Thuyết mình đồ án tốt nghiệm chế tạo máy CNC mini

MỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦULỜI CẢM ƠNPHẦN 1: TÌM HIỂU VỀ ARDUINO131.1Giới thiệu chung về arduino131.2Cấu trúc phần cứng141.3Cấu trúc phần mềm và lập trình161.4 ARDUINO UNO R3:26PHẦN 2: TÌM HIỂU VỀ MÁY CNC282.1 Giới thiệu chung về máy CNC282.1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống máy CNC282.1.2 Những đặc điểm cơ bản của máy CNC292.2 Giới thiệu chung về máy phay CNC312.2.1 Tình hình sử dụng máy CNC ở nước ta312.3 Các phương pháp điều khiển trên máy CNC342.3.1 Điều khiển 2D342.3.2 Điều khiển 212D342.3.3 Điều khiển 3D352.4.1 Phần điều khiển372.4.2 Phần chấp hành372.5 Hệ trục tọa độ trên máy CNC372.6 Các phương án thiết kế.................................................................................................382.7 Chọn động cơ và các thành phần máy CNC mini2.7.1 Động cơ dẫn động trục chính:412.7.2 Động cơ dẫn động các trục tọa độ:422.7.3 Bộ truyền biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến:432.7.4 Cơ cấu dẫn hướng cho chuyển động chạy dao các trục:44 Giới thiệu về sóng trượt:44 Giới thiệu về sóng lăn:442.7.4.1 Chọn cơ cấu dẫn hướng:442.8 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CỦA MÁY:452.8.1 Chọn dao:452.8.2 Chiều sâu cắt và chiều rộng phay B ( mm ) :452.8.3 Lượng chạy dao S:462.8.4 Tính tốc độ cắt:462.8.5 Lực cắt:492.8.6 Công suất cắt:502.9 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CNC MINI :522.9.1 Phần cơ khí:522.9.2 Phân tích và đưa ra giải pháp phần cơ khí:532.9.2.1 Phần khung:532.9.2.2 Hệ thống thanh trượt:542.9.2.3 Nối giữa động cơ và trục vít me:552.9.2.4 Liên kết giữa ray trượt và thân máy, bàn máy:562.9.2.5 Kết cấu bàn máy:56PHẦN 3. TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ BƯỚC583.1 Khái quát583.1.1 Vai trò của động cơ bước583.1.2 Cấu tạo động cơ bước583.1.3. Hoạt động593.1.4 Ứng dụng603.1.5 Các đặc tính cơ bản của động cơ bước603.1.6 Một số loại động cơ bước60 3.1.7 Điều khiển động cơ bước623.2. Giới thiệu module Driver DRV8825643.3. Điều khiển động cơ bước qua DRV8825 bằng GRBL693.3.1. Khái quát GRBL693.3.2 Quản lý nhanh.723.3.3 Những giới hạn của Gcode723.3.4 Các tính năng mới trong v0.972PHẦN 4: TÌM HIỂU CÁC BƯỚC ĐIỀU KHIỂN MỘT CNC LÀM PCB ĐƠN GIẢN76KÊT LUẬNTÀI LIỆU THAM KHẢO HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH VẼHình 1.1: Arduino IDEHình 1.3: IDE MenuHình 1.4: File menu.Hình 1.5: Click Examples.Hình 1.7: Kết nối dây UNO để nạp bootloaderHình 1.8: Aduino UnoHình 2.3 Điều khiển 2DHình 2.4 Điều khiển 212DHình 2.5 Hình mô phỏng phương án 1Hình 2.6 Hình mô phỏng phương án 2Hình 2.7 Kích thước của động cơ bước size 42Hình 2.8 Mô hình 3D của máy CNC miniHình 2.9 Thanh trượt trụ tròn biHình 2.10 Hình dạng bàn máyHình 2.10 Nối trục dạng mềm Hình 2.11 Mô hình cơ khí máy CNC mini khi hoàn thànhHình 3.1 Động cơ bướcHình 3.2 Sơ đồ nối dây của hãng OrientalHình 3.3 Linh kiện lớp BOTTOMHình 3.4 Linh kiện lớp TOPHình 3.5 Modul DRV8825Hình 3.6 Sơ đồ kết nối DRV8825 với các phần khácHình 3.7 Bảng chọn chế độ cho stepmotorHình 3.8 Sơ đồ nối dây sử dụng DRV8825 điều khiển bằng GRBLHình 4.1 Giao diện làm việc của FritzingHình 4.2 Thiết kế một mạch đơn giảnHình 4.3 Giao diện sơ đồ nguyên lí FritzingHình 4.4 Giao diện sơ đồ PCB trên FritzingHình 4.5 Giao diện đi dây trên FritzingHình 4.6 Đi dây trong FritzingHình 4.7 Giao diện khi mạch không bị lỗiHình 4.8 Sử dụng inkspace để bôi mực mạch PCBHình 4.9 Sơ đồ mạch in sau khi sử dụng InkscapeHình 4.10 Giao diện khi mở file trên makercam.comHình 4.11 Tinh chỉnh thông số CAMHình 4.12 Lỗ cần khoanHình 4.13 Phay tự động của CNCHình 4.14 Giao diện làm việc của GRBLHình 4.15 Khoan lỗ tự động của CNCHình 4.16 Khắc Logo lên PCBHình 4.17 Cắt mạch PCB

