bao_cao_do_an_tong_hop_cdt_0429

Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD ThS Nguyễn Thế Tranh SVTH Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp 15CĐT1 Trang 1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 3 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 4 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 5 1 1 Giớ[.]

Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .3 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .5 1.1 Giới thiệu sơ lược ý tưởng – lý chọn đề tài : 1.2 Khái niệm máy CNC giới thiệu máy CNC vẽ mạch in 1.2.1 Tổng quan máy CNC, đặt vấn đề 1.2.2 Khái niệm máy CNC 1.3 Tổng quan máy CNC nước .7 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3.2 Các máy móc sản phẩm tương tự 1.3.3 Mục đích nghiên cứu 1.3.4 Mô tả đề tài: Thiết kế mơ hình máy CNC vẽ mạch in 1.3.5 Phân loại mơ hình máy CNC 1.3.6 Các đặc trưng máy CNC vẽ mạch in 10 1.3.7 Ứng dụng 10 1.3.8 Hướng giải 10 1.3.9 Những u cầu chung mơ hình máy CNC .10 PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH MÁY THIẾT KẾ MÁY 11 2.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống 11 2.1 Tổng quan kỹ thuật điều khiển số 11 2.1.1 Các định nghĩa điều khiển số 11 2.1.2 Phương pháp truyền thông tin đầu vào 13 2.1.3 Ưu nhược điểm máy điều khiển số 13 2.2.4 Phân loại theo cấu trúc điều khiển 13 2.2.5 Phân loại kiểu điều khiển 13 2.2 Nhiệm vụ máy thiết kế 15 2.3 Nguyên lý hoạt động máy .15 2.4 Các thành phần máy 16 2.4.1 Phần điều khiển 16 2.4.2 Phần chấp hành 16 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ HÌNH CỦA MÁY 18 3.1 Phân tích, chọn phương án, kích thước quy mô mô .18 3.1.1 Phân tích chọn phương án 18 SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh 3.1.2.Kích thước quy mơ mơ hình 18 3.2 Tính tốn thiết kế thành phần máy 19 3.2.1 Cơ cấu dẫn hướng 19 3.2.2 Cơ cấu truyền động 20 3.2.3 Các loại động sử dụng 21 3.2.3 Tính tốn động cho cấu xoay phôi 29 3.2.4 Một số linh kiện khác cần sử dụng chế tạo máy cnc vẽ mạch in 30 3.3 Bản vẽ tổng thể mơ hình thực tế .31 THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN 32 4.1 Yêu cầu hoạt động tự động máy 32 4.2 Các thành phần hệ thống .32 4.3 Phân tích chọn lựa phương án điều khiển 33 4.4 Thiết kế điều khiển kết nối máy tính 34 4.5 Giới thiệu phần điều khiển 34 4.5.1 Giới thiệu Arduino 34 4.4.4 Module điều khiển CNC Shield V3 40 4.4.5 Driver điều khiển động bước A4988 40 4.5 Xác định, sơ đồ nối dây 41 4.6 Các phần mềm cần dùng 42 4.6.1 Phần mềm tạo file mạch in .42 4.6.2 Phần mềm tạo G-code 42 4.6.3 Chương trình điều khiển máy CNC ( Universal Gcode Sender 1.0.8) 42 4.7 Chương trình điều khiển: 43 4.7.1 Đoạn chương trình điều khiển giao tiếp máy vi tính máy CNC 43 4.7.2 Chương trình điều khiển chuyển động bàn xoay phơi 51 SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh LỜI NĨI ĐẦU Hiện nay, khoa học cơng nghệ ngày phát triển, việc ứng dụng kỹ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo sản phẩm có suất, chất lượng cao, mà giá thành chấp nhận ngày trở nên cần thiết, đặc biệt nước phát triển Việt nam Đóng góp vào phát triển nhanh chóng khoa học cơng nghệ thời gian gần đây, tự động hố sản xuất có vai trị quan trọng Nhận thức điều này, chiến lược cơng nghiệp hố đại hố kinh tế, công nghệ tự động ưu tiên đầu tư phát triển Ở nước có cơng nghiệp phát triển, tự động hoá ngành kinh tế kỹ thuật có cơ-điện tử thực từ năm trước Một vấn đề định tự động hố ngành khí chế tạo kĩ thuật điều khiển số công nghệ máy điều khiển số Các máy công cụ điều khiển số dùng phổ biến