TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY CNC PHỤC VỤ GIẢNG DẠY PHẠM THANH DANH VÕ NGỌC HỘI 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN BÁO CÁO NG[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MƠ HÌNH MÁY CNC PHỤC VỤ GIẢNG DẠY PHẠM THANH DANH VÕ NGỌC HỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MƠ HÌNH MÁY CNC PHỤC VỤ GIẢNG DẠY GVHD: Ks NGUYỄN TẤN Ý SVTH: PHẠM THANH DANH VÕ NGỌC HỘI BIÊN HÒA, THÁNG 12/2012 -1- LỜI MỞ ĐẦU Trong tình hình nay, với phát triển nhiều ngành khoa học cơng nghệ có liên quan, lĩnh vực nghiên cứu tự động hóa có bước phát triển vượt bậc thập kỷ gần Trong cơng trình lớn nhà máy, xí nghiệp thấy rõ vai trò quan trọng điều khiển tự đông ứng dụng tự động lĩnh vực dân dụng, có máy thơng minh phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt cho người Tất máy móc điều khiển xử lý trung tâm, hệ thống lớn xử lý trung tâm PLC, máy tính cơng nghiệp… hệ thống xử lý nhỏ người ta dùng vi điều khiển Vấn đề dùng máy móc thay người cơng nghiệp phổ biến, nói giảm phần nguy hiểm mà người phải thường xuyên tiếp xúc Máy phay CNC thành tựu tiến khoa học kỹ thuật giới Nó ngày ứng dụng rộng rãi chế tạo máy, đặc biệt lĩnh vực khí xác tự động hóa Sự đời máy CNC giải nhiệm vụ cấp bách tự động hoá trình sản xuất sản xuất hàng loạt nhỏ, sản xuất linh hoạt Máy CNC nhập ngoại giá thành cao, nên việc mua máy phục vụ cho việc giảng dạy gặp nhiều hạn chế Nhận thức xu hướng tầm quan trọng việc học lý thuyết đôi với thực hành giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức Nhóm sinh viên định chọn thực đề tài “Thiết Kế Mơ Hình Máy CNC Phục Vụ Giảng Dạy” -2- CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung máy CNC CNC viết tắc Computer Numerical Control điều khiển số máy tính Máy cơng cụ CNC loại máy gia công sử dụng chương trình lập trình sẵn để gia cơng chi tiết Các chương trình gia cơng đọc lúc lưu vào nhớ Khi gia cơng, máy tính đưa lệnh điều khiển máy CNC thực chức như: nội suy đường thẳng, nội suy đường tròn, mặt xoắn, mặt parabol Máy CNC có khả bù chiều dài đường kính dụng cụ Tất chức thực nhờ phần mềm điều khiển cài đặt máy tính Hiện nước giới chế tạo, sản xuất nhiều máy lĩnh vực khí nói chung CNC nói riêng, đặc biệt Đài Loan, Trung Quốc, Nhật Bản, Cộng Hòa Liên Bang Đức ứng dụng nhiều lĩnh vực khí xác chất lượng Kỹ 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 cấn thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất linh kiện khác Một số máy CNC đại sản xuất hàng nghìn chi tiết vài ngày mà khơng cần người vận hành Nó có khả tự kiểm tra lỗi sản phẩm mắt đọc laser, trường hợp máy có lỗi lúc chạy gọi di động đến cho người vận hành Trong môi 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 câu lệnh phần mềm CAM (Computer Aided Manufacturing) tạo ra, 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 sản xuất -3- Hình 1.1: Máy cắt CNC WD- 1325 Nhật Bản chế tạo [8] Máy cắt CNC WD1325: dòng máy