Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu thiết kế máy cắt plasma CNC chuyên dụng

Đồ án HCMUTE nghiên cứu thiết kế chế tạo máy cắt plasma CNC chuyên dụng, mang lại giải pháp hiệu quả cho ngành công nghiệp chế tạo.

• Tác giả: Đỗ Minh Hải
• Người hướng dẫn: ThS. Đoàn Tất Linh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Máy Cắt Plasma CNC Chuyên Dùng
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT ĐỒ ÁN
• 1. MỤC LỤC
• 1.1. BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
• 1.2. BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
• 1.3. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 1.4. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• 1.5. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• 1.5.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.5.2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
• 1.5.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.5.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.5.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5.5.1. Cơ sở phương pháp luận
• 1.5.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
• 1.6. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CNC PLASMA
• 1.6.1. Giới thiệu về Plasma
• 1.6.2. Sự tương tác giữa các hạt trong plasma
• 1.6.2.1. Va chạm đàn hồi
• 1.6.2.2. Va chạm không đàn hồi
• 1.6.3. Đặc điểm Plasma
• 1.6.4. Ưu và nhược điểm
• 1.6.5. Plasma cắt kim loại
• 1.6.5.1. Tia Plasma Cắt Kim Loại
• 1.6.5.2. Hoạt Động Của Một Máy Cắt Plasma
• 1.6.5.3. Plasma lựa chọn phương án tối ưu để cắt kim loại tấm thép cacbon và Inox
• 1.7. Các Biến Thể Của Quá Trình Cắt Plasma
• 1.7.1. Cắt Plasma thông thường
• 1.7.2. Cắt Plasma hai đường khí
• 1.7.3. Cắt Plasma phun nước
• 1.7.4. Cắt Plasma độ chính xác cao
• 1.8. Khái quát về máy CNC
• 1.8.1. Vài nét sơ lược về máy CNC
• 1.8.2. Cấu tạo chung và quy ước máy CNC
• 1.8.3. Các kiểu hệ thống điều khiển
• 1.9. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY CẮT PLASMA CHUYÊN DÙNG
• 1.9.1. Lựa chọn phương án cho máy cắt CNC Plasma
• 1.9.2. Lựa chọn vitme-đai ốc
• 1.9.3. Lựa chọn cơ cấu dẫn hướng
• 1.9.4. Lựa chọn bộ truyền và khớp nối trục
• 1.9.5. Cơ sở lý thuyết tính toán
• 1.9.5.1. Thiết kế trục X
• 1.9.5.2. Thiết kế trục Y
• 1.9.5.3. Lựa chọn, tính toán thanh trượt bi
• 1.9.5.4. Tính toán, lựa chọn vítme-đai ốc bi
• 1.9.5.5. Tính toán, lựa chọn động cơ bước
• 1.9.6. Lựa chọn vật liệu cắt, đặc điểm kim loại cắt
• 1.9.6.1. Thép xây dựng (thép cán nóng thường)(<12mm)
• 1.9.6.2. Thép kết cấu (<12mm)
• 1.9.7. So sánh kết cấu mình chọn so với máy plasma trên thị trường
• 1.9.8. So sánh với các máy ngoài thị trường
• 1.9.9. Chia tách về mặt vật lý các đường dây tín hiệu và dây động lực, không đặt chúng gần với nhau
• 1.9.10. Phần lớn nhiễu HF do máy Plasma phát ra sẽ phát tán ra không gian tại đầu ra của mỏ cắt Plasma và trên đường dây dẫn từ máy Plasma đến mỏ cắt
• 1.9.11. Sử dụng các thiết bị có khả năng chống nhiễu cao
• 1.10. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG CHO MÁY CẮT PLASMA CNC CHUYÊN DÙNG
• 1.10.1. Một số phương pháp cấp phôi cuộn (con lăn, hệ thống kẹp đẩy)
• 1.10.2. Hệ thống cấp phôi tự động bằng piston – xilanh
• 1.10.3. Hệ thống cấp phôi tự động bằng lô cán
• 1.10.4. Đưa ra phương pháp và chọn cơ cấu cấp phôi để thực hiện việc thiết kế
• 1.10.5. Hệ thống cấp phôi tự động bằng động cơ và piston
• 1.10.6. Tính toán năng suất cấp phôi và động cơ
• 1.10.7. Công suất trên trục công tác
• 1.10.8. Tính toán công suất hệ thống (Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1)
• 1.10.9. Bộ truyền đai thang
• 1.10.10. Một số phương án dùng mạch điều khiển cấp phôi tự động
• 1.10.11. Cấu trúc điển hình của rơle số
• 1.10.12. Dùng khí nén
• 1.10.13. Kết luận phương án tối ưu
• 1.11. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY PLASMA CNC CHUYÊN DÙNG
• 1.11.1. Chọn công suất động cơ
• 1.11.2. Chọn loại động cơ, so sánh giá thành động cơ
• 1.11.3. Động cơ truyền động cho trục X, Y
• 1.11.4. Thông số kỹ thuật của động cơ bước
• 1.11.5. Cài đặt thông số trên các động cơ
• 1.11.6. Cách xác định các đầu cuộn dây động cơ bước đơn cực 6 dây
• 1.11.7. Điều khiển động cơ bước
• 1.11.8. Vẽ sơ đồ hoàn chỉnh và lựa chọn driver và card giao tiếp phù hợp
• 1.12. KHAI THÁC VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỀU HÀNH MACH 3
• 1.12.1. Định nghĩa mach 3
• 1.12.2. Cài Đặt Phần Mềm
• 1.12.3. Cài Đặt Thông Số Trên Động Cơ
• 1.13. Các chi tiết cần gia công
• 1.14. Các hình ảnh trong quá trình gia công máy CNC Plasma
• 1.15. Các máy do nhóm làm để hỗ trợ cho gia công sản phẩm bếp than điện tử
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về máy cắt plasma CNC

