Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài Chương 3: Cơ sở lý thuyết Chương 4: Phương hướng và các giải pháp thiết kế trục Z máy plasma Chương 5: Tính toán thiết kế mô hình máy cắt plasma CNC Chương 6: Chế tạo – thực nghiệm Chương 7: Kết luận 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2. Giới thiệu Máy cắt plasma CNC là dòng máy cắt CNC sử dụng đầu trục plasma có nhiệt độ cao để cắt các bề mặt kim loại như sắt, thép, … Máy cắt plasma CNC được điều khiển bởi hệ thống máy tính số hoá, nơi người điều khiển nhập vào các thông số và hình dạng cần cắt. Dựa trên thông tin này, máy cắt sẽ di chuyển nguồn plasma theo biên dạng được chỉ định để thực hiện quá trình cắt kim loại theo các số liệu đã được thiết lập ban đầu. Đặc tính của máy 2.
Ưu điểm của máy cắt plasma CNC - Tốc độ cắt nhanh hơn nhiều so với các phương pháp cắt truyền thống khác giúp tăng năng suất, giảm giá thành chung của sản phẩm. - Cắt đa dạng các loại vật liệu kim loại, bao gồm thép không gỉ, thép cacbon, nhôm, đồng và nhiều kim loại khác. Khả năng này giúp cho máy trở thành một công cụ linh hoạt và đa năng trong việc gia công các chi tiết kim loại. - Máy được thiết kế để cắt với độ chính xác cao cho phép tạo ra các đường cắt sắt nét và tinh tế, đảm bảo chất lượng của các chi tiết gia công nên không cần phải gia công lại.
Từ đó cải thiện được chi phí gia công và không tốn thời gian gia công lại. - Máy cắt plasma CNC dễ sử dụng và vận hành. Người vận hành có thể dễ dàng điều chỉnh các thông số cắt và điều khiển máy thông qua giao diện người dùng thân thiện giúp làm giảm thiểu thời gian đào tạo và tăng tính hiệu quả trong quá trình làm việc. - Máy được xây dựng với độ ổn định và độ đáng tin cậy cao để đảm bảo sự liên tục trong quá trình sản xuất từ đó đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và hiệu suất sản phẩm.
Nhược điểm của máy cắt Plasma CNC - Quá trình cắt plasma tạo ra nhiệt độ cao, làm tác động nhiệt lên vật liệu có thể gây biến dạng và thay đổi cấu trúc của vật liệu. Tác động nhiệt này có thể làm giảm tính chất cơ học của vật liệu và ảnh hưởng đến độ bền của các chi tiết gia công. Tuy nhiên, với sự điều chỉnh thích hợp của các thông số cắt như dòng điện plasma và tốc độ cắt, tác động nhiệt có thể được giảm thiểu. - Hạn chế trong việc cắt vật liệu phi kim loại như gỗ, nhựa, thủy tinh và gốm, … - Máy cắt plasma CNC không phù hợp cho việc cắt các chi tiết nhỏ và phức tạp.
Do kích thước và tính chất của vòi plasma, máy cắt plasma CNC không thể đạt độ chính xác cao như máy cắt laser CNC trong việc cắt các chi tiết nhỏ và phức tạp. Điều này hạn chế khả năng ứng dụng trong các ngành công nghiệp yêu cầu độ chính xác cao và chi tiết nhỏ. - Máy cắt plasma CNC yêu cầu sự điều chỉnh đúng các thông số như dòng điện plasma, 4 tốc độ cắt, áp suất khí plasma và khoảng cách đến vật liệu đòi hỏi kỹ thuật viên có kinh nghiệm và kiến thức để điều chỉnh các thông số này một cách chính xác. Việc không điều chỉnh đúng có thể dẫn đến kết quả cắt không tốt và làm giảm hiệu suất sản xuất.
