Luận văn: Thiết kế chế tạo mô hình máy cắt kính (Trần Quang Huy - ĐHBK HN)

Luận văn nghiên cứu thiết kế mô hình máy cắt kính CNC, ứng dụng công nghệ tự động hóa trong gia công kính hiện đại, nâng cao hiệu quả sản xuất.

• Tác giả: Trần Quang Huy
• Người hướng dẫn: Lê Thanh Sơn
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ khí - Thiết kế máy
• Đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình máy cắt kính CNC
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế máy cắt kính CNC

Máy cắt kính CNC là một giải pháp hiện đại trong lĩnh vực gia công kính, đặc biệt là kính tắm. Với nhu cầu ngày càng cao về sản phẩm chất lượng, máy cắt kính tự động trở thành điều cấp thiết trong các nhà máy sản xuất. Thiết kế mô hình máy cắt kính CNC không chỉ giải quyết vấn đề hiệu suất sản xuất mà còn đảm bảo độ chính xác cao, giảm tổn thất vật liệu và nâng cao tính kinh tế. Kính tắm là vật liệu nhẹ, bền và có giá trị kinh tế cao, nhưng việc gia công cắt kính đòi hỏi kỹ thuật đặc biệt. Các phương pháp cắt truyền thống bằng tay rất phức tạp, dễ gây hư hỏng sản phẩm. Do đó, nghiên cứu và phát triển máy cắt kính CNC là yêu cầu cấp bách trong ngành công nghiệp xây dựng hiện đại.

1.1. Ứng dụng của kính tắm trong xây dựng

Kính tắm được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng hiện đại như nhà vệ sinh, phòng tắm, cửa sổ và các ứng dụng trang trí nội thất. Vật liệu này mang lại tính thẩm mỹ cao, dễ vệ sinh và có tuổi thọ dài. Nhu cầu cắt kính chính xác theo các kích thước khác nhau là rất cao, đòi hỏi thiết bị chuyên dụng để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

1.2. Các hình thức cắt kính hiện đại

Có ba phương pháp cắt kính chính được sử dụng: cắt bằng tia laser, cắt bằng tia nước có hạt mài, và cắt bằng lưỡi cắt kim cương. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng. Phương pháp cắt kim cương được lựa chọn phổ biến do chi phí hợp lý, độ chính xác cao và khả năng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp.

II. Nguyên lý và phương pháp cắt kính bằng lưỡi kim cương

Phương pháp cắt kính sử dụng lưỡi cắt kim cương dựa trên nguyên lý ứng suất mập dục và sự phục hồi vee min của vật liệu. Các yếu tố cơ bản trong quá trình cắt bao gồm chiều sâu cắt, rãnh chữa phối, và hiện lượng phục hồi vật liệu. Để đạt chất lượng cắt tốt nhất, cần xác định đúng các thông số như áp lực cắt, tốc độ cắt, và tuổi thọ lưỡi cắt. Độ cứng vững của hệ thống công nghệ máy cắt ảnh hưởng lớn đến kết quả gia công. Chế độ gia công phù hợp giúp kéo dài tuổi thọ lưỡi cắt, giảm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu suất làm việc của máy.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt

Áp lực cắt, tốc độ cắt và các thông số hình học của lưỡi cắt là ba yếu tố quan trọng nhất. Ngoài ra, độ cứng vững của hệ thống và kết cấu đầu cắt cũng đóng vai trò crucial trong việc đảm bảo chất lượng vết cắt và tuổi thọ lưỡi cắt.

2.2. Yêu cầu chất lượng vết cắt

Vết cắt phải đáp ứng các tiêu chí chất lượng nghiêm ngặt như độ nhẵn mặt cắt, độ chính xác kích thước, và không có vết nứt hoặc mảnh vụn. Chất lượng mép cắt sau khi tách cần phải sạch sẽ, vuông góc và đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật để sản phẩm được chấp nhận trong sản xuất.