hoạt động bền bỉ, có khả chịu cường độ làm việc cao liên tục 24/24 công việc từ cắt khắc mica, gỗ công việc địi hỏi độ xác cao làm bàn ghế tủ giường , mặt dựng MDF, phay khắc chi tiết 3D, mặt dựng hoa văn chìm Ngồi máy cắt khắc CNC WD 1325 cịn hoạt động tốt vật liệu kim loại đồng, nhôm, inox, sắt thép Điểm đặc biệt tốc độ chạy không tải cực nhanh giúp cho trình thành phẩm nhanh gấp 1/3 lần so với máy thông thường Song song với việc chạy tải lúc 2-4-6 Spindle để tăng suất làm việc máy -4- Hình 1.2: Máy điêu khắc CNC 3D suda SD 3025 Máy CNC 3D suda SD 3025: Máy sử dụng để cắt vật liệu mi ca, nhựa, gỗ, đá nhân tạo, nhơm, đồng, loại hình sản phẩm đa dạng gồm: bảng hiệu, bia đá, thẻ nhân viên, dấu, mô hình kiến trúc, tác phẩm nghệ thuật, đồ trang sức, khuôn mẫu công nghiệp, chi tiết hoa văn đồ gỗ gia dụng Thiết kế hai trục độc đáo làm bạn hồn tồn hài lịng dù điêu khắc hình ảnh tinh xảo hay cắt gọt chi tiết lớn, nhỏ gọn, bền, dễ sử dụng, tốc độ nhanh gấp lần sản phẩm loại Thiết kế thân thiện với người sử dụng, thao tác linh hoạt Cơng siêu mạnh, thích hợp với nhiều loại ứng dụng -5- Hình 1.3: Máy CNC SG – 1318 Máy CNC SG – 1318: dòng máy đặc biệt thiết kế với nhiều tính chuyên dùng cho công nghiệp chế biến gỗ, nội thất, cắt khắc phù điêu, đá nhân tạo, nhơm, đồng… loại hình sản phẩm đa dạng gồm: bảng hiệu, bia đá, thẻ sinh viên, dấu, mơ hình kiến trúc, tác phẩm nghệ thuật, đồ trang sức, khuôn mẫu công nghiệp, chi tiết hoa văn đồ gỗ gia dụng, cắt khắc vật liệu cứng sắt, thép, inox với tốc độ cao Nhỏ gọn, bền, dễ sử dụng, tốc độ nhanh gấp lần sản phẩm loại Thiết kế thân thiện với người sử dụng, thao tác linh hoạt, tích hợp với nhiều ứng dụng, giá trị kinh tế cao, tiết kiệm vốn đầu tư -6- Hình 1.4: Máy CNC kingcut X12 Trung Quốc chế tạo Máy CNC kingcut X12: Là nhãn hiệu hàng đầu máy điêu khắc, thích hợp với loại hình điêu khắc sản phẩm lạ, có cấu trúc chức mạnh mẽ, dễ dạng sử dụng, hoạt động tốt bền bỉ, giá cạnh tranh Nó sử dụng rộng rãi để sử lý làm bảng hiệu quảng cáo, phù hiệu, dấu, bronzing, dấu hiệu mơ hình xây dựng, bảng cơng cụ sản phẩm gỗ, sản phẩm khuôn mẫu, khuôn mẫu cơng nghiệp -7- Hình 1.5: Máy CNC điêu khắc RF-1325D Máy CNC điêu khắc RF-1325D: Là sản phẩm đầu dịng máy điêu khắc, thích hợp loại hình điêu khắc từ nhỏ đến lớn Tốc độ khắc nhanh, tốc độ cao lên tới 8mm/phút thể ưu tuyệt đối khắc phù điêu chiều Độ sắc nét đường điêu khắc cao, điêu khắc vịng trịn có đường kính 1mm mà khơng bị biến dạng, gia cơng vật liệu như: mica, nhựa màu đa lớp, gỗ, cao su, đá thiên nhiên, đá nhân tạo, sắt, thép, gang, nhôm đúc, kim loại màu -8- 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Đối với nhóm sinh viên, đề tài bước đầu tìm hiểu, thi cơng sản phẩm mơ hình máy CNC phục vụ giảng dạy, đồng thời bước triển khai kiến thức học Thông qua việc nghiên cứu làm việc nghiêm túc để rèn luyện tác phong, tinh thần khoa học, hoàn thiện phương pháp tư nghiên cứu, giải vấn đề thực tiễn Quan