2019

Phụ lục 04

Huỳnh Bá Công

TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ

C
C

R
L
THIẾT KẾ VÀ
CHẾ TẠO HỆ
T
U
THỐNG
CẮT
D LASER THEO
ĐỀ TÀI:

BĂNG CHUYỀN


CHUYỀN
D
Người hướng dẫn: TS. ĐẶNG PHƯỚC VINH
Sinh viên thực hiện: HUỲNH BÁ CÔNG
Số thẻ sinh viên: 101140177
Lớp: 14CDT2

Đà Nẵng, 12/2019


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN

TÓM TẮT
Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Cơng
Số thẻ SV:101140177

Lớp: 14CDT2

Đề tài nói về bộ máy cắt laser tự động theo cấu hình máy CNC. Do cơ sở vật chất
và khả năng có hạn, đề tài chỉ dừng ở mức độ khắc sản phẩm gỗ, cắt giấy, kim loại cực
mỏng với đầu laser cơng suất 2.5W.
Mục đích: Cắt sản phẩm tự động với số lượng yêu cầu
Đối tượng cắt: Giấy, gỗ, sắt
Phương pháp: Cắt laser bằng công nghệ CNC
Sai số cho phép: 10%

C
C




THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN

2.2. Giới thiệu phần mềm thiết kế
2.3. Băng chuyền
2.4. Trục X, Y của máy cắt laser
2.5. Laser
Chương 3: Thiết kế và xấy dựng hệ thống điều khiển
Mở đầu chương giới thiệu các phần mềm được sử dụng, các linh kiện điện tử có
trong mơ hình. Trình bày cách điều khiển, vận hành hệ thống, cách làm việc với bộ điều
khiển và máy tính. Lưu đồ thuật tốn và lập trình.
3.1. Giới thiệu về phần mềm sử dụng
3.2. Các linh kiện điện tử có trong mạch
3.3. Sơ đồ nối dây của mạch

C
C

Chương 4: Kết luận và định hướng đề tài

Chương kết luận và đưa ra những kết quả mà đề tài đạt được, các hạn chế của đề

R
L
T

tài và định hướng phát triển trong tương lai.
4.1. Những kết quả đạt được
4.2. Hạn chế


Số thẻ sinh viên: 101140177

Lớp: 14CDT2

Ngành: Cơ điện tử

Khoa: Cơ khí

Tên đề tài đồ án: Thiết kế và chế tạo hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền
Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
1. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Dựa vào số liệu thực tế đó đạc được:
Kích thước bàn máy laser: 30x30cm;

C
C

Kích thước băng tải: 60x20cm;
Đầu laser: 2,5W;

R
L
T

Nguồn 220V – 12V;

2. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:

U

Trưởng Bộ môn ……………………..

Người hướng dẫn

TS. Đặng Phước Vinh

C
C

R
L
T

U
D

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công

Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng
ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Cùng với đó là q trình
“Cơng nghiệp hóa- Hiện đại hóa” đất nước, các hệ thống dây chuyền sản xuất tự động
có năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng cao, công nhân ngày càng dễ dàng thực
hiện những công đoạn sản xuất hơn, các quản lí cũng dễ dàng trong việc kiểm sốt và
đánh giá sản phẩm. Tuy nhiên việc tiếp cận các hệ thống dây chuyền như vậy còn hạn


Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công

Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh

v


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN

C
C

R
L
T

U
D

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công

Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh

vi


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN

LỜI CAM ĐOAN


R
L
T

U
D

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công

Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh

viii


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN

MỤC LỤC
TÓM TẮT........................................................................................................................0
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................v
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... vii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ xiii
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ……………………………………………………......xii
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ......................................................xvv
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẮT LASER TỰ ĐỘNG THEO BĂNG
CHUYỀN.........................................................................................................................1
Giới thiệu đề tài..................................................................................................1

C

1.2.2.

Công nghệ cắt laser ..................................................................................8

Khái quát khái niệm về máy CNC ...................................................................12
1.3.1.

Khái niệm máy CNC .............................................................................12

1.3.1.1. Giới thiệu máy CNC ..............................................................................12
1.3.2.

Cấu hình máy cắt laser CNC .................................................................15

1.3.3.

Điều khiển CNC, chương trình gia cơng NC.........................................17

1.3.3.1. Nguyên lý của điều khiển số NC (Numerical Control) .........................17
1.3.3.2. Các phương thức điều khiển số (NC) ....................................................18
1.3.3.3. Lập trình NC ..........................................................................................20
Tổng quan về hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền ............................21
1.4.1.

Giới thiệu các khối cơ bản của hệ thống................................................21

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công

Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh



R
L
T

Các phương án truyền động của hệ thống .............................................33
Vít me đai ốc thường .............................................................................34
Vít me đai ốc bi......................................................................................35

U
D

Truyền đai với hệ trượt con lăn .............................................................36
Chọn phương án truyền động ................................................................37
Chọn động cơ và tính tốn thơng số phù hợp với máy ..........................37
Phân tích chọn động cơ dẫn động cho các trục......................................38
Chọn động cơ bước phù hợp ..................................................................42
Chọn vật liệu khung ...............................................................................42
Laser .................................................................................................................44
Chương 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ........................45
3.1. Giới thiệu về phần mềm sử dụng .....................................................................45
3.1.1.

Phần mềm Orcad....................................................................................45

3.1.2.

