Đề tài Máy CNC mini

- Đã chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh phần cơ khí của bàn máy CNC. Các chuyển động tịnh tiến theo phương X, Y, Z dùng bộ truyền vitme-thanh trượt bi, kết cấu máy gọn phù hợp với mô hình thí nghiệm, học tập và giảng dạy. - Thiết kế, chế tạo các board mạch điệp tử giao tiếp với máy tính và các Driver điều khiển động cơ bước. - Ứng dụng được các phần mềm CAD-CAM để thiết kế và xuất file G-code. - Sử dụng phần mềm Mach3 đọc file G-code để điều khiển bàn máy CNC gia công ra sản phẩm đã thiết kế. - Lập trình cho PIC đếm encoder, tính toán xuất xung điều khiển 3 trục của bàn máy.

docx55 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 18/06/2014 | Lượt xem: 13072 | Lượt tải: 43download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Máy CNC mini, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TRƯỜNG CĐ KỸ THUẬT CAO THẮNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ-BM CƠ ĐIỆN TỬ Độc lập-Tự do-Hạnh phúc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: LÊ THỊ KIỀU NGA SINH VIÊN THỰC HIỆN TRẦN NGUYÊN PHẨM Lớp CĐ-CĐT 10B LÊ HỒNG KHA Lớp CĐ-CĐT 10B NGUYỄN VĂN LÂM Lớp CĐ-CĐT 10B TÊN ĐỀ TÀI : MÁY CNC MINI NỘI DUNG YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI : Cơ khí : Thiết kế bàn máy 3D truyền động bằng vitme và thanh dẫn hướng. Thiết kế hệ dẫn hướng cho động cơ mang đầu khoan. Truyền động qua động cơ bước. Điện tử : Thiết kế hệ mạnh công suất dùng L297 và L298. Dùng Pic16f887 để điều khiển vị trí bàn máy bằng Encoder Thiết kế mạch giao tiếp máy tính và phần mền mach3. Sử dụng phần mềm Mach3. Lập trình : Lập trình cho Pic đếm xung Encoder điều khiển động cơ bước. Thiết kế sản phẩm trên bản vẽ bằng phần mềm AutoCAD. Giao tiếp giữa phần mềm AutoCAD và ArtCAM để xuất ra file Gcode. Dùng phần mềm Mach3 đọc file Gcode để điều khiển cơ cấu chấp hành. Mục tiêu đề tài : Hoàn thành cơ bản 1 máy cnc 3 trục Thiết kế hoàn thiện mạch điều khiển cơ cầu chấp hành và mạch giap tiếp với máy tính Am hiểu về phần mềm mach3, động cơ bước và các linh kiện điện tử liên quan trong mạch điều khiển. Nếu hoàn thành tốt và còn thời gian thì sẽ phát triển sử dụng động cơ servo để nâng cao độ chính xác trong gia công Thời gian thực hiện : Thời gian nộp đề tài : Ý kiến giáo viên hướng dẫn Giám hiệu Khoa cơ khí-BM cơ điện tử GV hướng dẫn LỜI CẢM ƠN Sau ba năm học tại trường CĐKT Cao Thắng, chúng em đã được học và tiếp thu rất nhiều kiến thức mới từ sự chỉ bảo tận tình của Quý Thầy Cô, cũng như sự giúp đỡ của bạn bè. Đây là khoảng thời gian đầy ý nghĩa . Đồ án tốt nghiệp là nền tản quan trọng để đánh dấu một bước ngoặc mới trong cuộc đời chúng em. Chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành đến cô Lê Thị Kiều Nga. Người đã hướng dẫn chúng em thực hiện đồ án tốt nghiệp và cung cấp cho chúng em nhiều kinh nghiệm quý báu. Chúng em xin chân thành cám ơn quý thầy cô bộ môn cơ điện tử và các cán bộ công nhân viên trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng đã tạo điều kiện thuận lợi để nhóm em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Sinh viên thực hiện: Trần Nguyên Phẩm Vũ Văn Lâm Lê Hồng Kha LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay khoa học kỹ thuật nói chung cũng như ngành kỹ thuật cơ điện tử nói riêng đã phát triển và có đóng góp rất nhiều trong đời sống. Nắm được tầm quan trọng đó, nhóm chúng em đã làm đề tài: thiết kế máy cnc 3 trục điều khiển bằng phần mềm MACH3 nhằm giúp việc gia công các chi tiết cơ khí được nhanh và chính xác hơn. Những kiến thức và năng lực đạt được trong quá trình học tập tại trường sẽ được đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án tốt nghiệp. Chúng em đã cố gắng tận dụng tất cả những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tòi nghiên cứu, để có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. kết quả là những sản phẩm đạt được trong ngày hôm nay tuy không lớn lao nhưng nó là thành quả của 3 năm học tại trường là thành công đầu tiên của chúng em trước khi ra trường. Tuy nhóm chúng em đã cố gắn hết sức, nhưng chắc sẽ không tránh khỏi những sai sót, mong quý Thầy Cô thông cảm. Chúng em mong nhận được những ý kiến đóng góp tận tình của quý thầy cô và các bạn. Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô và các bạn. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN e&f Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN e&f NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN e&f MỤC LỤC CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CNC 10 CHƯƠNG II : KỸ THUẬT GHÉP NỐI MÁY TÍNH 12 2.1. Cổng nối tiếp (serial port hay COM port) 12 2.2. Giao tiếp qua Slot card 12 2.3. Cổng song song (LPT port hay Parallel port) 13 CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG MÔ HÌNH 16 3.1. Chọn cơ cấu dẫn động 16 3.2. Lựa chọn phương án di chuyển các trục 23 CHƯƠNG IV : LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 29 4.1. L297 29 4.2. L298 30 4.3. PIC 16F887 30 4.4. 