nghiên cứu thiết kế chế tạo máy cnc khắc laser trên bề mặt cong

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (12.33 MB, 106 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CNC KHẮC LASER TRÊN BỀ MẶT CONG

GVHD: PGS. TS. ĐẶNG THIỆN NGÔNSVTH: PHẠM ANH KHOA

PHẠM VIỆT HOÀNG ĐẶNG QUANG HUY

SKL 0 1 2 6 5 5

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN

Sinh viên thực hiện: PHẠM ANH KHOAMSSV: 19143134PHẠM VIỆT HOÀNG MSSV: 19143118 ĐẶNG QUANG HUYMSSV: 19146193

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Học kỳ I / năm học 2024

Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn

Sinh viên thực hiện: Phạm Anh Khoa MSSV: 19143134 Điện thoại: 0906787221 Sinh viên thực hiện: Phạm Việt Hoàng MSSV: 19143118 Điện thoại: 0357627118 Sinh viên thực hiện: Đặng Quang Huy MSSV: 19146193 Điện thoại: 0919393792

Sinh viên phụ trách Nhiệm vụ đồ án Ghi chú Phạm Anh Khoa Biên soạn nội dung thuyết minh, thuyết

- Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy CNC khắc laser trên bề mặt cong

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Những cuốn sách có nội dung liên quan đến đề tài của GS.TS. Trần Đức Hân – PGS. TS. Nguyễn Minh Hiển.

- Đối tượng khắc của nhóm là, trái dừa có đường kính 15 – 17cm, ly tre

3. Nội dung chính của đồ án:

- Sử dụng CNC 4D trong công nghệ khắc

- Đề xuất cơ cấu, nguyên lý máy cho các trục truyền động - Thành thạo Boarch March3 lập trình khắc thực nghiệm - Chế tạo, kiểm nghiệm và vận hành thử nghiệm khắc - Khắc thử trên sản phẩm đã đề ra: Ly tre, trái dừa

4. Các sản phẩm dự kiến

- Tập thuyết minh đồ án, Poster đồ án

- Tập bản vẽ chi tiết, bản vẽ lắp cụm chi tiết, bản vẽ lắp - Chế tạo thành công máy khắc laser

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

- Video quá trình vận hành của máy khắc laser

5. Ngày giao đồ án: 6. Ngày nộp đồ án:

7. Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt  Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt 

TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

- Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 23/3/2024

- Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do

chính chúng tơi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép từ bất cứ một bài viết nào đã được cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một vi phạm nào,

chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm”.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 3 năm 2024 Ký tên

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

LỜI CẢM ƠN

Đối với sinh viên ngành chế tạo máy, việc thực hiện một đồ án tốt nghiệp là rất quan trọng. Muốn làm được điều này, trước hết chúng em phải trải qua một khoảng thời gian 4 năm ở giảng đường đại học. Khoảng thời gian đó, chúng em đã học vô số kiến thức từ những môn đại cương, cơ sở ngành cho đến môn chuyên ngành. Qua đó giúp chúng em có kiến thức chuyên sâu về cơ khí cũng như điện tử, từ đó làm những đồ án nhỏ của những môn chuyên ngành, giúp chúng em đi từ lý thuyết vào thực tế nghiên cứu và chế tạo mơ hình thực tế.

Lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đầu tiên xin gửi đến gia đình vì sự động viên khơng mệt mỏi luôn giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để chúng em hồn thành khóa học của mình một cách tốt nhất.

Trước tiên chúng em xin chân thành gửi đến toàn thể q thầy cơ trong Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt những năm tháng trên giảng đường Đại Học lời cảm ơn chân thành nhất.

Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn, người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em hồn thành tốt đồ án. Bên cạnh đó chúng em cũng muốn gửi lời cảm ơn đến các thầy cơ giáo trong Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, các thầy cô đã cho chúng em những lời khuyên hữu ích và tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em thực hiện đề tài này.

Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng trong một khoảng thời gian cho phép, cũng như hạn chế về mặt kiến thức của bản thân, đồ án này không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Chính vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo, cơ giáo cũng như của bạn bè và những người có quan tâm đến lĩnh vực mà đồ án này đã được trình bày.

Cuối cùng, chúng em xin chúc quý thầy, cô trong khoa cơ khí Chế Tạo Máy lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, công tác tốt.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

MÁY KHẮC LASER TRÊN MẶT CONG

Máy khắc laser được thiết kế như một máy gia công CNC, dùng để khắc các vật liệu khác nhau từ bản vẽ kỹ thuật hoặc tranh ảnh.Thiết bị được chế tạo cứng vững, ổn định, chính xác hỗ trợ việc gia cơng khắc trên bề mặt cong của vật liệu theo các hình dạng cho trước. Thiết bị có khả năng nhận file khắc từ các phần mềm xuất file. Từ đó gia cơng theo u cầu bản vẽ với độ chính xác cao.

Nội dung chính của đề tài tập trung vào nghiên cứu và chế tạo máy khắc bằng tia laser lên các bề mặt cong, cơ cấu vận hành của máy dựa trên nguyên lý hoạt động của máy gia công CNC 4 trục kết hợp với các phần mềm, thiết bị điều khiển để. Từ đó tiến hành lắp ráp các linh kiện cơ khí và điện tử lại với nhau để thực hiện khắc trên bề mặt cong của một số loại trái cây như dưa hấu, bưởi, cam, dừa.

ABSTRACT

The laser engraving machine is designed as a CNC machining machine, used to process other materials from blueprint or pictures. The equipment is made to be rigid, stable, and accurately supports the work of solving the surface of the material according to previous

shapes. The device is capable of receiving resolution files from software production files. From there, processing according to drawing requirements with high accuracy.

The main content of the project focuses on researching and manufacturing a machine that solves laser beams on curved surfaces, the operating structure of the machine is based on the operating principle of CNC 4 machining combined with the software, control device. From there, proceed to assemble mechanical parts and electronic components together to perform solutions on the curved surfaces of some fruits such as watermelon, grapefruits, oranges, and coconuts.