Tuy nhiên, với sự tiến bộ của các hệ thống điều khiển tự động và phần mềm quản lý, quá trình điều chỉnh và kiểm soát có thể trở nên dễ dàng hơn. - Quá trình cắt plasma tạo ra nhiều khói, bụi và khí thải gây ô nhiễm môi trường. Các tia plasma cũng có thể tạo ra tiếng ồn và rung động, gây ảnh hưởng đến môi trường làm việc và sức khỏe của nhân viên. Để giảm tác động này, cần có biện pháp xử lý khí thải và hệ thống quạt thông gió hiệu quả.
Kết cấu của máy Hình 2.1: Kết cấu máy cắt plasma CNC Máy cắt plasma CNC có cấu trúc tổng thể bao gồm các thành phần sau: Khung máy: Là khung gầm chịu lực chính của máy. Khung máy thường được làm bằng các vật liệu chắc chắn như thép hợp kim hoặc gang, để đảm bảo độ ổn định và cứng vững trong quá trình gia công. Bàn cắt: Đây là bề mặt phẳng và chắc chắn nơi đặt và cố định các vật liệu cắt. Bàn cắt thường được trang bị lưới hoặc thanh để cho phép thông gió hỗ trợ vật liệu cắt mà không ảnh hưởng đến mỏ cắt plasma.
Mỏ cắt plasma: Là thành phần chính thực hiện các phép cắt và gia công trên kim loại. Nguồn cắt: Là nguồn cung cấp năng lượng cần thiết để tạo ra hồ quang plasma trong mỏ cắt. Nó là thành phần thiết yếu cho quá trình cắt. Hệ thống điều khiển CNC: Là bộ não của máy.
Nó diễn giải chương trình cắt do phần mềm CAM tạo ra và gửi lệnh đến hệ thống truyền động và các bộ phận khác để thực hiện quy trình cắt. Hệ thống điều khiển CNC hiện đại thường có giao diện màn hình cảm ứng để dễ dàng lập trình và giám sát. 5 Hệ thống trục chuyển động: Bao gồm các trục chuyển động như trục X, trục Y và trục Z. Các trục này cho phép máy di chuyển và gia công trên các hướng khác nhau trong không gian ba chiều.
Trục X và trục Y thường di chuyển ngang, trong khi trục Z di chuyển theo chiều dọc. Ứng dụng của máy Máy cắt plasma CNC được ứng dụng rất nhiều trong ngành cơ khí hạng nạng cũng như cơ khí dân dụng cụ thể như: Cơ khí hạng nặng: kết cấu thép, nhà tiền chế, đóng tàu, cắt bản mã dày, … Cơ khí dân dụng: thiết bị nhà bếp, công cụ dụng cụ nông nghiệp, chế tạo máy công cụ, thiết bị cơ khí,. Trang trí nội ngoại thất: làm hoa văn cổng cửa để trang trí nội ngoại thất, làm sắt mỹ thuật, hoa văn cổng cửa,. Ngành quảng cáo: biển quảng cáo, biển số nhà, sản phẩm quảng cáo, … 2.
Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 2. Các nghiên cứu ngoài nước Saiful Irfan và các cộng sự [1] đã nghiên cứu trên máy CNC plasma này nhằm mục đích xác định hệ số an toàn khung và mức độ chính xác. Độ chính xác kết quả cắt được thực hiện ba lần bằng cách sử dụng cùng một dụng cụ, 20 dòng điện với tốc độ 400 mm / phút, có độ dày 1,3 mm. Kết quả cho thấy rằng khung được phân loại là an toàn vì hệ số an toàn tối thiểu giá trị là 4,23 ul và kết quả thử nghiệm cắt cho thấy máy CNC plasma có dung sai ± 0,3 mm.
Gurwinder Singh [2] đã trình bày ứng dụng của phương pháp Taguchi để tối ưu hóa thông số gia công của máy cắt plasma CNC. Nó đã được chứng minh rằng việc loại bỏ vật liệu tỷ lệ có thể được cải thiện đáng kể trong CNC. Quy trình cắt plasma sử dụng mức tối ưu của các tham số. Từ phân tích thực nghiệm được thực hiện trên thép có tỉ lệ cacbon thấp <0,2%.