74HC541 31 CHƯƠNG V : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HAI CHẾ ĐỘ: MACH3CNC VÀ ENCODER 32 CHƯƠNG VI : CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 35 6.1. Giới thiệu phần mềm mach3CNC 35 6.2. Cách xác lập thông số trong phần mềm mach3 35 6.3. Các chức năng của phần mềm mach3 45 6.3.1. Chạy 1 file code mẫu 45 6.3.2. Nhập một đoạn code bằng tay 46 6.4. Thiết kế mẫu từ file cad (*.dxf, *.dwg) xuất ra file G-code bằng phần mềm ArtCAM 47 CHƯƠNG VII : KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 MỤC LỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CNC Khái niệm: CNC ( computer numerical control ) là một dạng máy NC điều khiển tự động có sự trợ giúp của máy tính , mà trong đó các bộ phận tự động được lập tình để hoạt động theo các sự kiện tiếp nối nhau với tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra được mẫu vật với hình dạng và kích thuốc yêu cầu. Phân loại: Các máy CNC có thể phần chia theo loại và theo hệ thống điều khiển: Theo loại máy cũng tương tự như các máy công cụ truyền thống , chia ra các loại như máy khoan CNC , máy phay CNC , máy tiện CNC…và các truing tâm gia công CNC Các trung tâm CNC có khả năng thực hiện gia công nhiều loại bề mặt và sử dụng nhiều loại dụng cụ khác nhau. Phân chia theo hệ điều khiển có thể phân ra các loại: Các máy điều khiển điểm tới điểm. Ví dụ như máy khoan, khoét, máy hàn điểm, máy đột, dập… Các máy điều khiển đoạn thẳng : đó là các máy có khả năng gia công trong qua trình thực hiện dịch chuyển theo các trục. Các máy điều khiển đường : bao gồm các máy Máy 2D Máy 3D Điều khiển 2D1/2 Điều khiển 4D , 5D Ưu điểm cơ bản của máy CNC: So với các máy điều khiển công cụ bằng tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung, chương trình được đưa vào máy. Người điều khiển chỉ chú yếu theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy. Độ chính xác lằm việc cao. Thông thường các máy CNC có độ chính xác máy là 0.001mm do đó có thể đạt được độ chính xác cao hơn Tốc độ cắt cao. Nhờ cấu trúc cơ khí bền chắc của máy, Những vật liệu cắt hiện đại như kim loại cứng hay gốm oxit có thể sử dụng tốt hơn . Thời quan gia công ngắn hơn . Các ưu điểm khác: Máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm thời quan chỉnh máy, đạt được tính kinh tế cao trong việc gia công hang loại các sản phẩm nhỏ. Ít phải dừng máy vì kỹ thuật, do đó chi phí dừng máy nhỏ. Tiêu hao do kiểm tra ít, giá thành đo kiểm tra giảm. Thời gian hiệu chỉnh máy nhỏ Có thể gia công hàng loạt. Nhược điểm: Giá thành chế tạo máy cao hơn Giá thành bảo dưỡng, sữa chữa máy cũng cao hơn. Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khan hơn Trình độ hiện tại của máy CNC: Các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện và đạt tốc độ xử lý cao do tiếp tục ứng dụng nhừng thành tựu phát triển của các bộ vi xử lý up. Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lý đa chức năng , dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau. Vật mang tin từ bang đục lỗ, bang từ, đĩa từ và tiến tới sử dụng đĩa CD có dung lượng ngày càng lớn, độ tin cậy và tuổi thọ cao. Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vài hệ NC để trờ thành hệ thống CNC đã tạo điều kiện ứng dụng máy công cụ CNC ngay cả trong xí nghiệp nhỏ, không có phòng lập trình riêng, nghĩa là người điều khiển máy có thể lập trình trực tiếp ngay trên máy . Dữ liệu nhập và , nội dung lưu trữ, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người điều khiển đều được hiển thị trên màn hình. Màn hình ban đầu chỉ là đen trắng với các ký tự chữ cái và các con số nay đã dung màn hình màu đồ họa, độ phân giải cao (có them toán đồ và hình vẽ mô phỏng tĩnh hay động), biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao cụ đều được hiển thị trên màng hình Các hệ CNC riêng lẻ có thể ghép mạng cục bộ hay mạng mở rộng để quản lý điều hành một cách tổng thể hệ thống sản xuất của một xí nghiệp hay một tập đoàn công nghiệp. CHƯƠNG II : KỸ THUẬT GHÉP NỐI MÁY TÍNH Cổng nối tiếp (serial Port hay COM port) 2.1.1.Ưu điểm: Truyền tính hiệu đi được khá xa. Dễ lập trình điều khiển vì hầu hết các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng đều đa tích hợp sẵn module điều khiển cổng nối tiếp 2.1.2.Nhược điểm: Tính hiệu truyền nối tiếp nên việc đồng bộ chuyển động các trục khó khan Sử dụng chuẩn RS-232 không tương thích TTL . Phải có module chuyển đổi qua lại giữa RS-23 . Giao tiếp qua Slot Card. Trong máy tính người ta chế tạo sẵn các slot cho phép người sử dụng tính năng của máy bằng cách gắn các thiết bị vào đó. Mỗi slot đều có các đường dữ liệu (data), địa chỉ (address), các đường +5v, -5v, +12v, -12v và các đường điều khiển như CLK, IRQ, RESET, IOW, IOR…vì vậy nếu thiết kế mạch giao tiếp qua slot sẽ giảm được nhiều linh kiện, giảm được nguồn bên ngoài, dễ điều khiển giá thành thấp, tốc độ truyễn dữ liệu nhanh. Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm thì giao tiếp qua slot cũng có những nhược điểm. Do slotcard gắn bên trong máy tính nên cách giao tiếp này khó có thế nhận dữ liệu từ bên ngoài vào, và cũng bị hạn chế về khoảng cách làm việc đồng thời mỗi khi sử dụng đều phải mở máy tính gây bất tiện cho người sử dụng. Các rãnh cắm trong máy tính PC: Trên máy tính PC/XT rãnh cắm trong máy tính chỉ có một loại có độ rộng 8bit và tuân theo tiêu chuẩn ISA (Industry Standard Architecture). Từ máy tính AT trở đi việc bố trí chân trên các rãnh cắm phức tạp hơn, tùy theo tiêu chẩn khi chọn máy tính các loại rãnh cắm theo tiêu chuẩn khác nhau có thể được kiểm tra như sau: Rãnh cắm 16 bit theo tiêu chuẩn ISA (Industry Standard Architecture). Rãnh cắm PS/2 16 bit theo tiêu chuẩn MCA (Industry Standard Architecture). Rãnh cắm 32 bit theo tiêu chuẩn VESA. Rãnh cắm 32 bit theo tiêu chuẩn PCI. Cho đến nay các card dùng để giao tiếp với máy tính đều tuân theo tiêu chuẩn ISA. Cổng song song (LPT port hay parallel port) Cấu trúc cổng song song Cổng song song gồm 4 đường điều khiển, 5 đường trạng thái và 8 đường dữ liệu bao gồm 5 chế độ hoạt động: Chế độ tương thích (compatibility) Chế độ nibble. Chế độ byte. Chế độ EPP (Enhanccd parallel port). Chế độ ECP (Extended capapility port). 