Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang /54 LỜI CẢM ƠN Sau năm năm học trường Đại học Tôn Đức Thắng, chúng em học tiếp thu nhiều kiến thức từ bảo tận tình quý thầy cô, giúp đỡ bạn bè Đây khoảng thời gian đầy ý nghĩa Đồ ấn tốt nghiệp tảng quan trọng để đánh giấu bước ngoặc tương lai Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Công Thịnh Người hướng dẫn chúng em thực đồ án tốt nghiệp cung cấp cho chúng em nhiều kinh nghiệm quý báu Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô môn điện tử viễn thông cán công nhân viên trường đại học tôn đức thắng tạo điều kiện thuận lợi để nhóm em hồn thành đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Hùng Nguyễn Văn Huấn Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang /54 LỜI MỞ ĐẦU Ngày khoa học kỹ thuật nói chung ngành kỹ thuật điện tử nói riêng phát triển có đóng góp nhiều đời sống Nắm tầm quan trọng đó, nhóm chúng em đề tài : thiết kế máy CNC trục điều khiển chương trình mach3 nhằm giúp việc gia cơng chi tiết khí nhanh xác Những kiến thức lực giúp việc gia công chi tiết khí nhanh xác Những kiến thức lực đạt trình học tập trường đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án tốt nghiệp Chúng em cố gắng tận dụng tất kiến thức học trường với tìm tịi nghiên cứu, để hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Kết sản phẩm đạt ngày hơm khơng lớn lao thành năm năm học trường thành công chúng em trước trường Tuy nhóm chúng em cố gắng hết sức, khơng tránh khỏi sai sót, mong quý thầy cô thông cảm Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp tận tình q thầy cô bạn Cuối chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô bạn Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang /54 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học Th.s Trần Công Thịnh nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, ln văn cịn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hoàn toàn chiu trách nhiệm nội dung luận văn Trường đại học tơn đức thắng khơng liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tơi gây q trình thực TP Hồ Chí Mình, ngày tháng năm Tác giả Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang /54 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC 10 1.1 Khái quát máy công cụ CNC 10 1.1.1 Sơ lược máy CNC trình phát triển 10 1.1.2 Cơ sở máy CNC 12 1.1.3 Đặc điểm phân loại 13 1.2 Nguyên lý vận hành máy công cụ điều khiển số 13 1.2.1 Chương trình gia cơng chi tiết 13 1.2.2 Khối điều khiển 14 1.2.3 Điều khiển logic 14 1.3 Hệ thống tính tốn điều khiển 14 1.3.1 Khái niệm phân loại 14 1.3.2 Chuẩn bị chương trình điều khiển cho hệ CNC 15 CHƯƠNG KỸ THUẬT GHÉP NỐI MÁY TÍNH 17 2.1 Cổng nối tiếp (serial port hay com port) 17 2.1.1 Ưu điểm 17 2.1.2 Nhược điểm 17 2.2 Giao tiếp qua slot card 17 2.3 Cổng song song 18 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI ĐÔNG CƠ THÔNG DỤNG 21 3.1 Động Cơ Dẫn Động Các Trục Tọa Độ 21 3.1.1 Động bước (stepping motor) 21 3.1.2 Động chiều (DC motor) 22 Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang /54 3.1.3 Động servo 22 3.1.4 Giới thiệu động bước 23 3.1.5 Giới thiệu động bước đơn cực 24 3.2 Vấn đề trượt bước 25 CHƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 27 4.1 Giới thiệu phần mềm mach3 27 4.1.1 Tính