Có nhiều phần mềm tiện ích giúp ngƣời sử dụng chuyển từ một file ảnh nghệ thuật bất kỳ với các đuôi thông dụng nhƣ: JPG, BMP, PNG.. sang đuôi DXF mà từ đó phần mềm LazyCam có thể dễ dàng nhận diện và chuyển sang G-code. Các phần mềm này có thể là miễn phí hoặc có phí. Một trong các phần mềm đó là phần mềm có phí của hãng Algolab tên là Algolab PtVector. Phần mềm này giúp ngƣời dùng dễ dàng chuyển từ một bức tranh bất kỳ thành một file có đuôi dxf.
Gồm :
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 53
Bước 2: Import bức tranh vào phần mềm Algolab PtVector sau đó chọn “save as” và chọn đuôi *.dxf.
Hình 3.11 – Giao diện phần mềm Algolab PtVector
Bước 3: Tới đây, người dùng đã có một file dxf có thể đọc được bằng phần mềm AutoCad. Chúng ta cần phải chỉnh sửa lại bản vẽ bằng cách bỏ các đường không cần thiết. Lưu ý thêm khi “import” bản vẽ vào phần mềm LazyCam, ta phải chọn các đường contour theo thứ tự cắt trước sau để tạo ra được một sản phẩm hoàn chỉnh.
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 54
CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT PLASMA 4.1.Lựa chọn mô hình máy
4.1.1. Mô hình dạng cầu trục
Hình 4.1 – Máy cắt Plasm ma dạng cầu trục
Đây là dạng kết cấu có độ cứng vững rất cao, chắc chắn, có thể gắn đƣợc nhiều loại đầu cắt, cắt đƣợc tấm thép có kích thƣớc lớn.Tuy nhiên nhƣợc điểm của kiểu máy này là khó chế tạo, kích thƣớc máy lớn, kéo theo giá thành cao và khó di chuyển trong phạm vi thi công. khi cắt phải di chuyển tấm phôi đến vị trí đặt máy. Chính vì vậy, việc lựa chọn kết cấu máy nhƣ vậy sẽ không phù hợp với một số doanh nghiệp vừa và nhỏ.
4.1.2. Mô hình dạng cầu trục lệch
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 55
Kết cấu máy dạng cầu trục với đầu cắt lệch về một phía, hình 2.2, đây là dạng máy có độ cứng vững tƣơng đối kém, kích thƣớc máy nhỏ gọn, tuy nhiên nó có nhƣợc điểm là máy không di chuyển đƣợc đến nơi cần cắt, khổ cắt nhỏ và tỉ lệ giữa diện tích phần chân đế với diện tích cắt đƣợc không đáng kể.
4.1.3. Mô hình dạng rùa cắt
Hình 4.3 – Máy cắt plasma dạng rùa cắt
Kết cấu máy dạng rùa cắt thép tấm, đây là kiểu máy có ƣu điểm nhỏ, gọn, có thể di chuyển một cách dễ dàng, dễ chế tạo theo điều kiện sản xuất của đa số các phân xƣởng cơ khí hiện nay. Nó có nhƣợc điểm là độ cứng vững hơi kém. Tốc độ hạn chế và thiết kế cơ khí chính xác rất khó. Một khuyết diểm nữa đáng kể của kết cấu máy dạng này là khả năng kéo dài đƣờng cắt theo trục Y làm cho độ chính xác giảm. Không có khả năng xử lí biên dạng cắt nhƣ mong muốn.
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 56
4.1.4. Mô hình dạng xe tự hành
Hình 4.4 – Máy cắt dạng xe tự hành
Kết cấu máy dạng khung cầu trục, đây là dạng máy có độ cứng vững rất cao, kết cấu chắc chắn, nhỏ ,gọn, tháo lắp dễ dàng có thể gắn đƣợc nhiều loại đầu cắt (phay, khoan, hàn …) cắt đƣợc tấm thép có kích thƣớc lớn( không giới hạn). Do khoảng trống giữa máy .Kích thƣớc máy nhỏ, khi cắt không phải di chuyển tấm phôi đến vị trí đặt máy. Chính vì vậy, việc lựa chọn kết cấu máy nhƣ vậy sẽ làm giảm giá thành và đặc biệt là thỏa mãn đƣợc yêu cầu về việc có thể di chuyển máy một cách dễ dàng trong phạm vi thi công và ngoài công xƣởng. Thiết kế thêm trục Z để có thể cắt đƣợc tấm cong bất kì.
Nhƣợc điểm là tốn kinh phí thêm 1 động cơ và trục vít me – đai ốc , truyền động bằng bánh đai, không thích hợp cho gia công những chi tiết yêu cầu độ chính xác cao.
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 57
4.1.5. Mô hình dạng hình hộp
Hình 4.5 – Máy cắt dạng hình hộp
Kết cấu chắc chắn, đơn giản, chỉ gồm 3 động cơ và 3 trục vít me truyền động, có độ chính xác cao, điều khiển đƣợc trục Z có thể cắt đƣợc tấm cong.
Bị hạn chế về khổ cắt (Phạm vi cắt chỉ trong khu vực lồng máy, nhƣng có thể tăng kích thƣớc lồng máy phù hợp với nhu cầu sử dụng của công ty), trục vitme theo chiều Y không đƣợc bảo vệ, xỉ cắt bám vào làm hỏng trục.
4.2.Phƣơng án thiết kế và chế tạo
Sử dụng động cơ bƣớc có thể thực hiện quay một vòng tròn 3600 nhờ các tín hiệu xung nhận đƣợc thông qua mạch điều khiển, với động cơ bƣớc có các loại 0.720
, 1.80 . Tức là khi động cơ nhận đƣợc một tín hiệu xung thì động cơ quay đi một góc là 0.720, 1.80 do vậy để thực hiện đƣợc hết một vòng tròn vít me đi 0.5 mm cần có 500 xung hoặc 200 xung, nên ta chia đƣờng tròn đó thành:
- 200 xung thì ta đƣợc lƣợng dịch của trục vít là 0.5 0.0025 200 x mm - 500 xung thì ta đƣợc lƣợng dịch của trục vít là 0.5 0.001 500 x mm
Vậy ta thực hiện chế tạo cơ cấu dịch chuyển nhỏ theo nguyên lý của panme gồm có hai phần đó là:
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 58
- Cơ cấu cơ khí ta chọn vít me- đai ốc có bƣớc ren S = 0.5mm
- Bộ phận vi tinh chỉnh ta sƣ dụng bằng bộ vi điều khiển với động cơ bƣớc có góc quay là 0.720.
Hình 4.6 - Trục vít me bi
4.2.1. Liên kết giữa vít me và động cơ bằng một khớp mềm
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 59
4.2.2. Cơ cấu bộ truyền vít me đai ốc
Hình 4.8 – Cơ cấu bộ truyền vít me đai ốc
4.2.3. Tính toán kiểm nghiệm bộ truyền vít me
Thay vì chúng ta kiểm nghiệm tất cả hai trục X, Y ta chỉ kiểm nghiệm bền cho trục X. Vì trục X chịu tác dụng lực là lớn hơn trục Y.
Kiểm nghiệm bền cho trục X
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 60 qa = . . b2 b a d Z F (MPa) Trong đó: Fa : Lực dọc trục. Fa = Z = 267,3(N) Zb : Số bi trên các vòng ren làm việc.
1 . . b tb b d K D Z Trong đó:
Dtb: Đƣờng kính vòng tròn qua các tâm chia. Dtb =10 (mm) K: Số vòng ren làm việc. K= 4 db: Đƣờng kính bi. db= 2 (mm) 1 2 4 . 10 . 14 , 3 b Z = 62,8 Chọn: Zb= 62 (bi)
λ: hệ số phân bố không đều tải trọng cho các viên bi. Chọn λ= 0.8
qa = 8 , 0 . 2 . 62 3 , 267 2 = 1,34(MPa) Ứng suất lớn nhất: m ax=1400(MPa).
Trị số trên thỏa mãn điều kiện: m ax [ m ax]
Vì trục vít me đã đƣợc tôi hóa bề mặt nên [ m ax] 5000(MPa)
) ( 5000 ] [ ) ( 1400 m ax m ax MPa MPa Vậy vít me trục X an toàn.
Kiểm nghiệm bền cho trục Z
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 61 qa = . . b2 b a d Z F (MPa) Trong đó: Fa : Lực dọc trục. Fa = Z = 1497(N) Zb : Số bi trên các vòng ren làm việc.
1 . . b tb b d K D Z Trong đó:
Dtb: Đƣờng kính vòng tròn qua các tâm chia. Dtb =10 (mm) K: Số vòng ren làm việc. K= 3 db: Đƣờng kính bi. db= 2 (mm) 1 2 3 . 8 . 14 , 3 b Z = 36.68 Chọn: Zb= 36 (bi)
λ: hệ số phân bố không đều tải trọng cho các viên bi. Chọn λ= 0.8
qa = 8 , 0 . 2 . 36 1497 2 = 12,9(MPa) Ứng suất lớn nhất: m ax=2900(MPa).
Trị số trên thỏa mãn điều kiện: m ax [ m ax]
Vì trục vít me đã đƣợc tôi hóa bề mặt nên [ m ax] 5000(MPa)
) ( 5000 ] [ ) ( 2900 m ax m ax MPa MPa Vậy vít me trục Z an toàn.
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 62
4.2.4. Mạch điều khiển
4.2.4.1. Sơ đồ kết nối điều khiển
Để điều khiển động cơ ta sử dụng máy tính cài sẵn phần mềm Mach3 kết nối với driver của các động cơ bƣớc thông qua bộ chuyển đổi AKZ250.
Hình 4.9 – Sơ đồ kết nối điều khiển
Các máy tính hiện đại đã dần loại bỏ giao tiếp song song LPT thành giao tiếp nối tiếp dạng USB nên ta chọn mạch chuyển đổi AKZ250 hỗ trợ kết nối qua cổng USB để điều khiển máy. Phần mềm Mach3 có nhiệm vụ nhƣ một hệ điều hành, nhận file G-code để tạo ra các lệnh điều khiển nhƣ : số vòng quay các trục, chiều quay, lệnh bật tắt plasma, dừng khẩn cấp… Mạch chuyển đổi sẽ nhận các tín hiệu này và điều khiển driver các trục X, Y, Z theo đúng yêu cầu nhận đƣợc. Đồng thời các tín hiệu nhƣ dừng khẩn cấp, hết hành trình… cũng đƣợc mạch chuyển đổi phản hồi về phần mềm.
Hệ điều hành Mach3 cùng với mạch chuyển đổi đã thực sự trở thành một hệ thống điều khiển đầy đủ cho các máy CNC cỡ nhỏ, rẻ tiền.
4.2.4.2. Mạch điều khiển USB motion AKZ250
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 63
Hình 4.10 – Mô hình sơ đồ vị trí các mô đun điều khiển
Mạch AKZ750 sử dụng để kết nối với máy tính chạy phần mềm Mach3 qua cổng USB. Mạch có các chức năng chính nhƣ sau:
-Có 8 chân output điều khiển tốc độ trục chính (spindle).
-8 chân output đóng mở ON/OFF có thể sử dụng cho các chức năng : đóng mở trục chính, đóng mở valve dung dịch trơn nguội, thay dao…
-Có 10 chân điều khiển driver động cơ servo hoặc step, số lƣợng có thể lên tới 4 động cơ.
-16 chân tín hiệu input có thể sử dụng cho các chức năng : dừng khẩn cấp, công tắc hành trình tới hạn, bƣớc nhảy các trục…
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 64
o Sơ đồ mạch nguyên lý
Hình 4.11 – Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn điều khiển
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 65
Hình 4.13 – Sơ đồ nguyên lý mạch công suất
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 66
4.2.4.3. Cách kết nối mạch AKZ250
Hình 4.15 – Sơ đồ kết nối mạch AKZ250
Để sử dụng đƣợc mạch chuyển đổi AKZ250, ngƣời sử dụng cần phải cài một file “add in” vào thƣ mục Plug in trong bộ cài của phần mềm Mach3. Mạch AKZ250 đƣợc nuôi trực tiếp bằng nguồn từ dây USB máy tính nên không cần phải cung cấp thêm một nguồn điện nào.
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 67
4.2.5. Nguồn cắt plasma A-70
Hình 4.16 – Nguồn cắt Plasma A-70
4.2.5.1. Thông số kỹ thuật
Nguồn cắt Đơn vị MRAT-70
Nguồn vào kVA 3 pha
Tần số Hz 50/60
Chu kỳ tải % 60
Cƣờng độ dòng điện đầu ra A 70
Điện thế đầu ra tải V 140
Điện áp không tải lớn nhất V 245
Kích thƣớc máy mm 330x540x520
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 68 Mỏ cắt Đơn vị CT-0701/ CTP-0701 Cƣờng độ dòng điện A 70 Chu kỳ tải % 60 Hệ thống làm mát Không khí Chiều dài cáp m 10 Khí nén Không khí Trọng lƣợng (không kể cáp) g 170 4.2.5.2. An toàn khi lắp đặt
Hình 4.17 – Sơ đồ lắp đặt nguồn Plasma
Máy plasma A-70 cần đƣợc lắp đặt trên nền chắc chẵn, nhƣ trên nền bê tông, tránh những nơi bụi bẩn, ẩm thấp, nắng chiếu trực tiếp. Đặt máy cách xa tƣờng hoặc các máy khác với khoảng cách ít nhất là 300 mm.
Trƣớc khi kết nối bên ngoài phải ngắt nguồn điện.
Mở nắp bảng nối điện của máy cắt và lắp các dây dẫn điện chính xác.
Nối ghép các cáp điện và các ống dẫn chắc chẵn cẩn thận.
Để đảm bảo an toàn cho mỗi máy nguồn điện vào cần lắp đặt cầu chì hoặc rơ le bảo vệ.
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 69
Công suất tải lớn hơn 12.1 kVA
Cƣờng độ dòng điện cầu chì và công tác từ: 20A
Sử dụng máy nén khí có khả năng cung cấp 165 l/phút áp suất
Dùng ống nén khí có đƣờng kính 6.5 mm, chịu đƣợc áp suất lớn hơn 0.98 Mpa. Khi nối ống nén khí với bộ lọc khí phải lắp kín khít, chắc chẵn.
Đầu ra của bộ lọc khí có lắp đồng hồ đo áp lực và nối với mỏ cắt. Nếu nhƣ khí ra mỏ thấp thì mạch điều khiển sẽ không cho phép thực hiện quá trình cắt.
Hình 4.18 – Sơ đồ đấu kết nối nguồn Plasma
4.2.5.3. Vận hành máy
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 70
Công tắc Control Power
o Vị trí On đóng điện cho máy, quạt gió làm việc.
o vị trí Off tắt điện cho máy, quạt gió tiếp tục làm việc sau 3 đến 5 phút để quạt mát máy.
Đèn High plasma Voltage Now Present
o Đèn này sáng khi hồ quang phát sinh.
Đèn Main Line
o Khi đóng điện từ nguồn vào máy thì đèn này sáng.
Đèn Lake Phase
o Nếu nguồn điện không đủ ba pha thì đèn sáng và nguồn điện ngắt.
Đèn Ready
o Khi áp lực khí nén cung cấp cho mỏ cắt điều chỉnh đạt 0.39 Mpa (4kgf/cm2) thì đèn sáng. Nếu có sự cố xảy ra nhƣ điện không đủ 3 pha, quá tải, ... thì đèn không sáng.
o Khi đèn Ready sáng có nghĩa là công việc chuẩn bị cho quá trình cắt đƣợc hoàn thành.
Công tắc Safety Test
o Dùng để kiểm tra an toàn điện. Khi ấn công tắc, đèn Ready tắt. Nhả công tắc, đèn Ready mới sáng.
o Nếu nhƣ công tắc này bị hỏng phải đƣợc sửa chữa mới đƣợc tiến hành cắt.
Núm Plate Thichness
o Dùng để điều chỉnh chế độ cắt theo chiều dày cắt.
o Điều chỉnh núm Plate Thichness ở vị trí tƣơng ứng với chiều dày vật cắt sẽ cho một tốc độ cắt phù hợp.
Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Đình Ảnh 71
o Vị trí Cut điện từ đƣợc điều khiển để cung cấp khí cho quá trình cắt.
o Vị trí Check để kiểm tra khí ra mỏ trƣớc khi cắt.
Công tắc Self Hold
o Vị trí On không cần giữ khi cắt.
o Vị trí Off phải giữ công tắc khi cắt. * Trình tự vận hành
Bật công tắc đóng điện nguồn: máy sẽ hoạt động, đèn Main Line sáng.
Bật công tắc Control Power ở vị trí On: mạch điều khiển làm việc, quạt gió hoạt động.
Đóng điện máy nén khí, bật công tắc Air ở vị trí Check, mở van cấp khí cho mỏ cắt.
Điều chỉnh áp lực khí ra phù hợp với loại mỏ cắt:
o Loại mỏ cắt CT (CTP)- 0701 (70A)
o Áp lực khí: 0.39 Mpa (4kgf/cm2)
Bật công tắc Air sang vị trí Cut.
Kiểm tra an toàn điện.
o Trong quá trình cắt, khi hồ quang phát sinh không đƣợc ấn nút Safety