Đồ án nghiên cứu và thiết kế mạch truyền dữ liệu cho máy phay CNC để bàn dùng cách ly quang PC817 và IC đệm 7404

Đồ án nghiên cứu và thiết kế mạch truyền dữ liệu cho máy phay CNC để bàn dùng cách ly quang PC817 và IC đệm 7404

Đồ án tốt nghiệp TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠCH TRUYỀN DỮ LIỆU CHO MÁY PHAY CNC ĐỂ BÀN DÙNG CÁCH LY QUANG PC817 VÀ IC ĐỆM 7404 Giáo viên hƣớng dẫn : ThS NGUYỄN HỒNG LĨNH Sinh viên thực : TÔN VĂN HIẾU Khoa : CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Chuyên ngành : CƠ ĐIỆN TỬ Lớp : Đ4-CĐT Khoá : 2009-2013 Hà Nội, tháng 12 năm 2013 GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp ỜI N I Đ U T ghiệ h g g hiệ ih Đi h g g h hệ Đấ i h g i h h h i h ậ h g g i h h g ệ g g i i h g g ất g h i h i h h h h ấ g h g h g hiệ g hiệ h h g g i Ngày v i s phát tri n c a khoa học k thuật công nghệ th gi i nhi ĩ h h h g iễ Đ c biệt s phát tri ắc l c quan trọng ngành Công nghệ thông học máy tính, m t cơng c hỗ tr ng hóa N giú tin T H h m nh mẽ c a khoa g i , xử ý h g i h i u n h n a có th k t nối v i thành m t m ng máy tính tồn c chia s thơng tin gi a vùng th gi i Máy tính v i s phát tri n c a k thuật ghép nối v i biệ h ã g g ởr g g ĩ h i u n Hi dẫn c a th y ThS Nguyễn Hồng ĩnh e c is h c t m quan trọ g ã h ng c ng d ng c án tốt nghiệp v i i “Nghiên cứu thiết kế mạch truyền liệu cho máy CNC để bàn dùng cách ly quang PC817 IC đệm 7404” Trong th i gian nghiên c u th c chắn khơng tránh khỏi nh ng sai sót Rất mong nhậ E i h cs gg ý i n từ ý h y cô b n h h inh viên thực Tôn Văn Hiếu GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp ỜI CẢM ƠN Đ hoàn thành tố B g Đ i Họ Điện L c, th y cô khoa Công Nghệ C Kh hiệ h án tốt nghiệp này, em xin chân thành c giú ng dẫ ỡ t truy chân thành sâu sắc t i th y ThS.Nguyễn án ng nh t cho chúng em nh ng ki n th c, kinh nghiệm quý báu suốt th i gian vừa qua, th ì h ã ậ ì h giú ỡ, tr c ti p b h ng dẫn chúng em suốt án tốt nghiệp Trong th i gian học tậ c tinh th n làm việ nh ã ận tình i u kiện thuận l i cho em trình th c hiệ Em xin gửi l i gi h i e ã i p thu thêm nhi u ki n th c bổ ích học tập nghiên c u khoa học nghiêm túc, hiệu qu c a th g i u c n thi t cho chúng em q trình học tập cơng tác sau Đ c biệt c c u k t h p v i th c t h h ã i u kiệ h h h tài ì h ối v i công ty cổ ph Em xin chân thành bày tỏ s c Hồ g Lĩ h dẫn, truy ng dẫn em cách học tập nghiên cán b , công nhân, h iê g g h ã nhiệt tình h t cho em nh ng kinh nghiệm việc gia cơng th c t ng em hồn h h án Em xin chân thành c è ã b Em ỡ em h i toàn th h ng chia kinh nghiệ g h h h ý i tất c b h h iê g g gi ì h ù g h ì h i tất c án ã ồng hành giúp h h án GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC CHƢƠNG I TỔNG QUAN I.Tổng quan máy CNC 1 Lịch sử hình thành máy CNC Phân lo i Ư h i n c a máy CNC Cấu trúc máy CNC Ch g ì h gi g h g ì h .10 4.2 Thi t bị nhậ 4.3 B i u n máy CNC 13 4.4 