Do an thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển bàn máy cnc

MỞ ĐẦU i Với phát triển không ngừng thành tựu khoa học - Công nghệ đặc biệt i lĩnh vực điều khiển số tin học cho phép nhà chế tạo máy ứng dụng vào máy i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i khoan cắt kim loại với hệ thống điều khiển ngày xác với tóc độ nhanh i i i i i i i i i i i i i i i i i i i giá thành thấp i i i i i Sự xuất máy CNC(Computer Numerical Control) nhanh chóng i thay đổi việc sản xuất công nghiệp Các đường cong thực dễ dàng đường i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i thẳng, cấu trúc phức tạp chiều dễ dàng thực hiện, lượng lớn thao i i i i i i i i i i i i i i i i i i i tác người thực giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa trình i i i i i i i i i i i i i i i i i sản xuất với máy CNC tạo nên phát triển đáng kể xác chất lượng Kỹ thuật i i i i i i i i i i i i i i i i i i i tự động CNC giảm thiểu sai sót giúp người thao tác có thời gian cho cơng i i i i i i i i i i i i i i i i i i i việc khác Ngoài cho phép linh hoạt thao tác sản phẩm thời gian cần i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất linh kiện khác i i i i i i i i i i i i Qua việc tìm hiểu nghiên cứu máy CNC, mơ hình máy CNC khoan phay i i i i i i i i i i i i i i i i biên dạng chi tiết sản phâm thiết kế nhỏ gọn, điều khiển PLC S7-200 Với i i i i i i i i i i i i i i i i i i i mục đích áp dụng học, phương pháp điều khiển,bộ giám sát … vào i i i i i i i i i i i i i i i i thực tế Đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển bàn may CNC” thực i i i i i i i i i i i i i i i i i i i thời gian năm tháng, thời gian có hạn nên đề tài có nhiều khuyết i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i điểm, mong ý kiến đóng góp q thầy giáo để việc nghiên cứu trở nên thực tế i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 LỜI CẢM ƠN i i Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Truờng Đại học Công nghiệp i Tp.HCM, khoa Điện tử, môn Điều khiển tự động, thầy cô dạy dỗ dìu dắt em i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i suốt năm học vừa qua để em có kiến thức chuyên môn sở sau i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i vào đời làm việc, sử dụng có ích cho xã hội i i i i i i i i i i i i Để thực thành công đề tài hướng dẫn, bảo tận tình thầy Ths.Trần i i i i i i i i i i i i i i i i i i Hữu Tồn Người hướng dẫn tận tình, giúp chúng em định hướng, góp ý cung cấp ý i i i i i i i i i i i i i i i i i i i tưởng dẫn tài liệu tiến trình thực đề tài Sự hướng dẫn thầy i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i yếu tố quan trọng để em hồn thành đề tài i i i i i i i i i i i i i i Cuối em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ gia i i i i i i i i i i i i i i i i i i đình, người ln sát cánh em, giúp đỡ em tạo điều kiện tốt cho em học i i i i i i i i i i i i i i i i i i i tập để có kết ngày hơm i i i i i i i i Em xin chân thành cảm ơn ! i i i i i i Trường Đại học Cơng Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh i i i i i i i Khoa Công nghệ điện tử i i i i Sinh viên i iii Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 Nguyễn Ngọc Vàng i i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI i i i i i i Sinh viên thực : Mã số sinh viên : 06086991 Lớp : ĐHĐT2A2 i i i i i ii i i