Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MÁY CẮT BẰNG LASER

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MÁY CẮT BẰNG LASER

Tải bản đầy đủ - 0trang

 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

trở lại và tiếp tục quá trình hình thành các proton. Khi tia sáng đã chiếu xun qua

kính phản chiếu 5 thì đầu ra sẽ hình thành một chùm tia nối tiếp nhau. Chùm tia này sẽ

đi qua một thấu kính hội tụ để tập trung năng lượng tại một điểm, nếu đặt vật cần gia

công tại tiêu điểm này thì nhiệt độ cục bộ tại đó có thể lên tới 8000ºC trong 1 ms.

b. Các phương pháp cắt bằng Laser

Để tiến hành cắt có thể tiến hành theo 6 phương pháp cắt sau đây [2]:

- Phương pháp đột biến về nhiệt (Năng lượng tương đương (NLTĐ) - 1 lần): Đây

là phương pháp lợi dụng sự tập trung nhiệt đột ngột tại một điểm rất nhỏ trên bề mặt

vật cắt và liên tục phát triển với tốc độ cao (cm/s), gây nên sự gẫy đột biến và tạo nên

rãnh cắt. Phương pháp này thường dùng khi cắt vật liệu dòn.



Hình 1.2: Phương pháp đột biến về nhiệt [2]



- Phương pháp cắt bằng “khoan” ( NLTĐ là 1 lần): Cơ sở của phương pháp này

là dùng tia Laser khoan các lỗ sâu hoặc khơng sâu, sau đó bẻ gẫy bằng cơ học. Phương

pháp này thường dùng khi cắt vật liệu dòn.



Hình 1.3: Phương pháp cắt bằng “khoan” [2]



- Phương pháp nóng chảy, đốt cháy và thổi (NLTĐ gấp 10 lần): Làm cho vật liệu

nóng chảy, cháy sau đó thổi các sản phẩm cháy đi,tạo nên rãnh cắt. Trong q trình

nóng chảy đồng thời xảy ra phản ứng cháy cung cấp nhiệt bổ sung nên năng lượng

tương đương tăng lên rất nhiều (10 lần) so với khoan cắt.



Hình 1.4: Phương pháp nóng chảy, đốt cháy và thổi [2]



GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn



8



 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Phương pháp nóng chảy và thổi (NLTĐ gấp 20 lần): Nung nóng chảy vùng bị

cắt và dùng khí áp suất cao thổi chúng ra khỏi vùng cắt và tạo nên rãnh cắt.



Hình 1.5: Phương pháp nóng chảy và thổi [2]



- Phương pháp bay hơi (NLTĐ gấp 40 lần): Sử dụng nguồn nhiệt cao, tập trung

làm cho vật liệu bay hơi tạo nên rãnh cắt.



Hình 1.6: Phương pháp bay hơi [2]



- Phương pháp “cắt nguội” (NLTĐ gấp 100 lần): Dùng Laser có dải tần số vùng

cực tím có năng lượng siêu cao để cắt. Phương pháp này dùng để cắt vật liệu platic, vi

phẩu thuật. Chất lượng mép cắt rất cao.



Hình 1.7: Phương pháp “cắt nguội” [2]



c. Đặc điểm quá trình cắt

Cắt bằng Laser có nhiều ưu điểm đối với vật liệu có chiều dày nhỏ với vật liệu

phi kim loại và kim loại.

Ưu điểm:

- Chùm tia Laser có nguồn nhiệt tập trung với mật độ nhiệt cao. Vì thế nó có thể

cắt tất cả các loại vật liệu và hợp kim của nó.

- Rãnh cắt hẹp; sắc cạnh; độ chính xác cao.

- Có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong bất kỳ.

- Mép cắt sạch đẹp, không cần các bước gia công phụ thêm.

- Q trình cắt xảy ra nhanh chóng.

- Đây là q trình cắt khơng tiếp xúc; nó có thể cắt theo các hướng khác nhau.