3 chế độ đầu tiên sử dụng port song song chuẩn (SPP – Standard parallel port) trong khi đó chế độ 4, 5 cần thêm phần cứng để cho phép hoạt động ở tốc độ cao hơn. Sơ đồ chân của máy in như sau: Cổng song song có 3 thanh ghi có thể truyền dữ liệu và điều khiển máy in. Địa chỉ cơ sở của các thanh ghi cho tất cả cổng LPT (line printer) từ LPT1 đến LPT4 được lưu trừ trong vùng dữ liệu của BIOS. Thanh ghi dữ liệu được định vị ở offset00h, thanh ghi trạng thái ở 01h, và thanh ghi điều khiển ở 02h. Thông thường địa chỉ cơ sở cũa LPT1 là 378h, LPT2 là 278h, do đó địa chỉ của thanh ghi trạng thái là 379h hoặc 279h và địa chỉ thanh ghi điều khiển là 37Ah hoặc 27Ah. Tuy nhiên trong một số trường hợp, địa chỉ cổng song song có thể khác do quá trình khởi động của BIOS. BIOS sẽ lưu trữ các địa chỉ này như sau: Địa chỉ Chức năng 0000h:0408h Địa chỉ cơ sở của LPT1 0000h:040Ah Địa chỉ cơ sở của LPT2 0000h:040Ch Địa chỉ cơ sở của LPT3 Thanh ghi dữ liệu 2 chiều: Tín hiệu máy in D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Chân 9 8 7 6 5 4 3 2 Thanh ghi trạng thái máy in(chỉ đọc): Tín hiệu máy in BUSY ACK PAPEREPMTY SELECT LRROR IQR x x Chân 11 10 12 13 15 - - - Thanh ghi điều khiển máy in Tín hiệu máy in x x DIR IQR Enable SELECTIN INIT AUTOFEED STROBE Chân - - - 17 16 14 7 1 Chú ý rằng BUSY được nối với cổng đảo trước khi đưa vào thanh ghi trạng thái, các bit SELECTIN, AUTOFEED, STROBE được đưa ra cổng đảo trước khi đưa ra chân của cổng máy in. Thông thường tốc độ xử lý dữ liệu của các thiêt bị ngoại vi như máy in chậm hơn PC nhiều nên các đường ACK , BUSY và IQR được sử dụng cho kỹ thuật bắt tay. khởi đầu PC đặt dữ liệu BUS sau đó kích hoạt đường IQR xuống mức thấp để thông tin cho máy in biết rằng dữ liệu đã ổn định trên BUS. Khi máy in xử lý xong dữ liệu, nó sẽ trả lại tính hiệu ACK xuống mức thấp để ghi nhận PC để cho đến khi đuồng BUSY từ máy in xuống mức thấp (máy in không bận) thì sẽ đưa tiếp dữ liệu lên bus. Ưu điểm: Tín hiệu được truyền song song, việc loại suy được thực hiện dễ dàng. Tương thích TTL nên không cần module chuyển đổi. Nhược điểm: Tính hiệu truyền đi không được xa. Khó lập trình. Kết luận: Nhóm chọn cổng song song để giao tiếp với máy tính. CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY CNC 3.1.CHỌN CƠ CẤU DẪN ĐỘNG. 3.1.1.Động cơ dẫn động các trục tọa độ : 3.1.1.1.Động cơ bước (stepping motor ). Ưu điểm : Khi dùng động cơ bước không cần mạch phản hồi cho cả vi điều khiển vị trí và vận tốc . Thích hợp với các thiết bị điều khiển số. Với khả năng điều khiển số trực tiếp, động cơ bước trở thành thông dụng trong các thiết bị cơ điện tử hiện đại. Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC. Nhược điểm : Phạm vi ứng dụng là ở vùng công suất nhỏ và trung bình. Việc nghiên cứu nâng công suất động cơ bước đang là vấn đề rất được quan tâm hiện nay. Hiệu suất động cơ bước thấp hơn các loại động cơ khác. 3.1.1.2.Động cơ một chiều (DC motor). Ưu điểm: Momen xoắn lớn, giá thành rẻ. Nhược điểm: Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển lại phức tạp. Phải có mạch phản hồi thì mới nâng cao độ chính xác. 3.1.1.3.Động cơ SERVO: Ưu điểm: Momen xoắn lớn, có cả 2 loại AC và DC. Tốc độ đáp ứng nhanh, độ chính xác cao. Nhược điểm: Driver phức tạp, giá thành cao. 3.1.1.4.Kết luận : Ta chọn động cơ bước làm động cơ dẫn động các trục tọa độ với các thống số: Điện áp làm việc : 5V. Dòng điện lớn nhất : 2A. Loại động cơ lai. đơn cực, hai pha. 3.1.2.Giới thiệu về động cơ bước : 3.1.2.1.Khái niệm: Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tính hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của roto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết. 3.1.2.2.Cấu tạo: Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai động cơ: Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm sóc công suất nhỏ. 3.1.2.3.Hoạt động: Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện từ đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của roto tương ứng với tầng số chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của roto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. 3.1.2.4.Ứng dụng : Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số. Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong các ngành Tự động hóa, chúng được ứng dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác. Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển các trục của máy CNC, điều khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay… Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ở đĩa cứng, ở đĩa mềm, máy in…….. 