THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY PHAY CYBER MILL PHỤC VỤ THÍ NGHIỆM
i TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY PHAY CYBER MILL PHỤC VỤ THÍ NGHIỆM GVHD: THS. NGUYỄN THÁI ANH TUẤN SVTH: LÊ ĐÌNH THI MSSV: 20302660 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2008 Nhiệm vụ luận văn NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Nhiệm vụ đề ra trong luận văn tốt nghiệp này là: • Tìm hiểu kết cấu, tính năng mô hình thí nghiệm máy phay Cyber Mill sẵn có. • Đề nghò phương án thiết kế bộ điều khiển Cyber Mill phục vụ thí nghiệm. • Đọc được File dữ liệu G_Code và File dữ liệu Autocad. • Thi công và điều khiển. Lời cảm ơn ii LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN THÁI ANH TUẤN đã tận tình hướng dẫn em làm bản luận văn Tốt nghiệp này. Thầy đã dành cho em sự giúp đỡ nhiệt tình trong suốt thời gian làm luận văn. Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý thầy cô Bộ môn Cơ điện tử đã dành thời gian quý báu để đọc, nhận xét, và tham gia hội đồng chấm luận văn. Cuối cùng, em xin cảm ơn tất cả quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí Trườøng Đại Học Bách Khoa TP. HCM đã trang bò cho em các kiến thức cơ sở và chuyên ngành cũng như giúp đỡ em trong thời gian làm luận văn. Chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện Lê Đình Thi Tóm tắt iii TÓM TẮT Hiện nay hệ thống FMS (Flexible Manufacturing System) là một trong những môn học cần hiết đóng vai trò quan trọng đối với các sinh viên nghành kó thuật đặc biệt là nghành cơ điện tử giúp cho sinh viên có cái nhìn tổng quát về một hệ thống tự động mà không cần phải vào những nhà máy lớn, giúp sinh viên tiếp cận cũng như được thực hành với những hệ thống tự động mà không phải bỡ ngỡ khi tiếp xúc thực tế. Do đó việc phát triển một mô hình thí nghiệm FMS là rất cần thiết phục vụ cho việc học hành cũng như thí nghiệm trong nhà trường. Nắm bắt được tầm quan trọng đó nhà trường đã đầu tư một hệ thống FMS phục vụ cho việc thí nghiệm, nhưng hiện giờ hệ thống máy đã bò hư hỏng chỉ còn lại phần cơ, do đó cần phải thiết kế lại bộ điều khiển cũng như phần mềm điều khiển cho hệ thống máy. Hệ thống FMS này gồn 2 thành phần đó là hệ thống tay máy và hệ thống gia công CNC 2 1/2D, do giới hạn của Luận văn nên trong luận văn này chỉ tập trung vào việc phục hồi lại hệ thống điều khiển cho máy phay Cyber Mill. Mục lục iv Mục lục Đề mục Trang Trang bìa………………………………………………………………………………… i Nhiệm vụ luận văn Lời cảm ơn………….…………………………………………………………………….ii Tóm tắt………………………………………………………………………………… .iii Mục lục………………………………………………………………………………… .iv CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Tổng quan về hệ thống FMS 1 1.1.1 Đònh nghóa .1 1.1.2 Đặc điểm của hệ thống FMS 1 1.1.3 Những ưu điểm của hệ thống FMS .1 1.2 Giới thiệu về hệ thống FMS “Walli” 3 1.3 Những phần tử trong hệ thống “Walli” .4 1.3.1 Hệ thống băng tải 4 1.3.2 Phần tử robot 5 1.3.2.1 Giới thiệu tổng quan về robot……………………… ………5 1.3.2.2 Các robot sử dụng trong hệ thống “Walli”…………….…….8 1.3.3 Phần tử máy phay “Cyber Mill”………………………………….