Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy cắt plasma

MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP CẮT PLASMA 11 1.1 Các phƣơng pháp cắt sử dụng nhiệt .11 1.1.1 Cắt khí cháy 11 1.1.2 Cắt dòng Plasma 13 1.2 Ứng dụng cắt Plasma .14 1.2.1 Cắt Plasma máy cắt tay 14 1.2.2 Cắt Plasma máy cắt CNC 15 1.2.3 Cắt Plasma Robot 15 1.3 Tình hình nghiên cứu chế tạo máy cắt Plasma 15 1.3.1 Trên giới 16 1.3.2 Ở Việt Nam 18 1.3.3 Khó khăn chế tạo Việt Nam 20 CHƢƠNG 2: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ MÁY CNC 23 2.1 Kỹ thuật điều khiển số .23 2.1.1 Khái niệm điều khiển số 23 2.1.2 Khái niệm hệ thống điều khiển số 23 2.1.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển số 25 2.1.4 Ưu nhược điểm hệ thống điều khiển số 26 2.2 Máy cắt điều khiển số 26 2.2.1 Khái niệm máy cắt điều khiển số 26 2.2.2 Lịch sử phát triển máy cắt điều khiển số 27 2.2.3 Định nghĩa máy trục máy .29 2.2.4 Phần mềm sử dụng để điều khiển máy cắt 29 Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ CHƢƠNG 3: PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN MACH3 33 3.1 Giới thiệu phần mềm điều khiển Mach3 33 3.2 Giao diện phần mềm Mach3 .34 3.3 Tính phần mềm Mach3 35 3.4 Thiết lập thông số điều khiển phần mềm Mach3 35 Bước 1: Thiết lập chân vào 35 Bước 2: Xác lập đơn vị đo 39 Bước 3: Xác lập thông số cho trục 40 Bước 4: Test chạy máy .42 3.5 Giao diện Mach3 .44 3.6 Chạy file G- code có sẵn 45 3.7 Ứng dụng phần mềm LAZY CAM tạo file G- Code .46 3.7.1 Phần mềm LAZY CAM 46 3.7.2 Cách cài đặt sử dụng 47 3.7.3 Ứng dụng Lazy Cam tạo file G- Code 51 3.7.4 Chuyển đổi file ảnh sang file đuôi dxf .52 CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT PLASMA .54 4.1 Lựa chọn mô hình máy 54 4.1.1 Mô hình dạng cầu trục 54 4.1.2 Mô hình dạng cầu trục lệch 54 4.1.3 Mô hình dạng rùa cắt 55 4.1.4 Mô hình dạng xe tự hành 56 4.1.5 Mô hình dạng hình hộp .57 4.2 Phƣơng án thiết kế chế tạo 57 4.2.1 Liên kết vít me động khớp mềm 58 4.2.2 Cơ cấu truyền vít me đai ốc .59 4.2.3 Tính toán kiểm nghiệm truyền vít me 59 4.2.4 Mạch điều khiển 62 Nguyễn Đình Ảnh Đại học bách khoa Hà Nội 4.2.5 Luận văn thạc sĩ Nguồn cắt plasma A-70 67 CHƢƠNG 5: LẮP RÁP HIỆU CHỈNH VÀ CHẠY THỬ MÁY CẮT PLASMA 73 5.1 Lắp ráp máy 73 5.2 Hiệu chỉnh máy 76 CHƢƠNG 6: CHẠY THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .77 6.1 Chạy thử máy 77 6.2 Thực nghiệm 77 6.2.1 Trang thiết bị thực nghiệm 77 6.2.2 Số liệu thực nghiệm .77 6.2.3 Đánh giá kết thực nghiệm 81 6.3 Bảng lựa chọn chế độ cắt gia công nguồn plasma A- 70 81 6.4 Các cố thƣờng xả cắt, nguyên nhân biện pháp khắc phục 83 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 Nguyễn Đình Ảnh Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 – Các phƣơng pháp cắt kim loại nhiệt Hình 1.2 – Sơ đồ cắt khí Hình 1.3 - Máy cắt Plasma loại nhỏ Hình1.4 – Máy cắt Plasma CNC loại lớn Hình 1.5 – Robot trang bị đầu cắt Plasma CNC Hình 1.6 – Máy cắt plasma dạng đề cỡ trung bình Hình 1.7 – Máy cắt plasma cỡ lớn với hành trình cắt 2.5 x 5m Hình 1.8 – Máy cắt trục XF-3 dạng xách tay Hình 1.9 – Máy ACTECH dạng xách tay Hình 1.10 – Máy cắt trục Viên máy dụng cụ công nghiệp Hình 1.11 – Máy cắt công ty AN HÒA Hình 2.1 - Hệ thống điều khiển số vòng hở Hình 2.2 - Hệ thống điều khiển số vòng