3.1.2.5.Giới thiệu động cơ bước đơn cực : Động cơ được dùng trong đề tài này là động cơ bước đơn cực . Động cơ bước đơn cực cuốn theo sơ đồ hình. Với một đầu mối trung tâm trên các cuộn. khi dùng các đầu mối trung tâm được nối lên đầu dương của nguồn cấp, còn 2 đầu còn lại của mỗi mấu lần lượt được nối đất để đảo chiều từ trường tạo bởi nguồn đó. Mẫu 1 nằm ở cực trên và dưới của stato, còn mẫu 2 nằm ở 2 cực bên phải và bên trái động cơ. rotor là 1 nam châm vĩnh cửu với 6 cực, 3 nam và 3 bắc xếp xen kẽ trên vòng tròn . Để xử lý góc bước ở mức độ cao hơn, rotor phải có nhiều cực đối xứng hơn. Động cơ bước được dùng là động cơ nam châm vĩnh cửu với mỗi bước là 1.8 độ. Có nhiều cách điều khiển động cơ bước: điều khiển 1 bước, điều khiển nửa bước, điều khiển vi bước . Điều khiển 1 bước: Như trong hình dòng điện đi qua từ đầu tâm của mẫu 1 đến đầu a tạo ra cực Bắc trong stator trong khi đó cực còn lại của stator là cực Nam. Nếu điện ở mẫu 1 bị ngắt và kích mẫu 2, rotor sẽ quay 1,8 độ, hay 1 bước . Để động cơ quay liên tục, chúng ta chỉ cần áp điện vào 2 mẫu của động cơ theo dãy: Mẫu 1a 1000100010001000100010001 Mẫu 1a 1100110011001100110011001 Mẫu 1b 0010001000100010001000100 Mẫu 1b 0011001100110011001100110 Mẫu 2a 0100010001000100010001000 Mẫu 2a 0110011001100110011001100 Mẫu 2b 0001000100010001000100010 Mẫu 2b 1001100110011001100110011 Điều khiển nửa bước : Vị trí bước được tạo ra bởi 2 chuỗi trên không giống nhau, kết quả kết hợp 2 chuỗi trên cho phép điều khiển nữa bước, với việc dừng động cơ một cách lần lượt ở những vị trí đã nêu ở một trong hai dãy trên. Chuỗi kết hợp như sau: Mẫu 1a 11000001110000011100000111 Mẫu 1b 00011100000111000001110000 Mẫu 2a 01110000011100000111000001 Mẫu 2b 00000111000001110000011100 Bước góc của động cơ bước được được chế tạo theo bảng tiêu chuẩn sau : Step angle Steps per revolution 0.9 1.8 3.6 3.75 7.5 15.0 400 200 100 96 48 24 3.1.2.6.Vấn đề trước sự trượt bước. Trong điều khiển động cơ thì hai vấn đề cơ bản là tốc độ và độ chính xác về vị trí. Tốc độ của động cơ bước có khả năng điều khiển một cách khá chính xác thông qua lượng xung cung cấp cho động cơ. Vấn đề quan trọng đối với động cơ bước là độ chính xác về vị trí hay còn gọi là sự trượt trong quá trình hoạt động của động cơ. Sau khi thực hiện mỗi bước dịch chuyển, rotor của động cơ bước luôn có xu hướng dao động xung quanh vị trí cân bằng một thời gian. Nó cũng tương tự như sự giao động trong một hệ thống cơ học, nguyên nhân của sự dao động này là do tải trọng và do nguồn cấp điện điều chỉnh động cơ . Sự trượt này có thể được cải thiện bằng cách tăng ma sát hoặc sử dụng hệ thống dập tắt dao động cơ khí, tuy nhiên sử dụng hai phương pháp này đều làm tăng giá thành và sự phức tạp của hệ thống. Cách tốt nhất và thường được sử dụng là sử dụng là làm trễ xung cuối cùng, do đó thời gian tác động của xung cuối cùng bị giảm bớt và do đó sau khi kết thúc bước cuối cùng động cơ có thế dừng lại cột cách chính xác hơn. Mỗi xung điều khiển có thế chia làm 3 phần như chỉ ra trên hình. sử dụng phương pháp chống dao động bằng điện được thực hiện như sau: khi đến xung cuối cùng , nó sẽ được làm trễ đi một khoảng thời gian, do đó thay vì tác động từ điểm to , xung cuối cùng sẽ tác động cơ ở thời điểm t1. Do vậy thời gian tác động của xung cuối cùng sẽ giảm đi. Điều này làm giảm momen hãm cũng như giảm quán tính của động cơ, do đó vấn đề trượt bước của động cơ có thế cải thiện được. 3.1.2.7.Các thông số chủ yếu của động cơ bước: Góc quay: Động cơ quay một góc xác định ứng với mỗi xung kích thích . Góc bước càng nhỏ thì độ phân giải vị trí càng cao. Số bước s là một thông số quan trọng: X= 360oθ Tốc độ quay và tần số xung: Tốc độ quay của động cơ bước phụ thuộc vào số bước trong một giây. Đối với hầu hết các động cơ bước (tính theo phút) nên tốc độ có thể tính theo tần số xung f. Tốc độ quay của động cơ bước được tính theo công thức: n=60.fs Trong đó : n : Tốc độ quay (V/ph) f : Tần số (bước/phút) s : số bước trong một vòng quay Ngoài ra còn có các thông số quan trọng khác như độ chính xác vị trí, momen và quán tính của động cơ… 3.1.3.Tính và chọn công suất động cơ điện. Việc tính toán lựa chọn động cơ điện phụ thuộc hoàn toàn vào các yêu tố đầu vào: Momen xoắn của trục dẫn động cuối cùng Hiệu suất truyền Chế độ làm việc Loại động cơ điện sử dụng Tính momen xoắn của trục dẫn động: tùy vào đặc của mỗi cơ hệ ta tính được momen xoắn này bằng công thức Momen = lực*cánh tay đòn Hiệu suất truyền: nếu có một hệ thống giảm tốc với nhiều cặp truyền thì hiệu suất của hệ thống bằng tích của cc hiệu suất thành phần. Các hiệu suất thành phần này được lựa chọn một cách tương đối theo từng bộ truyền ví dụ như : Trục vít-bánh vít 0.6 => 0.72 , bánh răng thẳng 0.9 => 0.95, vòng bi 0.99, bạc 0.96 => 0.98…. Chế độ làm việc liên quan tới tuổi thọ của hộp giảm tốc và động cơ. Sau khi tính toán sơ bộ phải chú ý đến điều này để chọn loại động cơ hợp lí. Chọn động cơ: chọn công suất động cơ theo công thức : P=T*n/9.55810(exp6) Trong đó : T là momen xoắn trên trục động cơ( Nmm ) P là công suất động cơ ( KW ) N là số vòng ( vòng/phút ) 3.2.LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN DI CHUYỂN CỦA CÁC TRỤC 3.2.1.Phương án phôi cố định Trục Y chuyển động trên bệ máy , trục X chuyển động trên trục Y , trục Z chuyển động trên trục X : Đặc điểm : Như trên hình, để trục Y có thể trượt được trên bệ đỡ vừa nâng được các trục X và Z thì nó thường phải có kết cấu vũng chắc và có các thanh rằng ngang, để toàn bộ phần trượt Y không bị vênh. Xộc xệch khi di chuyển. Đồng thời 2 tấm đỡ 2 bên phải đủ độ dày để khi cắt vào trục trượt của bệ đỡ thì khớp trượt không bị rơ, đảm bảo trượt ổn định và không sai số. Trục X trượt trên trục Y có gắn các hệ số các thanh trượt, cơ cấu truyền động, động cơ ... tất cả các bộ phận này chuyển động cùng với trục Y. Trên trục Z có bắt các cơ cấu bắt động cơ chạy di chuyển bút vẽ. Trục Z trượt trên trục X nên trên bộ phận trượt trục X có các thanh trượt, động cơ, cơ cấu truyền động cho trục Z. Trên bệ đỡ có các thanh trượt trục Y và phôi cần gia công. 3.2.2.Phương án phôi di chuyển trên trục Y, dụng cụ gia công di chuyển theo trục X và Z. Đặc điểm: Phần cố định bao gồm khung máy ( hay bệ đỡ), các trục trượt, động cơ và cơ cấu truyền động của trục X và trục Y gắn cố định và khung máy. Trục X và trục Y đều trượt trên các thanh trượt gắn cố định ở khung, trục Z trượt trên trục X, nên trên trục X có gắn các thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động của trục Z. 3.2.3.Phương án trục Z cố định, phôi di chuyển Đặc điểm Trục X di chuyển trên bệ máy, trục Y di chuyển trên trục X, trục Z cố định 3.2.4.Kết luận: Với mục đích sử dụng mô hình thí ngiệm, giảng dạy nên nhóm chọn phương án trục Z cố định phôi di chuyển. 