Chương 1 : Giới thiệu. Giới thiệu lý do chọn đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài, mục tiêu nghiên cứu của đề tài,… Chương 2 : Tổng quan nghiên cứu đề tài. Trình bày tổng quan, sơ lược về lĩnh vực nghiên cứu, các thành tựu nghiên cứu trong và ngoài nước. Chương 3 : Cơ sở lý thuyết.
Trình bày các cơ sở lý thuyết cần thiết để thực hiện đề tài. Chương 4 : Phương hướng và các giải pháp. Trình bày các mô hình phần cứng thiết bị, các mạch điện điều khiển sau đó chọn các giải pháp thích hợp. Lập trình tự công việc.
Chương 5 : Tính toán và thiết kế máy cắt khắc laser: Tính toán các thông số của máy như : thông số động cơ, thông số bộ truyền đai răng, thiết kế phần cứng, lắp ráp và mô phỏng chuyển động. Chương 6 : Chế tạo và thử nghiệm : Chế tạo mô hình thực tế, vận hành kiểm tra, thử nghiệm sản phẩm. Chương 7 : Kết luận và hướng phát triển. Trình bày các kết quả đã và chưa đạt được, đề nghị và đưa ra hướng phát triển cho đề tài.
2 do an Chương 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Sơ lược về sự phát triển tia laser 2.1 Laser Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, và có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích". Electron tồn tại ở các mức năng lượng riêng biệt trong một nguyên tử. Các mức năng lượng có thể hiểu là tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt nhân. Electron ở bên ngoài sẽ có mức năng lượng cao hơn những electron ở phía trong.
Khi có sự tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, các hạt electron này cũng có thể nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hay ngược lại.1 Minh họa tia laser 2.2 Tính chất của laser Độ định hướng cao: tia laser phát ra hầu như là chùm song song do đó khả năng chiếu xa hàng nghìn km mà không bị phân tán. Tính đồng bộ của các photon trong chùm tia laser: Có khả năng phát xung cực ngắn: cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây, cho phép tập trung năng lượng tia laser cực lớn trong thời gian cực ngắn.3 Ứng dụng của laser Dựa vào các tính chất trên nên laser rất có nhiều ứng dụng được áp dụng trong nhiều ngành khác nhau như: laser trong ngành cơ khí, y học, giải trí,…. 3 do an Hình 2.2 Ứng dụng laser trong cơ khí Hình 2.3 Ứng dụng laser trong y học Hình 2.4 Ứng dụng laser trong giải trí 4 do an Hình 2.5 Phân bố các ứng dụng chính của laser 2.2 Tình hình nghiên cứu 2.1 Ngoài nước Hiện nay, các chuyên gia nước ngoài đã nghiên cứu và phát triển thành công máy cắt khắc laser dựa trên sự hoạt động ổn định của khung máy cnc và đang phát triển theo hướng tự động hóa.6: Máy cắt khắc laser công nghiệp 5 do an Hình 2.7: Máy cắt khắc laser mini 2.2 Trong nước Hiện tại trong nước ta công việc chế tạo và thiết kế máy móc thiết bị vẫn còn đang rất hạn chế. Lý do chính là do điều kiện chi phí cũng như thiết bị phục vụ cho việc nghiên cứu còn khá cũ kỹ, lạc hậu.
Cũng có những công trình nghiên cứu, chế tạo máy khắc laser nhưng vẫn chưa hoàn chình và chưa vào hoạt động rộng rãi. Việc sản xuất vẫn phải nhập khẩu nguyên chiếc từ nước ngoài về, với giá thành và chi phí vận chuyển cao.3 Hướng nghiên cứu Để giải quyết vấn đề cắt khắc các hình dạng phức tạp trên các vật liệu như mica, vải, gỗ,… ngoài ra phải đảm bảo đạt năng suất cũng như độ chính xác cao của sản phẩm. Qua nghiên cứu, nhóm nhận thấy để đáp ứng yêu cầu đáp ứng nhanh, chính xác, độ cứng vững thì cấu hình tương tự máy CNC 2 trục được đưa ra và chọn lựa. Theo một số tài liệu tham khảo và hiểu biết về thực tế, thì nhóm nhận thấy trong các loại cơ cấu dạng 2 trục, thì việc sử dụng cơ cấu truyền đai là phổ biến nhất, khả năng tạo chuyển động tốt, hạn chế được hư hỏng cơ cấu, khi quá tải hay sai sót, bên cạnh đó chi phí hoàn thành cũng rẻ hơn khá nhiều so với các cơ cấu khác.
Ngoài ra máy hoạt động theo cấu hình 2 trục sử dụng bộ truyền đai có thể dễ dàng chỉnh sửa, thay thế hay lắp ráp, đặc biệt giúp cơ cấu máy gọn nhẹ hơn. Từ đó, việc di chuyển của máy cũng trở nên linh hoạt hơn. 6 do an Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3. Vai trò của động cơ bước Động cơ bước có vai trò cực kỳ quan trọng trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, tự động hóa, được sử dụng hầu hết trong tất cả các máy tự động,… Ta có điều khiển động cơ bước quay một góc bất kỳ, chính xác, dừng lại một vị trí nào đó mà ta muốn.
