Đồ án Thiết kế bàn máy 3D truyền động bằng vitme và thanh dẫn hướng.

Máy CNC mini TRƯỜNG CĐ KỸ THUẬT CAO THẮNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ-BM CƠ ĐIỆN TỬ Độc lập-Tự do-Hạnh phúc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: LÊ THỊ KIỀU NGA SINH VIÊN THỰC HIỆN TRẦN NGUYÊN PHẨM LÊ HỒNG KHA NGUYỄN VĂN LÂM TÊN ĐỀ TÀI : Lớp CĐ-CĐT 10B Lớp CĐ-CĐT 10B Lớp CĐ-CĐT 10B MÁY CNC MINI NỘI DUNG YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI : - - - - Cơ khí : + Thiết kế bàn máy 3D truyền động vitme dẫn hướng + Thiết kế hệ dẫn hướng cho động mang đầu khoan + Truyền động qua động bước Điện tử : + Thiết kế hệ mạnh công suất dùng L297 L298 + Dùng Pic16f887 để điều khiển vị trí bàn máy Encoder + Thiết kế mạch giao tiếp máy tính phần mền mach3 + Sử dụng phần mềm Mach3 Lập trình : + Lập trình cho Pic đếm xung Encoder điều khiển động bước + Thiết kế sản phẩm vẽ phần mềm AutoCAD + Giao tiếp phần mềm AutoCAD ArtCAM để xuất file Gcode + Dùng phần mềm Mach3 đọc file Gcode để điều khiển cấu chấp hành Mục tiêu đề tài : + Hoàn thành máy cnc trục + Thiết kế hoàn thiện mạch điều khiển cầu chấp hành mạch giap tiếp với máy tính + Am hiểu phần mềm mach3, động bước linh kiện điện tử liên quan mạch điều khiển + Nếu hoàn thành tốt thời gian phát triển sử dụng động servo để nâng cao độ xác gia công Thời gian thực : Thời gian nộp đề tài : GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang Máy CNC mini Ý kiến giáo viên hướng dẫn Giám hiệu GVHD: Lê Thị Kiều Nga Khoa khí-BM điện tử GV hướng dẫn Trang Máy CNC mini LỜI CẢM ƠN Sau ba năm học trường CĐKT Cao Thắng, chúng em học tiếp thu nhiều kiến thức từ bảo tận tình Quý Thầy Cô, giúp đỡ bạn bè Đây khoảng thời gian đầy ý nghĩa Đồ án tốt nghiệp tản quan trọng để đánh dấu bước ngoặc đời chúng em Chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành đến cô Lê Thị Kiều Nga Người hướng dẫn chúng em thực đồ án tốt nghiệp cung cấp cho chúng em nhiều kinh nghiệm quý báu Chúng em xin chân thành cám ơn quý thầy cô môn điện tử cán công nhân viên trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng tạo điều kiện thuận lợi để nhóm em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện: Trần Nguyên Phẩm Vũ Văn Lâm Lê Hồng Kha GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang Máy CNC mini LỜI NÓI ĐẦU Ngày khoa học kỹ thuật nói chung ngành kỹ thuật điện tử nói riêng phát triển có đóng góp nhiều đời sống Nắm tầm quan trọng đó, nhóm chúng em làm đề tài: thiết kế máy cnc trục điều khiển phần mềm MACH3 nhằm giúp việc gia công chi tiết khí nhanh xác Những kiến thức lực đạt trình học tập trường đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án tốt nghiệp Chúng em cố gắng tận dụng tất kiến thức học trường với tìm tòi nghiên cứu, để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp kết sản phẩm đạt ngày hôm không lớn lao thành năm học trường thành công chúng em trước trường Tuy nhóm chúng em cố gắn hết sức, không tránh khỏi sai sót, mong quý Thầy Cô thông cảm Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp tận tình quý thầy cô bạn Cuối chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô bạn GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang Máy CNC mini NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN  Giáo viên hướng dẫn GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang Máy CNC mini NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN  GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang Máy CNC mini NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN  GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang Máy CNC mini MỤC LỤC CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CNC 10 CHƯƠNG II : KỸ THUẬT GHÉP NỐI MÁY TÍNH 12 2.1 Cổng nối tiếp (serial port hay COM port) 12 2.2 Giao tiếp qua Slot card 12 2.3 Cổng song song (LPT port hay Parallel port) 13 CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG MÔ HÌNH 16 3.1 Chọn cấu dẫn động 16 3.2 Lựa chọn phương án di chuyển trục 23 CHƯƠNG IV : LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 29 4.1 L297 29 4.2 L298 30 4.3 PIC 16F887 30 4.4 74HC541 31 CHƯƠNG V : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HAI CHẾ ĐỘ: MACH3CNC VÀ ENCODER 32 CHƯƠNG VI : CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 35 6.1 Giới thiệu phần mềm mach3CNC 35 6.2 Cách xác lập thông số phần mềm mach3 35 6.3 Các chức phần mềm mach3 45 6.3.1 Chạy file code mẫu 45 6.3.2 Nhập đoạn code tay 46 6.4 Thiết kế mẫu từ file cad (*.dxf, *.dwg) xuất file G-code phần mềm ArtCAM 47 CHƯƠNG VII : KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang Máy CNC mini MỤC LỤC HÌNH ẢNH GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang Máy CNC mini CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CNC 1.1 Khái niệm: CNC ( computer numerical control ) dạng máy NC điều khiển tự động có trợ giúp máy tính , mà phận tự động lập tình để hoạt động theo kiện tiếp nối với tốc độ xác định trước để tạo mẫu vật với hình dạng kích thuốc yêu cầu 1.2 Phân loại: Các máy CNC phần chia theo loại theo hệ thống điều khiển: - Theo loại máy tương tự máy công cụ truyền thống , chia loại máy khoan CNC , máy phay CNC , máy tiện CNC…và truing tâm gia công CNC Các trung tâm CNC có khả thực gia công nhiều loại bề mặt sử dụng nhiều loại dụng cụ khác - Phân chia theo hệ điều khiển phân loại: + Các máy điều khiển điểm tới điểm + Ví dụ máy khoan, khoét, máy hàn điểm, máy đột, dập… + Các máy điều khiển đoạn thẳng : máy có khả gia công qua trình thực dịch chuyển theo trục + Các máy điều khiển đường : bao gồm máy  Máy 2D  Máy 3D  Điều khiển 2D1/2  Điều khiển 4D , 5D 1.3 Ưu điểm máy CNC: - So với máy điều khiển công cụ tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung, chương trình đưa vào máy Người điều khiển yếu theo dõi kiểm tra chức hoạt động máy - Độ xác lằm việc cao Thông thường máy CNC có độ xác máy 0.001mm đạt độ xác cao - Tốc độ cắt cao Nhờ cấu trúc khí bền máy, Những vật liệu cắt đại kim loại cứng hay gốm oxit sử dụng tốt GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 10 Máy CNC mini 6.2.2.Xác lập đơn vị đo motor tuning: Sau xuất hiệ cảnh báo, ta chọ OK Chọn đơn vị mm OK GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 41 Máy CNC mini 6.2.3.Xác lập thông số cho trục Ta vào config/motor tuning xuất bảng sau: GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 42 Máy CNC mini - Góc bên phải mục axis selection: để trọn lựa trục góc bên trái thông số cần xác lập cho trục biểu đồ thể thông số xác lập theo dạng biểu đồ - Đầu tiên lựa chọn trục X axis selection xác lập số theo hình - Step per: thông số xác định số xung cần điều khiển máy di chuyển đơn vị (mm) ô ta phải tính toán số dựa vào động bước bước tiến vitme - Động bước chạy chế độ nửa bước 0.9𝑜 / bước, có nghĩa để quay vòng động phải quay 360/0.9 = 400 bước tương