chức 27 4.1.2 Vấn đề cần giải áp dụng vào thực tế 27 4.2 Cách xác lập thông số cho phần mềm mach3 27 4.2.1 Các xác lập chân vào/ra cổng máy in cho phù hợp với mạch điều khiển 27 4.2.2 Xác lập đơn vị đo motor turning: 33 4.2.3 Xác lập thông số cho trục 33 4.2.4 Các nút thông dụng mach3 34 CHƯƠNG CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 37 5.1 IC74LS04 37 5.1.1 Sơ đồ chân 37 5.1.2 Cấu tạo 37 5.1.3 Nguyên tắc hoạt động 38 5.2 IC 74LS08 38 5.2.1 Sơ đồ chân 38 5.2.2 Cấu tạo 38 5.2.3 Nguyên tắc hoạt động 38 5.3.1 Sơ đồ chân IC ULN2803 39 5.3.2 Cấu tạo: 39 5.3.3 Chức 40 5.3 IC OPTO 41 5.4.1 Sơ đồ chân 41 5.4.2 Nguyên lý hoạt động 41 Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang /54 5.4 IC ULN2003 42 5.5.1 Sơ đồ chức chân IC ULN2003 42 5.5.2 Chức IC ULN2003 43 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH GIAO TIẾP VỚI CỔNG PRINTER 44 6.1 Nhiệm vụ 44 6.2 Sơ đồ khối 47 CHƯƠNG THI CÔNG VÀ LẮP RÁP 48 7.1 Chuẩn bị động driver 48 7.2 Lắp motor vào bàn mâm 49 7.4 Tủ điện hoàn chỉnh 51 7.5 Kết nối tủ điện với bàn máy CNC 52 7.6 Hình ảnh số sản phẩm gia công 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang /54 DANH MỤC VIẾT TẮT CNC: Computer Number Control CIM: Computer Integrated Manufacturing ISA: Industry Standard Architecture EPP: Enhanccd Parallel Port ECP: Extended Capapility Port SSP: Standard Parallel Port LPT: Line Printer Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang /54 DANH MỤC HÌNH ẢNH Tên Danh mục Trang Hình 1-1 Mơ hình điều khiển CNC Hình 1-2 Mơ hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM 10 Hình 1-3 Cơ sở máy CNC 11 Hình 1-4 Miêu tả trục máy công cụ CNC hệ tọa độ 11 Descartes Hình 1-5 Lưu đồ điều khiển hệ CNC 14 Hình 2-1 Cổng nối tiếp 16 Hình 2-2 Cổng máy in 25 chân 18 Hình 3-1 Động bước 20 Hình 3-2 Động DC 21 Hình 3-3 Servo motor 21 Hình 3-4 Động bước 24 Hình 4-1 Xác lập chân vào cho phu hợp với mạch 27 Hình 4-2 Bảng điều chỉnh 28 Hình 4-3 Kích hoạt trục tạo 29 Hình 4-4 Kích hoạt chân Estop 31 Hình 4-5 Xác lập thơng số dùng điều khiển 32 Hình 4-6 Xác lập đơn vị cho motor chuyển 33 Hình 4-7 Thiết lập xung vận tốc cho motor 33 Hình 4-8 Giao diện chương trình mach3 34 Hình 5-1 Sơ đồ chân IC 74LS04 37 Hình 5-2 Sơ đồ chân IC 74LS08 38 Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang /54 Hình 5-3 Sơ đồ chân IC ULN 2803 39 Hình 5-4 Sơ đồ nguyên lý 41 Hình 5-5 Sơ đồ chân ULN 2003 42 Hình 6-1 Mạch giao tiếp 44 Hình 6-2 Khối nguồn 44 Hình 6-3 Khối input 45 Hình 6-4 Khối output 45 Hình 6-5 Khối điều khiển trục 46 Hình 6-6 Sơ đồ khối 47 Hình 7-1 Servo motor AC servo driver 48 Hình 7-2 Bàn mâm máy CNC 49 Hình 7-3 Máy CNC lắp motor 49 Hình 7-4 Tủ điện trống 50 Hình 7-5 Mạch điều khiển 50 Hình 7-6 Mạch điều khiển nguồn cấp 51 Hình 7-7 Tủ điện lắp hồn chình 51 Hình 7-8 Máy CNC hồn thiện 52 Hình 7-9 Hình Ảnh sản phẩm 53 Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 10 /54 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC 1.1 Khái quát máy công cụ CNC 1.1.1 Sơ lược máy CNC trình phát triển Điều khiển số (Numerical control) đời với mục đích điều khiển q trình cơng nghệ gia công cắt gọt công cụ Về thực chất, trình tự động điều khiển hoạt động máy (như máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu chi tiết gia cơng, kho