TÍNH TOÁN – THIẾT kế CHẾ tạo hệ THỐNG dẫn ĐỘNG máy GIA CÔNG LASER CO2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGHÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Số: ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ - CHẾ TẠO HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG MÁY GIA CÔNG LASER CO2 Họ tên sinh viên: Lê Anh Tuấn Ngô Anh Tuấn Hà Anh Vũ Lớp: ĐH CLC CK2 Khóa: Giáo viên hướng dẫn: ThS Nhữ Quý Thơ Hà Nội, ngày…tháng…năm… NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN MỤC LỤC Hình vẽ Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 DANH MỤC HÌNH VẼ Tên hình vẽ Sơ đồ nguyên lý đầu phát chùm tia laser Sơ đồ cấu tạo đầu phát laser Thấu kính hội tụ Mật độ lượng cắt gọt chùm tia laser Các thông số biến đổi quan trọng Biều đồ mật độ lượng với thép hơp kim Sự thay đổi vết cắt gọt gia công tia laser Mô hình hóa 3D vỏ máy CNC laser Mô hình hóa 3D bàn máy Thiết kế tổng thể hệ thống dẫn động máy CNC laser Mô hình hóa hệ thống điều khiển Tran g 12 12 14 16 16 17 27 36 37 37 38 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8a Hình 3.8b Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11a,b Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14a Hình 3.14b Hình 3.15 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.8 Hình 4.9 Hình 4.10 Hình 4.11 Hình 4.12 Hinh 4.13 Hình 5.1 Hình 5.2 Hình 5.3 Hình 5.4 Hình 5.5 Hình 5.6 Hình 5.7 Bảng Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bản vẽ lắp máy gia công laser CO2 Thiết kế tổng thể hệ thống dân động máy CNC laser Thông số hình học nhôm định hình 40x40 Mô hình hệ dẫn động hai trục XY Kích thước hệ trục dẫn động XY Sơ đồ hệ thống sử dụng động bước Cơ cấu chuyển động đai Ống laser khí 40 W bệ đỡ ống laser Vị trí đặt gương thực tế Con trượt ray trượt sử dụng thiết kế Con trượt vuông TBI Ray trượt TBI Bố trí dây dẫn vòi dẫn khí máy CNC laser Chi tiết đỡ gương phản xạ Bản vẽ lồng phôi chi tiết Phôi đúc khuôn cát Định vị kẹp chặt chi tiết nguyên công Định vị kẹp chặt chi tiết nguyên công Định vị kẹp chặt chi tiết nguyên công Định vị kẹp chặt chi tiết nguyên công Định vị kẹp chặt chi tiết nguyên công Định vị kẹp chặt chi tiết nguyên công Định vị kẹp chặt chi tiết nguyên công Định vị kẹp chặt chi tiết nguyên công Định vị kẹp chặt chi tiết nguyên công 10 Kiểm tra độ song song hai mặt chi tiết Hình ảnh chế tạo ban đầu hệ thống dẫn động Đầu laser động bước theo trục X sau chế tạo Gía đỡ ống laser CO2 sau chế tạo Vị trí đặt gương phản xạ đầu laser sau chế tạo Tổng thể hệ thống dẫn động máy gia công laser Hình ảnh máy gia công laser sau lắp ghép Hình ảnh sản phẩm test thử từ máy 39 40 41 45 45 47 50 60 61 63 66 66 67 68 69 71 72 76 77 79 82 88 93 98 102 106 107 108 108 109 109 111 111 DANH MỤC BẢNG BIỂU Tên bảng biểu Trang So sánh chế độ cắt gọt khác 19 Các cách cắt gọt khác chùm tia laser 23 Cơ tính laser dùng để cắt loại vật liệu điển hình 24 Thông số