Phân tích và thiết kế hệ thống CNC 2DOF dẫn động băng đai

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ-BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ o0o LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CNC 2-DOF DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI SVTH : Hà Phương MSSV : 20701861 GVHD : TS. Phạm Công Bằng TP.HỒ CHÍ MINH, 2011 LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên, em xin cảm ơn tất cả quý Thầy/Cô trong Khoa Cơ Khí cũng như quý Thầy/Cô ở Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM đã trang bị những kiến thức quý báu cũng như đã giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy Phạm Công Bằng, người đã tận tình chỉ dạy cho em phương pháp nghiên cứu khoa học, cung cấp rất nhiều kiến thức chuyên sâu để thực hiện đề tài. Trong quá trình làm luận văn em đã tiếp thu từ Thầy rất nhiều điều quý báu là hành trang cho em bước vào công việc và cuộc sống sau này. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy/Cô đã dành thời gian quý báu để nhận xét và chấm Luận văn tốt nghiệp. Đây sẽ là nhưng đóng góp rất quý giá cho em để hoàn thiện và phát triển đề tài ngày một tốt hơn, đưa vào ứng dụng thực tiễn trong sản xuất. Xin gửi lời cám ơn đến các bạn trong nhóm luận văn do thầy Phạm Công Bằng hướng dẫn cùng tập thể lớp CK07CD đã nhiệt tình giúp đỡ mình trong quá trình học tập tại trường và quá trình làm luận văn. Sau cùng, con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Mẹ, Ba, Chị, Em những người đã luôn luôn động viên, ở bên con trong những lúc khó khăn nhất, là động lực cho con nỗ lực cố gắng trong suốt những năm tháng học tập tại trường và trên những bước đường tiếp theo trong cuộc sống. i i TÓM TẮT LUẬN VĂN Bàn máy 2-DOF (2D) là một hệ thống mà bộ phận công tác của bàn máy có thể chuyển động trong một mặt phẳng. Bàn máy 2D có thể được ứng dụng để khắc chữ cái, hoa văn trang trí, để di chuyển đồ vật trong mặt phẳng hay trong các máy CNC nhiều bậc tự do… Có thể thấy ứng dụng của bản máy 2D rất phong phú trong nhiều lĩnh vực. Luận văn này tập trung vào việc thiết kế hệ thống bàn máy 2D được dẫn động bằng đai đồng thời nghiên cứu giải thuật và viết chương trình điều khiển cho bàn máy có thể chuyển động theo các biên dạng cho trước. ii ii MỤC LỤC iii iv DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Bàn máy 2 bậc tự do MAXY 4000 1 Hình 1.2: Máy cắt tia nước L2040 Water Jet 2 Hình 1.3: Máy cắt laser CJG-185300 2 Hình 1.4: Máy cắt plasma TruEdge II 2 Hình 1.5: Máy đo quang 2 bậc tự do 3 Hình 1.6: Sản phẩm thép được cắt theo biên dạng 2D 3 Hình 1.7: Khắc hoa văn trên đá Granite 3 Hình 1.8: Sản phẩm 3D được tạo từ biên dạng 2D 4 Hình 1.9: Bàn máy 2D trục nối tiếp truyền động bằng visme-đai ốc 5 Hình 1.10: Bàn máy 2D trục nối tiếp truyền động bằng đai Flat Bridge FPA 5 Hình 1.11: Máy Shot Mini 100s 6 Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý của bàn máy 2D dạng trục song song truyền động bằng đai 7 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của bàn máy 2D 9 Hình 2.2: Mô hình thiết kế tổng thể 10 v Hình 2.3: Cụm khung 11 Hình 2.4: Cụm động cơ 11 Hình 2.5: Cụm pulley trơn chuyển hướng 12 Hình 2.6: Cụm pulley răng truyền động 12 Hình 2.7: Cụm cơ cấu chấp hành 13 Hình 2.8: Mô hình tổng thể bàn máy 2D trong thực tế 13 Hình 2.9: Động cơ step CSA-UA56D1-SB 14 Hình 2.10: Bánh đai ATP20XL025-A-H8 15 Hình 2.11: Biểu đồ moment 16 Hình 3.1: Nguyên lý động cơ bước 2 pha đơn cực 18 Hình 3.2: Dãy cấp xung mỗi pha trong điều khiển Full Step 19 v Hình 3.3: Vùng từ trường quay theo trình tự cấp xung Full Step 19 Hình 3.4: Các dạng kích xung động cơ step 20 Hình 3.5: : Mạch công suất động cơ CSA-UA56D1-SB 21 Hình 3.6: Thứ tự và chức năng các dây trong cụm CN1 21 Hình 3.7: Thứ tự và chức năng các dây trong cụm CN2 21 Hình 3.8: Thứ tự và chức năng các dây trong cụm CN3 22 Hình 3.9: Cụm SW1 và SW2 cài đặt các chế độ hoạt động của động cơ 22 Hình 3.10: Card điều khiển SMC-4DF-PCI 25 Hình 3.11: Sơ đồ chân cổng giao tiếp các thiết bị ngoại vi của card 26 Hình 3.12: Cách kết nối nhiều card SMC-4DF-PCI 26 Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý mạch xuất xung CW, CCW 27 Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý mạch truyền nhận tín hiệu giữa card và diver động cơ 28 Hình 3.15: Sơ đồ nối dây giữa card với động cơ bước và thiết bị output 28 Hình 3.16: Sơ đồ nối dây giữa card các cảm biến vị trí 29 Hình 3.17: Hệ thống điện được kết nối trong thực tế 29 Hình 3.18: Sơ đồ nối dây của card với các cổng COM 30 vi [...]... 2 : Tính toán và thiết kế mô hình cơ khí Chương 3: Tìm hiểu và thiết kế hệ thống điện Chương 4: Phân tích động học và xây dựng giải thuật điều khiển Chương 5: Thực nghiệm và đánh giá kết quả Chương 6: Tổng kết và hướng phát triển của đề tài 23 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH CƠ KHÍ CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH CƠ KHÍ Trong chương này sẽ tiến hành tính toán và thiết kế cơ khí bàn máy... truyền động bằng đai vẫn còn đang rất mới mẻ cả về thiết kế lẫn ứng dụng, có thể đào sâu nghiên cứu để đưa vào ứng dụng thực tế trong sản xuất và nhiều lĩnh vực khác Vì thế nên đề tài luận văn tập trung phân tích, thiết kế, và điều khiển hệ thống bàn máy 2D dẫn động bằng đai sao cho bộ phận công tác có thể di chuyển theo quỹ đạo mong muốn trong mặt phẳng OXY  Nhiệm vụ đề tài • Phân tích, thiết kế và chế... phần điều khiển 31 CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN CHƯƠNG 3 TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN Trong chương này sẽ tìm hiểu động cơ bước CSA-UA56D1-SB đã chọn trong chương 2, card SMC-4DF-PCI đóng vai trò giao tiếp giữa mô hình và máy tính đồng thời điều khiển hoạt động của mô hình Từ đó thiết kế hệ thống điện cho hệ thống 3.1 Tìm hiểu động cơ bước Động cơ bước được chọn là CSA-UA56D1-SB... truyền động 2.1.5 Cụm cơ cấu chấp hành Cụm cơ cấp chấp hành giúp truyền động trực tiếp từ đai qua bộ phận công tác Mô hình cụm này trong thiết kế và thực tế mô tả trong hình 2.7 bao gồm các thành phần chính sau: • Con trượt • Thanh trượt • Chi tiết kẹp đai trong 27 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH CƠ KHÍ • Chi tiết kẹp đai ngoài Hình 2.7: Cụm cơ cấu chấp hành Mô hình bàn máy 2D dẫn động bằng đai. .. thanh nhôm là 850 và 450 (mm), được lắp chặt với nhau bằng các miếng tam giác Khung nhôm được