Trang 1

1

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH DOANH VÀ CÔNG NGHỆ HÀ NỘI

KHOA CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ***

THUYẾT MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài: 3: Tính toán thiết kế chế tạo bộ điều khiển

máy CNC mini Giảng viên hướng dẫn:

- ThS Phạm Công Dũng Sinh viên thực hiện:

- Nguyễn Đức Việt

- Lê Đình Vinh

- Ngô Phú Tuân Lớp : CD17.01

Hà Nội - 2016

Trang 3

LỜI NÓI ĐẦU

Trong một thời gian khá dài, ngành cơ khí đã tập trung nghiên cứu để giải quyếtvấn đề tự động hóa ở các xí nghiệp có quy mô sản xuất lớn Máy công cụ - trung tâm giacông điều khiển bằng chương trình số và kỹ thuật vi xử lý CNC - đã được sử dụng trongsản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ đã tạo điều kiện linh hoạt hoá và tự động hoá dâychuyền gia công Đồng thời làm thay đổi phương pháp và nội dung chuẩn bị cho sản xuất

Trong những năm gần đây các máy NC và CNC đã được nhập vào Việt Nam vàhiện nay đang hoạt động trong một số nhà máy, viện nghiên cứu và các công ty liêndoanh Cũng chính vì thế nên việc nghiên cứu, chế tạo máy CNC đã được nhiều nhà kỹthuật, kỹ sư Việt Nam đang theo đuổi

Để tổng kết lại những kiến thức đã học cũng như để làm quen với công việc thiết

kế của người cán bộ kỹ thuật trong ngành cơ khí sau này Chúng em đã được nhận đề tài

“Tính toán thiết kế chế tạo bộ điều khiển máy CNC mini” Vì lần đầu làm quen với công việc thiết kế tổng thể, mặc dù được sự hướng dẫn của thầy ThS.Phạm Công Dũng

nhưng cũng không tránh khỏi những bỡ ngỡ Hơn nữa, tài liệu phục vụ cho công việcthiết kế còn quá ít, thời gian thực hiện đề tài không nhiều,khả năng còn hạn chế nên chắctrong quá trình thiết kế sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Nên rất mong được sự giúp

đỡ và chỉ bảo của các thầy cô Sau thời gian làm đề tài bằng chính nổ lực của bản thân vàđược sự hướng dẫn của thầy Phạm Công Dũng, các thầy giáo và sự giúp đỡ của các bạnsinh viên khác trong khoa em đã hoàn thành xong đồ án này đúng thời gian qui định Mộtlần nữa cho phép chúng em xin gửi đến quý thầy cùng các bạn lòng biết ơn sâu sắc nhất

Hà Nội, ngày 17 tháng 6 năm 2016

3

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Sau bốn năm học tại trường ĐH Kinh doanh và Công nghệ Hà Nội, chúng em đã được học và tiếp thu rất nhiều kiến thức mới từ sự chỉ bảo tận tình từ Quý Thầy Cô, cũng như sự giúp đỡ của bạn bè Đây là khoảng thời gian đầy ý nghĩa Đồ án tốt nghiệp là nền tảng quan trọng để đánh dấu bước ngoặc mới trong cuộc đời chúng em

Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu săc đến thầy Phạm Công Dũng Người đã hướng dẫn chúng em thực hiện đồ án tốt nghiệp và cung cấp cho chúng em nhiều kinh nghiệp quý báu

Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa cơ điện tử và các canns bộ công nhân viên trường ĐH Kinh doanh và Công nghệ Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi

để chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

Sinh viên thực hiện:

Lê Đình VinhNgô Phú TuânNguyễn Đức Việt

Trang 5

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

……….

………

……….

………

……….

………

5

Trang 6

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

……….

………

……….

………

……….

………

Trang 7

………

7

Trang 8

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN

………

……….

………

……….

………

……….

………

Trang 9

………

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN PHẦN 1: TÌM HIỂU VỀ ARDUINO 13

