GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Máy in lụa hiện nay là công cụ thiết yếu cho các cơ sở in ấn nhờ vào hiệu quả thương mại cao, khiến nó trở thành mối quan tâm hàng đầu của nhiều doanh nghiệp Tuy nhiên, hầu hết các máy in lụa đều được nhập khẩu, dẫn đến chi phí đầu tư cao Do đó, việc chế tạo máy in lụa trong nước là cần thiết, giúp giảm chi phí cho doanh nghiệp và đáp ứng nhu cầu sản xuất thực tiễn.
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nhóm nghiên cứu đã chọn đề tài “Thiết kế chế tạo máy in lụa tự động” nhằm mục đích học tập và nghiên cứu trong lĩnh vực Cơ khí và Tự động hóa.
Tham gia nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực Cơ khí và Tự động hóa
Thiết kế, sản xuất ra sản phẩm đáp ứng nhu cầu thực tiễn đời sống và công nghiệp
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Thiết kế cơ khí, thiết kế chế tạo phần mạch điện điều khiển
Lập sơ đồ giải thuật điều khiển cho hệ thống
Tiến hành thực nghiệm cho máy chạy thử (in logo khoa Cơ khí chế tạo máy lên bìa carton, giấy, gỗ và khăn ướt)
1.4 Giới hạn đề tài Đối tượng nghiên cứu:
Máy in lụa tự động
Thuật toán điều khiển máy in lụa tự động
Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy in lụa tự động in trên bìa carton, gỗ, giấy và khăn ướt
Điều khiển máy chạy thực nghiệm
Nhóm nghiên cứu tập trung vào việc tìm hiểu các tài liệu liên quan đến thiết kế và chế tạo máy in lụa tự động, bao gồm các khía cạnh như thiết kế cơ khí, kỹ thuật điện tử, và các tài liệu hướng dẫn tính toán lựa chọn động cơ và vít me.
Chúng tôi đã tham khảo từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm các đồ án và thiết kế mạch đã được thi công và đưa vào sử dụng ổn định Đồng thời, sự hỗ trợ trực tiếp từ các giảng viên chuyên ngành thuộc Bộ môn Cơ điện tử cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Phương pháp thực nghiệm và chạy thử là yếu tố quan trọng trong thiết kế chế tạo máy in lụa tự động Quá trình này không chỉ bao gồm tính toán và thiết kế lý thuyết mà còn yêu cầu thi công thực tế Từ đó, các kỹ sư có thể rút ra kinh nghiệm, khắc phục sai sót và tiến hành sửa chữa để hoàn thiện sản phẩm.
1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp Đồ án gồm 7 chương với các nội dung sau:
Chương 1: Giới thiệu: Giới thiệu lý do chọn đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài, mục tiêu nghiên cứu của đề tài,…
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài: Trình bày tổng quan, sơ lược về lĩnh vực nghiên cứu, thực trạng về ngành in trong nước,…
Chương 3: Cơ sở lý thuyết: Trình bày các cơ sở lý thuyết cần thiết để thực hiện đề tài
Chương 4: Thiết kế - thi công phần cứng và phần mềm: Trình bày mô hình phần cứng, thiết kế thiết bị, các mạch điều khiển
Chương 5: Thiết kế lưu đồ - thuật toán điều khiển: trình bày thuật toán và giải thuật điều khiển
Chương 6: Kết quả thực nghiệm – đánh giá: trình bày sản phẩm đã làm, đánh giá kết quả đạt được
Chương 7: Kết luận – đề nghị: Trình bày các kết quả đã và chưa đạt được, đề nghị và đưa ra hướng phát triển cho đề tài.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Thiết kế cơ khí, thiết kế chế tạo phần mạch điện điều khiển
Lập sơ đồ giải thuật điều khiển cho hệ thống
Tiến hành thực nghiệm cho máy chạy thử (in logo khoa Cơ khí chế tạo máy lên bìa carton, giấy, gỗ và khăn ướt).
Giới hạn đề tài
Máy in lụa tự động
Thuật toán điều khiển máy in lụa tự động
Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy in lụa tự động in trên bìa carton, gỗ, giấy và khăn ướt
Điều khiển máy chạy thực nghiệm.
Phương pháp nghiên cứu
Nhóm nghiên cứu tài liệu liên quan đến thiết kế và chế tạo máy in lụa tự động, bao gồm các khía cạnh như thiết kế cơ khí, điện tử, và tính toán lựa chọn động cơ cùng vít me.
Tham khảo từ nhiều nguồn, bao gồm các đồ án và thiết kế mạch đã được thi công và sử dụng ổn định, cùng với sự hỗ trợ trực tiếp từ giảng viên chuyên ngành của Bộ môn Cơ điện tử.
Phương pháp thực nghiệm trong thiết kế máy in lụa tự động không chỉ bao gồm tính toán lý thuyết mà còn cần trải qua quá trình thi công thực tế Qua đó, các kỹ sư có thể rút ra kinh nghiệm quý báu, khắc phục sai sót và tiến hành sửa chữa, đảm bảo máy hoạt động hiệu quả và đạt chất lượng cao.
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
Đồ án gồm 7 chương với các nội dung sau:
Chương 1: Giới thiệu: Giới thiệu lý do chọn đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài, mục tiêu nghiên cứu của đề tài,…
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài: Trình bày tổng quan, sơ lược về lĩnh vực nghiên cứu, thực trạng về ngành in trong nước,…
Chương 3: Cơ sở lý thuyết: Trình bày các cơ sở lý thuyết cần thiết để thực hiện đề tài
Chương 4: Thiết kế - thi công phần cứng và phần mềm: Trình bày mô hình phần cứng, thiết kế thiết bị, các mạch điều khiển
Chương 5: Thiết kế lưu đồ - thuật toán điều khiển: trình bày thuật toán và giải thuật điều khiển
Chương 6: Kết quả thực nghiệm – đánh giá: trình bày sản phẩm đã làm, đánh giá kết quả đạt được
Chương 7: Kết luận – đề nghị: Trình bày các kết quả đã và chưa đạt được, đề nghị và đưa ra hướng phát triển cho đề tài.
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu về ngành in
Trong xã hội hiện đại, thông tin báo chí đóng vai trò quan trọng bên cạnh các hình thức liên lạc như máy tính, điện thoại, thư tín và điện tín.
Ngành in đóng vai trò quan trọng trong việc ghi lại và lưu trữ dữ liệu thông tin một cách nhanh chóng và hiệu quả Đặc biệt, nó cho phép sản xuất số lượng lớn với chất lượng cao, bao gồm các yếu tố như trang chữ, hình ảnh và màu sắc.
Ngành in đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp thông tin đến tay từng người thông qua các ấn phẩm như báo chí và sách Những tài liệu này không chỉ chứa đựng kiến thức cơ bản mà còn nâng cao, được lưu trữ theo cách cổ điển trên giấy Phương pháp này cho phép thông tin được truyền tải qua nhiều thế hệ với chi phí thấp Qua đó, có thể thấy rằng ngành in là một phần thiết yếu trong đời sống xã hội.
