MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..I.....................................................................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN..I..........................................................................................................................................................................ii
TÓM TẮT.I.................................................................................................................................................................................iii
ABSTRAST.I..............................................................................................................................................................................iv
LỜI MỞ ĐẦU..I.........................................................................................................................................................................v
Chương 1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI.......................................................................................................................................1
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài...........................................................................................................1
1.2 Lý do chọn đề tài...............................................................................................................................................................1
1.3 Tầm quan trọng của đề tài..............................................................................................................................................2
1.4 Ý nghĩa và đóng góp của đề tài......................................................................................................................................2
1.5 Nhu cầu thị trường............................................................................................................................................................3
1.6 Thực trạng của máy cắt Plasma CNC....................................................................................................................................3
1.7 Mục tiêu đề tài.......................................................................................................................................................................3
Kết luận chương 1......................................................................................................................................................................4
Chương 2. TỔNG QUAN VÀ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ......................................................................................................... 5
2.1 Giới thiệu công nghệ cắt Plasma CNC...........................................................................................................................5
2.1.1 Cấu tạo chung và quy ước của máy CNC...................................................................................................................5
Quy ước hệ tọa độ của máy CNC:...........................................................................................................................................6
2.1.2 Giới thiệu về Plasma CNC............................................................................................................................................. 9
2.2 Phạm vi nghiên cứu............................................................................................................................................................15
2.2.1 Phân tích yêu cầu thiết kế, xác định kích thước máy, công suất và các thông số cần thiết............................................15
2.2.2 Đề xuất phương án & lựa chọn.....................................................................................................................................15
Kết luận chương 2......................................................................................................................................................................16
Chương 3. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG, MÁY CẮT PLASMA CNC.......................................................................17
3.1. Tính toán thiết kế cơ khí.....................................................................................................................................................17
3.1.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động..........................................................................................................................17
3.1.2 Tính toán, lựa chọn cơ cấu dẫn hướng........................................................................................................................19
3.1.3 Tính toán động lực học máy:............................................................................................................................................19
3.1.4 Tính toán động cơ và cơ cấu chuyển động...................................................................................................................21
3.1.5. Tính toán thiết kế kết cấu máy (vỏ, khung, bàn máy…)...................................................................................................30
3.1.6 Tính toán kết cấu khung máy và vật liệu làm khung kết cấu khung máy bao gồm các yêu cầu như sau:........................30
3.2 Thiết kế kết cấu cơ khí bằng phần mềm autocad và solidworks......................................................................................33
3.3. Mô phỏng hoạt động số.....................................................................................................................................................36
Kết luận chương 3......................................................................................................................................................................38
Chương 4. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN...............................................................................................................................40
4.1 Thiết kế hệ thống điều khiển.............................................................................................................................................40
4.1.1. Các thiết bị dùng trong điều khiển..............................................................................................................................40
4.1.2 Cảm biến..........................................................................................................................................................................46
4.1.3 Nút dừng khẩn cấp.........................................................................................................................................................48
4.1.4 Nguồn từ ống 36V.........................................................................................................................................................49
4.2 Thiết kế bộ điều khiển cho máy cắt plasma mini.......................................................................................................50
4.2.1 Xây dựng sơ đồ nguyên lý điều khiển........................................................................................................................50
4.2.2Bộ điều khiển..................................................................................................................................................................51
4.3 Sử dụng các cổng ra và vào cài đặt trên Mach3........................................................................................................54
4.4 . Lựa chọn nguồn plasma.............................................................................................................................................55
Kết luận chương 4................................................................................................................................................................. 57
Chương 5. THI CÔNG CHẾ TẠO MÁY CẮT PLASMA CNC MINI.....................................................................................58
5.1 Mục tiêu thi công..............................................................................................................................................................58
5.1.1 Quy trình công nghệ gia công chi tiết.......................................................................................................................58
5.1.2. Quy trình công nghệ gia công chi tiết.....................................................................................................................58
5.1.3 Lắp ráp máy plasma CNC....................................................................................................................................... 62
5.2 Lập trình và kiểm tra.......................................................................................................................................................64
5.2.1 Lập trình và tạo G-code..............................................................................................................................................64
5.2.2 Đưa vào phần mềm Mach3 và gia công................................................................................................................67
5.2.3 Quá trình kiểm tra máy chạy trên máy plasma khi đã cài đặt thông số trên phần mềm Mach3...............................68
5.2.4 Đánh giá bề mặt sản phẩm sau khi gia công.....................................................................................................69
5.2.5 Hiệu chỉnh máy.........................................................................................................................................................70
5.3 Thử nghiệm và đánh giá...........................................................................................................................................70
5.3.1 Vận hành thử nghiệm.............................................................................................................................................70
5.3.2 Hiệu chỉnh và đánh giá..........................................................................................................................................70
5.4 Quy trình vận hành và bảo trì....................................................................................................................................71
5.4.1 Quy trình vận hành máy........................................................................................................................................71
5.4.2 Quy trình bảo trì bảo dưỡng.................................................................................................................................72
Kết luận chương 5...........................................................................................................................................................72
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................................................................................74
6.1 Kết quả đạt được.....................................................................................................................................................74
6.2 Kiến nghị.....................................................................................................................................................................74
6.3 Hướng phát triển của đề tài..........................................................................................................................................75
TÓM TẮT
Báo cáo này trình bày về thiết kế và chế tạo máy cắt Plasma CNC mini, với hiệu suất cắt đạt từ 85% - 90% trên thép tấm dày 1-10mm. Kết quả thu được sau thực nghiệm đáp ứng yêu cầu đề ra. Máy có cấu trúc không quá phức tạp, dễ vận hành và bảo trì, hoạt động ổn định, ít rung lắc. Với khung máy làm từ thanh nhôm định hình và ray trượt tuyến tính, máy đảm bảo độ cứng vững và chính xác ±0.5mm. Chi phí chế tạo được tối ưu nhờ sử dụng linh kiện sẵn có, giảm giá thành so với máy tương đương trên thị trường từ 1-2 triệu đồng. Máy có kích thước 600×450×350mm, phù hợp cho hộ gia đình và xưởng nhỏ, sử dụng động cơ bước NEMA23 1.8-3.5Nm và nguồn plasma Hylong CUT-40 công suất 3.7kW. Với các ưu điểm trên, nhóm hy vọng máy cắt Plasma CNC mini sẽ được ứng dụng rộng rãi và phát triển hơn trong tương lai.
LỜI MỞ ĐẦU
Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, việc ứng dụng công nghệ tự động hóa vào sản xuất là xu hướng tất yếu, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí chế tạo. Máy cắt Plasma CNC mini là một giải pháp tiên tiến giúp tự động hóa quy trình gia công kim loại, giảm sức lao động thủ công và nâng cao năng suất. Trước đây, các phương pháp cắt thủ công phụ thuộc nhiều vào tay nghề, trong khi máy CNC cho phép thực hiện các đường cắt chính xác dựa trên chương trình lập trình sẵn, chỉ cần người vận hành giám sát và kiểm tra trong quá trình vận hành.
