ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC MINI

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC........................................................... 9I.Tổng quan về máy CNC........................................................................................ 91. Khái niệm máy CNC..........................................................................................92.Cấu tạo............................................................................................................. 123.Chức năng........................................................................................................ 144.Nguyên lí gia công........................................................................................... 14II.Kết cấu chung của máy CNC............................................................................. 151. Nguyên tắc cấu trúc của máy CNC.................................................................152 Kết cấu cơ khí của máy phay CNC.................................................................17III.Mạch giao tiếp trong máy CNC........................................................................ 251.Mạch giao tiếp là gì?........................................................................................262.Vị trí của mạch giao tiếp trong kết cấu của máy CNC....................................27CHƯƠNG II: GIAO TIẾP MÁY TÍNH............................................................... 31I.Tổng quan.............................................................................................................31II. Chuẩn Giao Tiếp................................................................................................321. Chuẩn RS 232..................................................................................................322.Chuẩn RS 485...................................................................................................343.Chuẩn USB.......................................................................................................35MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARDGVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 4III. Chuẩn LPT........................................................................................................361. Giới thiệu về cổng LPT...................................................................................362. Cấu trúc cổng LPT( cổng song song)............................................................. 36CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH DÙNGTRONG MÁY CNC................................................................................................ 41I. Mạch giao tiếp đơn giản....................................................................................41II. Mạch giao tiếp dùng cách ly quang...................................................................431. Cách ly quang pc817.......................................................................................432. Mạch giao tiếp dùng pc817............................................................................443. Mạch giao tiếp dùng PC817, IC 7404 đệm.................................................... 52KẾT LUẬN...............................................................................................................66PHỤ LỤC................................................................................................................. 67TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 68

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 1 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC MINI ` MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY PHAY CNC MINI Tốc độ quay của trục chính: S max = 1500 (vg/ph) Dụng cụ cắt: Φ2 …Φ6 (mm) Kích thước bao: 600x400x600. Hành trình:  Trục x: 240 (mm).  Trục y: 280 (mm).  Trục z: 200 (mm). Vật liệu chế tạo: Nhôm hợp kim, thép, đồng, nhựa. Vật liệu gia công: Gỗ, nhựa, mêca, nhôm… Độ chính xác gia công: . Điện áp sử dụng: 220 V. Khối lượng máy: 60 kg. Công suất: 1kw. Động cơ truyền động: Sử dụng động cơ bước 24V - 3A Động cơ trục chính: Sử dụng động cơ Spindle 3 Kw. Mạch điện: mạch Driver, mạch giao tiếp dùng cổng LPT Phần mềm điều khiển: Mach3, Kcam Trong đề tài lớn nhóm chúng em chọn làm đề tài: “Nghiên cứu và thiết kế mạch truyền dữ liệu cho máy CNC” điều khiển 3 trục x, y, z của máy phay. Cùng với việc tìm hiểu nghiên cứu và thiết kế chế tạo chúng em đã làm 2 mạch giao tiếp dùng cổng LPT. MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 3 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 5 LỜI CẢM ƠN 6 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN 7 KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CNC 8 CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 9 I.Tổng quan về máy CNC 9 1. Khái niệm máy CNC 9 2.Cấu tạo 12 3.Chức năng 14 4.Nguyên lí gia công 14 II.Kết cấu chung của máy CNC 15 1. Nguyên tắc cấu trúc của máy CNC 15 2 Kết cấu cơ khí của máy phay CNC 17 III.Mạch giao tiếp trong máy CNC 25 1.Mạch giao tiếp là gì? 26 2.Vị trí của mạch giao tiếp trong kết cấu của máy CNC 27 CHƯƠNG II: GIAO TIẾP MÁY TÍNH 31 I.Tổng quan 31 II. Chuẩn