Mục đích chung ¾ Thiết kế, chế tạo bộ khung cơ khí cho máy phù hợp với yêu cầu sử dụng ¾ Tìm hiểu quá trình hoạt động, xuất xung điều khiển động cơ AC Servo của Driver ¾ Tìm hiểu động
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY GIA CÔNG GỖ CNC
Họ và tên sinh viên: TRẦN THANH BÀO ĐỆ NGUYỄN DANH THỦY
Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Niên khoá: 2009-2013
Tháng 06/2013
Trang 2THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY GIA CÔNG GỖ CNC
Tác giả
TRẦN THANH BÀO ĐỆ NGUYỄN DANH THỦY
Khoá luận được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành Điều Khiển Tự Đô ̣ng
Giáo viên hướng dẫn:
Ths Bùi Chấn Thạnh
Tháng 06 năm 2013
Trang 3LỜI CẢM TẠ
được ngày hôm nay
Khí – Công Nghê ̣ Trường Đa ̣i Ho ̣c Nông Lâm Tp HCM và đặc biệt, em xin cảm
ơn các Thầy trong bộ môn Điều Khiển Tự Động đã dạy dỗ, truyền đạt kiến thức lý thuyết, kỹ năng làm thực tiễn, cho em trong suốt 4 năm em theo học tại trường Xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Chấn Thạnh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ
và tạo tâm lý thoải mái nhất cho em để em có thể hoàn thành đề tài này
Xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Bạn trong suốt 4 năm qua đã theo từng bước chân của sinh viên chúng em hướng dẫn, nhắc nhở, bảo ban chúng em để có thể hoàn thành khóa học thật tốt Trở thành những kỹ sư có năng lực và trình độ Cuối cùng mình xin cảm ơn các bạn lớp DH08TD, DH09TD và mọi người xung quanh đã luôn ở bên quan tâm động viên mình để mình hoàn thành đề tài một cách tốt nhất
Trang 4CNC ra đời và nở rộ vì khả năng điều khiển linh hoạt cùng cách sử dụng phần mềm không quá khó đối với người lao động phổ thông
Từ những yếu tô trên nên việc cho ra đời một loại máy gia công gỗ bằng công nghệ CNC đã không còn là giấc mơ hay quá xa vời với dân kỹ thuật, vì vậy chúng em đi đến chọn đề tài “ Thiết kế chế tạo máy khắc gỗ CNC ” nhằm phát huy những thuận lợi sẵn có và khắc phục những khó khăn bất cập trong lĩnh vực gỗ mỹ nghệ Máy được thiết kế và chế tạo tại công ty Lê Thôi, phường Linh Đông, quận Thủ Đức với trình tự thiết kế:
Kết quả: Chế tạo thành công máy khắc gỗ CNC điều khiển băng máy tính
Thạc sỹ: Bùi Chấn Thạnh Trần Thanh Bào Đệ - Nguyễn Danh Thủy
Trang 5MỤC LỤC
Trang tựa i
Lời cảm tạ ii
Tóm tắt iii
Mục lục iv
Danh sách các hình vii
Danh sách các bảng ix
Chương 1: Mở đầu 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Tầm quan trọng của đề tài 1
1.3 Mục tiêu đề tài 2
1.3.1 Mục đích chung 2
1.3.2 Mục đích cụ thể 2
1.4 Giới hạn đề tài 2
Chương 2: Tổng quan 4
2.1 Tổng quan về CNC 4
2.2 Một số loại máy CNC 5
2.3 Các bộ phận trên máy CNC 6
2.3.1 Động cơ AC 3 pha 6
2.3.2 Động cơ AC Servo 7
2.3.3 Bộ truyền Visme bi 10
2.3.4 Thanh trượt bi 10
2.3.5 Công tắc hành trình 11
2.4 Driver AC Servo 12
2.4.2 Động cơ MSM 022P1A 17
2.5 Tìm hiểu phần mềm Mach3 23
Trang 62.5.1 Giới thiệu 23
2.5.2 Giao diện người dùng 24
2.5.3 Tín hiệu điều khiển 25
2.6 Mạch Convert tín hiệu điều khiển 27
2.7 Cổng giao tiếp LPT 28
2.8 Tìm hiểu về biến tần Yaskawa VS-606V7 31
2.8.1 Định nghĩa biến tần 31
2.8.2 Nguyên lý làm việc 31
2.8.3 Biến tần Yaskawa VS-606V7 31
2.9 Tìm hiểu về mạch kết nối BREAKOUT BOARD 32
Chương 3: Nội dung và phương pháp nghiên cứu 34
3.1 Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài 34
3.1.1 Địa điểm thực hiện 34