3.3.LỰA CHỌN CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG Có 2 phương án chính là dung vit me đai ốc và dùng đai 3.3.1.Vít me đai ốc 3.3.1.1 Vít me đai ốc thường Vít me được gắn đồng trục với động cơ, khi động cơ quay, vít me quay, động cơ và vít me gắn cố định, làm cho đai ốc sẽ di chuyển dọc theo trục vít me. Đai ốc thì được gắn chặt vào bộ phận cần chuyển động ( trục X, Y, Z). Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của trục vit, một vòng quay của động cơ sẽ làm đai ốc di chuyển một đoạn bằng bước ren của trục vít, vì vậy tốc độ di chuyển của bộ phận trượt ở phương án này là chậm và có độ chính xác khi chuyển động không cao vì có độ rơ của đai ốc. Dùng động cơ bước có bước góc càng nhỏ và trục ren có bước ren càng nhỏ thì độ chính xác di chuyển càng cao. Một số ưu điểm khác là tạo ra lực đẩy lớn khi gia công mẫu vật. Phương án này được dùng trong các máy CNC công nghiệp, gia công các loại vật lệu cứng, kích thước lớn … 3.3.1.2.Vít me đai ốc bi. Đây là dạng vít me đai ốc thay vì ma sát trượt thong thường tiếp xúc giữa vit me và đai ốc thong qua các viên bi, được chuyển thành ma sát lăn. Điều này đem đến một ưu điểm: chỉ cần một lực quay rất nhỏ đã có thể làm cho đai ốc chuyển động. Độ chính xác di chuyển cao do không có độ rơ giữa vitme và đai ốc. Trên đây là kết cấu của bộ truyền vít me đai ốc bi. Tuy có kết cấu đa dạng nhưng các thành phần chủ yếu của bộ truyền bao gồm: vít me; đai ốc ; các viên bi; và rãnh hồi bi . Vấn đề quan tâm trong bộ truyền vit me – đai ốc bi đó là dạng profin răng vit me và đai ốc. profin răng vít me dạng chữ nhật và hình thang là chế tạo đơn giản hơn cả nhưng khả năng chịu tải kém. Để tăng khả năng chịu tải, người ta tăng bề mặt làm việc bằng cách chế tạo profin dạng tròn. Một vấn đề cũng rất quan trọng trong kết cấu của bộ truyền đó là kết cấu của rãnh hồi bi; rãnh hồi bi có thể là dạng ống, hoặc là dạng theo lỗ khoan trong đai ốc hoặc là dạng rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp. Rãnh hồi bi dạng ống có nhược điểm là tăng kích thước bộ chuyền, độ bền mòn của đầu ống thấp, kẹp chặt ống có độ tin cậy không cao. Rãnh hồi bi theo lỗ khoan trên đai ốc có ưu điểm là kết cấu gọn và tính công nghệ tốt song khả năng tách thành nhiều nhóm hồi bị khó khăn. Rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp: là dạng hồi bi được dung nhiều hơn cả, có kích thước gọn nhất, không bị mòm nhanh, độ tin cậy cao và chiều dài rãnh hồi bi lớn 3.3.1.3Phương án dùng đai. Hai đầu của đai được dặt vừa vào hai puli có cùng kích thước răng với đai. Một cái bắt chặt vào trục động cơ, còn cái còn lại bắt vào trục quay tự do ở phía dọc theo chiều của trục được dẫn động. Một phần của đai được gắn chặt với bộ phận của phần trượt. khi động cơ quay, toàn bộ đai dịch chuyển và kéo theo các bộ phận đó di chuyển. Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ động cơ và đường kính của puli. một vòng của trục động cơ sẽ làm bộ phận trượt di chuyển một đoạn bằng với chu vi của puli (thường là 20 – 30 mmm). Rõ ràng phương án này có tốc độ di chuyển nhanh hơn rất nhiều. Nhưng đổi lại, độ chính xác di chuyển sẽ thấp có thể những sai lệch khi gia công. Và lực đẩy nhỏ nên khi gặp tải lớn sẽ bị trượt bước hoắc dãn đai kết luận. Chọn phương án phôi cố định dung vít me đai ốc bi làm cơ cấu chuyển động. nhóm quyết định chọn phương án này vì thiết kế cơ khí đơn giản. Đảm bảo được các yêu cầu một máy CNC ở mức độ mô hình ứng dụng học tập. sử dụng vít me bi làm cho các trục di chuyển dễ dàng hơn. CHƯƠNG IV: LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 4.1.L297 L297 là ic điểu khiển động cơ bước thường dùng trong các ứng dụng điều khiển điện tử. nó có chức năng tạo ra 4 pha tín hiệu điều khiển tương ứng với 2 pha của động cơ bước lưỡng cực hoặc 4 pha của động cơ bước đơn cực, normal and wave drive mode và tích hợp cả mạch PWM để điều chỉnh dòng điện cuộn dây trong motơ. Với ic này, để điều khiển động cơ, ta chỉ cần tín hiệu xung clock, tín hiệu logic cho chiều quay, chế độ. IC này giúp giảm việc tạo các phase điều khiển (trước đây tạo bằng các chip vi xử lý) nên chương trình điều khiển động cơ rất gọn. Hoạt động: IC L297 được chế tạo để dùng với mạch cầu đôi (IC tích hợp hoặc linh kiện rời ) trong các ứng dụng điều khiển động cơ bước thông dụng. các tín hiệu vào là xung clock bước, tín hiệu chiều quay (quay thuận, quay nghịch) chế độ quay (đủ bước /nửa bước) và xuất tín hiệu ra điều khiển phần công xuất. Nguyên lý hoạt động của L297 thực chất là bộ chuyển tín hiệu điều khiển logic đơn giản thành chuỗi điều khiển tín hiệu điều khiển các phase động cơ phù hợp. L297 có tích hợp mạch chopper PWM giúp ổn định dòng tải trong cuộn dây động cơ. IC L297 có thể tạo ra 3 chuỗi xung điều khiển tùy theo tín hiệu ở chân HALF/FULL. Nhà sản xuất gọi 3 chế độ này là bình thường , sóng và chế độ nửa bước. Khi dùng L297 điều khiển động cơ lưỡng cực, hai tín hiệu này tác động lên phase điều khiển. 