Đồ án Xây dựng mô hình máy khắc CNC Laser 2D (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Xây dựng mô hình máy khắc CNC Laser 2D (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ÐIỆN – ÐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY KHẮC CNC LASER 2D GVHD: THS. TRẦN VĂN SỸ SVTH: TRẦN THIỆN DUY MSSV: 10201005 SVTH: NGUYỄN MINH NHẬT MSSV: 10201030 SKL003096 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY KHẮC CNC LASER 2D GVHD: ThS.Trần Văn Sỹ SVTH: Trần Thiện Duy MSSV: 10201005 Nguyễn Minh Nhựt MSSV: 10201030 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014
3. Tr ường Đại Học SPKT Tp HCMCộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Điện – Điện Tử Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS.TRẦN VĂN SỸ Đề nghị giáo viên phản biện: Họ và tên sinh viên: Tr ần Thiện Duy MSSV: 10201005 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Minh Nhựt MSSV: 10201030 1. Tên đề tài: Xây dựng mô hình máy khắc CNC laser 2D 2. Các số liệu tài liệu ban đầu: không. 3. Nội dung thuyết minh, tính toán: I. Dẫn Nhập . II. Cơ sở lý luận. III. Thiết kế,tính toán và chế tạo máy khắc laser CNC cỡ nhỏ. IV. Hướng dẫn phần mềm Mach3 Professional Controller. V. Kết luận về đề tài. GVHD Ký tên ThS.TRẦN VĂN SỸ
4. Tr ường Đại Học SPKT Tp HCMCộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Điện – Điện TửĐộc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp Tên đề tài: Xây dựng mô hình máy khắc CNC laser 2D Giáo viên hướng dẫn : ThS. Trần Văn Sỹ Sinh viên thực hiện : Trần Thiện Duy 10201005 Nguyễn Minh Nhựt 10201030 PHẦN NHẬN XÉT: I. Tinh thần làm việc: II. Nội dung đồ án: III. Hình thức: IV. Kết luận: Được bảo vệ: Không được bảo vệ: Điểm xếp loại: Bằng số: Bằng chữ: TP.HCM, Ngày tháng năm 2014 Giáo viên hướng dẫn ThS. Trần Văn Sỹ
5. Tr ường Đại Học SPKT Tp HCMCộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Điện – Điện TửĐộc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp Tên đề tài: Xây dựng mô hình máy khắc CNC laser 2D Giáo viên hướng dẫn : ThS. Trần Văn Sỹ Sinh viên thực hiện : Trần Thiện Duy 10201005 Nguyễn Minh Nhựt 10201030 PHẦN NHẬN XÉT: I. Nội dung đồ án: II. Hình thức: III. Câu hỏi: IV. Kết luận: Được bảo vệ: Không được bảo vệ: Điểm xếp loại: Bằng số: Bằng chữ: TP.HCM, Ngày tháng năm 2014 Giáo viên phản biện
6. LỜ I CẢ M ƠN Cứ sau mỗi chặng đường đi qua chúng em lại thấy mình lớn lên, vững vàng hơn trong kiến thức và năng lực. Chặng đường vừa đi qua là chặng đường dài gây go và đầy thử thách nhưng cũng đầy hạnh phúc dưới mái trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh, nơi đây đã không chỉ cung cấp cho chúng em những kiến thức khoa học kỹ thuật mà quý hơn cả là rèn luyện cho chúng em một nghị lực vững vàng để làm hành trang cho em bước vào đời. Thật, “vinh dự, tự hào là sinh viên Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh.” Em xin được gửi lời cảm ơn tới các Thầy, Cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, khoa Điện – Điện Tử những người đã dạy dỗ, giúp đỡ và đã dành nhiều tình cảm tốt đẹp cho chúng em, tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em được học tập tốt. Gửi đến thầy Trần Văn Sỹ lời cảm ơn sâu s ắc, người đã trực tiếp theo sát, tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đề tài . Gửi lời cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ và những đóng góp ý kiến của các bạn trong suốt quá trình làm đề tài. Cuối cùng, con xin gửi lời biết ơn tới gia đình, nơi đã sinh thành, nuôi dưỡng và động viên con rất nhiều trong thời gian qua. SINH VIÊN THỰC HIỆN
7. LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghiệp hóa và hiện đại hóa, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay, với những ứng dụng tiến bộ vào các lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biệt là các nghành khoa học và kĩ thuật thì máy tính hầu như không thể thiếu được. Nếu không có sự ra đời của bộ máy tính thì nghành khoa học kĩ thuật cũng như các nghành khác sẽ phát triển như thế nào. Thử lấy một ví dụ, người công nhân muốn thiết kế ra một chi tiết máy sử dụng các công cụ có sẵn của mình. Khi đó, anh ta phải căn cứ vào bản vẽ và tất nhiên phải có khả năng đọc bản vẽ, căn cứ vào bản vẽ để thực hiện gia công chi tiết đó trên máy gia công của mình. Anh ta cần phải biết được gia công phần nào trước, phần nào sau. Độ chính xác của chi tiết thì lại không thể tính toán được bằng các công thức mà nó chỉ phụ thuộc vào chiếc máy anh ta gia công và trình độ bậc thợ của anh ta. Như vậy ta cũng có thể thấy được chi tiết ra đời mất rất nhiều thời gian và công sức, mà kết quả đem lại lại không được cao. Nếu đem gia công 1000 chi tiết thì sẽ thấy được năng suất công việc rất thấp. Do đó sự can thiệp của máy tính vào lĩnh vực này là điều tất yếu, chiếc máy CNC đã được ra đời để giải quyết các vấn đề này cho người công nhân. Mach3 là phần mềm của hãng ArtSoft, ban đầu được thiết kế dành cho những người chế tạo máy cnc tại nhà theo sở thích nhưng đã nhanh chóng trở thành phần mềm điều khiển linh hoạt trong công nghiệp. Mach3 đã biến một máy tính cá nhân PC thành một bộ điều khiển máy CNC 6 trục với đầy đủ các tính năng.Các bản vẽ được nạp vào Mach3 với nhiều định dạng file giúp người dùng dễ dàng sử dụng, thiết kế và quản lý các bản vẽ. Điều đặc biệt là phần mềm sẽ điều khiển trực tiếp các động cơ thông qua cổng LPT và một mạch DRIVER được thiết kế riêng cho từng loại động cơ. Chính vì vậy việc điều khiển cũng như là thiết kế thực hiện hoàn toàn trên máy tính. Điều này tạo nên độ chính xác cao trong điều khiển cũng như trong thiết kế. Vì vậy sẽ giải quyết được khối lượng công việc lớn và tăng năng suất của công việc. Những kiến thức, năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ được đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án cuối khóa. Vì vậy chúng em cố gắng tận dụng những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tòi, nghiên cứu cùng với sự hướng dẫn tận tình của Giáo viên hướng dẫn là thầy Trần Văn Sỹ cùng Thầy/Cô thuộc Khoa Điện-Điện Tử để có thể hoàn thành tốt đồ án này. Xin chân thành cảm ơn!
8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mục lục CHƢƠNG I 1 DẪN NHẬP 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1 1.3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 2 1.4. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 2 1.5. DÀN Ý NGHIÊN CỨU 2 1.5.1 Phần mềm Mach3 2 1.5.2 Xây dựng mô hình 2 1.6. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 2 1.7. Ý NGHĨA THỰC TIỄN 3 CHƢƠNG II 4 CƠ SỞ LÝ LUẬN 4 2.1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT CNC VÀ MÁY CNC 4 2.1.1. Khái niệm về CNC. 4 2.1.2. Lịch sử phát triển máy CNC. 4 2.1.3. Thành phần phần cứng cơ bản của máy CNC. 6 2.1.4. Phần mềm điều khiển 6 2.2. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN SỐ 7 2.2.1. Cấu trúc từng phần của hệ thống điều khiển số: 7 2.2.2. Dữ liệu đầu vào: 8 2.3. GIỚI THIỆU VỀ MÁY KHẮC LASER. 8 2.3.1. Giới thiệu về laser 8 2.3.2. Máy khắc laser. 10 2.4. NHU CẦU THỰC TẾ VỀ VIỆC SỬ DỤNG KHẮC LASER CNC TRONG NƢỚC. 11 2.5. MỘT SỐ KHÓ KHĂN KHI TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO MÁY CNC Ở NƢỚC TA TRONG GIAI ĐOẠN HIỆN NAY 11
