Đồ án vi điều khiển đề tài máy vẽ tự động cnc

Trang 1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG THƯƠNG TP.HCM KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 2 1 MÁY VẼ TỰ ĐỘNG CNC LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, tốc độ phát triển của các ngành công ngh

TỔNG QUAN VỀ CNC

Đặt vấn đề

Ngành điện tử đang phát triển nhanh chóng, đặc biệt là trong lĩnh vực vi điều khiển và điều khiển thiết bị thông minh Sự ra đời của nhiều sản phẩm công nghệ cao với mẫu mã và chức năng đa dạng ngày càng gia tăng, đi kèm với sự phức tạp trong thiết kế Ví dụ điển hình là sự xuất hiện của nhiều loại robot với chức năng khác nhau và máy vẽ tự động CNC.

Lý do chọn đề tài

Vì đây là một đề tài mang tín ứng dụng vào thực tế cao, đáp ứng được những nhu cầu, vấn đề trong đời sống thực tế hàng ngày

Nhằm cũng cố lại kiến thức phát huy được tín sáng tạo cũng như tay nghề của sinh viên

➢ Hệ thống làm việc ổn định và hoạt động giống như yêu cầu đặt ra

➢ Có khả năng xuất ra mô hình và ứng dụng ngoài thực tế cao

MÁY VẼ TỰ ĐỘNG CNC 8

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CNC

Một số linh kiện chính

CNC (điều khiển số bằng máy tính) là một loại máy NC tự động, sử dụng máy tính để điều khiển các bộ phận hoạt động theo chuỗi sự kiện với tốc độ đã được lập trình trước Điều này cho phép tạo ra các mẫu vật với hình dạng và kích thước theo yêu cầu.

Các máy CNC có thể phần chia theo loại và theo hệ thống điều khiển:

Máy CNC được phân loại tương tự như các máy công cụ truyền thống, bao gồm máy khoan CNC, máy phay CNC, máy tiện CNC và các trung tâm gia công CNC Các trung tâm CNC có khả năng gia công nhiều loại bề mặt và sử dụng đa dạng dụng cụ khác nhau, mang lại hiệu quả cao trong sản xuất.

- Phân chia theo hệ điều khiển có thể phân ra các loại:

+ Các máy điều khiển điểm tới điểm

+ Ví dụ như máy khoan, khoét, máy hàn điểm, máy đột, dập

Máy điều khiển đoạn thẳng là loại máy có khả năng gia công thông qua việc di chuyển theo các trục Những máy này mang lại nhiều ưu điểm cơ bản trong quá trình gia công, giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả sản xuất.

So với các máy điều khiển công cụ bằng tay, sản phẩm từ máy CNC không bị ảnh hưởng bởi tay nghề của người điều khiển mà hoàn toàn dựa vào nội dung và chương trình đã được lập trình sẵn Điều này giúp đảm bảo độ chính xác và đồng nhất trong quá trình sản xuất.

MÁY VẼ TỰ ĐỘNG CNC 9 trình được đưa vào máy Người điều khiển chỉ chú yếu theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy

- Độ chính xác lằm việc cao Thông thường các máy CNC có độ chính xác máy là

0.001mm do đó có thể đạt được độ chính xác cao hơn

Máy cắt có tốc độ cắt cao nhờ vào cấu trúc cơ khí bền chắc, cho phép sử dụng hiệu quả các vật liệu cắt hiện đại như kim loại cứng và gốm oxit.

Máy CNC mang lại tính linh hoạt vượt trội trong lập trình, giúp tiết kiệm thời gian điều chỉnh máy Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn đảm bảo tính kinh tế trong gia công các sản phẩm nhỏ.

