CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC VÀ CÔNG NGHỆ LASER 1. Tổng quan về hệ thống CNC: CNC là viết tắt của từ Computer Numerical Control. Là thuật ngữ chỉ những hệ thống máy gia công cơ khí được điều khiển bằng máy tính. Dựa vào một chuỗi các mã lệnh bao gồm các ký tự số, chữ cái và các ký hiệu mà bộ điều khiển máy có thể hiểu được.
Trong hệ thống CNC, bộ điều khiển máy sẽ nhận các mã lệnh chỉ dẫn của người lập trình dưới dạng G-code, sau đó thông dịch và chuyển thành các xung điện hướng dẫn các động cơ máy chuyển động trong quá trình gia công. Hệ thống CNC được ứng dụng trong việc chế tạo các loại máy CNC phục vụ cho việc gia công tạo ra các sản phẩm phục vụ cho con người. Không những giúp tự động hóa quá trình gia công, tăng độ chính xác sản phẩm. Mà còn giúp rút ngắn thời gian gia công, thúc đẩy đưa sản phẩm ra thị trường, từ đó tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp.
CNC được phát triển từ cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 trong các phòng thí nghiệm Servomechanism của trường đại học MIT. Nói một cách đơn giản thì, CNC được gọi là máy tính điều khiển số, là quá trình điều khiển tự động các loại máy móc, công cụ gia công (khoan, phay, dao tiện, cắt,…) bằng máy tính, trong đó máy CNC cắt gọt trên các vật liệu (như: kim loại, nhựa, gỗ, gốm hoặc composite,…) để biến nó thành sản phẩm có thông số kỹ thuật chính xác tuyệt đối. Có thể thay thế sức lao động của con người, công suất lao động gấp nhiều lần con người lại đạt độ chính xác vượt trội hơn hẳn. Phân loại hệ thống CNC Phân loại các loại máy CNC tùy vào mục đích sử dụng, máy CNC có nhiều chủng loại và chức năng khác nhau.
Chúng ta có thể phân loại theo những tiêu chí khác nhau. Do đó cũng có nhiều loại máy với các chức năng khác nhau. Máy tiện CNC Tiện là phương pháp cắt gọt vật liệu dựa vào chuyển động quay tròn của phôi và chuyển động tiến dao (dọc hoặc ngang). Máy tiện cơ thường hoạt động dựa chủ yếu vào điều khiển của con người, ngược lại, máy tiện CNC được tích hợp hệ thống điều khiển tự động, có khả năng vận hành nhờ lập trình trên máy tính.
Ứng dụng những công nghệ hiện đại, phương pháp tiện bằng CNC có khả năng cắt gọt được đa dạng các loại sản phẩm, không gây ra tiếng ồn lớn, thao tác vận hành đơn giản,nhanh. Phương pháp tiện CNC giúp công đoạn các công đoạn tiện: tiện tròn, tiện côn, tiện vát, tiện mặt và tiện rãnh trở nên dễ dàng và đơn giản hơn. Dụng cụ cắt gọt vật liệu 7 trong máy tiện là dao tiện, bao gồm nhiều loại dao với chức năng riêng. Máy tiện CNC là thiết bị được sử dụng rộng rãi phổ biến trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy.
So với máy phay CNC, máy tiện CNC có hệ thống dao cắt ít hơn, cấu tạo cũng khá đơn giản và cách sử dụng có phần dễ dàng hơn. Với máy tiện cơ truyền thống thông thường, khi gia công cắt gọt vật liệu, cần phải có kỹ thuật viên đứng điều khiển vị trí của dao cắt. Đồng thời, kỹ thuật viên phải có trình độ, khả năng chuyên môn cao, nhiều năm kinh nghiệm sản xuất để thực hiện các thao tác nhanh chóng, kịp thời,chính xác mới tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật. Mặt khác, máy tiện CNC được lập trình theo quy tắc nhất định, được cài đặt sẵn trên máy tính, có thể tự động vận hành, mà không phụ thuộc vào tay nghề của người thợ.
