Đồ án Thiết kế, chế tạo mô hình máy khắc laser điều khiển số (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế, chế tạo mô hình máy khắc laser điều khiển số (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY KHẮC LASER ĐIỀU KHIỂN SỐ GVHD : TS. PHẠM HUY TUÂN SVTH : TRẦN ĐẶNG TUẤN TÚ MSSV: 12143238 LÊ ANH ĐÀN 12143412 NGUYỄN VĂN HIỂN 12143303 S K L 0 0 4 6 9 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2016
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY KHẮC LASER ĐIỀU KHIỂN SỐ SVTH : TRẦN ĐẶNG TUẤN TÚ MSSV: 12143238 LÊ ANH ĐÀN 12143412 NGUYỄN VĂN HIỂN 12143303 Khoá : 2012 - 2016 Ngành : CHẾ TẠO MÁY GVHD : TS. PHẠM HUY TUÂN GVPB : ThS. ĐOÀN TẤT LINH i Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2016
3. CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, Ngày tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: 1. Trần Đặng Tuấn Tú MSSV: 12143238 Lớp: 12143CL2 2. Lê Anh Đàn 12143412 12143CL2 3. Nguyễn Văn Hiển 12143303 12143CL2 Ngành đào tạo: Chế Tạo Máy Giảng viên hướng dẫn: TS. Phạm Huy Tuân Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: 1. Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình máy Khắc Laser điều khiển số 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Đầu laser công suất 2W. - Động cơ bước sử dụng chip THB7128 để điều khiển. - Board điều khiển march 3. - Vít-me bi, thanh trượt dẫn hướng. - Không gian làm việc: 500x500mm. - Vật liệu gia công thép CT3. 3. Nội dung thực hiện đề tài: - Tìm hiểu, giới thiệu đề tài. - Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan. - Ý tưởng và giải pháp thiết kế. - Thiết kế, tính toán cơ khí và lắp đặt hệ thống điện, điều khiển. - Chế tạo mô hình. - Gia công thử nghiệm. - Kết luận và kiến nghị. 4. Chế tạo mô hình máy khắc Laser. TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) I
4. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “Thiết kế và chế tạo mô hình máy Khắc Laser điều khiển số”. - GVHD: TS. Phạm Huy Tuân - Họ và tên sinh viên: 1. Trần Đặng Tuấn Tú MSSV: 12143238 Lớp: 12143CL2 2. Lê Anh Đàn 12143412 12143CL2 3. Nguyễn Văn Hiển 12143303 12143CL2 - Địa chỉ sinh viên: 484 Lê Văn Việt, Phường Tăng Nhơn Phú A, Quận 09, TP.HCM - Số điện thoại liên lạc: 01676115659 - Email: hienksvn@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): / ./2016 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Đại diện ký tên II
5. LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập tại ngôi trường đại học, bằng chính sự cố gắn và nỗ lực của bản thân, chúng em đã hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp, nó là kết tinh, sự kết hợp lý thuyết và thực nghiệm. Điều đó đánh dấu sự trưởng thành của sinh viên chúng em. Nhìn lại quá trình chúng thực hiện đồ án, đôi lúc chúng em cảm thấy khó khăn, chán nản nhưng nhờ vào sự cổ vũ tinh thần, sự giúp đỡ tận tình từ phía gia đình, người thân, bạn bè và thầy cô nên chúng em đã có thêm động lực, tinh thần để hoàn thành tốt nhiệm vụ. Cảm ơn các thành viên trong nhóm đã cùng nhau thực hiện và hoàn thành mục tiêu đề ra. Tuy đôi lúc có một số mâu thuẫn, bất mãn, tranh luận, nhưng cũng nhờ đó mà chúng em có thể hoàn thiện, nhìn nhận bản thân mình tốt hơn. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành thầy cô khoa Chất lượng cao và bộ môn công nghệ chế tạo máy của trường Đại Học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ nhóm trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến: Thầy Phạm Huy Tuân – thầy đã giúp đỡ, hướng dẫn nhóm để chúng em có được một cách nhìn tổng quát quá trình thiết kế, chế tạo thiết bị, máy móc đầu tay. Nó đã tạo tiền đề để chúng em có thể thực hành, áp dụng vào thực tiễn cuộc sống sau này của chúng em. Một lần nữa chúng em xin gởi lời cảm ơn đến tất cả mọi người đã giúp đỡ nhóm hoàn thành tốt Đồ Án Tốt Nghiệp này. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực hiện III
6. TÓM TẮT ĐỒ ÁN “Thiết kế và chế tạo mô hình máy khắc laser điều khiển số” Ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì máy móc hiện đại cũng ra đời ngày càng nhiều. Chỉ xét riêng lĩnh vực gia công cơ khí, hàng loạt máy CNC ra đời như máy CNC 3 trục, 4 trục, 5 trục, máy CNC cao tốc nhờ đó mà năng suất sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm ngày càng được nâng cao. Chính vì sự kỳ diệu của máy CNC (như gia công được những hình dạng phức tạp một cách nhanh chóng, tự động hóa sản xuất chỉ với một tập tin mã lệnh nhập cho máy), một bộ phận trí thức đã nghĩ đến việc chế tạo mô hình mô phỏng những hoạt động của máy CNC hiện đại, với kích thước nhỏ gọn và giá thành thấp hơn rất nhiều lần nhưng vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả, đáp ứng được nhu cầu học tập, giải trí cũng như sản xuất tại nhà. Đó cũng chính là lý do mà đề tài này được triển khai nghiên cứu. Đề tài được triển khai một cách khoa học qua nhiều bước: tìm kiếm cơ sở dữ liệu, phát triển ý tưởng, giải pháp, triển khai thiết kế, tối ưu hóa mô hình, tính toán và mô phỏng tính bền vững của hệ thống, thực hiện gia công các chi tiết cần thiết và lắp ráp thành một máy hoàn chỉnh. Giai đoạn cuối cùng của dự án là tiến hành chạy thử nghiệm, kiểm tra và hiệu chỉnh mô hình để đảm bảo đúng yêu cầu của đề tài. Máy khắc 2 trục sau khi chế tạo có kích thước 700x600x500mm, có khả năng khắc trên nhiều vật liệu khác nhau với độ chính xác cao về hình dạng và sai số kích thước đạt mức 0.1mm. Tuy nhiên, mô hình còn một số hạn chế như: rung động trong quá trình làm việc, các mối lắp ghép máy chưa đạt độ thẩm mỹ. Nhóm hi vọng có thể phát triển hơn nữa mô hình này bằng cách khắc phục các nhược điểm trên, tiến hành tự động hóa hoàn toàn và phát triển thành máy có thể sử dụng cả đầu plasma. Sinh viên thực hiện Trần Đặng Tuấn Tú Lê Anh Đàn Nguyễn Văn Hiển IV
7. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I LỜI CAM KẾT II LỜI CẢM ƠN III TÓM TẮT ĐỒ ÁN IV MỤC LỤC V DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VIII DANH MỤC HÌNH ẢNH IX CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 2 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu 3 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu 3 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 CHƯƠNG 2: CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 4 2.1. Giới thiệu 4 2.2. Nghiên cứu liên quan đến đề tài 4 2.2.1. Nghiên cứu của nước ngoài 4 2.2.2. Nghiên cứu ở Việt Nam 6 2.3. Sơ lược về sự phát triển tia laser 8 2.3.1. Laser 8 2.3.2. Tính chất của laser 8 2.3.3. Ứng dụng của laser 8 2.4. Hướng nghiên cứu 10 CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 3.1. Khái quát về máy CNC 11 3.1.1. Vài nét sơ lược về máy CNC 11 3.1.2. Cấu tạo chung và quy ước máy CNC 11 3.1.2.1. Phần điều khiển 11 V
8. 3.1.2.2. Phần chấp hành 12 3.1.3. Các kiểu hệ thống điều khiển 14 3.2. Động cơ bước 15 3.3. Vitme – đai ốc bi 17 3.4 Thanh trượt bi 18 3.5. Giới thiệu tổng quát các linh kiện điện tử 19 3.5.1. Biến áp 19 3.5.2. Cổng kết nối song song 25 chân (Parallel port) 20 3.5.3. Mạch nguồn: 21 CHƯƠNG 4: Ý TƯỞNG VÀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 24 4.1. Lựa chọn phương án di chuyển cho X, Y, Z 24 4.2. Lựa chọn kiểu điều khiển 27 4.3. Lựa chọn vít me-đai ốc 28 4.4. Lựa chọn bộ truyền đai 29 4.4.1. Nguyên lý làm việc 29 4.4.2. Các phương pháp căng đai 30 4.5. Lựa chọn cơ cấu dẫn hướng 30 4.6. Lựa chọn bộ truyền 33 4.7. Lựa chọn động cơ 34 4.8. Lựa chọn kiểu điều khiển động cơ 36 4.9. Lựa chọn phần mềm điều khiển 37 4.10. Tổng kết 39 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY 40 5.1. Quy trình thiết kế và phác thảo ý tưởng 40 5.2. Thiết kế cơ khí 42 5.2.1. Mô hình máy 42 5.2.2. Thiết kế trục Y 42 5.2.3. Thiết kế trục X 43 5.2.4. Tính toán lựa chọn thanh trượt bi 44 5.2.5. Tính toán lựa chọn Vít me- đai ốc bi trục Y 49 5.2.6 Tính toán lựa chọn động cơ trục Y 51 5.2.7 Tính toán lựa chọn động cơ trục X 54 5.2.8 Tính toán lựa chọn bộ truyền đai trục X 56 5.2.9. Kiểm tra bền 57 5.3. Gia công các chi tiết 59 5.4. Thiết kế hệ thống điều khiển 62 VI
9. 5.4.1. Phần mềm điều khiển Mach3 62 5.4.1.1. Giới thiệu Mach3 62 5.4.1.2. Tín hiệu truyền từ Mach3 ra cổng LPT 63 5.4.2. Driver động cơ bước 66 5.4.3. Break out board mach3 67 5.5. Thiết kế hệ thống điện 68 5.5.1. Thiết kế tủ điện 68 5.5.2. Sơ đồ kết nối 72 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ - ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN 74 6.1. Gia công sản phẩm và đánh giá 74 6.2. Những vấn đề khó khăn 76 6.3. Đề xuất cải tiến 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC 1: QUY TRÌNH TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN 80 THANH TRƯỢT BI 80 PHỤ LỤC 2: QUY TRÌNH TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN 86 VÍT ME-ĐAI ỐC BI 86 PHỤ LỤC 3: HƯỚNG DẪN PHẦN MỀM MACH3 91 VII
10. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CNC Computerized Numerical Control COM Communication SCARA Selective Compliance Assembly Robot Arm LASER Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation VIII
11. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Máy phay CNC DMN 200 Hình 1.2: Máy tiện CNC 1440 1 Hình 1. 3: Máy CNC 5 trục FTV 630 Hình 1.4: Máy CNC 4 trục tốc độ cao 2 Hinh 2. 1: Máy CNC tiện và phay Hình 2. 2: Máy CNC bằng gỗ 4 Hinh 2.3:2Máy phay gỗ CNC Hình 2.4: Máy tiện CNC mini 5 Hình 2.5: Máy cắt khắc laser công nghiệp 5 Hình 2.6: Máy cắt khắc laser mini 6 Hình 2.7: Máy phay CNC ĐHBK TPHCM. 6 Hình 2.8: Máy phay CNC ĐHBK Hà Nội 6 Hình 2.9: Máy CNC Plasma 7 Hình 2.10: Máy phay gỗ CNC 7 Hình 2.11. Máy tiện CNC ĐHBK Hà Nội. 7 Hình 2.12. Máy CNC khắc laser. 7 Hình 2.13: Minh họa tia laser 8 Hình 2.14: Ứng dụng laser trong cơ khí 9 Hình 2.15: Ứng dụng laser trong y học 9 Hình 2.16: Ứng dụng laser trong giải trí. 10 Hình 3.1. Mô hình khái quát của máy CNC 11 Hình 3.2. Cấu tạo máy CNC 12 Hình 3.3. Quy ước hệ tọa độ của máy CNC. 13 Hình 3.4. Các điểm gốc và điểm chuẩn. 14 Hình 3.5. Điều khiển vòng hở. 14 Hình 3.6. Điều khiển vòng kín 15 Hình 3.7. Điều khiển cả bước 16 Hình 3.8. Điều khiển nửa bước 16 Hình 3.11. Dạng sóng khi điều khiển full Hình 3.12. Cộng hưởng 17 Hình 3.13. Cấu tạo vitme bi 17 Hình 3.14. Thanh trượt bi 18 Hình 3.5. Cấu tạo ổ trượt. 18 IX
12. Hình 3.18. Các loại lõi biến áp 19 Hình 3.19. Biến áp nguồn, âm tần. 19 Hình 3.20. Biến áp xung, cao tần 20 Hình 3.21. Cổng song song (LPT). 21 Hình 3.22. Mạch nguồn 22 Hình 3.23. Các chân in – out của nguồn 23 Hình 4.1. Các kiểu mô hình CNC. 24 Hình 4.2. Sơ đồ động máy CNC loại 1 25 Hình 4.3. Sơ đồ động máy CNC loại 2 26 Hình 4.4. Sơ đồ động máy CNC loại 3 27 Hình 4.5. Vít me-đai ốc bi 28 Hình 4.6. Quan hệ giữa hệ số ma sát và tốc độ (vitme thường và vitme bi) 29 Hình 4.7. Dẫn hướng bằng sống trượt mang cá 31 Hình 4.8. a) Ray trượt b) Ray trượt tự chế 32 c) Thanh dẫn hướng tự chế d) Trục trơn 32 Hình 4.9. Thanh trượt bi 32 Hình 4.10. Bộ dẫn hướng 33 Hình 4.11. máy khắc laser 34 Hình 4.12. Bảng so sánh động cơ bước và động cơ servo. 35 Hình 4.13. Giao diện phần mềm Mach3 38 Hình 5.1: Quy trình thiết kế mô hình 40 Hình 5.2: Mô hình máy khắc Laser 42 Hình 5.4: Trục X 44 Hình 5.5: Mô hình tính toán thanh trượt trục Y 45 Hình 5.6: Tính momen động cơ bước 53 Hình 5.6: Tính công suất động cơ bước 54 Hình 5.7: Kiểm bền dầm trục Y 58 Hình 5.8: Kiểm tra bền dầm trục X 59 Hình 5.9: giao diện Mach3 62 Hình 5.10: Cổng song song (LPT) 63 X
13. Hình5.11: Sơ đồ chức năng từng chân của cổng máy in (LPT) 63 Hình 5.12: Bảng hiệu chỉnh số chân tín hiệu LPT 65 Hình 5.13: Driver step motor 67 Hình 5.14: Board break out mach3 68 Hình 5.15: Tủ điện 69 Hình 5.16: Tủ điện thực tế 69 Hình 5.18: Sơ đồ kết nối tổng quát 72 Hình 5.19: Sơ đồ kết nối Driver, Laser với board 73 Hình 5.20: Sơ đồ kết nối step motor với driver 73 Hình 6.1: Chạy biên dạng trên giấy 74 Hình 6.2: Biên dạng hình 75 Hình 6.3: Bảng khắc tên đề tài 76 XI
14. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, yêu cầu cùng với đó là tự động hóa sản xuất trong các dây chuyền mà máy điều khiển số CNC đóng một vai trò quan trọng. Với sự ra đời của các máy CNC hiện đại, lĩnh vực gia công cơ khí chính xác đã đạt được nhiều thành tựu, có khả năng gia công các chi tiết phức tạp, chính xác và nâng cao năng suất. Nhu cầu về máy CNC ở Việt Nam là rất lớn, tuy nhiên việc nhập khẩu các máy CNC ở các nước phát triển như Đức, Nhật, có chất lượng tốt nhưng giá thành lại rất cao, khó bảo trì. Đó là yếu tố thúc đẩy một số người ham học hỏi, nghiên cứu, chế tạo các máy CNC nhỏ gọn, rẻ tiền nhưng vẫn đáp ứng nhu cầu sản xuất. Hình 1.1: Máy phay CNC DMN 200 Hình 1.2: Máy tiện CNC 1440 1
