Máy cắt xốp cnc 3 trục sử dụng phần mềm labview và card pci 7344

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CAD: Computer Aided Design CNC: Computer Numerical Control NI: National Instruments MAX: Measurements & Automation Explorer UMI: Universal Motion Interface PCI: Periferal Component Interconnect LabVIEW: Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench DDA: Digital Differential Analyzers intergrator SA: Stairs Approximation DS: Direct Search BLU : Basic Length Unit QFD: Quality Function Deployment CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU I.1 Đặt vấn đề Máy cắt xốp công cụ phổ biến dùng nhiều lĩnh vực, điển hình nhà tạo mẫu, kiến trúc sư dùng máy để tạo mơ hình nhỏ để kiểm chứng thiết kế cách nhanh Những người đam mê thú chơi đồ chơi mơ tàu thủy, máy bay dùng nhiều loại máy cắt xốp để tự tay tạo nên mơ hình tuyệt đẹp, có khả hoạt động thật Đặc biệt, ngành giải trí, xốp dùng để trang trí nhiều, từ đám cưới đến chỗ vui chơi giải trí, trung tâm mua sắm, với đủ hình dạng, kích thước Hiện cách đơn giản thủ công cắt dao Với cách này, xốp cắt nhìn nham nhở, không đẹp, bề dày cắt phụ thuộc vào chiều dài dao, thích hợp với cắt phơng sân khấu, số lượng cắt không nhiều Để cho bề mặt xốp cắt láng mịn người ta dùng dây đàn ghita cục biến áp để gia nhiệt cho dây, xốp cắt nhờ tượng nóng chảy tiếp xúc với nhiệt độ cao Nhưng với cách làm độ xác tính thẩm mĩ phụ thuộc nhiều vào tay nghề người cắt, thời gian gia công dài, chưa kể cắt xốp, người cắt hít phải bụi xốp mang nhiều chất độc hại khơng tốt cho sức khỏe Hình 1.1: Máy cắt xốp cầm tay [1] Hình 1.2: Máy cắt xốp để bàn [1] Với công nghệ phát triển vũ bão nay, công nghệ tiên tiến để cắt xốp cơng nghệ cắt tia laser Laser có nhiều ưu điểm như: cắt hầu hết loại vật liệu, vật liệu có từ tính khơng có từ tính, rãnh cắt sắc cạnh, có độ xác cao, cắt theo đường thẳng hay đường cong bất kỳ, không biến dạng học biến dạng nhiệt ít, tốc độ cắt nhanh, dễ dàng áp dụng vào tự động hoá nâng cao suất, không gây tiếng ồn, không gây ô nhiễm mơi trường làm việc bụi Laser có nhược điểm giá thành cịn cao [21] Hình 1.3: Các ứng dụng làm từ xốp [2] I.2 Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo máy cắt xốp CNC ba trục ứng dụng cắt xốp tự động với tính năng: Cắt loại xốp có thi trường Cắt hình ảnh, chữ 2D xốp với kích thước tối đa cao 300mm rộng 300mm độ dày 500mm Cắt mô hình 2.5D với kích thước tối đa cao 300mm rộng 300mm dài 500mm Chỉnh nhiệt độ cắt thích hợp cho loại xốp Giao tiếp người dùng thông qua Labview Hình ảnh, chữ mơ hình cần cắt lập trình tay vẽ CAD - Vận hành ổn định, không rung lắc, truyền động xác, sai số khoảng chấp nhận Mẫu mã gọn nhẹ, đơn giản, dễ sử dụng, thân thiện với người dùng I.3 Đối tượng nghiên cứu - Các vấn đề liên quan đến máy cắt dây CNC: Tính đa dạng mặt hàng hóa máy Cấu trúc máy gồm cấu truyền động, độ cứng vững, tải trọng, cấu xoay, cấu kẹp chặt, mạch điều khiển, hình dáng Giải thuật điều khiển cho máy Giá thành sản phẩm hiệu kinh tế I.4 Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu, khảo sát loại máy CNC, máy cắt xốp để từ giúp ta có kinh nghiệm, tích lũy kiến thức, rút ưu-khuyết điểm máy chế tạo, từ thu thập, nghiên cứu, tính toán lý thuyết, thiết kế máy, xây dựng giải thuật cho máy Nghiên cứu chế tạo máy cắt CNC phù hợp với tình hình nước ta vấn đề quan trọng Vấn đề nghiên cứu kĩ thời gian qua khẳng định tiến hành chế tạo Hiện thị trường phổ biến loại xốp có kích thước 1000x500mm (cắt thành 250x500mm), bề dày từ 5mm