9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG III 13 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY KHẮC CNC LASER 2D VÀ KHẢO SÁT MỘT DRIVER ĐƠN GIẢN 13 3.1. CÁC DẠNG KHUNG MÁY KHẮC CNC. 13 3.1.1. Dạng khung máy cầu trục phôi đứng yên: 13 3.1.2. Dạng khung máy cầu trục phôi di chuyễn: 13 3.2. SƠ ĐỒ KẾT CẤU BỘ KHUNG CỦA MÔ HÌNH : 14 3.2.1. Vật liệu chế tạo bộ khung 14 3.2.2. Giới thiệu bộ truyền động 15 3.2.3. Các Thông Số Kĩ Thuật Của Máy Khắc 18 3.2.4. Hình ảnh của mô hình máy khắc sau khi thực hiện. 19 3.3. ĐIỀU KHIỂN MÁY BẰNG PC QUA GIAO TIẾP CỔNG SONG SONG 20 3.4. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN BỘ ĐIỀU KHIỂN 22 3.5. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ BƢỚC 23 3.3.1. Phân loại và cấu tạo 24 3.3.2. Động cơ bƣớc nam châm vĩnh cữu. 24 3.3.3. Các phƣơng pháp điều khiển động cơ bƣớc 28 3.6. GIỚI THIỆU VỀ CỔNG LPT ( CỔNG MÁY IN) 30 3.7. VÍ DỤ VỀ MỘT DRIVER CƠ BẢN CHO ĐỘNG CƠ BƢỚC 31 CHƢƠNG IV 39 4.1.GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MACH3 : 39 4.1.1. Giới thiệu 39 4.1.2.Giao diện: 40 4.1.3. Một số tính năng cơ bản và chức năng cung cấp bởi Mach3: 41 4.2. CÁCH XÁC LẬP THÔNG SỐ TRONG PHẦN MỀM MACH3: 41 4.3. HƢỚNG DẪN CHẠY FILE TRONG MACH3 49 4.3.1.Trên vùng hiển thị và điều khiển tọa độ 49 4.3.2. Vùng điều khiển: 50 4.4. CHẠY MỘT FILE G-CODE MẪU 50 CHƢƠNG V 64 KẾT LUẬN VỀ ĐỀ TÀI 64
10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5.1 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 64 5.2 NHỮNG HẠN CHẾ VÀ HƢỚNG KHẮC PHỤC 64 5.3 HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 65
11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG I DẪN NHẬP 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với trình độ khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và đặc biệt là với sự hỗ trợ ngày càng đắc lực của chiếc máy tính là một trong những công cụ điều khiển quản lý điều khiển và thiết kế một cách chính xác nhất .Việc thiết kế và thi công, khắc các mẫu quảng cáo hiện nay đều đòi hỏi phải nhanh và có độ chính xác cao. Các máy CNC đã ra đời dựa trên những nhu cầu đó. Việc nghiên cứu và thiết kế một mô hình máy CNC nhỏ sử dụng phần mềm Mach3 để điều khiển sẽ giúp sinh viên nắm bắt được các nhu cầu của ngành kỹ thuật, tìm hiểu được quá trình của việc gia công các mẫu quảng cáo cũng như là việc nắm bắt được nguyên tắc điều khiển của các máy CNC rất phổ biến trong các xí nghiệp hiện nay. 1.2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Bất chợt khi bạn đi vào một quán cafe hay một shop bán đồ lưu niệm thì bạn sẽ dễ dàng bắt gặp những bản gỗ nhỏ có khắc hình hay chữ trên đó và các hình khắc trên vỏ điện thoại. Nhóm em tự hỏi chúng được làm như thế nào. Chắc rằng không phải là làm bằng tay. Nên nhóm em đã tìm hiểu và biết rằng nó được làm từ một chiếc máy khắc kết hợp với một máy tính. Điều đó thật thú vị nó làm nên sự tò mò và để tập dụng 4 năm được học ở trường đại học nên nhóm em muốn làm một mô hình máy khắc laser mini. Trong những năm gần đây các máy CNC đã được nhập vào Việt Nam và đang được vận hành trong một số nhà máy , viện nghiên cứu và các công ty liên doanh. Cũng chính vì thế nên việc nghiên cứu, chế tạo máy CNC đã được nhiều nhà kỹ thuật, kỹ sư Việt Nam chú ý và nghiên cứu phát triển hoặc chế tạo lại những chiếc máy CNC đầy đủ tính năng do chính kỹ sư Việt Nam làm, nhằm làm bước đệm cho hiện đại hóa nền cơ khí nước nhà. 1 Chương I: Dẫn Nhập
