Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển hệ mở (OPEN CNG) để điều khiển máy phay 3 trục

1 CHNG 1. M ĐU 12 1.2 Mc tiêu, khách th vƠ đi tợng nghiên cứu. 15 1.2.1 Mục tiêu, khách thể. 15 1.2.2 Đối tợng nghiên cứu. 15 2.3 Nhim v ca đ tài và phm vi nghiên cứu. 15 1.3.1 Nhiệm vụ nghiên cứu: 15 1.4 Phng pháp nghiên cứu 15 CHNG 2. TNG QUAN 17 2.1 Gii thiu b điu khin có cu trúc m. 17 2.1.1 Khái nim v B điu khin có cu trúc m 17 2.1.2 Tm quan trọng ca b điu khin cu trúc m 20 2.1.3 u đim ca cu trúc m: 21 2.1.4 Tình hình nghiên cứu trong nc và th gii 23 2.1.4.1 Các nghiên cứu ngoƠi nc 23 2.1.4.1.1 D ÁN OSACA ( Open Architeture for control within Automation Systems) 23 2.1.4.1.2 D ÁN OSEC ( Open systems environments for Controllers) 24 2.1.4.1.3 D ÁN OMAC (Open Modular Architecture Controller) 24 2.1.4.1.4 NgoƠi ra các trng đi học cũng có nhiu nghiên cứu v lĩnh vc này. . 25 2 2.1.4.1.5 Các nghiên cứu trong nc. 25 CHNG 3. C S LÝ THUYT 27 3.1 CU TRÚC MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC 27 3.1.1 S đ nguyên lý và h thng 27 3.1.2 Kt cu phn cứng máy phay CNC 29 3.1.2.1 Trc vitme bi 29 3.1.2.2  sng lăn 35 3.1.2 Phn điu khin máy phay CNC 39 3.1.2.1 H thng điu khin s 40 3.1.2.1.1 H thng điu khin h 41 3.1.2.1.2 H thng điu khin kín 42 3.1.2.1.3 Cu trúc từng phn ca h thng điu khin s 43 3.1.2.2 Phn mm CNC 44 3.1.2.2.1 Phn mm điu khin 44 3.1.2.2.2 Phn mm ghép ni. 45 3.1.2.2.3 Post Processor. 46 3.1.2.2.4 Phn mm ứng dng. 47 3.1.2.3 Đng c bc 47 3.1.2.3.1 Khái nim 47 3 CHNG 4 PHNG ÁN THIT K MÁY CNC 56 4.1 Các thông s kỹ thut ca máy phay CNC 56 4.1.1 Các thông s chính 56 4.2 Thit k phn c khí 56 4.2.1 Phng án thit k khung máy 56 4.3 Thit k phn điu khin 61 4.3.1Phng án thit k mch điu khin 62 4.3.2Phng án thit k phn mm điu khin 64 CHNG 5. TệNH TOÁN THIT K MÁY VÀ B ĐIU KHIN 67 5.1 Tính toán thit k kt cu và h thng dn đng ca máy 67 5.1.1 Xác đnh lc kéo phn thân máy:. 67 5.1.2 Tính toán đng lc học và chọn đng c cho từng trc 68 5.1.2.1 Tính toán cho trc X 68 Hình 5.2 Lc tác dng lên trc X 68 5.1.2.4 Tính toán cho trc Z 73 5.2 Tính toán chọn sng lăn 74 5.3 Tính toán chọn bc trc vitme bi 76 5.3.1 Tính toán chọn trc vitme bi cho trc X 77 5.3.1 Tính toán chọn trc vitme bi cho trc Y 77 4 5.3.1 Tính toán chọn trc vitme bi cho trc Z 77 5.4 Thit k phần điu khin 77 5.4.1Thit k mch Breakout 78 5.4.2 Mch Driver đng c bc 79 5.5 Thit k Phn mm điu khin. 79 5.5.1.2 Các giao din ca mach 3: 80 CHNG 6. CH TO VÀ CHY KIM NGHIM 84 6.1 Ch to các b phn ca máy 84 6.1.1 Ch to trc X và kt cu ni trc ca đng c 84 6.1.2 Ch to trc Y và kt cu ni trc ca đng c 85 6.1.2 Ch to trc Z và kt cu ni trc ca đng c 87 6.1.3 Ch to mch Breakout 88 6.1.4 Ch to