TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THÂṬ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH LƯU THÀNH TRUNG MSSV 18151251 SVTH PHẠM TRƯƠNG VIỆT HOÀN MSSV 18151179 Khóa 2018 Ngành Công nghệ Kỹ thuậ. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 LỜI CAM ĐOAN 5 LỜI CẢM ƠN 6 LỜI NÓI ĐẦU 7 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 8 DANH SÁCH HÌNH ẢNH 9 DANH SÁCH BẢNG 11 MỤC LỤC 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 14 1.1. Đặt vấn đề 14 1.2. Mục tiêu đề tài 14 1.3. Phương pháp nghiên cứu 14 1.4. Giới hạn đề tài 15 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16 2.1. Tổng quan về hệ thống CNC 16 2.1.1. Giới thiệu về máy CNC 16 2.1.1.1. Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động 16 2.1.1.2. Phân loại máy CNC 16 2.1.1.3. Ưu điểm và nhược điểm máy CNC 18 2.1.2. Giới thiệu về Servo. 19 2.1.2.1. Giới thiệu chung về Servo. 19 2.1.2.2. Cấu tạo và chức năng của AC Servo 20 2.1.3. Giới thiệu về Driver Servo: 21 2.1.3.1. Giới thiệu chung về Driver Servo: 21 2.1.3.2. Cấu hình và cài đặt Paramater cho Driver 23 2.1.4. Encoder 27 2.2. Giới thiệu phần cứng 29 2.2.1. Driver Servo MRJ2S10A 29 2.2.2. Bo mạch CNC Mach3 4 trục 30 2.2.3. Động cơ trục chính Spindle 32 2.2.4. Cảm biến FL24A6QSF 32 2.2.5. Cảm biến APMD3B1 33 2.2.6. Cảm biến DA1805NO 34 2.2.7. Bộ lọc nhiễu 36 2.2.8. Bộ nguồn 24V DC 37 2.2.9. Bộ nguồn 48V DC 38 2.2.10. Relay trung gian 39 2.2.11. Thiết bị đóng cắt CP30BA 40 2.2.12. Nút nhấn Emergency Stop LA38 41 2.2.13. Khởi động từ 42 2.3. Giới thiệu phần mềm 43 2.3.1. Giới thiệu về Gcode 43 2.3.2. Phần mềm Mach 3 45 2.3.3. Phần mềm ArtCam 46 2.3.4. Phần mềm CimCo Edit 47 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 49 3.1. Giới thiệu về mô hình 49 3.2. Thiết kế phần cứng: 54 3.2.1. Sơ đồ nối dây cung cấp nguồn của hệ thống CNC 4 trục: 55 3.2.2. Sơ đồ kết nối dây của bộ điều khiển và động cơ servo: 56 3.2.3. Sơ đồ đấu dây hệ thống CNC 4 trục: 57 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 59 4.1. Yêu cầu điều khiển: 59 4.2. Quy trình vận hành : 59 4.3. Điều khiển hệ thống: 59 4.3.1. Thiết kế và tạo file Gcode: 60 4.3.2. Xuất GCode bằng phần mền ArtCam: 60 4.3.3. Hiệu chỉnh File GCode bằng phần mền CIMCO Edit: 62 4.3.4. Điều khiển bằng Mach3: 62 CHƯƠNG 5 68 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 68 5.1. Kết luận 68 5.1.1. Kết quả đạt được 68 5.1.2. Ưu điểm và nhược điểm của mô hình 68 5.2. Hướng phát triển 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 70
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THÂṬ THÀ NH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: LƯU THÀNH TRUNG MSSV: 18151251 SVTH: PHẠM TRƯƠNG VIỆT HỒN MSSV: 18151179 Khóa: 2018 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Điều khiển GVHD: Ths LÊ HOÀNG LÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022 TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ MINH KHOA ĐIỆN- NGHĨA VIỆT NAM ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN o0o -Tp HCM, ngày 25 tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên SV 1: Lưu Thành Trung MSSV: 18151251 Họ tên SV 2: Phạm Trương Việt Hoàn MSSV: 18151179 Chuyên ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Hệ đào tạo: Đại học quy Khóa: 18 Lớp: 181512 I TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC TRỤC DÙNG SERVO II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: - Tìm hiểu nguyên lý cách điều khiển động Servo - Tìm hiểu kết nối hoạt động Driver Servo MR-J2S-10A - Tìm hiều G-code, phần mềm CNC Mach phần mềm hỗ trợ Nội dung thực hiện: - Giao tiếp bo mạch CNC máy tính - Điều khiển Driver Servo - Đáp ứng tốc độ yêu cầu động III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/2/2022 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25/6/2022 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Lê Hoàng Lâm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ MINH KHOA ĐIỆN- NGHĨA VIỆT NAM ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC o0o BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN Tp HCM, ngày 25 tháng năm 2022 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Lưu Thành Trung MSSV: 18151251 Họ tên sinh viên 2: Phạm Trương Việt Hoàn MSSV: 18151179 Tên đề tài: XÂY DỰNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC TRỤC DÙNG SERVO Ngày Nội dung 25/2/2022 - Tìm hiểu AC Servo Motor ( HC-KFS13) Driver MR-J2S-10A: chạy Jog, set parameter, 4/3/2022 chân phát xung - Dựng khung máy CNC: trục X, trục Y trục Z 25/3/2022 - Dựng bàn đỡ máy, trục xoay A 1/4/2022 - Tìm hiểu phần mềm Mach3: cách thiết lập ngõ ra, ngõ vào, chân phát xung, chiều quay,các thông số cấp xung, điều khiển tốc độ Xác nhận GVHD 8/4/2022 - Tìm hiểu board CNC mach3 trục: ngõ ra, ngõ vào, tần số phát xung, kiểu phát xung, sơ đồ đấu dây 15/4/2022 - Lựa chọn thiết bị điện cho mơ hình, vẽ mạch động lực, mạch điều khiển 22/4/2022 - Tiến hành bố trí thiết bị điện, dây điện cho thiết bị 13/5/2022 - Tiến hành tính tốn, cài đặt thơng số Driver động cơ, thơng số phần mềm mach3 20/5/2022 - Tìm hiểu phần mềm ArtCam Pro xuất file G-code phần mềm CIMCO Edit chỉnh sửa 3/6/2022 đoạn code - Chạy file G-code kiểm tra sai số, hiệu chỉnh tốc độ trục cho phù hợp 17/6/2022 - Kiểm tra lại phần cứng - Kiểm tra, vận hành lại hệ thống GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN Chúng cam đoan công trình nghiên cứu chúng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực không chép từ nguồn khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 (Ký tên ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Lời nhóm em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám Hiệu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, Ban Chủ Nhiệm khoa Điện - Điện tử quan tâm, hướng dẫn giúp đỡ cho nhóm suốt thời gian học trường Đặc biệt nhóm em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo ThS Lê Hoàng Lâm trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn nhóm hồn thành khóa luận tốt nghiệp Cuối cùng, nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, nhừng người ln ủng hộ, giúp đỡ động viên nhóm suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Bên cạnh đó, nhóm xin gởi lời cảm ơn đến anh, chị trước tận tình bảo, giải đáp thắc mắc để nhóm hồn thành đồ án tốt nghiệp Nhóm em xin chân thành cảm ơn! TP HCM, ngày 25 tháng 06 năm 2022 Nhóm sinh viên Lưu Thành Trung Phạm Trương Việt Hồn LỜI NĨI ĐẦU Cách mạng cơng nghiệp 4.0 đánh dấu xuất mở rộng không ngừng máy móc đại, thiết bị sản xuất thơng minh với bước phát triển đột phá cơng nghiệp khí điện tử