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu phần mềm Mach3. Khảo sát và ứng dụng board giao tiếp. Tìm hiểu về đầu khắc laser. Xây dựng và lắp ráp máy CNC cỡ nhỏ. 1.4. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Trong đề tài này người thực hiện chỉ tập trung vào cách thức điều khiển của phần mềm Mach3 , khảo sát board giao tiếp điều khiển động cơ bước để thi công một bản vẽ bất kì được nạp vào phần mềm. Với sự hạn chế về thời gian cũng như kiến thức chuyên môn song người thực hiện đề tài đã cố gắng hoàn thiện được một máy khắc laser thực tế tại nhà với sự điều khiển dùng phần mềm Mach3. 1.5. DÀN Ý NGHIÊN CỨU 1.5.1 Phần mềm Mach3 - Giới thiệu phần mềm Mach3. - Thiết lập các tín hiệu vào ra và tín hiệu điều khiển. - Các tín hiệu ngõ vào/ra và các thiết bị mà phần mềm điều khiển được. - Cách thức điều khiển động cơ bước. 1.5.2 Tìm hiểu phần mô hình phần cứng. - Khảo sát động cơ bước. - Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của laser. - Khảo sát và ứng dụng board driver giao tiếp. 1.5.2 Xây dựng mô hình - Xây dựng bản vẽ sơ lược phần khung máy. - 1.6. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Trong nước: Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là rất xa lạ và ít người biết đến nó. Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với nước ngoài như: dự án “Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển và chế tạo khuôn 2 Chương I: Dẫn Nhập
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP mẫu”. Lúc đó các công nghệ CNC như: máy phay CNC, máy tiện CNC, đo lường CNC, lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên doanh với ngoài. Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang có những dự án đầu tư các dây chuyền sản xuất với phần lớn thiết bị trong dây chuyền là các máy CNC. Mặc dù, công nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong một thời gian ngắn nhưng có thể nói công nghệ này đã có một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc trong những năm tới đây công nghệ này sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xưởng, nhà máy ở nước ta. Vì nó đem lại hiệu quả kinh tế rất cao.Đặc biệt trong điều kiện sản xuất hiện nay ở nước ta. Do vậy, việc đẩy mạnh ứng dụng công nghệ CNC là một nhu cầu cần thiết đối với các cơ sở sản xuất nói chung và nghành chế tạo máy nói riêng. Phần mềm Mach3 của hãng ArtSoft, ban đầu được thiết kế dành cho những người chế tạo máy CNC tại nhà theo sở thích nhưng đã nhanh chóng trở thành phần mềm điều khiển linh hoạt trong công nghiệp. Ngoài nước: Máy CNC phát triển nhanh chóng với những tiến bộ trong máy tính, ta có thể bắt gặp CNC dưới dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt mài, máy đột rập và nhiều máy công cụ công nghiệp khác. Trang web chuyên cung cấp các thông tin về phần mềm Mach3. Trang web chuyên cung cấp các Diver cho các may CNC. 1.7. Ý NGHĨA THỰC TIỄN Cùng với việc xây dựng thành công máy CNC dùng phần mềm Mach3 giúp người nghiên cứu có cái nhìn trực quan và toàn diện trong quá trình gia công các chi tiết máy. Dựa trên những kiến thức căn bản đó người nghiên cứu có thể xây dựng nên những mô hình điều khiển lớn hơn có độ chính xác cao hơn. 3 Chương I: Dẫn Nhập
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG II CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT CNC VÀ MÁY CNC 2.1.1. Khái niệm về CNC. CNC – viết tắt cho Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) (điều khiển bằng máy tính) – đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục đích sản xuất (có tính lập lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G. CNC được phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở phòng thí nghiệm Servomechanism của trường MIT. 2.1.2. Lịch sử phát triển máy CNC. Theo một tài liệu đã từng được chiếu trên đài NHK của Nhật thì nguyên lý của cái máy NC bắt nguồn từ Chợ Lớn, Sài gòn, Việt Nam. Đó là nguyên lý dùng băng giấy đục lỗ để chép hình của các sản phẩm dệt, do những người thợ thủ công của An nam nghĩ ra vào những năm đầu của thế kỷ trước. một hình thức cải tiến lại từ các máy dệt của Aishin (tức tiền thân của hãng Toyota ngày nay) để tăng năng