< Sinh viên thực hiện > Đặng Quang Huy

Phạm Anh Khoa Phạm Việt Hoàng

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ... 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài ... 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ... 1

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ... 2

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ... 2

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu ... 2

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu ... 2

1.5 Phương pháp nghiên cứu ... 3

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận ... 3

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể ... 3

1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp ... 5

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ... 6

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

2.4.3 Các loại máy khắc laser CNC ... 17

2.5 Máy CNC ... 18

2.5.1 CNC 4 trục ... 18

2.6 Máy khắc laser CNC trên mặt cong ... 20

2.6.1 Lý do cần sử dụng máy CNC 4 trục khi khắc laser bề mặt cong ? ... 21

2.6.2 Kết cấu của máy khắc laser trên mặt cong ... 21

2.7 Khảo sát máy khắc laser CNC ... 23

2.7.1 Nguyên lý hoạt động của đầu laser CO2... 24

2.7.2 Nguyên lý hoạt động của máy ... 24

2.7.3 Thành phần của máy ... 27

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ... 31

3.1 Cơ cấu chấp hành ... 31

3.1.1 So sánh động cơ ... 31

3.1.2 Đánh giá động cơ bước ... 32

3.1.3 Đánh giá động cơ cơ Servo ... 32

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP ... 38

4.1 Yêu cầu đề tài ... 38

4.2 Đề xuất phương án ... 38

4.2.1 Kết cấu phương án 1 ... 38

4.2.2 Mô tả nguyên lý hoạt động sơ bộ ... 38

4.2.3 Đề xuất kết cấu cho phương án 1 ... 39

4.2.4 Đánh giá ưu điểm, nhược điểm ... 40

4.2.5 Kết cấu phương án 2 ... 41

4.2.6 Mô tả nguyên lý hoạt động sơ bộ ... 41

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

4.2.7 Đề xuất kết cấu cho phương án 2 ... 42

4.2.8 Đánh giá ưu điểm, nhược điểm ... 43

4.3 So sánh 2 phương án, lựa chọn phương án tối ưu ... 44

CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY ... 45

5.1 Thông số thiết kế máy ... 45

5.2 Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền động ... 45

5.2.1 Tiêu chí lựa chọn hệ thống cho máy khắc laser ... 45

5.7 Thiêt kế cơ cấu kẹp phôi ... 57

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ... 58

6.1 Nguyên lý vận hành máy khắc laser ... 58

6.2 Yêu cầu vận hành ... 58

6.3 Tổng quan về hệ thống điều khiển ... 58

6.4 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống truyền động ... 59

6.5 Tính tốn thơng số phát xung của trục X, Y, Z và driver của 3 trục ... 65

6.6 Lựa chọn thông số cho động cơ trên March3 ... 66

6.7 Tổng quan mạch hiện hệ thống ... 67

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

CHƯƠNG 7: CHẾ TẠO, THỰC NGHIỆM THỰC TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ ... 68

7.1.6 Cơ cấu che chắn ... 74

7.2 Lắp ráp hoàn chỉnh toàn bộ máy khắc Laser ... 75

7.3 Tiến hành thử nghiệm khắc thử và đánh giá chất lượng sản phẩm sau khi khắc ... 77

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ... 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 88

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Đầu Laser ... 6

Hình 2.2: Cấu tạo chung của laser ... 6

Hình 2.3:Mơ tả q trình hấp thụ năng lượng ... 7

Hình 2.4: Phát xạ tự phát ... 7

Hình 2.5: Phát xạ kích thích ... 8

Hình 2.6: Cấu tạo laser Ruby ... 9

Hình 2.7: Cấu tạo laser khí ... 10

Hình 2.8: Chuyển đổi Ion ... 11

Hình 2.9: Cấu tạo laser diode ... 12

Hình 2.10: Máy đột kim loại tấm Trupunch 1000 ... 13

Hình 2.11: Sản phẩm khắc đột kim ... 15

Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý đầu phát chùm laser ... 16

Hình 2.13: Máy cắt khắc CNC Ezter EZ1325 ... 17

Hình 2.14: Máy khắc CNC Exter EZ1818 ... 17

Hình 2.15: Máy phay đứng CNC Makino A51NX ... 19

Hình 2.16: Máy phay ngang CNC Makino A61NX-5E ... 20

Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý máy khắc laser CNC 4 trục ... 22

Hình 2.18: Máy khắc laser MaxCut MC-C4060 ... 23

Hình 2.19: Nguyên lý hoạt động ống phóng laser CO2 ... 24

Hình 2.20: Sơ đồ nguyên lý chuyển động trục X ... 24

Hình 2.21: Sơ đồ nguyên lý chuyển động trục Y ... 25

Hình 2.22: Sơ đồ nguyên lý nâng hạ bàn máy ... 26

Hình 2.23: Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát ống phóng laser ... 27

Hình 2.24: Bàn làm việc lưới tổ ong ... 27

Hình 2.25: Cửa chắn có gắn kính 2 chiều chống tia laser ... 28

Hình 2.26: Nguyên lý hoạt động cửa chắn ... 28

Hình 2.27: Nguyên lý hoạt động hệ thống thổi khí ... 29

Hình 2.28: Sản phẩm khắc laser bên biên dạng cong ... 30

Hình 3.2: Truyền động puli – đai răng ... 33

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Hình 3.3: Nguyên lý truyền động puli – đai răng ... 34

Hình 3.4: Truyền động vitme ... 35

Hình 3.5: Nguyên lý truyền động vít me đai ốc ... 36

Hình 4.1: Hình minh họa cơ cấu phương án 1 ... 38

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý phương án 1 ... 39

Hình 4.4: Hình minh họa cơ cấu phương án 1 ... 41

Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý phương án 2 ... 42

Hình 4.8: Mơ tả phương án sẽ tiến hành gia công ... 44

Hình 5.2: Mơ tả cơ cấu truyền động puli đai ... 46

Hình 5.3: Mơ tả đai răng GT2 ... 47

Hình 5.4: Mơ tả puli GT2 cho trục Z ... 47

Hình 5.5: Mơ tả Puli GT2 cho trục X ... 48

Hình 5.6: Thanh trượt dẫn hướng ... 48

Hình 5.7: Thơng số kỹ thuật ray trượt dẫn hướng trục Z ... 49

Hình 5.8: Thơng số kỹ thuật ray trượt dẫn hướng trục X ... 50

Hình 5.9: Mơ tả cơ cấu vít me đai ốc ... 50

Hình 5.10: Cụm thanh trượt RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M ... 51

Hình 5.11: Thơng số kỹ thuật cụm thanh trượt RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M ... 52

