ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÁY KHẮC TRANH
BẰNG LASER
SVTH: Nguyễn Quang Phúc Trí
MSSV: 1713650
GVHD: TS. Trần Việt Hồng
TP.HCM, Tháng 08/2021
FL012
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
Số: ____ /ĐHBK-CK
Bộ môn: Cơ Điện Tử
HỌ VÀ TÊN:
NGÀNH:
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
(Chú ý: sinh viên phải dán tờ này vào trang thứ nhất của bản thuyết minh)
Nguyễn Quang Phúc Trí
Kỹ thuật Cơ điện tử
MSSV: 1713650
LỚP:
CK17CD2
1. Đầu đề luận văn:
Thiết kế máy khắc tranh bằng laser
(Design of a laser engraving machine)
2. Nhiệm vụ chung:
- Tìm hiểu tổng quan về các máy 2D và máy khắc laser
- Lựa chọn phương án và thiết kế cơ khí
- Tính toán thiết kế mạch điện
- Thiết kế giải thuật điều khiển
- Số bản vẽ dự kiến:
4 , gồm:
+ 1 bản vẽ A0, về: lựa chọn phương án
+ 1 bản vẽ A0, về: thiết kế cơ khí
+ 1 bản vẽ A0, về: mạch điện
+ 1 bản vẽ A0, về: lưu đồ giải thuật điều khiển
3. Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 01 / 03 / 2021
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
11 / 06 / 2021
5. Họ và tên người hướng dẫn:
- Trần Việt Hồng
, BM Cơ điện tử
Phần hướng dẫn:
100%
Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ môn.
Ngày 01 tháng 03 năm 2021
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
(Ký và ghi rõ họ tên)
NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH
(Ký và ghi rõ họ tên)
Nguyễn Quốc Chí
Trần Việt Hồng
PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN
Người duyệt (chấm sơ bộ):
Đơn vị:
Ngày bảo vệ:
Điểm tổng kết:
Nơi lưu trữ luận án:
s
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÁY KHẮC TRANH
BẰNG LASER
SVTH: Nguyễn Quang Phúc Trí
MSSV: 1713650
GVHD: TS. Trần Việt Hồng
TP.HCM, Tháng 8/2021
2
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới thầy Trần Việt Hồng đã đưa ra nhưng gợi
ý hữu ích, hướng dẫn em chọn đề tài phù hợp và quan trọng nhất là nhờ kiến thức của
môn Trang thiết bị Điện – Điện tử trong công nghiệp của thầy từ năm hai đã giúp ích
em rất nhiều trong việc tìm hiểu tư liệu luận văn.
Chân thành gửi lời cảm ơn đến cô thư ký bộ môn vì đã kiên nhẫn và dành thời
gian giúp đỡ em trong quá trình tìm kiếm đề tài luận văn.
Ngoài ra em xin cảm ơn anh Đỗ Tân Khoa và anh Châu đã hỗ trợ giúp em về
trang thiết bị của SHTP. Nếu thiếu hai anh, em không thể có mô hình với kinh phí hạn
hẹp được.
Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô bộ môn Cơ – Điện tử đã nhiệt tình
giảng dạy và chỉ bảo, em không thể hoàn thành đề cương luận văn này nếu thiếu những
kiến thức của các thầy cô.
iii
NỘI DUNG LUẬN VĂN
Luận văn thiết kế và xây đựng một hệ thống CNC khắc tranh phục vụ trong việc
chế tạo đồ lưu niệm hoặc tạo điểm nhấn cho các vật dụng. Máy được thiết kế thông qua
sự tìm hiểu các hệ thống CNC trên thị trường. Để chuẩn hóa bản vẽ, phần cơ khí sử
dụng các phần tử chính hãng làm thông số tính toán và thiết kế dẫn tới tổng giá thành
sản phẩm luận văn sẽ có thể cao hơn so với các máy CNC đã có ngoài thị trường.
iv
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ iii
NỘI DUNG LUẬN VĂN .............................................................................................. iv
MỤC LỤC ...................................................................................................................... v
DANH SÁCH HÌNH ẢNH ........................................................................................... ix
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ......................................................................................... xi
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN ..................................................................................... 1
1. Tranh khắc bằng laser ............................................................................................. 1
1.1. Nguyên lý quá trình khắc Laser ....................................................................... 1
1.2. Tổng quan về laser........................................................................................... 1
1.3. Các chế độ hoạt động ...................................................................................... 2
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm .............................................. 2
1.5 Phân loại các sản phẩm khắc bằng laser ........................................................... 4
2. Máy CNC ................................................................................................................ 6
2.1. Phương pháp điều khiển máy CNC ................................................................. 6
2.2 Kết cấu máy CNC ............................................................................................. 7
2.3 Một số máy CNC .............................................................................................. 9
2.4 Đánh giá chung ............................................................................................... 11
3. Mục tiêu đề tài ...................................................................................................... 12
3.1. Mục tiêu luận văn .......................................................................................... 12
3.2. Nhiệm vụ luận văn ......................................................................................... 12
3.3. Tổ chức luận văn ........................................................................................... 12
CHƯƠNG 2.
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN.............................................................. 13
v
1. Cơ khí ................................................................................................................... 13
1.1. Kết cấu máy ................................................................................................... 13
1.2. Vật liệu làm thân máy .................................................................................... 13
1.3. Bộ phận truyền động ..................................................................................... 14
1.4. Bộ phận dẫn hướng........................................................................................ 15
2. Điện ...................................................................................................................... 15
2.1. Laser .............................................................................................................. 15
2.2. Động cơ trục X,Y,Z ....................................................................................... 16
2.3. Driver điều khiển ........................................................................................... 17
3. Điều khiển............................................................................................................. 18
4. Tổng kết ................................................................................................................ 18
CHƯƠNG 3.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ ..................................................... 20
1. Tính toán cấp chính xác ........................................................................................ 20
1.1 Yêu cầu thiết kế .............................................................................................. 20
1.2 Tính toán ......................................................................................................... 20
1.3. Kiểm tra ......................................................................................................... 21
2. Lựa chọn tính toán trục Z ..................................................................................... 22
2.1. Bộ phận vít me – đai ốc bi trục Z .................................................................. 22
2.2. Tính toán và lựa chọn thanh trượt tròn: ......................................................... 25
2.3. Tính toán chọn động cơ: ................................................................................ 27
3. Lựa chọn tính toán trục X ..................................................................................... 29
3.1. Tính toán, lựa chọn vít me cho trục X: .......................................................... 29
3.2. Tính toán và lựa chọn thanh trượt tròn: ......................................................... 31
3.3. Tính toán chọn động cơ: ................................................................................ 33
4. Lựa chọn tính toán trục Y ..................................................................................... 35
vi
4.1. Tính toán, lựa chọn vít me cho trục Y: .......................................................... 35
4.2. Tính toán và lựa chọn thanh trượt tròn: ......................................................... 37
4.3. Tính toán chọn động cơ: ................................................................................ 39
5. Tính toán chọn ổ lăn, khớp nối: ............................................................................ 41
5.1. Thông số đầu vào: ......................................................................................... 41
5.2. Lựa chọn và kiểm tra: .................................................................................... 41
6. Lựa chọn dung sai lắp ghép giữa khung máy và ổ đỡ .......................................... 42
6.1. Lựa chọn dung sai .......................................................................................... 42
6.2. Kiểm tra: ........................................................................................................ 42
7. Mô phỏng kiểm nghiệm ứng suất cho các khâu ................................................... 43
6.1. Khâu trục X ................................................................................................... 44
6.2. Khâu trục Y ................................................................................................... 45
CHƯƠNG 4.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN ......................................................... 46
1. Yêu cầu kỹ thuật ................................................................................................... 46
2. Vi điều khiển ........................................................................................................ 46
3. Driver điều khiển .................................................................................................. 47
3.1. Chọn thông số làm việc cho driver ................................................................ 48
3.2. Kiểm tra ......................................................................................................... 49
4. Laser khắc ............................................................................................................. 50
5. Công tắc hành trình và vị trí lắp đặt ..................................................................... 50
6. Nguồn hệ thống điện............................................................................................. 51
7. Sơ đồ mạch điện tổng thể ..................................................................................... 52
CHƯƠNG 5.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ............................................ 53
1. Yêu cầu kỹ thuật ................................................................................................... 53
2. Tạo lập file Gcode ................................................................................................ 53
vii
2.1. Chuyển đổi file ảnh thành file .dxf ................................................................ 53
2.2. Tạo lập file Gcode ......................................................................................... 55
3. Điều chỉnh thiết lập thông số cho phần mềm Mach3 ........................................... 59
3.1. Khai báo thông tin chung .............................................................................. 59
3.2. Thiết lập thông số cổng input và output ........................................................ 60
3.3. Thiết lập chế độ Home: ................................................................................. 61
4. Xây dựng chương trình khắc laser trên mặt trụ tròn ............................................ 62
5. Xây dựng chương trình khắc laser trên mặt cầu, mặt eclipse............................... 63
CHƯƠNG 6.
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ TỔNG KẾT ................................. 66
1. Kết quả thực nghiệm............................................................................................. 66
1.1. Thông số mô hình thực nghiệm ..................................................................... 66
1.2. Một số sản phẩm thực tế ................................................................................ 67
2. Tổng kết ................................................................................................................ 68
2.1. Hạn chế .......................................................................................................... 68
2.2. Kết quả đạt được ............................................................................................ 68
2.3. Phương hướng phát triển luận văn ................................................................ 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 69
viii
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Nguyên lý cắt laser ____________________________________________ 1
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý của bộ phát laser _________________________________ 2
Hình 1.3 Biên dạng vết cắt với từng vị trí tiêu điểm __________________________ 3
Hình 1.4 Sản phẩm cắt khi không áp dụng luồng khí bổ trợ (trên) _______________ 4
Hình 1.5 Tranh khắc trên cùng một mặt phẳng (trái) và khác mặt phẳng (phải) _____ 5
Hình 1.6 Tranh khắc laser trên mặt cong ___________________________________ 5
Hình 1.7 Phôi được gia công theo phương pháp 2D __________________________ 6
Hình 1.8 Phôi được gia công bằng phương pháp 2(1/2)D ______________________ 6
Hình 1.9 Phôi được gia công bằng phương pháp 3D __________________________ 7
Hình 1.10 Cấu trúc tổng thể máy CNC ____________________________________ 7
Hình 1.11 Máy khắc laser CNC D3040 S1 _________________________________ 9
Hình 1.12 Máy CNC 3810 _____________________________________________ 10
Hình 1.13 Máy CNC WEGSTR _________________________________________ 11
Hình 2.1 Sơ đồ động của kết cấu moving gantry ____________________________ 19
Hình 3.1 Sơ đồ chuỗi kích thước trong mặt phẳng XY _______________________ 20
Hình 3.2 Sơ đồ phân bố tải trọng trục Z ___________________________________ 22
Hình 3.3 Thông số chiều dài vít me đai ốc bi của HIWIN _____________________ 25
Hình 3.4 Sơ đồ mô tả tải trọng lên bộ phận dẫn hướng Z _____________________ 26
Hình 3.5 Đồ thị quan hệ giữa tốc độ góc so với momen xoắn và cường độ dòng diện
đặt vào driver _______________________________________________________ 28
Hình 3.6 Sơ đồ phân bố tải trọng trục X __________________________________ 29
Hình 3.7 Sơ đồ mô tả tải trọng lên bộ phận dẫn hướng X _____________________ 32
Hình 3.8 Sơ đồ phân bố tải trọng trục Y __________________________________ 35
Hình 3.9 Sơ đồ mô tả tải trọng lên bộ phận dẫn hướng Y _____________________ 38
Hình 3.10 Kết quả phân tích bền khâu trục X ______________________________ 44
Hình 3.11 Kết quả phân tích bền khâu trụm Y ______________________________ 45
Hình 4.1 Mạch Mach3 USB ____________________________________________ 46
Hình 4.2 Module relay 24V 2 kênh ______________________________________ 47
Hình 4.3 Driver TB6600 _______________________________________________ 47
ix
Hình 4.4 Module laser 2,5W ___________________________________________ 50
Hình 4.5 Module LM2596 và sơ đồ nguyên lý _____________________________ 50
Hình 4.6 Aptomat BKN 1P 6A__________________________________________ 51
Hình 4.7 Sơ đồ mạch điện tổng thể máy cnc _______________________________ 52
Hình 5.1 Giao diện chọn ảnh trong Inkscape _______________________________ 53
Hình 5.2 Giao diện Trace Bitmap________________________________________ 54
Hình 5.3 Kết quả bộ lọc (từ trái): cường độ sáng, dò cạnh, lượng tử màu _________ 54
Hình 5.4 Kết quả sau khi xuất .dxf _______________________________________ 55
Hình 5.5 Hộp thoại điều chỉnh kích thước _________________________________ 55
Hình 5.6 Hộp thoại chọn phương pháp gia công ____________________________ 56
Hình 5.7 Hộp thoại chọn dao ___________________________________________ 56
Hình 5.8 Hộp thoại chọn lượng ăn dao ___________________________________ 57
Hình 5.9 Hộp thoại lựa chọn phương pháp di chuyển ________________________ 57
Hình 5.10 Menu chuyển đổi của NCConverter _____________________________ 58
Hình 5.11 Hộp thoại lựa chọn cổng giao tiếp _______________________________ 59
Hình 5.12 Giao diện Motor tunning ______________________________________ 60
Hình 5.13 Hộp thoại thiết lập thông số input _______________________________ 60
Hình 5.14 Các hộp thoại thiết lập thông số output ___________________________ 61
Hình 5.15 Hộp thoại thiết lập thông số cho chế độ Home _____________________ 61
Hình 5.16 Hộp thoại thiết lập tọa độ gia công ______________________________ 61
Hình 5.17 Một đoạn Gcode thu được từ chương trình JdPaint và NcConverter ____ 62
Hình 5.18 Quỹ đạo gia công trước (bên trái) và sau khi chuyển đổi _____________ 63
Hình 5.19 Hộp thoại chọn quỹ đạo xoắn ốc và kết quả quỹ đạo ________________ 64
Hình 5.20 Đoạn Gcode với quỹ đạo gia công xoắn ốc ________________________ 64
Hình 5.21 Quỹ đạo gia công xoắn ốc trước (bên trái) và sau khi chuyển đổi ______ 65
Hình 6.1 Mô hình thực nghiệm máy CNC khắc tranh (giai đoạn phục chế) _______ 66
Hình 6.2 Sản phẩm 1 _________________________________________________ 67
Hình 6.3 Sản phẩm 2 _________________________________________________ 67
x
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Tốc độ cắt và công suất laser gợi ý cho từng loại vật liệu ______________ 3
Bảng 1.2 Thông số máy khắc laser CNC D3040 S1 __________________________ 9
Bảng 1.3 Thông số máy CNC 3810 ______________________________________ 10
Bảng 1.4 Thông số máy CNC WEGSTR __________________________________ 11
Bảng 2.1 So sánh giữa khung nhôm định hình và khung CNC _________________ 13
Bảng 2.2 Bảng so sánh giữa Vit me – đai ốc và Vít me – đai ốc bi ______________ 14
Bảng 2.3 Bảng so sánh giữa thanh trượt vuông và thanh trượt tròn _____________ 15
Bảng 2.4 Bảng so sánh giữa các loại laser _________________________________ 16
Bảng 3.1 Giá trị đơn vị dung sai từng khâu ________________________________ 21
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật ỗ đỡ FF10 (“D” là đường kính ngoài của ổ) _________ 42
Bảng 3.3 Dung sai lắp ghép của các loại ổ _________________________________ 42
Bảng 3.4 Thuộc tính thép A36 __________________________________________ 43
Bảng 4.1 Danh sách chân của module relay ________________________________ 47
Bảng 4.2 Thông số tổng quan driver TB6600 ______________________________ 48
Bảng 4.3 Thông số đầu vào của driver TB6600 _____________________________ 48
Bảng 4.4 Bảng tổng sai số của từng trục __________________________________ 49
Bảng 4.5 Thông số cơ bảng của laser diode ________________________________ 50
Bảng 4.6 Danh sách các công tắc ngoại vi _________________________________ 51
Bảng 4.7 Danh sách thiết bị tiêu thụ điện __________________________________ 51
xi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1. Tranh khắc bằng laser
1.1. Nguyên lý quá trình khắc Laser
Laser (Light Amplifier by Stimulated Emission of Radiation) – khuếch đại ánh
sáng bằng phản xạ kích thích - là một chùm ánh sáng có tính đơn sắc cao, tương đối
song song (trực quan) và có tính tập trung năng lượng.