Hệ thống truy ng máy .14 4.5 Máy công c 17 4.6 Hệ thống ph n hồi 20 S h CNC gi g .28 Th c tr ng ng d ng máy CNC t i Việt Nam 29 II Hệ thống máy CNC mini mạch giao tiếp máy CNC 30 Hệ thống máy CNC mini 30 M ch giao ti p máy CNC .31 Vị trí c a m ch giao ti p k t cấu c a máy CNC 32 CHƢƠNG II GIAO TIẾP MÁY TÍNH 34 I Tổng quan 34 II Chuẩn giao tiếp .34 Gi i ù g g iệ g 20 A .34 Ch ẩ RS 232 36 Ch ẩ gi i RS-449 38 Chuẩn giao ti RS-422A RS-423A .40 Chuẩn RS 485 41 Chuẩn USB 42 Chuẩn LPT 43 7.1 Gi i thiệu v cổng LPT 43 7.2 Cấu trúc cổng LPT (cổng song song) .44 GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG III THIẾT KẾ MẠCH GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH DÙNG TRONG MÁY CNC 48 I Mạch giao tiếp đơn giản 48 II Mạch giao tiếp dùng cách ly quang pc817 IC 7404 đệm 49 Cách ly quang pc817 49 IC 7404 ệm 50 M ch giao ti ù g IC 7404 ệm 51 31 S nguyên lý 51 32 S bố trí linh kiện 52 33 S i 53 3.4 Thuy t minh nguyên lý 53 3.5 M t vài hình nh m ch th c t : .59 CHƢƠNG IV NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC TRỤC ĐỂ BÀN 62 I Các thông số CNC 62 II Nghiên cứu, thiết kế lắp ráp máy CNC ba trục 64 Thân máy 64 T i u n 71 Ph n m i u n 76 Quá trình gia cơng hồn thiện máy .77 Sử d ng máy CNC tr gia công chi ti t 81 KẾT LUẬN 83 ANH MỤC T I IỆU THAM KHẢO 84 GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH Hình 1.1-Các thành ph n c a hệ thống máy CNC Hình 1.2-Đ ọ ĩ m 10 Hình 1.3-Đ u cắm USB 11 Hình 1.4-Cổng giao ti p RS232 12 Hình 1.5-Đ u cắm cáp Ethernet 12 Hình 1.6-Giao diện lập trình 13 Hình 1.7-Quan hệ gi a l c ma sát tố c e iố h g e i ốc bi 15 Hình 1.8-Bàn xoay .18 Hình 1.9-Các ki u ổ tích dao 20 Hình 1.10-Bi n trở 21 Hình 1.11-Nguyên lý ho Hình 1.12-Bi ng c a resolvers 21 cu n E1 E2 22 Hình 1.13-Các thành ph n c a Encoder 24 Hình 1.14-Nguyên lý ho ng c a Encoder gia số d ng quay 26 Hình 1.15-Đ ận tốc góc 27 Hình 1.16 -Các thành ph n c a b i u n hệ thống CNC mini 31 Hình 2.1-Hệ thố g ù g g iện vòng v i b phậ g gắt relay 35 Hình 2.2-Hệ thố g ù g g iện vòng ghép nối quang 36 Hình 2.3- S bố trí chân c a RS232 d ng 25 chân 37 Hình 2.4-S bố trí chân c a RS232 chân 38 Hình 2.5-Tín hiệu 40 Hình 2.6-Cách nối gi a DTE DCE 41 Hình 2.7-Cách bố trí chân c a LPT DB 25 45 Hình 3.1-S m ch giao ti gi n .48 Hình 3.2-Cách ly quang 817 49 Hình 3.3-S chân c a IC 7404 50 Hình 3.4-S nguyên lý m ch giao ti Hình 3.5-S bố trí linh kiện 52 Hình 3.6-S i ù g IC 7404 ệm 51 53 Hình 3.7-Khối nguồn .54 Hình 3.8-Khối LPT 55 Hình 3.9-Khối To Step Driver 56 GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp Hình 3.10-Khối To Spindle 57 Hình 3.11-Khối Estop, Limit X, Limit Y, Limit Z 58 Hình 3.12-M c c a m ch in 59 Hình 3.13-M t sau m ch in 60 u bằ g è Hình 3.14-Test tín hiệ hiê Hình 3.15-Đ e 60 u bằ g ồng hồ 61 ằ g ồng hồ .61 Hình 3.16-K t qu Hình 4.1-Mơ hình máy phay CNC tr c 63 Hình 4.2-B n vẽ lắp máy phay CNC .65 Hình 