Thiết Kế, Điều Khiển Bàn Máy Cnc 2 Trục.pdf

Thi�t k� thi công đi�u khi�n bàn máy CNC 2 tr�c BBBBỘỘỘỘ CCCCÔÔÔÔNGNGNGNG THTHTHTHƯƠƯƠƯƠƯƠNGNGNGNG TRTRTRTRƯỜƯỜƯỜƯỜNGNGNGNG CAOCAOCAOCAO ĐẲĐẲĐẲĐẲNGNGNGNG KKKKỸỸỸỸ THUTHUTHUTHUẬẬẬẬTTTT CAOCAOCAOCAO THT[.]

ƯƠ NG BỘ CÔNG TH THƯƠ ƯƠNG ƯỜ NG CAO ĐẲ NG KỸ THU ẬT CAO TH ẮNG TR TRƯỜ ƯỜNG ĐẲNG THUẬ THẮ KHOA CƠ KH KHÍÍ – BM CƠ ĐIỆN TỬ ��� ỆP: ĐỒ ÁN TỐT NGHI NGHIỆ ỂN ẾT KẾ - THI CÔNG - ĐIỀU KHI KHIỂ THIẾ THI ỤC TRỤ BÀN MÁY CNC TR GVHD: ĐỖ ĐỨC VƯƠNG SVTH : LÊ QUANG LÂN NGUYỄN TẤN PHƯỚC NGUYỄN ĐẶNG HỒNG PHÚC Lớp :CĐCĐT 08 TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2011 Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục U LỜI NĨI ĐẦ ĐẦU ��� Hòa nhịp với phát triển cơng nghiệp hóa đại hóa ngành khí nước ta năm qua có bước phát triển đáng kể Việc nắm bắt, nghiên cứu ứng dụng kịp thời công nghệ kĩ thuật phát triển, thiết bị, linh kiện việc quan trọng góp phần đưa đất nước ta bắt kịp tiến độ phát triển với nước giới.Trong xu ngành điện tử hình thành phát triển tạo thay đổi lớn biết cách phối hợp công nghệ sẵn có Sự kết hợp hình thành nhiều đặc điểm mà ngành trước khơng có, ngành điện tử ngày phát triển phát huy sức mạnh mình, để nắm bắt kiến thức địi hỏi thân ta phải nắm vững kiến thức bản, đặt biệt lĩnh vực điều khiển xác Do đó, nhóm thống chọn đề tài “ Thiết kế- Thi cơng- Điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục” nhằm giới thiệu cho người đọc cách thức để điều khiển động nói riêng thiết bị nói chung từ làm tảng để phát triển ứng dụng Do có hạn chế thời gian kiến thức kinh nghiệm, cố gắng song tránh khỏi thiếu sót sai lầm định, mong nhận ý kiến xây dựng tích cực quý thầy bạn để chúng tơi hồn chỉnh nội dung hình thức GVHD: Đỗ Đức Vương Trang Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục LỜI CẢM ƠN ��� Lời nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường CĐKT Cao Thắng đặc biệt thầy cô môn điện tử giảng dạy chúng em suốt thời gian học tập hỗ trợ chúng em nhiều việc thực đề tài Thời gian học tập trường kinh nghiệm, hành trang quý báu giúp chúng em tự tin hơn, vững bước công việc sau Một lần nữa, em xin chân thành cám ơn thầy Vương, thầy cô trường, chúc thầy cô dồi sức khỏe, thành công sống đào tạo nên sinh viên giỏi giúp ích cho xã hội Và xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình người thân hỗ trợ tất điều kiện để đề tài hoàn thành tốt đẹp GVHD: Đỗ Đức Vương Trang Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục NG DẪN ÊN HƯỚ ÁO VI ẬN XÉT CỦA GI ƯỚNG VIÊ GIÁ NHẬ NH ��� áo vi ng dẫn Gi Giá viêên hướ ướng GVHD: Đỗ Đức Vương Trang Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục ẬN XÉT CỦA GI ÁO VI ÊN PH ẢN BI ỆN NH NHẬ GIÁ VIÊ PHẢ BIỆ ��� GVHD: Đỗ Đức Vương Trang Thiết kế-thi công-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục ẤM ĐỒ ÁN NG CH ẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒ CHẤ ĐỒNG NHẬ NH ��� GVHD: Đỗ Đức Vương Trang Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU BÀN MÁY CNC TRỤC Tổng quan bàn máy CNC trục: Các công việc cần phải thực hiện: 11 Dự đốn khó khăn: 12 Hướng giải quyết: 12 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 13 I Thiết kế khí : 13 Chọn vít me: 13 Chọn phương án di chuyển trục tọa độ: 15 Động DC servo: 16 II Thiết kế phần cứng: 20 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống: 20 Phân tích chức 20 Thiết kế mạch điện tử: 21 III Thuật Toán Nội Suy Theo Phương Pháp DDA 33 Nội suy đường thẳng: 33 Nội suy đường tròn: 39 IV Giao Tiếp Máy Tính: 43 Cách ghép nối PIC16F877A với RS232: 43 Cách thức thiết lập giao tiếp RS232 CCS: 43 Các đặc tính MSComm: 43 Truyền nhận liệu: 44 Giao diện điều khiển: 45 GVHD: Đỗ Đức Vương Trang Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục V Giải thuật điều khiển: 46 Lưu đồ giải thuật chuyển động: 46 Lưu đồ giải thuật giao tiếp: 47 Chương III :KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .48 I Kết đạt được: 48 II Kết chưa đạt : 48 III Hướng phát triển : 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO .49 GVHD: Đỗ Đức Vương Trang Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục ƯƠ NG I:GI ỚI THI ỆU BÀN MÁY CNC TR ỤC CH CHƯƠ ƯƠNG I:GIỚ THIỆ TRỤ ục: Tổng quan bàn máy CNC tr trụ ới thi a Gi Giớ thiệệu: Đời sống ngày phát triển đòi hỏi cao chất lượng sản phẩm, tốc độ sản xuất, độ xác,…Do đó, vấn đề tự động hóa đặt để đáp ứng nhu cầu đó.Một số sản phẩm tự động máy CNC Sự đời bàn máy CNC đáp ứng cho nhu cầu sản xuất tự động đạt độ xác cao hình dáng kích thước sản phẩm.Do nhóm chọn đề tài” Điều khiển bàn máy CNC trục” Đề tài “Điều khiển bàn máy CNC trục” nhằm góp phần tự động hóa q trình sản xuất Khi hoạt động, tồn quy trình cơng nghệ, thơng số dây chuyền sản xuất địi hỏi phải cần độ xác cao vị trí đáp ứng thời gian Để đáp ứng yêu cầu động DC servo kết hợp với điều khiển PID lựa chọn phù hợp Bộ điều khiển trung tâm PID dùng xử lý điều khiển vị trí LM629 giao tiếp với vi điều khiển PIC 16F877A Kết hợp với khả tính tốn nội suy xử lý mạnh máy tính, điều khiển chuyển động động với vị trí xác đáp ứng với vận tốc với độ tin cậy cao b Lịch sử hình th ành Thiết kế máy CNC đại bắt nguồn từ tác phẩm John T.Parson cuối năm 1940 đầu năm 1950.Sau chiến thứ 2, Parson tham gia sản xuất máy bay trực thăng, cơng việc địi hỏi phải gia cơng xác hình dạng phức tạp.Parson sớm nhận cách sử dụng máy tính IBM thời kỳ đầu,ông tạo dẫn đường mức xác nhiều sử phép tính tay sơ đồ.Dựa kinh nghiệm này, ông giành hợp đồng phát triển máy cắt mức tự động cho Không Quân để tạo mặt cong cho cánh máy bay Sử dụng đầu đọc thẻ máy tính điều khiển trợ động (servo motor ) xác,chiếc máy chế tạo lớn, phức tạp đắt đỏ.Mặc dù GVHD: Đỗ Đức Vương Trang Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục vậy, làm việc cách tự động sản xuất mặt cong với độ xác cao đáp ứng nhu cầu ngành cơng nghiệp máy bay Bộ điều khiển giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy Ví dụ số máy nhân