(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế máy CNC sử dụng vi điều khiển arm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ MÁY CNC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARM GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: NGUYỄN VĂN HÙNG MSSV: 11141387 SVTH: TRẦN VĂN OANH MSSV: 11141152 SKL004191 Tp Hồ Chí Minh, tháng 2/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HCMUTE Đề tài: THIẾT KẾ MÁY CNC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARM NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN HÙNG MSSV: 11141387 TRẦN VĂN OANH MSSV: 11141152 GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC ANH Tp Hồ Chí Minh, 2/2016 MỤC LỤC PHẦN A: GIỚI THIỆU TRANG BÌA NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC LIỆT KÊ HÌNH VẼ LIỆT KÊ BẢNG PHẦN B: NỘI DUNG CHƢƠNG I:DẪN NHẬP 1.1ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.3 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 1.4 DÀN Ý NGHIÊN CỨU 1.5 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 2.1.Khái quát máy CNC 2.2 Sự phát triển 2.3 Điều khiển chất lƣợng 2.4 Tƣơng lai 2.5 Ƣu điểm máy CNC CHƢƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 KHẢO SÁT MÁY CNC HIỆN NAY TRÊN THỊ TRƢỜNG 3.1.1 Tính cấp thiết 3.1.2 Máy CNC có thị trƣờng Máy khắc gỗ CNCVHS1825-6 Máy cnc 6090 - đầu Máy CNC 3040 3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.2.1 Tính tốn thiết kế phần cứng 3.2.2 Lựa chọn phƣơng án di chuyển cho trục 4.2.2.1 Phƣơng án phôi cố định 4.2.2.2 Phƣơng án phôi di chuyển 3.2.3 Lựa chọn cấu chuyển động 1.Vít me đai ốc Phƣơng án dùng đai 3.2.4 Phần khung máy thiết kế: 3.2.5 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 3.2.5.1 Khối điều khiển 3.2.5.2 Khối hiển thị giao tiếp với ngƣời dùng 3.3 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT CHƢƠNG TRÌNH 1.Chƣơng trình 3.4 Tạo file 3D từ file ảnh bmp Và file G-code CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 4.2 KẾT LUẬN 4.3 ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM 4.4 HƢỚNG PHÁT TRIỂN Chƣơng trình khởi tạo hệ th Chƣơng trình khởi tạo step Chƣơng trình điều khiển bằ Chƣơng trình xóa file Chƣơng trình show file PHẦN C Tài liệu tham khảo: Phụ lục PHẦN A GIỚI THIỆU TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCMCỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: I TÊN ĐỀ TÀI: II NHIỆM VỤ 1.Các số liệu ban đầu: + Lý thuyết điện tử trình học + Tài liệu tham khảo dự án mã nguồn mở GRBL + Lý thuyết vi xử lý nâng cao 2.Nội dung thực hiện: + Tìm hiểu tổng quan máy CNC thị trường + Tìm hiểu cấu phần khung máy + Thiết kế mạch điều khiển cho máy + Tạo file G-code, kiểm tra hoạt động máy + Viết báo cáo III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 1/11/2015 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 11/1/2016 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ths Trương Ngọc Anh Xác nhận Bộ Môn Tp.HCM, ngày 10 tháng 3năm 2016 Giáo viên hƣớng dẫn (Ký ghi rõ họ tên học hàm học vị) Ths Trương Ngọc Anh TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCMCỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Bộ Môn Điện Tử Cơng Nghiệp LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1:……….Trần Văn Oanh Lớp:……….111411DT1B Họ tên sinh viên 2: ………Nguyễn Văn Hùng Lớp:……….111411DT1A Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY CNC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARM Tuần Ngày 1/10/2015 đến 4/10/2015 5/10/2015 đến 11/10/2015 