máy khoan mạch in tự động khóa luận tốt nghiệp khoa công nghệ điện

Kết quả dự kiến tóm tắt kết quả dự kiến đạt được - Nguyên lý ứng dụng X Điều khiển tự động và điều khiển cơ mềm, tháo ráp, lắp đặt thue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg ec

Trang 1

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

• NGUYỄN HOÀNG DƯƠNG-16023691 • TRẦN VĨNH PHÚC-16029051

• NGUYỄN THÁI AN-16013261

• TRỊNH TẤN BẢO NGUYÊN-16009771

2 Tên đề tài

KHOAN MẠCH IN TỰ ĐỘNG

3 Nhiệm vụ (Nội dung và số liệu ban đầu)

Dùng vi xử lí hoặc PLC điều khiển động cơ bước và động cơ servo co mô hình “Máy khoan mạch in tự động ”

4 Kết quả dự kiến (tóm tắt kết quả dự kiến đạt được)

- Nguyên lý ứng dụng X Điều khiển tự động và điều khiển cơ

mềm, tháo ráp, lắp đặt

thue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuy

93Thursday, June 13, 20249:58:11 PM9:58:11 PM93Thursday, June 13, 20249:58:11 PM9:58:11 PM93Thursday, June 13, 20249:58:11 PM9:58:11 PM

thue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuy

thue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuy

thue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuythue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuy

93thue trahg va de xuat eae giai uhau eohg hghe hahg eco hieu pua xay go eohg ty eo uhah xoh thuyThursday, June 13, 2024

Trang 2

hiện

- Chương trình máy tính X Lặp trình C++ trên Arduino - Phần mềm máy tính X Arduino, Proteus, BCNC,… - Bản vẽ thiết kế X Bảng vẽ 3D trên Autocad - Quy trình công nghệ

- Phân tích dự báo

Loại III

- Báo cáo phân tích X

- Đề án, quy họach X Hoàn hành được mô hình

Trang 3

Giao viên hướng dẫn

ThS Lê Ngọc Tuân

Trang 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2

1.1 Giới thiệu sơ lược về ý tưởng 2

1.1.1 Lý do chọn CNC kết hợp máy khoan 3

1.2 Khái niệm máy khoan mạch in CNC 3

1.2.1 Khái niệm máy khoan mạch in 3

1.2.2 Khái niệm CNC và giới thiệu về máy khoan mạch in CNC 4

1.3.5 Những yêu cầu chung của mô hình máy khoan mạch in tự động 9

1.3.7 Ưu điểm và nhược điểm của máy khoan mạch in tự động 10

1.3.8 Ứng dụng 11

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, XÁC ĐỊNH, THIẾT KẾ MÁY 12

2.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống 12

2.2 Hướng giải quyết 12

2.3.2 Phương pháp truyền thông tin đầu vào 14

2.3.3 Ưu nhược điểm của máy điều khiển số 15

2.3.4 Phân loại theo cấu trúc điều khiển 15

Trang 5

2.4 Nhiệm vụ của máy thiết kế 16

2.6 Các thành phần chính của máy 17

2.6.1 Phần điều khiển 17

2.6.2 Phần chấp hành 18

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY CNC 20

3.1 Phân tích, chọn phương án và kích thước của mô hình 20

4.4.2 Công cụ gia công 52

4.5 Giao tiếp máy tính và “máy khoan mạch in tự động” 53

4.5.1 Code 53

CHƯƠNG 5: PHƯƠNG THỨC SỬ DỤNG 68

Trang 6

5.2 Phương thức Manual (chế độ tay) 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 LỜI CẢM ƠN 83

Trang 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Hình 3.3 Bộ truyền vitme – đai ốc 23

Hình 3.4 Mô hình cuộn dây động cơ bước 25

Trang 8

Hình 3.17 Hình chiếu bằng của trục Y 36

Hình 3.18 Tổng thể mô hình của máy 36

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH Hình 4.1 Trục tọa độ chuyển động của máy khoan 38

Hình 4.2 Sơ đồ điều khiển 39

Hình 4.3 Giao diện phần mềm Proteus 40

Hình 4.4 Giao diện phần mềm Aspire 41

Hình 4.5 Giao điên phần mềm BCNC 42

Hình 4.6 Sơ đồ chân Arduino UNO R3 43

Hình 4.7 Vi điều khiển Atmega328 44

Hình 4.8 Bo mạch ARduino 46

Hình 4.9 Bo mạch CNC SHIELD V3 48

Hình 4.10 Bo mạch DRIVER A4988 và sơ đồ chân 49

Hình 4.11 Sơ đồ kết nối giữa Arduino vs CNC Shield vs A4988 50

Hình 4.12 Bảng phíp đồng 52

Hình 4.13 Động cơ DC Z775 150w 53

CHƯƠNG 5: PHƯƠNG THỨC SỬ DỤNG Hình 5.1 Mạch giao động đa hài 68

Hình 5.2 Giao diện làm viêc của phần mềm Aspire 68

Trang 9

Hình 5.13 Tạo layer "khoan mach" 74

Hình 5.19 Thiết lập layer "cat mach" 77

Hình 5.20 Mô phỏng hoạt động của chế độ phay 77

Hình 5.21 Lưu lại file Gcode 78

Hình 5.22 Cửa sổ làm việc của BCNC 78

Trang 10

Bảng 4.1 Bảng thông số của Arduino UNO R3 43 Bảng 4.2 Bảng thông số chân bo mạch CNC SHIELD V3 48 Bảng 4.3 Bảng thông số kỹ thuật của DRIVER A4988 49

