Thiết Kế và Chế Tạo Máy Cắt Gas-Oxy Điều Khiển Số

Cắt nhiệt là một phương pháp gia công tạo phôi phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp. Nó được sử dụng để tạo ra các hình dạng và kích thước khác nhau từ thép tấm, đáp ứng nhu cầu sản xuất. Cắt nhiệt có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm cắt gas oxy, cắt plasma và cắt laser. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau. Phương pháp cắt gas oxy đặc biệt hữu ích trong việc xử lý vật liệu có độ dày lớn. Ứng dụng của thép tấm rất đa dạng, từ sản xuất thùng, sàn xe ô tô, khung, sườn xe máy, các thiết bị ngành điện, đến các kết cấu trong ngành xây dựng.

Thép tấm được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ xây dựng đến chế tạo máy. Trong ngành điện, nó được sử dụng để tạo ra các sản phẩm như thép trong stato của máy bơm nước, quạt điện, và các lá thép trong chấn lưu đèn ống, máy biến thế. Trong ngành xây dựng, thép tấm được sử dụng để tạo ra các dầm cầu, kết cấu thép, và tấm lợp. Trong cơ khí chế tạo, nhu cầu về thép tấm là rất lớn và đa dạng, bao gồm chế tạo các bánh xích, bánh răng và bản mã. Các sản phẩm này cần được cắt với độ chính xác cao và năng suất cao. Máy cắt gas oxy CNC giúp đáp ứng các yêu cầu này.

Thép tấm được phân loại theo độ dày, bao gồm thép tấm mỏng, thép tấm dày và thép tấm dải. Thép tấm mỏng có chiều dày từ 0.2 đến 3.75 mm. Thép tấm dày có chiều dày từ 4 đến 60 mm. Thép tấm dải có chiều dày từ 0.2 đến 2 mm. Mỗi loại thép tấm được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu về độ bền và độ cứng. Việc lựa chọn phương pháp cắt phù hợp cũng phụ thuộc vào độ dày của thép tấm. Ví dụ, cắt laser thường được sử dụng cho thép tấm mỏng, trong khi cắt gas oxy và cắt plasma được sử dụng cho thép tấm dày.

Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của quá trình cắt, bao gồm độ cứng vững của máy, chất lượng đầu cắt và chế độ cắt. Độ cứng vững của máy là một yếu tố quan trọng vì nó ảnh hưởng đến khả năng của máy để duy trì vị trí chính xác trong quá trình cắt. Đầu cắt cần được lựa chọn phù hợp với vật liệu và độ dày của vật liệu. Chế độ cắt, bao gồm tốc độ cắt, khoảng cách giữa bề mặt vật liệu và ngọn lửa, lưu lượng khí và tỷ lệ pha trộn hỗn hợp khí Gas – Oxy, cần được điều chỉnh để đạt được chất lượng cắt tốt nhất. Theo tài liệu, 'Sai số do máy + Độ cứng vững của máy khi hoạt động + Do đầu cắt'.

Mỗi đầu cắt (bép cắt gas oxy) đều có kích thước khác nhau và phù hợp với mỗi loại vật liệu và chiều dày khác nhau. Theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất, vật liệu sẽ bị hao hụt đi tùy thuộc vào chiều dày vật liệu cắt và đầu cắt. Ví dụ, sử dụng đầu bép cắt số 1 sẽ có sai số ½ 0. Để khắc phục sai số này, cần bù trừ một lượng nhất định khi thiết kế bản vẽ. Nguyên công cắt gas oxy chủ yếu được sử dụng để gia công thô. Do đó, thiết kế máy cắt CNC cần chú ý đến khả năng điều chỉnh và bù trừ sai số này để đạt được độ chính xác yêu cầu.

Khi gia công bằng nhiệt, biến dạng do nhiệt là một vấn đề không thể tránh khỏi, đặc biệt là trên thép tấm. Kích thước chiều dày càng mỏng và chiều dài gia công càng lớn thì biến dạng càng lớn. Vì thế, với thép có chiều dày < 5mm, việc sử dụng cắt gas oxy ít được sử dụng. Để giảm thiểu biến dạng nhiệt, cần kiểm soát nhiệt độ và tốc độ cắt. Các phương pháp khác bao gồm sử dụng kẹp để giữ phôi và làm mát phôi trong quá trình cắt. Điều khiển số CNC giúp đảm bảo sự đồng đều và giảm thiểu sai sót do thao tác thủ công.

Bài toán động học robot được sử dụng để xác định mối quan hệ giữa vị trí và hướng của các khớp của robot và vị trí và hướng của công cụ cuối. Trong máy cắt gas oxy CNC, bài toán động học được sử dụng để xác định vị trí và hướng của đầu cắt. Quá trình này bao gồm chuyển đổi tọa độ giữa các không gian, lựa chọn các khớp của máy và xây dựng phương trình động học. Giải bài toán động học bằng phương pháp số cho phép xác định sai số và tối ưu hóa thiết kế.

