Đồ án hệ thống cơ điện tử đề tài nguyên cứu và chế tạo mô hình máy cnc khắc laser 3 trục xy và a

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài: Ngun cứu chế tạo mơ hình máy CNC khắc laser trục XY A GV: TS NGUYỄN PHÚ SINH SV: VÕ QUANG PHÁT NGÔ ĐỨC MẠNH HỒ TẤN LỘC ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH Mục lục Contents CHƯƠNG : GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Đặt vấn đề Giới hạn đề tài Mục đích nguyên cứu Cơ sở thiết kế mơ hình CHƯƠNG : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC Giới thiệu máy CNC 1.1 Khái niệm 1.2 Sự đời 1.3 Những đặc điểm máy CNC 1.4 Nguyên lí hoạt động máy CNC 1.5 Các phương pháp điều khiển máy CNC 1.6 Vấn đề 10 Giới thiệu công nghệ CAD/CAM 10 2.1 Sự đời 10 2.2 Quy trình gia công chi tiết qua công nghệ CAD/CAM: 11 2.3 Phân loại máy CNC phổ biến 12 2.4 Tầm quan trọng máy CNC 13 2.5 Phương pháp nhóm: 17 CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC TỔNG THỂ MÁY CNC LASER 18 Công nghệ máy CNC laser 18 Cấu trúc máy CNC laser 18 2.1 Phần khí 19 2.2 Phần điện, 22 Hệ thống điều khiển 30 3.1 Bộ điều khiển trung tâm 30 3.2 Giới thiệu phần mền mach3 32 3.3 Sơ đồ đấu dây 35 Cơng thức tính tốn ứng dụng thực tế 37 Chương : Cấu trúc mơ hình làm phần mền file 38 Trang ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH Tổng quan mơ hình 38 Phần mềm xuất file 41 Quy trình thực 42 Trang ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, người ta áp dụng thành tựu khoa học đời sống sản xuất Cũng ngành khoa học khác, ngành khí áp dụng nhiều thành tựu khoa học đặc biệt điều khiển số Phần lớn máy móc cơng nghiệp đại ngày có sử dụng máy điều kiển số Đối với sinh viên ngành khí, việc tìm hiểu chương trình điều khiển số hay tham gia vào q trình lập trình việc làm có ý nghĩa nhằm giúp cho sinh viên nắm kiến thức đại hiểu chất máy điều khiển số Vì thơng qua việc làm Đồ án Hệ Thống Cơ Điện Tử góp phần nâng cao kiến thức cho sinh viên Trong khuôn khổ đồ án em thực đề tài nguyên cứu chế tạo mơ hình máy khắc laser trục XYA Đề tài có ý nghĩa sống, suốt trình làm đồ án em tham khảo nhiều tài liệu liên quan Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Phú Sinh tận tình hướng dẫn em thực đồ án Do hạn chế thời gian kiến thức nên khơng thể tránh khỏi sai sót Mong thầy góp ý để em có hiểu biết sâu sắc Chúng Em xin chân thành cảm ơn! Trang ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH CHƯƠNG : GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Đặt vấn đề - Hiện nay, khoa học công nghệ ngày phát triển, giới vừa trải qua khủng hoảng kinh tế trầm trọng gây ảnh hưởng khơng nhỏ đến cơng nghiệp tồn cầu Chính thế, việc ứng dụng kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo sản phẩm có suất, chất lượng cao, giá thành thấp nhận ngày trở nên cấp thiết, đặc biệt nước phát triển - Thị trường ngày xuất nhiều chủng loại mẫu mã hàng hóa, thay đổi thường xuyên Để giải yêu cầu đa dạng giải pháp máy CNC phù hợp - Ở Việt Nam, máy CNC đưa vào sử dụng xí nghiệp dân quốc phòng chưa phổ biến Gần đây, phong trào chế tạo máy CNC (Homemake CNC) nhiều bạn sinh viên kỹ sư quan tâm Tuy nhiên