Trang 11

LỜI MỞ ĐẦU

Công nghệ hiện đại ngày càng được phát triển vượt bậc, các ngành tự động ngày được chú trọng hơn trong sản xuất công nghiệp Khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vì vậy việc ứng dụng các kỹ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo ra những sản phẩm có năng suất, chất lượng cao, mà giá thành chấp nhận được ngày càng trở nên cần thiết, đặc biệt đối với những nước đang phát triển như Việt Nam Đóng góp vào sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ trong thời gian gần đây, tự động hoá sản xuất có vai trò rất quan trọng

Ở các nước có nền công nghiệp phát triển, tự động hoá các ngành kỹ thuật quan trọng đã được thực hiện từ những năm trước đây và dần được các nước trên thế giới quan tâm và phát triển trong đó có Việt Nam Một trong những vấn đề quyết định của tự động hoá là kĩ thuật điều khiển số và công nghệ trên các máy điều khiển số

Các máy công cụ điều khiển số được dùng phổ biến ở nước phát triển như NC và CNC trong những năm gần đây đã được nhập vào Việt Nam và được sử dụng rộng rãi tại các viện nghiên cứu và các doanh nghiệp Máy công cụ điều khiển số hiện đại (máy CNC) là các thiết bị điển hình cho sản xuất tự động, đặc trưng cho ngành cơ khí tự động Vậy để làm chủ được công nghê cần làm chủ được các thiết bị quan trọng và điển hình

Trong đề tài đồ án Tự Động Hóa, mục tiêu trước tiên mà em hướng tới là xây dựng được mô hình máy khoan mạch in kết hợp CNC hoạt động ổn định với sai số nhỏ, sau đó chúng em hướng tới khắc phục dao động, sai số và nâng cao tính tự động của máy như khả năng thay dao tự động Tuy nhiên do kinh nghiệm còn hạn chế và thời gian thực hiện có hạn, nên đồ án của em còn những thiếu xót chúng em chưa thể hoàn thiện Chúng em mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô để hoàn thiện hơn để tài Đặc biệt, cảm

ơn thầy Lê Ngọc Tuân đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em về lý thuyết lẫn mô hình

Trang 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu sơ lược về ý tưởng

Công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng phát triển yêu cầu về thay đổi công nghệ hiện đại ngày càng mạnh, ngành tự động ngày càng được phát triển một cách mạnh mẽ Với sự phát triển tốc độ đó, thì máy móc ngày càng được sử dụng nhiều trong sản xuất, đặc biệt trong lĩnh vực tự động hóa, đang diễn ra với tốc độ mạnh mẽ, cùng với đó là sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp

Với máy CNC thì các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, đường cong và các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người thực hiện được giảm thiểu

Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng Kỹ thuật tự động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác nhanh và có nhiều thời gian cho các công việc khác Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác

Trong môi trường sản xuất, một loạt các máy CNC kết hợp thành một tổ hợp, gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận Máy CNC ngày nay được điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mềm CAM và một số phần mềm khác, vì thế một bộ phận hay lắp ráp có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần các bản vẽ in của từng chi tiết Có thể nói CNC là các phân đoạn của các hệ thống robot công nghiệp, tức là chúng được thiết kế để thực hiện nhiều thao tác sản xuất (trong tầm giới hạn)

Dựa trên các ưu điểm của máy móc cùng với sự phát trển của ngành công nghiệp tự động và công nghệ cnc, chúng em quyết định nguyên cứu thiết kế và chế tạo mô hình máy khoan mạch in kết hợp CNC loại nhỏ với các chức năng cơ bản của một máy CNC và có thể gia công được những sản phẩm cơ bản trong quá trình học tập và làm việc, dựa trên những kiến thức đã được học và nghiên cứu tại trường

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 13

1.1.1 Lý do chọn CNC kết hợp máy khoan

Đề tài xây dựng mô hình máy CNC kết hợp khoan, phay tự động được dựa trên nhu cầu bức thiết của phòng thực hành Mạch điện tử, Điện tử cơ bản Việc làm mạch in bằng tay tốn nhiều thời gian (khoảng 25 phút), trong quá trình làm thì chúng ta phải tiếp xúc với hóa chất FeC𝑙3, một hóa chất rất độc hại có thể gây ảnh hưởng đến thị giác cũng như da của chúng ta, còn việc khoan mạch thì độ chính xác chưa cao, dễ nhầm lẫn Vì thế Máy CNC khoan, phay tự động giúp sinh viên có thiết bị khoan, phay mạch in phục vụ việc học thực hành, cũng như học tập thêm được cách sử dụng máy CNC giúp tiết kiệm được thời gian (khoảng 15 phút) giảm thiểu sai sót khi làm mạch in, tiết kiệm kinh phí trong việc mua những máy CNC lớn đắt tiền cho nhà trường Chính vì vậy nhóm nghiên cứu đã linh hoạt khi thiết kế chế tạo máy CNC khoan, phay tự động để đảm bảo chính xác cao về vị trí, hình dáng mẫu mã, cũng như về kĩ thuật điều khiển Đơn giản và đễ thao tác cho sinh viên

Đáp ứng những yêu cầu này thì động cơ phay DC 12V là lựa chọn khá phù hợp Bộ điều khiển gồm Arduino và cnc shield V3 cùng với module A4988 điều khiển động cơ bước Với khả năng hoạt động liên tục xử lý nhanh chóng, chính xác, giá thành thấp, cơ động khi vận chuyển, lắp ráp, kết nối bằng cổng usb, nền tảng cho sinh viên mới vào học các môn về CNC, lập trình C++, Solid Works, nền tảng GRBL Hiểu được G-code, có thể tự viết các chương trình chạy trên máy CNC, đó là những yếu tố để thực hiện đề tài

