Đồ án Thiết kế và chế tạo máy CNC dùng tia laser

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

VIỆN CNTT - ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

----—&–----

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CNC DÙNG TIA LASER

GVHD

SVTH

: ThS. Phạm Chí Hiếu

: Nguyễn Minh Dức

Nguyễn Hoàng Dũng

Trình độ đào tạo: Đại Học Chính Qui

Ngành đào tạo : Công Nghệ Kỹ Thuật Điện-Điện Tử

Chuyên ngành : Tự Động Hóa

MSSV

: 15031989

13030682

Niên khóa

: 2015-2019

BÀ RỊA-VŨNG TÀU, NĂM 2019

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

------o0o-----

TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU

VIỆN CNTT-ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban

hành kèm theo Quyết định số 1533/QĐ-ĐHBRVT ngày 23/05/2019 của Hiệu trưởng

Trường Đại học BR-VT)

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Minh Đức

Ngày, tháng, năm sinh: 15/06/1997

Chuyên Ngành: Tự động hóa

MSSV: 15031989

Nơi sinh: Vũng Tàu

Email: tailieuhoctap646972@gmail.com

Trình độ đào tạo : Đại học

Hệ đào tạo

: Chính quy

Ngành

: Công nghệ kỹ thuật điện-điện tử

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hoàng Dũng

Ngày, tháng, năm sinh: 24/06/1996

Chuyên Ngành: Tự động hóa

MSSV: 13030682

Nơi sinh: Vũng Tàu

Email: dungnh01@student.bvu.edu.vn

Trình độ đào tạo : Đại học

Hệ đào tạo

: Chính quy

Ngành

: Công nghệ kỹ thuật điện-điện tử

1. Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo máy CNC dùng tia Lazer

2. Giảng viên hướng dẫn: Ths. Phạm Chí Hiếu

3. Ngày giao đề tài: 01/03/2019

4. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 15/06/2019

Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 15 tháng 06 năm 2019

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên)

Phạm Chí Hiếu

Nguyễn Minh Đức

Nguyễn Hoàng Dũng

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu khoa học này tổng quát lại kết quả quá trình

nghiên cứu của tôi. Các số liệu, hình ảnh, thông tin trong đề tài đều trung thực, do tôi

tìm hiểu, tham khảo từ nhiều nguồn tư liệu. Đề tài này không sao chép các đề tài đã có

từ trước.

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội

dung đề tài của mình. Trường đại học BÀ RỊA-VŨNG TÀU không liên quan đến

những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có).

Vũng Tàu, ngày 15 tháng 06 năm 2019

Người cam đoan

Nguyễn Minh Đức

Nguyễn Hoàng Dũng

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1.Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp.

..........................................................................................................................

2. Đánh giá chất lượng của đề tài tốt nghiệp (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong

nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp, trên các mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử

dụng, ...)

..........................................................................................................................

3. Cho điểm của cán bộ hướng dẫn (Điểm ghi bằng số và chữ).

Ngày 20 tháng 06 năm 2019

Cán bộ hướng dẫn chính

(Ký và ghi rõ họ tên)

Phạm Chí Hiếu

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

1. Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu

ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toán chất lượng thuyết

minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài.

..........................................................................................................................

2. Cho điểm của cán bộ chấm phản biện (Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày …… tháng …… năm 2019

Cán bộ chấm phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

LỜI CẢM ƠN

Trước khi bắt đầu nghiên cứu khoa học, với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin

cảm ơn quí thầy cô ngành Điện-Điện tử đã tận tình truyền đạt kiến thức cũng như giúp

đỡ em trong quá trình học tập tại trường.

Đặc biệt, em xin ghi nhớ sự nhiệt tình của thầy Phạm Chí Hiếu, người trực tiếp

hướng dẫn và đã giúp em hoàn thành đề tài này.