1.1 Giới thiệu chung về arduino 13

1.2 Cấu trúc phần cứng 14

1.3 Cấu trúc phần mềm và lập trình 16

1.4 ARDUINO UNO R3: 26

PHẦN 2: TÌM HIỂU VỀ MÁY CNC 28

2.1 Giới thiệu chung về máy CNC 28

2.1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống máy CNC 28

2.1.2 Những đặc điểm cơ bản của máy CNC 29

2.2 Giới thiệu chung về máy phay CNC 31

2.2.1 Tình hình sử dụng máy CNC ở nước ta 31

2.3 Các phương pháp điều khiển trên máy CNC 34

2.3.1 Điều khiển 2D 34

2.3.2 Điều khiển 21/2D 34

2.3.3 Điều khiển 3D 35

2.4.1 Phần điều khiển 37

2.4.2 Phần chấp hành 37

2.5 Hệ trục tọa độ trên máy CNC 37

2.6 Các phương án thiết kế 38

2.7 Chọn động cơ và các thành phần máy CNC mini 2.7.1 Động cơ dẫn động trục chính: 41

9

Trang 10

2.7.2 Động cơ dẫn động các trục tọa độ: 42

2.7.3 Bộ truyền biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến: 43

2.7.4 Cơ cấu dẫn hướng cho chuyển động chạy dao các trục: 44

- Giới thiệu về sóng trượt: 44

- Giới thiệu về sóng lăn: 44

2.7.4.1 Chọn cơ cấu dẫn hướng: 44

2.8 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CỦA MÁY: 45

2.8.1 Chọn dao: 45

2.8.2 Chiều sâu cắt và chiều rộng phay B ( mm ) : 45

2.8.3 Lượng chạy dao S: 46

2.8.4 Tính tốc độ cắt: 46

2.8.5 Lực cắt: 49

2.8.6 Công suất cắt: 50

2.9 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CNC MINI : 52

2.9.1 Phần cơ khí: 52

2.9.2 Phân tích và đưa ra giải pháp phần cơ khí: 53

2.9.2.1 Phần khung: 53

2.9.2.2 Hệ thống thanh trượt: 54

2.9.2.3 Nối giữa động cơ và trục vít me: 55

2.9.2.4 Liên kết giữa ray trượt và thân máy, bàn máy: 56

2.9.2.5 Kết cấu bàn máy: 56

PHẦN 3 TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ BƯỚC 58

3.1 Khái quát 58

3.1.1 Vai trò của động cơ bước 58

3.1.2 Cấu tạo động cơ bước 58

3.1.3 Hoạt động 59

3.1.4 Ứng dụng 60

Trang 11

3.1.5 Các đặc tính cơ bản của động cơ bước 60

3.1.6 Một số loại động cơ bước 60

3.1.7 Điều khiển động cơ bước 62

3.2 Giới thiệu module Driver DRV8825 64

3.3 Điều khiển động cơ bước qua DRV8825 bằng GRBL 69

3.3.1 Khái quát GRBL 69

3.3.2 Quản lý nhanh 72

3.3.3 Những giới hạn của G-code 72

3.3.4 Các tính năng mới trong v0.9 72

PHẦN 4: TÌM HIỂU CÁC BƯỚC ĐIỀU KHIỂN MỘT CNC LÀM PCB ĐƠN GIẢN 76 KÊT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

11

Trang 12

Hình 2.7 Kích thước của động cơ bước size 42

Hình 2.8 Mô hình 3D của máy CNC mini

Hình 3.2 Sơ đồ nối dây của hãng Oriental

Hình 3.3 Linh kiện lớp BOTTOM

Hình 3.4 Linh kiện lớp TOP

Hình 3.5 Modul DRV8825

Trang 13

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối DRV8825 với các phần khác

Hình 3.7 Bảng chọn chế độ cho stepmotor

Hình 3.8 Sơ đồ nối dây sử dụng DRV8825 điều khiển bằng GRBL

Hình 4.1 Giao diện làm việc của Fritzing

Hình 4.2 Thiết kế một mạch đơn giản

Hình 4.3 Giao diện sơ đồ nguyên lí Fritzing

Hình 4.4 Giao diện sơ đồ PCB trên Fritzing

Hình 4.5 Giao diện đi dây trên Fritzing

Hình 4.6 Đi dây trong Fritzing

Hình 4.7 Giao diện khi mạch không bị lỗi

Hình 4.8 Sử dụng inkspace để bôi mực mạch PCB

Hình 4.9 Sơ đồ mạch in sau khi sử dụng Inkscape

Hình 4.10 Giao diện khi mở file trên makercam.com

Hình 4.11 Tinh chỉnh thông số CAM

Trang 14

1.1 Giới thiệu chung về arduino

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY ( là những người

tự sáng chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giốngvới những gì mà Apple đã làm được trên thị trương thiết bị di động Số lượng người dùngcực kì lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông đến bậc đại học đã làm chongay cả những người sáng tạo ra cũng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến

Arduino thực ra là một bo mạch vi xử lí được dùng để tương tác với các thiết bịphần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hay các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật củaArduino là môi trường phát triển ứng dựng cực kì dễ sử dụng Với ngôn ngữ lập trình cóthể học nhanh chóng ngay cả khi người học ít hiểu biết về điện tử và lập trình Và điềulàm nên Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ cứng tới mềm Chỉvới $30, người dùng đã có thể sở hữu một board Arduino có 20 ngõ I/O có thể tương tác

và điều khiển chừng đấy thiết bị

Thế mạnh của arduino so với các nền tảng vi điều khiển khác :

- Chạy trên đa nền tảng : Việc lập trình có thể thực hiện trên các hệ điều hành khácnhau như Window, Mac Os, Linux trên destop, android trên di động