đương với 400 xung điều khiển Mặt khác ta dùng vitme bước 20mm, tương ứng với 200 xung điều khiển trục X tiến 20mm từ suy số xung điều khiển để trục X tiến 1mm 400/20 = 20 xung - Velocity … : vận tốc trục X: vận tốc tính mm/s trường hợp ta để vận tốc 2000mm/s - Accleration: gia tốc trục X, tức độ tăng tốc độ để trục X đạt tốc độ lớn tốc độ xác lập velocity - Còn mục step pulse dir pulse chưa tìm hiểu - Sau điền thông số cần thiết ta click save axis setting để lưu lại ý ta không click vào biểu tượng mà ta chuyển sang trục khác thông số vừa không lưu lại mà quay trạng thái ban đầu - Tiếp đến axis selection ta chọn trục Y để cài đặt cho trục Y trục Z để cài đặt cho trục Z thông số cài đặt tương tự trục X trường hợp ta sử dụng động bước với số bước khác ta tính toán toán cho trục điền vào ô steps per - Trong phần mêm Mach có hỗ trợ phím điều khiển tay bàn phím Đó phím mũi tên sang trái sang phải (trục X), mũi tên lên xuống (trục Y), phím Page up page Down (trục Z) - Trước tiên ta click vào nút reset cho biểu tượng màu phía chuyển sang màu xanh Sau nhấn giữ phím mũi tên lên bàn phím máy tính, lúc vùng hiển thị điều khiển tọa độ ta thấy giá trị trục X bắt đầu tăng lên Đồng thời động quay Như trục X chạy GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 43 Máy CNC mini - Tiếp tục dung phím mũi tên sang trái, phải Page up, Page Down để điều khiển trục Y, Z 6.2.4.Các nút thông dụng giao diện Mach Cycle Start : nút bắt đầu chạy chương trình Khi click vào nút máy bắt đầu chạy chương trình Feed Hold (SPC): nút tạm dung chương trình Khi muốn nghỉ lúc hay muốn dung máy tạm thời ta click vào nút chương trình dừng lại muốn máy chạy tiếp click vào nút Cycle Start lúc chương trình chạy nối tiếp lệnh dang dở Stop < Alt S>: nút dừng chương trình Lựa chọn làm cho chương trình dừng lại, giống nút giữ lại ta lại cho chương trình chạy tiếp cách click vào Cycle Start chương trình bỏ đoạn dòng lệnh chạy dở để đến dòng Như có sai lệch Khi dừng nút không chạy lại - Cycle Start: nút khỏi động điều khiển ngừng điều khiển nút Cycle Start chọn ta bắt đầu điều khiển Đồng thời mạch động bắt đầu hoạt động GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 44 Máy CNC mini - - - Các nút Zero X, Zero Y, Zero Z, để đưa tọa độ máy gốc 0,0,0 Các ô bên cạnh để hiển thị đầu dao di chuyển Các ô Scale tương ứng với trục để ta xác định tỉ lệ chạy Ban đầu chạy tỉ lệ máy mặc định tỉ lệ lên Nếu muốn chạy tỉ lệ lớn ta click vào sau gõ tỉ lệ khác Enter Lúc tỉ lệ thay đổi Nút Edit G-code: để sửa mã G-code Recent File: mở file G-code chạy gần Load G-code để mở file Gcode Set next line: lực chọn dòng lệnh thứ ? file G-code Ta gõ dòng cần chạy enter Run from here: bắt đầu chạy máy từ dòng thứ ? mà ta chọn set next line Rewind Ctrl W: để quay dòng lênh file gcode Dùng trường hợp ta chạy dở mà muốn quay lại từ đầu Singal BLK Alt N: lựa chọn điều khiển cho máy chạy dòng G-code lựa chọn chức biểu tượng màu bên cạnh chuyển dần sang màu vàng Lúc ứng với lần click vào Cycle Start máy chạy hết dòng code dừng lại muốn chạy tiếp ta phải Cycle Start ta không lựa chọn chức máy chạy dòng G-code từ xuống cách liên tục Reverse Run: chức chạy ngược mã G-code ta tạm dừng chương trình Khi máy chạy ngược lại Offline: chạy mô phỏng, không truyền tín hiệu điều khiển xuống driver động Ref All Home: set góc tọa độ Khi nhấn nút này, máy set vị trí dao góc tọa độ (0,0,0) Goto Z: đưa dao góc tọa độ Máy