Hiện nay, với nhu cầu gia công kim loại ngày càng tăng, đặc biệt ở các xưởng nhỏ và cơ sở đào tạo, sức lao động thủ công không thể đáp ứng kịp. Qua quá trình tham quan, thực tập và nghiên cứu tại các nhà máy, nhóm nhận thấy vai trò quan trọng của máy cắt Plasma CNC mini trong việc giảm thời gian sản xuất, tối ưu chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm. Với những lợi ích này và dựa trên khảo sát thực tế, nhóm đã lựa chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo máy cắt Plasma CNC mini” để thực hiện.
Sự hỗ trợ tận tình từ các thầy cô, đặc biệt Thầy: ThS ……………, đã giúp nhóm hoàn thành đề tài này. Tuy nhiên, do giới hạn về thời gian và kinh nghiệm, quá trình thực hiện chắc chắn còn tồn tại nhiều thiếu sót. Nhóm rất mong nhận được sự góp ý quý báu từ quý thầy cô để hoàn thiện hơn. Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô, đặc biệt Thầy: ThS ……………, cùng các anh chị đã hỗ trợ trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này.
Chương 1
GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
Trong bối cảnh ngành cơ khí chế tạo đang đẩy mạnh ứng dụng tự động hóa, công nghệ cắt CNC (Computer Numerical Control) ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các xưởng sản xuất từ nhỏ đến công nghiệp lớn. Trong đó, công nghệ cắt Plasma CNC là một trong những phương pháp hiện đại, cho phép cắt nhanh, chính xác trên các vật liệu kim loại mỏng đến trung bình, với chi phí đầu tư vừa phải hơn so với laser CNC.
1.2 Lý do chọn đề tài
Trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0, việc ứng dụng công nghệ tự động hóa vào quá trình sản xuất là một xu hướng tất yếu. Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, các máy CNC đóng vai trò trung tâm trong việc nâng cao độ chính xác, giảm chi phí nhân công và tăng năng suất lao động. Tuy nhiên, không phải doanh nghiệp hay cơ sở nào cũng đủ khả năng tiếp cận những thiết bị CNC công nghiệp hiện đại có chi phí cao và yêu cầu kỹ thuật phức tạp.
1.4 Ý nghĩa và đóng góp của đề tài
* Ý nghĩa khoa học:
Đề tài là sự tích hợp liên ngành giữa cơ khí - điện tử - tự động hóa - công nghệ thông tin, tạo ra sản phẩm cụ thể có khả năng vận hành thực tế.
Là mô hình lý tưởng để nghiên cứu sâu về nguyên lý điều khiển CNC, động học máy, truyền động tuyến tính, lập trình G-code, giao tiếp phần mềm – phần cứng.
Là cơ sở để tiếp tục phát triển những nghiên cứu mở rộng như: nâng cấp hệ thống cảm biến chiều cao (THC), tích hợp IoT giám sát máy CNC từ xa, hoặc thay đổi đầu cắt (laser, plasma, oxy-gas...).
* Đóng góp thực tiễn:
Chế tạo thành công máy cắt Plasma CNC mini sẽ giúp giảm chi phí đầu tư ban đầu cho các cơ sở nhỏ.
Sản phẩm có thể đưa vào sử dụng ngay cho các công việc cắt kim loại tấm thông thường như biển quảng cáo, đồ nội thất sắt, trang trí dân dụng,...
1.6 Thực trạng của máy cắt Plasma CNC
Tại Việt Nam, phần lớn doanh nghiệp cơ khí có quy mô nhỏ và siêu nhỏ, không đủ điều kiện đầu tư máy CNC công nghiệp do chi phí cao và yêu cầu kỹ thuật phức tạp. Đồng thời, các hộ gia đình, cá nhân làm cơ khí dân dụng, quảng cáo - xây dựng thường phải thuê gia công kim loại, làm tăng chi phí và giảm tính chủ động.
Máy cắt Plasma CNC mini là giải pháp phù hợp nhờ giá thành thấp, dễ chế tạo, dễ sử dụng và bảo trì. Thiết bị có thể đáp ứng tốt nhu cầu cắt các biên dạng 2D thông dụng, phù hợp với sản xuất nhỏ và học tập.
Ngoài ra, các cơ sở đào tạo hiện còn thiếu các mô hình CNC trực quan, dễ thao tác. Máy plasma CNC mini nếu được chuẩn hóa tốt có thể trở thành công cụ thực hành hiệu quả trong giảng dạy kỹ thuật.
1.7 Mục tiêu đề tài
+ Làm việc ổn định với thép tấm ≤ 10mm
+ Đạt độ chính xác cắt ±0.5mm
+ Kích thước nhỏ gọn (600x450x350mm)
+ Vận tốc cắt từ 100–500 mm/phút
+ Chi phí tối ưu thấp hơn thị trường từ 1–2 triệu đồng
Chương 2
TỔNG QUAN VÀ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ
2.1 Giới thiệu công nghệ cắt Plasma CNC
2.1.1 Cấu tạo chung và quy ước của máy CNC
Máy gồm 2 phần chính:
+ Phần điều khiển
+ Phần chấp hành
Quy ước hệ tọa độ của máy CNC:
Ba trục chuyển động chính của máy CNC kí hiệu là X, Y, Z. Trục Z vuông
góc với 2 trục còn lại và tạo nên hệ trục tọa độ vuông góc theo quy tắc bàn tay phải (hinh 2.3). Trục Z thường được quy ước trùng với trục chính. Chiều dương là chiều dụng cụ cắt rời xa khỏi chi tiết. Chiều quay dương cùng chiều kim đồng hồ nhìn từ gốc tọa độ. Trục X thường được chọn là trục tạo nên chuyển động tịnh tiến lớn nhất. Trục Y là trục vuông góc với 2 trục còn lại theo qui tắc bàn tay phải.
Hệ tọa độ chuẩn:
- Điểm gốc của máy M (Machine Reference Zero):
Quá trình gia công trên máy điều khiển số được thiết lập bằng một chương trình biểu diễn mối quan hệ giữa dao và chi tiết. Do vậy để đảm bảo độ chính xác gia công thì các chuyển động của dao phải được so sánh với điểm gốc của máy M. Điểm M là điểm giới hạn vùng làm việc của máy. Nó được các nhà chế tạo qui định. Ở máy phay thường nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy.
- Điểm chuẩn của máy R (Machine Reference Point):
Là điểm mà tọa độ của nó so với điểm gốc của máy M là không thay đổi và cũng do các nhà chế tạo qui định.
* Các kiểu hệ thống điều khiển:
Hệ thống điều khiển hở: Sử dụng động cơ bước cho truyền động bàn máy.
Do không có hồi tiếp vị trí bàn máy nên độ chính xác của hệ thống phụ thuộc vào tính năng của động cơ bước được sử dụng.
2.1.2 Giới thiệu về Plasma CNC
Công nghệ cắt kim loại bằng tia plasma được phát triển từ những năm 1960 và đến thập niên 1980 đã nhanh chóng trở thành một phương pháp hiệu quả trong việc cắt thép lá và thép tấm. Phương pháp này tạo ra ít phôi vụn, đường cắt chính xác và sạch hơn, nên được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.