Sau cùng, em cũng xin cảm ơn những người bạn đã đóng góp ý kiến và hỗ trợ

thông tin để hoàn thiện đề tài.

Vũng tàu, ngày ……..tháng….…. năm 2019

Sinh viên thực hiện chính

(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Minh Đức Nguyễn Hoàng Dũng

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

Đồ án tốt nghiệp

Đề mục

Trường ĐHBRVT

MỤC LỤC

Trang

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

LỜI CAM ĐOAN

MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 01

1.1. Đặt vấn đề ..........................................................................................................01

1.2. Mục tiêu của đề tài.…………............................................................................ 01

1.3. Tính tối ưu của đề tài......................................................................................... 01

CHƯƠNG 2. THIẾT BỊ VÀ CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ…............................ 02

2.1. Giới thiệu máy CNC..………..……………….......….……………………….. 02

2.1.1. Khái niệm máy CNC………..………..……………....…..…...…………….. 02

2.1.2. Trục máy CNC………..………..……..…………………..…...……………..02

2.1.3. Hệ thống điều khiển máy CNC………….……..……..…..…...……………..02

2.1.3.1. Tổng quát………..………..……………………………..…...……………..02

2.1.3.2. Chọn động cơ cho cơ cấu dẫn động các trục………..…..…...…………….. 03

2.1.4. Phần cứng máy CNC…….……..………..…………...…..…...…………….. 03

2.1.5. Phần mềm máy CNC……..…..…...……………………………………….... 04

2.1.6. Nguyên tắc lập trình gia công trên máy CNC………...…..…...……………..05

2.1.7. Cấu trúc chương trình……..…..…...…………………………………….….. 05

2.1.8. Những chức năng hỗ trợ……..…..…………………………....…………….. 05

2.1.9. Hệ tọa độ tuyệt đối – Tọa độ tương đối…………………..…...……………..06

2.2. Chương trình gia công CNC……..…..…...….................................………….. 06

2.2.1. Mã lệnh G cơ bản……..…..…...……………………………………………..07

2.2.2. Mã lệnh M cơ bản……..…..……………………………….....…………….. 08

2.3. Lợi ích của máy CNC..…...……………........................................................... 09

2.3.1. Tự động hóa sản xuất..…...…………………………………………………..09

2.3.2. Độ chính xác và lặp lại cao của sản phẩm..…………………...…………….. 09

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

2.3.3. Tính linh hoạt máy CNC..…...…………………………………………...…..09

2.3.4. Phạm vi sử dụng máy CNC..…...…………………………………..……….. 10

2.4. Giới thiệu về tia Laser..…...…………......................................................….. 10

2.4.1. Giới thiệu chung..…...……………………………………………………..... 10

2.4.2. Lịch sử…..…...……………………………………………………..……….. 10

2.4.3. Cấu tạo…..…...………………………………………………………….….. 11

2.4.4. Cơ chế hoạt động…..….............................................................…………….. 11

2.4.5. Phân loại…..…...………………………………………………………...….. 12

2.4.5.1. Laser chất rắn…..…...………………………………………….………….. 12

2.4.5.2. Laser chất khí…..…...………………………………………….………….. 12

2.4.5.3. Laser chất lỏng…..…...……………………………………………………..12

2.4.6. Tính chất…..…...………………………………………………………...….. 12

2.4.7. Các chế độ hoạt động..…..………………………………….....……………..13

2.4.8. An toàn..…..…...……………………………………………………………..13

2.4.9. Ứng dụng của laser..…..…...…………………………………………….….. 14

2.5. Giới thiệu về Mạch Arduino NANO..…..…...……..........................……..….. 14

2.5.1. Nguồn sử dụng..…..…...………………………………………………...….. 15

2.5.2. Các chân năng lượng..…..…...……………………..……………………….... 15