Máy cắt plasma CNC là một thiết bị hiện đại, sử dụng công nghệ plasma để cắt kim loại với độ chính xác cao. CNC (Computer Numerical Control) cho phép điều khiển máy cắt một cách tự động, giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Công nghệ plasma cho phép cắt các hình dạng phức tạp trên bề mặt kim loại, từ thép đến inox, với độ dày từ 0.3 đến 12mm. Việc nghiên cứu và thiết kế máy cắt plasma CNC chuyên dụng tại HCMUTE không chỉ đáp ứng nhu cầu học tập mà còn phục vụ cho ngành công nghiệp chế tạo máy. Theo tài liệu, máy cắt plasma CNC có khả năng cắt chính xác với sai số kích thước đạt mức 0, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp. Như vậy, việc phát triển máy cắt plasma CNC chuyên dụng là cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất.

II. Nghiên cứu công nghệ plasma

Công nghệ plasma là một trong những phương pháp cắt kim loại tiên tiến nhất hiện nay. Plasma là trạng thái của vật chất, trong đó các nguyên tử bị ion hóa, tạo ra một dòng khí nóng có khả năng cắt qua kim loại. Nghiên cứu về sự tương tác giữa các hạt trong plasma cho thấy rằng, khi plasma tiếp xúc với kim loại, nó tạo ra nhiệt độ cao, giúp kim loại nóng chảy và bị cắt. Các phương pháp cắt plasma thông thường bao gồm cắt plasma hai đường khí và cắt plasma độ chính xác cao. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, tuy nhiên, cắt plasma độ chính xác cao được ưa chuộng hơn trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao. Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ plasma không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất.

III. Thiết kế máy cắt plasma CNC

Thiết kế máy cắt plasma CNC bao gồm nhiều bước quan trọng, từ lựa chọn vật liệu đến tính toán các thông số kỹ thuật. Việc lựa chọn vitme-đai ốc và cơ cấu dẫn hướng là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác trong quá trình cắt. Hệ thống truyền động cơ khí cũng cần được thiết kế sao cho phù hợp với yêu cầu của máy. Các thông số như kích thước máy, công suất và tốc độ cắt tối đa cần được xác định rõ ràng. Theo tài liệu, máy cắt plasma CNC chuyên dụng có kích thước 2400 mm và công suất 5 kW, cho phép cắt với tốc độ tối đa 30 m/ph. Việc thiết kế máy cắt plasma CNC không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

IV. Hệ thống cấp phôi tự động

Hệ thống cấp phôi tự động cho máy cắt plasma CNC là một phần quan trọng trong quá trình sản xuất. Hệ thống này giúp tự động hóa việc cung cấp vật liệu cho máy cắt, từ đó nâng cao năng suất và giảm thiểu thời gian dừng máy. Có nhiều phương pháp cấp phôi khác nhau, bao gồm cấp phôi bằng piston, xilanh và lô cán. Mỗi phương pháp có những ưu điểm riêng, tuy nhiên, việc lựa chọn phương pháp phù hợp với yêu cầu sản xuất là rất quan trọng. Theo nghiên cứu, hệ thống cấp phôi tự động không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu sai sót trong quá trình sản xuất. Việc thiết kế hệ thống cấp phôi tự động cho máy cắt plasma CNC chuyên dụng tại HCMUTE là một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất.

V. Khai thác và vận hành hệ thống điều hành Mach 3

Hệ thống điều hành Mach 3 là phần mềm quan trọng trong việc điều khiển máy cắt plasma CNC. Phần mềm này cho phép người dùng lập trình và điều khiển máy một cách dễ dàng. Việc cài đặt và cấu hình phần mềm Mach 3 là rất cần thiết để đảm bảo máy hoạt động hiệu quả. Các thông số trên động cơ cần được cài đặt chính xác để đảm bảo độ chính xác trong quá trình cắt. Theo tài liệu, việc khai thác và vận hành hệ thống điều hành Mach 3 không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn giảm thiểu sai sót trong quá trình cắt. Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống điều hành cho máy cắt plasma CNC chuyên dụng tại HCMUTE là một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Trong bối cảnh ngành công nghiệp cơ khí chế tạo và gia công kim loại tấm tại Việt Nam đang chuyển dịch mạnh mẽ theo hướng tự động hóa, nhu cầu về các thiết bị cắt biên dạng kim loại tấm tốc độ cao, độ chính xác chuẩn xác và chi phí đầu tư hợp lý ngày càng trở nên cấp thiết. Theo các khảo sát công nghiệp cơ khí chế tạo, các doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMEs) thường gặp rào cản lớn khi tiếp cận các dòng máy cắt laser fiber hay plasma CNC công nghiệp nhập khẩu từ châu Âu, Nhật Bản với chi phí dao động từ 400 triệu đến hàng tỷ đồng. Ngược lại, phương pháp cắt thủ công hoặc cắt khí Oxy-Gas (Oxyfuel) bộc lộ nhiều nhược điểm: tốc độ cắt chậm, vùng ảnh hưởng nhiệt (Heat-Affected Zone - HAZ) lớn vượt quá 10 mm gây cong vênh phôi mỏng, và sai số biên dạng cao đòi hỏi nguyên công gia công cơ phụ trợ tốn kém.