- Ngôn ngữ lập trình đơn giản, dễ hiểu

- Nền tảng mở : arduino được phát triển dựa trên nguồn mở nên phần mêm chạy trênArduino được chia sẻ dễ dàng tính hợp vào các nền tảng khác nhau

- Mở rộng phần cứng: Arduino được thiết kế và sử dụng theo dạng module nên việc

mở rộng phần cứng khá dễ dàng

- Đơn giản và nhanh: Rễ dàng lắp ráp, lập trình và sử dụng thiết bị

- Dễ dàng chia sẻ : Mọi người dễ dàng chia sẻ mã nguồn với nhau mà không lo lắng

về ngôn ngữ hay hệ điều hành mình đang sử dụng

Những ứng dụng nổi bật của Arduino là: máy in 3d, robot, thiết bị bay không ngườilái UAV, game tương tác, điều khiển ánh sáng, kích hoạt chụp ảnh tốc độ cao

Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với môitrường xung quanh với:

Trang 15

Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận tốc,cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động, phát hiệnkim loại, khí độc,…),…

Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…)

Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác hoặc cáckết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz, 2.4Ghz,…).Định vị GPS, nhắn tin SMS, và nhiều thứ thú vị khác

1.2 Cấu trúc phần cứng

Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sunggiúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác Một khía cạnh quan trọngcủa Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của

board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield Vài shield

truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân khác nhau, nhưng nhiềushield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C-nhiều shield có thể được xếp chồng và

sử dụng dưới dạng song song Arduino chính thức thường sử dụng các dòng chipmegaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, vàATmega2560 Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Arduinotương thích Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anhgiao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù một vàithiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard do hạn chế

về kích cỡ thiết bị Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn với một bootloader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip, so với cácthiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài Điều này giúp cho việc sử dụngArduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một bộnạp chương trình

Theo nguyên tắc, khi sử dụng ngăn xếp phần mềm Arduino, tất cả các board đượclập trình thông qua một kết nối RS-232, nhưng cách thức thực hiện lại tùy thuộc vào đờiphần cứng Các board Serial Arduino có chứa một mạch chuyển đổi giữa RS232 sangTTL Các board Arduino hiện tại được lập trình thông qua cổng USB, thực hiện thông qua

15

Trang 16

chip chuyển đổi USB-to-serial như là FTDI FT232 Vài biến thể, như Arduino Mini vàBoarduino không chính thức, sử dụng một board adapter hoặc cáp nối USB-to-serial cóthể tháo rời được, Bluetooth hoặc các phương thức khác (Khi sử dụng một công cụ lậptrình vi điều khiển truyền thống thay vì ArduinoIDE, công cụ lập trình AVR ISP tiêuchuẩn sẽ được sử dụng.)

Board Arduino sẽ đưa ra hầu hết các chân I/O của vi điều khiển để sử dụng chonhững mạch ngoài Diecimila, Duemilanove, và bây giờ là Uno đưa ra 14 chân I/O kỹthuật số, 6 trong số đó có thể tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) và 6 chân inputanalog, có thể được sử dụng như là 6 chân I/O số Những chân này được thiết kế nằm phíatrên mặt board, thông qua các header cái 0.10-inch (2.5 mm) Nhiều shield ứng dụngplug-in cũng được thương mại hóa Các board Arduino Nano, và Arduino-compatibleBare Bones Board và Boarduino có thể cung cấp các chân header đực ở mặt trên củaboard dùng để cắm vào các breadboard

Có nhiều biến thể như Arduino-compatible và Arduino-derived Một vài trong số đó

có chức năng tương đương với Arduino và có thể sử dụng để thay thế qua lại Nhiều mởrộng cho Arduino được thực thiện bằng cách thêm vào các driver đầu ra, thường sử dụngtrong các trường học để đơn giản hóa các cấu trúc của các 'con rệp' và các robot nhỏ.Những board khác thường tương đương về điện nhưng có thay đổi về hình dạng-đôi khicòn duy trì độ tương thích với các shield, đôi khi không Vài biến thể sử dụng bộ vi xử lýhoàn toàn khác biệt, với các mức độ tương thích khác nhau

Trang 17

1.3 Cấu trúc phần mềm và lập trình

1.3.1 Cài đặt Arduino IDE

- Để lập trình cho bo Arduino , trước hết ta cần download và cài đặt môi trường viếtchương trình cho Arduino

- Dowload tại trang chủ arduino.cc

- Hướng dẫn cài đặt cho người dùng Window (người sử dụng hệ điều hành Mac thìkhông cần cài đặt drive )

- Kết nối bo Arduino với máy tính, và để máy tính tự động cài đặt drive USB Tuynhiên việc tự động cài drive sẽ có thể không thành công

- Nếu không thành công thì : Mở Device Mannage của window trên Control Panel

- Ở mục Port ( COM & LPT) sẽ thấy mục Arduino Uno (Comxx)