Nhờ tính tập trung năng lượng mà khi điều chỉnh đúng tiêu cự, nhiệt độ tại điểm
trên bề mặt gia công rất cao dẫn tới vật liệu bị cháy. Sau đó phần phoi này được đẩy ra
khỏi chi tiết gia công nhờ luồng khí đồng trục với tia laser. Việc này tiếp tục lặp lại với
từng điểm sát nhau từ đó tạo ra những đường cắt/khắc. Đối với các máy CNC vẽ tranh
bằng laser, cụm tia laser là cơ cấu chấp hành và được điều khiển quỹ đạo bằng các việc
điều khiển vị trí X, Y, Z,…
Hình 1.1 Nguyên lý cắt laser
1.2. Tổng quan về laser
Tia laser sinh ra nhờ nguồn photon có được từ môi trường hoạt tính của bộ phát
laser. Các photon bị phản xạ trong buồng hoạt tính cho tới khi nó tích đủ năng lượng và
có hướng chuyển động dọc theo trục quang học, lúc này hạt photon có thể xuyên qua
được thấu kính bán trong suốt và góp phần tạo thành tia laser.
1
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý của bộ phát laser
Trên thị trường hiện nay có 4 loại laser: rắn, lỏng, khí và bán dẫn. Các loại laser
này chỉ khác nhau bởi môi trường hoạt tính, tùy loại môi trường hoạt tính mà dẫn tới
màu sắc và tỷ lệ công suất/giá tiền khác nhau.
1.3. Các chế độ hoạt động
Chế độ phát liên tục (CW – Continous Wave): tại đề độ này nguồn laser phát xạ
liên tục với công suất hiệu dụng. Tuy nhiên điều này dẫn tới nguồn phát mau nóng, gây
giảm tuổi thọ môi trường hoạt tính hơn chế độ PO.
Chế độ phát xung (PO – Pulse Operation): chế độ có 2 pha đóng và ngắt. Mục
đích của chế độ phát xung nhằm nâng cao tối đa hiệu suất cắt, hạn chế hao phí năng
lượng do hiện tượng laser cắt vào phoi nhờ vậy cải thiện tuổi thọ nguồn phát.
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm
1.4.1. Vật liệu
Tùy vào loại vật liệu mà ta nên sử dụng tốc độ khắc khác nhau. Đối với phôi là
nhựa, nếu bề mặt phơi nhiễm laser rộng sẽ làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm vì
phần phoi nóng chảy kết dính lại vào phôi. Còn về các phôi làm từ gỗ, cần có tốc độ
khắc hợp lý vì trước khi tới giai đoạn laser bóc tách được vật liệu thì phải qua quá trình
bốc hơi.
Vật liệu
Bề dày (mm)
Tốc độ cắt (m/ph)
Năng lượng (W)
Polyetyle
1
11
500
Polypropylen
1
17
500
Polystyren
1
19
500
2
ABS
1
21
500
Sợi thủy tinh
1.6
5.2
450
Ván ép
12
4.8
1000
Gỗ cứng
10
2.6
500
Thép carbon
8
0.9
400
3.8
1.8
8
0.36
5
0.72
Titan
3.8
2.52
250
Nhôm
3.8
0.24
300
Đồng
0.6
1.5
300
Thép inox
850
Bảng 1.1 Tốc độ cắt và công suất laser gợi ý cho từng loại vật liệu
Bảng 1.1 phía trên cho thấy sự khác nhau về tốc độ, chiều sâu cắt bằng công
nghệ laser trên từng loại vật liệu, ta có thể dùng số liệu này để chọn sơ bộ tốc độ khắc
ở chương sau.
1.4.2. Tiêu cự
Tuy nhìn trực quan tia laser khá song song, nhưng thực tế mỗi bộ phát laser đều
cho ra chùm tia hội tụ. Điểm hội tụ phụ thuộc vào tiêu cự hệ thống thấu kính của mỗi
nguồn (có thể tìm thấy trong tài liệu kỹ thuật). Nếu điểm hội tụ nằm ngay trên bề mặt
gia công, chiều sâu gia công cũng như chất lượng bề mặt cải thiện rất nhiều.
Hình 1.3 Biên dạng vết cắt với từng vị trí tiêu điểm
3
Như ta thấy tại hình 1.3 vết cắt gọn và sâu nhất khi điểm hội tụ nằm ngay trên
bề mặt gia công. Việc đo được vị trí và duy trì điểm hội tụ nằm đúng vị trí rất quan
trọng vì không những cho ra sản phẩm đẹp, nét khắc gọn mà còn tiết kiệm năng lượng
và kéo dài tuổi thọ nguồn laser.
1.4.3 Nguồn khí bổ trợ
Đối với các sản phẩm tranh CNC laser từ gỗ, hoặc có vật liệu nguồn gốc
xenlulose việc thể hiện hình ảnh lên mặt phẳng chỉ đơn giản là làm cháy 1 phần nhỏ
trên bề mặt. Thông thường do đặc tính ẩm nên vết đốt khó lan nếu có quạt tản nhiệt,
Tuy nhiên khi chất liệu làm tranh có gốc nhựa, thì tại điểm gia công xuất hiện phần xỉ,
để tránh hiện tượng phần xỉ kết dính lại vào phôi, đầu laser cần trang bị luồng khí bổ
trợ.
Hình 1.4 Sản phẩm cắt khi không áp dụng luồng khí bổ trợ (trên)
và có luồng khí bổ trợ (dưới)
1.5 Phân loại các sản phẩm khắc bằng laser
1.5.1. Về bề mặt gia công
Mặt phẳng: tranh lưu niệm, ký hiệu trên chi tiết máy (bánh răng, đai ốc, gá chi
tiết,…). Các hình ảnh có thể nằm ở nhiều vị trí khác về cao độ (so với tọa đồ bàn máy),
nhưng mỗi hình ảnh đều cũng ở một độ cao xác định.
4
Hình 1.5 Tranh khắc trên cùng một mặt phẳng (trái) và khác mặt phẳng (phải)
Mặt cong: tranh ảnh lưu niệm trên bình rượu, trái cây, nhãn hiệu trên các bề mặt
cong của máy công nghiệp. Để tạo được những sản phẩm có chất lượng tốt đòi hỏi hệ
thống điều khiển duy trì khoảng cách giữa điểm hội tụ của tia laser và mặt phẳng tức
thời.
Hình 1.6 Tranh khắc laser trên mặt cong
1.5.2. Về vật liệu khắc
Vật liệu có gốc xelulose: loại vật liệu này có tính ẩm và mềm (xét theo góc độ
cơ khí) với phương pháp CNC laser, không những có thể vẽ tranh 2D mà còn có thể vẽ
tranh nổi. Tuy có đặc tính ẩm, vật liệu này vẫn có thể cháy ở nhiệt độ phòng, do đó
trong quá trình gia công cần có hệ thống thổi luồng để dập tắt các ngọn lửa nhỏ phát
sinh trong quá trình gia công.
Vật liệu từ kim loại và polymer: tuy khó cháy hơn so với loại trên, nhưng trong
quá trình gia công (vẽ tranh 2D) polymer rất dễ phát sinh xỉ, ảnh hưởng trực tiếp tới
thẩm mỹ sản phẩm nên cần có hệ thống khí thổi. Còn đối với vật liêu kim loại, do nhiệt
độ nóng chảy cao, nên cần đầu laser công suất thích hợp. Hơn nữa trong quá trình CNC
laser kim loại hay xuất hiện tia lửa, đòi hỏi người quản lý máy tuân thủ các quy trình
phòng cháy chữa cháy.
5
2. Máy CNC
2.1. Phương pháp điều khiển máy CNC
2.1.1. Điều khiển 2D
Phương pháp này dùng để tạo đường thằng, đường cong trên một mặt phẳng vì
chi tiết tịnh tiến so với dao bằng 2 trục, trục còn lại là trục tiến dao. Trục tiến dao hoạt
động độc lập với 2 trục kia.
Hình 1.7 Phôi được gia công theo phương pháp 2D
2.1.2. Điều khiển 2(1/2)D
Cải tiến hơn so với phương pháp 2D, phương pháp 2(1/2)D cho phép thực hiện
gia công chi tiết trên nhiều mặt phẳng khác nhau. Tuy nhiên trong quá trình gia công
một mặt phẳng, chỉ có 2 trục di chuyển đồng thời, trục còn lại là trục tiến dao. Do vậy
các chuyển động có thể có ở các mặt (Oxy), (Oxz), (Oyz).
Hình 1.8 Phôi được gia công bằng phương pháp 2(1/2)D
6
2.1.3. Điều khiển 3D
Tiên tiến hơn hai phương pháp trên, điều khiển 3D nội suy tọa độ của 3 trục đồng
thời, có thể gia công được các chi tiết theo kích thước ba chiều. Do đó có thể gia công
nhiều bước hơn trong một lần gá phôi.
Hình 1.9 Phôi được gia công bằng phương pháp 3D
2.2 Kết cấu máy CNC
Kết cấu của một hệ thống CNC gồm hai phần chính: điều khiển và chấp hành
Hình 1.10 Cấu trúc tổng thể máy CNC
2.2.1. Phần điều khiển
Phần điều khiển bao gồm chương trình điều khiển và thiết bị điều khiển. Về
chương trình điều khiển, hiện nay có nhiều chương trình điều khiển nhưng thông dụng
nhất là Gbrl Control và Mach3 vì mã nguồn mở và có cộng đồng hỗ trợ lớn. Về thiết bị
điều khiển, bao gồm các mạch công suất, mạch đọc dữ liệu trả về, bộ phận xử lý tín
7
hiệu – truyền tín hiệu, hệ thống liên hệ ngược (ví dụ: công tắt hành trình, cảm biến tiệm
cận),…
2.2.2. Phần chấp hành
Phần chấp hành bao gồm toàn bộ khung máy, bàn máy, các động cơ và các cơ
cấu chạy đầu làm việc trên máy CNC, có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ driver điều khiển
tạo ra các chuyển động nhằm gia công chi tiết đúng như bản vẽ. đầu công cụ là bộ phận
trực tiếp gia công chi tiết.
Bộ truyền động thường sử dụng phương pháp khử khe hở của bộ truyền vít me đai ốc bi, còn đối với một số máy hoạt động gia công nhẹ có thể dùng bộ truyền đai
răng.
2.2.3. H ệ trục tọa độ và phân loại máy CNC
Theo tiêu chuẩn ISO, hệ trục tọa độ máy CNC là hệ tọa độ Descarte được quy
định như sau:
 Trục Z: trục chứa đầu công cụ, chiều dương là chiều mà khoảng cách từ công
cụ tới chi tiết tăng dần.
 Trục Y: là trục chứa khoảng tịnh tiến lớn nhất của máy.
 Trục X: hợp với 2 trục còn lại.
Từ 3 trục XYZ, đối với máy CNC, trên thị trường có các loại như sau:
 X – Y table: bàn làm việc di chuyển theo hai phương
 Moving gantry: trong quá trình gia công mâm cặp dao di chuyển theo hai
phương sau khi tiến dao.
 Moving table: gá công cụ có nhiệm vụ tiến dao và di chuyển theo 1 phương,
phương còn lại cho bàn làm việc phụ trách.
Ngoài ra, khi sử dụng cũng như thiết kế máy CNC, ta phải để ý tới các chuẩn sau
đây:
 Chuẩn M (Machine Datum Point): chuẩn máy – gốc tọa độ của máy do người
thiết kế quy định.
 Chuẩn R (Reference Point): là gốc tọa độ do người sử dụng đặt nhằm thuận
tiện cho việc gia công.
 Chuẩn T (Tool offset): chuẩn dao.
8
 W (Work Datum Point): chuẩn chi tiết – gốc tọa độ của chi tiết.
 P (Program Datum Point): gốc tọa độ trong code lập trình, do người lập trình
chọn.
2.3 Một số máy CNC
2.3.1. Máy khắc laser CNC D3040 S1 (Moving gantry)
Hình 1.11 Máy khắc laser CNC D3040 S1
Vùng hoạt động
300x400 (mm) Trục Z điều chỉnh bằng tay
Kích thước khung
500x420x120 (mm)
Vật liệu khung
Nhôm định hình
Độ chính xác
±0.01 (mm)
Động cơ dẫn trục
Step Motor
Công suất tối đa
80W
Phần mềm điểu khiển
GBRL control
Hệ điều hành hỗ trợ
Windows
Bảng 1.2 Thông số máy khắc laser CNC D3040 S1
9
2.3.2. Máy CNC 3810 (Moving Table)
Hình 1.12 Máy CNC 3810
Vùng hoạt động
300x180x45 (mm)
Kích thước khung
440x370x300 (mm)
Vật liệu khung
Nhôm định hình (phiên bản thường)
Thép (phiên bản cao cấp)
Độ chính xác
±0.01 (mm)
Động cơ dẫn trục
Step Motor
Công suất tối đa
120W
Phần mềm điểu khiển
GBRL control
Hệ điều hành hỗ trợ
Windows
Bảng 1.3 Thông số máy CNC 3810
10
2.3.3. Máy CNC WEGSTR (X – Y table)
Hình 1.13 Máy CNC WEGSTR
Vùng hoạt động
140x200x40 (mm)
Kích thước khung
380x460x290 (mm)
Vật liệu khung
Nhôm đúc
Độ chính xác
±0.02 (mm)
Động cơ dẫn trục
Step Motor
Phần mềm điểu khiển
Wegstr CNC
Hệ điều hành hỗ trợ
Windows
Bảng 1.4 Thông số máy CNC WEGSTR
2.4 Đánh giá chung
2.4.1. Vật liệu làm thân máy
Ta thấy rằng khung máy thường được làm từ các thanh nhôm định hình (trừ các
dòng cao cấp sử dụng vật liệu nguyên khối) bởi vì được chuẩn hóa, trọng lượng riêng
nhẹ – năng lượng tiêu hao cho động cơ ít hơn, bài toán độ bền hoàn toàn có thể giải
quyết bằng việc chọn thanh có kích thước lớn.
2.4.2. Bộ điều khiển
Ở những máy CNC mini có tên tuổi, họ sử dụng các phần mềm và mạch điều
khiển độc quyền. Tuy nhiên tại phân khúc các máy CNC DIY ở Việt Nam thường sử
dụng mạch điều khiển Mach3 hoặc Arduino (kèm thêm mạch phụ, gọi là Shield) và
phần mềm điều khiển thường là Mach3 hoặc GbrlControl.