4.3-B n vẽ giằ g ng 66 Hình 4.4-Đ g c 67 Hình 4.5-Đ g c dùng máy phay CNC 68 Hình 4.6-Vít me bi tr c Z 69 Hình 4.7-Thanh dẫ h ng 70 Hình 4.8-Mơ hình nh ổ bi dùng máy phay CNC .70 Hình 4.9-Kh p nối tr c 71 Hình 4.10-M h Hình 4.11-S i e i u ng c 72 nguyên lý m ch driver .73 Hình 4.12-M h i e i u g c 74 Hình 4.13-S m ch in 2D driver tr c 74 Hình 4.14-S nguyên lý m ch giao ti p 75 Hình 4.15-T i u n máy CNC 76 Hình 4.16-Giao diện ph n m m Mach3 76 Hình 4.17-Gia cơng tấ ỡổ i t tr c Y 78 Hình 4.18-C m lắp ghép b phận tr c Z .79 Hình 4.19-C m lắp ghép b phận tr c Y 79 Hình 4.20-C m lắ ghé g c 80 Hình 4.21-Lắp ghép máy phay CNC hoàn thiện 80 Hình 4.22-Quy trình gia cơng chi ti t 81 Hình 4.23-Gia cơng ch EPU máy CNC 82 Hình 4.24-S n phẩm sau hoàn thành .82 GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG B ng 1.1 So sánh máy công c v i máy CNC 28 B ng 2.1 Tín hiệu c a EIA RS-449 .38 B ng 2 S cách bố trí chân c a LPTDB 25 45 B ng 3.1 Mô t chân: .50 B ng 3.2 Phân công chân vào ra: 54 B ng 3.3 Linh kiện sử d ng m ch .59 GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN CHỮ KÝ CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN CHỮ KÝ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp 70 Hình 4.7-Thanh dẫn hướng Ổ bi trượt, ổ đỡ bi, khớp nối trục : Các ổ i h h g c lắp vào dẫn c cố ịnh vào nhơm, có nhiệm v làm gi m ma sát cho dẫn ng giúp vít me chuy Ổ i ỡ có nhiệm v ng dễ ỡ t o chuy gh g h e c nhẹ nhàng ma sát Hình 4.8-Mơ hình ảnh ổ bi dùng máy phay CNC GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp 71 Kh p nối tr g h c làm vật liệu nhôm m m có x rãnh gi hồi t ịnh tâm gi nối tr c truy n chuy e u nối ng c a g g e Nhiệm v c a kh p i vít me c a tr c Hình 4.9-Khớp nối trục Tủ điều khiển i u T g Đ c cấu thành từ b phận chính: Nguồn, m h h i e i e i u i u n tr c m ch giao ti p h ng truy n tín hiệu từ g g : Nhậ h g ì h gi cơng từ máy tính , lập trình ph n m m mach3, tín hiệu qua m h ệm BOB c khu h i dòng qua m h g ng t i hiệ 110V từ i i e g ng c a tr i u n ba tr ng e E240 i i u g e Đ c bằ g h3 hì nhiệm v ni m h i e g ù g c chuy iện áp ị h 24V Điện áp m t chi u có i u n tr c c a máy CNC - Mạch driver điều khiển động bước: Đ GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh c cấp dịng ng truy n tín hiệu i u iện b bi n áp h xoay chi u 220V xuố g i p áp m t chi u ổ h h c cấp nguồn 220V nối tr c ti p vào c cấp từ m ch giao ti p BOB vào spindle E240 - Ngu n: Nguồn c a t g c truy n tín i u g c SVTH: Tơn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp truy n chuy 72 ng cho vít me bi ta c n ph i thi t k i e tín hiệu truy n S hi ã ì hi h h g g ổ ịnh i m m ch driver dùng cho máy CNC m h L297 i u n IC L298 m ch sử d ng TB6560, v i m c h ghiê nghiên c u mô phỏ g i m gọ So v i m h i u g TB6560 gi IC TB6560 ch i h h h n ch hì i ã ịnh ch t o m ch công suất dùng máy phay CNC m ch sử d ng TB6560 v i d g h gi h h h g i