Nghiên cứu và thiết kế máy khoan CNC

Nghiên cứu và thiết kế máy khoan CNC Nghiên cứu và thiết kế máy khoan CNC Nghiên cứu và thiết kế máy khoan CNC luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thiết kế, lập trình mơ hệ thống PLC cho thang máy tầng phần mềm TIA Portal/WinCC NGUYỄN HUY TIẾN huytien90@gmail.com Ngành Kỹ thuật Cơ điện tử Chuyên ngành Cơ điện tử Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Trọng Doanh Bộ môn: Viện: Cơ Điện Tử Cơ Khí HÀ NỘI, 9/2019 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Huy Tiến Đề tài luận văn: Thiết kế, lập trình mơ hệ thống PLC cho thang máy tầng phần mềm TIA Portal/WinCC Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số SV: CB 170079 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 30/10/2019 với nội dung sau: - Tính chọn động kéo cabin thang máy - Thiết kế hệ thống cảm biến tải cảm biến an toàn đặt cabin thang máy - Chỉnh sửa sơ đồ khối hệ thống thang máy - Kết luận luận văn Ngày 26 tháng 11 năm 2019 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG SĐH.QT9.BM11 Ban hành lần ngày 11/11/2014 2019 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến thầy TS Nguyễn Trong Doanh hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu, trao đổi vấn đề khoa học vướng mắc Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thủ trưởng, đồng nghiệp Trung tâm Bơm thiết bị thủy lợi – Viện Bơm Thiết bị thủy lợi, tận tình giúp đỡ, động viên tơi trình học tập, nghiên cứu khoa học Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến người thân gia đình, anh chị bạn bè giúp đỡ tơi hồn thành tốt khóa học Mặc dù cố gắng nhiều để hoàn thành luận văn luận văn khơng tránh thiết sót Kính mong nhận góp ý thầy cố, bạn bè đồng nghiệp để đề tài nghiên cứu tơi hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 10 năm 2019 Bùi Hải Lăng Bùi Hải Lăng 2019 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC Tổng quan máy khoan CNC Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy CNC 1.2.1 Cấu tạo máy CNC 1.2.2 Nguyên lý hoạt động Hệ tọa độ điểm gốc, điểm chuẩn Phân loại máy CNC Một số máy CNC trục Hệ thống điều khiển máy CNC 10 1.6.1 Cấu thành hệ thống điều khiển số CNC 10 1.6.2 Cấu trúc máy CNC lưu đồ vận hành gia công 11 Các thành phần hệ thống truyền động máy CNC 11 Các vòng điều khiển CNC 12 Các thành phần hệ thống điều khiển số CNC 17 1.9.1 Chức MMI (giao tiếp người máy) 19 1.9.2 Chức NCK 19 1.9.3 Khối chức PLC 20 1.9.4 Các thiết bị hệ thống đo giám sát vị trí 22 Chọn kết cấu cho máy khoan CNC 24 1.10.1 Chọn vít me: 24 1.10.2 Chọn phương án di chuyển trục tọa độ: 26 Động DC servo động bước: 26 Bùi Hải Lăng 2019 1.11.1 Động DC servo 26 1.11.2 Encoder 27 1.11.3 Động bước (Stepping motor) 29 CHƯƠNG THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY KHOAN CNC 32 2.1 Mục tiêu yêu cầu thiết kế máy 32 2.2 Lựa chọn thiết kế bàn máy 32 2.3 Dao cắt động chuyển động dao cắt 33 2.3.1 