ĐỀ cương sơ bộ gửi thầy huỳnh2 1

MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 1.1 Máy CNC 1.2 Tình hình phát triển máy CNC giới .6 1.3 Tình hình phát triển máy CNC việt nam 1.4 Ứng dụng máy CNC 1.5 Nhu cầu dạy đào tạo Trường 1.6 Nội dung nhiệm vụ đề tài 1.7 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài .9 1.7.1 Ý nghĩa khoa học .9 1.7.2 Ý nghĩa thực tiễn .9 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG CỤ SỬ DỤNG 2.1 Đối tượng nghiên cứu: 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm .11 2.3 Phương tiện nghiên cứu 11 2.3.1 Phần Mềm 12 2.3.1.1 Altium Design 12 2.3.1.2 PROTEUS 15 2.3.1.3 CodeVisionAVR .15 2.3.1.4 SolidWork 16 2.3.2 Dụng cụ 16 2.3.2.1 Máy tính .16 2.3.2.2 Đồng hồ vạn .16 2.4 Công cụ điều khiển máy CNC 16 CHƯƠNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC MINI 17 3.1 Phân tích hệ thống điều khiển 17 3.1.1 Tính toán chọn động trục .17 3.1.2 Động bước 20 3.1.2.1 Giới thiệu động bước 20 3.1.2.2 hoạt động 20 3.1.2.3 Ứng dụng 20 3.1.2.4 Điều khiển động bước 21 3.1.2.5 Đặc tính động bước phương pháp điều khiển .22 3.1.2.6.Tính toán thông số động bước chọn động 23 3.1.3 Thiết kế tủ điện hệ thống điều khiển 32 3.2 Thiết kế mạch điều khiển cho mô hình 33 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 33 3.2.2 Khối nguồn 33 3.2.3 Khối giao tiếp máy tính 37 3.2.4 Mạch điều khiển trục .39 3.2.5 Mạch điều khiển trục tọa độ X,Y,Z 41 3.2.6 Kết nối với máy tính 51 3.3 Thiết kế tủ điện cho mô hình 54 3.4 Hệ thống điều tiếp nhận thông tin giới hạn trục máy CNC58 3.5 Thiết kế module điều khiển động bước 59 CHƯƠNG KẾT QUẢ THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC MINI 59 4.1 Kết chế tạo phần điều khiển .59 4.1.1 Mạch điện điều khiển động bước 59 4.1.2.Mạch điều khiển động trục 59 .60 4.1.3.Mạch nguồn 60 4.1.4.Mạch điều khiển kết nối với máy tính 60 4.1.4.1 Card NC studio kết nối với Main Board máy tính 60 61 4.1.4.2 Mạch điều khiển động trục động trục 61 4.1.5 Tủ điện hoàn chỉnh 61 4.2 Đánh giá kết đạt .62 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 62 MỞ ĐẦU Các nước phát triển giới, đột phá khoa học kỹ thuật giúp họ tìm kỹ thuật tiên tiến áp dụng sản xuất, chế tạo Nhằm tạo công cụ giảm sức lao động người mà suất, hiệu kinh tế đạt mức độ cao Trong ngành chế tạo máy không ngừng đổi tính máy, trình tự động hóa, phần mềm ứng dụng tin học đưa vào kỹ thuật chế tạo Do thiết bị sản xuất tự động hóa cao nhờ hỗ trợ hệ thống điều khiển số máy tính có mặt nhà máy, xí nghiệp…… Với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, với diễn biến phức tạp cạnh tranh thị trường hàng hóa giới, CNC đóng vai trò quan trọng phát triển kinh tế xã hội Máy công cụ CNC, có khả cung cấp trợ giúp máy tính cho khâu thiết kế sản xuất hàng hóa Như CNC có khả đáp ứng nhanh nhu cầu thị trường, đạt hiệu kinh tế cao, ứng dụng nhanh chóng sáng kiến công nghệ vào sản xuất Ở Việt Nam, năm gần CNC không khái niệm mẻ Tuy nhiên trường kỹ thuật có điều kiện để sinh viên thực hành Với trào lưu phát triển mạnh mẽ kinh tế giới Hơn thời hạn gia nhập WTO ngày đến gần yêu cầu đào tạo nguồn nhân lực có tri thức cao thích ứng với sản xuất công nghiệp đại trở nên cấp bách Công tác đào tạo nguồn nhân lực cao trường đại học cao đẳng không trọng kiến thức lý thuyết mà phải đặc biệt trọng đến thực hành.Các giảng