- Có thể cắt vật liệu có từ tính và khơng từ tính.

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn



9



 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Khi cắt, khơng có các tác dụng cơ học nên tồn tại rất ít ảnh hưởng của biến

dạng trong quá trình cắt và sau khi cắt. Vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, biến dạng nhiệt ít.

- Có năng suất cao; có thể tăng năng suất khi sử dụng các máy có điều khiển

bằng chương trình NC, CNC.

- Có thể cơ khí hố và tự động hố điều khiển quá trình cắt; Cắt vật liệu phi kim

loại chiếm tỷ lệ khoảng 70 % (ví dụ: như cắt vật liệu ceramíc, kính, vật liệu compơzit

đặc biệt là vải và các loại giấy); phần còn lại khoảng 30% là cắt kim loại. Thời gian gia

công bằng chùm tia Laser khi tự động hố có thể giảm từ 8 giờ xuống còn 4 phút.

- Khơng gây ồn; điều kiện lao động tốt. Ngồi ra điều kiện làm việc của cơng

nhân được cải thiện rất nhiều do lượng bụi ít hơn so với các phương pháp gia cơng cơ

khí.

- Chiều dày cắt hạn chế trong khoảng 10 - 20mm (phụ thuộc vào công suất của

nguồn Laser).

Nhược điểm:

- Giá thành thiết bị cao.

- Khó gia cơng các lỗ sâu khơng thơng.

- Khơng gia công được các lỗ sâu quá 50 mm.

- Để lại các kim loại trên miệng hố gia công nên cần phải làm sạch chúng.

1.1.2. Máy cắt bằng Laser

Cấu tạo:



Hình 1.8: Sơ đồ khối máy cắt Laser [3]



Các thiết bị cắt Laser hiện nay thường có cấu tạo gồm các thành phần chính như sau:

1.1.2.1: Cơ khí:



GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn



10



 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hệ thống cơ khí của máy là một hệ kết cấu khung máy, băng máy, các cơ cấu

truyền động - dịch chuyển tọa độ chính xác, hệ điều khiển CNC. Nhiệm vụ của hệ

thống cơ khí này là tạo lên một hệ truyền động cơ khí chính xác và di chuyển nội suy.

Thực tế, thường gặp các máy có chức năng kết hợp như máy Đột dập + Laser, Cắt

Laser + Hàn Laser,...ở các máy này, hệ thống cơ khí có kết cấu phức tạp hơn, được

trang bị đầy đủ các bộ phận cần thiết để máy có thể thực hiện nhiều chức năng gia

cơng khác nhau trên cùng một sản phẩm. Sự khác biệt và đáng lưu ý nhất trên hệ máy

chính là hệ thống dẫn chùm tia Laser đi từ nguồn phát tới đầu cắt. Đó là thường là một

đường ống kín có các điểm chuyển hướng theo đường đi của chùm tia Laser. Tại mỗi

điểm chuyển hướng được lắp đặt một gương phản xạ có tác dụng đổi hướng chùm tia

Laser. Tới gần vị trí đầu cắt, một thấu kính hội tụ được lắp đặt vng góc với trục của

chùm tia Laser, có tác dụng hội tụ chùm tia Laser tới một điểm, đó chính là điểm sẽ

được cắt trên bề mặt của vật liệu. Tồn bộ các gương phản xạ và thấu kính hội tụ được

được gá đặt sao cho có thể điều chỉnh góc độ để trong q trình lắp đặt căn chỉnh,

chúng ta có thể điều chỉnh hướng đi của chùm tia theo một góc độ nhất định.

a. Hệ dẫn hướng:

Hệ thống dẫn hướng sử dụng thanh trượt tròn bằng thép đặc kết hợp với bạc bi

trượt (hình 1.9). Kết cấu này có độ cứng vững và độ chính xác thấp hơn do thanh trượt

tròn được đặt trên hai gối đỡ ở hai đầu. Với các máy có chiều kích thước lớn thì phải

sử dụng hệ thống bạc bi trượt dạng chữ C, loại bạc này cho phép bổ xung các điểm đỡ

thanh trượt nhằm tránh biến dạng khi chịu tải.