- Ít phải dừng máy vì kỹ thuật, do đó chi phí dừng máy nhỏ

- Tiêu hao do kiểm tra ít, giá thành đo kiểm tra giảm

- Thời gian hiệu chỉnh máy nhỏ

- Có thể gia công hàng loạt

- Giá thành chế tạo máy cao hơn

- Giá thành bảo dưỡng, sữa chữa máy cũng cao hơn

- Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khăn hơn

TRÌNH ĐỘ HIỆN TẠI CỦA MÁY CNC

Các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng được hoàn thiện với tốc độ xử lý cao nhờ vào sự ứng dụng các thành tựu mới của bộ vi xử lý Hệ thống CNC được sản xuất hàng loạt với khả năng xử lý đa chức năng, phục vụ cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau Vật mang tin đã tiến hóa từ băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ đến việc sử dụng đĩa CD với dung lượng lớn, độ tin cậy cao và tuổi thọ dài hơn.

Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vài hệ NC để trờ thành hệ thống CNC đã tạo

Máy vẽ tự động CNC có thể được ứng dụng trong nhiều điều kiện, bao gồm cả các xí nghiệp nhỏ không có phòng lập trình riêng Điều này cho phép người điều khiển máy lập trình trực tiếp ngay trên thiết bị, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong quá trình sản xuất.

Dữ liệu nhập, nội dung lưu trữ và thông báo về tình trạng hoạt động của máy được hiển thị rõ ràng trên màn hình Trước đây, màn hình chỉ có màu đen trắng với các ký tự và con số, nhưng hiện nay đã được nâng cấp thành màn hình màu đồ họa, độ phân giải cao Các biểu đồ và hình vẽ mô phỏng, cả tĩnh lẫn động, cùng với biên dạng của chi tiết gia công và chuyển động của dao cụ đều được thể hiện sinh động trên màn hình.

Các hệ thống CNC riêng lẻ có khả năng kết nối với mạng cục bộ hoặc mạng mở rộng, giúp quản lý và điều hành tổng thể hệ thống sản xuất của một doanh nghiệp hoặc tập đoàn một cách hiệu quả.

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Mạch hạ áp 3A LM2596 là giải pháp nhỏ gọn có khả năng giảm điện áp từ 30V xuống 1.5V với hiệu suất cao đạt 92% Sản phẩm này rất phù hợp cho các ứng dụng chia nguồn và hạ áp, cung cấp điện cho các thiết bị như camera, motor và robot.

Mạch hạ áp LM2596 Mạch sử dụng ic nguồn

LM2596 điều khiển dòng ra bằng biến trở vi chỉnh mạch nhỏ gọn dễ sử dụng

➢ THÔNG SỐ KỸ THUẬT Điện áp đầu vào: Từ 3V đến 30V

MÁY VẼ TỰ ĐỘNG CNC 11 Điện áp ra: Điều chỉnh được trong khoảng 1.5V đến 30V

Dòng đáp ứng tối đa là 3A

Chân 1: V in (điện áp đầu vào từ 4,5 ~ 40V)

Chân 2: V out (Điện áp đầu ra được điều chỉnh hạ xuống)

Chân 4: Feedback chân phản hồi điện áp (Đặt điện áp đầu ra bằng cách sử dụng mạng bộ chia sử dụng phản hồi điện áp đầu ra)

Chân 5: ON/OFF chân tắt bật mức logic (Kích hoạt chân, phải được nối đất để hoạt động bình thường)

Có bộ điều chỉnh 3.3V, bộ điều chỉnh 5V, bộ điều chỉnh 12V và bộ điều chỉnh biến đổi Điện áp đầu vào: 4,5V đến 40V Điện áp đầu ra tối thiểu: 3,16V

Dòng điện đầu ra liên tục: 3A

Tần số chuyển mạch: 150KHz

Arduino CNC Shield V3 là một board mở rộng cho Arduino UNO R3, được thiết kế để điều khiển các máy CNC mini Board này có 4 khay để lắp các mô đun điều khiển động cơ bước A4988, cho phép điều khiển 3 trục X, Y và Z một cách hiệu quả.

