Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển bàn máy CNC 55

MỞ ĐẦU Với phát triển không ngừng thành tựu khoa học - Công nghệ đặc biệt lĩnh vực điều khiển số tin học cho phép nhà chế tạo máy ứng dụng vào máy khoan cắt kim loại với hệ thống điều khiển ngày xác với tóc độ nhanh giá thành thấp Sự xuất máy CNC(Computer Numerical Control) nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp Các đường cong thực dễ dàng đường thẳng, cấu trúc phức tạp chiều dễ dàng thực hiện, lượng lớn thao tác người thực giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa trình sản xuất với máy CNC tạo nên phát triển đáng kể xác chất lượng Kỹ thuật tự động CNC giảm thiểu sai sót giúp người thao tác có thời gian cho cơng việc khác Ngồi cịn cho phép linh hoạt thao tác sản phẩm thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất linh kiện khác Qua việc tìm hiểu nghiên cứu máy CNC, mơ hình máy CNC khoan phay biên dạng chi tiết sản phâm thiết kế nhỏ gọn, điều khiển PLC S7200 Với mục đích áp dụng học, phương pháp điều khiển,bộ giám sát … vào thực tế Đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển bàn may CNC” thực thời gian năm tháng, thời gian có hạn nên đề tài có nhiều khuyết điểm, mong ý kiến đóng góp q thầy giáo để việc nghiên cứu trở nên thực tế Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Truờng Đại học Công nghiệp Tp.HCM, khoa Điện tử, môn Điều khiển tự động, thầy dạy dỗ dìu dắt em suốt năm học vừa qua để em có kiến thức chun mơn sở sau vào đời làm việc, sử dụng có ích cho xã hội Để thực thành công đề tài hướng dẫn, bảo tận tình thầy Ths.Trần Hữu Tồn Người hướng dẫn tận tình, giúp chúng em định hướng, góp ý cung cấp ý tưởng dẫn tài liệu tiến trình thực đề tài Sự hướng dẫn thầy yếu tố quan trọng để em hoàn thành đề tài Cuối em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ gia đình, người ln sát cánh em, giúp đỡ em tạo điều kiện tốt cho em học tập để có kết ngày hôm Em xin chân thành cảm ơn ! Trường Đại học Cơng Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh Khoa Cơng nghệ điện tử Sinh viên Nguyễn Ngọc Vàng Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI Sinh viên thực : Nguyễn Ngọc Vàng Mã số sinh viên : 06086991 Lớp : ĐHĐT2A2 Ngành : Điện tử tự động hóa Giáo viên hướng dẫn : Ths.Trần Hữu Toàn Đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển bàn máy CNC ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 ………………………………………………………………………………………… ………… NHẬN XÉT ĐỀ TÀI CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Sinh viên thực : Nguyễn Ngọc Vàng Mã số sinh viên : 06086991 Lớp : ĐHĐT2A2 Ngành : Điện tử tự động hóa Giáo viên hướng dẫn : Ths.Trần Hữu Toàn Đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển bàn máy CNC ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………… Mục lục MỞ ĐẦU .1 LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ PHẦN I: 13 A.MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ (CNC): 13 I MÁY CƠNG CỤ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ (MÁY CNC): 13 II CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC: .16 II.1 Điều khiển trực tuyến DNC (Direct Numerical Control): 16 II.2 Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control): 18 II.3 Hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems): .20 III ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC MÁY CNC: .23 IV LẬP TRÌNH CHO MÁY CNC: 25 B CÁC ĐIỂM CẦN QUAN TÂM KHI LẬP TRÌNH TRÊN MÁY CNC: 27 I.HỆ TỌA ĐỘ: .27 I.1 Điểm Zero chương trình: 28 I.2 Điểm khởi hành: 28 Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 I.3 Điểm chuẩn: .29 I.4 Lập trình theo tọa độ tuyệt đối (Absolute) theo toạ độ gia số (Incremental): 30 II.