4.2.L298 L298 là 1 cầu H đôi có thể hoạt động ở điện áp cao, dòng cao. Điện áp max 48V. Dòng tối đa 4A Có chức năng bảo vệ quá nhiệt. Thường được dùng để điều khiển 2 động cơ DC hoặc 1 động cơ bước 2 pha. 4.3.PIC 16F877 PIC 16F877A là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay có những đặc điểm: - 8 K Flash ROM. - 368 Bytes RAM. - 256 Bytes EEPROM. - 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập. - 2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2). - Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài. - 2 bô CCP( Capture / Compare/ PWM). - 1 bộ biến đổi AD 10 bits, 8 ngõ vào. - 2 bộ so sánh tương tự (Compartor). - 1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer). - Một cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển. - Một cổng nối tiếp. - 15 nguồn ngắt. - Có chế độ tiết kiệm năng lượng. - Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP(In-Circuit Serial Programming) - Được chế tạo bằng công nghệ CMOS - 35 tập lệnh có độ dài 14 bits. - Tần số hoạt động tối đa 20MHz. 4.4.IC 74HC541 IC 74HC541 có chức năng đệm tín hiệu tần số cao một chiều CHƯƠNG V: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HAI CHẾ ĐỘ: MACH3 CNC VÀ ENCODER 5.1.Nhiệm vụ thiết kế Nhiệm vụ cần thực hiện là thiết kế một mạch có thể nhận tính hiệu từ cổng LPT và PIC để điều khiển động cơ bước Yêu cầu đặt ra là Thiết kế mạch giao tiếp với máy tính Thiết kế mạch công suất cho các động cơ bước Lập trình cho PIC đếm xung encoder điều khiển 3 trục của bàn máy (1 xung di chuyển 1mm hoặc 1 xung 0,1mm). Hiển thị lên LCD quãng đường đã di chuyển. Mạch giao tiếp giữa LPT và PIC với mạch công suất Sơ đồ nguyên lý L297-L298 Sơ đồ nút nhấn 5.2.Sơ đồ khối của đề tài Máy tính (PC) Tính toán dữ liệu điều khiển Trục Y Trục X Trục Z Vi điều khiển PIC Nhận tín hiệu từ nút nhấn và tính toán xung encoder để điều khiển mạch công suất Mạch giao tiếp Nhận dữ liệu từ máy tính và điều khiển mạch công suất Mạch công suất Điều khiển các đông cơ bước CHƯƠNG VI: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 6.1.GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MACH3 6.1.1.Tính năng cơ bản và chức năng cung cấp bởi Mach3: * Chuyển đổi một PC tiêu chuẩn thành một máy CNC đầy đủ tính năng, 6 trục điều khiển CNC * Cho phép trực tiếp nhập khẩu DXF, BMP, JPG, và các file HPGL qua LazyCam * Visual Gcode hiển thị * Tạo ra Gcode qua LazyCam hoặc Wizards * Hoàn toàn tùy chỉnh giao diện * Tùy biến M-code và Macros bằng cách sử dụng VBScript 6.1.2.Vấn đề cần giải quyết khi áp dụng vào thực tế : I/O hạn chế ( Nếu dng cng lc 2 cổng LTP thì giải quyết được phần nào) => dùng cho một hệ thống lớn cần nhiều tín hiệu I/O thì phải dùng kỹ thuật ModBus ( Ở nước ngoài thì có bán những Card này) Dùng tín hiệu Step/Dir chỉ thích hợp với hệ thống dùng Step Motor, còn những hệ thống dùng servo thì phải qua card chuyễn đổi Step/Dir sang tín hiệu Analog 0-10v hoặc -10V, +10v nhằm tương thích với các driver servo. Mach3 điều khiển theo dạng vòng hở nên khi ứng dụng trong các hệ thống đòi hỏi độ chính xác cao thì lại phải thiết kế theo dạng vòng kín. Ưu điểm của Mach3 là chức năng của nó đa dạng, giao diện đẹp và dễ sử dụng.Mô phỏng quá trình làm việc rất rõ ràng. Khai báo các thông số của hệ thống dễ dàng.Lập trình theo hướng mở rộng liên kết với các Script VB. Tùy quan niệm từng người, riêng nhóm thấy Mach3 có lợi thế tiết kiệm được chi phí đáng kể (Nếu giải quyết được 3 vấn đề trên thì Mach3 là l lựa chọn tốt cho các dạng CNC tự chế, lên đời máy CNC) 6.2.CÁCH XÁC LẬP THÔNG SỐ TRONG PHẦN MỀM MACH3 6.2.1.Xác lập các chân vào ra của cổng máy in cho phù hợp với mạch điều khiển. Vô config/port and pin Khi đó trên màn hình sẽ xuất hiện Tab port setup and axis seletion: để lựa chọn cổng điều khiển của máy tính, trong trường hợp điều khiển bằng cổng DB25 thì sẽ là port 1. Ta xác lập như trong hình sau đó lựa chọn apply để chuyển sang tab bên cạnh. Tab motor outputs: để xác lập các chân đầu ra của máy tính ở cổng DB25. Các chân đầu ra này sẽ là các tín hiệu cấp cho mạch giao tiếp và xuống mạch động cơ để điều khiển các trục động cơ. Ta cũng xác lập giống trong hình. Hàng đầu tiên là xác lập các thông số cho trục X: Click 1 lần vào cột Enabled của trục X thì sẽ thay đổi trạng thái dấu phẩy xanh thành dấu nhân đỏ. Dấu phẩy xanh chính là lựa chọn để cho trục X làm việc. Còn dấu nhân đỏ là khong cho trục X làm việc. Cột thứ 2 (step pin#) là chân điều khiển xung cấp cho trục X. Theo mạch thiết kế thì chân này là chân số 2, nếu mạch thiết kế khác thì chỉ cần click vào đó rồi thay đổi số là được. Cột thứ 3(dir pin#) là chân điều khiển cho mạch động cơ đảo chiều, muốn thay đổi thứ tự chân cũng click vào đó và gõ một chân khác vào. Cột thứ 4 (dir lowactive): cột này để xác định chiều + hoặc – của các trục theo mong muốn. Khi click lựa chọn trục này thì lúc đó chiều quay của động cơ sẽ thay đổi khi ta điều khiển cho máy chạy theo chiều + hay – của trục tọa độ. Ban đầu thử ta xác lập giống trong hình vẽ rồi tí nữa cho động cơ chạy thử theo chiều + xem động cơ quay theo chiều nào, sau đó lại vào xác lập lại rồi tiếp tục cho động cơ chạy theo chiều +, ta sẽ thấy động cơ chạy theo chiều ngược lại. Như vậy chân này rất quan trọng để khi lắp động cơ vào máy ta sẽ chọn được chiều phù hợp cho trục X và trục Y. Cột thứ 5 (Step lowactive): cột này để xác định trạng thái tác động của chân cấp xung cho mạch điều khiển. Nếu xung điều khiển step là xung âm thì lựa chọn dấu phẩy, còn xung + thì lựa chọn dấu nhân. Cột thứ 6 (step port): cột này để xác lập xem chân điều khiển step thuộc port nào. Vì ta điều khiển bằng cổng máy in DB25 nên