Cùng với sự phát triển của máy công cụ, công nghệ điều khiển số (CNC) đã được tích hợp vào hệ thống cắt plasma từ cuối những năm 1980 đến 1990, mang lại sự linh hoạt và độ chính xác cao hơn cho quá trình gia công kim loại.
Máy cắt plasma có thể cắt các loại kim loại dạng tấm hoặc ống với độ dày khác nhau và tốc độ cực cao. Đặc biệt, công nghệ này không chỉ giới hạn ở kim loại mà còn có thể áp dụng để cắt các vật liệu như gỗ, mica, giấy, vải... với hiệu suất cao.
Nhờ khả năng cắt chính xác, tốc độ nhanh và hiệu quả, máy cắt plasma ngày nay đã trở thành công cụ không thể thiếu trong quy trình sản xuất công nghiệp của các doanh nghiệp cơ khí.
* Ứng dụng thực tế của máy cắt Plasma CNC:
+ Ngành cơ khí chế tạo: Cắt chi tiết máy, linh kiện kim loại.
+ Xây dựng - kết cấu thép: Cắt dầm, cột thép, lan can, cầu thang.
+ Đóng tàu: Cắt vỏ tàu, boong tàu.
+ Sản xuất quảng cáo - nội thất: Cắt chữ Inox, hoa văn trang trí.
+ Sản xuất ô tô, xe máy: Cắt khung xe, linh kiện cơ khí.
* Đặc điểm Plasma:
- Phân loại:
Có hai loại Plasma là: Plasma nhiệt độ cao và Plasma nhiệt độ thấp
+ Plasma nhiệt độ thấp có nhiệt độ nằm trong khoảng 3000-70000K, thường được sử dụng trong đèn huỳnh quang, ống phóng điện tử, Tivi Plasma…
+ Plasma nhiệt độ cao có nhiệt độ lớn hơn 70000K, thường gặp ở mặt trời và các ngôi sao, trong phản ứng nhiệt hạch…
* Hoạt động của một máy cắt Plasma:
Bộ nguồn cung cấp và mạch khởi động hồ quang được nối với đầu cắt qua các ống và dây dẫn bên trong. Các ống và dây dẫn này cung cấp các dòng khí, dòng điện và dòng hồ quang mồi (dòng pilot) thích hợp đến đầu cắt để mồi và duy trì quá trình.
Đầu tiên khi một tín hiệu khởi động được gửi đến bộ nguồn cung cấp. Điều này đồng thời kích hoạt điện áp 280 VDC và dòng khí đến đầu cắt . Điện áp này có thể đo từ điện cực (electrode) đến vòi phun (Nozzle). Chú ý rằng vòi phun được nối đến cực dương của bộ nguồn thông qua một điện trở và relay(gọi là Pilot arc relay), trong khi vật liệu cần cắt được nối trực tiếp đến cực dương. Luồng khí đi qua vòi phun và thoát ra ngoài. Không có tia hồ quang ở thời điểm này, cũng như không có dòng điện chạy qua nguồn DC (Nên mới gọi là điện áp hở mạch).
Nhiệt độ của hồ quang Plasma sẽ làm chảy kim loại, đánh thủng qua tấm phôi và dòng khí với tốc độ cao sẽ thổi bay vật liệu nóng chảy từ phía dưới của đường cắt. Tại thời điểm này đầu cắt bắt đầu di chuyển và qui trình cắt bắn đầu.
2.2 Phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu tính toán thiết kế và chế tạo một mô hình máy cắt Plasma CNC với các khả năng công nghệ như sau:
+ Hành trình chuyển động của các trục x, trục y, trục z là: 600x450x350và trục quay có tốc độ dịch chuyển lớn nhất là 100-500 mm/phút
+ Gia công được sản phẩm làm bằng các vật liệu như thép, nhôm, inox… dày mòng khác nhau.
+ Sử dụng đầu Plasma không sinh ra lực cắt. - Ứng dụng điều khiển bằng mạch Mach 3
2.2.1 Phân tích yêu cầu thiết kế, xác định kích thước máy, công suất và các thông số cần thiết
* Các yêu cầu đầu vào:
Nhằm đảm bảo máy cắt có tính linh hoạt cao, hiệu suất tốt và dễ dàng di chuyển, tác giả lựa chọn kích thước vùng làm việc như sau:
Chiều rộng làm việc tối đa (trục X): 600 mm
Chiều dài làm việc tối đa (trục Y): 450 mm
Chiều cao làm việc (trục Z): 350 mm
Độ dày vật liệu cắt tối đa: ≤ 10 mm
2.2.2 Đề xuất phương án & lựa chọn
- Yêu cầu kỹ thuật và vận hành:
+ Loại vật liệu gia công: Thép, nhôm, inox và các vật liệu kim loại thông dụng khác.
+ Số lượng đầu cắt: 1 đầu cắt chính.
+ Đặc tính vận hành: Máy vận hành ổn định, chuyển động êm ái, hạn chế tiếng ồn, không gây ảnh hưởng đến môi trường làm việc.
+ Yêu cầu về tốc độ dịch chuyển: Đảm bảo đạt được tốc độ phù hợp theo tính toán để duy trì chất lượng và hiệu suất cắt.
- Ghi chú cho thiết kế kết cấu:
+ Các thông số về hành trình trục sẽ là cơ sở để xác định kích thước tổng thể của khung máy, hệ dẫn hướng và truyền động.
+ Độ dày vật liệu cắt yêu cầu máy có công suất phù hợp và hệ thống cắt có khả năng chịu lực tốt.
+ Để đảm bảo máy hoạt động êm và chính xác, cần lựa chọn các linh kiện cơ khí chất lượng như: ray dẫn hướng tuyến tính, động cơ có bộ giảm chấn, khung đỡ vững chắc...
Chương 3
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG, MÁY CẮT PLASMA CNC
3.1. Tính toán thiết kế cơ khí
Các yêu cầu đầu vào:
Trong quá trình thiết kế và chế tạo một hệ thống cắt plasma CNC, việc xác định trước các thông số vùng làm việc và điều kiện vận hành sẽ hỗ trợ quan trọng nhằm đảm bảo phù hợp với yêu cầu sử dụng, tối ưu hiệu suất và khả năng mở rộng sau này.
Với mục tiêu tạo ra một hệ thống cắt linh hoạt, hiệu quả cao, để lắp đặt và có khả năng làm việc ổn định trong nhiệt độ môi trường sản xuất khác nhau, máy được thiết kế với kích thước vùng làm việc tiêu chuẩn như sau:
+ Chiều rộng cắt lớn nhất (phương X): 600 mm
+ Chiều dài cắt lớn nhất (phương Y): 450 mm
+ Chiều cao cắt (phương Z): 350 mm
+ Độ dày cắt lớn nhất: ≤ 10 mm
+ Đây là các kích thước sơ bộ dùng cho quá trình tính toán kết cấu của máy sau này. Trên thực tế phải tuỳ theo yêu câù công việc cụ thể hoặc tuỳ loại và khoảng không gian của khu vực làm việc mà có ta có thể tăng hoặc giảm kích thước các trục X và Y để thay đổi khổ cắt của máy.
3.1.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động
a)Cấu tạo tổng thể:
Máy cắt Plasma CNC mini được thiết kế với cấu trúc bao gồm ba hệ thống chính: hệ thống cơ khí, hệ thống điều khiển và nguồn cắt Plasma.
Khung máy: Được chế tạo bằng nhôm định hình, vừa đảm bảo độ cứng vững, vừa giúp giảm trọng lượng tổng thể của máy. Khung là bộ phận giá đỡ toàn bộ hệ thống cơ khí và điều khiển.
Hệ trục chuyển động (X, Y, Z): Gồm ba trục chuyển động chính. Mỗi trục sử dụng cơ cấu truyền động vít me – đai ốc bi kết hợp với thanh trượt bi tuyến tính, đảm bảo chuyển động chính xác và ổn định.
b) Nguồn cấp và hệ thống điều khiển:
+ Nguồn tổ ong 24V cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống điện và điều khiển.
+ Bo mạch Mach3 USB V3 nhận tín hiệu từ máy tính, xử lý G-code và điều khiển hoạt động các trục và đầu plasma.
+ Driver động cơ bước: Giữa bo Mach3 và động cơ, đảm nhận vai trò khuếch đại và điều khiển chính xác tốc độ/góc quay.
+ Máy tính kết nối Mach3: Là trung tâm điều khiển, nơi thiết kế đường cắt và phát lệnh điều khiển toàn hệ thống.
+ Cảm biến giới hạn hành trình và nút dừng khẩn cấp: Được lắp đặt tại các đầu hành trình trục X, Y, Z nhằm đảm bảo an toàn và tránh vượt quá giới hạn chuyển động.
3.1.2 Tính toán, lựa chọn cơ cấu dẫn hướng
Xác định lực kéo phần thân máy:
Yêu cầu chuyển động của máy là: với vận tốc cắt tối đa là 100 - 500 mm/ph, thời gian tăng tốc từ 0 lến đến vận tốc cắt cao nhất trong khoảng 0.25s. Dự tính khối lượng phần thân máy khoảng 25 kg.
Ta tính được lực kéo và quãng đường cần thiết để bàn máy đạt vận tốc cao nhất là 500 mm/ph.
Với các thông số trên ta tính được các thộng số sau:
* Gia tốc của máy:
a = v/t
Với: v = 1m/ph, t = 0.25s
=> a = 1/0.25 = 4 m/s2
* Lực kéo:
F = m.a
F = 25 kg × 4 m/s
=> F = 100 N
* Quảng đường cần thiết để đạt vận tốc cao nhất:
S = V x T
S = 1 m/s x 0.25 s
=> S= 0.25 m
Vậy, lực kéo cần thiết để thân máy cắt plasma mini CNC đạt vận tốc cao nhất là 500 mm/ph là 100 N, và quãng đường cần thiết là 0,25 m.
3.1.3 Tính toán động lực học máy:
a) Khối lượng di chuyển theo phương Y:
Từ thực nghiệm cho thấy khối lượng của cụm trượt trên trục Y khoảng 10kg
Khối lượng tổng cộng: mức chênh lệch 10% dự trữ cho ổ bi, bulong, đai ốc, ốc vít, bao che các loại, v.v…
110% x 10 = 11kg
c) Khối lượng chuyển động theo trục z
Từ thực nghiệm cho thấy khối lượng của cụm trượt trên trục Z khoảng 3 kg
Khối lượng tổng cộng: mức chênh lệch 10% dự trữ cho ổ bi, bulong, đai ốc, ốc vít, bao che các loại, v.v…
110% x 3 = 3.3 kg
d) Tính lực và tính momen trên động cơ:
* Trục Y:
Tổng khối lượng chuyển động theo phương Y là khoảng 11kg hay P = 110N
Do kết cấu chuyển động của bi lăn trên ray nên chọ hệ số ma sát là k = 0.05
Fms = k.p = 0.05 x 110 = 5.5 (N)
Lực quán tính khi tăng tốc hay giảm tốc: ta đã biết sau thời gian tăng tốc hay giảm tốc là 250 ms = 0.25s.
Vậy, lực tổng cộng tác dụng trên trục Y:
F = P + Fms + Fqt = 110 + 5.5 + 2 = 117.5 (N)
Do động cơ được truyền trực tiếp đến trục Visme momen trên trục là:
Mx = F x R = 117.5 x 0.007 = 0.8225 (Nm)
Như vậy, do chọn động cơ với hệ số an toàn n = 4 nên ta có:
Mx = 0.8225 x 4 = 3.29 (Nm)
Vậy chọn động cơ có momen lớn hơn 3.5 (Nm)
* Trục Z:
Tổng khối lượng chuyển động theo phương X là khoảng 3.3kg hay P = 33N
Do kết cấu chuyển động của bi lăn trên ray nên chọ hệ số ma sát là k = 0.05
Fms = k.p = 0.05 x 33 = 1.65 (N)
Lực quán tính khi tăng tốc hay giảm tốc: ta đã biết sau thời gian tăng tốc hay giảm tốc là 250 ms = 0.25s.Tốc độ phải đạt được từ 0 đến Fmax= 24000 mm/phút hay 2.4m/60s = 0.04 m/s.
Vậy, lực tổng cộng tác dụng trên trục Y:
F = P + Fms + Fqt = 33 + 3.3 + 1.1 = 37.1 (N)
Do động cơ được truyền trực tiếp đến trục Visme momen trên trục là:
Mx = F x R = 37.1 x 0.006 = 0.2226 (Nm)
Như vậy, do chọn động cơ với hệ số an toàn n = 4 nên ta có:
Mx = 0.2226 x 4 = 0.8904 (Nm)
Vậy chọn động cơ có momen lớn hơn 1 (Nm)
3.1.4 Tính toán động cơ và cơ cấu chuyển động
Tính toán độ chính xác theo lý thuyết của máy. Tuy nhiên, khi hoạt động, với độ rung động của máy, cho nên độ chính xác của máy đầu cắt khi di chuyển khoảng 0.3mm. Điều này là chấp nhận được vì thực tế sản phẩm sử dụng thông thường khi cắt bằng plasma hay cắt bằng khí thì độ chính xác tương tự.
Xác khi chuyển động khác. Động cơ bước cơ bước cơ bước căng nhô và trục ren có bước ren nhỏ thì độ chính xác di chuyển căng cao.
Một số ưu điểm khác là tạo ra lực đẩy lớn khi gia công vật.
Phương án này thường được dùng trong các máy CNC công nghiệp, gia công các loại vật liệu cứng, kích thước lớn …
a) Tính toán chọn trục vít-me cho trục X:
Để có cơ sở tính toán, thiết kế bộ truyền vít me = đai ốc bi. Chọn trước các số liệu: lực dọc trục Fa=150N, bộ truyền được chế tạo bằng vật liệu thép 45
=> Chọn d1 = 12 mm
Kết luận: chọn vít me bi của trục X có thông số đường kính d = 12 mm
c) Tính toán chọn trục vít-me cho trục Z:
Để có cơ sở tính toán, thiết kế bộ truyền vít me - đai ốc bi. Chọn trước các số liệu: lực dọc trục Fa=50N, bộ truyền được chế tạo bằng vật liệu thép 45
=> Chọn d1 = 12 mm
Kết luận: chọn vít me bi của trục Z có thông số đường kính d = 12 mm
d) Lựa chọn, thiết kế bộ phận gối đỡ trục vitme:
Chọn ổ ta chọn ổ bi đỡ chặn 1 dãy kí hiệu ổ 6001ZZ, Đây là loại ổ thông dụng, giá thành rẻ, dễ thay thế và lắp đặt
d=12(mm);
D=30(mm);
B=9(mm);
R1=0,6(mm);
d) Tải trọng động cơ sở:
Tải trọng động cơ sở là yếu tố quan trọng để xác định tuổi thọ của sống lăn. Tải trọng động cơ sở được định nghĩa là tải trọng không đổi lớn nhất tác động lên sống lăn để sống lăn có tuổi thọ danh nghĩa 50km. Giá trị tải trọng cơ sở dược cho trong bảng số liệu của nhà sản xuất. Tuổi thọ danh nghĩa dùng để dự doán tuổi thọ của sống lăn.
e) Tuổi thọ của sống lăn:
Khi bề mặt lăn và con lăn chịu tác động cùa tải chu kì, bề mặt làm việc sẽ bị tróc rỗ vì mỏi. Tuổi thọ của sống lăn là tổng quãng dường dịch chuyển cho đến khi tróc rỗ bề mặt do mỏi xuất hiện.
Tuổi thọ danh nghĩa của sống lăn là quãng đường mà sống lăn di chuyển được khi chịu tải trọng danh nghĩa. Thông thường tuổi thọ danh nghĩa của sống lăn là 50km. Giá trị tải trọng cơ sở dược cho trong bảng số liệu của nhà sản xuất. Tuổi thọ danh nghĩa dùng để dự doán tuổi thọ của sống lăn.
f) Tính toán lựa chọn sống lăn:
Điều kiện làm việc của sống lăn:
Với thời gian làm việc giả sử là 18.000h, vận tốc cắt tối đa là 1m/ph. Như vậy tuổi thọ của sống lăn là 4320km.
* Chọn loại sống lăn và cấp chính xác:
Chọn loại sống lăn kí hiệu: 9215T21 của hãng Mc_Master với con lăn là viên bi cầu phù hợp với các máy loại nhỏ,
Chọn cấp chính xác là P theo thông số của nhà sản xuất.
Chọn loại tải trọng ZO với tải trọng đặt trước có giá trị 0,02C = 0,02.49,5=0.99(N)
3.1.6 Tính toán kết cấu khung máy và vật liệu làm khung kết cấu khung máy bao gồm các yêu cầu như sau:
Dựa vào các thông số đầu vào, chúng ta có thể tính toán các lực tác dụng lên khung máy như sau:
Công thức:
F=L × COS(90°)
Trong đó:
F : Lực tác dụng lên khung máy cắt plasma cnc mini (N)
L : Lực quán tính (N)
q : Góc cắt (°)
Thay số, ta có:
F=120 × COS(90°)
F = 50,36 N
Kết luận: Lực tác dụng lên khung máy cắt Plasma CNC mini là 50,36 N.
Để khung máy chịu được lực này, vật liệu được chọn cần có cường độ chịu lực lớn hơn 50,36 N/mm². Các vật liệu phù hợp bao gồm:
Thép carbon: Cường độ chịu lực ~ 250 N/mm².
Thép hợp kim: Cường độ chịu lực ~ 400 N/mm².
Nhôm: Cường độ chịu lực ~ 100 N/mm².
Lựa chọn vật liệu: Nhôm định hình được chọn để chế tạo khung máy do có trọng lượng nhẹ, giá thành rẻ, và vẫn đảm bảo độ cứng vững cần thiết.
3.2 Thiết kế kết cấu cơ khí bằng phần mềm autocad và solidworks
a) Giới thiệu phần mềm:
Để đảm bảo việc thiết kế chính xác, trực quan và hỗ trợ quá trình gia công chế tạo, nhóm đã lựa chọn hai phần mềm chuyên dụng là AutoCAD và SolidWorks cho quá trình thiết kế mô hình máy cắt plasma CNC mini.
AutoCAD là phần mềm thiết kế 2D/3D nổi tiếng do Autodesk phát triển, được sử dụng để dựng hình chi tiết, xuất bản vẽ chế tạo, và tạo biên dạng phục vụ lập trình cắt.
SolidWorks là phần mềm thiết kế mô hình 3D phổ biến trong lĩnh vực cơ khí, cung cấp đầy đủ các tính năng để dựng chi tiết (Part), lắp ráp (Assembly), mô phỏng động học và kiểm tra va chạm giữa các cụm chi tiết.
Việc ứng dụng hai phần mềm này giúp nhóm có cái nhìn trực quan, khách quan về toàn bộ kết cấu máy, đồng thời đảm bảo tính khả thi và tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạo thực tế.
b) Mô hình hóa các cụm chi tiết
- Khung bàn máy:
Khung bàn máy được chế tạo từ nhôm định hình, lắp ghép bằng ke góc và bulông để đảm bảo độ cứng vững và độ chính xác khi vận hành. Kết cấu dạng hộp chữ nhật kết hợp hệ nan đỡ phôi bằng thép răng cưa giúp giữ chắc vật liệu và tạo khe thoát tia plasma. Thiết kế mở bốn phía thuận tiện gá đặt phôi, vệ sinh và bảo trì. Vật liệu nhôm định hình vừa nhẹ, vừa chịu lực tốt, giảm rung động và dễ tháo lắp khi cần di chuyển hoặc nâng cấp.
- Cụm dẫn động trục X,Y:
Cụm dẫn động X, Y là hệ thống chuyển động hai chiều trong mặt phẳng, đóng vai trò định vị và di chuyển đầu cắt đến đúng vị trí gia công. Toàn bộ khung máy được lắp ráp từ các thanh nhôm định hình, đảm bảo độ cứng vững, dễ lắp ráp và thuận tiện điều chỉnh.
Hệ thống kết hợp trục X và Y giúp máy gia công di chuyển linh hoạt trong mặt phẳng làm việc, đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình cắt và tạo hình.
+ Cụm trục Z:
Được thiết kế dựa trên kích thước đầu cắt plasma và phạm vi chuyển động dọc. Trục Z đảm nhận vai trò nâng – hạ đầu cắt, sử dụng vít me và ray trượt tuyến tính.
- Lắp ráp tổng thể:
Sau khi hoàn thiện các chi tiết, nhóm tiến hành lắp ráp mô hình máy trong môi trường Assembly của SolidWorks để đảm bảo chính xác về vị trí lắp ghép, kiểm tra va chạm, mô phỏng chuyển động các trục, từ đó đánh giá khả năng hoạt động thực tế của máy.