Kết quả chỉ ra rằng, thông số cắt là yếu tố có mức độ ảnh hưởng cao nhất đến tỉ lệ loại bỏ vật liệu.2: Máy CNC plasma được sử dụng để thí nghiệm [1] Dựa vào bài báo nghiên cứu của Mohammed J. Al-Rimawi [3] đã nghiên cứu và chế tạo máy CNC plasma phục vụ cho việc cắt các tấm thép có biên dạng hoa văn. Nhưng đã gặp phải một số điều cần chú ý sau khi thiết kế hệ thống mới này, tác giả đã gặp phải một số khó khăn và thách thức: một số vấn đề về thiết kế hệ thống cơ khí, thiết bị plasma và mạch điều khiển. Ngoài ra chúng tôi còn gặp phải vấn đề trước đó một số bộ phận cơ khí và điện được mua từ ở nước ngoài.
Bởi vì máy CNC plasma còn mới trong thế giới công nghiệp và nghiên cứu của nó vẫn còn đi và gặp khó khăn để có được nghiên cứu về nó, vào thời điểm đó không có đơn xin nó ở Trung Đông cho nó. Cuối cùng, chúng tôi có thể thiết kế hệ thống mới này với độ chính xác cao bất chấp những khó khăn. Chúng tôi mong muốn có được cải tiến mới cho máy CNC plasma, nâng cao độ dày cắt và tốc độ cắt. Từ những bài báo nghiên cứu trên, máy CNC plasma có vai trò vô cùng quan trọng trong nền công nghiệp hiện nay.
Có thể thấy, máy CNC plasma không chỉ đơn thuần là công cụ gia công mà còn là trụ cột quan trọng trong quá trình tạo phôi thô, mang lại hiệu quả cao và khả năng linh hoạt trong sản xuất công nghiệp ngày nay. Các nghiên cứu trong nước Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, lĩnh vực gia công cơ khí chính xác đạt được nhiều thành tựu với sự ra đời nhiều loại máy cắt plasma CNC hiện đại có khả năng gia công được các chi tiết phức tạp trên biên dang 2D, chính xác cao, nâng cao năng suất sản xuất. Máy móc càng hiện đại thì chi phí mua trang thiết bị không hề nhỏ. Đó cũng là một trong những yếu tố thúc đẩy một số người ham học hỏi, tìm tòi để chế tạo ra máy cắt plasma CNC nhỏ gọn, rẻ tiền mà vẫn đáp ứng được nhu cầu sản xuất Trên thế giới cũng như ở Việt Nam, có rất nhiều người tham gia chế tạo máy cắt plasma CNC cỡ nhỏ để dùng tại nhà, tại các xưởng sản xuất nhỏ lẻ với chi phí thấp.
Ở các trường đại 7 học, cao đẳng cũng xuất hiện nhiều máy cắt plasma CNC do sinh viên chế tạo để phục vụ cho việc học tập, thí nghiệm tại trường. Đoàn Tất Linh tại trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM đã cùng với các sinh viên [4] nghiên cứu và chế tạo thành công máy CNC plasma chuyên dụng. Có ứng dụng thực tế trong quá trình nghiên cứu và sử dụng cho mục đích giảng dạy sau này.3: Máy cắt plasma CNC tại trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật [4] Hình 2.4: Máy cắt plasma CNC Pro-1530 của công ty hệ thống tự động MTA [5] 8 Hình 2.5: Máy cắt plasma CNC SPC-30120 của Công ty Cổ phần Công nghệ Sơn Vũ [6] Hình 2.6: Máy cắt plasma CNC SPC 1530 Pro của Công ty Cổ phần Công nghệ Sơn Vũ [6] Từ những công trình nghiên cứu hiện nay. Có thể thấy, ở Việt Nam máy CNC plasma cũng có đóng góp rất quan trọng hiện nay.