2.5.3. Bộ nhớ sử dụng..…..…...…...…………………………………………………16

2.5.4. Các cổng vào/ra trên Arduino Board..…..…...............................…………….. 16

2.5.5. Lập trình cho Arduino…...……………..…………………………………….. 18

2.5.5.1. Cấu trúc chương trình…...…………………………………………….….. 21

2.5.5.2. Cách viết chương trình trên IDE…..........................................……………..21

2.5.5.3. Chương trình giao tiếp với máy tính………………………....……………..22

2.5.5.4. Nạp bootloader cho arduino…...…………………………………..………..23

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ CHƯƠNG TRÌNH MÁY CNC…………25

3.1. Sơ đồ khối của máy CNC..……………………………………………………. 25

3.1.1. Phần điều khiển..……………………………………………………………. 25

3.1.1.1. Máy tính cài sẳn phần mềm điều khiển..………………………….……….. 25

3.1.1.2. Mạch Arduino Uno R3..…………………………………………..……….. 26

3.1.1.3. Mạch CNC Shield..…………………………………………………..……..27

3.1.2. Cơ cấu chấp hành..…………………………………………………………....29

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

3.1.2.1. Module Driver Laser..………………………………………………….….. 29

3.1.2.2. Động cơ chấp hành..……………………………………………………….. 29

3.1.2.3. Đầu Laser 2.5w..…………………………………………………….…….. 29

3.2. Mô hình thực..…………………………………………………………………..30

3.2.1. Mô hình sườn máy và bàn máy..…………………………………………….. 30

3.2.2. Mô hình thực của máy CNC..……………………………………………….. 32

3.3. Viết chương trình cho máy CNC..…………………………………….……….. 32

3.3.1. Phần mềm tạo Gcode Inkscape..…………………………………….………..32

3.3.1.1. Khái niệm..……………………………………………………………….....32

3.3.1.2. Các bước sử dụng Inkscape tạo file Gcode khác Laser..………………….. 32

3.3.2. Phần mềm điều khiển Universal Gcode Sender...………………..………….. 34

3.4. Một số kết quả đạt được của đề tài...…………………………………….…….. 40

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI………….……… 41

4.1. Kết Luận……………………………………………………………………….. 41

4.1.1. Ưu điểm của đề tài………………………………………………………….. 41

4.1.2. Nhược điểm của đề tài…………………………………………………..….. 41

4.2. Hướng phát triển………………………………………………………………. 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………………. 42

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. Đặt vấn đề

Công nghệ Laser đang ngày càng quan trọng đối với việc cho ra đời các sản

phẩm đạt chất lượng của ngành công nghiệp hỗ trợ. Tại Việt Nam, các thiết bị Laser

công nghiệp đã có mặt trên thị trường trong nhiều năm và phần lớn được cung cấp bởi

các công ty hoạt động thương mại. Các máy CNC cho phép gia công các sản phẩm có

độ chính xác và độ phức tạp cao mà máy công cụ truyền thống không thể làm được.

Sau khi nạp chương trình gia công, nhiều máy CNC có thể tự động chạy liên tục cho

tới khi kết thúc, và như vậy giải phóng nhân lực cho công việc khác. Trong xu thế đó,

nhằm mục đích chế tạo một máy công cụ chính xác có thể vẽ tranh, khắc chữ trên gỗ,

nhựa, giấy, da, vải, phục vụ cho mỹ nghệ, quà lưu niệm, tranh ảnh một cách tự động,

nên nhóm đã thực hiện đề tài này. Ngoài ra, sản phẩm được chế tạo với thiết kế đẹp

mắt, chi phí sản xuất và bảo trì thấp so với sản phẩm cùng loại của nước ngoài, do đó

phù hợp với túi tiền của người dùng. Sản phẩm là ứng dụng cụ thể của hệ thống tự

động hóa có độ chính xác cao vào đời sống và sản xuất, mang lại hiệu quả cao hơn so

với các phương pháp cắt khắc truyền thống. Sản phẩm có các phần mềm hỗ trợ trực

quan, dễ hiểu nên mọi người đều có thể sử dụng một cách dễ dàng sau vài giờ tìm hiểu,

nên có khả năng đưa ra sử dụng rộng rãi, phổ biến.

