Nghiên cứu, thiết kế chế tạo tủ điện cho máy CNC 3 trục (1200MM x 1000MM) bốn đầu phay (khóa luận cơ điện và công trình)

ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN CHO MÁY CNC TRỤC (1200MM X 1000MM) BỐN ĐẦU PHAY NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CĐT MÃ NGÀNH: 7510203 Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thành Trung Sinh viên thực : Vũ Thành Đạt MSV : 1651080729 Lớp : K61_CĐT Khoá học: 2016 – 2020 Hà Nội, 2020 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THƯỜNG SỬ DỤNG TRONG MÁY CNC (1200X1000MM) BỐN ĐẦU PHAY 1.1 Giới thiệu điều khiển 1.1.1 Giới thiệu MACH USB CNC 1.1.2 Mạch điều khiển NC studio .4 1.1.3 Bộ điều khiển DDCSV 1.2 Động bước thiết bị điều khiển động bước 1.2.1 Động bước 1.2.2 Thiết bị điều khiển động bước 1.3 Động thiết bị điều khiển động (spindle) 1.3.1 Động 1.3.2 Thiết bị điều khiển động (spindle) 10 Chương 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN CHO MÁY CNC TRỤC (1200X1000MM) BỐN ĐẦU PHAY .11 2.1 Thiết kế sơ đồ điều khiển cho tủ điện điều khiển máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay 11 2.1.1 Thiết kế sơ đồ tủ điều khiển AutoCAD .12 2.1.2 Hướng dẫn đấu nối 12 2.2 Thiết kế chế tạo tủ điều khiển cho máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay 22 2.2.1 Thiết kế tủ điều khiển inventor cho máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay 22 2.2.2 Chế tạo tủ điều khiển cho máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay 23 2.3 Thiết kế chế tạo tủ động lực cho máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay 26 2.3.1 Thiết kế tủ động lực cho máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay 26 2.3.2 Chế tạo tủ động lực cho máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay .27 Chương 3: VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM .28 3.1 Tiến trình vận hành 28 3.1.1 Cài đặt thông số mạnh điều khiển 28 3.1.2 Kiểm tra hệ thống 35 3.2 Kết 35 3.2.1 Kết vận hành thử nhiệm 35 3.2.2 Kết đạt 37 KẾT LUẬN 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Hình 1 Bộ điều khiển MACH USB CNC Hình Mạch điều khiển NC studio Hình Bộ điều khiển DDCSV Hình Động bước Hình Động bước HBS86H HYDRID SERVO DRIVE Hình Động phay spindle Hình Hình ảnh thực tế biến tần 10 Hình Thiết kế sơ đồ điều khiển cho tủ điện điều khiển máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay 11 Hình 2 Sơ đồ thiết kế tủ điều khiển card 12 Hình Đấu nối nguồn khởi động từ 12 Hình Đấu cơng tắc nguồn 13 Hình Đấu lọc nguồn với khởi động từ 13 Hình Đấu biến áp quạt làm mát với khởi động từ 14 Hình Đấu nguồn 24V DCSV với khởi động từ 14 Hình Đấu biến tần với lọc nguồn 15 Hình Đấu động phay với biến tần 15 Hình 10 Đấu driver với động step 16 Bảng 1 Đấu driver với động step 16 Hình 11 Đấu DDCSV với nguồn 17 Bảng Bảng đấu tay cầm điều khiển với điều khiển DDCSV 17 Hình 12 Sơ đồ chân thực tế điều khiển DDCSV 18 Hình 13 Cảm biến tiệm cận RKO SN04 NPN 18 Hình 14 Chân cơng tác hành trình 19 Hình 15 Sơ đồ chân thực tế điều khiển DDCSV 20 Hình 16 Sơ đồ kết nối với Start, Stop Estop 20 Hình 17 Sơ đồ chân thực tế điều khiển DDCSV 21 Hình 18 Đấu nối driver với điều khiển DDCSV chân X 21 Hình 19 Sơ đồ chân thực tế điều khiển DDCSV