quản lí phơi sản phẩm…) sở liệu cung cấp bao gồm chữ số, số thập phân, chữ số ký tự đặc biệt tạo nên chương trình làm việc thiết bị hay hệ thống Lịch sử phát triển NC bắt nguồn từ mục đích qn hàng khơng vũ trụ mà yêu cầu tiêu chất lượng máy bay, tên lửa, xe tăng…là cao Ngày nay, lịch sử phát triển NC trải qua q trình phát triển khơng ngừng với phát triển lĩnh vực vi xử lí từ bit, bit….cho đến đạt đến 32 bit cho phép hệ thống sau cao hệ trước mạnh mẽ khả lưu trữ xử lí Máy tính trung tâm CNC Máy CNC CNC Máy CNC CNC CNC Máy CNC Máy CNC Hình 1-1: Mơ hình điều khiển CNC Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 40 /54 Thơng số IC ULN2803 Ta tăng điện áp ngõ cách thêm điện trở treo ngõ với điện áp kéo lên cao Bảng 5-1: Thông số cấp nguồn ULN2803 Điện áp cung cấp 5-12v Điện áp ngõ vào tối đa 30v Điện áp ngõ tối đa 50v Dòng điện ngõ tối đa 500mA Dòng điện ngõ vào 25mA 5.3.3 Chức ULN 2803 vi mạch đệm, chất cấu tạo mảng darlington chịu dòng điện lớn điện áp cao, có chứa darlington cực góp hở với cực phát chung ULN 2803 đệm đường riêng biệt Dòng tới 500mA Chức ULN 2803 giống hút dòng Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 41 /54 5.3 IC OPTO 5.4.1 Sơ đồ chân Hình 5-4: Sơ đồ ngun lý Opto hay cịn gọi cách ly quang linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm led photo diode hay photo transistor Được sử dụng để cách ly khối chênh lệch điện hay công suất khối có cơng suất nhỏ với khối điện áp lớn 5.4.2 Ngun lý hoạt động Khi có dịng nhỏ qua đầu led có opto làm cho led phát sáng Khi led phát sáng làm thông cực photo diode, mở cho dòng điện chạy qua Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 42 /54 Ứng dụng opto cách ly để chống nhiễu cho thiết bị Trong mạch điện ngõ vào ngõ PLC, thường gắn opto Chính đặc tính chống nhiễu tốt mà opto sử dụng nhiều thiết bị đo lường điện tử, thiết bị PLC, thiết bị truyền thông công nghiệp, … 5.4 IC ULN2003 5.5.1 Sơ đồ chức chân IC ULN2003 Đối với ứng dụng mà cuộn dây động dẫn dòng nhỏ 500mA, mạch darlington họ ULN 200x Allegro Microsystems họ DS200x National Semiconductor hay MC1413 Motorala dẫn động cho cuộn dây tải cảm ứng khác trực tiếp từ tín hiệu vào logic Hình bên ngõ vào ngõ chip ULN 2803, dãy transistor darlington Hình 5-5: Sơ đồ chân ULN 2003 IC ULN2003 có đầu vào (từ chân đến chân 7) có chức nhận tín hiệu dịng vào cần khuếch đại Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 43 /54 ICULN2003 có đầu (từ chân đến chân 16), tín hiệu qua chân khuếch đại theo yêu cầu, làm nhiệm vụ kết nối với thiết bị cần hỗ trợ dòng Chân nối mass, chân 9, 10 cấp nguồn 5V 5.5.2 Chức IC ULN2003 Điện trở transistor darlington phải thích hợp với tín hiệu TTL lưỡng cực chuẩn Cực phát darlington NPN nối với chân 8, chân nối đất Mỗi transistor bảo vệ hai diode, mối nối cực phát cực thu để bảo vệ transistor khỏi điện áp ngược, mối nối cực thu với chân 9, chân nối với nguồn động diode bảo vệ transistor khỏi đỉnh nhọn độ tự cảm Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 44 /54 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH GIAO TIẾP VỚI CỔNG PRINTER 6.1 Nhiệm vụ Thiết kế mạch giao tiếp từ máy tính qua cổng printer để điều khiển động Hình 6-1: Mạch giao tiếp Khối nguồn : cấp nguồn vào 24V DC mạch cịn có IC sử dụng nguồn 5V DC nên