đến 100mm Máy chế tạo để cắt loại xốp Nghiên cứu nhiệt độ nóng chảy loại xốp, từ đưa bảng tra tốc độ nhiệt độ cắt thích hợp cho loại xốp, bề mặt cắt xốp có sai số nhỏ nhất, bề mặt không bị biến cứng cháy, cắt biên dạng hồn tồn xác, tránh trường hợp không đủ nhiệt, tốc độ cao gây sai biên dạng, trường hợp dư nhiệt, tốc độ chậm làm cho xốp bị cháy nhiều, gây biến cứng bề mặt, sai số lớn, kích thước khơng đạt yêu cầu I.5 Phương pháp nghiên cứu Để thực đề tài, đề tài sử dụng kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu Trong đặc biệt phương pháp tham khảo tài liệu, từ tìm ý tưởng để hình thành đề cương đề tài Từ kiến thức thu thập qua mạng internet, sách chuyên ngành điện tử, khí, lập trình, thiết kế sản phẩm hình thành nên ý tưởng Song song đó, nhóm thực đề tài sử dụng phương pháp quan sát thực nghiệm để chế tạo thành cơng máy I.6 Giới hạn đề tài nghiên cứu Đề tài thực nghiên cứu máy cắt xốp CNC ba trục, phần khí nghiên cứu chế tạo chi tiết cơng cụ gia cơng có sẵn Máy đáp ứng việc cắt chi tiết có kích thước vượt q kích thước cho phép (tối đa dài 500 mm, rộng 300 mm, cao 300 mm) CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT XỐP CNC II.1 Một số đặc điểm máy cắt xốp CNC Nguyên lý vận hành máy thông qua phần mềm Labview điều khiển động bước cho ba trục X, Y, trục xoay A, truyền động đai, đồng thời sử dụng sợi dây có dịng điện chạy qua để cắt xốp theo hình dáng, kích thước cho trước theo thiết kế người dùng Với phương pháp trên, xốp cắt cách nhanh chóng, lực cắt nhỏ, sai số lớn hay nhỏ tùy thuộc vào nhiệt độ tốc độ gia công Với thiết bị này, ta biến xốp bình thường thành nhiều sản phẩm có tính sáng tạo cao, công cụ đắc lực cho nhà thiết kế, kiến trúc sư, người đam mê mơ hình II.2 Tình hình nghiên cứu nước ta Hiện nay, nước ta đa phần dùng dụng cụ tự chế, gồm sợi dây ghita cục biến áp gắn vào gỗ, vào bàn cắt thủ công, phức tạp có vài máy cắt CNC tự chế, gia cơng tự động, với biên dạng xác, sai số không 0.5mm Tuy nhiên, doanh nghiệp chuộng sử dụng loại máy nước với giá thành cịn cao, dù máy cắt thủ cơng Hình 2.1: Các loại máy sử dụng Việt Nam [1] II.3 Tình hình nghiên cứu nước Các loại máy nước tương đối lớn, hầu hết sử dụng để cắt xốp tấm, ứng dụng nhiều hộp đựng sản phẩm loại công cụ, thiết bị cao cấp, trang trí… Hình 2.2: Các loại máy nước ngồi [2] 10 PHỤ LỤC C CHƯƠNG TRÌNH NGUỒN LABVIEW ĐIỀU KHIỂN MÁY CẮT XỐP CNC C.1.Tổng quan chương trình nguồn Để dễ dàng theo dõi, chương trình chia thành phần Hình C.1 Hình C.1: Chương trình nguồn điều khiển máy cắt xốp CNC T T Chức Phần khởi tạo xét chuẩn Reference: Khởi tạo thông số thuộc tính cho việc xét chuẩn cho hai trục X Y Phần xử lý lệnh G Code: Mọi dòng lệnh xử lý để nhận biết câu lênh riêng Phần khởi tạo cho chuyển động máy : Khởi tạo tất thông số, thuộc tính vận tốc, gia tốc, lệnh di chuyển theo đường thẳng cung tròn Phần hiệu chỉnh vị trí, truy xuất I/O: Chứa lệnh reset vị trí cho trục truy xuất I/O cho cơng tắc hành trình Bảng C.1: Bảng chức bốn phần chương trình nguồn 142 C.2 Phần chương trình nguồn: Khởi tạo xét chuẩn Reference Hình C.2: Khởi tạo xét chuẩn Reference Hàm Chức Cho phép ta khởi tạo điều khiển theo thông số Initialize Control chức cài đặt phần mềm Measurement & Automation Explorer (MAX) Quy định vận tốc trục một không gian Load Velocity vector Load Acceleration/ Quy định gia tốc trục không gian Deceleration vector Load S-Curve Time Quy định thời gian độ vận tốc thành số Tìm điểm tham chiếu gốc trình chuyển động dựa Find Reference vào cơng tắc