Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ MÁY IN 3D

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ MÁY IN 3D

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D



Trường ĐH Phương Đông



- Trục Y được gắn cố định trên bàn máy. Chuyển động trên trục Y là

chuyển động của bàn nhiệt, bàn nhiệt được gắn liền với các mặt bích chuyển

động trượt trên trục Y qua chuyển động dây đai.



Hình 3.2 :Thành phần trục Y

Bàn nhiệt :



Hình 3.3 : Thành phần bàn nhiệt

- Trục Z gồm 2 phần: phần cố định và phần chuyển động.



Nguyễn Thị Huyền



Page 33



Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D



Trường ĐH Phương Đơng



Hình 3.4 : Thành phần trục Z

+ Phần chuyển động: là chuyển động vít me tịnh tiến theo phương thẳng

đứng.

Mơ hình máy in



Hình 3.5 : Mơ hình máy in

3.2 LỰA CHỌN, TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ

3.2.1 Lựa chọn động cơ

Để có thể điều khiển chính xác tọa độ, các loại động cơ được sử dụng

chính hiện nay là: động cơ servo và động cơ bước.



Nguyễn Thị Huyền



Page 34



Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D



Trường ĐH Phương Đông



a) Động cơ servo

 Ưu điểm:

+ Momen trên trục lớn.

+ Tốc độ cao.

+ Mạch điều khiển tốc độ chính xác và đều.

+ Độ chính xác cao.

 Nhược điểm:

+ Giá thành cao.

+ Không làm việc ở chế độ mạch điều khiển hở, yêu cầu phải có hệ thống

phản hồi.

+ Yêu cầu phải điều chỉnh các thông số vòng điều khiển.

+ Bảo đưỡng tốn kém.

+ Phải có driver điều khiển riêng.

b) Động cơ bước

 Ưu điểm:

+ Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, khơng cần mạch phản hồi.

+ Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC.

+ Giá thành thấp.

+ Duy trì momen rất tốt, momen xoắn cao khi tốc độ thấp.

+ Có thể điều khiển mạch hở.

 Nhược điểm:

+ Momen xoắn nhỏ, momen máy nhỏ.

+ Làm việc ồn.

+ Khơng có phản hồi nên có thể xảy ra các sai số.

 Từ những ưu, nhược điểm của hai loại động cơ trên, không sử dụng động

cơ servo vì phải có driver điều khiển riêng tốn chi phí và giá thành động

Nguyễn Thị Huyền



Page 35



Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D



Trường ĐH Phương Đông



cơ cao không phù hợp với máy in 3D giá rẻ. Do vậy động cơ em lựa chọn

cho đề tài của mình là động cơ bước.

3.2.2 Tính tốn

3.2.2.1 Tính tốn trục x

Lực tác dụng:

F = m.a = 0,5.0,05 = 0,025 (N)

Trong đó:

F: lực tác dụng lên trục X (N)

m: khối lượng trục X (kg). Sau khi lắp ráp chuyển động trục x, đem cân

khối lượng của trục được bao nhiêu chính là m. Kết quả cân được là 0,5kg.

a: gia tốc (m/s2). Dựa theo khảo sát của một mơ hình máy in 3D reprap,

gia tốc trục X của máy là 0,05 (m.s2).

Momen xoắn:

M = F.lctđ = F. = 0,025.0,0006 = 0,000015 (Nm)

Trong đó:

M: momen xoắn (Nm)

F: lực tác dụng lên trục

lctđ: chiều dài cánh tay đòn (m). Chiều dài cánh tay đòn được tính bằng

nửa đường kính của puli.

Dpuli: đường kính của puli đai (m). Đường kính của puli được tính như

sau:

Dpuli . C là chu vi của puli, sử dụng puli 20 răng có chu vi là 4mm.

3.2.2.2 Tính tốn trục y

Lực tác dụng:

F = m.a = 0.3.0.05 = 0,0015 (N)

Trong đó:



Nguyễn Thị Huyền



Page 36



Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D



Trường ĐH Phương Đông



m: khối lượng của trục Y sau khi lắp ráp và đem cân. Khối lượng cân

được là 0.3kg.

a: gia tốc có được sau khi khảo sát mơ hình 3D reprap.

