Vít me được gắn đồng trục với động cơ.Khi động cơ quay, vít me quay. Động
cơ và vít me được gắn cố định,làm cho đai ốc sẽ di chuyển dọc theo trục vít me. Đai
ốc được gắn chặt vào bộ phận cần chuyển động (trục x,y).Từ đó làm cho bộ phận đó
chuyển động so với hệ thống thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động.
Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của trục vít,một
vòng quay của trục động cơ sẽ làm đai ốc di chuyển một đoạn bằng bước ren của
trục vít.Vì vậy tốc độ di chuyển nhanh nhưng lại có độ chính xác khi di chuyển
không cao.Tạo lực đẩy nhỏ khi gia công vật mẫu. Phương án này thường được dùng
trong các máy CNC công nghiệp.
52 trang |
Chia sẻ: lylyngoc | Lượt xem: 4580 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Thiết kế - Thi công - điều khiển bàn máy CNC 2 trục, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
CĐKT Cao Thắng và đặc biệt là thầy cô của bộ môn cơ điện tử đã giảng dạy chúng
em trong suốt thời gian học tập cũng như hỗ trợ chúng em rất nhiều trong việc thực
hiện đề tài này.
Thời gian học tập tại trường là những kinh nghiệm, là hành trang quý báu giúp
chúng em tự tin hơn, vững bước hơn trong công việc sau này. Một lần nữa, em xin
chân thành cám ơn thầy Vương, các thầy cô trong trường, chúc các thầy cô luôn dồi
dào sức khỏe, thành công trong cuộc sống và đào tạo nên những sinh viên giỏi giúp
ích cho xã hội. Và xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình và người thân
đã hỗ trợ tất cả mọi điều kiện để đề tài hoàn thành tốt đẹp.
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 4
GVHD: Đỗ Đức Vương
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
���
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Giáo viên hướng dẫn
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 5
GVHD: Đỗ Đức Vương
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
���
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 6
GVHD: Đỗ Đức Vương
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN
���
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 7
GVHD: Đỗ Đức Vương
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................ 2
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................. 3
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN........................................................ 4
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN........................................................... 5
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN........................................................6
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU BÀN MÁY CNC 2 TRỤC..............................................9
1. Tổng quan về bàn máy CNC 2 trục:.................................................................... 9
2. Các công việc cần phải thực hiện:..................................................................... 11
3. Dự đoán những khó khăn:..................................................................................12
4. Hướng giải quyết:.............................................................................................. 12
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG............................................................... 13
I. Thiết kế cơ khí :..................................................................................................13
1. Chọn vít me:................................................................................................... 13
2. Chọn phương án di chuyển trên các trục tọa độ:............................................15
3. Động cơ DC servo:.........................................................................................16
II. Thiết kế phần cứng:...........................................................................................20
1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống:......................................................................... 20
2. Phân tích chức năng........................................................................................20
3. Thiết kế mạch điện tử:....................................................................................21
III. Thuật Toán Nội Suy Theo Phương Pháp DDA .............................................. 33
1. Nội suy đường thẳng:..................................................................................... 33
2. Nội suy đường tròn:........................................................................................39
IV. Giao Tiếp Máy Tính:....................................................................................... 43
1. Cách ghép nối PIC16F877A với RS232:....................................................... 43
2. Cách thức thiết lập giao tiếp RS232 trong CCS:............................................43
3. Các đặc tính của MSComm:...........................................................................43
4. Truyền nhận dữ liệu:...................................................................................... 44
5. Giao diện điều khiển:......................................................................................45
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 8
GVHD: Đỗ Đức Vương
V. Giải thuật điều khiển:........................................................................................46
1. Lưu đồ giải thuật chuyển động:......................................................................46
2. Lưu đồ giải thuật giao tiếp:............................................................................ 47
Chương III :KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...............................................48
I. Kết quả đạt được:................................................................................................48
II. Kết quả chưa đạt được :.................................................................................... 48
III. Hướng phát triển :............................................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................49
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 9
GVHD: Đỗ Đức Vương
CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU BÀN MÁY CNC 2 TRỤC
1. Tổng quan về bàn máy CNC 2 trục:
a. Giới thiệu:
Đời sống ngày càng phát triển đòi hỏi cao về chất lượng sản phẩm, tốc độ sản
xuất, độ chính xác,…Do đó, vấn đề tự động hóa được đặt ra để đáp ứng nhu cầu
đó.Một trong số những sản phẩm của tự động đó là máy CNC. Sự ra đời của bàn
máy CNC đáp ứng cho nhu cầu sản xuất tự động đạt độ chính xác cao về hình dáng
kích thước của sản phẩm.Do đó nhóm quyết chọn đề tài” Điều khiển bàn máy CNC
2 trục”.
Đề tài “Điều khiển bàn máy CNC 2 trục” nhằm góp phần tự động hóa quá
trình sản xuất. Khi hoạt động, toàn bộ quy trình công nghệ, các thông số trong dây
chuyền sản xuất đòi hỏi phải cần độ chính xác cao về vị trí cũng như đáp ứng về
thời gian. Để đáp ứng được yêu cầu này thì động cơ DC servo kết hợp với bộ điều
khiển PID là lựa chọn phù hợp nhất. Bộ điều khiển trung tâm PID dùng bộ xử lý
điều khiển vị trí LM629 giao tiếp với vi điều khiển PIC 16F877A. Kết hợp với khả
năng tính toán nội suy và xử lý mạnh của máy tính, bộ điều khiển có thể chuyển
động của động cơ với vị trí chính xác và đáp ứng với vận tốc với độ tin cậy cao.
b. Lịch sử hình thành
Thiết kế máy CNC hiện đại bắt nguồn từ tác phẩm của John T.Parson cuối
những năm 1940 và đầu những năm 1950.Sau thế chiến thứ 2, Parson tham gia sản
xuất các máy bay trực thăng, một công việc đòi hỏi phải gia công chính xác các
hình dạng phức tạp.Parson sớm nhận ra rằng bằng cách sử dụng máy tính IBM thời
kỳ đầu,ông đã tạo ra những thanh dẫn đường mức chính xác hơn nhiều khi sử các
phép tính bằng tay và sơ đồ.Dựa trên kinh nghiệm này, ông đã giành được hợp đồng
phát triển một máy cắt mức tự động cho Không Quân để tạo mặt cong cho cánh
máy bay. Sử dụng một đầu đọc thẻ máy tính và các bộ điều khiển trợ động (servo
motor ) chính xác,chiếc máy được chế tạo cực kỳ lớn, phức tạp và đắt đỏ.Mặc dù
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 10
GVHD: Đỗ Đức Vương
vậy, nó làm việc một cách tự động và sản xuất các mặt cong với độ chính xác cao
đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp máy bay.