Một số ứng dụng của động cơ bước như: Máy CNC, máy in, ổ cứng, ổ đĩa quang, robot,… b. Cấu tạo của động cơ bước Động cơ bước là một động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thật chất là một động cơ không đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động rotor, có khả năng cố định rotor vào các vị trí cần thiết. Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ.1: Động cơ bước trong thực tế Động cơ được dùng trong hệ thống vòng hở đơn giản, những hệ thống này đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọng tĩnh.
Hoạt động Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển. Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử, đưa các tín hiệu điều khiển vào stator theo thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Một số loại động cơ bước Hình 3.2: Động cơ biến từ trở Hình 3.3: Động cơ đơn cực Hình 3.4: Động cơ hai cực 8 do an Hình 3.5: Động cơ nhiều pha Động cơ bước có thể được phân loại dựa theo cấu trúc hoặc cách quấn các cuộn dây trên stator.
Dựa theo cấu trúc rotor, động cơ bước được chia thành 3 loại: Động cơ bước từ trở biến thiên. Động cơ bước nam châm vĩnh cửu. Động cơ bước lai. Dựa theo cách quấn dây trên stator, động cơ bước được chia thành hai loại: Động cơ bước đơn cực.
Động cơ bước lưỡng cực .6: Các bộ phận cấu thành nên động cơ bước. Các đặc trưng của tín hiệu điều khiển động cơ bước Tín hiệu điều khiển động cơ bước là các xung rời rạc kế tiếp nhau, việc điều khiển động cơ bước phụ thuộc vào các thông số sau của xung điều khiển: - Dòng điện I, kể cả cực tính. - Tần số xung. - Cách thức cấp xung.
9 do an Tùy thuộc vào việc cấp xung điện, động cơ bước có 4 trạng thái sau: Trạng thái không hoạt động: Khi không có cuộn dây nào được cấp điện: - Đối với động cơ phản kháng, rotor sẽ quay trơn. - Đối với động cơ vĩnh cửu và động cơ kiểu hỗn hợp, rotor có xu hướng dừng ở các vị trí mà đường khép từ thông giữa các cực của rotor và stator là nhỏ nhất. Trạng thái giữ: - Khi một số cuộn dây pha được cấp điện một chiều, rotor mang tải sẽ được giữ chặt ở vị trí góc bước nhất định do lực điện từ tổng F sinh ra mômen giữ. Trạng thái dịch chuyển bước: - Rotor sẽ dịch chuyển từ vị trí bước đang được giữ sang vị trí bước tiếp theo khi các cuộn dây pha được cấp dòng phù hợp.
Trạng thái quay quá giới hạn: - Trong chế độ không tải, nếu xung điều khiển có tần số quá cao, động cơ sẽ quay vượt tốc. Ở trạng thái này động cơ không thể đảo chiều, không thể dừng đúng vị trí, nhưng vẫn tăng giảm tốc từ từ. Muốn dừng và đảo chiều động cơ phải xuống dưới tốc độ tới hạn để hoạt động trong chế độ bước.2 Bộ truyền đai Nội dung này được trích dẫn tham khảo từ[1] a. Nguyên lý làm việc Bộ truyền đai là bộ truyền ma sát gián tiếp nhờ vào ma sát sinh ra giữa dây đai và bánh đai(dùng puly).
Mà cơ năng được truyền từ bánh chủ động sang bánh bị động. Theo hình dáng và tiết diện đai có 4 loại: - Đai dẹt: có tiết diện hình chữ nhật. - Đai thang: có tiết diện hình thang. - Đai tròn: tiết diện hình tròn.
- Đai răng: gồm nhiều gân ngang hình thang trên bề mặt tiếp xúc với bánh đai răng. Theo kiểu truyền động: truyền động theo hai trục song song cùng chiều, ngược chiều, giữa hai trục chéo nhau. Các phương pháp căng đai Định kỳ điều chỉnh sức căng: - Bánh đai chủ động được nối trên trục động cơ, lực căng đai được điều chỉnh bằng vít đẩy động cơ trượt trên rãnh. Tự động điều chỉnh lực căng: - Lực căng đai luôn được giữ không đổi nhờ động cơ được treo lên tấm lắc, vít có nhiệm vụ giữ và điều chỉnh động cơ.
Điều chỉnh lực căng theo tải trọng: - Lực căng đai sẽ tự thay đổi theo sự thay đổi của tải trọng, vị trí bánh căng: đặt bánh căng trên nhánh chùng, cách trục bánh nhỏ một khoảng 1/3 khoảng cách trục. Cơ sở tính toán thiết kế bộ truyền đai Lực tác dụng lên đai: Lực căng trên nhánh đai dẫn: F1 = F0 + ∆F Lực căng trên đánh đai bị dẫn: F2 = F0 - ∆F Xét điều kiện cân bằng bánh đai dẫn: F1 - F2 = Ft Ta có: o F1 = F0 + Ft/2 o F2 = F0 - Ft/2 Hình 3.7: Mối quan hệ F1, F2, 𝛼, f Xét điều kiện cân bằng một phân tố đai: 𝑒 𝑓.𝛼 −1 11 do an 1 F2 = Ft 𝑒 𝑓.