nước phát triển NC CNC năm gần nhập vào Việt nam sử dụng rộng rãi viện nghiên cứu công ty liên doanh Máy công cụ điều khiển số đại (máy CNC) thiết bị điển hình cho sản xuất tự động, đặc trưng cho ngành khí tự động.Vậy để làm chủ công nghê cần làm chủ thiết bị quan trọng điển hình Trong đề tài đồ án tổng hợp Cơ Điện Tử, mục tiêu trước tiên mà em hướng tới chế tạo mơ hình máy CNC vẽ mạch in PCB hoạt động ổn định với sai số nhỏ, sau chúng em hướng tới khắc phục dao động, sai số nâng cao tính tự động máy khả thay dao tự động, hệ thống cấp phôi tự động Tuy nhiên kinh nghiệm hạn chế thời gian thực có hạn, nên đồ án em cịn thiếu xót, mục tiêu ổn định dao động thiết kế modun thay dao tự động hệ thống cấp phôi tự động chúng em chưa thể hoàn thiện.Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy để hồn thiện để tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! Đặc biệt, cảm ơn thầy Nguyễn Thế Tranh tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này! SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Đà Nẵng , ngày tháng năm 2018 Giáo viên hướng dẫn Thầy Nguyễn Thế Tranh SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu sơ lược ý tưởng – lý chọn đề tài : Với thời đại phát triển ngày , đứng trước thời kì cơng nghiệp hóa , đại hóa diễn khắp nơi giới , từ châu lục sang chậu lục , từ nước phát triển nước phát triển , đại Với phát triển tốc độ , máy móc ngày sử dụng nhiều sản xuất , đặc biệt lĩnh vực tự động hóa , diễn với tốc độ mạnh mẽ , với xuất máy CNC nhanh chóng thay đổi việc sản xuất cơng nghiệp Với máy CNC đường cong thực dễ dàng đường thẳng, cấu trúc phức tạp chiều dễ dàng thực hiện, lượng lớn thao tác người thực giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa q trình sản xuất với máy CNC tạo nên phát triển đáng kể xác chất lượng Kỹ thuật tự động CNC giảm thiểu sai sót giúp người thao tác có thời gian cho cơng việc khác Ngồi cho phép linh hoạt thao tác sản phẩm thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất linh kiện khác Trong mơi trường sản xuất, loạt máy CNC kết hợp thành tổ hợp, gọi cell, để làm nhiều thao tác phận Máy CNC ngày điều khiển trực tiếp từ vẽ phần mềm CAM, phận hay lắp ráp trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần vẽ in chi tiết Có thể nói CNC phân đoạn hệ thống robot công nghiệp, tức chúng thiết kế để thực nhiều thao tác sản xuất (trong tầm giới hạn) Dựa ưu điểm máy CNC với phát ngành công nghiệp chế tạo, chúng em định ngun cứu thiết kế chế tạo mơ hình máy phay CNC loại nhỏ với chức máy CNC dựa kiến thức học nghiên cứu trường 1.2 Khái niệm máy CNC giới thiệu máy CNC vẽ mạch in 1.2.1 Tổng quan máy CNC, đặt vấn đề Tự động hóa q trình sản xuất yêu cầu xúc doanh nghiệp sản xuất nước hầu hết lĩnh vực Đối với lĩnh vực sản xuất khí u cầu cấp thiết nhằm tiến đến “tăng suất, nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm” Nhiều doanh nghiệp đầu tư để đổi công nghệ, ứng dụng công nghệ cao, công nghệ tiên tiến sản xuất Tuy nhiên, hạn chế khả tự nghiên SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh cứu công nghệ mới, lực vốn đầu tư gặp có nhiều khó khăn… dẫn đến chậm đổi cơng nghệ Hiện nhu cầu máy CNC phục vụ công nghiệp ngành sản xuất khác lớn, doanh nghiệp thiết kế máy nước đáp ứng phần nhỏ Chủ yếu nhập máy CNC từ nước hay nhập máy cũ (seconhand) Đối với trình khắc CNC việc tiếp xúc trực tiếp chỗ làm việc tốn thời gian an toàn ảnh hưởng tới sức khỏe: môi trường bị ô nhiễm nặng (bột gỗ, …) nguy hiểm cho mắt, da, phổi…Tai nạn lao động nhiều, tốn thời gian nhiều để hoàn thành xong sản phẩm …Nên điều khiển gián tiếp biện pháp hiệu Máy đặt môi trường kín đảm bảo an tồn lao động cho cơng nhân Trong tình hình hội nhập với kinh tế giới với cạnh tranh gắt gao từ nhà sản xuất nước ngồi Điều địi hỏi nhà sản xuất nước cần phải nâng cao lực cạnh tranh sản phẩm cách cải tiến đầu tư máy móc, trang thiết bị an tồn, bảo vệ sức khỏe cơng nhân để phục vụ sản xuất Đặc biệt tình hình lao động nay, nguồn lao động có tay nghề ngành khí thiếu hụt trầm trọng Chính điều mà vấn đề đặt là: để phát triển ngành sản suất khí nước việc trang bị máy móc tự động phục vụ phần cho cơng việc q trình sản xuất vơ quan trọng Ngồi lý việc thiết kế, chế tạo sử dụng thiết bị CNC tiền đề cho việc phát triển lĩnh vức khí tự động hóa sản xuất Hưởng ứng phong trào thiết kế máy CNC phục vụ nước nước ta 1.2.2 Khái niệm máy CNC CNC (Computer Numerical Control) xuất vào khoảng đầu thập niên 1970 máy tính bắt đầu dùng hệ điều khiển máy công cụ thay cho NC, Numerical Control (Điều khiển số ) CNC đề cập đến việc điều khiển máy tính máy móc với mục đích sản xuất( có tính lặp lại) phận kim khí( hay vật liệu khác) phức tạp, cách sử dụng chương trình viết ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi mã G CNC phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 phịng thí nghiệm Servomechanism trường MIT Trước khoảng thời gian này, chương trình NC thường phải mã hố xử lý băng đục lỗ, hệ điều khiển trục máy chuyển động Cách cho thâý nhiều bất tiện, chẳng hạn sửa chữa, hiệu chỉnh chương trình, băng chóng mịn, khó lưu trữ, truyền tải, dung lượng bé Hệ điều khiển CNC khắc phục nhược điểm nhờ khả điều khiển máy cách đọc hàng loạt ngàn bit thông tin lưu trữ nhớ, cho phép giao tiếp, truyền tải xử lý, điều khiển trình cách nhanh chóng, xác SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh Hình 1.1 Máy CNC dùng công nghiệp Sự xuất máy CNC nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp Các đường cong thực dễ dàng đường thẳng, cấu trúc phức tạp chiều dễ dàng thực hiện, lượng lớn thao tác người thực giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa trình sản xuất với máy CNC tạo nên phát triển đáng kể xác chất lượng Kĩ thuật tự động CNC giảm thiểu sai sót giúp người thao tác có thời gian cho cơng việc khác Ngồi cịn cho phép linh hoạt thao tác sản phẩm thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất linh kiện khác Trong môi trường sản xuất, với nhiều loại máy CNC đời nhầm đáp ứng nhu cầu thị trường có máy khắc gỗ CNC, nhầm đáp ứng việc gia công gỗ cách hiệu xác 1.3 Tổng quan máy CNC ngồi nước 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Có thể phân loại máy CNC sau: - Các máy CNC dùng để cắt gọt kim loại dụng cụ cắt (theo công nghệ truyền thống): máy vẽ CNC, máy tiện CNC, trung tâm tiện vẽ CNC, máy mài CNC - Các máy CNC dùng để gia công theo công nghệ phi truyền thống: máy xung tia lửa điện, máy cắt dây tia lửa điện, máy cắt Plasma, cắt Laser, máy tạo mẫu nhanh RP - Các máy CNC dùng để gia công biến dạng áp lực: máy đột tự động theo chương trình, máy cán, máy ép, máy dập điều khiển số - Các máy CNC chuyên dụng phục vụ cho ngành công nghiệp sản xuất hàng loạt đặc biệt: sản xuất phụ tùng tơ, đồ tiêu dùng, sản xuất vũ khí, hố chất độc hại,… SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh - Các máy CNC chuyên dụng phục vụ cho ngành công nghiệp sản xuất hàng loạt đặc biệt: sản xuất phụ tùng ô tô, đồ tiêu dùng, sản xuất vũ khí, hố chất độc hại,… - Các lĩnh vực ứng dụng máy CNC sản phẩm máy CNC tạo ra: - Máy CNC dùng để chế tạo máy móc, thiết bị dây