- Nhấp phải vào mục Arduino UNO(COMxx) và chọn Update Driver Software

- Trên cửa sổ hiện ra, chọn Browre my computer for driver software

1.3.2 Môi trường lâp trình ARDUINO

Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính năng thông dụng mang lại nhiều lợithế cho Arduino, tuy nhiên sức mạnh thực sự của Arduino nằm ở phần mềm Môi trườnglập trình đơn giản dễ sử dụng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu và dựa trên nền tảng C/C++ rấtquen thuộc với người làm kĩ thuật Và quan trọng là số lượng thư viện code được viết sẵn

và chia sẻ bởi cộng đồng mở là cực kỳ lớn

Hình 1.1: Arduino IDE

17

Trang 18

a) Arduino Toolbar: có một số button và chức năng của chúng như sau :

Hình1.2: Arduino Toolbar.

 Verify : kiểm tra code có lỗi hay không

 Upload: nạp code đang soạn thảo vào Arduino

 New, Open, Save : Tạo mới, mở và Save sketch

 Serial Monitor : Đây là màn hình hiển thị dữ liệu từ Arduino gửi lên

máy tính

b) Arduino IDE Menu:

Hình 1.3: IDE Menu

Trang 20

Edit menu:

Hình 1.6: Sketch menu

Trong Sketch menu :

 Verify/ Compile : chức năng kiểm tra lỗi code

 Show Sketch Folder : hiển thị nơi code được lưu

 Add File : thêm vào một Tap code mới

 Import Library : thêm thư viện cho IDE

Tool memu:

Trang 21

Trong Tool menu ta quan tâm các mục Board và Serial Port

Mục Board : các bạn cần phải lựa chọn bo mạch cho phù hợp với loại bo mà bạn sửdụng nếu là Arduino Uno thì phải chọn như hình:

Nếu sử dụng loại bo khác thì phải chọn đúng loại bo mà mình đang có nếu sai thìcode Upload vào chip sẽ bị lỗi

Serial Port: đây là nơi lựa chọn cổng Com của Arduino Khi chúng ta cài đặt driverthì máy tính sẽ hiện thông báo tên cổng Com của Arduino là bao nhiêu, ta chỉ việc vàoSerial Port chọn đúng cổng Com để nạp code, nếu chọn sai thì không thể nạp code choArduino được

1.3.3 Cấu trúc chương trình

Cấu trúc cơ bản của một chương trình Arduino gồm hai hàm chính setup() và loop().

Hai hàm này là bắt buộc đối với một chương trình Arduino

21

Trang 22

setup()

Hàm setup() được gọi khi chương trình bắt đầu Thường dùng để khởi tạo giá trị banđầu cho biến, cài đặt chế độ hoạt động của các chân, khởi động việc sử dụng thư viện Hàm setup() sẽ chỉ được gọi duy nhất một lần, ngay sau khi bật nguồn hoặc reset boArduino

loop()

Sau khi thực hiện xong hàm setup(), hàm loop() sẽ được gọi để thực hiện và sẽ đượcgọi lặp đi lặp lại liên tục cho đến khi nào tắt hệ thống Thường thì trong hàm loop() sẽ làchương trình chính, các công việc mà bạn muốn hệ thống Arduino của mình thực hiện

Cách viết chương trình trên IDE

Một chương trình Arduino với hai hàm setup() và loop() sẽ được viết như sau:

Trang 23

Ví dụ chương trình Blink

Chương trình Blink LED (nháy LED) là đơn giản và nổi tiếng trên Arduino, vì hầuhết người lập trình Arduino đều trải qua nó Blink LED thực hiện việc chớp tắt một LEDđơn có sẵn trên bo và được kết nối với chân số 13 của Arduino

int led = 13; // số thứ tự của chân Arduino kết nối với LED

// hàm setup sẽ được gọi chạy một lần khi reset

Chương trình giao tiếp với máy tính

Arduino có một điểm vô cùng lợi hại là đã kết hợp cổng nạp và giao tiếp trong một,nghĩa là sau khi nạp xong ta có thể ngay lập tức giao tiếp với bo để lấy thông tin Để giaotiếp với máy tính thì đơn giản bạn sử dụng class Serial có sẵn của Arduino:

Khởi tạo trong setup:

// Hàm setup chỉ chạy một lần khi bắt đầu khởi động lại

Trang 24

void loop() {

if(Serial.available()){ //Check if have data in Serial Buffer

char inMess = Serial.read(); //Read data from Serial port

Serial.println(inMess); // Print to Serial port when you want send data to computer

}

delay(100); // wait for a little

1.3.4 Nạp bootloader cho arduino

Bootloader là một chương trình nhỏ được nạp sẵn vào chip vi điều (VĐK) khiển trênArduino Bạn lập trình cho Arduino một cách dễ dàng được là nhờ thứ này Nếu không cóbootloader, bạn sẽ không thể upload chương trình lên vi điều khiển trên Arduino theocách thông thường được, mà phải cần một số phần cứng khác hỗ trợ (gọi là Programmer)

