Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp: Chế Tạo và Điều Khiển Máy Khắc Laser CNC - ĐH SPKT

Đồ án chi tiết về chế tạo và điều khiển máy khắc laser CNC. Tài liệu tham khảo từ lý thuyết, thiết kế, lắp ráp đến vận hành sản phẩm hoàn chỉnh.

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Đồ án tốt nghiệp

2022

80
0
0

Phí lưu trữ

30 Point

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Về Máy Khắc Laser CNC

Máy khắc laser CNC là một thiết bị công nghệ cao được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hiện đại. Đây là sự kết hợp giữa công nghệ CNC (Computer Numerical Control) và công nghệ laser, cho phép khắc, cắt và điêu khắc trên nhiều loại vật liệu khác nhau với độ chính xác cao. Máy khắc laser CNC có khả năng thực hiện những công việc phức tạp một cách tự động, giúp nâng cao hiệu suất sản xuất và chất lượng sản phẩm. Ứng dụng của máy laser CNC rất đa dạng, từ khắc trên gỗ, acrylic, da, đến cắt các vật liệu mỏng. Công nghệ này đã trở thành không thể thiếu trong các xưởng sản xuất, cơ sở in ấn và các tiệm làm việc với chế tạo chi tiết. Sự phát triển của hệ thống điều khiển CNC đã giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm đáng kể thời gian chế tạo.

1.1. Khái Niệm Và Đặc Điểm Của CNC Laser

CNC laser là công nghệ tiên tiến kết hợp điều khiển số máy tính với tia laser. Hệ thống này sử dụng servo motor để điều khiển chuyển động chính xác trên các trục X, Y, Z. Tia laser tập trung cao có khả năng khắc hoặc cắt vật liệu với độ chính xác lên tới micromet. Điểm nổi bật của máy khắc laser CNC là không cần tiếp xúc trực tiếp với vật liệu, giúp bảo vệ bề mặt và tránh biến dạng. Công nghệ này cho phép tạo ra những thiết kế phức tạp, chi tiết và chính xác mà các phương pháp truyền thống không thể đạt được.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Đồ Án Chế Tạo Máy Khắc Laser

Đồ án chế tạo máy khắc laser CNC mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Nó giúp sinh viên kỹ thuật tích lũy kiến thức về điều khiển hệ thống CNC, thiết kế cấu trúc máy, và lập trình G-code. Thông qua dự án này, sinh viên học được cách sử dụng phần mềm Mach3, ArtCAM Pro, và CIMCO Edit để tối ưu hóa quy trình khắc. Ngoài ra, dự án còn giúp rèn luyện kỹ năng thực hành, xử lý sự cố, và kiểm tra chất lượng sản phẩm trong thực tế công nghiệp.

II. Cấu Trúc Và Nguyên Lý Hoạt Động Hệ Thống

Hệ thống máy khắc laser CNC bao gồm nhiều thành phần chính làm việc điều hòa với nhau. Cấu trúc của máy gồm khuôn khung cơ khí, bộ điều khiển CNC, servo motor ba trục (X, Y, Z), bộ nguồn điện, và head laser. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc bộ điều khiển Mach3 USB nhận tín hiệu từ máy tính qua giao diện USB, sau đó điều khiển servo motor để di chuyển tia laser đến vị trí cần khắc. Tia laser với công suất được điều chỉnh sẽ khắc hoặc cắt vật liệu theo đúng đường dẫn được lập trình. Quá trình này được kiểm soát chặt chẽ bởi phần mềm Mach3 để đảm bảo độ chính xác cao nhất.

2.1. Hệ Thống Servo Motor Và Trục Điều Khiển

Servo motor là bộ phận quan trọng điều khiển chuyển động chính xác trên ba trục. Servo motor AC MR-J2S được sử dụng trong dự án có khả năng định vị nhanh và chính xác. Hệ thống ba trục CNC cho phép di chuyển theo hướng X (ngang), Y (dọc), và Z (chiều cao), tạo nên không gian làm việc ba chiều. Mỗi servo motor được kết nối với bảng mạch BOB Mach3 thông qua cáp tín hiệu để nhận lệnh điều khiển.