Các sản phẩm tạo ra đạt yêu cầu cao về thông số kỹ thuật, đặc biệt các sản phẩm có độ chính xác giống nhau. Máy khoan CNC Máy khoan công nghệ CNC đây là loại máy CNC khá phổ biến trong các xưởng gia công cơ khí tại Việt Nam hiện nay. Có rất nhiều loại, từ trục đơn đến loại máy khoan 2 trục, 3 trục, 4 trục,…. Máy khoan CNC được sử dụng chủ yếu để khoan một cách tỉ mỉ và chính xác, có khả năng khoan nhiều chi tiết máy khác nhau và khoan được nhiều chi tiết cùng một lúc nhưng nó vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm, độ chính xác của sản phẩm.
Bên cạnh đó loại máy này còn được sử dụng để đo khoảng cách với độ chính xác cao. Máy cắt CNC Máy cắt CNC là một dạng máy CNC điều khiển tự động có sự trợ giúp của máy tính, các bộ phận được lập trình tự động sẵn hoạt động theo các sự kiện tiếp nối nhau với tốc độ được cài đặt trước để có thể tạo ra được sản phẩm với hình dạng và kích thước, thông số theo yêu cầu. So với các máy công cụ truyền thống , sản phẩm từ máy cắt CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung, chương trình được lập trình sẵn trên máy tính. Độ chính xác khi gia công sản phẩm cao hơn vì các máy cắt CNC có độ chính xác rất cao so với việc gia công thủ công.
Tốc độ gia công sản phẩm nhanh hơn, thời gian gia công ngắn hơn, tạo ra được nhiều sản phẩm hơn. Máy cắt CNC với khả năng cắt, gia công các sản phẩm có độ cứng cao nhờ cấu trúc cơ khí bền chắc. Khả năng sản xuất hàng loạt với tốc độ cao, chất lượng cao mà không phải phụ thuộc vào người lao động như khi gia công thủ công. Máy phay CNC 8 Máy phay CNC là một loại máy móc gia công cơ khí phổ biến tại các nhà máy, công xưởng, từ quy mô nhỏ đến quy mô lớn trên toàn quốc.Công dụng chính của máy phay là dùng để phay, cắt gọt, khoan,… một cách tỉ mỉ và chính xác.Máy phay công ngh CNC có khả năng cắt gọt nhiều chi tiết máy khác nhau và cắt gọt được nhiều chi tiết cùng một lúc nhưng vẫn đảm bảo được yêu cầu về chất lượng sản phẩm.Bên cạnh đó, máy phay CNC cũng như các laoij máy CNC khác có công dụng để đo khoảng cách với độ chính xác cao.
Máy mài CNC Máy mài CNC ( gọi là máy mài phẳng CNC) là loại máy sử dụng công nghệ CNC để mài phẳng bề mặt của các loại vật liệu khác nhau. Việc ra đời của máy mài CNC góp phần không nhỏ trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa, so với máy mài gia công thì máy mài CNC mang nhiều ưu điểm vượt trội hẳn như: Máy mài CNC có thể xử lý được vật liệu có độ cứng cao như thép cứng, hợp kim cứng, …cho đến những vật liệu có độ giòn như như thủy tinh, đá granite…. Khả năng xử lý chính xác cao giúp nâng cao hiệu quả của các sản phẩm, sản xuất ra các sản phẩm công nghiệp tinh vi. Máy mài CNC thay thế thực hiện nhiều nhiệm vụ vất vả cho người lao động,rút ngắn chu kỳ sản xuất và đẩy nhanh tiến độ sản xuất.
Máy khắc Plasma CNC và máy khắc(cắt) laser CNC Máy cắt laser dùng nguồn laser công suất cao, qua hệ thống quang học tập trung chùm tia laser đầu ra để cắt vật liệu. Có ba loại máy cắt laser chính thường được sử dụng: - Laser khí, chẳng hạn như CO2 hoặc Nd / Nd-YAG, tạo ra laser bằng cách tạo ra một dòng điện thông qua một loại khí. Chúng được sử dụng cho trong công nghiệp để cắt nhiều vật liệu bao gồm thép nhẹ, nhôm, thép không gỉ, titan, giấy, sáp, nhựa, gỗ và vải. - Laser rắn, chẳng hạn như laser sợi quang ( laser fiber), sử dụng vật chứa rắn để sản xuất chùm tia laser, sau đó được khuếch đại bằng sợi thủy tinh.