1.2. Mục tiêu của đề tài

- Nghiên cứu mô hình hệ thống máy CNC dùng tia Laser.

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình dựa trên các kiến thức đã học.

- Ứng dụng các công nghệ hiện đại để xây dựng hệ thống.

1.3. Tính tối ưu của đề tài

- Tạo tính tư duy cho sinh viên trong quá trình nghiên cứu.

- Có tính linh động và mở rộng cho sinh viên thiết kế mô hình dựa trên cơ sở

thực tế.

- Mô hình đơn giản nhưng rất hữu ích.

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

1

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 2

Trường ĐHBRVT

THIẾT BỊ VÀ CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ

2.1. Giới thiệu máy CNC

2.1.1. Khái niệm máy CNC

CNC là một dạng máy điều khiển tự động có sự trợ giúp của máy tính, mà trong

đó các bộ phận tự động được lập trình để hoạt động theo các sự kiện nối tiếp nhau với

một tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra được mẫu vật với hình dạng và kích

thước theo yêu cầu.

2.1.2. Trục máy CNC

Để có thể điều khiển chuyển động dụng cụ cắt dọc theo đường hình học trên bề

mặt chi tiết cần có một mối quan hệ giữa dụng cụ và chi tiết gia công. Mối quan hệ

này có thể được thiết lập thông qua việc đặt dụng cụ và chi tiết gia công trong một hệ

tọa độ. Hệ tọa độ Decac được sử dụng làm hệ tọa độ trong máy CNC. Khi đó không

gian được giới hạn bởi ba kích thước của hệ tọa độ Decac gắn với máy mà hệ điều

khiển máy có thể nhận biết được gọi là vùng gia công.

2.1.3. Hệ thống điều khiển máy CNC

2.1.3.1. Tổng quát

Các máy CNC trong công nghiệp đều được điều khiển theo một nguyên tắc nhất

định. Dữ liệu điều khiển được đọc vào từ chương trình có sẵn trên máy hoặc do chính

người sử dụng nhập vào từ giao tiếp bàn phím. Các dữ liệu này được giải mã và hệ

thống điều khiển xuất ra các tập lệnh để điều khiển các cơ cấu chấp hành thực hiện các

lệnh theo yêu cầu của người sử dụng. Trong khi các cơ cấu chấp hành thực hiện các

lệnh đó, kết quả về việc thực hiện được mã hóa ngược lại và phản hồi về hệ điều khiển

máy, các kết quả này được so sánh với các tập lệnh được gửi đi. Sau đó hệ thống điều

khiển có nhiệm vụ bù lại các sai lệch và tiếp tục gửi đến các cơ cấu chấp hành cho đến

khi thông tin về kết quả thực hiện phản hồi trở lại “khớp” với thông tin được gửi đi.

Như vậy, ta có thể nói hệ điều khiển máy CNC trong công nghiệp là một hệ điều khiển

kín (dữ liệu lưu thông theo một vòng kín).

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

2

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

Hình 2.1. Truyền dữ liệu trong vòng kín

2.1.3.2. Chọn động cơ cho cơ cấu dẫn động các trục

Động cơ dẫn động trên máy CNC cho các trục trong thực tế là các động cơ servo,

với khả năng điều khiển chính xác, đồng thời có một bộ phận phản hồi và bù sai số. Vì

là mô hình thí nghiệm nên phương án dùng loại động cơ này là không khả thi, vì thực

tế động cơ servo có giá thành rất đắt và hiếm thấy ở Việt Nam, nên chúng em thống

nhất phương án dùng động cơ bước để dẫn động các trục, vì loại động cơ này dễ điều

khiển, dễ mua và có giá thành hợp lý. Tuy nhiên do không kèm theo bộ phận phản hồi

bù sai số nên trong một số trường hợp như quá tải, quá nhiệt… động cơ sẽ không giữ

được độ chính xác theo yêu cầu, xảy ra tình trạng tụt bước hay mất bước. Khi tính toán

thiết kế chúng em sẽ cố gắng giảm sự sai lệch không mong muốn này về mức tối thiểu.