Thực trạng về ngành in trong nước
Ngành in tại Việt Nam hiện nay vẫn phụ thuộc nhiều vào thiết bị máy móc nhập khẩu, với phần lớn là thiết bị ngoại Cơ sở vật chất trong ngành in chủ yếu mang tính đa chức năng và kỹ thuật chưa chuyên môn hóa Các doanh nghiệp vừa và nhỏ gặp khó khăn do phụ thuộc vào thiết bị chưa được hệ thống hóa bằng sản phẩm cơ khí nội địa, dẫn đến chi phí in ấn bị ảnh hưởng bởi vốn đầu tư nước ngoài.
Các nhà đầu tư trong ngành in ấn quy mô lớn chủ yếu phụ thuộc vào thiết bị nhập khẩu do máy móc nội địa thường thiếu độ tin cậy và không đáp ứng được yêu cầu về thời gian cũng như chất lượng sản xuất Thiết bị ngoại nhập mang lại hiệu suất in ấn vừa nhanh vừa đẹp, đáp ứng tốt hơn nhu cầu của thị trường.
Với sự phát triển của ngành công nghệ kỹ thuật số, nhiều máy in tiên tiến đã ra đời để phục vụ nhu cầu in ấn Tuy nhiên, phần lớn các thiết bị này đều nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành cao, dẫn đến chi phí in ấn cũng tăng lên Để nâng cao vai trò của ngành in trong nước, cần tập trung giải quyết một số vấn đề quan trọng trong tương lai.
Đổi mới thiết bị, cải tiến kỹ thuật, mở rộng và hiện đại hóa các thiết bị trong nước
Cải tiến các máy móc có giá trị kinh tế lớn và cải tiến các quá trình kỹ thuật in
Đào tạo bồi dưỡng đội ngũ cán bộ kỹ thuật, đầu tư và mua công nghệ cao nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết kỹ thuật in trong nước
Mục đích là làm giảm chi phí ngành in trong nước nói chung, cũng như mang lại giá trị lợi nhuận cho nền kinh tế nước nhà.
Các dạng in ấn và in lụa
Trong nhiều thập kỷ, cơ chế in ấn vẫn giữ nguyên, bắt đầu từ việc tạo ra một bản in mẫu để sao chép nhiều lần Quá trình này sử dụng mực in làm phần thể hiện và giấy hoặc nguyên liệu khác làm phôi gia công, đảm bảo các bản in giống nhau.
Từ các dạng cơ bản nhất là Mộc đến các dạng in phức tạp nhất là bằng tia Lazer
Con Mộc là hình thức in cơ bản, tuy nhiên, quá trình chế bản đòi hỏi nhiều công sức từ người thợ gia công Hiện nay, nó thường được sử dụng ở quy mô nhỏ để lưu giữ các ký hiệu và bút tích độc quyền của cá nhân hoặc doanh nghiệp.
Roneo là một phương pháp in dựa trên mô hình con Mộc cổ điển, trong đó các chữ in được gia công bằng kẽm và sắp xếp theo dạng âm bản trên tấm lưới Sau đó, tấm bản kẽm này được cuốn tròn và lăn mực để tạo ra các bản in trên giấy hoặc kính Phương pháp này đã được sử dụng trong khoảng 40 năm, nhưng có nhược điểm là không thể in được các hình ảnh có độ phân giải cao và các hình thù phức tạp như bản đồ hoặc các đường cong vật lý.
In Offset là công nghệ in phổ biến nhất hiện nay, nổi bật với độ phân giải cao, màu sắc và chất lượng in ấn đẹp Quy trình chế bản in đơn giản và dễ dàng tự động hóa, cho phép sản xuất nhiều loại sản phẩm Tuy nhiên, chi phí đầu tư cho máy móc và bảo trì rất cao, và bất kỳ sự cố nhỏ nào trong quá trình in có thể dẫn đến thiệt hại lớn, ảnh hưởng đến vốn đầu tư và làm chậm trễ việc cung cấp tài liệu cho học sinh, sinh viên.
In lụa là phương pháp in thủ công phổ biến, thích hợp cho các đường nét sắc sảo nhưng có độ phân giải thấp hơn in Offset Mặc dù công nghệ in lụa rẻ hơn và quy trình chế bản đơn giản, nhưng khả năng tự động hóa vẫn hạn chế so với in Offset Điểm mạnh của in lụa là khả năng tái sử dụng bản in nhiều lần mà không cần thay đổi lụa Ngoài ra, máy móc in lụa cũng ít tốn kém hơn Một dạng in lụa đặc biệt là in ru ban, cho phép tự động hóa dễ dàng nhờ vào phôi dài In lụa còn có khả năng in trên nhiều loại vật liệu cứng như thùng cactong, vỏ hộp và kính xe, điều mà in Offset không thể thực hiện.
Giới thiệu về công nghệ in
2.4.1 Các công cụ của ngành in lụa:
Khung lụa có khuôn khổ nhất định và hợp lý
Bàn in (Bằng gương là tốt nhất)
Các loại hóa chất cần thiết cho in lụa bao gồm xăng, dầu, keo in, xà bông, dung môi và các loại dầu hoạt tính cao, đặc biệt là dầu Ong Già.
Phim in (Là loại bản in mẫu)
Vật nặng (dùng để ép khung lụa trong quá trình chụp bản)
Các loại mica mỏng dùng để định vị kính trong quá trình in
Và các loại dụng cụ thủ công khác như dao, kéo,…
2.4.2 Công nghệ chế bản in
Trước hết là khung lụa phải sạch
Keo được tráng lên bề mặt lụa và sấy khô, sau đó khung lụa được đặt lên phim in và cả hai được đặt dưới đèn chụp bản Hệ thống này cần được giữ yên tĩnh và được dằn nặng để ép lụa sát vào kính đèn chụp.
Tùy theo tính công nghệ mà người chụp bản in sẽ có thời gian chụp thích hợp
Sau khi hoàn tất quá trình chụp, khung lụa sẽ được rửa bằng nước thường Những chữ in trên khung sẽ tan ra, để lại lụa trắng, trong khi các phần không có chữ vẫn giữ nguyên keo và tạo thành bản in trên khung lụa.
Bản in sẽ được sấy khô (Có phần sửa bản)
Khi chuẩn bị xong bản in, người in sẽ chuẩn bị khâu còn lại như mực và kính
Phôi được để trên bàn in đúng vị trí định vị
Mực in được đổ vào khung in với lượng vừa và đủ
Khâu in gồm người cấp phôi liệu
Quá trình in có các công đoạn liên tục nhất định: quét mực – mở khung lấy sản phẩm ra – đưa sản phẩm chưa in vào
2.4.3 Phân loại các hình thức in lụa
Khuôn in là phương tiện chính trong công nghệ in ấn, bên cạnh đó còn có bàn in, cọ quét mực, cũng như các công cụ để chế hồ và xử lý sản phẩm sau khi in.
Theo cách sử dụng khuôn in, in lụa chia ra thành các loại sau:
In lụa trên bàn in thủ công
In lụa trên bàn in bán tự động
In lụa điều khiển tự động.
Phân tích đánh giá kinh tế kỹ thuật máy in lụa
Trong gia công thủ công, năng suất làm việc của một công nhân trong một ca có thể đạt tới 43 sản phẩm mỗi phút đối với những người đã quen nghề, trong khi đó, đối với những người mới vào nghề, thời gian hoàn thành công việc thường lâu hơn.