Là tiền đề nghiên cứu cho các sinh viên có nhu cầu nghiên cứu ứng dụng vi xử lý trong điều khiển tự động.Sử dụng điện áp thấp, an toàn cho người sử dụng Dễ tiếp cận và điều khiển Giá thành thấp, gọn nhẹ

Là mô hình học cụ phục vụ việc học cho sinh viên chuyên ngành Điều khiển tự động cũng như cơ điện tử

1.2 Khái niệm máy khoan mạch in CNC 1.2.1 Khái niệm máy khoan mạch in

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 14

Máy khoan mạch in là máy dùng để gia công lỗ trên vật liệu đặt biệt Ngoài ra chúng còn được sử dụng để khoét, cắt ren, taro hoặc gia công các bề mặt có tiết diện nhỏ thẳng góc hoặc cùng chiều với trục với lỗ khoan

Bảng mạch in hay bo mạch in (tiếng Anh: printed circuit board - PCB), đôi khi gọi tắt là mạch in, là bảng mạch điện dùng phương pháp in để tạo hình các đường mạch dẫn điện và điểm nối linh kiện trên tấm cách điện Chế tạo bảng mạch in là công đoạn quan trọng trong quá trình chế tạo bảng mạch điện tử

Việc gia công lỗ để gắn linh kiện lên bo mạch in bằng phương pháp thủ công rất bất tiện và mất thời gian Máy khoan mạch in được ra đời để giải quyết việc đó Ngành điện tử bùng nổ, mạch in được sản xuất số lượng lớn và độ phức tạp cũng lớn hơn Máy khoan mạch in cũng từ đó được phát triển càng ngày càng hiện đại hơn, từ những chiếc máy khoan cầm tay nhỏ đến những chiếc máy khoan mạch in tự động Điển hình nhất là áp dụng cơ cấu và cách thức vận hành của máy CNC để phát triển máy khoan mạch in

1.2.2 Khái niệm CNC và giới thiệu về máy khoan mạch in CNC 1.2.2.1 Lịch sử hình thành và khái niệm CNC

CNC (Computer Numerical Control) xuất hiện vào khoảng đầu thập niên 1970 khi máy tính bắt đầu được dùng ở các hệ điều khiển máy công cụ thay cho NC, Numerical Control (Điều khiển số ) CNC đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc với mục đích sản xuất các bộ phận kim khí( hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi mã G CNC được phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở trong phòng thí nghiệm Servomechanism của trường MIT Trước khoảng thời gian này, các chương trình NC thường phải được mã hoá và xử lý trên các băng đục lỗ, hệ điều khiển các trục máy chuyển động Cách này đã cho thâý nhiều bất tiện, chẳng hạn khi sửa chữa, hiệu chỉnh chương trình, băng chóng mòn, khó lưu trữ, truyền tải, dung lượng bé…

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 15

Hệ điều khiển CNC khắc phục các nhược điểm trên nhờ khả năng tự động điều khiển máy bằng cách quét qua hàng loạt các mã bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ, cho phép giao tiếp, truyền tải và xử lý, điều khiển các quá trình một cách nhanh chóng, chính xác

Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người thực hiện được giảm thiểu

Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng Kĩ thuật tự động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác

Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác Trong môi trường sản xuất, với nhiều loại máy CNC được ra đời nhầm đáp ứng nhu cầu của thị trường và trong đó có máy khắc gỗ CNC, nhầm đáp ứng về việc gia công gỗ một cách hiệu quả và chính xác cũng như đảm bảo chất lượng sản phẩm và thời gian hoàn thành

1.2.2.2 Khái niệm máy khoan CNC

Máy khoan CNC là một trong những thiết bị gia công cơ khí, nó được dùng trong các nhà xưởng từ quy mô nhỏ đến quy mô lớn trên cả nước Đây là loại máy được áp dụng công nghệ hiện đại CNC – được điều khiển tự động bằng máy tính thông minh

1.3 Tổng quan về máy CNC 1.3.1 Các loại máy CNC

Có thể phân loại các máy CNC như sau:

Các máy CNC dùng để cắt gọt kim loại bằng dụng cụ cắt (theo công nghệ truyền thống): máy vẽ CNC, máy tiện CNC, các trung tâm tiện và vẽ CNC, máy mài CNC

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 16

Các máy CNC dùng để gia công theo công nghệ phi truyền thống: máy cắt dây tia lửa điện, máy cắt bằng Plasma, cắt bằng Laser, máy tạo mẫu nhanh RP

Các máy CNC dùng để gia công biến dạng bằng áp lực: máy đột tự động theo chương trình, máy cán, máy ép, máy dập điều khiển số

Các máy CNC chuyên dụng phục vụ cho các ngành công nghiệp sản xuất hàng loạt hoặc đặc biệt: sản xuất phụ tùng ô tô, đồ tiêu dùng, sản xuất vũ khí, hoá chất độc hại,…

Máy CNC dùng để chế tạo ra các máy móc, thiết bị và dây chuyền sản xuất phục vụ toàn bộ các ngành kinh tế khác như: công nghiệp nặng (đóng tàu, khai thác mỏ, điện, dầu khí, thiết bị vận chuyển như ô tô, tàu hoả, hàng không…), công nghiệp nhẹ (dệt may, đóng giày, thực phẩm,…), công nghiệp quốc phòng (dây chuyền sản xuất vũ khí, thuốc nổ,…)

Trang 17

Hình 1.1 Máy phay CNC Hình 1.2 Máy CNC 5 trục

Hình 1.3 Máy tiện kim loại công nghiệp

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 18

Hình 1.4 Máy CNC khắc gỗ Hình 1.5 Máy khắc laser

1.3.3 Mô tả đề tài: Thiết kế mô hình máy khoan mạch in tự động

Trước đây việc tạo ra một mạch in phải trải qua nhiều bước mới có thể có được một mạch in hoàn chỉnh, vừa tốn thời gian, công sức mà hiệu quả lại thấp Còn những mạch in phức tạp thì hiệu quả đạt được lại rất thấp Với những đòi hỏi của công nghệ, để đáp ứng được nhu cầu của thị trường, máy khoan CNC bước tiến mới để giải quyết những vấn đề đó