Bộ điều khiển giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy .Ví dụ như
một số máy nhân viên lập trình có thể đơn giản chỉ cần nhập dữ liệu về vị trí đường
kính và chiều sâu của một chi tiết và máy tính sẽ lựa chọn phương pháp gia công tốt
nhất để sản xuất chi tiết dưới dạng phôi. Thiết bị mới nhất có thể chọn một mẫu kỹ
thuật được tạo ra từ máy tính, tính toán tốc độ dao cụ, đường vận chuyển vào máy
và sản xuất chi tiết mà không cần bản vẽ hay một chương trình.
c. Ứng dụng:
Tùy theo mục đích sử dụng mà bàn máy có những công dụng khác nhau:Máy
khoan, Máy phay, Máy tiện, Máy cắt,....
Hình 1:Mô hình máy phay
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 11
GVHD: Đỗ Đức Vương
d. Ưu điểm:
- Sản phẩm sản xuất không phụ thuộc vào tay nghề người công nhân mà phụ
thuộc vào chương trình điều khiển được đưa vào máy tính.
- Độ chính xác làm việc cao.
- Chất lượng gia công ổn định, độ chính xác lặp lại cao.
- Tốc độ cắt cao nhờ vào cơ khí vững chắc của máy, vật liệu làm dụng cụ cắt
hiện đại như : hợp kim, gốm oxit,...
- Thời gian gia công ngắn.
- Ít phải dừng máy để kiểm tra kỹ thuật.
- Có thể gia công hàng loạt.
e. Nhược điểm:
- Giá thành chế tạo và sửa chửa cao.
- Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khăn hơn.
2. Các công việc cần phải thực hiện:
-Thiết kế cơ khí cho bàn máy.
-Thiết kế mạch điện tử để điều khiển động cơ.
-Nghiên cứu thuật toán PID trong động DC servo.
-Tìm hiểu encoder trong việc điều khiển tốc độ động cơ DC servo.
-Nghiên cứu thuật toán nội suy đường thẳng trong điều khiển động cơ.
-Thiết kế bộ điều khiển động cơ dùng vi điều khiển PIC 16f877A.
-Tìm hiểu về giao tiếp máy tính dùng cổng com.
-Giao tiếp máy tính bằng ngôn ngữ visual Basic.
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 12
GVHD: Đỗ Đức Vương
3. Dự đoán những khó khăn:
- Kinh phí mua dụng cụ, linh kiện, vật liệu cơ khí,....
- Thuật toán PID còn khá mới mẻ.
- Để điều khiển chính xác và tốc độ cao cần phải tìm động cơ tốt,số xung cao,...
- Nghiên cứu thuật toán nội suy.
- Tìm hiểu vể IC LM629, LMD18200.
4. Hướng giải quyết:
-Cố gắng tận dụng những linh kiện, vật liệu sẵn có.
-Nghiên cứu, tìm hiểu, tìm kiếm tài liệu IC LM629, LMD18200, thuật toán
nội suy, PID qua sách báo,internet, thầy cô, bạn bè,....
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 13
GVHD: Đỗ Đức Vương
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
I.Thiết kế cơ khí :
1.Chọn vít me:
Phương án 1:Dùng vít me đai thường và gắn đồng trục với động cơ.
Vít me được gắn đồng trục với động cơ.Khi động cơ quay, vít me quay. Động
cơ và vít me được gắn cố định,làm cho đai ốc sẽ di chuyển dọc theo trục vít me. Đai
ốc được gắn chặt vào bộ phận cần chuyển động (trục x,y).Từ đó làm cho bộ phận đó
chuyển động so với hệ thống thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động.
Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của trục vít,một
vòng quay của trục động cơ sẽ làm đai ốc di chuyển một đoạn bằng bước ren của
trục vít.Vì vậy tốc độ di chuyển nhanh nhưng lại có độ chính xác khi di chuyển
không cao.Tạo lực đẩy nhỏ khi gia công vật mẫu. Phương án này thường được dùng
trong các máy CNC công nghiệp.
Hình 2:Bộ truyền vitme đai ốc thường
Phương án 2: vít me đai ốc bi và dùng đai:
+ Vít me đai ốc bi :
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 14
GVHD: Đỗ Đức Vương
Đây là dạng vít me – đai ốc thay vì ma sát trượt thông thường tiếp xúc giữa vít
me và đai ốc thông qua các viên bi 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.
Hình 3:Bộ truyền vít me – đai ốc bi
Trong đó: 1 :vít me
2: đai ốc
3: các viên bi
4: rãnh hồi bi
Bộ truyền vít me – đai ốc bi là dạng profin răng vít me và đai ốc profin dạng
hình chữ nhật và hình thang, dễ chế tạo nhưng chịu tải kém còn profin hình tròn thì
khó chế tạo mà chịu tải lớn.
Rãnh hồi bi có dạng : ống, theo lỗ khoan của đai ốc, rãnh giữa hai vòng ren kế
tiếp nhau.
Rãnh dạng ống : kích thước bộ truyền lớn, độ bền mòn ở đầu ống thấp, kẹp
chặt ống có độ tin cậy không cao.
Rãnh hồi bi theo lỗ khoan của đai ốc : kết cấu gọn,tính công nghệ cao, khả
năng tách nhóm hồi bi khó.
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 15
GVHD: Đỗ Đức Vương
Rãnh hồi bi giữa hai vòng kế tiếp : có kích thước gọn,không bị mòn nhanh, độ
tin cậy cao, chiều dài rãnh hồi bi lớn .
+ Dùng đai:
Sử dụng một vòng đai cao su khép kín với các răng cưa ở mặt trong. Hai đầu
của đai được đặt vào 2 cái lỗ có cùng kích thước răng cưa với đai. Một lỗ bắt chặt
vào trục động cơ, còn lỗ kia được gắn vào một trục quay ở phía bên kia của khu vực
chuyển động, sao cho lỗ có thể quay tự do tại chỗ.Khi động cơ quay toàn bộ đai
dịch chuyển và kéo theo bánh răng, vít me di chuyển theo.
Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ động cơ và đường kính lỗ .Một vòng
của trục động cơ sẽ làm bộ phận trượt di chuyển một đoạn bằng chu vi lỗ.Rõ ràng
phương án này có tốc độ di chuyển chậm nhưng độ chính xác cao,lực đẩy lớn.
� Kết luận:
Qua thảo luận nhóm quyết định chọn phương án: Trục vít me đai ốc bi kết hợp
với đai làm bộ truyền dẫn chuyển động, để đạt độ chính xác cao khi gia công,...