xác, hoạt động sản xuất giao phần lớn cho robot thực Các quy trình nhà máy hồn tồn điều khiển tự động hóa mà khơng cần tương tác người giúp giảm chi phí nâng cao hiệu suất, an toàn chất lượng Làn sóng robot hóa tự động hóa nói riêng Cách mạng cơng nghiệp 4.0 nói chung xu đảo ngược Sự bùng bổ robot hóa tự động hóa tồn cầu kéo theo phát triển tương xứng hệ thống điều khiển Nhanh hơn, xác hơn, thơng minh hơn, hiệu suất cao nữa, yêu cầu cấp thiết sản xuất đại thiết bị truyền động Nếu hầu hết phương pháp điều khiển truyền động trước biến tần điều khiển tốc độ động mômen với độ xác khơng cao servo đặc biệt cần thiết sản xuất đại chúng có khả điều khiển xác thiết bị (như cánh tay robot) tốc độ cao với chế cho phép thực loại điều khiển: Vị trí, Mơ-men, Tốc độ kết hợp chế điều khiển Hiểu tầm quan trọng việc ứng dụng Servo sản xuất công nghiệp muốn nghiên cứu kỹ chi tiết hơn, nhóm chúng em định chọn đề tài đồ án tốt nghiệp “ Xây dựng điều khiển máy CNC trục dùng Servo ” NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Xác nhận GVHD ( kí/ đóng dấu) Thầy Lê Hồng Lâm DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình Máy khoan CNC…………………………………………………………………………………… 17 Hình 2 Máy phay CNC……………………………………………………………………………………….18 Hình Máy cắt CNC plasma…………………………………………………………………………………18 Hình Cấu tạo động Servo……………………………………………………………………………… 20 Hình Động AC Servo……………………………………………………………………………………21 Hình 6.Driver Servo……………………………………………………………………………………………22 Hình Bảng dạng xung đàu vào cua Driver Servo……………………………………………………….23 Hình Cấu hình cho Driver Servo………………………………………………………………………………24 Hình Cơng thức xác định tỉ số Gear……………………………………………………………………………25 Hình 10 Cài đặt tỉ số Gear cho Driver………………………………………………………………………….25 Hình 11 Xác định chiều dương chuyển động cho trục…………………………………………………….26 Hình 12 Cấu tạo chung Encoder…………………………………………………………………………….27 Hình 13 Driver Servo MR-J2S-10A…………………………………………………………………………… 29 Hình 14.Broad mạch Mach3…………………………………………………………………………………… 31 Hình 15 Động trục Spindle…………………………………………………………………………….32 Hình 16 Cảm biến FL2-4A6QS-F……………………………………………………………………………….32 Hình 17 Sơ đồ nguyên lý Cảm biến FL2-4A6QS-F…………………………………………………………….33 Hình 18.Cảm biến APM-D3B1………………………………………………………………………………….34 Hình 19 Sơ đồ cảm biến Cảm biến APM-D3B1…………………………………………………………………34 Hình 20 Cảm biến DA-1805NO……………………………………………………………………………….35 Hình 21 Sơ đồ nguyên lý Cảm biến DA-1805NO…………………………………………………………… 35 Hình 22 Bộ lọc nhiễu WYFTH20T1BD……………………………………………………………………….37 Hình 23 Bộ nguồn 24V DC…………………………………………………………………………………….38 Hình 24 Nguồn 48V DC…………………………………………………………………………………………39 Hình 25 Relay trung gian………………………………………………………………………………………40 Hình 26 Thiết bị đóng ngắt CP30-BA……………………………………………………………………… 41 Hình 27 Nút nhấn Emergency Stop LA38……………………………………………………………………42 Hình 28 Khởi đơng từ SD-Q11 DC24V 1A Mitsubishi………………………………………………………43 Hình 29 Giao diện phần mền MACH3……………………………………………………………………… 45 Hình 30 Giao diện phần mền ARTCAM pro…………………………………………………………………47 Hình 31 Giao diện phần mên CIMCO EDIT………………………………………………………………….48 Hình Mơ hình phần khí máy CNC……………………………………………………………………….49 Hình Mơ hình tổng thể máy CNC…………………………………………………………………………….50 Hình 3 Cảm biến giới hạn trục X……………………………………………………………………………… 50 Hình Cảm biến giới hạn trục Y……………………………………………………………………… …… 50 Hình Cảm biến giới hạn trục Z………………………………………………………………………….