15. Hình 1. 3: Máy CNC 5 trục FTV 630 Hình 1.4: Máy CNC 4 trục tốc độ cao Tại Việt Nam, do nhu cầu quảng cáo và gia công trên nhiều loại vật liệu với biên dạng phức tạp, chủ yếu dựa vào tay nghề của người thợ, vì thế không thể đạt độ chính xác cao, sản phẩm lỗi. Vì thế, đề tài “Thiết kế, chế tạo máy khắc laser điều khiển số” là cần thiết và cấp thiết. 1.2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn Việc nghiên cứu, chế tạo máy CNC trong sinh viên sẽ gợi mở ra nhiều giải pháp mới, phương hướng phát triển mới. Nghiên cứu, chế tạo máy CNC đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức tổng hợp về cơ khí, điện tử, tin học. Đây cũng là cơ hội cho họ tìm tòi, kiểm nghiệm, hiểu sâu rộng hơn về những máy CNC hiện đại để từ đó chế tạo ra máy CNC phù hợp với khả năng và nhu cầu sử dụng. Đề tài chế tạo máy cắt, khắc CNC mà nhóm đang thực hiện sẽ giúp nhóm củng cố kiến thức và kỹ năng về mọi mặt. Sản phẩm sau khi hoàn thành có thể phục vụ cho dạy học hoặc gia công một số loại vật liệu trong ngành điêu khắc, trang trí, quảng cáo, 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài  Củng cố và vận dụng kiến thức đã học để thiết kế, tính toán, chế tạo mô hình máy khắc bằng laser.  Lập trình, điều khiển máy CNC trên để gia công ra sản phẩm và đạt độ chính xác theo yêu cầu. 2
16. 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu  Máy cắt khắc laser điều khiển số.  Phần mềm điều khiển Mach3. 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu  Nghiên cứu và chế tạo mô hình máy cắt, khắc CNC bằng laser 2W.  Máy có thể thao tác trên nhiều vật liệu khác nhau như: giấy, gỗ, vải,  Đảm bảo các yêu cầu đặt ra như sau: - Không gian làm việc của máy: 500 x 500mm. - Sai số cho phép: 0.1 mm. 1.5. Phương pháp nghiên cứu 1.5.1. Cơ sở phương pháp luận Căn cứ vào những kiến thức đã có về máy cắt CNC 3 trục, tiến hành phân tích, tìm ra giải pháp mới và chế tạo, thực nghiệm. Sau đó, tiến hành tổng hợp, đánh giá giải pháp đã đề ra: tối ưu hay không tối ưu, tối ưu trong trường hợp nào. Khảo sát thực tế, thông qua việc tham quan ở một số cơ sở cắt khắc mica. Tham khảo các tài liệu trên các trang web và một số sách liên quan. 1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể Khảo sát thực tiễn: tìm hiểu về máy cắt, khắc CNC 2 trục laser và CNC phay 3 trục. Sử dụng phần mềm Solidworks thiết kế cơ khí cho đề tài. Xây dựng mô hình- thực nghiệm: chế tạo mô hình máy cắt CNC bằng laser, vận hành thử nghiệm. Dùng driver TB6560 để điều khiển động cơ bước. Dùng phần mềm Mach3 để điều khiển máy cắt thông qua máy tính. 3