Ngành i Giáo viên hướng dẫn i i i i i Nguyễn Ngọc Vàng i i i : i Điện tử tự động hóa : i Ths.Trần Hữu Tồn i i i i i i Đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển bàn máy i i i i i i i i i i i i i CNC ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 ………………………………………………………………………………………… ………… NHẬN XÉT ĐỀ TÀI CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN i i i i i i Sinh viên thực : Mã số sinh viên : 06086991 Lớp : ĐHĐT2A2 i i i i i ii i i Ngành i Giáo viên hướng dẫn i i i i i Nguyễn Ngọc Vàng i i i : i Điện tử tự động hóa : i Ths.Trần Hữu Toàn i i i i i i Đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển bàn máy i i i i i i i i i i i i i CNC ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………… Mụci lụcc MỞ ĐẦU i LỜI CẢM ƠN i i DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ i i i i i i i PHẦN I: 13 i A.MÁY CƠNG CỤ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ (CNC): .13 i i i i i i i i i I MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ (MÁY CNC): 13 i i i i i i i i i i i II CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC: 16 i i i i i i II.1 Điều khiển trực tuyến DNC (Direct Numerical Control): 16 i i i i i i i i II.2 Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control): 18 i i i i i i i II.3 Hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems): .20 i i i i i i i i i i III ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC MÁY CNC: 23 i i i i i i IV LẬP TRÌNH CHO MÁY CNC: 25 i i i i i B CÁC ĐIỂM CẦN QUAN TÂM KHI LẬP TRÌNH TRÊN MÁY CNC: 27 i i i i i i i i i i i I.HỆ TỌA ĐỘ: .27 i i I.1 Điểm Zero chương trình: 28 i i ii i I.2 Điểm khởi hành: 28 i i i Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 I.3 Điểm chuẩn: .29 i i I.4 Lập trình theo tọa độ tuyệt đối (Absolute) theo toạ độ gia số (Incremental): i i i i i i i i i i i i i i i 30 II.ĐIỀU KHIỂN ĐƯỜNG DỊCH CHUYỂN TRÊN MÁY CNC: 31 i i i i i i i II.1 Những khái niệm liên quan đến phép đo vị trí: 31 i i i i i i i i i i II.2 Các phương pháp đo: 31 i i i i II.3 Các dụng cụ đo vị trí : 36 i i i i i i i II.4 Các dạng dịch chuyển : 45 i i i i i C CÁC CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC: 46 i i i i i i i I.BẢNG ĐIỀU KHIỂN ĐƯỜNG DỊCH CHUYỂN G: 46 i i i i i i II Ý NGHĨA MỘT SỐ CHỨC NĂNG: 50 i i i i i i II.1.Chọn mặt phẳng: 50 i i II.2.Di chuyển nhanh (G00): .51 i i i II.3.Nội suy tuyến tính (nội suy thẳng) G01: .51 i i i i i i i II.4.Nội suy phi tuyến (nội suy cung tròn) G02, G03: 52 i i i i i i i i i PHẦN II 55 i CHƯƠNG I: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 55 i ii i i i I.MƠ HÌNH: 55 i I.1.Cấu trúc mơ hình: 55 i i i I.2.Cảm biến vị trí ghép với động DC: 56 i i i i i i i Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 i II.SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ: 57 i i i i i i i i III.MẠCH ĐỘNG LỰC: .57 i i III.1.Sơ đồ khối tác động khâu động lực: .58 i i i i i i i i III.2.Chức khối: 59 i i i i IV.MẠCH NHẬN XUNG TỐC ĐỘ CAO TỪ ENCODER: 60 i i i i i i i CHƯƠNG II: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ: 61 i i i i i i i i i i i i i I.SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID S7-200: .61 i i i i i i I.1.Thuật toán PID số: .61 i i i I.2.Làm việc với PID S7-200: 63 i i i i i II.TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ BỘ PID ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ: 64 i i i i i i i i i i i i III.TÍNH TỐN CÁC THAM SỐ Kp, Ki, Kd THEO LÝ THUYẾT CHO ĐỘNG i i i i i i i i i i i i i CƠ: 64 III.1.Thiết lập hàm truyền cho động cơ: 64 i i i i i i III.2.Vẽ đáp ứng điều khiển P: 66 i i i i i III.3.