gặp nhiều hạn chế Do đó, để cập nhật đựơc kiến thức máy CNC đồng thời giúp cho sinh viên hiểu nhiều máy CNC lý đời đề tài “Thiết kế chế tạo máy khắc laser trục XY A tự động” - Sự đời đề tài cịn ham thích tìm hiểu máy CNC, say mê tìm hiểu cách thức hoạt động, cấu phận máy CNC hội để người nghiên cứu ôn lại kiến thức tổng quát học công nghệ kỹ thuật Giới hạn đề tài - Vì điều kiện sở vật chất, trang thiết bị thời gian bị hạn chế nên chúng em tập trung tính tốn hồn thành máy khắc laser tự động minicơ hoạt động được, nhiều vấn đề khác cần phải hồn thiện thêm - Do kinh phí để chế tạo hạn hẹp nên sử dụng hết chi tiết, cấu đại, động Servo xoay chiều, đầu laser công xuất lớn… - Kiến thức hạn chế nên chúng em gặp nhiều khó khăn việc tiếp cận lĩnh hội thơng tin đề tài Trang ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH Mục đích nguyên cứu - - Đề tài cho đời nhằm mục đích giúp sinh viên có điều kiện tiếp cận nhiều với máy CNC Đề tài hội cho người nghiên cứu tiếp xúc hiểu rõ máy CNC, có dịp tổng hợp lại số kiến thức đựơc học năm qua Việc nghiên cứu sở giúp cải tiến khả công nghệ số máy truyền thống, hay phục hồi, sửa chữa số máy CNC cũ nhằm tiết kiệm chi phí cho q trình sản xuất Về lâu dài đề tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành chế tạo máy, sở cho việc phát triển đề tài sau Cơ sở thiết kế mơ hình - Việc tính tốn thiết kế phận máy hồn tồn dựa vào lý thuyết môn học máy cắt kim loại, môn sức bền vật liệu, vẽ kỹ thuật Vậy sở tính tốn thiết kế bao gồm tiêu sau: + Chỉ tiêu độ bền + Chỉ tiêu độ xác + Chỉ tiêu tính cơng nghệ - Để đảm bảo tiêu người thiết kế dùng phương pháp sau đây: + Phương pháp tham khảo tài liệu: nghiên cứu, tìm cách ứng dụng cơng thức, phương trình để tính tốn, kiểm tra độ bền chi tiết, phận máy + Phương pháp phân tích: sử dụng kiến thức với trợ giúp máy tính để tính tốn thiết kế, sử dụng phần mềm để tính tốn thiết kế Đây phương pháp cho độ xác tương đối cao, thời gian nhanh Trang ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH CHƯƠNG : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC Giới thiệu máy CNC 1.1 Khái niệm Hình 2.1: Máy NC thời xưa - Máy CNC (Computer Numerical Controlled) máy công cụ, điều khiển theo chương trình định sẵn Các liệu cung cấp dạng lệnh 1.2 Sự đời - Năm 1952 Chiếc máy phay đứng trục điều khiển số hãng Cincinnati Hydrotel trưng bày MIT - Năm 1960 máy CNC sản xuất sử dụng công nghiệp Các điều khiển số đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, cồng kềnh tiêu tốn nhiều lượng Chương trình chứa băng bìa đục lỗ, khó hiểu khơng sửa chữa Giao tiếp người-máy khó khăn khơng có hình, bàn phím - Năm 1970 linh kiện bán dẫn sử dụng phổ biến công nghiệp Máy NC gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn lượng hơn,… Các băng đục lỗ sau thay băng đĩa từ,… Tính sử dụng máy NC chưa cải thiện đáng kể, máy tính ứng dụng CNC = Computer Numerical Control Đầu 1970’s, máy CNC đời: 1.3 Những đặc điểm máy CNC - Khả tự động hóa cao - Các điều khiển số máy cơng cụ tích hợp máy tính thuật ngữ CNC đời Trang ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH - Máy CNC ưu việt máy