mch mch driver 3 trc đng c 90 6.1.5 T đin điu khin hoàn chnh 91 6.1.6 Phn mm điu khin 91 6.1.6 Máy hoàn chnh 98 6.1.4 Giao din máy khi đang lƠm vic 100 6.2 Chy kim nghim 100 CHNG 7. KT LUN VÀ KIN NGH 103 5 7.1 ĐÁNH GIÁ KT QA 103 7.2 KT LUN 104 7.3 HNG PHÁT TRIN CA Đ TÀI. 104 6 DANH SÁCH CÁCH CHỮ VIT TT NGUYÊN GC CH VIT TT - Intelligent Machining Systems IMS - Open architecture controller OAC - Numerical Control Markup Language NCML - Numerical Control NC - Adaptive control with optimisation ACO - Adaptive control with constraints ACC - Open System Architecture for Controls within Automation systems OSACA - Open System Environment for Controllers OSEC - Open Modular Architecture Controller OMAC - Computer Numerical control CNC - Automatic Programming Tool APT - Computer- Aided Manufacturing CAM - Computer-Aided Design CAD - Personal Computer PC - National Instruments NI - Programmable Logic Controller PLC - Application Programming Intreface API 7 - Dynamic Link Libraries DLL - Recursive least square RLS - Digital Differential Analyse DDA - Measurement & Automation Explorer MAX - Open Modular Architecture Controller) OMAC - Analog to digital converters A/D - Digital to analog converters D/A 8 DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Máy phay CNC 8 Hình 2.1: Nhng u đim chính ca cu trúc m máy CNC 14 Hình 2.2: Ba cách m khác nhau ca h thng điu khin 14 Hình 2.3: Nguyên lỦ ắOpen CNC” kt hợp PC 17 Hình 3.1: S đ nguyên lý ca máy phay CNC 20 Hình 3.2: S đ điu khin h thng 21 Hình 3.3: Quan h gia lc và tc đ ca vitme 22 đai c thng vƠ vitme đai c bi Hình 3.4: Trc vime bi 23 Hình 3.5: Kt cu vitme bi 24 Hình 3.6 : Profil ren na tròn 24 Hình 3.7: Rãnh hi bi kiu ng 25 Hình 3.8: Rãnh hi bi theo l khoan trong đai c 25 Hình 3.9: Hi bi theo rƣnh khoan đng ng 26 Hình 3.10: Chiu moment tác dng lên sng lăn 27 Hình 3.11: H thng điu khin h 30 Hình 3.12: H thng điu khin kín 31 Hình 3.13: Cu trúc từng phn ca h thng điu khin 32 9 Hình 3.14: Mi liên h gia PMC vi cm CNC và máy 34 Hình 3.15: Cu trúc Post Processor 35 Hình 3.16: Đng c bc 36 Hình 3.17: S đ cu to ca đng c bc 37 Hình 3.18: Đng c bc đn cc 38 Hình 3.19: Đng c bc lỡng cc 39 Hình 3.20: Đng c bc nhiu pha 39 Hình 3.21: Đng c bc kiu từ tr 40 Hình 3.22: Đng c bc kiu lai 40 Hình 3.23: S đ điu khin đng c bc 41 Hình 4.1: Phng án 1 42 Hình 4.2: Thanh dn hng 43 Hình 4.3: C cu dn hng ca các trc 43 Hình 4.4: Phng án 2 44 Hình 4.5: Sng lăn bi 45 Hình 4.6: S đ nguyên lỦ phng án 1 46 Hình 4.7: S đ nguyên lỦ phng án 2 47 Hình 4.8: Cu trúc phn mm điu khin 48 Hình 5.1: Lc kéo phn thân máy 50 10 Hình 5.2: Lc tác dng lên trc X 51 Hình 5.3: Lc tác dng lên trc Y 52 Hình 5.4: Lc tác dng lên