2. Chọn phương án di chuyển trên các trục tọa độ:
a.Phương án phôi cố định:Trục X di chuyển trên bàn máy, trục Y chuyển
động trên trục X,trục Z chuyển động trên trục Y
Đặc điểm:
- Trục X phải có kết cấu vững để vừa có thể trượt, vừa nâng được các trục Y
và Z.
- Trục Y trượt trên trục X nên bộ phận trượt trục X phải gắn thanh trượt, cơ
cấu truyền động, động cơ,…Các bộ phận cùng chuyển động trên trục X.
b. Phương án phôi di chuyển:Phôi di chuyển trên trục X và dụng cụ gia công
di chuyển theo 2 trục Y và Z.
Đặc điểm:
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 16
GVHD: Đỗ Đức Vương
- Phần cố định bao gồm khung máy, các trục trượt, động cơ và cơ cấu truyền
động của trục X và Y gắn cố định vào khung máy.
-Trục X, Y gắn trên thanh trượt gắn cố định trên khung máy, trục Z trượt trên
trục Y.
c. Kết luận:
Với mô hình thí nghiệm, nhóm chọn phương án: Phôi cố định, trục X và Y di
chuyển,để đạt độ chính xác gia công cao. Vì khi gia công mà phôi di chuyển sẽ tạo
ra sự dịch chuyển do đó độ chính xác gia công không cao.
3. Động cơ DC servo:
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 17
GVHD: Đỗ Đức Vương
Hình 4:động cơ DC servo
a. Chọn động cơ:
Chọn công suất băng tải :
Trong đó::công suất trên băng tải.
P :lực tác dụng
V :vận tốc
Hiệu suất chung:=0.94*0.972 *0.9954 *1=0.87
Trong đó:=0.94 :hiệu suất bộ truyền đai
=0.97: hiệu suất bộ truyền bánh răng.
=0.995: hiệu suất 1 cặp ổ lăn.
=1: hiệu suất khớp nối.
Công suất cần thiết:
Ta cần chọn động cơ có :
b. Giới thiệu động cơ Servo:
ĐộngcơDC servo đượcthiếtkếchonhữnghệthốnghồitiếpvòngkín.Tínhiệura
củađộngcơđượcnốivớimộtmạchđiềukhiển.Khiđộngcơquay,vậntốcvàvịtrísẽ
đượchồitiếpvềmạchđiềukhiểnnày.Nếucóbấtkỳlýdonàongăncảnchuyểnđộng
quaycủađộngcơ,cơcấuhồitiếpsẽnhậnthấytínhiệurachưađạtđượcvịtrímong muốn.
Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.
c. Đặc điểm:
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 18
GVHD: Đỗ Đức Vương
- Đặc tính nổi bật: quán tính nhỏ, tăng hiệu suất và tốc độ đáp ứng.Kích thước
nhỏ gọn, nhẹ và hiệu suất cao
- Chống bụi và chống nước.
- Cải thiện khả năng tản nhiệt bằng cách bổ sung vào vỏ bọc hợp kim nhôm.
- Kết hợp với encoder và IC tích hợp loại nhỏ tăng khả năng chống nhiễu.
- Có thể kết hợp với các khối điều khiển chuyên dụng.
Dòng lớn nhất tức thời 3A
Điện áp định mức(V0) 24V
Dòng định mức(I0) 2A
Tốc độ định mức(N0) 3000 vòng/phút
Công suất định mức 40W
Moment định mức 0.637 Nm (6.5kgf.cm)
Tốc độ lớn nhất (N) 3000 vòng/phút
Hằng số thời gian điện (Te) 1.5 m.s
Nhiệt trở (Rth) 1.2°C/W
Nhiệt cho phép phần ứng 130°C
Moment hãm(Tf) 4.9x10 -2 N.m(0.5kgf.cm)
Bảng 1:Bảng thông số vật lý của động cơ trục chính
Mã màu Chức năng
Xanh dương ( Blue) Pha A
Xanh lá (Green) Pha B
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 19
GVHD: Đỗ Đức Vương
Vàng (yellow) Pha Z
Đỏ (red) +5V
Đen (black) 0V
Bảng 2:Bảng mô tả dây encoder động cơ trục chính
Động cơ sử dụng cho trục X, trục Y có dòng liên tục là 2A, điện áp cung cấp
định mức là 24V, công suất định mức là 40W.
�Hoạt động của động cơ DC:
Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ không phải quay liên tục
như động cơ DC hay động cơ bước. Mặc dù ta có thể chỉnh động cơ servo quay liên
tục nhưng công dụng chính của động cơ servo là đạt được góc quay chính xác trong
khoảng từ 90o – 180o. Việc điều khiển động cơ có thể ứng dụng để điều khiển robot,
di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp phòng. Điều
khiển động cơ là điều khiển độ rộng xung(PWM), động cơ đòi hỏi tín hiệu từ 30-60
xung/s.
� Tìm hiểu về encoder:
Mục đích của việc dùng encoder:Dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay,
đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định
vị trí góc
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 20
GVHD: Đỗ Đức Vương
Hình 7: cấu tạo encoder
Nguyên lý hoạt động của encoder:Nguyên lý cơ bản của encoder là một đĩa
tròn xoay, quay quanh trục.Trên đĩa có các lỗ (rãnh).Người ta dùng đèn led để chiếu
lên mặt đĩa .Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ rãnh đèn led không chiếu qua được.Còn
chỗ có lỗ rãnh thì đèn led chiếu xuyên qua .Khi đó phía mặt bên kia của đĩa người ta
đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu có hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người
ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay không.Khi trục quay, giả sử trên đĩa có 1 lỗ
duy nhất, cứ mỗi lần mắt thu nhận được tín hiệu của đèn led thì có nghĩa là đĩa đã
quay được một vòng .Đây là nguyên lý cơ bản của encoder.
Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I
(Index). kênh I xuất hiện một “xung” sau mỗi vòng quay của motor. Bên ngoài đĩa
quay được chia thành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này.
Đây là kênh A của encoder, trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện
trên kênh A. N là số rãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải của encoder. Mỗi loại
encoder có độ phân giải khác nhau. Để điều khiển động cơ, bạn phải biết độ phân
giải của encoder đang dùng. Độ phân giải ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển
và cả phương pháp điều khiển. Các encoder còn có một cặp thu phát khác được đặt
trên cùng đường tròn với kênh A nhưng lệch một chút, đây là kênh B của encoder.
Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với kênh A nhưng lệch pha 90 độ.