In thủ công cho phép kiểm soát liên tục quá trình in, giúp dễ dàng phát hiện và sửa chữa sai sót như mòn cọ quét mực hay bề mặt sản phẩm bị trầy xước Ngược lại, in bằng máy gặp khó khăn trong việc khắc phục sự cố vì phải ngưng máy và định vị lại khung lụa Tuy nhiên, in máy có ưu điểm là hoạt động liên tục, không mất thời gian nghỉ, cho ra chất lượng sản phẩm đồng đều hơn và giảm thiểu sức lao động, giúp người lao động không bị ức chế Người vận hành máy in không cần có kiến thức chuyên sâu về in ấn, tạo lợi thế về mặt kinh tế.
In thủ công và in trên máy đều có lợi điểm lớn nhất là giảm thiểu nhân công lao động So sánh giữa in thủ công và in tự động cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong hiệu suất và chi phí.
In thủ công có năng suất thấp
In tự động có năng suất cao
Trong ngành in ấn, sự khác biệt trong việc trả lương giữa công nhân lành nghề và công nhân chưa có kinh nghiệm là điều đáng chú ý, đặc biệt trong các phương pháp in thủ công và in tự động.
In tự động mặc dù phải chịu chi phí điện năng, nhưng chi phí này không đáng kể so với chi phí trả lương cho công nhân Đặc biệt, in lụa tự động mang lại năng suất cao hơn nhiều so với in thủ công.
In lụa, quy trình in thủ công yêu cầu công nhân phải có tay nghề cao và kinh nghiệm Mặc dù các công đoạn gia công tương đối rẻ, nhưng sự tồn tại của chúng đến nay vẫn đáng ghi nhận Việc sử dụng máy in tự động mang lại lợi ích về nhân công và đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định Hơn nữa, tự động hóa giúp giảm chi phí nhân công và cải thiện hiệu quả kinh tế Điều này cũng giúp công nhân giảm áp lực khi không phải thực hiện liên tục một động tác trong nhiều giờ.
Máy in lụa tự động là một sản phẩm kỹ thuật có giá trị kinh tế cao, cần thiết trong ngành in để tối ưu hóa lợi nhuận Sản phẩm in ra có chất lượng đồng đều hơn, trong khi người điều khiển máy không cần tay nghề in lụa cao Điều này giúp giảm chi phí nhân công và mang lại lợi ích kinh tế đáng kể cho ngành in.
Một số loại máy in lụa trên thị trường
Hình 2.1 Một số loại máy in lụa trên thị trường: a) Máy in lụa dạng phẳng
A3 của Robowind b) Máy in lụa dạng phẳng của Đài Loan c) Máy in lụa dạng phẳng khuôn in tự động d) Máy in lụa dạng tròn a b c d.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Nguyên lý in lụa
In lụa sử dụng nguyên lý chỉ một phần mực in thấm qua lưới, in lên vật liệu nhờ vào việc bịt kín một số mắt lưới bằng hóa chất chuyên dụng trước đó.
Kỹ thuật in này có thể được áp dụng cho nhiều loại vật liệu như ni lông, vải, thủy tinh, mặt đồng hồ, một số sản phẩm kim loại, gỗ và giấy Ngoài ra, nó còn có thể thay thế phương pháp vẽ dưới men trong sản xuất gạch men.
Nguyên lý in lụa bắt đầu bằng việc đặt vật cần in vào đúng vị trí trên bàn in Tiếp theo, dao gạt sẽ quét hồ in (mực in) qua mắt lưới, nơi mà mắt lưới được ép xuống để cho phép hồ in thấm qua mà không bị bịt kín Mực in sau đó sẽ được dao gạt ép xuống vật cần in, giúp chuyển tải hình ảnh, chữ viết, hoặc logo đã được tạo trên mắt lưới lên bề mặt vật in Cuối cùng, vật in sẽ được lấy ra và một vật in khác sẽ được đưa vào để tiếp tục quá trình.
Các thiết bị khác trong máy in lụa
3.2 Những công đoạn chính của in lụa
Chế tạo bàn in, dao gạt
Pha chế chất tạo màu, hồ in
3.3 Các thiết bị khác của máy in lụa
Bảng 3.1: Thông số động cơ
Tên mã Điện áp định mức
Tốc độ tối đa (rpm)
Hệ thống truyền động vít me là một cơ chế biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến chính xác thông qua cơ chế con vít - bu lông Để giảm tối đa lực ma sát, tiếp xúc giữa thanh vít và đai vít được thiết kế với một lớp bi thép, giúp truyền động trơn tru và chính xác Khi trục vít xoay, những viên bi lăn tròn trong mối ren của trục vít và đai ốc, giảm ma sát và cho phép hệ thống hoạt động liên tục bền bỉ trong thời gian dài.
Các thông số hoạt động quan trọng bao gồm chiều dài thanh vít, chiều dài hành trình đạt được, đường kính thanh vít và hành trình bước ren khi thanh vít quay một vòng Những thông số này đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất của hệ thống.
Cấu tạo đơn giản, thắng lực lớn, thực hiện được dịch chuyển chậm
Kích thước nhỏ, chịu được lực lớn
Thực hiện được các dịch chuyển chính xác cao
Hiệu suất thấp do ma sát trên ren
Hình 3.2 Trục vít me bi
Khuôn in có thể được làm từ gỗ hoặc kim loại, với tấm lưới căng trên đó có các lỗ trống cho phép mực in chảy qua trong quá trình in Quá trình tạo ra các lỗ trống này được gọi là “chuyển hình ảnh cần in” lên khuôn lưới Ban đầu, thợ in sử dụng phương pháp chuyển trực tiếp bằng cách vẽ lên lớp nến trắng, đất sét hoặc dầu bóng, nhưng sau này, phương pháp gián tiếp như vẽ trên giấy nến hoặc sử dụng công nghệ cảm quang đã trở nên phổ biến hơn.
Vẽ trên lớp nến trắng là kỹ thuật tạo ra các lỗ trống trên lưới in, thực hiện bằng cách sử dụng bút gỗ hoặc tre để khắc hoa văn lên tấm lưới đã được nhúng vào dung môi nến nóng chảy và sau đó để nguội.
Vẽ trên lớp đất sét là một kỹ thuật tạo lỗ trống trên lưới in bằng cách sử dụng bút gỗ, tre hoặc kim nhọn Quá trình này bao gồm việc khắc và đục lỗ theo hình dạng hoa văn trên tấm lưới đã được nhúng vào hồ đất sét khô.
Vẽ trên lớp dầu bóng là một kỹ thuật độc đáo để tạo ra lỗ trống trên lưới in Quá trình bắt đầu bằng việc sử dụng bút lông để vẽ các hoa văn trên một tấm lưới đã được quét lớp dầu bóng và để khô Sau nhiều lần vẽ, những lỗ trống cần thiết sẽ được hình thành trên bề mặt lưới, tạo ra hiệu ứng mong muốn trong sản phẩm in ấn.