2.2. Bộ Điều Khiển Và Phần Mềm Điều Hành

Bộ điều khiển BOB Mach3 USB đóng vai trò trung gian giữa máy tính và các thiết bị cơ điện. Phần mềm Mach3 chạy trên máy tính cho phép người dùng lập trình, mô phỏng, và điều khiển toàn bộ hệ thống. G-code được tạo từ ArtCAM Pro hoặc CIMCO Edit sẽ được Mach3 đọc và chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển cho servo motor và laser.

III. Quy Trình Thiết Kế Và Lập Trình Hệ Thống

Quy trình thiết kế máy khắc laser CNC bao gồm nhiều bước quan trọng từ khái niệm đến hoàn thiện. Đầu tiên, cần vẽ sơ đồ khối hệ thống để xác định các thành phần chính. Tiếp theo, thiết kế sơ đồ dây điện cho hệ thống cấp nguồnkết nối các servo motor. Bước tiếp theo là cấu hình tham số Mach3 như vận tốc di chuyển, gia tốc, và số xung. Phần lập trình G-code sử dụng phần mềm ArtCAM Pro để tạo đường dẫn khắc từ hình ảnh. Cuối cùng, sử dụng CIMCO Edit để kiểm tra, chỉnh sửa và tối ưu hóa G-code trước khi chạy máy.

3.1. Thiết Kế Cơ Khí Và Sơ Đồ Hệ Thống

Thiết kế hệ thống ba trục CNC yêu cầu tính toán chính xác các thông số chuyển động. Sơ đồ khối hệ thống minh họa luồng tín hiệu từ máy tính đến các servo motor. Sơ đồ dây điện chi tiết cách kết nối bộ nguồn, bảng mạch BOB, servo motor, và các cảm biến. Các tính toán về tham số di chuyển như vận tốc nhanh nhất, gia tốc, và độ phân giải xung rất quan trọng cho độ chính xác.

3.2. Lập Trình G Code Và Mô Phỏng Máy

G-code là ngôn ngữ lập trình chuẩn cho máy CNC, điều khiển chuyển động các trục và kích hoạt laser. ArtCAM Pro là phần mềm chuyên dụng chuyển đổi hình ảnh thành đường dẫn khắc và sinh G-code tự động. CIMCO Edit cho phép mô phỏng ba chiều và kiểm tra G-code trước khi chạy thực tế, giúp phát hiện lỗi sớm.

IV. Xây Dựng Thử Nghiệm Và Kiểm Chất Lượng

Sau hoàn thành thiết kế, bước tiếp theo là xây dựng hệ thống thực tế. Quá trình này bao gồm lắp ráp khuôn khung, cài đặt servo motor trên các trục, và kết nối toàn bộ dây điện theo sơ đồ thiết kế. Trước khi khởi động máy, phải kiểm tra kỹ tất cả kết nối điện, cấp nguồn, và vị trí các thiết bị để đảm bảo an toàn. Bước thử nghiệm bắt đầu bằng kiểm tra chuyển động của từng trục, sau đó là thử nghiệm khắc trên các vật liệu thử nghiệm như gỗ mỏng. Cuối cùng, kiểm chất lượng sản phẩm đánh giá độ chính xác, độ sắc nét của khắc, và so sánh với thiết kế ban đầu.

4.1. Lắp Ráp Hệ Thống Và Kết Nối Thiết Bị

Lắp ráp máy khắc laser CNC yêu cầu kỹ năng cơ khí và điện tử. Các servo motor được cố định vào khuôn khung với alignment chính xác. Bảng mạch BOB Mach3 được cài đặt trong hộp điều khiển và kết nối với bộ nguồn và các servo motor. Laser head được lắp đặt trên trục Z với khả năng điều chỉnh độ cao.

4.2. Kiểm Tra Và Đánh Giá Chất Lượng

Thử nghiệm hệ thống bắt đầu với kiểm tra chuyển động rỗi của các trục để xác nhận không có va chạm. Thử nghiệm khắc trên vật liệu mẫu như gỗ sẽ đánh giá độ chính xác. Kiểm chất lượng sản phẩm đo lường độ rộng, độ sâu khắc, và so sánh hình dạng với thiết kế tính toán.