Giao Tiếp 32 1. Chuẩn RS 232 32 2.Chuẩn RS 485 34 3.Chuẩn USB 35 MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 4 III. Chuẩn LPT 36 1. Giới thiệu về cổng LPT 36 2. Cấu trúc cổng LPT( cổng song song) 36 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH DÙNG TRONG MÁY CNC 41 I. Mạch giao tiếp đơn giản 41 II. Mạch giao tiếp dùng cách ly quang 43 1. Cách ly quang pc817 43 2. Mạch giao tiếp dùng pc817 44 3. Mạch giao tiếp dùng PC817, IC 7404 đệm 52 KẾT LUẬN 66 PHỤ LỤC 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 5 LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc xây dựng và phát triển đấ́t nước đang bước thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại hóa với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương lai của đất nước những nhiệm vụ nặng nề. Đất nước đang cần sức lực và trí tuệ cũng như lòng nhiệt huyết của những tri thức trẻ, trong đó có những kỹ sư tương lai. Với sự phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và trong các lĩnh vực điện- điện tử – tự động hóa – tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đối từng ngày Trong đó Điều khiển chuyển động là một trong những lĩnh vực đa dạng và phát triển nhanh trong ngành điều khiển và tự động hoá. Trong những hệ thống điều khiển vị trí, tốc độ và moment yêu cầu sự chính xác cao rất cần đến một thiết bị đáp ứng.Đây là thách thức và các nhà khoa học, nhà sản xuất đã chế tạo ra một loại động cơ thể làm được nhiệm vụ này đó là động cơ servo. Ngày nay động cơ bước được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống, các máy công cụ, máy điều khiển số, robot, yêu cầu sự chính xác cao. Với các ý nghĩa đó trong môn học Đồ án Hệ thống cơ điện tử với sự hướng dẫn của thầy giáo Ths. Nguyễn Hông Lĩnh về đề tài “Thiết kế mạch giao tiếp ”. Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện chắc chắn không tránh được sai sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện Tôn Văn Hiếu Nguyễn Hữu Lợi MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 6 LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới thầy Nguyễn Hông Lĩnh truyền đạt cho chúng em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian vừa qua,thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình làm “Đồ án môn học” này. Trong thời gian học tập, chúng em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả của thầy, đây là những điều rất cần thiết cho chúng em trong quá trình học tập và công tác sau này. MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 7 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 8 KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CNC Điều khiển số (Numerical Control) ra đời với mục đích điều khiển các quá trình công nghệ gia công cắt gọt trên các máy công cụ. Về thực chất, đây là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy (như các máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu hoặc chi tiết gia công, các kho quản lý phôi và sản phẩm…) trên cơ sở cá dữ liệu được cung cấp là ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm các chữ số, số thập phân, các chữ cái và một số ký tự đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống. Trước đây, cũng đã có các quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thủy lực, cam hoặc điều khiển bằng mạch logic… Ngày nay, với việc ứng dụng các thành quả tiến bộ của Khoa học-Công nghệ, nhất là trong lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép các nhà Chế tạo máy nghiên cứu đưa vào máy công cụ các hệ thống điều khiển cho phép thực hiện các quá trình gia công một cách linh hoạt hơn, thích ứng với nền sản xuất hiện đại và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn. Về mặt khoa học: Trong những điều kiện hiện nay, nhờ những tiến bộ kỹ thuật đã cho phép chúng ta giải quyết các bài toán phức tạp hơn với độ chính xác cao hơn mà trước đây hoặc chưa đủ điều kiện hoặc quá phức tạp khiến ta phải bỏ qua một số yếu tố và dẫn đến một kết quả gần đúng. Chính vì vậy đã cho phép các nhà Chế tạo máy thiết kế và chế tạo các máy với các cơ cấu có hiệu suất cao, độ chính xác truyền động cao cũng như những khả năng chuyển động tạo hình phức tạp và chính xác hơn. Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích về quân sự và hàng không vũ trụ khi mà yêu cầu các chỉ tiêu về chất lượng của các máy bay, tên lửa… là cao nhất. Ngày nay, lịch sử phát triển NC đã trải qua các quá trình phát triển không ngừng cùng với sự phát triển trpng lĩnh vực vi xử lý thừ 4bit, 8bit… cho đến nay đã đạt đến 32bit và cho phép thế hệ sau cao hơn thế hệ trước và mạnh hơn về khả năng lưu trữ và xử lý. MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 9 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 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. Kỹ 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, 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, MACH3… 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 các sản xuất (trong tầm giới hạn). I.Tổng quan về máy CNC 1. Khái niệm máy CNC Một định nghĩa hàn lâm và chặt chẽ về máy CNC được trình bày ở trang wikipedia.com: CNC – viết tắt cho Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) (điều