kín Hình 2.3 - Cấu trúc hệ thống điều khiển số Hình 2.4 - Mối liên hệ PMC với cụm CNC máy Hình 2.5 - Cấu trúc Post processor Hình 3.1 – Giao diện phần mềm Mach3 Nguyễn Đình Ảnh Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Hình 3.2 - Bảng lựa chọn chế độ config phần mềm Hình 3.3 - Bảng lựa chọn chế độ Port and Pin phần mềm Hình 3.4 - Bảng lựa chọn đầu động phần mềm Hình 3.5 - Bảng lựa chọn chế độ làm mát phần mềm Hình 3.6 - Bảng lựa chọn đơn vị đo phần mềm Hình 3.7 - Bảng điều khiển tham số động trục Hình 3.8 - Bảng điều khiển phần mềm Hình 3.9 – Giao diện phần mềm Lazy Cam Hình 3.10- Giao diện điều khiển phần mềm Lazy Cam Hình 3.11 – Giao diện phần mềm Algolab PtVector Hình 4.1 – Máy cắt Plasm ma dạng cầu trục Hình 4.2 – Máy cắt plasma dạng cầu trục lệch Hình 4.3 – Máy cắt plasma dạng rùa cắt Hình 4.4 – Máy cắt dạng xe tự hành Hình 4.5 – Máy cắt dạng hình hộp Hình 4.6 - Trục vít me bi Hình 4.7- Liên kết vít me động Hình 4.8 – Cơ cấu truyền vít me đai ốc Nguyễn Đình Ảnh Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Hình 4.9 – Sơ đồ kết nối điều khiển Hình 4.10 – Mô hình sơ đồ vị trí mô đun điều khiển Hình 4.11 – Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn điều khiển Hình 4.12 – Sơ đồ nguyên lý điều khiển trung tâm Hình 4.13 – Sơ đồ nguyên lý mạch công suất Hình 4.14 – Sơ đồ nguyên lý mạch cách ly tín hiệu Hình 4.15 – Sơ đồ kết nối mạch AKZ250 Hình 4.16 – Nguồn cắt Plasma A-70 Hình 4.17 – Sơ đồ lắp đặt nguồn Plasma Hình 4.18 – Sơ đồ đấu kết nối nguồn Plasma Hình 5.1 – Lăp ráp đế máy Hình 5.2 – Lắp ráp băng trƣợt vít me trục Y lắp vào đế máy Hình 5.3 – Lắp ráp thân máy Hình 5.4 - Lắp ráp băng trƣợt vít me trục X vào thân máy Hình 5.5 - Lắp ráp cụm dẫn hƣớng trục Z Hình 5.6 - Lắp ráp động vào trục Hình 6.1 - Biều đồ tính toán lý thuyết Hình 6.2 - Biểu đồ thực nghiệm Nguyễn Đình Ảnh Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Hình 6.3 – Khả cắt nguồn plasma Hình 6.4 - Biểu đồ tốc độ cắt nguồn plasma Nguyễn Đình Ảnh Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ LỜI CAM ĐOAN Tên Nguyễn Đình Ảnh, học viên lớp cao học 11BCĐT.KT Sau năm học tập, nghiên cứu Trƣờng Đại học Bách khoa Hà nội, đƣợc hƣớng dẫn giúp đỡ thầy cô giáo, đặc biệt giúp đỡ giáo viên hƣớng dẫn tốt nghiệp TS Nguyễn Chí Hƣng, đến cuối chặng đƣờng để kết thúc khóa học Với đề tài Luận văn tốt nghiệp là: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy cắt Plasma” Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu cá nhân dƣới hƣớng dẫn TS Nguyễn Chí Hƣng tham khảo tài liệu đƣợc liệt kê, không chép công trình cá nhân khác dƣới hình thức Nếu có xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Ngƣời cam đoan Nguyễn Đình Ảnh Nguyễn Đình Ảnh Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ gia công cắt sử dụng nguồn plasma ngày trở lên phổ biến, thị trƣờng có nhiều chủng loại máy đƣợc nhập với tính giá thành khác Tuy nhiên nhƣợc điểm trình cắt plasma tay ảnh hƣởng tới sức khỏe: tiếp xúc với môi trƣờng bị ô nhiễm (khói độc, xạ hồ quang, xạ điện từ,…) nguy hiểm cho mắt, da, phổi…tai nạn kim loại nóng chảy văng ra, … lý ta nên tự động hóa trình máy cắt Plasma bậc tự dạng đề Từ lý với kiến thức đƣợc học tập nghiên cứu Trƣờng ĐHBK Hà nội, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy cắt Plasma” với mục tiêu đề là: plasma trục thiết bị , sử dụng thuận tiện linh hoạt di chuyển phạm vi công việc - Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy cắt Plasma” Ngoài việc thiết kế chế tạo hoàn chỉnh máy cắt Plasma thông thƣờng tác giả thêm cải tiến việc sử dụng công cụ phần mềm nhằm điều khiển máy cắt Plasma, với cải tiến máy cắt Plasma tăng đƣợc độ xác gia công giảm đáng kể thao tác ngƣời điều khiển Máy cắt đọc đƣợc tệp có đuôi dxf, bmp, jpg hph1, từ tự động tạo mã lệnh gia công G-code, sau máy tính đƣa tín hiệu điều khiển cho máy thông qua đệm cổng LPT Nghiên cứu chứng tỏ máy cắt plasma gia công đƣợc nhiều loại vật liệu … Trong phạm vi nghiên cứu này, tác giả tiến hành thiết kế chế tạo máy cắt Plasma điều khiển phần mềm MACH3 Dựa sở lý thuyết đƣợc nghiên cứu nhƣ tiến hành khảo sát từ thực tế nhà máy, xí nghiệp từ Nguyễn Đình Ảnh Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ tiến hành thu thập số liệu nhu cầu máy cắt Plasma Tác giả đƣa mô hình thiết kế cho máy cắt Plasma với hành trình cắt trục 1200x1000 mm2 ứng dụng chủ yếu xƣởng sản xuất, phân xƣởng có nhu cầu sử dụng máy cắt phôi thép nhỏ có độ dày từ 0.5 mm đến mm Luận văn đƣợc trình bày 89 trang chƣơng - Chƣơng 1: Tổng quan phƣơng pháp cắt Plasma - Chƣơng 2: Kỹ thuật điều khiển số máy CNC - Chƣơng 3: Phần mềm điều khiển Mach3 - Chƣơng 4: Tính toán, thiết kế chế tạo máy cắt Plasma - Chƣơng 5: Lắp ráp hiệu chỉnh - Chƣơng 6: Chạy thử đánh giá kết thực nghiệm Nguyễn Đình Ảnh 10 Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Hình 5.4 - Lắp ráp băng trƣợt vít me trục X vào thân máy Lắp cụm dẫn hƣớng trục Z Hình 5.5 - Lắp ráp cụm dẫn hƣớng trục Z Nguyễn Đình Ảnh 75 Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Lắp động trục X, Y khớp mềm Hình 5.6 - Lắp ráp động vào trục 5.2 Hiệu chỉnh máy Hiệu chỉnh máy khâu quan trọng định độ xác tƣơng đối máy Vậy song song với trình lắp ráp tiến hành hiệu chỉnh máy đồng hồ lò xo để đảm bảo độ song song vuông góc trục X, Y Z Nguyễn Đình Ảnh 76 Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ CHƢƠNG 6: CHẠY THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Chạy thử máy 6.1 Chạy thử nhằm kiểm tra kết cấu máy có đảm bảo bền cứng vững nhƣ tính toán lý thuyết hay chƣa Từ đƣa thay đổi kết cấu cho phù hợp với điều kiện gia công thực tế Thực nghiệm 6.2 6.2.1 Trang thiết bị thực nghiệm Để thực đƣợc thực nghiệm cần có thiết bị phục vụ cho việc thực nghiệm : - Cần có bảng thông số thực nghiệm - Thiết bị đo kiểm tra lƣợng dịch chuyển cấu s = 0.025mm Ta cần chuẩn bị thƣớc cặp điện tử có độ xác 0.001mm - Bàn gá đầu thƣớc cấu - Gá đầu thƣớc cấu - Cơ cấu dịch chuyển nhỏ chế tạo - Một bàn để thiết bị cấu - Máy tính để bàn - Sổ ghi thông số thực tế Các thiết bị tối thiểu đáp ứng đƣợc nhƣ cầu thực nghiệm 6.2.2 Số liệu thực nghiệm Bảng 1: Bảng thông số thực nghiệm 5-100 xung Số liệu tính toán Số liệu đầu vào STT Số liệu dịch Số liệu thực nghiệm Số chuyển:Stt Stn xung (đc: 1.80, S = 5mm) 0.125 Nguyễn Đình Ảnh 0.123 Đánh giáΔx=%của 0.025(mm) 1.6 77 Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ 10 0.250 0.249 0.8 15 0.375 0.374 0.8 20 0.500 0.498 1.6 25 0.625 0.625 30 0.750 0.749 0.8 35 0.875 0.874 0.8 40 1.000 45 1.125 1.125 10 50 1.250 1.249 0.8 11 55 1.375 1.375 12 60 1.500 1.5 13 65 1.625 1.624 0.8 14 70 1.750 1.75 15 75 1.875 1.875 16 80 2.000 1.998 1.6 17 85 2.125 2.124 0.8 18 90 2.250 2.25 19 95 2.375 2.375 20 100 2.500 2.5 Bảng 2: Bảng thông số thực nghiệm 100 - 4000 xung Số liệu tính toán Số liệu đầu chuyển:Stt vào STT Số liệu dịch Số xung 100 Nguyễn Đình Ảnh (đc: 1.80, S = Số liệu thực nghiệm Stn Đánh giáΔx=%của 0.025(mm 5mm) 2.500 2.500 78 Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ 150 3.750 3.748 1.6 200 5.000 4.991 1.6 300 7.500 7.500 400 10.625 10.624 0.8 500 12.500 12.502 -1.6 1000 25.000 24.997 2.4 2000 50.000 49.998 1.6 3000 75.000 75.000 10 4000 100.000 99.997 2.4 S(mm) 2.500 2.375 2.250 2.125 2.000 1.875 1.750 1.625 1.500 1.375 1.250 1.125 1.000 0.875 0.750 0.625 0.500 0.375 0.250 0.125 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 X(xung) Hình 6.1 - Biều đồ tính toán lý thuyết Nguyễn Đình Ảnh 79 Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ S(mm) 2.500 2.375 2.250 2.125 2.000 1.875 1.750 1.625 1.500 1.375 1.250 1.125 1.000 0.875 0.750 0.625 0.500 0.375 0.250 0.125 2.500 2.375 2.250 2.124 1.998 2.875 1.750 1.624 1.50 1.375 1.249 1.125 1.000 0.875 0.749 0.625 0.498 0.374 0.249 0.123 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 X(xung) Hình 6.2 - Biểu đồ thực nghiệm Thông qua bảng thống kê ta nhận thấy sai số thực đo so với kích thƣớc tính toán không phụ thuộc vào chiều dài kích thƣớc mà ảnh hƣởng lƣợng nhỏ khởi động máy có độ dơ ban đầu đai ốc vít me lần lấy kích thƣớc ta kết luận: Sai số tích lũy lƣợng dịch chuyển đai ốc vít me đƣợc coi không đáng kể so với độ xác thiết bị % Sai số thiết bị dịch chuyển xung thí nghiệm đƣợc tính nhƣ sau: x Stt Stn x100(%) x0.025 Sai số thiết bị dịch chuyển nhỏ đƣợc tính theo công thức: Nguyễn Đình Ảnh 80 Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ s x.0.025 (mm) 100 Ta thay thông số vào công thức tính Δs có Δxmax = 2.4% Sai số thiết bị dịch chuyển Δsmax đƣợc tính nhƣ sau: smax 2.4 x0.025 100 0.0006(mm) 6.2.3 Đánh giá kết thực nghiệm  Từ thông số ta khẳng định đƣợc cấu dịch chuyển nhỏ đƣợc chế tạo đảm bảo đƣợc thông số kỹ thuật có tính khả thi cao  Với lƣợng dịch chuyển hoàn toàn chế tạo đƣợc thiết bị xác khoảng 0.5 -0.001mm với sai số 0.6 phần nghìn  Vậy với kết đánh giá ta áp dụng vào thiết bị đo lƣờng xác số thiết bị khác nhằm nâng cao đƣợc độ xác 6.3 Bảng lựa chọn chế độ cắt gia công nguồn plasma A-70 Để trình cắt đƣợc thuận lợi, đảm bảo chất lƣợng cắt cần phải xác định chế độ cắt phù hợp với vật liệu cắt chiều dày cắt  Khả cắt Hình 6.3 – Khả cắt nguồn plasma Nguyễn Đình Ảnh 81 Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ  Tốc độ cắt Hình 6.4 - Biểu đồ tốc độ cắt nguồn plasma Giá trị tốc độ cắt biểu đồ tốc độ cắt giới hạn, thực tế ta chọn tốc độ cắt khoảng 60% đến 80% giá trị tốc độ cắt biểu đồ  Chế độ cắt tự động Núm điều chỉnh Tốc độ Kiểu bép Chiều cao chế độ cắt cắt cắt bép cắt 3.2 6-9 600-1200 S 4.5 600-1200 S 12 600-1200 H 12 500-1000 H 12 >16 400-800 H 2-3 16 >16 300-500 H 3-4 25 >16 150-250 H 3-4 Vật liệu Chiều dày Thép bon thép không gỉ Nguyễn Đình Ảnh 82 Đại học bách khoa Hà Nội Nhôm Đồng Luận văn thạc sĩ 35 >16 16 600-1200 H 2-3 20 >16 300-500 H 3-4 25 >16 16 600-1000 H >16 300-400 H 2-3 12 >16 12 mm Dùng cho cắt thủ công với chiều dày cắt