3.1.2 Thời gian thực hiện đề tài 34
3.2 Phương pháp nghiên cứu 34
3.2.1 Chọn phương pháp thiết kế 34
3.2.2 Chọn phương pháp thiết kế phần cơ khí 35
3.2.3 Chọn phương pháp thiết kế phần điện điều khiển 35
3.3 Phương tiện thực hiện 36
Chương 4: Kết quả và thảo luận 37
4.1 Tham khảo mô hình máy CNC 37
4.2 Mô hình máy khắc gỗ CNC 38
4.3 Bộ phận cơ khí 40
4.4 Phần điện 43
4.3.1 Cài đặt biến tần 43
4.3.2 Cài đặt Driver 47
4.3.3 Thiết kế mạch Convert 51
4.4 Phần điều khiển 52
4.4.1 Kết nối mạch Breakout board với các thiết bị điều khiển 52
Trang 74.4.2 Cài đặt Mach3 53
4.5 Kiểm tra – chạy thử 58
4.5.1 Kiểm tra máy 58
4.5.2 Chạy thử 58
4.6 Khảo nghiệm 59
4.6.1 Mục đích khảo nghiệm 59
4.6.2 Phương pháp bố trí khảo nghiệm 59
4.7 Kết quả 59
4.8 Thảo luận 60
Chương 5 Kết luận và đề nghị 61
5.1 Kết luận 61
5.2 Đề nghị 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO 63
PHỤ LỤC 64
Trang 8DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Máy phay Equiptop EMV-600 5
Hình 2.2: Máy tiện KDCL-15 5
Hình 2.3: Máy điêu khắc 3D KingCutx25Z 3
Hình 2.4: Cấu tạo động cơ không đồng bộ AC 3 pha 7
Hình 2.5: Động cơ AC Servo 7
Hình 2.6: Cấu tạo động cơ AC Servo 8
Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động Encoder 9
Hình 2.8: Đĩa Encoder 9
Hình 2.9: Giản đồ xung 3 pha Encoder 9
Hình 2.10: Bộ truyền visme và cấu tạo 10
Hình 2.11: Thanh trượt bi 10
Hình 2.12: Một số loại công tắc hành trình 11
Hình 2.13: Minh họa công tắc hành trình trong máy CNC 12
Hình 2.14: Đầu dây cáp của động cơ 13
Hình 2.15: Kết nối dây cho động cơ 14
Hình 2.16: Sơ đồ chân trong đầu cáp kết nối 15
Hình 2.17: sơ đồ kết nối chân 16
Hình 2.18: Bảng giải thích chân trong cáp kết nối 16
Hình 2.19: Bảng xung điều khiển chiều quay 17
Hình 2.20: Cáp kết nối Motor 18
Hình 2.21: Kết nối cáp cho động cơ 19
Hình 2.22: Sơ đồ đấu dây trong cáp 20
Hình 2.23: Sơ đồ kết nối điều khiển hướng, tốc độ 21
Hình 2.24: Sơ đồ điện cấp xung điều khiển hướng, tốc độ 22
Hình 2.25: Xung điều khiển chiều quay 22
Hình 2.26: Điều cần thiết để Mach3 ra đời 23
Trang 9Hình 2.27: Giao diện Mach3 24
Hình 2.28: Bảng cài đặt trục X 26
Hình 2.29: Xung LowActive 26
Hình 2.30: Xung HighActive 26
Hình 2.31: Tổng hợp xung điều khiển 27
Hình 2.32: Mô phỏng nguyên lý điều khiển 28
Hình 2.33: Cổng LPT 29
Hình 2.34: Sơ đồ khối biến tần và các dạng điện áp 31
Hình 2.35: Mạch Breakout board 33
Hình 3.1: Các bước nghiên cứu và thiết kế 35
Hình 4.1: Máy khắc gỗ CNC JK-Y1200 37
Hình 4.2: Máy khắc gỗ Đài Loan 38
Hình 4.3: Mô hình máy 39
Hình 4.4: Lưu đồ hoạt động máy CNC 40
Hình 4.5: Sơ đồ kết nối phần cơ khí 42
Hình 4.6: Đấu dây điều khiển chiều quay 43
Hình 4.7: Đấu dây điều khiển tốc độ 44
Hình 4.8: SET giá trị dùng điện áp tham chiếu 45
Hình 4.9: Đấu dây sử dụng điện áp tham chiếu 45
Hình 4.10: Đặc tuyến V/f 46
Hình 4.11: Set loại động cơ cho Driver 48
Hình 4.12: Thao tác cài đặt điều khiển hướng 49
Hình 4.13: Cài đặt điều khiển tốc độ 50
Hình 4.14: Capture mạch Convert 51
Hình 4.15: Giới hạn cho các trục 52
Hình 4.16: Sơ đồ kết nối Breakout board 53
Hình 4.17: Cài đặt đơn vị 54
Hình 4.18: Cửa sổ ports and pins 54
Trang 10DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Thông số máy EMV-600 5
Bảng 2.2: Thông số máy KDCL-15 5
Bảng 2.3: Thông số máy Kingcutx25Z 6
Bảng 2.5: Ý nghĩa các chân trong cổng LPT 30
Bảng 4.1: Cài đặt cho đặc tuyến V/f 47