Trang 25

Chú ý mạch Arduino sử dụng vi điều khiển nào để nối dây cho đúng

Bảng 1: Các chân kết nối để nạp bootloader

Arduino chưa

có bootloader

(ATmega32u 4)

D11 (MOSI) D11 (MOSI) D16 (MOSI) D51 (MOSI)

D12 (MISO) D12 (MISO) D14 (MISO) D50 (MISO)

D13 (SCK) D13 (SCK) D15 (SCK) D52 (SCK)

Thao tác

Mở Arduino IDE

Mở ví dụ Arduino ISP

Vào menu Tools -> Boards để chọn mạch Arduino đang có bootloader

Vào menu Tools -> Serial Port để chọn cổng Serial đang sử dụng

Vào menu Tools -> Programmer chọn AVR ISP

25

Trang 26

Bấm Ctrl + U để upload chương trình

Vào menu Tool -> Boards để chọn mạch Arduino cần được nạp bootloader

Vào menu Tool -> Programmer chọn Arduino as ISP

Vào menu Tools chọn Burn Bootloader

Đợi cho tới lúc thành công

Sau khi nạp bootloader xong, đèn LED trên cả 2 mạch Arduino nhấp nháy báo hiệubootloader đã được nạp thành công

Trang 27

1.4 Arduino Uno R3:

Arduino Uno R3 là dòng mạch phổ biến nhất trong các dòng mạch Arduino, phiênbản Uno này là Revision 3 (R3) là phiên bản mới nhất hiện giờ, có độ chính xác và độ bềncao hơn rất nhiều so với arduino uno phiên bản cũ

Arduino UNO R3có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,ATmega168, ATmega328.Bộ vi điều khiển thông minh này có thể điều khiển led đơn,điều khiển động cơ, xử lý tín hiệu, thu thập dữ liệu từ các cảm biến để hiển thị lên mànhinh Led LCD,… và nhiều ứng dụng khác

Hình 1.8: Aduino Uno

Thông số kĩ thuật

Vi điều khiển ATmega328 (họ 8bit)

Điện áp hoạt động 5V – DC (chỉ được cấp qua cổng USB)Tần số hoạt động 16 MHz

Dòng tiêu thụ 30mA

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

27

Trang 29

PHẦN 2: TÌM HIỂU VỀ MÁY CNC

2.1 Giới thiệu chung về máy CNC

Máy CNC (Computer Numerical Controlled) là máy công cụ, điều khiển theo mộtchương trình định sẵn Các dữ liệu được cung cấp dưới dạng tập lệnh

2.1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống máy CNC

- Năm 1949: Mẫu đầu tiên của máy NC (Numerical Controlled) do MIT(Viện công nghệ Massachusetts) thiết kế và chế tạo theo đặt hàng của Khônglực Hoa kỳ, để sản xuất các chi tiết phức tạp và chính xác của máy bay

- Năm 1952: Chiếc máy phay đứng 3 trục điều khiển số của hãng CincinnatiHydrotel được trưng bày tại MIT

- Những năm 1960:

+ Máy NC được sản xuất và sử dụng trong công nghiệp

+ Các bộ điều khiển số đầu tiên dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, cồngkềnh và tiêu tốn nhiều năng lượng

+ Chương trình được chứa trong các băng và bìa đục lỗ, khó hiểu và khôngsửa chữa được

+ Giao tiếp người - máy rất khó khăn vì không có màn hình, bàn phím

- Năm 1970:

+ Các linh kiện bán dẫn được sử dụng phổ biến trong công nghiệp

+Máy NC gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn ít năng lượng hơn,

+Các băng đục lỗ sau này được thay bằng băng hoặc đĩa từ,

+Tính năng sử dụng của các máy NC vẫn chưa được cải thiện đáng kể, chođến khi máy tính được ứng dụng

- Đầu những năm 1970, máy CNC (Computer Numerical Control) ra đời: Các bộđiều khiển số trên máy công cụ được tích hợp máy tính và thuật ngữ CNC ra đời.Máy CNC ưu việt hơn máy NC thông thường về nhiều mặt

29

Trang 30

- Tốc độ xử lý cao, kết cấu gọn,

- Ưu điểm quan trọng nhất của chúng là ở tính năng sử dụng, giao diện với ngườidùng và các thiết bị ngoại vi khác

Ưu điểm của các máy CNC ngày nay:

- Có màn hình, bàn phím và nhiều thiết bị khác để trao đổi thông tin vớingười dùng

- Nhờ màn hình, người dùng được thông báo thường xuyên về tình trạng củamáy, cảnh báo báo lỗi và nguy hiểm có thể xảy ra, có thể mô phỏng đểkiểm tra trước quá trình gia công,

- Có thể làm việc đồng bộ với các thiết bị sản xuất khác như robot, băng tải,thiết bị đo, trong hệ thống sản xuất

- Có thể trao đổi thông tin trong mạng máy tính các loại, từ mạng cục bộ(LAN) đến mạng diện rộng (WAN) và Internet

