Thiết kế và chế tạo Máy khắc gỗ

LỜI CẢM ƠN Bằng nỗ lực thân với động viên, giúp đỡ từ nhiều phía, cuối em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Đoàn Thế Thảo, người trực tiếp hướng dẫn, dành nhiều thời gian bảo tận tình, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho em, giúp em hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, người bên cạnh động viên, giúp đỡ em thời gian em học tập giai đoạn thực luận văn Cuối cùng, với lời biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy/Cô trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM giành nhiều thời gian, công sức tâm huyết để truyền đạt kiến thức báu cho em suốt trình em học tập trường Em xin chân thành cảm ơn Tp.HCM, ngày 13 tháng năm 2016 Sinh viên thực Nguyễn Trường Tùng   TÓM TẮT LUẬN VĂN Hiện nay, sản phẩm gỗ ngày sử dụng rộng rãi đời sống hàng ngày Công nghệ khắc gỗ phát triển mạnh mẹ với nhiều máy móc, kỹ thuật tiên tiến Trong số đó, khắc gỗ tia laser công nghệ phổ biến Đề tài trình bày trình tìm hiểu, thiết kế điều khiển máy khắc gỗ laser dạng bàn máy 2D, khắc chữ, logo lên gỗ số vật liệu khác Máy khắc ứng dụng vào thực tế với việc khắc móc khóa, quà lưu niệm… MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU Chương 1: Tổng quan CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Yêu cầu thực tiễn Ngày nay, sản phẩm gỗ ngày ưa chuộng vẻ đẹp sang trọng Các sản phẩm gỗ vô phong phú, đa dạng bàn ghế, giường gỗ, tủ gỗ, quà lưu niệm gỗ vô dễ thương Trước nhu cầu ngày lớn vậy, máy khắc gỗ đời tiết kiệm nhiều thời gian, công sức, giảm giá thành sản phẩm Những sản phẩm tạo đạt độ xác tin cậy cao, đa dạng mẫu mã, kích thước Vì vậy, việc chế tạo máy khắc gỗ vô cần thiết Một số sản phẩm gỗ: Chương 1: Tổng quan Hình 1.1.1.1 Quà lưu niệm từ gỗ Chương 1: Tổng quan Hình 1.1.1.2 Tượng gỗ 1.2 Tình hình máy khắc gỗ Hiện nay, trường có nhiều loại máy khắc gỗ, đa dạng mẫu mã, chủng loại, kích thước Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người ta chọn loại máy khắc gỗ cho phù hợp Chương 1: Tổng quan Hình 1.2.1.1 Máy khắc gỗ CNC ST1325B – MG Máy sử dụng để chế tạo biển hiệu, nhãn mác, mô hình điêu khắc, sản phẩm nghệ thuật từ gỗ  Một số đặc điểm tính máy : • Tốc độ làm việc cao Tốc độ di chuyển cao trục lên tới 30m/phút • Bàn điều chỉnh dao tự động • Được bố trí thiết bị hút bụi chân không chuyên nghiệp • Vận hành ổn định, độ xác cao, tiếng ồn nhỏ • Có thể việc tự động, suất cao • Hệ thống điều khiển công nghiệp chuyên nghiệp, với chức hoàn thiện, tính ổn định, tính tương thích phần mềm mạnh mẽ Chương 1: Tổng quan • Ngoài ra, thị trường có nhiều loại máy khắc laser  Máy khắc laser mini Neje Hình 1.2.1.2 Máy khắc laser mini Neje • Tính năng:  Khu vực làm việc: 38x38mm  Công suất laser: 2W  Độ xác cao ổn định  Có thể khắc vật liệu như: gỗ cứng, nhựa, tre, cao su, da, cắt giấy  Máy laser JL-K1390: 10 Chương 5: Thiết lập thông số điều khiển GRBL Controller phần mềm thiết kế để điều khiển máy CNC Nó có nhiệm vụ gửi G-Code tới máy, thiết lập thông số điều khiển Hình 5.2.2.1 Giao diện phần mềm GRBL Controller  Cài đặt thông số Để cài đặt thông số hoạt động cho máy, ta vào thẻ Advanced giao diện phần mềm GRBL Controller, chọn GRBL Settings cài đặt thông số cần thiết Chương 5: Thiết lập thông số điều khiển Hình 5.2.2.2 Cài đặt thông số