống hút cốc hút 2 (5) phù hợp với kích thước của phôi sau đó tiến hành kẹp chặt

- Trục A đặt theo phương ngang và xoay quanh theo trục X

- Laser lắp đặt trên trục Z để điều chỉnh tiêu cự lên xuống phù hợp với kích thước phôi

- Trục Y được lắp âm bàn

- Laser được chiếu theo phương thẳng đứng

- Trục X và Y di chuyển đồng thời để đầu laser có thể khắc trong vùng làm việc nhất định

- Khi tiến hành khắc Laser hoạt động, động cơ bước quay, vitme biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của các trục X, Y, Z

4.2.8 Đánh giá ưu điểm, nhược điểm ƯU ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM

- Gá gặt chi tiết thuận lợi, dễ dàng

- Có thể sử dụng để khắc trên bề mặt phẳng và bề mặt cong

- Đảm bảo được tính an toàn

- Sử dụng thêm cơ cấu cụm tì phụ ở dưới đáy để đảm bảo chiều cao Z của phôi luôn được đảm bảo

Bảng 4.6: Đánh giá ưu nhược điểm phương án 2

Phương án này có thể thuận tiện trong việc khắc những bề mặt cong nhưng bị hạn chế về việc khắc trên những bề mặt phẳng Tính an toàn khi làm việc không cao, cần phải sử dụng thêm cơ cấu che chắn để đảm bảo an toàn cho người sử dụng

So sánh 2 phương án, lựa chọn phương án tối ưu

Tiêu chí lựa chọn Kết cấu 1 Kết cấu 2

Khắc với đa kích thước phôi ☒ 

Chất lượng sản phẩm khắc  

Không gian làm việc tối ưu  ☒

Bảng 4.7: So sánh 2 phương án đề xuất

*Kết luận: từ bảng so sánh này ta có thể thấy được là phương án 1 tối ưu hơn phương án 2 nên ta sẽ tiến hành tính toán thiết kế chi tiết, lên mô hình 3D cho phương án này

Hình 4.8: Mô tả phương án sẽ tiến hành gia công

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

Thông số thiết kế máy

THÔNG SỐ THIẾT KẾ MÁY

Tốc độ di chuyển mm/s

Bảng 5.1: Thông số máy khắc Laser

Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền động

5.2.1 Tiêu chí lựa chọn hệ thống cho máy khắc laser

Những linh kiện trong hệ thống máy khắc laser cần chuyển động 1 cách chính xác và nhanh chóng, bởi vì quá trình khắc của máy diễn ra rất nhanh và hành trình di chuyển trục laser di chuyển rất phức tạp Sản phẩm sau khi khắc phải thể hiện đường nét rõ ràng, thẩm mĩ cao để đáp ứng được những nhu cầu của khách hàng

Chính vì những điều kiện trên nên những linh kiện lựa chọn cho máy khắc phải đáp ứng đủ những tiêu chí sau để đảm bảo chất lượng sản phẩm sau khi khắc và có thể sử dụng bền lâu với năng suất khắc cao

- Độ chính xác: Các trục truyền động của hệ thống phải được đảm bảo về độ chính khi di chuyển và sai lệch rất nhỏ khi làm việc.8

- Độ ổn định khi làm việc: Hệ thống phải làm việc trong thời gian dài nhưng vẫn giữ độ ổn định cao, có thể dễ dàng bảo trì bảo dưỡng, sửa chửa khi có sự cố xảy ra

- Tốc độ di chuyển: Đáp ứng được tốc độ di chuyển của trục

- Khả năng chịu tải: Có thể chịu tải được nhu cầu sử dụng của khách hàng

- Phù hợp với yêu cầu ứng dụng: đảm bảo hệ thống truyền động phù hợp với yêu cầu làm việc của máy

Lựa chọn hệ thống truyền động

5.3.1 Hệ thống truyền động đai Đai là 1 vòng dây bằng vật liệu dẻo được sử dụng để liên kết hai hoặc nhiều trục quay về mặt cơ học, thường là song song Dây curoa có thể được sử dụng như một nguồn chuyển động, để truyền năng lượng hiệu quả hoặc để theo dõi chuyển dộng tương đối Đai quấn qua puli và có thể có sự xoắn giữa các puli và các trục không cần song song

Chúng làm đơn giản hóa máy móc và dễ dàng điều khiển các cơ cấu đầu ra quay với các tốc độ khác nhau, do đó đây có thể coi là yếu tố giúp giảm chi phí chế tạo tương đối lớn Các thành phần này có tính đàn hồi và độ dài tương đối lớn và đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ tải trọng va đập và giảm tác động của lực rung

Hình 5.2: Mô tả cơ cấu truyền động puli đai răng

1: Đai răng, 2: Puli dẫn động, 3: Puli tĩnh

- Ưa điểm của truyền động đai răng:

+ Tốc độ không đổi Không trượt, lệch hay xộc xệch

+ Đai có hệ số đàn hồi lớn sẽ không bị kéo dãn

+ Nhỏ gọn, vành đai bánh răng cho phép pully nhỏ hơn, khoảng cách tâm ngắn hơn, đai hẹp hơn

+ Khả năng tải tốc độ cao Tốc độ dây đai lên đến tối đa 30 m/s

+ Độ ồn thấp Không rung, không có hiện tượng va chạm răng

+ Ít tạo nhiệt hơn vì hầu như không có ma sát

+ Ống lót côn giữ puly trên trục bằng kẹp như tạo áp lực

+ Nhanh chóng, dễ dàng lắp đặt hay tháo rời

+ Hệ thống nhẹ, sạch sẽ và nhỏ gọn

+ Một tỷ lệ được xác định trước luôn được duy trì

+ Mối quan hệ góc liên tục giữa puly chủ động và puly bị động được duy trì vô thời hạn