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 21
GVHD: Đỗ Đức Vương
II. Thiết kế phần cứng:
1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống:
Hình 9: Sơ đồ khối hệ thống
2.Phân tích chức năng
- Máy tính: làm nhiệm vụ lập trình, thiết kế giao diện giao tiếp điều khiển động
cơ.- Module điều khiển trung tâm: gồm có vi xử lý PIC16F877A và IC LM629.
Nhận lệnh từ máy tính, truyền xuống khối công suất điều khiển động cơ và đọc tín
hiệu trở về vi xử lý.
- Module Công Suất: dùng IC LM18200 nhận xung tín hiệu trực tiếp từ
LM629 để điều khiển động cơ.
- Động cơ: trên động cơ DC servo có gắn encoder để đọc tín hiệu hồi tiếpvề
LM629.
- Nguồn cung cấp: gồm nguồn cung cấp các Module lấy từ nguồn 5Vvà nguồn
24V cung cấp cho động cơ.
3.Thiết kế mạch điện tử:
a. Mạch PIC 16f877A:
Máy
Tính
Module
Điều Khiển Trung Tâm
Module
Công Suất
Động Cơ
Nguồn Cung Cấp Nguồn Cung Cấp
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 22
GVHD: Đỗ Đức Vương
A5
D1
DZ 5v
C0
C1
33P
D2
NGAT 1
D3
0
C1
NGAT 2
B5
D3
Y1
20MHZ
CS
LO
A0
D1
CS 2
D2
LED
LO
A1
5V
R1
10k
TXD
LO
B0
U1
PIC16F873
1
2
3
4
5
6
7
12
13
14
15
16
17
18
23
24
25
26
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
19
20
21
22
27
28
29
30
8
9
10
11
MCLR/VPP/THV
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREF-
RA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI
RA5/SS/AN4
VSS
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI/CCP2
RC2/CCP1
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
VSS
VDD
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD
RDO/PSP0
RDO/PSP1
RDO/PSP2
RDO/PSP3
RDO/PSP4
RDO/PSP5
RDO/PSP6
RDO/PSP7
RE0/RD*/AN5
RE0/WR*/AN6
RE0/CS*/AN7
VDD
L
O
A2
5V
C3
C104
RXD
J9
DC5V
1
2
J9
PORT D2
1
2
3
4
C5
10uF
L
O
A3
5V
R2
330
J3
PORT B
1
2
3
4
5
6
7
8
A4
D0
C2
33P
0
B7A5
D0
L1
10uH
1 2
0
B4
J7
1
2
3
4
D1
A0
B3
J2
PORT B1
1
2
3
4
5
6
7
8
B1
0
J6
PORT D
1
2
3
4
D2
A1
B6
5V
SW1
Reset
A2
C2
5V
0
A3
J1
PORT A
1
2
3
4
5
6
7
8
B2
J8
PORT C
1
2
3
0
A4
C6
47uF 16v
J10
PORT D1
1
2
3
4
Hình 10 :mạch PIC16F877A
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 23
GVHD: Đỗ Đức Vương
C11
C104
P1
CONNECTOR DB9
5
9
4
8
3
7
2
6
1
C7
10UF
TXD
0
C10 10UF
0
L
O
C8
10UF
C9
10UF
5V
RXD
U2
MAX232
1
3
4
5
1
6
1
5
2
6
12
9
11
10
13
8 14
7
C1+
C1-
C2+
C2-
V
C
C
G
N
D
V+
V-
R1OUT
R2OUT
T1IN
T2IN
R1IN
R2IN T1OUT
T2OUT
Hình 11 :mạch giao tiếp max232
� Giới thiệu về PIC16F877a :
PIC 16F877A là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay (đủ mạnh về tính năng, 40
chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường). Cấu trúc tổng quát của
PIC 16F877A như sau:
- 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 bộ CCP( Capture / Compare/ PWM).
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 24
GVHD: Đỗ Đức Vương
- 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 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.
Hình 12:sơ đồ chân PIC16F877A
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 25
GVHD: Đỗ Đức Vương
b. Mạch LM629
C5
104
1 2
L
O
xung clock
0
5V
0J1
Thach anh 4 chan 4MHZ
4
1
3
2
Hình 13 :thạch anh cho LM629
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 26
GVHD: Đỗ Đức Vương
0
CS
5V
B4
J3
C0/C1
1
2
R1
330
0
B3
5V
PS
U9
74HC14
1
4
7
1
3
5
9
11
13
2
4
6
8
10
12
R4
10K
C2
C 104
1
2
L
O
NGAT
5V
CS
C3
4uF/16V
RD
R2
10K
5V
IN
RST
NGAT
RST
D3
LED
1
2
WR
RD
B2
L
O
IN
xung clock
U2
74AHC245
2
3
4
5
6
7
8
9
19
1
18
17
16
15
14
13
12
11
2
0
1
0
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
G
DIR
B0
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
V
C
C
G
N
D
L
O
A
B7
0
B
RD
J6
PORT D
1
2
3
4
C1
C 104
1 2
0
Xung A
J2
PORT B
2
4
6
8
1
3
5
7
PS
U1
LM629
1
1
4
17
26
2
8
2
3
16
13
27
15
12
19
18
11
10
9
8
7
6
5
4
20
21
22
23
24
25
IN
G
N
D
HI
CLK
V
C
C
A
B
PS
RD
RST
WR
CS
PWMMAG
PWMSIGN
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
NC
NC
NC
NC
NC
NC
C4
1uF
1
2
B1
D1
DZ 5V
1
2
L
O
L1
10uH
1 2
R3
10K
B0
B6
0
B5
Xung B
CS
J5
CON 3
1
2
3
L
O
J4
PWM / DIR
1
2
WR
Xung Z
B
0
A
JP1
DC 5V
1
2
5V
Hình 14 : Modul Lm629
�Giới thiệu LM629 :là vi xử lý chuyên dùng trong điều khiển chuyển động
các loại động cơ DC servo và các cơ cấu servo khác có tín hiệu hồi tiếp lệch pha 90
độ. Với khả năng tính toán 32 bit và tập lệnh hỗ trợ mạnh, LM629 có thể sử dụng
trong các ứng dụng phức tạp mà vẫn đảm bảo thời gian thực và độ phân giải cao.
LM629 với ngõ ra PWM 8 bit và chân điều khiển hướng quay động cơ để lái cầu H.
Cả hai loại LM628 hay LM629 đều hoạt động ở tần số tối đa là 6 hay 8 MHz tùy
loại.
� Các đặc tính và cấu trúc:
- Khả năng xử lý vị trí, vận tốc, gia tốc 32 bits.
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 27
GVHD: Đỗ Đức Vương
- Bộ lọc PID có các tham số 16 bits lập trình được.
- Thời gian vi phân lập trình được.
- Tín hiệu điều khiển PWM 8 bits.