cần thể mô hình thực tế, trực quan sinh động Tạo điều kiện cho sinh viên dễ dàng việc tiếp cận với sản xuất tiên tiến Giúp cho họ nắm bắt kịp thời với khoa học kỹ thuật đại nước khu vực giới Vì tính thực tiễn cấp thiết vậy, chúng em lựa chọn đề tài là: “TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC TRỤC” Nội dung đề tài tập trung vào giải việc nghiên cứu tìm hiểu hệ thống điều khiển máy CNC, từ thiết kế chế tạo máy phay CNC mini, xây dựng hệ thống điều khiển thu nhỏ hoàn thiện, ứng dụng cho việc nghiên cứu, học tập sinh viên CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 1.1 Máy CNC Máy CNC (computer numerical controlled) công cụ gia công kim loại tinh tế tạo chi tiết phức tạp theo yêu cầu công nghệ đại Phát triển nhanh chóng với tiến máy tính Đề cập đến việc điều khiển máy tính máy móc khác với mục đích sản xuất (có tính lặp lại) phận kim khí (hay vật liệu khác) phức tạp, cách sử dụng chương trình viết kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi mã G code 1.2 Tình hình phát triển máy CNC giới Vào khoảng đầu năm 1950 phòng thí nghiệm Servomechanism học viện kĩ thuật Massachusetts Institute of Technology gọi tắt M.I.T học viện nghiên cứu giáo dục thành phố Cambridge, Massachusetts Hoa Kỳ nhanh chóng ứng dụng vào việc chế tạo máy móc năm 1818 máy phay vận hành theo cách tương tự vậy, ngoại trừ công cụ cắt đặt trục quay Phôi lắp bệ máy hay bàn làm việc di chuyển theo công cụ cắt, qua việc sử dụng vô lăng để gia công đường mức phôi Thiết kế máy CNC đại bắt nguồn từ tác phẩm John T.parsons cuối năm 1940 đầu năm 1950 Năm 1947, Thomas J.Watson, chủ tịch huyền thoại IBM, Nhờ IBM làm việc với tập đoàn Parsons để tạo máy điều khiển thẻ đục lỗ Đến năm 1960, giá thành tính phức tạp nững máy tự động giảm đến mức độ định để ứng dụng nghành công nghiệp khác 1.3 Tình hình phát triển máy CNC việt nam Ở Việt Nam trước năm 1990 nhắc đến công nghệ NC, CNC xa lạ người biết đến Bắt đầu từ năm 1991, thông qua số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với nước như: dự án “Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển chế tạo khuôn mẫu” lúc công nghệ CNC như: máy phay CNC, máy tiện CNC, đo lường CNC, … Lần giới thiệu thu hút quan tâm nhiều nhà chuyên môn doanh nghiệp nước liên doanh với nước Hiện nhiều nhà máy khí nước có dự án đầu tư dây chuyền sản xuất với phần lớn thiết bị dây chuyền máy CNC Mặc dù, công nghệ CNC du nhập vào Việt Nam thời gian ngắn nói công nghệ có chỗ đứng Việt Nam tin năm tới công nghệ dùng nhiều xí nghiệp, phân xưởng, nhà máy nước ta Vì đem lại hiệu kinh tế cao Đặc biệt điều kiện sản xuất nước ta Do vậy, việc đẩy mạnh ứng dụng công nghệ CNC nhu cầu cần thiết sở sản xuất nói chung ngành chế tạo máy nói riêng 1.4 Ứng dụng máy CNC Máy CNC dùng để chế tạo máy móc, thiết bị dây chuyền sản xuất phục vụ toàn ngành kinh tế khác như: công nghiệp nặng (đóng tàu, khai thác mỏ, điện, dầu khí, thiết bị vận chuyển ô tô, tàu hoả,…), công nghiệp nhẹ (dệt may, đóng giày, thực phẩm,…), công nghiệp quốc phòng (dây chuyền sản xuất vũ khí, thuốc nổ,…), công nghệ thông tin (dây chuyền sản xuất vi mạch điện tử, lắp ráp máy tính thiết bị viễn thông,…), thiết bị dùng cho giáo dục đào tạo, thiết bị y học,… - Máy CNC dùng để tạo sản phẩm thông dụng sản phẩm công nghệ cao sử dụng sống công nghiệp: khuôn mẫu dùng