B ảng 2.2: Thông số động học máy Đơn vị: mm
4.1. Phân tích và thiết kế mạch phần cứng điều khiển
o Hệ dẫn động
được thiết kế là Động cơ bước – vít me có các thông số: + Động cơ bước: kiểu từ trở biến đổi, góc bước 1.80/ bước + Vít me: ren hình thang, ren phải một đầu mối, bước 3mm
o Sơđồđiều khiển
Máy tính : có chức năng nhập và phân tích các câu lệnh điều khiền máy CNC 3 trục, Máy tính Vi điều khiển RS 232 Động cơ trục X Động cơ trục Y Động cơ trục Z Động cơ trục chính Các công tắc hành trình xác định gốc máy Các công tắc hành trình xác định giới hạn máy Khối công suất
sau đó thông qua modul kết nối máy tính để truyền các thông số điều khiển xuống khối vi điều khiển.
RS232 : RS232 là chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, có thể kết nối nhiều nhất với 2 thiết bị. Có chức năng kết nối giữa máy tính và vi điều khiển thông qua cổng Com.
Khối vi điều khiển : từ các thông số điều khiển được tính toán trên máy tính được truyền xuống. Khối vi điều khiển sẽ thực hiện xuất đi các xung điều khiển xuống khối công suất .
Khối công suất : có chức năng nhận tín hiệu từ vi điều khiển để cho phép động cơ bước hoạt động hay không hoạt động. Khối công suất này có khả năng chịu được dòng và áp lớn để đảm bảo đủ công suất cho động cơ hoạt động theo yêu cầu.
Các công tắc hành trình : có nhiệm vụ trả tín hiệu về vi điều khiển để xác định gốc máy và giới hạn cho phép của máy.
Như vậy hệ mạch phần cứng điều khiển bao gồm 3 modul:
o 1. Modul ghép nối máy tính
Modul ghép nối máy tính có nhiệm vụ truyền dữ liệu từ máy tính xuống vi điều khiển và truyền tín hiệu phản hồi từ vi điều khiển về máy tính. Trung tâm của modul này là MAX232 dưới đây là sơ đồ nguyên lý.
o 2.Modul vi điều khiển
Trung tâm của modul này là vi điều khiển Atmega16. Vi điều khiển này nhận tín hiêu từ máy tính thông qua modul ghép nối máy tính, từ các thông tin được gửi xuống từ máy tính vi điều khiển sẽ thực hiện việc điều khiển các động cơ bước của 3 trục X, Y, Z của máy CNC. Dưới đây là sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển
Hình 4.5. Sơ đồ nguyên lý modul vi điều khiển
o 3.Modul Công suất
Để thực hiện cung cấp nguồn cho động cơ bước có nhiều phương pháp, tuỳ thuộc vào mô men cần tạo ra trên các trục mà ta cung cấp các dòng khác nhau. Ngày nay để điều khiển động cơ bước, người ta đã sản xuất nhiều vi mạch điều khiển tích hợp trên một
IC nhỏ gọn, dễ ghép nối. Mạch tích hợp được chia thành mạch logic và mạch công suất, có thể được tổ hợp trong một hoặc 2 chip tách biệt; một số chip có tích hợp cả phần điều khiển băm xung. Các chip được sử dụng phổ biến là: Signetics SAA1027, SGS L297/L298, MC3479 của Motorolla ... hay đơn giản, ta chỉ cần ghép nối động cơ bước với một bộ vi xử lí nào đó thông qua một cổng giao tiếp và một vài vi mạch ghép nối đơn giản. SAA1027 tích hợp cả phần logic và phần công suất. Chip L297 tích hợp phần logic, L298 tích hợp phần công suất; 2 chip này được sử dụng thành một cặp điều khiển. Với sơ đồ điều khiển này, ta có thể điều khiển chiều chuyển động, thời gian hay tốc độ động cơ một cách đơn giản. Ngoài ra, nó còn có ưu điểm là dòng điều khiển khá lớn, đáp ứng được một số yêu cầu dòng tải cao.
Trong đó, chip L298 là một vi mạch tích hợp có khả năng chịu nguồn cung cấp cao (lên đến 46V); có nguồn dòng ra cao (tổng dòng ra max=4A); tín hiệu đầu vào tương thích với tín hiệu TTL; khả năng chống nhiễu tốt và có khả năng bảo vệ nhiệt. Do đó, nó rất thích hợp cho việc ghép nối để điều khiển động cơ bước.
Trên cơ sở lý thuyết trên luận văn đã tiến hành chế tạo mạch điều khiển phần cứng tích hợp hình 4.6.
Ngoài ra còn chế tạo mạch hiển thị thông các thông số điều khiển qua màn hình LCD Hình 4.7. Ảnh chụp mạch phần cứng đã được chế tạo