Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy laser CNC khắc tranh nghệ thuật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN XUÂN ĐẠO NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY LASER CNC KHẮC TRANH NGHỆ THUẬT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN ĐẠO NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY LASER CNC KHẮC TRANH NGHỆ THUẬT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN CHÍ HƯNG Hà Nội - 2019 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Nguyễn Xuân Đạo Đề tài luận văn: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy laser CNC khắc tranh nghệ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số SV: CB160077 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 05/10/2019 với nội dung sau: - Bổ sung vẽ thiết kế, chế tạo - Chỉnh sửa bố cục thuyết minh - Bổ sung điểm mới, đánh giá sai số phương pháp khắc phục Hà Nội, Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm 2019 Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG SĐH.QT9.BM11 Ban hành lần ngày 11/11/2014 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng tơi hồn thành hướng dẫn bảo tận tình thầy TS.Nguyễn Chí Hưng Các liệu sử dụng luận văn có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận văn tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Các kết chưa công bố nghiên cứu khác, trừ phần tham khảo ghi rõ luận văn Học viên Nguyễn Xuân Đạo Nguyễn Xuân Đạo Trang 2019 LỜI CẢM ƠN Tơi xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn đến thầy Tiến sĩ Nguyễn Chí Hưng hết lịng giúp đỡ tạo điều kiện tốt để hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu, trao đổi vấn đề khoa học cịn vướng mắc Tơi xin gửi lời cảm ơn đến thủ trưởng, đồng nghiệp Trung tâm thiết kế khí – Cơng ty TNHH MTV thơng tin M1 tận tình giúp đỡ, động viên tơi q trình học tập, nghiên cứu khoa học Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến người thân gia đình, anh chị bạn bè giúp đỡ tơi hồn thành tốt khóa học Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2019 Nguyễn Xuân Đạo Nguyễn Xuân Đạo Trang 2019 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN Danh mục từ viết tắt Danh mục hình ảnh, hình vẽ Danh mục bảng biểu LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA CÔNG LASER CNC .11 1.1 Lịch sử phát triển máy gia công laser CNC 11 1.2 Đặc điểm cấu trúc máy laser CNC .14 1.2.1 Thân máy 14 1.2.2 Hệ thống dẫn hướng máy .14 1.2.3 Hệ thống dẫn động trục 16 1.2.3.1 Hệ dẫn động vít me – đai ốc 16 1.2.3.2 Hệ dẫn động vít me – đai ốc bi .17 1.2.3.3 Hệ dẫn động - bánh 18 1.2.3.4 Hệ dẫn động đai .19 1.2.4 Đầu phóng laser 20 1.3 Hệ thống truyền động điện điều khiển máy laser CNC 23 1.3.1 Động truyền động cho máy laser CNC 23 1.3.1.1 Động bước 23 1.3.1.2 Động servo .26 1.3.2 Hệ thống điều khiển máy laser CNC 28 Kết luận chương 30 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, LỰA CHỌN LINH KIỆN CHO MÁY KHẮC LASER CNC .31 2.1 Tính tốn lựa chọn linh kiện khí máy khắc laser CNC 31 2.1.1 Lựa chọn cụm chi tiết dẫn hướng trục 32 2.1.2 Tính tốn lựa chọn cụm dẫn động trục 34 2.1.2.1 Tính tốn lựa chọn trục vít me – đai ốc dẫn động trục X .34 Nguyễn Xn Đạo Trang 2019 2.1.2.2 Tính tốn lựa chọn trục vít me – đai ốc dẫn động trục Y .39 2.2 Lựa chọn động truyền động cho trục .43 2.3 Lựa chọn đầu phát laser 49 2.4 Bộ điều khiển máy khắc laser CNC 51 Kết luận chương 55 CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT KỸ THUẬT CHO MÁY KHẮC LASER CNC 56 3.1 Cài đặt phần mềm GRBL vào board arduino nano .56 3.1.1 Sử dụng IDE arduino để nạp phần mềm GRBL 56 3.1.2 Sử dụng phần mềm nạp file hex để nạp phần mềm GRBL 57 3.2 Kết