trc X 54 Hình5.5: Lc tác dng lên sng lăn 55 Hình 5.6: S đ nguyên lý mch Breakout 57 Hình 5.7: S đ nguyên lý ca mch driver 58 Hình 5.8: Phn giao din ca Mach 3 59 Hình 5.9: Phn giao din menu toolpath 60 Hình 5.10: Phn giao din menu offset 61 Hình 6.1: Trc X 62 Hình 6.2: C cu ni trc ca đng c trc X 63 Hình 6.3: Trc Y 64 Hình 6.4: C cu ni trc ca trc Y 65 Hình 6.5: Trc Z 66 Hình 6.6: Mch Breakout hoàn thành 66 Hình 6.7: Mch driver 3 trc đng c 67 Hình 6.8: T đin hoàn chnh 67 Hình 6.9: Giao din chính ca phn mm 68 Hình 6.10: Giao din menu MDI 69 [...]... ợng nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu, khách thể Từ nh ng phân tích trên ta th y vi c Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển hệ mở (OPEN CNC) để điều khiển máy phay 3 trục lƠ c n thi t, đóng vai trò quan trọng trong v n đ c khí hóa, hi n đ i hóa n n s n xu t n c ta 1.2.2 Đối tượng nghiên cứu - B đi u khi n c a máy phay 3 tr c 2 .3 Nhi m v c a đ tài và ph m vi nghiên cứu 1 .3. 1 Nhiệm vụ nghiên cứu: - Nghiên cứu. .. trúc mở là bộ điều khiển đ ợc thiết kế và chế tạo nhằm tích hợp thiết bị đo l ờng, điều khiển mới và những mođun phần mềm bằng cách cho phép truy cập đến tập hợp định sẵn những biến điều khiển bên trong bộ điều khiển 2 Trong khi đó đ nh nghĩa c a OSACA, m t d án nghiên cứu v c u trúc m c a Châu Âu l i nh n m nh đ n t m quan trọng c a vi c giao ti p gi a các môđun ph n m m: ắMột hệ thống điều khiển mở. .. hình máy phay CNC; - Xây d ng ph n m m đi u khi n d ng c u trúc m ; - Nghiên cứu th nghi m ho t đ ng c a mô hình t ng th 1 .3. 2 Phạm vi nghiên cứu Đ tài t p trung nghiên cứu thi t k b đi u khi n h m (Open CNC) cho máy phay 3 tr c Các công vi c tính toán thi t k và ch t o đ ợc tri n khai chi ti t Các thi t b liên quan khác không thu c ph m vi nghiên cứu c a đ tài 1.4 Ph ng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu, ... KC.05: Nghiên cứu, thi t k vƠ ch t o máy CNC s n xu t c t thép c a ng bê tông kích th c l n - KC. 03: Nghiên cứu, thi t k ch t o máy CNC 5 tr c tọa đ - KC. 03. 12 Nghiên cứu, thi t k , ch t o các b đi u khi n s (CNC) thông minh và chuyên dùng cho các h th ng vƠ quá trình phức t p CH NG 3 C S Lụ THUY T 3. 1 C U TRÚC MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC 3. 1.1 S đ nguyên lỦ vƠ h thống 28 Hình 3. 