chân Y 21 Hình 20 Sơ đồ chân thực tế điều khiển DDCSV chân Z 22 Hình 21 Tủ điều khiển Kích thước 30x20x10 (cm) 22 Hình 22 Bố trí điều khiển, nút tủ điện inventor 23 Hình 23 Cách xuất file 23 Hình 24 Cách thiết lập khổ phôi 24 Hình 25 Cách chọn dao 24 Hình 26 Cách chọn đường dao cắt 25 Hình 27 Cách Xuất code 25 Hình 28 Hình ảnh thực tế điều khiển DDCSV 26 Hình 29 Mặt trước tủ động lực inventor 26 Hình 30 Mặt bên tủ động lực inventor 26 Hình 31 Hình ảnh thực tế tủ động lực 27 Hình Dao diện khởi động 28 Hình 3.2 Thao tác thứ 28 Hình 3 Thao tác hủy gốc máy 29 Hình Thao tác vào cài đặt 29 Hình Giá trị chia xung driver 30 Hình Giá trị cài đặt thực tế xung 30 Hình Thao tác cài đặt xung điều khiển 30 Hình Thao tác cài đặt thủ công thực tế điều khiển máy 31 Hình Thao tác cài đặt tốc độ chạy tự động 31 Hình 10 Thao tác cài đặt động trục 32 Hình 11 Thao tác cài đặt thông số đầu 32 Hình 12 Thao tác cài đặt thông số gốc 33 Hình 13 Thao tác cài đặt thông số giới hạn cứng 34 Hình 14 Thao tác cài đặt giới hạn mềm 34 Hình 15 Thao tác khởi động máy 35 Hình 16 Thao tác gốc máy 35 Hình 17 Thao tác sét gốc phôi 36 Hình 18 Thao tác chọn chương trình 36 Hình 19 Thao tác chọn tệp 37 Hình 20 Thao tác chạy file 37 Hình 21 Tủ điều khiển máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay 37 Hình 22 Tủ động lực máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay 38 Hình 23 Máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay 38 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Ngày máy cơng cụ CNC sử dụng rộng rãi việc sản xuất, chế tạo sản phẩm khí Điều thật mang lại cách mạng lớn lĩnh vực khí chế tạo máy Với máy cơng cụ CNC hồn tồn gia cơng loại chi tiết khác mà không cần đến thao tác vận hành máy người, chế tạo bề mặt phức tạp mà máy công cụ truyền thống khó khơng thể thực Khái niệm việc sử dụng máy CNC vô phổ biến từ nhà máy, tiệm khí, tiệm làm biển quảng cáo,… Nhưng máy CNC sử dụng vần nhập từ nước như: Trung Quốc, Nhật Bản, Hoa Kỳ,… với giá thành cao Thiết kế, chế tạo thành công máy CNC sở, tiền đề quan trọng để thiết kế chế tạo máy CNC nước phục vụ sản xuất, bước làm chủ kỹ thuật công nghệ cao, giảm giá thành sản phẩm, giảm chi phí đầu tư, tăng suất sản xuất Với mong muốn tác giả lựa chọn đề tài “Chế tạo hệ thống điều khiển máy phay CNC trục, đầu phay” làm khóa luận tốt nghiệp đại học ngành điện tử Mục tiêu Chế tạo hệ thống điều khiển cho máy phay CNC trục, đầu phay kích thước 1200x1000 mm với kế cấu gồm: trục X,Y,Z phần thân máy Độ bền tải trọng cao, phay loại vật liệu phi kim như: gỗ, mica, nhựa PVC, alu,… Đối tượng Hệ thống điều khiển máy CNC trục, đầu phay kích thước làm việc 1200x1000 mm Phạm vi nghiên cứu Hệ thống dẫn hướng, truyền động máy CNC Động spindle Cấu trúc luận Khóa luận có chương, nội dung tóm tắt sau: Chương 1: Giới thiệu thiết bị điều khiển thường sử dụng máy cnc trục (1200x1000mm) bốn đầu phay Chương 2: Thiết kế, chế tạo tủ điện cho máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay Chương 3:Vận hành thử nghiệm Sinh viên thực hiện đề tài Đạt Vũ Thành Đạt Chương GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THƯỜNG SỬ DỤNG TRONG MÁY CNC (1200X1000MM) BỐN ĐẦU PHAY 1.1 Giới thiệu điều khiển 1.1.1 Giới thiệu