chuyền sản xuất phục vụ toàn ngành kinh tế khác như: cơng nghiệp nặng (đóng tàu, khai thác mỏ, điện, dầu khí, thiết bị vận chuyển tơ, tàu hoả,…), cơng nghiệp nhẹ (dệt may, đóng giày, thực phẩm,…), cơng nghiệp quốc phịng (dây chuyền sản xuất vũ khí, thuốc nổ,…) 1.3.2 Các máy móc sản phẩm tương tự Máy vẽ, máy tiện công nghiệp Máy điêu khắc gỗ CNC trục, trục, trục, máy tiện Máy khắc laser, máy in 3D 1.3.3 Mục đích nghiên cứu Với đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình máy CNC vẽ mạch in” người nghiên cứu thể với mục đích sau: Đổi cơng nghệ, nâng cao suất chất lượng sản phẩm việc gia công mạch in ngành điện tử Nghiên cứu tính tốn , thiết kế chế tạo theo hướng đơn giản hóa kết cấu, thu nhỏ kích thước máy để tạo thành máy có có giá thành hạ, kết cấu đơn giản, dễ vận hành, dễ thao tác di chuyển từ nơi làm việc đến nơi làm việc khác Loại máy vẽ mạch in có kết cấu tương tự thiết bị cắt tự hành di chuyển bút vẽ đến tọa độ board đồng để tạo thành đường mạch với kích thước khác Hệ thống điều có giao diện đẹp mắt, hoạt động đơn giản thuận tiện Bộ nhớ xử lý ổn định tạo dạng mạch in đơn giản Đồng thời góp phần phát triển ngành cơng nghệ tự động nước nhà 1.3.4 Mô tả đề tài: Thiết kế mô hình máy CNC vẽ mạch in Hình 1.2 Mơ hình máy CNC mini SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh Trước việc tạo mạch in phải trải qua nhiều bước có mạch in hồn chỉnh,vừa tốn thời gian, công sức mà hiệu lại thấp Cịn mạch in phức tạp hiệu đạt lại thấp Với đòi hỏi công nghệ, để đáp ứng nhu cầu thị trường, máy CNC vẽ mạch in bước tiến để giải vấn đề Với máy CNC vẽ mạch in khơng giải khó khăn đó, mà cịn lựa chọn tối ưu ngành điện tử ngành khác Đặc biệt CNC vẽ mạch in đạt độ xác cao Nên người biết đến cổ máy giải khó khăn việc tạo mạch in số lượng lẫn chất lượng Thấy tầm quan trọng đó, nên chúng em sức tìm hiểu cố gắng “Thiết kế chế tạo mơ hình máy CNC vẽ mạch in” nhóm thực để đáp ứng phần cơng nghệ Ưu điểm máy CNC vẽ mạch in: - Vẽ mạch in cách xác - Quy hoạch thời gian sản xuất tốt - Tính linh hoạt cao - Tiết kiệm chi phí, giảm thời gian gia công mạch in - Nâng cao suất - So với máy công cụ điều khiển tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung chương trình đưa vào máy Người điều khiển chủ yếu theo dõi kiểm tra chức hoạt động máy - Ít phải dừng máy kỹ thuật, chi phí dừng máy nhỏ - Tiêu hao kiểm tra ít, giá thành đo kiểm giảm - Thời gian hiệu chỉnh máy nhỏ Nhược điểm: - Không thể vẽ mạch in phức tạp - Giá thành, chi phí bảo dưỡng sửa chữa cao; yêu cầu trình độ hiểu biết sâu để vận hành bảo quản máy 1.3.5 Phân loại mô hình máy CNC Các loại máy CNC phân loại theo hai tiêu chí: Phân loại theo mục đích: Máy tiện CNC Máy phay CNC Máy khắc CNC Phân loại theo số trục : Có loại máy tiện/phay trục, trục , trục, trục,… SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh 1.3.6 Các đặc trưng máy CNC vẽ mạch in Tính tự động cao: Máy CNC vẽ mạch in có suất cao giảm tối đa thời gian, mức độ tự động nâng cao vượt bậc Tuỳ mức độ tự động, máy CNC vẽ mạch in thực lúc nhiều chuyển động khác nhau, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết qua tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối bút vẽ board đồng, … Tính linh hoạt cao: Chương trình thay đổi dễ dàng nhanh chóng, thích ứng với loại mạch in khác Do rút ngắn thời gian phụ thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện thuận lơi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ Bất lúc sản xuất nhanh chóng chi tiết có chương trình Vì thế, khơng cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, mà