Dao cắt 33 2.3.2 Xác định cơng suất động 36 2.4 Tính tốn cụm chuyển động bàn máy 36 2.4.1 Thiết kế truyền vít me-đai ốc 37 2.4.2 Tính cơng suất động 39 2.4.3 Tính tốn lựa chọn khớp nối trục 40 2.5 Mô hoạt động hệ thống 40 2.5.1 Tìm hiểu khối công cụ Simmechanics Matlab 40 2.5.2 Mô bàn máy chạy theo quỹ đạo mong muốn 42 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN MÁY 46 3.1 Driver động bước 47 3.2 Mạch điều khiển 50 3.2.1 Cấu tạo mạch Arduino Uno R3 50 3.2.2 Giới thiệu mạch Arduino 52 3.2.3 Bộ điều khiển máy khoan CNC 55 CHƯƠNG CÀI ĐẶT KỸ THUẬT CHO MÁY VÀ GIA CÔNG TRÊN SẢN PHẨM 59 Bùi Hải Lăng 2019 4.1 Cài đặt phần mềm GRBL vào board arduino nano 59 4.1.1 Sử dụng IDE arduino để nạp phần mềm GRBL 59 4.1.2 Sử dụng phần mềm nạp file hex để nạp phần mềm GRBL 60 4.2 Kết nối board arduino nano với phần tử điện 61 4.3 Cài đặt thông số cho máy vào phần mềm GRBL 64 4.4 Lập trình gia cơng sản phẩm 71 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 77 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 77 5.2 KẾT QUẢ HẠN CHẾ 77 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 Bùi Hải Lăng 2019 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu tạo chung máy CNC Hình 1.2 Sơ đồ mơ ngun lý máy CNC Hình 1.3 Máy khoan CNC Hình 1.4 Máy tiện CNC Hình 1.5 Máy phay CNC Hình 1.6 Máy cắt dây CNC 10 Hình 1.7 Kiến trúc máy CNC lưu đồ gia cơng 11 Hình 1.8 Cơ cấu điều khiển máy CNC 11 Hình 1.9 Ba loại vịng điều khiển máy CNC 12 Hình 1.10 Phân loại cấu điều khiển theo dò liệu vị trí 13 Hình 1.11 Hệ thống điều khiển theo chu trình hở 14 Hình 1.12 Điều khiển chu trình nửa kín 15 Hình 1.13 Hệ thống điều khiển theo chu trình kín 15 Hình 1.14 Bộ điều khiển chu trình hỗn hợp 17 Hình 1.15 Cấu trúc CNC 17 Hình 1.16 Các thành phần hệ thống điều khiển CNC 19 Hình 1.17 Các khối chức NCK 20 Hình 1.18 Kiến trúc chức hệ thống PLC 21 Hình 1.19 Phân loại thiết bị giám sát vị trí encoder 23 Hình 1.20 Cấu trúc encoder chuyển động quay 23 Hình 1.21 Bộ truyền vít me đai ốc thường 24 Hình 1.22 Bộ truyền vít me – đai ốc bi 25 Hình 1.23 Động DC servo 27 Hình 1.24 Cấu tạo encoder 28 Hình 1.25 Động bước (stepping motor) 29 Hình 2.1 Bàn máy gia công 32 Hình 2.2 Thanh dẫn hướng ray trượt trượt trịn 33 Hình 2.3 Các lực tác động lên dao cắt 35 Bùi Hải Lăng 2019 Hình 2.4 Sơ đồ động hệ thống chuyển động theo phương X 37 Hình 2.5 Sơ đồ động hệ thống chuyển động theo phương X 42 Hình 2.6 Tín hiệu vận tốc đặt vào bàn máy 43 Hình 2.7 Hồn thiện mơ hình điều khiển bàn máy 43 Hình 2.8 Vận tốc thực đặt bàn máy 43 Hình 2.9 Qũy đạo chuyển động đặt thực bàn máy 44 Hình 2.10 Mơ hình máy khoan CNC thiết kế 3D 45 Hình 2.11 Mơ hình máy khoan CNC 45 Hình 3.1 Sơ đồ chung điều khiển máy CNC 46 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển máy CNC 46 Hình 3.3 Drive động IC A4988 48 Hình 3.4 Sơ đồ kết nối IC A4988 với vi điều khiển 48 Hình 3.5 Sơ đồ mạch Driver động bước A4988 49 Hình 