NC thông thường nhiều mặt - Tốc độ xử lý cao, kết cấu gọn,… - Ưu điểm quan trọng chúng tính sử dụng, giao diện với người dùng thiết bị ngoại vi khác 1.4 Nguyên lí hoạt động máy CNC Hình 2.2: Ngun lý máy CNC - Hướng (trục) chuyển động lập trình máy CNC, - Trục chuyển động ký hiệu chữ khác máy Tuy có số quy ước chung, ví dụ X, Y, Z, U, V W cho chuyển động thẳng A, B, C cho trục quay Vd : hình 3.1 hướng trục chuyển động trục X, trục Y, trục Z - Chẳng hạn có lệnh X3.5 có nghĩa chương trình yêu cầu máy chạy trục X tới tọa độ 3.5 đơn vị đo (mm inch), giả thiết làm việc chế độ tuyệt đối, chạy trục X thêm 3.5 đơn vị đo, làm việc chế độ gia tăng - Chuyển động quay cần ký hiệu trục góc quay (tính độ) Ví dụ chế độ tuyệt đối lệnh B45 quay quanh trục Y tới vị trí góc 45 độ tính từ điểm chương trình - Điểm tham chiếu cho trục Hầu hết máy CNC sử dụng vị trí xuất phát hay tham chiếu (reference) chung cho trục Trong tiếng Anh vị trí có nhiều tên gọi khác nhau: zero return position, grid zero position, home position - Dù gọi cách vị trí tham chiếu phải xác định xác Thơng thường bật máy, máy tự động chạy vị trí sở sau điều khiển đồng lại chuẩn với chuẩn tham chiếu máy * Điều Trang ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH khiển trục Ký hiệu “ S " dùng để xác định vòng quay trục với đơn vị vịng/phút (RPM – Recycle Per Minitute ) - Lệnh M03 điều khiển trục quay chiều kim đồng hồ, M04 – quay ngược chiều kim đồng hồ; M05 dùng quay Hình 2.3 : lệch cho máy CNC - Khi lập trình xong, ta gá phối cố định vào máy - Bắt đầu gia cơng điều khiển gửi tín hiều đến trục động trục X, trục Y để di chuyển phôi gia công theo yêu cầu kỹ thuật chiều di chuyển - Còn với trục Z ta nâng máy lên để phơi tiếp xúc với dao thường dùng để khoan lỗ sâu chi tiết - Phổi ta dùng vật liệu gỗ nhựa, nhôm, Tùy theo công suất động trục mà ta sử dụng vật liệu phù hợp 1.5 Các phương pháp điều khiển máy CNC - Điều khiển 2D Với điều khiển 2D hai trục điều khiển đồng thời Do dịch chuyển dụng cụ thực theo đường thẳng dạng tròn mặt phẳng • Ví dụ: máy khắc laser CNC trục, điều khiển 2D,nghĩa là, biên dạng phay theo hai trục trục thứ ba phải tiến dao đặc biệt độc lập với hai trục Trang ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH - Điều khiển 21/2D Điều khiển 21/2D tạo chuyển động dụng cụ cắt nhiều mặt phẳng, cách nội suy chuyển đổi ba mặt phẳng chính.Tất trục điều khiển điều khiển 21/2D nhiên mặt phẳng ln ln có hai trục điều khiển đồng thời Trục thứ ba gọi trục tiến dao - Tuỳ thuộc vào mặt phẳng gia công chọn mà trục khác điều khiển đồng thời Do vậy, chuyển động có mặt phẳng sau: Hình 2.4: Tọa độ làm việc - miêu ta trục tọa độ máy CNC • Mặt phẳng X/Y • Mặt phẳng X/Z • Mặt phẳng Y/Z Hình 2.5 : sở máy CNC trục Trang ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH Hình 3.3.1: mạch mach3 - Các chức • Mạch MACH3 USB sử dụng với phần mềm Mach3 kết nối máy tính thơng qua giao tiếp USB, thiết lập đơn giản • Mạch MACH3 USB có khả điều khiển trục dùng động bước ( servo ) lúc qua ngõ pul/dir X, Y, Z, A, B • Có ngõ vào IN1, IN2, IN3, IN4 • Có ngõ OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 • Tồn ngõ vào cách ly quang đảm bảo an tồn tuyệt đối Hình 3.3.2 : khai báo chân Trang 31 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH - Thông số kỹ thuật: • Mạch CNC BOB MACH3 USB • Giao tiếp với máy tính qua cổng USB • Nguồn sử dụng: 5VDC USB • Tần số xung tối đa: 100Khz • Điều khiển động bước qua trục X, Y, Z, A • Số ngõ vào: ngõ IN1, IN2 IN3, IN4 cách ly Opto • Số ngõ ra: ngõ OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 cách ly IC đệm • Kích thước: 77x73mm 3.2 Giới thiệu phần mền mach3 Hình 3.3.3: giao diện phần mềm mach3 Trang 32 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH Hình 3.3.4: Giao diện điều khiển tay cầm - Tính chức cung cấp Mach3: - Chuyển đổi PC tiêu chuẩn thành máy CNC đầy đủ tính năng, trục điều khiển CNC - Cho phép trực tiếp nhập DXF, BMP, JPG, file HPGL qua LazyCam - Visual Gcode hiển thị - Tạo Gcode qua LazyCam Wizards - Hoàn toàn tùy chỉnh giao diện - Tùy biến M-code Macros cách sử dụng VBScript - Vấn đề cần giải áp dụng vào thực tế : - I/O hạn chế ( Nếu dng cng lc cổng LTP giải phần nào) => dùng cho hệ thống lớn cần nhiều tín hiệu I/O phải dùng kỹ thuật ModBus ( Ở nước ngồi có bán Card này) Trang 33 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH - Dùng tín hiệu Step/Dir thích hợp với hệ thống dùng Step Motor, cịn hệ thống dùng servo phải qua card chuyễn đổi Step/Dir sang tín hiệu Analog 0-10v -10V, +10v nhằm tương thích với driver servo - Mach3 điều khiển theo dạng vòng hở nên ứng dụng hệ thống địi hỏi độ xác cao lại phải thiết kế theo dạng vịng kín - Ưu điểm Mach3 chức đa dạng, giao diện đẹp dễ sử dụng.Mô trình làm việc rõ ràng Khai báo thơng số hệ thống dễ dàng.Lập trình theo hướng mở rộng liên kết với Script VB Tùy quan niệm người, riêng nhóm thấy Mach3 có lợi tiết kiệm chi phí đáng kể (Nếu giải vấn đề Mach3 l lựa chọn tốt cho dạng CNC tự chế, lên đời máy CNC) Hình 3.3.5: xung cấp cho động Trang 34 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH 3.3 Sơ đồ đấu dây Hình 3.3.6: Sơ đồ linh kiện máy CNC - Mạch mach3 xử lý trung tâm kết nối với máy tính để điều khiển dạng số - Sau mạch mach3 nhận tín hiệu dạng số vễ tính tốn - Cấu tín hiệu cho Driver trục XYZ cấu từ xung cho động bước - Sau cấp xung động chuyển vào nơi Hình 3.3.7: ảnh thực tế đấu dây Trang 35 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH Hình 3.3.8: mơ hình phần điện hoàn thành Trang 36 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH Cơng thức tính tốn ứng dụng thực tế - Để tính tốn ta cần biết + Thông số bước dây dai λ (mm) + Số bánh rang puly R ( ) Hình 3.4.1: kích thước trục bánh Hình 3.4.2: dây dai, trục bánh - Từ tất thông số R,λ,α,m ta tính số bước B ( bước/mm) (steps/mm) B = 360/( R*λ*α*m ) Trang 37 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT - GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH Từ cơng thức ta tính + động bước có α = 1.8 độ + Dây dai bước rang 2mm + Puly 20 + Driver điều khiển để chế độ 1600 B = 360/( R*λ*α*m ) = 360/(1.8*2*20*(1/16)) = 80 (steps/mm) Chương : Cấu trúc mơ hình làm phần mền file Tổng quan mơ hình Hình 4.1: mặt chiếu mơ hình Trang 38 