Link tải luận văn miễn phí cho ae Ket-noi
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 hay tranh ảnh.Thiết bị được chế tạo cứng vững, ổn định, chính xác hỗ trợ việc gia công 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 công theo yêu 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
MỤC LỤC
LỜI CAM KẾT ............................................................................................................................... LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................................. TÓM TẮT ĐỒ ÁN ......................................................................................................................... ABSTRACT .................................................................................................................................... DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH..................................................................... DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................................... 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 2.1 Tia Laser ................................................................................................................................. 6 2.2 Phân loại ................................................................................................................................. 8 2.2.1 Laser chất rắn ................................................................................................................ 8 2.2.2 Laser chất khí ................................................................................................................ 9 2.2.3 Laser chất lỏng ............................................................................................................ 10 2.2.4 Laser bán dẫn (diode).................................................................................................. 11 2.3 Máy khắc CNC ..................................................................................................................... 12 2.4 Phân loại ............................................................................................................................... 13 2.4.1 Máy khắc cơ ................................................................................................................ 13 2.4.2 Máy khắc laser ............................................................................................................ 16
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 3.1.4 Lựa chọn động cơ........................................................................................................ 32 3.2 Hệ thống truyền động ........................................................................................................... 32 3.2.1 Truyền động puli đai răng ........................................................................................... 32 3.2.2 Truyền động vít me ..................................................................................................... 35 3.3 Tính toán công suất của laser................................................................................................ 37 3.4 Boarch Mach3 ....................................................................................................................... 37 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
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 TOÁN THIẾT KẾ MÁY ........................................................................... 45
5.1 5.2
5.3
Thông số thiết kế máy ........................................................................................................... 45 Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền động ............................................................................... 45 5.2.1 Tiêu chí lựa chọn hệ thống cho máy khắc laser .......................................................... 45
Lựa chọn hệ thống truyền động ............................................................................................ 46 5.3.1 Hệ thống truyền động đai ............................................................................................ 46 5.3.2 Thanh trượt dẫn hướng................................................................................................ 48 5.3.3 Trục vitme ................................................................................................................... 50 5.3.4 Đề xuất hệ thống truyền động cho trục A ................................................................... 52
5.4
5.5
5.6
5.7
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
Hệ thống truyền động trục Z................................................................................................. 54 Hệ thống truyền động trục X ................................................................................................ 55 Hệ thống truyền động trục Y ................................................................................................ 56
Thiêt kế cơ cấu kẹp phôi ...................................................................................................... 57
6.4.1 Lựa chọn động cơ........................................................................................................ 59 6.4.2 Lựa chọn driver ........................................................................................................... 60 6.4.3 Lựa chọn đầu phát laser .............................................................................................. 61 6.4.4 Lựa chọn cảm biến hành trình..................................................................................... 61 6.4.5 Lựa chọn board điều khiển.......................................................................................... 63 6.4.6 Lựa chọn nguồn cấp .................................................................................................... 64
6.5 Tính toán thông 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
CHƯƠNG 7: CHẾ TẠO, THỰC NGHIỆM THỰC TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ ................................ 68 7.1 Gia công, lắp ráp ................................................................................................................... 68 7.1.1 Cụm trục X .................................................................................................................. 68 7.1.2 Cụm trục Z .................................................................................................................. 69 7.1.3 Cụm trục Y .................................................................................................................. 71 7.1.4 Cụm trục A .................................................................................................................. 72 7.1.5 Cơ cấu kẹp chặt ........................................................................................................... 73 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
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:Mô tả quá 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