Phần mềm Arduino ................................................................................46

3.2. Các linh kiện điện tử có trong mạch ................................................................47


Công tắc hành trình ................................................................................57

3.3. Xác định sơ đồ nối dây ....................................................................................58
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ....................................59
4.1. Những kết quả đạt được ...................................................................................59
4.2. Hạn chế ............................................................................................................59
4.3. Hướng phát triển ..............................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................60
PHỤ LỤC ......................................................................................................................61

C
C

R
L
T

U
D

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công

Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh

xi


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN


T

U
D

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công

Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh

xiii


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN

C
C

R
L
T

U
D

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công

Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh

xiv



Hình 2.2 Phần mềm Solidworks ............................................................................25
Hình 2.3: Động cơ giảm tốc ZS – RE81 ...............................................................27
Hình 2.4: Mơ hình thiết kế băng tải.......................................................................28
Hình 2.5: Mơ phỏng máy laser trên Solidworks ...................................................29
Hình 2.6: Mơ hình máy laser .................................................................................30
Hình 2.7: Hệ trượt con lăn .....................................................................................31
Hình 2.8: Động cơ và bu li chủ động ....................................................................31
Hình 2.9: Đầu laser ................................................................................................32
Hình 2.10: Cắt laser theo phương pháp phơi đứng n .........................................33
Hình 2.11: Vít me đai ốc thường ...........................................................................34
Hình 2.12: Vít me đai ốc bi ...................................................................................35
Hình 2.13: Bộ truyền đai .......................................................................................36
Hình 2.14: Con lăn – hệ trượt ................................................................................37
Hình 2.15: Động cơ một chiều (DC motor) ..........................................................38
Hình 2.16: Động cơ AC Servo ..............................................................................39
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công

Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh

xv


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN

Hình 2.17: Động cơ bước (Stepping motor) ..........................................................40
Hình 2.18: Nhơm định hình ...................................................................................43
Hình 2.19: Laser 2,5W ..........................................................................................44
Hình 3.1: Phần mềm Orcad ...................................................................................46
Hình 3.2: Phần mềm Arduino ................................................................................47


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU:
…….……..........................................................................................................................
…….……..........................................................................................................................
…….……..........................................................................................................................
…….……..........................................................................................................................
…….……..........................................................................................................................
…….……..........................................................................................................................

CHỮ VIẾT TẮT:
…….……..........................................................................................................................

C
C

…….……..........................................................................................................................
…….……..........................................................................................................................

R
L
T

…….……..........................................................................................................................

U
D


Giới thiệu đề tài
1.1.1. Đặt vấn đề
Hiện nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển, thế giới cũng vừa trải qua cuộc
khủng hoảng kinh tế trầm trọng đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến nền công nghiệp tồn
cầu. Chính vì thế, việc ứng dụng các kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo ra những
sản phẩm có năng suất, chất lượng cao, giá thành thấp nhận được ngày càng trở nên cấp
thiết, đặc biệt đối với những nước đang phát triển. Đặc biệt trong lĩnh vực gia cơng cắt
gọt đang phát triển cực kì nhanh chóng. Điều đó cũng đánh dấu một bước chuyển mình
của ngành gia cơng cơ khí chính xác.

C
C

Theo năm tháng, với đời sống ngày càng hiện đại, tiên tiến, yêu cầu chất lượng xã

R
L
T

hội càng tăng cao. Ngành công nghiệp trang trí, điêu khắc tạo ra các hoa văn trên những
vật liệu khác nhau như da, vải, gỗ...; ngành công nghiệp chế tạo làm nên các chi tiết có
độ tinh xảo, chính xác cao trên nhiều loại vật liệu như inox, sắt, thép, hợp kim nhôm,

U
D

nhựa…, kể cả kim cương, trang sức đá q. Qua đó, cơng nghệ laser đã ra đời và đáp
ứng, thỏa mãn hầu hết các yêu cầu kỹ thuật, mong muốn xã hội hiện tại, với hiệu suất
cao, giá thành rẻ, dễ sản xuất chế tạo và áp dụng vào hầu hết mọi lĩnh vực trên thế giới
hiện nay. Đã đáp ứng được về chất, nhưng lượng thì sao, một máy CNC cắt bằng cơng


C
C

năng lập trình, nổi bật giá trị của một sinh viên ngành Cơ điện tử.
1.1.4. Cơ sở lý luận

R
L
T

Việc tính tốn thiết kế các bộ phận của máy hồn tồn dựa vào lý thuyết của mơn
học kỹ thuật chế tạo máy, môn sức bền vật liệu, vẽ kỹ thuật – vẽ kỹ thuật cơ khí. Vậy

U
D

cơ sở tính tốn thiết kế bao gồm các chỉ tiêu sau:
-

Chỉ tiêu độ bền.

-

Chỉ tiêu độ chính xác.

-

Chỉ tiêu về tính cơng nghệ.


khơng gian vũ trụ, máy cắt, máy hàn, máy phẫu thuật laser, tẩy mụn ruồi, nhắm bằng
laser. Trong quân đội laser được dùng để đánh dấu, đo khoảng cách và tốc độ của mục
tiêu. Trong giải trí laser được sử dụng trong các sân khấu như hòa âm ánh sáng.
Cấu tạo của laser
Nguyên lý cấu tạo chung của một máy laser gồm có: buồng cộng hưởng chứa hoạt
chất laser, nguồn ni và hệ thống dẫn quang. Trong đó buồng cộng hưởng với hoạt chất
laser là bộ phận chủ yếu.
Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, 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.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công

Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh

4


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN

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. Tính chất của laser phụ thuộc vào
hoạt chất đó, do đó người ta căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser.
Nguyên lý hoạt động laser
Một ví dụ về nguyên lý hoạt động của laser có thể miêu tả cho laser thạch anh:
 Dưới sự tác động của hiệu điện thế lớn, 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.
 Ở mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống mức năng lượng

5