12/10/2015 đến 18/10/2015 19/10/2015 đến 25/10/2015 26/10/2015 đến 1/11/2015 2/11/2015 đến 8/11/2015 9/11/2015 đến 15/11/2015 16/11/2015 đến 22/11/2015 23/11/2015 đến 29/11/2015 10 30/11/2015 đến 6/12/2015 11 7/12/2015 đến 13/12/2015 14/12/2015 đến 12 20/12/2015 21/12/2015 đến 13 27/12/2015 28/12/2015 đến 14 3/1/2015 GV HƢỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) LỜI MỞ ĐẦU Ngày máy CNC không khái niệm xa lạ Việt Nam.Máy CNC xuất hầu hết lĩnh vực sản xuất, đặc biệt công nghiệp Tuy nhiên hầu hết máy CNC nƣớc nhập từ số nƣớc nhƣ: Đức, Nhật Trung Quốc, giá thành máy CNC cao.Máy CNC thành phần thiết yếu quan trọng sản xuất công nghiệp ngày Một số lợi ích máy CNC là: – Tự động hóa sản xuất: Máy CNC khơng quan trọng ngành khí mà cịn nhiều ngành khác nhƣ may mặc, giày dép, điện tử Bất máy CNC cải thiện trình độ tự động hóa doanh nghiệp: Ngƣời vận hành ít, chí khơng cịn phải can thiệp vào hoạt động máy Sau nạp chƣơng trình gia cơng, nhiều máy CNC tự động chạy liên tục kết thúc nhƣ giải phóng nhân lực cho cơng việc khác Hơn nữa, xảy hỏng hóc lỗi vận hành, thời gian gia cơng đƣợc dự báo xác, ngƣời vận hành khơng địi hỏi phải có kỹ thao tác (chân tay) cao nhƣ điều khiển máy công cụ truyền thống – Độ xác lặp lại cao sản phẩm:Các máy CNC hệ cho phép gia công sản phẩm có độ xác độ phức tạp cao mà máy công cụ truyền thống làm đƣợc Một chƣơng trình gia cơng đƣợc kiểm tra hiệu chỉnh, máy CNC đảm bảo cho “ra lò” hàng loạt sản phẩm phẩm với chất lƣợng đồng Đây yếu tố vô quan trọng sản xuất công nghiệp quy mô lớn – Linh hoạt: Chế tạo chi tiết máy CNC đồng nghĩa với nạp cho máy chƣơng trình gia công Đƣợc kết nối với phần mềm CAD/CAM, công nghệ CNC trở nên vô linh hoạt giúp doanh nghiệp thích ứng với thay đổi nhanh chóng liên tục mẫu mã chủng loại sản phẩm khách hàng Những máy CNC thiết kế sản xuất việt nam cịn hầu nhƣ dừng lại mức độ “chế máy CNC” máy CNC đƣợc điều khiển mạch MACH3 mạch CNC USB Controller mà kèm theo máy tính để chạy phần mềm thực thi phí lớn Do chúng em định chọn đề tài “Thiết Kế Và Thi Công Máy CNC Sử Dụng Vi Điều Khiển ARM ” để giảm chi phí phải mua máy CNC nƣớc ngồi, kèm theo mạch điều khiển ARM thay thể cho máy tính Mong tƣơng lai gần, máy CNC đƣợc thiết kế sản xuất Việt Nam có chất lƣợng tốt ngày phổ biến hơn, từ thúc đẩy phát triển khoa học công nghệ nƣớc Chƣơng trình điều khiển tay Yêu cầu: Trong chƣơng trình điều khiển tay Khi chọn phím chức điều khiển tay hệ thống vẽ giao diện điều khiển để hiển thị tọa độ dao Vẽ lại giao diện bàn phím với chức khác Cài đặt khoảng dịch chuyển (x,y = 1.5mm, z = 0.5mm) Kiểm tra phím chức nhƣ: set zero, go home, tăng giảm Khi giá trị trả thuộc chức thực chức Khi nhần chức cancel khỏi chƣơng trình điều khiển tay Lƣu đồ: x z=z+0.5 Hình 3.19: Lưu đồ chương trình điiều khiển tay Chƣơng trình xóa file u cầu: Trong chƣơng trình xóa file Kiểm tra (xác nhận) có xóa file hay khơng Nếu khơng nhấn phím ok chờ có nhấn phím cancel khơng, nến có Trƣờng hợp có nhấn phím ok thực xóa file Lƣu dồ: Bắt đầu Qt phím S Ok(C_5) S Đ Xóa file Kết thúc Hình 3.20 :Lưu đồ chương trình xóa file cancel(C_9) Đ Chƣơng trình show file Yêu cầu: Trong chƣơng trình show file Mở file hiển thị 16 dòng file Khi nhấn phím next, ok down hiển thị 16 dịng file.Khi nhấn cancel đóng file Lƣu đồ: Bắt đầu Vẽ cửa sổ show file Hiển thị tên , kích thƣớc file Mở file Hiển thị 16 dòng đầu tiên(i=0) Quét phím Phím khác Phím or or Phím Hiển thị 16 dịng tiếp theo(i++) Kết thúc Hình 3.21 :Lưu đồ chương trình show file 3.4 