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: Mô tả phương án sẽ tiến hành gia công ..................................................................... 44 Hình 5.2: Mô tả cơ cấu truyền động puli đai ............................................................................. 46 Hình 5.3: Mô tả đai răng GT2 .................................................................................................... 47 Hình 5.4: Mô tả puli GT2 cho trục Z ......................................................................................... 47 Hình 5.5: Mô tả Puli GT2 cho trục X ........................................................................................ 48 Hình 5.6: Thanh trượt dẫn hướng .............................................................................................. 48 Hình 5.7: Thông số kỹ thuật ray trượt dẫn hướng trục Z ........................................................... 49 Hình 5.8: Thông số kỹ thuật ray trượt dẫn hướng trục X .......................................................... 50 Hình 5.9: Mô 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: Thông số kỹ thuật cụm thanh trượt RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M ..................... 52 Hình 5.12: Mô 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 : Mô tả cơ cấu kẹp phôi trên trục A .......................................................................... 57 Hình 6.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển của máy ................................................................... 59 Hình 6.4 : Mô tả đầu phát laser 5.5W ........................................................................................ 61 Hình 6.6 : Mô 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 : Mô tả mạch Arduino UNO ....................................................................................... 64 Hình 6.9 : Mô tả mạch Arduino Shield V3................................................................................. 64 Hình 6.10: Nguồn tổ ong C – 360 – 24 ...................................................................................... 65
Hình 6.11: Nguồn tổ ong C – 360 – 24 ...................................................................................... 65 Hình 6.12: Lựa chọn thông số cho trục X .................................................................................. 66 Hình 6.13: Lựa chọn thông số cho trục Y .................................................................................. 66 Hình 6.14: Lựa chọn thông số cho trục Z .................................................................................. 67 Hình 6.15: Lựa chọn thông số cho trục A .................................................................................. 67 Hình 6.16: Sơ đồ hệ thống điện ................................................................................................. 67 Hình 7.1: Tấm đỡ trục Y thực tế ................................................................................................ 68 Hình 7.2: Gối đỡ trục thực tế ..................................................................................................... 68 Hình 7.3: Trục ∅5 thực tế ......................................................................................................... 68 Hình 7.4: Tấm trục X thực tế .................................................................................................... 68 Hình 7.5: Cụm trục X hoàn thiện thực tế .................................................................................. 69 Hình 7.6: Tấm đỡ cụm Z thực tế ................................................................................................ 70 Hình 7.7: Gối đỡ động cơ thực tế ............................................................................................. 70 Hình 7.8: Tấm gá động cơ thực tế ............................................................................................. 70 Hình 7.9: Gối đỡ bàn xoay thực tế ............................................................................................. 70 Hình 7.10: Cụm trục Z hoàn thiện thực tế ................................................................................ 70 Hình 7.11: Cụm thanh trượt RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M thực tế ...................................... 71 Hình 7.12: Tấm đỡ dầu laser thực tế .......................................................................................... 71 Hình 7.13: Đầu laser thực tế ..................................................................................................... 71 Hình 7.14: Cụm trục Y hoàn thiện thực tế ................................................................................ 71 Hình 7.15: Mặt bích bàn xoay thực tế ........................................................................................ 72 Hình 7.16: Tấm đỡ trục A thực tế ............................................................................................. 72 Hình 7.17: Cốc hút thực tế ........................................................................................................ 72 Hình 7.18: Bàn xoay điện LER50K-S5MJ thực tế ................................................................... 72 Hình 7.19: Cụm trục A hoàn thiện thực tế ................................................................................ 72 Hình 7.20: Vòng hãm vít me thực tế .......................................................................................... 73 Hình 7.21: Mặt bích cốc hút thực tế .......................................................................................... 73 Hình 7.22: Tấm đỡ trục vít me thực tế ....................................................................................... 73
Hình 7.23: Trục vít me thực tế ................................................................................................... 73 Hình 7.24: Gối kê thanh nhôm thực tế ....................................................................................... 73 Hình 7.25: Cơ cấu kẹp hoàn 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: Hoàn thiện máy Laser thực tế .................................................................................. 77 Hình 7.34: Sơ đồ vận hành máy ................................................................................................. 78 Hình 7.35: Mô 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: Mô tả phần mềm Mach3Mill .................................................................................... 79 Hình 7.38: Mô tả cài đặt động cơ cho Mach3Mill ..................................................................... 79 Hình 7.39: Mô tả cài đặt xung động cơ cho Mach3Mill ............................................................ 80 Hình 7.40: Mô tả tải G-code vào Mach3Mill ............................................................................ 80 Hình 7.41: Mô tả cách điều khiển công suất laser bằng LaserGRBL......................................... 81 Hình 7.43: Sản phẩm khắc trên bề mặt vỏ dừa ........................................................................... 83
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
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CNC Computer Numerical Control
LASER Light Amplification by Stimulated Emission of USB Universal Seri Bus
IN Input
ON Onput
3D 3 Dimention
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 công 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 trò quan trọng trong việc phát triển công nghiệp, các máy móc sẽ dần thay đổi vị trí vì hiệu suất làm việc tốt hơn, hiệu quả, chính xác hoàn 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 công nghiệp chính xác, giúp đào sâu thêm kiến thức cho những người đang muốn tìm hiều về lĩnh vực này, không chỉ có thẻ áp dụng trong ngành công nghiệp cắt khắt, ngoài 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 “công 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 không cần 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 hoàn 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.