3.6 Sơ đồ chân mạch Arduino 50 Hình 3.7 Sơ đồ mạch điều khiển Arduino Uno R3 51 Hình 3.8 Sơ đồ mạch nguồn Arduino Uno R3 52 Hình Sơ đồ mạch Reset Arduino Uno R3 54 Hình 3.10 Sơ đồ mạch giao tiếp máy tính Arduino Uno R3 55 Hình 3.11 Sơ đồ kết nối điều khiển phần tử điện 57 Hình 3.12 Board điều khiển phần tử điện lắp ráp máy 58 Hình 4.1 Nạp chương trình GRBL IDE arduino 60 Hình 4.2 Nạp chương trình GRBL Xloader 61 Hình 4.3 Sơ đồ kết nối chân điều khiển từ board arduino nano 61 Hình 4.4 Kết nối cơng tắc hành trình chế độ thường mở 63 Hình 4.5 Kết nối cơng tắc hành trình chế độ thường đóng 63 Hình 4.6 Kết nối cơng tắc hành trình sử dụng giới hạn mềm 64 Hình 4.7 Giao diện phần mềm GRBL 65 Hình 4.8 Cửa sổ cài đặt thông số máy vào GRBL 65 Hình 4.9 Chi tiết gia cơng 71 Hình 4.10 Phương pháp gia công khoan lỗ 71 Bùi Hải Lăng 2019 Hình 4.11 Lập G-Code Notepad gia công lỗ 72 Hình 4.12 Nạp chương trình vào phần mềm GRBL 72 Hình 4.13 Bảng điều khiển máy 73 Hình 4.14 Giao diện phần mềm Aspire 9.5 74 Hình 4.15 Bảng khai báo phơi 74 Hình 4.16 Giao diện mô khoan phần mềm 75 Hình 4.17 Hình ảnh máy gia cơng phơi 75 Hình 4.18 Kết khoan lỗ sản phẩm vật liệu POM 76 Hình 4.19 Kết gia công lỗ mạch PCB 76 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thông số máy khoan CNC sau lựa chọn sơ 30 Bảng 3.1 Cài đặt vi bước cho driver A4988 49 Bảng 4.1 Các thông số máy cài đặt vào phần mềm GRBL 66 Bảng 4.2 Bảng mask trục cần đảo 67 Bảng 4.3 Bảng mask thông báo máy hoạt động 68 Bùi Hải Lăng 2019 MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Ngày máy công cụ CNC sử dụng rộng rãi công việc sản xuất, chế tạo sản phẩm khí Đây cách mạng lớn lĩnh vực khí chế tạo máy mang lại hiệu kinh tế, nâng cao suất độ xác gia cơng cao, giảm chi phí tự động hóa sản xuất dây chuyền tự động nhà máy, đặc biệt thời đại công nghệ 4.0 áp dụng Với máy cơng cụ CNC hồn tồn gia công chi tiết khác biên dạng phức tạp địi hỏi độ xác cao mà không cần đến vận hành máy người mà máy khác thực Vậy nên, nghiên cứu máy CNC công nghệ gia công máy CNC điều quan trọng, cơng nghệ ngày có bước phát triển mạnh mẽ có ưu điểm vượt trội Với tính ưu điểm ngành khí chế tạo xác ngày phát triển, để nắm bắt công nghệ cà làm chủ công nghệ cần phải nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy CNC nước Thiết kế, chế tạo thành công mô hình máy CNC sở, tiền đề quan trọng để thiết kế, chế tạo máy CNC nước phục vụ sản xuất, máy CNC cỡ nhỏ với chi phí thấp, gia thành hợp lý, bước tự động hóa sản xuất bước làm chủ kỹ thuật công nghệ cao với máy CNC nói chung Mục đích nghiên cứu Luận văn trình bày về: “Nghiên cứu thiết kế máy khoan CNC” Mục đích đề tài đưa kiến thức tổng quát máy khoan CNC (đặc điểm, nguyên lý hoạt động, cấu tạo máy…) Tiếp nghiên cứu phương án thiết kế chế tạo mơ hình máy khoan CNC 3D, điều khiển tự động chuyển động theo phương X, Y, Z hệ tọa độ Đề giao tiếp với máy tính cỡ nhỏ đê gia cơng, phục vụ nghiên cứu đào tạo Nghiên cứu ứng dụng phầm mềm CAM phần mềm điều khiển cho máy khoan CNC Bùi Hải Lăng Trang 2019 Tuy nhiên, sử dụng cơng tắc hành trình hai cách phải dùng hai cơng tắc hành trình cho trục, phải cần tới bốn công tắc hành trình cho hai trục X Y, gọi phương pháp giới hạn phần cứng Trong phạm vi đề tài, tác giả sử dụng công tắc hành trình cho trục cài đặt chế độ giới hạn phần mềm đề cập phần Ở trục, tác giả sử dụng công tắc hành trình phía gần động Hình 4.5 cài đặt phạm vi hoạt động tối đa trục tính từ vị trí cơng tắc hành trình kích hoạt Cơng tắc hành trình đề tài sử dụng chế độ thường mở kết nối với board arduino nano Hình 4.5, chân COM hai cơng tắc hành trình nối GND board arduino nano Hình 4.6 Kết nối cơng tắc hành trình sử dụng giới hạn mềm 4.3 Cài đặt thông số cho máy vào phần mềm GRBL Để cài đặt thơng số máy vào phần mềm GRBL sử dụng máy cần phải có phần mềm giao diện sử dụng máy tính Để sử dụng phần mềm KhoanGRBL, board arduino nano (đã cài đặt phần mềm GRBL v1.1) phải giao tiếp với máy tính, cần cài đặt driver CH340 (hoặc driver khác board arduino sử dụng chip giao tiếp khác), kết nối máy tính với board arduino nano cáp USB Mở phần mềm GRBL, chọn cổng COM kết nối board arduino nano với máy tính, đặt tốc độ Baud 115200 sau nhấn Connect Như máy tính kết nối với board arduino nano Bùi Hải Lăng Trang 64 2019 nạp thơng số cài đặt vào phần mềm GRBL, thông số lưu vào nhớ EEPROM khơng bị liệu điện cần phải cài đặt thông số lần Phần mềm GRBL cho phép điều khiển trực tiếp máy khoan CNC từ máy tính sau kết nối, nạp chương trình theo dõi q trình gia cơng Hình 4.7 Giao diện phần mềm GRBL Để cài đặt thông số máy, vào Grbl > Grbl Configuration, xuất cửa sổ cài đặt thông số máy vào phần mềm GRBL Hình 4.7 Các thơng số trình bày cụ thể Bảng 4.1 Hình 4.8 Cửa sổ cài đặt thông số máy vào GRBL Bùi Hải Lăng Trang 65 2019 Bảng 4.1 Các thông số máy cài đặt vào phần mềm GRBL Tham số # Giá trị Đơn vị $0 Thời gian cấp xung động 10 us $1 Thời gian đợi tắt động 255 ms $2 Đảo mức điện áp xung mask $3 Đảo hướng động mask $4 Đảo tín hiệu kích hoạt động boolean $5 Đảo tín hiệu cơng tắc hành trình boolean $6 Đảo tín hiệu cảm biến dị phơi boolean mask $10 Phản hồi trạng thái máy chạy $11 Gia tốc dao qua điểm nối 0,01 mm $12 Độ xác gia cơng cung trịn 0,002 mm $13 Thông báo theo hệ inch boolean $20 Kích hoạt giới hạn mềm boolean $21 Kích hoạt giới hạn cứng boolean $22 Kích hoạt chế độ Homing boolean $23 Thiết lập hướng Homing mask $24 Tốc độ Homing chậm 150 mm/min $25 Tốc độ Homing nhanh 1500 mm/min $26 Độ trễ phát Homing 25 ms $27 Khoảng di chuyển sau Homing mm $30 Tốc độ trục tối đa 1000 rpm $31 Tốc độ trục tối thiểu rpm $100 Số step/mm động trục X 400 step/mm $101 Số step/mm động trục Y 400 step/mm $102 Số step/mm động trục Z 250 step/mm $110 Tốc độ tối đa trục X 3000 mm/min $111 Tốc độ tối đa trục Y 3000 mm/min $112 Tốc độ tối đa trục Z 500 mm/min Bùi Hải Lăng