SÁNG KIẾN ÁP DỤNG CLT (COMMUNICATIVE LANGUAGE TEACHING) VÀO QUÁ TRÌNH DẠY - H...
Nghien cuu thiet ke che tao may cat Plasma CNC chuyen dung.pdf
1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO
MÁY CẮT PLASMA CNC CHUYÊN DÙNG
GVHD: TH.S. ĐOÀN TẤT LINH
SVTH: ĐỖ MINH HẢI
MSSV: 11243017
SVTH: TRƯƠNG VĂN THÁI
MSSV: 11243046
SVTH: NGUYỄN MINH TUẤN
MSSV: 11243057
SVTH: NGUYỄN THANH YÊN
MSSV: 11243059
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
SKL 0 0 4 1 9 7
2. i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TP. Hồ Chí Minh, tháng 1 /2016
ĐỀ TÀI:NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT PLASMA CNC
CHUYÊN DÙNG
GVHD : TH.S. ĐOÀN TẤT LINH
SVTH : ĐỖ MINH HẢI
MSSV : 11243017
SVTH : TRƢƠNG VĂN THÁI
MSSV : 11243046
SVTH : NGUYỄN MINH TUẤN
MSSV : 11243057
SVTH : NGUYỄN THANH YÊN
MSSV : 11243059
Khoá : 2011 - 2015
3. ii
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
BỘ MÔN CN CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do - Hạnh Phúc
*******
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Đoàn Tất Linh
Sinh viên thực hiện: Đỗ Minh Hải MSSV: 11243017
Trƣơng Văn Thái 11243046
Nguyễn Minh Tuấn 11243057
Nguyễn Thanh Yên 11243059
1. Tên đề tài
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT PLASMA CNC
CHUYÊN DÙNG
2.Các số liệu, tài liệu ban đầu:
-Kích thƣớc máy: 2.200x1.600x1.400 mm
-Công suất máy: 5 ( kw), 220 (v)
- Tốc độ cắt tối đa: 30 (m/ph)
3. Nội dung chính của đồ án:
Nghiên cứu công nghệ plasma CNC dùng để cắt kim loại.
Nghiên cứu so sánh các phƣơng án chế tạo máy cắt plasma CNC chuyên
dùng.
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống truyền động cơ khí cho máy cắt plasma CNC
chuyên dùng.
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống điện.
Nghiên cứu khai thác vận hành phần mềm chuyên dùng cho máy cắt plasma
CNC chuyên dùng.
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống cấp phôi tự dộng cho máy cắt plasma CNC
chuyên dùng.
4.Các sản phẩm dự kiến
- Máy cắt plasma CNC chuyên dung
- Hệ thống cấp phôi tự động cho máy cắt plasma CNC chuyên dùng.
TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN
4. iii
LỜI CAM KẾT
- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾCHẾ TẠO MÁY CẮT PLASMA
CNC CHUYÊN DÙNG
- GVHD : Đoàn Tất Linh
- H tên sinh viên: Đỗ Minh Hải
- MSSV:11243017 Lớp:112430B
- Địa chỉ sinh viên: Hà Nam
- Số điện thoại liên lạc:0901.836.356
- Email:minhhaiprospkt@gmail.com
- Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN):
- Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công
trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ
một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có
bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng …. năm 20…..
Ký tên
5. iv
LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp là một cột mốc quan tr ng đồng thời cũng là thành quả
đánh dấu sự trƣởng thành của sinh viên chúng em sau bốn năm h c tập, rèn luyện
tại trƣờng đại h c. Là kết tinh của lý thuyết và thực nghiệm là kết quả của sự kiên
trì, nỗ lực không ngừng.
Nhìn lại quãng thời gian chúng em miệt mài làm đồ án tốt nghiệp thật đáng
quý biết bao sự cổ vũ tinh thần, sự giúp đỡ tận tình từ phía gia đình, ngƣời thân, bạn
bè và thầy cô. Nhờ có h mà chúng em có nhiều điều kiện thuận lợi để hoàn thành
tốt nhiệm vụ của mình.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè và thầy cô
khoa cơ khí chế tạo máy và bộ môn công nghệ chế tạo máy của trƣờng ĐH sƣ phạm
kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh.
Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến:
Thầy Đoàn Tất Linh – thầy đã giúp đỡ, hƣớng dẫn nhóm rất nhiều trong quá
trình thiết kế máy cho đồ án tốt nghiệp.
Một lần nữa chúng em xin gởi lời cảm ơn đến tất cả m i ngƣời đã giúp đỡ
nhóm hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.
Xin cảm ơn!
Sinh viên thực hiện: Đỗ Minh Hải MSSV: 11243017
Trƣơng Văn Thái 11243046
Nguyễn Minh Tuấn 11243057
Nguyễn Thanh Yên 11243059
6. v
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU – THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÁY CẮT PLASMA CNC
CHUYÊN DÙNG
Ngày nay, khoa h c 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 cắt
Plasma ra đời nhƣ máy cắt Plasma CNC 3 trục 1 đầu cắt, máy cắt Plasma CNC 2
đầu cắt.... nhờ đó mà năng suất sản xuất cũng nhƣ chất lƣợng sản phẩm ngày càng
đƣợc nâng cao. Chính vì sự kì diệu của máy cắt Plasma (nhƣ cắt đƣợc những hình
dạng phức tạp trên biên dạng 2D 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 Plasma hiện đại, với kích thƣớc
nhỏ g n và giá thành thấp hơn rất nhiều lần nhƣng vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả,
đáp ứng đƣợc nhu cầu h c tập, giải trí cũng nhƣ sản xuất tại nhà. Đó cũng chính là
lý do mà đề tài này đƣợc triển khai nghiên cứu.
Đề tài đƣợc triển khai một cách khoa h c qua nhiều bƣớc tìm kiếm cơ sở dữ
liệu, phát triển ý tƣởng, giải pháp, triển khai thiết kế, tối ƣu 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 cắtPlasma hoàn chỉnh. Bên cạnh đó nhóm cũng nghiên cứu
một cách chi tiết về phần điện tử và phần mềm điều khiển cho máy cắt Plasma.
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 cắt Plasma CNC 1
đầu cắt sau khi chế tạo có kích thƣớc 2.200x1.600x1.400 mm, có khả năng gia công
các hình dạng phức tạp chủ yếu trên vật liệu thép tấm, kim loại mỏng (0.3 -12mm)
với độ chính xác cao về hình dạng và sai số kích thƣớc đạt mức 0.3 mm.
Tuy nhiên, mô hình còn một số hạn chế nhƣ không khử nhiễu khi cắt, hao
mòn đầu cắt Plasma.Nhóm hi v ng có thể phát triển hơn nữa mô hình này bằng
cách khắc phục các nhƣợc điểm trên và phát triển máy ngày một hoàn thiện hơn.
7. vi
SUMMARY OF PROJECT
Title :
RESEARCH - DESIGN – MANUFACTURE PLASMA CNC CUTTING
MACHINE THAT MANIPULATE
Today, science and technology are increasingly developing and modern
machines also launched more. Just review for mechanical field, Plasma cutting
machine series are launched as Plasma CNC- 3 axis,1cutting head and Plasma
CNC- 2 cutting head, ect…by which the productivity and quality of products is
increasingly high.Because the magic of it( like cutting complex shapes in 2D
profiles quickly, automatically producing with a code file that is input for the
machine), aintellectual part thought about making simulation model for operations
of modern Plasma machine, with its compact size and lower price while ensuring
effectively operation, meeting the needs of learning, entertainment as well as
production at home. With above reasons, this subject was conducted to research.
Subject is carried out scientifically through many steps such as looking for
databases, developing ideas and solutions, deploying design, optimizing models,
calculating and simulating sustainability of the system, implementing to out-source
the necessary details,assemblinga complete Plasma cutting machine. Beside that,
the group also studydetails of electronic components and driversoftwares for this
machine.
Final stage of the project is to conduct test runs, inspection and calibrate
models to ensure proper requirements of the subject. After making, PlasmaCNC –
1cutting head with size: 2.200x1.600x1.400 mm is able to machine complex shapes,
primarily on steel sheet materials and thin metal(0.3 -12mm)with high precision on
the shape anderrorof size reaching at ± 0.3 mm.
However, the model has some limitations such as not reducing noise when
cut, cutting head of Plasma worn. The group hopes to futher develop this model by
overcoming the above disadvantages and developing machine more and more
complete.
.
8. vii
MỤC LỤC
BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪNError! Bookmark not
defined.
BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆNError! Bookmark not
defined.
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................... iv
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ....................................................................................................v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT..........................................................................x
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... xi
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP......................Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................1
1.1. Giới thiệu..........................................................................................................1
1.1.1.Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................1
1.1.2.Ý nghĩa khoa h c và ý nghĩa thực tiễn. .....................................................1
1.1.3.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài..................................................................2
1.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu....................................................................2
1.2.1.Đối tƣợng nghiên cứu................................................................................2
1.2.2.Phạm vi nghiên cứu. ..................................................................................2
1.3. Phƣơng pháp nghiên cứu..................................................................................2
1.3.1.Cơ sở phƣơng pháp luận............................................................................2
1.3.2.Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể. ........................................................2
CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CNC PLASMA.............................4
2.1. Giới thiệu về Plasma ........................................................................................4
2.1.1.Định nghĩa .................................................................................................4
2.1.2.Sự tƣơng tác giữa các hạt trong plasma.....................................................6
2.1.3.Va chạm đàn hồi ........................................................................................7
2.1.4.Va chạm không đàn hồi.............................................................................8
2.1.5.Sự tái hợp.................................................................................................10
2.2. Đặc điểm Plasma............................................................................................11
2.2.1.Phân loại ..................................................................................................11
2.2.2.Ƣu và nhƣợc điểm ...................................................................................11
2.3. Plasma cắt kim loại ........................................................................................12
2.3.1.Tia Plasma Cắt Kim Loại ........................................................................12
2.3.2.Hoạt Động Của Một Máy Cắt Plasma.....................................................13
2.4. Plasma lựa ch n phƣơng án tối ƣu để cắt kim loại tấm thép cacbon và Inox14
9. viii
2.5. Các Biến Thể Của Quá Trình Cắt Plasma......................................................20
2.5.1.Cắt Plasma thông thƣờng.........................................................................20
2.5.2.Cắt Plasma hai đƣờng khí........................................................................21
2.5.3.Cắt Plasma phun nƣớc .............................................................................21
2.5.4.Cắt Plasma độ chính xác cao ...................................................................22
2.6. Khái quát về máy CNC. .................................................................................22
2.6.1.Vài nét sơ lƣợc về máy CNC...................................................................22
2.6.2.Cấu tạo chung và quy ƣớc máy CNC. .....................................................25
2.6.3.Các kiểu hệ thống điều khiển. .................................................................28
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY CẮT PLASMA
CHUYÊN DÙNG.....................................................................................................30
3.1. Lựa ch n phƣơng án cho máy cắt CNC Plasma ............................................30