Y, Z và thêm một trục thứ 4 tùy chọn trên các máy CNC mini

Tương thích GRBL (mã nguồn mở chạy trên Arduino UNO R3 để điều khiển CNC mini)

Hỗ trợ lên tới 4 trục (trục X, Y, Z và một trục thứ tư tùy chọn)

Hỗ trợ tới 2 Endstop (cảm biến đầu cuối) cho mỗi trục

Tính năng điều khiển spindle

Tính năng điều khiển dung dịch làm mát khi máy hoạt động

Sử dụng các mô đun điều khiển động cơ bước, giúp tiết kiệm chi phí khi thay thế, nâng cấp

Thiết lập độ phân giải bước động cơ bằng jump đơn giản

Thiết kế nhỏ gọn, các đầu nối tiêu chuẩn thông dụng Điện áp nguồn cấp đa dạng từ 12V tới 36V

Tương thích với module A4988 và DRV8825

Tương thích với module Uno R3

Hỗ trợ tới 2 Endstop cho mỗi trục

Tính năng điều khiển spindle, công suất laser

Arduino Uno R3 là bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328, phát triển bởi Arduino.cc Với các chân đầu vào/đầu ra Digital và Analog, bảng mạch này có khả năng giao tiếp với nhiều bảng mở rộng khác nhau Arduino Uno rất phù hợp cho những người mới bắt đầu và đam mê điện tử, lập trình Nhờ vào nền tảng mở của Arduino.cc, người dùng có thể dễ dàng xây dựng các dự án như lập trình robot, xe tự hành, hay điều khiển đèn LED một cách nhanh chóng.

GND (Ground) là cực âm của nguồn điện cung cấp cho Arduino Uno Khi sử dụng các thiết bị với nguồn điện riêng biệt, việc nối các chân GND là cần thiết để đảm bảo hoạt động ổn định.

IOREF: Điện áp hoạt động của

Arduino, có mức điện áp là 5V

Không được sử dụng để lấy nguồn từ chân này

RESET: Việc nhấn nút RESET trên mạch arduino tương tự như khi nối chân RESET với GND qua điện trở 10KΩ

Vi điều khiển ATmega328 Điện áp hoạt động 5V(cấp qua cổng usb) Điện áp khuyến nghị 6-9V

Số chân digital I/O 14 chân( 6 chân PWM)

Dòng ra tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa(3.3V) 50 mA

Bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328) với 0.5 KB dùng bởi bootloader

Giao động của thạch anh 16 MHz

ARDUINO SHIEL V3 : Error! Bookmark not defined

Arduino CNC Shield V3 là một board mở rộng dành cho Arduino UNO R3, cho phép điều khiển các máy CNC mini hiệu quả Board này được trang bị 4 khay cắm cho các mô đun điều khiển động cơ bước A4988, giúp điều khiển 3 trục X, Y và Z một cách chính xác.

Y, Z và thêm một trục thứ 4 tùy chọn trên các máy CNC mini

Hỗ trợ tới 2 Endstop cho mỗi trục

Tính năng điều khiển spindle, công suất laser

ARDUINO UNO R3 : Error! Bookmark not defined

Arduino Uno R3 là bảng mạch vi điều khiển nguồn mở, sử dụng vi điều khiển Microchip ATmega328, phát triển bởi Arduino.cc Bảng mạch này có các chân đầu vào/đầu ra Digital và Analog, cho phép giao tiếp với nhiều bảng mạch mở rộng khác nhau Arduino Uno rất phù hợp cho những người mới bắt đầu và đam mê điện tử, lập trình Với nền tảng mở từ Arduino.cc, người dùng có thể dễ dàng xây dựng các dự án như lập trình robot, xe tự hành, hay điều khiển bật tắt LED một cách nhanh chóng.

GND (Ground) là cực âm của nguồn điện cung cấp cho Arduino Uno Khi sử dụng các thiết bị với nguồn điện riêng biệt, cần phải kết nối các chân GND để đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác.