Với bước sóng laser cực ngắn, kích thước điểm nhỏ của laser sợi quang làm cho nó lý tưởng để cắt vật liệu kim loại phản chiếu. - Máy cắt plasma cnc thường được xếp chung với máy cắt laser do chúng dùng luồng hồ quang nóng chảy giữa 2 điện cực để cắt kim loại. Vật liệu tiêu biểu trong cắt bằng máy cnc Plasma là thép, thép không gỉ, nhôm, đồng thau và đồng. Nhận xét về các máy công cụ CNC cổ điển 9 Các máy CNC cổ điển như máy CNC khoan, phay, tiện, doa…đã được phát triển ngày càng hoàn thiện và tinh vi.
Đặc điểm chung của nhóm máy công cụ này là đều sử dụng cơ cấu dao tác động trực tiếp vào phôi trong quá trình gia công nhằm đánh bay phoi thừa khỏi chi tiết gia công, chúng có những đặc điểm sau. Ưu điểm: - Gia công được trên hầu như mọi vật liệu, chỉ cần thay dao thích hợp. - Thỏa mãn được độ phức tạp trong hình khối của hầu hết chi tiết cần gia công. Nhược điểm: - Số trục tối thiểu là 3 trục, càng nhiều trục càng gia công được những chi tiết tinh xảo hơn, điều này dẫn đến giá thành máy thường rất cao.
- Đòi hỏi cơ cấu cơ khí phụ trợ phải đáp ứng được các chỉ số vật lý phức tạp. - Quá trình nghiên cứu chế tạo mất nhiều thời gian và chi phí. Nhận thấy những đặc điểm trên của máy công cụ CNC cổ điển là không phù hợp với đề tài của sinh viên, em đã quyết định dựa trên công nghệ CNC để thiết kế chế tạo máy khắc CNC Laser với những đặc điểm sau. Ưu điểm: - Chỉ cần 2 trục X Y, dẫn đến đơn giản giản hóa trong thiết kế.
- Hệ thống giá đỡ, ray trượt không yêu cầu quá nặng nề tốn kém. - Phần cứng mạch điều khiển đơn giản hơn do ít trục, tận dụng phần cứng nguồn mở giá thành rẻ. - Phần mềm nguồn mở miễn phí, giảm giá thành nghiên cứu. - Máy sử dụng đi-ốt Laser 2W tiết kiệm năng lượng, giá thành không quá cao.
- Tổng chi phí nghiên cứu và hoàn thiện sản phẩm rẻ hơn nhiều so với CNC 3 trục. Nhược điểm: - Chỉ có thể gia công cắt hoặc khắc nhiệt, chỉ phù hợp với một số vật liệu cụ thể. Khái niệm về ánh sáng Ánh sáng là một dạng sóng có mang năng lượng, lan truyền trong không gian với vận tốc 300.000 Km/s, để đi một quãng đường 1mm nó cần 3000 femto giây (10 -15s). Ánh sáng vừa có tính chất sóng (có bước sóng) vừa mang tính chất hạt mang năng lượng (chuyển động có vận tốc, gia tốc, động năng và thế năng).
10 Sóng ánh sáng được chia làm 3 miền: Ánh sáng không nhìn thấy được: dải vũ trụ, tia γ , tia X, tia tử ngoại. - Tia tử ngoại: λ = 0,1 ÷ 0,355 µm. Ánh sáng mặt trời nhìn thấy được: có λ = 0,355 ÷ 0,780 µm: - Tím: λ = 0,355 µm. Ánh sáng không nhìn thấy được: - Dải hồng ngoại: λ = 0,78 ÷ 1,0 µm.