11
3. Mục tiêu đề tài
3.1. Mục tiêu luận văn
Phân tích và thiết kế một máy CNC vẽ tranh cho các của hàng lưu niệm, quy mô
tương đương kinh doanh hộ gia đình, thiên về sản xuất đơn chiếc hoạt hàng loạt. Sản
phẩm đầu ra của máy CNC là các bức tranh khắc laser trên các tấm gỗ (tối đa khổ A3),
móc khóa,…
Thông số làm việc của máy:
 Kích thước vùng làm việc: 300x400x100mm.
 Độ chính xác trên từng trục: ±0.1mm.
 Vật liệu khắc: Nhựa, gỗ, kim loại.
3.2. Nhiệm vụ luận văn
 Tìm hiểu tổng quan về các máy 2D và máy khắc laser.
 Lựa chọn phương án thiết kế cơ khí.
 Tính toán thiết kế mạch điện.
 Thiết kế giải thuật điều khiển.
3.3. Tổ chức luận văn
 Chương 1: Tổng quan
 Chương 2: Lựa chọn phương án
 Chương 3: Thiết kế hệ thống cơ khí
 Chương 4: Thiết kế hệ thống điện
 Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển
 Chương 6: Kết quả thực nghiệm và tổng kết
12
CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
1. Cơ khí
1.1. Kết cấu máy
Như đã tìm hiểu ở phần trước, máy CNC có 3 kết cấu thông dụng: Moving table,
Moving gantry và X-Y table. Ở 2 kết cấu Moving table và X-Y table, mục dích của
chúng nhằm phân bổ tải gây ra trong quá trình công cụ cắt tác dụng lực vào phôi. Tuy
nhiên với máy CNC khắc laser thì khác, công cụ cắt không tác dụng lực vào phôi, tải
trọng của bộ phận công tác (trục Z) nhẹ hơn rất nhiều so với bộ phận gia công trên máy
CNC gia công.
Ngoài ra, nếu sử dụng 2 kết cấu Moving table và X-Y table cần phải thiết kế bộ
phận gá tranh hợp lý sao cho phôi không bị trượt nhưng cũng không chặt quá dẫn tới
móp, méo.
Vậy chọn sử dụng cơ cấu Moving gantry vì:
 Tránh hiện tượng trượt giữa tranh so với bàn máy
 Đầu laser di chuyển tự do theo 3 phương, tạo được độ cơ động dẫn tới sản
lượng của máy được tối ưu
 Tuy ở cơ cấu này có nhược điểm là sai số cộng dồn giữa trục X và Y, nhưng
sản phẩm đầu ra chỉ cần độ chính xác trực quan nên yếu tố này có thể bỏ
qua.
1.2. Vật liệu làm thân máy
Thường có 2 phương pháp tạo nên thân máy: ráp các bộ phận CNC và nối các
thanh nhôm định hình.
Chi phí
Nhôm định hình
Khung CNC
Trung bình (vì được
Cao
chuẩn hóa)
Độ chính xác
Trung bình
Trung bình/cao (tùy thuộc
vào máy gia công)
Độ chắc chắn
Thấp (do có nhiều mối lắp
Trung bình/cao (tùy thuộc
ốc giữa các thanh)
vào vật liệu)
Bảng 2.1 So sánh giữa khung nhôm định hình và khung CNC
13
Chọn khung CNC với vật liệu là thép cơ khí vì
 Máy thiết kế cho hộ kinh doanh vừa và nhỏ nhưng vẫn chạy liên tục, các
mối lắp ốc trên thanh nhôm định hình dễ bị lỏng theo thời gian.
 Tính chất vật liệu chắc chắn, bền so với nhu cầu.
1.3. Bộ phận truyền động
Yêu cầu kỹ thuật:
 Độ rơ thấp.
 Bước dịch chuyển đáp ứng được độ chính xác đặt ra.
 Hiệu suất truyền động cao (≥90%).
Vít me – đai ốc bi
Ưu điểm
Nhược điểm
 Độ chính xác cao
 Giá thành cao hơn vít
 Hiệu suất truyền động
cao (> 90%).
 Ma sát ảnh hưởng là
ma sát lăn → bền hơn
me – đai ốc.
 Kích thước lớn hơn vít
me – đai ốc (xét trong
cùng đường kính trục).
vit me – đai ốc.
Vít me – đai ốc
 Chịu tải lớn hơn vít me  Hiệu suất truyền động
đai ốc bi.
 Độ chính xác cao.
 Có khả năng tự hãm
(thích hợp cho trục Z).
thấp (50% - 70%).
 Ma sát ảnh hưởng là
ma sát trượt nên dùng
lâu sẽ bị rơ và mòn ren.
Bảng 2.2 Bảng so sánh giữa Vit me – đai ốc và Vít me – đai ốc bi
Chọn vít me – đai ốc bi. Tuy đối với cơ cấu Moving Gantry, bộ phận truyền động
và dẫn hướng Y chịu toàn bộ tải trọng của 3 trục, nhưng đối với máy khắc laser thì tải
trọng 3 trục tương đối nhẹ hơn so với các máy CNC phay, ngoài ra cũng không chịu tải
trọng bổ sung từ việc bóc tách vật liệu. Do đó, chọn cơ cầu vít me – đai ốc bi với bước
ren lớn nhằm có được chuyển động nhanh và bền bỉ hơn so với vít me – đai ốc.
14
1.4. Bộ phận dẫn hướng
Yêu cầu kỹ thuật:
 Không ảnh hưởng tới độ chính xác đã đặt ra khi kết hợp với bộ phận truyền
động.
 Độ thẳng, cứng cao.
 Độ bền (chống mòn) cao.
Trên thị trường hiện nay có hai loại dẫn hướng là thanh trượt tròn và thanh trượt
vuông.
Thanh trượt vuông
Ưu điểm
Nhược điểm
 Chịu tải trọng lớn.
 Giá thành đắt.
 Mức độ hoàn thiện của
 Phải thiết kế thêm phần
con trượt cao hơn con
thân dể gắn thanh trượt.
trượt tròn (hệ số ma sát
0.005).
Thanh trượt tròn
 Giá thành thấp hơn so
với thanh trượt vuông.
 Lắp đặt dễ hơn thanh
trượt vuông.
 Chỉ nên dùng với hành
trình <1200 mm vì hành
trình càng dài, sai số từ
hiện tượng võng của
thanh trượt càng lớn.
Bảng 2.3 Bảng so sánh giữa thanh trượt vuông và thanh trượt tròn
Vì vùng làm việc mỗi trục rất nhỏ so với giới hạn 1200 mm và máy không phải
chịu tải trọng nặng nên ta chọn cơ cấu dẫn hướng cho 3 trục là thanh trượt tròn.
2. Điện
2.1. Laser
Yêu cầu kỹ thuật:
 Phù hợp cho việc khắc tranh của mục tiêu luận văn (gỗ, nhựa, kim loại).
 Gọn nhẹ, dễ thay thế.
Hiện nay trong ngành CNC laser, có 3 đầu laser được sử dụng: laser diode, laser
CO2 và laser fiber.
15
Chi phí đầu tư
Công suất
Kích thước
Tuổi thọ
ban đầu
Laser diode
Thấp
0.25 – 10W
Nhỏ
Trung bình
Laser CO2
Cao
20 – 100W
Lớn
Tùy thuộc vào lưu
lượng nạp CO2 và
nước giải nhiệt vào
buồng hoạt tính.
Laser fiber
Rất cao
10 – 100W
Lớn
Cao
(hiệu suất cao
hơn Laser CO2)
Bảng 2.4 Bảng so sánh giữa các loại laser
Chọn loại laser diode vì kích thước nhỏ, với công suất 10W hoàn toàn có thể
phục vụ khắc trên bề mặt nhôm. Tuy có nhược điểm là tuổi thọ trung bình, nhưng mục
tiêu luận văn phục vụ cho quy mô kinh doanh nhỏ, máy không cần chạy liên tục ngày
đêm, nên với một đầu laser có thể sử dụng trong nhiều năm.
2.2. Động cơ trục X,Y,Z
Yêu cầu kỹ thuật:
 Không xảy ra hiện tượng trượt bước.
 Moment không giảm nhiều khi tăng tốc.
 Phương pháp điều khiển được module hóa, dễ thay thế/sửa chữa.
Để diều khiển CNC chỉ có 2 loại động cơ là Servo motor và Step motor. Sự khác
nhau cơ bản ở đây đó chính là Servo motor có bộ phận hồi tiếp, nếu trục động cơ chưa
đặt yêu cầu (về vận tốc, vị trí,…) thì động cơ tiếp tục điều chỉnh tới khi đáp ứng. Tuy
nhiên bù lại cho độ chính xác thì Servo motor đắt hơn Step Motor nhiều. Hơn nữa, máy
khắc laser không phải chịu lực cản giữa dao và phôi.
Do đó ta sử dụng Step motor với công suất lớn hơn công suất tính toán một
khoảng nhằm vừa tiết kiệm giá thành vật tư, vừa giảm thiểu khả năng xảy ra trượt bước.
16
2.3. Driver điều khiển
Yêu cầu kỹ thuật:
 Dòng tải làm việc cao (> 2A).
 Phù hợp với môi trường khói bụi
Thông dụng ngoài thị trường có 2 loại driver dùng để điều khiển động cơ step
dành cho máy CNC loại nhỏ: A4988 và TB6600
TB6600
A4988
Full step, 1/2 (A – B), 1/4,
Full step, 1/2, 1/4, 1/8,
1/8, 1/16, 1/32
1/16
Dòng tải tối đa
4A
4A (dòng đỉnh)
Tần số giao tiếp tối đa
20kHz
50kHZ
Bộ phận truyền tín hiệu
Opto – phototransitor
Transitor
Tản nhiệt khí thụ động (có
Tản nhiệt khí thụ động
sẵn)
(lắp thêm)
Hình ảnh
Các chế độ vi bước
Phương thức tản nhiệt
Phương thức kết nối
Domino
Thông qua breadboard
hoặc dây bus
Chọn TB6600 làm driver vì:
 Có mạch cách ly opto – phototransitor (bảo vệ giữa 2 khối logic và nguồn động
cơ).
 Thiết kế vỏ chắn kín, phù hợp công tác tại môi trường có bụi.
 Hỗ trợ dòng điện hoạt động cao (làm việc bình thường với cường độ 4A cho
motor).
 Kết nối domino chắc chắn và ít hở dây hơn nhiều so với breadboard và dây bus.
17
3. Điều khiển
Yêu cầu kỹ thuật:
 Dễ điều khiển đối với người không chuyên.
 Cộng đồng hỗ trợ đông.
 Phần mềm tính toán cho đầu ra chính xác.
Từ phần tổng quan, ta có hai phương án điều khiển là Arduino và Mach3. Cả hai
phần mềm này đều có cộng đồng hỗ trợ đông đảo và dễ dàng điều khiển (chỉ cần 1 – 2
ngày làm quen).
Nhưng khi xét tới môi trường làm việc, nền tảng Arduino khi chạy liên tục hoặc
vận hành trong môi trường bụi dễ sinh nhiễu và gặp lỗi. Còn đối với Mach3, mặc dù đắt
hơn 50% so với Arduino, nhưng mạch đã được tạo ra chuyên biệt làm MCU cho hệ
thống CNC, ngoài ra phần mềm được cập nhật liên tục, giao diện thiết thực và nhiều
cổng IO phụ trợ. Ta chọn Mach3 cho đề tài luận văn này.
4. Tổng kết
 Kết cấu máy: Moving Gantry.
 Phương án thiết kế phần khung: CNC.
 Bộ phận dẫn động: thanh trượt tròn.
 Cơ cấu truyền động: vít me – đai ốc bi.
 Đầu gia công: laser diode.
 Bộ phận truyền động: step motor với driver TB6600.
 Phương án điều khiển: Mach3.
18
1. Step motor
2. Khớp nối
3. Con lăn dẫn hướng
4. Thanh dẫn hướng
5. Vít me
6. Đai ốc
Hình 2.1 Sơ đồ động của kết cấu moving gantry
19
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
1. Tính toán cấp chính xác
1.1 Yêu cầu thiết kế




Độ chính xác từng trục: ±0.1mm
Hành trình trục z: 100mm.
Hành trình trục y: 400mm.
Hành trình trục x: 300mm.
1.2 Tính toán
Ta có sơ đồ chuỗi kích thước
Hình 3.1 Sơ đồ chuỗi kích thước trong mặt phẳng XY
Trong đó:
 a: chiều dài hành trình trục x
 b: chiều dài hành trình trục y
 d: chiều dài hành trình trục z
 c: khoảng cách từ điểm home đến vị trí gia công.
 am: hệ số cấp chính xác của các khâu thành phần
 α: góc hợp bởi khâu thành phần a và khâu khép kín c (0o < α < 90o)
Ta có:
c = a.cos(α) + b.sin(α)
Suy ra dung sai khâu khép kín:
Tc = Ta.cos(α) + Tb.sin(α)
Dựa vào sơ đồ trên, ta thấy khâu a, b là khâu tăng, suy ra:
Ta = am.ia; Tb = am.ib
 am: hệ số cấp chính xác của các khâu thành phần.
20
 i: giá trị đơn vị dung sai.
Thay vào phương trình dung sai khâu khép kín, ta được:
am 
TC
ia cos    ib sin  
Với yêu cầu độ chính xác, ta tìm được giới hạn chính xác của khâu khép kín:
Tc  0,12  0,12  0,142
Tra bảng 2.1 [1], ta được giá trị đơn vị dung sai ứng với độ dài từng khâu:
a = 300mm
ia = 3,22
b = 400mm
ib = 3,54
d = 100mm
ic = 2,17
Bảng 3.1 Giá trị đơn vị dung sai từng khâu
Hệ số cấp chính xác của cặp trục X, Y:
a m(xy) 
142
 28
3, 22.0,649  3,89.0, 761
Hệ số cấp chính xác của cặp trục X, Z:
a m(xz) 
142
 38
3, 22.0,962  2,17.0, 275
Hệ số cấp chính xác của cặp trục Y, Z:
a m( yz) 
142
 36
3,54.0,972  2,17.0, 237
Tra bảng 2.1 [1], ta thấy: IT8 < am < IT9. Chọn IT8 là cấp chính xác cho các
khâu thành phần.
1.3. Kiểm tra
Với cấp chính xác IT8, tra bảng 2.3 [1], ta được:
Dung sai lớn nhất của trục X: T a=0,081 (mm)
Dung sai lớn nhất của trục Y: T b=0,089 (mm)
Dung sai lớn nhất của trục Z: Td=0,054 (mm)
Dung sai lớn nhất của khâu khép kín:
Ở cặp trục X, Y:
Tc  Ta 2  Tb 2  0.0812  0.0892  0.121
21
Ở cặp trục Y, Z:
Tc  0.0892  0.0542  0.105
Ở cặp trục X, Z:
Tc  0.0812  0.0542  0.098
Kết luận: Ba kết quả đều bé hơn 0.142 nên chọn cấp chính xác cho các khâu
thành phần là IT8.
2. Lựa chọn tính toán trục Z
2.1. Bộ phận vít me – đai ốc bi trục Z
Chỉ tiêu tính toán bộ truyền dựa vào độ bền, độ chịu mòn và độ ổn định.
