Nghiên cứu tính toán thiết kế, chế tạo mô hình máy cắt khắc laser ứng dụng công nghệ CNC

Máy gia công bằng chùm tia laser (Light amplification by stumulated emission of radiation) được chế tạo vào năm 1960, ngày nay phương pháp gia công này được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong gia công cơ khí. Ứng dụng chùm tia laser có thể gia công được rất nhiều các loại vật liệu khác nhau như thép, kim loại màu, ceramic, các vật liệu phi kim như gỗ, mika, da...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tính toán thiết kế, chế tạo mô hình máy cắt khắc laser ứng dụng công nghệ CNC TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY CẮT KHẮC LASER ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CNC Giảng viên hướng dẫn: KS. Nguyễn Văn Hào Sinh viên thực hiện: Đỗ Ngọc Đại Ngô Khánh Toàn Nguyễn Văn Hiếu Lớp: Công nghệ chế tạo CK K57, K58 Tóm tắt: Máy gia công bằng chùm tia laser (Light amplification by stumulated emission of radiation) được chế tạo vào năm 1960, ngày nay phương pháp gia công này được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong gia công cơ khí. Ứng dụng chùm tia laser có thể gia công được rất nhiều các loại vật liệu khác nhau như thép, kim loại màu, ceramic, các vật liệu phi kim như gỗ, mika, da …Hiện nay, phương pháp gia công sử dụng chùm tia laser đã và đang phát triển hình thành rất nhiều công nghệ gia công khác nhau. Công nghệ gia công bằng chùm tia laser ứng dụng công nghệ CNC đã và đang được tập trung nghiên cứu rất nhiều hướng tới có thể gia công ứng dụng công nghệ 3D, 4D. Từ khóa: Laser, CNC, 3D, 4D. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Gia công chùm tia laser là quá trình xử lý nhiệt trong đó tia laser được dùng làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu. Bằng các công nghệ khác nhau có thể gia công được những chi tiết dạng 2D, 3D. Tia laser được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực như y tế, xây dựng, điện – điện tử và đặc biệt là trong cơ khí. Trên thế giới, phương pháp gia công bằng tia laser đã phát triển và hình thành rất nhiều các công nghệ gia công khác nhau ứng dụng trong nhiểu lĩnh vực. Hiện nay ở Việt Nam, các máy gia công bằng chùm tia laser chủ yếu được nhập từ nước ngoài, trong nước đã có thể chế tạo được tuy nhiên độ chính xác chưa cao, chưa chế tạo được nguồn laser do đó việc chế tạo và thương mại hóa sản phẩm chưa cao. Việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp gia công bằng tia laser ứng dụng các công nghệ gia công tiên tiến là rất cần thiết góp phần mở Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2019 77 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI rộng khả năng công nghệ tạo ra các sản phẩm với thời gian ngắn và chính xác hơn các phương pháp gia công truyền thống. 2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH 2.1. Phương pháp nghiên cứu Nhóm tác giả nghiên cứu lý thuyết, phần mềm điều khiển laser GRBL 2.8.40 kết hợp với thực hành chế tạo mô hình dựa trên nguyên lý chuyển động của máy gia công CNC 3 trục. Máy được nghiên cứu và gia công trên máy cắt dây DK7732 kết hợp với các thiết bị dụng cụ tại phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ giao thông - 104A4, trường Đại học Giao thông vận tải. 2.2. Nội dung nghiên cứu 2.2.1. Nguyên lý gia công bằng chùm tia laser Hình 1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý gia công bằng tia laser. 1. Bộ cung cấp và điều khiển điện. 2. Buồng phản xạ ánh sáng. 3. Đèn phát xung. 4. Thanh hồng ngọc. 5. Gương phản xạ toàn phần. 6. Gương phản xạ bán phần. 7. Thấu kính hội tụ. 8. Chi tiết. 9. Bàn gá. 10. Tế bào quang điện Quá trình tác dụng của của chùm tia laser vào vị trí gia công được chia ra thành các giai đoạn sau: - Một chùm tia năng lượng cao được sinh ra bởi máy phát laser sẽ được tập trung lên bề mặt chi tiết gia công nhờ hệ thống thấu kính, vật liệu gia công chuyển năng lượng của chùm tia laser thành nhiệt năng. - Đốt nóng vật liệu gia công tới nhiệt độ có thể phá hỏng vật liệu đó. Giai đoạn này ứng với quá trình truyền nhiệt trong vật rắn tuyệt đối bị giới hạn về một phía theo phương tác dụng của chùm tia kể từ bề mặt tác dụng. 78 Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - há hỏng vật liệu gia công và đẩy ch ng ra khỏi vùng gia công. Giai đoạn này ứng với quá trình truyền nhiệt mà bề mặt tác dụng luôn luôn thay đ i theo phương tác dụng của chùm tia laser. - Vật liệu gia công nguội dần sau khi chùm tia laser tác dụng xong. 2.2.2. Nghiên cứu thiết kế máy khắc laser Bằng phần mềm solidwork 2016, nhóm tác giả tiến hành thiết kế mô hình máy trên phần mềm (hình 2 và hình 3). Hình 2. Mô hình máy được thiết kế trên Hình 3. Cơ cấu di chuyển chính phần mềm solidwork 2016 của máy 2.2.3. Chế tạo, lắp ráp máy Khung máy sử dụng vật liệu là nhôm định hình kích thước 20x20 mm và 20x40 mm, được gia công trên máy cắt dây (hình 4). Hình 4. Khung máy sau khi gia công Hình 5. Lắp ráp hệ thống điện và cài đặt và lắp ráp phần mềm laser GRBL Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2019 79 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Tiến hành lắp ráp hệ thống điện và cài đặt phần mềm điều khiển máy (hình 5). 2.2.4. Tiến hành vận hành và hiệu chỉnh máy Máy được lập trình và điều khiển thông qua phần mềm laser GRBL, tiến hành gia công thử và hiệu chỉnh (hình 6 và hình 7). Hình 6. Vận hành và hiệu chỉnh máy Hình 7. Gia ...