III. Thiết kế cơ khí hệ thống máy cắt kính CNC

Thiết kế máy cắt kính CNC bao gồm ba phương án chính: phương án sử dụng cánh tay máy, phương án bàn máy di chuyển trên các trục, và phương án lưỡi cắt di chuyển trên các trục. Mỗi phương án có những ưu điểm và hạn chế khác nhau. Lựa chọn phương án phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật, không gian làm việc và ngân sách dự án. Các cụm chỉ tiết chính của máy bao gồm hệ thống đầu cắt, các cụm trục X, Y, bộ truyền động, và cơ cấu dẫn hướng. Thiết kế phải đảm bảo độ chính xác cao, độ cứng vững tốt và khả năng vận hành ổn định trong quá trình sản xuất hàng loạt.

3.1. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế

Phương án sử dụng lưỡi cắt di chuyển trên các trục được ưu tiên vì có độ chính xác cao, chi phí thấp hơn và dễ bảo trì. Bộ truyền động nên sử dụng bộ truyền đai rằng hoặc vis me để đạt độ chính xác định vị tốt, đặc biệt là trên các trục X, Y của máy.

3.2. Tính toán và phân tích cấu trúc

Phải thực hiện tính toán độ biến dạng trên các trục để đảm bảo máy hoạt động trong phạm vi cho phép. Cơ cấu dẫn hướng cần được chọn sao cho đảm bảo chuyển động tuyến tính chính xác. Độ chính xác định vị phải đạt yêu cầu ±0.5mm trở lên để đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm.

IV. Hệ thống điều khiển và thử nghiệm máy cắt kính CNC

Hệ thống điều khiển của máy cắt kính CNC là yếu tố quan trọng quyết định hiệu suất hoạt động. Hệ thống sử dụng bộ điều khiển vi xử lý ATMEGA 16 kết hợp với động cơ Servo để điều khiển chuyển động của các trục. Thuật toán PID được áp dụng để điều chỉnh tốc độ và độ chính xác định vị. Encoder quang tương đối cung cấp phản hồi thời gian thực cho hệ thống điều khiển. Giao diện người dùng được thiết kế thân thiện để dễ sử dụng. Phần mềm điều khiển sử dụng thuật toán nội suy đường thẳng và thuật toán nội suy đường tròn để xử lý các đường cắt phức tạp. Thử nghiệm thực tế bao gồm chạy không tải, cắt thử và kiểm tra chất lượng để đảm bảo máy hoạt động đúng theo thiết kế.

4.1. Lựa chọn thiết bị điều khiển và động cơ

Động cơ Servo được lựa chọn vì có khả năng điều khiển chính xác và phản ứng nhanh. Encoder cung cấp vị trí phản hồi cho bộ điều khiển. Lựa chọn dòng điện và công suất động cơ phải phù hợp với lực cắt yêu cầu và tốc độ chuyển động của máy.

4.2. Thử nghiệm bảo dưỡng và vận hành

Thử nghiệm không tải với điện áp 20V, 24V, 27V để kiểm tra các trục X, Y. Thử nghiệm cắt thực tế trên kính tắm để kiểm tra chất lượng vết cắt. Hướng dẫn sử dụng máy bao gồm khởi động, định vị tọa độ và chế độ cắt tự động. Bảo dưỡng định kỳ và bảo trì được thực hiện theo lịch để đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ máy dài hạn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương IU: Phân tích chợn phương án thiết kế máy Chương IV: Thiết kế các cụm chỉ tiết chính. Chương V:_ Thiết kế hệ thông điểu khiển Chương VI Thử nghiệm Máy cắt kinh. H¥-Trén Quang Huy Lép CB2010B MSHV: CB101247 - Trường ĐH Bách Khoa HN 10 Tuân văn Thạc sỹ: “Thiếtkế chế tạo mô hình Máy cắt kính" GETH2: Lê Thanh Sơm Hình 5.22, Sơ đỗ khối của Atrnesal6. Cầu trúc chân của AVR.

Sơ đồ mạch điêu khiến động cơ. ưu đỏ thuật toán nội suy dường thẳng Luưu đồ thuật toán nội suy đường tròn. Mệt số hình ảnh giao điện Bảng 6.1: Thứ nghiệm không tải với U= 20V Bang 6.2: Thử nghiệm không lãi với U 24V, Bang 6.3: Thử nghiệm sai lệch quãng đường với U= 27V H¥-Trén Quang Huy Lép CB2010B MSHV: CB101247 - Trường ĐH Bách Khoa HN Tuân văn Thạc sỹ: “Thiếtkế chế tạo mô hình Máy cắt kính" GVTID: 1.8 Thanh Son DANH MUC CAC HINH VE, BANG BIEU, DO THI Hình1.Dụng cụ cất kinh cảm tay. S11 HH n1 xe „13 Hình 1.Máy cắt kinh sử dụng tia lasor.