3.3. Mô phỏng hoạt động số
a) Khái niệm:
Mô phỏng là sự phỏng theo một hiện tượng, sự vật hay quá trình nào đó bằng cách xây dựng những mô hình thực nghiệm (tương đồng hoặc tỷ lệ) hoặc mô hình số xử lý chúng trong tác động qua lại nhằm nghiên cứu các hiện tượng, sự vật, quá trình đó trên những mô hình này. Mô phỏng liên quan đến nhiều ngành khoa học như: toán học, tin học, điện tử…
b) Kiểm nghiệm bền hệ thống cơ khí
* Kiểm nghiệm bền phương Y:
Từ kết quả trên cho thấy tất cả chi tiết đều đạt hệ số an toàn trên 12 nên kết cấu phương Y đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng
Hình ảnh cho thấy không có vùng nào có ứng suất lớn hơn 0.5758 (MPa) nên kết cấu đảm bảo được độ cứng vững theo phương Y.
* Kiểm nghiệm bền phương X.
Hình ảnh cho thấy không có vùng nào có ứng suất lớn hơn 0.926 (MPa) nên kết cấu đảm bảo được độ cứng vững theo phương X.
Chương 4
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
4.1 Thiết kế hệ thống điều khiển
4.1.1. Các thiết bị dùng trong điều khiển.
* Động cơ bước.
a) Khái niệm
Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện
b) Cấu tạo: gồm Rotor và stato.
Rotor thực ra chính là một dãy các lá nam châm vĩnh cửu, chúng được sắp xếp chồng lên nhau một cách kỹ lưỡng, cẩn thận. Trên các lá nam châm này lại được chia thành các cặp cực sắp xếp đối xứng với nhau.
d) Nguyên lý hoạt động :
Nguyên lý hoạt động của động cơ bước rất khác biệt so với các động cơ thông thường khác, vì nó không quay theo các cơ chế mà thực hiện quay từng bước một rời rạc khi nhận được tín hiệu điều khiển, do đó có độ chính xác cao hơn, dễ điều khiển hơn.
Động cơ bước cần có các bộ chuyển mạch điện tử, để đưa các tín hiệu lệnh điều khiển của bộ điều khiển, từ đó stato chạy từng bước quay theo đúng số thứ tự và tần số nhất định.
e) Lựa chọn động cơ bước : Động cơ bước size 57 (NEMA23).
Một số điểm mạnh của động cơ bước 57:
+ Là động cơ bước 2 pha.
+ Động cơ chạy êm, ổn định, tiếng ồn thấp.
+ Động cơ chạy không bị nóng, tuổi thọ cao.
+ Điều khiển chính xác góc quay.
+ Độ cơ bước sóng 57 (Nema 23) được ứng dụng cho các máy khắc laser, máy CNC mini, máy tự động hóa nhỏ.
+ Độ cơ bước sóng của nhà máy sản xuất có chất lượng tốt, hoạt động ổn định, chính xác.
+ Momen xoắn lớn, chạy êm - không gây tiếng ồn, độ cơ tủy chỉnh. Sử dụng Driver để điều khiển (TB6600, DM542, DM542-05), loại driver này còn tương thích với độ cơ Step 42 và Step 86 (đùi đồng).
- Trục X:
Dựa trên kết quả tính toán phần tĩnh lực và tính momen trên độ cơ, trục X có Mx = 1.68 Nm
- Trục y: Dựa trên kết quả tính toán phần tính lực và tính momen trên động cơ, trục X có MX = 3.29 Nm
- Trục y: Dựa trên kết quả tính toán phần tính lực và tính momen trên động cơ, trục X có MX = 1.8 Nm
4.1.2 Cảm biến
a) Khái niệm:
Cảm biến là một thiết bị bị điện tử cảm nhận trạng thái hay quá trình vật lý, hóa học hay sinh học của một trung cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó.
c) Nguyên lý hoạt động:
Cảm biến tự cơ nguyên lý hoạt động dựa trên sự thay đổi trạng thái hoặc tính chất của môi trường xung quanh nó. Khi xuất hiện sự thay đổi (thay đổi môi trường xung quanh), cảm biến sẽ phát hiện ra và chuyển đổi thành tín hiệu điện để cung cấp thông tin về trạng thái hoặc tính chất môi trường. Tín hiệu này có thể được khuếch đại hoặc xử lý để điều khiển các thiết bị khác nhau.
Bên cạnh đó, cảm biến còn có khả năng:
Phát hiện các tín hiệu hoặc sự thay đổi trong môi trường xung quanh dựa trên các nguyên lý vật lý, hóa học, sinh học khác nhau.
e) Lựa chọn cảm biến cho máy:
- Cảm biến hành trình: Kiểm soát vị trí: Cảm biến hành trình giúp máy xác định vị trí trong các trục di chuyển.
Báo về hệ thống: Chứng động vai trò quan trọng trong việc ngắn chặn các trục di chuyển vượt quá phạm vi an toàn và góp phần báo về máy và người sử dụng.
Lựa chọn cảm biến hành trình tiệm cận điện từ.
- Thông số kỹ thuật:
Model: PL-05N
Chế độ phát hiện: cảm ứng diện tích
Cảm biến đổi dòng: Kim loại
Khoảng cách phát hiện: 5mm
Điện áp: DC 10-30V
Tần số đáp ứng: 800Hz
Chế độ đầu ra: NPN ba dạng
Tín hiệu đầu ra: Mạch tháp
Nối: +VDC; Xanh: GND; Đen: Tín hiệu
Ví trí lắp đặt: Lắp trền hai đầu cơ bố truyên động với me cưa trục X và trục Y.
4.1.4 Nguồn từ ống 36V.
Đùng để biến đổi dòng điện xoay chiều (220VAC) sang nguồn điện một chiều. Sử dụng nguồn 24V 15A.
- Đặc điểm:
Nguồn tổ ong 36V chuyển đổi từ nguồn nối bộ điều khiển và driver cho máy khác CNC với dải công suất thấp và độ ổn định cao, chống nhiễu tốt. Công suất: 200W - 500WĐầu vào: AC220V
Đầu vào: AC220V
Đầu ra: 36VDC 10A
Thích ứng với driver động cơ bước: Dm542, Dma860h và các bộ điều khiển CNC như DDCSV, Mach3...
Nguồn 36V – 10A thường dùng cho bộ điều khiển
- Thông số kỹ thuật:
Model: S-360-36-L (hoặc một mã model tương tự phù hợp với nguồn 36V)
Điện áp cấp: 180 – 240VAC 50-60Hz
Điện áp ra: 36VDC
Dòng định mức: 10A (thường nguồn 36V phổ biến là 10A, nhưng có thể điều chỉnh tùy sản phẩm cụ thể)
Công suất: 360W (36V * 10A = 360W. Nếu dòng định mức khác, công suất sẽ thay đổi tương ứng)
4.2 Thiết kế bộ điều khiển cho máy cắt plasma mini.
4.2.1 Xây dựng sơ đồ nguyên lý điều khiển.
Qua khảo sát các hệ thống CNC hiện có, dựa trên phần kết cấu cơ khí và các loại thiết bị gắn trên máy, xác định được bộ điều khiển bo mạch đệm Bob Mach3, tích hợp bộ điều khiển động cơ bước Driver DM542.