trọng hơn, đề tài cịn bước “tổng kết hồn thiện” kỹ cịn thiếu sót trước thực trở thành người kỹ sư Về mặt ứng dụng thực tiễn đề tài sản phẩm sử dụng việc giảng dạy nhà trường, sản xuất - Đối tƣợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu: + Nghiên cứu thiết kế khung bàn may CNC + Thiết kế vẽ, chế tạo mơ hình theo kích thước + Nghiên cứu vi điều khiển PIC + Thiết kế điều khiển trung tâm, mạch công suất điều khiển động + Nghiên cứu phần mềm mạch + Lập trình điều khiển máy CNC + Đảm bảo tính xác ổn định từ thực nghiệm - Phƣơng pháp nghiên cứu: Xuất phát từ thực tế mục đích nghiên cứu nêu trên, phương pháp nghiên cứu đề tài lựa chọn phù hợp + Thu thập tài liệu ngồi nước để tìm hiểu sở lý thuyết + Nghiên cứu ứng dụng linh kiện thực mơ hình + Thi cơng mơ hình máy CNC máy tiện, thủ cơng thực nghiệm - Những đóng góp đề tài vấn đề mà đề tài chƣa thực đƣợc: đề tài có ý nghĩa bước chập chững tiến lên ngành công nghiệp nghiên cứu chế tạo máy nước ta, góp phần làm điểm tựa cho hệ sau tiến lên nấc thang cao ngành chế tạo máy CNC nước nói riêng, - 59 - PHỤC LỤC A Chƣơng trình vi điều khiển máy CNC ******************************************** #include #include //#FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT #fuses NOWDT, NOPUT,HS,NOPROTECT,NOLVP,NOPBADEN,MCLR,NODEBUG,NOCPD, NOWRT #use delay(clock=16000000) //#include "LCD1.C" #use fast_io(A) #use fast_io(B) #use fast_io(C) #use fast_io(D) #use fast_io(E)//e #byte portA=0xF92 #byte portB=0xF93 #byte portC=0xF94 #byte portD=0xF95 #byte portE=0xF96 #bit DIR_X=0xF81.3 - 60 - #bit DIR_Y=0xF81.4 #bit DIR_Z=0xF81.5 const unsigned char TRUC_X[21]={0b11111111,0b00001101, 0b00001001, 0b00001011,0b00001010,0b00011010,0b00010010,0b00010110,0b00010100,0b00 010101,0b00000101,0b00001101,0b00001001,0b00001011,0b00001010,0b000110 10,0b00010010,0b00010110,0b00010100,0b00010101,0b00000101}; const unsigned char TRUC_Y[21]={0b11111111,0b00001101, 0b00001001, 0b00001011,0b00001010,0b00011010,0b00010010,0b00010110,0b00010100,0b00 010101,0b00000101,0b00001101,0b00001001,0b00001011,0b00001010,0b000110 10,0b00010010,0b00010110,0b00010100,0b00010101,0b00000101}; const unsigned char TRUC_Z[21]={0b11111111,0b00001101, 0b00001001, 0b00001011,0b00001010,0b00011010,0b00010010,0b00010110,0b00010100,0b00 010101,0b00000101,0b00001101,0b00001001,0b00001011,0b00001010,0b000110 10,0b00010010,0b00010110,0b00010100,0b00010101,0b00000101}; int8 I_X=5,I_Y=5,I_Z=5,GT_X,GT_Y,GT_Z; unSigned int16 pulse = 0; #int_ext void NHAN_XUNG_X() { if(pulse=21) { I_X=0; } GT_X=TRUC_X[I_X]; OUTPUT_D(GT_X); delay_ms(1); } if(DIR_X==0) { I_X=I_X-1; if(I_X==0) { I_X=21; } GT_X=TRUC_X[I_X]; OUTPUT_D(GT_X); delay_ms(1); } Else output_A(0x1f); delay_ms(200); } - 62 - #int_ext1 void encoder_int0(void) { if(!DIR_Y) pulse++; else pulse ; } #int_ext1 void NHAN_XUNG_Y() { if(DIR_Y==1) { I_Y=I_Y+1; if(I_Y>=21) { I_Y=0; } GT_Y=TRUC_Y[I_Y]; OUTPUT_C(GT_Y); delay_ms(1); } if(DIR_Y==0) - 