đặt vấn đề Tự động hóa quá trình sản xuất là một trong những yêu cầu bức xúc hiện nay đối với các doanh nghiệp sản xuất trong và ngoài nước ở hầu hết các lĩnh vực. Đối với lĩnh vực sản xuất cơ khí thì đây cũng là một trong những yêu cầu cấp thiết nhằm tiến đến “tăng năng suất, nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm”. Nhiều doanh nghiệp đã và đang đầu tư để đổi mới công nghệ, ứng dụng công nghệ cao, công nghệ tiên tiến trong sản xuất. Tuy nhiên, do hạn chế về khả năng tự nghiên Luan van 5 cứu công nghệ mới, năng lực vốn đầu tư gặp có nhiều khó khăn… dẫn đến chậm đổi mới công nghệ.
Hiện nay nhu cầu về máy CNC phục vụ công nghiệp và các ngành sản xuất khác là rất lớn, doanh nghiệp thiết kế máy trong nước chỉ đáp ứng một phần nhỏ. Chủ yếu là nhập khẩu máy CNC mới từ nước ngoài về hay nhập máy cũ (seconhand) về. Đối với quá trình khắc CNC thì việc tiếp xúc trực tiếp tại chỗ làm việc là cực kỳ tốn thời gian mất an toàn và ảnh hưởng tới sức khỏe: môi trường bị ô nhiễm nặng (bột gỗ, …) nguy hiểm cho mắt, da, phổi…Tai nạn lao động nhiều, tốn thời gian rất nhiều để hoàn thành xong một sản phẩm …Nên điều khiển gián tiếp là biện pháp hiệu quả nhất. Máy sẽ được đặt trong môi trường kín sẽ đảm bảo an toàn lao động cho công nhân.
Trong tình hình hội nhập với nền kinh tế thế giới cùng với sự cạnh tranh gắt gao từ các nhà sản xuất nước ngoài. Điều này đòi hỏi các nhà sản xuất trong nước cần phải nâng cao năng lực cạnh tranh của sản phẩm hơn nữa bằng cách cải tiến và đầu tư máy móc, trang thiết bị an toàn, bảo vệ sức khỏe công nhân để phục vụ sản xuất. Đặc biệt là trong tình hình lao động hiện nay, nguồn lao động có tay nghề trong ngành cơ khí đang thiếu hụt trầm trọng. Chính vì điều này mà hiện nay vấn đề đặt ra là: để phát triển ngành sản suất cơ khí trong nước thì việc trang bị các máy móc tự động phục vụ một phần cho công việc trong quá trình sản xuất là vô cùng quan trọng.
Ngoài các lý do như trên thì việc thiết kế, chế tạo và sử dụng thiết bị CNC còn là tiền đề cho việc phát triển lĩnh vức cơ khí tự động hóa trong sản xuất. Hưởng ứng phong trào thiết kế máy CNC phục vụ trong nước của nước ta.2 Khái niệm máy CNC CNC (Computer Numerical Control) xuất hiện vào khoảng đầu thập niên 1970 khi máy tính bắt đầu được dùng ở các hệ điều khiển máy công cụ thay cho NC, Numerical Control (Điều khiển số ). CNC đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc với mục đích sản xuất( có tính lặp lại) các bộ phận kim khí( hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi mã G. CNC được phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở trong phòng thí nghiệm Servomechanism của trường MIT.
Trước khoảng thời gian này, các chương trình NC thường phải được mã hoá và xử lý trên các băng đục lỗ, hệ điều khiển các trục máy chuyển động. Cách này đã cho thâý nhiều bất tiện, chẳng hạn khi sửa chữa, hiệu chỉnh chương trình, băng chóng mòn, khó lưu trữ, truyền tải, dung lượng bé.Hệ điều khiển CNC khắc phục các nhược điểm trên nhờ khả năng điều khiển máy bằng cách đọc hàng loạt ngàn bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ, cho phép giao tiếp, truyền tải và xử lý, điều khiển các quá trình một cách nhanh chóng, chính xác. Luan van 6 Hình 1.1 Máy CNC dùng trong công nghiệp Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp. Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người thực hiện được giảm thiểu.
Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng. Kĩ thuật tự động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác. Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác. Trong môi trường sản xuất, với nhiều loại máy CNC được ra đời nhầm đáp ứng nhu cầu của thị trường và trong đó có máy khắc gỗ CNC, nhầm đáp ứng về việc gia công gỗ một cách hiệu quả và chính xác.3 Tổng quan về máy CNC trong và ngoài nước 1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Có thể phân loại các máy CNC như sau: - Các máy CNC dùng để cắt gọt kim loại bằng dụng cụ cắt (theo công nghệ truyền thống): máy vẽ CNC, máy tiện CNC, các trung tâm tiện và vẽ CNC, máy mài CNC.