Hình 1.9: Kết cấu thanh trượt tròn và bạc trượt bi [10]



Thanh trượt có thể dạng thanh tròn hoặc thanh ray trượt, trong đó: Dạng thanh

tròn làm bằng thép chịu lực cao, bề mặt mạ Crôm, tốc độ di chuyển con trượt cao

(10m/s), hoạt động trơn (êm, tiếng ồn thấp), dễ dàng tháo lắp. Tuy nhiên độ cứng

vững không cao; Thực tế các máy CNC sử dụng hế thống dẫn hướng bằng các ray

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn



11



 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

trượt bi (hình 1.10). Hệ thống dẫn hướng này có độ cững vững cao hơn do được đặt

trên mặt phẳng và liên kết bulông với thân máy tuy nhiên giá thành cao nên chủ yếu sử

dụng trong các máy cơng nghiệp.



Hình 1.10: Kết cấu ray trượt bi [10]



b. Hệ thống truyền động

Truyền động bằng đai răng:



GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn



12



 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



Hình 1.11: Bộ truyền đai răng [4]



Đai răng tương tự như đai dẹt nhưng bề mặt trong có các gờ hình thang, tròn

hoặc cong. Trên các bánh đai cũng có các rãnh tương ứng. Bộ truyền làm việc được là

nhờ vào sự ăn khớp giữa đai và các răng của bánh đai. Bộ truyền đai răng được dùng

đến công suất 100KW, cá biệt có thể đến 500KW và tốc độ thường 5 ÷ 50 (m/s), có khi

lên đến 80(m/s) với đai loại nhẹ. Bề rộng của đai có thể đến 380(mm), tỷ số truyền đạt

đến 12, đôi lúc đến 30, hiệu suất tối đa 98%.



Hình 1.12: Mơ tả ăn khớp của đai răng [4]



Theo nghiên cứu ở tài liệu [4] đối với đai răng làm việc theo nguyên lý ăn khớp,

qua phương pháp phân tích bằng quang đàn hồi người ta thấy rằng ứng suất phân bố

trong chân răng đai răng khác nhau tuỳ vào hình dạng của răng. ở răng hình thang có

sự tập trung ứng suất ở chân răng (thể hiện bằng các đường gần tròn tại chân răng bên

trái), các nơi khác ngồi vị trí chân răng thì ứng suất rất thấp. Trong khi đó đối với đai

răng cong, ứng suất phân bố đồng đều hơn và gần như hằng số trên răng, tải tập trung

lớn nhất vào phần tử chịu căng (lớp sợi cốt).

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn



13



 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



Hình 1.13: Mơ hình ứng suất trong chân răng [4]



Đường ứng suất chính trong đai răng hình thang nằm ở chân răng. Trong quá

trình đai làm việc, ứng suất này hạn chế rất lớn tuổi thọ của đai, đai răng cong khắc

phục được hiện tượng này, bảo vệ được răng đai không bị cắt trượt ở chân dưới tác

dụng của momen tải. Răng đai hình cong tiếp xúc với rãnh răng trên bánh đai trên tồn

bộ diện tích răng, cải thiện điều kiện ăn khớp, hạn chế rung động và độ biến dạng của

răng đai, khả năng tải tăng lên 40%. Như vậy đai răng cong có ưu điểm hơn đai thang

(tuổi thọ đai cao hơn) tuy nhiên với biên dạng cong việc chế tạo dây đai và bánh đai

đều khó hơn, đấy là lý do tại sao đai răng biên dạng hình thang vẫn tồn tại và được sử

dụng khá phổ biến.