Vẽ trên giấy nến là một kỹ thuật gián tiếp để tạo lỗ trống trên bề mặt lưới in Bằng cách sử dụng dao để khắc hình trên giấy nến, bạn có thể tạo ra các khoảng trống cần thiết Sau đó, đặt mặt giấy nến đã khắc lên lưới và sử dụng bàn ủi để làm nóng chảy nến Khi nến đã nguội, các khu vực không cần thiết sẽ được nến bít lại, hoàn thành quy trình in.
Phương pháp cảm quang hiện nay được coi là một bước tiến quan trọng trong ngành in ấn, cho phép sao chép các tác phẩm nghệ thuật mà vẫn bảo tồn được độ chân thực về đường nét.
Bàn in, được làm từ kim loại hoặc gỗ, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng in ấn với độ chính xác và nét cao Yêu cầu hàng đầu cho bàn in là phải phẳng, chắc chắn và có độ đàn hồi thích hợp để khuôn in tiếp xúc đồng đều với bề mặt sản phẩm Tùy thuộc vào từng tình huống, bàn in có thể được điều chỉnh nằm ngang hoặc nghiêng góc để tạo điều kiện thuận lợi cho người thợ thao tác.
Dao gạt hồ in là công cụ thiết yếu trong quá trình in ấn, giúp đẩy và phết mực màu qua lưới in để chuyển mực lên sản phẩm Dù được gọi là "dao" theo cách gọi của thợ in, công cụ này có thể được làm từ nhiều chất liệu khác nhau như bọt biển, con lăn cao su hoặc đơn giản là một miếng gạt cao su.
THIẾT KẾ - THI CÔNG PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM
Thiết kế, chế tạo khung cơ khí
4.1.1 Ý tưởng thiết kế và các phương án
Thiết kế đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành sản phẩm, giúp định hình ý tưởng và kết nối các phác thảo sơ bộ giữa các chi tiết khác nhau.
Quá trình thiết kế được thể hiện theo sơ đồ sau:
Sau khi hình thành ý tưởng ban đầu về máy, bước tiếp theo là phác thảo thiết kế lên giấy Trong giai đoạn này, không cần chú trọng đến kích thước chính xác, mà chỉ cần thể hiện tương đối vị trí của các thành phần trên máy.
Sau khi hoàn thành ý tưởng, chúng tôi tiến hành thiết kế từng chi tiết bằng phần mềm vẽ 3D SolidWorks Phần mềm này cho phép điều chỉnh kích thước linh hoạt, đảm bảo rằng các chi tiết trong máy có mối quan hệ và ảnh hưởng lẫn nhau, do máy là sự kết hợp của nhiều thành phần khác nhau.
Trong quá trình thiết kế, việc vẽ và lắp ráp các chi tiết liên quan một cách đồng thời sẽ giúp thuận tiện cho việc kết hợp chúng Sau đó, ta có thể điều chỉnh kích thước và hình dạng của các chi tiết cho đến khi đạt yêu cầu mong muốn.
Sau khi gia công và chế tạo các chi tiết từ bản vẽ, quá trình lắp ráp các bộ phận lại với nhau được thực hiện Tiếp theo, các chi tiết sẽ được hiệu chỉnh và chỉnh sửa để hoàn thiện, từ đó hình thành nên máy.
4.1.2 Phương án thiết kế máy in lụa tự động
Thiết kế cơ khí ảnh hưởng lớn đến sự ổn định hoạt động của máy in lụa Mục tiêu là tạo ra sản phẩm có giá thành hợp lý cho các hộ kinh doanh, đồng thời đảm bảo năng suất và độ ổn định cao Ngoài ra, máy cần có tính thẩm mỹ và dễ dàng di chuyển Trên thị trường hiện nay có nhiều mẫu máy in lụa, vì vậy nhóm quyết định phát triển một mẫu mã mới, khác biệt so với những sản phẩm hiện có Phương án thiết kế của nhóm được thể hiện trong hình 4.2.
Hình 4.2 Phương án thiết kế máy in lụa tổng thể
Phương án thiết kế máy in lụa hoàn chỉnh của nhóm được trình bày trong hình 4.2, bao gồm các thành phần chính như khung đế, hộp sau và khuôn in lụa.
Bảng điều khiển 5) Tay in lụa 6) Tay quét lụa 7) Vít me 8) Chổi quét 9) Gối động cơ
Hình 4.3 Phương án thiết kế các chi tiết máy in lụa
4.2 Lựa chọn trục vít me
Vật liệu trục vít: Thép C45
Vật liệu đai ốc: Thép C45
Kiểu ren : ren thang một đầu mối
Tính toán đường kính trung bình Đường kính ren trung bình, tính bằng mm;
Kđ = 1.2 là hệ số tải động
Fa là lực dọc trục (N);
𝑑 2 = 1,2 2,5 là hệ số chiều cao đai ốc, với H là chiều cao đai ốc;
Hệ số chiều cao ren thang được xác định là 𝑝 = 0.5, trong đó h là chiều cao ren và p là bước ren Áp suất cho phép lên ren giữa thép và gang nằm trong khoảng [q] = 5 N/mm² đến 6 N/mm², trong khi áp suất cho phép giữa thép và thép là [q] = 7 N/mm² đến 12 N/mm² Với lực Fa = 150N và áp suất [q] = 7 N/mm², chúng ta có thể tính toán các thông số liên quan.