để tạo chi tiết nhựa dùng sống hàng ngày, chi tiết để cấy chế tạo ống nano, chi tiết vật liệu sinh học để thay xương y học, đồ gá dùng sản xuất chíp điện tử,… 1.5 Nhu cầu dạy đào tạo Trường Công nghệ gia công máy CNC công nghệ không xa lạ với lĩnh vực khí Với phát triển không ngừng thành tựu Khoa học - Công nghệ đặc biệt điều khiển số tin học cho phép nhà chế tạo máy ứng dụng vào máy cắt kim loại hệ thống điều khiển ngày ting cậy với tốc độ sử lý nhanh giá thành hạ Hiện nay, khoa học công nghệ ngày phát triển Chính thế, việc ứng dụng kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo sảnphẩm có suất, chất lượng cao, giá thành chấp nhận ngày trở nên cấp thiết,đặc biệt nước phát triển Do đó, để giúp cho sinh viên nghành chế tạo máy nắm bắt công nghệ đồng thời giúp cho sinh viên có nhìnhoàn thiện máy CNC, đặc biệt sinh viên tự thực đươc công việc từ việc lập trình việc gia công thực máy CNC,đề tài tập trung nghiên cứu chế tạo máy phay CNC Mini hoàn chỉnh, phục vụ cho công tác giảng dạy, học tập trường, khoa 1.6 Nội dung nhiệm vụ đề tài Đề tài tập trung vào nghiên cứu, tính toán, thiết kế chế tạo lại mô hình máy CNC cũ Nhiệm vụ thành viên nhóm phân công rõ ràng - Tính toán thiết kế mô hình máy đưa biểu đồ phân bố lực cho toàn máy - lập quy trình gia công chế tạo chi tiết trục vít me đai ốc bi sử dụng mô hình máy CNC - Tìm hiểu, lắp ráp mạch điện cho mô hình máy Phay CNC Chọn phần mềm để điều khiển mô hình máy 1.7 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài 1.7.1 Ý nghĩa khoa học - Đề tài nhóm sinh viên thực vòng học kỳ, tìm hiểu khả gia công mô hình máy phay CNC mini Đề tài thu kết khả quan mô hình hoàn thiện, bước đầu gia công chi tiết có biên dạng đơn giản - Thành công đề tài sở khích lệ nghiên cứu sáng tạo sinh viên Việt Nam, nâng cao khả làm việc theo nhóm, giảm bớt lệ thuộc công nghệ nước 1.7.2 Ý nghĩa thực tiễn - Bước đầu hoàn thiện mô hình máy phay CNC mini phục vụ hiệu cho việc giảng dạy trường - Thành công đề tài giảm chi phí nhiều lần so với mua học cụ nước CHƯƠNG 2: CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG CỤ SỬ DỤNG 2.1 Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu dựa mô hình máy phay CNC cũ có, từ phát triển hoàn thiện cho mô hình máy mới, giúp cho mô hình chạy làm việc ổn định 2.2 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu tìm hiểu mô hình máy Phay CNC cũ, đưa sai hỏng mô hình cũ, Từ khắc phục cho mô hình cải tiến để hoàn thiện mô hình Trong trình kiểm tra mô hình máy phay CNC trục, đưa bảng nhằm bao quát trạng mô hình máy hướng khắc phục cụ thể cho mô sau: Bảng 2.1 : trạng mô hình máy hướng khắc phục Các thông số Hiện trạng mô Hướng khắc phục cho mô mô hình Trục hình máy phay hình cải tiến CNC trục Trục chưa hoạt Thiết kế cấu dẫn động cho động trục Chọn động phù hợp với Trục Z Trục Z chưa hoạt yêu cầu máy Tính toán chọn công suất động động phù hợp với cụm cấu trục Z thay rãnh trượt ray trượt bi ( giảm ma sát cách thay ma sát trượt ma sát lăn) chọn khớp nối trục phù hợp để Trục X, Y Trục X, Y hoạt tăng hiệu suất Thay rãnh trượt thường động được, ma rãnh trượt bi ( chuyển ma sát sát lớn từ rãnh trượt thành ma sát lăn) nhằm làm trượt Hai đầu trục vít giảm hệ số ma sát, nâng cao khả me chưa đảm bảo làm việc trục đồng tâm,cứng vững Lắp thêm gối đỡ trục nhằm đảm thiếu gối đỡ trục bảo độ cứng vững đồng tâm trục Cực phát (emitter) transistor mạch cần nối với nối chân để nối với điện trở cảm ứng dòng cần Nó thêm chân cấp nguồn giúp mạch logic hoạt động điện thấp Hình 3.27: Kiểu vỏ Multiwatt15 PowerSO20 Sơ đồ khối sơ đồ chân IC L298 Hình 3.28: Sơ đồ khối sơ đồ chân IC L298 Bảng 3.4 : Absolute maximum ratings (Các giá trị chịu đựng tối đa) Symbol Parameter Value Unit VS Power Supply 50 V VSS Logic Supply Voltage V VI, Ven Input and Enable Voltage -0.3 to V IO Peak Output Current (each Channel) Vsens Ptot Top Tstg, Tj -Non Repetivive (t=100µS) A -Repetitive (80% on -20% off ; ton =10ms) 2.5 A -DC Operation Sensing Voltage Total Power Dissipation (Tcase=75˚C) Junction Operating Temperature -1 to 2.3 25 -25 to A V W ˚C Storage and Junction Temperature 130 -40 to ˚C 150 Chân (Multiwatt15) ; 15 Bảng 3.5 : Chức chân Tên Chức Sense Nối chân qua điện trở cảm ứng dòng xuống A; GND để điều khiển dòng tải Sense ;3 B Out ; Ngõ cầu A Dòng tải mắc hai Out VS chân quy định chân Chân cấp nguồn cho tầng công suất Cần có tụ điện không cảm kháng 100nF nối 5;7 Input ; chân GND Chân ngõ vào cầu A, tương thích chuẩn ; 11 Input Enable TTL Chân ngõ vào enable (cho phép) tương thích A; chuẩn TTL Mức thấp chân disable (ko Enable cho phép) ngõ cầu A (đối vwosi chân Enable B GND VSS A) và/hoặc cầu B (đối với chân Enable B) Chân nối đất (Ground) Chân cấp nguồn cho khối logic Cần tụ điện 10 ; 12 Input ; 100nF nối chân với GND Các chân logic ngõ vào cầu B 13 ;14 Input Out ; Ngõ cầu B Dòng tải mắc hai Out chân quy định chân 15 Hình 3.29: Sơ đồ mạch điều khiển động bước phase lưỡng cực, tín hiệu cấp cho L298 từ L297 Tần công suất ngõ : IC L298 tích hợp tầng công suất (A, B) Tần công suất mạch cầu ngõ điều chỉnh loại tải cảm thông dụng nhiều chế độ hoạt động khác (tùy thuộc vào điều khiển ngõ vào) Dòng điện từ chân ngõ chảy qua tải đến chân cảm ứng dòng : điện trở RSA, RSB cho phép việc cảm ứng cường độ dòng điện Tần ngõ vào : Mỗi cầu điều khiển cổng ngõ vào In1, In2, In3, EnA In3, In4, EnB Các chân In có tác dụng chân En mức cao, chân En mức thấp, chân ngõ vào In trạng thái cấm Tất chân tương thích chuẩn TTL 3.2.6 Kết nối với máy tính Để giao tiếp với máy tính ta sử dụng cách: - Ghép nối theo cổng nối tiếp (cổng COM) Hình 3.30: Cổng COM Cổng COM hay cổng nối tiếp (COM Port, Serial Port) cổng giao tiếp thuộc vào dạng “lão làng” PC, máy tính để bàn laptop Ngày với xuất “bành trướng” chuẩn USB cổng COM (và cồng LPT hay cổng song song) dần biến Giao tiếp thông qua cổng COM giao tiếp chuẩn nối tiếp RS232 Chuẩn có tốc độ chậm so sánh với USB Các cổng COM cá máy tính (nếu có) đa số dạng cổng “đực” chân - Ghép nối cổng USB Với giao tiếp cổng USB cho tốc độ cao việc sử dụng cổng USB khó Mạch cần IC chuyên dụng làm nhiệm vụ giao tiếp, phía máy tính phải viết phương thức giao tiếp cho cổng Với giao tiếp ngoại vi đơn giản cổng USB không thích hợp - Ghép nối card giao tiếp Mỗi slot có đường liệu (data), địa (address), đường +5V, -5V, +12V, - 12V đường điều khiển CLK, IRQ, RESET, IOW, IOR…vì thiết kế mạch giao tiếp qua slot giảm nhiều linh kiện, giảm nguồn bên ngoài, dễ điều khiển, giá thành thấp, tốc độ truyền liệu nhanh Tuy nhiên bên cạnh ưu điểm có nhược điểm Do SlotCard gắn bên máy tính nên cách giao tiếp khó nhận liệu từ bên vào, bị hạn chế khoảng cách làm