đưa trục X Y vị trí góc tọa độ trước, Z sau Khung Feed Rate để chỉnh tốc độ ăn phôi 6.3.CÁC CHỨC NĂNG CỦA PHẦN MỀM MACH3 6.3.1.Chạy file Gcode - Trước tiên ta bấm vào nút RESET MACH3 để chuyển sang màu xanh dùng phím mũi tên, PageUp, PageDown để đưa dao gốc tọa độ phôi, sau nhấn nút Ref All Home để set gốc tọa độ cho máy - Nhập file G-code cách nhấn vào nút load G-code, tìm file G-code cần chạy, click chọn Open - Click Cycle Start để bắt đầu gia công GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 45 Máy CNC mini 6.3.2.Nhập đoạn G-code tay Để thực chức ta chaon chế độ MDI Sau ta nhập đoạn G-code vào ô Input Nhấn Enter máy chạy đoạn G-code GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 46 Máy CNC mini 6.4.THIếT KẾ MẪU TỪ FILE CAD (*.DXF, *.DWG) XUẤT RA FILE GCODE BẰNG PHẦN MỀM ARTCAM Để load file CAD vẽ, ta vào file->open, chọn “AutoCAD file (*.dxf, *.dwg)” ô file of type GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 47 Máy CNC mini Chọn file cần mở click open Thiết kế độ cao, độ sâu vùng cách click chọn vùng vào tab Model-> Shape Editor GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 48 Máy CNC mini Chọn kiểu phẳng, nhọn hay cầu nhập độ cao, sâu cần thiết kế, sau bấm Add>>Apply>>Close Kết sau thiết kế: Lập trình xuất file G-code GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 49 Máy CNC mini Bấm toolpaths Chọn “Machine Relief” (nút khoanh đỏ) Chọn selected vector, bấm vào đường bao mẫu thiết kế GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 50 Máy CNC mini GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 51 Máy CNC mini Sau chọn dao (bấm select) Xác lập kích thước phôi (setup materal), đặt tên cho toolpath cho phần mềm tính toán (bấm Now) Lưu toolpath thành file G-code Vào toolpaths menubar->save toolpath… GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 52 Máy CNC mini Chọn toolpath muốn save, bấm mũi tên để chuyển qua khung bên phải, chọn kiểu file *.nc, bấm save, phần mềm hỏi nơi lưu tên file muốn lưu, ta chọn theo ý muốn save lại GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 53 Máy CNC mini Chương VII: KẾT LUẬN 7.1.Kết đạt được: - Đã chế tạo lắp ráp hoàn chỉnh phần khí bàn máy CNC Các chuyển động tịnh tiến theo phương X, Y, Z dùng truyền vitme-thanh trượt bi, kết cấu máy gọn phù hợp với mô hình thí nghiệm, học tập giảng dạy - Thiết kế, chế tạo board mạch điệp tử giao tiếp với máy tính Driver điều khiển động bước - Ứng dụng phần mềm CAD-CAM để thiết kế xuất file G-code - Sử dụng phần mềm Mach3 đọc file G-code để điều khiển bàn máy CNC gia công sản phẩm thiết kế - Lập trình cho PIC đếm encoder, tính toán xuất xung điều khiển trục bàn máy 7.2.Kết chưa đạt được: Do vấn đề thời gian khó khăn lúc thi công dẫn đến số ý tưởng chưa hoàn thành Đó điều khiển chiều quay động bước thông qua chiều encoder, nhập tọa độ dao thông qua bàn phím ma trận chế độ điều khiển tay, mong khóa sau phát triển lên 7.3.Hướng phát triển đề tài: - Thay động bước động AC servo để sai số hơn, đạt độ xác gia công cao động servo điều kiển theo dạng vòng kín có tín hiệu phản hồi từ encoder - Cải tiến chế độ điều khiển tay thêm phím ma trận nhập tọa độ, điều khiển chiều trục chiều quay encoder GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 54 Máy CNC mini TÀI LIỆU THAM KHẢO www.thegioicnc.com www.diendandientu.com www.cnczone.com http://pminmo.com www.otocoup.com GVHD: Lê Thị Kiều Nga Trang 55