thuyết trình máy cnc 3 trục

BÀI THUYẾT TRÌNH ĐẦY ĐỦ VỀ MÁY CNC 3 TRỤCKHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐIỀU KHIỂN SỐQUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CNCTỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 3 TRỤCHỆ TỌA ĐỘ TRÊN MÁY CNC VÀ CÁC ĐIỂM CHUẨN.........

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐIỀU

KHIỂN SỐ

1 Khái niệm điều khiển

Điều khiển là phương pháp hiệu chỉnh dòng năng từ nguồn cho đến cơ cấu chấp hành hoặc qui trình công nghệ nào đó để có thể đạt được một kết quả mong muốn.

2 Phân loại hệ thống điều khiển trên máy công cụ

Người ta chia hệ thống điều khiển máy công cụ thành hai loại:

- Điều khiển theo kiểu truyền thống

- Điều khiển số

 Điều khiển theo kiểu truyền thống

Hệ thống điều khiển (HTĐK) theo kiểu này gồm điều khiển bằng cam, điều khiển theo quãng đường, điều khiển theo thời gian, điều khiển theo chu kì Nhìn chung các loại điều khiển này có chung các đặc điểm chính sau đây:

– Điều khiển máy có sự tham gia phần lớn của người vận hành

– Các thao tác của HTĐK thường khó thay đổi

 Điều khiển số

Điều khiển số NC (Numerical Control) là một hình thức tự động hoá đặc biệt Máy công cụ được lập trình để thực hiện một dãy có thứ tự các sự kiện với một tốc độ xác định trước nhằm gia công một chi tiết máy với toàn bộ những kết quả và tham số vật lí hoàn toàn có thể dự đoán được Điều này được thực hiện là nhờ các bộ vi xử lý Nó có thể tiếp nhận và chuyển đổi các dữ liệu gia công thành các tín hiệu điều khiển máy hoạt động và có thể thay đổi chức năng của nó bằng chương trình ngoài, chứ không phải chỉ thực hiện một số chức năng cố định như trước đây

QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CNC

CNC là viết tắt của cụm từ tiếng anh Computer Numerical Control, đây là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống máy tiện cơ khí được điều khiển bằng máy tính bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng kí hiệu chuyên biệt thường gọi là mã G CNC được phát triển cuối thập niêm 1940 đầu thập niên

1950 ở phòng thí nghiệm Servomechanism của trư.ờng MIT

2 Thực trạng ứng dụng máy CNC ở Việt Nam

Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là rất xa lạ và ít người biết đến nó

Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với nước ngoài

như dự án “ Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển và chếtạo khuôn mẫu ” Lúc đó các công

nghệ CNC như: máy phay CNC, máy tiện CNC,đo lường CNC, lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên

doanh với ngoài Và Hiện nay công nghệ này được ứng dụng rất phổ biến vì tính hiệu quả kinh tế cao mà nó đem lại

3. Lợi ích, hạn chế và ứng dụng của máy cnc

– Gía thành chế tạo máy cao, cũng như mua máy đắt

– Gía thành bảo dưỡng, bảo trì, sửa chữa cũng đắt hơn

– Vận hành máy phức tạp

 Ứng dụng

– Máy gia công cắt gọt kim loại

– Máy gia công bằng tia laser

– Máy mài và một số máy công cụ khác

TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 3 TRỤC

1 Cấu tạo chuyển động chung của máy cnc 3 trục.

2 Sơ đồ hệ thống điều khiển máy CNC

CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN

Như ta đã biết, các máy CNC khác nhau có thể gia công được các bề mặt khác nhau do sự chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết cần gia công như: các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình…

Do đó các dạng điều khiển của máy chia thành 3 loại sau:

− Điều khiển theo điểm

− Điều khiển theo đường

− Điều khiển theo biên dạng ( Contour )

1 Điều khiển theo điểm

Được dùng để gia công các lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa, và cắt ren lỗ Trong quá trình gia công, chi tiết được cố định trên bàn máy còn dụng cụ thực hiện việc chạy dao nhanh đến vị trí đã được lập trình.Trong khi dịch chuyển nhanh dao cụ không thực hiện việc cắt gọt Chỉ khi nào đạt được toạ độ theo yêu cầu thì nó mới bắt đầu thực hiện các chuyển động cắt gọt

2 Điều khiển theo đường thẳng

Là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cắt được thực hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó

3 Điều khiển theo biên dạng

Là dạng điều khiển cho phép thực hiện chạy dao nhiều trục cùng một lúc, nghĩa là nó có thể gia công một đường cong bất kì trên mặt phẳng hay trong không gian

Điều khiển theo đường Điều khiển theo biên dạng

HỆ TỌA ĐỘ TRÊN MÁY CNC VÀ CÁC ĐIỂM CHUẨN

1 Hệ tọa độ trên máy CNC

Để xác định vị trí tương quan hình học trong vùng làm việc của máy, trong phạm vi chi tiết gia công một cách rõ ràng thì cần thiết phải gắn nó vào một hệ toạ độ nào đó