giữ lấy chương trình chi tiết Máy CNC vẽ mạch in tạo chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng cách linh hoạt nhiệm vụ công nghệ thay đổi điều quan trọng việc lập trình gia cơng thực ngồi máy, văn phịng có hỗ trợ kỹ thuật tin học thơng qua thiết bị vi tính, vi sử lý … Tính xác, đảm bảo chất lượng cao: Giảm hư hỏng sai sót người Đồng thời giảm cường độ ý người làm việc Có khả vẽ mạch in xác hàng loạt Độ xác lặp lại, đặc trưng cho mức độ ổn định suốt trình vẽ điểm ưu việt tuyệt đối máy CNC vẽ mạch in Máy CNC vẽ mạch in với hệ thống điều khiển khép kín có khả vẽ mạch in cách xác Những đặc điểm thuận tiện cho việc tạo mạch in vừa xác lại đảm bảo tính thẩm mĩ,bên cạnh giảm khả tổn thất mức thấp 1.3.7 Ứng dụng - Được sử dụng lĩnh vực nghành điện tử, điện tử, tự động hóa, - Tạo mạch in đẹp, nhanh chóng, tiện lợi 1.3.8 Hướng giải - Tham khảo tài liệu mạng mô hình máy khắc CNC để vẽ mơ hình máy - CNC vẽ mạch in - Sử dụng phần mềm Proteus,Aspire , GRBL, Universal Gcode Sender - Nghiên cứu kết cấu loại máy CNC thị trường có tính tương tự, cải tiến khuyết điểm - Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp thí nghiệm mạch điều khiển động bước, động Servo, điều khiển chính, cổng truyền thơng giao tiếp, gia cơng tồn chi tiết lắp ráp hồn chỉnh mơ hình máy CNC vẽ mạch in - Sử dụng điều khiển để điều khiển máy dịch chuyển theo phương X Y Z - Lập trình chạy thử 1.3.9 Những u cầu chung mơ hình máy CNC - Kích thước trọng lượng máy khơng q lớn - Chọn truyền động giúp cho máy hoạt động linh hoạt SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 10 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh CHƯƠNG PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH MÁY THIẾT KẾ MÁY 2.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống Khi tiến hành thiết kế mơ hình máy phay CNC , nhóm chúng em đặt yêu cầu sau : -Mô hình phải hoạt động ổn định -Mơ hình phải dược điều khiển phần mềm thông dụng -Chạy tự động kết nối với máy tính -Có thể đổ chương trình gia cơng từ máy tính -Sử dụng vật tư , thiết bị điện thông dụng để dễ dàng thay sửa chữa -Các phận truyền động kết nối phải đảm bảo đủ cứng vững đồng thời tuổi thọ mơ hình phải cao -Thơng số kỹ thuật mơ hình: +Kích thước máy: (dài x cao x rộng) 400mm × 300mm × 290mm (khơng bao gồm động bước) +Đường kính bàn xoay: D = 190 mm +Vùng làm việt máy: 120mm × 70mm × 20mm +Vật liệu làm khung máy nhơm định hình 20mm x20mm, nhựa PVC cơng nghiệp chi tiết nhôm khác -Máy sữ dụng để vẽ mạch in bo đồng 2.1 Tổng quan kỹ thuật điều khiển số 2.1.1 Các định nghĩa điều khiển số 2.1.1.1 Điều khiển số Điều khiển số (Numerical Control) trình tự động điều khiển hoạt động máy dựa sở liệu mã hóa đặc biệt tạo nên chương trình làm việc thiết bị hay hệ thống Hệ thống ĐK số bao gồm loại khâu bản: +Khâu có chất gián đoạn: Các tín hiệu vào/ra/ trạng thái gián đoạn thời gian mức Khâu mô tả thiết bị ĐK digital + Khâu có chất liên tục: Mơ tả đối tượng điều khiển Khi gián đoạn hóa đưa đến mơ hình bên Việc gián đoạn hóa xuất phát từ mơ hình trạng thái liên tục đối tượng 2.1.1.2 Hệ thống điều khiển số Là hệ thống mà hoạt động điều khiển liệu số đưa vào trực tiếp điểm Hệ thống phải tự động dịch chuyển tối thiểu phần liệu SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 11 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh Dữ liệu thơng tin cung cấp mã nhị phân Nó biểu diễn dạng mã số ký tự Đây thông tin cần thiết để tạo chương trình gọi chương trình gia cơng Cấu trúc phần hệ thống điều khiển số: Hình 2.3 Cấu trúc