Với máy khoan CNC không chỉ giải quyết được những khó khăn đó, mà nó còn là lựa chọn tối ưu nhất trong ngành tự động chúng ta và các ngành khác Đặc biệt là khoan CNC luôn đạt được độ chính xác cao Nên được mọi người biết đến như một cổ máy giải quyết khó khăn trong việc tạo ra những mạch in cả về số lượng lẫn chất lượng Thấy được tầm quan trọng đó, nên chúng em đã tìm hiểu và thực hiện “Thiết kế chế tạo mô hình máy khoan mạch in tự động” để đáp ứng một phần nào đó của công nghệ hiện nay

Trang 19

Đổi mới công nghệ, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm trong việc gia công mạch in trong ngành cơ điện tử và tự động hóa chúng ta

Nghiên cứu tính toán , thiết kế và chế tạo theo hướng đơn giản hóa các kết cấu, thu nhỏ các kích thước của những máy để tạo thành một máy mới có có giá thành hạ, kết cấu đơn giản, dễ vận hành, dễ thao tác và di chuyển từ nơi làm việc này đến nơi làm việc khác Loại máy khoan mạch in này có kết cấu tương tự như thiết bị cắt tự hành nhưng có thể di chuyển mũi khoan đến tọa độ bất kì trên board đồng để tạo thành các đường mạch và lỗ khoan với kích thước khác nhau.Hệ thống điều khiển có giao diện đẹp mắt, hoạt động rất đơn giản và thuận tiện Bộ nhớ xử lý ổn định có thể tạo ra các lỗ khoan chính xác và dạng mạch in đơn giản Đồng thời cũng góp phần phát triển ngành công nghệ tự động của nước nhà

1.3.5 Những yêu cầu chung của mô hình máy khoan mạch in tự động

Kích thước và trọng lượng của máy không được quá lớn Chọn bộ truyền động giúp cho máy có thể hoạt động linh hoạt

1.3.6 Các đặc trưng của máy khoan mạch in tự động

Tính năng tự động cao: Máy khoan CNC mạch in có năng suất cao và giảm được tối đa thời gian, do mức độ tự động được nâng cao vượt bậc Tuỳ từng mức độ tự động, máy khoan CNC mạch in có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chuyển động khác nhau, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa mũi khoan và board đồng,…

Tính năng linh hoạt cao: Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng với các loại mạch in khác nhau Do đó rút ngắn được thời gian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện thuận lơi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết đã có chương trình Vì thế, không cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, mà chỉ giữ lấy chương trình của chi tiết đó Máy khoan CNC mạch in có thể tạo những chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng một cách linh hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điều quan trọng

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 20

nhất là việc lập trình gia công có thể thực hiện ngoài máy, trong các văn phòng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học thông qua các thiết bị vi tính, vi xử lý…

Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao: Giảm được hư hỏng do sai sót của con người Đồng thời cũng giảm được cường độ chú ý của con người khi làm việc Có khả năng khoan mạch in chính xác hàng loạt Độ chính xác lặp lại, đặc trưng cho mức độ ổn định trong suốt quá trình vẽ là điểm ưu việt tuyệt đối của máy CNC vẽ mạch in Máy khoan CNC mạch in với hệ thống điều khiển khép kín có khả năng khoan được những mạch in một cách chính xác Những đặc điểm này thuận tiện cho việc tạo ra những mạch in vừa chính xác lại đảm bảo tính thẩm mĩ, bên cạnh đó giảm khả năng tổn thất ở mức thấp nhất

1.3.7 Ưu điểm và nhược điểm của máy khoan mạch in tự động Ưu điểm:

Khoan được những mạch in một cách chính xác Quy hoạch thời gian sản xuất tốt hơn

Tính linh hoạt cao hơn, nâng cao năng suất

Tiết kiệm chi phí, giảm thời gian gia công mạch in

So với các máy công cụ điều khiển bằng tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung chương trình được đưa vào máy Người điều khiển chỉ chủ yếu là theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy

Ít phải dừng máy vì kỹ thuật, do đó chi phí do dừng máy nhỏ Tiêu hao do kiểm tra ít, giá thành đo kiểm giảm

Thời gian hiệu chỉnh máy nhỏ

Nhược điểm:

Giá thành, chi phí bảo dưỡng sửa chữa cao

Yêu cầu trình độ hiểu biết sâu để vận hành và bảo quản máy Vận hành và thay thế người đứng máy gặp nhiều khó khăn

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 21

Cần độ chính xác trong các khâu chuẩn bị ban đầu

Trang 22

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, XÁC ĐỊNH, THIẾT KẾ MÁY 2.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống

Khi tiến hành thiết kế máy khoan mạch in tự động, nhóm chúng em đã đặt ra những yêu cầu sau:

Mô hình hoạt động ổn định

Mô hình được điều khiển bởi phần mềm thông dụng, dễ sử dụng Sử đụng vật tư, thiết bị thông dụng và đễ dàng thay thế khi bị sự cố Thông số kỹ thuật của mô hình:

Kích thước máy: ( dài x rộng x cao ) 500mm x 400mm x 300mm

Vật liệu làm khung máy nhôm định hình 20mmx20mm, tấm nhựa plastic Máy được sử đụng để khoan mạch in trên bo đồng

2.2 Hướng giải quyết

Tham khảo các tài liệu trên mạng và các mô hình máy khoan CNC hoặc máy phay CNC để vẽ mô hình máy Tìm hiểu các chi tiếc cấu tạo nên máy