Momen xoắn:

M = F.lctđ = F.= 0,0015.0,0006 = 0,000009 (Nm)

3.2.2.3 Tính tốn trục z

Lực tác dụng:

F = m.a = 1,2.0,003 = 0,0036 (N)

Trong đó:

m: khối lượng tổng, trục X chuyển động trên trục Z nên m là tổng khối

lượng trục X và Z. Sau khi cân kết quả được 1,2kg.

a: gia tốc có được sau khi khảo sát thực tế.

Momen xoắn:

M = F.lctđ = F.= 0,0036.= 0,000014 (Nm)

Trong đó:

Dtrục: là đường kính của trục Z (m). Sử dụng trục chuyển động là thanh

trục có đường kính là 8mm.

3.2.2.4 Tính tốn cơng suất động cơ

Cơng suất làm việc.

P  V .M 



1

.5  0,8  w 

6



Trong đó:

M : Là momen xoắn (Nm).

V : Là vận tốc quay của motor (V/s).



Do ma sát, hao mòn của các bộ truyền ta có hiệu suất chung của hệ dẫn động là:



   k .ôl  1.1  1

Nguyễn Thị Huyền



Page 37



Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D



Trường ĐH Phương Đơng



Trong đó:



k : Là hiệu suất của khớp nối.



ôl : Là hiệu suất của ổ lăn.

Công suất làm việc trên trục động cơ:

Plvđc 



Plvct 0,8



 0,8  w 



1



3.2.2.5. Chọn số vòng quay của động cơ

Số vòng quay của trục công tác:



1

6.103.

60.103.V

6 �32  v p 

nct 



 .D

3,14.10

Trong đó:

D : Là đường kính puly đai.



V : Vận tốc vòng.

Xác định số vòng quay đồng bộ nên dùng cho động cơ:

Chọn sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ là n đb=360 (v/p). Khi đó tỉ

số truyền sơ bộ của hệ thống Usb được xác định:

U sb 



nđb 360



 11,25

nct

32



Ta có Usb nằm trong khoảng U  8 �40 .

 Vì cơng suất cần nhỏ và u cầu độ chính xác cao nên ta có thể chọn động

cơ bước NEMA 17

Thông số kỹ thuật của động cơ:

Kiểu



động





NEMA 17



Điện

định mức



áp



Dòng định

mức



4-5,5VDC

Page 38



phân



1,8



độ/



giải

1-1,5A

bước



Nguyễn Thị Huyền



Độ



Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D



Trường ĐH Phương Đơng



3.2.2.6. Tính tốn chọn trục.

Trục làm việc chịu tải trung bình nên ta dung thép 45 thường hóa có



 b  600  Mpa  ; ch  340  Mpa  ;    12 �20  Mpa  để chế tạo.

Xác định sơ bộ đường kính trục

d



 Chọn



d  6  mm 



T

1000

3

�6,3  mm 

0,2.  

0,2.20



3



.



3.2.2.7. Chọn ổ bi :

- Tính phản lực tại các ổ



Nguyễn Thị Huyền



Page 39



Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D



YA 



�M



Trường ĐH Phương Đông



F 134,41



 67,2  N 

2

2

B



 300.2.X A   300.2  10  FK  300.Ft1  0



� XA 



 300.2  10  F



K



 300.F



300.2



�300,2  N 



Lực tổng hợp tác dụng lên ổ:



FrA  X A2  YA2 



 67, 2 



2



  321 �307,65  N 

2



Với đường kính ngõng trục d  6 , chọn ổ bi đỡ một dãy cỡ nhỏ 605z có:



Ký hiệu





d



D



B



r



Đường kính bi



C (kN)



C0 (kN)



605z



6



14



5



1



2



4,71



3,58



3.3 LỰA CHỌN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Ta có thể ứng dụng mạch arduino với mã nguồn mở để sử dụng làm mạch

điều khiển.Hiện nay, các module được sử dụng khá phổ biến cho các loại máy in

3D gồm có:

+ Mạch Arduino Mega 2560.

Nguyễn Thị Huyền



Page 40



Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D



Trường ĐH Phương Đông



+ Mạch RAMPS 1.4

+ Bộ điều khiển, hiển thị LCD 2004 hoặc bộ điều khiển, hiển thị LCD

128*64.