Tạo file 3D từ file ảnh bmp Và file G-code Hình 3.22 :Logo trường lưu dạng ảnh bmp Bƣớc 1.Click vào biểu tƣợng Open Existing Model trang Assistant’s Getting Started để hiển thị hộp thoại Open Bƣớc Click chọn Files of type, sau chọn chức Windows Bitmap (*.bmp) Bƣớc Click chọn Look In rồI chọn ArtCAM Pro/Example/Bird Bƣớc 4.Chọn tập tin có tên Bird.bmp.Tên tập tin xuất hộp File name Bƣớc Click vào nút Open để hiển thị hộp thoại Set Model Size Hình 3.23 :Lựa chon kích thước size trước tạo hình 3D Bƣớc Click vào nút OK hộp thoại Set Model Size để mở hình bitmap.Trƣớc tạo hình nổi, cần phải nhiều cửa sổ Bird:0 Mỗi cửa sổ đại diện cho lớp cần thiết để tạo thành hình hồn thiện Mỗi cửa sổ chứa nội dung nhƣ nhau, giống nhƣ nguyên nhƣng thay đổi chúng cách gán lần lƣợt chúng với đƣờng link mầu khác Bƣớc Từ Main menu, click vào menu 2D View, click vào chức New Option để tạo cửa sổ có tên Bird:1 Bƣớc Lặp lại bƣớc lần để tạo cửa sổ khác có tên Bỉd:2, Bird:3, Bird:4 Bƣớc Click vào cửa sổ Bird:1 để kích hoạt Bƣớc 10.Từ Main menu, click vào chức 2D View để hiển thị menu 2D View, sau click vàochức Edit View Name Bƣớc 11 Nhập Leaves and Main Body vào hộp View Name.Sẽ tốt đánh số cửa sổ mà bạn tạo sau bạn dễ dàng nhớ lại đƣợc làm cách để tạo hinh Các cửa sổ nên đƣợc đặt tên thể phần hình dùng để làm Bƣớc 12 Click vào nút Ok để gán tên đóng hộp thoại Edit View Name Bƣớc 13 Đặt lại tên cho cửa sổ, Bird:2 Highlights:2, Bird:2 Eyes and Claws:3, Bird:4 Pupils:4 Để tạo hình hồn chỉnh, ta phải khéo léo xử lý cửa sổ cho bitmap hình bao layer hình ta cần dựng Bƣớc 14.Ấn F3 để hiển thị hình sổ 3D View Hình 3.24 :Hiển thị hình sổ 3D View Bƣớc 15 Click vào nút Save Relief vúng Relief Operation để hiển thị hộp Save As Lƣu lại hình ảnh thời gian tính tốn ArtCAm quan trọng.Nhờ đó, bạn muốn thay đổi hình cuối bạn không cần làm lại tất từ đầu mà hình mà bạn lƣu Bƣớc 16 Click vào Save In chọn thƣ mục mà bạn muốn lƣu hình vào Bƣớc 17.Nhập BaseRelief vào hộp File name Bƣớc 18 Click vào nút Save Bƣớc 19 Ấn F2 để hiển thị cửa sổ Leaves and Main Body Bƣớc 20 Làm nhƣ để tạo hình Highlights:2, Eyes and Claws:3 Pupils:4 Hình cuối có dạng nhƣ sau: Để hồn thiện hình nổI gấu Teddy, cần làm nhẵn hình Bƣớc 21 Click vào nút Smooth Relief vùng Relief Editing Assistant’s Home page để hiển thị hộp thoại Smooth Relief Hình 3.25 :Làm mịn (làm nhẵn) file 3D Bƣớc 22 Đảm bảo chức Whole Relief đƣợc lựa chọn cách click vào nút đánh dấu Bƣớc 23 Nhập số vào hộp Smoothing Passes Bƣớc 24 Click vào nút Apply Bƣớc 25 Click vào nút Cancel để đóng hộp thoại Smooth Relief Tồn hình gấu Teddy đƣợc làm nhẵn đƣợc hiển thị cửa sổ 3D View Hình 3.26: Sau khilàm mịn (làm nhẵn) file 3D Bƣớc 26.Lƣu lại hình với tên BirdRelief Lợi ích việc lƣu lại hình bạn có thê tải gia công lúc Bƣớc 27.Sau hiệu chỉnh xong Ta xuất file G-code: Chọn chế độ chạy Selected vecter + độ mịn file G-code Hình 3.27: Xuất file G-code CHƢƠNG IV KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC Hiểu biết sâu vi điều khiển dòng ARM 32 bit STM32 Cách điều khiển hình cảm ứng GLCD Inch Tìm hiểu linh kiện mạch cơng suất mạch điều khiển đề tài Sử dụng đƣợc phần mềm Proteus, Keil C, Altium, Artcam Hiểu đƣợc nguyên lý làm việc cảu máy CNC, lệnh G-code thực thi Cách điều khiển động bƣớc Tạo đƣợc file G-code phần phềm Artcam Hoàn thành phần khung máy,kết nối điều khiển ba động bƣớc, động phay Giao tiếp với thẻ nhớ SD, tạo giao diện điều khiển với hình cảm ứng điện trở inch Gắn cơng tắc hành trình cho trục Hình 4.1 :Phần