Sử dụng phần mềm Proteus , BCNC, Adruino.exe,autocad Cũng như tìm hiểu các phương thức giao tiếp

Nghiên cứu kết cấu của các loại máy CNC trên thị trường có tính năng tương tự, cải tiến những khuyết điểm…Nghiên cứu các báo cáo, thông số lắp đặt

Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp và thí nghiệm các mạch điều khiển động cơ bước, động cơ Servo, bộ điều khiển chính, cổng truyền thông giao tiếp, gia công toàn bộ các chi tiết và lắp ráp hoàn chỉnh mô hình máy khoan CNC mạch in

Sử dụng bộ điều khiển để điều khiển máy dịch chuyển theo phương X Y và Z Hoặc sử dụng điều khiển bằng tay (JOYSTICK) để điều khiển máy dịch chuyển theo phương X Y và Z

Lập trình chạy thử

2.3 Tổng quan về kỹ thuật điều khiển số

2.3.1 Các định nghĩa cơ bản về điều khiển số

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 23

2.3.1.1 Điều khiển số

Điều khiển số (Numerical Control) là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy dựa trên cơ sở các dữ liệu được mã hóa đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống Hệ thống ĐK số bao gồm 2 loại khâu cơ bản:

Khâu có bản chất gián đoạn: Các tín hiệu vào/ra/ trạng thái đều gián đoạn về thời gian và về mức

Khâu mô tả các thiết bị ĐK digital

Khâu có bản chất liên tục: Mô tả đối tượng điều khiển Khi gián đoạn hóa sẽ đưa đến mô hình như hình bên Việc gián đoạn hóa xuất phát từ mô hình trạng thái liên tục của đối tượng

2.3.1.2 Hệ thống điều khiển số

Là hệ thống mà trong đó các hoạt động được điều khiển là dữ liệu số đưa vào trực tiếp ở một điểm nào đó Hệ thống đó phải tự động dịch chuyển tối thiểu một phần nào đó của dữ liệu này.Dữ liệu là thông tin cung cấp bởi mã nhị phân Nó được biểu diễn dưới dạng mã số hoặc ký tự Đây là thông tin cần thiết để tạo

ra một chương trình gọi là chương trình gia công

Cấu trúc từng phần của hệ thống điều khiển số:

Hình 2.1 Cấu trúc từng phần của hệ thống điều khiển số

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 24

+ Mạch điều khiển (Control Loop Unit – CLU): thực hiện các chức năng nội suy chuyển động trên cơ sở các tín hiệu nhận được từ DPU, xuất các tín hiệu điều khiển, nhận các tín hiệu phản hồi, điều khiển các thiết bị phụ trợ

3 Thiết bị đọc chương trình (Programe Unit)

4 Hệ thống truyền động (Drive System): dùng động cơ một chiều, xoay chiều hoặc động cơ bước và các bộ truyền cơ khí

5 Máy công cụ

6 Hệ thống phản hồi (Feedback System) gồm 2 thành phần:

+ Bộ so sánh: so sánh giá trị thực của biến ra để chấp hành giá trị với biến vào của hệ điều khiển, sai lệch này có thể biến thành tín hiệu điều khiển

+ Cảm biến: dùng để đo giá trị thực của biến ra sau đó cung cấp cho bộ so sánh dưới dạng tín hiệu, thường là tín hiệu điện

2.3.2 Phương pháp truyền thông tin đầu vào

Những thông tin cần thiết để gia công một chi tiết nào đó được tập hợp một cách hệ thống thành chương trình gia công chi tiết và có thể truyển được bằng nhiều cách

Thông qua các vật mang tin như băng đục lỗ

Được soạn thảo và lưu trữ trong vật mang tin (băng từ, đĩa từ hoặc đĩa CD) và được đưa vào hệ điều khiển thông qua cửa nạp tương thích

Đưa vào hệ điều khiển số thông qua các nút bấm bằng tay trên bảng điều khiển

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 25

Được chuyển tiếp từ bộ nhớ của máy tính điều hành chủ sang hệ điều khiển số của từng trạm gia công

2.3.3 Ưu nhược điểm của máy điều khiển số

Chương trình gia công có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng nhằm giảm thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện cho việc sản xuất hàng loạt nhỏ

Có thể bỏ qua các chi tiết mẫu để chép hình Sản xuất chi tiết đã có chương trình Vì vậy không cần phải dự trữ chi tiết mà chỉ cần lưu chương trình của chi tiết Giảm hư hỏng do sai sót của con người, cải thiện tốc độ gia công Dễ dàng điều khiển tập trung toàn bộ quá trình sản xuất của phân xưởng

Nhược điểm của máy NC là hệ thống điều khiển phức tạp, giá thành đắt Để khắc phục nhược điểm này hiện nay người ta chế tạo những máy NC có mức độ tự động thấp hơn, độ chính xác vừa phải nhưng hoàn toàn đáp ứng phần lớn các nhu cầu của ngành chế tạo máy

2.3.4 Phân loại theo cấu trúc điều khiển

Theo cấu trúc điều khiển ta có thể chia thành hai hệ: NC và CNC

Hệ NC thực hiện các hàm chức năng cơ bản bằng các mạch điện tử, muốn thay đổi cấu trúc điều khiển thì phải thiết kế lại mạch khác, do đó hệ điều khiển NC được gọi là hệ điều khiển kín Tín hiệu điều khiển trong hệ NC là xung điện áp

Hệ CNC sử dụng một máy tính để điều khiển máy, các hàm chức năng của máy có thể được lập trình lại bằng những phần mềm chuyên dụng, khi cần thay đổi cấu trúc điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình, do đó hệ thống CNC mang tính linh hoạt rất cao và nó là một tế bào không thể thiếu trong hệ thống sản xuất linh hoạt