Thông thường trên các máy CNC người ta thường sử dụng hệ toạ độ Đề Các Oxyz

Cách xác định các trục theo qui tắc bàn tay phải và nó luôn được gắn vào chi tiết gia công

2 Điểm gốc của máy

Quá trình gia công trên máy được thiết lập bằng một chương trình biểu diễn mối quan hệ giữa dao và chi tiết Do vậy để đảm bảo độ chính xác gia công thì các chuyển các chuyển động của dao phải được so sánh với điểm gốc của máy M

Điểm M là điểm giới hạn

vùng làm việc của máy, nó được

các nhà chế tạo quy định

3 Điểm chuẩn của máy R (MachineReference Point)

Là điểm mà tọa độ của nó so với điểm gốc của máy M là không thay đổi và cũng do các nhà chế tạo quy định

4 Điểm zero của phôi W (Workpiece Zero Point)

Là gốc toạ độ của chi tiết và nó phụ thuộc vào người lập trình

5 Điểm gốc của chương trình P (Programmed)

Điểm gốc của chương trình thực tế là điểm P của dụng cắt

khi chọn điểm P phải thuận tiện cho việc thay dao (không làm ảnhhưởng đến chi tiết và đồ gá)

THUẬT TOÁN NỘI SUY

Nội suy đường thẳng

Nội suy cung tròn

Nội suy xoắn ốc

Nội suy bậc 3

LẬP TRÌNH CHO MÁY CNC

Một máy phay thông thường thực hiện các nguyên công kế tiếp nhau do người vận hành điều khiển bằng tay Còn trên máy phay CNC thì mọi quá trình gia côngđược thực hiện một cách tự động, nhờ hệ thống điều khiển theo chương trình số điều khiển và theo dõi

Một chương trình CNC phải đảm bảo 2 thông tin cần thiết là thông tin hình học và thông tin công nghệ Ngoài ra, nó phải được viết bằng loại ngôn ngữ lập

trình mà máy có thể hiểu được

2. Thông số công nghệ

 Tốc độ chạy dao F

 Số vòng quay trục chính S

Một chương trình được thiết lập để gia công một chi tiết gọi là chương trình chi tiết Nó bao gồm nhiều từ lệnh và các từ lệnh này nằm trong các câu lệnh

Ví dụ: Cho biên dạng gia công trên máy CNC như hình trên :

G01: Nội suy tuyến tính

G02: Nội suy phi tuyến tính theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.S400: Tốc độ quay của trục chính là 400 v/ph

 Các kí tự địa chỉ và những dấu hiệu đặt biệt

CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN

Xuất phát từ yêu cầu về tính linh hoạt và mức độ tự động hoá cao của tất cảcác thiết bị gia công, dẫn tới bước nhảy vọt trong việc ứng dụng các hệ điều khiển CNC trong các phân xưởng, xí nghiệp sản xuất và chế tạo Sự phát triển đó tác động rất lớn đến khả năng thiết lập các chương trình CNC.

Tuỳ theo đặc tính và khả năng làm việc của từng máy CNC mà chúng ta có thể Lựa chọn phương pháp lập trình thích hợp nhất.

• Lập trình trực tiếp trên máy CNC

• Lập trình bằng tay

• Lập trình với sự trợ giúp của máy tính

CÁC PHƯƠNG ÁN CHO MÔ HÌNH MÁY CNC 3 TRỤC

Trong phương án này, đầu

máy thực hiện chuyển động chạy

dao theo phương Z

( Trục chính dịch chuyển theo phương Z )

Chuyển động chạy dao theo cả hai phuơng X,Y được thực hiện bởi hai động cơ riêng lẽ

Ưu diểm điểm của phương án 1

• Phương án này cần không gian đặt máy nhỏ

 Phương án 2

Trong phương án này, bàn máy đứng yên, đầu máy thực hiện chuyển động chạy dao theo phương X, Y, Z nhờ các động cơ riêng lẽ Đây còn gọi là máy phay kiểu Router

Ưu điểm của phương án 2

• Với máy có cùng kích thước, phương án này cần không gian đặt máy nhỏ

• Động cơ chạy dao theo các phương có công suất nhỏ, không bị ảnh hưởng bởi trọng lượng vật gia công

Nhược điểm

• Độ cứng vững của máy không cao

• Khó mở rộng phạm vi hoạt động của bàn máy

• Chế tạo cơ cấu máy khó khăn

THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ

1. Kết cấu chung của bàn máy.

1.1 Bàn máy

Có khả năng chuyển động theo 2 phương X và Y trong mặt phẳng OXY Bàn máy có các rãnh chữ T để lắp đồ gá, cho phép gá chi tiết lên để gia công

Bộ phận truyền dẫn (vit me) và thanh trượt.

1.2 Trục chính

Bao gồm động cơ trục chính, được gá vào bàn máy nhờ mối ghép bulông Chuyển động tịnh tiến theo phương Z, phương thẳng đứng có độ cứng vững cao

1.3 Các bộ phận khác

Khối điều khiển và hiển thị

Bộ phận chứa dụng cụ.

Bàn xoay dao.

2 Độ cứng vững và giá thành của máy CNC.