kí hiệu của nó là port 1. Ban đầu phần mềm sẽ để chế độ mặc định là 0, ta click vào đó rồi gõ số 1 vào ô rồi enter. Cột thứ 7 (dir port): cũng tương tự như cột step port. Chân này cũng điều khển từ port 1. Các hàng của trục Y, Z cũng làm tương tự trục X theo hình vẽ. Vì máy chỉ có 3 trục nên chỉ xác lập 3 trục. Nếu có nhiều trục thì ở cột đầu ta chọn thêm các trục A, B, C rồi làm tương tự như trục X. Hàng cuối cùng (spindle): là hàng xác lập chân điều khiển spindle có nhiều chế độ để điều khiển spindle (điều khiển PWM, điều khiển bằng động cơ bước, và điều khiển đóng mở relay). Trong mạch giao tiếp sử dụng phương pháp đóng mở relay nên hàng spindle này không cần xác lập gì cả. Sau khi xác lập hết thông số trong tab này thì click apply để save lại. Lưu ý nếu ta không click apply mà chuyển ngay sang tab khác thì các thong số vừa rồi sẽ không được lưu lại mà sẽ quay về trạng thái trước xác lập. Tab motor input: để xác lập các tín hiệu đầu vào cho máy tính, khi máy tính nhận được các tín hiệu từ bên ngoài vào lúc đó phần mềm sẽ phân tích và xử lý xem đó là gì sau đó sẽ xuất tín hiệu để điều khiển. phần mềm mach là một phần mềm mạnh có nhiều chế độ điều khiển và có khả năng điều khiển bằng nhiều cổng nên sẽ có rất nhiều tín hiệu đầu vào điều khiển. nhưng máy 3 trục là máy đơn giản với lại điều khiển bằng port DB25 có số chân đầu vào hạn chế nên ta chỉ điều khiển vài tín hiệu cơ bản thôi. Trong mạch của nhóm có 4 tín hiệu đầu vào. Đó là tín hiệu X limit, Y limit, Z limit, Estop để dừng máy khẩn cấp khi gặp sự cố. Trên mạch giao tiếp sẽ mắc vào jack này một nút bấm thường mở, khi bấm nút bấm đó thì chương trình đang chạy sẽ dùng lại đột ngột. Còn tín hiệu X limit, Y limit, Z limit là các tín hiệu dừng máy khi chạy quá giới hạn các trục, ta xác lập thông số của estop như hình vẽ. Tab output signals: để xác định các tín hiệu điều khiển. Trong tab này có thể điều khiển spindle, điều khiển động cơ bơm dung dịch làm mát … Trong tab này ta chỉ quan tâm đến tín hiệu Enable 1, enable 2, enable là 3 tín hiệu điều khiển cho phép và không cho phép mạch động cơ hoạt động. tín hiệu này sẽ giúp cho động cơ bước được nghỉ trong trường hợp ta dừng máy hoặc khi chưa tắt nguồn điện. và một tín hiệu output #2 để dùng điểu khiển relay spindle. Như đã nói phần mềm mach có thể điều khiển được rất nhiều chân nhưng vì máy 3 trục đơn giản và do hạn chế bởi cổng DB25 nên ta chỉ sử dụng điều khiển những tín hiệu cơ bản. Ta xác lập giống như hình sau Tab encoder/ MPG’s: tab này để xác lập các thong số khi ta dùng bộ điều khiển DC servo nên trong trường hợp này ta không quan tâm đến nó. Tab spindle setup: dùng để xác định các thông số và phương pháp điều khiển spindle. Như đã nói trong bộ điều khiển này ta sẽ điều khiển tín hiệu relay của spindle. Trong tab này ta quan tâm mục relay control ta lựa chọn giống trong hình. Với tín hiệu điều khiển relay là tín hiệu output #2 như đã xác lập trong tab output signal là chân 17. Tín hiệu này chỉ có chức năng bật spindle khi chạy chương trình và tắt hết chương trình. Spindle sẽ được nối tiếp vào điểm relay. 6.2.2.Xác lập đơn vị đo của motor tuning: Sau đó xuất hiệ một cảnh báo, ta chọ OK Chọn đơn vị mm rồi OK 6.2.3.Xác lập thông số cho các trục. Ta vào config/motor tuning khi đó sẽ xuất hiện bảng như sau: Góc bên phải là mục axis selection: để trọn lựa các trục. góc dưới bên trái là các thông số cần xác lập cho các trục. biểu đồ thể hiện các thông số đã xác lập theo dạng biểu đồ. Đầu tiên lựa chọn trục X trong axis selection và xác lập số theo hình Step per: là thông số xác định số xung cần điều khiển khi máy di chuyển một đơn vị (mm). trong ô này ta phải tính toán ra số dựa vào động cơ bước và bước tiến của vitme. Động cơ bước chạy chế độ nửa bước 0.9o/ bước, có nghĩa là để quay được một vòng thì động cơ phải quay 360/0.9 = 400 bước và tương đương với 400 xung điều khiển. Mặt khác ta dùng vitme bước 20mm, như vậy tương ứng với 200 xung điều khiển thì trục X tiến được 20mm. từ đó suy ra số xung điều khiển để trục X tiến được 1mm là 400/20 = 20 xung. Velocity … : là vận tốc của trục X: vận tốc tính bằng mm/s. trong trường hợp này ta để vận tốc 2000mm/s. Accleration: là gia tốc của trục X, tức là độ tăng tốc độ để trục X đạt được tốc độ lớn nhất bằng tốc độ xác lập trong velocity. Còn mục step pulse và dir pulse thì chưa tìm hiểu được. Sau khi điền các thông số cần thiết ta click save axis setting để lưu lại. chú ý nếu ta không click vào biểu tượng này mà ta đã chuyển sang trục khác thì các thông số vừa rồi sẽ không được lưu lại mà quay về trạng thái ban đầu. Tiếp đến trong axis selection ta chọn trục Y để cài đặt cho trục Y và trục Z để cài đặt cho trục Z. các thông số cài đặt tương tự trục X. trong trường hợp ta sử dụng động cơ bước với số bước khác nhau thì ta sẽ tính toán toán cho từng trục một và điền vào ô steps per. Trong phần mêm Mach có hỗ trợ các phím điều khiển bằng tay trên bàn phím. Đó là các phím mũi tên sang trái sang phải (trục X), mũi tên lên xuống (trục Y), và phím Page up và page Down (trục Z). Trước tiên ta click vào nút reset sao cho biểu tượng màu phía trên của nó chuyển sang màu xanh. Sau đó nhấn giữ phím mũi tên lên trên bàn phím máy tính, lúc đó trên vùng hiển thị và điều khiển tọa độ ta thấy giá trị của trục X bắt đầu tăng lên. Đồng thời động cơ cũng quay. Như vậy là trục X đã chạy. Tiếp tục dung phím mũi tên sang trái, phải và Page up, Page Down để điều khiển trục Y, Z 6.2.4.Các nút cơ bản và thông dụng trên giao diện của Mach 3. Cycle