khiển bằng máy tính) – đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục đích sản xuất (có tính lập lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G. Vì thế, bộ não của máy CNC là máy tính. MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 10 Đây không phải là máy tính bình thường mà là máy tính với công suất tính toán cực nhanh. Hệ điều hành mà nó sử dụng là Fanuc, Fargor hoặc Mazak, chứ không phải là Windows hay Mac như các máy tính (computer) mà chúng ta thường dùng hàng ngày (H1.1). H1.1- Máy tính được gắn liền với máy CNC thành một khối Máy tính này sẽ điều khiển các bộ phận cơ khí để cắt gọt kim loại. Chương trình được viết sẵn và được tự động thi hành khi bạn nhất nút Start. Chương trình này được dịch ra một thứ ngôn ngữ để máy tính có thể hiểu được. Sau đó, máy tính chuyển lệnh từ các chương trình qua các mạch điện tử đến điều khiển các bộ phận cơ khí. CNC được phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở phòng thí nghiệm Servomechanism của trường MIT. [...]... sẽ được thiết bị đếm xung ghi nhận và từ đó tính được khoảng dịch chuyển của bàn máy Tùy theo bước chia của thước mà ta sẽ có được độ chính xácđo tương ứng và xác định được chính xác vị trí bàn máy 2 Kết cấu cơ khí của máy phay CNC 2.2.1 Bộ phận thân máy Thân máy phải đảm bảo độc cứng vững, kết cấu gọn nhẹ Thân máy có nhiệm vụ đỡ toàn bộ các bộ phận của máy có chuyển động tương đối với nhau để tạo ra... dung dịch từ máy xuống 6-Bộ phận bể chứa III.Mạch giao tiếp trong máy CNC Như chúng ta đã biết, trước thế hệ máy CNC đã có hai thế hệ máy công cụ với trình độ thấp hơn : máy công cụ thông thường và máy công cụ NC Tuy nhiên, khi thực hiện gia công chi tiết trên các máy công cụ thông thường công nhân thường phải dùng tay để điều khiển máy (đương nhiên các chuyển động cắt và chạy dao đều do máy thực hiện)... cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ Khi gia công, máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như : nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kì mặt bậc ba nào Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ Tất cả các chức năng trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính Và để đưa các lệnh từ máy tính... hoặc đứng yên II.Kết cấu chung của máy CNC 1 Nguyên tắc cấu trúc của máy CNC Phần lớn máy CNC làm việc theo hệ thống kín bao gồm 4 bộ phận sau: * Bộ phận chương trình: Bộ phận này bao gồm có bản chương trình, cơ cấu di chuyển chương trình, cơ cấu đọc chương trình Các máy CNC hiện địa được trang bị những thiết bị có tính công nghệ cao phục vụ cho việc lập trình và điều khiển máy Các máy tính có tốc độ... trước kết thúc, máy đọc tiếp các khối lệnh tiếp theo để thực hiện các dịch chuyển cần thiết Các máy NC chỉ thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, chức năng đọc theo băng Các máy NC không có chức năng lưu trữ chương trình Máy công cụ CNC là bước phát triển cao từ các máy NC Các máy CNC có một máy tính để thiết lập phần mềm dùng để điều khiển các chức năng dịch chuyển của máy. .. TIẾP BREAKOUT BOARD H1.2 -Máy tiện CNC GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 11 MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD H1.3 -Máy phay CNC Tuy nhiên, dưới góc độ thực hành, chúng ta thấy như sau: Từ CNC là viết tắt của cụm từ tiếng Anh Computer Numerical Control, nghĩa là Máy tiện kim loại được điều khiển bằng máy tính Vì thế, bộ não của máy CNC là máy tính Đây không phải là máy tính bình thường mà là máy tính với công suất... Autobar mở trước khi cho máy hoạt động Chúng ta sẽ tập trung nhiều vào phần thân máy (xem H1.3) H1.5-Cấu tạo phần thân máy của máy CNC Đặc điểm và chức năng của các bộ phận: (từ trái sang phải, từ trên xuống dưới trong H1.3) - Nắp đậy: Khi làm việc, dầu cắt phun vào nơi tiếp xúc giữa phôi và công cụ và bay tung tóe khắp buồng làm việc Nếu bạn không đậy nắp này lại, dầu có thể dính vào người bạn Vì lí do... lưu trữ vào các vật mang tin như đĩa từ, đĩa compact… rồi đưa vào trong bộ nhớ của máy CNC thông qua các thiết bị đọc hoặc truyền trực tiếp từ máy tính (đối với những máy CNC có kết nối với máy tính) Cách lập trình này thường được áp dụng cho những chi tiết phức tạp Lập trình trực tiếp trên máy tính (online): các chương trình được lập trực tiếp tại phân xưởng gia công thông qua bàn phím của máy Thường... trong kết cấu của máy CNC Hệ thống máy CNC gồm 6 phần chính (H1.20 ): - Chương trình gia công (part program) Thiết bị đọc chương trình (program input device) Bộ điều khiển máy (MCU) Hệ thống truyền động (drive system) Máy công cụ (machine tool) Hệ thống phản hồi (feedback system) GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 27 MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD H1.20-Cấu trúc của máy CNC Lưu ý: Đối với máy gia công CNC, chương... liệu giữa một máy chủ (host) với các thiết bị ngoại vi được nối với nó Bus USB cho phép thiết bị ngoại vi được ghép nối với máy tính chủ được cấu hình, được sử dụng một cách độc lập trong khi máy tính chủ và thiết bị ngoại vi khác đang hoạt động (đó chính là đặc tính Plug and play) USB được sử dụng đầu tiên vào năm 1996 với vài nhà sản xuất thiết kế cổng USB vào máy tính của mình tháng 10-1996 các hệ