3.1.1.Lựa ch n vitme-đai ốc.............................................................................31
3.1.2.Lựa ch n cơ cấu dẫn hƣớng.....................................................................33
3.1.3.Lựa ch n bộ truyền và khớp nối trục.......................................................34
3.2. Cơ sở lý thuyết tính toán. ...............................................................................35
3.2.1.Thiết kế trục X.........................................................................................35
3.2.2.Thiết kế trục Y.........................................................................................40
3.2.3.Lựa ch n, tính toán thanh trƣợt bi. ..........................................................41
3.2.4.Tính toán, lựa ch n vítme-đai ốc bi.........................................................47
3.2.5.Tính toán, lựa ch n động cơ bƣớc...........................................................51
3.3. Lựa ch n vật liệu cắt, đặc điểm kim loại cắt..................................................55
3.3.1.Thép xây dựng (thép cán nóng thƣòng)(<12mm)....................................55
3.3.2.Thép kết cấu (<12mm) ............................................................................55
3.3.3.Inox 201 (<5mm).....................................................................................57
3.4. So sánh kết cấu mình ch n so với máy plasma trên thị trƣờng. ....................58
3.5. So sánh với các máy ngoài thị trƣờng............................................................58
3.5.1.Nối đất .....................................................................................................58
3.5.2.L c nguồn ................................................................................................59
3.5.3.Chia tách về mặt vật lý các đƣờng dây tín hiệu và dây động lực, không
đặt chúng gần vợi nhau .....................................................................................59
3.5.4.Phần lớn nhiễu HF do máy Plasma phát ra sẽ phát tán ra không gian tại
đầu ra của mỏ cắt Plasma và trên đƣờng dây dẫn từ máy Plasma đến mỏ cắt..59
3.5.5.Sử dụng các thiết bị có khả năng chống nhiễu cao..................................59
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG
CHO MÁY CẮT PLASMA CNC CHUYÊN DÙNG...........................................60
10. ix
4.1. Một số phƣơng pháp cấp phôi cuộn (con lăn, hệ thống kẹp đẩy). .................60
4.1.1.Hệ thống cấp phôi tự động bằng piston – xilanh.....................................60
4.1.2.Hệ thống cấp phôi tự động bằng lô cán ...................................................60
4.2. Đƣa ra phƣơng pháp và ch n cơ cấu cấp phôi để thực hiện việc thiết kế......61
4.2.1.Hệ thống cấp phôi tự động bằng động cơ và piston. ...............................61
4.3. Tính toán năng suất cấp phôi và động cơ.......................................................62
4.3.1.Công suất trên trục công tác: ...................................................................62
4.3.2.Tính toán công suất hệ thống: (Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ
khí tập 1) ...........................................................................................................62
4.4. Ch n động cơ: ................................................................................................63
4.4.1.Bộ truyền đai thang..................................................................................64
4.5. Một số phƣơng án dùng mạch điều khiển cấp phôi tự động..........................66
4.5.1.Rơle..........................................................................................................66
4.5.2.Cấu trúc điển hình của rơle số:................................................................66
4.5.3.Dùng PCL ...............................................................................................69
4.5.4.Dùng khí nén............................................................................................72
4.5.5.CẢM BIẾN..............................................................................................73
4.6. Kết luận phƣơng án tối ƣu..............................................................................76
CHƢƠNG 5. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY
PLASMA CNC CHUYÊN DÙNG.........................................................................77
5.1. Ch n công suất động cơ.................................................................................77
5.2. Ch n loại động cơ, so sánh giá thành động cơ...............................................77
5.2.1.Động cơ truyền động cho trục X, Y ........................................................78
5.2.2.Thông số kỹ thuật của động cơ bƣớc.......................................................79
5.2.3.Cài đặt thông số trên các động cơ............................................................79
5.2.4.Cách xác định các đầu cuộn dây động cơ bƣớc đơn cực 6 dây...............84
5.2.5.Điều khiển động cơ bƣớc.........................................................................86
5.3. Vẽ sơ đồ hoàn chỉnh và lựa ch n driver và card giao tiếp phù hợp...............88
CHƢƠNG 6. KHAI THÁC VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỀU HÀNH
MACH 3. ........................................................................................................89
6.1 .Định nghĩa mach 3 ........................................................................................89
6.2 .Cài Đặt Phần Mềm........................................................................................90
6.3 Cài Đặt Thông Số Trên Động Cơ...................................................................91
CHƢƠNG 7. GIA CÔNG .....................................................................................101
7.1. Các chi tiết cần gia công. .............................................................................101
7.2. Các hình ảnh trong quá trình gia công máy CNC Plasma ...........................108
11. x
7.3. Các máy do nhóm làm để hỗ trợ cho gia công sản phẩm bếp than điện tử..112
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................114
12. xi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CNC Computer Numerical Contro
P Precision grade
SP Super Precision grade
ADC Analog-to-digital converter
BU Base unit
ROM Read only memory
EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
PLC Programmable Logic Controller
EMI Electromagnetic intefrence
EMC Electromagnetic compatibility
NC Numerical Control
DNC Directe Numerical Control
CAD/CAM Computer Aided Desgin/ Computer Aided Manufacturing
FMS Flexible Manufacturing System
CIM Computer Intergraded Manufacturing
WAR World Area Netword
M Machine Reference Zero
R Machine Reference Point
W Workpiece Zero Point
P Programmed.
13. xii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Hình 2.11: Bảng so sanh giá thành cắt Plasma va Oxyfuel
HPR260
Plasma
Oxyfuel
Chi phí sản xuất trong 1 h $44.65 $33.80
Số mét cắt trong 1h dựa
trên tốc độ cắt
221 m 30.5 m
Chi phí cho mỗi mét cắt $0.20 $1.11
Chi phí cắt cho một chi
tiết (3.66 meter)
$0.72 $4.08
Hình 3.8. Mô hình tính toán thanh trƣợt trục X.
Hình 3.10 Lƣu đồ lựa ch n thanh trƣợt
14. xiii
Hình 3.14 Trích catalogue của thanh trƣợt bi hãng THK.
Hình 3.21.Quy trình lựa ch n vítme bi.
Hình 3.18.Quy trình tính toán.
15. xiv
Hình 5.1: Bảng so sánh động cơ bƣớc và động cơ servo
Động cơ bƣớc Động cơ servo
Mạch driver
Đơn giản (ngƣời dùng có thể
chế tạo chúng)
Phức tạp (ngƣời sử dụng phải
mua mạch driver từ các nhà
sản xuất)
Nhiễu,
rung động
Đáng kể Rất ít
Tốc độ
Chậm (tối đa 1000 - 2000
vòng/phút)
Nhanh (tối đa 3000 - 5000
vòng/phút)
Hiện tƣợng
trƣợt bƣớc
Có thể xảy ra
Khó xảy ra (Động cơ vẫn
chạy trơn tru nếu tải đặt vào
tăng)
Phƣơng pháp
điều khiển
Vòng hở (không có encoder) Vòng kín (có encoder)
Giá thành
(Động cơ +
driver)
Rẻ Rất đắt
Độ phân giải
Phổ biến loại 1.8o
(200
bƣớc/vòng), còn có bƣớc góc
nhỏ hơn nhƣ 0.72 o
, 0.36 o
Phụ thuộc độ phân giải của
encoder.
Thông thƣờng vào khoảng
0.36 ÷ 0.036° (1000 ÷ 10000
xung/v)
16. xv
Hình 5.2 :Các bƣớc lựa ch n động cơ bƣớc
1 Xác định thành phần cơ cấu lái Trƣớc hết hãy xác định
các đặc điểm thiết kế nhƣ
cơ cấu, đƣờng kính thô,
khoảng cách di chuyển, và
chu kỳ định vị.
Xác định cơ cấu và các thông số kỹ thuật đòi hỏi.
2 Tính toán độ phân giải đòi hỏi Từ độ phân giải đòi hỏi,
xác định chỉ động cơ đƣợc
dùng hay động cơ giảm
tốc đƣợc dùng.
Tìm kiếm độ phân giải góc bƣớc cho động cơ.
3 Xác định mẫu vận hành Tìm chu kỳ gia tốc (giảm
tốc) và tốc độ xung vận
hành để tính toán mômen
gia tốc.
Xác định mẫu vận hành đáp ứng các thông số kỹ
thuật đòi hỏi.
4 Tính toán mômen đòi hỏi Tính toán mômen tải,
mômen gia tốc và mômen
đòi hỏi đƣợc yêu cầu bởi
động cơ.
Tính toán mômen tải.
Tính toán mômen gia tốc.
Tính toán mômen giảm tốc.
5 Lựa ch n động cơ Ch n lựa một động cơ mà
các đặc tính mômen tốc độ
của nó thỏa mãn yêu cầu.
Đƣa ra một lựa ch n tạm thời cho động cơ dựa
trên mômen đòi hỏi.
Xác định động cơ cần đƣợc sử dụng từ các đặc
tính mômen tốc độ.
6 Kiểm tra động cơ đƣợc ch n Kiểm tra tỉ số gia tốc/giảm
tốc và hệ số quán tính để
xác định khả năng phù
hợp với sự lựa ch n.
Xác nhận tỉ số gia tốc/giảm tốc và hệ số quán
tính.
17. xvi
Hình 5.3 Thông số kỹ thuật của động cơ bƣớc
mô hình 57bygh56- 401a
trục đơn trục( đƣờng kính: 6.35mm; chiều dài: 21mm)
đánh giá hiện tại 2.8a/giai đoạn
góc bƣớc 1,8 °;& Plusmn; 5%
giai đoạn 2 giai đoạn
giai đoạn kháng 0.9x( 1+10%) Ω/giai đoạn
giai đoạn điện cảm 0.9x( 1+10%) Ω/giai đoạn
Mô-men xoắn giữ 1.26nm( tƣơng đƣơng. 175 oz- trong)
định vị mô-men xoắn 300gf. Cm
tr ng lƣợng 0.7kg/mảnh
18. xvii
Hình 7.1 Các chi tiết gia công
Danh sách các chi tiết cần gia công máy plasma CNC
Tên chi tiết
Số
lƣợng Vật
liệu
Phƣơng
pháp gia
công
Ghi
chú
Bích nhỏ trục X dầy
1 CT3
Tiện trên
máy phay.
Bích nhỏ trục X mỏng
1 CT3
Tiện trên
máy phay
Bích trục X
1 CT3
Gia công
trên máy
phay
CNC.
19. xviii
Bích trục X có motor
1 CT3
Gia công
trên máy
phay CNC
Giá đỡ trục Z
2 CT3
Hàn và
Khoan.
Đồ gá
1 CT3
Hàn trên
máy hàn
Đầu gắn đầu cắt Plasma
1 Nhôm
Phay trên
máy phay
20. xix
Thân cấp phôi
1 CT3
Hàn trên
máy hàn
Khung thân dƣới
1 CT3
Hàn trên
máy hàn
Khung thân trên
1 CT3
Hàn trên
máy hàn
21. xx
Giá treo trục Z
1 CT3
Hàn trên
máy hàn
Khoan lỗ
trên máy
khoan
Giá treo trục Y
1 CT3 Phay
22. xxi
Hình ảnh trong quá trình thi công máy uốn
Tên chi tiết
Số
lƣợng Vật
liệu
Phƣơng
pháp gia
công
Ghi
chú
Trục chủ động
2 CT3
Tiện trên
máy tiện.
Trục bị động
1 CT3
Tiện trên
máy tiện
32. xxxi
Hình 2.6
Hình 2.7 Vùng ảnh hƣởng nhiệt
Hình 2.8 : Màu nhiệt chỉ là 2mm khi cắt bằng plasma
Hình 2.9 Màu nhiệt lớn hơn 10mm khi cắt bằng oxy-gas
39. xxxviii
Hình 3.6. Dẫn hƣớng bằng sống trƣợt mang cá.
Hình 3.4. Vítme-đai ốc bi.
Hình 3.5. Quan hệ giữa hệ số ma sát và tốc độ (vitme thƣờng và vitme bi).
Hình 3.7. khớp nối mềm.
40. xxxix
Hình 3.9: Một số loại thanh trƣợt trên thị trƣờng
Hình 3.11: Vị trí lặp đặt cho thanh trƣợt
41. xl
Hình 3.12. Kí hiệu thanh trƣợt.
Hình 3.13.Số lƣợng thanh trƣợt yêu cầu trong một mặt phẳng
Hình 3.15.Lực, mômen tác dụng lên thanh trƣợt
Hình3.16 Thanh trƣợt dƣới tác động của mômen.
42. xli
Hình 3.20. Hệ số an toàn khuyến cáo của nhà sản xuất.
Hình 3.17 Khả năng chịu tải theo các hƣớng.
Hình 3.19Lực tác dụng lên thanh trƣợt.
43. xlii
Hình 3.23. Bảng tra hệ số an toàn tĩnh.
Hình 3.22.Trích bảng tra đƣờng kính, chiều dài, bƣớc ren của vítme bi.
Hình 3.20.Kiểu lắp vít me fixed-fixed, fixed-free và fixed-support.
66. lxv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CNC Computer Numerical Contro
P Precision grade
SP Super Precision grade
ADC Analog-to-digital converter
BU Base unit
ROM Read only memory
EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
PLC Programmable Logic Controller
EMI Electromagnetic intefrence
EMC Electromagnetic compatibility
NC Numerical Control
DNC Directe Numerical Control
CAD/CAM Computer Aided Desgin/ Computer Aided Manufacturing
FMS Flexible Manufacturing System
CIM Computer Intergraded Manufacturing
WAR World Area Netword
M Machine Reference Zero
R Machine Reference Point
W Workpiece Zero Point
P Programmed.
67. CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN
1.1.Giới thiệu
1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa h c kỹ thuật, lĩnh vực gia công cơ khí
chính xác đạt đƣợc nhiều thành tựu với sự ra đời nhiều loại máy cắt Plasma CNC
hiện đại có khả năng gia công đƣợc các chi tiết phức tạp trên biên dang 2D, chính
xác cao, nâng cao năng suất sản xuất
Hinh1.1: Máy cắt Plasma 2 đầu cắt
Máy móc càng hiện đại thì chi phí mua trang thiết bị không hề nhỏ. Đó cũng
là một trong những yếu tố thúc đẩy một số ngƣời ham h c hỏi, tìm tòi để chế tạo ra
máy cắt Plasma CNC nhỏ g n, rẻ tiền mà vẫn đáp ứng đƣợc nhu cầu sản xuất.
Ngày nay, trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam, có rất nhiều ngƣời tham gia
chế tạo máy cắt Plasma CNC cỡ nhỏ để dùng tại nhà, tại các xƣởng sản xuất nhỏ lẻ
với chi phí thấp. Ở các trƣờng đại h c, cao đẳng cũng xuất hiện nhiều máy cắt
Plasma CNC do sinh viên chế tạo để phục vụ cho việc h c tập ở trƣờng. Vì thế, đề
tài: “Ngiên cứu chế tạo thiết kế máy cắt Plasma CNC chuyên dụng”là cần thiết
và cấp thiết.
1.1.2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.
Việc nghiên cứu, chế tạo máy cắt Plasma trong sinh viên sẽ gợi mở ra nhiều
giải pháp mới, phƣơng hƣớng phát triển mới.
Nghiên cứu, chế tạo máy cắt Plasma CNC đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức
tổng hợp về cơ khí, điện tử, tin h c. Đây cũng là cơ hội cho h tìm tòi, kiểm
nghiệm, hiểu sâu rộng hơn về những máy cắt Plasma 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 căt Plasma CNC mà nhóm đang thực hiện sẽ giúp nhóm
củng cố kiến thức và kỹ năng về m i mặt. Sản phẩm sau khi hoàn thành có thể phục
68. 2
vụ cho dạy h c hoặc gia công thép hoặc kim loai tấm mỏng không yêu cầu độ chính
xác quá cao.
1.1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
Nắm vững kiến thức về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách truyền động, lập
trình và điều khiển máy cắt Plasma CNC.
Vận dụng kiến thức để nghiên cứu phát triển và chế tạo mô hình máy cắt
Plasma CNC.
Lập trình, điều khiển máy cắt Plasma CNC trên để gia công ra sản phẩm và
đạt độ chính xác theo yêu cầu.
1.2.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.
1.2.1. Đối tƣợng nghiên cứu.
Máy cắt Plasma CNC 3 trục.
Phần mềm điều khiển Mach3.
Phần mềm thiết kế, tính toán, mô phỏng.
Động cơ và phƣơng pháp truyền động.
1.2.2. Phạm vi nghiên cứu.
Nghiên cứu và chế tạo máy cắt Plasma CNC 3 trục.
Đảm bảo các yêu cầu đặt ra nhƣ sau:
+ Không gian làm việc của máy: 1200x500 mm.
+ Sai số cho phép: 0.5mm.
Thời gian nghiên cứu: 3 tháng.
1.3.Phƣơng pháp nghiên cứu.
1.3.1. Cơ sở phƣơng pháp luận.
Căn cứ vào những kiến thức đã có về máy cắt Plasma CNC , tiến hành phân
tích, tìm ra giải pháp mới và chế tạo, thực nghiệm. Sau đó, tiến hành tổng hợp, đánh
giá giải pháp để đề ra tối ƣu hay không tối ƣu, tối ƣu trong trƣờng hợp nào.
1.3.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể.
Khảo sát thực tiễn: Tìm hiểu về máy cắt Plasma CNC .
Xây dựng mô hình- thực nghiệm: Chế tạo mô hình máy cắt Plasma CNC,
70. 4
CHƢƠNG 2.NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CNC
PLASMA
2.1.Giới thiệu về Plasma
_Plasma là một hỗn hợp khí ion hóa, trong đó bao gồm các hạt mang điện
nhƣ electron, ion, và kể cả các hạt trung hòa. Trong hỗn hợp đó giá trị tuyệt đối của
điện tích dƣơng bằng giá trị tuyệt đối của điện tích âm. Nhƣ vậy, plasma là hệ trung
hòa điện tích,và là vật dẫn điện tốt. Tuy nhiên không phải lúc nào trong plasma điện
tích dƣơng cũng bằng điện tích âm, khi có sự mất cân bằng điện tích thì trong
plasma sẽ sinh ra một điện trƣờng mạnh để ngăn cản sự mất cân bằng và làm cho
plasma này trở nên trung hòa về điện. Nói một cách khác, mật độ electron gần bằng
mật độ hạt mang điện tích dƣơng trong một đơn vị thể tích
2.1.1. Định nghĩa
-Để phản ánh bản chất của plasma ngƣời ta đƣa ra khái niệm bậc ion hóa
0
,
n
n i
e
β : bậc ion hóa
ne,I : nồng độ các hạt mang điện
n0 : nồng độ các hạt khí trong môi trƣờng
-Nhờ vào bậc ion hóa ngƣời ta chia plasma ra làm hai loại là: ion hóa hoàn
toàn và ion hóa một phần.
-Trƣờng hợp ion hóa hoàn toàn thƣờng xảy ra ở plasma nhiệt độ cao. Lúc
này tính chất của plasma đƣợc xác định bởi tính chất của điện tử và ion chứa trong
nó.
-Trƣờng hợp plasma nhiệt độ thấp ion hóa hoàn toàn thƣờng xảy ra trong
phóng điện ẩn và phóng điện hồ quang
-Để plasma có tính ion hóa mạnh thì:
ei
eo
-Để plasma có tính ion hóa yếu thì:
ei
eo
71. 5
ei :tiết diện hiệu dụng, đặc trƣng cho quá trình tƣơng tác giữa điện tử với ion
eo :tiết diện hiệu dụng, đặc trƣng cho quá trình tƣơng tác giữa điện tử với hạt trung
hòa
-Theo quan điểm nhiệt động h c có hai loại là plasma cân bằng và plasma
không cân bằng
+Plasma cân bằng (hoặc plasma đẳng nhiệt) là trong đó các hạt có cùng nhiệt
độ,trung hòa về điện vì các hạt mang điện mất đi luôn đƣợc bù lại do quá trình ion
hóa, nó tồn tại mà không cần lấy năng lƣợng từ bên ngoài
+Plasma không cân bằng (hoặc plasma bất đẳng nhiệt): không trung hòa về
điện, nhƣng sự phá vỡ trung hòa đó không phải là lớn, nó tồn tại cần có năng lƣợng
từ bên ngoài, nếu không nhận đƣợc năng lƣợng từ bên ngoài thì plasma sẽ tự mất đi
-Vậy điều kiện gần trung hòa là một trong những điều kiện cơ bản của
plasma ta có thể định nghĩa “plasma là một tập hợp các ion, điện tử và các hạt trung
hòa tƣơng tác với nhau và với trƣờng bức xạ”. Tuy nhiên định nghĩa này chƣa nói
lên đƣợc những tính chất cơ bản của plasma, ta cần tìm hiểu thêm về màn tĩnh điện
-Nếu bỏ qua lực tƣơng tác phân tử ta có:
kT
r
e
Zie
2
)
(
r : khoảng cách trung bình giữa các hạt
3
1
1
N
r
N: nồng độ của plasma
N=ne+ ni
- Xét một hạt bất kì: sẽ có một lớp điện tích hình cầu sinh ra xung quanh hạt,
độ dày của lớp này phụ thuộc vào nhiệt và nồng độ hạt. Độ dày của lớp tiếp xúc
phải giúp nó chứa đủ số hạt khác dấu, có khả năng làm màn chắn trƣờng cho hạt.
Bán kính của hình cầu đó đƣợc g i là bán kính Debye
Thế Coulomb:
r
e
Zie
0
Thế Debye:
D
r
r
e
Zie
exp
D: là bán kính Debye
72. 6
Khi r=D
Thì e
0
-Vậy trƣờng của lớp điện tích bao quanh hạt đã làm màn chắn trƣờng của hạt
đó trên khoảng cách xác định
Trong trƣờng hợp tổng quát thì bán kính Debye đƣợc tính bằng công thức
2
1
2
2
1
2
)
(
4
ie
ie
ie
ie
ie
n
Z
KT
D
D
D
Die là bán kính Debye của các thành phần cấu tạo plasma
Nồng độ hạt:
3
3
4
1
D
N
-Công thức này cho thấy rằng để tồn tại màn chắn thì số hạt trái dấu trong
hình cầu bán kính Debye phải đủ lớn.Nhƣng nếu bán kính Debye quá lớn đến không
còn khả năng làm màn chắn thì lúc này nó không còn g i là plasma. Vậy plasma
phải thỏa mãn điều kiện sau:
-Thỏa mãn điều kiện gần trung hòa
-Bán kính Debye phải nhỏ hơn nhiều lần so với khích thƣớc của miền chứa
tập hợp đó
D<<L
2.1.2. Sự tƣơng tác giữa các hạt trong plasma
.Tiết diện hiệu dụng
Khái niệm về tiết diện hiệu dụng trong va chạm là rất quan tr ng. Nó đặc
trƣng cho quá trình va chạm trong chất khí
Để đơn giản vạch ra ý nghĩa hình h c của tiết diện hiệu dụng. Sự va chạm
giữa hai hạt khi gặp nhau sẽ xảy ra nếu khoảng cách giữa hai tâm nhỏ hơn hoặc
bằng một khoảng cách cực tiểu nào đó. Khoảng cách cực tiểu này là bán kính hiệu
dụng của sự va chạm. Nếu các hạt có dạng nhƣ quả cầu đàn hồi có bán kính là r1,r2,
sự va chạm sẽ xảy ra khi các hạt cách nhau một khoảng nhỏ hơn r1+r2
Khi đó : = (r1+r2)2
. Khoảng đƣờng tự do trung bình
73. 7
Khoảng đƣờng tự do trung bình của hạt đƣợc xác định nhƣ tổng số khoảng
cách của hạt giữa hai va chạm chia cho tất cả số hạt đó
Tiết diện hiệu dụng càng lớn thì sự va chạm xảy ra càng nhiều, sự va chạm
của các hạt xảy ra càng nhiều thì khoảng đƣờng tự do trung bình càng nhỏ, nhƣ vậy
khoảng đƣờng tự do trung bình phải phụ thuộc vào tiết diện hiệu dụng và mật độ
của các hạt
N
1
. Tần số va chạm
Tần số va chạm là số va chạm trong một đơn vị thời gian. Nếu hạt chuyển động với
vận tốc v, thì tần số va chạm sẽ bằng:
v
vN
2.1.3. Va chạm đàn hồi
Là va chạm không làm thay đổi tính chất của hạt, là va chạm mà trong đó các
hạt tƣơng tác chỉ lệch đi một góc nhỏ, đóng một vai trò đặc biệt.
Chúng ta dùng khái niệm cổ điển để nghiên cứu va chạm đàn hồi, vì lý
thuyết cổ điển không áp dụng đƣợc cho các mức năng lƣợng nguyên tử nên chỉ áp
dụng lý thuyết cổ điển khi:
2
mv
h
Vậy lý thuyết cổ điển đúng chỉ với năng lƣợng của hạt va chạm lớn và tiết
diện hiệu dụng biến đổi chậm hơn v-2
.