- Tự động tính toán quỹ đạo vận tốc.
- Cho phép cập nhật vận tốc, vị trí, tham số bộ lọc trong lúc chuyển động.
- Hoạt động ở chế độ vị trí và vận tốc.
- Các ngắt vi xử lý có thể lập trình được.
- Giao tiếp với vi xử lý chủ bằng 8 đường song song.
- Giao tiếp với encoder bằng 3 pha A, B, Z.
� Sơ đồ chân IC LM629:
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 28
GVHD: Đỗ Đức Vương
Hình 15: sơ đồ chân LM629
� Nguyên lý hoạt động:
Vi xử lý chủ giao tiếp với LM629 qua một port I/O để lập trình quỹ đạo vận
tốc hình thang và bộ lọc bù số. Ngõ ra PWM 8 bit giao tiếp với mạch cầu H để cung
cấp năng lượng cho động cơ hoạt động và tín hiệu hồi tiếp cho vòng điều khiển vị
trí lấy từ encoder loại tương đối. Khối tạo biên dạng vận tốc hình thang sẽ tính toán
quỹ đạo cần thiết khi hoạt động ở kiểu vận tốc và kiểu vị trí. Khi hoạt động, LM629
sẽ tính toán sai số vị trí bằng cách lấy vị trí mong muốn trừ đi vị trí thực (hiện tại),
sai số này được đưa vào bộ lọc số để điều khiển.
Hồi tiếp vị trí:LM629 có thể giao tiếp với encoder tương đối loại 3 pha A, B,
Z để kiểm soát vị trí động cơ. Mỗi khi có tín hiệu chuyển mạch của xung A hoặc B,
thanh ghi vị trí của LM629 sẽ tăng giảm tương ứng. Điều này giúp nâng cao độ
phân giải encoder lên 4 lần. Tín hiệu từ encoder được động bộ với xung clock của
LM629. Xem thêm ở hình dưới:
hình 16: Giản đồ đọc xung encorder.
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 29
GVHD: Đỗ Đức Vương
Tín hiệu từ xung Index dùng để nhận biết động cơ đã quay được một vòng.
Khi được lập trình, LM629 sẽ ghi lại vị trí tuyệt đối của động cơ vào thanh ghi
Index mỗi khi 3 tín hiệu của encoder xuống mức logic thấp. Nếu encoder không có
pha Index thì ngõ vào Index của LM629 vẫn có thể được dùng để ghi lại vị trí
Home của động cơ. Trong trường hợp này, người ta bố trí sao cho khi động cơ đến
điểm Home sẽ làm một công tắc xuống mức logic thấp và nối công tắc này vào chân
Index. Khi đó LM629 sẽ ghi lại vị trí động cơ vào thanh ghi Index và có thể gây
ngắt vi xử lý chủ. Nếu không sử dụng, chân Index nên nối lên mức logic cao.
Hoạt động đọc và ghi của LM629: + Vi xử lý chủ ghi lệnh vào các chân của
LM629 qua ngõ I/O port khi chân PS\ = 0. Mã lệnh được truyền song song qua port
giao tiếp và chân WR\ tích cực, byte lệnh được chốt vào nhờ cạnh xuống của chân
này. Khi ghi lệnh cần phải đọc trạng thái và kiểm tra cờ trạng thái, gọi là cờ bận (bit
0). Nếu bit báo bận ở mức logic cao thì không được ghi lệnh. Bit báo bận không bao
giờ ở mức logic cao trong thời gian quá 100us, thường thì chỉ trong khoảng 15us
đến 25us. Bộ xử lý đọc byte trạng thái theo một cách đơn giản, chân cho phép đọc
vào RD\ khi PS\ xuống thấp, thông tin trạng thái được giữ đúng trong thời gian dài
RD\ xuống thấp.
+ Ghi và đọc dữ liệu đến/từ Lm29 ( cũng giống như ghi lệnh và đọc trạng thái)
được thực hiện với chân PS/ = 1. Việc đọc và viết luôn đầy đủ với 2 byte của từ dữ
liệu. Mỗi byte tùy thuộc vào chân đọc hay gh. Khi truyền dữ liệu cần phải đọc và
kiểm tra bit bận. Khi bit bận thấp thì có thể truyền liện tục 2 byte cùng lúc, nhưng
phải kiểm tra lại cờ bận nếu muốn truyền lại byte tiếp theo. Dữ liệu truyền đi được
hoàn thành qua ngắt nội. Nếu là lệnh ghi lúc cờ đang bận thì lệnh sẻ bị bỏ qua. Bit
bận sẽ lên cao ngay lập tức sau khi ghi byte lệnh hay đọc byte thứ hai.
Ngõ ra điều xung PWM : LM629 cung cấp ngõ ra PWM 8 bit và chân tín hiệu
điều khiển chiều quay động cơ. Tương úng chiều dương PWM tối đa là
127/128,chiều âm là 128/128.
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 30
GVHD: Đỗ Đức Vương
Hình 17: Ngõ ra PWM của LM629 với tần số hoạt động là 8MHz
� L
inh kiện hỗ trợ LM629:
IC74HC245 :là một bus truyền nhận hệ cơ số 8 mà đặc trưng là bus ngõ ra tương
ứng không đảo 3 trạng thái ở cả hướng truyền và nhận.
- Tính năng : + Tất cả ngõ vào đều có hoạt động schmitte trigger.
+ Chấp nhận điện áp ngõ vào lớn hơn điện áp Vcc.
+ Ổn định thời gian trể.
IC74HC14 :
Tác dụng:loại đi phần nhiễu tín hiệu (có thể xảy ra trong môi trường xung
quanh ) từ encoder đưa về LM629.
Cấu tạo:Là cổng schmitte trigger, loại cổng logic cho phép chuyển trạng thái
dứt khoát giữa mức cao và mức thấp. Với cổng logic thường, khi tín hiệu vào
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 31
GVHD: Đỗ Đức Vương
chuyển tiếp chậm thì tín hiệu ra thường bị rung. Với cổng schmitte thì không. Khi
tín hiệu chuyển từ mức thấp sang cao nếu đạt tới một áp ngưỡng VT+ thì ngay lập
tức ngõ ra là mức 1. Ngược lại, khi tín hiệu từ mức cao chuyển sang mức thấp nếu
đạt tới ngưỡng VT- thì ngõ ra là mức 0. VT+ > VT- .Nhờ vào sự chênh lệch giữa
VT+ và VT- (còn gọi là độ trể )mà cổng này có thể làm giảm ảnh hưởng của nhiễu
rất nhiều.