1: S đ nguyên lý c a máy phay. .. mọi ng i trong ngƠnh đ u bi t Máy CNC là máy gia công kim lo i tinh t có th t o ra nh ng chi ti t phức t p theo yêu c u c a công ngh hi n đ i Phát tri n nhanh chóng v i nh ng ti n b trong máy tính ta có th b t gặp máy CNC d i d ng máy ti n, máy phay, máy c t laze, máy c t tia n c có h t mƠi, máy đ t d p và nhi u d ng máy công nghi p hi n đ i khác Hình 1.1 Máy phay CNC Máy CNC ra đ i đƣ gi i quy t đ... đ ghép n i, mà c chính ắlõi CNC” C th lƠ các đ tài nghiên cứu c p qu c gia sau: - KC.05: Nghiên cứu, thi t k , ch t o h th ng máy phay- ti n đi u khi n s bằng máy tính (CNC) ph c v cho đƠo t o ngh c khí - KC.05: Nghiên cứu ứng d ng h th ng tính toán song song hi u năng cao đ l p trình gia công các b mặt khuôn m u trên máy công c CNC - KC. 03: Nghiên cứu, thi t k , ch t o các b đi u khi n s (CNC) thông... hình 3. 1 ta th y m t máy phay CNC 3 tr c nó g m 2 thành ph n chính là ph n cứng và ph n đi u khi n Ph n cứng bao g m: Khung máy, tr c X, tr c Y, tr c Z, các đ ng c c a 3 tr c và tr c chính Ph n đi u khi n bao g m : Driver 3 tr c đ ng c , m ch giao ti p v i máy tính PC và ph n m m đi u khi n máy Hình 3. 2 S đ đi u khi n h th ng - Xung đi u khi n đ ợc xu t ra c ng LPT 29 3. 1.2 K t c u phần cứng máy phay. .. sau : ắMột bộ điều khiển cấu trúc mở phải có tính linh hoạt trong phần cứng và phần mềm Nó cho phép phần cứng thaỔ đ i cấu hình cơ bản , phần mềm thaỔ đ i ở các cấp điều khiển, điều này cho phép những nhà phát triển phần cứng và phần mềm bên ngoài tham gia, do đó tạo ra một nền phát triển rộng lớn cho công nghệ mới”4 (2) TS.Thái Th Thu HƠ đề tài KC- 03 trang 85 (3) TS.Thái Th Thu HƠ đề tài KC- 03 trang... giao tiếp giữa những thành phần này với nền hệ thống đ ợc thiết kế sao cho những thành phần từ nhà cung cấp khác nhau , có thể kết hợp với nhau để tạo nên chức năng điều khiển hoàn chỉnh và chính xác.Các chức năng điều khiển này có thể chạy trên nhiều nền khác nhau và thể hiện một dao diện phù hợp cho ng ời dùng cũng nh có thê giao tiếp tốt với hệ thống khác” (3) M t đ nh nghĩa khá chi ti t v đi u khi... khuy n khích s t p trung nghiên cứu và phát tri n trong lĩnh v c máy công c đi u khi n s CNC gi ng nh ngƠnh công nghi p máy tính 2.1.4.1.5 Các nghiên cứu trong n n c c ta, v n đ c u trúc m cho máy CNC s đem l i nh ng ngu n lợi l n Các máy CNC thông th ng có giá thành r t cao, chi phí b o trì s a ch a l n vì ph thu c vào nhà cung c p đ c quy n V i c u trúc m ta có th t n d ng nh ng máy công c NC hi n có, . th vƠ đối tợng nghiên cứu. 1.2.1 Mục tiêu, khách thể. Từ nhng phân tích trên ta thy vic Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển hệ mở (OPEN CNC) để điều khiển máy phay 3 trục lƠ cn thit,.  nc ta. 1.2.2 Đối tượng nghiên cứu. - B điu khin ca máy phay 3 trc 2 .3 Nhim v ca đ tài và phm vi nghiên cứu. 1 .3. 1 Nhiệm vụ nghiên cứu: - Nghiên cứu tng quan nhng khái nim. tợng nghiên cứu. 15 1.2.1 Mục tiêu, khách thể. 15 1.2.2 Đối tợng nghiên cứu. 15 2 .3 Nhim v ca đ tài và phm vi nghiên cứu. 15 1 .3. 1 Nhiệm vụ nghiên cứu: 15 1.4 Phng pháp nghiên cứu