Độ cứng vững cửa máy phụ thuộc vào vật liệu của bàn máy, đế máy và bộ phận dẫn

hướng( thanh trượt) trong máy Độ cứng vững của máy ảnh hướng rất lớn đến hất luợng của chi tiết được gia công trên máy

Thanh trượt tròn không đế Thanh trượt tròn có đế.

– Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, không cần mạch phản hồi.

– Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC.

 Nhược điểm:

– Giá thành cao, momen xoắn nhỏ.

THIẾT KẾ PHẦN MẠCH ĐIỆN TỬ

1.2 Phân loại.

Động cơ bước có thể được phân loại dựa theo cấu trúc hoặc cách quấn các cuộn dây trên stator.

 Dựa theo cấu trúc rotor, động cơ bước được chia thành 3 loại:

 Động cơ bước từ trở biến thiên.

 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu.

Động cơ bước lai.

 Dựa theo cấu trúc rotor, động cơ bước được chia làm 3 loại:

 Động cơ bước từ trở biến thiên

 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu

 Động cơ bước lai

THIẾT KẾ PHẦN MẠCH ĐIỆN TỬ

 Dựa theo cách quấn dây trên rotor động cơ bước chia làm 2 loại:

 Động cơ bước lưỡng cực

 Động cơ bước đơn cực

0- Nguồn 5v để mạch hoạt động được tạo ra từ nguồn 12V bên ngoài cung cấp vào để hạn chế tăng dòng qua main,có thể gây hỏng MAIN máy tính.

 Trên board được thiết kế 4 ngõ ra, trong đó 2 ngõ ra OUT1, OUT2 jum để chọn giữa chế độ TTL hay ngõ ra relay.

THIẾT KẾ PHẦN MẠCH ĐIỆN TỬ

Cấu tạo nguồn của board đệm BOB

Sơ đồ board đệm BOB

4 Mạch driver điều khiển động cơ bước.

 Giới thiệu chung về mạch driver.

 Ta sử dụng MOSFET IRFZ44 để điều khiển cấp điện cho các cuộn dây của động cơ bước vì MOSFET có khả năng chịu dòng cao, thời gian đóng mở.

 Để kích FET mở tối đa,giảm nhiệt độ của FET khi hoạt động,ta sử dụng mạch BJT đẩy kéo.

 IC L297 được sử dụng để điểu khiển trật tự đóng mở của các khóa FET nhằm điều khiển động cơ hoạt động

ở các chế độ khác nhau như bước,vi bước…

THIẾT KẾ PHẦN MẠCH ĐIỆN TỬ

 Để đảm bảo an toàn cho phần mạch điều khiển phía trước,ta sử dụng opto cách ly giữa ngõ ra IC L297 với mạch kích MOSFET.

THIẾT KẾ PHẦN MẠCH ĐIỆN TỬ

 Nguyên lý làm việc chung.

 IC l297 có chức năng nhận xung, và hướng.Từ đó IC lần lượt xuất tín hiệu điều khiển ra các chân A, B, C,

D theo một trật tự nhất định.Các tín hiệu điều khiển này được đưa vào chân B của BJT C1815, khi có tín hiệu mức cao, C1815 mở, có dòng đi qua led phát của opto,đồng thời cũng có dòng đi quá led báo hiệu làm led này sáng lên.

 Khi đó, phần thu của opto cũng thông mạch, có áp kích vào cực B của cặp bjt đẩy kéo,kích cho C1815 mở, đặt áp kích vào chân G của FET, làm FET này mở.

THIẾT KẾ PHẦN MẠCH ĐIỆN TỬ

 Cuộn dây tương ứng của step moter được nối duống mass,có dòng đổ từ cực dương qua cuộn dây,về mas,có

từ trường trong cuộn dây.

THIẾT KẾ PHẦN MẠCH ĐIỆN TỬ

 IC L297.

L297 là IC điều khiến động cơ bước thường dùng trong các ứng dụng điều khiển điện tử Nó có chức năng tạo ra 4 pha tín hiệu điều khiển tương ứng với 2 pha của động cơ bước lưỡng cực hoặc 4 pha của động cơ bước đơn cực.

Chức năng của các chân.

Chân Tên Chức năng

Chân này tích cực mức thấp, điều khiển hai phase A,B đế bảo vệ dòng xả ngược cuộn dây.

Còn khi chân CONTROL mức thấp, chân này được sử dụng để ốn định dòng tải động cơ.

6 B Tín hiệu phase B của mô-tơ

7 C Tín hiệu phase c của mô-tơ

8 INH2 Chức năng giống chân ĨNH2 Điều khiên phase c, D.

9 D Tín hiệu phase D của mô-tơ

10 ENABLE

Chân cho phcp hoạt động (enable) Khi chân này ở mức thấp, chân ngõ ra phase A, B, c, D, INH1, INH2 bị kéo xuống mức thấp.

11

CONTROL

Chân điều khiển hoạt động CHOPPER.

Khi chân này ở mức thấp, hoạt động CHOPPER thông qua 2 chân INH1, ĨNH2 Khi chân này mức cao, hoạt động CHOPPER thông qua các phase A,B,C,D.