Hình 1.14: Các loại biên dạng đai răng [4]

a) Răng hình thang, b) Răng hình thang có xẽ rãnh ở chân răng, c) Răng hình thang

chân răng tạo góc, d) Răng cung tròn, e) Răng cong



Kết cấu:

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn



14



 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Kết cấu của dây đai bao gồm phần lõi và phần nền. Phần lõi nằm ở lớp trung hoà

và là phần tử chịu lực vòng chính của dây đai. Vật liệu chế tạo lõi là polyester, Kevlar,

Fiberglass, thép. Phần lõi chịu lực được nhúng vào Cao su thiên nhiên, neoprene hoặc

polyurethane. Răng dây đai là vật liệu nền (neoprene) được bảo vệ bằng một lớp nylon

bao phủ ở mặt ngoài với mục đích chống mòn. Chức năng của từng lớp đai có tác dụng

đối với tồn bộ kết cấu đai như sau:

- Lớp cốt sợi chịu kéo: tạo ra sức bền kéo cho đai, giúp đai mềm dẻo và chống lại

sự dãn dài.

- Lớp neoprene ở mặt lưng đai được liên kết với lớp cốt sợi nhằm mục đích

chống lại chất bẩn, dầu mỡ và các chất ăn mòn. Nó cũng bảo vệ đai khỏi mòn nếu

dùng bánh căng đai ở mặt lưng đai.

- Phần răng đai chống lại ứng suất cắt và được đúc liền với lớp lưng. Răng đai

phải được chế tạo chính xác về biên dạng và bước để chúng ăn khớp êm và chính xác

với răng của bánh đai.

- Lớp nylông ở bề mặt răng đai có hệ số ma sát nhỏ và khả năng chống mòn cao

nhằm tăng độ bền mòn và thời gian làm việc cho răng đai.

Điều cần chú ý về lớp sợi cốt, các sợi cần phải được se xoắn lại và bố trí các sợi

có hướng xoắn ngược nhau từng đơi một. Các sợi không được quấn liên tục sát nhau vì

nếu quấn như vậy sẽ làm cho hai lớp cao su ở phần lưng đai và răng đai dễ dàng tách

ra làm đai chóng hỏng.



Hình 1.15: Cách bố trí các sợi cốt và hướng xoắn của sợi [4]



Lõi đai giúp tăng cường khả năng chịu được lực vòng khi truyền mômen xoắn

cũng như truyền lực cho dây đai. Các loại vật liệu dùng làm lõi đai cần có các yêu cầu

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn



15



 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

sau: - Sức bền kéo cao. - ít bị dãn. - Chống được ăn mòn hố học. - Chịu uốn tốt (mềm

dẻo). Vật liệu chế tạo cốt bao gồm: Kevlar, Polyester, Fiberglass, Thép.

Truyền đơng bằng Vít me-đai ốc thường

Vít me là cơ cấu trục vít gắn liền với đai ốc dùng để truyền chuyển động cho cơ

cấu trượt dọc theo trục vít me. Trục vít me thường rất dài so với đường kính của nó

(hàng chục hay cả trăm lần), có ren (thường là 2 đầu mối) hình thang để chịu lực cao.

Khi truyền động, thường thì trục vít quay làm cho đai ốc (cùng cơ cấu trên nó) chuyển

động tịnh tiến. Đơi khi cũng có cơ cấu đai ốc quay làm cho trục vít me chuyển động

tịnh tiến. Trên nguyên lý khi truyền động, Nếu trục vít đứng n thì đai ốc chuyển

động tịnh tiến hoặc đai ốc đứng yên thì trục vít chuyển động tịnh tiến



Hình 1.16: Vitme đai ốc thường [10]



Truyền động bằng Vitme bi-đai ốc bi



Hình 1.17: Hình ảnh vitme-đai ốc bi được sử dụng trong máy công nghiệp [10]



Hệ thống truyền động sử dụng bộ truyền vít me – đai ốc bi, truyền động vít me bi

được sử dụng phổ biến trong các máy điều khiển số nhờ các ưu điểm nổi trội của nó

như: ma sát nhỏ, làm việc êm, ổn định và có độ chính xác cao. Tuy nhiên nhược điểm

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn



16



 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

của vít me bi là khả năng chịu tải kém hơn so với vít me thường (do đặc điểm cấu

tạo..). Ngồi ra do cần độ chính xác rất cao nên chế tạo khó khăn và giá thành đắt.