- Nhược điểm của bộ truyền đai răng:

+ Puly phải có rãnh răng phù hợp

+ Do lực đẩy nhẹ của dây đai trong chuyển động, một puly trong bộ truyền phải được gắn mặt bích

+ Khi khoảng cách giữa hai tâm quay lớn hơn tám lần đường kính của puly nhỏ hoặc khi ổ đĩa hoạt động trên trục dọc, cả hai puly phải được lắp mặt bích

* Lựa chọn dây đai truyền động cho trục X,Y

Lựa chọn theo tiêu chuẩn loại đai và pulley là GT2 để truyền động Thông số của đai và pulley GT2 như sau:

Hình 5.3: Mô tả đai răng GT2

- Puli GT2 sử dụng cho trục Z

Hình 5.4: Mô tả puli GT2 cho trục Z

- Puli GT2 sử dụng cho trục X

Hình 5.5: Mô tả Puli GT2 cho trục X

Thanh trượt dẫn hướng là thiết bị dùng để dẫn hướng chuyển động trong các chi tiết máy, thiết bị công nghiệp Nó có vai trò giúp cho hoạt động của các máy móc trơn tru và chính xác hơn

Thanh trượt dẫn hướng hoạt động dựa trên nguyên tắc tịnh tiến giữa ray trượt và con trượt, tạo nên hệ thống dẫn hướng theo đường thẳng, vì vậy còn được gọi với cái tên ray trượt tuyến tính Đây là thiết bị quan trọng bậc nhất trong nhiều máy móc tự động hóa hiện nay Nhờ có thanh trượt dẫn hướng, các máy móc hoạt động ổn định với độ chính xác cao ngay ở tốc độ lớn Từ đó, hiệu quả công việc sản xuất trong công nghiệp được nâng lên đáng kể Đồng thời, sự vận động của thang ray cũng cực kì trơn tru, it ma sát và hạn chế tiếng ồn

Hình 5.6: Thanh trượt dẫn hướng

- Ưa điểm của thanh trượt

+ Các loại thanh trượt, con trượt với khả năng dẫn hướng chính xác cao, mang lại chuyển thẳng mượt mà, nhẹ nhàng với ma sát không đáng kể

+ Thanh trượt tuyến tính có khả năng chịu tải lớn Nhiều thanh trượt dẫn hướng cho phép chịu tải gấp 1.5 lần và mang lại hiệu quả ứng dụng cao

+ Bề mặt thanh trượt dẫn hướng được đánh giá cao, khả năng hoạt động ổn định, liên tục, chính xác trong thời gian dài và tốc độ cao

+ Tuổi thọ làm việc cao, độ bền cao

+ Được thiệt kế đơn giản và nhỏ gọn, thanh trượt dễ dàng lắp đặt, sử dụng và bảo trì

- Nhược điểm của thanh trượt

+ Con trượt có thể dễ bị rớt ra khỏi thanh trượt

+ Cần bảo trì thường xuyên

*Lựa chọn thanh trượt cho trục Z Để chọn được thanh trượt phù hợp với thiết kế của mình thì nhóm đã chọn ra được thanh trượt có mã IKO LWL12B cho trục Z của máy khắc laser

Hình 5.7: Thông số kỹ thuật ray trượt dẫn hướng trục Z

*Lựa chọn ray trượt dẫn hướng cho trục X

- Trục X dùng bộ ray trượt dẫn hướng có mã NSK LU12

Hình 5.8: Thông số kỹ thuật ray trượt dẫn hướng trục X

5.3.3 Trục vitme Đây chính là thiết bị linh kiện cơ khí đã và đang được sản xuất dựa trên công nghệ hiện đại và tiên tiến Chính bởi thế mà độ rắn chắc của sản phẩm rất cao mặc dù sản phẩm trục vít có kích thước chỉ nằm gọn trong lòng bàn tay

Cấu tạo của trục vít me máy tiện bao gồm trục vít và đai ốc gắn liền với nhau Trong đó, phần đai ốc sẽ được chuyển động dọc, hay còn gọi là trượt dọc theo trục vít Còn phần trục vít này thường sẽ dài từ hàng chục đến hàng trăm lần so với đường kính của nó

* Lựa chọn cơ cấu vitme cho trục cố định phôi

Nhóm đã đề xuất sử dụng cơ cấu vitme để kẹp chặt phôi trong quá trình khắc, một đầu gắn tay quay và đầu còn lại gắn cốc hút để cố định được phôi ổn định hơn.

Hình 5.9: Mô tả cơ cấu vít me đai ốc

1: Đai ốc bi, 2: Trục vít me bi

* Lựa chọn cơ cấu vitme cho trục Y

- Lựa chọn cụm thanh trượt cơ cấu vít me đai ốc để truyền động cho trục Y Dùng cụm thanh trượt có mã RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M

Hình 5.10: Cụm thanh trượt RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M

Thông số kỹ thuật cụm thanh trượt RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M

+ Cơ cấu truyền động: Vít me – đai ốc bi

+ Đường kính ngoài trục vít: 6mm

+ Tải trọng tối đa phương ngang: 5kg

+ Tải trọng tối đa phương dọc: 2.5kg

+ Tốc độ tối đa: 280 mm/s

Hình 5.11: Thông số kỹ thuật cụm thanh trượt RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M

5.3.4 Đề xuất hệ thống truyền động cho trục A

Vì theo nhóm đang theo hướng phát triển của phương án 1, và máy khắc laser của nhóm là máy khắc 4 trục, chính vì vậy nhóm đã sử dụng hộp giảm tốc cho trục A, đây cũng là 1 giải pháp phổ biến trong ngành gia công CNC, hộp giảm tốc có chức năng làm giảm tốc độ của trục

A từ động cơ chính xuống tốc độ phù hợp hơn khi khắc laser

Hình 5.12: Mô tả bàn xoay điện dùng cho trục A

Thông số kỹ thuật của bàn xoay điện

+ Sử dụng động cơ bước 24V DC

+ Moment xoắn quay tối đa: 10 Nm

+ Moment xoắn đẩy tối đa: 4.0 đến 5.0 (Nm) *1*3

+ Lực quán tính tối đa: 0.13 (kg.m 2 ) *2*3

+ Tốc độ góc: 20 đến 280 (°/giây) *2*3

+ Đánh giá bàn xoay điện:

+ Điều chỉnh tốc độ xoay: bàn xoay có tích hợp hộp giảm tốc cho phép điều chỉnh tốc độ xoay của trục A dễ dàng Đáp ứng được các yêu cầu về tốc độ quay khác nhau hoặc cần tùy chỉnh tốc độ phù hợp với loại vật liệu và chi tiết cụ thể

+ Giúp tăng moment xoắn cho trục A, hỗ trợ gia công nhiều loại vật liệu khác nhau

+ Do được nhà sản xuất tích hợp sẵn hộp giảm tốc nên giữ được ổn định trong quá trình vận hành

+ Tiết kiệm được không gian thiết kế và bố trí cho cụm máy

+ Tăng trọng lượng của máy

+ Yêu cầu khắt về khâu bảo trì để hộp giảm tốc có thể hoạt động ổn định và tránh hư hỏng

Hệ thống truyền động trục Z

Từ việc phân tích ưu nhược điểm của 2 cơ cấu truyền động puli đai và vít me đai ốc, lựa chọn truyền động bằng cơ cấu puli đai và thanh trượt dẫn hướng cho trục Y

Thiết kế truyền động cho trục Z: Sử dụng một động cơ bước dẫn truyền lực cho hai cụm puli đai răng được trượt trên hai cụm thanh trượt dẫn hướng

Hình 5.13: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động trục Z

1: Động cơ bước, 2: Cụm puli đai răng, 3: Thanh trượt dẫn hướng, 4: Trục truyền động

5: Bàn gá phôi, 6: Gối đỡ bàn gá phôi

* Tính toán kiểm nghiệm tải cho hệ thống truyền động trục Z

Vì quá trình khắc laser không sinh ra lực tác động vào phôi cũng như lực cản nên lực tải lên hệ thống trục Y chính là lực của các cụm chi tiết và phôi được đặt lên hệ thống truyền động trục Z

Khối lượng đặt lên hệ truyền động Y:

+ Gối đỡ trái và phải: 0,34 kg

 Khối lượng sơ bộ: msb = 0,34 + 2,38 + 1 + 1,04 + 3 = 7,76 kg

Vì khối lượng trên là khối lượng sơ bộ, chưa tính khối lượng các bulông ,đai ốc liên kết và các tấm inox để kẹp đai và nhận cảm biến nên xác định tổng khối lượng đặt lên mặt bàn bằng cách tăng thêm 10% khối lượng sơ bộ để đảm bảo độ chính xác nhất có thể

 mt = msb + 10% x msb = 7,76 + 10% x 7,76 = 8,53 kg = 83,65 N Tải trọng tối đa mà cụm thanh trượt có thể tải là: 3330 N

=> Kết luận: khối lượng vận chuyển của cụm thanh trượt Z nhỏ hơn khả năng chịu tải của cụm thanh trượt Z nên cụm thanh trượt IKO LWL12B phù hợp với thiết kế

Hệ thống truyền động trục X

Thiết kế truyền động cho trục X: Sử dụng một động cơ bước truyền động cho cụm puli đai răng trượt trên cụm thanh trượt dẫn hướng

Hình 5.14: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động trục X

1: Cụm puli đai răng, 2: Thanh trượt dẫn hướng, 3: Gối đỡ, 4: Động cơ bước, 5: Đầu laser

* Tính toán kiểm nghiệm tải cho hệ thống truyền động trục X

Khối lượng đặt lên truyền động trục X:

 Khối lượng sơ bộ: msb = 0,02+0,55+0,5 = 1,07 kg

Vì khối lượng trên là khối lượng sơ bộ, chưa tính khối lượng các bulông ,đai ốc liên kết và các tấm inox để kẹp đai, gắn cụm trượt Z và nhận cảm biến nên xác định tổng khối lượng đặt lên mặt bàn bằng cách tăng thêm 10% khối lượng sơ bộ để đảm bảo độ chính xác nhất có thể

 mt = msb + 10% x msb = 1,07 + 10% x 1,07 = 1,18 kg = 11,57 N Tải trọng tối đa mà cụm thanh trượt có thể tải là: 4000 N

=> Kết luận: khối lượng vận chuyển của cụm thanh trượt X nhỏ hơn khả năng chịu tải của cụm thanh trượt X nên cụm thanh trượt NSK LU12 phù hợp với thiết kế.

Hệ thống truyền động trục Y

Thiết kế truyền động cho trục Y: sửa dụng cụm thanh trượt cơ cấu vít me đai ốc cho đầu laser tịnh tiến theo phương Y

Hình 5.15: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động trục Y

1: Thanh nhôm định hình, 2: Cụm truyền động trục X, 3: Cụm thanh trượt,

4: Tấm đỡ đầu laser, 5: Đầu laser

Lựa chọn bước ren của vitme: Với máy khắc laser yêu cầu độ chính xác cao nên chọn vitme có bước ren trong khoảng từ 1 đến 5mm => chọn vitme có bước ren 4mm

Lựa chọn cụm thanh trượt cơ cấu vít me đai ốc để truyền động cho trục Y

Dùng cụm thanh trượt có mã RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M

* Tính toán kiểm nghiệm tải cho hệ thống truyền động trục Y

Khối lượng đặt lên truyền động trục Y:

Vì khối lượng trên là khối lượng sơ bộ, chưa tính khối lượng các bulông ,đai ốc liên kết và các tấm inox để gắn đầu laser nên xác định tổng khối lượng đặt lên mặt bàn bằng cách tăng thêm 10% khối lượng sơ bộ để đảm bảo độ chính xác nhất có thể

 mt = msb + 10% x msb = 0,5 + 10% x 0,5 = 0,55 kg Tải trọng dọc tối đa mà cụm thanh trượt có thể tải là: 2,5 kg

=> Kết luận: khối lượng vận chuyển của cụm thanh trượt Y nhỏ hơn khả năng chịu tải của cụm thanh trượt Y nên cụm thanh trượt RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M phù hợp với thiết kế.

Thiêt kế cơ cấu kẹp phôi

- Sử dụng cơ cấu vitme đai ốc và cốc hút thứ hai để kẹp phôi từ trên xuống, dùng thêm tay vặn nhanh để cố định hành trình kẹp phôi sau khi đã kẹp được phôi vào vùng làm việc ta sử dụng tay quay để khóa trục vít me để hạn chế phôi lắc lư trong quá trình khắc

- Do kẹp chặt phôi không cần độ chính xác cao nên lựa chọn trục vitme T12 bước 8mm

- Sử dụng một cốc hút gắn vào bàn xoay điện để gá phôi và cho phôi quay quanh trục A

Hình 5.16 : Mô tả cơ cấu kẹp phôi trên trục A

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Nguyên lý vận hành máy khắc laser

- Trục A được đặt trên bàn máy trục Y sử dụng động cơ bước để thực hiện chuyển động tịnh tiến thêo phương Y

- Trục Z được đặt trên tấm gá trục X sử dụng động cơ bước để thực hiện chuyển động tịnh tiến theo phương X

- Đầu laser được gắn vào cụm thanh trượt trục Z sử dụng động cơ DC servo giúp đầu laser chuyển động tịnh tiến theo trục Z

- Trục A dùng để gá phôi, giúp phôi quay quanh trục A bằng động cơ servo

- 4 trục X, Y, Z, A và đầu laser được điều khiển đồng bộ với nhau thông qua một Boardmach

Yêu cầu vận hành

- Tốc độ bàn máy mong muốn là khoảng: 290 mm/p

- Độ chính xác mong muốn là khoảng: 0.1 - 0.3 mm

- Vật liệu khắc: Ly tre, dưa dấu, trái dừa,……

- Biên dạng khắc chính: mặt cong ( có thể khắc trên bề mặt phẳng )

- Máy điều khiển bằng chương trình: Boardmach3

Tổng quan về hệ thống điều khiển

Boardmach điều khiển, các driver, động cơ của 4 trục, đầu phát laser, cảm biến và nút nhấn được cấp năng lượng hoạt động từ bộ nguồn tổng Đầu tiên bộ nguồn cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống điều khiển, khi nhấn nút Boardmach điều khiển bắt đầu nhận những tín hiệu của các driver gửi về sau đó boardmach sẽ thực hiện xử lý yêu cầu mà các driver đưa ra đồng thời gửi tín hiệu lại cho các driver đó Sau khi các tín hiệu được sử lý xong ta sẽ nhận được các chuyển động từ động cơ và năng lượng phát của đầu laser Trong khi hoạt động cảm biến sẽ nhận được tín hiệu, từ đó gửi các tín hiệu lại Boardmach điều khiển để ngắt các tín hiệu đang gửi cho driver

Hình 6.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển của máy

Lựa chọn thiết bị cho hệ thống truyền động

Hiện nay động cơ bước có rất nhiều lựa chọn từ loại nhỏ nhất là 0.72° đến loại lớn nhất là 90° nhưng do máy khắc laser yêu cầu độ chính xác cao nên lựa chọn động cơ bước có góc dao động trong khoảng 0.72° đến 1.8°

Hình ảnh động cơ Thông số kỹ thuật Động cơ cho trục X:

Lựa chọn động cơ bước có mã TS3641N2E3

Moment xoắn tối đa: 0.09N.m Điện áp: 1.4V

Cường độ dòng điện: 1.4 A Kích thước 28x47.5 mm Động cơ cho trục Y:

Lựa chọn động cơ bước có mã PK244-01A

Moment xoắn tối đa: 0.42N.m Điện áp: 2.4V

Cường độ dòng điện: 1.7A Kích thước: 42x40 mm

Boardmach điều khiển Nút nhấn

Driver động cơ Động cơ

Driver laser Đầu ra Cảm biến

Lựa chọn động cơ bước có mã SST28D110X

Moment xoắn tối đa: 0.0686 N.m Điện áp: 2.76V Cường độ dòng điện: 0.95A Kích thước: 28x32mm

Bảng 6.2: Thông số động cơ

Hình ảnh driver Thông số kỹ thuật

ARTRICH TK60S Điện áp: 5 - 24VDC Dòng điện: 1.5 - 4A

Trục Z: Chọn driver TB6600 Điện áp: 9 - 42VDC

556 Điện áp: 18 - 48VDC Dòng điện: 1 – 5.6A

6.4.3 Lựa chọn đầu phát laser

Chọn đầu phát laser 5,5W có thông số kỹ thuật sau:

- Đầu ra điều khiển xung PWM/TTL

Hình 6.4 : Mô tả đầu phát laser 5.5W

6.4.4 Lựa chọn cảm biến hành trình

Hình ảnh cảm biến Thông số kỹ thuật

Cảm biến hành trình trục X: lựa chọn cảm biến quang

Khoảng cách phát hiện: 5mm Nguồn sáng: led hồng ngoại 940nm

Nguồn điện: 5-24VDC ± 10% Tần số đáp ứng: 2kHz Độ trễ: 0.05mm

Cảm biến hành trình trục Z: lựa chọn cảm biến quang

Khe cảm biến: 5mm Kích thước vật cảm biến: 0.8x1.8 mm

Tần số đáp ứng 1kHz Nguồn cấp 5-24VDC 15mA

Bảng 6.5: Thông số cảm biến quang

6.4.5 Lựa chọn board điều khiển

Board điều khiển có chức năng cấp xung cho các driver động cơ cho trục X, Y, Z, A và điều khiển bật tắt đầu phát laser cũng như kích hoạt cảm biến hành trình, board điều khiển được kết nối và vận hành qua máy tính hoặc màn hình điều khiển

Với việc vận hành của máy 4 trục, chọn mạch điều khiển Board Mach 3 USB

- Mạch CNC BOARCH MACH 3 USB

- Giao tiếp với máy tính qua cổng USB

- Số ngõ vào: 4 ngõ IN1, IN2, IN3, IN4 cách ly opto

- Số ngõ ra: 4 ngõ OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 cách ly IC đệm

- Nguồn sử dụng: 5VDC USB

- Tần số xung tối đa: 100kHz

- Điều khiển 4 động cơ bước thông qua các trục X, Y, Z, A

Hình 6.6 : Mô tả mạch Board Mach 3 USB

*Điều khiển đầu phát laser

Do Board Mach 3 không có chức năng điều khiển công suất đầu ra của tia laser nên nhóm sử dụng Board Arduino Shield V3 để tùy chỉnh công suất laser theo từng loại vật liệu được khắc

Hình 6.7: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển công suất đầu phát laser

Thông số kỹ thuật Board Arduino UNO

+ Vi điều khiển: ATmega328 - 8bit

+ Điện áp hoạt động: 16MHz

+ Điện áp giới hạn: 6-20VDC

+ Dòng ra tối đa (5V): 500mA

+ Dòng ra tối đa (3.3V): 50mA

+ Số chân analog: 6 Hình 6.8: Mô tả mạch Arduino UNO + Dòng tối đa trên mỗi chân: 30mA

Thông số kỹ thuật board Arduino Shield V3

Hình 6.9: Mô tả mạch Arduino Shield V3

*Tính công suất của boardmarch

*Tính công suất của driver

- Driver X dùng điện áp 24V, dòng 1.4A

- Driver Y dùng điện áp 24V, dòng 1.7A

- Driver Z dùng điện áp 24V, dòng 0.95A

- Driver A dùng điện áp 24V, dòng 1.7A

=> Tổng công suất của board và các driver là: P = 138 + 120 = 258 (W)

Từ công suất tổng đã tính ta chọn bộ nguồn tổ ong C – 360 – 24 cấp cho driver và boardmarch

Chọn nguồn tổ ong BR40 – 2HH cấp cho đầu phát laser

Tính toán thông số phát xung của trục X, Y, Z và driver của 3 trục

+ Hành trình là 140mm, tốc độ di chuyển tối đa mong muốn là 120 mm/ph

+ Puli trục X có 48 răng bước 2mm nên khi Puli quay đuộc 1 vòng sẽ có chiều dài L = 96mm + Driver điều khiển được thiết lập ở chế độ m = 3200 (xung/vòng)

+ Số xung cần thiết để cụm X đi được 1mm là: 𝐵 = 3200

=> để di chuyển được 120 mm/ph thì tần số phát xung là:

60 = 66.66 Hz < tần số phát xung tối đa của Board Mach3 là 25000Hz

+ Bước vít me là 4mm

+ Driver điều khiển được thiết lập ở chế độ m = 3200 (xung/vòng)

+ Số xung cần thiết để cụm Y đi được 1mm là: 𝐵 = 3200

60 = 2000 Hz < tần số phát xung tối đa của Board Mach3 là 25000Hz

+ Puli trục Y có 20 răng bước 2mm nên khi Puli quay 1 vòng sẽ có chiều dài L = 40mm + Driver điều khiển được thiết lập ở chế độ m = 3200 (xung/vòng)

+ Số xung cần thiết để cụm Y đi được 1mm là: 𝐵 = 3200

60 = 200 Hz < tần số phát xung tối đa của Board Mach3 là 25000Hz

+ Tốc độ xoay tối đa mong muốn là 300 (vòng/ph)

+ Driver thiết lập ở chế độ m = 3200 (xung/vòng)

+ Số xung cần thiết để trục A xoay được 1° là: 𝐵 = 3200

Lựa chọn thông số cho động cơ trên March3

Hình 6.12: Lựa chọn thông số cho trục X Hình 6.13: Lựa chọn thông số cho trục Y

Hình 6.14: Lựa chọn thông số cho trục Z Hình 6.15: Lựa chọn thông số cho trục A

Tổng quan mạch hiện hệ thống

Hình 6.16: Sơ đồ hệ thống điện

CHẾ TẠO, THỰC NGHIỆM THỰC TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ

Gia công, lắp ráp

Cụm trục X: bao gồm Thanh trượt dẫn hướng (hành trình 140mm), Tấm trục X, Puli đai, Trục gắn Puli, Tấm đỡ đầu laser, Cảm biến hành trình, Tấm cảm biến trục X, Step motor, Nhôm định hình (20x40mm) và Tấm đỡ trục Y những chi tiết cần đảm bảo về độ chính về vị trí chính xác lỗ gia công, độ phẳng bề mặt

Tấm trục X, Tấm đỡ trục Y, Trục gắn puli, Tấm cảm biến trục X, Tấm đỡ đầu laser, Tấm kẹp đai – Gia công

Thanh trượt dẫn hướng, Puli đai, Cảm biến hành trình, Nhôm định hình, Step motor – Đặt hàng

Hình 7.1: Tấm đỡ trục Y thực tế Hình 7.2: Gối đỡ trục thực tế

Hình 7.4: Tấm trục X thực tế

Hình 7.5: Cụm trục X hoàn thiện thực tế

Cụm trục Z: Gồm thanh trượt dẫn hướng (hành trình 90mm), Puli đai, Trục truyền động ∅8,

Trục gắn puli ∅8, Cảm biến hành trình, Gía đỡ trục, Gối đỡ bàn xoay, Step Motor, Tấm gá động cơ, Gối đỡ động cơ, Tấm giữ đai, Tấm kẹp đai, Tấm đỡ cụm Z, Tấm cảm biến, Ổ lăn và ống nối trục Những chi tiết cần đảm bảo về độ chính về vị trí chính xác lỗ gia công, độ phẳng bề mặt

Gối đỡ bàn xoay, Tấm cảm biến, Tấm đỡ cụm Z, Trục gắn puli ∅8, Tấm gá động cơ, Gối đỡ động cơ, Tấm giữ đai – Gia công

Thanh trượt dẫn hướng, Puli đai, Cảm biến hành trình, Step motor, Trục truyền động ∅8, Giá đỡ trục, Ống nối trục, Ổ lăn, Tấm kẹp đai – Đặt hàng

Hình 7.6: Tấm đỡ cụm Z thực tế

Hình 7.7: Gối đỡ động cơ thực tế

Hình 7.8: Tấm gá động cơ thực tế Hình 7.9: Gối đỡ bàn xoay thực tế

Hình 7.10: Cụm trục Z hoàn thiện thực tế

Cụm trục Y: bao gồm cụm thanh trượt RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M (hành trình 75mm),

Tấm đỡ laser, Đầu laser Những chi tiết cần đảm bảo về độ chính về vị trí chính xác lỗ gia công, độ phẳng bề mặt

Tấm đỡ đầu laser – Gia công

Cụm thanh trượt RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M, Đầu laser – Đặt hàng

Hình 7.11: Cụm thanh trượt RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M thực tế

Hình 7.12: Tấm đỡ dầu laser thực tế Hình 7.13: Đầu laser thực tế

Hình 7.14: Cụm trục Y hoàn thiện thực tế

Cụm trục A: bao gồm Bàn xoay điện LER50K-S5MJ, Mặt bích, Cốc hút, Tấm đỡ trục A

Những chi tiết cần đảm bảo về độ chính về vị trí chính xác lỗ gia công, độ phẳng bề mặt

Mặt bích bàn xoay, Tấm đỡ trục A – Gia công

Cốc hút, Bàn xoay điện LER50K-S5MJ – Đặt hàng

Hình 7.15: Mặt bích bàn xoay thực tế Hình 7.16: Tấm đỡ trục A thực tế

Hình 7.17: Cốc hút thực tế Hình 7.18: Bàn xoay điện LER50K-S5MJ thực tế

Hình 7.19: Cụm trục A hoàn thiện thực tế

Cơ cấu kẹp chặt: bao gồm Nhôm định hình (20x40mm), Tấm đỡ trục, Vòng hãm vít me, Tay quay, Trục vít me, Mặt bích, Cốc hút, Ke góc nhôm định hình, Gối kê và ổ lăn Những chi tiết cần đảm bảo về độ chính về vị trí chính xác lỗ gia công, độ phẳng bề mặt

Mặt bích cốc hút, Tấm đỡ trục vít me, Trục vít me ∅12, Vòng hãm vít me, Gối kê thanh nhôm, – Gia công

Cốc hút, Nhôm định hình, Tay Quay, Ke góc nhôm định hình, Ổ lăn,– Đặt hàng

Hình 7.20: Vòng hãm vít me thực tế Hình 7.21: Mặt bích cốc hút thực tế

Hình 7.22: Tấm đỡ trục vít me thực tế

Hình 7.23: Trục vít me thực tế

Hình 7.24: Gối kê thanh nhôm thực tế

Hình 7.25: Cơ cấu kẹp hoàn thiện thực tế

Cơ cấu che chắn: Tấm che inox để đảm bảo độ an toàn khi khắc laser và tăng tuổi thọ của máy khắc Những chi tiết cần đảm bảo về độ chính về vị trí chính xác lỗ gia công, độ phẳng bề mặt

Tấm che inox – Gia công

Hình 7.26:Tấm che bên trái thực tế Hình 7.27: Tấm che phía trước thực tế

Hình 7.28: Tấm che phía trên thực tế

Hình 7.29: Hộp che trục X thực tế Sau khi đã hoành thành chế tạo và lắp ráp các cụm trục X,Y,Z,A, ta thiết kế bộ khung để đựng toàn bộ các cụm trục lại với nhau để tiến hành vận hành máy

Hình 7.30: Bộ khung máy laser

Lắp ráp hoàn chỉnh toàn bộ máy khắc Laser

Sau đó ta tiến hành lắp ráp các cụm trục lên khung máy, bộ hệ thống điều khiển để hoàn chỉnh máy khắc laser

Hình 7.31: Lắp ráp các cụm trục lên khung máy

Hình 7.32: Hệ thống mạch điện

Hình 7.33: Hoàn thiện máy Laser thực tế

*Đo đạc và kiểm tra hành trình của các trục

Sau khi đã lắp ráp hoàn chỉnh các cụm trúc lên khung máy, ta tiến hành kiểm tra chuyển động riêng từng cụm và chuyển động phối hợp tất cả các cụm với nhau Các cụm chuyển động ổn định và tịnh tiến theo các phương đều thẳng theo trục

Tiến hành thử nghiệm khắc thử và đánh giá chất lượng sản phẩm sau khi khắc

Sau khi đã hoàn thiện lắp ráp máy, cài đặt, lập trình hệ thống điều khiển và kiểm tra đo đạc hành trình các cụm trục ta bắt đầu tiến hành gá đặt phôi và vận hành máy để phát hiện những lỗi nhỏ để bắt đầu sửa để tối ưa hóa khả năng hoạt động của máy

Có thể các thông số ta thiết lập trên hệ thống điều khiển không trùng hợp với những điều kiện thực tế, nên ta sẽ tiến hành khắc thử trên 2 vật liệu gỗ, vỏ trái dừa để cái thể tìm ra những thông số phù hợp với từng loại vật liệu và biên dạng khác nhau

*Vận hành máy Để có thể điều khiển máy CNC 4 trục thì nhóm đã sử dụng 4 phần mềm chính là: Mach3Mill, LaserGRBL, Inkscape, Aspire, để thiết lập các thông số thực tế vùng làm việc, kích thước phôi và gốc tọa độ trong vùng làm việc và phôi thực tế

Hình 7.34: Sơ đồ vận hành máy

- Phần mềm Inkscape để chuyển đổi các file ảnh thành file SVG để tiến hành đưa vào phần mềm cài đặt gia công

Hình 7.35: Mô tả chuyển file ảnh thành file SVG bằng Inkscape

- Phần mềm Aspire giúp sử dụng file SVG đã chuyển đổi từ file ảnh để tiến hành cài đặt gia công và xuất file G-code

Hình 7.36: Mô tả cài đặt gia công trên Aspire

- Phần mềm Mach3Mill để điều khiển động cơ của các trục X, Y, Z, A

+ Bước 1: Kết nối BoardMach3 vào máy tính điều khiển, màn hình sẽ hiển thị trên mục Satus dòng “Recongfiguration’’, lúc này bấm nút Reset để mạch được kết nối với phần mềm

Hình 7.37: Mô tả phần mềm Mach3Mill

+ Bước 2: vào mục Config → Ports and Pins để thiết lập kích hoạt các động cơ và chiều quay động cơ

Hình 7.38: Mô tả cài đặt động cơ cho Mach3Mill

+ Bước 3: vào mục Config → Motor Tuning để cài đặt số xung, tốc độ di chuyển và gia tốc cho động cơ

Hình 7.39: Mô tả cài đặt xung động cơ cho Mach3Mill

+ Bước 4: Tải G-code vào phần mềm Mach3Mill bằng cách nhấn vào nút Load G-code và lựa chọn các G-code đã tạo sẵn

Hình 7.40: Mô tả tải G-code vào Mach3Mill

- Phần mềm LaserGRBL giúp điều chỉnh công suất laser: Để điều khiển công suất laser ta tiến hành kết nối mạch Arduino Shield V3 vào máy tính điều khiển, sau đó nhập dòng G-code sau: “G1M3SxxxxFxxxx”

+ Sxxxx: là công suất của laser, xxxx tương ứng với số công suất cài đặt cho đầu laser và xxxx từ 100 - 1000 tương ứng với 10% - 100%

+ Fxxxx: là tốc độ khắc, xxxx tương ứng với tốc độ khắc của máy, khoảng giá trị xxxx tùy thuộc vào việc điều chỉnh khoảng tốc độ của các động cơ trong phần mềm Mach3Mill

Hình 7.41: Mô tả cách điều khiển công suất laser bằng LaserGRBL

*Ta tiến hành khắc thử trên bề mặt vỏ dừa với biên dạng cong

Không đạt Không đạt Không đạt

75 Đạt Không đạt Không đạt

Không đạt Đạt Không đạt

Bảng 7.42: Thực nghiệm trên vật liệu vỏ dừa

*Một số hình sản phẩm sản phẩm vỏ dừa khắc thực tế

Hình 7.43: Sản phẩm khắc trên bề mặt vỏ dừa

Với bảng thực nghiệm trên ta có thể rút ra những kết luận rằng:

Với một công suất khắc nhưng tốc độ khắc càng cao thì hình khắc sẽ không được rõ nét khắc và chiều sâu khi khắc sẽ không đủ, cho ra hình khắc bị nhạt

Khi cùng một tốc độ khắc và công suất khắc càng cao thì hình càng nét, chiều sâu càng sâu nhưng nếu công suất quá cao thì sẽ gây ra hiện tượng cháy nét, làm cho hình khắc bị lem do hành trình di chuyển khắc quá lâu

Vậy công suất khắc tỉ lệ thuận với tốc độ khắc của máy Đối với công suất 25%: Công suất chưa đủ để có thể tác động rõ nét trên bề mặt vỏ dừa, với tốc độ 600 mm/p có thể thấy hình khắc nhưng nét bị thiếu không đạt yêu cầu Đối với công suất 50%: Công suất này thì các hình khắc đã thể hiện nét khắc rõ hơn, nhưng vẫn chưa đủ độ sâu, với tốc độ 300 mm/p có thể hiện nét khắc nhưng vẫn chưa đạt yêu cầu

84 Đối với công suất 75%: Với công suất này các nét khắc bắt đầu thể hiện rõ ràng hơn, không còn bị lem nữa, với tốc độ 300 mm/p ta có thể thấy các nét khắc bắt đầu thể hiện rõ nét và không có dấu hiệu bị lem ra phần viền bên ngoài và hình khắc đã đạt yêu cầu Đối với công suất 100%: Với công suất này thì các nét khắc bắt đầu xuất những bết lõm vào bề vỏ dừa, các nét bị cháy và lem viền nhiều, với tốc độ 600 mm/p hình khắc thể hiện rõ ràng nhưng vết cháy to và nét khắc quá sâu nên không đạt yêu cầu

Vậy trên vật liệu vỏ dừa ta có thể lấy những thông số sau:

• Công suất 75% - Vận tốc khắc 300 mm/p

*Ta tiến hành khắc thử trên bề mặt gỗ với biên phẳng

Không đạt Đạt Không đạt

Không đạt Không đạt Đạt

Bảng 7.44: Sản phẩm khắc trên bề mặt gỗ

Với bảng thực nghiệm trên ta có thể rút ra những kết luận rằng:

Với một công suất khắc nhưng tốc độ khắc càng cao thì hình khắc sẽ không được rõ nét khắc và chiều sâu khi khắc sẽ không đủ, cho ra hình khắc bị nhạt

Khi cùng một tốc độ khắc và công suất khắc càng cao thì hình càng nét, chiều sâu càng sâu nhưng nếu công suất quá cao thì sẽ gây ra hiện tượng cháy nét, làm cho hình khắc bị lem do hành trình di chuyển khắc quá lâu

Vậy công suất khắc tỉ lệ thuận với tốc độ khắc của máy Đối với công suất 25%: Công suất chưa đủ để có thể tác động rõ nét trên bề mặt gỗ, tia laser chỉ mới ăn lớp vỏ bên ngoài của bề mặt gỗ, với vận tốc 300mm/p ta có thể đường nét khắc nhưng chưa đủ sâu nên không đạt yêu cầu Đối với công suất 50%: Công suất này thì các hình khắc đã thể hiện nét khắc rõ hơn, độ sâu khắc vừa đủ để thể hiện rõ nét khắc, với tốc độ 600 mm/p thì các đường nét khắc đẹp đạt yêu cầu Đối với công suất 75%: Với công suất này các nét khắc bắt đầu có dấu hiệu bị lem ra viền bên ngoài và các đường nét bị cháy nhẹ, với tốc độ 900 mm/p thì các hình nét thể hiện rõ ràng đường khắc đẹp với độ sâu vừa phải, đạt yêu cầu Đối với công suất 100%: Với công suất này thì các nét khắc bắt đầu xuất những bết lõm vào bề vỏ dừa, các nét bị cháy và lem viền nhiều, nên không đường nét nào đạt yêu cầu

Vậy trên vật liệu vỏ dừa ta có thể lấy những thông số sau:

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Sau một khoảng thời gian nghiên cứu và học tập, chúng em đã hoàn thành việc chế tạo ra máy CNC khắc laser trên bề mặt cong và cũng đã hoàn thành được những mục tiêu ban đầu mà nhóm đã đề ra, đây là những mục tiêu mà nhóm đã hoàn thành được trong quá trình học tập và nghiên cứu:

✓ Tìm hiểu quá trình ra đời và phát triển của laser

✓ Những ứng dụng của laser trong các lĩnh vực khác nhau

✓ Nắm bắt được những công nghệ laser có trong thị trường việt nam

✓ Nghiên cứu về hệ thống điều khiển điện, Driver, March3 để lập trình khắc laser

✓ Chế tạo thành công máy CNC khắc laser trên bề mặt cong

✓ Cho ra sản phẩm khắc và đánh giá chất lượng sản phẩm

Vì tiềm năng phát triển công nghệ laser cực kì mạnh và được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau của nền công nghiệp, mặc dù đã có 1 khoảng thời gian học tập và nghiên cứu nhóm chỉ mới khai thác được 1 số ít điểm mạnh của laser, các nhóm nghiên cứu tiếp theo có tập trung vào nghiên cứu, cải thiện và tối ưa hóa để công nghệ khắc laser trên bề mặt cong có thể phát triển mạnh mẽ trên thị trường trong và ngoài nước

Hướng phát triển đề tài

Định dạng
Số trang	106
Dung lượng	12,33 MB