ĐIỀU KHIỂN ĐƯỜNG DỊCH CHUYỂN TRÊN MÁY CNC: 31 II.1 Những khái niệm liên quan đến phép đo vị trí: 31 II.2 Các phương pháp đo: 31 II.3 Các dụng cụ đo vị trí : 36 II.4 Các dạng dịch chuyển : 45 C CÁC CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC: .46 I.BẢNG ĐIỀU KHIỂN ĐƯỜNG DỊCH CHUYỂN G: 46 II Ý NGHĨA MỘT SỐ CHỨC NĂNG: 50 II.1.Chọn mặt phẳng: .50 II.2.Di chuyển nhanh (G00): 51 II.3.Nội suy tuyến tính (nội suy thẳng) G01: 51 II.4.Nội suy phi tuyến (nội suy cung tròn) G02, G03: 52 PHẦN II 55 CHƯƠNG I: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 55 I.MƠ HÌNH: 55 I.1.Cấu trúc mơ hình: .55 I.2.Cảm biến vị trí ghép với động DC: 56 Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 II.SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ: 57 III.MẠCH ĐỘNG LỰC: 57 III.1.Sơ đồ khối tác động khâu động lực: 58 III.2.Chức khối: 59 IV.MẠCH NHẬN XUNG TỐC ĐỘ CAO TỪ ENCODER: 60 CHƯƠNG II: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ: 61 I.SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID S7-200: 61 I.1.Thuật toán PID số: 61 I.2.Làm việc với PID S7-200: .63 II.TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ BỘ PID ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ: .64 III.TÍNH TỐN CÁC THAM SỐ Kp, Ki, Kd THEO LÝ THUYẾT CHO ĐỘNG CƠ: 64 III.1.Thiết lập hàm truyền cho động cơ: 64 III.2.Vẽ đáp ứng điều khiển P: 66 III.3.Đáp ứng PI: 68 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 70 I.KẾT NỐI BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÁY TÍNH: 70 II PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN VÀ GIẢI THUẬT CÁC HÀM NỘI SUY 76 II.1.Phương pháp nội suy 76 II.2.Phương pháp nội suy đường thẳng : 77 Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 II.3.Nội suy cung tròn : 79 II.4.Nội suy xoắn ốc 80 II.5.Nội suy parabol 81 II.6.Nội suy bậc 3: 81 III.TÍNH TOÁN VÀ GIẢI THUẬT NỘI SUY ĐOẠN THẲNG THEO TRỤC OX,OY: 81 III.1.Tính tốn nội suy đoạn thẳng theo lượng chạy cắt F 81 III.2.Di chuyển quảng đường dài L(LX,LY) hai trục với lượng chạy cắt F: 84 III.3.Giải thuật nội suy đoạn thẳng G04: 86 III.4.Giải thuật nội suy G00: Chạy dao nhanh đến điểm tọa độ cho trước 89 IV.TÍNH TOÁN VÀ GIẢI THUẬT NỘI SUY G01,G02,G03: 89 IV.1.Nội suy đường trịn tâm O bán kính R (G01): 89 IV.2.Nội suy cung trịn từ điểm A đến điểm B bán kính R (G02: ngược chiều kim đồng hồ; G03: chiều kim đồng hồ): 92 V XÁC ĐỊNH ĐIỂM TRONG HỆ TỌA ĐỘ CỰC .97 V.1.Tính góc điểm hệ tọa độ cực: .97 V.2.Tính góc quay lệnh nội suy cung tròn: 99 V.3.Giải thuật nội suy G02,G03: 100 VI.GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH: 101 VI.1.Phần hiển thị: .102 VI.2.Phần tập lệnh: 103 Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 VI.3.Phần tải lệnh từ tập tin Excel: 106 VI.4.Giản đồ xung kết nối hoạt động máy tính PLC: 106 VI.5.Giải thuật kết nối hoạt động máy tính VB: 107 PHẦN 3: 108 I.NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC KHI LÀM LUẬN VĂN: .108 II.NHỮNG KẾT QUẢ CHƯA ĐẠT ĐƯỢC: .108 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO: 109 Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Bảng 1: Các chức hệ DNC Bảng 2: Bảng chuyển đổi mã binary gray Bảng 3: Bảng điều khiển dịch chuyển G máy CNC Bảng 4: Bảng nội suy phi tuyến Hình 1: Một số máy CNC sử dụng Hình 2: Vận hành trực tiếp hệ DNC Hình 3: Sơ đồ điều khiển thích nghi AC Hình 4: Hệ thống điều khiển thích nghi AC cơng nghệ Hình 5: Đặc điểm cấu trúc máy CNC Hình 6: Cấu trúc vitme bi Hình 7: Phương thức chuyển động vitme đai ốc Hình 8: Ví dụ thiết lập chương trình Hình 9: Hệ tọa độ CNC Hình 10: Điểm zero chương trình Hình 11: Điểm chuẩn CNC Hình 12: Ví dụ lập trình theo tọa độ tuyệt đối Nguyễn Ngọc Vàng – ĐHĐT2A2 - 06086991 10 ... 13 A.MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ (CNC) : 13 I MÁY CƠNG CỤ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ (MÁY CNC) : 13 II CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC: .16 II.1 Điều khiển trực tuyến... Ưu điểm máy CNC: - So với máy công cụ điều khiển tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung chương trình đưa vào máy Người điều khiển chủ... Control): DNC hệ thống điều khiển dùng máy tính điều hành trực tiếp nhiều máy công tác điều khiển theo chương trình số Đặc tính hệ DNC nối ghép trực tuyến (online) nhiều máy CNC với máy tính Hệ DNC