THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC MINI

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

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

TÀI:

ĐỀ THIÊT KÊ VA CHÊ TAO MAY PHAY CNC MINÍ ́ ̀ ́ ̣ ́

`

CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY PHAY CNC MINI

Tốc độ quay của trục chính: Smax= 1500 (vg/ph)

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

MỤC LỤC

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC MINI 1 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY PHAY CNC MINI 2

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

MỤC LỤC 2

LỜI NÓI ĐẦU 5

LỜI CẢM ƠN 6

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN 7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CNC 8

CHƯƠNG I 9

TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 9

I.Tổng quan về máy CNC 9

1 Khái niệm máy CNC 9

4.Nguyên lí gia công 13

II.Kết cấu chung của máy CNC 14

1 Nguyên tắc cấu trúc của máy CNC .14

2 Kết cấu cơ khí của máy phay CNC 16

III.Mạch giao tiếp trong máy CNC 28

1.Mạch giao tiếp là gì? 29

2.Vị trí của mạch giao tiếp trong kết cấu của máy CNC 30

CHƯƠNG II 34

GIAO TIẾP MÁY TÍNH 34

I.Tổng quan 34

II Chuẩn Giao Tiếp 34

1 Chuẩn RS 232 35

2.Chuẩn RS 485 36

3.Chuẩn USB 37

III Chuẩn LPT 38

1 Giới thiệu về cổng LPT 38

2 Cấu trúc cổng LPT( cổng song song) 39

CHƯƠNG III 43

THIẾT KẾ MẠCH GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH DÙNG TRONG MÁY CNC 43

I Mạch giao tiếp đơn giản 43

II Mạch giao tiếp dùng cách ly quang 50

1 Cách ly quang pc817 50

2 Mạch giao tiếp dùng pc817 51

3 Mạch giao tiếp dùng PC817, IC 7404 đệm 59

KẾT LUẬN 71

PHỤ LỤC 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

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

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

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

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

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

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 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.

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

H1.2-Máy tiện CNC

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 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.

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.

2.Cấu tạo

Gồm hai phần: phần thân và Auto Bar (H1.4)

H1.4-Cấu tạo máy CNC

Phần Autobar dùng để chứa phôi và đẩy phôi lên bằng hệ thống khí Khi hết phôi, hoặc kẹt phôi nếu bạn không xử lí, đèn Autobar sẽ báo hiệu Nếu hệ thống khí không hoạt động, Autobar lập tức ngừng hoạt động Khi thao tác với máy, bạn phải hết sức chú ý đến AutoBar, phải chắc chắn rằng 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 an toàn, phải đảm bảo nắp đậy trước khi xả dầu cắt.

- Bảng cảnh báo: Hình ảnh trên bảng cảnh báo trong trường hợp này nhắc bạn rằng nếu bạn không đóng nắp đậy, có thể có những vật bay từ buồng làm việc ra và trúng vào người bạn.

- Ống phun dầu: phun dầu cắt giữa nơi tiếp xúc giữa phôi và lưỡi dao để quá trình gia công có thể diễn ra Dầu cắt có 2 tác dụng: Giảm độ mài mòn của lưỡi dao, và làm mát.

- Các ụ dao: chứa các holder.

- Ống đỡ phôi: ngậm phôi thông qua bush.

-MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

- Bảng điều khiển: Gồm các nút bấm để điều khiển máy.

- Băng truyền: khi băng truyền chạy, nó nhặt chip dụng rơi xuống và vận chuyển ra ngoài Chip là những mảnh dụng rơi ra khi dao gia công trên thanh phôi.

độ như sau:

H1.7-Hệ tọa độ gia công

Thông thường, quá trình gia công

được tiến hành bằng một trong 2

cách sau:

- Phôi quay và tịnh tiến theo

trục z, dao tịnh tiến theo

trục z hoặc trục x hoặc trục

y.