……51 Hình Bàn kẹp phơi……………………………………………………………………………………….… 52 Hình Bàn đựng máy………………………………………………………………………………………… 52 Hình Động servo trục X………………………………………………………………………………… 53 Hình Động servo trục Y……………………………………………………………………………………53 Hình 10 Động servo trục Z……………………………………………………………………………… 54 Hình 11 Các khối điều khiển hệ thống…………………………………………………………………55 Hình 12 Sơ đồ nguồn cung cấp cho hệ thống……………………………………………………………… 56 Hình 13 Sơ đồ kết nối dây điều khiển động servo………………………………………… 56 Hình 14 Sơ đồ kết nối dây board MACH3 với cáp tín hiệu driver…………………………………57 Hình 15 Sơ đồ đấu dây hệ thống CNC trục……………………………………………………………….58 Hình Sơ đồ quy trình vân hành hệ thống………………………………………………………………59 Hình Import file hình khắc phần mên ArtCam Pro……………………………………………………60 Hình Cửa sổ Tool Database để chọn dao……………………………………………………………………60 Hình 4 Cài đặt thơng số dao cho máy CNC………………………………………………………………… 61 Hình Một đoạn file G-code……………………………………………………………………………62 Hình Chỉnh sửa file G-Code phần mền CIMCO Edit………………………………………… 62 Hình 7.Cửa sổ thiết lập chức Mach3……………………………………………………………63 Hình 8.Cửa sổ Engine Configuration Port and Pin……………………………………………………….63 Hình Cửa sổ cài đặt chân xung cấp ra…………………………………………………………….64 Hình 10 Cài đặt chân tín hiệu ngõ vào cho mạch Mach3…………………………………………….64 Hình 11 Cài đặt thơng số cho động trục chính…………………………………………………………65 Hình 12 Cửa sổ cài đặt thơng số cho trục………………………………………………………………66 Hình 13 Phần mên Mach3 sau nạp file G-Code……………………………………………………… 67 10 Hình 12 Sơ đồ nguồn cung cấp cho hệ thống 3.2.2 Sơ đồ kết nối dây điều khiển động servo: Hình 13 Sơ đồ kết nối dây điều khiển động servo Hình 14 Sơ đồ kết nối dây board MACH3 với cáp tín hiệu driver 3.2.3 Sơ đồ đấu dây hệ thống CNC trục: Hình 15 Sơ đồ đấu dây hệ thống CNC trục CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Yêu cầu điều khiển: Điều khiển máy CNC thông qua phần mềm Mach 3, đáp ứng dòng lệnh G-code, từ cho sản phẩm theo yêu cầu Điều khiển riêng biệt trục X, Y, Z, A Driver Servo MR-C 4.2 Quy trình vận hành : Hình Sơ đồ quy trình vân hành hệ thống 4.3 Điều khiển hệ thống: 4.3.1 Thiết kế tạo file G-code: Tạo file hình khắc theo yêu cầu phần mền ArtCam Pro: Hình Import file hình khắc phần mên ArtCam Pro 4.3.2 Xuất G-Code phần mền ArtCam: Vào công cụ Toolpaths / 2D Profiling / kéo đến phần Profiling Tool / Nhấn select lên cửa sổ Tool Database để chọn dao: Hình Cửa sổ Tool Database để chọn dao Nhấn Add tool để mở cửa sổ Edit Tool cài đặt dao cho máy: Cài đặt thông số cho dao xong nhấn OK: Hình 4 Cài đặt thông số dao cho máy CNC Xuất file G-code dạng *txt: Hình Một đoạn file G-code 4.3.3 Hiệu chỉnh File G-Code phần mền CIMCO Edit: Hình Chỉnh sửa file G-Code phần mền CIMCO Edit 4.3.4 Điều khiển Mach3: Hình 7.Cửa sổ thiết lập chức Mach3 Vào mục Config → Ports and Pin để cài đặt chân chức năng: Hình 8.Cửa sổ Engine Configuration Port and Pin Mục Motor Outputs để cài đặt địa cho chân cấp xung cho trục X, Y, Z , ta tích vào X, Y, Z Axis tương tự với Spindle Hình Cửa sổ cài đặt chân xung cấp Chọn mục Input Signals để cài đặt địa cổng vào: Hình 10 Cài đặt chân tín hiệu ngõ vào cho mạch Mach3 - Ở cửa sổ này, ta chọn tín hiệu cần