Tra bảng P2.4 sách thiết kế máy:
Chọn d2 = 19 mm; Đường kính trong d1 = 18 mm; Đường kính ngoài d = 20 mm;
Chọn các thông số của vít và đai ốc:
Chiều cao profin ren: h = 0.1 d2 = 0.7 mm
Hệ số ma sát khi bôi trơn không tốt là f = 0.13
Kiểm nghiệm theo độ bền mòn Điều kiện bền: p ≤ [p]
𝜋𝑑2ℎ 𝑥; Trong đó x = H/p là số vòng ren làm việc; h = h p là chiều cao làm việc của ren;
Bảng 4.1 Giá trị áp suất cho phép
Vật liệu cặp ren vít [p], MPa
Thép không tôi – đồng thanh
Thép tôi – gang chống ma sát
Thép không tôi – gang chống ma sát
Thép không tôi – gang GX18, GX21
Kiểm nghiệm điều kiện ổn định Điều kiện ổn định: Fa ≤ [Fa] với:
Lực dọc trục cho phép [Fa] được xác định như sau:
E là môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo trục vít, Mpa;
J là mômen quán tính của tiết diện chân ren, J = 𝜋𝑑1 4
S là hệ số an toàn, S từ 2,5 đến 4;
hệ số liên kết của trục vít, nếu 2 đầu có ổ đở thì = 1, nếu một đầu ngàm = 2; lt là chiều dài tính toán ổn định;
Tính kiểm nghiệm về độ bền
Trục vít cần được kiểm tra về độ bền theo ứng suất tương đương, tính bằng N/mm 2 ;
tđ = 2 3 2 , Ứng suất pháp tuyến do lực Fa gây nên, tính bằng N/mm 2 ;
𝜋𝑑 1 2 = 0.589 N/mm 2 Ứng suất tiếp tuyến , N/mm 2 được xác định theo công thức;
2 0.2 𝑑 1 3 = 0.208 N/mm 2 Ứng suất cho phép [] được xác định theo công thức, tính bằng N/mm 2 ;
Trong đó: d1 là đường kính trong của ren, mm;
Fa là lực dọc trục, N;
T là mô men xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vít, N/mm 2 ;
c là giới hạn chảy của vật liệu trục vít
Ta tính toán được: tđ = √0.589 2 + 3 0.208 2 = 0.69N/mm 2 < []
Chọn động cơ điều khiển trục Z:
Dựa vào thông số Momen tính được ta chọn động cơ cần được sử dụng có công suất: P = 120 W
Chọn động cơ điều khiển trục X:
Dựa vào thông số Momen tính được ta chọn động cơ cần được sử dụng có công suất: P = 23 W => Chọn động cơ 30 W
Chọn động cơ điều khiển gạt mực:
Dựa vào thông số Momen tính được ta chọn động cơ cần được sử dụng có công suất: P = 8 W => Chọn động cơ 10 W
Dựa vào phần tính toán, nhóm chọn được các loại động cơ sau:
Sử dụng động cơ DC servo 2GN5K cho vít me trục z:
Hình 4.5 Động cơ DC servo vít me trục z
Sử dụng động cơ DC encoder cho vít me trục x:
Hình 4.6 Động cơ vít me trục x
Sử dụng động cơ giảm tốc GR37 cho cần gạt mực:
Hình 4.7 Động cơ gạt mực
4.3.2 Thông số động cơ Động cơ vít me trục z:
Khối lượng 1200g Động cơ vít me trục x:
Encoder 200 xung/vòng Động cơ gạt mực:
4.4 Thiết kế, chế tạo mạch điện
4.4.1 Mạch điều khiển 1 động cơ dùng mosfet 1 relay
Module 1 mosfet 1 relay rất thuận lợi cho việc sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ, chiều quay của động cơ
Vi điều khiển Arduino Mega 2560 được kết nối với module 1 relay qua opto cách ly, trong đó chân PWM+ điều khiển tốc độ động cơ thông qua chân PWM của Arduino Chân Dir+ kết nối với ngõ ra của Arduino để điều chỉnh chiều động cơ nâng hạ (động cơ trục Z) Các chân M+ và M- được kết nối với hai đầu động cơ, trong khi chân nguồn 12VDC cung cấp năng lượng cho relay và chân 24VDC cung cấp nguồn cho động lực.
Hình 4.9 Sơ đồ kết nối module 1 mosfet 1 relay
Pwm: Điều khiển độ rộng xung để thay đổi tốc độ motor (pwm+, pwm- tiện lợi cho người dùng lựa chọn kích mức 0 hay 1)
Dir: Thay đổi chiều quay của động cơ (dir+, dir- tiện lợi cho người dùng lựa chọn kích mức 0 hay mức 1)
+24V: Có thể thay đổi điện áp từ 12V đến 36V
M+, M-: Kết nối với 2 dây của động cơ
Module 1 mosfet 1 relay cho phép mở rộng thêm module thứ 2 mà không phải kết nối nhiều dây nguồn (kết nối như hình 4.8)
Tần số đáp ứng 0 đến 80KHZ
Dòng tức thời có thể lên tới 30A
Dòng hoạt động ổn định 10A
Cho phép kiểm tra sự hoạt động của động cơ bằng các nút nhấn trên board
4.4.2 Mạch điều khiển động cơ module 4 relay với opto cách ly
Hình 4.10 Module 4 relay với opto cách ly
Module 4 relay với opto cách ly thích hợp cho các ứng dụng đóng ngắt điện thế cao
Các thiết bị tiêu thụ dòng lớn, như AC hoặc DC, được thiết kế nhỏ gọn với opto và transistor cách ly, có khả năng kích đóng bằng mức thấp (0V) Điều này giúp chúng tương thích với mọi loại MCU và cho phép sử dụng nguồn ngoài, mang lại sự linh động và dễ dàng trong quá trình sử dụng.
Sử dụng điện áp nuôi 5VDC
4 relay đóng ngắt ở điện thế kích bằng 0V nên có thể sử dụng cho cả tín hiệu 5V hay 3V3 (Cần cấp nguồn ngoài), mỗi relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA
Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V – 10A hoặc DC30V – 10A
Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi relay
Hình 4.11 Sơ đồ nguyên lý kết nối động cơ gạt mực
Sơ đồ nguyên lý đảo chiều động cơ sử dụng chân số 30 của Arduino để điều khiển động cơ gạt mực thông qua mạch Module 4 relay với opto cách ly Hai relay trong module đảm nhiệm việc đảo chiều động cơ khi nhận tín hiệu từ chân 30 Hệ thống bao gồm hai công tắc hành trình, giúp ngắt nguồn động lực khi động cơ đã quay đủ cử chuyển động Ngoài ra, hai diode cho phép nguồn động lực đi qua khi động cơ quay sang chiều ngược lại, nhưng công tắc hành trình sẽ ngắt mạch để đảm bảo an toàn.
Hình 4.12 Sơ đồ nguyên lý kết nối động cơ qua trái, qua phải
Sơ đồ nguyên lý đảo chiều động cơ sử dụng chân số 29 của Arduino Mega 2560 để điều khiển động cơ quay trái hoặc phải thông qua mạch Module 4 relay kết nối với opto cách ly Hai relay trong module thực hiện nhiệm vụ đảo chiều động cơ khi nhận tín hiệu từ chân số 29 Hệ thống bao gồm hai công tắc hành trình giúp ngắt nguồn động lực khi động cơ đã quay đủ số vòng cần thiết Bên cạnh đó, hai diode cho phép nguồn động lực đi qua khi động cơ quay ngược lại, nhưng công tắc hành trình sẽ ngắt mạch để đảm bảo an toàn.
4.4.3 Mạch xử lý trung tâm Arduino Mega 2560
Arduino là một bo mạch vi xử lý cho phép lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như động cơ, cảm biến và cơ cấu chấp hành Với môi trường phát triển thân thiện, Arduino hỗ trợ hiệu quả cho cả những lập trình viên mới bắt đầu lẫn những dự án phức tạp.
Arduino 2560 là bo mạch được thiết kế với bộ xử lí trung tâm là vi điều khiển AVR Atmega 2560 Cấu tạo chính bao gồm :
Cổng USB có vai trò quan trọng trong việc giao tiếp giữa bo mạch và máy tính, cho phép truyền dữ liệu hai chiều Đồng thời, cổng này cũng cung cấp nguồn điện cần thiết để bo mạch hoạt động hiệu quả.
Jack nguồn: nguồn cung cấp chính cho bo mạch hoạt động, thay thế cho cổng USB khi không sử dụng máy tính giao tiếp
54 chân vào/ra có đánh số thứ tự, ngoài ra còn các chân nối mass, cấp nguồn, reset,…và các chân điện áp tham chiếu AREF
Vi xử lí trung tâm : dùng AVR Atmega 2560
Hình 4.13 Board Arduino Mega 2560 Thông số kỹ thuật:
Vi điều khiển: ATmega2560 Điện áp hoạt động: 5V Điện áp ngõ vào DC: 7-12V
Số chân Digital: 54 (15 chân PWM)
Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8KB sử dụng cho Bootloader SRAM: 8 KB
EEPROM: 4 KB Xung clock : 16 MHZ
Sơ đồ kết nối tổng quát (Hình 4.13) được mô tả như sau:
Chân số 2 (ngõ ra) của PWM được kết nối với module điều khiển động cơ nâng hạ, trong khi chân số 3 (ngõ ra) của Dir được kết nối với module điều khiển chiều của động cơ nâng hạ.