phần mềm GRBL Controller  Ý nghĩa thông số: • $0, $1 and $2 – XYZ, steps/mm: số xung 1mm Đây thông số quan trọng nhất, định tới việc kích thước khắc có thiết kế trước hay không Để xác định thông số này, ta sử dụng công thức sau: Steps_mm = (steps_revolution*microsteps)/mm_rev Trong đó:  Steps_mm: số xung 1mm  steps_revolution: số bước động vòng quay 360 độ Ví dụ, với động góc bước 1.8 độ giá trị 360/1.8 = 200  microsteps: số vi bước, tùy theo chế độ (thường 1,2,4,8 16)  mm_rev: bước vít me Chương 5: Thiết lập thông số điều khiển Đối với máy khắc laser, cần quan tâm giá trị $0 $1 trục X trục Y • $8 – Acceleration, mm/sec2: thiết lập gia tốc di chuyển đầu khắc laser Nếu đặt giá trị gia tốc thấp, laser không tăng tới vận tốc cao Tuy nhiên để gia tốc cao, động bị mốt số bước hoạt động • $3 – Step pulse (us): thời gian xung cấp tới động bước, tính micro giây Mỗi động có đặc tính thông số thời gian kéo dài xung điện áp khác Quy tắc điều chỉnh giảm thời gian xung xuống thấp tốt miễn động chạy ổn định Giá trị mặc định 10 us • $6 – Step port invert mask: thiết lập đảo mức điện áp tín hiệu điều khiển động bước Chức sử dụng để đảo ngược mức tín hiệu (5V - 0V) tín hiệu điều khiển động Thông thường thiết lập không cần sử dụng tới trừ trường hợp với vài driver đặc biệt Chương 5: Thiết lập thông số điều khiển Hình 5.2.2.3 Thiết lập đảo mức điện áp tín hiệu điều khiển động • $7 – Step idle delay (ms): thời gian đợi để tắt động cơ, tính mili giây Sau động hoàn thành xong chuyển động dừng hẳn, mạch điều khiển tiếp tục cấp điện cho động thời gian ứng với giá trị $7 Nếu muốn để mạch điều khiển luôn cấp nguồn cho động (động chế độ cấp điện), đặt giá trị $7 = 255 • $9 – Junction deviation, mm: thiết lập giá trị gia tốc dao di chuyển qua điểm nối cạnh cần gia công Giá trị gia tốc cao, máy chạy nhanh khả xảy sai lệch kích thước lớn ngược lại • $13 - Report inches, bool: thiết lập thông báo trạng thái làm việc máy theo đơn vị Inch hay không Nếu $13 = 0, máy báo trạng thái làm việc theo đơn vị mm Nếu $13 = 0, máy báo trạng thái làm việc theo đơn vị inch • $16 - Hard limits, bool: thiết lập chức giới hạn hành trình Endstop Khi kích hoạt tính (bằng cách đặt giá trị $16 = 1), Chương 5: Thiết lập thông số điều khiển mạch điều khiển tự động dừng toàn máy có công tắc hành trình kích hoạt Trên thiết lập bản, số cài đặt khác chưa đề cập đến 5.3 Lưu đồ điều khiển Hình 5.3.1.1 Lưu đồ điều khiển máy khắc laser  Nguyên lý điều khiển • Mở chương trình GRBL Controller lên, load G-Code Khi load G-Code, hình ảnh hiển thị lên giao diện phần mềm Chương 5: Thiết lập thông số điều khiển Hình 5.3.1.2 Hình ảnh lên load G-Code • Sử dụng phím mũi tên để di chuyển đầu khắc tới vị trí mong muốn cài đặt làm gốc tọa độ Sau bấm vào Zero Position • Nhấn Begin để bắt đầu chạy máy • Máy chạy dòng code Mỗi dòng xuất xuống Board Arduino Uno R3 thông qua cáp USB • Board Arduino xử lý tín hiệu truyền lúc driver để điều khiển bàn máy module relay để bật tắt laser Chương 5: Thiết lập thông số điều khiển Hình 5.3.1.3 Giao diện phần mềm lúc máy chạy • Khi code truyền xuống tới dòng cuối cùng, máy chạy xong vị trí ban đầu dừng lại Chương 6: Tổng kết CHƯƠNG 6: TỔNG KẾT 6.1 Kết đạt Sau thời gian tìm hiểu tài liệu, với tham khảo số máy khắc laser mạng thực tế, em hoàn thành đề tài đạt số kết