1
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cơ cấu bảng điều khiển và mô hình của máy CNC khắc laser.
- Mô hình hóa thiết kế 3D bằng phần Solidworks 2018. Tính toán và hoàn 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 toàn cho người sử dụng: tăng cường tính an toàn khi sử dụng máy khắc cong không gây nguy hiểm đến người tiêu dùng khi máy đang trong quá trình hoạt động
- Gia công, 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 hoàn thiện mô 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 phòng 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 ) 2
+ 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, công 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, thông 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 hoàn 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 toán, 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 hay 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
3
- 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 công 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 mô 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 mô phỏng và mô hình hóa để xây dựng mô 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.
4
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 mô hình phần cứng thiết bị, các
mạch điện điều khiển sau đó chọn các giải pháp thích hợp. Lập trình tự công việc.
- Chương 5: Tính toán và thiết kế máy cắt khắc laser: Tính toán 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 toán, 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
5
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 môi trường vật chất.
Hình 2.1: Đầu Laser
- Cấu tạo: bao gồm buồng cộng hưởng, nguồn nuôi, gương phản xạ, gương bán mạ
Hình 2.2: Cấu tạo chung của laser
6
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:Mô tả quá trình hấp thụ năng lượng
Hình 2.4: Phát xạ tự phát
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
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 hay tranh ảnh.Thiết bị được chế tạo cứng vững, ổn định, chính xác hỗ trợ việc gia công 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 công theo yêu 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
MỤC LỤC
LỜI CAM KẾT ............................................................................................................................... LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................................. TÓM TẮT ĐỒ ÁN ......................................................................................................................... ABSTRACT .................................................................................................................................... DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH..................................................................... DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................................... 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 2.1 Tia Laser ................................................................................................................................. 6 2.2 Phân loại ................................................................................................................................. 8 2.2.1 Laser chất rắn ................................................................................................................ 8 2.2.2 Laser chất khí ................................................................................................................ 9 2.2.3 Laser chất lỏng ............................................................................................................ 10 2.2.4 Laser bán dẫn (diode).................................................................................................. 11 2.3 Máy khắc CNC ..................................................................................................................... 12 2.4 Phân loại ............................................................................................................................... 13 2.4.1 Máy khắc cơ ................................................................................................................ 13 2.4.2 Máy khắc laser ............................................................................................................ 16
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 3.1.4 Lựa chọn động cơ........................................................................................................ 32 3.2 Hệ thống truyền động ........................................................................................................... 32 3.2.1 Truyền động puli đai răng ........................................................................................... 32 3.2.2 Truyền động vít me ..................................................................................................... 35 3.3 Tính toán công suất của laser................................................................................................ 37 3.4 Boarch Mach3 ....................................................................................................................... 37 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
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 TOÁN THIẾT KẾ MÁY ........................................................................... 45
5.1 5.2
5.3
Thông số thiết kế máy ........................................................................................................... 45 Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền động ............................................................................... 45 5.2.1 Tiêu chí lựa chọn hệ thống cho máy khắc laser .......................................................... 45
Lựa chọn hệ thống truyền động ............................................................................................ 46 5.3.1 Hệ thống truyền động đai ............................................................................................ 46 5.3.2 Thanh trượt dẫn hướng................................................................................................ 48 5.3.3 Trục vitme ................................................................................................................... 50 5.3.4 Đề xuất hệ thống truyền động cho trục A ................................................................... 52