IOREF: Điện áp hoạt động của

Arduino, có mức điện áp là 5V

Không được sử dụng để lấy nguồn từ chân này

RESET: Việc nhấn nút RESET trên mạch arduino tương tự như khi nối chân RESET với GND qua điện trở 10KΩ

Vi điều khiển ATmega328 Điện áp hoạt động 5V(cấp qua cổng usb) Điện áp khuyến nghị 6-9V

Số chân digital I/O 14 chân( 6 chân PWM)

Dòng ra tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa(3.3V) 50 mA

Bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328) với 0.5 KB dùng bởi bootloader

Giao động của thạch anh 16 MHz

Board Arduino Uno R3 có 14 chân Digital cho phép thực hiện chức năng đầu vào và đầu ra, sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() Mỗi chân cung cấp điện áp 5V và dòng tối đa 20mA, với điện trở kéo lên trong khoảng 20-50 ohm Để bảo vệ board mạch, dòng tối đa trên mỗi chân I/O không được vượt quá 40mA.

Ngoài ra, một số chân Digital có chức năng đặt biệt:

Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Được sử dụng để nhận dữ liệu (RX) và truyền dữ liệu (TX) TTL

PWM: 3, 5, 6, 9 và 11 Cung cấp đầu ra xung PWM với độ phân giải 8 bit bằng hàm analogWrite ()

SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI bằng thư viện SPI

LED được tích hợp trên bảng mạch và kết nối với chân D13 Khi chân D13 ở mức cao (HIGH), LED sẽ sáng, trong khi LED sẽ tắt khi chân ở mức thấp (LOW).

Giao tiếp I2C/TWI trên Arduino Uno R3 được hỗ trợ qua các chân A4 (SDA) và A5 (SCL), cho phép kết nối với nhiều thiết bị khác Board này có 6 chân Analog từ A0 đến A5, với độ phân giải đầu vào đạt 10 bit.

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V qua cổng USB hoặc từ nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng từ 7-12V DC, giới hạn từ 6-20V Sử dụng pin vuông 9V là lựa chọn hợp lý nếu không có nguồn từ cổng USB Lưu ý, việc cấp nguồn vượt quá giới hạn có thể gây hỏng Arduino UNO.

NGUỒN TỔ ONG 220V : ………Error! Bookmark not defined 2.5 SERVO :………………………………………………………………… 2.6 ĐỘNG CƠ BƯỚC CHƯƠNG III: NỘI DUNG

Nguồn tổ ong, hay còn gọi là nguồn xung, là bộ nguồn chuyển đổi điện áp từ AC 110-220V sang DC từ 1,5V đến 96V, tùy theo mục đích sử dụng Nguyên lý hoạt động của nguồn tổ ong dựa trên việc sử dụng transistor công suất, các bộ phận chuyển mạch hoặc bộ điều chỉnh để tạo ra điện áp mong muốn Tên gọi nguồn tổ ong xuất phát từ hình dạng các lỗ lục giác trên bề mặt bộ nguồn, giúp thông hơi và thoát nhiệt qua phương pháp đối lưu không khí, tương tự như cấu tạo của tổ ong, tạo sự dễ nhận diện và ghi nhớ cho người dùng.

Nguồn tổ ong, hay còn gọi là nguồn xung, có thiết kế hình lục giác giống như tổ ong, với các lỗ thông hơi giúp thoát nhiệt hiệu quả Loại nguồn này không sử dụng quạt để tản nhiệt, giúp cấu trúc của bộ nguồn gọn gàng hơn, phù hợp cho những không gian hạn chế.

Nguồn tổ ong là thiết bị chuyển đổi điện xoay chiều thành điện một chiều, thực hiện qua chế độ dao động xung do mạch điện tử kết hợp với biến áp xung tạo ra.