- Dao quay (thường là

drill_khoan), phôi tịnh tiến

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 xử lý cao dung lượng bộ nhớ lớn do đó có thể lưu trong bộ nhớ nhiều chương trình gia công đồng thời Căn cứ vào bản vẽ chế tạo của chi tiết mà ta lập được các chương trình gia công cho máy thông qua các câu lệnh

Từ các câu lệnh đã được lập bộ phận nội suy của máy sẽ thiết lập được đường dịch chuyển của dụng cụ cắt Có nhiều cách để lập chương trình cho máy CNC:

Lập trình bên ngoài máy (offline): các chương trình được lập sẵn bên ngoài

sau đó được 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 áp dụng cho những chi tiết gia công đơn giản

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

H1.8- Hộp điều khiển

* Bộ phận điều khiển: Từ chương trình gia công được đưa vào máy bộ nội suy của máy sẽ tính toán ra các đường đi của dụng cụ Bộ phận điều khiển sẽ phát ra các lệnh điều khiển các thông số của quá trình gia công cũng như các quá trình phụ trợ ( điều khiển tốc độ quay của từng động cơ servo ứng với từng trục X,Y,Z, đóng hoặc mở dung dịch trơn lạnh, thay đổi dụng cụ cắt) Trong máy gia công điều khiển theo chương trình số, quãng đường chạy của các dụng cụ hoặc của chi tiết đã được cho trước mét cách chính xác thông qua các chỉ dẫn điều khiển trong chương trình

NC Tùy theo dạng của các chuyển động giữa điểm đầu và điểm cuối của quãng đường chạy này mà người ta chia thành 3 dạng điều khiển:

- Điều khiển theo điểm

- Điều khiển theo đường

- Điều khiển theo đường viền (contour)

điều khiển dạng điểm cho phép tạo ra các đường chạy song song với các trục tọa

độ, trong khi chạy dao cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt gia công Trong điều kiện điều khiển mở rộng 2 trục của máy chuyển động với tốc độ như nhau đồng thời ta

có thể gia công bề mặt côn 45

* Bộ phận liên hệ ngược ( bộ phận phản hồi) và bộ phận đo lường: Để chính xác cần có hệ thống đo đảm bảo độ chính xác Để biết được khoảng dịch chuyển của bàn trượt máy và góc quay của bàn quay, người ta sử dụng cảm biến đo gia số,

bộ mã góc và xenxin Vị trí bàn máy thường không đo trực tiếp qua hệ thống đo trên các sống trượt của thân máy mà đo gián tiếp qua việc đo góc tại các cơ cấu chuyển động Cảm biến đo dịch chuyển là thươc đo có khắc vạch, các tấm khắc vạch không tiếp xúc qua ánh sáng hoặc từ tính Khi đo theo phương pháp ánh sáng

đi qua người ta thường dùng thước vạch bằng thủy tinh có các vạch không cho ánh sáng đi qua và các khe hở cho ánh sáng đi qua Thiết bị quét gồm một nguồn sáng mạnh, một tấm quét và một hệ thống đánh giá điện tử Các tấm quét giống như một cái thước có khắc vạch không cho ánh sáng đi qua và khe hở cho ánh sáng đi qua Khi các khe hở của thước và của các tấm quét đứng đối diện mét cách chính xác, ánh sáng từ nguồn sáng có thể đến được các đi-ốt quang điện rất nhạy cảm với ánh sáng và được đnáh giá bằng điện tử Tín hiệu sáng, tối 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 quá trình cắt gọt Vì vậy kết cấu của thân máy phải đảm bảo chống được rung động trong quá trình gia công Thân máy bao gồm các bộ phận sau:

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

H 1.10 - Trục X

1 - Khung ( Phải đảm bảo cứng vững)

2 - Cụm đường hướng

3 - Đường dẫn hướng trục Y

2.2.3 Bộ phận trục Z

Nhiệm vụ : Có tác dụng đỡ toàn bộ phần cụm trục chính để cụm trục chính thực hiện chuyển động lên xuống tạo ra chiều sâu cắt Thực hiện chuyển động này nhờ trục vít me đai ốc bi, dẫn động nhờ động cơ bước hoặc động cơ servo Kết cấu trục