MACH USB CNC Hình 1 Bộ điều khiển MACH USB CNC Đặc điểm kỹ thuật: - Mạch MACH3 USB sử dụng với phần mềm Mach3 kết nối máy tính thơng qua giao tiếp USB, thiết lập đơn giản - Mạch MACH3 USB có khả điều khiển trục dùng động bước ( servo ) lúc qua ngõ pul/dir X, Y, Z, A, B - Có ngõ vào IN1, IN2, IN3, IN4 - Có ngõ OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 - Toàn ngõ vào cách ly quang đảm bảo an tồn tuyệt đối Thơng số kỹ thuật: - Giao tiếp với máy tính qua cổng USB - Nguồn sử dụng: 5VDC USB - Tần số xung tối đa: 100Khz - Điều khiển trục X, Y, Z, A, B - Số ngõ vào: ngõ IN1, IN2 IN3, IN4 - Số ngõ ra: ngõ OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 1.1.2 Mạch điều khiển NC studio - Mạch Điều Khiển CNC NC Studio V5 sử dụng ứng dụng máy tiện CNC - NcStudio chịu trách nhiệm việc lệnh cho máy CNC thực công việc theo ý muốn thợ - Nhiệm vụ phần mềm mơ tả chuyển động trục bề mặt vật liệu để máy CNC hiểu thực theo lập trình có sẵn Hình Mạch điều khiển NC studio Thông số kỹ thuật: - NC STUDIO V5 hỗ trợ trực tiếp UG, MASTERCAM, CASMATE, AUTOCAD, CORELDRAW phần mềm CAD/ CAM - Ứng dụng cho nghành quảng cáo CNC trang trí, cắt ngành cơng nghiệp khác Kết thực tế: USB DDCSV Nút nguồn Nút khẩn cấp Hình 28 Hình ảnh thực tế điều khiển DDCSV 2.3 Thiết kế chế tạo tủ động lực cho máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay 2.3.1 Thiết kế tủ động lực cho máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay - Sử dụng phần mềm inventor để thiết kế ta hình Hình 29 Mặt trước tủ động lực inventor Hình 30 Mặt bên tủ động lực inventor 26 2.3.2 Chế tạo tủ động lực cho máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay - Sử dụng máy cắt tay, máy hàn để gia công : - Chọn sắt hộp có kích thước: 13x26 mm - Chọn tơn phẳng làm vỏ có độ dày: 0,5 mm - Tiến cắt kích thước theo vẽ, hàn vào khung máy - Tiến hành cắt tôn dùng đinh tán vít để ghép vào khung tủ Kết thực tế: Hình 31 Hình ảnh thực tế tủ động lực 27 Chương VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM 3.1 Tiến trình vận hành 3.1.1 Cài đặt thông số mạnh điều khiển Bước 1: Ấn nút nguồn để đóng khởi động từ cấp nguồn cho hệ thống Hình Dao diện khởi động Bước 2: Ấn nút RESET để trạng thái sẵn sàng Hình 3.2 Thao tác thứ - Sau ấn nút RESET điều khiển hỏi có muốn trở gốc máy, ta ấn hủy chưa cài đặt thơng số gì, hình 28 Hình 3 Thao tác hủy gốc máy Bước 3: Ấn nút PAGE R để vào cài đặt Hình Thao tác vào cài đặt Bước 4: Cài đặt xung cho trục - Chọn xung trục X (X axis pulse equivalency): 640 (xung/mm) - Chọn xung trục Y (Y axis pulse equivalency): 320 (xung/mm) - Chọn xung trục Z (Z axis pulse equivalency): 1280 (xung/mm) - Để chọn xung cho trục ta vào xung cài bước vitme - Công thức sau: Số xung= số xung driver/bước vitme (1) - Ví dụ: Cài xung driver 6400 xung, bước vitme 10 Theo công thức (1) suy ra: Số xung= 64000/10= 6400 (xung/mm) 29 Hình Giá trị chia xung driver - Ta chia xung 6400 xung (Số xung để động chạy vòng) tương ứng: SW1-on, SW2-on, SW3- off, SW4- on Hình Giá trị cài đặt thực tế xung Hình Thao tác cài đặt xung điều khiển 30 Bước 5: Tốc độ điều khiển thủ công cho trục (Manual control parameters) - Tốc độ điều khiển thủ công X (X axis nanual control speed): 1999 (mm/phút) - Tốc độ điều khiển thủ công Y (Y axis nanual control speed): 1999 (mm/phút) - Tốc độ điều khiển thủ công Z (Z axis nanual control speed): 1500 (mm/phút) Hình Thao tác cài đặt thủ cơng thực tế điều khiển máy Bước 6: Cài đặt tốc độ chạy tự động (Automatic control parmeters) - Tốc độ chạy không tải G0= 2000 để số lớn máy chạy nhanh Hình Thao tác cài đặt tốc độ chạy tự động 31 Bước 7: Cài đặt động trục (Coordinate system parameters) - Khi ấn nút tạm dừng động tắt (If stop spindle when pause), sau chọn đồng ý (Yes) - Tốc độ động (Spindle speed selection) chọn theo G code - Tố độ mặc định động (Default spindle speed) chọn: 24000 (rpn) Hình 10 Thao tác cài đặt động trục Bước 8: Cài dặt thơng số đầu (Output signal parameters) Hình 11 Thao tác cài đặt thông số đầu 32 Bước 9: Cài đặt thông số gốc (Home parameters) - Bật tín hiệu giới hạn gốc (Enable limit signal when home) - Tốc độ trục X gốc (X Axis home speed) - Tốc độ trục Y gốc (Y Axis home speed) - Tốc độ trục Z gốc (Z Axis home speed) Hình 12 Thao tác cài đặt thơng số gốc Bước 10: Cài đặt thông số giới hạn cứng (Hard limit parameters) - Tín hiệu giới hạn làm việc X (Limited singnal active of X ): Ta chọn cho phép - Tín hiệu giới hạn làm việc Y (Limited singnal active of Y ): Ta chọn cho phép - Tín hiệu giới hạn làm việc Z (Limited singnal active of Z ): Ta chọn cho phép - Tín hiệu giới hạn làm việc X++ (Limited singnal active of X++): Ta chọn cho phép - Tín hiệu giới hạn làm việc Y++ (Limited singnal active of Y++): Ta chọn cho phép - Tín hiệu giới hạn làm việc Z++ (Limited singnal active of Z++): Ta chọn cho phép - Tín hiệu có hiệu lực X ( Effective elictric level off X ): Ta chọn mức thấp (Low) - Tín hiệu có hiệu lực Y ( Effective elictric level off Y ): Ta chọn mức thấp (Low) - Tín hiệu có hiệu lực Z ( Effective elictric level off Z ): Ta chọn mức thấp (Low) - Tín hiệu có hiệu lực X++ ( Effective elictric level off X++): Ta chọn mức thấp (Low) - Tín hiệu có hiệu lực Y++ ( Effective elictric level off Y++): Ta chọn mức thấp (Low) 33 - Tín hiệu có hiệu lực Z++ ( Effective elictric level off Z++): Ta chọn mức thấp (Low) Hình 13 Thao tác cài đặt thơng số giới hạn cứng Bước 11: Cài đặt giới hạn mềm (Software limit parameters) - Giá trị giới hạn trục trục X (Soft- limited postion value of X ): Ta chọn theo khổ máy - Giá trị giới hạn trục trục Y (Soft- limited postion value of Y ): Ta chọn theo khổ máy - Giá trị giới hạn trục trục Z (Soft- limited postion value of Z ): Ta chọn theo khổ máy - Giá trị giới hạn trục trục X++ (Soft- limited postion value of X++): Ta chọn theo khổ máy - Giá trị giới hạn trục trục Y++ (Soft- limited postion value of Y++): Ta chọn theo khổ máy - Giá trị giới hạn trục trục Z++ (Soft- limited postion value of Z++): Ta chọn theo khổ máy Hình 14 Thao tác cài đặt giới hạn mềm 34 3.1.2 Kiểm tra hệ thống - Kiểm tra phản hồi cảm biến hành trình 3.2 Kết 3.2.1 Kết vận hành thử nhiệm Bước 1: Khởi động máy - Sau bật máy nhấn RESET để máy trở trạng thái sẵn sàng (READY) - Các thông số vùng khoanh vị trí trục so với gốc máy Hình 15 Thao tác khởi động máy Bước 2: Về gốc máy - Nhấn nút shift  Home  home để gốc máy tất trục Khi dùng chức giúp ta chạy tiếp chương trình nguồn mà