Hình 3.2 Sơ đồ phân bố tải trọng trục Z
2.1.1. Thông số đầu vào:
 Vận tốc cực đại:
= 0,05 ( / )
 Gia tốc lớn nhất khi không gia công: a =




Số vòng quay giới hạn: n = 1500 (v/ph)
Khối lượng của cụm cơ cấu chấp hành Z:
Hành trình: s = 100 (mm)
Tuổi thọ: L = 86000 (giờ)
,
,
= 0,5 (m/s )
= 2(kg)
22
 Gia tốc trọng trường: g = 10 (m⁄s )
 Hệ số điều kiện làm việc: = 1,2 (Chế độ làm việc không rung động)
 Kiểu lắp: fixed-supported
Giá trị các lực dọc trục với từng điều kiện:
 Trong quá trình tăng tốc:
F
= mg + ma = 2.10 + 2.0,5 = 21(N)
 Trong quá trình chuyển động đều:
F
= mg = 2.10 = 20 (N)
 Trong quá trình giảm tốc:
= mg − ma = 2.10 − 2.0,5 = 19 (N)
F
 Lực dọc trục lớn nhất vít me phải chịu: F
 Lực dọc trục tính toán:
=
.
 Tải trọng đặt trước:
=
2,8
 Tải trọng dọc trục tổng cộng:
=
+
2.1.2. Tính toán chọn vít me:
 Bước vít:
 Chọn:
= 5(
)
≥
=
= 25,2 ( )
= 21(N)
= 9( )
= 34,2 ( )
3000
=2(
1500
)
23
 Tuổi thọ đai ốc:
=
60. .
10
=
60.1500.86000
= 7740(
10
ệ
 Khả năng tải trọng động:
= . √ = 34,2. √7740 = 676,5 ( ) = 67,7 (
)
ò
)
Chọn vít me hãng HIWIN FSW 12-05B1 có đường kính danh nghĩa 12mm với
thông số dưới đây:
Với hành trình đã cho ta chọn được các thông số chiều dài của vít me tài liệu [2]:
24
Hình 3.3 Thông số chiều dài vít me đai ốc bi của HIWIN
 Tính tốc độ tới hạn:
N = 2,71. 10 .
Với:
M .d
0,689.9,792
= 2,71. 10 .
= 71420 (v/ph)
160
L
M − Hệ số phụ thuộc kiểu lắp ổ.
d − Đường kính chân ren (mm)
L − Khoảng cách (Critical speed) (mm)
Số vòng quay tối đa:
N = Nc. 0,8 = 57136 (v/ph) > n
 Tính tải trọng tới hạn:
F = 40720.
Với:
(thỏa)
M .d
0,5.9,792
= 40720.
= 5185(N)
190
L
M − Hệ số phụ thuộc kiểu lắp ổ.
d − Đường kính chân ren (mm)
L − Khoảng cách (Buckling load) (mm)
 Tải trọng cho phép:
F = F . 0,5 = 2592,5(N) > F
2.2. Tính toán và lựa chọn thanh trượt tròn:
(thỏa)
2.2.1. Thông số đầu vào:






Số thanh trượt: n = 2
Gia tốc cực đại: a = 0.5(m/s )
Khoảng cách giữa 2 con trượt : d = 100 (mm)
Độ cao trọng tâm cụm laser so với thanh trượt: l = 50(mm)
Độ cao trọng tâm cụm bàn gá so với thanh trượt: h = 20 (mm)
Trọng lượng của phôi và bàn máy: m = 20 (kg) → W = 20 (N)
25
 Chiều dài hành trình: L = 100 (mm)
 Tuổi thọ mong muốn: L = 86000 (giờ)
 Số hành trình trong 1 phút: s=1 (hành trình/ph)
2.2.2. Tính toán đường kính và chọn thanh trượt:
Hình 3.4 Sơ đồ mô tả tải trọng lên bộ phận dẫn hướng Z
 Ngoại lực tác dụng lên con trượt khi tăng tốc:
= 21 (N)
F=F
 Lực tác dụng lớn nhất lên con trượt:
P
= P =P =
Wh F. l 20.20 21.50
+
=
+
= 7,21(N)
2d 2d 2.100 2.100
 Tính tổng chiều dài di chuyển dựa vào tuổi thọ đặt trước:
L = 2. L . s. 60. L = 2.50.1.60.86000 = 516 (km)
 Tính sơ bộ khả năng tải động:
C=
L. P
50
=
516.7,21
= 15,7 (N)
50
Chọn con trượt SCS8UU với thông số sau:
26
 Từ con lăn đã chọn, tính tải trọng đặt trước:
F
= 0,02. C = 0,02.278 = 5,48 (N)
 Tổng tải trọng trên con trượt:
F=P
+F
= 7,25 + 5,48 = 12,7(N)
 Tuổi thọ sống trượt lăn:
Với:
L=
f .f .C
f .F
. 50 =
1.1.278
. 50 = 291268 (km) > L (thỏa)
1,2.12,7
f = 1 − Hệ số ảnh hưởng bởi độ cứng của bề mặt ray dẫn (HRC 58-60)
f = 1 − Hệ số ảnh hưởng bởi nhiệt độ làm việc (t < 100 C)
f = 1 − Hệ số ảnh hưởng bởi vận tốc di chuyển (v < 15 m/ph)
Ký hiệu con trượt và thanh trượt:
 Tên con trượt: SC 8UU
 Tên thanh trượt: SF 8 h7 100L
2.3. Tính toán chọn động cơ:
2.3.1. Thông số đầu vào:
 Bước vít: p = 5 (mm)
 Gia tốc trọng trường: g = 10 (m/s)
 Khối lượng:
 Cụm cơ cấu chấp hành Z: m = 2 (kg)
 Vít me: m = 7,85.10 . 230. π.




 Nối trục: m = 2,7.10 . 26. π.
= 0,022(kg)
Hiệu suất của máy: η = 0,9
Lực dọc trục khi gia công: Fa1 = 21 (N)
Tốc độ quay lớn nhất: = 1500 (vg/ph)
Gia tốc góc lớn nhất:
γ=
2π. n
60. t
= 0,21 (kg)
= 1570 (rad/s )
2.3.2. Tính toán momen cho đông cơ:
 Tải trọng tính toán:
F = f .F
F
=
= 25,2(N)
F
= 9 (N)
2,8
27
 Momen xoắn do tải trọng đặt trước:
F .p
9.5
T = k.
= 0,3.
= 2,15 (Nmm)
2π
2π
 Momen xoắn trong điều kiện tác động bình thường:
F . p 25,2.5
T =
=
= 16,72 (Nmm)
2π. η 2π. 0,9
 Momen quán tính:
o Vít me:
1
D
J = m .
2
2
o Nối trục:
1
D′
J = m .
2
2
o Tải trọng:
J = m.
p
2π
1
12
= . 0,21.
2
2
=
= 3,67 (Nmm )
1
20
. 0,022.
2
2
= 2.
5
2π
= 1,1 (Nmm )
= 0,8 (Nmm )
o Tổng:
J = J + J + J = 7,5 (Nmm ) = 5,57.10
(Nm )
 Momen xoắn cho quá trình tăng tốc:
T = J. γ. 10 = 5,57.10 . 1570.10 = 8,75 Nmm
 Tổng momen xoắn:
T = T + T + T = 27,62 Nmm
 Momen xoắn để chọn động cơ:
Tđ = 2. T = 55,24 Nmm
Chọn động cơ PKP243D15A2 (42 mm) có thông số như sau:
Hình 3.5 Đồ thị quan hệ giữa tốc độ góc so với momen xoắn và cường độ dòng diện
đặt vào driver
28
3. Lựa chọn tính toán trục X
3.1. Tính toán, lựa chọn vít me cho trục X:
Chỉ tiêu tính toán bộ truyền dựa vào độ bền, độ chịu mòn và độ ổn định.
Hình 3.6 Sơ đồ phân bố tải trọng trục X
3.1.1. Thông số đầu vào
 Vận tốc cực đại: = 0,1 ( / )
 Gia tốc lớn nhất khi không gia công: a =







,
,
= 1 (m/s )
Số vòng quay giới hạn: n = 1500 (v/ph)
Khối lượng của cụm trục Z: = 5(kg)
Hành trình: s = 300 (mm)
Tuổi thọ: L = 86000 (giờ)
Gia tốc trọng trường: g = 10 (m⁄s )
Hệ số điều kiện làm việc: = 1,2 (Chế độ làm việc không rung động)
Kiểu lắp: supported-supported
Giá trị các lực dọc trục với từng điều kiện:
 Trong quá trình tăng tốc:
F
= μmg + ma = 0,1.5.10 + 5.1 = 10(N)
 Trong quá trình chuyển động đều:
F
= μmg = 0,1.5.10 = 5 (N)
 Trong quá trình giảm tốc:
F
= μmg − ma = 0,1.5.10 + 5.0,1 = 0 (N)
 Lực dọc trục lớn nhất vít me phải chịu: F
 Lực dọc trục tính toán:
F
 Tải trọng đặt trước:
=F
F
=
= 10 (N)
. f = 12 (N)
F
= 4,3(N)
2,8
29
 Tải trọng dọc trục tổng cộng:
F =F +F
3.1.2. Tính toán chọn vít me:
 Bước vít:
 Chọn: = 5 (
)
 Tuổi thọ đai ốc:
L=
p≥
= 16,3 (N)
v 6000
=
= 4 (mm)
n 1500
60. n . L
60.1500.86000
=
= 7740 (triệu vòng)
10
10
 Khả năng tải trọng động:
C = F . √L = 16,3. √7740 = 322,1 (N) = 32,2(kgf)
Chọn vít me hãng HIWIN FSW 12-05B1 có đường kính danh nghĩa 12mm với thông
số dưới đây:
Với hành trình đã cho ta chọn được các thông số chiều dài của vít me tài liệu [2]:
30
 Tính tốc độ tới hạn:
N = 2,71. 10 .
Với:
M .d
0,441.9,792
= 2,71. 10 .
= 6962(v/ph)
L
410
M − Hệ số phụ thuộc kiểu lắp ổ.
d − Đường kính chân ren (mm)
L − Khoảng cách (Critical speed) (mm)
 Số vòng quay tối đa:
N = Nc. 0,8 = 5569(v/ph) > n
 Tính tải trọng tới hạn:
F = 40720.
Với:
(thỏa)
M .d
0,25.9,792
= 40720.
= 483,4(N)
440
L
M − Hệ số phụ thuộc kiểu lắp ổ.
d − Đường kính chân ren (mm)
L − Khoảng cách (Buckling load) (mm)
 Tải trọng cho phép:
F = F . 0,5 = 241,7 (N) > F
3.2. Tính toán và lựa chọn thanh trượt tròn:
(thỏa)
3.2.1. Thông số đầu vào:









Số thanh trượt: n = 2
Gia tốc cực đại: = 1( / )
Khoảng cách giữa 2 con trượt : = 120(mm)
Độ cao trọng tâm cụm trục Z so với thanh trượt: = 70(mm)
Độ cao trọng tâm cụm bàn gá so với thanh trượt: ℎ = 20 (
)
Trọng lượng của phôi và bàn máy: m = 5 (kg) →
= 50 ( )
Chiều dài hành trình:
= 300 (mm)
Tuổi thọ mong muốn:
= 86000 (giờ)
Số hành trình tròn 1 phút: s=1 (hành trình/ph)
31
3.2.2. Tính toán đường kính và chọn thanh trượt:
Hình 3.7 Sơ đồ mô tả tải trọng lên bộ phận dẫn hướng X
 Ngoại lực tác dụng lên con trượt khi tăng tốc:
= 10 (N)
F=F
 Lực tác dụng lớn nhất lên con trượt:
P=
Wh F. l 50.20 10.70
−
=
−
= 7,1 (N)
2c
2c 2.120 2.120
W F 50 10
P = + =
+
= 15 (N)
4 4
4
4
P = P + P = 15 + 8.5 = 22,1 (N)
 Tính tổng chiều dài di chuyển dựa vào tuổi thọ đặt trước:
L = 2. L . s. 60. L = 2.300.1.60.86000 = 3096 (km)
 Tính sơ bộ khả năng tải động:
C=
L. P
=
50
3096.22,1
= 87,37 (N)
50
Chọn con trượt SC 8UU với thông số sau:
32
 Từ con lăn đã chọn, tính tải trọng đặt trước:
F
= 0,02. C = 0,02.274 = 5,48 (N)
 Tổng tải trọng trên con trượt:
F=P
= 22,1 + 5,48 = 27,6 (N)
+F
 Tuổi thọ sống trượt lăn:
Với:
L=
f .f .C
f .F
. 50 =
1.1.274
. 50 = 28424 (km) > L (thỏa)
1,2.27,56
f = 1 − Hệ số ảnh hưởng bởi độ cứng của bề mặt ray dẫn (HRC 58-60)
f = 1 − Hệ số ảnh hưởng bởi nhiệt độ làm việc (t < 100 C)
f = 1 − Hệ số ảnh hưởng bởi vận tốc di chuyển (v < 15 m/ph)
Ký hiệu con trượt và thanh trượt:
-
Tên con trượt: SC 8UU
Tên thanh trượt: SF 8 h7 350L
3.3. Tính toán chọn động cơ:
3.3.1. Thông số đầu vào:
 Bước vít: p = 5 (mm)
 Gia tốc trọng trường: g = 10 (m/s)
 Khối lượng:
o Cụm trục X: m = 5 (kg)
o Vít me: m = 7,85.10 . 480. π.




o Nối trục: m = 2,7.10 . 26. π.
= 0,43 (kg)
= 0,022(kg)
Hiệu suất của máy: η = 0,9
Lực dọc trục khi gia công: Fa1 = 5 (N)
Tốc độ quay lớn nhất: n = 1500 (vg/ph)
Gia tốc góc lớn nhất:
2π. n
γ=
= 1570 (rad/s )
60. t
3.3.2. Tính toán momen cho đông cơ:
-
Tải trọng tính toán:
F = f .F
F
=
= 6 (N)
F
= 2,14 (N)
2,8
33
-
-
-
Momen xoắn do tải trọng đặt trước:
F .p
2,14.5
T = k.
= 0,3.
= 0,51 (Nmm)
2π
2π
Momen xoắn trong điều kiện tác động bình thường:
F .p
5.5
T =
=
= 3,98 (Nmm)
2π. η 2π. 0,9
Momen quán tính:
o Vít me:
1
D
J = m .
2
2
o Nối trục:
1
D′
J = m .
2
2
o Tải trọng:
J = m.
-
p
2π
1
12
= . 0,43.
2
2
=
1
20
. 0,022.
2
2
= 5.
5
2π
= 7,67 (Nmm )
= 1,1 (Nmm )
= 1,99 (Nmm )
o Tổng:
J = J + J + J = 10,76 (Nmm ) = 10,76.10
(Nm )
Momen xoắn cho quá trình tăng tốc:
T = J. γ. 10 = 10,76.10 . 1570.10 = 16,9 Nmm
Tổng momen xoắn:
T = T + T + T = 21,39 Nmm
Momen xoắn để chọn động cơ:
Tđ = 2. T = 42,77 Nmm
Chọn động cơ PKP243D15A2 (42 mm) có thông số như sau:
34
4. Lựa chọn tính toán trục Y
4.1. Tính toán, lựa chọn vít me cho trục Y:
Chỉ tiêu tính toán bộ truyền dựa vào độ bền, độ chịu mòn và độ ổn định.