… 9 1.3.3.1 Tổng quan về máy phay CNC……………………………….9 1.3.3.2 Phần tử máy phay “Cyber Mill” trong hệ thống “Walli”… 13 1.4 Xu hướng phát triển của hệ thống FMS……………………………………….14 CHƯƠNG 2: GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN………………………………………… .15 2.1 Giải thuật thu tọa độ File *.DXF của Autocad…………………………………15 2.1.1 Qui tắc lưu tọa độ trong file DXF…………………………………… 15 2.1.1.1 Đường thẳng………………………………………………….15 2.1.1.2 Hình chữ nhật……………………………………………… .16 2.1.1.3 Cung tròn…………………………………………………….18 2.1.2 Giải thuật………………………………………………………………21 2.1.2.1 Giải thuật thu tọa độ đường thẳng………………………… 22 2.1.2.2 Giải thuật thu tọa độ hình chữ nhật………………………….23 2.1.2.3 Giải thuật thu tọa độ cung tròn………………………………25 2.2 Giải thuật thu tọa độ File CAD/CAM…………………………………………28 Mục lục v 2.2.1 Giới thiệu lệnh CNC căn bản……………… ………………………28 2.2.2 Giải thuật thu tọa độ………………………………………………….30 2.3 Giải thuật nội suy …………… ……………………………………………….34 2.3.1 Giải thuật nội suy đường thẳng ………………………………………34 2.3.2 Giải thuật nội suy đường tròn …………………… …………………37 2.4 Điều khiển……………………………… …………………………………….39 2.4.1 Mạch điều khiển dùng Pic Microcontroller……………….………….39 2.4.2 Mạch công suất của 2A Stepper Motor………………………………42 2.4 3 Mạch cung cấp nguồn…………………………………….………….43 2.5 Giới thiệu hệ thống phần cứng máy CNC……………………………………44 2.5.1 Bàn máy……………………………………………………………….44 2.5.2 Motor trục chính…………………………………………….…………45 2.5.3 Motor kẹp chặt…………………………………………… .………….46 2.6 Sơ đồ hệ thống điều khiển……………………………………………………46 CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN…………………………………………48 3.1 Chương trình chính……………………………………………………………48 3.1.1 Giao diện chương trình chính…………………………………………48 3.1.2 Chức năng các thành phần chính………………………….………….49 3.2 Gia công biên dạng………………………………………………………… 51 3.2.1 Gia công bằng chương trình gia công(G-Code)………… ………… 51 3.2.2 Gia công bằng File Autocad(*.Dxf)…………………… ……………53 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN……………………………………………………………….57 4.1 Những vấn đề đã được giải quyết………………………………………….57 4.2 Hướng phát triển của đề tài……… .………………………………………57 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………… 58 Chương 1 Tổng quan 6 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về hệ thống FMS 1.1.1 Đònh nghóa FMS (FLEXIBLE MANUFACTURE SYSTEMS) Hệ thống sản xuất linh họat là một hệ thống tự động thực hiện những nguyên công khác nhau theo những trình tự khác nhau trên cùng một công cụ như nhau ( phần chấp hành). Sự ra đời của hệ thống sản xuất linh họat là do sự phát triển của hệ thống tin học. Tính linh họat của sản xuất được tính một cách đặc biệt để đáp ứng ràng buộc về kinh tế của một thò trường đa dạng mà lợi nhuận cao nhờ giảm tồn kho và thời gian sản xuất. Nhu cầu về hệ thống sản xuất linh họat nhạy bén nhất là trong gia công cơ khí. Ngoài ra nó còn tồn tại trong một số lónh vực khác nhau như : lắp ráp, đóng gói và sản xuất đồ hộp, đúc, thực phẩm và các dạng sản xuất khác. Ngày nay, các phương tiện tin học cho phép điều khiển và giám sát hết sức linh họat và chỉ phụ thuộc vào cơ cấu chấp hành. Các thành phần trong hệ thống FMS bao gồm: - Điều khiển (điều khiển dòng vật liệu). - Cơ cấu vận chuyển phôi. - Cấp phôi, đònh hướng và cố đònh. - Biến đổi vật chất (gia công, rữa và kiểm tra). ∗ Đặc điểm của hệ thống FMS: - Thích nghi nhanh chóng với tính đa dạng của sản xuất và sản lượng trung bình. - Điều khiển tức thì, cho phép tối ưu hóa thời gian chạy máy và dòng vật liệu. - Sử dụng người máy ở trình độ cao để cấp phôi cho máy. ∗ Những ưu điểm của hệ thống FMS: - Khả năng thay đổi dòng vật chất mà không làm ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả của dòng vật liệu. - Có thể tự động sản xuất nhiều lọai sản phẩm mà không cần thay đổi công cụ sản xuất. Chương 1 Tổng quan 7 - Nâng cao được chất lượng sản phẩm nhờ thực hiện những thay đổi cần thiết trong thiết kế sản phẩm. - Giảm giá thành nghiên cứu và chế tạo công cụ. - Nhòp sản xuất nhanh hơn. - Điều khiển cả xí nghiệp tốt hơn, giảm