Trang 11Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Trong xu hướng phát triển ngành thủ công mỹ nghệ hiện nay thì đồ gỗ thủ công
mỹ nghệ là sản phẩm mang lại giá trị kinh tế cao và là nguồn thu nhập tốt cho người làm nghề này, nhưng để làm được các sản phẩm đẹp mang lại giá trị kinh tế cao thì đòi hỏi người thợ phải có tay nghề cao mới làm được những sản phẩm đó, nhưng nếu như có đủ trình độ tay nghề thì một mặt hạn chế là năng suất làm ra sản phẩm không cao, làm lãng phí thời gian và mất nhiều nhân công Một số máy gia công gỗ tự chế ra đời để gia công những chi tiết tròn xoay nhưng tính tự động hóa
trong đó dường như không có
Máy CNC hiện nay có rất nhiều loại: phay, tiện, phay tiện kết hơp… do các nhà sản xuất có tiếng sản xuất và nổi tiếng là máy của FANUC Các máy của các hãng nổi tiếng thì đi kèm theo board mạch do họ thiết kế nên ta không thể dùng để sử dụng cho một máy bất kỳ nào khác và chủ yếu các loại máy móc đều phục vụ trong ngành cơ khí chế tạo chi tiết còn trong ngành gỗ thì hầu như không có các hãng chính thức sản xuất để đưa vào sử dụng mà chủ yếu là máy tự chế
Vì nhu cầu chế tạo máy CNC lớn mà bị giới hạn về phần điều khiển nên hãng ARTSOFT đã cho ra phần mềm để kết nối các Driver động cơ và điều khiển chúng
Từ những yếu tố nêu trên nên chúng em đi đến chọn đề tài Thiết kế chế tạo máy gia công gỗ CNC để khắc phục những hạn chế của thực tại hiện nay từ những điều kiện thuận tiện có sẵn
1.2 Tầm quan trọng của đề tài
Trong quá trình tìm hiểu đề tài và bắt tay vào chế tạo mạch điều khiển chúng em
đã phát hiện được những đặc điểm khác biệt giữa Driver công nghiệp và Driver tự
Trang 12tiết kiệm thời gian và công sức cũng như kinh phí chế tạo những chiếc máy khác sau này và giúp có cái nhìn rộng hơn về ngành học cũng như ứng dụng trong thực tiễn của ngành Tự động hóa ngày nay
1.3 Mục tiêu đề tài
1.3.1 Mục đích chung
¾ Thiết kế, chế tạo bộ khung cơ khí cho máy phù hợp với yêu cầu sử dụng
¾ Tìm hiểu quá trình hoạt động, xuất xung điều khiển động cơ AC Servo của
Driver
¾ Tìm hiểu động cơ AC kết nối với biến tần YASKAWA VS-606V7
¾ Tìm hiểu nguyên tắc xuất xung tín hiệu của phần mềm Mach3 trên máy tính qua cổng song song LPT
¾ Tìm hiểu mạch Breakout board trên thị trường
¾ Tiến hành thiết kế mạch Convert tín hiệu xuất ra từ Driver và mạch Breakout board kết nối giữa biến tần, Driver và Mach3 thông qua cổng LPT
1.3.2 Mục đích cụ thể
¾ Thiết kế máy trên phần mềm NX8.5 sau đó đưa ra chế tạo dựa trên bản vẽ
¾ Khảo sát hoạt động nhận và xuất tín hiệu của Driver AC Servo để điều khiển chiều, hướng của động cơ dựa trên Catolog của hãng
¾ Dựa vào các thông số trên động cơ AC để hiệu chỉnh biến tần xuất tần số phù hợp điều khiển tốc độ động cơ trục chính trên cơ sở tham khảo Catolog của biến tần
¾ Khảo sát chế động xung điều khiển của Mach3 xuất ra trên cổng LPT
¾ Nghiên cứu mạch Breakout board và sơ đồ kết nối với các bộ phận khác
¾ Hiểu được cơ chế hoạt động của mạch giao tiếp và đi đến thiết kế mạch Convert chuyển đổi tín hiệu điều khiển từ Mach3 sang Driver AC Servo
1.4 Giới hạn đề tài
Trang 13Vì chưa có phần mềm hỗ trợ mạnh cho thiết kế các hoa văn phức tạp nên máy chỉ làm việc tốt khi có vật mẫu sẵn sau đó Scan bắng máy Scan 3D và xuất G-Code đổ vào máy
Máy có khả năng gia công chi tiết lớn nhất là chiều dài 1007mm, đường kính 60mm và độ sâu khắc tối đa là 133mm
Máy thực hiện phụ thuộc hoàn toàn vào máy tính vì kông có chế độ điều khiển bằng tay
Trang 14Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về CNC
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 chi tiết kim loại 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 G-CODE ( mã G ) CNC được phát triển cuối thập niên
1940 đầu thập niên 1950 ở phòng thí nghiệm Servomechanism của trường MIT
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, Mazak,… chứ không phải là Windows hay Mac như các máy tính (computer) mà chúng ta thường dùng hàng ngày
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
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
Những ưu điểm nổi bật của máy CNC so với máy thông thường khi sản xuất loại vừa và nhỏ:
phụ và tăng được thời gian sản xuất
Trang 159 Chi phí kiểm tra và chi phí cho phế phẩm giảm
xuất linh hoạt
2.2 Một số loại máy CNC
Hình 2.1: Máy phay Equiptop EMV-600
của hãng Equiptop dùng hệ điều hành FANUC
Bảng 2.1: thông số máy EMV-600
Trang 16Máy có thiết kế hiện đại, đặc biệt cho phép gia công nhiều chủng loại sản
phẩm tinh xảo, vận hành an toàn, tiếng ồn nhỏ, năng suất cao và vận hành dễ dàng
hơn
Bộ điều khiển FANUC có giao diện thân thiện sử dụng ngôn ngữ ISO cùng
với hệ thống Simulation hiện đại, dễ hiểu, độ an toàn đáng tin cậy
Hình 2.3: Máy điêu khắc 3D KingCutx25Z Bảng 2.3: Thông số máy Kingcutx25Z
Tốc độ điêu khắc nhanh, tốc độ cao nhất có thể đạt 6m/phút, thể hiện ưu thế
cao, có thể điêu khắc đến 1 vòng tròn có đường kính 1mm mà không bị biến hình
Kiểu dáng toàn bộ thân máy đúc liền chắc chắn, mạnh mẽ, có thể điều chỉnh chân
2.3 Các bộ phận trên máy CNC
2.3.1 Động cơ AC 3 pha
Cấu tạo động cơ 3 pha không đồng bộ
Hành trình trục X/Y
1200/2500
mm Hành trình trục Z 110 mm
Trang 17Hình 2.4: Cấu tạo động cơ không đồng bộ AC 3 pha
Có 2 cách đấu dây cấp nguồn cho động cơ đó là đấu sao hoặc tam giác, tùy theo tốc độ và moment của động cơ mà ta có cách đấu cho phù hợp
Động cơ AC 3 pha là loại động cơ không đồng bộ, không có chổi than chạy bằng dòng điện 3 pha nếu muốn đổi chiều thì thực hiện đổi pha của 2 trong 3 pha , là động cơ không có khả năng điều khiển nên ta dùng nó là làm trục chính gắn dao
2.3.2 Động cơ AC Servo
Là động cơ AC nhưng không phải là AC thường mà nó có khả năng điều khiển được góc quay, tốc độ quay, chiều quay và hướng quay thông qua Driver điều khiển
Trang 18¾ Cấu tạo:
Hình 2.6: Cấu tạo động cơ AC Servo
Cơ bản động cơ AC Servo có cấu tạo giống AC thường nhưng có thêm phần
encoder để phản hồi về bộ điều khiển tín hiệu của chiều của động cơ khi đang
quay Một đặc điểm nữa của động coe AC Servo là loại động cơ nào thì đi kèm
với Driver điều khiển động cơ đó, nếu lấy động cơ này, Driver kia để kết nối
với nhau thì có thể làm hỏng 1 trong 2 do chập mạch hay quá áp
Một đông cơ AC Servo bao gồm:
Trang 19
Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động Encoder
điện để xác định chiều quay, pha Z dùng
để xác định số vòng quay của động cơ (
nếu không có pha Z thì có thể xác định
bằng cách đếm số xung mà pha A hoặc B
phát ra, thường thì có in trên than
Encoder
Hình 2.8: Đĩa Encoder
Hình 2.9: Giản đồ xung 3 pha Encoder
Vì tính chính xác cao nên động cơ AC Servo được sử dụng làm trục tọa độ
X, Z và trục thứ 4
Trang 202.3.3 Bộ truyền Visme bi
Hình 2.10: Bộ truyền visme và cấu tạo