63 - { I_Y=I_Y-1; if(I_Y==0) { I_Y=21; } GT_Y=TRUC_Y[I_Y]; OUTPUT_C(GT_Y); delay_ms(1); } } #int_ext2 void NHAN_XUNG_Z() { if(DIR_Z==0) { I_Z=I_Z+1; if(I_Z>=21) { I_Z=0; } GT_Z=TRUC_Z[I_Z]; OUTPUT_A(GT_Z); - 64 - delay_ms(3); } if(DIR_Z==1) { I_Z=I_Z-1; if(I_Z==0) { I_Z=21; } GT_Z=TRUC_Z[I_Z]; OUTPUT_A(GT_Z); delay_ms(3); } } void Main() { SET_TRIS_A(0X00); SET_TRIS_B(0xFF); SET_TRIS_C(0X00) ; SET_TRIS_D(0x00); OUTPUT_A(0Xff); OUTPUT_B(0Xff); OUTPUT_C(0Xff); - 65 - OUTPUT_D(0xff); enable_interrupts(global); enable_interrupts(int_ext); enable_interrupts(int_ext1); enable_interrupts(int_ext2); ext_int_edge(H_to_L); ext_int_edge(1,H_to_L); ext_int_edge(2,H_to_L); while(true) { lcd_init(); lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"DONG CO BUOC 5FA"); delay_ms(5000); lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"Xung Encoder:%lu ",pulse); delay_ms(200); output_a(0xff); output_c(0xff); output_d(0xff); I_X=I_X+1; if(I_X>=21) { - 66 - I_X=0; } GT_X=TRUC_X[I_X]; OUTPUT_D(GT_X); delay_ms(2); } } - 67 - PHỤ LỤC B Chƣơng trình lập trình Mastercam ********************************************* Chƣơng trình gia cơng đƣờng tròn % O0000(HINH TRON 25) (DATE=DD-MM-YY - 03-12-12 TIME=HH:MM - 23:11) (MCX FILE - C:\USERS\NGOC HOI\DESKTOP\TRON25.MCX-6) (NC FILE - C:\USERS\NGOC HOI\DESKTOP\HINH TRON 25.NC) (MATERIAL - ALUMINUM MM - 2024) ( T1 | | H1 ) N100 G21 N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90 / N104 G91 G28 Z0 / N106 G28 X0 Y0 / N108 G92 X250 Y250 Z250 N110 T1 M6 N112 G0 G90 X-5.1 Y3 S0 M5 N114 G43 H1 Z35 N116 Z25 N118 G1 Z-5 F150 N120 X-8.1 F200 - 68 - N122 G3 X-11.1 Y0 R3 N124 X11.1 R11.1 N126 X-11.1 R11.1 N128 X-8.1 Y-3 R3 N130 G1 X-5.1 N132 G0 Z35 N134 M5 N136 G91 G28 Z0 N138 G28 X0 Y0 N140 M30 % Chƣơng trình gia cơng hình chữ nhật % O0000(38-90) (DATE=DD-MM-YY - 27-11-12 TIME=HH:MM - 21:02) (MCX FILE - T) (NC FILE - C:\USERS\NGOC HOI\DESKTOP\38-90.NC) (MATERIAL - ALUMINUM MM - 2024) ( T1 | | H1 ) N100 G21 N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90 N104 T1 M6 106 G0 G90 G54 X-7.5 Y42 A0 S0 M5 - 69 - N108 G43 H1 Z35 N110 Z25 N112 G1 Z-5 F100 N114 X-4.5 F200 N116 G3 X-1.5 Y45 I0 J3 N118 G1 Y90 N120 G2 X0 Y91.5 I1.5 J0 N122 G1 X38 N124 G2 X39.5 Y90 I0 J-1.5 N126 G1 Y0 N128 G2 X38 Y-1.5 I-1.5 J0 N130 G1 X0 N132 G2 X-1.5 Y0 I0 J1.5 N134 G1 Y45 N136 G3 X-4.5 Y48 I-3 J0 N138 G1 X-7.5 N140 G0 Z35 N142 M5 N144 G91 G28 Z0 N146 G28 X0 Y0 A0 N148 M30 % MỤC LỤC Trang bìa Lời cảm ơn Mục lục Danh mục hình ảnh LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung máy CNC 1.2 Mục tiêu nghiên cứu CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 10 2.1 Vi điều khiển PIC18F4520 [5] 10 2.1.1 Đặc trưng PIC18F4520 10 2.1.2 Những đặc trưng giao tiếp ngoại vi 11 2.1.3 Những tính đặc biệt 12 2.1.4 Sơ đồ chân 12 2.1.5 Mô tả chân 13 2.1.6 Cấu trúc PIC18F4520 17 2.2 Giới thiệu ngơn ngữ lập trình C 18 2.3 Giới thiệu PIC C Compiler [5] 18 2.4 Vít me 20 