thời gian chết, lưu kho trong sản xuất. - Hệ thống sản xuất mang tính đồng bộ. - Giảm được số người làm việc tại những nơi nguy hiểm, khó khăn. - Có thể thay đổi cấu hình sản xuất một cách nhanh chóng trong trường hợp xảy ra sự cố. Hệ thống FMS áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật về tin học ,kỹ thuật điều khiển số, điều khiển người máy, đặc biệt là mô hình sãn xuất tự động có tên là Workcell (tế bào sản xuất tự động), đây là đơn vò cơ bản có khả năng làm việc độc lập hoàn toàn với các bộ phận khác trong nhà máy, nó đảm đương việc thực hiện hoàn tất một nguyên công trong quy trình sản xuất. Workcell này còn có thể biến đổi chức năng làm việc để phù hợp với nhu cầu thay đổi mẫu mã của sản phẩm cũng như kết nối với với các workcell khác để tạo nên dây chuyền sản xuất linh hoạt. Dây chuyền công nghiệp dùng người máy được điều khiển bằng máy tính điện tử cùng với các thiết bò gia công điều khiển số dạng NC và CNC tạo khả năng dễ dàng thay đổi quy trình làm việc, sự thay đổi công việc có thể thực hiện chủ yếu chỉ bằng sự thay đổi chương trình trong máy tính. Các thiết bò này thay thế dần các máy tự động “cứng”. Dưới đây là mô hình thí nghiệm thu nhỏ của hệ thống sản xuất linh hoạt sử dụng robot kết hợp với máy CNC dưới sự điều khiển của máy tính: Kho Trạm gia côn g Vận chuyển phôi Rây dẫn Robot lưu kho Chương 1 Tổng quan 8 Hình 1.1 Mô hình hệ thống FMS chuẩn, trong sản xuất máy bay Bên cạnh những thuận lợi thì hệ thống sản xuất linh hoạt còn nhiều vấn đề như : cấu trúc tổ chức, quản lý các phần tử cơ bản trong hệ thống đến việc đánh giá lợi ích, các vấn đề xã hội mà hệ thống sản xuất gây ra. Chính những vấn đề này đã gây ra sự phức phức tạp mà đòi hỏi chúng ta phải đi nhgiên cứu tìm hiểu về nó, để cho việc ứng dụng các hệ thống này trong thực tế mang lại hiệu quả cao. 1.2 Giới thiệu về hệ thống FMS “Walli” “WALLI” là tên của hệ thống FMS bao gồm một dãy những thiết bò tương thích lẫn nhau cụ thể như robot , máy CNC và những thiết bò ngoại vi khác như là băng tải thể hiện được những yêu cầu đòi hỏi của dây chuyền sản xuất tự động . Dãy thiết bò tương ứng ở trên được thiết kế nhằm mục đích phục vụ lónh vực học tập nhưng tất cả chúng vẫn phù hợp với một dây chuyền công nghiệp nhẹ . Chương 1 Tổng quan 9 Hình 1.2 Mô hình chung về hệ thống “Walli “ “WALLI” sử dụng phần mềm có tên là “WALLI 3” hay còn gọi là “WALLI for window” nhằm để giám sát việc điều khiển cho những phần tử của Walli như là Robot , máy CNC , kể cả những phần tử ngoại vi và cũng có thể kết hợp các phần tử này lại với nhau để tạo thành tế bào sản xuất tự động hay còn gọi là “Work Cell”. Phần mềm này chạy đơn giản như những phần mềm cài đặt khác và nó có thể mô phỏng tất cả các hoạt động của hệ thống thế nhưng việc điều khiển hay giám sát hoạt động của robot hay máy CNC cần phải sử dụng Card giao được lắp đặt trên máy tính PC. Để tìm hiểu ứng dụng của phần mềm này chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu cụ thể từng phần tử của hệ thống WALLI. 1.3 Những phần tử trong hệ thống “Walli” [...]