Đáp ứng PI: .68 i i CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 70 i i i i i I.KẾT NỐI BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÁY TÍNH: .70 i i i i i i i II PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN VÀ GIẢI THUẬT CÁC HÀM NỘI SUY 76 I I I I I I I I I I I II.1.Phương pháp nội suy 76 i i i II.2.Phương pháp nội suy đường thẳng : 77 i i i i i Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 i II.3.Nội suy cung tròn : .79 i i i i II.4.Nội suy xoắn ốc 80 i i i II.5.Nội suy parabol 81 i i II.6.Nội suy bậc 3: 81 i i i III.TÍNH TỐN VÀ GIẢI THUẬT NỘI SUY ĐOẠN THẲNG THEO TRỤC OX,OY: i i i i i i i i i i i i 81 III.1.Tính tốn nội suy đoạn thẳng theo lượng chạy cắt F 81 i i i i i i i i i i III.2.Di chuyển quảng đường dài L(LX,LY) hai trục với lượng chạy cắt F: 84 i i i i i i i i i i i i i III.3.Giải thuật nội suy đoạn thẳng G04: 86 i i i i i i III.4.Giải thuật nội suy G00: Chạy dao nhanh đến điểm tọa độ cho trước 89 i i i i i i i i i i i i i i IV.TÍNH TỐN VÀ GIẢI THUẬT NỘI SUY G01,G02,G03: 89 i i i i i i i IV.1.Nội suy đường tròn tâm O bán kính R (G01): 89 i i i i i i i i i IV.2.Nội suy cung tròn từ điểm A đến điểm B bán kính R (G02: ngược chiều kim i i i i i i i i i i i i i i i i i đồng hồ; G03: chiều kim đồng hồ): 92 i i i i i i i V XÁC ĐỊNH ĐIỂM TRONG HỆ TỌA ĐỘ CỰC 97 i i i i i i i i V.1.Tính góc điểm hệ tọa độ cực: .97 ii i i i i i i i i V.2.Tính góc quay lệnh nội suy cung tròn: 99 i i i i i i i i V.3.Giải thuật nội suy G02,G03: .100 i i i i VI.GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH: .101 i i i i i i VI.1.Phần hiển thị: .102 i i VI.2.Phần tập lệnh: 103 i i Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 VI.3.Phần tải lệnh từ tập tin Excel: .106 i i i i i i VI.4.Giản đồ xung kết nối hoạt động máy tính PLC: 106 i i i i i i i i i i i VI.5.Giải thuật kết nối hoạt động máy tính VB: 107 i i i i i i i i i i PHẦN 3: 108 i I.NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC KHI LÀM LUẬN VĂN: .108 i i i i i i i i II.NHỮNG KẾT QUẢ CHƯA ĐẠT ĐƯỢC: 108 i i i i i DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO: 109 i i i i i Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ i i i i i i i Bảng 1: Các chức hệ DNC i i i i i i i i Bảng 2: Bảng chuyển đổi mã binary gray i i i i i i i i i Bảng 3: Bảng điều khiển dịch chuyển G máy CNC i i i i i i i i i Bảng 4: Bảng nội suy phi tuyến i i i i i i Hình 1: Một số máy CNC sử dụng i i i i i i i i i i Hình 2: Vận hành trực tiếp hệ DNC i i i i i i i Hình 3: Sơ đồ điều khiển thích nghi AC i i i i i i i i Hình 4: Hệ thống điều khiển thích nghi AC cơng nghệ i i i i i i i i i i i Hình 5: Đặc điểm cấu trúc máy CNC i i i i i i i Hình 6: Cấu trúc vitme bi i i i i i Hình 7: Phương thức chuyển động vitme đai ốc i i i i i i i i Hình 8: Ví dụ thiết lập chương trình i i i i i i i i Hình 9: Hệ tọa độ CNC i i i i i Hình 10: Điểm zero chương trình i i i i i Hình 11: Điểm chuẩn CNC i i i i i Hình 12: Ví dụ lập trình theo tọa độ tuyệt đối i i i i i i i i i i Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 10