Chân số 4 (ngõ vào) kết nối với bàn đạp
Chân số 20 (ngõ vào) kết nối với CTHT trên
Chân 21 (ngõ vào) kết nối với CTHT dưới
Chân 22 (ngõ vào) kết nối với nút nhấn qua trái
Chân 24 (ngõ vào) kết nối với nút nhấn qua phải
Chân 23 (ngõ vào) kết nối với nút nhấn đi lên
Chân 24 (ngõ vào) kết nối với nút nhấn đi xuống
Chân 26 (ngõ vào) kết nối với nút Auto – Manual
Chân 27 (ngõ vào) kết nối với nút nhấn Start
Chân 28 (ngõ vào) kết nối với nút nhấn Stop
Chân A0 ( ngõ vào) kết nối biến trở điều khiển vận tốc động cơ
Chân 29 ( ngõ ra) kết nối với module 4 relay có opto cách ly điều khiển động cơ qua trái, qua phải
Chân 30 ( ngõ ra) kết nối với module 4 relay có opto cách ly điều khiển động cơ qua trái, qua phải
Chân 48 (ngõ ra) kết nối với LCD
Chân 49 (ngõ ra) kết nối với LCD
Chân 50 (ngõ ra) kết nối với LCD
Chân 51 (ngõ ra) kết nối với LCD
Chân 52 (ngõ ra) kết nối với LCD
Chân 53 (ngõ ra) kết nối với LCD.
Lựa chọn động cơ
Trong đó: d1 là đường kính trong của ren, mm;
Fa là lực dọc trục, N;
T là mô men xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vít, N/mm 2 ;
c là giới hạn chảy của vật liệu trục vít
Ta tính toán được: tđ = √0.589 2 + 3 0.208 2 = 0.69N/mm 2 < []
Chọn động cơ điều khiển trục Z:
Dựa vào thông số Momen tính được ta chọn động cơ cần được sử dụng có công suất: P = 120 W
Chọn động cơ điều khiển trục X:
Dựa vào thông số Momen tính được ta chọn động cơ cần được sử dụng có công suất: P = 23 W => Chọn động cơ 30 W
Chọn động cơ điều khiển gạt mực:
Dựa vào thông số Momen tính được ta chọn động cơ cần được sử dụng có công suất: P = 8 W => Chọn động cơ 10 W
Dựa vào phần tính toán, nhóm chọn được các loại động cơ sau:
Sử dụng động cơ DC servo 2GN5K cho vít me trục z:
Hình 4.5 Động cơ DC servo vít me trục z
Sử dụng động cơ DC encoder cho vít me trục x:
Hình 4.6 Động cơ vít me trục x
Sử dụng động cơ giảm tốc GR37 cho cần gạt mực:
Hình 4.7 Động cơ gạt mực
4.3.2 Thông số động cơ Động cơ vít me trục z:
Khối lượng 1200g Động cơ vít me trục x:
Encoder 200 xung/vòng Động cơ gạt mực:
Thiết kế, chế tạo mạch điện
4.4.1 Mạch điều khiển 1 động cơ dùng mosfet 1 relay
Module 1 mosfet 1 relay rất thuận lợi cho việc sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ, chiều quay của động cơ
Vi điều khiển Arduino Mega 2560 được kết nối với module 1 relay thông qua opto cách ly, trong đó chân PWM+ được kết nối với chân PWM của Arduino để điều chỉnh tốc độ động cơ Chân Dir+ kết nối với ngõ ra của Arduino nhằm điều khiển chiều động cơ nâng hạ (động cơ trục Z) Các chân M+ và M- được kết nối với hai đầu của động cơ, trong khi chân nguồn 12VDC cung cấp điện cho relay và chân 24VDC cung cấp nguồn cho động lực.
Hình 4.9 Sơ đồ kết nối module 1 mosfet 1 relay
Pwm: Điều khiển độ rộng xung để thay đổi tốc độ motor (pwm+, pwm- tiện lợi cho người dùng lựa chọn kích mức 0 hay 1)
Dir: Thay đổi chiều quay của động cơ (dir+, dir- tiện lợi cho người dùng lựa chọn kích mức 0 hay mức 1)
+24V: Có thể thay đổi điện áp từ 12V đến 36V
M+, M-: Kết nối với 2 dây của động cơ
Module 1 mosfet 1 relay cho phép mở rộng thêm module thứ 2 mà không phải kết nối nhiều dây nguồn (kết nối như hình 4.8)
Tần số đáp ứng 0 đến 80KHZ
Dòng tức thời có thể lên tới 30A
Dòng hoạt động ổn định 10A
Cho phép kiểm tra sự hoạt động của động cơ bằng các nút nhấn trên board
4.4.2 Mạch điều khiển động cơ module 4 relay với opto cách ly
Hình 4.10 Module 4 relay với opto cách ly
Module 4 relay với opto cách ly thích hợp cho các ứng dụng đóng ngắt điện thế cao
Các thiết bị tiêu thụ dòng lớn, sử dụng AC hoặc DC, được thiết kế nhỏ gọn với opto và transistor cách ly, có khả năng kích đóng ở mức thấp (0V) Điều này giúp chúng tương thích với mọi loại MCU và cho phép sử dụng nguồn ngoài, mang lại sự linh động và dễ dàng trong quá trình sử dụng.
Sử dụng điện áp nuôi 5VDC
4 relay đóng ngắt ở điện thế kích bằng 0V nên có thể sử dụng cho cả tín hiệu 5V hay 3V3 (Cần cấp nguồn ngoài), mỗi relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA
Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V – 10A hoặc DC30V – 10A
Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi relay
Hình 4.11 Sơ đồ nguyên lý kết nối động cơ gạt mực
Sơ đồ nguyên lý đảo chiều động cơ sử dụng chân số 30 của Arduino để điều khiển động cơ gạt mực thông qua mạch Module 4 relay với opto cách ly Hai relay trong module đảm nhận nhiệm vụ đảo chiều động cơ khi nhận tín hiệu từ chân 30 Hệ thống được trang bị hai công tắc hành trình để ngắt nguồn động lực khi động cơ quay đủ cử chuyển động Ngoài ra, hai diode có chức năng cho phép nguồn động lực đi qua khi động cơ quay sang chiều ngược lại, nhưng công tắc hành trình sẽ ngắt mạch.
Hình 4.12 Sơ đồ nguyên lý kết nối động cơ qua trái, qua phải
Sơ đồ nguyên lý đảo chiều động cơ sử dụng chân số 29 của Arduino Mega 2560 để điều khiển động cơ quay trái hoặc phải, kết nối với mạch Module 4 relay thông qua opto cách ly Hai relay trong module thực hiện nhiệm vụ đảo chiều động cơ khi nhận tín hiệu từ chân số 29 Hệ thống được trang bị hai công tắc hành trình, giúp ngắt nguồn động lực khi động cơ đã quay đủ cử chuyển động Ngoài ra, hai diode cho phép nguồn động lực đi qua khi động cơ quay ngược chiều, nhưng công tắc hành trình sẽ ngắt mạch.