Hình 18 : Cấu trúc chân của IC 74HC14
c. Mạch LMD18200 + Cach li:
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 32
GVHD: Đỗ Đức Vương
J1
CON2
1
2
R2
1k
R11
1k5
R7
3k2
Q4
c1815
Q2
c1815
5v
U3
LMD18200/TO
1
2
6
7
8
9 10
11
3
4
5
BootStrap 1
OUT1
V
S
G
N
D
Signal Ground
Thermal Flag OUT2
BootStrap2
Direction
Brake
PWM
R9
2k2
J2
CON2
1
2
0
VCC
J4
CON2
1
2
C1
2200uF
R10
1k5
5v
R6
10k
0
Q3
c1815
0
R12
2k2
R5
10k
VCC
J5
DC 24V
1 2
0
R1
220
0
R3
220
C5103
C2
104
5v
C3
103
Q1
c1815
J3
MOTOR
1
2
0
0
R8
2k2
U1
1
2
4
3
C4
1uF
D1
LED
VCC
R13
2k2
0
U2
1
2
4
3
R4
1k
Hình 19:mạch LMD18200
� M
ục đích:
LMD18200 là một IC tích hợp mạch cầu H, dòng làm việc lên tới 3A, được
dùng để điều khiển động cơ.
� Đ
ặc điểm:
- Điều phối dòng liên tục lên tới 3A
- Hoạt động ở nguồn điện áp cung cấp lên tới 55V
- Diode khóa nội
- Mạch bảo vệ quá tải.
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 33
GVHD: Đỗ Đức Vương
� Ứ
ng dụng:
- Dùng làm mạch điều khiển động cơ DC servo và động cơ bước.
- Điều khiển vị trí và vận tốc.
- Mạch điều khiển số
d. Mạch nút nhấn:
R6
10k
R10
10k
C1
10uF
cong tac 4
CON2
1
2
C10
10uF
R4
10k
J1
CON8
1
2
3
4
5
6
7
8
J12
CON4
1
2
3
4
VCC
C5
10uF
R1
10k
C3
10uF
VCC
R2
10k
C9
10uF
R7
10k
C4
10uF
cong tac 1
CON2
1
2
R8
10k
R9
10k
X-
CON2
1
2
C6
10uF
cong tac 2
CON2
1
2
C8
10uF
C7
10uF
cong tac 3
CON2
1
2
R5
10k
Che do
CON2
1
2
R3
10k
C2
10uF
J7
CON2
1
2
Y-
CON2
1
2
Y+
CON2
1
2
X+
CON2
1
2
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 34
GVHD: Đỗ Đức Vương
Hình 20:Mạch nút nhấn
e. Mạch nguồn:
J1
5V
1
2
7824
U4
1 3
2
V in V out
G
N
D C5
2200 C13
104C3
104
L2
100uH
1 2
C4
104
R3
330
C12
104
C14
470uF 16v
7805
U6
1 3
2
V in V out
G
N
D
C1
2200uF
C2
2200uF
SW1
1 2
R5
3k2
J2
CON2
1
2
D2
LED
J3
24v
1
2
- +
D1
BRIDGE
2
4
3
1
R4
0,5-5W
Q5A
BD139
2 1
3
D3
12v
C15
104
Q1
B688
F1
FUSE
7805
U7
1 3
2
V in V out
G
N
D
C12
104
C13
L3
100uH
1 2
D3
LED
- +
BRIDGE
2
1
3
4J4
CON2
1
2
F2
FUSE
R4
330
SW2
1 2
C1
2200uF
J5
5V
1
2
C14
470 25v
Hình 21: Mạch nguồn 5v và 24v.
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 35
GVHD: Đỗ Đức Vương
III. THUẬT TOÁN NỘI SUY THEO PHƯƠNG PHÁP DDA
1. Nội suy đường thẳng:
1.1 Phương pháp nội suy:
Hình 22 : Nội suy tuyến tính.
Giả sử ta cần gia công theo một đường thẳng từ điểm A đến điểm B. Ta có vận
tốc từ điểm A đến B theo phương x là vx, vận tốc theo phương y là vytại thời điểm t
bất kỳ ta xác định được tọa độ của dao theo công thức:
Chuyển động đều cho mỗi lần gia lượng theo phương x và y thì vận tốc được
tính như sau:
Tại một thời điểm bất kỳ ta có:
Y
A
X
B
Pi+1
Pi
∆x
∆
XA XB
vx
vy
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 36
GVHD: Đỗ Đức Vương
Chia đoạn thẳng AB ra thành n phần bằng nhau, như vậy theo phương x và y
mỗi lần gia lượng, khoảng thời gian thực hiện là , phép tích phân trên được đổi
thành tổng.
Tại thời điểm T bất kỳ t =i.∆t , tọa độ x(t) và y(t) được xác định bởi công thức:
Trong đó: i = 1,2,3,….,n.
Mối quan hệ giữa T với chiều dài gia công L và vận tốc gia công v là:
Trong đó:
1.2 Tính toán và giải thuật điều kiển nội suy đường thẳng:
a.Tính toán:
Dữ liệu đầu vào:
• Điểm đầu A(xA,yB)
• Điểm cuối B(xB,yB)
• Vận tốc yêu cầu F (đơn vị: mm/phút, mm/vòng)
• ∆t = 10ms
Các biến số:
• Px, Py: số xung cần để dịch chuyển theo phương ox, oy một đoạn là 1mm
• Lx: quãng đường dịch chuyển từ điểm A� B theo phương ox
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 37
GVHD: Đỗ Đức Vương
• Ly: quãng đường dịch chuyển từ điểm A� B theo phương oy
• P: tổng số xung để dịch chuyển quãng đường L
• Số xung cần thiết để dịch chuyển quãng đường L:
1mm � Px xung
Lx � P
P = Lx.Px
Ta có: 1mm/phút = mm/ms
• Vận tốc dịch chuyển trong 1ms là: F. mm/ms
• Quãng đường dịch chuyển trong 1 chu kỳ ∆t:
• Số xung cần thiết để dịch chuyển một đoạn ∆x:
• Số chu kỳ ∆t:
Ta thấy rằng n có thể có số lẻ và nếu chúng ta bỏ qua số lẻ thì sẽ có sai số về
quãng đường. Do đó ta sẽ phải làm tròn n xuống
Số xung cần thiết để dịch chuyển truc x một đoạn ∆t:
Tại chu kỳ cuối n+1, số xung sẽ là:
• Thời gian đi hết quãng đường Lx:
(ms)
• Số chu kỳ ∆t:
Làm tròn n xuống, VD: n = 5690.4 = 5690
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 38
GVHD: Đỗ Đức Vương
Theo cách làm trên ta sẽ cộng dồn tất cả các sai số của quá trình dịch chuyển
một đoạn ∆t và phần lẻ của số chu kỳ n cho chu kỳ cuối cùng n +1.
b. Giải thuật điều khiển:
Tọa độ điểm được nhập từ máy tính: A(xA,yA),B(xB,yB)
Phân loại chuyển động:
TH1: (xA = xB và yA # yB) � chạy trục x.