S11 HH n1 xe „15 Hình 1.3 Máy cắt kinh sử đựng tia nước có hạt mài 16 Hình 1.Máy cắt kinh CNC sử dụng lưỡi cắt kim cương 16 Hình 1. Quá trình cắt kinh không chất làm lạnh 18 Hình 1. Mô tả quá trình cắt kinh dùng tia laser Hình 1. Sự phân bổ nhiệt độ vả ứng suất trên bề mặt tâm kinh.8, Ung sudt keo tran tắm kính.

Phương pháp tạo vết nứt tế vị (2), và liên toàn bộ chiêu đây (b) 23 Hình 1.Mô lã quả trình cắt kính bằng lần nước có hạt mái 26 Hinh 2.Sy xuất hiện vết mút.Kết câu hệ thông đầu cắt thông dụng. TH Hy 2010001 „36 Tiảng 2. Ảnh hưởng của góc nghiêng lười cắt và áp suất nén đến vết cắt 40 Hình 2.Sự phân bố ứng suất bên trong lắm kính 45 Hình 2.Vết cất khi cắt bằng lưỡi cắt 46 Hình 3. Sơ dỗ nguyênlý chưng.

AT TTình 3.Sơ đỗ sử dụng cánh tay máy điều khiển đầu cắt.50 dé di chuyén bản máy 50 Hình 3.80 dé di chuyén dau cat 51 Hình 3.1: Cụm chỉ tiết trục Y.4: Bé truyén dai ring, 3 Hình 4.Bộ truyền bánh răng- thanh răng 65 Hình 4. Bộ truyền xích.7, Cơ câu dẫn hướng dạng chữ V, va dana d duôi nẻn.- 69 H¥-Trén Quang Huy Lép CB2010B MSHV: CB101247 - Trường ĐH Bách Khoa HN Tuân văn Thạc sỹ: "Thiếtkí Š tạo mô ltình Máy cắt kính” GVTID: 1.8 Thanh Son Hình 4. Dân hướng dạng trụ tròn. Sơ đỗ bề trí trục Y.

Sơ đồ đảm tương đương Hinh 4. Các biểu đồ mômen Hình 4. Biển đồ momem gây bởi lực đơn vị Pk 1 Hình 4. Lưu đồ thuật toán cho hệ - Tlinh 5.

Giải pháp thứ nhất cho sơ dé hệ thẳng, Hình 5. Giải pháp thứ hai cho sơ đổ khối hệ thông Hình 5. Giải pháp thứ ba cho sơ đỗ khối hệ thống 1ình 5.5, Giải pháp thứ tư cho sơ để khối hệ thông,. Sơ đỗ chỉ tiết của hệ thếng.6: Vi du digu khién vị trí xe trên đường‘bing Hình 5.

Hệ tọa độ nội suy đường thẳng, Hình 5. Sơ dỗ thuật toán nội suy dường thẳng Hình 5. Hệ toa độ nội suy dường trồn. Sơ đồ thuật toán nội suy đường tròn.

Vimach MAX Hinh 5. Kết nối cống COM voi MAX, 100 Hình 5. Hai kẽnh A vá B lệch pha trong enleodiet. Tin higu héi tiép tir encoder.

Biên đạng hình thang mẫu biểu điễn biênn dạng v vận tắc 106 Hình 5. Hoạt động đọc Byle trạng thái 108 Hình 5. Hoạt động ghỉ Byte lênh. Hoạt động đọc đữ „109 1Hỉnh 5.