Tán xạ đàn hồi của điện tử và ion
Va chạm đàn hồi giữa electron với phân tử hoặc nguyên tử là một trong
những sự va chạm thƣờng hay gặp nhất trong plasma
Xét 2 hạt tƣơng tác với nhau
Động năng toàn phần của hạt: r
r v
m
U 2
'
2
1
vr vận tốc tƣơng đối của hai hạt trƣớc va chạm
Tổng động năng và thế năng
)
(
'
2
1 2
0 r
v
m
U r
r
74. 8
eff
r r
m
U
2
0 '
2
1
Khi r‟= 0 thì
2
2
0
0
2
)
(
r
m
P
r
U
r
r
r
1
~
)
(
và 2
1
~
)
(
r
r
Góc lệch toàn phần đƣợc tính bằng công thức:
m
2
Với
m
r
m
dr
d
dr
m
r
r
b
U
r
r
dr
b
2
1
2
2
0
2
)
(
1
2
b g i là thông số va chạm
Ta có (r) ~ rn
(,v) ~ v-4/n
Do (,v) tỉ lệ thuận với b2
nên
(,kv0) =k-4/n
(,vo)
Suy ra ~
v
1
Vậy vận tốc hiệu dụng tỉ lệ nghịch với vận tốc electron
2.1.4. Va chạm không đàn hồi
a) Va chạm không đàn hồi loại 1
75. 9
Là va chạm làm thay đổi tính chất của một hay nhiều hạt. Nhờ vào sự va
chạm không đàn hồi mà các quá trình nhƣ: sự ion hóa, sự kích thích, sự phân li, sự
hóa hợp… có thể xảy ra
Trong va chạm không đàn hồi loại 1 khi kích thích hoặc ion hóa thì một phần
động năng của hạt sẽ chuyển vào thế năng của hạt kia
Theo định luật bảo toàn năng lƣợng
2
'
2
'
2
2
2
2
2
1
2
1
2
2
2
1
2
1 v
m
v
m
v
m
v
m
Từ định luật bảo toàn xung lƣợng
m1v1 + m2v2 =m1v‟1 +m2v‟2
Ta nhận đƣợc 1
1
2
1
2
W
W
m
m
m
H
H tỉ số truyền năng lƣợng khi va chạm không đàn hồi
Điều kiện đối với năng lƣợng hạt bay đến trong va chạm đàn hồi là:
HW1 ≥ eVi
Thời gian hạt bay đến trong vùng tƣơng tác của trƣơng nguyên tử:
r
v
b
Thời gian chuyển điện tử từ mức quỹ đạo này lên mức quỹ đạo khác, hoặc
tách nó ra khỏi nguyên tử
h
'
Trong va chạm không đàn hồi =‟
Sự chuyển điện tích của hạt
- Sự chuyển điện tích của hạt là sự truyền điện tích từ ion chuyển động nhanh
cho các nguyên tử chuyển động chậm. Kết quả là ion có năng lƣợng cao có thể biến
thành nguyên tử trung hòa, ion mới đƣợc hình thành trong plasma có năng lƣợng
thấp. Quá trình này đóng vai trò quan tr ng trong plasma phản ứng nhiệt hạch
An+
+ ->A(n-1)+
+ M+
Từ khảo sát chúng ta kết luận rằng cùng với sự tăng lên của vận tốc proton,
lúc đầu tiết diện trao đổi điện tích đƣợc tăng nhanh khi vận tốc proton đạt đến một
giá trị nào đó thì tiết diện đạt giá trị cực đại, và sau đó bắt đầu giảm xuống nhanh.
Vận tốc proton tại đó tiết diện hiệu dụng lớn nhất đƣợc g i là vận tốc tối ƣu
* Sƣ kích thích
e + A -> A+
+ e + e
e + A -> A*
+ e
76. 10
A+
+ A-> A+
+ A+
+ e
A + A -> A+
+ A + e
Khi va chạm với một hạt nặng, electron sẽ gây ra sự kích thích hạt đó, nhờ
vậy hạt có năng lƣợng cao hơn trƣớc khi va chạm
Nguyên tử hay ion đƣợc kích thích thích có thể chuyển về mức năng lƣợng
không kích thích nhỏ hơn, nhờ đó năng lƣợng ánh sáng đƣợc phát xạ
* Sự ion hóa
Quá trình ion hóa là sự tách electron khỏi nguyên tử hoặc phân tử khí, nó
đóng một vai trò đặc biệt, thiếu quá trình ion hóa thì không thể có plasma
+plasma đậm đặc: sự ion hóa chất khí sinh ra do tác dụng va chạm giữa các
nguyên tử hoặc nguyên tử trung hòa với các electron
+plasma quá loãng: tác dụng bức xạ cực ngắn là nguyên nhân gây ra sự ion
hóa
b) Va chạm không đàn hồi loại 2
- Khi va chạm thế năng của hạt kích thích chuyển qua hạt khác dƣới dạng thế
năng hay động năng, sau khi va chạm hạt kích thích sẽ trở về trạng thái cơ bản. Nếu
hạt kích thích va chạm với nguyên tử sẽ cung cấp động năng cho điện tử. Nếu va
chạm với nguyên tử hoặc ion thì chúng sẽ bị kích thích hoặc ion hóa.Va chạm
không đàn hồi loại 2 làm sản sinh thêm hạt nhanh trong plasma
-Va chạm không đàn hồi loại 2 đóng vai trò rất quan tr ng trong phóng điện
khí chủ yếu là:
+ Hiệu ứng Penning : là hiệu ứng ion hóa nguyên tử phân tử khí tạp chất do
va chạm loại 2 với nguyên tử khí siêu bền cơ bản. Là phƣơng pháp làm giảm thế
cháy, thế mồi phóng điện
+ Dập tắt khí siêu bền: khi mức năng lƣợng khí siêu bền cơ bản nằm rất gần
mức năng lƣợng kích thích của nguyên tử tạp chất, nguyên tử khí siêu bền cơ bản sẽ
mất năng lƣợng của mình và không ảnh hƣởng lên phóng điện. Là phƣơng pháp
làm tăng thế cháy, thế mồi phóng điện hoặc làm giảm thời gian khử ion hóa của
phóng điện ẩn
+ Thành lập môi trƣờng đảo lộn của laser khí: sự truyền kích thích do va
chạm không đàn hồi loại 2 giữa các hạt khí cơ bản để thành lập mật độ đảo lộn của
laser khí
2.1.5. Sự tái hợp
- Là quá trình kết hợp ion với electron để thành nguyên tử hoặc phân tử trung
hòa. Quá trình này đƣợc coi là quá trình ngƣợc với quá trình ion hóa. Khi tái hợp
77. 11
nội năng toàn phần của hệ giảm. Vì vậy quá trình có thể xảy ra với động năng của
hạt tƣơng tác nhỏ bất kì, xác suất tái hợp lớn nhất khi chuyển động của các hạt là
chậm nhất. Năng lƣơng thừa có thể giải phóng dƣới các dạng khác nhau: bức xạ
điện từ, kích thích, chuyển sang hạt thứ ba, tăng động năng của các hạt trung hòa
mới thành lập.Trong trƣờng hợp tái hợp ion nguyên tử, năng lƣợng thừa chính là
năng lƣợng cần thiết để tách ion âm và ion dƣơng ra khỏi nguyên tử
- Sự tái hợp đóng vai trò quan tr ng trong môi trƣờng plasma áp suất lớn có
4 dạng tái hợp
+ Tái hợp kèm theo bức xạ: sự tái hợp trực tiếp của electron tự do với ion
dƣơng, nhờ đó năng lƣợng dƣ thừa của electron đƣợc bức xạ dƣới dạng lƣợng tử,
quá trình này không đóng vai trò quan tr ng trong plasma
+ Tái hợp với kích thích hai lần :sự tái hợp này xảy ra khi ion dƣơng tác
động đồng thời vào 2 electron. Khi đó ion dƣơng trung hòa với 1 trong 2 electron,
còn electron kia thu năng lƣợng ion hóa tỏa ra trong quá trình đó để bay ra khỏi với
vận tốc lớn hơn. Quá trình này xảy ra khi mật độ electron trong plasma khá cao
+ Tái hợp do va chạm ba hạt: nhờ hạt thứ ba mang năng lƣợng thừa nên quá
trình tái hợp xảy ra khá hiệu dụng
+ Tái hợp phân ly: Khi va chạm với điện tử, ion dƣơng không chuyển mức
có kèm bức xạ,mà bị rơi vào trạng thái không bền vững rồi bị phân ly, trong quá
trình này hệ số tái hợp rất lớn
2.2. Đặc điểm Plasma
2.2.1. Phân loại
- Có hai plasma là plasma nhiệt độ cao và plasma nhiệt độ thấp
+Plasma nhiệt độ thấp có nhiệt độ trong khoảng 3000-70000K,
thƣờng đƣợc sử dụng trong đèn huỳnh quang, ống phóng điện tử, tivi plasma…
+Plasma nhiệt độ cao có nhiệt độ lớn hơn 70000K, thƣờng gặp ở mặt
trời và các ngôi sao, trong phản ứng nhiệt hạch…
2.2.2. Ƣu và nhƣợc điểm
Ƣu điểm của phƣơng pháp cắt Plasma
- Phƣơng pháp cắt plasma có các lợi thế đối với phƣơng pháp cắt laser, và
cắt oxy-gas:
- Tốc độ cắt nhanh: Tốc độ cắt plasma nhanh hơn cắt oxy-gas khi thực hiện với
các tấm dày dƣới 50mm. Tốc độ cắt plasma nhanh hơn cắt laser khi thực hiện với
các tấm dày hơn 3mm. Tốc độ cắt nhanh giúp tăng năng xuất, giảm giá thành chung
sản xuất.
78. 12
- Có thể cắt nhiều loại vật liệu, cũng nhƣ độ dày khác nhau. Cắt plasma có
thể cắt nhiều loại vật liệu chứa sắt, hoặc không chứa sắt.độ dày cắt có thể lên đến
80mm.
- Dễ dàng vận hành: Cắt plasma không yêu cầu kỹ thuật cao đối với ngƣời
vận hành, việc đào tạo cũng dễ dang, thao tác cắt đơn giản, không cần phải điều
chỉnh nhiều khi thao tác.
- Tính kinh tế: Cắt plasma có tính kinh tế hơn so với cắt oxy-gas khi cắt với
các tấm dày dƣới 25mm.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp cắt Plasma
- Điện cực cắt, vòi phun thƣờng xuyên phải thay thế làm tăng giá thành sản
xuất.
- Cắt plasma không thể cắt với vật cắt không phải kim loại.
2.3.Plasma cắt kim loại
2.3.1. Tia Plasma Cắt Kim Loại
` Quá trình cắt Plasma đƣợc sử dụng để cắt kim loại dẫn điện, bằng
cách dùng chất khí dẫn điện để chuyển năng lƣợng từ nguồn cấp điện qua đầu cắt
đến tấm kim loại cần cắt. Nhƣ chúng ta biết, chất khí (VD: Không khí, Oxy,
Nitơ…) là không dẫn diện ở trạng thái bình thƣờng. Tuy nhiên, nếu cung cấp vào
nguồn khí một năng lƣợng lớn làm ion hóa các nguyên tử khí thì nó trở nên dẫn
diện.Khi quá trình oxy hóa xảy ra cực mạnh cùng lúc với việc cung cấp dòng điện
lên tục qua dòng khí đã bị ion hóa thì sẽ tạo ra dòng plasma. Dẫn dòng plasma này
đến đầu cắt để cắt kim loại. Lúc này đầu cắt và tấm kim loại cần cắt tạo ra một dòng
điện khép kín để duy trì tia plasma liên tục trong suốt quá trình cắt.
Một hệ thống cắt plasma cơ bản bao gồm: một bộ nguồn cung cấp năng
lƣợng, một mạch khởi động hồ quang và đầu cắt. Các thành phần hệ thống cung cấp
năng lƣợng điện, khả năng ion hóa và quy trình điều khiển là cần thiết để cho ra
đƣờng cắt chất lƣợng và năng suất cao trên nhiều loại kim loại khác nhau.
Bộ nguồn cung cấp năng lƣợng là một nguồn điện một chiều liên tục có điện
áp từ 240 đến 400 VDC.Dòng điện ngõ ra của bộ nguồn xác định tốc độ và độ dày
vật liệu cần cắt của hệ thống.Chức năng chính của bộ nguồn là để cung cấp năng
lƣợng chính xác để duy trì hồ quang plasma sau khi ion hóa.