TH2: (xA # xB và yA = yB)� chạy truc y.
TH3: (xA = xB và yA= yB)� 2 trục đứng yên.
TH4: (xA # xB và yA # yB)� trục x và y cùng chuyển động.
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 39
GVHD: Đỗ Đức Vương
START
TTTTT
x0 # x1
& y0 = y1
x0 = x1
& y0 # y1
x0 # x1
& y0 # y1
x0 = x1
& y0 = y1
END
N
Y
N
N
N
Y
Y
Y
Chạy trục x
Chạy trục y
Chạy trục x
& y
2 trục đứng
yên
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 40
GVHD: Đỗ Đức Vương
TH1: Chạy trục x
TH2: Tương tự chạy trục y
TH3: Chạy trục x &y
START
lx>0
TiếnLùi
Ptx = px*lx
Chạy
START
YN
lx>0 ly>0
Lùi LùiTiến Tiến
N NY Y
Tính L,N
For i =0 to N
Ptx = px
Pty = py
Chạy trục x
Chạy trục y
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 41
GVHD: Đỗ Đức Vương
2. Nội suy đường tròn:
2.1 Phương pháp nội suy:
Hình 4.2: Nội suy cung tròn
Giả sử ta cần gia công theo một cung tròn từ điểm A đến điểm P trong thời
gian t, ta có phương trình:
x – xC = rcosα
y – yC = rsinα
hay : x = xC + rcosα
y = yC + rsinα
Giả sử T0là thời gian để đi hết 1 đơn vị cung tròn (1 radian), và thời gian đi hết
cung tròn là t thì:
Thay α vào phương trình trên ta có:
Tích phân phương trình trên ta có:
P(x,y)
B(xb,yb)
Y
Y
Yc
xc x X
A(xc+r,yc)0(xc,yc)
r
α
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 42
GVHD: Đỗ Đức Vương
Giả sử ta cần gia công từ điểm A đến điểm B với thời gian T với n lần gia
lượng ∆t đều nhau, có nghĩa T = n∆t. Ta cần xác định các điểm trung gian tại thời
điểm bất kỳ t = i∆t. công thức trên có thể viết lại như sau:
2.2 Tính toán và giải thuật điều khiển nội suy đường tròn:
a.Tính toán:Dữ liệu đầu vào được nhập từ máy tính bao gồm:
A(xA,yA),B(xB,yB) và tâm O(xo,yo).
Phương trình đường tròn: =
Ta đưa tọa độ tâm O(xo,yo) về gốc tọa độ lúc này tọa độ O(0,0)
Hình 4.3: Nội suy cung tròn
Sinα = yAR ( yA = yA – y0)
αA = arcsin
Xác định góc αA theo góc phần tư
TH1: (xA>xo và yA>yo) � A thuộc góc phần tư thứ I, góc αA= αA
TH2: (xAyo)� A thuộc góc phần tư thứ II, góc αA= 180 - αA
TH3: (xA<xo và yA<yo)� A thuộc góc phần tư thứ III, góc αA = 180 + αA
TH4: (xA>xo và yA< yo)� A thuộc góc phần tư thứ IV, góc αA= 360 - αA
Tương tự ta xác đinh góc αB theo cách như trên.
Y
X
A(xA,yA)
αA
B(xB,yB)
αB
I
II
III IV
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 43
GVHD: Đỗ Đức Vương
b. Giải thuật điều khiển:
Hình 4.4: Nội suy cung tròn
αA
A(xA,yA)
B(xB,yB)
C(xC,yC)
αN
αC
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 44
GVHD: Đỗ Đức Vương
START
NỘI SUY
CÙNG CHIỀU
Tính lại xA, yA, theo αA, R
αB = αA + αN
αB> 360
αB = αB - 360
αA< αC&&
αB> αC
Tính B(xB,yB)
theo αB
Nội suy thẳng
từ A -> B
For i = 0 to N
Tính lại xA, yA, theo αA, R
αB = αA - αN
αB<0
αB = 360- αB
αA> αC&&
αB< αC
Tính B(xB,yB)
theo αB
Nội suy thẳng
từ A -> B
For i = 0 to N
END
N
N
N
NN
Y
Y Y
Y Y
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 45
GVHD: Đỗ Đức Vương
IV. GIAO TIẾP MÁY TÍNH:
1. Cách ghép nối PIC16F877A với RS232:
PIC16F877A có hai chân thực hiện nhiệm vụ nhận và truyền dữ liệu nối tiếp là
RXD và TXD tương ứng với RC7 và RC6. Hai chân này ứng với mức logic TTl, do
đó muốn giao tiếp với máy tính thông qua cổng com ta phải chuyển đổi mức điện áp
tương thích với chuẩn RS232, ta sử dụng IC MAX232 để thực hiện nhiệm vụ này.
2. Cách thức thiết lập giao tiếp RS232 trong CCS:
Các hàm truyền nhận dữ liệu:
+ getc(): hàm chờ nhận ký tự từ máy tính truyền xuống.
+ putc(): hàm gửi ký tự lên máy tính.
+ Printf(): hàm xuất chuỗi ký tự lên màn hình.
Để sử dụng RS232 trong CCS ta cần khai báo như sau:
#use rs232 (options)
(options) là các thông số sau:
Baud = x tốc độ baudrate
(2400,4800,9600(mặcđịnh),19200,38400,57600,11500,12800)
Parity = x số bit chẵn lẻ (N(mặc định),O,E)
Xmit = pin chân gửi dữ liệu
Rcv = pin chân nhận dữ liệu
Bits = x số bit dữ liệu (từ 5� 9, mặc định là 8 bit)
3. Các đặc tính của MSComm:
Những tính chất của MSComm liên quan đến thiết lập cổng, truyền nhận dữ
liệu, dùng tín hiệu bắt tay hoặc đồng nhất cac điều khiển.
Thiết lập:
CommPort : dạng object.CommPort = value. Value là chỉ số của cổng có giá
trị từ 1->16 và mặc định là 1.
InBufferSize: thiết lập hoặc trả lại kích thước của bộ đệm nhận, tính bằng
byte. Mặc đình là 1024 byte. Không nên nhầm lẫn với INBufferCount là số byte
đang chờ trong bộ đệm nhận.
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 46
GVHD: Đỗ Đức Vương
OutBufferSize: giống như InBuferSize, mặc định là 512.