Là bộ phần không thể thiếu trong máy CNC, nó có nhiệm vụ truyền chuyển
động chính xác từ động cơ Servo đến dao thực hiện quá trình gia công
Bộ truyền visme bi có mặt tiếp xúc là điểm vì vậy visme bi có ma sát nhỏ và hoạt động êm nên được dùng trong máy có độ chính xác cao như CNC
Ưu điểm của vitme bi
x Mất mát do ma sát nhỏ,hiệu suất của bộ truyền lớn gần 0,9
x Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ
x Có thể loại trừ khe hở và sức căng ban đầu nên đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao
x Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài
2.3.4 Thanh trượt bi
Hình 2.11: Thanh trượt bi
Trang 21Đi kèm không thể thiếu của visme bi trong máy CNC là thanh trượt bi, nó đi kèm với trục visme để tạo thành cụm dẫn hướng và làm giá đỡ cho thanh visme khi gắn tải lên bánh vit không bị cong trục vít
Hai bên của con trượt được gắn hai vòng bi, khi trượt trên thanh thì vòng bi dịch chuyển theo Chúng được dùng phổ biến để gắn lên bàn máy CNC, các dịch chuyển tịnh tiến
có độ chính xác cao vì không có độ rơ lắc và không bị trượt tự do khi không có lực tác dụng
2.3.5 Công tắc hành trình
Như tên gọi, công tắc hành trình được dùng trong các hành trình của các máy hay trong cuộc sống dùng để cấp tín hiệu đóng hay mở điện tùy theo mục đích sử dụng
xuất
Hình 2.12: Một số loại công tắc hành trình
trục X và Z, bàn dao chạy chạm vào công tắc hành trình thì sẽ đưa tín hiệu ngắt
Trang 22động cơ không cho động cơ quay phá vỡ phần cơ khí, công tắc hành trình được minh họa bằng hình dưới đây
Hình 2.13: Minh họa công tắc hành trình trong máy CNC
Ngoài ra chúng được sử dụng trong các hệ thống tự động được điều khiển bởi PLC hoặc vi điều khiển để định ra các tín hiệu đóng ngắt cho hệ thống, đặc biệt hay được sử dụng với các xilanh hoặc những vật có hành trình chuyển động tịnh tiến hoặc quay
Động cơ HA-FE43G, HAFE63B
cấu hình giống nhau
Trang 24Hình 2.15: Kết nối dây cho động cơ
Một điều hết sức chú ý không được đấu dây của động cơ sang trực tiếp dây nguồn điện 3 pha mà phải đấu nguồn 3 pha vào Terminal driver ở ô có chữ R, S,
T và đấu dây động cở ở ô có chữ U, V, W
Trang 25B Driver
Là “bộ não” của động cơ, vì đây là phần điều khiển động cơ theo ý muốn của ta, mỗi driver chỉ tương thích cho 1 loại đông cơ, không thể lấy driver này điều khiển động cơ kia vì sẽ làm nguy hiểm đến cả 2
a) Xác định chân điều khiển:
Phần tín hiệu điều khiển cho máy hoạt động gồm có điều khiển tốc độ, điều khiển hướng, ngoài ra còn nhiều chức năng khác như Enable driver, dừng khẩn cấp, Reset… tất cả các chức năng này được đưa ra từ cổng kết nối và thứ tự chân đều được nêu trong catalog
Hình 2.16: Sơ đồ chân trong đầu cáp kết nối b) Sơ đồ kết nối và xung điều khiển
Sau khi năm được sơ đồ chân bên trong ta tìm những chân mình cần và kiểu kết nối theo nhà sản xuất hướng dẫn:
Theo hình dưới ta thấy những chân mình cần nó ở số:
Trang 2633: Mô men xoắn giới hạn
Phần điều khiên ở chân 28 và 29 đã được nêu rõ, nhưng chân 30, 31 là chạy
thuận nghịch cần tìm hiểu chế độ điều khiển cụ thể hơn, sau đây là bảng hướng
dẫn điều khiển và cách cấp xung để điều khiển quay thuận nghịch theo yêu cầu
Hình 2.18: Bảng giải thích chân trong cáp kết nối
Trang 27Hình 2.19: Bảng xung điều khiển chiều quay
Để điều khiển chiều quay ta phối hợp Enable chiều quay chân 30, 31 và cấp
xung vào chân 20 (PP),22 (NP)
Vậy ta đã nắm được cách điều khiển động cơ:
9 Muốn động cơ quay theo chiều thuận thì chân NP lên mức 1 và chân PP cấp
xung, tần số xung càng cao thì tốc độ càng lớn
9 Muốn động cơ quay theo chiều nghịch thì chân PP lên mức 1 và chân NP cấp
xung, tần số xung càng cao thì tốc độ cành lớn
2.4.2 Động cơ MSM 022P1A
Là động cơ sử dụng driver MSD023P1E của hãng PANASONIC
Trang 28A Motor
Tương tự như động cơ HA-FE43G, HA-FE63B động cơ MSD023P1E cũng
có 2 bộ phận chính đó là động cơ và encoder, bên cạnh đó nó còn có cáp thắng
để thắng động cơ khi cần dừng khẩn cấp, được điều khiển bởi driver tương thích của hãng sản xuất
Hình 2.20: Cáp kết nối Motor
Dưới đây là phần kết nối động lực, encoder và bộ phận thắng cho động cơ
Trang 29Hình 2.21: Kết nối cáp cho động cơ
Cũng tương tự như các động cơ servo khác, nguồn động lực của động cơ phải gắn vào cấp nguồn cho động cơ của driver
B Driver
Xác định chân điều khiển
Việc đầu tiên khi làm việc với driver là phải nắm được sơ đồ vị trí các chân trong cổng dây cáp kết nối driver để thực hiện việc điều khiển
Trang 30Hình 2.22: Sơ đồ đấu dây trong cáp
Từ bảng trên đây ta đã xác định được thứ tự các dây trong cáp, các chân cần chú ý là chân có số: 1,2, 7, 8, 13, 14, 22, 23, 24, 25 sau đây ta tìm nguyên nhân làm chúng quan trọng
a) Sơ đồ kết nối và xung điều khiển
Dựa vào bảng bên dưới ta có được cách đấu dây cho cáp:
Trang 31Hình 2.23: Sơ đồ kết nối điều khiển hướng, tốc độ
9 Cụm số 1
Chân 1: Kết nối nguồn dương
Chân 2: Enable driver
Chân 7: Cho phép quay nghịch
Chân 8: Cho phép quay thuận
Chân 13: Kết nối nguồn âm
Chân 14: Kết nối MASS
9 Cụm số 2
Chân 22, 23, 24, 25: Điều khiển hướng và tốc độ động cơ
Trang 32Hình 2.24: Sơ đồ điện cấp xung điều khiển hướng, tốc độ
Có 2 cách để điều khiển theo như hướng dẫn trong catalog thì kiểu điều khiển loại 1 tối ưu hơn nên ta sẽ tiến hành làm mạch điều khiển theo đúng như hướng dẫn, để việc cấp xung đúng với mức logic cho chạy đúng theo yêu cầu ta nghiên cứu nếu muốn chạy thuận/nghịch thì việc cấp xung như thế nào
Hình 2.25: Xung điều khiển chiều quay
Theo như bảng trên thì để chạy theo:
Chiều nghịch: Chân PULS ở mức 0, chân SIGN phát xung với tần số phụ thuộc vào tốc độ mong muốn, tần số càng cao thì tốc độ càng lớn
Chiều thuận: Chân SIGN ở mức 0, chân PULS phát xung với tần số phụ thuộc vào tốc độ mong muốn, tần số càng cao thì tốc độ cang lớn
Như vậy ta đã nắm rõ được nguyên lý điều khiển của cả 2 driver, loại ở MRJ thì
1 chân phát xung, 1 chân mức 1 còn driver MSD có sự khác biệt là cũng 1 chân
Trang 33cấp xung nhưng chân còn lại là ở mức 0, đây là điều đáng lưu ý khi làm mạch kết nối với phần mềm điều khiển Mach3
2.5 Tìm hiểu phần mềm Mach3
2.5.1 Giới thiệu
Hình 2.26: Điều cần thiết để Mach3 ra đời
Công nghệ CNC ngày càng phát triển, nó mở rộng khả năng tạo ra các sản phẩm có độ khó và chính xác, khi đó dân “amateur” khó để chế tạo một máy CNC cho riêng mình mà chỉ các nhà sản xuất có thể sản xuất được
Nắm rõ nhu cầu về việc chế tạo máy CNC của dân “amateur” rất cao nên hãng ArtSoft đã cho ra đời phần mềm Mach3 điều khiển qua cổng song song LPT Mach3 là phần mềm chạy trên máy tính cá nhân, chạy tốt nhất trên hệ điều hành Windows XP hoặc Windows 2000 , yêu cầu tối thiểu về tốc độ xử lý máy là 1Ghz, có độ phân giải 124x768 pixel, bên cạnh đó một yếu tố không thể thiếu là máy tính phải có cổng song song LPT