Mạch khởi động hồ quang là một bộ phát tần số cao tạo ra một điện áp xoay
chiều từ 5000 đến 10000 volt ở tần số 2 triệu Hz (2MHz). Điện áp này đƣợc sử
dụng để tạo ra một hồ quang cƣờng độ cao bên trong đầu cắt để ion hóa khí, vì thế
tạo ra plasma.
79. 13
Đầu cắt dùng để giữ các chi tiết tiêu hao nhƣ vòi phun (béc cắt) và điện cực,
cung cấp chất làm mát (khí hoặc nƣớc) đến những bộ phận này. Các vòi phun và
điện cực nén và duy trì tia plasma.
2.3.2. Hoạt Động Của Một Máy Cắt Plasma
Bộ nguồn cung cấp và mạch khởi động hồ quang đƣợc 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 đƣợc 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 đƣợc nối
đến cực dƣơng của bộ nguồn thông qua một điện trở và relay(g i là Pilot arc relay),
trong khi vật liệu cần cắt đƣợc nối trực tiếp đến cực dƣơng. Luồng khí đi qua vòi
phun và thoát ra ngoài. Không có tia hồ quang ở thời điểm này, cũng nhƣ không có
dòng điện chạy qua nguồn DC (Nên mới g i là điện áp hở mạch).
Hình 2.1
Sau khi dòng khí ổn định, mạch khởi động hồ quang bắt đầu làm việc. Với
điện áp do mạch này tạo ra khoảng từ 5000 – 10000 VAC ở tần số cao, tia lửa điện
sẽ đƣợc phóng qua giữa điện cực và vòi phun bên trong đầu cắt, nơi dòng khí phải
đi qua để thoát ra ngoài. Năng lƣợng chuyển từ tia lửa điện với tần số cao qua dòng
khí làm cho nó bị ion hóa và trở nên dẫn điện. Dòng khí dẫn điện này tạo thành
đƣờng dẫn điện giữa điện cực và vòi phun, và kết quả là hồ quang plasma đƣợc hình
thành. Dòng khí này buộc tia hồ quang này đi qua lổ của vòi phun ra ngoài, tạo
thành dòng mồi hồ quang (Pilot arc).
Hình 2.2
Khi vòi phun đủ gần với vật liệu cần cắt, dòng hồ quang mồi sẽ đánh vào vật
liệu nhƣ là đƣờng dẫn dòng điện đến cực dƣơng (của bộ nguồn) mà không bị giới
80. 14
hạn bởi điện trở nhƣ vòi phun nối đến cực dƣơng. Dòng điện chảy qua vật liệu
đƣợc nhận biết bởi bộ nguồn. Khi dòng điện này đƣợc phát hiện bộ khởi động hồ
quang ngƣng làm việc và pilot relay sẽ mở ra. Dòng khí ion hóa đƣợc duy trì với
năng lƣợng từ hồ quang của nguồn điện một chiều.
Hình 2.3
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 dƣới của
đƣờng cắt. Tại thời điểm này đầu cắt bắt đầu di chuyển và qui trình cắt bắn đầu.
Hình 2.4
Trƣờng hợp đầu cắt Plasma đƣợc gắn trên máy CNC (Máy cắt plasma CNC),
bộ điều khiển của máy CNC sẽ cảm ứng tín hiệu từ bộ nguồn plasma cho biết dòng
hồ quang plasma đã đƣợc thiết lập thành công. Lúc đó máy CNC sẽ bắt đầu di
chuyển đầu cắt theo bản vẽ. Đồng thời cho phép bộ điều khiển độ cao đầu cắt
plasma (THC – Torch Height Controller) hoạt động, thiết bị này sẽ tự động cảm ứng
và điều khiển độ cao đầu cắt lên xuống theo độ cong vênh của vật liệu, để đảm bảo
độ cao của vòi phun so với bề mặt liệu luôn ổn định ở độ cao mong muốn
2.4.Plasma lựa chọn phƣơng án tối ƣu để cắt kim loại tấm thép cacbon và Inox
- Plasma nhanh chóng trở thành công nghệ cắt đƣợc lựa ch n rộng rãi trên
thế giới. Một ngƣời sử dụng cắt oxyfuel có kinh nghiệm có thể có đƣợc kết quả cắt
tốt với các ứng dụng nào đó , ví dụ nhƣ cắt thép cácbon thấp rất dầy. Tuy nhiên, với
tốc độ cắt nhanh, chất lƣợng cắt cực cao, và có khả năng cắt nhiều loại vật liệu,
plasma là lựa ch n lý tƣởng cho nhiều ứng dụng cắt kim loại.
Cắt bằng plasma với thiết bị cắt của Hypertherm có những ƣu thế hơn hẳn so
với cắt bằng ôxy-gas nhƣ sau:
Chất lƣợng cắt tốt hơn
Năng suất cắt cao hơn
Chi phí cắt trên mỗi chi tiết cắt thấp hơn
Lợi nhuận cao hơn
81. 15
Dễ sử dụng hơn
Tính linh hoạt cao hơn
Sử dụng an toàn hơn
- Chất lƣợng cắt tốt hơn
- Xỉ, vùng ảnh hƣởng nhiệt và góc cắt là các yếu tố chính đánh giá chất
lƣợng cắt. Với vết cắt plasma, hầu nhƣ không có xỉ và vùng ảnh hƣởng nhiệt rất nhỏ
so với cắt bằng ôxy.
Quá trình plasma sử dụng nhiệt độ cao và khí nén áp lực lớn để làm tan chảy
kim loại và thổi vật liệu nóng chảy ra từ mạch cắt. Cắt bằng ng n lửa oxy tạo ra
một phản ứng hóa h c giữa oxy và thép, tạo xỉ oxit sắt hoặc vảy sắt. Do sự khác biệt
trong quá trình này, xỉ sắt hình thành trong quá trình cắt plasma ít hơn, và xỉ này ít
bám dính hơn do đó dễ dàng loại bỏ.
Hình dƣới đây cho thấy mạch cắt không có xỉ (chi tiết dày 50mm) khi sử
dụng máy cắt HyPerformance HPR400XD.
Hình 2.5
- Xỉ cắt
Quá trình plasma sử dụng nhiệt độ cao và khí nén áp lực lớn để làm tan chảy
kim loại và thổi vật liệu nóng chảy ra từ mạch cắt. Cắt bằng ng n lửa Oxy tạo ra
một phản ứng hóa h c giữa oxy và thép, tạo xỉ oxit sắt hoặc vảy sắt. Do sự khác biệt
trong quá trình này, xỉ sắt hình thành trong quá trình cắt plasma ít hơn, và xỉ này ít
bám dính hơn do đó dễ dàng loại bỏ.
Mẫu cắt dầy 30mm bằng máy cắt tay Powermax, mặt cắt khá phẳng và
không có xỉ
Hình 2.6
Mẫu cắt dầy 30mm bằng mỏ cắt tay ôxy-gas, mặt cắt thô ráp hơn và có xỉ
82. 16
Một trong các mối quan tâm khi cắt kim loại là kích thƣớc vùng ảnh hƣởng
nhiệt. Nhiệt độ cao làm thay đổi cấu trúc kim loại, làm biến dạng chi tiết do nhiệt.
Với quy trình cắt nào cũng vậy, khi mỏ cắt di chuyển nhanh hơn thì vùng ảnh
hƣởng nhiệt nhỏ hơn. Vì vậy, tốc độ cắt plasma nhanh hơn tạo nên vùng ảnh hƣởng
nhiệt nhỏ hơn, do đó cần ít thời gian hơn cho việc xử lý sau khi cắt.
Các màu nóng cũng có thể là một mối quan tâm đối với một số ngƣời sử
dụng cắt oxyfuel. Không giống nhƣ vùng ảnh hƣởng nhiệt (Haz) không thể nhìn
thấy đƣợc, nhiệt độ màu chỉ ra một sự đổi màu của kim loại. Thêm nữa, tốc độ cắt
plasma nhanh hơn tạo nên một khu vực màu nhiệt nhỏ hơn. Những hình ảnh này
cho thấy sự khác biệt giữa hai mẫu cắt vật liệu thép cacbon giống hệt nhau – một
cắt bằng plasma và mẫu khác với oxyfuel. Cắt ôxyfuel với tốc độ chậm hơn tạo nên
khu vực màu nhiệt lớn hơn 5 lần so với kích thƣớc của màu nhiệt trên mảnh cắt với
plasma.
Hình 2.8: Màu nhiệt chỉ là 2mm khi cắt bằng plasma
Hình 2.9: Tốc độ cắt với thép cacbon dầy 12mm
- NĂNG SUẤT CẮT CAO HƠN
Với khả năng đục lỗ và cắt nhanh hơn đến 8,5 lần so với cắt oxyfuel, plasma
cho phép tăng năng suất cắt đáng kể. Bảng dƣới đây so sánh tốc độ cắt giữa các
dòng máy cắt của Hypertherm HySpeed, HyPerformance, và Powermax cho thép
cacbon thấp có chiều dầy 12 mm. Có thể thấy, ở chiều dầy cắt này, Hypertherm có
một dải thiết bị có tốc độ cắt từ nhanh hơn một chút so với cắt ôxy đến cắt nhanh
hơn 8,5 lần
83. 17
Hình 2.10: Tốc độ cắt với thép cacbon dầy 12mm
- CHI PHÍ CẮT CHO MỘT CHI TIẾT THẤP HƠN
Khi xem xét về vấn đề chi phí cắt, điều quan tr ng là hiểu sự khác biệt giữa
chi phí sản xuất và chi phí sản xuất cho mỗi chi tiết hoặc trên mỗi mét cắt.
Vì vậy, làm thế nào để bạn xác định đƣợc chi phí thực tế khi cắt một chi tiết?
Chi phí sản xuất trên mỗi mét cắt là là chi phí của m i yếu tố cần thiết để cắt trong 1
giờ chia cho tổng số mét có thể cắt trong 1 giờ. Các chi phí cắt bao gồm vật liệu tiêu
hao, điện, khí, nhân công và chi phí khác.
Tổng số mét cắt trong 1 giờ đƣợc xác định bằng tốc độ cắt nhƣ biểu đồ ở
phần “ Năng suất cao hơn” ở trên
Chi phí cắt cho mỗi chi tiết theo đó là tổng chiều dài cắt làm nên chi tiết đó
nhân với chi phí mỗi mét cắt.
Chi phí sản xuất /1mét x chiều dài cắt của chi tiết = Chi phí cắt/chi tiết
Dƣới đây là tính toán cơ sở để xác định chi phí cắt một chi tiết hình vuông có
cạnh dài 3 feet (0,9m) hoặc tính ra chiều dài cắt là 12 feet (3,66 m), vật liệu thép
cacbon có chiều dầy 12 mm, sử dụng hệ thống cắt plasma HPR260 của Hypertherm
và mỏ cắt ôxy-gas
HPR260
Plasma
Oxyfuel
Chi phí sản xuất trong 1 h $44.65 $33.80
Số mét cắt trong 1h dựa
trên tốc độ cắt
221 m 30.5 m
Chi phí cho mỗi mét cắt $0.20 $1.11
Chi phí cắt cho một chi
tiết (3.66 meter)
$0.72 $4.08
Hình 2.11: Bảng so sanh giá thành cắt Plasma va Oxyfuel
Plasma có chi phí cắt một chi tiết thấp hơn nhiều bởi vì tốc độ cắt nhanh hơn
cho phép tăng số chi tiết hoàn thiện trong một thời gian nhất định.
84. 18
Với máy cắt tay, chi phí cho một công việc hoặc một thao tác có thể là một
cách tốt hơn để đánh giá tiết kiệm. Chi phí sản xuất trong một giờ nhân với độ dài
thời gian cần để hoàn thành công việc bằng chi phí của công việc đó.Với cắt bằng
ôxy-gas, cần lƣu ý là bao gồm thời gian gia nhiệt và các thao tác phụ trong thời gian
đòi hỏi.
- LỢI NHUẬN CAO HƠN
Chi phí cắt plasma trên mỗi chi tiết thấp hơn tác động trực tiếp lên lợi nhuận.