khung máy Hình 4.2 :Phần khung máy Hình 4.3: Mạch điều khiển động bước + Giao diện giao tiếp với ngƣời dùng Trên giao diện giao tiếp với ngƣời dung có cửa sổ chứa danh sách file, cửa sổ thông báo trạng thái hoạt động máy, cửa sổ giới thiệu phím chức Máy có chức nhƣ: Chạy tự động, điều khiển tay, mô file khắc, mở file G-code, xóa file, đặt thịi gian hệ thống phím di chuyển Hình 4.4: Giao diện giao tiếp với người dùng + Sản phẩm trƣớc gia cơng sau gia cơng: Hình 4.5 :Hình trước gia cơng sau gia cơng 4.2 KẾT LUẬN Trong q trình làm đồ án, dƣới bảo tận tình thầy Trƣơng ngọc Anh, chúng em tiến hành thực đồ án với yêu cầu đƣợc đƣa Quá trình làm đồ án chúng em rút nhiều kinh nghiệm để làm đƣợc sản phẩm hoàn thiện phải dựa nhiều yếu tố nhƣ: thời gian, linh kiện có thị trƣờng, hiểu biết linh kiện thực tế, cách thiết kế mạch Tìm hiểu thêm linh kiện dán, linh kiện công suất, đặc biệt chúng em biết cách làm việc theo nhóm để hiệu tốt Đồ án đƣợc hoàn thành đƣa vào sử dụng thực tế 4.3 ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM Sản phẩm sau hoàn thành, đồ án thực đƣợc yêu cầu để ra.hoạt động ổn định Có thể thƣơng mại hóa sản phẩm Phần điều khiển máy di chuyển phạm vi cho phép, tƣơng tự nhƣ điều khiển tay máy CNC thị trƣờng 4.4 HƢỚNG PHÁT TRIỂN + Gửi file G-code từ máy tính qua internet + Giao tiếp với máy tính + Điều khiển không dây + Code xử lý nhiều lệnh G,M.I.R…để gia công chi tiết phức tạp PHẦN C PHỤ LỤC Tài liệu tham khảo: +[1], [2] ARM Việt Nam, Cấu trúc STM32_ARM Cortex M3,18/3/2010 +[3] Bùi Tấn Tài, Huỳnh Thanh Hiếu, Nghiên Cứu Kít Vi Điều Khiển STM32F103VET6, Đồ án tốt nghiệp ĐH Sƣ phạm kĩ thuật Tp HCM, 2/2014 +[4] http://www.arm.vn/TinChiTiet/tabid/105/id/148/Default.aspx + [5] Nguyễn Tấn Lƣu, Điều Khiển Và Ổn Định Tốc Độ Động Cơ Dc, Đồ án tốt nghiệp ĐH Sƣ phạm kỹ thuật Tp HCM,2012 Ngồi nhóm tham khảo tài liệu Website: -http://www.dientuvietnam.net/ - http://www.arm.vn/ - http://icviet.vn/ -http://www.st.com/ -http://www.vlsi.fi/ - http://luanvan.net.vn - http://www.giaiphapcnc.com/2014/05/ - http://www.thegioicnc.com/forum/forum.php Phụ lục Phần mềm sử dụng đề tài: Phần mềm lập trình: Keil – uVision Phần mềm mơ vẽ mạch in: Proteus 8.0 Phần mềm vẽ mạch in Altium 13.0 Phần mềm ARTCAM 8/9 Nội dung đính kèm đĩa CD: File DOC: chứa nội dung sau + Tập tin thuyết trình định dạng ppt + Báo cáo đề tài định dạng pdf + Những đoạn email (quan trọng) nhóm thực đề tài với ngƣời hƣớng dẫn File Source-code + File readme miêu tả "Cách sử dụng thƣ mục source-code" + Mã nguồn + Những tập tin mô phỏng, testbench + Kết đánh giá từ mã nguồn + Chứa tất tài liệu tham khảo để thực đề tài bao gồm: website sách (softcopy) File Work + Chứa tất gói mã nguồn cần thiết cài đặt trình thực đề tài File Demo-HW + Tập tin mô tả cách sử dụng mơ hình đề tài + Video hƣớng dẫn minh họa hoạt động đề tài ... tài ? ?Thiết Kế Và Thi Công Máy CNC Sử Dụng Vi Điều Khiển ARM ” để giảm chi phí phải mua máy CNC nƣớc ngồi, kèm theo mạch điều khiển ARM thay thể cho máy tính Mong tƣơng lai gần, máy CNC đƣợc thiết. .. dòng vi xƣƣ̉ l? ?arm cortex M3 hiệu suất cao dễ dàng sử dụng, đƣợc ứng dụng nhiều hệ thống điều khiển khác cách hiệu Nên nhóm choṇ đềtài “ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY CNC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARM. .. hoạt động máy + Thiết kế thi công phần khung máy CNC + Thi công mạch điều khiển động bƣớc + Thiết kế giao diện điều khiển lập trình board ARM cotex M3 + Kết nối khối điều khiển + Điều khiển thử