suất.Với băng giấy có đục lỗ sẵn, người thợ An nam có thể dệt ra hàng loạt những sản phẩm dệt giống nhau, đây l à ý tưởng đầu tiên để chế tạo băng giấy 8 bit sau này dùng cho máy NC. Trong chiến tranh người Nhật đã sử dụng băng giấy này để chế tạo máy tiện tự động mà tiếng Nhật gọi là JIDO BAN (tự động bàn) để máy tự động tiện hàng loạt sản phẩm giống nhau phục vụ cho nhu cầu chiến tranh, bởi vì công nghệ phục vụ quốc phòng nên đã không được công khai. Đồng thời gian đó vào khoảng năm 1940 thì ở Mỹ ông John T Parsons đã nghĩ ra ý tưởng dùng băng giấy (punch card) để điều khiển cái máy tiện bằng phương thức nội suy tăng phần với mục đích là tạo mặt cong cho cánh máy bay. Sau đó không quân Mỹ nhờ MIT nghiên cứu cơ cấu servo điều khiển 3 trục gắn lên máy phay và năm 1952 thì chiếc máy phay NC đầu tiên của MIT ra đời. Tính từ cái máy dệt có băng giấy của thợ dệt An Nam đến cái máy NC đầu tiên dùng punch card thì mất gần 50 năm. Năm 1953 thì nguyên lý của máy NC được công khai, có rất nhiều hãng nhảy vào khai 4 Chương II: Cơ Sở Lý Luận
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP thác chế tạo máy NC. Không quân Mỹ cũng hỗ trợ MIT nghiên cứu chế tạo PART Program dùng cho máy NC để đơn giản hóa c ác mệnh lệnh trong program gia công NC dưới dạng Anh ngữ, kết quả là ngôn ngữ APT (Automatically programed Tools) ra đời vào năm 1956 nhờ công của A.Siegel của MIT sau khi ngôn ngữ FORTRAN của dân cơ khí ra đời 2 năm. Tại Nhật Bản thì từ năm 1956 một công ty tư nhân cũng cho ra đời máy tiện điều khiển bằng NC, sau đó năm 1958 hãng Fujitsu (tiền thân của FANUC bây giờ) đã nghiên cứu chế tạo hệ điều khiển gắn lên máy phay của hãng Makino thành công. Năm 1965 là năm phát triển như vũ bão của công nghệ NC tại Nhật, lần đầu tiên máy NC được điều khiển toàn bộ bằng chíp IC và danh xưng máy NC đã được sửa lại gọi chính xác là CNC vì đã có sự hỗ trợ của micro computer. Sau đó là các kỹ thuật điều khiển theo phương thức quản lý modul, phương thức quản lý tự động hóa, phương thức xưởng sản xuất tự động không người AF v.v được liên tục ứng dụng vào máy NC để có những máy NC gia công phức hợp hiện đại ngày hôm nay. Năm 1972 thì Fujitsu tách bộ phận nghiên cứu NC ra khỏi tập đoàn và hãng FANUC danh tiếng ngày nay ra đời. Năm 2003 FANUC Việt Nam được thành lập, tính từ cái băng giấy của thợ dệt An nam đến FANUC Việt nam hay nói đến máy NC của BKmech mới ra đời của Việt nam thì đúng 1 thế kỷ. Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp. Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người thực hiện được giảm thiểu. Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng. Kỹ thuật tự động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác. Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác. Trong môi trường sản xuất, một loạt các máy CNC kết hợp thành một tổ hợp, gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận. Máy CNC ngày nay được điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mềm CAM, vì thế một bộ phận hay lắp ráp có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần các bản vẽ in của từng chi tiết. Có thể 5 Chương II: Cơ Sở Lý Luận
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP nói CNC là các phân đoạn của các hệ thống robot công nghiệp, tức là chúng được thiết kế để thực hiện nhiều thao các sản xuất (trong tầm giới hạn). 