hành trình Read Position Cập nhật vị trí động Read per Axis Status Cập nhật tất trạng thái có trục vật lí thực tế trình chuyển động Check Reference Kiểm tra trạng thái trình tìm điểm tham chiếu gốc Kiểm tra tất lỗi lập trình xuất q trình chuyển động, từ định việc có thực thi q trình chuyển động hay khơng Bảng C.2: Các hàm chức phần khởi tạo xét chuẩn Reference Motion Error Handler 143 C.3 Phần chương trình nguồn: Xử lí lệnh G Code Phần chứa chương trình con, xử lý chuỗi sau đưa vào chương trình nguồn điều khiển máy Hình C.3: Chương trình thực cơng việc xử lí chuỗi từ tập tin G Code C.4 Phần +4 chương trình nguồn Đây phần quan trọng chương trình nguồn, tất thơng số, thuộc tính vận tốc, gia tốc, lệnh di chuyển theo đường thẳng cung tròn khai báo thực thi phần Tất hoạt động quan trọng máy diễn phần 144 Hình C.4: Chương trình điều khiển hoạt động máy Hàm Chức Cho phép ta khởi tạo điều khiển theo thông số Initialize Control chức cài đặt phần mềm Measurement & Automation Explorer (MAX) Configure Vector Xác định trục liên kết không gian vector Space Quy định vận tốc trục một không gian Load Velocity vector Load Acceleration/ Quy định gia tốc trục không gian Deceleration vector Quy định thông số để tạo chuyển động cung Load Circular Arc trịn khơng gian vector 2D Read Position Cập nhật vị trí động Read per Axis Status Cập nhật tất trạng thái có trục vật lí thực tế q trình chuyển động Bắt đầu trình chuyển động trục, nhiều trục, không gian vector hay nhiều khơng gian vector Dừng q trình chuyển động trục, nhiều trục, không gian vector hay nhiều không gian vector Start Motion Stop Motion Reset Position Đặt lại giá trị vị trí cho động theo giá trị mong muốn Set Operation Mode Chọn chế độ hoạt động cho q trình điều khiển vị trí Kiểm tra tất lỗi lập trình xuất trình chuyển động, từ định việc có thực thi q trình chuyển động hay khơng Bảng C.3: Các hàm chức phần chuong trình Motion Error Handler Phân tích kĩ chương trình chính, ta có phần sau: 145 • Khởi tạo ban đầu cài đặt phần mềm MAX xác định trục liên kết không gian vector Tất thông số chức cài đặt ban đầu khởi tạo Cùng với việc chọn trục liên kết không gian vector, trục X,Y A ứng với trục 1, Không gian vector chọn khơng gian vector số Hình C.5: Khởi tạo cài đặt MAX chọn trục liên kết • Khai báo thông số vận tốc, gia tốc cho trục Hình C.6: Cài đặt vận tốc, gia tốc Hình C.7: Khai báo vận tốc, gia tốc Vận tốc trục không gian vector nhân với hệ số Dial giá trị núm vặn [0,1.2] Các giá trị vận tốc gia tốc hoạt động ổn định chúng em sử dụng là: Acceleration = 100000 xung/s2 → Gia toc = 100500 xung/s2 Velocity = 100000 xung/s, Dial =0.1 (giá trị thường xuyên hoạt động ổn định) → Van toc = 100500 xung/s Phương thức điều khiển chương trình tuyệt đối gia tốc = giảm tốc • Chế độ hoạt động Automation 146 Đây chế độ mà ta thực thi câu lệnh theo mà tập tin G Code lập trình sẵn Hình C.8: Phương thức điều khiển máy có lệnh G0 Hình C.9: Phương thức điều khiển máy có lệnh G1 147 Hình C.10: Phương thức điều khiển máy có lệnh G2/G3 Ta thấy hàm điều khiển, hệ số nhân với thông số X, Y, R để đồng đơn vị động (xung) chiều dài thực tế (mm) Độ phân giải động 50000 xung/vòng động quay vịng qng đường di chuyển trục X Y 58.12mm Giả sử cần di chuyển trục X đoạn a (mm) a tính sau: a= 50000 ×X = 860.3 ×X 58.12 (mm) Ta thấy có lệnh M30 đoạn code gia cơng máy kết thúc hoạt động • Chế độ hoạt động Manual Trong chế độ này, lệnh di chuyển thực thi người sử dụng yêu cầu Ba vector đáp ứng khả hoạt động độc lập khả hoạt động