Z như sau:

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

H 1.11- Trục Z

1 - Khung

2 - Gân tăng cứng

2.2.4 Bộ phận trục Y

Nhiệm vụ: Thực hiện chuyển động vuông góc với trục X Chuyển động trên đường dẫn hướng của trục X Thực hiện chuyển động này nhờ trục vít me đai ốc bi, dẫn động nhờ động cơ bước hoặc động cơ servo Kết cấu trục Y như sau:

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

H1.13- Đầu máy

1 - Khung

2 - Xy lanh khí nén

3 – Trục chính

4 – Động cơ điện

5 – Puly dẫn động

6 - Đai truyền

2.2.6 Bộ phận xylanh khí nén

Nhiệm vụ: Thực hiện nhiệm

vụ thay dao nhanh Kết cấu đơn giản của nó

như sau:

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

H 1.15- Vít me đai ốc bi dẫn động trục X và Y

1 - Vòng bi

2 - Vòng đỡ

3 - Đai ốc bi

6 - Cơ cấu giữ ổ bi

7- Bộ phận khớp nối

8 - Động cơ Servo

Bộ phận trục vít me đai ốc bi để dẫn động trục Z có kết cấu tương tự như trục vít me đai ốc bi dung để dẫn động trục X và trục Y Chỉ khác nhau ở bộ phận truyền chuyển động từ động cơ sang trục vít Kết cấu như sau:

H1.16-Vít me đai ốc bi dẫn động trục Z

7 - Cơ cấu nối trục

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

2.2.8.Bộ phận làm sạch phoi

Nhiệm vụ: Bộ phận này có tác dụng làm sạch phoi sau mỗi quá trình gia công Công việc này được thực hiện nhờ hai trục vít có đương kính lớn, được điều khiển bằng động cơ quay với tốc độ chậm Trong quá trình đẩy phoi có sự tham gia của dung dịch trơn lạnh Kết cấu như sau:

7 - Động cơ

2.2.9.Bộ phận bể chứa dung dịch trơn lạnh

Nhiệm vụ: Bộ phận này có tác dụng chứa dung dịch trơn nguội để tưới vào vùng cắt Kết cấu của bộ phận này như sau:

H1.18- Bể chứa dung dịch trơn lạnh

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

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

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) Công nhân căn cứ vào phiếu nguyên công

để cắtgọt chi tiết nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra Trong trường hợp như vậy năng suất và chất lượng sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề của công

nhân Mặc dù còn nhiều hạn chế so với máy NC và CNC nhưng các máy công cụ

thông thường hiện nay vẫn còn được sử dụng rất rộng rãi với lý do là giá thành thấp

và thuận tiện cho công việc sửa chữa và còn phù hợp với nền sản xuất vẫn còn đang

ở giai đoạn phát triển

Đối với các máy công cụ NC thì việc điều khiển các chức năng của máy được quyết định bằng các chương trình đã lập sẵn Các máy công cụ NC rất thích hợp với

dạng sản xuất hàng loạt nhỏ và trung bình

Hệ thống điều khiển của máy NC là mạch điện tử Thông tin vào chứa trên băng

từ hoặc băng đục lỗ, thực hiện chức năng theo từng khối, khi khối 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 Các chương trình gia công được đọc 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 đến để gia công trên máy CNC, cần phải có một bộ phận để tương tác giữa máy tính và máy CNC, ta gọi

đó là Mạch giao tiếp.

các công tắc hành trình, nút dừng khẩn cấp…

Phạm vi ứng dụng: nên dùng mạch này với các driver chính hãng, các driver tự làm thì nguy cơ gặp sự cố với máy tính là khá cao nên cẩn thận trước khi dùng Các driver tự làm nên dùng mạch Giao tiếp có cách ly

H1.19-Breakout Board (Mạch giao tiếp)

Hệ thống trong hình H2.1 bao gồm một máy tính với phần mềm NC điều khiển

và các động cơ ổ đĩa Hộp điều khiển bao gồm nguồn điện( không hiển thị), mạch giao tiếp và trình điều khiển động cơ