➢ THÔNG SỐ KỸ THUẬT Điện áp đầu vào: 110/ 220V AC Điện áp đầu ra: 12V DC

Nhiệt độ làm việc: Từ 0 – 60 độ C

Nguyên lý hoạt động của nguồn tổ ong bắt đầu từ việc điện áp đầu vào, dao động từ 110VAC đến 220VAC, được chuyển qua các cuộn lọc nhiễu Sau đó, điện áp này được chỉnh lưu qua diode, tạo ra điện một chiều với điện áp từ khoảng 130V đến 300V trên tụ lọc nguồn sơ cấp.

Tụ lọc nguồn sơ cấp sẽ có nhiệm vụ tích trữ năng lượng điện một chiều cho cuộn dây sơ cấp của biến áp xung hoạt động

Bộ tạo xung và các mạch dao động điện tử sản xuất xung cao tần, sau đó các xung này được chuyển qua khối chuyển mạch bán dẫn như transistor, mosfet hoặc IGBT để cung cấp điện cho cuộn dây sơ cấp của biến áp xung.

Nguồn tổ ong đang ngày càng được ưa chuộng nhờ vào những đặc tính và công năng vượt trội So với các loại máy biến áp thông thường, bộ nguồn tổ ong có nhiều ưu điểm nổi bật, mang lại hiệu quả sử dụng cao hơn.

Hiện nay, nguồn tổ ong được sử dụng khá rộng rãi bởi các đặc tính cũng như công năng của sản phẩm

Nguồn tổ ong nhỏ gọn hơn so với các loại máy biến áp truyền thống khác

➢ TỔNG QUÁT Động cơ servo SG90 Điện áp hoạt động: 4.8-5VDC Lực kéo: 1.6 Kg.cm Trọng lượng: 9g

Động cơ servo SG90 180 độ nổi bật với tốc độ phản ứng nhanh, tuy nhiên, do các bánh răng được chế tạo từ nhựa, người dùng cần cẩn trọng khi nâng tải nặng để tránh hư hỏng bánh răng và động cơ.

RC Servo 9G được trang bị driver điều khiển động cơ tích hợp, cho phép điều chỉnh góc quay một cách dễ dàng thông qua phương pháp điều chế độ rộng xung PWM.

➢ THÔNG SỐ LỸ THUẬT Điện áp hoạt động: 4.8-5VDC

Tốc độ: 0.12 sec/ 60 deg (4.8VDC)

➢ SƠ ĐỒ DÂY Đỏ: Dương nguồn

5V: Chân dương dùng để cấp nguồn cho động cơ servo

GND: Chân âm nối đất

Control: Chân tín hiệu điều khiển để điều chỉnh vị trí của động cơ Tín hiệu điều khiển được gửi dưới dạng xung PWM

Động cơ DC hoạt động bằng cách chuyển đổi điện năng thành chuyển động quay thông qua việc cấp điện áp, tạo ra lực xoắn cho trục đầu ra.

Hệ thống điều khiển bao gồm bộ điều khiển và mạch phản hồi, với bộ điều khiển nhận tín hiệu từ nguồn điều khiển như Arduino Nó điều chỉnh tín hiệu đầu vào để kiểm soát chuyển động của động cơ Mạch phản hồi, thường là potentiometer, được kết nối với trục đầu ra để cung cấp thông tin về vị trí hiện tại của động cơ.

Hệ thống giảm tốc đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao lực xoắn và giảm tốc độ quay của động cơ Servo SG90 Nhờ có hệ thống này, độ chính xác trong việc điều chỉnh vị trí được cải thiện đáng kể.

Động cơ bước (Step Motor) là loại motor điện phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Điển hình là trong các hệ thống di chuyển của máy CNC, bao gồm máy khắc cắt laser, máy cắt CNC và máy cắt plasma CNC.

Động cơ bước (motor bước) là loại động cơ cho phép điều chỉnh tần số góc quay Góc bước nhỏ giúp tăng số bước trên mỗi vòng quay, từ đó nâng cao độ chính xác trong việc xác định vị trí.