khơng bị sai gốc Hình 16 Thao tác gốc máy 35 Bước 3: Sét gốc phôi - Di chuyển trục đến vị trí gốc phơi tương ứng lập trình nhấn shift  Zero  Zero để sét gốc tất trục Hình 17 Thao tác sét gốc phơi Bước 4: Chọn chương trình - Sau lập trình g code máy tính lưu vào USB - Sau kết nối USB với điều khiển DDCSV dây cáp - Ấn nút page để truy cập USB, file lên để lựa file, chọn file cần chạy nhấn enter Hình 18 Thao tác chọn chương trình 36 Hình 19 Thao tác chọn tệp Bước 5: Bắt đầu chạy file - Ấn start để file chạy Hình 20 Thao tác chạy file 3.2.2 Kết đạt - Thiết kế, chế tạo được: Một tủ điều khiển tủ động lực cho máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay hình Hình 21 Tủ điều khiển máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay 37 Hình 22 Tủ động lực máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay Hình 23 Máy CNC trục (1200x1000mm) bốn đầu phay 38 KẾT LUẬN Trong thời gian thực đồ án ,được dạy nhiệt tình hướng dẫn Nguễn thành Trung, Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo tủ điện cho máy CNC trục (1200mmx 1000mm) bốn đầu phay ” hoàn thành thời gian qui định Với tâm nỗ lực không ngừng chúng em thời gian làm đồ án tốt nghiệp, chúng em có dịp kiểm tra lại học trường suốt thời gian qua tìm tịi học hỏi nhiều kiến thức trình làm đồ án tốt nghiệp Cuốn đồ án ghi lại liên quan đến đồ án tốt nghiệp chúng em Trong trình làm đồ án gặp số khó khăn như: Có lúc mạch điện hoạt động chưa ổn định, kinh nghiệm làm đồ án Nhưng với tâm nhóm dạy tận tình Thầy hướng dẫn nên chúng em khắc phục khó khăn hồn thành đề tài theo quy định Qua trình thực đồ án, chúng em có dịp nâng cao kiến thức thiết kế có khả viết số chương trình với AutoCAD, Inventor, cách thành thạo Chúng em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình thầy - cô Trường khoa Cơ Điện- Cơng trình, Thầy hướng dẫn - Cơ Nguyễn Thành Trung, tạo nhiều điều kiện cho chúng em hoàn thành tốt đề tài giao thời gian qui định Một lần nữa, chúng em mong đóng góp ý kiến q thầy – Trường khoa Cơ Điện- Cơng trình với bạn học sinh_sinh viên để đồ án hoàn chỉnh Em xin trân thành cảm ơn! 39 DANH MỤC THAM KHẢO Tiếng việt: Kỹ thuật điện tử.(1999) Đỗ Xuân Thụ – NXB giáo dục Vi điều khiển câu trúc lập trình ứng dụng (2008) Kiều Xuân Thực, Vũ Thị Hương, Vũ Trung Kiên – NXB Giáo Dục Tiếng anh: Arduino cookbook – Michael Margolis Địa Website: Website http://alldatasheet.com/ Website http://arduino.vn/ Website http://codientu.org/ Website http://webdien.com/ Website http://www.tailieu.vn/ Website http://wikipedia.com/ 10.Website thư viện AccelStepper Mike McCauley 40 ... tạo tủ điều khiển cho máy CNC trục (120 0x1 000mm) bốn đầu phay 23 2 .3 Thiết kế chế tạo tủ động lực cho máy CNC trục (120 0x1 000mm) bốn đầu phay 26 2 .3. 1 Thiết kế tủ động lực cho máy. .. hình Hình 21 Tủ điều khiển máy CNC trục (120 0x1 000mm) bốn đầu phay 37 Hình 22 Tủ động lực máy CNC trục (120 0x1 000mm) bốn đầu phay Hình 23 Máy CNC trục (120 0x1 000mm) bốn đầu phay 38 KẾT LUẬN Trong... pha 10 Chương THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN CHO MÁY CNC TRỤC (120 0X1 000MM) BỐN ĐẦU PHAY 2.1 Thiết kế sơ đồ điều khiển cho tủ điện điều khiển máy CNC trục (120 0x1 000mm) bốn đầu phay Nguồn 220V Biến