viên lập trình đơn giản cần nhập liệu vị trí đường kính chiều sâu chi tiết máy tính lựa chọn phương pháp gia cơng tốt để sản xuất chi tiết dạng phôi Thiết bị chọn mẫu kỹ thuật tạo từ máy tính, tính tốn tốc độ dao cụ, đường vận chuyển vào máy sản xuất chi tiết mà khơng cần vẽ hay chương trình c Ứng dụng: Tùy theo mục đích sử dụng mà bàn máy có cơng dụng khác nhau:Máy khoan, Máy phay, Máy tiện, Máy cắt, Hình 1:Mơ hình máy phay GVHD: Đỗ Đức Vương Trang 10 Thiết kế-thi công-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục Theo cách làm ta cộng dồn tất sai số trình dịch chuyển đoạn ∆t phần lẻ số chu kỳ n cho chu kỳ cuối n +1 b Giải thuật điều khiển: Tọa độ điểm nhập từ máy tính: A(xA,yA),B(xB,yB) Phân loại chuyển động: TH1: (xA = xB yA # yB) � chạy trục x TH2: (xA # xB yA = yB) � chạy truc y TH3: (xA = xB yA = yB) � trục đứng yên TH4: (xA # xB yA # yB) � trục x y chuyển động GVHD: Đỗ Đức Vương Trang 38 Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục START TTTT TTTTT Y x0 # x1 ạy tr ục x Ch Chạ trụ & y0 = y1 N x0 = x1 Y ạy tr ục y Ch Chạ trụ Y ạy tr ục x Ch Chạ trụ &y Y ục đứ ng tr trụ đứng yê n & y0 # y1 N x0 # x1 & y0 # y1 N x0 = x1 & y0 = y1 N END GVHD: Đỗ Đức Vương Trang 39 Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục TH1: Chạy trục x START N Y lx>0 Lùi Tiến Ptx = px*lx Chạy TH2: Tương tự chạy trục y TH3: Chạy trục x &y N lx>0 Lùi START Y N Tiến Lùi Tính L,N For i =0 to N Ptx = px Chạy trục x Pty = py Chạy trục y GVHD: Đỗ Đức Vương Trang 40 ly>0 Y Tiến Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục ng tr òn: Nội suy đườ đường trò ươ ng ph 2.1 Ph Phươ ương phááp nội suy: Y B(xb,yb) P(x,y) Y r Yc α 0(xc,yc) A(xc+r,yc) xc x X Hình 4.2: Nội suy cung trịn Giả sử ta cần gia cơng theo cung trịn từ điểm A đến điểm P thời gian t, ta có phương trình: x – xC = rcosα y – yC = rsinα hay : x = xC + rcosα y = yC + rsinα Giả sử T0là thời gian để hết đơn vị cung tròn (1 radian), thời gian hết cung trịn t thì: Thay α vào phương trình ta có: Tích phân phương trình ta có: GVHD: Đỗ Đức Vương Trang 41 Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục Giả sử ta cần gia công từ điểm A đến điểm B với thời gian T với n lần gia lượng ∆t nhau, có nghĩa T = n∆t Ta cần xác định điểm trung gian thời điểm t = i∆t cơng thức viết lại sau: ng tr ịn: 2.2 Tính to toáán gi giảải thu thuậật điều khiểển nội suy đườ đường trị a.Tính tốn:Dữ liệu đầu vào nhập từ máy tính bao gồm: A(xA,yA),B(xB,yB) tâm O(xo,yo) Phương trình đường trịn: = Ta đưa tọa độ tâm O(xo,yo) gốc tọa độ lúc tọa độ O(0,0) B(xB,yB) Y I αB II III A(xA,yA) αA IV Hình 4.3: Nội suy cung trịn X Sinα = yAR ( yA = yA – y0) αA = arcsin Xác định góc αA theo góc phần tư TH1: (xA>xo yA>yo) � A thuộc góc phần tư thứ I, góc αA = αA TH2: (xAyo) � A thuộc góc phần tư thứ II, góc αA = 180 - αA TH3: (xA αC&& αB< αC N N Y Y Tính B(xB,yB) theo αB Tính B(xB,yB) theo αB Nội suy thẳng từ A -> B Nội suy thẳng từ A -> B END GVHD: Đỗ Đức Vương