Trang 66 2019 Tham số # Giá trị Đơn vị $120 Gia tốc trục X 50 mm/sec2 $121 Gia tốc trục Y 50 mm/sec^2 $122 Gia tốc trục Z 10 mm/sec^2 $130 Giới hạn trục X 200 mm $131 Giới hạn trục Y 240 mm $132 Giới hạn trục Z 200 mm  Giải thích thơng số máy cài đặt vào GRBL: - $0: Thời gian cấp xung cho động tính micro giây Thơng số tùy thuộc vào loại động khác nhau, giảm thời gian xung xuống thấp tốt cho động hoạt động ổn đinh Giá trị mặc định $0=10 - $1: Thời gian đợi tắt động tính mili giây, sau hồn thành xong chuyển động dừng hẳn, driver cấp điện cho động thời gian $1 Nếu muốn đặt động luôn hoạt động, động không quay có khả tự giữ (tự hãm) đặt $1=255 - $2: Thiết lập đảo mức điện áp động bước, thơng thường khơng sử dụng tính trừ số trường hợp sử dụng driver đặc biệt Để đảo tín hiệu xung trục, ta dựa vào Bảng 4.2 đây, Y đảo N không đảo Bảng 4.2 Bảng mask trục cần đảo Giá trị Mask Trục X Trục Y Trục Z 00000000 N N N 00000001 Y N N 00000010 N Y N 00000011 Y Y N 00000100 N N Y 00000101 Y N Y 00000110 N Y Y 00000111 Y Y Y - $3: Đảo hướng động cơ, cho trục chuyển động cách nhấn Bùi Hải Lăng Trang 67 2019 phím hướng phần mềm GRBL mà trục lại chuyển động ngược hướng với phím phần mềm trục cần đảo hướng động Giá trị đặt tham chiếu Bảng 4.2, trục X Y máy bị ngược hướng nên cần đảo hướng hai trục, ta đặt $3=3 - $4: Đảo tín hiệu kích hoạt động cơ, thơng thường tín hiệu kích hoạt động mức cao cho phép động chạy mức thấp dừng động Nếu động không hoạt động theo mức cần phải đảo tín hiệu kích hoạt động cách đặt $4=1, khơng cần đảo $4=0 - $5: Đảo mức tín hiệu nhận biết kích hoạt cơng tắc hành trình, thơng thường GRBL nhận tín hiệu mức cao cơng tắc hành trình chưa kích hoạt tín hiệu mức thấp cơng tắc hành trình kích hoạt, ngược lại cần đảo mức tín hiệu nhận biết kích hoạt cơng tắc hành trình cách đặt $=1, khơng cần đảo $5=0 - $6: Đảo mức tín hiệu cảm biến dị phơi, tương tự $5 Do máy khắc laser không cần sử dụng nên $6=0 - $10: Bật/tắt thông báo trạng thái dựa theo Bảng 4.3, để bật thơng báo vị trí máy mà khơng bật thông báo liệu đệm cần đặt $10=1 Bảng 4.3 Bảng mask thông báo máy hoạt động Dạng thơng báo Giá trị Mơ tả Vị trí Bật vị trí gia cơng, tắt vị trí máy Vị trí Bật vị trí máy, tắt vị trí gia công Dữ liệu đệm Bật liệu đệm - $11: Gia tốc dao qua điểm nối, giá trị lớn dễ dẫn đến tượng trượt bước giá trị nhỏ máy chạy chậm qua điểm nối độ xác cao Giá trị mặc định $11=0,01 - $12: Độ xác gia cơng cung trịn, giá trị nhỏ cho độ xác cao hơn, cung tròn mịn hơn, nhiên máy hoạt động chậm ngược lại giá trị lớn cho cung trịn thơ Giá trị mặc định $12=0,002 - $13: Thông báo theo hệ inch, cần, đặt $13=1, thông báo theo hệ Bùi Hải Lăng Trang 68 2019 milimet, đặt $13=0 - $20: Kích hoạt giới hạn mềm, trình bày phần trước, tác giả đề tài sử dụng công tắc hành trình cho trục bật giới hạn hành trình phần mềm Để kích hoạt, đặt $20=1, để tắt, đặt $20=0 - $21: Kích hoạt giới hạn cứng, tương tự $21, kích hoạt chế độ sử dụng hai cơng tắc hành trình cho trục, cơng tắc hành trình bị tác động, máy dừng lại thông báo, cần phải khởi động lại cho trục chạy hướng ngược lại để giới hạn cứng Để kích hoạt, đặt $21=1, để tắt, đặt $21=0 - $22: Kích hoạt chế độ Homing, để kích hoạt, đặt $22=1, để tắt, đặt $22=0 Chế độ Homing giúp trục chạy gốc máy cài đặt Khi sử dụng chế độ giới hạn hành trình phần mềm, nhấn nút Homing phần mềm LaserGRBL, trục chạy phía cơng tắc hành trình trục dừng lại cơng tắc hành trình kích hoạt Khi trục dừng lại, nhấn nút cài đặt gốc để xác định vị trí gốc máy Chế độ Homing hoạt động theo bước: Nâng trục lên vị trí cao (Homing trục Z), sau chạm cơng tắc hành trình trục Z trục X Y tiến hành Homing - $23: Đảo hướng di chuyển chế độ Homing, nhấn Homing mà trục di chuyển ngược hướng phía cơng tắc hành trình cần đảo hướng cho trục bị ngược, giá trị cài đặt đảo hướng dựa Bảng 4.1 Cần đảo hướng Homing trục X trục Y nên đặt $23=3 - $24: Tốc độ Homing chậm, bắt đầu Homing, trục chạy tìm cơng tắc hành trình với tốc độ $25, sau quay ngược lại khoảng $27 lại chạy công tắc hành trình với tốc độ $24 Các bước làm tăng độ xác tìm cơng tắc hành trình, đặt giá trị $24 đủ nhỏ đảm bảo độ xác không làm việc Homing chậm - $25: Tốc độ Homing nhanh, tốc độ trục chạy cơng tắc hành trình nhanh, lưu ý tốc độ không nhanh làm hỏng công tắc hành trình kết cấu máy - $26: Thời gian trễ phát Homing, khoảng thời gian mà điều khiển Bùi Hải Lăng Trang 69 2019 đặt trễ để tránh nhiễu, rung động khí cơng tắc hành trình bị tác động, thông thường đặt khoảng thời gian từ đến 25ms - $27: Khoảng cách chạy ngược lại trục chạy cơng tắc hành trình, có tác dụng rời khỏi vị trí “chết” sau Homing chế độ cơng tắc hành trình cứng - $30: Tốc độ trục tối đa, thơng số tùy thuộc vào tốc độ tối đa trục lắp cho máy phay CNC Ví dụ tốc độ tối đa trục 12000rpm đặt $30=12000 Khi board arduino cấp điện áp 5V PWM cho driver động trục giảm dần điện áp đơi với tốc độ thấp Đối với máy khoan CNC tương tự, thay tốc độ trục điều chỉnh chiết áp vào PWM đầu D11 board arduino - $31: Tốc độ trục tối thiểu, đặt $31=0 để tắt trục -$100, $101, $102: Số step/mm động trục X,Y,Z Thơng số dựa vào số bước/vịng động cơ, chế độ vi bước truyền động Động sử dụng loại 200 bước/vòng, chế độ vi bước 1/16 nên động trở thành 3200 bước/vòng, bước xoắn vít trục vít me 8mm nên số step/mm trục 400 Đặt $100=400, $101=400 Không sử dụng trục Z nên để mặc định $102=250 - $110, $111, $112: Tốc độ tối đa trục Z,Y,Z Các thông số ảnh hưởng tới tốc độ lớn mà trục đạt được, không nên đặt tốc độ cao gây tượng trượt bước động Nên đặt thử chạy không tải thử máy, chọn thông số phù hợp Đặt $110=3000, $111=3000 Không sử dụng trục Z nên để mặc định $112=500 - $120, $121, $122: Gia tốc trục X,Y,Z Thông số cài đặt lớn, trục nhanh chóng đạt tốc độ tối đa Tuy nhiên khơng nên đặt gia tốc lớn dễ gây tượng trượt bước Đặt $120=50, $121=50 Trục Z không