18/12/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION PROJECT ELECTRONICS AND ELECTRONIC ENGINEERING TECHNOLOGY BUILD AND CONTROL CNC LASER ENGRAVING MACHINE ADVISOR : NGUYEN TU DUC, MENG STUDENTS: BUI THANH PHUONG NGUYEN GIA HY SKL010572 Ho Chi Minh City, December 2022 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION ELECTRICAL AND ELECTRONIC OF ENGINEERING FACULTY OF HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION PROJECT BUILD AND CONTROL CNC LASER ENGRAVING MACHINE Major: ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING TECHNOLOGY Advisor: NGUYEN TU DUC, MEng Students: BUI THANH PHUONG ID: 18142056 NGUYEN GIA HY ID: 18142030 Ho Chi Minh City, Dec 2022 THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom – Happiness ----o0o---- Ho Chi Minh City, December 27, 2022 GRADUATION PROJECT ASSIGNMENT Student name: BUI THANH PHUONG Student ID: 18142056 Student name: NGUYEN GIA HY Student ID: 18142030 Class: 18142CLA Major: Electrical and Electronic Engineering Technology Advisor: NGUYEN TU DUC, MEng Phone number: Date of assignment: Date of submission: 1. Initial material provided by the advisor ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… 3. Content of the project ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………. Final product ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… CHAIR OF THE PROGRAM ADVISOR (Sign with full name) (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom – Happiness ----o0o---- Ho Chi Minh City, December 28, 2022 ADVISOR’S EVALUATION SHEET Student name: BUI THANH PHUONG Student ID: 18142056 Student name: NGUYEN GIA HY Student ID: 18142030 Major: Electrical and Electronic Engineering Technology Project title: BUILD AND CONTROL CNC LASER ENGRAVING MACHINE Advisor: NGUYEN TU DUC, MEng EVALUATION 1.

Content of the project ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… 2. Approval for oral defense? (Approved or denied) ………………………………………………………………………………………… 5. Overall evaluation (Excellent, Good, Fair, Poor) ………………………………………………………………………………………… Ho Chi Minh City, December 27, 2022 ADVISOR (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom – Happiness ----o0o---- Ho Chi Minh City, December 28, 2022 DISCLAIMER We hereby declare that the topic "BUILD AND CONTROL CNC LASER ENGRAVING MACHINE" is developed by us based on available models and implemented under the guidance of Nguyen Tu Duc, MEng. We ensure that the graduation thesis is not the copy from any other topic.

We will take full responsibility if any problem occurs. Ho Chi Minh City, December 28, 2022 Our group Bui Thanh Phuong Nguyen Gia Hy TABLE OF CONTENTS ABSTRACT .2 WHAT IS CNC? .1 STRUCTURE AND WORKING PRINCIPLE .2 CLASSIFICATION OF CNC MACHINES .3 ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF CNC MACHINES .3 THE IMPORTANCE OF THE SUBJECT .5 OBJECT AND SCOPE OF THE PROJECT .6 PROCESS OF IMPLEMENTATION OF THE PROJECT .7 PROJECT IMPLEMENTATION PLAN .8 SCIENTIFIC AND PRACTICAL MEANINGS .9 CHAPTER 2 : THEORETICAL BASIS. CNC SYSTEM OVERVIEW. CONCEPT OF A SERVO MOTOR:.

BOB MACH3 USB CNC CIRCUIT BOARD. SERVO SYSTEM AXES AND WORKPIECES. MACH3 SIMULATION SOFTWARE: .7 ARTCAM PRO 9 SOLFWARE. CIMCO EDIT V8 SOLFWARE.