2.1.3. Thành phần phần cứng cơ bản của máy CNC. Bao gồm hai thành phần cơ bản: - Cụm điều khiển máy (Machine Control Unit) - Cụm dẫn động máy (Driving Unit) a. Cụm điều khiển máy (MCU) Đây được coi là trái Tim của máy công cụ điều khiển số. Nó có nhiệm vụ liên kết tất cả các chức năng để điều khiển máy như: - Nhập số liệu (data input). - Xử lý số liệu (data processing). - Đưa số liệu ra (data output). - Ghép nối vào ra (machine I/O interface). b. Cụm dẫn động máy (Driving unit) Cụm dẫn động máy bao gồm các động cơ, phần tử điều khiển, khuếch đại công suất, các cảm biến và các mạch phản hồi vị trí, tốc độ. Ngoài ra còn có các bộ truyền động (bộ truyền đai, bánh răng, ), các hệ truyền động cơ khí (vít me đai ốc bi, cơ cấu kẹp chặt ). 2.1.4. Phần mềm điều khiển Phần mềm điều khiển là chương trình chính dùng để thực hiện các chức năng NC.Chức năng chính của phần mềm là chấp nhận chương trình ứng dụng như là số liệu đầu vào và sinh ra tín hiệu điều khiển, điều khiển dẫn động động cơ các trục. Phần mềm điều khiển bao gồm 4 chương trình: chương trình kiểm tra, Chương trình logic, chương trình đọc, chương trình đặc trưng. a. Chƣơng trình kiểm tra. Đây là chương trình chính.Nó sắp xếp thực hiện tất cả các phần mềm và cho phép CPU thực hiện ghép nối với tất cả các thiết bị vào-ra. b. Chƣơng trình logic. Đây là chương trình điều khiển.Nó làm nhiệm vụ giải mã và nội suy cấu trúc NC để tạo ra tín hiệu điều khiển cho mỗi trục. 6 Chương II: Cơ Sở Lý Luận
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương trình logic còn có nhiệm vụ điều khiển lượng chạy dao, tính toán tăng giảm thông số này cho phù hợp với quá trình gia công. c. Chƣơng trình đọc. Đây được coi là chương trình phục vụ vì nó làm nhiệm vụ vào-ra chương trình lưu trữ, xóa chương trình và hiển thị chương trình trong quá trình gia công, hiển thị vị trí dụng cụ hiện hành và các chức năng khác. d. Chƣơng trình đặc trƣng. Hay còn gọi là chương trình dự báo. Loại chương trình này được thiết kế khác nhau tùy theo hãng sản xuất và nó mang nét đặc trưng riêng của hãng đó. Chương trình này làm nhiệm vụ kiểm tra lỗi của hệ thống điều khiển, lỗi trong cụm dẫn động các trục, lỗi chương trình và các lỗi khác; sau đó đưa ra màn hình các thông báo lỗi. 2.2. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN SỐ 2.2.1. Cấu trúc từng phần của hệ thống điều khiển số: Hình 2.3-cấu trúc từng phần của hệ thống điều khiển số Gồm 6 thành phần chính: 1. Chương trình gia công (part programe): bao gồm các chỉ thị đã được mã hóa. 2. Hệ điều khiển máy (machine control unit - MCU) được chia làm 2 thành phần: - Đơn vị xử lý dữ liệu (data processing unit – DPU): thực hiện chức năng đọc mã lệnh từ thiết bị nhập dữ liệu, xử lý mã lệnh (giải mã), truyền dữ liệu cho CLU. 7 Chương II: Cơ Sở Lý Luận
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Mạch điều khiển (control loop unit – CLU): thực hiện các chức năng nội suy chuyển động trên cơ sở các tín hiệu nhận được từ DPU, xuất các tín hiệu điều khiển, nhận các tín hiệu phản hồi, điều khiển các thiết bị phụ trợ. 3. Thiết bị đọc chương trình (programe unit). 4. Hệ thống truyền động (drive system): dùng động cơ một chiều hoặc xoay chiều, các bộ truyền cơ khí. 5. Máy công cụ. 6. Hệ thống phản hồi (feedback system): gồm 2 thành phần: - Bộ so sánh: so sánh giá trị thực của biến ra để chấp hành giá trị với biến vào của hệ điều khiển, sai lệch này có thể biến thành tín hiệu điều khiển. - Cảm biến: dùng để đo giá trị thực của biến ra sau đó cung cấp cho bộ so sánh dưới dạng tín hiệu, thường là tín hiệu điện. 2.2.2. Dữ liệu đầu vào: Bao gồm: - Các thông tin hình học: được vẽ từ các chương trình như Auto Cad, Corel v.v. Sau đó chuyển đổi sang file G- code. - Các thông tin công nghệ: là hệ thống thông tin điều khiển các chức năng vận hành của máy như đóng mở trục chính lựa chọn chiều dài, tốc độ chạy 2.3. GIỚI THIỆU VỀ MÁY KHẮC LASER. 2.3.1. Giới thiệu về laser Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation trong tiếng Anh,và có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích". a. Nguyên lý hoạt động. 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. Các quá trình này có thể sinh ra hay hấp thụ các tia sáng (photon) theo giả thuyết của Albert Einstein. Bước sóng (do đó màu sắc) của tia sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượng giữa các mức. 8 Chương II: Cơ Sở Lý Luận