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH Hình 4.2: chi tiết tách rời Trang 39 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH Hình 4.3: vẽ mơ hình hồn chỉnh Trang 40 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH Phần mềm xuất file Phần mềm LightBurn - LightBurn phần mềm hiệu chỉnh điều khiển chương trình Nó cho phép bạn nhập hầu hết tất định dạng hình ảnh vector đồ họa bitmap phổ biến - Sau chỉnh sửa xong, điều chỉnh cài đặt cắt laser khác nhau, công suất laser, tốc độ cắt sau gửi trực tiếp tới máy laser bạn Nó hỗ trợ hầu hết máy cắt laser có sẵn thị trường hầu hết điều khiển mã G, Hình 4.4 : logo phần mềm - Tính cắt laser chuyên nghiệp, đại thơng minh với độ xác cao - Khơng cần sử dụng phần mềm bổ trợ khác - Cung cấp đầy đủ cơng cụ tính cần thiết - Điều chỉnh linh hoạt thông số hình ảnh vector - Hỗ trợ nhập ảnh vector nhiều định dạng - Bộ điều khiển G Code hỗ trợ bao gồm Grbl, Grbl-LPC, Marlin Smoothieware - Bộ điều khiển Ruida hỗ trợ bao gồm R5-DPS, RDLC-320A, RDC6445G, RDC6332G, RDC6442G/S - Bộ điều khiển Trocen hỗ trợ bao gồm AWC608, AWC708C, TL-3120 - Giao diện làm việc với vector trực quan dễ sử dụng - Hỗ trợ chỉnh sửa, bù trừ, hoạt động boolean, chỉnh sửa nút hàn - Áp dụng cài đặt công suất, tốc độ, số lần chuyền, thứ tự cắt, độ sáng độ tương phản, chế độ hòa sắc - Giao diện đơn giản, thân thiện với người dùng - Chuyển trực tiếp kết đến máy cắt laser cho người dùng Trang 41 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH Quy trình thực Sơ đồ thuật tốn cho qua trình thực chạy sản phẩm Trang 42 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH KẾT LUẬN - Vì kiến thức cịn q hạn hẹp nên thời gian làm chưa tốt , chưa đạt theo yêu cầu - Động có giá thành rẻ, phù hợp với đồ án sinh viên nên hoạt động chưa xác , đặc biệt dùng dây dai chưa có độ ổn định lâu dài , điều chỉnh vị trí thấy sai số - phần mạch mach3 rộng, cài thông số phức tạp thời gian, kiến thức hạn chế nên chưa hoàn thiện tốt - Hướng phát triển tìm tịi ngun cứu thêm trục B C… - Làm file sản phẩm đẹp với ứng dụng khác - Tự thiết kế driver để điều khiển động có cơng suất lớn băm xung chu kì nhỏ , điều khiển xác - Chọn động đắt tiền có gắn them encoder để báo lỗi hoạt động - Thiết kế khung cứng Trang 43 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH LỜI CẢM ƠN • Trong q trình thực đồ án nhóm chúng em xin cảm ơn lời sâu sắc đến thầy “ Nguyễn Phú Sinh ” • Đã tạo điều kiện cho nhóm chúng em thực đồ án khoảng thời gian vừa qua • Cảm ơn quý thầy cô khoa truyền đạt kiến thức chuyên môn giúp chúng em định hướng theo hiểu biết khả để chúng em thực đồ án “Nghiên cứu chế tạo mô hình CNC laser trục XY A” • Sau cảm ơn tất người nhiệt tình giúp đỡ nhóm em hồn thành đồ án Trang 44 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: NGUYỄN PHÚ SINH TÀI LIỆU THAM KHẢO https://www.slideshare.net/trongthuy3/luan-van-che-tao-mo-hinh-may-khac-laserung-dung-cong-nghe-cnc https://advancecad.edu.vn/tai-lieu-lap-trinh-va-van-hanh-may-cnc/ https://cnc24h.com/huong-dan-dau-noi-dong-co-buoc-va-driver-vao-bo-phatxung-dkc-1a Các nguồn tài liệu từ internet you tube Trang 45