33 CHAPTER 3: SYSTEM DESIGN. SYSTEM BLOCK CHART. 3 AXIS CNC LASER ENGRAVING MACHINE SYSTEM STORAGE LOGOLOGY .1 CUBE DIAGRAM OF 3-AXIS CNC LASER ENGRAVING MACHINE:. POWER SUPPLY WIRING DIAGRAM OF 3-AXIS CNC LASER ENGRAVING MACHINE SYSTEM .3 DIAGRAM OF WIRING OF THE CONTROLLER AND SERVO MOTOR.4 WIRING DIAGRAM 3-AXIS CNC LASER ENGRAVING MACHINE SYSTEM .5 PROJECTION DIAGRAM USING REALISTIC MODEL SIMULATION .4 SYSTEM PARAMETER SETTINGS .1 PARAMETER SETTINGS FOR MACH3 SOFTWARE:.2 CALCULATION OF THE MOVEMENT PARAMETERS OF THE AXES .5 DESIGN AND CREATE G-CODE FILES .1 CREATE IMAGE FILES ON DEMAND USING ARTCAM SOFTWARE:.2 SELECT TOOLPATHS FOR THE SHAPE TO BE ENGRAVED: .3 SELECT THE PARAMETERS IN THE MACHINE VECTORS SECTION TO SUIT THE WORKPIECE: .4 EXPORT G-CODE FILES AND SELECT MACHINE OUTPUT TO SUIT THE SYSTEM: .5 USE CIMCO EDIT SOFTWARE TO SIMULATE AND EDIT G-CODE FILES TO SUIT THE SYSTEM:.

49 CHAPTER 4: CONSTRUCTION SYSTEM. WIRE CONNECTION TEST THE OPERATION OF EACH DEVICE. POSITIONING AND FIXING LOCATION OF DEVICES. WIRE CONNECTION OF DEVICES.

CHECK THE SYSTEM BEFORE TURNING ON THE POWER .58 CHAPTER 5: OPERATION TEST. PRODUCT QUALITY CHECK .64 CHAPTER 6: CONCLUSION AND DEVELOPMENT .69 LIST OF FIGURES Figure 1. 1 CNC Drilling Machine. 2 CNC Milling Machine.

3 CNC plasma cutting machine. 1 Components of a CNC machine system. 2: The concept of a servo system. 3: Servo motor structure.

4: Position control method. 5: AC Servo Motor Set MR-J2S. 6: Display and function of the amplifier buttons. 7: MR-J2S-10A or less controller structure.

8: Amplifier internal wiring diagram. 11: Input voltage for Servo-ON. 12 Rotation direction control pulse signal. 13: Servo operating procedure idling.

14: Servo system and auxiliary devices. 15: Actual 4-Axis MACH3 USB Board. 16: Servo motor shafts. 17: Mach3 software interface.

18: Select unit of measure. 20: Setting pulse output pins. 22: Setting the emergency stop button Estop. 23: Mode for spindle.

24: Command operation window. 25: Illustration for the G0 command. 26: Illustration for command G1. 27: Illustration for the G2 command.

28: Illustration for the G3 command. 29: Illustration for commands G17, G18, G19. 1: System block diagram. 2: Algorithm diagram of 3-axis CNC system.

3: Cube diagram of devices. 4: Supply diagram of CNC laser engraving machine system. 5: Diagram of wiring between the controller and the servo motor. 6: Wiring diagram 3-axis CNC laser engraving machine system.

7: Projection using realistic model simulation. 8: selection of motor control pulse pin. 9: Setting of sensor signals. 10: Setting of E-stop signals.

turning X-axis motor movement. 12: turning Y-axis motor movement. 13: turning A-axis motor movement. 14: turning Z-axis motor movement.

15: Create image files. 16: Toolpaths selection interface. 17: Machine Vectors selection interface. 18: Save toolpath and select output file.

19: G-code editing interface. 1:Wiring for DC power supply. 2: Wiring connection between control board and driver and servo. 3: Wiring sensor and control board.

4: Positioning and fixing devices. 5: Position the screw hole of the workpiece on the shaft. 6: Locating and fixing electrical conduit. 7: Install the control board.

8: Wire connection for the CB. 9: Power supply for servo motor driver. 10: Connection for DC power supply. 11: Press the cos end for the wires connected to the device.

12: Wiring connection for control board. 14: CB continuity check. 15: Check DC power continuity:. 1: System Source CB.

2: Select JOG mode on driver. 3: Mach3 software working screen. 4: Checking the input signal. 5: Fixing the workpiece on the workpiece table.