PortOpen: thiết lập và trả lại trạng thái của cổng. object.PortOpen[=value]
value = true cổng mở, = false cổng đóng. Cần phải thiết lập thuộc tính CommPort
đúng với tên của cổng trước khi mở cổng giao tiếp.
Settings: object.Settings[=value] thiết lập hoặc trả lại các thông số tần số baud,
bit dữ liệu, bit chẵn lẻ, bit stop.
Value có dạng “BBBB,P,D,S” trong đó BBBB là tốc độ baudrate, P: thiết lập
bit đồng bộ, D: số bit dữ liệu, S: số bit stop.
Mặc định là: “9600,N,8,1”
4. Truyền nhận dữ liệu:
CommEvent: trả lại phần lớn sự kiện giao tiếp hoặc có lỗi. CommEvent xảy
ra khi có lỗi hoặc khi có sự kiện nào đó.
Input: nhận và xóa dữ liệu trong bộ đệm nhận. Nếu InputMode là
InputModeText thì giá trị trả về sẽ là 1 xâu tức có kiểu string, dữ liệu dạng tetx
trong một biến kiểu Variant. Nếu InputMode là InPutModeBinary thì thuộc tính này
sẽ trả lại dữ liệu dạng nhị phân dưới dạng một mảng kiểu byte trong một biến
Variant.
InBufferCount: trả lại số ký tự đang có trong bộ đệm nhận, có thể xóa bộ
đệm nhận bằng cách đặt thuộc tính này bằng 0.
OutBufferCount: trả lại số ký tự trong bộ đệm truyền.
Output: ghi dữ liệu vào bộ đệm truyền, có thể truyền kiểu text hoặc kiểu nhị
phân. Nếu truyền bằng kiểu text thì cho một biến Variant = kiểu string, nếu truyền
kiểu nhị phân thì cho Output = variant = một mảng kiểu B.
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 47
GVHD: Đỗ Đức Vương
5. Giao diện điều khiển:
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 48
GVHD: Đỗ Đức Vương
V. Giải thuật điều khiển:
1. Lưu đồ giải thuật chuyển động:
Y
N N
Y
Y
Y
START
GIAO TIẾP
CHẾ ĐỘ
TAY
MANUAl= 0
MA_START
=255
PHÂN LOẠI
CHUYỂN ĐỘNG
CHẠY_HCN
CHẠY TRÒN
CHỌN TRỤC
CHUYỂN ĐỘNG
LỖI
TRUYỀN
RUN_CHUNHAT
MÃ =251
RUN_TRÒN
MÃ =250
RUN ĐIỂM
MÃ=249
END
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 49
GVHD: Đỗ Đức Vương
2. Lưu đồ giải thuật giao tiếp:
Y
N
Y
N
Y
N
YDATA =252
GIAO TIẾP
DATA = 253 RESET
STOP
START
DATA =254
DATA=252
END
NHẬP DỮ LIỆU
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 50
GVHD: Đỗ Đức Vương
Chương III :KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
I. Kết quả đạt được:
- Đã chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh phần cơ khí của bàn máy CNC.
- Kết cấu gọn nhẹ phù hợp với mô hình thí nghiệm.
- Thiết kế các board mạch điện tử và các driver điều khiển động cơ.
- Sử dụng phần mềm visual basic để giao tiếp với máy tính thông qua cổng
com.
- Nội suy được những đường cơ bản.
II. Kết quả chưa đạt được :
- Chế tạo cơ khí vẫn còn hạn chế về độ chính xác.
- Chưa thực hiện được quá trình gia công sản phẩm.Đề tài chỉ dừng lại ở mức
dùng bút vẽ để mô phỏng quá trình gia công.
- Chưa đọc được file từ các phần mềm vẽ như :autocad, solidwork,...
III. Hướng phát triển :
- Thay cơ cấu bút bằng dao để gia công tạo sản phẩm thực tế.
- ứng dụng bàn máy để chế tạo các máy khác như:máy cắt gỗ, kiếng, decal,..để
phục vụ nhu cầu của các ngành công nghiệp khác.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] www.dientuvietnam.com
[2] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi Tiết Máy, Nhà xuất bản Giáo Dục(tái bản lần
thứ 6), 2003
[4] Huỳnh Thái Hoàng, Nguyễn Thị Phương Hà, Lý thuyết điều khiển tự
động, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2005.
[5] National Semiconductor, Datasheet LM628/LM629 Precision Motion
Controller, 2003.
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 51
GVHD: Đỗ Đức Vương
[6] National Semiconductor Application Note 706, LM628/LM629 User
Guide, 1993.
[7] National Semiconductor Application Note 693, LM628 Programming
Guide, 1999.
[8] National Semiconductor Application Note 868, Interfacing the HPC and
LM629 for Motion Control, 1993.
Tài liệu trên được đăng bởiĐặng Vũ Thanh Hùng
(Sinh Viên Trường Cao Đẳng Kĩ Thuật Cao Thắng //// >Khóa< __2010__)
Thuộc: >KhoaNgành<__Cơ Điện Tử
>LớpMSSV<__307101112
[ (''~^_^~'' )Định ghi số thứ tự trong lớp nữa mà thấy "Sàm" quá__Nội nhiêu đây là thấy "Quá
Sàm" rùi__Hjhjhj. ]
Địa chỉ thường trú: 292 Bà Hạt P9_Q10_Thành Phố Hồ Chí Minh.
SĐT [ (*_*) Có nên cho không ta, mình sợ "bị khó ngủ lắm", thui vậy là được rùi ]
Lưu ý: Tài liệu này, không phải tự mình viết ra, bản thân mình chỉ đăng lên,bạn thấy có nhu cầu
thì Download về, xuất xứ của nó...thì...Ai mà biết
Bạn phải cảm ơn tui đó nha, vì tui đã cho bạn, cái mà bạn đang cần!
(Cho dù không cần cũng phải cám ơn__hjhjhj_(''~^_^~'' )__Mình không thích người khác mắc nợ
mình)
Bạn có thể gửi ý kiến của bạn qua "Đường dây nóng"__(Mặt dù chả thấy nóng bao giờ_vì có thấy
ai nói gì đâu__hjhj)
Email: mr_thanhhung_20111992@yahoo.com
(hoặc giolanganhseve@yahoo.com nick sài đỡ mùa mưa ấy mà! Hjhjhj.)
Một tương lai sẽ hé mở khi bạn biết cách
chia sẽ những gì bạn có cho người khác.
__(Đặng Vũ Thanh Hùng)__
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục
Trang 52
GVHD: Đỗ Đức Vương
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- do_an_ban_may_cnc_2_truc_1794.pdf