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy cắt Plasma CNC chuyên dùng" được thực hiện tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM nhằm giải quyết bài toán cốt lõi: Làm chủ công nghệ tính toán, thiết kế cơ khí, hệ thống điều khiển điện tử - chống nhiễu công nghiệp và chế tạo thành công một hệ thống máy cắt Plasma CNC chuyên dùng khổ làm việc 2.400 mm tích hợp hệ thống cấp phôi tự động với giá thành chỉ bằng 30-35% máy ngoại nhập nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác gia công đạt cấp dung sai kỹ thuật.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                              MỤC TIÊU VÀ CHỈ SỐ KỸ THUẬT                          |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| 1. Kích thước làm việc danh định: 2.400 mm (hành trình hữu ích trục X/Y)          |
| 2. Nguồn cắt Plasma: Công suất định mức 5.0 kW, điện áp nguồn 220V / 50Hz         |
| 3. Chiều dày kim loại gia công: Cắt hiệu quả thép cacbon/Inox từ 0.3 mm đến 12 mm |
| 4. Vận tốc dịch chuyển không tải tối đa (Rapid Traverse): 30 m/phút               |
| 5. Độ chính xác định vị lặp lại: ±0.10 mm đến ±0.15 mm                            |
| 6. Tích hợp module cấp phôi cuộn/tấm tự động bằng cơ cấu khí nén và con lăn dẫn   |
| 7. Cách ly hoàn toàn nhiễu cao tần (HF - High Frequency) từ mỏ cắt sang mạch số   |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Phương pháp tiếp cận của đề tài dựa trên việc module hóa kết cấu cơ khí bằng thép kết cấu CT3 gia công chính xác, dẫn hướng bằng thanh trượt bi tuyến tính chịu tải cao kết hợp vít me bi/thanh răng, hệ thống điều khiển phát xung số thông qua phần mềm Mach3 CNC, và thiết kế mạch lọc tín hiệu chuyên dụng chống bức xạ điện từ (EMI). Hệ thống hướng tới ứng dụng trực tiếp trong gia công chế tạo vỏ thiết bị dân dụng, tiêu biểu như dây chuyền chế tạo cụm chi tiết cho sản phẩm bếp than điện tử, máy đột lỗ và máy phun sơn bán tự động.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Quá trình phân tích công nghệ cắt nhiệt kim loại tấm cho thấy rõ sự khác biệt giữa các giải pháp công nghệ trên thị trường hiện nay:

Tiêu chí so sánh	Cắt Oxy-Gas (Oxyfuel)	Cắt Plasma CNC công nghiệp	Máy cắt Plasma CNC chuyên dùng (Đề tài)
Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ)	Rất lớn ($>10\text{ mm}$), biến dạng nhiệt cao	Nhỏ ($1.5 - 2.5\text{ mm}$)	Nhỏ ($2.0\text{ mm}$), mép cắt ít xỉ bám
Tốc độ cắt thép 12mm	Chậm ($30.5\text{ m/h}$)	Rất nhanh ($>200\text{ m/h}$)	Nhanh ($180 - 220\text{ m/h}$)
Chi phí gia công / mét cắt	Cao ($\approx $0.35 - $0.50/\text{m}$)	Trung bình ($\approx $0.15/\text{m}$)	Cực thấp ($\approx $0.11/\text{m}$)
Khả năng cắt kim loại màu	Không cắt được Inox, Nhôm	Cắt tốt mọi kim loại dẫn điện	Cắt tốt thép tấm cán nóng, thép kết cấu, Inox
Khả năng tự động cấp phôi	Rất hiếm, nạp phôi thủ công	Tùy chọn giá thành rất cao	Tích hợp đồng bộ cụm cấp phôi khí nén
Tổng chi phí chế tạo/đầu tư	Thấp ($30 - 50\text{ triệu VNĐ}$)	Rất cao ($300 - 800\text{ triệu VNĐ}$)	Tối ưu ($60 - 90\text{ triệu VNĐ}$)

Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống được phân loại theo mô hình MoSCoW:

• Must have (Bắt buộc): Khung máy hành trình 2.400 mm vững chắc; 3 trục X, Y, Z nội suy trơn tru; mạch điều khiển cách ly quang chống treo xung khi đánh lửa HF; cơ cấu kẹp và đẩy phôi tự động.
• Should have (Nên có): Bộ điều khiển chiều cao mỏ cắt (THC - Torch Height Control) dựa trên điện áp hồ quang; cảm biến chạm phôi ban đầu (Initial Height Sensing).
• Could have (Có thể có): Mỏ cắt gas bổ trợ để cắt tôn dày trên 20 mm; hệ thống hút khói lọc bụi dưới gầm bàn cắt.
• Won't have (Chưa thực hiện đợt này): Đầu cắt vát mép 5 trục (Bevel cutting 3D); nguồn cắt Plasma công suất cao trên 200A.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc tổng thể của máy cắt Plasma CNC chuyên dùng bao gồm 3 phân hệ chính: Phân hệ Cơ khí chính xác, Phân hệ Điều khiển Điện - Điện tử và Phân hệ Cấp phôi tự động.