sử dụng Giả sử với đầu vào X++, ta tích Enable ứng với dịng X++ hình điền số Pin Number tương ứng với chân bo mạch Mach3 Mạch để chế độ hoạt động mức thấp nên ta tích vào cột Active Low Mục Spindle Setup : cho phép cài đặt cho động trục chính: Hình 11 Cài đặt thơng số cho động trục Ở mục ta cài đặt thơng số cho trục Spindle Relay Control - Clockwise (M3) : quay trục theo chiều kim đồng hồ - CCW (M4 ) quay trục theo ngược chiều kim đồng hồ Motor Control - Chọn PWM Control : điều khiển tốc độ trục xung Vào Config → Motor tuning: Hình 12 Cửa sổ cài đặt thông số cho trục - Step per : tần số xung cấp cho động để dịch chuyển 1mm - Velocity In’s or mm’s per : vận tốc chuyển động động - Acceleration in’s or mm’s /sec : gia tốc chuyển động động - Tùy vào nhu cầu vận hành nhanh hay chậm hệ thống mà ta chọn vận tốc gia tốc phù hợp, tần số xung cấp vào tính tốn thơng qua tỷ số gear - Sau cài đặt thông số phù hợp , chọn SAVE AXIS SETTING để lưu lại Nạp file G-Code: Hình 13 Phần mên Mach3 sau nạp file G-Code Nạp chương trình vào phân mềm mach3 Ta vào file -> Load Gcode nháy vào Load Gcode giao diện điều khiển Phần mềm mach3 nhận diện file *.txt từ Notepad, file *,nc từ phần mềm NC Trên phần mềm nút như: Edit Gcode: hiệu chỉnh file Gcode ➢Recent file: file mở gần ➢Set next line: Xác định dịng bắt đầu chạy từ điểm điểm ➢Run From here : Kiểm tra tọa độ máy so với tọa độ muốn chạy,sau di chuyển đến điểm muốn chạy đợi ➢Rewind : Trở đầu file gia công CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận 5.1.1 Kết đạt - Thiết kế điều khiển thành cơng mơ hình CNC trục phần mềm Mach - Điều khiển riêng biệt trục động tịnh tiến X, Y, Z trục xoay A - Hệ thống chạy ổn định, độ xác cao không xuất nhiều sai số, độ thẩm mỹ cao, khơng thường xảy lỗi - Có thể dừng khẩn cấp toàn hệ thống nút Emergency Stop 5.1.2 Ưu điểm nhược điểm mơ hình Ưu điểm - Mơ hình điều khiển nhiều động servo - Mơ hình đáp ứng u cầu tạo sản phẩm khác - Mơ hình hoạt động cách ổn định xác Nhược điểm - Mơ hình chưa có chế độ thay dao - Mơ hình gia cơng sản phẩm có độ cứng vừa phải (mi ca) - Độ sâu sản phẩm nhiều hạn chế 5.2 Hướng phát triển - Tăng diện tích bàn phơi chiều dài trục vitme để gia công sản phẩm lớn phức tạp hơn, xây dựng thêm mơ hình có chế độ thay dao tự động - Cải thiện khả chịu lực để cắt sản phẩm có chất liệu cứng - Lắp đặt thêm camera giám sát trình cắt sản phẩm thay dao - Xây dựng hệ thống hút bụi để tránh tạo nhiều bụi q trình thi cơng ảnh hưởng đến linh kiện điện tử động TÀI LIỆU THAM KHẢO https://www.buildyourcnc.com/item/electronicsAndMotors-electronic-component-breakoutMach3-USB-Board https://dl.mitsubishielectric.com/dl/fa/document/manual/servo/sh030006/sh030006j.pdf https://datasheetspdf.com/pdf-file/740436/Yamatake/APM-D3B1/1 https://us.azbil.com/wp-content/uploads/2015/06/FL2.pdf https://www.ctgroup.biz/SUPPLIER_Pages/ATC _/PDF_web_files/Sensors_Prox_SQ/Prox_SQ DA1805 c tds.pdf https://cmcdistribution.com.vn/phan-mem-cnc/artcam-9-pro/ http://dl.mitsubishielectric.com/dl/fa/document/manual/servo/sh030113/sh030113engp.pdf https://asset.conrad.com/media10/add/160267/c1/-/en/000504936DS01/adatlap-504936-vekonyrele-haz-4-reszes-kimenettel-panasonic-rt3s24.pdf https://th.misumi-ec.com/en/vona2/detail/222000352837/?HissuCode=SD-Q11%20DC24V PHỤ LỤC