Thiết kế, chế tạo máy phay CNC ba chiều gia công đồ gỗ mỹ nghệ

Luận văn thạc sỹ khoa học LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài: “Thiết kế chế tạo máy phay ba chiều CNC gia công đồ gỗ mỹ nghệ” tự thực dƣới hƣớng dẫn khoa học TS Vũ Lê Huy Các số liệu kết hoàn toàn trung thực Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm điều không thật Học viên thực Phạm Biên Thùy I Luận văn thạc sỹ khoa học MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 10 1.1 Lịch sử phát triển máy CNC 10 1.2 Cấu trúc Máy CNC 13 1.2.1 Trục tọa độ máy CNC 13 1.2.2 Các điểm gốc 16 1.2.3 Cấu trúc máy CNC 18 1.3 Lựa chọn phƣơng án thiết kế 23 1.3.1 Khảo sát máy CNC gia công đồ thủ công mỹ nghệ 23 1.3.2 Lựa chọn phƣơng án thiết kế .26 CHƢƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ KHÍ 30 2.1 Tính tốn chế độ cắt 30 2.1.1 Chế độ gia công thô 30 2.1.2 Chế độ gia công tinh 31 2.1.3 Tính tốn lực cắt gia công thô 32 2.2 Tính lực cơng suất trục X, Y, Z 33 2.3 Tính tốn, lựa chọn trục vít me 35 2.3.1 Tính tốn trục vít me 35 2.3.2 Kiểm nghiệm vít me 39 II Luận văn thạc sỹ khoa học 2.3.4 Tính tốn ứng suất trục vít 43 2.3.5 Tính chọn ổ lăn 43 2.4 Tính tốn trục dẫn hƣớng 48 2.5 Thiết kế chế tạo máy CNC 50 CHƢƠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 54 3.1 Vi điều khiển AVR Atmega 16 55 3.1.1 Cấu trúc vi điều khiển AVR Atmega 16 55 3.1.2 Mạch điều khiển sử dụng AVR Atmega 16 56 3.2 Mạch cống suất 59 3.2.1 Mô đun TB6560 .60 3.2.2 Kết nối mạch công suất với mạch điều khiển động bƣớc .62 3.3 Ghép nối máy tính 63 3.3.1 Ghép nối Slot- Card 64 3.3.2 Ghép nối song song 65 3.3.3 Ghép nối nối tiếp 66 3.3.4 So sánh lựa chọn cách ghép nối 68 3.4 Thiết lập gốc máy 68 3.5 Lập trình hệ thống điều khiển máy CNC 70 3.5.1 Phân mềm lập trình biên dịch chíp AVR 71 3.5.2 Chƣơng trình điều khiển 75 CHƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 80 4.1 Phân tích chƣơng trình NC 81 4.1.1 Cấu trúc chƣơng trình NC 81 III Luận văn thạc sỹ khoa học 4.1.2 Định địa cấu từ 81 4.1.3 Cơ cấu câu lệnh 82 4.2 Thuật tốn chƣơng trình biên dịch mã G 83 4.2.1 Thuật toán nội suy 83 4.2.2 Chƣơng trình biên dịch mã G 86 4.3 Chƣơng trình mơ điều khiển máy CNC 89 4.3.1 Chƣơng trình điều khiển máy CNC 89 4.3.2 Chƣơng trình mơ hoạt động máy phay CNC chiều 93 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO .100 PHỤ LỤC 101 IV Luận văn thạc sỹ khoa học DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt Ý nghĩa ADC Analog Digital ChangeNumerical control NC Numerical Control CAM Computer aided manufacturing CNC Computer numerical control CM Center Manufacturing CAPP Computer aided production planning CAD Computer Aided design CAQ Computer aided quality FMS Flexible manufacturing factory GND Cực nối đất MUM Method unman manufacturing IR Industrial Robot IC Integrated Circuit, vi mạch hay mạch tích hợp I2C Two-Wire-Serial , truyền liệu song song vi điều PORT khiển SPI Cổng tín hiệu vào vi điều khiển EEPROM Serial Peripheral Interface, giao tiếp nối tiếp SRAM Bộ nhớ lƣu trữ ROM, lập trình đƣợc PWM Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh UART Pulse Width Modulation, điều chế biên độ rộng xung Luận