sử dụng nên đặt mặc định $122=10 - $130, $131, $132: Giới hạn hành trình trục, sử dụng kích hoạt chế độ giới hạn mềm ($20) chế độ Homing ($22) Sau Homing xác định gốc máy, trục khơng thể hoạt động ngồi phạm vi cài đặt Giới Bùi Hải Lăng Trang 70 2019 hạn gia công máy 200x300mm nên đặt $130=200, $131=240 4.4 Lập trình gia cơng sản phẩm Các bước lập trình gia cơng sản phẩm: Phơi gia cơng máy có kích thước 10mmx180mm x200mm, với vật liệu nhựa P.O.M, gia cơng lỗ với kích thước Φ6mm, chiều sâu 12mm Hình 4.9 Chi tiết gia cơng Hình 4.10 Phương pháp gia cơng khoan lỗ Bùi Hải Lăng Trang 71 2019 Cách1: Lập trình G-Code Notepad cho máy gia cơng Hình 4.11 Lập G-Code Notepad gia cơng lỗ Nạp chương trình vào phần GRBL Controller Hình 4.12 Nạp chương trình vào phần mềm GRBL Sau lập trình G-Code Notepad  Khởi động phần mềm GRBL controller  Mở File  Open  Chọn file G-code  Open Bùi Hải Lăng Trang 72 2019 Trước sét gốc phôi ta phải kiểm tra máy bật máy CNC kết nối cáp usb với máy tính Ta di chuyển bàn máy theo trục tọa độ X, Y, Z máy đến vị trí chọn gốc chuẩn set tọa độ máy (0,0) Chú ý đến hướng dương trục X Y cho phù hợp với gốc phôi chọn lập trình Di chuyển bàn máy theo trục theo phím điều khiển phần mềm Xét “0” -Y -X +Z +X -Z +Y Hình 4.13 Bảng điều khiển máy Khi di chuyển “Manual” phím điều khiển đến gốc phơi ta ấn nút “Reset” gốc “0” trục X, Y Z Chú ý bảng điều khiển có bước chia khoảng cách di chuyển lần ấn, nên cần dịch chuyển dao đến vị trí gần phơi ta chuyển sang bước nhỏ để dễ dàng đạt điểm gốc tránh gãy dao Khi chạy chương trình ta ấn vào nút “send” góc phải bên bảng điều khiển chương trình gia cơng bắt đầu Khi gặp cố hay muốn dừng máy ta ấn nút “Abort” máy tự động dừng Cách 2: Từ phần mềm vẽ ta xuất sang vẽ 2D lưu dạng đuôi (*.DXF) sau mở phần mềm Apire 9.5 vào mục “Open” mở file vừa lưu dạng đuôi (*.DXF) Bùi Hải Lăng Trang 73 2019 Hình 4.14 Giao diện phần mềm Aspire 9.5 Sau mở phần mềm moe file lên hình 4.13, mục “Job size” khai báo kích thước phôi cần gia công là: Width (X)=180, Height (Y)=200, Thickness (Z)=5.0 Tại mục “XY Datum Position”: mục chọn gốc phôi, lựa chọn gốc phôi vị trí ta tích vào vị trí Chú ý ta bỏ tích vào mục “Use offset” Kích thước phơi chọn hình 4.15 nhấn “OK” Hình 4.15 Bảng khai báo phơi Bùi Hải Lăng Trang 74 2019 Sau khai báo phôi ta thực bước theo thứ tự hình 4.14 Tại bước ta khia báo chiều sâu lỗ cần khoan đường kính dao sau khai báo xong ta chọn theo bước chọn “calculate” kết giao diện lên sau: Hình 4.16 Giao diện mơ khoan phần mềm Sau lưu file với thơng số hình 4.16 Khi cần nạp chương trình vào phần meemg GRBL controller mở chương trình nạp chương trình sét thơng số phần mềm giống cách Sau chạy cách sản phẩm sau khoan hình sau: Hình 4.17 Hình ảnh máy gia cơng phơi Bùi Hải Lăng Trang 75 2019 Hình 4.18 Kết khoan lỗ sản phẩm vật liệu POM Hình 4.19 Kết gia công lỗ mạch PCB  Kết luận chương Trong chương tác giả đưa vấn đề sau: - Cách sử dụng kiểm tra máy khoan - Cài đặt phần mềm cho máy hoạt động - Cài đặt thông số cho máy khoan CNC - Cách lập trình cho máy G-Code - Cách gia công chi tiết phần mềm hỗ trợ - Kết gia công sản phẩm vật liệu khác Bùi Hải Lăng Trang 76 2019 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Kết luận văn tác giả nghiên cứu thiết kế, lắp đặt đầy đủ phần khí hệ thống điều khiển máy khoan CNC Kết cấu máy thơng số phù hợp với mơ hình chế tạo Thiết kế board mạch điện tử drive điều khiển động chạy theo tính tốn Sử dụng phần mềm GRBL Controller điều khiển máy chạy gia công khoan vị trí lỗ tương đới đơn giản dễ thao tác Máy đơn giản, dễ sử dụng, dễ sửa chữa có độ ổn định cao Nghiên cứu thiết kế chế tạo lắp đặt máy khoan CNC gia cơng lỗ diện tích 30 cmx20cm Kết gia công chất liệu sản phẩm Mica, POM, mạch với kích thước theo yêu cầu vẽ với sai số khoảng cách lỗ 0.1 mm 5.2 KẾT QUẢ HẠN CHẾ Máy hoạt động gia cơng diện tích nhỏ Độ xác cịn chưa cao Máy chưa tối ưu gia công điều khiển 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Tìm hiểu nghiên cứu chuyên sâu để thiết kế chế tạo máy hồn thiện để gia cơng vật liệu cứng dày thực tế Ứng dụng để thiết kế chế tọa loại máy CNC với chức khác để phục vụ nhu cầu nghành công nghiệp Lựa chọn loại động cấu tiêu chuẩn có độ xác cao độ bền cao Hồn thiện kết cấu khí phần mềm điều khiển với độ xác kêt cấu cứng vững để làm máy gia cơng kích thước lớn Ứng dụng điều khiển GRBL phát triển máy cắt laser plasma CNC cỡ lớn theo xu hướng công nghiệp ứng dụng cắt kim loại Bùi Hải Lăng Trang 77 2019 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS.Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy, NXB Giáo dục (tái lần thứ 6), 2003 [2] PGS.TS Tạ Duy Liêm, Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ, NXB Khoa học & Kỹ thuật [3] PGS.TS Tạ Duy Liêm, Máy công cụ CNC, NXB Khoa học & Kỹ thuật [3] PGS.TS.Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB ĐHQG TP.HCM [4] GS Nguyễn Đắc Lộc, Sổ tay công nghệ chế tạo máy –Tập 1, 2, 3, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 1999 [5] PGS.TS Trịnh Chất-TS.Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, NXB Giáo dục, 2006 [6] http://arduino.vn/ [7] http://forum.cncprovn.com/ [8] https://github.com/gnea/grbl Bùi Hải Lăng Trang 78 ... khiển Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý thuyết thiết kế khoan CNC - Tính tốn thiết kế xây dựng kết cấu máy - Thiết kế chế tạo mơ hình máy khoan CNC 3D - Nghiên cứu thiết kế lựa chọn tích... nghệ cần phải nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy CNC nước Thiết kế, chế tạo thành cơng mơ hình máy CNC sở, tiền đề quan trọng để thiết kế, chế tạo máy CNC nước phục vụ sản xuất, máy CNC cỡ nhỏ với... hình bước nghiên cứu, thiết kế chế tao máy khoan CNC nước, kết đạt tiền đề quan trọng để nghiên cứu chế tạo máy CNC phục vụ sản xuất máy CNC cỡ nhỏ, giá thành thấp - Tiếp cận việc thiết kế chế tạo