Hiện nay máy công cụ CNC đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi vào nhiềulĩnh vực cuộc sống nhiều nước trên thế giới Cùng với sự phát triển vượt bậc của côngnghệ vi xử lý, trung tâm điều khiển của máy CNC hiện đại được điều khiển bởi bộ

vi xử lý Nhờ tốc độ xử lý của các phần tử này mà nhịp độ làm việc của các máy CNCđược ghép với chúng không bị thay đổi Có thể coi sự ra đời của máy CNC là một cuộccách mạng lớn trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy, đó là một phần tử vô cùng quan trọngtrong hệ thống sản xuất linh hoạt Nó góp phần thúc đẩy quá trình tự động hóa nhằm dầndần thay thế vai trò của con người trong quá trình sản xuất

2.1.2 Những đặc điểm cơ bản của máy CNC

- Khả năng tự động hoá cao

- Năng suất gia công cao, thời gian phụ (thay dao, chạy không,…) giảm

- Khả năng đạt độ chính xác cao, tính ổn định cao

- Có khả năng tập trung nguyên công cao, khả năng gia công nhiều bề mặttrong cùng một lần gá

Trang 31

- So với máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (cam, cữ hành trình,trục gài bi…) máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm đượcthời gian điều chỉnh máy đạt được tính chính xác cao ngay cả với sản xuất hàngloạt nhỏ.

- Một ưu điểm nổi bậc khác chỉ có trong máy CNC đó là phương thức làmviệc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử – số hóa” Phương thức này cho phépnối ghép với hệ thống xử lý số trong phạm vi quản lý xí nghiệp Đồng thờicũng tạo điều kiện cho việc ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông quamạng liên kết cục bộ ( LAN) hay mạng liên thông (WAN)

- Máy công cụ CNC tuy có được nhiều ưu điểm so với máy vạn năng nhưngcũng còn có nhược điểm là:

- Không thích hợp với việc gia công những chi tiết đơn giản

- Chi phí cho việc mua sắm trang thiết bị quá cao

- Đòi hỏi người thợ đứng máy phải có một kiến thức tương đối rộng cả về cơkhí, lẫn điện tử khi tiến hành gia công

31

Trang 32

2.2 Giới thiệu chung về máy phay CNC

2.2.1 Tình hình sử dụng máy CNC ở nước ta

Cho đến nay ở nước ta số lượng máy CNC được sử dụng chưa nhiều Mà phần lớnnhững máy được sử dụng là máy phay CNC vì máy này có thể đảm nhận được nhiềucông việc như gia công lỗ, rãnh, mặt phẳng, các loại mặt định hình phức tạp Ở nước ta,máy CNC thường dùng để gia công những nguyên công khó, vì thế giá thành để gia côngtương đối cao, đây là nhược điểm cần được khắc phục

Hiện nay, một số trường đại học kỹ thuật cũng đã trang bị được một vài máy CNCphục vụ cho công tác giảng dạy và học tập Mặc dù số lượng còn rất khiêm tốn vàsinh viên cũng không có nhiều cơ hội tiếp xúc Gần đây, phong trào tự chế tạo máy CNC(Homemake CNC) đang được nhiều bạn sinh viên cũng như kỹ sư quan tâm

2.2.2 Phân loại máy phay CNC

Tùy thuộc vào vị trí tương đối của trục chính so với các bề mặt làm việc máy người

ta phân thành hai loại:

- Máy phay CNC có trục đứng: như máy phay đứng, phay Revolve, phay

- khoan, doa tọa độ một phía, hai phía, phay

giường

- Máy CNC có dạng trục ngang: trục chính nằm ngang, dao cắt được đặt trên

cơ cấu chứa dao, cơ cấu này có thể có dạng hình mâm cặp hoặc hình băngtải Việc lấy dao từ ổ chứa dao và đưa dao từ trục chính vào ổ chứa dao đượcthực hiện bằng cơ cấu tay máy Loại CNC trục ngang có thể gia công được

từ nhiều phía

Trang 33

2.2.3 Giới thiệu về một số mẫu mã máy phay CNC đang có trên thị trường

Hình 2.1: Máy CNC XK

- Ưu điểm:

+ Gia công chính xác các loại vật liệu

+ Chạy hoàn toàn tự động (thay dao tự động)

- Nhược điểm:

+ Giá thành cao, khó chế tạo

33

Trang 34

Hình 2.2 Loại máy phay CNC kiểu Router

Trang 35

2.3 Các phương pháp điều khiển trên máy CNC

2.3.1 Điều khiển 2D

Với điều khiển 2D hai trục có thể điều khiển đồng thời Do vậy các dịchchuyển của dụng cụ có thể thực hiện theo đường thẳng và dạng tròn trên cùng một mặtphẳng Ví dụ: Một máy phay CNC 3 trục, điều khiển 2D, nghĩa là các biên dạng có thểphay theo hai trục còn trục thứ ba phải được tiến dao đặc biệt độc lập với hai trục kia