2.3.5 Phân loại kiểu điều khiển

Trang 26

Hệ thống điều khiển kín là hệ thống có mạch phản hồi Hệ thống phản hồi dùng để đo vị trí và tốc độ thực tế của trục và so sánh chúng với tốc độ và vị trí yêu cầu Sự khác nhau giữa giá trị thực và giá trị yêu cầu là sai số, sai số này tác động lên hệ thống điều hiển làm cho hệ thống điều khiển tự điều chỉnh lại tín hiệu ở ngõ ra theo hướng sao cho sai số đó giảm xuống

2.4 Nhiệm vụ của máy thiết kế

Đề tài "“Máy khoang mạch in tự động ” được nghiên cứu với các mục đích sau: Sự ra đời của đề tài do sự ham thích tìm hiểu về máy CNC, xây đựng được mô hình máy tương tự có thể chạy được thông qua sự điều khiển của bộ điều khiển đã thiết kế Máy được chế tạo có kích thước nhỏ gọn, kết cấu đơn giản, dễ vận hành thao tác, có thể di chuyển từ nơi này đến nơi khác trong không gian làm việc, máy có khả năng khoang định dạng các mạch in đơn giản

Xây dựng giao diện điều khiển hệ thống đẹp mắt, hoạt động đơn giản và thuận tiện Đề tài được cho ra đời nhằm mục đích giúp sinh viên có điều kiện tiếp cận nhiều hơn với máy CNC Ngoài ra nhóm tác giả mong muốn đề tài còn tạo cơ sở cho việc chế tạo một máy CNC hoàn chỉnh, phục cho công tác giảng dạy của nhà trường và của khoa

Máy thiết kế có thể gia công các vật liệu mềm như gỗ, mica, nhựa, phím đồng vì máy thiết kế có kích thước nhỏ gọn nên chỉ có thể gia công được những chi tiết có kích thước nhỏ Kích thước tối đa của phôi không vượt quá giới hạn dịch chuyền cùa máy

2.5 Nguyên lý hoạt động của máy

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý

BỘ ĐIỀU KHIỂN (MÁY TÍNH )

ARDUINO

ĐỘNG CƠ TRỤC X

ĐỘNG CƠ TRỤC Y

ĐỘNG CƠ TRỤC Z

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 27

Nguyên lý hoạt động của máy được hiểu một cách đơn giản thì nó sẽ di chuyển trên 3 trục X-Y-Z theo trục tọa độ

Khi máy cnc được khởi động và thực hiện lệnh cắt, trục Z (đầu cắt) sẽ di chuyển lên xuống khoảng cách được cài đặt trước Đầu khoang sẽ nhận nguồn năng lượng từ bộ nguồn để xuyên thủng vật liệu Trong khi đó bàn máy giữ sản phẩm và máy sẽ di chuyển trên các thay ray theo trục X và Y để tạo ra đường cắt đứt trên vật liệu

Hình 2.3 Mô hình mô phỏng

2.6 Các thành phần chính của máy 2.6.1 Phần điều khiển

Phần điều khiển của máy gồm chương trình điều khiển và thiết bị điều khiển: Chương trình điều khiển: là phần mềm trên máy tính có nhiệm vụ đọc chương trình, thực hiện các biến đổi cần thiết để đưa tín hiệu điều khiển xuống mạch điều

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 28

khiển, nó bao gồm cơ cấu giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh

Cơ cấu điều khiển: mạch điều khiển và mạch công suất có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ máy tính, thực hiện các biến đổi cần thiết để điều khiển được cơ cấu chấp hành và kiểm tra sự hoạt động của cơ cấu chấp hành thông qua các cảm biến liên hệ ngược (công tắc hành trình)

Cơ cấu điều khiển gồm: cơ cấu giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuếch đại, cơ cấu hành trình, cơ cấu đo vận tốc các thiết bị xuất nhập tín hiệu

2.6.2 Phần chấp hành

Phần chấp hành bao gồm toàn bộ khung máy, bàn máy, các động cơ và các cơ cấu chạy dao truyền động trên máy khoang mini, nó nhận tín hiệu từ bộ driver điều khiển tạo ra các chuyển động chạy dao đúng như bản vẽ

Khung máy: Hình thành kết cấu máy, bộ phân cơ sở để ghép nối các cơ cấu quan trọng khác

Bàn máy: Nơi gá đặt, định vi phôi chuẩn bị cho quá trình gia công

Động cơ chấp hành: Trong hệ thống máy CNC, ĐCCH đóng một vai trò cực kì quan trọng, đây là nguồn năng lượng thiết yếu cho sự hoạt động của máy

Dao cắt là bộ phận trực tiếp gia công chi tiết Hệ trục tọa độ trên máy Bộ truyền động thường sử dụng bộ truyền vít me -đai ốc bi…

Theo tiêu chuẩn ISO, các chuyển động cắt gọt khi gia công trên máy CNC phải nằm trong hệ tọa độ Descarte theo nguyên tắc bàn tay phải: Đặt ngửa bàn tay phải lên bàn máy với phương chiều các ngón tay như hình vẽ, chiều ngón giữa là chiều trục Z, ngón trỏlà chiều trục Y, ngón cái là chiều trục X Trong hệ tọa độ này có 6 chuyển động: 3 chuyển động tịnh tiến theo 3 trục và 3 chuyển động quay theo 3 trục

Trục Z: tương ứng với trục chính của máy CNC, có chiều dương là chiều mà theo đó khoảng cách giữa bút và chi tiết tăng dần