5.4
5.5
5.6
5.7
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
Hệ thống truyền động trục Z................................................................................................. 54 Hệ thống truyền động trục X ................................................................................................ 55 Hệ thống truyền động trục Y ................................................................................................ 56
Thiêt kế cơ cấu kẹp phôi ...................................................................................................... 57
6.4.1 Lựa chọn động cơ........................................................................................................ 59 6.4.2 Lựa chọn driver ........................................................................................................... 60 6.4.3 Lựa chọn đầu phát laser .............................................................................................. 61 6.4.4 Lựa chọn cảm biến hành trình..................................................................................... 61 6.4.5 Lựa chọn board điều khiển.......................................................................................... 63 6.4.6 Lựa chọn nguồn cấp .................................................................................................... 64
6.5 Tính toán thông 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
CHƯƠNG 7: CHẾ TẠO, THỰC NGHIỆM THỰC TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ ................................ 68 7.1 Gia công, lắp ráp ................................................................................................................... 68 7.1.1 Cụm trục X .................................................................................................................. 68 7.1.2 Cụm trục Z .................................................................................................................. 69 7.1.3 Cụm trục Y .................................................................................................................. 71 7.1.4 Cụm trục A .................................................................................................................. 72 7.1.5 Cơ cấu kẹp chặt ........................................................................................................... 73 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
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:Mô tả quá 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
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: Mô tả phương án sẽ tiến hành gia công ..................................................................... 44 Hình 5.2: Mô tả cơ cấu truyền động puli đai ............................................................................. 46 Hình 5.3: Mô tả đai răng GT2 .................................................................................................... 47 Hình 5.4: Mô tả puli GT2 cho trục Z ......................................................................................... 47 Hình 5.5: Mô tả Puli GT2 cho trục X ........................................................................................ 48 Hình 5.6: Thanh trượt dẫn hướng .............................................................................................. 48 Hình 5.7: Thông số kỹ thuật ray trượt dẫn hướng trục Z ........................................................... 49 Hình 5.8: Thông số kỹ thuật ray trượt dẫn hướng trục X .......................................................... 50 Hình 5.9: Mô 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: Thông số kỹ thuật cụm thanh trượt RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M ..................... 52 Hình 5.12: Mô 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 : Mô tả cơ cấu kẹp phôi trên trục A .......................................................................... 57 Hình 6.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển của máy ................................................................... 59 Hình 6.4 : Mô tả đầu phát laser 5.5W ........................................................................................ 61 Hình 6.6 : Mô 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 : Mô tả mạch Arduino UNO ....................................................................................... 64 Hình 6.9 : Mô tả mạch Arduino Shield V3................................................................................. 64 Hình 6.10: Nguồn tổ ong C – 360 – 24 ...................................................................................... 65
Hình 6.11: Nguồn tổ ong C – 360 – 24 ...................................................................................... 65 Hình 6.12: Lựa chọn thông số cho trục X .................................................................................. 66 Hình 6.13: Lựa chọn thông số cho trục Y .................................................................................. 66 Hình 6.14: Lựa chọn thông số cho trục Z .................................................................................. 67 Hình 6.15: Lựa chọn thông số cho trục A .................................................................................. 67 Hình 6.16: Sơ đồ hệ thống điện ................................................................................................. 67 Hình 7.1: Tấm đỡ trục Y thực tế ................................................................................................ 68 Hình 7.2: Gối đỡ trục thực tế ..................................................................................................... 68 Hình 7.3: Trục ∅5 thực tế ......................................................................................................... 68 Hình 7.4: Tấm trục X thực tế .................................................................................................... 68 Hình 7.5: Cụm trục X hoàn thiện thực tế .................................................................................. 69 Hình 7.6: Tấm đỡ cụm Z thực tế ................................................................................................ 