sau: • Chế tạo lắp ráp thành công máy khắc laser sử dụng cấu bàn máy 2D với kích thước 40x50x30 cm, khổ khắc tối đa 20x30 cm • Đấu nối hệ thống mạch điện, sử dụng phần mềm điều khiển chuyển động bàn máy hoạt động đầu khắc laser • Máy khắc gỗ, da  Một số sản phẩm: • Khắc chữ Chương 6: Tổng kết Hình 6.1.1.1 Khắc tên đề tài luận văn tốt nghiệp • Khắc logo Chương 6: Tổng kết Hình 6.1.1.2 Khắc logo gỗ • Ngoài ra, máy khắc vài hình ảnh đơn giản Hình 6.1.1.3 Khắc tranh ảnh đơn giản Chương 6: Tổng kết • Bên cạnh khắc lên vật liệu gỗ, máy khắc lên vài vật liệu khác da, nhựa cứng Hình 6.1.1.4 Khắc chữ lên da Chương 6: Tổng kết Hình 6.1.1.5 Khắc chữ lên ốp lưng điện thoại Ngoài ra, từ thực nghiệm, em thu số kết mối quan hệ tiêu cự thấy kính laser với khoảng cách từ đầu khắc tới bề mặt cần khắc Hình 6.1.1.6 Khoảng cách từ đầu laser tới bề mặt cần khắc Tiêu tự thấu kính đầu laser điều khiển núm vặn, từ điều chỉnh cường độ laser phù hợp với khoảng cách h Chương 6: Tổng kết Hình 6.1.1.7 Núm vặn điều chỉnh tiêu cự thấu kính đầu laser Vị trí ban đầu cài đặt vị trí đầu laser cách bề mặt cần khắc h = 7.5 cm Tính từ vị trí đó, xoay nụm vặn góc có giá trị h tương ứng để laser đốt cháy vật liệu Bảng 6.1 Khoảng cách từ đầu laser tới bề mặt khắc xác định thực nghiệm Góc α Khoảng cách h tương ứng (cm) Gỗ thông Da 0o 6,3 – 7,5 5,7 – 7,8 45o 6,1 – 7,5 6,2 – 7,8 90o 5,7 – 7,5 4,9 – 7,8 Chương 6: Tổng kết 6.2 135o 5,6 – 7,3 4,6 – 7,8 180o 5,3 – 4,4 – 7,8 225o 5,1 – 6,8 – 7,2 270o 4,7 – 6,2 3,8 – 6,7 315o – 5,8 3,5 – 6,6 360o 3,6 – 5,3 3,3 – Hạn chế • Do kinh nghiệm việc gia công khí, mà mô hình máy cắt – khắc CNC lại có chi tiết đòi hỏi độ xác cao đặc biệt cấu vitme – đai ốc Do mô hình chế tạo dừng lại độ xác tương đối • Mô hình khắc dạng logo, chữ, đường viền Chưa khắc dạng tranh ảnh phức tạp, chân dung 6.3 Hướng phát triển đề tài • Nâng công suất laser để khắc nhiều vật liệu khác • Nghiên cứu thêm ứng dụng xử lý ảnh, sử dụng driver điều khiển cường độ laser để khắc dạng tranh ảnh, chân dung Từ ứng dụng máy vào việc khắc móc khóa gỗ, quà lưu niệm… • Phát triển thêm trục Z, thay đầu laser spindle để nâng cấp thành máy khoan, máy phay mini Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Lộc (2013) Cơ sở thiết kế máy Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh [2] Ninh Đức Tốn (2012) Dung sai lắp ghép Nhà xuất Giáo dục Việt Nam [3] Lê Khánh Điền (2007) Vẽ kỹ thuật khí Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh [4] HB Stepper motor catalogue [5] TBI Ball screw catalogue [6] TB6560AHQ/AFG datasheet [7] LM7805 datasheet [8] Hồ Quang Nghi (2016) Thiết kế, điều khiển máy khắc gỗ Luận văn Đại học, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM ... động máy khắc gỗ • Thiết kế máy khắc gỗ • Thiết kế mạch điều khiển chương trình điều khiển • Xây dựng mô hình 1.3.2 Phạm vi đề tài • Khổ khắc: 40 x 40 cm 12 Chương 1: Tổng quan • Vật liệu khắc: gỗ. .. tài trình bày trình tìm hiểu, thiết kế điều khiển máy khắc gỗ laser dạng bàn máy 2D, khắc chữ, logo lên gỗ số vật liệu khác Máy khắc ứng dụng vào thực tế với việc khắc móc khóa, quà lưu niệm…... nóng để khắc lên gỗ Chương 2: Phương án thiết kế Hình 2.1.2.1 Khắc gỗ bút lửa Về phương pháp đơn giản, so với loại máy khắc gỗ khác chi phí đầu tư cho phương pháp thấp hơn, dụng cụ tự chế tạo Tuy