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 29

Trục X: là chuyển động tịnh tiến lớn nhất của máy CNC

Ví dụ: Trên máy khoan là chuyển động dọc trục, trên máy tiện là chuyển động theo phương ngang Cũng tương tự như trục Z, chiều cũng là chiều làm tăng khoảng cách giữa dao và chi tiết gia công

Trục Y: là trục mà tự nó cùng với hai trục trên làm thành một hệ trục toạ độ

Ví dụ: trên máy khoan là chuyển động chạy dao ngang Trên máy tiện không có trục này

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 30

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY CNC

3.1 Phân tích, chọn phương án và kích thước của mô hình 3.1.1 Phân tích và chọn phương án

Mục tiêu mô hình phải đạt được:

Mô hình chỉ dừng lại ở quy mô phục vụ cho việc giảng dạy và học tập Mô hình sử dụng phần mềm dễ tiếp cận, ngôn ngữ lập trình thông dụng, dễ hiểu

Mô hình phải đảm bảo được độ ổn định và chính xác Dễ dàng tháo lắp sửa chữa

Với tất cả yêu cầu trên, phương án được đưa ra là việc sử dụng bàn máy đứng yên, đầu máy được chuyền động gia công theo 3 trục X, Y, Z nhờ vào các động cơ riêng lẻ

3.1.2 Ưu điểm của phương án

Mô hình gọn nhẹ, dễ dàng di chuyển và sử dụng Kinh phí xây dựng không quá cao

Độ ổn định và linh hoạt trong gia công

3.1.3 Nhược điểm

Độ chính xác chỉ dừng lại mức trên trung bình Khó có thể linh hoạt mở rộng phạm vi

Xảy ra tình trạng rung lắc nhẹ khi vận hành

3.2 Lựa chọn chi tiết khung máy

Với tất cả phương án trên, và dựa vào nhu cầu giảng dạy và học tập, chúng em quyết định một mô hình có kích thước như sau:

Chiều cao: 300mm Chiều dài : 500mm Chiều rộng : 400mm

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 31

Tính toán và lựa chọn các thành phần linh kiện của máy

Trong quá trình nghiên cứu, nhóm nhận thấy bộ phận quyết định sự ổn định và mức độ chính xác nhất đó là khung máy, khung máy lại có kết cấu rất phức tạp với nhiều gân, gờ, lỗ được bố trí trong không gian Do đó, khung máy phải đạt những yêu cầu về mặt độ giảm chấn khi vận hành và độ cứng vững khi gia công

Do kiến thức về gia công cơ khí còn hạn chế và để đảm bảo chi phí chế tạo máy phù hợp với điều kiện kinh tế của bản thân và cũng đảm bảo về mặt tiến độ hoàn thành Nên chúng em quyết định chọn vật liệu làm khung máy bằng nhôm định hình với các lý do sau:

Vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm Độ bền, dễ bảo quản Dễ gia công, lắp ráp

Dễ gá lắp, sửa chữa, thay thế

Hình 3.1 Nhôm định hình 20x20mm

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 32

3.2.1 Thành phần dẫn hướng

Về bộ phận dẫn hướng, nhóm chúng em quyết định dùng phương pháp vòng bi kết hợp trục trơn làm bộ phận dẫn động cho cả 3 trục X, Y, Z vì các ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm:

Linh kiện đa dạng về kích thước, dễ kiếm

Dễ dàng lắp ráp, và thay thế khi xảy ra hỏng hóc

Độ ma sát nhỏ giúp độ chính xác của Mô hình được cải thiện Đảm bảo yêu cầu thiết kế

Nhược điểm: Đây là một nhược điểm khá lớn mà nhóm đã quyết định đánh đổi là giá thành của bộ phận này

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 33

Đai ốc thì được gắn chặt vào bộ phận cần chuyển động( trục X, Y ,Z) Từ đó làm cho bộ phận đó chuyển động so với hệ thống thanh trượt , động cơ và cơ cấu truyền động

Tốc độ di chuyển của bộ phận chuyển động dựa vào tốc độ động cơ và bước ren của trục Một vòng quay của trục động cơ sẽ làm đai ốc di chuyển một đoạn bằng bước ren của trục vít , vì vậy tốc độ di chuyển của bộ phận trượt ở phương pháp này là chậm nhưng lại có độ chính xác khi chuyển động khá cao

Nếu dùng động cơ bước có bước góc càng nhỏ và trục ren có bước ren nhỏ thì độ chính xác di chuyển càng cao

Thông số bộ truyền vitme – đai ốc được chọn như sau: Trục X = 500mm

Trục Y = 400mm Trục Z = 300mm

Hình 3.3 Bộ truyền vitme – đai ốc

Ưu điểm: Giá thành tương đối rẻ, thỏa mãn độ chính xác đã đề ra và đảm bảo sự ổn định và bền bỉ trong quá trình sử dụng

Trang 34

Khi máy hoạt động, động cơ sẽ làm việc ở dạng khởi động, dừng, hoặc đảo chiều quay Đây là một điều kiện làm việc hết sức “ khắc nghiệt” của động cơ Vì vậy động cơ phải thỏa mãn yêu cầu sau:

Không có hiện tượng tự quay, tự hãm khi ngắt tín hiệu điều khiển Làm việc ổn định trong dãy tốc độ làm việc, tác động nhanh Công suất điều khiển nhỏ

Dễ điều khiển vô cấp Dãy điều khiển tốc độ rộng Điện áp khởi động nhỏ Kích thước, trọng lượng nhỏ

Dựa vào tất cả yêu cầu trên, kèm thêm các ưu nhược điểm của động cơ thì nhóm đã đưa ra phương án là chọn động cơ bước cho hệ dẫn động

3.2.4 Động cơ bước

Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết

Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

3.2.4.1 Lựa chọn động cơ bước, cần xem xét các tham số sau

Tốc độ hoạt động (bước/giây)