ta phải tự tạo nguồn 5V DC Để tiết kiệm mạch in nên dùng trực tiếp IC ổn áp 7805 để lấy nguồn 5V từ nguồn vào 24V Hình 6-2: Khối nguồn Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 45 /54 Hình 6-3: Khối input Khối input khối sử dụng để gắn điểm X home, Y home, Z home, X++, Y++, Z++ trục X, Y, Z đến vị trí cơng tắc hành trình nhận lại báo mạch điều khiển để dừng motor lại không cho chúng chuyển để tránh tình trạng va chạm dẫn đến gãy vitme Hinh 6-4: Khối output Khối output : khối trực tiếp nhận xung từ PC thông qua IC 7404 7408 để điều chỉnh chiều động mong muốn Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 46 /54 Nhưng đến chưa đủ, tín hiệu từ PC có dịng nhỏ nên cần phải dùng transistor để khuếch đại chúng lên Để tiết kiệm mạch in nên ta dùng IC tích hợp transistor 2803 cho thuận tiện Hình 6-5: Khối điều khiển trục Khối điều khiển trục chính: dùng role để đóng ngắt trục Ngồi cịn thiết kế thêm chân dự phịng Và chân thực cơng việc khác bơm nước làm mát… Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 47 /54 6.2 Sơ đồ khối Nhận data từ PC Khối xử lí chiều trục Dừng khẩn cấp Khối xử lí chiều trục y Khối điều khiển trục x Khối điều khiển trục y Động servo trục x Động servo trục y Có lỗi Khối xử lí chiều trục z Khối điều khiển trục z Động servo trục z Quan sát Ko lỗi Gia cơng Hình 6-6: Sơ đồ khối Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 48 /54 CHƯƠNG THI CÔNG VÀ LẮP RÁP 7.1 Chuẩn bị động driver Hình 7-1: Servo motor AC servo driver Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 49 /54 7.2 Lắp motor vào bàn mâm Hình 7-2: Bàn mâm máy CNC Hình 7-3: Máy CNC lắp motor Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 50 /54 7.3 Chuẩn bị tủ điện trống lắp mạch khiển vào tủ Hình 7-4: Tủ điện trống Hình 7-5: Mạch điều khiển Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 51 /54 Hình 7-6: Mạch điều khiển nguồn cấp 7.4 Tủ điện hồn chỉnh Hình 7-7: Tủ điện lắp hồn chình Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 52 /54 7.5 Kết nối tủ điện với bàn máy CNC Hình 7-8: Máy CNC hồn thiện Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 53 /54 7.6 Hình ảnh số sản phẩm gia cơng Hình 7-9: Hình Ảnh sản phẩm Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 54 /54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Máy công cụ CNC PGS.TS Tạ Duy Liêm- nhà xuất khoa học kỹ thuật [2] Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ PGS.TS tạ liêm- nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] Sổ tay lập trình cơng nghệ CNC Đại học Đà Nẵng [4].http://www.dientuvietnam.net [5].www.ebook.edu.vn Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ... điều khiển Trong tab điều khiển spindle, điều khiển động bơm dung dịch làm mát… Thiết kế, chế tạo máy CNC sử dụng chương trình mach3 SV: Nguyễn Trọng Hùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 32 /54 Trong tab... cắt gọt gia công chi tiết máy CNC phải nằm hệ trục tọa độ Descartes theo nguyên tắc bàn tay phải Trong có ba chuyển động tịnh tiến theo trục ba chuyển động quay theo trục tương ứng Một máy cơng... máy công cụ NC máy công cụ vạn năng, chia thành nhóm sau:  Nhóm máy tiện đại diện cho máy tiện trong, tiện ngồi phơi dạng quay, cắt ren ren ngồi…  Nhóm máy khoan, doa để khoan, doa phơi  Nhóm