                     +--------------------------------------------+
                     |        MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM       |
                     |         (Phần mềm Mach3 CNC / G-Code)      |
                     +---------------------+----------------------+
                                           | Cổng LPT DB25 / Xung Step/Dir
                                           v
                     +--------------------------------------------+
                     |    BOB (Breakout Board) CÁCH LY QUANG     |
                     +-------+------------------+---------------+
                             |                  |               |
              +--------------+                  |               +--------------+
              | Trục X                          | Trục Y                       | Trục Z
              v                                 v                              v
     +-----------------+               +-----------------+            +-----------------+
     | Driver 2 Pha    |               | Driver 2 Pha    |            | Driver 2 Pha    |
     +--------+--------+               +--------+--------+            +--------+--------+
              |                                 |                              |
              v                                 v                              v
     +-----------------+               +-----------------+            +-----------------+
     | Động cơ bước    |               | Động cơ bước    |            | Động cơ bước    |
     | 57BYGH56-401A   |               | 57BYGH56-401A   |            | 57BYGH56-401A   |
     +--------+--------+               +--------+--------+            +--------+--------+
              |                                 |                              |
              v                                 v                              v
     +-----------------+               +-----------------+            +-----------------+
     | Vít me bi / THK |               | Vít me bi / THK |            | Vít me bi Z     |
     +-----------------+               +-----------------+            +-----------------+
              ^                                 ^                              ^
              +---------------------------------+------------------------------+
                                                |
                               +----------------+---------------+
                               |                                |
                               v                                v
                     +-------------------+            +-------------------+
                     |  HỆ CẤP PHÔI TỰ   |            | NGUỒN PLASMA 5 kW |
                     |  ĐỘNG (Piston-Lô) |            | (Mỏ cắt hồ quang) |
                     +-------------------+            +-------------------+

Thông số chi tiết Technology Stack & Thiết bị:

1. Bộ điều khiển trung tâm: Phần mềm Mach3 CNC Controller (v3.043) chạy trên nền tảng Windows, giao tiếp qua Card Breakout Board DB25 LPT tích hợp optocoupler cách ly bảo vệ.
2. Động cơ chấp hành: Động cơ bước 2 pha hybrid model 57BYGH56-401A:
   • Dòng định mức: $2.8\text{ A/phase}$
   • Góc bước cơ bản: $1.8^\circ \pm 5%$ (200 bước/vòng)
   • Điện trở pha: $0.9\ (1 \pm 10%)\ \Omega$
   • Độ tự cảm pha: $0.9\ (1 \pm 10%)\ \text{mH}$
   • Mô-men xoắn giữ (Holding Torque): $1.26\text{ N.m}$ ($175\text{ oz-in}$)
   • Trọng lượng động cơ: $0.7\text{ kg}$
3. Cơ cấu dẫn hướng và truyền động:
   • Dẫn hướng: Thanh trượt bi tuyến tính chính xác cao hãng THK (Precision Linear Guideway) kết hợp con trượt bi 4 hướng tải đều.
   • Truyền động: Bộ truyền vít me - đai ốc bi (Ball screw) tôi cứng cao tần, khử khe hở dọc trục, đảm bảo ma sát lăn thấp và hiệu suất truyền động $>90%$.
4. Kết cấu cơ khí: Thép cán CT3 dạng thép hình hộp và thép tấm gia công phay phẳng các bề mặt lắp ghép ray bích trục X, bích gắn motor, giá treo trục Y, Z.
5. Giải pháp an toàn và chống nhiễu (EMI/EMC):
   • Phân tách vật lý hoàn toàn giữa đường dây tín hiệu điều khiển ($5\text{V}/24\text{V}$) và cáp động lực nguồn Plasma ($220\text{V}/100\text{A}$ hồ quang).
   • Nối đất (Grounding) trực tiếp bàn cắt và vỏ nguồn máy Plasma bằng cọc tiếp địa chuyên dụng đạt điện trở $R_{td} < 4\ \Omega$.
   • Bọc lưới giáp chống nhiễu (Shielded Twisted Pair) cho cáp encoder và dây cấp xung Step/Dir từ BOB đến Driver.

Methodology

Dự án áp dụng phương pháp nghiên cứu thiết kế kỹ thuật hệ thống (Systems Engineering) tích hợp mô hình phát triển Agile Stage-Gate:

[Khảo sát & Lập yêu cầu] 
       │
       ▼
[Tính toán động học & Động lực học (Tải, Vít me, Momen Động cơ)] 
       │
       ▼
[Thiết kế mô hình 3D CAD & Phân tích CAE tĩnh/bền] 
       │
       ▼
[Gia công chế tạo chi tiết cơ khí (Phay CNC, Tiện, Hàn khung CT3)] 
       │
       ▼
[Lắp ráp cơ điện & Cấu hình Mach3 Tuning] 
       │
       ▼
[Thử nghiệm cắt thực tế kim loại 0.3 - 12mm & Tinh chỉnh bù sai số]

• Đánh giá rủi ro kỹ thuật: Hiện tượng trượt bước (loss of steps) của động cơ bước khi gia tốc lớn được triệt tiêu bằng cách tính toán hệ số an toàn mô-men $S_m \ge 1.5$ và cấu hình đường cong gia tốc S-curve trong Mach3. Rủi ro nhiễu cao tần HF đánh sập tín hiệu máy tính được loại bỏ bằng optocoupler cách ly quang $2.5\text{ kV}$.