phần hệ thống điều khiển số Gồm thành phần chính: Chương trình gia cơng (Part Programe): bao gồm thị mã hóa Hệ điều khiển máy (Machine Control Unit - MCU) chia làm thành phần: - Đơn vị xử lý liệu (Data Processing Unit – DPU): thực chức đọc mã lệnh từ thiết bị nhập liệu, xử lý mã lệnh (giải mã), truyền liệu cho CLU - Mạch điều khiển (Control Loop Unit – CLU): thực chức nội suy chuyển động sở tín hiệu nhận từ DPU, xuất tín hiệu điều khiển, nhận tín hiệu phản hồi, điều khiển thiết bị phụ trợ Thiết bị đọc chương trình (Programe Unit) Hệ thống truyền động (Drive System): dùng động chiều, xoay chiều động bước truyền khí Máy cơng cụ Hệ thống phản hồi (Feedback System): gồm thành phần: - Bộ so sánh: so sánh giá trị thực biến để chấp hành giá trị với biến vào hệ điều khiển, sai lệch biến thành tín hiệu điều khiển - Cảm biến: dùng để đo giá trị thực biến sau cung cấp cho so sánh dạng tín hiệu, thường tín hiệu điện SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 12 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh 2.1.2 Phương pháp truyền thông tin đầu vào - Những thông tin cần thiết để gia cơng chi tiết tập hợp cách hệ thống thành chương trình gia cơng chi tiết có thể: - Thơng qua vật mang tin băng đục lỗ - Được soạn thảo lưu trữ vật mang tin (băng từ, đĩa từ đĩa CD) đưa vào hệ điều khiển thơng qua cửa nạp tương thích - Được đưa vào hệ điều khiển số thông qua nút bấm tay bảng điều khiển - Được chuyển tiếp từ nhớ máy tính điều hành chủ sang hệ điều khiển số trạm gia công 2.1.3 Ưu nhược điểm máy điều khiển số - Có thể bỏ qua chi tiết mẫu để chép hình - Chương trình gia cơng thay đổi dễ dàng nhanh chóng nhằm giảm thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện cho việc sản xuất hàng loạt nhỏ - Có thể sản xuất chi tiết có chương trình Vì khơng cần phải dự trữ chi tiết mà cần lưu chương trình chi tiết - Giảm hư hỏng sai sót người, cải thiện tốc độ gia công khả tận dụng máy - Dễ dàng điều khiển tập trung tồn q trình sản xuất phân xưởng - Nhược điểm máy NC hệ thống điều khiển phức tạp, giá thành đắt Để khắc phục nhược điểm người ta chế tạo máy NC có mức độ tự động thấp hơn, độ xác vừa phải hoàn toàn đáp ứng phần lớn nhu cầu ngành chế tạo máy 2.2.4 Phân loại theo cấu trúc điều khiển Theo cấu trúc điều khiển ta chia thành hai hệ: NC CNC - Hệ NC thực hàm chức mạch điện tử, muốn thay đổi cấu trúc điều khiển phải thiết kế lại mạch khác, hệ điều khiển NC gọi hệ điều khiển kín Tín hiệu điều khiển hệ NC xung điện áp - Hệ CNC sử dụng máy tính để điều khiển máy, hàm chức máy lập trình lại phần mềm chuyên dụng, cần thay đổi cấu trúc điều khiển cần thay đổi chương trình, hệ thống CNC mang tính linh hoạt cao tế bào khơng thể thiếu hệ thống sản xuất linh hoạt 2.2.5 Phân loại kiểu điều khiển 2.2.5.1 Hệ điều khiển hở Hệ điều khiển hở hệ khơng có mạch phản hồi kết hoạt động hệ khơng kiểm sốt Ví dụ hệ thống điều khiển hở sử dụng động bước: SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 13 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh Hình 2.7- Sơ đồ khối hệ điều khiển hở dùng động bước 2.2.5.2 Hệ thống điều khiển kín Hệ thống điều khiển kín hệ thống có mạch phản hồi Hệ thống phản hồi dùng để đo vị trí tốc độ thực tế trục so sánh chúng với tốc độ vị trí yêu cầu Sự khác giá trị thực giá trị yêu cầu sai số, sai số tác động lên hệ thống điều khiển làm cho hệ thống điều khiển tự điều chỉnh lại tín hiệu ngõ theo hướng cho sai số giảm xuống Hình 2.8-Sơ đồ khối hệ điều khiển kín SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 14  Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh 2.2 Nhiệm vụ máy thiết kế Đề tài "“Thiết kế máy CNC vẽ mạch in” nghiên cứu với mục đích sau: - Sự đời đề tài ham thích tìm hiểu máy CNC, xây đựng mơ hình máy CNC chạy thơng qua điều khiển điều khiển thiết kế Máy chế tạo có kích thước nhỏ gọn, kết cấu đơn giản, dễ vận hành thao tác, di chuyển từ nơi đến nơi khác không gian làm việc, máy có khả vẽ định dạng đường mạch in đơn giản - Xây dựng giao diện điều khiển hệ thống đẹp mắt, hoạt động đơn giản thuận tiện Đề tài cho đời nhằm mục đích giúp sinh viên có điều kiện tiếp cận nhiều với máy CNC Ngồi nhóm tác giả mong muốn đề tài tạo sở cho việc chế tạo máy CNC hồn chỉnh, phục cho cơng tác giảng dạy nhà trường khoa - Máy thiết kế gia cơng vật liệu mềm gỗ, mica, nhựa, phíp đồng Vì máy thiết kế có kích thước nhỏ gọn nên gia cơng chi tiết có kích thước nhỏ Kích thước tối đa phơi khơng vượt q giới hạn dịch chuyền dao bàn máy 2.3 Nguyên lý hoạt động máy Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý - Nguyên lý hoạt động máy sau: Máy CNC mini trục hoạt động dựa theo chuyển động phức hợp theo phương X,Y,Z điều khiển arduino UNO R3 thơng qua chương trình điều khiển Grbl ( Mach 3).Phôi định vị SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 15 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh bàn máy, File Gcode dc nạp vào phần mềm Grbl, xử lý phân tích code đưa tin hiệu điều khiển cấu chấp hành tiến hành gia công phôi định vị để tạo sản phẩm thơng số q trình gia cơng người điều khiển thiết lập phần mềm Grbl hiển thị hình điều khiển (màn hình máy tính) q trình gia cơng chi tiết 2.4 Các thành phần máy 2.4.1 Phần điều khiển Phần điều khiển máy CNC mini gồm chương trình điều khiển thiết bị điều khiển: + Chương trình điều khiển: phần mềm máy tính có nhiệm vụ đọc chương trình, thực biến đổi cần thiết để đưa tín hiệu điều khiển xuống mạch điều khiển, bao gồm cấu giải mã, cấu chuyển đổi, xử lý tín hiệu, cấu nội suy, cấu so sánh + Cơ cấu điều khiển: mạch điều khiển mạch cơng suất có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ máy tính, thực biến đổi cần thiết để điều khiển cấu chấp hành kiểm tra hoạt động cấu chấp hành thông qua cảm biến liên hệ ngược (cơng tắc hành trình) Cơ cấu điều khiển gồm: cấu giải mã, cấu chuyển đổi, xử lý tín hiệu, cấu so sánh, cấu khuếch đại, cấu hành trình, cấu đo vận tốc thiết bị xuất nhập tín hiệu 2.4.2 Phần chấp hành Phần chấp hành bao gồm toàn khung máy, bàn máy, động cấu chạy dao truyền động máy vẽ CNC mini, nhận tín hiệu từ driver điều khiển tạo chuyển động chạy dao vẽ + Khung máy: Hình thành kết cấu máy, phân sở để ghép nối cấu quan trọng khác + Bàn máy: Nơi gá đặt, định vi phôi chuẩn bị cho q trình gia cơng + Động chấp hành: Trong hệ thống máy CNC, ĐCCH đóng vai trị quan trọng, nguồn lượng thiết yếu cho hoạt động máy - Dao cắt phận trực tiếp tham gia cắt gọt chi tiết - Bộ truyền động thường sử dụng truyền vít me - đai ốc bi… Hệ trục tọa độ máy CNC Theo tiêu chuẩn ISO, chuyển động cắt gọt gia công máy CNC phải nằm hệ tọa độ Descarte theo nguyên tắc bàn tay phải: + Đặt ngửa bàn tay phải lên bàn máy với phương chiều ngón tay hình vẽ, chiều ngón chiều trục Z, ngón trỏ chiều trục Y, ngón chiều trục X + Trong hệ tọa độ có chuyển động: chuyển động tịnh tiến theo trục chuyển động quay theo trục + Trục Z: tương ứng với trục máy CNC, có chiều dương chiều mà theo khoảng cách bút chi tiết tăng dần SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 16 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh + Trục X: chuyển động tịnh tiến lớn máy CNC Ví