kỹ thuật máy CNC laser 34 So sánh đặc điểm nhôm định hình với sô vật liệu 41 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Bảng 3.11 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 4.1 khác Các chi tiết phải gia công trục dẫn động Góc số bước động Các thông số truyền đai gờ hình thang Chọn mô đun m Thông số lựa chọn đai Thông số hình học khác đai Các thông số hình học đai gờ tròn Phụ thuộc áp lực cho phép vào số vòng quay Thông số đai gờ thang đai gờ tròn Một vài loại gương phản xạ thực tế Thông số kỹ thuật để lựa chọn trượt ray trượt Các nguyên công lựa chọn máy 43 48 51 53 53 55 56 58 58 62 63 70 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, công nghiệp nước đầu tư ưu tiên phát triển Để đưa kinh tế nước ngày lên, cần thực mục tiêu “ Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa “ đất nước mà Đảng, nhà nước đề ra, Trong đó, nghành Công nghệ chế tạo máy có vai trò then chốt Bởi vậy, việc đổi đại nghành công nghệ chế tạo máy có vai trò quan trọng Sau thời gian năm học tập trường, chúng em làm đồ án tốt nghiệp với đề tài : “ Tính toán, thiết kế chế tạo hệ thống dẫn động cho máy gia công CNC Laser “ Đây lĩnh vực đề tài để hoàn thiện tốt, chúng em gặp nhiều khó khăn trình thu thập tài liệu tìm hiểu máy gia công CNC laser Tuy nhiên, thuận lợi chúng em có hướng dẫn trực tiếp thầy Th.s NHỮ QUÝ THƠ giúp đỡ tận tình thầy cô giáo Khoa khí, chúng em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Do gặp nhiều khó khăn nên chúng em tránh khỏi thiếu sót đồ án, chúng em mong bảo thêm nhiều đến từ thầy ý kiến bạn thuộc nhóm khác để đồ án chúng em hoàn thiện Qua đây, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa khí, đặc biệt thầy Th.s NHỮ QUÝ THƠ bảo hướng dẫn đồ án tốt nghiệp Chúng em, sinh viên nghành chế tạo máy, mong muốn nhận dạy, tạo điều kiện giúp đỡ thầy cô để chúng em tiến học tập công việc sau cho xứng đáng sinh viên trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 27 tháng 04 năm 2015 Nhóm sinh viên thực 10 Tốc độ cắt thực tế : V= π.D.n 1000 = 3,14.2.150 1000 = 0.9 (m/ph) e Lượng chạy dao : Chính bước ren P =2 mm f Thời gian máy : T0 = L + L1 i S0 n L1 =(1…3 )xP = 2x2 = 4(mm) T0 = 30 + 4 = 0.4( phut ) 2.150 K125 Mũi 0.25 150 0.4 t(mm) S(mm/vg) V(m/p) n(v/p) T0(ph) khoét d=2m m Bước Máy Dao -Nguyên công 10: Khoan taro lỗ M2 mặt đáy +) Định vị đủ bậc tự Mặt đáy sử dụng phiến tỳ phẳng giúp hạn chế bậc tự Hai lỗ sử dụng chốt trám chốt trụ ngắn hạn chế bậc tự +) Kẹp chặt: Sử dụng cấu kẹp chặt liên động 102 A-A W W Hình 4.12 : Định vị kẹp chặt chi tiết nguyên công 10 +) Tra chế độ cắt gọt: Khoan lỗ phi 1.5 mm a Lựa chọn máy khoan đứng K125 có thông số : -Đường kính lớn khoan 25 mm -Kích thước bàn máy 375x500 -Số cấp tốc độ trục -Phạm vi tốc độ trục 97-1360 v/ph -Công suất động : 2,8 Kw 103 b Lựa chọn dao: mũi khoan ruột gà d = 1.5 mm, taro mũi taro d=6 c Chiều sâu cắt: t = d/2 = 0.75 mm d Tốc độ cắt