---

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình gia công cơ khí và tích hợp hệ thống được thực hiện qua các công đoạn chuẩn hóa:

1. Gia công chi tiết cơ khí chính xác:
   • Phay CNC bích trục X lớn, bích trục X có gắn motor từ phôi thép CT3.
   • Tiện tinh trục chủ động, trục bị động cho cụm lô cán cấp phôi.
   • Hàn kết cấu khung thân trên, khung thân dưới bằng đồ gá chuyên dùng để chống vặn xoắn và ứng suất dư.
   • Phay phẳng giá treo trục Y, giá đỡ trục Z từ hợp kim nhôm định hình và thép CT3.
2. Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động:
   • Sử dụng kết hợp cụm xi-lanh khí nén (piston) kẹp phôi và cơ cấu lô cán dẫn động bằng động cơ giảm tốc, điều khiển qua rơ-le số đồng bộ với tín hiệu kết thúc chu trình cắt của Mach3.
3. Cấu hình thuật toán điều khiển và thông số xung Mach3:

$$\text{Steps per unit (xung/mm)} = \frac{\text{Microstep} \times \text{Số bước/vòng}}{\text{Bước ren của Vít me bi (mm)}}$$

Với động cơ bước $1.8^\circ$ (200 bước/vòng), cài đặt vi bước trên Driver là $1/8$ (tương đương 1600 xung/vòng) và bước vít me bi $p = 5\text{ mm}$:

$$\text{Steps per unit} = \frac{1600}{5} = 320\text{ xung/mm}$$

( ======================================================= )
( CHUONG TRINH CAT CHI TIET NAP DAY BEP THAN DIEN TU     )
( Vat lieu: Thep CT3 day 3.0 mm - Nguon cat: 45A          )
( ======================================================= )
G21 (Thiet lap don vi mm)
G90 (Che do toa do tuyet doi)
G00 X0.000 Y0.000 Z10.000 (Chay dao nhanh ve goc phoi G54)
M08 (Bat cap phoi tu dong / kẹp phoi Piston)
G04 P1.0 (Tre 1s cho kep phoi hoan tat)

(--- Diem cat 1: Bien dang lo tron trung tam ---)
G00 X25.000 Y25.000 (Vi tri bat dau bat ho quang)
G00 Z3.500 (Ha mo xuong chieu cao danh lua Pierce Height)
M03 (Bat tia Plasma - Cham ho quang cao tan)
G04 P0.6 (Tre thung phoi - Dwell time 0.6s)
G01 Z1.500 F1500 (Ha ve chieu cao cat Cut Height 1.5mm)
G02 X25.000 Y25.000 I15.000 J0.000 F2400 (Cat cung tron R15)
M05 (Tat tia Plasma)
G00 Z10.000 (Nang mo cat an toan)

(--- Diem cat 2: Bien dang ngoai chi tiet ---)
G00 X0.000 Y0.000
G00 Z3.500
M03
G04 P0.6
G01 Z1.500 F1500
G01 X100.000 Y0.000 F2200 (Cat canh 1 toc do 2200 mm/phut)
G01 X100.000 Y100.000
G01 X0.000 Y100.000
G01 X0.000 Y0.000
M05 (Tat tia Plasma)
G00 Z25.000 (Nang mo len vi tri an toan tuyet doi)
M09 (Mo kep khi nen - Day phoi thanh pham ra bang chuyen)
M30 (Ket thuc chuong trinh)

Testing và validation

Hệ thống được đưa vào vận hành thử nghiệm kiểm chuẩn với nhiều cấp chiều dày vật liệu thép cacbon và Inox:

Loại vật liệu	Chiều dày ($t$)	Dòng cắt định mức	Tốc độ cắt thực nghiệm	Dung sai kích thước	Độ nghiêng mép cắt (Bevel Angle)
Thép tấm cán mỏng	$0.8\text{ mm}$	$25\text{ A}$	$3.200\text{ mm/ph}$	$\pm 0.08\text{ mm}$	$< 1.0^\circ$
Thép kết cấu CT3	$3.0\text{ mm}$	$45\text{ A}$	$2.200\text{ mm/ph}$	$\pm 0.10\text{ mm}$	$\approx 1.5^\circ$
Thép kết cấu CT3	$6.0\text{ mm}$	$65\text{ A}$	$1.400\text{ mm/ph}$	$\pm 0.12\text{ mm}$	$\approx 2.0^\circ$
Thép cacbon dày	$12.0\text{ mm}$	$100\text{ A}$	$650\text{ mm/ph}$	$\pm 0.15\text{ mm}$	$\approx 3.0^\circ$
Inox SUS 304	$2.0\text{ mm}$	$40\text{ A}$	$2.600\text{ mm/ph}$	$\pm 0.10\text{ mm}$	$< 1.5^\circ$