Bạn tiết kiệm đƣợc tiền trên mỗi chi tiết cắt, tăng lãi ròng theo từng sản phẩm. Và
khi số lƣợng sản phẩm cắt trong mỗi giờ tăng, dĩ nhiên là tăng tổng số lợi nhuận
thêm nữa.
Nhƣ đã đề cập ở phần trƣớc, cắt bằng plasma có chi phí là $0.72/mỗi chi tiết so với
$4.08 khi cắt bằng oxy-gas.Nhƣ vậy sẽ giảm đƣợc $3.36 trên mỗi chi tiết cắt.
Khi sản xuất với số lƣợng lớn hơn chi tiết trong 1h, sử dụng quy trình cắt
plasma làm tăng lợi nhuận tiềm năng. Dựa trên tốc độ cắt, với thiết bị HPR260 có
thể cắt đƣợc khoảng 52 chi tiết hình vuông cạnh 0,9 mét trong một giờ với độ dầy
tấm là 12 mm, hơn rất nhiều lần số chi tiết mà cắt bằng ôxy-gas có thể thực hiện.
Điều này làm tăng sản lƣợng cắt, qua đó tạo ra tiềm năng cho lợi nhuận tăng thêm.
Hình 2.12
Để thực sự hoàn thành bức tranh so sánh chi phí, bạn cũng sẽ muốn xem xét
các chi phí mà các hoạt động phụ thêm vào chi tiết. Chi phí cho các hoạt động phụ
thƣờng bao gồm chi phí lao động, do vậy số tiền chi tiêu nhân tỷ lệ lao động sẽ thể
hiện các khoản tiết kiệm.
- DỄ SỬ DỤNG HƠN
Thiết lập và duy trì chế độ ngon lửa ôxy-gas là kỹ năng cần có thời gian và
thực hành để làm chủ quá trình cắt ôxy.Với máy cắt plasma, đơn giản chỉ cần chạy
máy nén khí, và điều chỉnh dòng cắt.
Nếu sử dụng máy cắt plasma đƣợc tự động hóa với hệ thống điều khiển CNC
và bảng điều chỉnh khí tự động, tất cả các thông số đƣợc cài đặt cho ngƣời sử dụng.
Không cần phải điều chỉnh khí bằng tay nữa.
Nói chung sử dụng máy cắt plasma đơn giản và thuận tiện hơn nhiều so với
cắt bằng mỏ ôxy-gas
- TÍNH LINH HOẠT CAO HƠN
85. 19
Plasma có thể cắt bất kỳ vật liệu dẫn điện nào bao gồm thép cácbon, thép
không gỉ, nhôm, đồng,… Trái lại, cắt ôxy thực hiện đƣợc bởi phản ứng hóa h c
giữa ôxy và sắt ở thép cacbon, do đó chỉ có thể đƣợc sử dụng để cắt thép cabon
thấp.
Thêm nữa, máy cắt plasma có thể đƣợc dùng để đục lỗ, đánh dấu, cắt đƣợc
kim loại gỉ hoặc kim loại đƣợc sơn phủ hoặc kim loại xếp chồng. Ngoài ra, plasma
có thể vát mép hoặc cắt kim loại dạng lƣới. Điều này rất khó thực hiện với mỏ ôxy-
gas
- SỬ DỤNG AN TOÀN HƠN
Oxyfuel là hỗn hợp khí oxy và khí đốt. Các loại khí đốt phổ biến nhất là
acetylene, propane,MAPP , propylene và khí tự nhiên. Trong số đó, acetylene là
phổ biến nhất vì nó tạo ra ngon lửa nóng hơn và thời gian đục thủng nhanh hơn các
loại khí đốt khác.
Tuy nhiên, acetylene là một loại khí không ổn định và rất dễ bắt lửa, rất nhạy
cảm với nhiệt độ và áp lực vƣợt quá (quá áp), cũng nhƣ nhạy cảm với tĩnh điện.Một
vụ nổ axetylen có thể gây ra thiệt hại hàng ngàn đô la về tài sản và gây nguy hiểm
nghiêm tr ng cho bất cứ ai ở vị trí lân cận.
Các hệ thống plasma, hoạt động với khí nén, không sử dụng khí đốt dễ
cháy.Một số hệ thống plasma khác sử dụng những loại khí khác nhau (gồm cả
không khí), phổ biến nhất là ôxy và nitơ.Các loại khí này ổn định hơn acetylene và
đòi hỏi xử lý đặc biệt ít hơn.
Mặc dù tất cả các phƣơng pháp cắt nhiệt sinh ra khói và tiếng ồn, ngƣời ta có
thể xử lý bằng cách sử dụng cắt plasma tự động với bàn cắt dƣới nƣớc, cho phép
giảm khói và tiếng ồn đáng kể. Hầu hết các dạng cắt oxyfuel không thể sử dụng cắt
dƣới nƣớc vì có thể tạo nên trạng thái dễ gây nổ..
- 7 LÝ DO KHIẾN CHO CÔNG NGHỆ CẮC PLASMA ĐÁNH BẠI CÔNG
NGHỆ CẮT OXY
Plasma nhanh chóng đƣợc các nhà sản xuất ƣu tiên lựa ch n bởi công nghệ
cắt này có nhiều ƣu điểm: tốc độ cắt nhanh, chất lƣợng cắt cao cấp và dễ dàng sử
dụng
Chất lƣợng cắt tốt hơn
Vết cắt plasma có ít xỉ cắt, ít cong vênh và vùng ảnh hƣởng nhiệt nhỏ
Năng suất cắt cao hơn
Với tốc độ cắt nhanh hơn đáng kể so với cắt oxy-gas, plasma cho một năng suất cắt
cao hơn
Chi phí cắt cho mỗi chi tiết thấp hơn
86. 20
Chi phí sản xuất trên toàn bộ các chi tiết cắt trong mỗi giờ lớn hơn, do đó chi phí
trên mỗi chi tiết cắt nhỏ hơn
Suất lợi nhuân cao hơn
Chi phí sản xuất thấp hơn và năng suất cắt cao hơn đem lại nhiều lợi nhuân hơn
Dễ sử dụng hơn
Không sử dụng khí cháy nên không cần điều chỉnh khí để tạo ng n lửa cắt. Cấu tạo
đặc biệt của mỏ cắt plasma cho phép thao tác cắt dễ dàng
Tăng tính linh hoạt
Cắt hoặc đục thổi thép cacbon, nhôm, inox đồng và nhiều kim loại khác. Cắt đƣợc
nhiều dạng kết cấu dạng lƣới, ống, kim loại xếp chồng, các chi tiết có bề mặt bẩn
hoặc sơn phủ
Cải thiện tính an toàn
Phần lớn khí cháy thông thƣờng cho cắt ôxy-gas là acetylene là khí dễ cháy và
không ổn định. Với cắt plasma chỉ cần sử dụng khí nén
.
Hình 2.13
2.5.Các Biến Thể Của Quá Trình Cắt Plasma
Trải qua quá trình phát triển hơn nữa thế kỷ, công nghệ cắt plasma đã phát
triển qua 5 thế hệ để đáp ứng với những nhu cầu cắt từ đơn giản đến nâng cao.
2.5.1. Cắt Plasma thông thƣờng
87. 21
Quá trình này thƣờng sử dụng một loại khí duy nhất (Thƣờng là khí nén hay
Nitơ) cho cả khí dùng tạo ra plasma và khí làm mát. Hầu hết các hệ thống này có
công suất dƣới 100A, để cắt vật liệu dày dƣới 15mm. Chủ yếu dùng để cắt bằng tay.
2.5.2. Cắt Plasma hai đƣờng khí
Quá trình này dùng hai đƣờng khí; một cho tạo tia plasma và một cho khí
bảo vệ. Khí bảo vệ đƣợc dùng để bảo vệ vùng cắt khỏi không khí (Để chổ vết cắt
không bị oxy hóa), cho ra đƣờng cắt sạch hơn.Đây có lẻ là loại phổ biến nhất, khi sự
kết của các loại khí khác nhau có thể cho ra chất lƣợng tốt nhất có thể cắt trên một
vật liệu.
Hình 2.14
VD: Khi cắt thép carbon dùng khí Plasma là Oxy, khí bảo vệ là khí nén sẽ
cho chất lƣợng đƣờng cắt tốt nhất.
Khi cắt Inox thì dùng khí Plasma là hỗn hợp gồm 95% Nitơ và 5% Hydro,
khí bảo vệ là Nitơ thì đƣờng cắt sẽ đẹp và không bị cháy đen nhƣ khi dùng khí nén.
Cắt Plasma với khí bảo vệ bằng nƣớc
Hình 2.15
Đây là một biến thể của qui trình cắt plasma hai đƣờng khí, ở đây nƣớc đƣợc
thay thế cho khí bảo vệ. Nó tăng khả năng làm mát cho vòi phun và vật liệu cho
chất lƣợng cắt tốt hơn khi cắt Inox. Loại này chỉ dùng cắt bằng máy CNC.
2.5.3. Cắt Plasma phun nƣớc
Hình 2.16
88. 22
Quá trình này sử dụng một khí duy nhất cho Plasma và sử dụng nƣớc toả
tròn hoặc xoáy phun trực tiếp vào hồ quang để cải thiện độ nén hồ quang, do đó mật
độ hồ quang và nhiệt độ tăng. Quá trình này đƣợc sử dụng cho các bộ nguồn plasma
có công suất từ 260-750 A cho đƣờng cắt chất lƣợng cao trên nhiều loại vật liệu và
độ dày. Quá trình này chỉ dành cho các ứng dụng cắt bằng máy CNC.
2.5.4. Cắt Plasma độ chính xác cao
Hình 2.17
Quá trình này tạo ra chất lƣợng cắt cao trên vật liệu mỏng hơn, (nhỏ hơn
25mm) ở tốc độ chậm hơn.Cải thiện chất lƣợng này là kết quả của việc sử dụng các
công nghệ mới nhất để siêu nén hồ quang, tăng đáng kể mật độ năng lƣợng.Tốc độ
chậm hơn đƣợc yêu cầu cho phép các thiết bị chuyển động để đƣờng cắt chính xác
hơn.Quá trình này chỉ dành cho các ứng dụng cắt bằng máy CNC.
2.6.Khái quát về máy CNC.
2.6.1. Vài nét sơ lƣợc về máy CNC.
Điều khiển số NC (Numerical Control) là phƣơng pháp tự động điều chỉnh
các máy công tác (máy công cụ, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu, chi tiết gia
công, sản phẩm...) trong đó các chuyển động điều khiển đƣợc sản ra trên cơ sở cung
cấp các dữ liệu ở dạng mã nhị phân. Nó đƣợc biểu diễn dƣới dạng các con số thập
phân, các chữ cái và kí hiệu đặc trƣng tạo thành một chƣơng trình làm việc của thiết
bị hay của hệ thống.
Trƣớc đây, cũng đã có những quá trình gia công cắt g t đƣợc điều khiển theo
chƣơng trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thuỷ
lực.... Ngày nay, với sự tiến bộ vƣợt bậc của KH- KT nhất là trong lĩnh vực điều
khiển số và tin h c đã tạo điều kiện cho quá trình gia công với sự trợ giúp của máy
tính.
Việc sử dụng các máy CNC cho phép giảm khối lƣợng gia công chi tiết,
nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, đồng thời cho phép rút ngắn
đƣợc chu kỳ sản xuất. Do đó, hiện nhiều nƣớc trên thế giới đã và đang ứng dụng
rộng rãi công nghệ mới này vào lĩnh vực cơ khí chế tạo. Đặc biệt là chế tạo các
khuôn mẫu chính xác, các chi tiết đòi hỏi độ chính xác và độ phức tạp cao.
Trong thời gian đó, ngành công nghệp nói chung đã bắt đầu nhận ra những
ƣu thế tiềm tàng của kỹ thuật điều khiển số. Điều đó buộc h phải xem xét một cách
89. 23
nghiêm túc, chặt chẽ và kỹ càng những vấn đề về ngành chế tạo máy của chính h .