αA< αC&& αB> αC Trang 44 Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục ẾP MÁY TÍNH: IV GIAO TI TIẾ Cách gh ghéép nối PIC16F877A với RS232: PIC16F877A có hai chân thực nhiệm vụ nhận truyền liệu nối tiếp RXD TXD tương ứng với RC7 RC6 Hai chân ứng với mức logic TTl, muốn giao tiếp với máy tính thơng qua cổng com ta phải chuyển đổi mức điện áp tương thích với chuẩn RS232, ta sử dụng IC MAX232 để thực nhiệm vụ ức thi ết lập giao ti ếp RS232 CCS: Cách th thứ thiế tiế Các hàm truyền nhận liệu: + getc(): hàm chờ nhận ký tự từ máy tính truyền xuống + putc(): hàm gửi ký tự lên máy tính + Printf(): hàm xuất chuỗi ký tự lên hình Để sử dụng RS232 CCS ta cần khai báo sau: #use rs232 (options) (options) thông số sau: Baud = x tốc độ baudrate (2400,4800,9600(mặcđịnh),19200,38400,57600,11500,12800) Parity = x số bit chẵn lẻ (N(mặc định),O,E) Xmit = pin chân gửi liệu Rcv = pin chân nhận liệu Bits = x số bit liệu (từ � 9, mặc định bit) Các đặ đặcc tính MSComm: Những tính chất MSComm liên quan đến thiết lập cổng, truyền nhận liệu, dùng tín hiệu bắt tay đồng cac điều khiển Thiết lập: CommPort : dạng object.CommPort = value Value số cổng có giá trị từ 1->16 mặc định InBufferSize InBufferSize: thiết lập trả lại kích thước đệm nhận, tính byte Mặc đình 1024 byte Không nên nhầm lẫn với INBufferCount số byte chờ đệm nhận GVHD: Đỗ Đức Vương Trang 45 Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục OutBufferSize: giống InBuferSize, mặc định 512 PortOpen: thiết lập trả lại trạng thái cổng object.PortOpen[=value] value = true cổng mở, = false cổng đóng Cần phải thiết lập thuộc tính CommPort với tên cổng trước mở cổng giao tiếp Settings: object.Settings[=value] thiết lập trả lại thông số tần số baud, bit liệu, bit chẵn lẻ, bit stop Value có dạng “BBBB,P,D,S” BBBB tốc độ baudrate, P: thiết lập bit đồng bộ, D: số bit liệu, S: số bit stop Mặc định là: “9600,N,8,1” Truy Truyềền nh nhậận li liệệu: CommEvent CommEvent: trả lại phần lớn kiện giao tiếp có lỗi CommEvent xảy có lỗi có kiện Input Input: nhận xóa liệu đệm nhận Nếu InputMode InputModeText giá trị trả xâu tức có kiểu string, liệu dạng tetx biến kiểu Variant Nếu InputMode InPutModeBinary thuộc tính trả lại liệu dạng nhị phân dạng mảng kiểu byte biến Variant InBufferCount InBufferCount: trả lại số ký tự có đệm nhận, xóa đệm nhận cách đặt thuộc tính OutBufferCount: trả lại số ký tự đệm truyền Output: ghi liệu vào đệm truyền, truyền kiểu text kiểu nhị phân Nếu truyền kiểu text cho biến Variant = kiểu string, truyền kiểu nhị phân cho Output = variant = mảng kiểu B GVHD: Đỗ Đức Vương Trang 46 Thiết kế-thi công-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục Giao di diệện điều khiểển: GVHD: Đỗ Đức Vương Trang 47 Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục V Giải thuật điều khiển: ng: Lưu đồ gi giảải thu thuậật chuy chuyểển độ động: START GIAO TIẾP Y CHẾ ĐỘ TAY MANUAl= N N MA_START =255 PHÂN LOẠI CHUYỂN ĐỘNG RUN ĐIỂM MÃ=249 RUN_TRÒN Mà =250 