Trên thực tế thì máy tính hoàn toàn có khả năng kết nối trực tiếp đến các trình điều khiển, nhưng nếu làm như vậy thì nguy cơ rủi ro, hỏng hóc là khá cao Bởi vậy chúng ta nên sử dụng đến mạch giao tiếp để có thể đảm bảo an toàn cho máy làm việc

2.Vị trí của mạch giao tiếp 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)

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

- Hệ thống truyền động (drive system)

- Máy công cụ (machine tool)

- Hệ thống phản hồi (feedback system)

Lưu ý: Đối với máy gia công CNC, chương trình gia công, thiết bị đọc chương trình và bộ xử lý dữ liệu (DPU) đều được thực hiện bởi máy tính.

H1.21-Sơ đồ khối hệ thống điều khiển theo chương trình số

*Nguyên tắc điều khiển:

Chương trình gia công bao gồm các chỉ thị được mã hoá để điều khiển quá trình gia công chi tiết, hệ điều khiển chuyển đổi các chỉ thị này thành tín hiệu điện kích hoạt các chức năng hoạt động của máy

Hệ điều khiển máy thực hiện chức năng đọc và biên dịch mã lệnh và sau đó xuất các tín hiệu điện tương ứng truyền tới bộ khuếch đại servo để điều hành có cấu servo (động cơ điện hoặc động cơ thuỷ lực) của hệ thống truyền động Thiết bị phản hồi như các cảm biến vị trí, chiều, tốc độ dịch chuyển và phản hồi các tín hiệu này về hệ điều khiển máy Hệ điều khiển máy so sánh các tín hiệu này với tín hiệu tham chiếu cho trước bởi các mã lệnh điều khiển và xuất các tín hiệu điều chỉnh (sai lệch) tới bộ khuếch đại servo cho tới khi đạt đại lượng yêu cầu

Hệ MCU gồm hai phần: hệ xử lý dữ liệu (Data Processing Unit - DPU) và mạch

điều khiển (Control Loop Unit - CLU)

• DPU thực hiện các chức năng:

- Đọc mã lệnh từ thiết bị nhập

- Xử lý mã lệnh hay giải mã

- Truyền dữ liệu vị trí, tốc độ và các chức năng phụ trợ tới CLU

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

• CLU thực hiện các chức năng:

- Nội suy chuyển động trên cơ sở các tín hiệu nhận từ DPU và xuất các tín hiệu điều khiển

- Truyền tín hiệu điều khiển tới mạch khuếch đại của hệ truyền động

- Nhận tín hiệu phản hồi về vị trí và tốc độ

- Điều khiển các thiết bị phụ trợ

Hệ thống truyền động thông thường bao gồm bộ khuếch đại servo, cơ cấu servo,

bộ truyền đai răng, đai ốc-vít me bi và bàn trượt Hệ thống này quyết định độ chính xác, công suất của máy

*Nhập dữ liệu vào bộ nhớ máy:

- bàn phím

- các phương tiện đọc khác như đĩa, băng…

- trao đổi dữ liệu với các thiết bị lưu trữu bên ngoài

Mạch giao tiếp dung để kết nối giữa máy tính PC và mạch điều khiển động cơ, các công tắc hành trình, nút dừng khẩn cấp… Vì vậy từ hình (H1.20), ta có thể xác định được vịt trí của mạch giao tiếp sẽ nằm ở bộ phận đọc chương trình (program input device) Ngoài mạch giao tiếp, trong bộ phận đọc chương trình còn có mạch drive điêu khiển động cơ bước, điều khiển động cơ trục chính

H1.22-Sơ

lược hệ

thống điều

khiển

CHƯƠNG II GIAO TIẾP MÁY TÍNH

I.Tổng quan

Máy tính cùng với sự phát triển của kỹ thuật ghép nối với máy tính đã mở rộng đáng kể các lĩnh lực ứng dụng của máy tính, đặc biệt trong đo lường và điều khiển Chính vì vậy, nhiều người sử dụng máy tính quan tâm đến chủ đề này