Loạt động ghi đữ liệu. Ngõ ra PWM của I.M629 với lấn số hoại "đông là 8MH+z 110 H¥-Trén Quang Huy Lép CB2010B MSHV: CB101247 - Trường ĐH Bách Khoa HN Tuân văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính" GVTID: 1.8 Thanh Son Để dâm bảo hệ thống hoạt dộng, én định, diều khiển dễ đảng thị việc tạo ra một hệ thông điện tử hoạt động én định là điều vô cùng quan trạng. Vậy nên cần đòi hỏi phải chọn dược phương án thiết kế modun điều khiến tối ưu. Phương pháp nghiên cứu Đề quả trình nghiên cứu đi đứng hướng và đạt kết quả tất thi việc kế thừa lại các thành Lựa khoa học công nghệ trước đó là vô cũng quan trong, Máy cắt kính trên thế giới đã được nghiên cứu va dua vào sản suất được một quống thời gian không ngắu.

Do đó máy cắt kính trên thế giới đã đại được yêu cầu về tính công nghệ cao vẻ két cảu và tính mỹ thuật, Có thể kế ra các loại máy cắt kính dang, được đùng trên thế giới như: máy cắt kinh laser YH 2000D, máy cất tia mước hạt mài ƠNC TTP-380 khu cầu cắt kinh trong nước ta hiện nay đang tầng theo nhu cầu xây dựng nhà cao tang và những công trinh mang tính thâm mỹ cao của quốc gia. Tuy nhiền chưa có nhiều nha máy có thể đáp ứng được như câu cắp thiết mang tỉnh thập kỷ này. Còn các cơ sở nhỏ lẻ chủ yêu vẫn sử dụng đao cắt kinh kim cương cẩm tay với lục cắt phụ thuộc nhiều vào tay nghề người thợ 4, Ý nghĩa khơa hục và thực tiễn của đễ tài nghiên cửu Dé tài: “Thiết kê chế tạo mô hình máy cắt kinh” nhằm tăng thêm lựa chọn cho. nành công nghiệp gia công kính còn nơn bế lại Việt Nam.

Với điểu kiện hạn hẹp người nghiên cửu chỉ dựa ra nguyên lý cất kinh và mô phỏng lại quả trình chuyên dộng, của các trục trong khi cắt kinh. Mô hình máy cắt kính chưa thế đưa vào sân xuất phục vụ công nghiệp xây dựng nói chung tại Việt Nam nhưng dễ tài đặt nên mỏng dâu tiên cho quả trình tự xây dựng và lắp ráp máy cắt kính mang thương hiệu Việt Nam. H¥-Trén Quang Huy Lép CB2010B MSHV: CB101247 - Trường ĐH Bách Khoa HN Tuân văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính" GVTID: 1.8 Thanh Son Để dâm bảo hệ thống hoạt dộng, én định, diều khiển dễ đảng thị việc tạo ra một hệ thông điện tử hoạt động én định là điều vô cùng quan trạng. Vậy nên cần đòi hỏi phải chọn dược phương án thiết kế modun điều khiến tối ưu.

Phương pháp nghiên cứu Đề quả trình nghiên cứu đi đứng hướng và đạt kết quả tất thi việc kế thừa lại các thành Lựa khoa học công nghệ trước đó là vô cũng quan trong, Máy cắt kính trên thế giới đã được nghiên cứu va dua vào sản suất được một quống thời gian không ngắu. Do đó máy cắt kính trên thế giới đã đại được yêu cầu về tính công nghệ cao vẻ két cảu và tính mỹ thuật, Có thể kế ra các loại máy cắt kính dang, được đùng trên thế giới như: máy cắt kinh laser YH 2000D, máy cất tia mước hạt mài ƠNC TTP-380 khu cầu cắt kinh trong nước ta hiện nay đang tầng theo nhu cầu xây dựng nhà cao tang và những công trinh mang tính thâm mỹ cao của quốc gia. Tuy nhiền chưa có nhiều nha máy có thể đáp ứng được như câu cắp thiết mang tỉnh thập kỷ này. Còn các cơ sở nhỏ lẻ chủ yêu vẫn sử dụng đao cắt kinh kim cương cẩm tay với lục cắt phụ thuộc nhiều vào tay nghề người thợ 4, Ý nghĩa khơa hục và thực tiễn của đễ tài nghiên cửu Dé tài: “Thiết kê chế tạo mô hình máy cắt kinh” nhằm tăng thêm lựa chọn cho.

