Thiết kế bàn máy 3D truyền động bằng vitme và thanh dẫn hướng

Thiết kế bàn máy 3D truyền động bằng vitme và thanh dẫn hướng

Máy CNC mini 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 1. TRẦN NGUYÊN PHẨM Lớp CĐ-CĐT 10B 2. LÊ HỒNG KHA Lớp CĐ-CĐT 10B 3. 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 GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 1 Máy CNC mini Giám hiệu Khoa cơ khí-BM cơ điện tử GV hướng dẫn GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 2 Máy CNC mini 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 GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 3 Máy CNC mini 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. GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 4 Máy CNC mini NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN  Giáo viên hướng dẫn GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 5 Máy CNC mini NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN  GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 6 Máy CNC mini NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN  GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 7 Máy CNC mini 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 GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 8 Máy CNC mini MỤC LỤC HÌNH ẢNH GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 9 Máy CNC mini CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CNC 1.1. 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. 1.2. 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 1.3. 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 . 1.4. 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. GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 10 [...]... 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 GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 24 Máy CNC mini 3.2.3.Phương án trục Z cố định, phôi di chuyển • Đặc điểm Trục X di chuyển trên bệ máy, trục... 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... Tính hiệu truyền đi không được xa Khó lập trình Kết luận: Nhóm chọn cổng song song để giao tiếp với máy tính GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 15 Máy CNC mini 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... 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... 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,... 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... 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 GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 32 Máy CNC mini Sơ đồ... 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. .. 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... 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 GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 26 Máy CNC mini . 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. 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. tiếp với máy tính. GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 15 Máy CNC mini 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