Khi một máy tính được xuất xưởng hoặc bày bán ở cửa hàng thì cả nhà sản xuất, ngườibán cũng như người tiêu dùng đều ngầm hiểu đây chưa phải là một hệ thống hoàn chỉnh,càng không phải là một hệ thống khép kín Tùy theo yêu cầu sử dụng, người dùng có thể nâng cấp, mở rộng cấu hình bằng cách ghép nối thêm các Card mở rộng hoặc các thiết bị ngoại vi như modem, máy in… Các nhà sản xuất đã

dự trữ sẵn các rãnh cắm mở rộng trên bản mạch chính, các cổng ghép nối : song song (LPT), nối tiếp (COM) Đây chính là những vị trí mà kỹ thuật ghép nối máy tính có thể tác động vào

Để ghép nối với máy tính ta có hai phương pháp:

- Ghép nối qua cổng song song

- Ghép nối qua cổng nối tiếp

Điểm khác biệt duy nhất giữa giao tiếp nối tiếp với giao tiếp song song là chuẩn này chỉ truyền một bit trong một khoảng thời gian, trong khi giao tiếp song song truyền nhiều bit trong một khoảng thời gian Sự khác biệt này khiến cho giao tiếp song song thường nhanh hơn giao tiếp nối tiếp

Tuy nhiên, không phải thực tế trên đều đúng trong mọi trường hợp Giao tiếp nối tiếp cũng có thể nhanh hơn giao tiếp song song nếu các bit được chuyển đi với tốc độ nhanh hơn Chẳng hạn, cổng SATA có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu lên tới 150Mbps, trong khi cổng IDE truyền thống chỉ dừng ở mức 133Mbps

Mỗi khả năng đều có những ưu nhược điểm riêng cho nên cho đến nay vẫn cùng tồn tại, tùy theo hoàn cảnh cụ thể mà cân nhắc nên sử dụng cổng nào cho thích hợp

II Chuẩn Giao Tiếp

Các chuẩn sử dụng để giao tiếp với máy tính là: RS232, RS 485,USB,LPT.

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

1 Chuẩn RS 232

Để các thiết bị thu phát có thể làm việc có hiệu quả và không gặp rắc rối khi làm

việc phối hợp, từ lâu người ta đã đặt ra các tiêu chuẩn cho các cổng vào/ra tín hiệu tuần tự trong các thiết bị số Đó là tiêu chuẩn RS-232, với các giắc cắm chữ D dao động từ 4 đến 37 chân (4, 9, 15, 37 chân)

RS-232 (tương ứng với chuẩn châu Âu là CCITT V.24) được dùng chủ yếu trong việc

giao tiếp điểm - điểm giữa hai thiết bị đầu cuối (DTE), ví dụ giữa hai máy tính, giữa máy tính và máy in, hoặc giữa DT và một DCE- thiết bị giao tiếp dữ liệu, ví

dụ giữa một máy tính và môđem

Ngày nay, RS232 là chuẩn giao diện I/O được sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, do chuẩn này ra đời đã lâu, trước khi có họ vi điện tử TTL, vì vậy các mức điện áp vào/ra của nó không tương thích với TTL RS –232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn

độ 19,2 kBd (chiều dài cho phép 30 – 50 m)

Chế độ làm việc của hệ thống RS 232 là hai chiều toàn phần (full-duplex), tức

là hai thiết bị tham gia có thể thu và phát cùng một lúc Như vậy việc thực hiện truyền thong cần tối thiểu 3 dây dẫn - tring đó hai dây tín hiệu nối chéo với các đầu thu phát của hai trạm và một dây đất Với cấu hình tối thiểu này, việc đảm bảo độ

an toàn truyền dẫn thuộc về trách nhiệm của phần mềm RS –232 có một ưu điểm

là có thể sử dụng công suấtphát tương đối thấp, nhờ trở kháng đầu vào hạn chế

MAX232 để chuyển mức logic TTL sang mức điện áp của RS232 và ngược lại Nhìn chung, các chip IC MAX232 được dùng để điều khiển đường truyền Kết nối RS232 với MAX232.