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 35

Mômen xoắn Mômen quán tính Góc bước yêu cầu

Thời gian để tăng tốc (ms) Thời gian để giảm tốc (ms) Kiểu truyền động được sử dụng Kích thước và trọng lượng Nguyên lý hoạt động

Hình sau mô ta nguyên lý hoạt động của động cơ bước

Hình 3.4 mô hình cuộn dây động cơ bước

Đầu tiên ở hình 3a) dòng điện được đưa vào cuộn C, do đó răng Rotor sẽ giữ trục ở vị trí 2, 4 như trong ảnh Tiếp tục, ta ngắt điện điện cuộn C và chuyển vào cuộn A, răng Rotor lại tiếp tục xếp thẳng hàng với cuộn A ( răng 1, 3) Nhận thấy trục động cơ đã quay 1 góc nhất định khi dòng điện ngắt ở cuộn này và cấp vào cuộn khác theo thứ tự luân phiên Nếu các cuộn dây càng nhiều và sát nhau thì độ phân giải càng cao Trong thực tế độ phân giải thường là 1.8 độ

3.2.4.2 Tính toán thông số lựa chọn động cơ bước

Mặc dù mô hình của nhóm nhỏ, tải trọng của phôi không đáng kể, nhưng để máy hoạt động chính xác, nhóm đã tính toán một số thông số cơ bản để lựa chọn động cơ

Thông số lựa chọn trục X:

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 36

• Khối lượng tải maximum m = 1 kg • Hệ số má sát của giá dẫn hướng μ=0,12

• Đường kính trục vitme 𝐷𝑣=8mm=0,008m • Khối lượng trục vitme 𝑚𝑣 =0,5kg

• Bước vit 𝑃𝑣 =8mm=0,008m • Độ chính xác của bàn máy Δl=0,04 mm/bước • Khoảng cách dịch chuyển l=500mm

Trang 37

Momen xoắn do ma sát của thanh dẫn hướng tác động lên trục động cơ: 𝑇2 = 𝑃𝑣

2𝜋 μ.m.g = 0.008

2𝜋 0,12 1 9,81 = 1,5 10−3 (Nm) ( 1.5) Momen tổng cộng tác dụng lên trục động cơ:

𝑇𝑚 = ( 𝑇1 + 𝑇2).Sf = (2,5.10−3 + 1,5 10−3).3 = 0,012 ( Nm) ( 1.6) Công suất làm việc của động cơ:

P = (𝑇𝑚 𝑁𝑚)/9.55 = (0,012 3000)/9.55 = 3.76 w ( 1.7)

Thông số lựa chọn trục Y:

Đây là trục chịu tải lớn nhất vì trục Z nằm trên nó • Khối lượng tải maximum m = 2 kg • Hệ số má sát của giá dẫn hướng μ=0,12

• Đường kính trục vitme 𝐷𝑣=8mm=0,008m • Khối lượng trục vitme 𝑚𝑣 =0,4kg

Trang 38

Độ phân giải cần thiết của động cơ bước: 𝜃𝑠 = 360.Δl

𝑃𝑣 = 360.0.04

8 = 1.8 độ ( 1.8) Số vòng quay của động cơ bước ở tốc độ xung f = 10kHz :

𝑁𝑚= 𝑓.60.𝜃𝑠

360 = 10000.60.1.8

360 = 3000 (v/p) ( 1.9) Momen quán tính do khối lượng tải tác dụng lên trục động cơ: 𝐽𝑡 = m.( 𝑃𝑣

2𝜋)2 = 2.( 0.008

2𝜋 )2 = 3,2.10−6 ( Nm) ( 2.1) Momen xoắn do khối lượng của tải tác dụng lên trục động cơ: 𝑇1 = 𝐽𝑡 𝜀 = 𝐽𝑡 𝑓.𝜋.𝜃𝑠

180.𝑡 = 3.2.10−6 10000.𝜋.1.8

180.0.2 = 5,02.10−3 (Nm) (2.2) Momen xoắn do ma sát của thanh dẫn hướng tác động lên trục động cơ:

𝑇2 = 𝑃𝑣

2𝜋 μ.m.g = 0.008

2𝜋 0,12 2 9,81 = 3 10−3 (Nm) ( 2.3) Momen tổng cộng tác dụng lên trục động cơ:

𝑇𝑚 = ( 𝑇1 + 𝑇2).Sf = (5.02.10−3 + 3 10−3).3 = 0,024 ( Nm) ( 2.4) Công suất làm việc của động cơ:

• Hệ số an toàn Sf=3

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 39

180.𝑡 = 2,4.10−6 10000.𝜋.1.8

180.0.2 = 3,8.10−3 (Nm) ( 2.9) Momen xoắn do ma sát của thanh dẫn hướng tác động lên trục động cơ: 𝑇2 = 𝑃𝑣

2𝜋 μ.m.g = 0.008

2𝜋 0,12 1,5 9,81 = 2,25 10−3 (Nm) ( 3.1) Momen tổng cộng tác dụng lên trục động cơ:

𝑇𝑚 = ( 𝑇1 + 𝑇2).Sf = (3,8.10−3 + 2,25 10−3).3 = 0,02 ( Nm) (3.2)

932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM932413069:58:10 PM9:58:10 PM

Trang 40

Công suất làm việc của động cơ:

Để mô hình có thể vừa khoan mạch cũng như linh động có thể phay 1 phôi nào đó Nên nhóm em đã quyết định chọn loại động cơ sau để đảm bảo đạt yêu cầu đã đặt ra

• Loại động cơ: DC 775 • Điện áp sử dụng: 12VDC • Dòng tiêu thụ tối đa: 12A • Công suất trung bình: 150W • Lực kéo: 2.6 Kg