                              SO SÁNH TỐC ĐỘ CẮT TRÊN THÉP 12 MM
Cắt Oxyfuel :  [====] 30.5 m/h
Plasma Đề tài: [============================] 221 m/h  (+624% năng suất)

Kết quả đạt được

Hệ thống máy cắt Plasma CNC chế tạo thực tế đã hoàn thành 100% mục tiêu ban đầu:

• Khung máy hành trình 2.400 mm làm việc vững chắc, không xảy ra hiện tượng rung lắc hay cộng hưởng dao động ở dải tốc độ dịch chuyển $30\text{ m/ph}$.
• Chất lượng mạch cắt: Độ rộng mạch cắt (Kerf Width) dao động ổn định trong khoảng $1.1 - 1.6\text{ mm}$, mép cắt phẳng, xỉ đáy giòn dễ làm sạch bằng gõ nhẹ.
• Sản phẩm ứng dụng trực tiếp: Cắt hoàn chỉnh cụm chi tiết thân vỏ, vách ngăn và nắp đáy cho sản phẩm Bếp than điện tử và hỗ trợ cắt phôi tấm cho các dự án máy uốn, máy đột lỗ, máy phun sơn bán tự động trong xưởng trường.

---

Đổi mới và đóng góp

1. Tích hợp đồng bộ cơ cấu cấp phôi tự động: Khác biệt hoàn toàn với các dòng máy cắt Plasma khổ vừa trên thị trường vốn yêu cầu công nhân nâng phôi tấm thủ công, hệ thống tích hợp cụm kẹp đẩy phôi khí nén - lô cán tự động hóa hoàn toàn chu trình nạp - cắt - nhả phôi, giúp giảm 65% thời gian phụ (idle time).
2. Kỹ thuật phân tách đường truyền và lọc nhiễu HF: Xây dựng sơ đồ phân luồng cáp động lực và cáp tín hiệu tách biệt theo tiêu chuẩn công nghiệp kết hợp tiếp địa sao (Star Grounding), xử lý dứt điểm vấn đề nhiễu hồ quang cao tần Plasma làm mất bước động cơ hoặc gián đoạn giao tiếp LPT.
3. Hiệu quả kinh tế vượt trội:
   • Tốc độ cắt tấm dày 12mm đạt 221 m/h so với 30.5 m/h của phương pháp cắt khí Oxyfuel truyền thống (tăng năng suất 7.24 lần).
   • Vùng ảnh hưởng nhiệt HAZ được khống chế dưới 2.0 mm (giảm 80% diện tích biến dạng nhiệt so với mức $>10\text{ mm}$ của Oxy-Gas).
   • Chi phí năng lượng và vật tư tiêu hao trên mỗi mét cắt chỉ xấp xỉ $0.11 USD/m, rẻ hơn đáng kể so với phương pháp Oxyfuel ($0.35 - 0.45 USD/m).

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

Khả năng thương mại hóa và ứng dụng

Mô hình máy cắt Plasma CNC chuyên dùng có thể chuyển giao công nghệ ngay cho các xưởng cơ khí tư nhân, hợp tác xã sản xuất thiết bị nông cụ, cơ khí quảng cáo, và cơ sở sản xuất bếp dân dụng:

• Trường hợp ứng dụng thực tế: Gia công hoa văn cửa cổng sắt mỹ thuật, cắt bản mã kết cấu nhà xưởng, cắt biên dạng tròn/ovan thân bếp than điện tử, nắp thùng máy công nghiệp.
• Chi phí đầu tư và thời gian hoàn vốn (ROI):

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                       BẢNG TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ (ROI)                   |
+-------------------------------------------------------------------------------+
| - Chi phí vật tư linh kiện chế tạo máy:                 85.000.000 VNĐ        |
| - Chi phí khấu hao & bảo dưỡng/tháng:                    2.500.000 VNĐ        |
| - Năng suất cắt trung bình/ngày (8h):                   400 mét cắt           |
| - Lợi nhuận chênh lệch so với gia công thuê ngoài:      1.500 VNĐ / mét       |
| - Lợi nhuận gộp tạo ra mỗi tháng (26 ngày công):        15.600.000 VNĐ        |
| => THỜI GIAN HOÀN VỐN ĐẦU TƯ TOÀN BỘ (ROI):             ~ 5.4 THÁNG           |
+-------------------------------------------------------------------------------+

Hướng dẫn triển khai và lắp đặt

1. Mặt bằng nhà xưởng: Cần diện tích tối thiểu $4.0\text{ m} \times 2.5\text{ m}$, sàn bê tông phẳng chịu tải $\ge 500\text{ kg/m}^2$.
2. Hệ thống điện & khí nén: Nguồn điện 1 pha $220\text{V} \pm 10%$, dây nguồn dẫn diện tích lõi $\ge 6.0\text{ mm}^2$, aptomat $63\text{A}$. Nguồn khí nén sạch, khô áp suất duy trì $6.0 - 8.0\text{ bar}$, lưu lượng $\ge 250\text{ lít/phút}$.
3. Tiếp địa an toàn: Bắt buộc chôn 01 cọc đồng tiếp địa dài $2.4\text{ m}$ ngập sâu dưới đất ẩm, kết nối trực tiếp với bàn cắt bằng cáp đồng $\ge 10\text{ mm}^2$.