Phổ biến ở thị trường hiện nay là loại động cơ bước có công suất khoảng 50W.

Hình 2.2. Động cơ bước

2.1.4. Phần cứng máy CNC

Trong một máy CNC bất kỳ, dù đơn giản hay phức tạp đều có sự hiện diện của

các phần cứng cơ bản sau.

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

3

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

v Bộ xử lý trung tâm (CPU):

Hình 2.3. SơđồkhốicủaCPU

v Bộ nhớ:

Một số bộ nhớ mở rộng được sử dụng: ROM, EEPROM, RAM.

v Hệ thống truyền dẫn (BUS):

Hệ thống CNC đòi hỏi sự liên hệ giữa CPU và các bộ phận khác trong hệ thống.

Thiết bị truyền dẫn của CNC chính là BUS. Có thể hiểu BUS là hệ thống các đường giao

thông làm nhiệm vụ truyền dẫn thông tin từ CPU đến các bộ phận khác và ngược lại.

Dưới đây là sơ đồ khối thể hiện vị trí vai trò của BUS trong hệ thống điều khiển CNC.

Hình 2.4. HệthốngliênlạcthôngquaBUS

2.1.5. Phần mềm máy CNC

Những bộ điều khiển CNC hiện đại giống như những chiếc máy tính

chuyên dụng dùng để điều khiển máy công cụ. Cũng như những chiếc máy tính khác,

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

4

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

CNC cần một hệ điều hành, đôi khi được coi như là một phần mềm hệ thống. Chúng

được thiết kế riêng cho một loại máy, và mục đích cuối cùng là để điều khiển, bởi vì

đặc tính động học và điều khiển của mỗi loại máy là khác nhau. Phần mềm này điều

khiển mọi chức năng hệ thống, những chương trình con, đồ hoạ giả lập hay quá trình

gia công nếu có.

2.1.6. Nguyên tắc lập trình gia công trên máy CNC

Các thao tác gia công của máy CNC được thực hiện thông qua một đoạn chương

trình. Đoạn chương trình này mô tả chi tiết trình tự của các bước gia công, theo thứ tự

để tạo ra sản phẩm như ý. Bộ điều khiển CNC thực thi các lệnh gia công dựa trên

những dữ liệu mà nó nhận được, những thông số gia công có thể nằm ngay trên những

dữ liệu nhận được hay nằm trong bộ nhớ của bộ điều khiển.

Một điều rất quan trọng mà các bộ CNC phải tuân theo, đó là phải đi theo một

dạng lập trình đã được chuẩn hoá, dựa trên một văn bản do hiệp hội chuẩn hoá quốc tế

(ISO) đề ra. Ở Hoa Kỳ, chủ yếu theo chuẩn EIA RS244 hoặc RS358.

2.1.7. Cấu trúc chương trình

Một chương trình gia công bao gồm nhiều dòng lệnh. Mỗi dòng lệnh bao gồm

các ký tự và con số đi theo mỗi ký tự. Số lượng ký tự trong mỗi dòng lệnh là không cố

định. Mỗi dòng lệnh thường bắt đầu bằng ký tự N và một con số liền sau đó dùng để

chỉ thứ tự dòng lệnh trong chương trình.

2.1.8. Những chức năng hỗ trợ

Trước khi máy thực hiện những chuyển động và gia công, những thông số về

hình dáng và công nghệ phải được nhập vào bộ điều khiển. Sau đó các thông tin sẽ

được tính toán và đưa ra các chức năng thích hợp.

Thông số về hình dáng được xác định:

- Vị trí điểm đến.