nành công nghiệp gia công kính còn nơn bế lại Việt Nam. Với điểu kiện hạn hẹp người nghiên cửu chỉ dựa ra nguyên lý cất kinh và mô phỏng lại quả trình chuyên dộng, của các trục trong khi cắt kinh. Mô hình máy cắt kính chưa thế đưa vào sân xuất phục vụ công nghiệp xây dựng nói chung tại Việt Nam nhưng dễ tài đặt nên mỏng dâu tiên cho quả trình tự xây dựng và lắp ráp máy cắt kính mang thương hiệu Việt Nam. H¥-Trén Quang Huy Lép CB2010B MSHV: CB101247 - Trường ĐH Bách Khoa HN Tuân văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính" GVTID: 1.8 Thanh Son LOT CAM DOAN Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sỹ : "7iết kế chế tạa mô hình Máy cất kính" là công trình nghiên cứu của gó nhu tôi, các số liệu trong Tuân văn là số liệu trung thực Nedy thang Ð Năm 2012 Trần Quang Huy Hee vién lép CR2010B- Mé Hoe vién: CR101247 Trường Đại bạc Bách khoa Hà Nội H¥-Trén Quang Huy Lép CB2010B MSHV: CB101247 - Trường ĐH Bách Khoa HN Tuân văn Thạc sỹ: "Thiếtkí Š tạo mô ltình Máy cắt kính” GVTID: 1.8 Thanh Son Hình 4.

Dân hướng dạng trụ tròn. Sơ đỗ bề trí trục Y. Sơ đồ đảm tương đương Hinh 4. Các biểu đồ mômen Hình 4.

Biển đồ momem gây bởi lực đơn vị Pk 1 Hình 4. Lưu đồ thuật toán cho hệ - Tlinh 5. Giải pháp thứ nhất cho sơ dé hệ thẳng, Hình 5. Giải pháp thứ hai cho sơ đổ khối hệ thông Hình 5.

Giải pháp thứ ba cho sơ đỗ khối hệ thống 1ình 5.5, Giải pháp thứ tư cho sơ để khối hệ thông,. Sơ đỗ chỉ tiết của hệ thếng.6: Vi du digu khién vị trí xe trên đường‘bing Hình 5. Hệ tọa độ nội suy đường thẳng, Hình 5. Sơ dỗ thuật toán nội suy dường thẳng Hình 5.

Hệ toa độ nội suy dường trồn. Sơ đồ thuật toán nội suy đường tròn. Vimach MAX Hinh 5. Kết nối cống COM voi MAX, 100 Hình 5.

Hai kẽnh A vá B lệch pha trong enleodiet. Tin higu héi tiép tir encoder. Biên đạng hình thang mẫu biểu điễn biênn dạng v vận tắc 106 Hình 5. Hoạt động đọc Byle trạng thái 108 Hình 5.

Hoạt động ghỉ Byte lênh. Hoạt động đọc đữ „109 1Hỉnh 5. Loạt động ghi đữ liệu. Ngõ ra PWM của I.M629 với lấn số hoại "đông là 8MH+z 110 H¥-Trén Quang Huy Lép CB2010B MSHV: CB101247 - Trường ĐH Bách Khoa HN Tuân văn Thạc sỹ: “Thiếtkế chế tạo mô hình Máy cắt kính" GVTID: 1.8 Thanh Son DANH MUC CAC HINH VE, BANG BIEU, DO THI Hình1.Dụng cụ cất kinh cảm tay.

S11 HH n1 xe „13 Hình 1.Máy cắt kinh sử dụng tia lasor. S11 HH n1 xe „15 Hình 1.3 Máy cắt kinh sử đựng tia nước có hạt mài 16 Hình 1.Máy cắt kinh CNC sử dụng lưỡi cắt kim cương 16 Hình 1. Quá trình cắt kinh không chất làm lạnh 18 Hình 1. Mô tả quá trình cắt kinh dùng tia laser Hình 1.

Sự phân bổ nhiệt độ vả ứng suất trên bề mặt tâm kinh.8, Ung sudt keo tran tắm kính. Phương pháp tạo vết nứt tế vị (2), và liên toàn bộ chiêu đây (b) 23 Hình 1.Mô lã quả trình cắt kính bằng lần nước có hạt mái 26 Hinh 2.Sy xuất hiện vết mút.Kết câu hệ thông đầu cắt thông dụng. TH Hy 2010001 „36 Tiảng 2.