- Các phần tử trong hệ thống:
+ Máy tính cài Mach3: Đơn vị điều khiển chính.
+ DB25: Kết nối với máy tính.
+ Bộ mạch giao tiếp: Bộ điều khiển trung gian.
+ Bộ điều khiển động cơ bước: Điều khiển động cơ bước.
+ DM542 Driver: Bộ điều khiển động cơ với tín hiệu STEP và DIR.
+ 36V - DC: Nguồn điện cung cấp cho hệ thống.
+ Động cơ NEMA23: Động cơ bước điều khiển trục.
+ Nút dừng khẩn cấp: Thiết bị dừng khẩn cấp.
4.2.2 Bộ điều khiển.
- Sử dụng Bo mạch Bob Mach3 USB V3.
Mach3 là vi điều khiển CNC phổ biến được sử dụng rộng rãi cho nhiều loại máy CNC, bao gồm cả máy cắt plasma CNC mini.
- Thông số kỹ thuật:
Giao tiếp vói máy tính qua cổng USB.
Nguồn sử dụng: 5VDC USB.
Tần số xuyến động: 100KHz.
Điều khiển 4 hộc 5 trục X, Y, Z, A, B.
Số ngõ vào: 4 ngõ IN1, IN2, IN3, IN4, IN5.
Số ngõ ra: 4 ngõ OUT1, OUT2, OUT3, OUT4.
4.3 Sử dụng các cổng ra và vào cài đặt trên Mach 3.
Để cài đặt cổng vào trong phần mềm Mach 3 ta vào Config => Ports and Pins sau đó chọn Input Signals.
Tại cửa sổ này ta chọn tín hiệu ra cần sử dụng. Các đầu vào thường dùng là Estop và công tắc hành trình.
Ở đây là cài đặt khi cả 6 cữ hành trình được mắc nối tiếp ở chế độ thường đóng, khi một trong các công tắc hành trình bị tác động, mạch ngoài bị ngắt, khi đó do để chế độ hoạt động của chân vào là Active Low phần mềm sẽ nhận tín hiệu vào khi công tắc hành trình bị tác động.
Cài đặt cổng ra, có tất cả 12 đầu ra tới các động cơ bước để điều khiển 3 trục X, Y, Z. Mỗi trục cần 4 tín hiệu a, b, c để điều khiển.
Chương 5
THI CÔNG CHẾ TẠO MÁY CẮT PLASMA CNC MINI
5.1 Mục tiêu thi công
Mục tiêu của quá trình thi công và chế tạo là tạo ra một mô hình máy cắt Plasma CNC mini hoàn chỉnh, có thể hoạt động thực tế, đảm bảo các yếu tố:
+ Kết cấu chắc chắn, bền, phù hợp với môi trường cơ khí.
+ Chuyển động ổn định, chính xác trên các trục X - Y - Z.
+ Hệ thống điều khiển hoạt động đúng theo mã G-code và tương thích phần mềm Mach3.
+ Tận dụng linh kiện, vật tư có sẵn để tiết kiệm chi phí nhưng vẫn đảm bảo chất lượng.
5.1.1 Quy trình công nghệ gia công chi tiết
Là thiết bị gia công CNC nên cần độ chính xác cao.
Vì vậy, lựa chọn phương pháp gia công trên máy phay CNC để dảm bảo độ chính xác cho kết cấu máy
5.1.2. Quy trình công nghệ gia công chi tiết
- Bước 1: Đọc bản vẽ
+ Xác định hình dạng, số lượng, kích thước bao của chi tiết.
+ Xác định vị trí tương quan các lỗ cần gia công.
+ Xác định dung sai, yêu cầu kỹ thuật
- Bước 4: Gá đặt phôi lên bàn máy bằng mỏ kẹp.
- Bước 5: Cấp dao lên đài gá thiết lập thông số bù dao.
- Bước 6: Xét gốc phôi.
- Bước 7: Gọi chương trình gia công vào máy CNC.
- Bước 8: Thực hiện quá trình gia công tự động.
5.1.3 Lắp ráp máy Plasma CNC
Sau khi có bản vẽ và chế tạo xong, thì ta tiến hành lắp ráp các cụm lại với nhau.
5.2 Lập trình và kiểm tra
5.2.1 Lập trình và tạo G-code
Gồm 2 bước:
- Bước 1: Thiết kế biên dạng gia công trên phần mềm Autocad
+ Khởi động phần mềm Autocad
+ Thiết kế biên dạng cần gia công.
+ Xuất file lưu dưới định dạng DXF.
- Bước 2: Tạo file G-code bằng phần mềm Sheetcam.
+ Khởi động phần mềm.
+ Lập trình gia công :
Thiết lập nguồn cắt, dao cắt, tốc độ cắt,..
Chọn biên dạng gia công ( outside, inside ), ra vào cùa đường cắt.
5.2.2 Đưa vào phần mềm Mach3 và gia công.
- Bước 1: Khởi động phần mềm.
- Bước 3: Xác định vị trí gốc phôi
- Bước 5: Bấm Cycle start để bắt đầu gia công.
5.2.4 Đánh giá bề mặt sản phẩm sau khi gia công
Chi tiết thử nghiệm là hình ngôi sao năm cánh trên thép tấm. Kết quả cho thấy đường cắt đúng biên dạng thiết kế, mép cắt tương đối đều, chỉ còn ít bavia và xỉ bám, chủ yếu tại các đỉnh nhọn. Sau khi làm sạch cơ học, mép cắt mịn và rõ nét. Độ vuông góc đạt yêu cầu, sai lệch nhỏ, không ảnh hưởng lắp ghép. Hiện tượng cháy xém quanh mép cắt là bình thường với plasma và có thể xử lý sau gia công. Tổng thể, sản phẩm đạt yêu cầu về hình dạng, kích thước và chất lượng đường cắt; máy vận hành ổn định, đáp ứng gia công biên dạng phức tạp với độ chính xác phù hợp sản xuất cơ khí thông dụng.
5.4 Quy trình vận hành và bảo trì
5.4.1 Quy trình vận hành máy
Để đảm bảo máy hoạt động ổn định và cắt chính xác, người vận hành cần tuân thủ các bước sau:
- Kiểm tra tổng thể trước khi khởi động:
Xác minh điện áp nguồn phù hợp và dây điện không hư hại.
Đảm bảo các khớp cơ khí, trục vít, ray trượt, đầu cắt không bị kẹt, khô dầu hay lỏng lẻo.
Kiểm tra đầu cắt plasma: không bị oxy hóa, không rò điện, dây tín hiệu nối đúng.
Nếu có dùng khí hỗ trợ (như khí nén): kiểm tra áp suất và lọc khí.