văn thạc sỹ khoa học Vcc Kiểu truyền liệu nối tiếp vi điều khiển XTAL Cực nguồn +5V a Chân vi điều khiển kết nối với dao động thạch anh dr Gia tốc bàn máy f Đƣờng kính chân ren trục vít me bi Lh Hệ số ma sát mp Thời gian làm việc máy mX, mY, mZ Khối lƣợng phôi gia công Mx Khối lƣợng cụm truyền động theo trục X, Y, Z  Mô men xoắn trục n Hiệu suất động Ne Tốc độ quay trục Ndc Cơng suất cần thiết Pr Cơng suất động Pz Thành phần lực hƣớng kính dao phay V Thành phần lực tiếp tuyến dao phay Tốc độ cắt Luận văn thạc sỹ khoa học DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Lịch sử phát triển CNC .12 Hình 1.2 Hệ trục toạ độ máy CNC quy tắc bàn tay phải 14 Hình 1.3 Điều khiển trục máy tiện máy phay CNC .14 Hình 1.4 Hệ toạ độ máy CNC 15 Hình 1.5 Hệ toạ độ máy CNC 16 Hình 1.6 Điểm gốc M máy 17 Hình 1.7 Điểm gốc chi tiết (W) 17 Hình 1.8 Điểm gốc O chƣơng trình 18 Hình 1.9 Hệ thống điều khiển trục máy phay CNC 19 Hình 1.10 Máy phay CNC .21 Hình 1.11 Vít me – đai ốc bi 22 Hình 1.12 Hệ thống chạy dao máy CNC 23 Hình 1.13 Một số hình ảnh sản phẩm gia công máy phay CNC khắc gỗ 24 Hình 1.14 Hình ảnh máy phay CNC khắc gỗ JD – 2018 SV 25 Hình 1.15 Cụm truyền động trục Y, kết cấu bánh răng- 25 Hình 1.16 Cụm truyền động trục Z, kết cấu vit me – đai ốc bi .26 Hình 1.17 Kết cấu ray dẫn hƣớng máy phay CNC JD - 2018 SV 26 Hình 1.18 Sơ đồ động học máy phay CNC điêu khắc gỗ .28 Hình 2.1 Dao phay dùng máy phay gỗ CNC ba chiều 30 Hình 2.2 Sơ đồ tĩnh lực cắt phay 33 Hình 2.3 Khớp nối mềm động .41 Hình 2.4 Sơ đồ đặt lực lên đai ốc .42 Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 2.5 Sơ đồ lực tác dụng trục vít me Y .44 Hình 2.6 Sơ đồ lực tác dụng lên gối ổ trục Y 45 Hình 2.7 Sơ đồ lực tác dụng lên trục X 48 Hình 2.8 Mơ hình thiết kế máy CNC ba chiều phần mềm Solidwork 50 Hình 2.9 Cụm trục X máy phay CNC ba chiều 51 Hình 2.10 Cụm trục Z máy phay CNC ba chiều .52 Hình 2.11 Bàn máy phay CNC ba chiều 52 Hình 2.12 Máy phay CNC ba chiều đƣợc chế tạo .53 Hình 3.1 Sơ đồ ghép nối hệ thống điều khiển 54 Hình 3.2 Chíp AVR Atmega 16 .55 Hình 3.3 Cách nối chân Vref 56 Hình 3.4 Khối nguồn 56 Hình 3.5 Sơ đồ mạch điểu khiển sử dụng chip AVR Atmega 16 58 Hinh 3.6 Mạch điều khiển sử dụng Atmega 16 .58 Hình 3.7 Cổng chân cắm kết nối mạch điều khiển mạch công suất .59 Hình 3.8 Sơ đồ kết nối mạch cơng suất 59 Hình 3.9 Sơ đồ mạch công suất sử dụng chip TB6560 60 Hình 3.10 Sơ đồ kết nối module TB6560 với mạch điều khiển, động bƣớc 62 Hình 3.11 Sơ đồ dây điều khiển động bƣớc 63 Hình 3.12 Mạch cơng suất sử dụng chíp TB6560 63 Hình 3.13 Hai loại phích cắm cổng Com 67 Hình 3.14 Cấu tạo sơ đồ nối tín hiệu điều khiển cơng tắc hành trình 69 Hình 3.15 Vị trí gốc máy CNC ba chiều 70 Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 3.16 Giao diện phần mềm codevision 71 Hình 3.17 Tạo project codevision .71 Hình 3.18.Các thẻ giao diện 72 Hình 3.19 Thẻ thiết lập thơng số loại chip tần số hoạt động .73 Hình 3.20 Cài đặt PORT Timer 73 Hình 3.21 Thiết lập USART 74 Hình 3.22 Chế độ xem trƣớc 74 Hình 3.23 Sơ đồ hoạt động ngắt tràn 76 Hình 3.24 Lƣu đồ thuật tốn chƣơng trình điều khiển .78 Hình 4.1 Đồ thị mơ tả nội suy (a) đƣờng thẳng (b) cung tròn quỹ đạo chuyển động dụng cụ cắt 84 Hình 4.2 Lƣu đồ tổng quát trình nội suy điều khiển 87 Hình 4.3 Lƣu đồ thuật toán biên dịch mã G 88 Hình 4.4 Lƣu đồ thuật tốn chƣơng trình 89 Hình 4.5 Tạo mẫu gia cơng phần mềm JDpaint .91 Hình 4.6 Kết tạo file gia công từ file ảnh 91 Hình 4.7 Lựa chọn chế độ gia công phần mềm JDpaint .92 Hình 4.8 Xuất file mã G phần mềm JDpaint 93 Hình 4.9 Giao diện điều khiển mơ máy phay gia cơng gỗ chiều 93 Hình 4.10 Thanh menu điều khiển máy phay ba chiều 94 Hình 4.11 Menu thiết lập thống số hình học phơi .94 Hình 4.12 Giao diện lựa chọn dụng cụ gia cơng 95 Hình 4.13 Menu lựa chọn hƣớng quan sát q trình mơ máy phay 95 Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 4.14 Chức hiển thị tọa độ dụng cụ gia cơng 96 Hình 4.15 Chức điều khiển trục chính, thiết lập cổng liên kết máy tính 96 Hình 4.16 Giao diện lựa chọn thiết lập tốc độ chạy dao 97 Hình 4.17 Một số sản phẩm gia công máy phay CNC ba chiều 97 Luận văn thạc sỹ khoa học data_array[10]=500; complete_received=1; first_character=0; count=0; } else {count+=1;} } if(control_command==5)//G28 { data_array[count]=(int)data; if(count==10) { //if(data_array[10]==0) data_array[10]=500; complete_received=1; first_character=0; count=0; } else {count+=1;} } rx_buffer0[rx_wr_index0++]=data; #if RX_BUFFER_SIZE0 == 256 // special case for receiver buffer size=256 if (++rx_counter0 == 0) 106 Luận văn thạc sỹ khoa học { #else if (rx_wr_index0 == RX_BUFFER_SIZE0) rx_wr_index0=0; if (++rx_counter0 == RX_BUFFER_SIZE0) { rx_counter0=0; #endif rx_buffer_overflow0=1; } } } #ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_ // Get a character from the USART0 Receiver buffer #define _ALTERNATE_GETCHAR_ #pragma used+ char getchar(void) { char data; while (rx_counter0==0); data=rx_buffer0[rx_rd_index0++]; #if RX_BUFFER_SIZE0 != 256 if (rx_rd_index0 == RX_BUFFER_SIZE0) rx_rd_index0=0; #endif 107 Luận văn thạc sỹ khoa học #asm("cli") rx_counter0; #asm("sei") return data; } #pragma used#endif // USART0 Transmitter buffer #define TX_BUFFER_SIZE0 64 char tx_buffer0[TX_BUFFER_SIZE0]; #if TX_BUFFER_SIZE0 =z1) // truc x luon tang { line = 1; p= z1+z1 - x1; const2 = ( z1- x1)+( z1- x1); const1 = z1+z1; } 119 {TCNT1H=0xFF; Luận văn thạc sỹ khoa học else // truc y luon tang { line = 2; p = x1+x1 - z1; const2 = (x1 - z1)+(x1 - z1); const1 = x1+x1; } i=1; enable_xz = 1;//bat enable cho bam xung chuong trinh ngat TIMSK1=0x01; lcd_clear(); lcd(x1,0,0); lcd(y1,6,0); lcd(z1,12,0); } else { complete = 1; // neu khong co xung thi set lai complete cho lenh gcode tiep theo } } } } 120 ... học với đề tài ? ?Thiết kế chế tạo máy phay ba chiều CNC gia công đồ gỗ mỹ nghệ ” Đề tài vào thiết kế chế tạo máy phay ba chiều CNC gia công đồ gỗ mỹ nghệ phục vụ cho làng nghề đồ gỗ truyền thống... hình thiết kế máy CNC ba chiều phần mềm Solidwork 50 Hình 2.9 Cụm trục X máy phay CNC ba chiều 51 Hình 2.10 Cụm trục Z máy phay CNC ba chiều .52 Hình 2.11 Bàn máy phay CNC ba chiều. .. dẫn hƣớng máy phay CNC JD - 2018 SV 26 Hình 1.18 Sơ đồ động học máy phay CNC điêu khắc gỗ .28 Hình 2.1 Dao phay dùng máy phay gỗ CNC ba chiều 30 Hình 2.2 Sơ đồ tĩnh lực cắt phay