thực: Vt = Vb.K Trong đó: + Vận tốc cắt tra bảng 5-86 trang 83[4] có: Vb = 32 (m/ph) + K hệ số hiệu chỉnh vận tốc cắt K = K1 K2 K3 Vt = Vb.k1.k2.k3 = 32.0,87.1.1= 27.84(m/ph) 1000.V π.D n= = 1000.27,84 3,14.13.8 = 642.5 (vòng/ph) Chọn theo máy có :n = 550 (vòng/ph) Tốc độ cắt thực tế : V= π.D.n 1000 = 3,14.1,5.550 1000 = 2.6 (m/ph) e Lượng chạy dao - Lượng chạy dao: theo bảng 5.87_Trang 84 [IV] có : S = 0,13 … 0,15 (mm/vòng) Chọn theo máy có: S = 0,15 (mm/vòng) - Chu kỳ bền mũi khoan : theo bảng 5.86 Trang 83 [IV] có : T = 45 phút f Thời gian máy chạy: T0 104 T0 = L + L1 + L2 i S0 n L1 = 0.5 … 2(mm) chän L1 = 2(mm) L2 =1 … (mm) T0 = 32 + + = 0.45 ( phut ) 0,15.550 K125 Mũi 0.75 0.15 2.6 550 0.45 t(mm) S(mm/vg) V(m/p) n(v/p) T0(ph) khoan ruột gà d=1.5 mm Bước Máy Dao Bước 2: taro lỗ M2 a Chọn máy: K125 b Chọn dao: mũi khoét d=2 mm c Chiều sâu cắt : t = = 0.25 mm d Tốc độ cắt thực : Vt = Vb.K Trong đó: + Vân tốc cắt tra bảng 5-188 trang 171[4] cã: Vb = 10 (m/ph) + K hệ số hiệu chỉnh vận tốc sắt phụ thuộc vào vật liệu gia công K = 0.7 Vt = 10.0,7= 7(m/ph) 105 1000.V π D n= = 1000.7 3,14.16 = 139.4 (vòng/ph) Chọn theo máy có :n = 150 (vòng/ph) Tốc độ cắt thực tế : V= π.D.n 1000 = 3,14.2.150 1000 = 0.9 (m/ph) e Lượng chạy dao : Chính bước ren P =2 mm f Thời gian máy : T0 = L + L1 i S0 n L1 =(1…3 )xP = 2x2 = 4(mm) T0 = 30 + 4 = 0.4( phut ) 2.150 K125 Mũi 0.25 150 0.4 t(mm) S(mm/vg) V(m/p) n(v/p) T0(ph) khoét d=2m m Bước Máy Dao -Nguyên công 11 : Kiểm tra độ song song mặt đáy mặt Dùng đồng hồ so để kiểm tra độ song song hai mặt phẳng hình 106 0,05 C C Hình 4.13 : Kiểm tra độ song song hai mặt chi tiết 107 CHƯƠNG PHÂN TÍCH CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ 5.1 Phân tích chế tạo thực tế hệ thống dẫn động máy gia công laser Hình 5.1 Hình ảnh chế tạo thực tế ban đầu hệ thống truyền động hai trục XY 108 Hình 5.2 Đầu laser động dẫn động theo trục X sau chế tạo Hình 5.3 Giá đỡ ống laser CO2 109 Hình 5.4 Vị trí đặt gương phản xạ đầu laser thực tế chế tạo Hình 5.5 Tổng thể hệ dẫn động máy gia công laser CO2 110 5.2 Đánh giá hệ thống truyền động máy gia công laser Hệ thống truyền động máy gia công laser thiết kế theo qui trình logic: ý tưởng => Thiết kế mô 3D => Tìm hiểu thị trường => Lắp ráp thực nghiệm Vật liệu dùng hệ thống truyền động lựa chọn tối ưu giúp dễ dàng lắp ghép đạt độ xác cao, độ bền kết cấu Lựa chọn dẫn động đai hợp lý máy tác dụng lực cắt với phôi Sử dụng đai giúp máy chạy êm, giảm tiếng ồn Vấn đề nguồn laser, vấn đề lớn hệ thống truyền động Nguồn laser phụ kiện nhập hoàn toàn từ nước ngoài, yêu cầu với ống laser đảm bảo không bị vỡ giữ chắn hệ thống dẫn động nhóm thiết kế tối ưu – gia công giá đỡ ống laser dễ dàng không tốn nhiều chi phí sinh viên Công suất laser 40W không khó kiếm thị trường Tuy nhiên nhược điểm hệ thống dẫn động tốn kinh tế - tiền bạc, hệ thống phải lắp ghép cẩn thận – an toàn, yêu cầu độ xác