Hình 2.1 Sơ

đồ bố trí chân của RS232 dạng 25 chân

Để phân biệt, người ta sử dụng ký hiệu DB 25P để chỉ đầu đực (Plug- cắm vào)

và DB 25S để chỉ đầu cái (Socket- ổ cắm)

Không phải tất các chân của DB 25 đều được sử dụng, do đó IBM đưa ra phiên bản chuẩn vào/ra nối tiếp chỉ sử dụng có 9 chân gọi là DB 9

Sử dụng chuẩn RS232 có tác dụng là có thể truyền dữ liệu đi được xa, phương thức lập trình truyền dữ liệu qua chuẩn này cũng đơn giản, không phức tạp, do đó

nó được sử dụng nhiều

Nhưng bên cạnh nó cũng có những nhược điểm là : Tốc độ truyền của nó so với cổng song song là chậm hơn, dễ bị nhiễu và kết nối phần cứng phực tạp do phải them MAX232

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí chân của RS232 9 chân

2.Chuẩn RS 485

Hiện nay, để truyền tín hiệu đi xa hơn và nối với nhiều thiết bị đầu cuối hơn,

người ta dùng chuẩn RS-485 tương tự RS232 nhưng có mức điện áp tín hiệu cao

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

hơn để sử dụng chuẩn này, người ta có các bộ chuyển đổi tín hiệu chuẩn từ RS-232 thành tín hiệu chuẩn RS-485

Ngưỡng giới hạn điện áp qui định cho RS – 485 được nới rộng ra khoảng –7V đến 12V, và trở kháng đầu vào cũng được tăng lên Ngoài khả năng giống như RS –232, RS-485 còn có khả năng ghép nối nhiều điểm , vì thế được dùng phổ biến trong các hệ thống bus Cụ thể, 32 trạm có thể ghép nối, được định địa chỉ và giao tiếp đồng thời trong một đoạn RS-485 mà không cần bộ lặp

Để đạt được điều này, trong một thời điểm chỉ một trạm được phép kiểm soát đường dẫn và phát tín hiệu, vì thế một bộ kích thích đều phải đưa về trangh thái trở kháng cao mỗi khi rỗi, tạo điều kiện cho các bộ kích thích ở các trạm khác tham gia Chế độ này được gọi là tri-state một số vi mạch RS-485 tự động xử lý tình huống này, trong nhiều trường hợp kác việc đó thuộc về trách nhiệm của phần mềm điều khiển truyền

Trong mạch của bộ kích thích RS-485 có một tín hiệu đầu vào “ Enable” được dùng cho mục đích chuyển bộ kích thích về trạng thái phát tín hiệu hoặc tri-state Mặc dù phạm vi làm việc tối đa từ – 6V đến 6V trong trường hợp hở mạch RS-485 cho phép nối 32 trạm, ứng với 32 bộ thu phát hoặc nhiều hơn, tuỳ theo cách chọn tải cho từng thiết bị thành viên Giới hạn này xuất phát từ đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền tải nhiều điểm Các trạm được mắc song song vì thế việc tăng số trạm

sẽ làm suy giảm tín hiệu vượt quá mức cho phép

Tốc độ truyền tải và chiều dài dây dẫn:

RS-485 cho phép khoảng cách tối đa giữ trạm đầu và trạm cuối trong một đoạn mạng là 1200m, không phụ thuộc vào số trạm tham gia Tốc độ truyền dẫn có thể lên đến 10 Mbit/s, một số hệ thống gần đây có thể lên đến tốc độ 12 Mbit/s Tuy nhiên có sự trao đổi giữa tốc độ truyền dẫn tối đa và độ dài dây dẫn cho phép, tức là một mạng dài 1200m không thể làm việc với tốc độ 10Mbd Quan hệ giữa chúng phụ thuộc rất nhiều vào việc đánh giá chất lượng tín hiệu.

3.Chuẩn USB

USB dụng để hỗ trợ trao đổi dữ 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