2.4.1 Giới thiệu chung 20 2.4.2 Các dạng hỏng tiêu tính tốn 21 2.4.3 Tính theo khả tải động .22 2.4.4 Tính tốn độ ổn định 25 2.4.5 Ưu điểm 27 2.4.6 Nhược điểm 27 2.5 Động bước 27 2.5.1 Ưu điểm 28 2.5.2 Nhược điểm 28 2.6 Động AC ( Động điện xoay chiều): 28 2.6.1 Phân loại bao gồm 28 2.6.2 Nguyên tắc hoạt động 29 2.6.3 Ưu điểm 29 2.6.4 Nhược điểm: 29 2.7 Phần mềm điều khiển mạch 30 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 31 3.1 Mạch điều khiển 31 3.1.1 Board vi xử lý PIC18F4520 .31 3.1.2 Board Động lực 33 3.2 Tính tốn thiết kế phần khí máy CNC [1] 35 3.2.1 Thiết kế khung máy 36 3.2.2 Tấm cố định hai đầu trục x .37 3.2.3 Cơ cấu chuyển động trục z 38 3.2.4 Tổng thể cụm cấu đỡ trục x 38 3.2.5: Tính toán thiết kế chọn ổ lăn 39 3.2.6 Thiết kế cấu cho động phay 48 3.2.7 Mơ hình máy sau hoàn tất 48 3.3 Lưu đồ giải thuật 53 CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 54 4.1 Mơ hình máy CNC: 54 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 5.1 Kết luận 56 5.2 Kiến nghị 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤC LỤC A: Chương trình vi điều khiển máy CNC 59 PHỤ LỤC B: Chương trình lập trình Mastercam 67 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Máy cắt CNC WD- 1325 Nhật Bản chế tạo [8] Hình 1.2: Máy điêu khắc CNC 3D suda SD 3025 .4 Hình 1.3: Máy CNC SG – 1318 Hình 1.4: Máy CNC kingcut X12 Trung Quốc chế tạo Hình 1.5: Máy CNC điêu khắc RF-1325D Hình 2.1: Sơ đồ chân PIC18F4520 13 Hình 2.2 : Cấu trúc bên PIC18F4520 17 Hình 2.3: Giao diện PIC C Compiler 19 Hình 2.4: Giao diện chương trình nạp Burn-E_Programmer 20 Hình 2.5: Bộ truyền động vitme-bi 21 Hình 2.6: Một số kích thước vitme-bi 22 Hình 2.7: Sơ đồ chế độ làm việc trục vitme 25 Hình 2.8: Sơ đồ xác định µ l .26 Hình 2.9: Giao diện phần mềm điều khiển mạch 30 Hình 3.1: Khối cấp nguồn Board PIC18F4520 31 Hình 3.2: Khối MCU Board PIC18F4520 31 Hình 3.3: Mạch in Board PIC18F4520 32 Hình 3.4: Board PIC18F4520 hoàn tất .32 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý Board động lực 33 Hình 3.6: Mạch in lớp TOP Board Động lực 33 Hình 3.7: Mạch in lớp BOTTOM Board động lực 34 Hình 3.8: Board động lực hồn tất 34 Hình 3.9: Mơ hình máy CNC thiết kế 35 Hình 3.10: Kích thước chi tiết máy CNC 36 Hình 3.11: Kích thước chi tiết khung máy 37 Hình 3.12: Phát thảo chi tiết đỡ hai đầu 37 Hình 3.13: cụm cấu vít me đồ gá trục động 38 Hình 3.14: Kích thước chi tiết tổng cụm cấu đỡ 39 Hình 3.15: Chi tiết tổng cụm cấu đỡ 39 Hình 3.16: Cấu tạo chung ổ lăn 41 Hình 3.17: cụm cấu gá đỡ hoàn tất 49 Hình 3.18: Cụm cấu động phay hoàn tất 50 Hình 3.19: Máy nhìn từ xuống 50 Hình 3.20: Máy nhìn từ phía bên trái sang 51 Hình 3.21: Máy nhìn từ bên phải sang .51 Hình 3.22: Máy CNC sau hồn tất .52 Hình 3.23: Tổng thể máy CNC 52 Hình 3.24: Lưu đồ điều khiển máy .53 Hình 4.1: Gia cơng sản phẩm phíp 54 Hình 4.2: Gia cơng sản phẩm gỗ .54 Hình 4.3: Gia công sản phẩm mica 55 Hình 4.4: Gia cơng sản phẩm nhôm 55