Việc lựa chọn các khớp của máy là một yếu tố quan trọng trong thiết kế động học. Các khớp có thể là khớp quay hoặc khớp trượt, tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng. Phương trình động học mô tả mối quan hệ giữa vị trí và hướng của các khớp và vị trí và hướng của đầu cắt. Phương trình động học có thể được giải bằng phương pháp số để xác định vị trí và hướng của đầu cắt. Cần xem xét đặc tính lực của máy để đảm bảo hoạt động ổn định.

Kiến trúc chức năng của máy cắt gas oxy CNC mô tả cách các thành phần khác nhau của máy hoạt động cùng nhau để thực hiện quá trình cắt. Kiến trúc cơ điện mô tả cách các thành phần cơ khí và điện tử của máy được tích hợp. Cần xây dựng kiến trúc chức năng và cơ điện để đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định của máy. Các dạng nội suy bậc cao cơ bản có thể được sử dụng để tạo ra các đường cắt phức tạp.

Điều khiển trục X, Y, Z là yếu tố then chốt trong hoạt động của máy cắt gas oxy CNC. Trục X và Y điều khiển vị trí của đầu cắt trên mặt phẳng ngang, còn trục Z điều chỉnh độ cao. Để đảm bảo độ chính xác, cần tính toán tần số đáp ứng phù hợp cho từng trục. Hệ thống điều khiển phải phản ứng nhanh chóng với các lệnh và duy trì vị trí mong muốn trong suốt quá trình cắt. Theo tài liệu, 'Tính toán tần số đáp ứng' là cần thiết để 'Điều khiển trục x' và 'Điều khiển trục Y'.

Liên kết ngoại vi cho phép máy cắt CNC giao tiếp với các thiết bị khác, chẳng hạn như máy tính, bộ điều khiển và các cảm biến. Cổng LPT (cổng song song) là một giao diện phổ biến được sử dụng để truyền dữ liệu giữa máy tính và máy cắt. Cấu trúc cổng LPT cho phép điều khiển các tín hiệu khác nhau, chẳng hạn như tín hiệu bước, tín hiệu hướng và tín hiệu kích hoạt. Cần đảm bảo kết nối ổn định và đáng tin cậy để truyền dữ liệu chính xác.

Kiểm soát nguồn năng lượng nhiệt là rất quan trọng để đảm bảo quá trình cắt diễn ra hiệu quả và an toàn. Điều này bao gồm điều chỉnh lưu lượng khí gas và oxy, cũng như áp suất. Điều khiển quỹ đạo mỏ cắt đảm bảo rằng mỏ cắt di chuyển theo đường dẫn chính xác, tạo ra các hình dạng và kích thước mong muốn. Liên kết CAD-CAM giúp tự động hóa quá trình tạo quỹ đạo cắt từ các bản vẽ thiết kế.

Liên kết CAD-CAM cho phép tích hợp quy trình thiết kế và sản xuất. Phần mềm CAD được sử dụng để tạo ra các bản vẽ thiết kế, và phần mềm CAM được sử dụng để tạo ra các chương trình điều khiển máy cắt từ các bản vẽ này. Tối ưu hóa sắp xếp chi tiết là một phương pháp để giảm thiểu lượng vật liệu thải trong quá trình cắt. Các thuật toán sắp xếp được sử dụng để tìm ra cách sắp xếp tối ưu các chi tiết trên vật liệu.

Năng suất của máy cắt gas oxy CNC cần được đánh giá bằng cách so sánh với các phương pháp cắt khác, chẳng hạn như cắt thủ công và cắt bằng các loại máy CNC khác. Các yếu tố cần xem xét bao gồm tốc độ cắt, thời gian chuẩn bị và thời gian hoàn thành. So sánh với thợ bậc cao giúp đánh giá hiệu quả của máy trong việc giảm thiểu sai sót do thao tác thủ công.

Chất lượng sản phẩm và độ chính xác là các yếu tố quan trọng để đánh giá hiệu quả của máy cắt gas oxy CNC. Các yếu tố cần xem xét bao gồm kích thước góc, chất lượng bề mặt cắt và sai số. Cần sử dụng các thiết bị đo lường chính xác để đánh giá các yếu tố này. Việc đánh giá sai số khi không gắn đầu bép cắt giúp xác định sai số cơ bản của máy.

An toàn là một yếu tố quan trọng cần được xem xét trong quá trình vận hành máy cắt gas oxy CNC. Cần tuân thủ các quy tắc an toàn để tránh tai nạn. Các thiết bị an toàn, chẳng hạn như kính bảo hộ, găng tay và quần áo bảo hộ, cần được sử dụng. Cần kiểm tra và bảo trì máy thường xuyên để đảm bảo hoạt động an toàn.