việc đồng thời sử dụng phải mở máy tính gây bất tiện cho người sử dụng - Ghép nối theo chuẩn máy in (cổng LPT) Để ghép nối thiết bị ngoại vi, mạch điện ứng dụng đo lường điều khiển với cổng song song ta phải tìm hiểu cách trao đổi với ghi thông qua cách xếp địa ghi phần mềm Các đường dẫn cổng song song nối với ghi bít khác nhau: - Thanh ghi liệu (Data Register) - Thanh ghi trạng thái (Status Register) - Thanh ghi điều khiển (Control Register) Hình 3.31: Cổng LPT Ưu điểm: Cấu trúc cổng song song đơn giản, tín hiệu truyền song song nên việc nội suy thực dễ dàng (phù hợp với yêu cầu điều khiển 2D) tương thích TTL nên không cần module chuyển đổi, chi phí thấp Nhược điểm: Tín hiệu truyền không xa; khó lập trình ngôn ngữ lập trình không hỗ trợ module điều khiển cổng song song Cổng song song máy tính có tổng cộng 17 đường dẫn số, tương thích chuẩn TTL, truyền liệu với tốc độ nhanh Các đường dẫn nhiều so với cổng nối tiếp, số phép thử trở nên đơn giản Mặt khác, so với cổng nối tiếp giao tiếp qua cổng song song chi phí thấp hơn, cổng nối tiếp cần có biến đổi liệu truyền theo kiểu nối tiếp thành liệu song song Trong đồ án chúng em chọn cổng song song LPT để thực giao tiếp máy tính với mạch bên 3.3 Thiết kế tủ điện cho mô hình Từ yêu cầu cần thiết tủ điện nêu chương Dưới hình vẽ thể cách bố trí tủ điện sơ đồ đấu dây tủ điện hoàn chỉnh cho mô hình máy Phay CNC mini trục Hình 3.32 : sơ đồ bố trí mạch điện tủ điện Hình 3.33 : sơ đồ bố trí chân nối động Hình 3.34 : sô đồ bố trí khe cắm nguồn cổng kết nối Hình 3.34 sơ đồ bố trí nút điều khiển Hình 3.35 : sơ đồ đấu dây kết nối board mạch 3.4 Hệ thống điều tiếp nhận thông tin giới hạn trục máy CNC 3.5 Thiết kế module điều khiển động bước CHƯƠNG KẾT QUẢ THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC MINI 4.1 Kết chế tạo phần điều khiển 4.1.1 Mạch điện điều khiển động bước Từ tính toán sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển chương Chúng chọn mạch điều khiển động bước có mã hiệu 3128A đáp ứng nhu cầu mô hình Hình ảnh mạch điều khiển động bước chọn Hình 4.1: Driver điều khiển động bước 4.1.2.Mạch điều khiển động trục Hình 4.2 : Mạch cấp nguồn điều khiển tốc độ trục 4.1.3.Mạch nguồn Hình 4.3: mạch cấp nguồn DC 12-24 V cho hệ thống 4.1.4.Mạch điều khiển kết nối với máy tính 4.1.4.1 Card NC studio kết nối với Main Board máy tính Hình 4.4: board mạch NC studio kết nối với Main máy tính 4.1.4.2 Mạch điều khiển động trục động trục Hình 4.5: Board mạch kết nối trục giao tiếp với máy tính qua cổng LPT 4.1.5 Tủ điện hoàn chỉnh Hình 4.5 : Bố trí mạch đặt tủ máng dây điện Hình 4.6 : bố trí nút ấn điều khiển bên tủ 4.2 Đánh giá kết đạt KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ ... gia công thực máy CNC ,đề tài tập trung nghiên cứu chế tạo máy phay CNC Mini hoàn chỉnh, phục vụ cho công tác giảng dạy, học tập trường, khoa 1.6 Nội dung nhiệm vụ đề tài Đề tài tập trung vào nghiên... Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài 1.7.1 Ý nghĩa khoa học - Đề tài nhóm sinh viên thực vòng học kỳ, tìm hiểu khả gia công mô hình máy phay CNC mini Đề tài thu kết khả quan mô hình hoàn... giới Vì tính thực tiễn cấp thiết vậy, chúng em lựa chọn đề tài là: “TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC TRỤC” Nội dung đề tài tập trung vào giải việc nghiên cứu tìm hiểu hệ thống