cao, tỉ mỉ chi tiết lắp ghép Chỉ cần sơ suất nhỏ dẫn tới hỏng hóc không đạt yêu cầu thiết kế Về chi tiết gá động lăn thiết kế chưa tối ưu, dẫn tới hệ thống cồng kềnh Hình ảnh máy gia công laser CO2 sau hoàn thành: 111 Hình 5.6 Hình ảnh máy gia công laser CO2 sau lắp ghép Hình 5.7 Hình ảnh sản phẩm sau test thử máy gia công laser CO2 5.3 Phương hướng phát triển Trong tương lai nhóm chúng em xin đưa phương hướng phát triển cho hệ thống truyền động máy gia công laser sau: - Tối ưu hóa cấu giá đỡ động đầu laser, gia công phức tạp 112 - Thiết kế hệ truyền động thay nhiều ống laser khác loại dài 70 cm, 90 cm, 120 cm - Giảm trọng lượng cấu trục XY mà đảm bảo độ cứng vững, vuông góc hai trục XY - Hệ thống truyền động mang thêm nhiều đầu cắt kích thước lớn Tuy nhiên thời gian thực đề tài gấp rút lên tránh khỏi sai sót thiết kế điểm chưa hoàn thiện hệ thống truyền động máy gia công laser Chúng em mong nhận giúp đỡ góp ý thầy cô hội đồng chấm đề tài Xin chân thành cảm ơn thầy cô! 113 KẾT LUẬN Theo yêu cầu đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống dẫn động cho máy gia công CNC Laser nhóm sinh viên chúng em hoàn thành nhiệm vụ đặt là: Thiết kế chế tạo hệ thống dẫn động cho máy gia công Laser nhằm đảm bảo yêu cầu hành trình, độ bền, độ cứng vững máy,tính thẩm mỹ hình dạng, kích thước, thuận tiện dễ dàng sử dụng Từ nhiệm vụ giao kết hợp trình chế tạo thực tế nhóm rút nhiều kinh nghiệm làm việc nhóm, tìm hiểu thị trường, sửa chữa sai hỏng, viết báo cáo – chỉnh sửa vẽ Từ thực nghiệm trình làm đồ án chúng em tiếp tục thiết kế, tối ưu hóa hệ thống dẫn động, nâng cấp hệ thống tương lai để cung cấp cho thị trường sản phẩm tốt nhất, mẫu mã đẹp giá phải 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Đồ gá khí hoá tự động hoá Pgs -Ts– Lê Văn Tiến –1999 2- Sổ tay &Atlas Đồ gá Pgs -Ts - Trần Văn Địch –2000 3- Sổ tay công nghệ chế tạo máy Pgs -Ts -Trần Văn Địch Pgs-Ts Nguyễn Đắc Lộc -2000 4- Máy cắt kim loại - Nguyễn Thế Lương 5- Dung sai - Ninh Đức Tốn – 2000 6- Các phương pháp gia công tiên tiến (Advanced machining processes)– McGraw Hill 7- Sổ tay thiết kế khí – PGS Hà Văn Vui, TS Nguyễn Chỉ Sáng 8- Giáo trình sản xuất tự động – Châu Mạnh Lực 9- Mô hình hóa hệ thống mô – PGS.TS Nguyễn Công Hiền 10- Processing Plastics with CO2 laser – Synrad 11- Laser Cutting – Dr J Powell – A Kaplan 115 PHỤ LỤC - Thông số động bước: SANYO DENKI 103H7126-1441 200 xung, dòng 3,35 A, U = 40V 1,80/ bước - Thông số đai : Pioneer belt 1299 Mô đun : m = Tỷ số truyền lớn 1,7 Chiều cao 0,8 mm Chiều dày 1,6 mm - Thông số máy : VH -15 Kích thước bàn làm việc 300x1200 mm Hành trình bàn theo chiều ngang: 700mm Hành trình bàn theo chiều vào : 300 mm Hành trình bàn theo chiều đứng : 330 mm - Đầu phát laser CO2 : Laser CO2 tube 40W, có công suất 40w, bước sóng 10600 mm, chiều dài 700 mm, tuổi thọ 3000 h, khoảng cách tới điểm hội tụ xấp xỉ 80mm, đường kính tia laser 0,3 mm 116