- Khởi động hệ thống:
Bật nguồn chính cho toàn bộ hệ thống máy.
Mở phần mềm điều khiển trên máy tính, kết nối với bo mạch CNC.
Kích hoạt nguồn cắt plasma và xác nhận trạng thái sẵn sàng cắt.
- Kết thúc phiên làm việc:
Tắt nguồn cắt plasmas.
Ngắt nguồn CNC, tắt phần mềm và máy tính.
Dọn dẹp xỉ, bụi kim loại, và lau sạch bàn cắt.
Kiểm tra sơ bộ các chi tiết cơ khí có bị nóng, mòn, hay kẹt sau khi hoạt động.
5.4.2 Quy trình bảo trì bảo dưỡng
Việc bảo trì định kỳ giúp đảm bảo tuổi thọ của máy và chất lượng cắt luôn ổn định. Dưới đây là các công việc bảo trì quan trọng cần thực hiện:
- Bảo trì hàng ngày (sau mỗi ca làm việc):
Vệ sinh bề mặt bàn cắt: loại bỏ xỉ cắt, vụn kim loại và bụi bẩn tích tụ.
Lau sạch đầu cắt plasma: đảm bảo đầu cắt không bị dính xỉ hoặc oxy hóa.
Kiểm tra dây nối, giắc cắm: tránh rò rỉ điện hoặc kết nối lỏng.
Quan sát chuyển động trục: nếu phát hiện tiếng kêu bất thường, cần kiểm tra ray trượt hoặc động cơ.
- Bảo trì hàng tuần:
Bôi trơn ray trượt và trục vitme: sử dụng dầu bôi trơn chuyên dụng để giảm ma sát và hao mòn.
Làm sạch bộ lọc khí (nếu dùng khí nén): đảm bảo khí nén không mang theo ẩm hoặc tạp chất.
Kiểm tra độ căng dây đai, dây curoa: điều chỉnh lại nếu bị chùng.
- Lưu ý đặc biệt:
Không được tự ý thay đổi sơ đồ mạch hoặc dây kết nối khi chưa có hướng dẫn.
Nếu máy có dấu hiệu quá nhiệt, cháy khét, hoặc rung lắc mạnh – ngừng vận hành ngay và kiểm tra toàn bộ hệ thống.
Ghi nhật ký bảo trì để theo dõi tình trạng máy theo thời gian.
Chương 6
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
6.1 Kết quả đạt được
Sau quá trình thực hiện đề tài: "Thiết kế, chế tạo máy cắt Plasma CNC mini", nhóm đã đạt được các kết quả cụ thể như sau:
Hoàn thiện bản thiết kế cơ khí cho máy cắt plasma với cấu trúc khung chắc chắn, kích thước nhỏ gọn, phù hợp với không gian xưởng gia công quy mô vừa và nhỏ.
Tính toán lựa chọn hợp lý các chi tiết truyền động, bao gồm động cơ bước, ray trượt, vít me, puli, và khớp nối, đảm bảo chuyển động mượt, ổn định và chính xác.
Triển khai thành công bản vẽ mô hình 3D và mô phỏng chuyển động toàn hệ thống bằng phần mềm SolidWorks, giúp kiểm tra khả năng vận hành trước khi chế tạo thật.
Thiết kế và thi công mạch điều khiển hoạt động ổn định, sử dụng hệ thống driver điều khiển động cơ bước, kết hợp máy tính và phần mềm mã G (G-code) để điều khiển hành trình cắt.
Lắp ráp hoàn chỉnh máy và chạy thử thực tế, cắt được các tấm thép có độ dày từ 1 - 3 mm, mép cắt rõ, đường cắt đúng theo lập trình, chứng minh tính khả thi và hiệu quả hoạt động của mô hình.
Tối ưu chi phí bằng cách tận dụng linh kiện sẵn có, giúp giảm giá thành chế tạo nhưng vẫn đảm bảo độ bền và hiệu suất.
6.2 Kiến nghị
* Về phía nhà trường:
Cần tiếp tục tạo điều kiện thuận lợi hơn nữa về cơ sở vật chất, đặc biệt là các thiết bị chuyên dùng cho ngành cơ khí – tự động hóa như: máy CNC thật, máy plasma công nghiệp, máy hàn tự động, bộ cảm biến và mạch điều khiển… nhằm giúp sinh viên có thêm cơ hội tiếp cận thiết bị thực tế và nâng cao khả năng ứng dụng.
* Về phía giảng viên hướng dẫn:
Mong tiếp tục nhận được sự hỗ trợ, góp ý và định hướng chi tiết hơn trong quá trình thiết kế và chế tạo, đặc biệt là các phần liên quan đến điều khiển tự động, mạch điện và công nghệ lập trình mã G nhằm giúp đề tài mang tính thực tế và chuyên sâu hơn.
* Về phía nhóm thực hiện:
Cần tích cực rèn luyện thêm các kỹ năng mềm như quản lý thời gian, phối hợp nhóm, tìm kiếm tài liệu chuyên sâu và thực hành trực tiếp trên thiết bị. Đồng thời, nên tiếp tục hoàn thiện và cải tiến mô hình hiện tại để nâng cao độ chính xác và độ bền trong quá trình sử dụng lâu dài.
6.3 Hướng phát triển của đề tài
Mô hình máy cắt plasma CNC mini đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả cơ bản trong ứng dụng thực tế. Trong tương lai, đề tài có thể phát triển theo các hướng sau:
* Nâng cấp tự động hóa:
Tích hợp cảm biến THC để tự điều chỉnh khoảng cách đầu cắt theo độ cong vật liệu, giúp nâng cao độ chính xác và chất lượng đường cắt.
* Mở rộng kích thước gia công:
Tăng hành trình trục X-Y để đáp ứng nhu cầu cắt các tấm kim loại có kích thước lớn hơn trong công nghiệp.
* Tối ưu hệ thống điều khiển:
Sử dụng vi điều khiển nâng cấp (như Arduino Mega, STM32 hoặc Raspberry Pi), hoặc điều khiển bằng PLC giúp tăng tính ổn định, dễ bảo trì và tích hợp giao diện HMI.
* Cải thiện an toàn và môi trường:
Bổ sung hệ thống che chắn tia lửa, quạt hút khói, hệ thống làm mát đầu cắt để đảm bảo an toàn cho người sử dụng và thân thiện với môi trường xưởng.
* Ứng dụng thương mại hóa:
Phát triển máy thành dạng module lắp ráp nhanh, dễ vận chuyển và sử dụng, hướng đến cung cấp cho các xưởng nhỏ lẻ, trường học hoặc cá nhân có nhu cầu gia công kim loại chính xác.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2006), Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí-tập 1, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.
[2]. PGS.TS. Tạ Duy Liêm (2001), Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
[3]. Nguyễn Hữu Lộc (2016), Cơ sở thiết kế máy, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Tp.HCM.
[4]. https://manius.vn/may-cat-cnc-xop
[5]. https://antoannamviet.com/document
[6]. https://minhmotor.com/dong-co-buoc
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"