Đồng thời, h cũng phải suy nghĩ xem kỹ thuật công nghệ mới này có thể giúp đỡ
h nhƣ thế nào để cải tiến phƣơng pháp hiện có của h . Ngƣời ta nhanh chóng nhận
ra rằng, phần lớn các bài toán cắt g t kim loại nhƣ: Khoan lỗ, tiện, phay đƣờng
thẳng không nhất thiết đòi hỏi tới bộ điều khiển hiện đại, sử dụng những phƣơng
máy tính hoá. Thế nhƣng, việc ứng dụng ngay cả dạng cơ bản nhất của APT cho
những thành phần hình h c đơn giản cũng vừa cồng kềnh, vừa rắc rối và vừa đắt
tiền.
Do vậy, nhiều ngôn ngữ đơn giản hơn dùng cho mục đích đặc biệt đã đƣợc
phát triển. Tuy nhiên, đa số các ngôn ngữ này điều lấy APT làm gốc.
Rồi cho đến giữa những thập niên 70, 80 với sự phát triển của công nghệ vi
xử lí. Lần dầu tiên nó đƣợc đƣa vào thiết bị điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính,
tạo một bƣớc nhảy khổng lồ trong lĩnh vực điều khiển số. Từ các máy điều khiển số
NC trở thành những máy điều khiển số CNC (Computeized Numerical Control) tức
là những máy công cụ điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính. Mặc khác, cùng
với những môđun điện tử dùng để lƣu trữ dữ liệu và tạo xung, bộ vi xử lí hình thành
trung tâm đóng ngắt và tính toán của tất cả m i điều khiển số CNC hiện đại. Tốc độ
chuyển nhanh của các phần tử này đủ để đƣa ra nhiều chức năng và nhiệm vụ tính
toán khác nhau mà không làm ảnh hƣởng đến nhịp độ làm việc của các máy công cụ
ghép nối với chúng. Nhƣng nếu một bộ vi xử lí nào đó tỏ ra không đủ thực hiện m i
chức năng yêu cầu trong chu trình thời gian cực đại cho phép, thì khi đó có thể thêm
vào đơn vị xử lí thứ 2 hoặc thậm chí thứ 3 sử dụng song song hoặc luân phiên cho
những nhiệm vụ đặc biệt.
Từ thập niên 80 trở đi, với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các
mạng cục bộ và liên thông đã tạo điều kiện cho các nhà chế tạo thực hiện việc nối
kết giữa các máy CNC riêng lẽ (CNC Machine Tools) lại với nhau tạo thành các
trung tâm gia công DNC (Directe Numerical Control) nhằm khai thác một cách có
hiệu quả nhất nhƣ: cách bố trí, sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản
xuất.... Và cũng dựa trên nền công nghiệp này, một chuỗi các loại thiết bị, phần
mềm và hệ thống đƣợc phát triển không ngừng bỡi các viện nghiên cứu và công
nghệ khác nhau trên thế giới. Nhằm thoả mãn về nhu cầu thiết kế và chế tạo đặc
biệt.
Đó là những phần mềm thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ
CAD/CAM (Computer Aided Desgin/ Computer Aided Manufacturing) theo hệ
thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) và cao hơn là việc
90. 24
chế tạo, gia công chi tiết đƣợc thực hiện toàn bộ qua máy tính ngƣời ta g i là tổ hợp
CIM (Computer Intergraded Manufacturing).
Cho đến năm 2003 này, lịch sử phát triển của máy công cụ điều khiển số đã
đƣợc 51 tuổi. Nó đã đƣợc phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều nƣớc trên thế
giới. Từ những ứng dụng gia công đơn giản nhƣ việc di chuyển từ điểm đến điểm
của máy khoan đến những máy công cụ điều khiển 2 trục nhƣ máy tiện, điều khiển
3 trục nhƣ máy phay...và cho đến những nhiệm vụ tự động gia công nhiều trục và
độ phức tạp cao nhƣ các khuôn rèn dập, các khuôn đúc áp lực, cánh tuabin và những
chi tiết phức tạp của máy bay, tàu thuỷ.... Ngoài ra, ngày nay máy CNC còn đƣợc
dùng vào việc kiểm tra giám sát, điện báo điện tín và nhiều lĩnh vực khác đã đem lại
chất lƣợng và hiệu quả kinh tế rất đáng kể. Trong tƣơng lai, với lợi thế về sự ghép
nối các hệ thống CNC riêng lẽ với nhau để tạo thành mạng sẽ đƣợc phát huy trong
chiến lƣợt gia công toàn cầu. Trong đó, dòng thông tin đƣợc thu phát, chuyển giao
bằng hệ thống vệ tinh, đảm nhiệm vụ liên kết giữa nhu cầu thị trƣờng_ đơn đặt
hàng_ nhà thiết kế_ nhà chế tạo_ nhà cung cấp_ nhà tiêu thụ.... trong mạng liên
thông toàn cầu WAR (World Area Netword)
91. 25
2.6.2. Cấu tạo chung và quy ƣớc máy CNC.
Hình 2.17 Mô hình khái quát của máy CNC.
Máy gồm 2 phần chính:
a) Phần điều khiển: Gồm chƣơng trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển.
Chƣơng trình điều khiển là tập hợp các tín hiệu để điều khiển máy, đƣợc mã
hóa dƣới dạng chữ cái, chữ số và các kí hiệu khác nhƣ: dấu cộng, trừ, dấu
chấm….Chƣơng trình này đƣợc ghi lên cơ cấu mang chƣơng trình dƣới dạng mã số
(chẳng hạn mã nhị phân trong bộ nhớ máy tính).
Các cơ cấu điều khiển nhận tín hiệu từ cơ cấu đ c chƣơng trình, thực hiện
các phép biến đổi cần thiết để có đƣợc tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của
cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu
gửi về từ các cảm biến liên hệ ngƣợc. Bao gồm các cơ cấu đ c, giải mã, cơ cấu
chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuếch đại, cơ
cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín hiệu.
b) Phần chấp hành: Gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề
tự động hóa nhƣ các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, vận chuyển phôi….
Cũng nhƣ các máy cắt kim loại khác đây là bộ phận cắt kim loại tạo hình chi
tiết. Tùy theo khả năng công nghệ của máy mà bao gồm các bộ phận: Hộp tốc độ,
hộp chạy dao, thân máy, sống trƣợt, bàn máy, trục chính, ổ chứa dao, các tay máy…
Kết cấu từng bộ phận chính nhƣ máy vạn năng thông thƣờng, tuy nhiên có
một vài khác biệt để đảm bảo cho quá trình điều khiển tự động đƣợc ổn định, chính
xác, năng suất và mở rộng khả năng công nghệ của máy.
- Hộp tốc độ: Phạm vi điều khiển tốc độ lớn thƣờng là truyền động vô cấp, trong
đó sử dụng các ly hợp điện từđể thay đổi tốc độ đƣợc dễ dàng.
- Hộp chạy dao có nguồn dẫn động riêng thƣờng là động cơ bƣớc, sử dụng
phƣơng pháp khử khe hở của bộ truyền vitme- đai ốc bi….
92. 26
- Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thoát phoi, thay dao tự động.…
Trong các máy CNC có thể sử dụng các dạng điều khiển thích nghi khác
nhau đảm bảo một hay nhiều thông số tối ƣu nhƣ thành phần lực cắt, độ ồn, độ
rung, chế độ cắt….
Quy ƣớc hệ t a độ của máy CNC:
Hình 2.18 Hệ t a độ 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 t a độ vuông góc theo quy tắc bàn tay phải
(Hình 3.3). Trục Z thƣờng đƣợc quy ƣớc trùng với trục chính. Chiều dƣơng là chiều
dụng cụ cắt rời xa khỏi chi tiết. Chiều quay dƣơng cùng chiều kim đồng hồ nhìn từ
gốc t a độ. Trục X thƣờng đƣợc ch n 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.
Hình 2.19 Qui tắc bàn tay phải.
Hệ t a độ chuẩn:
*Điểm gốc của máy M (Machine Reference Zero).
Quá trình gia công trên máy điều khiển số đƣợc thiết lập bằng một chƣơng
trình biểu diễn mối quan hệ giữa dao và chi tiết. Do vậy để đảm bảo độ chính xác
93. 27
gia công thì các chuyển động của dao phải đƣợc so sánh với điểm gốc của máy
M. Điểm M là điểm giới hạn vùng làm việc của máy. Nó đƣợc các nhà chế tạo
qui định.
Ở máy phay thƣờng nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy.
*Điểm chuẩn của máy R (Machine Reference Point).
Là điểm mà toạ dộ của nó so với điểm gốc của máy M là không thay đổi và
cũng do các nhà chế tạo qui định.
Hình 2.20 Các điểmgốc và điểm chuẩn.
*Điểm zero của phôi W (Workpiece Zero Point).
Là gốc toạ độ của chi tiết và nó phụ thuộc vào ngƣời lập trình.
Đối với chi tiết phay ngƣời ta thƣờng ch n điểm W tại điểm góc ngoài của đƣờng
viền chi tiết.
*Điểm gốc của chƣơng trình P (Programmed).
Điểm gốc của chƣơng trình thực tế là điểm P của dụng cắt
Hinh 2.21
Hình 3.5. Các điểm gốc của chƣơng trình P.
P P
P
94. 28
Chú ý khi ch n điểm P phải thuận tiện cho việc thay dao (không làm ảnh
hƣởng đến chi tiết và đồ gá).
*Điểm chuẩn của gá dao T và điểm gá dao N.
Điểm T dùng để xác định hệ trục toạ độ của dao. Thƣờng khi gá dao trên
máy thì điểm T trùng với điểm N
Hình 2.22 Điểm chuẩn gá dao T và điểm gá dao N
2.6.3. Các kiểu hệ thống điều khiển.
Hệ thống điều khiển hở: Sử dụng động cơ bƣớc 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 bƣớc đƣợc sử dụng.
Hình 2.23 Điều khiển vòng hở.
Hệ thống điều khiển vòng kín: Sử dụng các động cơ servo DC. Hệ điều khiển
này đo lƣờng vị trí và tốc độ thực của động cơ và đem các giá trị này so sánh với
giá trị mong muốn thông qua đƣờng hồi tiếp. Nếu tín hiệu so sánh khác nhau thì
tiếp tục điều khiển động cơ cho đến khi giá trị hai tín hiệu bằng nhau.
T
N
96. 30
CHƢƠNG 3.NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY
CẮT PLASMA CHUYÊN DÙNG.
3.1.Lựa chọn phƣơng án cho máy cắt CNC Plasma
Căn cứ vào khả năng chuyển động của bàn máy CNC có thể chia làm 3 loại
mô hình máy CNC nhƣ sau:
+ Bàn máy đứng yên
Hình 3.1
+ Bàn máy di chuyển theo một phƣơng Y
Hình 3.2
+ Bàn máy di chuyển theo hai phƣơng X, Y
Hình 3.3
Mỗi loại kết cấu máy CNC trên đều có những ƣu - nhƣợc điểm riêng, tùy vào
nhu cầu chế tạo mà lựa ch n kiểu mô hình phù hợp.
Loại bàn máy đứng yên - loại 1 (hình 3.1):
Đối với loại kết cấu này thì chỉ có phần đế của máy CNC gồm bàn máy và cơ
cấu mang động cơ trục Y thì đƣợc lắp cố định. Phần di động gồm có ổ trục Z và ổ
trục X.
97. 31
Ƣu điểm lớn nhất của kết cấu này đó là không gian bàn máy lớn, có thể gia
công đƣợc vật thể có kích thƣớc xấp xỉ vùng chuyển động của các trục, vƣợt trội 2
loại mô hình trên.
Kết cấu máy loại này có phần di động lớn nên có thể mất cân đối giữa phần
động và phần tĩnh từ đó làm cho máy bị rung, lắc trong quá trình chuyển động. Để
khắc phục vấn đề đó có thể gia tăng khối lƣợng của bàn máy.
Hầu hết các máy CNC tự chế đều thiết kế theo phƣơng án này.
Loại bàn máy di chuyển theo một phƣơng - loại 2 (hình 3.2):
Cơ cấu mang động cơ trục chính sẽ trƣợt d c theo trục Z thẳng đứng và toàn
bộ ổ đỡ trục Z thì di chuyển trên trục X. Bàn máy thì di chuyển theo phƣơng Y. Cơ
cấu mang động cơ trục X và Y đƣợc lắp cố định vào khung máy.