+ Modun điều khiển động cơ bước 4988.

3.3.1 Mạch arduino mega 2560



Nguyễn Thị Huyền



Page 41



Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D



Trường ĐH Phương Đơng



Hình 3.13: Bo mạch Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 là một bo mạch thiết kế với bộ xử lí trung tâm là vi

điều khiển AVR ATMega2560. Cấu tạo chính của Arduino Mega 2560 bao gồm

các phần sau:

Cổng USB: đây là loại cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều

khiển. Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để chuyển giữ liệu giữa vi điều

khiển và máy tính.

Jack nguồn: để chạy Arduino chỉ có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên,

nhưng khơng phải lúc nào cũng có thể cắm từ máy tính được. lúc đó ta cần

nguồn từ 9V đến 12V.

Có 54 chân digital (trong đó có 15 chân có thể sử dụng như những chân

PWM là từ chân số 2 đến 13 và chân 44, 45, 46).

Có 6 ngắt ngồi: chân 2 (interrupt 0), chân 3 (interrupt 1), chân 18

(interrupt 5), chân 19 (interrupt 4), chân 20 (interrupt 3), và chân 21 (interrupt

2).

Có 16 chân vào analog (từ A0 đến A15).

Có 4 cổng serial giao tiếp với phần cứng:

Cổng Serial



Chân RX



Chân TX



Cổng 0



0



1



Cổng 1



19



18



Cổng 2



17



16



Cổng 3



15



14



Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lí trung tâm của tồn bo mạch. Với mỗi

mấu Arduino khác nhau thì con chip là khác nhau. Ở con Arduino Mega 2560

này thì sử dụng ATMega2560.

Các thơng số của Arduino Mega 2560:

Vi xử lí:



5V



Điện áp hoạt động:



7-12V



Điện áp đầu vào:



6-20V



Nguyễn Thị Huyền



Page 42



Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Chân vào/ra (I/O) số:



Trường ĐH Phương Đông

54 chân (15 chân là đầu ra

PWM)



Chân vào tương tự:



16



Dòng điện trong mỗi chân I/O:



40mA



Dòng điện chân nguồn 3.3V:



50mA



Bộ nhớ trong:



256KB



SRAM:



8KB



EEPROM:



4KB



Xung nhịp:



16MHz



Các Mega 2560 có 16 đầu vào tương tự, mỗi ngõ vào tương tự đều có độ

phân giải 10 bit (tức là 1024 giá trị khác nhau). Theo mặc định đo từ 0 đến 5

Volts, mặc dù là nó có thể thay đổi phần trên của phạm vi bằng cách sử dụng

chân Aref và analogReference.

Các Mega 2560 có 256KB bộ nhớ flash để lưu trữ mã (trong đó có 8KB

được sử dụng cho bộ nạp khởi động), 8KB SRAM và 4KB EEPROM.

Ứng dụng thực tế Arduino Mega 2560: với sự tiện ích vơ cùng lớn của

Arduino Mega 2560, mạnh mẽ với bộ nhớ flash lớn, số chân nhiều hơn và cùng

số lượng shield hỗ trợ không hề nhỏ. Arduino Mega đã được đưa vào các dự án

lớn hơn như xử lí thơng tin nhiều luồng, điều khiển nhiều động cơ, xe điều khiển

từ xa, LED cube hay còn mở rộng cánh cửa với thế giới IoT..v.v..

3.3.2 Mạch ramps 1.4

RAMPS 1.4 là board mở rộng cắm trên Arduino Mega 2560 và dùng để

điều khiển các máy in 3D Reaprap cũng như các ứng dụng khác. RAMPS 1.4

có 5 khay dung để lắp module điều khiển động cơ bước A4988, các mạch công

suất điều khiển các đầu đùn, bàn nhiệt,… của máy in 3D. do được thiết kế theo

các module, các máy in 3D dung RAMPS 1.4 ln dễ dàng bảo trì, thay thế, sửa

chữa và nâng cấp với chi phí thấp.



Nguyễn Thị Huyền



Page 43



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ MÁY IN 3D

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×