u n cao c sử d ng c p L297-L298 m ch sử hỉ dùng IC mà hiệu qu h V m t kinh t g ấp xỉ c p L297-L298 Vì th t i máy CNC t u sử d ng lo i IC “ g g i” ẵ h TB6560 h g Hình 4.10-Mạch driver điều khiển động bước GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp 73 Hình 4.11-Sơ đồ nguyên lý mạch driver - Mạch driver điều khiển trục chính: Nhiệm v c a m h g iệ qua b ph n m i g i u n tr c là: Chỉ h g c t i u n từ GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh i e h h ổi tố g ất g bàn SVTH: Tơn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp 74 Hình 4.12-Mạch driver điều khiển động trục Hình 4.13-Sơ đồ mạch in 2D driver trục - Mạch giao tiếp: Do yêu c u v ch t o, ch nên m ch giao ti Nh ê i e i u ã c thi t k ã ì h g làm việc c a máy phay CNC phù h p v i máy m ch có nhiệm v k t nối gi a máy tính v i m ch c x, y, z, công tắ h h ì h… h g h n m m Mach3 GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp 75 hiệu từ máy tính gián ti M ch giao ti i e ồng th i tín hiệu qua m h ệm ng vào m h i u n cổ ị hh ng truy n b o vệ cho cổng LPT c a máy tính xãy s cố Trên th c t máy tính hồn tồn có kh i u h g nên sử d h g ậ hì g n m ch giao ti g t nối tr c ti n trình i ro, hỏng hóc cao Bởi có th m b o an tồn cho máy làm việc Hình 4.14-Sơ đồ ngun lý mạch giao tiếp GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp 76 Sau lắp ráp b phận ta có t i u n: Hình 4.15-Tủ điều khiển máy CNC Phần mềm điều khiển Hình 4.16-Giao diện phần mềm Mach3 Hiện thị g CNC ng có nhi u ph n m phù h p v i GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh h ù g i u g d ng c a máy ã h t h g ì h i ã họn SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp 77 i u ph n m n Mach3 ph n m hã g A S f m mc g g CNC Mach3 ph n g g c thi t k dành cho nh t i nhà theo sở h h h g ã h h h công nghiệp v i h i ch t o máy CNC g thành ph n m i u n linh ho t g: i u n máy CNC tr c - Bi n máy tính cá nhân thành m t b - Cho phép import tr c ti p file dxf, bmp, jpg hpgl thông qua ph n m m LazyCam - Hi n thị G-code tr c quan - T o file G-code thông qua LazyCam ho c Wizards - Giao diện có th tùy bi - Tùy bi n M-code Macro cách sử d e g VB i sử d ng i ; Đi u a ph n m m Mach3 n i suy tọ xuống drive tr c xuất tín hiệ Ch he ý h h g c nhi u g-cắt g h h Ch h g , gi i mã xuất tín hiệu i u n qua m ch giao ti p ẹp dễ sử d ng Mô trình ng, giao diệ làm việc rõ ràng Khai báo thông số c a hệ thống dễ dàng Lập trình theo h ng mở r ng liên k t v i Script VB Tùy quan niệm từ g g hi h th thấy Mach3 có l i th ti t kiệ g Mach3 l a chọn tốt cho d ng CNC t ch i, nhiên có ( n u gi i quy ê c vấn i máy CNC) Q trình gia cơng hồn thiện máy gi Tất c chi ti t c h S g ê h CNC n vẽ thi t k t số hình GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh h hi g gi g hi i t máy phay CNC : SVTH: Tơn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp 78 Hình 4.17-Gia công đỡ ổ bi trượt trục Y GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp 79 Các c m chi ti c lắp ghép sau gia cơng xong: Hình 4.18-Cụm lắp ghép phận trục Z Hình 4.19-Cụm lắp ghép phận trục Y GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp 80 Hình 4.20-Cụm lắp ghép động trục Máy sau hồn thiện: Hình 4.21-Lắp ghép máy phay CNC hoàn thiện GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp 81 Sử dụng máy CNC trục để gia cơng chi tiết Quy trình gia cơng chi ti t máy CNC tr bàn: Hình 4.22-Quy trình gia cơng chi tiết bàn có th gi K t qu ch y thử máy cho thấy, máy CNC tr chi ti t ph c t p vật liệu: nh a, mica, h … g c c biệt phay chi ti t 2D, khắc ch … GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp 82 M t vài hình nh gia cơng lập trình ch y thử máy: Hình 4.23-Gia cơng chữ EPU máy CNC Hình 4.24-Sản phẩm sau hoàn thành GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp 83 KẾT LUẬN Trong trình th c án, em ã h c hiệ  Tìm hi u lo i hi i u g h c nh g g i m sau: ng linh kiệ iện tử n  Làm quen sử d g c ph n m m thi t k m ch PCB Eagle  Th c hành k thuật hàn m h iện tử  Thi t k c m ch giao ti p gi ã h y thử LED Cùng v i việc k t h p học tập nghiên c u v lý thuy t v i th c t ch t o ã giú hú g e hi h hi h ý h ã giú e u làm quen v i công việ h Sau k t h p v i tr ồng th i c nh án h hoàn thành máy phay CNC mini g i m sau:  Nắ c thành ph n,cấu t o c a m t hệ thống máy CNC  Hi c quy trình thi t k ,ch t o m t máy công c mà c th máy phay CNC tr bàn  Ứng d ng nh ng ki n th c v án, giú e GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh hi õh h ã ý h c học l p vào th c t th c t SVTH: Tôn Văn Hiếu Đồ án tốt nghiệp 84 ANH MỤC T I IỆU THAM KHẢO Tài liệu tham hảo Geoff Williams CNC Robotics Ng ễ Ch Thiệ L ậ ố ghiệ “R h h” T g h ậ g ghệ TP Hồ Ch Mi h – 1/2009 Stepper controller L297, STMicroelectronics Datasheet Double H-bridge L298, STMicroelectronicsDatasheet Toshiba TB6560AHQ,TB6560AFG-PWM chopper-type biopolar driver IC for stepping motor control Datasheet Nguyễ Đắc L T g H (1999) “ Điều khiển số công nghệ máy điều khiển số“ , NXB Khoa học K thuật Hà N i Các trang web tham hảo Diễ Điện tử Việt Nam:http://dientuvietnam.net Diễ Th gi i CNC: http://thegioicnc.com GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lĩnh SVTH: Tôn Văn Hiếu ... ng c ng d ng c án tốt nghiệp v i i ? ?Nghiên cứu thiết kế mạch truyền liệu cho máy CNC để bàn dùng cách ly quang PC817 IC đệm 7404? ?? Trong th i gian nghiên c u th c chắn khơng tránh khỏi nh ng sai... Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG III THIẾT KẾ MẠCH GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH DÙNG TRONG MÁY CNC 48 I Mạch giao tiếp đơn giản 48 II Mạch giao tiếp dùng cách ly quang pc817 IC 7404 đệm. .. vài hình nh m ch th c t : .59 CHƢƠNG IV NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC TRỤC ĐỂ BÀN 62 I Các thông số CNC 62 II Nghiên cứu, thiết kế lắp ráp máy CNC