Hình 5.12: Mơ tả bàn xoay điện dùng cho trục A ... 53

Hình 5.13: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động trục Z ... 54

Hình 5.14: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động trục X ... 55

Hình 5.15: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động trục Y ... 56

Hình 5.16 : Mơ tả cơ cấu kẹp phơi trên trục A ... 57

Hình 6.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển của máy ... 59

Hình 6.4 : Mơ tả đầu phát laser 5.5W ... 61

Hình 6.6 : Mơ tả mạch Board Mach 3 USB ... 63

Hình 6.7 : Sơ đồ khối hệ thống điều khiển công suất đầu phát laser ... 63

Hình 6.8 : Mơ tả mạch Arduino UNO ... 64

Hình 6.9 : Mơ tả mạch Arduino Shield V3 ... 64

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Hình 6.11: Nguồn tổ ong C – 360 – 24 ... 65

Hình 6.12: Lựa chọn thơng số cho trục X ... 66

Hình 6.13: Lựa chọn thơng số cho trục Y ... 66

Hình 6.14: Lựa chọn thơng số cho trục Z ... 67

Hình 6.15: Lựa chọn thông số cho trục A ... 67

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Hình 7.23: Trục vít me thực tế ... 73

Hình 7.24: Gối kê thanh nhơm thực tế ... 73

Hình 7.25: Cơ cấu kẹp hồn thiện thực tế ... 74

Hình 7.26:Tấm che bên trái thực tế ... 74

Hình 7.27: Tấm che phía trước thực tế ... 74

Hình 7.28: Tấm che phía trên thực tế ... 75

Hình 7.29: Hộp che trục X thực tế ... 75

Hình 7.30: Bộ khung máy laser ... 75

Hình 7.31: Lắp ráp các cụm trục lên khung máy ... 76

Hình 7.32: Hệ thống mạch điện ... 76

Hình 7.33: Hồn thiện máy Laser thực tế ... 77

Hình 7.34: Sơ đồ vận hành máy ... 78

Hình 7.35: Mơ tả chuyển file ảnh thành file SVG bằng Inkscape ... 78

Hình 7.36: Mô tả cài đặt gia công trên Aspire ... 78

Hình 7.37: Mơ tả phần mềm Mach3Mill ... 79

Hình 7.38: Mơ tả cài đặt động cơ cho Mach3Mill ... 79

Hình 7.39: Mơ tả cài đặt xung động cơ cho Mach3Mill ... 80

Hình 7.40: Mô tả tải G-code vào Mach3Mill ... 80

Hình 7.41: Mơ tả cách điều khiển cơng suất laser bằng LaserGRBL... 81

Hình 7.43: Sản phẩm khắc trên bề mặt vỏ dừa ... 83

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: So sánh động cơ bước và động cơ servo ... 31

Bảng 4.3: Đánh giá ưu nhược điểm phương án 1 ... 40

Bảng 4.6: Đánh giá ưu nhược điểm phương án 2 ... 43

Bảng 4.7: So sánh 2 phương án đề xuất ... 44

Bảng 5.1: Thông số máy khắc Laser ... 45

Bảng 6.2: Thông số động cơ ... 60

Bảng 6.3: Thông số Driver... 60

Bảng 6.5: Thông số cảm biến quang ... 62

Bảng 7.42: Thực nghiệm trên vật liệu vỏ dừa ... 82

Bảng 7.44: Thực nghiệm trên vật liệu gỗ ... 84

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CNC Computer Numerical Control

LASER Light Amplification by Stimulated Emission of USB Universal Seri Bus

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong thời đại công nghệ và khoa học ngày nay, các nước đứng đầu về lĩnh vực ngành công nghiệp nặng, khoa học tân tiến, công nghệ AI đều đầu tư toàn bộ nhân lực, tiền bạc, thời gian trong cuộc đua phát triển ngành cơng nghiệp máy móc, mọi thứ đều trở nên hiện đại hóa, càng phát triển mạnh mẽ, và máy móc đang dần thay thế con người để làm những công việc nặng. Việc ứng dụng công nghệ mới vào sản xuất ngày càng trở nên phổ biến và đóng một vai trị quan trọng trong việc phát triển cơng nghiệp, các máy móc sẽ dần thay đổi vị trí vì hiệu suất làm việc tốt hơn, hiệu quả, chính xác hồn thiện mọi thứ nhanh chóng

Nhận thấy những điều trên nhóm em đã bắt tay vào nghiên cứu máy khắc laser để có thể đáp ứng nhiều nhu cầu của khách hàng trong và ngoài nước

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học:

Tạo ra một lĩnh vực mới trong ngành cơng nghiệp chính xác, giúp đào sâu thêm kiến thức cho những người đang muốn tìm hiều về lĩnh vực này, khơng chỉ có thẻ áp dụng trong ngành cơng nghiệp cắt khắt, ngồi ra laser có thể ứng dụng nên y học hiện tại, xây dựng, giúp cho các y bác sĩ, việc xây dựng nhà cửa trở nên dễ dàng hơn

Máy khắc laser cần thiết cho việc cho ra những sản phẩm đẹp, mới mẻ, góp phần vào tiến trình “cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước”

- Ý nghĩa thực tiễn:

Điều này giúp các công ty lớn nhỏ có thể cho ra những sản phẩm với độ chính xác cao, mà khơng cần phải kiểm tra, kiểm định lại nhiều lần, đáp ứng những nhu cầu khó khăn của khách hàng, việc khắc laser có thể ứng dụng nên hội họa mỹ thuật khắc trên bề mặt gỗ, các loại trái cây, ví da, mica giúp tạo ra những sản phẩm có độ hồn thiện cao

- Trong nghệ thuật và thiết kế

Máy khắc laser mang đến cho các nhà thiết kế, họa sĩ sự sáng tạo và linh hoạt trong việc tạo ra các tác phẩm nghệ thuật và thiết kế độc đáo, công nghệ khắc laser cho phép khắc và chạm trổ trên nhiều vật liệu khắc nhau để cho ra những sản phẩm có tính thẩm mỹ cao và bắt mắt

- Trong công nghiệp

Máy khắc laser được nhiều nền công nghiệp tin dùng để khắc mã sản phẩm, in ấn, sản xuất đồ gỗ, quảng cáo,……. Công nghệ này giúp người dùng có thể khắc những hình phức tạp, mẫu mã

chi tiết một cách nhanh chóng.

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cơ cấu bảng điều khiển và mơ hình của máy CNC khắc laser. - Mơ hình hóa thiết kế 3D bằng phần Solidworks 2018. Tính tốn và hồn chỉnh thiết kế cho

máy khắc laser và phần mềm AutoCAD để thể hiện cơ cấu, nguyên lý hoạt động của máy khắc.

- Nâng cao khả năng làm việc: tăng cường khả năng làm việc của máy trên mặt cong, nghiên cứu và phát triển các hệ thống điều khiển và các phần mềm, boarch mạch để có thể điều khiển các trục chính xác và đồng bộ với nhau

- Đảm bảo an tồn cho người sử dụng: tăng cường tính an tồn khi sử dụng máy khắc cong khơng gây nguy hiểm đến người tiêu dùng khi máy đang trong q trình hoạt động

- Gia cơng, lắp ráp và kiểm nghiệm các hệ thống của máy và hoàn chỉnh máy, đưa vào chạy thực nghiệm.

- Cuối cùng là đánh giá tổng thể để đưa ra kết luận cuối cùng và hồn thiện mơ hình máy khắc laser trên bề mặt cong

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Các cơ cấu, nguyên lý hoạt động của máy khắc laser

- Những máy khắc laser đã có trên thị trường, từ các máy khắc cơ bản đến máy khắc có bàn nâng điều chỉnh tiêu cự tự động

- Điều khiển động cơ bước

- Kết hợp sử dụng máy CNC 4 trục để khắc bề mặt cong - Điều khiển và làm quen giao diện phần mềm Mach3Mill - Phần mềm Solidworks 2018

- Quá trình khắc laser trên các bề mặt khác nhau và vật liệu khác nhau - Đánh giá chất lượng sản phẩm và hiệu suất của sản phẩm sau khi khắc

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

- Sử dụng phần mềm Solidworks 2018 trong việc thiết kế

- Tìm hiểu những trang thiết bị máy móc ở trong phịng thí nghiệm nhà trường có liên đến đề

tài

- Những cuốn sách, giáo trình chuyên ngành liên quan đến đề tài:

+ Cơ Sở Kỹ Thuật LASER ( GS.TS Trần Đức Hân – PGS.TS Nguyễn Minh Hiển )

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

+ Vật Lý Laser Và Ứng Dụng ( Đinh Văn Hoàng – Trịnh Đình Chiến )

- Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy CNC khắc laser trên bề mặt cong - Nghiên cứu việc tối ưa hóa hành trình làm việc của các trục khi máy đang làm việc

- Tập trung vào phân tích độ chính xác khi khắc laser, độ sâu khắc của máy tùy với từng vật

liệu khắc

- Đánh giá chất lượng sản phẩm sau quá trình khắc và xác định các ứng dụng tiềm năng của

máy khắc laser mặt cong trong lĩnh vực nông nghiệp thực phẩm, cơng nghiệp cơ khí

- So sánh máy khắc laser trên mặt cong với các công nghệ khắc khác như máy khắc cnc, máy khắc 3D, để tối ưa hóa việc thiết kế máy khắc

1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

- Dựa vào nhu cầu thị trường từ các sản phẩm được gia công bằng phương pháp khắc laser ngày càng cao.

- Phương pháp nghiên cứu là những nguyên tắc và cách thức hoạt động khoa học nhằm đạt đến chân lý khách quan dựa trên cơ sở của sự chứng minh khoa học.

- Tiến hành phân tích và đánh giá những dữ liệu, thơng tin đã có được trước đó, bao gồm ưu nhược điểm và hạn chế của máy khắc laser cũng như các nghiên cứu liên quan trước đó đã thực hiện, giúp ta có thể thấy được những điểm chưa tối ưu và vào đó có thể cải thiện hồn chỉnh và tối ưu nhất

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của nguồn phóng laser, động cơ bước, các mạch điều khiển. Từ đó hình thành nên cơ sở đúng đắn trong việc tính tốn, thiết kế và chế tạo máy CNC khắc laser 4 trục trên các bề mặt cong.

- Thiết kế kế hoạch nghiên cứu cụ thể cho máy khắc, bao gồm việc xác định phương pháp thí nghiệm, thử nghiệm, đo lường bề mặt sau khi khắc

- Tiến hành các thí nghiệm trên các vật liệu cụ thể như: trái cây, mica, gỗ,…. Sau đó thống kê lại các số liệu sau khi khắc ghi nhận các thông số quan trọng đến hiệu suất của máy và chất lượng sản phẩm sau khi khắc

- Viết báo cáo hoặc bài báo khoa học trình bày kết quả nghiên cứu. Báo cáo bao gồm mục tiêu nghiên cứu, phương pháp thí nghiệm kết quả và phân tích, nhận xét và đề xuất phát triển công nghệ khắc laser trên bề mặt cong

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: tham khảo các nguồn tài liệu sách, giáo trình, tài liệu

tham khảo, các bài viết từ nguồn tin cậy trên Internet, các cơng trình nghiên cứu… nhằm xác định được nguyên lý, cơ cấu hoạt động của máy.

- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành nghiên cứu, xem xét trên các máy thực tế sẵn có từ

đó phân tích ưu nhược điểm, tiến hành thiết kế lại cho tốt. Nghiên cứu hệ thống điều khiển thực tế để đối chiếu lắp ráp vào máy với giá thành rẻ nhất.

- Phương pháp phân tích tổng hợp: Sau khi đã tham khảo, nghiên cứu tài liệu, quá trình

nghiên cứu thực nghiệm cho ra các số liệu cần thiết đầu tiên và những hình dung ban đầu. Phác thảo nên mơ hình và phương pháp truyền động trên giấy, phân tích các yếu tố cần thiết tác động vào để đạt được yêu cầu sơ bộ ban đầu đặt ra.

- Tổng hợp lại các yếu tố đã phân tích loại bỏ các yếu tố thừa không cần thiết và lựa chọn được cơ cấu truyền tối ưu nhất trong quá trình làm việc.

- Phương pháp nghiên cứu mô phỏng

+ Sử dụng phần mềm Solidworks 2018 thiết kế cơ khí cho đề tài.

+ Dùng phần mềm mach 3 để lập trình cho mạch điều khiển chính là BoB mach 3 để điều khiển các động cơ bước.