Start : là nút bắt đầu chạy chương trình. Khi click vào nút này máy bắt đầu chạy chương trình. Feed Hold (SPC): là nút tạm dung chương trình. Khi muốn nghỉ một lúc hay muốn dung máy tạm thời ta click vào nút này lập tức chương trình sẽ dừng lại. và muốn máy chạy tiếp thì click vào nút Cycle Start. lúc này chương trình sẽ chạy nối tiếp lệnh dang dở. Stop : là nút dừng chương trình. Lựa chọn này sẽ làm cho chương trình dừng lại, giống nút giữ lại nhưng nếu ta lại cho chương trình chạy tiếp bằng cách click vào Cycle Start thì chương trình sẽ bỏ đi đoạn dòng lệnh đang chạy dở để đến dòng tiếp theo. Như vậy có sự sai lệch. Khi dừng bằng nút này thì không chạy lại được. Cycle Start: là nút khỏi động điều khiển và ngừng điều khiển. khi nút Cycle Start được chọn thì ta mới bắt đầu điều khiển được. Đồng thời mạch động cơ bắt đầu hoạt động. Các nút Zero X, Zero Y, Zero Z, để đưa tọa độ máy về gốc 0,0,0. Các ô bên cạnh để hiển thị đầu dao khi di chuyển. Các ô Scale tương ứng với các trục để ta xác định tỉ lệ chạy. Ban đầu nếu chạy đúng tỉ lệ thì máy sẽ mặc định là tỉ lệ lên 1. Nếu muốn chạy tỉ lệ lớn hơn thì ta click vào đó sau đó gõ tỉ lệ khác rồi Enter. Lúc đó tỉ lệ sẽ thay đổi. Nút Edit G-code: để sửa mã G-code. Recent File: mở những file G-code đã chạy gần đây. Load G-code để mở file Gcode. Set next line: lực chọn dòng lệnh thứ ? trong file G-code. Ta gõ dòng cần chạy và enter. Run from here: bắt đầu chạy máy từ dòng thứ ? mà ta chọn set next line. Rewind Ctrl W: để quay về dòng lênh đầu tiên của file gcode. Dùng trong trường hợp nếu ta đang chạy dở mà muốn quay lại từ đầu. Singal BLK Alt N: lựa chọn này sẽ điều khiển cho máy chạy từng dòng G-code một. khi lựa chọn chức năng này thì biểu tượng màu bên cạnh sẽ chuyển dần sang màu vàng. Lúc đó ứng với mỗi lần click vào Cycle Start máy chỉ chạy hết dòng code hiện tại rồi dừng lại. muốn chạy tiếp thì ta phải Cycle Start. còn khi ta không lựa chọn chức năng này thì máy sẽ chạy các dòng G-code từ trên xuống dưới một cách liên tục. Reverse Run: chức năng chạy ngược mã G-code khi ta tạm dừng chương trình. Khi đó máy sẽ chạy ngược lại. Offline: chạy mô phỏng, không truyền tín hiệu điều khiển xuống driver động cơ. Ref All Home: set góc tọa độ. Khi nhấn nút này, máy sẽ set vị trí hiện tại của dao là góc tọa độ (0,0,0). Goto Z: đưa dao về góc tọa độ. Máy sẽ đưa trục X và Y ở vị trí bất kì về góc tọa độ trước, Z sau. Khung Feed Rate để chỉnh tốc độ ăn phôi. 6.3.CÁC CHỨC NĂNG CỦA PHẦN MỀM MACH3 6.3.1.Chạy một file Gcode Trước tiên ta bấm vào nút RESET trên MACH3 để nó chuyển sang màu xanh rồi dùng các phím mũi tên, PageUp, PageDown để đưa dao về gốc tọa độ của phôi, sau đó nhấn nút Ref All Home để set gốc tọa độ cho máy. Nhập file G-code bằng cách nhấn vào nút load G-code, tìm file G-code cần chạy, click chọn rồi Open. Click Cycle Start để bắt đầu gia công. 6.3.2.Nhập một đoạn G-code bằng tay Để thực hiện chức năng này ta chaon chế độ MDI. Sau đó ta nhập đoạn G-code vào ô Input. Nhấn Enter thì máy sẽ chạy đoạn G-code đó. 6.4.THIếT KẾ MẪU TỪ FILE CAD (*.DXF, *.DWG) XUẤT RA FILE G-CODE BẰNG PHẦN MỀM ARTCAM Để load file CAD đã vẽ, ta vào file->open, chọn “AutoCAD file (*.dxf, *.dwg)” ở ô file of type. Chọn file cần mở rồi click open. Thiết kế độ cao, độ sâu của từng vùng bằng cách click chọn vùng đó rồi vào tab Model-> Shape Editor. Chọn kiểu phẳng, nhọn hay cầu rồi nhập độ cao, sâu cần thiết kế, sau đó bấm Add>>Apply>>Close. Kết quả sau khi thiết kế: Lập trình xuất file G-code Bấm toolpaths Chọn “Machine Relief” (nút được khoanh đỏ). Chọn selected vector, rồi bấm vào đường bao của mẫu thiết kế. Sau đó chọn dao (bấm select). Xác lập kích thước phôi (setup materal), đặt tên cho toolpath và cho phần mềm tính toán (bấm Now). Lưu toolpath thành file G-code Vào toolpaths trên menubar->save toolpath… Chọn toolpath muốn save, bấm mũi tên để chuyển qua khung bên phải, chọn kiểu file là *.nc, bấm save, phần mềm sẽ hỏi nơi lưu và tên file muốn lưu, ta chọn theo ý muốn và save lại. Chương VII: KẾT LUẬN 7.1.Kết quả đạt được: Đã chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh phần cơ khí của bàn máy CNC. Các chuyển động tịnh tiến theo phương X, Y, Z dùng bộ truyền vitme-thanh trượt bi, kết cấu máy gọn phù hợp với mô hình thí nghiệm, học tập và giảng dạy. Thiết kế, chế tạo các board mạch điệp tử giao tiếp với máy tính và các Driver điều khiển động cơ bước. Ứng dụng được các phần mềm CAD-CAM để thiết kế và xuất file G-code. Sử dụng phần mềm Mach3 đọc file G-code để điều khiển bàn máy CNC gia công ra sản phẩm đã thiết kế. Lập trình cho PIC đếm encoder, tính toán xuất xung điều khiển 3 trục của bàn máy. 7.2.Kết quả chưa đạt được: Do vấn đề thời gian và những khó khăn trong lúc thi công đã dẫn đến một số ý tưởng chưa được hoàn thành. Đó là điều khiển chiều quay của động cơ bước thông qua chiều của encoder, nhập tọa độ dao thông qua bàn phím ma trận trong chế độ điều khiển bằng tay, mong rằng sẽ được các khóa sau sẽ phát triển lên. 7.3.Hướng phát triển của đề tài: Thay động cơ bước bằng động cơ AC servo để sai số ít hơn, đạt được độ chính xác gia công cao hơn vì động cơ servo điều kiển theo dạng vòng kín có tín hiệu phản hồi từ encoder. Cải tiến chế độ điều khiển bằng tay như thêm phím ma trận nhập tọa độ, điều khiển chiều của các trục bằng chiều quay của encoder. TÀI LIỆU THAM KHẢO www.thegioicnc.com www.diendandientu.com www.cnczone.com www.otocoup.com

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docxbao_cao_do_an_tot_nghiep_2442.docx