Nếu thiết kế mô hình theo kiểu này thì sẽ làm trục X chịu tải tr ng lớn từ trục
Z và có xu hƣớng bị lật và nhƣ vậy sẽ làm giảm độ chính xác khi gia công.
Loại bàn máy di chuyển theo cả 2 phƣơng - loại 3 (hình 3.3):
Phần di động gồm có bàn máy (di chuyển theo 2 phƣơng X, Y trên một mặt
phẳng nằm ngang) và ổ đỡ chứa động cơ trục chính (di chuyển theo phƣơng thẳng
đứng). Các cơ cấu lắp động cơ trục X, Y, Z đƣợc cố định vào khung máy.
Khi thiết kế máy theo kiểu này thì trục chính ít bị rung hơn so với trƣờng hợp
2 vì trục chính nó chỉ chuyển động theo một phƣơng. Ngoài ra kết cấu kiểu này sẽ
làm bàn máy linh hoạt hơn trong quá trình chuyển động và khả năng chịu tải của
bàn máy cũng không hề giảm so với trƣờng hợp 2.
Nhìn chung kết cấu máy cắt CNC Plasma loại này ta thấy nó rất giống với
máy CNC cơ ở các xƣởng sản xuất, một loại máy đƣợc sử dụng rất thịnh hành từ
xƣa đến nay.
Tóm lại, sau khi so sánh ƣu - nhƣợc điểm giữa 3 loại mô hình, nhóm thực
hiện đồ án lựa ch n mô hình máy CNC loại 1 - bàn máy đứng yên
3.1.1. Lựa chọn vitme-đai ốc
Vítme -đai ốc đƣợc sử dụng trong mô hình máy CNC nhằm biến đổi chuyển
động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của tải. Có 2 loại vítme-đai ốc
đƣợc sử dụng đó là vítme-đai ốc bi và vítme-đai ốc thƣờng.
+ Căn cứ vào cấu tạo thì việc chế tạo vít me-đai ốc bi đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật
cao, phức tạp hơn nhiều so với vít me-đai ốc thƣờng.
+ Giá thành của vítme-đai ốc bi cao hơn nhiều so với vítme-đai ốc thƣờng.
98. 32
Hình 3.4. Vítme-đai ốc bi
+ Nhờ có chuyển động lăn trên các viên bi mà ma sát trên vítme-đai ốc bi
nhỏ hơn rất nhiều so với ma sát trên vítme-đai ốc thƣờng, do đó việc truyền động dễ
dàng hơn hay mômen cần thiết để quay vít me bi sẽ nhỏ hơn mômen cần cung cấp
cho vítme thƣờng.
+ Trong vítme bi có kết cấu làm giảm khe hở, tạo sức căng ban đầu. Nói
chung, khe hở của vitme bi nhỏ hơn so với vitme thƣờng nên sẽ giảm rung động khi
truyền động cho tải.
+ Hiệu suất truyền động của vítme-đai ốc bi cao hơn vítme thƣờng (vítme bi
trên 90%).
+ Vítme-đai ốc bi đảm bảo chính xác khi làm việc lâu dài.
+ Vítme-đai ốc bi có lực ma sát nhỏ và ổn định, gần nhƣ không phụ thuộc
vào tốc độ.
Hình 3.5. Quan hệ giữa hệ số ma sát và tốc độ (vitme thƣờng và vitme bi).
Quan sát trên đồ thị, đối với vítme thƣờng (ma sát bề mặt), khi mới khởi
động thì hệ số ma sát sinh ra rất lớn, vận tốc tăng lên thì nêm dầu dần dần đƣợc hình
thành làm hệ số ma sát giảm xuống đến điểm b, sau đó lại tăng tuyến tính theo tốc
độ. Đối với vítme bi, khi tốc độ còn nhỏ thì hệ số ma sát nhỏ hơn nhiều so với vítme
thƣờng, tốc độ càng tăng thì hệ số ma sát gần nhƣ ổn định.
Nếu xét tại thời điểm khởi động thì vítme bi cần một mômen nhỏ hơn nhiều
so với vít me thƣờng mà trong điều khiển CNC thì cần khởi động trục X, Y, Z
nhanh với mômen càng nhỏ càng tốt. Rõ ràng, khi cân nhắc sử dụng giữa vítme-đai
ốc thƣờng và vítme-đai ốc bi (bỏ qua yếu tố giá thành) thì vítme-đai ốc bi là lựa
ch n tốt nhất.
99. 33
3.1.2. Lựa chọn cơ cấu dẫn hƣớng.
Để thực hiện dẫn hƣớng cho các trục trên mô hình máy CNC có thể nghĩ đến
phƣơng án sử dụng rãnh trƣợt mang cá. Theo phƣơng án này trục vítme đƣợc nối
với động cơ và gắn chặt vào phần cố định của mang cá, đai ốc đƣợc gắn chặt vào
phần di động. Khi động cơ quay trục vítme - đai ốc sẽ mang phần di động trƣợt tịnh
tiến theo rãnh mang cá.
Nếu ứng dụng rãnh mang cá vào mô hình máy CNC thì có một số nhƣợc
điểm nhƣ sau:
- Việc gia công sống trƣợt mang cá phức tạp.
- Phoi có thể rơi vào bề mặt trƣợt giữa 2 rãnh mang cá.
- Ma sát trƣợt tạo ra độ mài mòn. Bên cạnh đó hai rãnh mang cá trƣợt với nhau
có các miếng niêm để điều chỉnh độ hở giữa 2 rãnh mang cá. Máy sử dụng sau
một thời gian phải thay thế các miếng niêm, việc thay thế miếng niêm này khá
phức tạp.
Hình 3.6. . Dẫn hƣớng bằng sống trƣợt mang cá
Chính vì những bất lợi trên, phƣơng án thứ hai đã đƣợc đề xuất để thay thế,
lúc này việc dẫn hƣớng sẽ do các thanh trƣợt, ray trƣợt đƣợc ch n.
+ Dẫn hƣớng bằng ray trƣợt chịu tải kém, ma sát lớn, không thích hợp cho
các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao nhƣ máy CNC.
+ Dẫn hƣớng với ray trƣợt tự chế đã đƣợc sử dụng cho máy CNC tự chếcó
ƣu điểm đơn giản, dễ chế tạo, rẻ tiền nhƣng khó đảm bảo yêu cầu về độ chính xác,
độ bền và tính ổn định trong khi chuyển động.
+ Dẫn hƣớng với trục trơn khó lắp đảm bảo độ song song giữa các trục, có
thể khiến cơ cấu bị kẹt, ma sát với trục trƣợt lớn.
+ Sử dụng thanh trƣợt bi có nhiều ƣu điểm hơn so với các loại ray trƣợt trên.
Ƣu điểm của phƣơng án này là không cần phải chế tạo cơ khí nhiều vì thanh trƣợt
đã có sẵn trên thị trƣờng. Ma sát lăn trên rãnh bi làm cơ cấu trƣợt nhẹ nhàng hơn so
với thanh trƣợt trơn. Có độ cứng cao, chịu tải tốt, tuổi th cao, ít bị mài mòn, hoạt
động êm, chống rung động tốt, dễ dàng bảo trì và thay thế. Tuy nhiên, giá thành khá
cao và cần lắp ráp cho 2 thanh trƣợt song song với nhau.
100. 34
Để đảm bảo hai thanh trƣợt song song. Trƣớc hết ta bắt cố định 1 thanh
trƣợt. Đặt bàn máy lên hai thanh trƣợt rồi di chuyển bàn máy trƣợt d c theo thanh
trƣợt, khi đó thanh trƣợt còn lại sẽ tự điều chỉnh song song với thanh làm chuẩn ban
đầu, hay để chính xác hơn nữa có thể dùng đồng hồ so để kiểm tra độ song song
giữa hai thanh trƣợt.
Tóm lại, thông qua những so sánh, phân tích về ƣu - nhƣợc điểm của các loại
cơ cấu dẫn hƣớng thì thanh trƣợt bi đáp ứng đầy đủ những tiêu chí cần thiết cho mô
hình máy CNC.
3.1.3. Lựa chọn bộ truyền và khớp nối trục.
Bộ truyền có tác dụng dẫn động, truyền công suất từ trục động cơ sang trục
vítme. Do đó, hiệu suất bộ truyền càng cao càng tốt, đồng thời đòi hỏi hệ thống phải
hoạt động ổn định trong một thời gian dài.
Bộ truyền bánh ma sát thƣờng bị mòn nhiều và không đều trên bề mặt tiếp
xúc, lực tác dụng lên trục, ổ lớn và tăng kích thƣớc bộ truyền. Tỉ số truyền thay đổi
do có hiện tƣợng trƣợt. Bộ truyền bánh ma sát không thể sử dụng trong các cơ cấu
mà ở đó không cho phép tích lũy sai số góc xoay do hiện tƣợng trƣợt gây ra.
Bộ truyền xích thì do sự phân bố các nhánh xích trên đĩa xích không theo
đƣờng tròn, mà theo hình đa giác, do đó khi vào khớp và ra khớp, các mắt xích xoay
tƣơng đối với nhau và bản lề xích bị mòn, gây nên tải tr ng động phụ, gây ồn khi
làm việc. Tỉ số truyền tức thời thay đổi, vận tốc tức thời của xích và bánh bị dẫn
thay đổi, cần phải bôi trơn thƣờng xuyên và phải có bộ phận điều chỉnh xích.
Bộ truyền bánh răng có nhiều ƣu điểm nhƣ kích thƣớc nhỏ, khả năng tải lớn,
không có hiện tƣợng trƣợt trơn, hiệu suất cao tuy nhiên lại gây ồn khi làm việc với
vận tốc lớn.
Bộ truyền đai thì có kích thƣớc bộ truyền lớn (kích thƣớc lớn hơn khoảng 5
lần so với bộ truyền bánh răng nếu truyền cùng công suất). Tỉ số truyền khi làm việc
thay đổi do hiện tƣợng trƣợt (trừ đai răng). Tải tr ng tác dụng lên trục và ổ lớn (lớn
hơn 2÷3 lần so với bộ truyền răng) do phải căng đai với lực căng ban đầu. Tuổi th
thấp.
Hình 3.7 Khớp nối mềm.
101. 35
Khớp nối mềm có hiệu suất truyền động cao, nhỏ g n, kết cấu đơn giản, hoạt
động êm, tuổi th cao, đƣợc lắp trực tiếp vào trục động cơ và trục vítme với tỉ số
truyền 1:1, công suất từ động cơ gần nhƣ đƣợc truyền hoàn toàn sang vítme. Đây là
phƣơng án đơn giản nhất nên đƣợc ch n sử dụng cho mô hình máy CNC của nhóm.
3.2.Cơ sở lý thuyết tính toán.
3.2.1. Thiết kế trục X
Trục X của máy đƣợc gắn trên băng máy và chịu tải tr ng của cụm trục Y ,
bàn máy, trục Y. Vì vậy trục X đƣợc thiết kế rất kỹ lƣỡng từ khâu ch n vật liệu cho
tới khâu gia công.
Để đảm bảo khả năng chịu tải lớn thì trục X đƣợc thiết kế lớn, đủ cứng vững
tránh rung động trong quá trình gia công.
Hai thanh ray của trục X cũng phải lớn hơn so với trục Y để chiu tải tốt,
tránh biến dạng, đồng thời đảm bảo độ song song để trong quá trình chuyển
động không bị va đập.
Ứng dụng toán hoc
Hình 3.8
Ta có các điều kiện đầu vào nhƣ sau:
+ Thanh trƣợt cần tính mang số HSR35LA2SS+2500LP-II (của hãng THK)
(C= 50.2 kN, C0= 81.4 kN)
+Khối lƣợng: m1= 10kg, m2=35kg
+Tốc độ: V= 0.5m/s
+Thời gian : t1 = 0.05 m/s (thời gian tăng tốc)
t2 = 2.8 m/s (thời gian tăng tốc)
t3 = 0.15 m/s (thời gian tăng tốc)
+Gia tốc: α1= 10m/s2
α2= 3.333m/s2