Một số máy mà Mach3 có thể điều khiển là: máy phay, máy tiện và máy cắt
Trang 342.5.2 Giao diện người dùng
Giao diện phần mềm Mach3 tương đối phù hợp với người dùng, các thanh công cụ và chức năng bố trí linh hoạt tiện cho việc theo dõi chương trình hoạt động của máy
Hình 2.27: Giao diện Mach3
Trên giao diện phần mềm gồm các phần sau:
1 > Thanh menu: Set chế độ điều khiển, chuyển đổi đơn vị, load file G-Code, lưu chương trình…
2 > Thanh toolbar: Nhập G-Code, Set các thông số cho máy trước khi chạy…
3 > Hiển thị G-Gcode: Hiển thị G-Code của chi tiết đang chạy và kết hợp với phần mô phỏng chi tiết cùng tọa độ dao cho ta biết ngay đoạn Code đó thì nó có tọa độ dao là bao nhiêu và chạy chi tiết đến đâu
4 > Các nút điều khiển:
9 Cycle Start: Bắt đầu chạy G-code (Phím tắt: Alt+R)
Trang 359 Feed Hold: Khi bấm Feed Hold thì máy sẽ dừng tại đoạn lệnh G-Code đang chạy, muốn chạy tiếp thì ta nhấn phím Cycle Start (Phím tắt: Space)
9 Stop: Dừng máy (Phím tắt: Alt+S)
5 > Tọa độ trục: Hiển thị tọa độ các trục
6 > Mô phỏng chi tiết: Mô phỏng chi tiết hoàn thành sau khi chạy xong từng dòng G-Code
7 > Nút E-Stop: Dừng khẩn cấp, nếu có trục trặc trong quá trình gia công thì ta nhận E-Stop để dừng máy mà không bị thoát khỏi G-Code
8 > Các thao tác load G-Code:
9 Edit G-Code: nhập từ bàn phím để gõ trực tiếp hoặc sửa file G-Code sau khi load
9 Recent file: cho phép xem và load file G-Code trước đó
9 Close/load G-Code: đóng và tải file lên để chạy chương trình
9 > Mục điều khiển trục chính: điều khiển tốc độ trục chính phù hợp
2.5.3 Tín hiệu điều khiển
Để Mach3 thực hiện quá trình điều khiển máy cần nắm rõ phương thức xuất xung điều khiển chiều và hướng của phần mềm đối với động cơ AC Servo xem
có tương thích với tín hiệu điều khiển từ Driver hay không, nếu giống thì việc còn lại là làm mạch cách ly các tín hiệu điều khiển qua cổng song song LPT (Mạch Breakout board ), nếu không tương thích thì ta cần làm một mạch Convert để chuyển đổi tín hiệu điều khiển từ Mach3 đến Driver tương thích với nhau
Phần mềm có tín hiệu điều khiển theo cơ chế Dir/Step nghĩa là tín hiệu điều khiển hướng xuất ra trước sau đó mới xuất tìn hiệu điều khiển tốc độ
Ví dụ: trong quá trình cài đặt, người ta cài đặt trục X có các thông số như hình dưới:
Trang 36Hình 2.28: Bảng cài đặt trục X
Khi muốn chạy thuận thì Mach3 sẽ xuất xung tín hiệu
x Chân DIR sẽ xuống mức 0 (do hình trên Set Dir LowActive)
x Chân STEP PULSE ( xuất tín hiệu tốc độ động cơ chạy <50%) sẽ có xung dạng:
Hình 2.29: Xung LowActive
Vì chúng ta cài Step LowActive đánh dấu x ( chọn chế độ High), nếu trong ô
đó ta để dấu “v” màu xanh lá thì xung sẽ đảo ngược lại:
Hình 2.30: Xung HighActive
Như vậy ta đã nắm được nguyên tắc xuất xung tín hiệu của Mach3 và hai Driver điều khiển các động cơ, chúng có sự khác nhau nên ta cần phải làm mạch Convert để đưa chúng về một kiểu xung điều khiển giống như tín hiệu điều khiển của Mach3
Trang 372.6 Mạch Convert tín hiệu điều khiển
Sau khi nghiên cứu các cách điều khiển hướng và tốc độ của 2 Driver và tín hiệu xuất ra từ phần mềm Mach3 ta có các thông số sau:
Chạy
thuận
Chạy
nghịch
Hình 2.31: Tổng hợp xung điều khiển
Đối với Driver MRJ chân điều khiển tốc độ sẽ phát xung còn chân điều khiển hướng sẽ lên mức 1, Driver MSD thì phần điều khiển hướng có sự khác biệt là thay vì lên mức 1 chân kia phát xung thì nó lại xuống mức 0, nên ta sẽ đặt sau nó cổng NOT đề giống với tín hiệu điều khiển Driver MRJ