... hệ máy công cụ được ra đời với những tính năng mới bù vào những thiếu sót của các thế hệ máy cũ trước đây và được điều khiển bằng máy tính đó là thế hệ máy công cụ được điều khiển bởi máy tính máy CNC (Computer Numerical Control) Đây là loại máy có thể hoạt động liên tục một cách tối ưu, vì máy luôn giám sát, điều khiển từng bộ phận như bôi trơn, khử khe hở, hệ thống an toàn, phát hiện sai số, máy. .. được điều khiển và xử lý bởi máy tính Do đó khi phát triển hệ thống này sẽ cho phép ta mở rộng khả năng kiểm soát chương trình, ứng dụng các dạng điều khiển mạng neuron, Fuzzy logic … làm tăng tính linh hoạt của hệ thống , cải tiến qui trình công nghệ ,tạo cơ sở phát triển các “Work Cell” tự điều khiển thích nghi, điều khiển thông minh tiến tới các hệ thống nhà máy – xưởng sản xuất hiện đại, phục vụ. .. NC, công việc này đã tạo điều kiện ứng dụng máy công cụ CNC ngay cả trong xí nghiệp nhỏ, không có phòng lập trình riêng, nghóa là người điều khiển máy có thể lập trình trực tiếp trên máy Dữ liệu nạp vào, nội dung lưu trữ, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người điều khiển đều được hiển thò trên màn hình Máy CNC thường đắt gấp 5 lần một máy công cụ thường cùng... khiển số , hệ thống này là hệ thống điều khiển vòng hở Nó đảm đương luôn cả nhiệm vụ giao tiếp với máy tính thông qua board giao tiếp “RJ45” Motor trục chính thay đổi được tốc độ nhờ một driver thông qua bộ điều khiển tốc độ ; còn những motor bước trên các trục chạy dao điều có những driver riêng cho nó , driver này còn có tên là “2A Stepper Driver” Trên mỗi trục máy điều có một công tắc cực nhỏ lắp... nghiên cứu, phục hồi các loại máy CNC là cần thiết trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, tạo cơ sở cho những bước nhảy vọt trong kó thuật điều khiển, tự động hoá, rút ngắn khoảng chênh lệch về công nghệ của Việt Nam với các nước trong khu vực và trên thế giới 19 Chương 1 Tổng quan Dưới đây là một số máy phay phục vụ trong lónh vực học tập 190 VMC xi : Thông số kỹ thuật về máy: +... trình điều khiển - Dùng để mở File gia công G-Code hay Autocad - Thể hiện đường chạy dao khi đang gia công - Thiết lập chế độ chạy tự động hoặc tắt tự động - Điều khiển 3 trục bàn máy , Reset dao, và chiều quay của trục chính 50 Chương 3 Chương trình điều khiển 3.2 Gia công biên dạng Trước khi thực hiện một chương trình gia công nào ta cần thực hiện bật máy theo thứ tự sau: - Bật nguồn máy. .. mỗi lần chạy xong biên dạng thì ta cần phải cho an dao xuống phôi sau đó cho chạy tiếp để có được độ sau Z Kết thúc chương trình gia công bằng File DXF 56 Chương 3 Chương trình điều khiển Chương 4 KẾT LUẬN 4.1 Những vấn đề đã thực hiện được - Thiết kế lại mạch điều khiển giao tiếp với máy tính thông qua cổng COM Xây dựng các giải thuật nội suy đường thẳng, nội suy đường tròn Các giải thuật... cụ được hỗ trợ với kỹ thuật điện tử được ra đời đó là máy công cụ được điều khiển theo chương trình số máy NC (Numerical Control) Là một sự thay đổi lớn làm cho năng suất và độ chính xác trong gia công gia tăng vượt bậc Vào năm 1959 có một cuộc triển lãm máy công cụ tại Paris, triển lãm những máy NC đầu tiên của Châu Âu Vào năm 1960 các hệ điều khiển số được chế tạo tương ứng với trình độ kỹ thuật... Hình 1.14 Hình dáng của phần tử robot “Serpent” 1.3.2 Phần tử máy phay Cyber Mill 1.3.3.1 Tổng quan về máy phay CNC Trong phương pháp gia công truyền thống, khi gia công một chi tiết nào đó hầu hết các thao tác trực tiếp và bằng tay với một qui trình công nghệ phức tạp, song độ chính xác không cao Với phương thức điều khiển này sẽ gặp rất nhiều khó khăn khi gia công các chi tiết, khuôn mẫu... eo, vai , cổ tay và khuỷu tay Tay gắp sử dụng cơ cấu tác động bằng khí nén ; Robot này có hệ thống điều khiển số sử dụng những encoder phản hồi vò trí trên mỗi trục, mạch điều khiển gồm có một vi xử lí master quản lí chung toàn bộ hệ thống của robot và ba vi xử lí slave Hai vi xử lí đầu sử dụng để điều khiển các trục quay của eo , vai, cổ tay và khuỷu tay còn vi xử lí slave thứ ba thì đọc tín hiệu từ