đồng ( xuất phát lúc dừng lại lúc) 148 • • Hình C.11: Phương thức điều khiển Manual chế độ Manual Chức di chuyển đứng yên động Hình C.12: Bắt đầu chuyển động Hình C.13: Dừng chuyển động Chức hiệu chỉnh vị trí truy xuất I/O Chức cho phép ta thay đổi giá trị tọa độ trục X, Y C ( ) − 231 − → 231 − với giá trị thuộc từ 149 Hình C.14: Chức hiệu chỉnh vị trí truy xuất I/O 150 PHỤ LỤC D: CẤU HÌNH TRONG MEASUREMENT & AUTOMATION EXPLORER Mở phần mềm MAX vào theo đường dẫn: My System > Devices and Interfaces > NI Motion Devices > PCI-7340 (1) > Default 7340 Settings > Axis cấu hình theo trình tự bên Mục Axis Configuration: Ở cửa sổ bên phải, ta chọn tab Axis Configuration cấu hình: - Mục Type: Stepper - Mục Enabled: Enabled - Mục Feedback > Type of Feedback: Encoder Hình D.1: Cấu hình cho mục Axis Configuration, tab Axis Configuration - Ta chọn tiếp tab Stepper Settings cấu hình: - Số bước vịng (Stepper steps per revolution): 50000 - Chế độ phản hồi cho động bước (Stepper Loop Mode): Open-Loop - Chế độ ngõ trục (Stepper Output Mode): Step & Direction - Cấu hình cho việc chuyển động vị trí đặt: Stepper Pull-in Moves - Pull-in Window: - Pull-in tries: + Nhấn Save to All Axes Initialize 151 Hình D.2: Cấu hình cho mục Axis Configuration, tab Stepper Settings Mục Motion I/O Settings Ở cửa sổ bên phải, ta chọn cấu hình tương ứng sau: + Mục Home & Limit Switch Settings: - Limit Filters: Enabled - Forward Limit Switch: Enabled, Active High Polarity - Reverse Limit Switch: Enabled, Active High Polarity - Home Limit Switch: Disabled + Mục Software Limit Settings Forward Software Limit: Disabled Reverse Software Limit: Disabled + Mục Inhibit Ouput Settings: Disabled + Nhấn Save to All Axes Initialize 152 Hình D.3: Cấu hình cho mục Motion I/O Settings Mục Trajectory Settings Ở cửa sổ bên phải, ta chọn tab Trajectory Settings cấu hình: + Mục Unit: Steps + Move Status Settings > Following Error: (counts) + Velocity Threshold: 100000 (step/s) + Run/Stop Threshold: + Move Complete Criteria: Run/Stop Tab Move Constraints ta khơng cấu hình thơng số Velocity, Acceleration, Deceleration S-Curve Time ta gán trực tiếp chương trình + Nhấn Save to All Axes Initialize 153 Hình D.4: Cấu hình cho mục Trajectory Settings, tab Trajectory Settings Mục Find Reference Settings Ở cửa sổ bên phải, ta chọn tab Forward Limit cấu hình: + Mục Approach Velocity %: 100 % + Mục Offset Move, mục Reset Position mục Find Approach Direction ta không cần thay đổi MAX thay đổi ứng dụng cụ thể Hình D.5: Cấu hình cho mục Find Reference Settings, tab Forward Limit Cấu hình tương tự tab Forward Limit cho tab Reverse Limit Center + Nhấn Save to All Axes Initialize 154 PHỤ LỤC E: THIẾT KẾ MƠ HÌNH TRONG SOLIDWORK Hình E.1: Bộ phận bánh xe di động trục Y Hình E.2: Bộ căng đai trục X 155 Hình E.3: Hệ thống truyền chuyển động trục Y Hình E.4: Trục xoay A Hình E.5: Thanh trượt dẫn hướng 156 ... nguồn NI PS-15 [3] 31 IV.2 Card PCI- 734 4 IV.2.1 Giới thiệu card PCI- 734 4 Bộ điều khiển 734 4 kết hợp điều khiển động servo điều khiển động bước cho máy tính có khe cắm PCI Với PCI- 734 4, ta hồn tồn... sở hữu máy cắt xốp CNC tiện dụng Tôi sẵn sàng bỏ số tiền lớn để sở hữu máy có chất lượng tương xứng Tôi cần cắt xốp với sai số cho phép 1mm Tôi thường xuyên sử dụng máy Tôi thường cắt xốp có... trình hoạt động 28 Hình 3. 7: Trục X trục Y hoàn chỉnh III.7 .3. 3 Trục A Để làm trục xoay A, đề tài sử dụng nhôm dài 39 0mm, với chiều dài đảm bảo tâm trục nằm hành trình trục X trục Y để gắn động xoay