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Có nhiều loại laser khác nhau, có thể ở dạng hỗn hợp khí, ví dụ He-Ne, hay dạng chất lỏng, song có độ bức xạ lớn nhất vẫn là tia laser tạo bởi các thành phần từ trạng thái chất rắn. b. Cấu tạo. Nguyên lý cất tạo chung của một máy laser gồm có: 1. Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser. 2. Nguồn nuôi. 3. Gương phản xạ toàn phần. 4. Gương bán xạ. 5. Tia laser. Hình 2.4 cấu tạo cơ bản của laser. 9 Chương II: Cơ Sở Lý Luận
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, đó là một chất đặc biệt có khả năng khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo ra laser. Khi 1 photon tới va chạm vào hoạt chất này thì kéo theo đó là 1 photon khác bật ra bay theo cùng hướng với photon tới. Mặt khác buồng công hưởng có 2 mặt chắn ở hai đầu, một mặt phản xạ toàn phần các photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon qua một phần phản xạ lại làm cho các hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn. Vì thế cường độ chùm laser được khuếc đại lên nhiều lần. Tính chất của laser phụ thuộc vào hoạt chất đó, do đó người ta căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser. c. Tính chất. - 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 đơn sắc rất cao: chùm sáng chỉ có một màu (hay một bước sóng) duy nhất. Do vậy chùm laser không bị tán xạ khi đi qua mặt phân cách của hai môi trường có chiết suất khác nhau. Đây là tính chất đặc biệt nhất mà không nguồn sáng nào có. - 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. d. Ứng dụng. - Cộng nghệ ghi dĩa Bluray. - Cắt kim loại, khắc gỗ, mica - Dùng không giải phẫu y tế. - Máy đo khoảng cách. - Dùng làm vũ khí trong quân sự. 2.3.2. Máy khắc laser. Định nghĩa: là dùng nguồn nhiệt của laser để đốt cháy bề mặt bằng gỗ hay mica a. Nguồn laser. Nguồn laser được dùng là laser xanh dương với bước sóng 445 nm và công suất là 2W. 10 Chương II: Cơ Sở Lý Luận
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.5 nguồn laser xanh dương. b. Phôi khắc. Có thể khắc trên gỗ hoặc mica. 2.4. NHU CẦU THỰC TẾ VỀ VIỆC SỬ DỤNG KHẮC LASER CNC TRONG NƢỚC. Trong sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá của nước nhà và đồng thời để theo kịp đà tiến của các nước phát triển đặc biệt là các nước láng giềng như Trung Quốc thì nhu cầu hiện đại hoá và sử dụng các máy móc tự động là cực kỳ bức thiết. Tất cả các công nghệ tiên tiến ở nước ta hiện có hầu như nhập từ các nước trên thế giới mà bản thân nước nhà chưa thể thực hiện được. Thị trường quảng cáo và đồ bán lẽ tiêu dùng đang ngày căng phát triển. Các mẫu quảng cáo ngày căng đòi hỏi sự tỉ mĩ và chính xác cao trong hình ảnh và câu chữ vì vậy mà việc áp dụng máy móc là hết sức cần thiết. Do đó mà máy CNC khắc hình ngày nay lại phổ biến nhiều vậy. Như thực tế thì hầu như các máy khắc và cắt CNC đều phải mua từ nước ngoài. Trong nước chưa có doanh nghiệp nào phát triển được một chiếc máy hoàn thiện. Nếu có chỉ dừng lại ở khâu thiết kế mô hình chưa đi vào sản xuất hàng loạt được. 2.5. MỘT SỐ KHÓ KHĂN KHI TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO MÁY CNC Ở NƢỚC TA TRONG GIAI ĐOẠN HIỆN NAY. Trong giai đoạn của nước ta hiện nay đối với toàn bộ quá trình thiết kế và sản xuất máy CNC là còn rất thấp, chủ yếu vẫn còn dừng ở phần thiết kế tính toán và mô phỏng 11 Chương II: Cơ Sở Lý Luận