- Hướng chạy dao.

- Chương trình gia công.

Ngoài ra cũng cần đưa thêm các thông số công nghệ như loại dao dùng gia công,

tốc độ trục quay, hướng quay, tốc độ chạy dao. Những chức năng hỗ trợ được dùng

cho mục đích này, thường dùng các ký tự F, H, M, S, và T. Còn lại D, E, L, P là những

ký tự còn dư cho lập trình, dùng cho những bộ điều khiển khác nhau, của các hãng

khác nhau.

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

5

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

2.1.9. Hệ tọa độ tuyệt đối – Tọa độ tương đối

Thông số hình dạng có thể được nhập ở dạng tuyệt đối hay tương đối, và cả hai

đều được chấp nhận ở các máy CNC ngày nay.

Hình 2.5. Những kiểu định tọa độ

2.2. Chương trình gia công CNC

Một chương trình gia công CNC là toàn bộ tất cả các lệnh cần thiết giúp cho máy

CNC tiến hành công việc gia công chi tiết, được mô tả một cách cụ thể và được chuẩn

hoá trong chương trình CNC cơ bản là hệ máy FANUC và hệ máy FAGOR. Tùy thuộc

vào nơi sản xuất các bộ điều khiển, có các quy định cụ thể, đặc trưng. Thông thường

thuộc vào kích thước biểu thị theo đơn vị inch hoặc mm, ở đây chỉ trình bày cho

trường hợp hệ mm.

Nội dung của chương trình được tạo thành từ các khối lệnh, mô tả quá trình hoạt

động của máy gia công theo từng dòng lệnh trong khối. Mỗi khối mô tả cho một bước

gia công hình học hoặc một chức năng gia công cụ thể. Các khối của các bước gia

công liền nhau được xếp liên tiếp nhau và cách nhau bởi mã lệnh kết thúc khối (End of

block).

Mỗi khối được lập bởi các ký tự chữ và số gọi là chương trình gia công, được lưu

trong bộ nhớ máy tính được định dạng theo quy định, là tập hợp các dòng lệnh.

Một dòng lệnh được viết liên tục với các khối mã lệnh, giữa các khối mã lệnh

không có khoảng trắng.

Một loạt các dòng lệnh liên tiếp cấu thành nên khối chương trình, tập hợp các

khối chương trình là toàn bộ chương trình gia công. Chương trình sẽ gởi các yêu cầu

đến máy tính, bộ điều khiển trung tâm, trực tiếp vận hành máy hoặc thu nhận thông tin

phản hồi.

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

6

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

¯ Bảng 2.1. Mã lệnh CNC theo thứ tự Alpha:

Mã lệnh

Ý nghĩa

Tốc độ di chuyển đầu phun.

F

Báo hiệu một hàm nội suy, thực thi chương trình (đây là

mã cơ bản nhất của chương trình gia công).

G

I

J

Thông số xác định tâm của đường tròn theo trục X.

Thông số xác định tâm của đường tròn theo trục Y.

Thông số xác định tâm của đường tròn theo trục Z.

Lập lại chu trình gia công.

K

L

Chức năng pha tạp tùy theo giá trị theo sau M, có nhiều

chức năng khác nhau (xem bảng chức năng của mã lệnh

M).

M

N

O

P

Chỉ số dòng lệnh hiện tại.

Số hiệu (tên) của chương trình gia công.

Chỉ số dòng lệnh bắt đầu một khối lệnh gia công.

Bán kính thiết kế của đường cong.

R

X

Y

Z

Xác định vị trí theo phương của trục X.

Xác định vị trí theo phương của trục Y.

Xác định vị trí theo phương của trục Z.

Mục đích là gởi tiếp các tín hiệu, yêu cầu đến hệ thống điều khiển máy công cụ.