+ Phần mềm AutoCad để thể hiện những bản vẽ chi tiết có trong máy khắc laser

- Phương pháp kiểm nghiệm: Sản phẩm gia công chế tạo xong sẽ được kiểm nghiệm và khắc

phục sai hỏng mà lý thuyết không lường hết được.

- Sử dụng phần mềm Solidworks 2018 để tiến hành mơ phỏng và mơ hình hóa để xây dựng mơ hình 3D của máy khắc laser trên bề mặt cong, việc này giúp ta có thể dễ dàng hình dung kết cấu của máy và nguyên lý hoạt động của từng trục, hành trình di chuyển của trục.

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

Đồ án gồm bảy chương với các nội dung sau:

- Chương 1: Giới thiệu

- Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài: Trình bày tổng quan, sơ lược về lĩnh vực nghiên

cứu, các thành tựu nghiên cứu trong và ngoài nước.

- Chương 3: Cơ sở lý thuyết: Trình bày các cơ sở lý thuyết cần thiết để thực hiện đề tài. - Chương 4: Phương hướng và các giải pháp: Trình bày các mơ hình phần cứng thiết bị, các

mạch điện điều khiển sau đó chọn các giải pháp thích hợp. Lập trình tự cơng việc.

- Chương 5: Tính tốn và thiết kế máy cắt khắc laser: Tính tốn các thông số của máy như

thông số động cơ, thông số bộ truyền đai răng, thiết kế phần cứng, lắp ráp và mô phỏng chuyển động.

- Chương 6: Thiết kế hệ thống điều khiển: Tính tốn, thiết kế hệ thống điện và hệ thống điều

khiển để phù hợp với điều kiện làm việc của máy

- Chương 7: Chế tạo, thực nghiệm thực tế và đánh giá : Trình bày các kết quả đã và chưa

đạt được, đề nghị và đưa ra hướng phát triển cho đề tài , vận hành kiểm tra trên sản phẩm

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

2.1 Tia Laser

- Khái niệm

Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation): được hiểu là sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích (phát xạ cảm ứng). Tia laser là một nguồn ánh sáng nhân tạo thu được nhờ vào sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ phát ra trong điều kiện kích hoạt cao độ các phần tử của mơi trường vật chất.

Hình 2.1: Đầu Laser

- Cấu tạo: bao gồm buồng cộng hưởng, nguồn ni, gương phản xạ, gương bán mạ

Hình 2.2: Cấu tạo chung của laser

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, có khả năng khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo laser.

Buồng cộng hưởng có 2 mặt chắn ở hai đầu, một mặt phản xạ toàn phần các photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon qua một phần phản xạ lại làm cho các hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn. Vì thế cường độ chùm laser được khuếch đại lên nhiều lần. Tính chất của laser phụ thuộc vào hoạt chất đó, do đó người ta căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser.

- Nguyên lý hoạt động

Dưới sự tác động của nguồn kích thích, các hạt của nguyên tử được đưa vào trạng thái năng lượng kích thích vì vậy một số hạt electron di chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lương cao tạo nên trạng thái nghịch đảo mật độ tích lũy của electron.

Hình 2.3:Mơ tả q trình hấp thụ năng lượng

Ở mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống mức năng lượng thấp, giải phóng hạt ánh sáng được gọi là photon.

Hình 2.4: Phát xạ tự phát

Các hạt photon này sẽ toả ra nhiều hướng khác nhau từ một nguyên tử, va phải các nguyên tử khác, kích thích eletron ở các nguyên tử này rơi xuống tiếp, sinh thêm các photon cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay, tạo nên một phản ứng dây chuyền khuếch đại dòng ánh sáng.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Tính đồng bộ của các photon trong chùm tia laser: Có khả năng phát xung cực ngắn: cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây, cho phép tập trung năng lượng tia laser cực lớn trong thời gian cực ngắn.

Kích thước chùm tia nhỏ, có hướng tập trung và có tính hội tự cao Tần số ổn định

Laser trạng thái rắn đầu tiên là laser ruby. Nó vẫn được sử dụng trong một số ứng dụng. Trong laser này, một tinh thể ruby được sử dụng làm môi trường laser.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Hình 2.6: Cấu tạo laser Ruby

- Nguyên lý hoạt động

Trong laser ruby, kỹ thuật bơm quang học được sử dụng để cung cấp năng lượng cho môi trường laser. Đèn flash được sử dụng làm nguồn năng lượng để nâng các electron từ mức năng lượng

thấp hơn lên mức năng lượng cao hơn.

Khi năng lượng ánh sáng được cung cấp cho môi trường laser (ruby), các electron ở trạng thái năng lượng thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản nhận đủ năng lượng và chuyển sang trạng thái bơm

và các electrom chuyển lên mức năng lượng cao

Tại mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống nơi có mức năng lượng thấp và giải phóng ánh sáng gọi là hạt photon

Trong mơi trường hoạt động (ruby), một q trình gọi là phát xạ tự phát tạo ra ánh sáng. Ánh sáng tạo ra trong môi trường laser sẽ phản xạ qua lại giữa hai gương. Điều này kích thích các electron khác rơi vào trạng thái cơ bản bằng cách giải phóng năng lượng ánh sáng. Điều này được gọi là phát xạ kích thích. Tương tự như vậy, hàng triệu electron được kích thích để phát ra ánh sáng. Vì vậy, đạt được mức tăng ánh sáng. Ánh sáng khuếch đại thoát qua gương phản xạ một phần là tia laser.

- Ứng dụng

Sản phẩm cần bản khắc có độ tương phản rõ nét. Khắc được trên kim loại, vật liệu đóng gói

dạng vỉ, bao bì vơ trùng, ơng nhựa, vỏ trái cây, gỗ,…

2.2.2 Laser chất khí

- Khái niệm

Laser khí là một laser trong đó một dịng điện được phóng qua một hoạt chất khí bên trong môi

trường laser để tạo ra ánh sáng laser. Trong laser khí, mơi trường laser ở trạng thái khí.

Trong laser khí, mơi trường laser hoặc môi trường khuếch đại được tạo thành từ hỗn hợp khí. Hỗn hợp này được đưa vào một ống thủy tinh. Các ống thủy tinh chứa đầy hỗn hợp khí hoạt

động như một mơi trường hoạt động hoặc môi trường laser.