70 Hình 7.7: Gối đỡ động cơ thực tế ............................................................................................. 70 Hình 7.8: Tấm gá động cơ thực tế ............................................................................................. 70 Hình 7.9: Gối đỡ bàn xoay thực tế ............................................................................................. 70 Hình 7.10: Cụm trục Z hoàn thiện thực tế ................................................................................ 70 Hình 7.11: Cụm thanh trượt RCP4 - SA3C-I-28P-4-75-P3-M thực tế ...................................... 71 Hình 7.12: Tấm đỡ dầu laser thực tế .......................................................................................... 71 Hình 7.13: Đầu laser thực tế ..................................................................................................... 71 Hình 7.14: Cụm trục Y hoàn thiện thực tế ................................................................................ 71 Hình 7.15: Mặt bích bàn xoay thực tế ........................................................................................ 72 Hình 7.16: Tấm đỡ trục A thực tế ............................................................................................. 72 Hình 7.17: Cốc hút thực tế ........................................................................................................ 72 Hình 7.18: Bàn xoay điện LER50K-S5MJ thực tế ................................................................... 72 Hình 7.19: Cụm trục A hoàn thiện thực tế ................................................................................ 72 Hình 7.20: Vòng hãm vít me thực tế .......................................................................................... 73 Hình 7.21: Mặt bích cốc hút thực tế .......................................................................................... 73 Hình 7.22: Tấm đỡ trục vít me thực tế ....................................................................................... 73
Hình 7.23: Trục vít me thực tế ................................................................................................... 73 Hình 7.24: Gối kê thanh nhôm thực tế ....................................................................................... 73 Hình 7.25: Cơ cấu kẹp hoàn 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: Hoàn thiện máy Laser thực tế .................................................................................. 77 Hình 7.34: Sơ đồ vận hành máy ................................................................................................. 78 Hình 7.35: Mô 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: Mô tả phần mềm Mach3Mill .................................................................................... 79 Hình 7.38: Mô tả cài đặt động cơ cho Mach3Mill ..................................................................... 79 Hình 7.39: Mô tả cài đặt xung động cơ cho Mach3Mill ............................................................ 80 Hình 7.40: Mô tả tải G-code vào Mach3Mill ............................................................................ 80 Hình 7.41: Mô tả cách điều khiển công suất laser bằng LaserGRBL......................................... 81 Hình 7.43: Sản phẩm khắc trên bề mặt vỏ dừa ........................................................................... 83
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
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CNC Computer Numerical Control
LASER Light Amplification by Stimulated Emission of USB Universal Seri Bus
IN Input
ON Onput
3D 3 Dimention
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 công 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 trò quan trọng trong việc phát triển công nghiệp, các máy móc sẽ dần thay đổi vị trí vì hiệu suất làm việc tốt hơn, hiệu quả, chính xác hoàn 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 công nghiệp chính xác, giúp đào sâu thêm kiến thức cho những người đang muốn tìm hiều về lĩnh vực này, không chỉ có thẻ áp dụng trong ngành công nghiệp cắt khắt, ngoài 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 “công 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 không cần 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 hoàn 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.
1
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cơ cấu bảng điều khiển và mô hình của máy CNC khắc laser.
- Mô hình hóa thiết kế 3D bằng phần Solidworks 2018. Tính toán và hoàn 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 toàn cho người sử dụng: tăng cường tính an toàn khi sử dụng máy khắc cong không gây nguy hiểm đến người tiêu dùng khi máy đang trong quá trình hoạt động
- Gia công, 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 hoàn thiện mô 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 phòng 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 ) 2
+ 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, công 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, thông 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 hoàn 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 toán, 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 hay 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
3
- 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 công 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 mô 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 mô phỏng và mô hình hóa để xây dựng mô 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.
4
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 mô hình phần cứng thiết bị, các
mạch điện điều khiển sau đó chọn các giải pháp thích hợp. Lập trình tự công việc.
- Chương 5: Tính toán và thiết kế máy cắt khắc laser: Tính toán 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 toán, 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
5
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 môi trường vật chất.
Hình 2.1: Đầu Laser
- Cấu tạo: bao gồm buồng cộng hưởng, nguồn nuôi, gương phản xạ, gương bán mạ
Hình 2.2: Cấu tạo chung của laser
6
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:Mô tả quá trình hấp thụ năng lượng
Hình 2.4: Phát xạ tự phát
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links