đặt trên mặt phẳng, dùng để đỡ các cụm chi tiết khác 2.1.2 Cụm động cơ Mô hình cụm động cơ trong thiết kế và chế tạo thực tế thể hiện trong hình 2.4 gồm các bộ phận chính như sau: • • • Động cơ step Giá đỡ động cơ Pulley truyền động từ trục động cơ đến đai 25 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH CƠ KHÍ... CN2: Kết nối mạch công suất với nguồn (hình 3.7) • CN3: Kết nối mạch công suất với card điều khiển SMC-4DF-PCI (hình 3.8) 34 CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN Hình 3.5: Mạch công suất động cơ CSA- UA56D1- SB [11] Hình 3.6: Thứ tự và chức năng các dây trong cụm CN1 [11] Hình 3.7: Thứ tự và chức năng các dây trong cụm CN2 [11] 3.1.4 Thiết lập chế độ hoạt động của động cơ Cụm switch 1 và 2... dạng truyền động bằng visme đai ốc, dạng truyền động bằng đai có những ưu nhược điểm như sau 19 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN  Ưu điểm: • Kết cấu đơn giản hơn • Khối lượng hệ thống được giảm đi đáng kể  Nhược điểm: • Có thể xảy ra hiện tượng trượt đai vì thế nên cần phải tính toán thiết kế hệ thống cẩn thận • Bị hạn chế về mặt tải trọng của bộ phận công tác • Sau một thời gian phải tiến hành thay đai Hình 1.9:... hoạt động của cơ cấu chấp hành là 350 x 250 (mm) 2.1 Thiết kế cơ khí 1-Vùng làm việc của bộ phận công tác 2-Bộ phận công tác 3-Pulley truyền động 4 -Đai răng 5-Pulley chuyển hướng 6-Con trượt 7-Thanh trượt 8 -Động cơ 24 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH CƠ KHÍ Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của bàn máy 2D Dựa vào sơ đồ nguyên lý của bàn máy (hình 2.1), tiến hành thiết kế sơ bộ mô hình tổng thể và các... tích, thiết kế và chế tạo bàn máy 2D dẫn động bằng đai 22 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN • Phân tích động học hệ thống và xây dựng giải thuật điều khiển bàn máy 2D • Thiết kế chương trình giao diện điều khiển bàn máy 2D bằng chương trình Visual C# 2008  Phạm vi đề tài: • Bộ phận công tác có khả năng chuyển động trên mặt phẳng với độ chính xác dịch • chuyển là 0,1(mm) Phạm vi hoạt động của bàn máy là 350×250 (mm)... trượt Con trượt 26 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH CƠ KHÍ 2.1.4 Cụm pulley răng truyền động Đây là cụm quan trọng góp phần truyền động đai đến bộ phận công tác ngoài ra còn dùng để căng đai vì vị trí của cụm có thể dễ dàng dịch chuyển và cố định lại Mô hình của cụm trong thiết kế và chế tạo thực tế như hình 2.6 gồm có các chi tiết sau: • Pulley răng • Đế gắn vào cụm khung Hình 2.5: Cụm pulley trơn . KHOA KHOA CƠ KHÍ-BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ o0o LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CNC 2-DOF DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI SVTH : Hà Phương MSSV : 20701861 GVHD : TS. Phạm Công Bằng TP.HỒ. trong các máy CNC nhiều bậc tự do… Có thể thấy ứng dụng của bản máy 2D rất phong phú trong nhiều lĩnh vực. Luận văn này tập trung vào việc thiết kế hệ thống bàn máy 2D được dẫn động bằng đai đồng. án thiết kế khác. • Lắp ráp phức tạp. b) Bàn máy 2D trục nối tiếp truyền động bằng đai Khác với dạng chuyển động ở trên, động cơ truyền động đến bộ phận công tác qua đai. So với dạng truyền động