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Hình 2.7: Cấu tạo laser khí

- Ngun lý hoạt động

Laser khí là loại laser đầu tiên hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng bằng cách phóng điện vào chất khí để làm các phân tử chất khí tạo ra độ nghịch đảo tích lũy, tạo ra một chùm ánh sáng laser trong vùng hồng ngoại của quang phổ tại 1,15 μ m.

Laser lỏng là laser sử dụng chất lỏng làm môi trường laser. Trong laser lỏng, ánh sáng cung cấp

năng lượng cho môi trường laser.

Laser nhuộm là một ví dụ về laser lỏng. Laser nhuộm là loại laser sử dụng thuốc nhuộm hữu cơ (dung dịch lỏng) làm môi trường laser.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Hình 2.8: Chuyển đổi Ion

Khi chiếu sáng chelate các chất nền hấp thụ năng lượng chuyển tự trạng thái cơ bản 1 sang trạng thái cơ bản 2 rồi dịch chuyển không bứt xạ sang trạng thái 3 rồi tồn tại trong thời gian 10-6 – 10-3 s sau đó chuyển sang mức 4 của đất hiếm tạo ra sự nghịch đảo mật độ Ion đất hiếm .Cuối cùng sự dịch chuyển từ mức 4 sang mức 5 trong Ion đất hiểm phát ra bức xạ laser

- Ứng dụng

Laser lỏng thường được sử dụng rộng rãi trong y dược học, y tế, phẫu thuật, thẩm mĩ làm đẹp, tái tạo da,…. Ngoài ra với bước sóng ngắn từ 193 nanomet – 10.6 nanomet ( thuộc vùng ngoại tử) nên laser lỏng có thể sử dụng trong các máy chụp cắt lớp, máy dop laser

laser rất phức tạp, nó địi hỏi cơng nghệ rất cao.

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Hình 2.9: Cấu tạo laser diode

- Nguyên lý hoạt động

Khác với các loại laser khác laser diode là tạo nên sự dịch chuyển của điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn tạo nên một cặp điện tử và lỗ trống. Sự kết hợp của điện tử và lỗ trống bức xạ tạo ra một phô ton ánh sáng

Các diode laser bao gồm một điểm nối PN là nơi có mật độ điện tử lớn (N) và nơi có mật độ lỗ trống cao (P). Để tăng năng suất của laser diode người ta sử dụng nguồn kích thích là nguồn điện khơng đổi và kẹp các đầu nối với các lớp kim loại loại n và loại p. Vùng phóng xạ hoạt động là vùng giao giữa vật liệu loại p và n được làm thể tích lớn hơn, do đó số lượng lỗ trống và các electron sẽ được giữ lại ở đây nhiều hơn. Điều này cho phép số lượng điện tử sẽ lắp đầy các lỗ trống nhiều hơn tạo ra tia laser có cường độ mạnh hơn

Máy khắc CNC là loại máy tạo tính thẩm mỹ và độ tinh xảo cho sản phẩm. Nếu được điều khiển bằng máy tính, thì khắc CNC là ứng dụng cơng nghệ máy tính để khắc và gia công sản phẩm thành thành phẩm mong muốn.

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Theo yêu cầu của khách hàng, nhà thi công sử dụng cài đặt phần mềm máy tính để tạo ra một thiết kế tùy chỉnh trên phần mềm CorelDRAW hoặc AutoCAD. Và việc thi công sẽ tiến hành khi các yêu cầu được đáp ứng. Máy thực hiện việc chuyển đổi đường thẳng hoặc đường cong một cách chính xác và nhanh chóng theo nội dung đã thiết lập.

2.4 Phân loại 2.4.1 Máy khắc cơ

- Nguyên lý hoạt động

Lợi dụng khả năng biến dạng dẻo của vật liệu làm tạo ra các biến dạng cực nhỏ trên bề mặt

vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực do đầu kim đột gây ra.

Đầu kim đột được chuyển động tịnh tiến liên tục theo trục Z với tốc độ nhanh để tạo ra biến

dạng trên bề mặt vật liệu. - Đặc điểm

Vết khắc có độ chính xác

Làm việc hiệu quả nhất trên bề mặt các kim loại có tính dẻo

Khơng gây ơ nhiễm mơi trường

Hình 2.10: Máy đột kim loại tấm Trupunch 1000

- Mô tả máy:

Công dụng:

Khắc chữ, số và đột dấu trên bề mặt các vật liệu như kim loại, nhựa, gỗ,…

Chủ yếu sử dụng cho các sản phẩm nhỏ do là máy để bàn, khắc được chủ yếu trên các mặt phẳng do máy chỉ sử dụng 3 trục làm việc

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

- Thơng số kỹ thuật máy:

Kích thước máy:

Chiều rộng: 6282 mm

Chiều sâu: 6548mm Chiều cao: 1990mm Tốc độ đột tối đa

Đánh dấu (E=1mm): 600l /1 phút Chấm dấu: 1000l / 1 phút

Phạm vi làm việc: Trục X: 2500mm Trục Y: 1250mm

Độ dày tấm tối đa: 6.4mm Trọng lượng phôi đối đa: 150kg Lực đột tối đa: 165kN

Thời gian thay đổi công cụ: 2.4s Số lượng dụng cụ kép: 18 cái/2 cái Cơng suất trung bình: 3.5kW

*Một số sản phẩm sau khi sử dụng máy khắc đột kim

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Hình 2.11: Sản phẩm khắc đột kim

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

2.4.2 Máy khắc laser

- Nguyên lý hoạt động

Dùng chùm tia laser hội tụ có năng lượng lớn làm tan chảy, đốt cháy làm bay điểm hoặc bề mặt

cần tác động. - Đặc điểm

Vết khắc có độ chính xác và độ mịn cao

Có thể làm việc trên nhiều loại vật liệu như kim loại, hợp kim, phi kim, nhựa, mica, gỗ, vải,… Khi khắc trên các vật liệu có tính dẫn nhiệt, phản chiếu ánh sáng cao thì cần phải điều chỉnh cường độ cao hơn

Khi khắc ảnh hưởng ít đến biến dạng sản phẩm

Không gây ô nhiễm môi trường như các phương pháp gia cơng cơ khác

-

Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý đầu phát chùm laser

Giai đoạn 1: Vật liệu gia công hấp thụ năng lượng của tia laser và năng lượng này chuyển thành nhiệt năng làm nóng vật liệu.