17. CHƯƠNG 2: CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 2.1. Giới thiệu Nghiên cứu, chế tạo mô hình máy cắt CNC đòi hỏi người thực hiện phải có những am hiểu nhất định về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy cắt CNC hiện đại. Bên cạnh đó, một nguồn tư liệu giá trị khác chính là những máy CNC mini đã được chế tạo cả trong và ngoài nước, bằng cách tham khảo những nghiên cứu đó để làm cơ sở sáng tạo cho đề tài mà nhóm đang thực hiện. 2.2. Nghiên cứu liên quan đến đề tài 2.2.1. Nghiên cứu của nước ngoài Máy CNC tự chế rất đa dạng về hình dáng, kết cấu, kích thước và vật liệu chế tạo. Dưới đây là một số mẫu máy CNC tự chế Hinh 2. 1: Máy CNC tiện và phay Hình 2. 2: Máy CNC bằng gỗ 4
18. Hinh 2.3:1Máy phay gỗ CNC Hình 2.4: Máy tiện CNC mini Máy CNC tự chế nói chung có 3 dạng sau : Bàn máy chuyển động theo cả 2 phương X, Y (hình 2.2). Bàn máy đứng yên và 3 trục chuyển động (hình 2.3). Bàn máy chuyển động theo 1 phương (hình 2.4). Hiện nay, các chuyên gia nước ngoài đã nghiên cứu và phát triển thành công máy cắt khắc laser dựa trên sự hoạt động ổn định của khung máy cnc và đang phát triển theo hướng tự động hóa. Hình 2.5: Máy cắt khắc laser công nghiệp 5
19. Hình 2.6: Máy cắt khắc laser mini 2.2.2. Nghiên cứu ở Việt Nam Công nghệ CNC mặc dù chỉ mới du nhập vào Việt Nam trong thời gian ngắn nhưng đã có chỗ đứng nhất định. Nhiều nhà máy trong nước đã và đang có những dự án đầu tư nhiều dây chuyền sản xuất hiện đại, chủ yếu là các máy CNC. Hiện nay, một số trường Đại Học, Cao Đẳng đã chú trọng vào việc chế tạo mô hình máy CNC phục vụ cho giảng dạy như mô hình máy phay CNC của trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, ĐH Bách Khoa TPHCM, máy tiện CNC, phay CNC, máy cắt plasma, khoan mạch in của ĐH Bách Khoa Hà Nội, mô hình máy khắc chữ của ĐH Bách Khoa Đà Nẵng, Hình 2.7: Máy phay CNC ĐHBK Hình 2.8: Máy phay CNC ĐHBK Hà Nội TPHCM. 6
20. Bên cạnh các máy CNC được chế tạo với mục đích giảng dạy trong các trường học, một bộ phận sinh viên, kĩ sư chế tạo các máy CNC nhằm gia công gỗ, điêu khắc, cắt xốp, cắt kim loại bằng plasma Hình 2.9: Máy CNC Plasma Hình 2.10: Máy phay gỗ CNC Hình 2.11. Máy tiện CNC ĐHBK Hà Nội. Hình 2.12. Máy CNC khắc laser. 7
21. 2.3. Sơ lược về sự phát triển tia laser 2.3.1. Laser Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, và có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích". Electron tồn tại ở các mức năng lượng riêng biệt trong một nguyên tử. Các mức năng lượng có thể hiểu là tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt nhân. Electron ở bên ngoài sẽ có mức năng lượng cao hơn những electron ở phía trong. Khi có sự tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, các hạt electron này cũng có thể nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hay ngược lại. Hình 2.13: Minh họa tia laser 2.3.2. Tính chất của laser Độ định hướng cao: tia laser phát ra hầu như là chùm song song do đó khả năng chiếu xa hàng nghìn km mà không bị phân tán. Tính đồng bộ của các photon trong chùm tia laser: Có khả năng phát xung cực ngắn: cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây, cho phép tập trung năng lượng tia laser cực lớn trong thời gian cực ngắn. 2.3.3. Ứng dụng của laser Dựa vào các tính chất trên nên laser rất có nhiều ứng dụng được áp dụng trong nhiều ngành khác nhau như: laser trong ngành cơ khí, y học, giải trí, . 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4