Hình 3.8 Sơ đồ phân bố tải trọng trục Y
4.1.1. Thông số đầu vào
 Vận tốc cực đại: v = 0,1 (m/s)
 Gia tốc lớn nhất khi không gia công: a =







,
,
= 1 (m/s )
Số vòng quay giới hạn: n = 1500 (v/ph)
Khối lượng của cụm truyền động XZ: m = 15 (kg)
Hành trình: s = 400 (mm)
Tuổi thọ: L = 86000 (giờ)
Gia tốc trọng trường: g = 10 (m⁄s )
Hệ số điều kiện làm việc: f = 1,2 (Chế độ làm việc không rung động)
Kiểu lắp: supported-supported
Giá trị các lực dọc trục với từng điều kiện:
 Trong quá trình tăng tốc:
F
= μmg + ma = 0,1.15.10 + 15.1 = 30(N)
 Trong quá trình chuyển động đều:
F
= μmg = 0,1.15.10 = 15(N)
 Trong quá trình giảm tốc:
F
= μmg − ma = 0,1.15.10 − 15.1 = 0 (N)
 Lực dọc trục lớn nhất vít me phải chịu: F
= 30(N)
 Lực dọc trục tính toán:
F =F
. f = 30.1,2 = 36 (N)
 Tải trọng đặt trước:
F
=
F
= 12,9(N)
2,8
35
 Tải trọng dọc trục tổng cộng:
F =F +F
4.1.2. Tính toán chọn vít me:
= 48,9 (N)
 Tuổi thọ đai ốc:
L=
60. n. L
60.1500.86000
=
= 7740 (triệu vòng)
10
10
 Khả năng tải trọng động:
C = F . √L = 32,6. √7740 = 966,4 (N) = 96,6 (kgf)
Chọn vít me hãng HIWIN FSW 12-05B1 có đường kính danh nghĩa 12mm với
thông số dưới đây:
Với hành trình đã cho ta chọn được các thông số chiều dài của vít me tài liệu [2]:
 Tính tốc độ tới hạn:
N = 2,71. 10 .
M .d
0,441.9,792
= 2,71. 10 .
= 4499(v/ph)
510
L
36
Với:
M − Hệ số phụ thuộc kiểu lắp ổ.
d − Đường kính chân ren (mm)
L − Khoảng cách (Critical speed) (mm)
 Số vòng quay tối đa:
N = Nc. 0,8 = 3599(v/ph) > n
 Tính tải trọng tới hạn:
F = 40720.
Với:
(thỏa)
N .d
0,25.9,792
= 40720.
= 321(N)
540
L
− Hệ số phụ thuộc kiểu lắp ổ.
d − Đường kính chân ren (mm)
L − Khoảng cách (Buckling load) (mm)
 Tải trọng cho phép:
F = F . 0,5 = 160(N) > F
4.2. Tính toán và lựa chọn thanh trượt tròn:
(thỏa)
4.2.1. Thông số đầu vào:








Số thanh trượt: n = 2
Gia tốc cực đại: a = 1 (m/s )
Khoảng cách giữa 2 con trượt : d = 60 (mm)
Độ cao trọng tâm cụm trục XZ so với thanh trượt: l = 200(mm)
Trọng lượng của phôi và bàn máy: m = 10 (kg) → W = 100 (N)
Chiều dài hành trình: L = 400 (mm)
Tuổi thọ mong muốn: L = 86000 (giờ)
Số hành trình tròn 1 phút: s=0,5 (hành trình/ph)
37
4.2.2. Tính toán đường kính và chọn thanh trượt:
Hình 3.9 Sơ đồ mô tả tải trọng lên bộ phận dẫn hướng Y
 Ngoại lực tác dụng lên con trượt khi tăng tốc:
= 30 (N)
F=F
 Lực tác dụng lớn nhất lên con trượt:
P
= P =P =
W F. l 100 30.200
+
=
+
= 75(N)
4 2d
4
2.60
 Tính tổng chiều dài di chuyển dựa vào tuổi thọ đặt trước:
L = 2. L . s. 60. L = 2.400.0,5.60.86000 = 2064 (km)
 Tính sơ bộ khả năng tải động:
C=
L. P
50
2064.75
= 259,2 (N)
50
=
Chọn con trượt SCS10UU với thông số sau:
 Từ con lăn đã chọn, tính tải trọng đặt trước:
F
= 0,02. C = 0,02.372 = 7,44 (N)
 Tổng tải trọng trên con trượt:
F=P
+F
= 75 + 7,44 = 82,4(N)
38
 Tuổi thọ sống trượt lăn:
Với:
L=
f .f .C
f .F
1.1.372
. 50 = 2659 (km) > L (thỏa)
1,2.82,4
. 50 =
f = 1 − Hệ số ảnh hưởng bởi độ cứng của bề mặt ray dẫn (HRC 58-60)
f = 1 − Hệ số ảnh hưởng bởi nhiệt độ làm việc (t < 100 C)
f = 1 − Hệ số ảnh hưởng bởi vận tốc di chuyển (v < 15 m/ph)
Ký hiệu con trượt và thanh trượt:
Tên con trượt: SCS10UU
Tên thanh trượt: SF 10 h7 500L
4.3. Tính toán chọn động cơ:
4.3.1. Thông số đầu vào:
 Bước vít: p = 5 (mm)
 Gia tốc trọng trường: g = 10 (m/s)
 Khối lượng:
o Cụm trục X và trục Z: m = 10 (kg)
o Vít me: m = 0,48 (kg)
o Nối trục: m = 0,022(kg)
 Hiệu suất của máy: η = 0,9
 Lực dọc trục khi gia công: Fa1 = 15 (N)
 Tốc độ quay lớn nhất: n = 1500 (vg/ph)
 Gia tốc góc lớn nhất:
γ=
2π. n
60. t
= 1570 (rad/s )
4.3.2. Tính toán momen cho đông cơ:
 Tải trọng tính toán:
F = f .F
F
=
= 18 (N)
F
= 6,4 (N)
2,8
 Momen xoắn do tải trọng đặt trước:
F .p
6,4.5
T = k.
= 0,3.
= 1,54(Nmm)
2π
2π
 Momen xoắn trong điều kiện tác động bình thường:
F .p
15.5
T =
=
= 12 (Nmm)
2π. η 2π. 0,9
39
 Momen quán tính:
o Vít me:
1
D
J = m .
2
2
o Nối trục:
1
D′
J = m .
2
2
o Tải trọng:
J = m.
p
2π
1
12
= . 0,48.
2
2
=
= 8,84 (Nmm )
1
20
. 0,022.
2
2
= 15.
5
2π
= 1,1 (Nmm )
= 5,97 (Nmm )
o Tổng:
J = J + J + J = 15,71 (Nmm ) = 15,71.10
(Nm )
 Momen xoắn cho quá trình tăng tốc:
T = J. γ. 10 = 15,71.10 . 1570.10 = 24,67 Nmm
 Tổng momen xoắn:
T = T + T + T = 38,15 Nmm
 Momen xoắn để chọn động cơ:
Tđ = 2. T = 76,29 Nmm
Chọn động cơ PKP243D15A2 (42 mm) có thông số như sau:
40
5. Tính toán chọn ổ lăn, khớp nối:
5.1. Thông số đầu vào:
 Số ổ lăn: 2
 Lực hướng tâm trên ổ lăn:
F
=F
=
mg 15.10
=
= 75(N)
2
2
 Lực dọc trục lớn nhất: F = 30 (N)
 Tuổi thọ tính theo giờ:
= 86000 ( ờ)
5.2. Lựa chọn và kiểm tra:
Chọn cụm gối đỡ BK-10, FF-10, BF-10:
Kiểu
Tên
Loại
d (mm)
Tải trọng
Tải trọng
động
tĩnh
Supported
BF10, FF10
608ZZ
8
C(kN)
3,3
C (kN)
Fixed
BK10
7000A
10
6,4
1,9
1,3
 Tải trọng động quy ước:
Với:
Q = (XVF + YF )k k = (0,56.1.75 + 1,81.30). 1,2.1 = 85,41 (N)
V = 1 − Hệ số khi vòng trong quay
k = 1 − Hệ số ảnh hưởng khi nhiệt độ dưới 105 C
k = 1,2 − Hệ số ảnh hưởng của tải trọng nhẹ
X = 0,56, Y = 1,81 − Hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục (Bảng 11.4, tài liệu [6])
 Tải trọng tĩnh quy ước:
Với:
Q = XF + YF = 0,5.1.75 + 0,47.30 = 32,85(N)
X = 0,5 − Hệ số tải trọng hướng tâm (Bảng 11.6 [6])
Y = 0,47 − Hệ số tải trọng dọc trục (Bảng 11.6 [6])
 Tuổi thọ của ổ lăn:
L = 60.10 . n. L = 60.10 . 1500.86000 = 7740 triệu vòng
41
 Khả năng tải động tính toán:
C = Q. L = 85,41.7740 = 1689,5 (N) < C (thỏa)
 Khả năng tải tĩnh tính toán:
C = Q . L = 32,85.7740 = 649,8 (N) < C (thỏa)
Vậy ổ vừa chọn phù hợp với khả năng tải.
6. Lựa chọn dung sai lắp ghép giữa khung máy và ổ đỡ
6.1. Lựa chọn dung sai
Theo tài liệu [4], với đường kính 28mm của ổ FF10 và dung sai chế tạo, ta chọn
loại ổ có cấp chính xác g8
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật ỗ đỡ FF10 (“D” là đường kính ngoài của ổ)
Bảng 3.3 Dung sai lắp ghép của các loại ổ
Với cấp chính xác đã chọn (IT8), và mục đích lắp ghép là lắp lỏng, ta chọn H8
làm dung sai lỗ của thân máy. Vậy mối ghép giữa khung máy và ổ đỡ là H8/g8
6.2. Kiểm tra:
Thông số đầu vào:
 Kích thước lỗ: 28 mm
 Kích thước trụ: 28
mm
42
 Chiều dài dịch chuyển trục X: 300mm
 Chiều dài dịch chuyển trục Y: 400mm
Tính toán:
 Độ hở lớn nhất và nhỏ nhất:
S
S
= 33 − (−40) = 73(μm)
= 0 − (−7) = 7(μm)
 Suy ra độ lệch tâm lớn nhất giữa 2 ổ bi:
−
2
=
=
73 − 7
= 33(μm)
2
Vậy sai số tối đa theo phương Z ở mỗi vít me: Δ Z = ±33μm. Suy ra sai số tối đa
của trục Z do hiện tượng lệch tâm gây ra:
∆
= 2. Δ = ±2.33 = ±66μm = ±0.066mm
Sai số tối đa theo phương X và Y:
∆
=
∆
(
. 10 ) − (Δ
) −
. 10
. 10
) −
. 10
=
(300. 10 ) − (33) − 300. 10 = −2μm
=
(400. 10 ) − (33) − 400. 10 = −2μm
=
− (Δ
Vậy dung sai lắp ghép H8/g8 thỏa yêu cầu sai số.
7. Mô phỏng kiểm nghiệm ứng suất cho các khâu
Để phù hợp với lựa chọn ở phần phương án cùng với chi phí ổn nhất, luận văn
chọn thép A36 – 8mm với thông số như sau:
Thuộc tính
Giá trị
Ứng suất đàn hồi
200 000 N/mm2
Ứng suất cắt
79300 N/mm2
Ứng suất kéo
400 N/mm2
Ứng suất uốn
250 N/mm2
Bảng 3.4 Thuộc tính thép A36
43
6.1. Khâu trục X
Xét lực tác dụng lên khâu trục X trong điều kiện tĩnh bao gồm khối lượng của
bộ phận dẫn hướng – vít me và toàn bộ khâu trục Z kèm cơ cấu chấp hành. Tại phần
thiết lập mô phỏng, ta chọn tổng lực tác dụng lên khung 50N với điểm chịu lực tại các
lỗ lắp đai ốc và thanh dẫn hướng.
Hình 3.10 Kết quả phân tích bền khâu trục X
Kết quả cho thấy không có khu vực nào của khâu vượt quá ứng suất cho phép.
Khâu thỏa điều kiện bền
44
6.2. Khâu trục Y
Tải trọng đặt lên cho khung đỡ trục X bao gồm toàn bộ phần trên của máy (tải
trọng khoảng 13kg). Tại phần thiết lập mô phỏng, ta cho tải trọng tác dụng 15kg tập
trung tại vị trí biên của đai ốc, vùng tác dụng lực ở nơi lắp ổ lăn và thanh dẫn hướng.
Trong đó phần thép tấm dùng để lắp ổ lăn và thanh dẫn hưỡng được nối với nhau
bằng 2 thanh nhôm định hình (nhôm 6061 T6 được dùng cho mô phỏng).
Hình 3.11 Kết quả phân tích bền khâu trụm Y
Ta thấy khâu đáp ứng được tải trọng và thỏa bền.
45
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN
1. Yêu cầu kỹ thuật
 Chế độ làm việc của driver vẫn đáp ứng đủ lượng momen xoắn phần cơ khí yêu
cầu.
 Sai số cộng dồn từ driver và phần cơ khí không quá ±0.1mm.
 Tần số giao tiếp giữa Mach3 và driver TB6600 phải đáp ứng được tốc độ tới hạn
(1500 v/ph).
 Aptomat bảo vệ hệ thống không ảnh hưởng tới hệ thống điện của cửa hàng 220V
– 10A.
 Các công tắc hành trình ngoài khả năng giới hạn còn đảm bảo cho nguồn đầu vào
ổn định.
2. Vi điều khiển
Đối với mạch Mach3, trên thị trường hiện có 2 loại mạch: LPT (chuẩn 25 chân
máy in) và USB. Loại LPT có sẵn relay nguồn tải cắt và lọc nhiễu tích hợp, nhưng điểm
trừ lớn nhất của dòng này chỉ kết nối được với hệ điều hành Windows 7 trờ xuống. Với
tiêu chí ở phần Tổng quan – máy thiết kế cho mô hình kinh doanh vừa và nhỏ – ta chọn
mạch Mach3 USB cùng với module relay và cuộn lọc nhiễu.
Hình 4.1 Mạch Mach3 USB
Đối với relay, do mach3 sử dụng tín hiệu IO 24V và chênh lệch giá thị trường
giữa module 1 kênh và 2 kênh nhỏ, ta chọn module relay 24V – 2 kênh làm bộ phận
điều khiển laser (1 kênh sử dụng, 1 kênh dự phòng).
46
a)
b)
Hình 4.2 Module relay 24V 2 kênh
a) Hình ảnh thực tế b) Sơ đồ nguyên lý mỗi kênh
Tên chân
Mô tả
DC +/-
Chân cấp điện áp so sánh dương/ âm
IN
Chân nhận tín hiệu áp
NO (normally open)
Tiếp điểm thường hở
NC (normally close)
Tiếp điểm thường đóng
COM
Chân chung (không nhất thiết là chân GND
Bảng 4.1 Danh sách chân của module relay
3. Driver điều khiển
Hình 4.3 Driver TB6600
Ở chương 2 ta đã chọn driver TB6600 để điều khiển động cơ vì khả năng
chống nhiễu tốt, có cách ly quang để bảo vệ mạch nguồn.