RUN_CHUNHAT Mà =251 LỖI TRUYỀN END GVHD: Đỗ Đức Vương Trang 48 Y CHỌN TRỤC CHUYỂN ĐỘNG Y CHẠY TRỊN Y CHẠY_HCN Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục Lưu đồ gi giảải thu thuậật giao ti tiếếp: GIAO TIẾP DATA=252 Y START Y STOP Y RESET Y NHẬP DỮ LIỆU N DATA =254 N DATA = 253 N DATA =252 END GVHD: Đỗ Đức Vương Trang 49 Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục ỂN ÁT TRI NG PH Ả VÀ HƯỚ ẾT QU ng III :K ươ Ch TRIỂ PHÁ ƯỚNG QUẢ :KẾ ương Chươ ả đạ c: I Kết qu đạtt đượ được: - Đã chế tạo lắp ráp hồn chỉnh phần khí bàn máy CNC - Kết cấu gọn nhẹ phù hợp với mơ hình thí nghiệm - Thiết kế board mạch điện tử driver điều khiển động - Sử dụng phần mềm visual basic để giao tiếp với máy tính thơng qua cổng com - Nội suy đường ưa đạ ả ch đượcc : đạtt đượ chư II Kết qu - Chế tạo khí cịn hạn chế độ xác - Chưa thực q trình gia cơng sản phẩm.Đề tài dừng lại mức dùng bút vẽ để mơ q trình gia cơng - Chưa đọc file từ phần mềm vẽ :autocad, solidwork, ng ph III Hướ ướng pháát tri triểển : - Thay cấu bút dao để gia công tạo sản phẩm thực tế - ứng dụng bàn máy để chế tạo máy khác như:máy cắt gỗ, kiếng, decal, để phục vụ nhu cầu ngành công nghiệp khác ỆU THAM KH ẢO TÀI LI LIỆ KHẢ [1] www.dientuvietnam.com [2] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi Tiết Máy, Nhà xuất Giáo Dục(tái lần thứ 6), 2003 [4] Huỳnh Thái Hoàng, Nguyễn Thị Phương Hà, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2005 [5] National Semiconductor, Datasheet LM628/LM629 Precision Motion Controller, 2003 GVHD: Đỗ Đức Vương Trang 50 Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục [6] National Semiconductor Application Note 706, LM628/LM629 User Guide, 1993 [7] National Semiconductor Application Note 693, LM628 Programming Guide, 1999 [8] National Semiconductor Application Note 868, Interfacing the HPC and LM629 for Motion Control, 1993 ng Tài liệu đăng Đặ Đặng Vũ Thanh Hùng (Sinh Viên Trường Cao Đẳng Kĩ Thuật Cao Thắng //// >Khóa< 2010 ) Thuộc: >Khoa< Cơ Khí = \"_#@#_ "/= >Ngành< Cơ Điện Tử >Lớp< CĐ CĐT 10B _= \"_#@#_ "/= _>MSSV< 307101112 [ (''~^_^~'' )Định ghi số thứ tự lớp mà thấy "Sàm" Nội nhiêu thấy "Quá Sàm" rùi Hjhjhj ] Địa thường trú: 292 Bà Hạt P9_Q10_Thành Phố Hồ Chí Minh SĐT [ (*_*) Có nên cho khơng ta, sợ "bị khó ngủ lắm", thui rùi ] Lưu ý: Tài liệu này, tự viết ra, thân đăng lên,bạn thấy có nhu cầu Download về, xuất xứ Ai mà biết Bạn phải cảm ơn tui nha, tui cho bạn, mà bạn cần! (Cho dù không cần phải cám ơn hjhjhj_(''~^_^~'' ) Mình khơng thích người khác mắc nợ mình) Bạn gửi ý kiến bạn qua "Đường dây nóng" (Mặt dù chả thấy nóng bao giờ_vì có thấy nói đâu hjhj) Email: mr_thanhhung_20111992@yahoo.com (hoặc giolanganhseve@yahoo.com nick sài đỡ mùa mưa mà! Hjhjhj.) Một tươ ng lai mở bạn bi ương biếết cách chia nh ững bạn có cho ng ườ kháác nhữ ngườ ườii kh (Đặng Vũ Thanh Hùng) GVHD: Đỗ Đức Vương Trang 51 Thiết kế-thi cơng-điều khiển mơ hình bàn máy CNC trục GVHD: Đỗ Đức Vương Trang 52