Các góc bước của động cơ có thể dao động từ 0,72 độ đến 90 độ, nhưng các góc bước phổ biến nhất thường được sử dụng là 1,8 độ, 2,5 độ, 7,5 độ và 15 độ.

• PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ BƯỚC:

Động cơ bước được phân loại dựa trên một số tiêu chí chính Đầu tiên, phân loại theo số pha: động cơ bước 2 pha có góc bước khoảng 1.8 độ, trong khi động cơ 3 pha có góc bước 1.2 độ và động cơ 5 pha có góc bước 0.72 độ Thứ hai, phân loại theo rotor: động cơ có rotor làm bằng dây quấn hoặc sử dụng nam châm vĩnh cửu, và động cơ bước thay đổi từ trở với roto không bị tác động nhưng có phần tử cảm ứng Cuối cùng, động cơ bước cũng được phân loại theo cực, bao gồm động cơ bước đơn cực và động cơ bước lưỡng cực.

• CẤU TỌA ĐỘNG CƠ BƯỚC

Cấu tạo của động cơ bước gồm: Rotor và stato

SƠ ĐỒ KẾT NỐI PHẦN CỨNG

3.2 CÁCH CÀI ĐẶT PHẦN MỀM

Tìm kiếm phần mềm benbox trên google

Tìm phiên bản mới nhất của phần mềm Benbox

Khi tải thành công , ta vào phần download giải nén phần mềm , kèm theo giải nén file hex trong phần mềm Benbox

BƯỚC 1 : VÀO PHẦN MỀM BENBOX

MÁY VẼ TỰ ĐỘNG CNC 28 BƯỚC 2 : KẾT NỐI CÁP VÀO MÁY TÍNH ĐỂ TÌM CỔNG COM

BƯỚC 3 : NẠP CODE FILE HEX

MÁY VẼ TỰ ĐỘNG CNC 29 BƯỚC 4 : KIỂM TRA VÀ ĐIỀU CHỈNH THÔNG SỐ

BƯỚC 5: CHỌN CÁCH VẼ THEO CHIỀU

BƯỚC 6 : CHỌN HÌNH VÀ VẼ

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Qua quá trình thực hiện và nghiên cứu đề tài em đã hoàn thành thiết kế mô hình điều khiển máy vẽ cnc đúng với yêu cầu đặt ra

Tên sản phẩm: máy vẽ tự động cnc

Kích thước máy vẽ cnc: 40 x40

4.2 KIẾN NGHỊ: Ưu điểm: Điều khiển các thiết bị một cách dễ dàng bằng nhiều hình thức khác nhau như app benbox ,…

KẾT LUẬN 4.2 KIẾN NGHỊ PHỤ LỤC

Qua quá trình thực hiện và nghiên cứu đề tài em đã hoàn thành thiết kế mô hình điều khiển máy vẽ cnc đúng với yêu cầu đặt ra

Tên sản phẩm: máy vẽ tự động cnc

Kích thước máy vẽ cnc: 40 x40

4.2 KIẾN NGHỊ: Ưu điểm: Điều khiển các thiết bị một cách dễ dàng bằng nhiều hình thức khác nhau như app benbox ,…

Thuận tiện cho việc thiết kế vẽ hình , vẽ mô phỏng sơ đồ , khắc tiện, laser

Bản thiết kế hiện tại thiếu tính thẩm mỹ và cách bố trí linh kiện chưa hợp lý Để cải thiện, có thể mở rộng mô hình nhằm tạo ra những bản thiết kế và bản vẽ mượt mà, đẹp mắt hơn so với bản máy vẽ CNC mini.

Tiêu đề	Máy Vẽ Tự Động CNC
Tác giả	Phạm Quang Bình, Nguyễn Đức Tâm
Người hướng dẫn	Thầy Nguyễn Kim Suyên
Trường học	Trường Cao Đẳng Công Thương Tp.HCM
Chuyên ngành	Điện – Điện Tử
Thể loại	Đồ án vi điều khiển
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	34
Dung lượng	732,17 KB