47
THÔNG SỐ
Điện áp đầu vào (V)
9 – 42
Dòng cấp tối đa (A)
4
Tần số phát xung tối đa (kHz)
20 (25% duty cycle)
13 (50% duty cycle)
Chế độ phát xung
6
Khối lượng (g)
200
Kích thước bao (mm)
96x71x37
Phương thức bảo vệ mạch
Opto – phototransitor
Bảng 4.2 Thông số tổng quan driver TB6600
3.1. Chọn thông số làm việc cho driver
Driver TB6600 có 6 công tắc dùng để diều chỉnh dòng tải tối đa và chế độ vi
bước:
I(A)
SW4
SW5
SW6
Chế
Xung/
SW1
SW2
SW3
4.0
1
1
1
độ
vòng
3.5
0
1
1
OFF
0
0
0
0
3.0
1
0
1
1
200
0
0
1
2.5
0
0
1
1/2A
400
0
1
0
2.0
1
1
0
1/2B
400
0
1
1
1.5
0
1
0
1/4
800
1
0
0
1.0
1
0
0
1/8
1600
1
0
1
0.5
0
0
0
1/16
3200
1
1
0
a)
b)
Bảng 4.3 Thông số đầu vào của driver TB6600
a) Thông số cài đặt giới hạn dòng, b) Thông số cài đặt vi bước
Với đồ thị động cơ ta chọn ở phần Cơ khí, ta cài đặt dòng cấp driver 3A và để
máy làm việc êm, ta chọn chế độ vi bước 1/2A (400 xung/vòng).
48
3.2. Kiểm tra
Với số vòng quay tới hạn đặt ra (1500 vòng/phút) động cơ đã chọn đáp ứng với
momen xoắn 0,1 N.m.
Theo tài liệu [3], với chế độ vi bước 1/2A, động cơ chỉ giữ được 70,71% momen
xoắn giữ. Momen xoắn của động cơ khi ở chế độ vi bước:
= 0,1.10 . 70,71% = 70,71(
)
Ta thấy moment xoắn của động cơ đáp ứng tốt cho yêu cầu của trục X và Z
nhưng lại không đáp ứng đủ moment mà trục Y yêu cầu (76,29 Nmm). Tuy nhiên, do
trục Y là trục tải nặng nên việc cho trục di chuyển với tốc độ tới hạn (1500v/p –
7500mm/ph) hiếm khi xảy ra. Hơn nữa, khoảng chênh lệch không quá lớn (5.58 Nmm)
nên ta có thể chấp nhận được.
Độ chia nhỏ nhất trên mỗi trục:
∆=
p
5
=
= 0,0125(mm)
xung/vòng 400
Vậy sai số do driver lớn nhất trên mỗi trục:
∆
=±
∆
0,0125
=±
= ±0,007
2
2
Cộng thêm sai số từ độ lệch tâm do dung sai:
Trục
Sai số tối đa của
Sai số đối đa từ
Sai số tổng kết
driver (μm)
độ lệch tâm (μm)
(μm)
X
±7
-2
+7;-9
Y
±7
-2
+7;-9
Z
±7
±66
±73
Bảng 4.4 Bảng tổng sai số của từng trục
Ta thấy sai số đầu ra của mỗi trục đều thấp hơn 0.1 mm (100 μm). Vậy chế độ
half step 1/2A phù hợp với yêu cầu kỹ thuật.
Tần số truyền tín hiệu tại tốc độ tới hạn (1500 vòng/phút):
f=
1500vòng 400xung
.
= 10000 Hz (< 25Khz)
60s
vòng
Vậy driver chọn phù hợp với động cơ.
49
4. Laser khắc
Hình 4.4 Module laser 2,5W
Ta chọn laser diode 2,5W làm đầu khắc với thông số cơ bản như sau:
Điện áp giới hạn
12V
Công suất tiêu thụ cực đại
10W
Công suất đầu ra laser cực đại
2.5W
Tiêu cự
≈10 - 70mm
Bảng 4.5 Thông số cơ bản của laser diode
Để điều chỉnh điện áp ngõ vào cho laser, ta dùng mạch IC LM2596
Hình 4.5 Module LM2596 và sơ đồ nguyên lý
5. Công tắc hành trình và vị trí lắp đặt
Do hệ thống CNC vòng hở, do đó công tắc giới hạn cho hành trình các trục và
nút dừng khẩn cấp là các thành phần bắt buộc phải có. Đối với công tắc giới hạn hành
trình, ta chọn công tắc: Omron SS-5GL2 (30VDC-3A, NC).Đối với công tắc dừng khẩn
cấp, ta chọn công tắc: YJ139-LAY37 (440V-10A).
50
Tên
Số lượng
Giới hạn hành trình trục X
2
Giới hạn hành trình trục Y
2
Giới hạn hành trình trục Z
2
Ngừng khẩn cấp
1
Tên thiết bị
Omron SS-5GL2 (NC)
YJ139-LAY37
Bảng 4.6 Danh sách các công tắc ngoại vi
6. Nguồn hệ thống điện
Hệ thống CNC bao gồm các thiết bị tiêu thụ điện như sau:
Tên thiết bị
Số lượng
Step motor PKP243D15A2
3
24VDC 1,5A
Module relay 24V
1
24VDC 0,2A
Laser
1
12VDC 1A
Module LM2596
1
12VDC 0.1A
Driver TB6600
3
≈24VDC 0.1A
Tổng cộng
Điện tiêu thụ tối đa (mỗi đơn vị)
128,4W
Bảng 4.7 Danh sách thiết bị tiêu thụ điện
Ta thấy đa số các thiết bị điện sử dụng điện áp 24VDC và để hạn chế tình trạng
sụt áp do tăng dòng đột ngột từ motor, ta chọn nguồn 24VDC10A làm bộ phần cung
cấp năng lượng.
Để bảo vệ hệ thống điện và không làm sập nguồn các khu vực khác, ta chọn
aptomat BKN (loại 1 pha, 6A) làm công tắc bảo vệ.
Hình 4.6 Aptomat BKN 1P 6A
51
7. Sơ đồ mạch điện tổng thể
Với các lựa chọn ở trên, ta có được sơ đồ tổng thể cho hệ thống điện như sau:
Hình 4.7 Sơ đồ mạch điện tổng thể máy CNC
52
CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN
1. Yêu cầu kỹ thuật
 Các phần mềm dễ tiếp cận đối với người dung có hiểu biết về tin học văn phòng.
 Phần mềm chuyển sang quỹ đạo Gcode phải đáp ứng được sai số ±0.1mm.
 Phù hợp với hệ điều hành Windows 7 trở lên.
Tiêu chí quỹ đạo cong:
 Hình dạng tranh không thay đổi khi nhìn từ trên xuống.
 Góc tạo bởi pháp tuyến mặt phẳng tức thời so với mặt phẳng bàn máy không nhỏ
hơn 450 và mặt cong không bị che chắn.
 Hướng ăn mòn vật liệu của laser vuông góc với bàn máy.
2. Tạo lập file Gcode
Có nhiều chương trình để chuyển file ảnh sang gcode, nhưng để phù hợp với đối
tượng người dùng là những cá nhân có trình độ vi tính căn bản, đề tài luận văn chọn kết
hợp 2 phần mềm Inkscape và Jdpaint để tạo lập file Gcode/
2.1. Chuyển đổi file ảnh thành file .dxf
Khởi động chương trình Inkscape, vào File > Import > Chọn ảnh > Open >
OK
Hình 5.1 Giao diện chọn ảnh trong Inkscape
Để chuyển file vừa mở thành .dxf, đầu tiên cần chuyển ảnh về dạng nhị phân,
vào Path > Trace Bitmap…
53
Hình 5.2 Giao diện Trace Bitmap
Tại đây, có 3 bộ lọc chính (2 bộ cuối là bộ lọc tự động): cường độ sáng
(brightness cutoff), dò cạnh (edge detection) và ma trận năng lượng màu (color
quantization). Qua thực nghiệm, bộ lọc cường độ sáng cho ra kết quả tốt nhất cho ứng
dụng xuất file .dxf
Hình 5.3 Kết quả bộ lọc (từ trái): cường độ sáng, dò cạnh, lượng tử màu
Phương pháp cường độ sáng được tính bằng cách cộng 3 tín hiệu màu đỏ, xanh
da trời và xanh lá cây, rồi phân tích xem mức đó được đặt thành màu trắng hay màu đen
bằng cách so sánh với 1 ngưỡng tín hiệu được chỉ định. Ngưỡng này có giá trị từ 0.0
(tương ứng màu đen) đến 1.0 (tương ứng màu trắng) và được thiết lập qua ô “ngưỡng”.
Ngưỡng càng cao thì càng ít pixel được coi là màu trắng, và ảnh trung gian sẽ tối hơn.
Ảnh 5.3 là kết quả của bộ lọc với ngưỡng ở mức 0,55.
54
Sau khi đã có được kết quả ưng ý, ta xóa ảnh gốc rồi vào File > Save as > Lưu
dưới định dạng .dxf
Hình 5.4 Kết quả sau khi xuất .dxf
2.2. Tạo lập file Gcode
Jdpaint là phần mềm thiết kế đường chạy dao cho máy phay được nhiều cơ sở
gia công mỹ nghệ CNC sử dụng, với một chút chỉnh sửa, ta hoàn toàn có thể tận dụng
chương trình này tạo dường chạy dao khắc laser
Khởi động chương trình Jdpaint, vào File > Import > 2D drawing > Chọn file
.dxf vừa lưu. Sau đó nhấn tổ hợp phím Alt + 4 để nhập chiều rộng và chiều dài của
khung ảnh.
Hình 5.5 Hộp thoại điều chỉnh kích thước
Để thiết lập đường chạy dao, ta chọn cả file vừa mở Toolpath > Toolpath
Wizard > Rough Pocket (lưu ý: tại mục Cutdepth ta chọn 0.00) > Next
55
Hình 5.6 Hộp thoại chọn phương pháp gia công
Sau quá trình thực nghiệm, bản khắc laser cho ra kết quả tốt nhất khi sử dụng
dao phay tròn 1mm ( [Ball]JD-1.00 ) cùng với sai số cho phép 0,01, chọn Next
Hình 5.7 Hộp thoại chọn dao
Do ta chỉ sử dụng chương trình này nhằm tạo dường chạy do, nên tại hộp thoại
này, ta chỉ qua tâm tới thông số Stepover (lượng ăn dao sau mỗi chuyển động)
56
Hình 5.8 Hộp thoại chọn lượng ăn dao
Qua quá trình thực nghiệm, thông số stepover nên sử dụng để tối ưu hóa chất
lượng sản phẩm và thời gian thi công thường là 0,5 (gỗ thông) và 0,2 – 0,3 (trên vinyl,
gỗ đỏ,…)
Chuyển tới hộp thoại tiếp theo, tại mục Rough pocket chọn “Linear” và ở mục
Move type chọn 3 ô Finish boundary, Zigzag, Optimize path orders và chọn Finish
Hình 5.9 Hộp thoại lựa chọn phương pháp di chuyển
Click chọn phần đường chạy dao vừa tạo, vào mục Toolpath > Export toolpath
> chọn nơi lưu, nhấn Save > Pick 3D Point > Chọn gốc tọa độ > OK
Khởi động chương trình NCConverter (đính kèm với Jdpaint) chương trình có
giao diện như sau:
57
Hình 5.10 Menu chuyển đổi của NCConverter
Trong đó:
 Plunge speed: Tốc độ tịnh tiến nhanh tới điểm cần gia công
 Cuting speed:Tốc độ chạy khi tiến hành khắc laser
 Safe height: Độ cao an toàn của dao so với mặt Oxy chứa gốc
 Relief height: Độ cao khi chuyển vùng gia công
 Discrete arc: Tạo đường cong rời rạc trong mặt phẳng (chọn XY plane)
 Header và End of file: Điền thêm nội dung vào đầu/cuối đoạn Gcode
Tại giao diện này, ta chọn file .eng vừa tạo bởi Jdpaint và phần End of file điền
thêm “M5” trước dấu “%” để bảo đảm Mach3 tắt đầu laser khi kết thúc công đoạn.
Ngoài ra, tại phần Header nếu người dùng hệ tọa độ riêng, có thể điền vào tại đây (vd:
G54,…).
58
3. Điều chỉnh thiết lập thông số cho phần mềm Mach3
Để phù hợp với công việc khắc laser, ta chọn giao diện Mach3 Plasma làm giao
diện điều khiển
3.1. Khai báo thông tin chung
Để khai báo đơn vị, vào Config > Select native units > Chọn “MM’s” > OK.
Tiếp tục vào phần Config >Ports and Pins tại thẻ đầu tiên chọn thông số như sau:
Hình 5.11 Hộp thoại lựa chọn cổng giao tiếp
Giao diện đã mặc định có sẵn 4 cơ cấu chấp hành (3 động cơ step và đầu laser)
nên ta bỏ qua phần khai báo Mortor Outputs. Tuy nhiên ta vẫn phải điều chỉnh thông
số điều khiển của động cơ step bằng cách chọn Config > Motor Tuning.
Tại phần thiết kế điện, ta chọn chế độ half step cho driver (400 xung/vòng) và
vít me có bước 5mm. Số bước để cơ cấu chấp hành di chuyển 1 mm trên mỗi trục:
Step
=
400
= 80 (xung/mm)
5
Vận tốc tới hạn của mỗi trục: 1500 vòng/ph. Vận tốc di chuyển lớn nhất của cơ
cấu chấp hành (trên mỗi trục):
V
= 1500.5 = 7500 (mm/phút)
Gia tốc chọn 1000 mm/s2
59
Hình 5.12 Giao diện Motor tunning
Đối với trường hợp các thanh vit me qua sử dụng lâu hoặc không biết bước chính
xác, ta có thể calibrate 3 trục bằng hộp thoại Set Steps per unit.
3.2. Thiết lập thông số cổng input và output
Đối với các tín hiệu đầu vào ta cần, hai tín hiệu giới hạn ở mỗi trục và nút dừng
khẩn cấp. Vào Config> Ports & Pins> Input Signal và thiết lập thông số như sau:
Hình 5.13 Hộp thoại thiết lập thông số input
60
Để thiết lập tín hiệu đầu ra cho laser, ta thiết lập cổng output 1 là tín hiệu đầu ra
và lệnh M3-M5 phục vụ việc bật, tắt laser:
Hình 5.14 Các hộp thoại thiết lập thông số output
3.3. Thiết lập chế độ Home:
Vào Config> Homing/Limits và chọn các thông số như sau:
Hình 5.15 Hộp thoại thiết lập thông số cho chế độ Home
Sau khi thiết lập thông số, tại cửa số MDI, ta lần lượt nhập các lệnh G28 Z0; G28
X0; G28 Y0 để xác lậ tọa độ máy.
Vào Config> Fixtures để thiết lập gốc tọa độ gia công (G54-59).
Hình 5.16 Hộp thoại thiết lập tọa độ gia công
61
Ở 2 phần tiếp theo, luận văn này sử dụng ngôn ngữ python chuyển đổi file .nc
có được từ trước thành file .nc có các đường quỹ đạo kèm cao độ tương ứng phương
trình mặt cong cho trước với các tiêu chí như sau:
 Hình dạng của tranh không thay đổi với góc nhìn từ trên xuống.
 Góc tạo bởi pháp tuyến mặt phẳng tức thời so với mặt phẳng bàn máy không nhỏ
hơn 450 và mặt cong không bị che chắn.
 Hướng ăn mòn vật liệu của laser vuông góc với bàn máy.
4. Xây dựng chương trình khắc laser trên mặt trụ tròn
File .nc thu được từ phần 2 sẽ có dạng như sau:
Hình 5.17 Một đoạn Gcode thu được từ chương trình JdPaint và NcConverter
Do máy của đề tài thuộc loại Moving Gantry – trục Y chịu tải trọng nặng nhất
trong 3 trục – công đoạn tạo những mảng màu đen được thực hiện bằng tịnh tiến theo
phương X. Từ đó, đối với mặt trụ, ta sẽ nội suy đường tròn trong mặt Oyz.