4.4.3 Mạch xử lý trung tâm Arduino Mega 2560
Arduino là một bo mạch vi xử lý lý tưởng cho việc lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như động cơ, cảm biến và các cơ cấu chấp hành khác Với môi trường phát triển dễ sử dụng, Arduino hỗ trợ tốt cho cả những lập trình viên mới bắt đầu lẫn những dự án phức tạp hơn.
Arduino 2560 là bo mạch được thiết kế với bộ xử lí trung tâm là vi điều khiển AVR Atmega 2560 Cấu tạo chính bao gồm :
Cổng USB có vai trò quan trọng trong việc giao tiếp giữa bo mạch và máy tính, cho phép truyền dữ liệu hai chiều Ngoài chức năng truyền tải dữ liệu, cổng USB còn cung cấp nguồn điện cần thiết để bo mạch hoạt động hiệu quả.
Jack nguồn: nguồn cung cấp chính cho bo mạch hoạt động, thay thế cho cổng USB khi không sử dụng máy tính giao tiếp
54 chân vào/ra có đánh số thứ tự, ngoài ra còn các chân nối mass, cấp nguồn, reset,…và các chân điện áp tham chiếu AREF
Vi xử lí trung tâm : dùng AVR Atmega 2560
Hình 4.13 Board Arduino Mega 2560 Thông số kỹ thuật:
Vi điều khiển: ATmega2560 Điện áp hoạt động: 5V Điện áp ngõ vào DC: 7-12V
Số chân Digital: 54 (15 chân PWM)
Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8KB sử dụng cho Bootloader SRAM: 8 KB
EEPROM: 4 KB Xung clock : 16 MHZ
Sơ đồ kết nối tổng quát (Hình 4.13) được mô tả như sau:
Chân số 2 (ngõ ra) của PWM được kết nối với module điều khiển động cơ nâng hạ, trong khi chân số 3 (ngõ ra) của Dir kết nối với module điều khiển chiều của động cơ nâng hạ.
Chân số 4 (ngõ vào) kết nối với bàn đạp
Chân số 20 (ngõ vào) kết nối với CTHT trên
Chân 21 (ngõ vào) kết nối với CTHT dưới
Chân 22 (ngõ vào) kết nối với nút nhấn qua trái
Chân 24 (ngõ vào) kết nối với nút nhấn qua phải
Chân 23 (ngõ vào) kết nối với nút nhấn đi lên
Chân 24 (ngõ vào) kết nối với nút nhấn đi xuống
Chân 26 (ngõ vào) kết nối với nút Auto – Manual
Chân 27 (ngõ vào) kết nối với nút nhấn Start
Chân 28 (ngõ vào) kết nối với nút nhấn Stop
Chân A0 ( ngõ vào) kết nối biến trở điều khiển vận tốc động cơ
Chân 29 ( ngõ ra) kết nối với module 4 relay có opto cách ly điều khiển động cơ qua trái, qua phải
Chân 30 ( ngõ ra) kết nối với module 4 relay có opto cách ly điều khiển động cơ qua trái, qua phải
Chân 48 (ngõ ra) kết nối với LCD
Chân 49 (ngõ ra) kết nối với LCD
Chân 50 (ngõ ra) kết nối với LCD
Chân 51 (ngõ ra) kết nối với LCD
Chân 52 (ngõ ra) kết nối với LCD
Chân 53 (ngõ ra) kết nối với LCD.
THIẾT KẾ LƯU ĐỒ - THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN
Sơ đồ nguyên lý tổng thể của máy
Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý tổng thể của máy
Máy hoạt động theo nguyên lý :
Vi điều khiển Arduino Mega 2560 nhận tín hiệu từ các ngõ vào như công tắc hành trình, nút nhấn, cảm biến và encoder để điều khiển máy in Tín hiệu từ cảm biến (biến trở) được sử dụng để điều chỉnh tốc độ in của trục Z Máy in hoạt động với hai chế độ: Auto và Manual.
Trong quá trình hoạt động của máy in, màn hình LCD hiển thị các thông số quan trọng như số lượng sản phẩm in, tốc độ in, cùng với các chế độ hoạt động như Auto và Manual.
Để điều chỉnh tay gạt, hãy xoay sang trái và nâng trục Z lên tối đa cho đến khi chạm vào CTHT trên, sau đó dừng lại Tiếp theo, hạ trục Z xuống tối thiểu cho đến khi chạm vào CTHT dưới và dừng lại Cuối cùng, trượt ngang cho đến khi chạm vào CTHT ngang tối đa và dừng lại.
=> Xoay phải + Lên max dừng + Trượt ngang về min thì dừng => Hết 1 chu trình
Để sử dụng chế độ điều khiển bằng tay (Manual), bạn cần nhấn nút Start và nhấp bàn đạp một lần Máy sẽ thực hiện một chu trình và dừng lại để bạn có thể lấy vật in ra và đưa vật in mới vào Tiếp tục nhấp bàn đạp để máy chạy tiếp chu trình kế tiếp.
Chọn chế độ chạy tự động (Auto) và nhấn Start để máy bắt đầu hoạt động theo chu trình đã được cài đặt sẵn Sau khi hoàn thành một chu trình, máy sẽ nghỉ 5 giây trước khi lặp lại chu trình đó.
5.2 Lưu đồ giải thuật đọc tín hiệu ADC
Hình 5.2 Lưu đồ giải thuật đọc tín hiệu ADC
Lưu đồ giải thuật đọc tín hiệu ADC:
Lưu đồ giải thuật sử dụng bộ đọc tín hiệu ADC để biến đổi giá trị đo tín hiệu từ biến trở thành tín hiệu ADC trong khoảng 0 đến 1023, với biến đếm i chạy từ 0 đến 100.
Giá trị ADC được lấy trung bình 100 giá trị của bộ đọc ADC với thời gian lấy mẫu là 1ms
5.3 Lưu đồ giải thuật điều khiển vận tốc
Hình 5.3 Lưu đồ giải thuật điều khiển vận tốc
Lưu đồ giải thuật điều khiển vận tốc:
Sau khi giá trị trung bình được lấy từ bộ lọc ADC, giá trị ADC sẽ được chuyển đổi thành phần trăm độ rộng xung PWM thông qua hàm “map” để điều khiển động cơ.
5.4 Lưu đồ giải thuật điều khiển tổng quát
Hình 5.4 Lưu đồ giải thuật điều khiển tổng quát
Lưu đồ giải thuật điều khiển tổng quát:
Khi máy hoạt động, Arduino khởi tạo các module input, output, ADC, PWM và LCD Sau khi hoàn tất quá trình khởi tạo, Arduino sẽ đọc tín hiệu điều khiển từ input Dựa trên giá trị input đã được đo, Arduino sẽ chuyển sang hai chế độ hoạt động: Auto và Manual.