- Các máy CNC dùng để gia công theo công nghệ phi truyền thống: máy xung tia lửa điện, máy cắt dây tia lửa điện, máy cắt bằng Plasma, cắt bằng Laser, máy tạo mẫu nhanh RP. - Các máy CNC dùng để gia công biến dạng bằng áp lực: máy đột tự động theo chương trình, máy cán, máy ép, máy dập điều khiển số. - Các máy CNC chuyên dụng phục vụ cho các ngành công nghiệp sản xuất hàng loạt hoặc đặc biệt: sản xuất phụ tùng ô tô, đồ tiêu dùng, sản xuất vũ khí, hoá chất độc hại,… Luan van 7 - Các máy CNC chuyên dụng phục vụ cho các ngành công nghiệp sản xuất hàng loạt hoặc đặc biệt: sản xuất phụ tùng ô tô, đồ tiêu dùng, sản xuất vũ khí, hoá chất độc hại,… - Các lĩnh vực ứng dụng của máy CNC và các sản phẩm do máy CNC tạo ra: - Máy CNC dùng để chế tạo ra các máy móc, thiết bị và dây chuyền sản xuất phục vụ toàn bộ các ngành kinh tế khác như: công nghiệp nặng (đóng tàu, khai thác mỏ, điện, dầu khí, thiết bị vận chuyển như ô tô, tàu hoả,…), công nghiệp nhẹ (dệt may, đóng giày, thực phẩm,…), công nghiệp quốc phòng (dây chuyền sản xuất vũ khí, thuốc nổ,…) 1.2 Các máy móc và s ản phẩm tương tự - Máy vẽ, máy tiện trong công nghiệp - Máy điêu khắc gỗ CNC 3 trục, 4 trục, 5 trục, máy tiện. - Máy khắc laser, máy in 3D.3 Mục đích nghiên cứu Với đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình máy CNC laser” người nghiên cứu thể hiện với các mục đích sau: Đổi mới công nghệ, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm trong việc gia công điêu khắc gỗ trong ngành cơ điện tử chúng ta.
Nghiên cứu tính toán , thiết kế và chế tạo theo hướng đơn giản hóa các kết cấu, thu nhỏ các kích thước của những máy để tạo thành một máy mới có có giá thành hạ, kết cấu đơn giản, dễ vận hành, dễ thao tác và di chuyển từ nơi làm việc này đến nơi làm việc khác. Loại máy laser này có kết cấu tương tự như thiết bị cắt tự hành nhưng có thể di chuyển bút vẽ đến tọa độ bất kì trên board đồng để tạo thành các đường mạch với kích thước khác nhau. Hệ thống điều có giao diện đẹp mắt, hoạt động rất đơn giản và thuận tiện. Bộ nhớ xử lý ổn định có thể tạo ra các dạng sản phẩm khắc đơn giản.
Đồng thời cũng góp phần phát triển ngành công nghệ tự động của nước nhà.4 Mô tả đề tài: Thi ết kế mô hình máy CNC laser Hình 1.2 Mô hình máy CNC mini laser Luan van 8 Trước đây việc tạo ra một sản phẩm khắc phải trải qua nhiều bước mới có thể có được một sản phẩm khắc hoàn chỉnh,vừa tốn thời gian, công sức mà hiệu quả lại thấp. Còn những sản phẩm khắc phức tạp thì hiệu quả đạt được lại rất thấp. Với những đòi hỏi của công nghệ, để đáp ứng được nhu cầu của thị trường, máy CNC laser là bước tiến mới để giải quyết những vấn đề đó. Với máy CNC laser không chỉ giải quyết được những khó khăn đó, mà nó còn là lựa chọn tối ưu nhất trong ngành cơ điện tử chúng ta và các ngành khác.
Đặc biệt là CNC laser luôn đạt được độ chính xác cao. Nên được mọi người biết đến như một cổ máy giải quyết khó khăn trong việc tạo ra những sản phẩm khắc cả về số lượng lẫn chất lượng. Thấy được tầm quan trọng đó, nên chúng em đã ra sức tìm hiểu và cố gắng “Thiết kế chế tạo mô hình máy CNC laser” được nhóm thực hiện để đáp ứng một phần nào đó của công nghệ hiện nay. Ưu điểm của máy CNC laser: - Khắc những sản phẩm gỗ một cách chính xác.
- Quy hoạch thời gian sản xuất tốt hơn. - Tính linh hoạt cao hơn. - Tiết kiệm chi phí, giảm thời gian gia công sản phẩm khắc. - Nâng cao năng suất.
- So với các máy công cụ điều khiển bằng tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung chương trình được đưa vào máy. Người điều khiển chỉ chủ yếu là theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy - Ít phải dừng máy vì kỹ thuật, do đó chi phí do dừng máy nhỏ - Tiêu hao do kiểm tra ít, giá thành đo kiểm giảm. - Thời gian hiệu chỉnh máy nhỏ. Nhược điểm: - Không thể vẽ được những sản phẩm khắc quá phức tạp - Giá thành, chi phí bảo dưỡng sửa chữa cao; yêu cầu trình độ hiểu biết sâu để vận hành và bảo quản máy.5 Phân lo ại mô hình máy CNC Các loại máy CNC được phân loại theo hai tiêu chí: Phân loại theo mục đích: Máy tiện CNC.
Phân loại theo số trục : Có các loại máy tiện/phay 3 trục, 4 trục , 6 trục, 8 trục,… Luan van 9 1.6 Các đặc trưng của máy CNC laser Tính năng tự động cao: Máy CNC laser có năng suất cao và giảm được tối đa thời gian, do mức độ tự động được nâng cao vượt bậc. Tuỳ từng mức độ tự động, máy CNC laser có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chuyển động khác nhau, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa bút vẽ và board đồng, … Tính năng linh hoạt cao: Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng với các loại sản phẩm khắc khác nhau.