---

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

• Hệ thống truyền động sử dụng động cơ bước vòng hở (Open-loop), do đó nếu có va chạm cơ khí đột ngột mỏ cắt vào phôi gồ ghề có thể dẫn đến hiện tượng trượt bước và sai lệch tọa độ tuyệt đối.
• Bép cắt và điện cực (nozzle/electrode) bị mài mòn tự nhiên sau khoảng 120 - 180 phút cắt liên tục, đòi hỏi người vận hành kiểm tra bề mặt định kỳ.
• Tiếng ồn hồ quang plasma và bụi kim loại khi cắt khô chưa được xử lý bằng bàn cắt ngập nước (Water Table).

Hướng phát triển đề xuất

1. Nâng cấp động cơ Hybrid Servo (Easy Servo): Thay thế động cơ bước 57BYGH bằng hệ thống động cơ Servo lai tích hợp Encoder quang học hồi tiếp vị trí vòng kín (Closed-loop), loại bỏ hoàn toàn khả năng mất bước.
2. Tích hợp bộ điều khiển THC kỹ thuật số độc lập: Bổ sung vi điều khiển ARM Cortex-M4 chuyên dụng đo điện áp hồ quang thời gian thực với tần số quét $1\text{ kHz}$ để tự động nâng/hạ trục Z theo độ cong vênh của tôn mỏng.
3. Trang bị bàn cắt lọc nước và dập bụi: Thiết kế khay chứa nước dưới bàn đỡ phôi giúp triệt tiêu $95%$ khói bụi plasma và hấp thụ bức xạ tia cực tím, giảm tiếng ồn xuống dưới $75\text{ dB}$.

---

Đối tượng hưởng lợi

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                        ĐỐI TƯỢNG HƯỞNG LỢI & GIÁ TRỊ MANG LẠI                     |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| 🎓 SINH VIÊN CƠ KHÍ - ĐIỆN TỬ                                                     |
|    - Cung cấp tài liệu thực tế về tính toán sức bền, thiết kế máy CNC hoàn chỉnh. |
|    - Mã nguồn G-Code mẫu và kinh nghiệm đấu nối tủ điện công nghiệp chuẩn EMC.    |
|                                                                                   |
| ⚙️ KỸ SƯ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY                                                  |
|    - Tham khảo quy trình lựa chọn ray trượt THK, vít me bi và động cơ bước.       |
|    - Phương pháp triệt tiêu nhiễu cao tần HF trong môi trường plasma công suất lớn.|
|                                                                                   |
| 🏭 DOANH NGHIỆP CƠ KHÍ VÀ XƯỞNG SẢN XUẤT NHỎ                                      |
|    - Cơ hội tự chế tạo máy cắt CNC nội địa hóa với chi phí chỉ dưới 90 triệu VNĐ.  |
|    - Nâng cao năng suất cắt gấp 7 lần so với cắt Oxyfuel, thu hồi vốn sau 5.5 tháng|
|                                                                                   |
| 🔬 NHÀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG                                                        |
|    - Nền tảng thực nghiệm mở để phát triển các thuật toán THC, cắt kim loại màu.   |
|    - Dữ liệu thực nghiệm về mối quan hệ giữa tốc độ cắt, dòng điện và vùng HAZ.   |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

---

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật tối thiểu để triển khai và vận hành hệ thống là gì?

Hệ thống yêu cầu nguồn điện lưới dân dụng hoặc công nghiệp $220\text{V} - 50\text{Hz}$ (ổn định từ $200 - 240\text{V}$), máy nén khí áp lực $6.0 - 8.0\text{ bar}$ có bình tích áp tối thiểu 100 lít và cốc lọc tách nước/dầu. Máy tính điều khiển chỉ cần cấu hình văn phòng cơ bản (CPU Pentium Dual Core / Core i3, RAM 2GB, có cổng song song DB25 LPT hoặc card chuyển đổi USB/Ethernet SmoothStepper tương thích Mach3).

2. Giới hạn tải trọng và giải pháp mở rộng quy mô hành trình máy?

Hệ thống thanh trượt bi THK và bệ đỡ thép CT3 cho phép tải trọng tấm phôi đặt trên bàn cắt lên đến $350\text{ kg}$ (tương đương tấm thép nguyên khổ $1.2\text{ m} \times 2.4\text{ m}$ dày $12\text{ mm}$). Khi mở rộng hành trình lên $3.0\text{ m} - 6.0\text{ m}$, chỉ cần thay thế vít me bi bằng bộ truyền Thanh răng - Bánh răng nghiêng hợp kim tôi cứng (Helical Rack & Pinion) kết hợp hộp số giảm tốc bánh răng hành tinh tỉ số 1:5 để tránh hiện tượng võng trục vít me.

3. Máy có khả năng tích hợp vào dây chuyền sản xuất tự động hiện hữu không?

Hoàn toàn khả thi. Hệ thống cấp phôi khí nén được thiết kế điều khiển qua tín hiệu ngõ ra Output Relay của Breakout Board. Các tín hiệu M-Code tùy biến trong Mach3 (như M08/M09 điều khiển kẹp nhả khí nén, M10/M11 điều khiển động cơ băng tải) cho phép máy dễ dàng kết nối liên động (Handshake) với cánh tay robot gắp phôi hoặc dây chuyền dập liên hoàn.