Hình 1.18: Kết cấu bộ truyền vit me - đai ốc bi [10]



- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động vitme bi: Đây là dạng vít me đai ốc thay vì ma

sát trượt thơng thường thì đây là tiếp xúc giữa vít me và đai ốc thông qua các viên bi

được chuyển thành ma sát lăn. Điều này đem đến một ưu điểm lớn: chỉ cần một lực

quay rất nhỏ đã có thể làm cho đai ốc chuyển động. Độ chính xác di chuyển cao do

khơng có độ rơ giữa vít me và đai ốc. Vấn đề quan tâm trong bộ truyền vít me – đai ốc

bi đó là dạng profin răng vít me và đai ốc. Profin răng vít me dạng chữ nhật và hình

thang là chế tạo dễ dàng hơn cả nhưng khả năng chịu tải kém.Để tăng khả năng chịu

tải , người ta tăng bề mặt làm việc của bộ truyền bằng cách chế tạo profin dạng tròn.

Vít me bi cũng giống như ổ bi vít hoặc trục vít có vòng bi tuần hồn. Nó gồm một trục

vít, một đai ốc, những viên bi và cơ chế hồi bi (hình 1.19).



GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn



17



 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



Hình 1.19: Cấu trúc bộ truyền vít me bi [10]



Vòng bích được gắn vào phần di chuyển của máy công cụ CNC. Khi vít quay,

phần đai ốc đi theo chuyển động dọc theo đường dẫn hướng. Tuy nhiên, vì rãnh trong

vít me bi có dạng xoắn ốc, những viên bi thép của nó cuộn theo rãnh xoắn, và sau đó,

chúng có thể đi ra khỏi đai ốc bi trừ khi chúng bị chặn lại tại một điểm nhất định. Vì

vậy, cần phải thay đổi quĩ đạo của chúng sau khi chúng đi đến một vị trí nhất định

bằng cách dẫn hướng chúng, một cái khác, trở lại "điểm xuất phát" của chúng (hình

thành một đường dẫn tuần hồn). Các bộ phận tuần hồn đóng vai trò đó. Khi trục vít

quay, (như hình 1.19) một bi thép tại điểm (A) di chuyển 3 vòng rãnh vít, lăn theo các

đường rãnh trục vít và đai ốc, và cuối cùng đến điểm (B). Sau đó, viên bi bị thay đổi

quĩ đạo ở tại đầu ống, đi xuyên qua ống, cho đến khi nó quay trở lại điểm (A). Bất cứ

khi nào đai ốc quay trên trục vít, các bi sẽ lặp lại sự tuần hồn đó bên trong ống hồi bi.

Khi các mảnh vụn hoặc vật chất lạ xâm nhập vào bên trong đai ốc bi, nó có thể

ảnh hưởng đến sự vận hành êm ái hoặc gây ra sự mài mòn sớm, hoặc chúng có thể gây

ảnh hưởng xấu đến chức năng của trục vít me bi. Để ngăn chặn những điều như vậy

xảy ra, vòng chặn được đưa vào để giữ cho chất gây ơ nhiễm ở ngồi. Có nhiều loại

vòng chặn khác nhau, vòng chặn nhựa hoặc loại [vòng chổi] dùng cho các loại ổ trục

vít.

Tải trọng:



GVHD: TS.Nguyễn Hữu Phấn



18



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MÁY CẮT BẰNG LASER

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×