Nó xác định các thông số toán học liện quan đến sự di chuyển của các thành phần

của máy, điều khiển sự di chuyển của đầu khắc theo các trục, tốc độ di chuyển của đầu

khắc, sự phát tia Plasma ..v.v…

Thông tin dòng lệnh được bắt đầu với một mã lệnh và các số liền sau đó, với mỗi

thay đổi của các số mới sẽ được truyền vào bộ điều khiển.

Những số kết hợp với mã lệnh N thường gia tăng từ 5 đến 10 đơn vị, cho phép ta

có thể chèn thêm các dòng lệnh khác khi cần thiết với các đối số đi kèm mã lệnh N lúc

này nằm trong khoảng giữa hai đối số liên tiếp.

2.2.1. Mã lệnh G cơ bản

Mã lệnh G báo hiệu bắt đầu một hàm chức năng. Khi sử dụng mã lệnh này, nó

báo hiệu sự thay đổi hoạt động. Có hai loại mã lệnh G: cho phép (modal) và không cho

phép (nonmodal).

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

7

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

Mã lệnh G loại cho phép: được lưu trong bộ nhớ chương trình cho đến khi một

mã lệnh G khác cùng loại được gọi, mã lệnh sau sẽ hủy bỏ mã lệnh trước trong chương

trình điều khiển.

Mã lệnh G loại nonmodal chỉ áp dụng cho dòng lệnh đang xét, nơi nó xuất hiện.

¯ Bảng 2.2. Mã lệnh G-code:

Mã lệnh G

G00

G01

G02

G03

G04

G17

G18

G19

G20

G21

G41

G42

G54

G55

G56

G57

G58

G59

G60

G61

G90

G91

G92

Chức năng

Đặc tính điều khiển điểm, chạy nhanh

Nội suy thẳng

Nội suy vòng

Thời gian duy trì

Chọn mặt phẳng tọa độ

Hệ đơn vị inch

Hệ đơn vị met

Chọn hướng di chuyển

Dịch chuyển điểm 0

Dừng chính xác

Các số liệu đo điều khiển tuyệt đối

Các số liệu đo điều khiển tương đối

Set điểm Home

2.2.2. Mã lệnh M cơ bản

Dưới đây là bảng mã lệnh thường được dùng trong chương trình của máy cắt

plasma.

¯ Bảng 2.3. Mã lệnh M:

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

8

Đồ án tốt nghiệp

Mã lệnh M

Trường ĐHBRVT

Chức năng

M00

M01

M02

M11

M21

M25

M90

M95

M96

M97

M99

Dừng chương trình

Dừng tạm thời chương trình

Dừng chương trình và chạy lại từ đầu

Bắt đầu phát tia Plasma

Ngừng phát tia Plasma

Ngừng phát tia Plasma để chuyển sang biên dạng kế tiếp

Bắt đầu chương trình

Bắt đầu đánh dấu Mode (enable marking mode).

Ngừng đánh dấu Mode (disable marking mode).

Tăng vận tốc cắt

Thoát chương trình

2.3. Lợi ích của máy CNC

2.3.1. Tự động hóa sản xuất

Máy CNC không chỉ quan trọng trong ngành cơ khí mà còn trong nhiều ngành

khác như may mặc, giày dép, điện tử v.v. Bất cứ máy CNC nào cũng cải thiện trình độ

tự động hóa của doanh nghiệp. Sau khi nạp chương trình gia công, nhiều máy CNC có

thể tự động chạy liên tục cho tới khi kết thúc, và như vậy giải phóng nhân lực cho

công việc khác.

2.3.2. Độ chính xác và lặp lại cao của sản phẩm

Các máy CNC thế hệ mới cho phép gia công các sản phẩm có độ chính xác và độ

phức tạp cao mà máy công cụ truyền thống không thể làm được. Một khi chương trình

gia công đã được kiểm tra và hiệu chỉnh, máy CNC sẽ đảm bảo cho “ra lò” hàng loạt

sản phẩm với chất lượng đồng nhất. Đây là yếu tố vô cùng quan trọng trong sản xuất

công nghiệp quy mô lớn.