Từ đoạn Gcode phía trên, về nội dung, ta phân ra 3 loại:
 Đoạn Gcode có chứa tọa độ Y.
 Đoạn code có chứa tọa độ Z.
 Đoạn ghi chú.
 Phần còn lại.
62
Với phần còn chứa tọa độ Z có 2 loại: phần chứa tọa độ Z khi dao di chuyển an
toàn và phần Z khi dao hạ từ từ xuống bề mặt gia công (do JdPaint là phần mềm khắc
gỗ).
Vậy để chuyển đổi file .nc này từ quỹ đạo 2D sang quỹ đạo phù hợp mới mặt
phẳng tròn ta cần:
 Lấy dữ liệu từ file .nc gốc.
 Xóa bỏ phần tọa độ Z khi dao hạ từ từ.
 Tách phần tọa độ Y ở các dòng lệnh (nếu có) và tính ra được tọa độ Z phù
hợp.
 Đưa dữ liệu vừa tạo vào 1 file .nc mới.
Hình 5.18 Quỹ đạo gia công trước (bên trái) và sau khi chuyển đổi
Ta thấy kết quả phù hợp với tiêu chí không bị biến dạng khi nhìn vuông góc với
mặt phẳng Oxy (bàn máy).
5. Xây dựng chương trình khắc laser trên mặt cầu, mặt eclipse
Khác với trụ tròn, chỉ thay đổi độ cao theo phương trình nửa trên đường tròn theo
mặt phẳng Oyz, đễ xây dựng quỹ đạo cơ cấu chấp hành chạy theo mặt cong eclipse thì
63
cần tọa độ X và Y tại mỗi điểm. Do đó tại phần mêm JdPaint ta không sử dụng quỹ đạo
thẳng (linear) mà chuyển sang sử dụng quỹ đạo xoắn (spiral).
Hình 5.19 Hộp thoại chọn quỹ đạo xoắn ốc và kết quả quỹ đạo
File .nc của quỹ đạo có dạng như sau:
Hình 5.20 Đoạn Gcode với quỹ đạo gia công xoắn ốc
Ta thấy với loại quỹ đạo này, ngoài các dòng code có ký tự “Z” và “F” (cùng với
cách xử lý ở phần trước) thì mỗi dòng code trong quá trình gia công có 1 cặp tọa độ X
và Y đôi khi chỉ có Y hoặc X. Với các trường hợp chỉ có X/Y thì tọa độ còn lại lấy từ
dòng trước.
64
Vậy sau khi làm cho các tọa độ XY nẳm ở phía sau cùng trên mỗi dòng code, ta
cần:
 Tách tọa độ X, tọa độ Y và tính cao độ Z từ phương trình mặt eclipse.
 Nếu chỉ có tọa độ X, ta lấy tọa độ Y từ dòng trước đó (tương tự với trường
hợp chỉ có tọa độ Y).
Hình 5.21 Quỹ đạo gia công xoắn ốc trước (bên trái) và sau khi chuyển đổi
Kết quả thể hiện trên phần mềm Mach3 cho thấy hình dạng của ảnh trên mặt
phẳng Oxy (mặt phẳng bàn máy) không thay đổi. Nhưng có một điểm trừ tại các lúc
chuyển giao từ công đoạn dịch dao nhanh sang công đoạn gia công, laser được bật sớm
hơn một nhịp, tuy không tạo nhiều sự khác biệt nhưng sẽ để lại một vết hằn nhỏ trên
bức ảnh. Điều này có thể khắc phục bằng cách hạ thấp cao độ của vùng di chuyển an
toàn.
65
CHƯƠNG 6. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ
TỔNG KẾT
1. Kết quả thực nghiệm
1.1. Thông số mô hình thực nghiệm
Luận văn sử dụng mô hình thực nghiệm là khung máy CNC cũ, với các thông số
như sau:
 Cơ cấu máy: Moving gantry.
 Cơ cấu truyền động trục X : Vít me dai ốc bi 12 bước 5 (supported –
supported).
 Cơ cấu truyền động trục Y: Vít me đai ốc bi 16 bước 5 (supported –
supported).
 Cơ cấu truyền động trục Z: Vít me đai ốc T8 bước 2 (Fixed – Free).
 Cơ cấu dẫn động: Step motor size 42mm.
 Laser 2,5W (công suất tối đa).
 Hệ thống điều khiển: Mach3 – driver TB6600.
Hình 6.1 Mô hình thực nghiệm máy CNC khắc tranh (giai đoạn phục chế)
66
1.2. Một số sản phẩm thực tế
Sản phẩm logo Bách Khoa TpHCM (50x50mm):
Hình 6.2 Sản phẩm 1
Sản phẩm 2 (50x50mm – bề mặt trụ tròn bán kính 35mm):
Hình 6.3 Sản phẩm 2
67
2. Tổng kết
2.1. Hạn chế
 Do tình hình xã hội phức tạp nên không có đủ thời gian bên mô hình để
cho nhiều sản phẩm cũng như cho máy chạy với tốc độ tới hạn.
 Chưa thực hiện được công đoạn điều chỉnh 3 trục và kiểm tra độ chính
xác của từng trục.
 Chưa thông thạo hoàn toàn phần mềm Mach3.
 Với thiết kế này, giá vật tư chế tạo vẫn còn khá cao, chưa thực sự phù hợp
với đối tượng luận văn là các hộ kinh doanh vừa và nhỏ.
2.2. Kết quả đạt được
 Xây dựng được mô hình thực tế.
 Có được sản phẩm tranh vẽ ở dạng 2D và trụ tròn
 Tìm hiểu các bộ phận cấu thành nên một hệ thống CNC.
 Biết được cách lắp ghép, điều chỉnh các chi tiết máy và kiểm ra độ ổn
định, độ chính xác của hệ thống.
 Thiết kế và kiểm tra độ bền cấu trúc cơ khí.
 Học cách sử dụng phần mềm JdPaint, InkScape, NcConverter để tạo file
Gcode.
 Học được cách sử dụng môi trường Anaconda – PyCharm.
 Biết cách dùng phầm mềm QtDesigner cho việc thiết kế giao diện.
 Thiết kế chương trình (kèm giao diện) để chuyển quỹ đạo Gcode từ 2D
sang mặt trụ tròn và mặt eclipse.
2.3. Phương hướng phát triển luận văn
 Phát triển giao diện xử lý ảnh và xuất Gcode riêng cho máy.
 Nghiên cứu tối giản kết cấu máy nhằm giảm giá thành vật tư.
 Thay đổi đầu laser diode thành laser CO2 nhằm gia công được trên nhiều
loại vật liệu.
 Tiến hành đo đạt sản phẩm nhắm xác định và tối ưu độ chính xác của hệ
thống.
68
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS. TS. Ninh Đức Tốn, GVC. Nguyễn Thị Xuân Bảy. (2015). Dung sai lắp ghép
và Kĩ thuật đo lường. NXB Giáo dục Việt Nam.
[2] HIWIN Technologies Corp. (10 – 2018). Ballscrews Technnical Information 21th
Edition. HIWIN Technologies Corp.
[3] FAULHABER. (05 – 2020). Stepper Motor Technical Note: Microstepping Myths
and Realities, FAULHABER Whitepaper.
[4] HIWIN Technologies Corp. (7 – 2019). Support Unit Technnical Information 3rd
Edition. HIWIN Technologies Corp.
[5] Dassault Systèmes SolidWorks Corp. (2019). What’s news Solidworks 2019.
[6] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển. (2006). Tính toán hệ dẫn động cơ khí tập một. NXB Giáo
dục.
[7] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển. (2006). Tính toán hệ dẫn động cơ khí tập hai. NXB Giáo
dục.
[8] Nguyễn Văn Thuận – Ts. Nguyễn Tiến Đông (HD). Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Tính toán thiết kế hệ thống truyền động và lựa chọn hệ thống dẫn hướng dùng cho máy
phay CNC.
[9]
Orientalmotor
(2021).
PKP
Series
2-Phase
Bipolar
Stepper
Motors.
https://www.orientalmotor.com/stepper-motors/2-phase-stepper-motors-pkpseries.html.
[10] Pololu Robotics & Electronics. (10 – 2020). A4988 Stepper Motor Driver Carrier,
Black Edition.
[11] Sorotech. (11 – 2020). Analog Driver Model TB6600.
[12] Ths. Nguyễn Văn Thạnh (11 – 2020). Bài giảng thiết kế hệ thống cơ khí.
[13] Nguyễn Tấn Tiến, Trần Thanh Tùng, Kim Sang Bong (VCM – 2016). Giảng Dạy
Thiết Kế Hệ Thống Cơ Điện Tử qua Đồ Án.
69
Moving Table
Z
Z
Z
Y
X
Yêu cầu
Moving Gantry
X-Y Table
Y
X
Y
X
Tránh hiện tượng trượt giữa tranh và
Kết cấu máy
bàn máy.
Moving Gantry
Ưu tiên độ cơ động của laser.
Nhôm định hình
Khung CNC
Trung bình
Cao
Chi phí
Khung CNC
Vật liệu làm thân máy
Độ chính xác
Trung bình
Trung bình/Cao
Độ chắc chắn
Thấp
Trung bình/Cao
PHẦN CƠ KHÍ
Yêu cầu
Vit me- Đai ốc bi
Độ rơ thấp.
Ưu điểm
Bộ phận truyền động
Bước dịch chuyển đáp ứng độ
chính xác đặt ra.
Nhược điểm
Hiệu suất truyền động cao (≥90%).
Vit me- Đai ốc
- Độ chính xác cao.
- Hiệu suất truyền động cao (>90%).
- Ma sát ảnh hưởng là ma sắt lăn →
bền hơn vít me đai ốc.
- Chịu tải lớn hơn vít me- đai ốc bi.
- Độ chính xác cao.
- Có khả nặng tự hãm (thích hợp cho trục
Z).
- Gía thành cao hơn vít me- đai ốc.
- Kích thước lớn hơn vít me- đai ốc
(cùng đường kính).
- Hiệu suất truyền động thấp (50-70%).
Thanh trượt vuông
Yêu cầu
Duy trì độ chính xác khi kết hợp với
Ưu điểm
bộ phận truyền động,
Bộ phận dẫn hướng
Độ thẳng, cứng cao.
Nhược điểm
Độ bền (chống mòn) cao.
- Ma sát ảnh hưởng là ma sát trượt
→ dùng lâu sẽ bị rơ, mòn ren.
Thanh trượt tròn
- Chịu tải trọng lớn.
- Mức độ hoàn thiện con trượt
cao hơn so với loại tròn (hệ
số ma sát 0.005).
- Gía thành thấp hơn so với
thành trượt vuông.
- Lắp đặt dễ dàng hơn so với
thanh trượt vuông.
- Gía thành đắt.
- Thiết kế thêm phân thân để
gắn thanh trượt.
- Hợp với hành trình bé hơn 1200mm vì
tượng võng của thanh trượt càng lớn.
Servo motor
Vị trí
Yêu cầu
Step
motor
Vị trí
Sơ đồ khối
Không xảy ra hiện tượng trượt bước
-
Động cơ trục X, Y, Z
Momen giảm nhiều khi tăng tốc
pháp
điều
khiển
Ưu điểm
được
module hóa, dễ thay thế, sửa chữa.
Nhược điểm
Số vòng
quay
Yêu cầu
Phù hợp cho việc khắc tranh
Chi phí đầu tư
Công suất
Motor
-
Số vòng
quay
Servo
-
Momen xoắn cao.
Hệ thống điều khiển vòng kín.
-
Có hiện tượng trượt bước.
Hệ thống điều khiển vòng hở.
-
Gía thành cao.
Module được chuẩn hóa theo nhà
sản xuất.
Laser C02
Step motor
Laser fiber
Thấp
Cao
Rất cao
0,25-10W
20-100W
10-100W (Hiệu suất cao
hơn laser C02)
Laser
Kích thước
+
Momen xoắn cao ( đặc biệt ở chế
độ vi bước).
Gía thành rẻ hơn động cơ servo
Nhiều driver hỗ trợ.
Laser diode
PHẦN ĐIỆN
Thanh trượt tròn
hành trình càng dài sai số từ hiện
Step motor
Phương
Vít me đai ốc bi
Nhỏ
Lớn
Trung bình
Tùy thuộc vào lưu lương
nạp CO2 và nước giải Cao
nhiệt cho buồng hoạt tính
Laser diode
Lớn
Gọn nhẹ, dễ thay thế
Tuổi thọ
TB6600
Yêu cầu
Dòng tải làm việc cao (>2A)
Driver
Phù hợp với môi trường khói bụi
A4988
Full step, 1/2 (A – B), 1/4, 1/8, 1/16, 1/32
Full step, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16
4A
4A (Dòng đỉnh)
Tần số giao tiếp tối đa
20kHz
50kHz
Bộ phận truyền tín hiệu
Optp - phototransitor
Transitor
Tản nhiệt khi thụ động (có sẳn)
Tản nhiệt khí thụ động (lắp thêm)
Domino
Thông qua breadboard hoặc dây bus
Các chế độ vi bước
Dòng tải tối đa
Phương thức tản nhiệt
Phương thức kết nối
Arduino
TB6600
Mach3
Yêu cầu
-
Dễ điều khiển đối với người không
chuyên.
Ưu điểm
Có thể can thiệp sâu phần mềm
Cộng đồng hỗ trợ mạnh.
Dễ sử dụng.
-
PHẦN ĐIỀU KHIỂN
Phần mềm điều khiển
Cộng đồng hỗ trợ mạnh.
Có khả năng hoạt động nhiều giờ hoặc
trong môi trường khói bụi.
HMI dễ sử dụng.
Mach3
Cộng đồng hỗ trợ đông.
Nhược điểm
Phần mềm tính toán cho đầu ra
chính xác.
Không phù hợp trong việc hoạt
động nhiều giờ hoặc môi trường
khói bụi.
Hay gặp một số lỗi hệ thống khi
chạy ở vận tốc cao.
-
Gía thành cao hơn arduino và shield
(~30-40%).