dụ: Trên máy vẽ chuyển động dọc trục, máy tiện chuyển động theo phương ngang Cũng tương tự trục Z, chiều chiều làm tăng khoảng cách dao chi tiết gia công + Trục Y: trục mà tự với hai trục làm thành hệ trục toạ độ Ví dụ: máy vẽ chuyển động chạy dao ngang Trên máy tiện khơng có trục (cho dạng chi tiết tròn xoay) SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 17  Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ HÌNH CỦA MÁY 3.1 Phân tích, chọn phương án, kích thước quy mơ mơ 3.1.1 Phân tích chọn phương án Mơ hình chế tạo cần đáp ứng yêu cầu sau: + Đề tài nghiên cứu mức mô hình phục vụ cho giảng dạy, học tập + Đảm bảo độ cứng vững kích thước đơn giản máy + Dễ chế tạo mơ hình cũ sẵn có Trong phương án này, bàn máy đứng yên, đầu máy thực chuyển động chạy dao theo phương X, Y, Z nhờ động riêng lẻ Hình 3.1 Hình ảnh thực tế - Ưu điểm: + Gọn nhẹ, dễ sử dụng + Chi phí thấp, hiệu cao - Nhược điểm: + Độ cứng vững máy khơng cao + Khó mở rộng phạm vi hoạt động bàn máy 3.1.2.Kích thước quy mơ mơ hình Theo phương án chế tạo đặt ra, chúng em dự kiến thiết kế máy có kích thước sau: SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 18 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh - Chiều cao máy: 300mm - Chiều dài máy: 400mm - Chiều rộng máy: 290mm 3.2 Tính tốn thiết kế thành phần máy Tác dụng, yêu cầu khung máy + Khung máy phận cấu thành nên máy hồn chỉnh Chính khung máy có kết cấu phức tạp với nhiều gân, gờ, lỗ bố trí khơng gian + Mặt khác khung máy chi tiết quan trọng máy, độ xác, cứng vững cịn ảnh hưởng lớn đến q trình làm việc độ xác gia cơng Do khung máy phải thỏa u cầu sau: Đảm bảo đầy đủ độ cứng vững máy chạy độ giảm chấn Do kiến thức gia cơng khí cịn hạn chế để đảm bảo chi phí chế tạo máy phù hợp với điều kiện kinh tế thân nên chúng em định chọn vật liệu làm khung máy nhôm định hình với lý sau: + Vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm + Dễ gia công, chế tạo + Dễ gá lắp, chỉnh sửa 3.2.1 Cơ cấu dẫn hướng - Bi trượt - Trục trơn SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 19 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử  GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh - Trong mơ hình máy CNC, sau cân nhắc tác giả định chọn giải pháp dùng vòng bi kết hợp với ống trụ tròn để làm phận dẫn hướng cho chuyển động chạy dao theo trục máy vì: + Thơng dụng, dễ kiếm + Dễ tháo lắp, kết cấu đơn giản + Ma sát nhỏ + Đảm bảo yêu cầu thiết kế - Tuy cấu có độ xác cao, ma sát thấp giá thành lại cao 3.2.2 Cơ cấu truyền động - Do kinh phí chế tạo máy nhỏ nên nhóm khơng thể dùng vít me bi để đảm bảo độ xác cao mà lựa chọn giải pháp dùng vitme đai ốc thường -Vít me gắn đồng trục với động cơ, động quay , vít me quay, động vít me gắn cố định, làm cho đai ốc di chuyển dọc theo trục vít me Đai ốc gắn chặt vào phận cần chuyển động ( trục X, Y ,Z) Từ làm cho phận chuyển động so với hệ thống trượt , động cấu truyền động -Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ động bước ren trục vít, thường bước ren nhỏ cỡ đến mm, vòng quay trục động làm đai ốc di chuyển đoạn bước ren trục vít , tốc độ di chuyển phận trượt phương pháp chậm lại có độ xác chuyển động cao.Dùng động bước có bước góc nhỏ trục ren có bước ren nhỏ độ xác di chuyển cao -Ưu điểm loại vitme giá thành rẻ, sai số mức cho phép, đảm bảo độ bền ổn định - Thông số truyền vitme – đai ốc chọn sau: + Đường kính trục vitme: d = 8mm + Bước vit: p = 8mm + Chiều dài vitme cho trục: X: Y: = 360mm = 270mm Z: L3 = 120mm SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 20