2.3.3. Tính linh hoạt máy CNC

Chế tạo một chi tiết mới trên máy CNC đồng nghĩa với nạp cho máy một chương

trình gia công mới. Được kết nối với các phần mềm CAD/CAM, công nghệ CNC trở

nên vô cùng linh hoạt giúp các doanh nghiệp thích ứng với các thay đổi nhanh chóng và

liên tục về mẫu mã và chủng loại sản phẩm của khách hàng.

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

9

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

2.3.4. Phạm vi sử dụng máy CNC

Các máy CNC cỡ trung bình, bộ điều khiển theo biên dạng không đắt hơn nhiều

so với máy vạn năng.

Công nghệ CAD/CAM cho phép lập trình cho máy CNC trở nên đơn giản.

Máy CNC ngày càng được sử dụng phổ biến và dần dần thay thế máy vạn năng

cả trong gia công thông thường.

2.4. Giới thiệu về tia Laser

2.4.1. Giới thiệu chung

Laser (Light Amplficationby Stimulated Emissionof Radiation), 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 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.

Các quá trình này có thể sinh ra hay hấp thụ các tia sáng (photon) theo giả thuyết của

Albert Einstein. Bước sóng (màu sắc) của tia sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch năng

lượng giữa các mức.

Có nhiều loại laser khác nhau, có thể ở dạng hỗn hợp khí, ví dụ He-Ne, hay dạng

chất lỏng, song có độ bức xạ lớn nhất vẫn là tia laser tạo bởi các thành phần từ trạng

thái chất rắn.

Hình 2.6. Hình ảnh tia Laser

2.4.2. Lịch sử

Laser được phỏng theo maser, một thiết bị có cơ chế tương tự nhưng tạo ra tia vi

sóng hơn là các bức xạ ánh sáng.

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

10

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBRVT

Laser hồng ngọc, một laser chất rắn, được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1960,

Hồng ngọc là ôxít nhôm pha lẫn crôm. Crôm hấp thụ tia sáng màu xanh lá cây và xanh

lục, để lại duy nhất tia sáng màu hồng phát ra. Robert N. Hall phát triển Laser bán dẫn

đầu tiên, hay Laser diod vào năm 1962. Thiết bị của Hall xây dựng trên hệ thống vật

liệu gali-aseni và tạo ra tia có bước sóng 850 nanômét, gần vùng quang phổ tia hồng

ngoại.

2.4.3. Cấu tạo

Hình 2.7. Cấu tạo tia Laser

Nguyên lý cấu tạo chung của một máy Laser gồm có: buồng cộng hưởng chứa

hoạt chất Laser, nguồn nuôi và hệ thống dẫn quang. Trong đó buồng cộng hưởng với

hoạt chất Laser là bộ phận chủ yếu, đó là một chất đặc biệt có khả năng khuếch đại ánh

sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo ra Laser. Khi 1 photon tới va chạm vào hoạt chất

này thì kéo theo đó là 1 photon khác bật ra bay theo cùng hướng với photon tới. Mặt

khác buồng cộng hưởng có 2 mặt chắn ở hai đầu, một mặt phản xạ toàn phần các

photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon qua một phần phản xạ lại làm cho các

hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất Laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn. Vì

thế cường độ chùm Laser được khuếch đại lên nhiều lần.

2.4.4. Cơ chế hoạt động

Một ví dụ về cơ chế hoạt động của laser có thể được miêu tả cho Laser thạch anh.

Ø Dưới sự tác động của hiệu điện thế cao, các electron của thạch anh di chuyển từ

mức năng lượng thấp lên mức năng lương cao tạo nên trạng thái nghịch đảo mật

độ tích lũy của electron.

SVTH: Nguyễn Minh Đức - Nguyễn Hoàng Dũng

11