6: Set state (0,0,0) on Mach3. 7: Artcam pro Software working screen. 8: CIMCO Edit working screen. 9: File G-code on Mach3 interface.

10: Simulate running the program on Mach3. 11: Products after engraving on wood and mica surfaces.66 LIST OF TABLES Table 2. 1: Symbols and names of symbols in the connection diagram inside the controller. 2: Input the servo rotation direction command pulse sequence.

1: Parameters setting in the controller. 2: Change the direction of rotation of the servo pulses .46 ABSTRACT Vietnam has been advancing toward industrialization and modernization of the nation as a result of the current trend of industry 4. Since the development of the industry, people no longer find it weird to include technical and technological advancements into manufacturing processes. Because of this, the automatic control technology sector is crucial to the growth of the industrial sector today.

One of the most crucial factors in making the global economy fully automated is control automation. Because of the use of automation technologies in industry, labor productivity has improved while manual labor has decreased. Additionally, using this application is the best option for producing high-quality goods at a lower cost, which encourages market competition. Our team decided on the graduation project topic " CNC laser engraving machine " with the help of the expertise, wisdom, and direction of our teachers.

The project "Building and controlling a CNC laser engraving machine" constructs a simple CNC machine with a laser with the following objectives: ∙ Apply knowledge, learn, design and manufacture CNC machine models. ∙ Program, control, and monitor CNC machine models to create high-precision products. ∙ Proficient in parameter setting and control on Mach3 software. ∙ Troubleshooting when encountering problems.

1 ACKNOWLEDGEMENTS Our team would like to thank the professors of the High-Quality Training Faculty, the Faculty of Electrical and Electronics Engineering, and the professors of Ho Chi Minh City University of Technology and Education for providing us with crucial information about our field of study during the four years of study from 2018 to 2022. We have oriented. capacity and understanding of with this crucial knowledge along with the process of detecting bad, learning more. As a result, the group was able to complete its graduation project, " Build and control CNC laser engraving machine" in addition to receiving supportive circumstances from the school and teachers.

We would want to express our gratitude to Mr. Nguyen Tu Duc, the tutor for our group's graduation project. Thanks to the teacher's direction and devoted instruction, particularly at those times when the group had trouble coming up with ideas or running into issues throughout the implementation phase, the project was successfully completed. Additionally, the team would like to express its gratitude to the other project groups for their assistance with the execution of their project.

In addition to the objectives that have been met, the team also unavoidably has deficiencies because of time restraints and the quantity of knowledge available; as a result, the team is anticipating many comments and recommendations from you. In order for the group to grow and improve this topic, teachers, seniors, and students are invited. From our group, sincere appreciation! 2 POSTER 3 CHAPTER 1: OVERVIEW 1.1 OVERVIEW Servo motors have played a crucial role in the motion control industry's revolution during the past few decades. Nowadays, servo motors have been continuously growing and are now found in practically all automatic control systems.

This development goes hand in hand with the rapid growth of industry around the world. The requirements for labor productivity and product quality, such as product precision, machine responsiveness, working speed, etc., increase as science and technology advance. The majority of automatic systems in factories today, including robotic arms, CNC machines, cranes, etc., employ servo motors to fulfill the aforementioned requirements. With benefits like fast rotation speed, large production torque, high accuracy, combined with a controller control and feedback (Encoder),.

the use of servo motors to control systems in the factory is becoming more and more common in order to meet the high requirements to serve the production process. In reality, we discover that human manual activities are incapable of doing tasks that demand absolute precision with the product's predefined locations. From there, using servo motors will simplify things. Our team chose on the topic of "CNC laser machine" because we wanted to learn more about servo motor control and do research on it.2 WHAT IS CNC? Computer Numerical Control is known as CNC (control of a computer system).

This is a system of automatic mechanical processing devices that operate on the premise of employing programs written in specialized symbols in accordance with EIA-274-D standards (often referred to as G-codes), to make it simple to grasp. The program must be loaded into the sophisticated computer system for the CNC machine to function. The computer is in charge of processing and managing several components of the machine, including the cutting head, cutting speed, cutting amplitude,. There are programs available for processing products.1 STRUCTURE AND WORKING PRINCIPLE Spindles can be one or multiple on CNC machines.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