Nếu là Manual thì có 2 chế độ:
Chế độ thử máy: gạt qua trái, qua phải, đi lên, đi xuống theo các tín hiệu input
Chế độ hoạt động bằng tay: Chờ nhấn Start, tiếp đến chờ nhấp bàn đạp và thực hiện một chu trình máy
Khi ở chế độ Auto, máy sẽ chờ nhấn nút Start để bắt đầu chu trình hoạt động Sau khi hoàn thành chu trình, máy sẽ tạm dừng trong 5 giây trước khi tiếp tục với chu trình tiếp theo.
Lưu đồ giải thuật điều khiển vận tốc
Hình 5.3 Lưu đồ giải thuật điều khiển vận tốc
Lưu đồ giải thuật điều khiển vận tốc:
Sau khi thu được giá trị trung bình từ bộ lọc ADC, giá trị này sẽ được chuyển đổi sang tỷ lệ phần trăm độ rộng xung PWM bằng cách sử dụng hàm “map” để điều khiển động cơ.
Lưu đồ giải thuật điều khiển tổng quát
Hình 5.4 Lưu đồ giải thuật điều khiển tổng quát
Lưu đồ giải thuật điều khiển tổng quát:
Khi máy hoạt động, Arduino khởi tạo các module input, output, ADC, PWM và LCD Sau khi hoàn tất quá trình khởi tạo, Arduino sẽ đọc tín hiệu điều khiển từ input Dựa trên giá trị input đã đo được, Arduino sẽ chuyển sang hai chế độ hoạt động: Auto và Manual.
Nếu là Manual thì có 2 chế độ:
Chế độ thử máy: gạt qua trái, qua phải, đi lên, đi xuống theo các tín hiệu input
Chế độ hoạt động bằng tay: Chờ nhấn Start, tiếp đến chờ nhấp bàn đạp và thực hiện một chu trình máy
Khi ở chế độ Auto, máy sẽ chờ nhấn nút Start để bắt đầu chu trình hoạt động Sau khi hoàn thành chu trình này, máy sẽ tạm dừng trong 5 giây trước khi tiếp tục với chu trình kế tiếp.
THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ
Mô hình tổng quan SolidWorks
Mô hình này được thiết kế với 2 trục vít me bi và 3 động cơ, bao gồm 1 động cơ cho trục vít me z, 1 động cơ cho trục vít me x, cùng với 1 động cơ gạt mực Ngoài ra, mô hình còn tích hợp 3 ray trượt và 1 cần gạt mực, tạo nên sự chính xác và hiệu quả trong quá trình hoạt động.
2 cao su gạt mực, 1 lò xo, 6 công tắc hành trình, 1 khuôn in, 7 nút nhấn, 1 bàn đạp,
Hệ thống bao gồm 1 màn hình LCD, 3 mạch nguồn (1 mạch nguồn 24VDC, 1 mạch nguồn 5VDC và 1 mạch chuyển đổi từ 24VDC sang 5VDC), mạch điều khiển trung tâm sử dụng Arduino Mega 2560, 1 module MOSFET và 1 module 4 relay có cách ly quang.
Hình 6.2 Các bộ phận của máy in lụa thiết kế trong SolidWorks: a) Khung máy b) Hộp sau c) Tấm nắp hộp điều khiển d) Bảng điều khiển a b c d
Hình 6.3 Các bộ phận của máy in lụa thiết kế trong SolidWorks: a) Tay in lụa b) Gối động cơ c) Chổi quét lụa d) Tay quét lụa e) Vít me f) Dây đai a b c d e f.
Mô hình gia công cơ khí
Hình 6.4 Mô hình gia công cơ khí tổng thể
Mô hình gia công cơ khí tổng thể bao gồm các thành phần chính như khung máy, hộp sau, khuôn in, bảng điều khiển, vít me, tay quét mực, gạt mực và gá động cơ, được minh họa trong hình 6.4.
Hình 6.5 Bảng điều khiển và bàn in
Bảng điều khiển được trang bị 7 nút nhấn, bao gồm một nút dừng khẩn cấp ở bên phải, tiếp theo là nút Stop và Start Bên trái là 4 nút nhấn dùng để thực hiện các bài test.
Bài viết mô tả một thiết bị in với 2 trục vít me cho phép di chuyển lên, xuống, trái, phải Thiết bị được trang bị 1 núm vặn để điều chỉnh vận tốc, 1 cần gạt để chuyển chế độ Auto – Manual, và 1 màn hình LCD hiển thị thông tin về chế độ hoạt động, vận tốc, cũng như số lượng sản phẩm Bàn in được làm bằng gỗ, phục vụ để đặt vật in lên trong quá trình in.
Hình 6.6 Khuôn in, trục vít me
Khuôn in được cố định giữa hai thanh thép vuông, làm từ gỗ và có miếng lụa căng bên trong, sử dụng để in logo Khoa cơ khí chế tạo máy Đại học Sư phạm kỹ thuật TP HCM Trục vít me trục X cho phép kéo tay in lụa qua trái và phải, giúp quét mực in lên sản phẩm một cách hiệu quả.
Tay được sử dụng để gá động cơ, gạt quét mực và hai công tắc hành trình Gạt quét mực được gia công bằng phương pháp phay, không trực tiếp gạt mực mà dùng để gắn hai miếng cao su chuyên dụng cho việc quét mực in Hai công tắc hành trình cho phép tùy chỉnh góc độ gạt mực, giúp hạn chế việc gạt quá cao hoặc quá thấp, từ đó bảo vệ khuôn in hiệu quả.
Bàn đạp (pedan) là thiết bị quan trọng trong chế độ điều khiển bằng tay, cho phép người dùng dễ dàng tiếp tục chu trình in chỉ bằng một cú nhấp Việc sử dụng bàn đạp giúp người ngồi in có thể sử dụng chân để khởi động chu trình, từ đó giảm thiểu sự bất tiện khi phải dùng tay để lấy vật in ra và nhấn nút bắt đầu cùng một lúc.
Hình 6.9 Các mạch điện, nguồn được sử dụng
Bài viết đề cập đến các thành phần của hệ thống điện, bao gồm: một mạch điều khiển trung tâm Arduino Mega2560, một module 4 relay với opto cách ly, một module 1 mosfet 1 relay, một mạch nguồn 24VDC, một mạch nguồn 5VDC và một mạch chuyển đổi từ 24VDC sang 5VDC.
Sản phẩm in trên các vật liệu
Hình 6.10 Sản phẩm in lên gỗ
Sản phẩm in trên gỗ cho hình ảnh tương đối rõ nét, nhưng còn bị lem vài chỗ
Hình 6.11 Sản phẩm in trên giấy
Sản phẩm in trên giấy cho hình ảnh rõ nét, mực không bị lem
Hình 6.12 Sản phẩm in trên bìa Carton
Sản phẩm in trên bìa carton cho hình ảnh bị mờ, mực không đều.
Đánh giá
Nhóm đã thực hiện việc pha mực in và tiến hành in thử nghiệm trên các vật liệu như gỗ, bìa carton, giấy và khăn ướt, đạt được mục tiêu ban đầu Trong những lần in đầu tiên, khi mới đổ mực vào khuôn, hình ảnh in bị mờ, không đều màu và bị lem do thiếu kinh nghiệm trong việc pha mực Tuy nhiên, các lần in sau đó đã cho kết quả tốt hơn với hình ảnh sắc nét, không bị lem và không bị mờ.