Hình 2.3 Điều khiển 2D

2.3.2 Điều khiển 21/2D

Điều khiển 21/2D tạo ra các chuyển động của dụng cụ cắt trong nhiều mặt phẳng,bằng cách nội suy chuyển đổi giữa một trong ba mặt phẳng chính Tất cả 3 trục đượcđiều khiển trong điều khiển 21/2D tuy nhiên trong mỗi mặt phẳng luôn luôn chỉ có haitrục được điều khiển đồng thời Trục thứ ba gọi là trục tiến dao Tuỳ thuộc vào mặtphẳng gia công được chọn mà các trục khác nhau được điều khiển đồng thời Do vậy,các chuyển động có thể có các mặt phẳng sau: - Mặt phẳng X/Y

- Mặt phẳng X/Z

- Mặt phẳng Y/Z

35

Trang 37

2.4 Cấu trúc tổng thể máy CNC mini

Máy CNC gồm có hai phần chính như sau:

Cấu trúc tổng thể máy CNC mini

xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh

- Cơ cấu điều khiển: mạch điều khiển và mạch công suất có nhiệm vụ nhận tínhiệu từ máy tính, thực hiện các biến đổi cần thiết để điều khiển được cơ cấuchấp hành và kiểm tra sự hoạt động của cơ cấu chấp hành thông qua các cảmbiến liên hệ ngược (công tắc hành trình) Cơ cấu điều khiển gồm: cơ cấugiải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu so sánh, cơ cấukhuếch đại, cơ cấu hành trình, cơ cấu đo vận tốc các thiết bị xuất nhập tínhiệu

37

Trang 38

2.4.2 Phần chấp hành

Phần chấp hành bao gồm toàn bộ khung máy, bàn máy, các động cơ và các cơ cấuchạy dao truyền động trên máy phay CNC mini, nó nhận tín hiệu từ bộ driver điều khiểntạo ra các chuyển động chạy dao đúng như bản vẽ Dao cắt là bộ phận trực tiếp tham giacắt gọt chi tiết Bộ truyền động thường sử dụng phương pháp khử khe hở của bộ truyềnvít me đai ốc bi…

2.5 Hệ trục tọa độ trên máy CNC

Theo tiêu chuẩn ISO, các chuyển động cắt gọt khi gia công trên máy CNCphải nằm trong hệ tọa độ Descarte theo nguyên tắc bàn tay phải:

- Đặt ngửa bàn tay phải lên bàn máy với phương chiều các ngón tay như hình

vẽ, chiều ngón giữa là chiều trục Z, ngón trỏ là chiều trục Y, ngón cái làchiều trục X

- Trong hệ tọa độ này có 6 chuyển động: 3 chuyển động tịnh tiến theo 3 trục

và 3 chuyển động quay theo 3 trục

- Trục Z: tương ứng với trục chính của máy CNC, có chiều dương là chiều màtheo đó khoảng cách giữa dao và chi tiết tăng dần

- Trục X: là chuyển động tịnh tiến lớn nhất của máy CNC Ví dụ: Trên máyphay là chuyển động dọc trục, trên máy tiện là chuyển động theo phươngngang Cũng tương tự như trục Z, chiều cũng là chiều làm tăng khoảng cáchgiữa dao và chi tiết gia công

Trang 39

- Trục Y: là trục mà tự nó cùng với hai trục trên làm thành một hệ trục toạ độ.

Ví dụ: trên máy phay là chuyển động chạy dao ngang Trên máy tiện không

có trục này (cho dạng chi tiết là tròn xoay) Một lưu ý quan trọng khi xét hệtrục tọa độ của một máy CNC thì phải coi chi tiết đứng yên, còn dao chuyểnđộng theo các phương của hệ trục tọa độ Trong quá trình làm việc, để giacông được trên máy CNC thì hệ tọa độ của máy phải được xác định Nóicách khác vị trí của hệ tọa độ phải được xác định so với một số điểm cốđịnh nào đó mà người ta gọi là điểm chuẩn

Trong một máy CNC gồm có các điểm chuẩn sau đây:

- Chuẩn M (Machine Datum Point): là chuẩn máy Máy sẽ đo lường từ vị trínày đến vị trí khác khi làm việc

- Chuẩn R (Reference Point): đây là chuẩn qui định trên máy, thường là vị tríthay dao

- Chuẩn T (Tool offset): chuẩn dao

- W (Work Datum Point): chuẩn chi tiết

- P (Program Datum Point): chuẩn chương trình

Trang 40

Hình 2.5:Hình mô phỏng phương án 1

a) Ưu diểm của phương án 1

- Phương án này cần không gian đặt máy nhỏ

- Thân máy cần có độ cứng vững tốt

- Động cơ chạy dao theo phương Z có công suất nhỏ hơn so với động cơ chạy

dao theo phương X và theo phương Y

- Vùng làm việc của máy rộng hơn, dễ dàng thực hiện các công việc hiệu chỉnh trênbàn máy

b) Nhược điểm của phương án 1

- Khó chế tạo

- Thân máy yêu cầu khối lượng lớn đễ máy có thể đứng vững

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	3,76 MB