Giai đoạn 2: Vật liệu gia cơng bị chảy ra khi nó bị nung nóng đến nhiệt độ chảy. Giai đoạn 3: Giai đoạn bay hơi – vật liệu gia công bị bay hơi và bị lấy đi nhờ khí thổi vào vùng gia cơng.

+ Nóng chảy

Vật liệu sẽ nóng chảy bởi độ dai dịng vật liệu giảm, như thép và hợp kim,

nhựa chịu nhiệt sẽ bị cắt bởi hoạt động của chùm tia laser với mật độ năng lượng là 104𝑊𝑚𝑚−2.

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

Nóng chảy được hỗ trợ bởi tác động mòn do sự chảy diễn ra chậm và tác động của khí. Kết quả là kênh nóng chảy đi qua vật liệu tạo thành một đường cắt hay lỗ cắt.

+ Bốc hơi

Thích hợp với một số loại vật liệu khơng thể nóng chảy (một vài loại thủy tinh, gốm và composit …)Các vật liệu có thể được cắt bởi sự bay hơi bởi mức năng lượng của cần cao hơn >104𝑊𝑚𝑚−2

2.4.3 Các loại máy khắc laser CNC

Hình 2.13: Máy cắt khắc CNC Ezter EZ1325

Hình 2.14: Máy khắc CNC Exter EZ1818

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

2.5 Máy CNC

- Khái niệm

CNC (Computer Numerical Control) là một dạng máy điều khiển bằng máy tính với mục đích sản xuất các bộ phận phức tạp bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt. Quá trình điều khiển để máy di chuyển theo các hướng thẳng và cong bất kì được điều khiển bằng máy tính cơng nghiệp hoặc điều khiển chuyên dụng. Máy CNC có thể làm việc trong không gian 2D, 3D,…Để máy CNC hoạt động được, cần phải nạp chương trình vào hệ thống vi tính thơng minh. Máy vi tính có nhiệm vụ xử lý và điều khiển các bộ phận của máy như đầu cắt, tốc độ cắt, biên độ cắt,… theo chương trình có sẵn để gia cơng sản phẩm.

- Cấu tạo

Mỗi loại máy CNC sẽ có những cấu tạo riêng nhưng đều sẽ có 2 phần cơ bản sau:

+ Phần chấp hành: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục vít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng, ổ tích dao cắt

+ Phần điều khiển: cụm điều khiển máy MCU, cụm dẫn động

- Nguyên lý hoạt động:

Máy CNC khi hoạt động sẽ di chuyển trên 3 trục X, Y, Z theo tọa độ. Khi máy được khởi động và thực hiện các lệnh cắt, trục Z sẽ di chuyển lên xuống theo khoảng cách được cài đặt. Đầu cắt ( trục Z) sẽ nhận nguồn năng lượng từ bộ nguồn để xuyên thủng vật liệu. Lúc này bàn máy sẽ giữ chặt sản phẩm để đầu mang dao (trục Z) di chuyển trên các thanh ray theo trục X và Y để tạo ra các đường cắt trên vật liệu.

2.5.1 CNC 4 trục

- Khái niệm

Máy phay CNC 4 trục là máy phay dùng để gia cơng cắt gọt các chi tiết máy móc sở hữu công nghệ CNC tiên tiến. Điểm khác nhau so với các máy phay CNC khác là cơ chế hoạt động trên các trục. Máy được bổ sung thêm trục A xoay quanh trục X. Việc bổ sung thêm trục thứ 4 cho phép phơi có thể di chuyển, xoay, lật theo ý muốn. Điều này làm cho máy có thể gia cơng 4 mặt của bộ phận cần gia công bằng cách lật phôi.

- Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của máy phay 4 trục tùy thuộc với thiết kế của các bộ phận máy. Với máy có phơi di chuyển theo trục X, Y thì sau khi kích hoạt máy, trục chính sẽ di chuyển theo chiều Z lên xuống. Trong khi đó bàn máy giữ sản phẩm và di chuyển theo trục X và trục Y. Kết hợp với trục Z để đưa dao cắt đến những chỗ muốn gia cơng của sản phẩm. Trục A có khả năng

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

giữ phôi và cho phôi quay tròn theo ý muốn. Để đáp ứng các yêu cầu cần gia cơng như sản phẩm có bề mặt trụ tròn,..

2.5.1.1 Giới thiệu 2 loại máy CNC 4 trục trong cơng nghiệp

Hình 2.15: Máy phay đứng CNC Makino A51NX

- Kích thước bàn máy (mm): 400x400 - Trọng lượng tải phôi tối đa (kg): 500

- Tốc độ quay trục chính: 14.000 vịng/phút ( Mơ-men xoắn cao 14K, 20K ) - Hành trình làm việc XYZ (mm): 560x640x640

- Hành trình B: 360o

- Tốc độ cắt (mm/phút): 50.000 - Mã lực ( đánh giá trong 30’ ): 25

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

Hình 2.16: Máy phay ngang CNC Makino A61NX-5E

- Kích thước bàn máy (mm): 400x400 - Trọng lượng tải phôi tối đa (kg): 150

- Tốc độ quay trục chính: 14.000 vịng/phút, 24.000 vịng/phút - Hành trình làm việc XYZ (mm): 730x730x680

- Hành trình B: 2900- Hành trình C: 3600

- Tốc độ cắt (mm/phút): 43.000 - Mã lực ( đánh giá trong 30’ ): 106

2.6 Máy khắc laser CNC trên mặt cong

- Đặc điểm

Khả năng gia công đa chiều: máy khắc Laser trên mặt cong có khả năng di chuyển tia Laser

theo ba trục X, Y, Z và trục xoay A. Điều này cho phép thực hiện các phép khắc và cắt trên các bề mặt cong tròn xoay đối xứng nhau.

Độ chính xác cao: với việc sử dụng ba trục X, Y, Z và A di chuyển, máy khắc Laser trên mặt

cong (tròn xoay) đạt được độ chính xác cao trong q trình gia cơng. Điều này giúp tạo ra các sản phẩm tinh xảo, với đường viền sắc nét và chi tiết tinh tế.

Linh hoạt trong việc gia công vật liệu: máy khắc Laser trên mặt cong (trịn xoay) có khả

năng làm việc trên nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gồm gỗ, nhựa, da, kim loại và các bề mặt

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

trái cây. Điều này mở ra nhiều cơ hội sáng tạo và ứng dụng trong các ngành công nghiệp và mỹ nghệ.

Tốc độ và hiệu suất cao: máy khắc Laser trên mặt cong (tròn xoay) được thiết kế để thực

hiện các q trình gia cơng nhanh chóng và hiệu quả. Tốc độ di chuyển của các trục và công suất Laser cao giúp tiết kiệm thời gian và tăng năng suất sản xuất.

Phần mềm điều khiển và lập trình tiên tiến: máy khắc Laser trên mặt cong (trịn xoay) đi

kèm với phần mềm điều khiển và lập trình tiên tiến, cho phép người dùng tạo ra các mẫu và hoa văn phức tạp. Phần mềm này cung cấp các công cụ và chức năng linh hoạt để tùy chỉnh q trình gia cơng và tạo ra những sản phẩm độc đáo.

2.6.1 Lý do cần sử dụng máy CNC 4 trục khi khắc laser bề mặt cong ?

Khi máy laser hoạt động sẽ phát ra những tia song song trong buồng cộng hưởng và đi qua một thấu kính hội tụ, và những tia sẽ hội tụ lại 1 điểm có tiêu cự F và bắt đầu khắc vào bề mặt

chi tiết.

Tia laser chỉ có thể khắc được khi khoảng cách từ thấu kính đến bề mặt chi tiết phải bằng tiêu cự F để tia laser có thể hoạt động hết khả năng vì trong khoảng tiêu cự điểm hội tụ là nhỏ nhất nên tập trung nhiều năng lượng nhất, nếu như xa hơn thì bề mặt khắc sẽ ko đều và mịn và không sắc nét

Khi khắc bề mặt cong như trái dưa hấu, trái dừa, khi tia laser di chuyển sẽ bị thay đổi tiêu cự F khiến cho tia laser sẽ ko khắc đều được hết bề mặt chi tiết, để khắc phục được điều này thì ta sẽ dùng máy CNC 4 trục với trục chuyển A để tiêu cự F ko thay đổi trong suốt quá trình khắc cho ra được sản phẩm khắc hoàn thiện nhất.

2.6.2 Kết cấu của máy khắc laser trên mặt cong

Máy khắc Laser trên mặt cong (mặt trịn xoay) có một số kết cấu đặc biệt và phức tạp để đáp ứng các yêu cầu gia công đa chiều và linh hoạt. Máy yêu cầu cần phải có các kết cấu sau:

- Khung máy: Máy khắc Laser trên mặt cong (mặt trịn xoay) có một khung chắc chắn để hỗ

trợ và định vị các thành phần chính. Khung máy thường được làm bằng vật liệu cứng và bền như thép hoặc hợp kim nhôm để đảm bảo sự ổn định và độ cứng cần thiết trong quá trình gia công.

- Các trục di chuyển: Máy khắc Laser trên mặt cong có ba trục di chuyển chính, bao gồm X,

Y và A. Trục X và Y điều khiển di chuyển ngang và dọc để thay đổi vị trí của đầu khắc Laser trên bề mặt gia công, trục Z (điều chỉnh bẳng tay hoặc tự động) được sử dụng để điều chỉnh độ sâu của đầu khắc Laser, trong khi trục A điều chỉnh góc quay của vât liệu gia công, cho phép khắc và cắt trên các bề mặt cong tròn xoay. Hệ thống chuyển động tròn xoay Y-A là

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

một cơ cấu quan trọng quyết định độ chính xác của các chi tiết tròn xoay. Để cụm Y-A hoạt động, đầu laser cần di chuyển đến vị trí được xác định trước và di chuyển cùng phương với trục quay để tạo ra biên dạng theo yêu cầu. Khi cụm Y-A hoạt động, trục X của máy sẽ bị khóa. Đầu laser lúc này vuông với tâm trục quay. Độ vng góc này sẽ quyết định độ chính xác gia công nên cần được rà gá kiểm tra dọc theo tâm xoay của trục A khi lắp ráp.

- Đầu khắc Laser: đầu khắc Laser là bộ phận chịu trách nhiệm phát ra tia Laser và tác động

lên vật liệu. Nó thường được gắn cố định hoặc trên trục Z (có hành trình nhỏ dùng để điều khiển tiêu cự laser) có khả năng di chuyển và điều chỉnh để đạt được các vị trí khác nhau. Đầu khắc Laser có thể được điều khiển bằng các hệ thống cơ học hoặc điện tử để đảm bảo độ chính xác và linh hoạt trong q trình gia cơng.

- Hệ thống điều khiển: máy khắc Laser trên mặt cong được trang bị hệ thống điều khiển để

điều chỉnh và điều khiển các trục di chuyển. Hệ thống này có thể sử dụng các bộ truyền động bằng vít me, bộ truyền động bằng bước hoặc các hệ thống servo điện tử để đảm bảo độ chính xác và đáng tin cậy trong việc di chuyển và vị trí của các trục.

- Hệ thống phần mềm: máy khắc Laser trên mặt cong thường được điều khiển bằng các hệ

thống điều khiển số và phần mềm điều khiển. Hệ thống này cho phép người dùng lập trình và điều chỉnh q trình gia cơng, tạo ra các mẫu và hoa văn phức tạp. Phần mềm điều khiển cung cấp giao diện trực quan và các chức năng tùy chỉnh để tăng cường hiệu suất và linh hoạt của máy.

Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý máy khắc laser CNC 4 trục

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

2.7 Khảo sát máy khắc laser CNC

Hình 2.18: Máy khắc laser MaxCut MC-C4060

*Mô tả máy

- Xuất sứ: Việt Nam

- Model: MC-C4060 - Đầu laser:

+ Laser CO2 + Công suất: 50W

+ Điều chỉnh tiêu cự: 35mm + Độ dày cắt tối đa: 6mm - Hệ thống làm mát đầu laser:

+ Làm mát bằng nước tuần hoàn + Sử dụng máy làm mát chiller - Khu vực làm việc: 600 x 400mm

- Bàn máy nâng hạ: bàn tổ ong độ phẳng cao - Độ chính xác: 0,03mm

- Công suất tiêu thụ: < 380W - Điện áp nguồn: 220V AC