4. Quy trình bảo trì và định mức tiêu hao linh kiện như thế nào?

• Hàng ngày: Xả nước đáy bình lọc khí nén, lau sạch bụi kim loại bám trên thanh trượt ray bi bằng dầu máy chuyên dụng 10W.
• Hàng tuần: Bơm mỡ bôi trơn Lithium No.2 vào các vú mỡ của con trượt THK và đai ốc vít me bi.
• Định mức tiêu hao: Điện cực (Electrode) và Bép cắt (Nozzle) có tuổi thọ trung bình từ $800 - 1.200$ lần đánh lửa đục lỗ (piercing), chi phí thay thế rất rẻ chỉ khoảng $30.000 - 50.000\text{ VNĐ/bộ}$.

5. Chi phí phân bổ chi tiết và thời gian hoàn vốn thực tế?

Tổng chi phí chế tạo máy khoảng $85\text{ triệu VNĐ}$, bao gồm: Kết cấu cơ khí và gia công phay tiện ($32\text{ triệu}$), Ray trượt THK + Vít me bi ($18\text{ triệu}$), Động cơ bước + Driver + Tủ điện điều khiển ($12\text{ triệu}$), Nguồn cắt Plasma 5kW ($15\text{ triệu}$), Hệ thống khí nén cấp phôi ($8\text{ triệu}$). Với cường độ sản xuất trung bình 400 mét cắt/ngày tại các xưởng gia công, thời gian hoàn vốn đầu tư chỉ mất $5.4\text{ tháng}$.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy cắt Plasma CNC chuyên dùng" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã chứng minh tính khả thi vượt trội trong việc làm chủ hoàn toàn quy trình thiết kế, tính toán cơ điện tử và chế tạo thiết bị CNC công nghiệp chuyên dụng tại Việt Nam. Bằng việc giải quyết dứt điểm các bài toán hóc búa về khử nhiễu cao tần HF, tối ưu hóa độ cứng vững kết cấu cơ khí khổ 2.400 mm và tích hợp thành công cụm cấp phôi tự động, đề tài không chỉ mang ý nghĩa học thuật sâu sắc mà còn sở hữu giá trị ứng dụng thực tiễn cao, mở ra hướng tiếp cận chế tạo máy công cụ chất lượng cao với chi phí nội địa hóa tối ưu cho các doanh nghiệp cơ khí Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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. 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 SKL 0 0 4 1 9 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 do an 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 ĐỀ TÀI:NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT PLASMA CNC CHUYÊN DÙNG GVHD : TH.

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 TP. Hồ Chí Minh, tháng 1 /2016 i do an 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: 2.400 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.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 ii do an 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:0901.356 - Email:[e-mail] - 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”. Hồ Chí Minh, ngày …. Ký tên iii do an 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 iv do an 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 2.400 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. 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. v do an 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: 2.400 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. 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.

vi do an MỤC LỤC BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪNError! Bookmark not defined. BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆNError! Bookmark not defined.v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU. xi NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. Error! Bookmark not defined.

Tính cấp thiết của đề tài. Ý nghĩa khoa h c và ý nghĩa thực tiễn. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.

Đối tƣợng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu. Cơ sở phƣơng pháp luận.

Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CNC PLASMA. Giới thiệu về Plasma. Sự tƣơng tác giữa các hạt trong plasma.

Va chạm đàn hồi. Va chạm không đàn hồi. Đặc điểm Plasma. Ƣu và nhƣợc điểm.

Plasma cắt kim loại. Tia Plasma Cắt Kim Loại. Hoạt Động Của Một Máy Cắt Plasma. Plasma lựa ch n phƣơng án tối ƣu để cắt kim loại tấm thép cacbon và Inox 14 vii do an 2.

Các Biến Thể Của Quá Trình Cắt Plasma. Cắt Plasma thông thƣờng. Cắt Plasma hai đƣờng khí. Cắt Plasma phun nƣớc.

Cắt Plasma độ chính xác cao. Khái quát về máy CNC. Vài nét sơ lƣợc về máy CNC. Cấu tạo chung và quy ƣớc máy CNC.

Các kiểu hệ thống điều khiển. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY CẮT PLASMA CHUYÊN DÙNG. Lựa ch n phƣơng án cho máy cắt CNC Plasma. Lựa ch n vitme-đai ốc.

Lựa ch n cơ cấu dẫn hƣớng. Lựa ch n bộ truyền và khớp nối trục. Cơ sở lý thuyết tính toán. Thiết kế trục X.

Thiết kế trục Y. Lựa ch n, tính toán thanh trƣợt bi. Tính toán, lựa ch n vítme-đai ốc bi. Tính toán, lựa ch n động cơ bƣớc.

Lựa ch n vật liệu cắt, đặc điểm kim loại cắt. Thép xây dựng (thép cán nóng thƣòng)(<12mm). Thép kết cấu (<12mm). So sánh kết cấu mình ch n so với máy plasma trên thị trƣờng.

So sánh với các máy ngoài thị trƣờng. Chia tách về mặt vật lý các đƣờng dây tín hiệu và dây động lực, không đặt chúng gần vợi nhau. 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. Sử dụng các thiết bị có khả năng chống nhiễu cao.

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG CHO MÁY CẮT PLASMA CNC CHUYÊN DÙNG.60 viii do an 4. Một số phƣơng pháp cấp phôi cuộn (con lăn, hệ thống kẹp đẩy).