nối board arduino nano với phần tử điện .58 3.3 Cài đặt thông số cho máy vào phần mềm GRBL 62 Kết luận chương 70 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LaserGRBL 71 4.1 Sử dụng phần mềm LaserGRBL để khắc ảnh nghệ thuật 71 4.2 Khắc (cắt) xác kích thước biên dạng cho trước 78 Kết luận chương 81 KẾT LUẬN ĐỀ TÀI VÀ KIẾN NGHỊ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN .82 TÀI LIỆU THAM KHẢO .84 PHỤ LỤC 85 Nguyễn Xuân Đạo Trang 2019 Danh mục từ viết tắt CNC – Computer Numerical Control HB – Hardness Brinell IC – Intergrated Circuit IDE – Intergrated Development Environment LASER – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation MIT – Massachusetts Institute of Technology NC – Numerical Control PWM – Pulse Width Modulation Nguyễn Xuân Đạo Trang 2019 Danh mục hình ảnh, hình vẽ Hình 1.1: Một máy CNC laser fiber công nghiệp 12 Hình 1.2: Máy CNC laser CO2 .13 Hình 1.3: Máy CNC laser YAG 13 Hình 1.4: Máy laser CNC cắt giấy nghệ thuật 14 Hình 1.5: Hệ thống ray trượt trịn trượt .15 Hình 1.6: Con trượt có bi thép lăn bên 16 Hình 1.7: Trục vít me đai ốc .17 Hình 1.8: Vít me – đai ốc bi 18 Hình 1.9: Bộ truyền bánh – 19 Hình 1.10: Bộ truyền đai .20 Hình 1.11: Nguyên lý cấu tạo chung nguồn phát laser 21 Hình 1.12: Động bước 24 Hình 1.13: Sơ đồ kết nối để động bước hoạt động 25 Hình 1.14: Driver động bước L298 25 Hình 1.15: Driver động bước A4988 26 Hình 1.16: Sơ đồ kết nối động servo 27 Hình 1.17: Servo cơng nghiệp driver 28 Hình 1.18: Bộ điều khiển máy laser CO2 CNC 28 Hình 2.1: Sơ đồ động học máy khắc laser CNC 32 Hình 2.2: Kết cấu trục X máy khắc laser CNC .33 Hình 2.3: Con trượt đai ốc lắp bích gá đầu phát laser .34 Hình 2.4: Thơng số kích thước đai ốc T8 38 Hình 2.5: Cụm gá trục X .40 Hình 2.6: Kết cấu dẫn động trục Y 41 Hình 2.7: Các kích thước động bước Nema 17 (L34) .45 Hình 2.8: Khớp nối trục vít me với trục động bước 45 Hình 2.9: Module TB6560 46 Hình 2.10: Sơ đồ kết nối module TB6560 47 Hình 2.11: Đầu phát diode laser 500mW 50 Hình 2.12: Mạch công suất đầu phát laser .50 Hình 2.13: Sơ đồ kết nối điều khiển phần tử điện 53 Hình 2.14: Board điều khiển phần tử điện lắp ráp máy 54 Hình 2.15: Máy lắp ráp hoàn chỉnh 54 Hình 3.1: Nạp chương trình GRBL IDE arduino 57 Hình 3.2: Nạp chương trình GRBL Xloader 58 Nguyễn Xuân Đạo Trang 2019 Hình 3.3: Sơ đồ kết nối chân điều khiển từ board arduino nano 58 Hình 3.4: Kết nối cơng tắc hành trình chế độ thường mở .60 Hình 3.5: Kết nối cơng tắc hành trình chế độ thường đóng 61 Hình 3.6: Kết nối cơng tắc hành trình sử dụng phương pháp giới hạn mềm 62 Hình 3.7: Giao diện phần mềm LaserGRBL 63 Hình 3.8: Cửa sổ cài đặt thông số máy vào GRBL 63 Hình 4.1: Cửa sổ cài đặt chế độ gia công 71 Hình 4.2: Các thơng số khắc 73 Hình 4.3: Giao diện phần mềm LaserGRBL sau cài đặt thông số khắc 75 Hình 4.4: Theo dõi trình hoạt động máy phần mềm 76 Hình 4.5: Hình khắc sau hồn thành .76 Hình 4.6: Tấm bích cần cắt 79 Hình 4.7: Đặt tọa độ gốc hình cần cắt .79 Hình 4.8: Mặt bích sau cắt mơ máy 80 Nguyễn Xuân Đạo Trang ... lên máy laser CNC thiết kế chế tạo đảm bảo tốt yêu cầu đặt thực đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy laser CNC cỡ nhỏ khắc tranh hình thiết kế trước - Nghiên cứu. .. phương án thiết kế chế tạo mẫu máy khắc laser CNC cỡ nhỏ khắc hình, tranh nghệ thuật, phục vụ nghiên cứu đào tạo Nghiên cứu ứng dụng phầm mềm CAM phần mềm điều khiển phục vụ cho máy khắc laser CNC, ... ? ?Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy laser CNC khắc tranh nghệ thuật? ?? Mục đích đề tài đưa kiến thức tổng quát máy gia công laser CNC (đặc điểm, cấu tạo, công dụng cách sử dụng máy? ??) Tiếp nghiên cứu phương