MÁY KHẮC TRANH BẰNG LASER
Chức năng
Thiết kế
GVHD
GVPB
Họ và tên
Chữ ký
Ng.Quang Phúc Trí
Ts. Trần Việt Hồng
Ngày
BẢN VẼ
PHƯƠNG ÁN
Số lượng
Khối lượng Tỉ lệ
01
01
Tờ
01
Số tờ
Trường Đại học Bách Khoa
Khoa Cơ Khí - Bộ môn Cơ Điện tử
1
2
3
4
5
6
7
13
14
15
18
19-20
21
22
16
17
100
A
493
23
12 11 10
100
8
9
71
416
444
574
24-25
29
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
∅8h6
31
32
200
∅22H7
30
H8
g8
76
27-28
∅28
800
26
CHI TIẾT A
TỈ LỆ 1-1
33
34
KHÂU Z
TỈ LỆ 1-1
STT
DIN 912 M8 (L16)
DIN 912 M6 (L40)
DIN 912 M5 (L12)
DIN 912 M5 (L20)
DIN 912 M4 (L16)
DIN 912 M4 (L10)
Đai ốc M3
DIN 912 M3 (L16)
DIN 912 M3 (L10)
Nối gá động cơ và khung máy
Gá động cơ
Khung máy trục Y
4
6
24
34
48
12
16
16
28
4
2
9
Nối khung trục Y
3
3
Vít me Hwin R12 - 5B1 - FSW -510 -580
1
Đai ốc bi R12 - 5B1
8
Block đai ốc BNFB1205S_20
Con trượt SCS10UU
4
Con trượt SCS8UU
3
3
Khung lắp laser
Động cơ step (42mm)
1
2
Nối trục 5 - 8
Bàn máy
2
Thanh trượt SF 10 H7 600L
2
Thanh trượt SF 8 H7 500L
2
Thanh trượt SF 8 H7 300L
2
1
Ỗ đỡ BF10
1
Ổ chặn BK10
4
Ổ đỡ FF10
1
Vít me Hwin R12 - 5B1 - FSW -410 -480
1
Vít me Hwin R12 - 5B1 - FSW -160 -230
1
Khung máy trục Z (gắn ổ bi)
2
Khung máy trục Z (gắn thanh trượt)
Nối khung trục X
2
Khung máy trục X
2
Số lượng
Tên
Nhôm 6061 8mm
Nhôm 6061 5mm
Nhôm bàn 1640
Nhôm
Nhôm 6061 8mm
Nhôm
Nhôm
Nhôm
Thép
Thép
Thép A36 (8mm)
Nhôm định hình 3030
Thép mạ crom
Thép mạ crom
Thép mạ crom
Thép
Thép
Thép
Thép
Thép
Thép A36 (8mm)
Thép A36 (8mm)
Thép A36 (8mm)
Thép A36 (8mm)
Vật liệu
Ghi chú
MÁY KHẮC TRANH BẰNG LASER
Chức năng
Thiết kế
GVHD
GVPB
Họ và tên
Chữ ký
Ng.Quang Phúc Trí
Ts. Trần Việt Hồng
Ngày
BẢN VẼ
LẮP
Số lượng
Khối lượng Tỉ lệ
01
1:2
01
Tờ
01
Số tờ
Trường Đại học Bách Khoa
Khoa Cơ Khí - Bộ môn Cơ Điện tử
Aptomat BKN 1P 6A
L
L
V-
In -
Out -
V+
In +
Out +
N
N
220 VAC
MASS
Lm2596
Nguồn tổ ong 24VDC
VCC
GND
IN
LASER
COM
NC
N0
GND
DC+
Mạch Relay 24V
LS: Công tắc hành trình Omron SS-5GL2
COM
NC
COM
LS X-
NC
LS Y-
COM
NC
LS Z+
AVI AVI +
COM COM +
COM
NC
COM
LS X+
1
LS Y+
2
ESTOP (YJ139-LAY37)
NC
COM
LS Z-
NC
OUT4
OUT3
OUT2
OUT1
IN4
IN3
IN2
IN1
USB
MACH3
PC
USB
10V
5V
GND
XP
XD
YP
YD
ZP
ZD
AP
AD
PUL +
A+
A+
PUL -
A-
A-
DIR +
B+
B+
DIR -
B-
B-
ENA -
GND
ENA +
VCC
STEP MOTOR X
TB6600
PUL +
A+
A+
PUL -
A-
A-
DIR +
B+
B+
DIR -
B-
B-
ENA -
GND
ENA +
VCC
M
STEP MOTOR Y
TB6600
PUL +
A+
A+
PUL -
A-
A-
DIR +
B+
B+
DIR -
B-
B-
ENA -
GND
ENA +
VCC
TB6600
M
M
STEP MOTOR Z
MÁY KHẮC TRANH BẰNG LASER
Chức năng
Thiết kế
GVHD
GVPB
Họ và tên
Chữ ký
Ng.Quang Phúc Trí
Ts. Trần Việt Hồng
Ngày
SƠ ĐỒ NỐI DÂY
Số lượng
Khối lượng Tỉ lệ
01
01
Tờ
01
Số tờ
Trường Đại học Bách Khoa
Khoa Cơ Khí - Bộ môn Cơ Điện tử
Chương trình
định dạng lệnh của GUI
Bắt đầu
Tạo file Gcode
eclipse
Sai
Nút "chuyển đổi" được
nhấn?
Nút tắt chương trình
được nhấn?
Định dạng lại lệnh
Sai
Tìm thấy ký tự
"X" và "Y"?
Sai
Quy trình ác định
tọa độ máy
Quy trình hoạt động
của phần mềm Mach3
Bắt đầu
Bắt đầu
Nhấn nút
"REF ALL HOME"
Kết nối máy tính với Mach3
Đúng
Đúng
Đúng
Mở file "Gcode Converted.nc"
Sai
Chế độ
"Mặt phẳng"
Sai
Sai
Chế độ
"Trụ tròn (Ra)"?
Đúng
Sai
Đúng
Định dạng lại lệnh (đường dẫn có
sẵn)
Chế độ
"Mặt Eclipse"?
Tạo file Gcode trụ tròn
(đường dẫn có sẵn, Ra)
Sai
Tạo file Gcode trụ tròn
(đường dẫn có sẵn, Ra)
Tìm thấy ký tự "Z0.0"?
Thêm ký tự "Z" và cao độ Z vào
phần tử
Đến vùng giảm tốc?
Thiết lập các thông số
cấu hình Mach3
Sai
Kiểm tra JOG?
Đúng
Lưu phần tử vào mảng Tạm 3
Đến lệnh tiếp theo
Không tìm thấy ký
tự "X" và "Y"?
Định dạng lại
lệnh
Tạo file Gcode
trụ tròn
Đúng
Sai
Sai
Tải G-code
Đúng
Truyền G-code
Thêm phần tử vào mảng Tạm 3
Tín hiệu công
tắc HOME ngắt?
Mở file Gcode chỉ định
Sai
Tìm thấy lệnh?
Tách phần tọa độ Y
Sai
Di chuyển khâu theo chiều
ngược lại 1 đoạn cho trước
Sai
Sai
Nhận lỗi quá cữ?
Đúng
Đúng
Đến phần tử tiếp theo
Đúng
Đúng
Thiết lập vị trí HOME
Đúng
Tạo biến: bán kính X-Y-Z; tọa độ
tâm (X-Y-Z); biến tạm tempX, tempY
Tìm thấy ký tự "Y"
trong phần tử?
Sai
Đến phần tử tiếp theo
Nhận tín hiệu từ
công tắc HOME?
Kết thúc
Sai
Nút ESTOP được nhấn?
Di chuyển khâu về điểm HOME
chậm
Lưu lệnh vào mảng Tạm 2
Nhận được tín hiệu
từ máy tính?
Đúng
Di chuyển nhanh (G00) khâu về
điểm HOME
Tính tọa độ eclipse Z
(tọa độ X, tọa độ Y)
Đặt đường dẫn
file kết quả lên GUI
Mở file "Gcode Converted.nc"
Sai
Đúng
Đến lệnh tiếp theo
Định dạng lại lệnh
Sai
Đúng
Tìm thấy lệnh?
Đúng
Đúng
Tìm thấy tín hiệu
motor của trục?
Lấy tọa độ X và tọa độ Y
tempX = tọa độ X
tempY = tọa độ Y
Tìm thấy phần tử
trong mảng "Tạm 2"?
Sai
Dừng động cơ
Động cơ và laser
chạy theo G-code
Hiển thị vị trí lên MDI
Đúng
Dừng máy
Đúng
Tìm thấy lệnh?
Sai
Trong lệnh có ký tự "("?
Sai
Xóa bỏ ký tự "\n" trong phần tử
Tính cao độ Z (tọa độ Y)
Tìm thấy ký tự "X" và
không tìm thấy "Y"?
Sai
Reset tọa độ máy của trục
Chạy về vị trí HOME
Đúng
Đúng
Lưu lệnh vào mảng Tạm 2
Đến trục tiếp theo
Đúng
Thêm chuỗi "Z" + cao độ Z
vào phần tử
Đến lệnh tiếp theo
Tạo file "output.nc"
Lấy tọa độ X
tempX = tọa độ X
Đến lệnh tiếp theo
Thêm phần tử vào mảng Tạm 3
Tạo biến: bán kính, tọa độ
tâm Y, tọa độ tâm Z
Đến phần tử tiếp theo
Đổi ký tự "F" thành
Đổi ký tự "Z" thành
Đổi ký tự "G00" thành
Đổi ký tự "G01" thành
Lưu chuỗi vào mảng
"\nF"
"\nZ"
"G00M5"
"G01M3"
Tạm 1
Sai
Tìm thấy phần tử
trong mảng "Tạm 3"?
Đúng
Đến lệnh tiếp theo
Tính tọa độ eclipse Z
(tọa độ X, tempY)
Thêm ký tự "Z" và cao độ Z vào
phần tử
Lưu phần tử vào mảng Tạm 3
Tìm thấy phần tử
trong mảng "Tạm 2"?
Ghi phần tử vào
file "output.nc"
Tạo file "Gcode Converted.nc"
Tìm thấy phần tử
trong mảng "Tạm 3"?
Đúng
Sai
Đến phần tử tiếp theo
Đến phần tử tiếp theo
Xóa bỏ ký tự "\n" trong phần tử
Đúng
Tìm thấy phần tử
trong mảng "Tạm 1"?
Thêm ký tự "\n" vào cuối phần tử
Tìm thấy ký tự "Z"
trong phần tử?
Kết thúc
Thêm ký tự "\n" vào cuối phần tử
Tạo file "output.nc"
Sai
Kết thúc
Sai
Lấy tọa độ Y
tempY = tọa độ Y
Kết thúc
Đúng
Sai
Ghi phần tử vào
file "output.nc"
Ghi phần tử vào
file "Gcode Converted.nc"
Tính tọa độ eclipse Z
Tính tọa độ eclipse Z
(tempX, tọa độ Y)
Đúng
Đến lệnh tiếp theo
Đến phần tử tiếp theo
Thêm ký tự "Z" và cao độ Z vào
phần tử
Đến phần tử tiếp theo
Nhận tọa độ X, Y
Lưu phần tử vào mảng Tạm 3
Trở về
Trở về
Tính Z từ phương trình
mặt eclipse đã có
Tính cao độ Z
Đến phần tử tiếp theo
Trả biến Z
Nhận tọa độ Y
Trở về
Tính Z từ phương trình đường
tròn trong mặt phẳng Oyz
Trả biến Z
Trở về
MÁY KHẮC TRANH BẰNG LASER
Chức năng
Thiết kế
GVHD
GVPB
Họ và tên
Chữ ký
Ng.Quang Phúc Trí
Ts. Trần Việt Hồng
Ngày
Số lượng
LƯU ĐỒ
GIẢI THUẬT
Khối lượng
Tỉ lệ
01
01
Trường Đại học Bách Khoa
Khoa Cơ Khí - Bộ môn Cơ Điện tử
Tờ
Số tờ
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ - KHOA CƠ KHÍ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Thiết kế máy CNC khắc tranh bằng laser
Design of a CNC engraving machine
SVTH: Nguyễn Quang Phúc Trí
MSSV: 1713650
GVHD: Ts. Trần Việt Hồng
Email: tri.nguyen1603@hcmut.edu.vn
ĐT: 0364530970
1. Mục tiêu luận văn
• Xây dựng một máy CNC khắc laser với cùng làm việc
300x400x100 mm
• Thời hạn hoạt động: 10 năm
• Sai số trên từng trục: ±0.1mm
• Có thể thay đổi công suất laser để khắc trên nhiều loại vật
liệu khác nhau (gỗ, simili, nhựa, trái cây,…)
• Hơn nữa các máy CNC laser CO2 2 trục trên thị trường có giá
từ 14 triệu trở lên, gây khó khăn cho các hộ kinh doanh nhỏ
lẻ.
 Mục tiêu luận văn: chế tạo một hệ thống CNC laser 3 trục đảm
bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra, có khả năng sản xuất đơn
chiếc/hàng loạt nhưng giá thành vừa phải.
2
2. Phương pháp thực hiện luận văn
TỔNG KẾT PHƯƠNG ÁN
• Kết cấu máy: Moving Gantry.
• Phương án thiết kế phần khung: CNC.
• Bộ phận dẫn động: thanh trượt tròn.
• Cơ cấu truyền động: vít me – đai ốc bi.
• Đầu gia công: laser diode.
• Bộ phận truyền động: step motor với
driver TB6600.
• Phương án điều khiển: Mach3.
1.
Step motor
4.
Thanh dẫn hướng
2.
Khớp nối
5.
Vít me
3.
Con lăn dẫn
6.
Đai ốc
hướng
3
3. Kết quả quá trình thiết kế
A. HỆ THỐNG CƠ KHÍ
Y
X
Z
Động cơ
PKP243D15A2 (42 mm – Nema 17)
Vít me R12-5B1-FSW-510 R12-5B1-FSW-410 R12-5B1-FSW-160
Thanh trượt SF 10 h7 500L
SF 8 h7 350L
SF 8 h7 100L
Con trượt
Kiểu lắp
SCS10UU
Supported – Supported
Tên ổ lăn
Tải trọng (kg)
FF10 – FF10
15
SC 8UU
Fixed – Supported
BK10 – BF10
5
2
4
A. HỆ THỐNG CƠ KHÍ
MÔ HÌNH 3D
• Vùng làm việc (X – Y – Z): 315 – 415 – 105mm
• Kích thước bao (Dài – Rộng – Cao): 800 – 574 – 493mm
5
B. HỆ THỐNG ĐIỆN
Thông số cài đặt driver TB6600
• Làm việc ở chế độ half step (1/2A)
• Dòng điện cấp: 3A (1,5A/pha)
 Thứ tự công tắc (1 – 6): 0-1-0-1-0-1
Trục
Sai số tối đa của driver
Sai số đối đa từ độ
Sai số tổng kết (μm)
(μm)
lệch tâm (μm)
X
±7
-2
+7;-9
Y
±7
-2
+7;-9
Z
±7
±66
±73
6
C. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
Các phần mềm sử dụng:
• Phần mềm chuyển đổi hình ảnh sang file .dxf: InkScape.
• Phần mầm chuyển đổi file .dxf sang file .nc: JdPaint và
NcConverter.
• Phần mềm chuyển đổi sang file .nc mặt cong: GUI tự thiết kế.
Tiêu chí quỹ đạo cong:
• Hình dạng tranh không thay đổi khi nhìn từ trên xuống.
• Góc tạo bởi pháp tuyến mặt phẳng tức thời so với mặt phẳng
bàn máy không nhỏ hơn 450 và mặt cong không bị che chắn.
• Hướng ăn mòn vật liệu của laser vuông góc với bàn máy.
7
C. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
KẾT QUẢ TỪ ẢNH SANG QUỸ ĐẠO THẲNG VÀ CONG
8
4. Sản phẩm
9
5. Kết luận và hướng phát triển
Kết quả đạt được
Hạn chế
•
Xây dựng được mô hình thực tế.
•
Có được sản phẩm tranh vẽ ở dạng 2D và
tới hạn cũng như điều chỉnh và kiểm tra
trụ tròn.
độ chính xác 3 trục.
•
Biết được cách lắp ghép, điều chỉnh các chi
tiết máy và kiểm ra độ ổn định, độ chính
xác của hệ thống.
•
Thiết kế và kiểm tra độ bền cấu trúc cơ khí.
•
Có thể sử dụng phần mềm Mach3, Pycharm,
JdPaint,…
• Chưa có cơ hội cho máy chạy với tốc độ
• Chưa thông thạo phần mềm Mach3.
• Với thiết kế này, giá vật tư chế tạo vẫn
còn khá cao, chưa thực sự phù hợp với
đối tượng luận văn là các hộ kinh
doanh vừa và nhỏ.
Link mô hình hoạt động:
Tô nền: www.youtube.com/watch?v=uNfNK264bfE
Vẽ viền: www.youtube.com/watch?v=zSA3TFBpqN0
Vẽ trên mặt trụ: www.youtube.com/watch?v=PZJvOpX_ZgM
10