Phần điều khiển tín hiệu ta có thể dùng 2 cổng NAND và 1 cổng NOT ( dùng cho driver MRJ) để kết nối như hình mô phỏng bên dưới:
Trang 38Hình 2.32: Mô phỏng nguyên lý điều khiển
Nguyên lý hoạt động: khi chân DIR xuống mức 0, chân PULSE cấp xung dựa
theo tốc độ thì lúc này thông qua cổng NOT thì tín hiệu vào chân 1 của cổng
NAND thứ 1 lên mức 1, lúc này coi như cổng NAND đã được Enable, đồng thời
Mach3 phát xung vô chân còn lại nên chân PP có xung out, tại cổng NAND thứ 2
thì chân số 1 nối trước cổng NOT nên cổng NAND thứ 2 bị Disable dù chân
PULSE vẫ cấp xung, nên cổng NAND không dẫn vì vậy chân NP lên mức 1 dẫn
đến động cơ quay thuận, trường hợp quay nghịch sẽ có kết quả ngược lại nếu chân
DIR lên mức 1
Đối với Driver MRJ, ta chỉ thêm cổng 2 NOT vào 2 chân out của cổng NAND
2.7 Cổng giao tiếp LPT
xuất máy in kiểu ma trận, đã thiết kế ra cổng song song nhằm mục đích nối máy
tính PC với máy in
Về sau, cổng song song đã phát triển thành một tiêu chuẩn không chính thức
Tên gọi của cổng song song bắt nguồn từ kiểu dữ liệu truyền qua cổng này: các bit
dữ liệu được truyền song song hay nói cụ thể hơn la byte nối tiếp còn bit song
song
Cho đến nay cổng song song có mặt ở hầu hết các máy tính PC được sản xuất
trong những năm gần đây Cổng song song còn được gọi là cổng máy in hay cổng
Trang 39Centronics Cấu trúc của cổng song song rất đơn giản với tám đường dữ liệu, một đường dẫn mass chung, bốn đường dẫn điều khiển để chuyển các dữ liệu điều khiển tới máy in và năm đường dẫn trạng thái của máy in ngược trở lại máy tính Giao diện song song sử dụng các mức logic TTL, vì vậy việc sử dụng trong mục
Hình 2.33: Cổng LPT
Cổng song song có 2 loại:
Ngày nay, loại ổ cắm 36 chân không còn được sử dụng, hầu hết các máy tính
PC đều trang bị cổng song song 25 chân nên ta chỉ cần quan tâm đến loại 25 chân
Trang 407 D5 17 Reset
Bảng 2.5: Ý nghĩa các chân trong cổng LPT
Strobe (1): Với một mức logic thấp ở chân này, máy tính thông báo cho máy in
biết có một byte đang sẵn sàng trên các đường dẫn tín hiệu để được truyền
D0 đến D7: Các đường dẫn dữ liệu
Acknowledge: Với một mức logic thấp ở chân này, máy in thông báo cho máy
tính biết là đã nhận được kí tự vừa gửi và có thể tiếp tục nhận
Busy (bận – 11): Máy in gửi đến chân này mức logic cao trong khi đang đón nhận
hoặc in ra dữ liệu để thông báo cho máy tính biết là các bộ đệm trong máy tính
biết là các bộ đệm trong máy tính đã bị đầy hoặc máy in trong trạn thái Off-line
Paper empty (hết giấy – 12): Mức cao ở chân này có nghĩa là giấy đã dùng hết
Select (13): Một mức cao ở chân này, có nghĩa là máy in đang trong trạng thái
kích hoạt (On-line)
Auto Linefeed (tự nạp dòng): Có khi còn gọi là Auto Feed Bằng một mức thấp
ở chân này máy tính PC nhắc máy in tự động nạp một dòng mới mỗi khi kết thúc
một dòng
Error (có lỗi): Bằng một mức thấp ở chân này, máy in thông báo cho máy tính là
đã xuất hiện một lỗi, chẳng hạn kẹt giấy hoặc máy in đang trong trạng thái
Off-Line
Reset (đặt lại): Bằng một mức thấp ở chân này, máy in được đặt lại trạng thái
được xác định lúc ban đầu
Select Input: bằng một mức thấp ở chân này, máy in được lựa chọn bởi máy tính
Từ các chức năng của mỗi chân trong cổng LPT mà ta dùng nó kết nối với phần
mềm Mach3 để xuất và nhận tín hiệu điều khiển với các chân như sau: