Luận văn thiết kế và thi công máy phay cnc

SAIGON TECHNOLOGY UNIVERSITY BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ SÀI GỊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY PHAY CNC GVHD: Th.S NGUYỄN ĐỨC THÀNH SVTH: NGUYỄN MINH MẪN Tp Hồ Chí Minh Tháng 07/2018 i XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 07 năm 2018 CHỮ KÝ CỦA GVHD ii XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng 07 năm 2018 CHỮ KÝ CỦA GVPB iii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học (2016 – 2018) trƣờng đại học Cơng Nghệ Sài Gịn, với giúp đỡ quý thầy cô giáo viên hƣớng dẫn mặt từ nhiều phía thời gian thực đề tài Luận Văn Tốt Nghiệp nên đề tài đƣợc hoàn thành thời gian quy định Em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến: Ban Giám Hiệu, quý thầy cô trƣờng đặc biệt thầy cô khoa Điện – Điện Tử tận tình dẫn truyền đạt kiến thức chun mơn làm sở để nhóm chúng em thực tốt Luận Văn Tốt Nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn tất khóa học Đặc biệt em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS.Nguyễn Đức Thành – giáo viên hƣớng dẫn đề tài nhiệt tình giúp đỡ cho em lời dạy quý báu, giúp chúng em định hƣớng tốt thực Luận Văn Tốt Nghiệp Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 07 năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Minh Mẫn iv TÓM TẮT ĐỀ TÀI Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY PHAY CNC Nội dung đề tài toàn gồm vấn đề: Tổng quan điều khiên Arduino, mạch công suất, module CNC Shield V3 Thiết kế khung máy phay gồm trục X,Y, Z Tìm hiều sử dụng phần mềm nạp code điều khiển máy phay Sử dung phần mềm để xuất file g-code làm nguyên liệu cho phần mềm điều khiển Thi công xe điều khiển mini Lập trình v MỤC LỤC XÁC NHẬN CỦA GVHD i XÁC NHẬN CỦA GVPB ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỀ TÀI iv MỤC LỤC v CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Mục tiêu luận văn tốt nghiệp: 1.3 Phạm vi luận văn: 1.4 Sơ đồ khối máy phay CNC: 1.5 Một số máy phay CNC có thi trƣờng: CHƢƠNG 2: T NG QUAN SƠ LƢ C I N THỨC 2.1 Giới thiệu arduino 2.2 Module CNC Shield V3 2.3 Module driver điều khiển động A4988 2.4 Động bƣớc Nema 10 2.5 Mạch tăng áp DC 150W: 12 2.6 Động 775-150W 13 CHƢƠNG 3: THI T VÀ THI CÔNG 14 3.1 Thiết kế 13 3.1.1 Khối điều khiển 16 3.1.2 Khối động 18 3.1.2 Khối động phay 20 3.2 Thi công 20 3.3 Phần mềm xử lý file điều khiển máy 22 3.3.1 Phần mềm nạp code 22 3.3.2 Phần mềm xử lý file 23 3.3.3 Phần mềm điều khiển máy CNC 27 3.3.3 Thơng số Gcode ban đầu lập trình cho bCNC 28 CHƢƠNG 4: T QUẢ 33 vi 4.1 Ƣu điểm nhƣợc điểm 33 4.2 Kết đạt đƣợc 33 4.3 Kết chƣa đạt đƣợc 33 4.4 Định hƣớng phát triển đề tài 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề: Ngày máy CNC khơng cịn khái niệm xa lạ Việt Nam Máy CNC xuất hầu hết lĩnh vực sản xuất, đặc biệt công nghiệp Dựa nguyên lý hoạt đông máy CNC máy phay CNC dần đời từ cơng nghệ CNC ngày quan trọng với việc tạo nên sản phẩm đạt chất lƣợng ngành công nghiệp hỗ trợ Tại Việt Nam, thiết bị phay CNC công nghiệp có mặt thị trƣờng nhiều năm phần lớn đƣợc cung cấp nhà sản xuất từ Trung Quốc Các máy phay cho phép gia công sản phẩm có độ xác độ phức tạp cao mà máy công cụ truyền thống làm đƣợc Nhờ tiến khoa học kỹ thuật nhiều loại máy ngày hoạt động với tốc độ nhanh nhiều liên tục nhƣ giải phóng nhân lực cho cơng việc khác Do em lựa chọn đề tài “Thiết kế thi công máy phay CNC” nhằm vận dụng kiến thức học nhƣ có nhìn tổng qt phƣơng thức hoạt động mơ hình máy CNC nói chung máy phay CNC nói riêng, nhằm mục đích ứng dụng kiến thức học nhƣ nghiên cứu chế tạo máy phay khắc nhiều loại vật liệu nhƣ gỗ, mica,… 1.2 Mục tiêu luận văn tốt nghiệp: Thiết kế thi cơng máy phay CNC Tìm hiểu Arduino, modul CNC Shield V3, mạch điều khiển động Lập trình arduino cho máy phay ứng dụng vào máy phay Vận dụng kiến thức kỹ học để phân tích giải vấn đề vừa nêu mục tóm tắt đề tài để đƣa hồn thiện sản phẩm thực tế Đạt đƣợc khả nhìn nhận, phân tích, tổng hợp đánh giá giải vấn đề thỏa mãn yêu cầu: + Tính khả thi cao + Chi phí phù hợp + Đảm bảo độ tính xác điều khiển + Thuận tiện cho việc bảo dƣỡng sửa chữa 1.3 Phạm vi luận văn tốt nghiệp: Do điều kiện nhiều hạn chế nên đề tài tập trung nghiên cứu vấn đề vừa nêu mục tóm tắt đề tài Máy phay làm việc ổn định Máy nhỏ gọn với kích thƣớc làm việc 20x30 cm ứng dụng cao thực tế cao 1.4 Sơ đồ khối máy phay CNC: Hình 1.4: Sơ đồ khối máy phay CNC 1.5 Một số máy phay CNC khác có thị trƣờng 23 Bƣớc 1: Ấn chọn đến file.hex Bƣớc 2: Ấn chọn Arduino sử dụng Bƣớc 3: Chọn cổng kết nối Bƣớc 4: Ấn nút upload để nạp chƣơng trình cho Arduino UNO R3 3.3.2 Phần mềm xử lý file Bƣớc 1: Mở giao diện Aspire nhấn chọn Create a new file để tạo file 24 Bƣớc 2: Chọn kích thƣớc bề mặt cần khắc chọn file cần khắc nhấp chon Create a component from selected bitmap để chuyển file chọn thành file 3D Bƣớc 3: Chọn dao để phay, muốn phay đƣợc tranh gỗ ta cần phay lần là: phay thô, phay tinh phay viền ta chọn phay thô chọn dao phay thô 25 Bƣớc 4: Tạo file phay tinh chọn dao phay tinh tƣơng tự nhƣ file thô Bƣớc 5: Tạo file cắt viền, trƣớc tạo phay cắt viền ta cần vẽ hình vng tùy ý xao cho hình cần khắc nằm gọn hình vừa vẽ chọn biểu tƣợng khắc viền chọn dao khắc viền Lƣu ý trình chạy file thực tế phải thay dao khắc viền 26 Bƣớc 6: Xuất file vừa thiết kế thành file.tap để chuyển cho bCNC làm việc Ta nhấn chọn biểu tƣợng Save chọn tƣờng file vừa thiết kế để xuất file.tap Lƣu ý nên lƣu file ổ đĩa C:/ không bỏ dấu tránh trƣờng hợp fiel file bị lỗi k chạy đƣợc 27 3.3.3 Phần mềm điều khiển máy CNC Bƣớc 1: Chọn mở giao diện làm việc ứng dụng, cần phải dùng cổng kết nối từ Arduino với máy tính chọn cổng kết nối tốc độ truyền nhấn nút mở để kế nối với phần mềm 28 Bƣớc 2: Chọn file vừa xuất từ Aspire nhấn Scan điều khiển để quét kích thƣớc thực tế bền mặt phay, lúc scan bền mặt phay khơng đủ nên đo lại kích thƣớc điều chỉnh lại vị trí bền mặt phay Reset lại trục tọa độ bắt đầu chạy máy phay CNC 3.3.4 Thông số Gcode điều khiển GRBL cho phần mềm Bcnc 29 Trƣớc máy hoạt động với yêu cầu máy phay cần cài đặt số thông số Gcode để điều chỉnh máy chạy nhƣ yêu cầu kích thƣớc file Thơng số lệnh Gcode có chức nhƣ sau: $0 Thời gian xung cấp cho driver để chạy động cơ, mặc định 10us $1 Thời gia giữ động sau loạt chuyển động, muốn động đƣợc giữ cho thông số 255, giá trị mặc định 25ms $2 Chọn mức tín hiệu xung cho driver điều khiển, chỉnh sử dụng driver cho opto cho phép ngõ vào cao thấp (nhƣ driver TB6560/6600…) $3 Chọn hƣớng chuyển động cho động trục Ví dụ sau ráp ta thấy trục Z chạy ngƣợc với mong muốn (nhấn Z+ trục di chuyển xuống Z- ngƣợc lại), ta thiết lập lại với thông số nhứ sau: Setting Value Mask Invert X Invert Y Invert Z 00000000 N N N 00000001 Y N N 00000010 N Y N 00000011 Y Y N 00000100 N N Y 00000101 Y N Y 00000110 N Y Y 00000111 Y Y Y $4 Chọn mức đảo tín hiệu cho phép chạy động (tƣơng tự nhƣ $2 $3) $5 chọn mức đảo tín hiệu cho Endstop (cơng tắc hành trình – chân limit), mặc định $5=0, endstop bị kích hoạt chân endstop tƣơng úng bị tác động mức thấp (0V), chọn $5=1 endstop bị kích hoạt chân endstop tƣơng úng bị tác động mức cao (5V) $6 Chọn mức đảo tín hiệu cho cảm biến dị bề mặt phơi $10 Chọn chế độ phản hồi thông tin máy chạy, mặc định $10=3 (chỉ phản hồi vị trí máy vị trí gia cơng) 30 $11 Chọn gia tốc dao gia công, thông số lớn nhanh nhƣng dễ bị sai số, giá trị mặc định 0.01mm $12 Chọn sai số cung tròn, số nhỏ mịn giá trị mặc định 0.002mm $13 Chọn chế thông báo trạng thái làm việc theo Inch giá trị mặc định (không chon Inch mamsy báo đơn vị mm) $20 Chọn chế độ giới hạn hành trình phần mềm, sau chọn hành trình gia cơng (thiết lập hành trình gia cơng $130, $131, $132), máy cho phép dao chạy hành trình gia cơng tính từ góc tọa độ, chức hoạt động đƣợc phải bật cho phép góc tọa độ $22 (đƣơng nhiên máy phải có endstop) $21 Chọn chế độ giới hạn hành trình cơng tắc endstop, cơng tắc endstop bị tác động máy dừng lại, để máy tiếp tục di chuyển phải mở khóa hình, di chuyển mũi dao phay khỏi endstop chạy lại file từ đầu $22 Chọn cho phép gốc tọa độ $22 =1, sau chọn chức này, máy báo alarm lần open phải nhấn phần mềm biểu tƣợng mở khóa đặt lại để tiếp tục (trức nhấn kiểm tra dao phay có vƣớng bề mặt phay hay khơng sau nhấn máy tự động gốc tọa độ) $23 Chọn hƣớng di chuyển gốc tọa độ (giống nhƣ $3) $24 Chọn tốc độ di chuyển trƣớc chạm endstop lần 2, giá trị mặc định 20 mm/min $25 Chọn tốc độ di chuyển trƣớc chạm endstop lần 1, giá trị mặc định 100 mm/min $26 Chọn thời gian chờ endstop, giá trị mặc định 250ms $27 Chọn khoản dic huyển ngƣợc endstop lần mặc định 5mm $100 Chọn số xung cấp cho động trục X tƣơng ứng với di chuyển thẳng 1mm $101 Chọn số xung cấp cho động trục Y tƣơng ứng với di chuyển thẳng 1mm $102 Chọn số xung cấp cho động trục Z tƣơng ứng với di chuyển thẳng 1mm Do động bƣớc chuyển động xoay (mỗi xung cấp cho động xoay góc – gọi bƣớc), chuyển động đai kéo, vistme…để chuyển đổi chuyển động xoay thành chuyển động thẳng thông số trung gian cho chuyển đổi Cách tính thơng số: Số xung = [(số vi bƣớc)x(số xung động xoay vòng)/(kiểu chuyển động)]x giảm tốc (nếu có) 31 Trong đó: Số vi bƣớc: khả chạy vi bƣớc động mà bạn thiết lập (DRV8825 cao vi bƣớc 32, A4988 TB6560 16) iểu chuyển động: Với chuyển động sử dụng bánh đai – dây đai GT2 = số Puli x Với chuyển động sử dung vít me = bƣớc vủa vít me Bộ giảm tốc: động gắn trực tiếp vào cấu chuyển động thẳng giá trị khơng cần quan tâm 1, sử dụng giảm tốc với độ giảm phải nhân lên nhiêu lần $110 Tốc độ di chuyển lớn cho trục X $111 Tốc độ di chuyển lớn cho trục Y $112 Tốc độ di chuyển lớn cho trục Z $120 Chọn gia tốc chuyển lớn cho trục X $121 Chọn gia tốc chuyển lớn cho trục Y $122 Chọn gia tốc chuyển lớn cho trục Z Nếu chọn gia tốc nhỏ khó đạt tốc độ tối đa, nhƣng chọn cao chạy động dễ bị sốc trƣợt bƣớc $130 Chọn hành trình gia cơng trục X $131 Chọn hành trình gia cơng trục Y $132 Chọn hành trình gia cơng trục Z Sau thiết lập xong chọn Controller công cụ phần mềm để lƣu lại thiết lập quay lại bảng điều khiển nhấp vào X+, X-, Y+, Y-, Z+, Z- để kiểm tra lại thông số chƣa chƣa chỉnh sửa lại cho Các thông số đƣợc lƣu lại không bị tắt setup lần dùng cho tất lần sau muốn sử dụng phần mềm 3.3.5 Lập trình Gcode cho phần mềm Tại thông số Gcode GRBL ta cần quan tâm thông số sau nhƣ: S100, S101, $102, $110, $111, $112, $120, $121, $122 vị trí để điều chỉnh lập trình để chạy GRBL cho máy CNC theo kích thƣớc nhƣ gia tốc vận tốc 32 máy đảm bảo ổn định tránh trƣờng hợp sản phẩm phay xơng có cấu tạo khơng nhƣ mong muốn Dựa thông số Gcode điều khiển GRBL phía ta có thơng số để lập trình cho máy nhƣ sau: $100=400 $101=1600 $102=1600 $110=700 $111=700 $112=400 $120=40 $121=10 $122=10 $130=190 $131=340 $132=150 33 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ 4.1 Ƣu điểm nhƣợc điểm 4.1.1 Ƣu điểm: Máy có khả phay đƣợc nhiều chất liệu nhƣ gỗ, mica, nhựa,… Khung máy chắn chắn, nhỏ gọn dể di chuyển Thích hợp với nhiều phần mềm có sẳn thị trƣờng Có thể tích hợp với máy CNC khác nhƣ laser, máy vẽ Thích hợp với bề mặt phay nhỏ, tiết kiệm chi phí Có thể làm việc nhiều 4.1.2 Nhƣợc điểm: ích thƣớc làm việc hạn chế hâu xử lý hình ảnh cịn phức tạp, nhiều cơng đoạn Chƣa thể kết nối điều khiển không dây ết nối trực tiếp với PC laptop Tốc độ phay hạn chế, suất làm việc chƣa cao 4.2 Kết đạt đƣợc: Thiết kế thi công thành công máy phay CNC phay nhiều vật liệu nhƣ gỗ, nhựa, mica,… Máy làm việc ổn định nhiều Thiết kế khung sƣờn chắn đảm bảo không rung lắc trình hoạt động 4.3 Kết chƣa đạt đƣợc: Công suất làm việc động phay cịn hạn chế Chƣa điều khiển kế nối khơng dây với thiết bị khác Chƣa tự phát lỗi sửa lỗi máy gặp cố Năng suất làm việc chƣa cao 4.4 Định hƣớng phát triển: ế nối không dây điều khiển nhiều thiết bị khác nhƣ: điện thoại, máy tính Thay động phay để hiệu suất đƣợc nâng cao Mở rộng kích thƣớc làm việc 34 35 36 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO https://www.arduino.cc/ https://www.arduino.vn/ http://robocon.vn/ndetail/su-dung-grbl-09-tren-arduino-cnc-shield-v3.html http://thietkemachdien.com/2017/07/28/hd-nap-va-cau-hinh-grbl-cho-arduino-uno-dechay-may-cnc-mini/