Bảng 3.3 Linh kiện sử dụng trong mạch
STT Tên linh kiện Ghi chú Số lƣợng
1 X1 Cổng LPT 25 chân 1 2 X2 Cổng jump 2 chân 1 5 X8 Cổng USB 1 6 RN1, RN2, RN4 Điện trở g 4K7 Ω 3 8 C1 T 330uF 1 9 C2 T lọc nhiễu 1 10 R1-R13 Điện trở h g 330Ω 13 11 R14-R21 Điện trở h g 4 7 Ω 7 12 IC1, IC2,IC3 IC ệm 7404 3 13 JP1,JP2,JP3,JP4 Cổng jump 3 chân 4 14 SV1 Cổng jump 6 chân 1 15 SV2,SV3,SV4 Cổng jump 4 chân 3 16 Led1, Led2 Đè e 2 3.5 Một vài hình ảnh mạch thực tế: Đ hì h nh m c c a m ch giao ti p, vì m h i t m t nên ở m t trên sẽ khơng nhìn thấ g i và các mối hàn chân c a linh kiên.
C hì h nh m t sau c a m ch, ta có th thấy rấ õ g i các mối hàn:
Hình 3.13-Mặt sau mạch in
Đ hì h nh khi ki m tra tín hiệ u ra c a m ch. M h c nối v i nguồ iện, nối v i máy tính qua cồng LPT và cổ g USB C g è e g h hiện rằng tín hiệu ở t yêu c u.
V hì h nh khi sử d ng ồng hồ hiệ u ra:
Hình 3.15-Đo tín hiêu đầu ra bằng đồng hồ đo
Yêu c u là tín hiệ u ra ph i 5V he h g hì h h thấy ồng hồ ã u ra là 4,8V, m t k t qu g ối tốt:
CHƢƠNG IV
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC 3 TRỤC ĐỂ BÀN
I. Các thông số cơ bản của CNC
Sau khi nghiên c u, thi t k xong m ch giao ti p k t h p v i tài “Nghiên
cứu, thiết kế máy phay cnc ba trục để bàn” “Nghiên cứu thiết bị dẫn hướng và chế tạo máy CNC 3 trục để bàn” “Thiết kế chế tạo mạch driver động cơ bước dùng TB6560”
“Nghiên cứu và ứng dụng phần mềm Mach3 điều khiển trung tâm gia cơng” “Tìm
hiểu, thiết kế và chế tạo mạch điều khiển động cơ trục chính máy phay CNC 3 trục dùng Spindle E240” “Nghiên cứu, tính tốn và thiết kế bộ truyền động trong máy CNC 3 trục để bàn” “Nghiên cứu và thiết kế kết cấu máy phay CNC 3 trục” “Nghiên cứu, tính tốn động cơ truyền động và thiết kế máy phay CNC 3 trục để bàn”. Nhóm
ồ án quy t ịnh l a chọ h g hi t k máy phay CNC ba tr bàn v i các thông số h : - Tố quay c a tr c chính: Smax= 4000 (vg/ph) - D ng c cắ : Φ 2 … Φ 6 ( ) - K h h c bao: 650x460x650. - Hành trình: Tr c x: 240 (mm). Tr c y: 280 (mm). Tr c z: 200 (mm). - Vật liệu ch t o: Nhôm h i hé ồng, nh a. - Vật liệu gia công: Gỗ, nh ê h …
- Đ chính xác gia cơng: . - Điện áp sử d ng: 220 V. - Khối ng máy: 120 kg. - Công suất: 1kw. - Đ g ng: Sử d g g c 24V - 3A - Đ g r c chính: Sử d g g S i e 0 2 Kw. - M h iện: m ch Driver, m ch giao ti p dùng cổng LPT. - Ph n m i u khi n: Mach3, Kcam.
II. Nghiên cứu, thiết kế và lắp ráp máy CNC ba trục
Máy phay CNC 3 tr c ch t o gồm ba b phận chính: Thân máy, b i u khi n và ph n m m giao ti p.
1. Thân máy
Thân máy CNC bao gồ : V e i ốc bi, thanh dẫ h g g c h h g c và vỏ máy.
Đế máy: Đ i hịu t i trọng chính cho tồn b ê c ch t o
từ hé C45 g c ng v ng cho máy CNC.
Thanh dằng đứng: Hai thành bên c a vỏ h iệ g h h
trình tr c X cho máy. Đ là chi ti m nhận ch g iê t các c m chi ti t tr c X và tr c Y t o thành các chuy g n c a máy. Do vậ i hỏi ph i có kh g hịu t i tốt, không bị cong vênh khi gia công. Tuy nhiên thi t k h ậy dẫn n máy khó cân bằ g ng khi làm việc.
Bàn máy: L i g t chi ti t gia công. Bàn máy ph i m b c ng v ng,
bằng phẳng, dễ g t chi ti t.Kh g hịu t i c a bàn máy ph i m b c ng v ng, không bị cong vênh khi gá phơi trong q trình gia cơng. Bàn máy ph i dễ dàng g t chi ti t chi ti t gia công. V i m h h t h h g CNC i i bàn, chi ti t gia cơng có khối g g ối nhỏ Nê hú g i ã ịnh chọn vật liệu ch t o bàn máy là nhôm h p kim A6061. Bàn máy có k t cấu rãnh hình ch T thuận l i cho việ g h i hi g t chi ti t gia công
Tuy nhiên do thi t k h ậ h ịnh trọng tâm làm việc c a máy dẫn n máy làm việc khó cân bằ g ng.
Hình 4.2-Bản vẽ lắp máy phay CNC 28 29 30 31 32 33 38 39 40 41 42 43 44 45 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 34 36 37 Ngu?i v? STT Lê Ðình Son Ki?m Tra B?n V? L?p Máy Phay CNC 3 Tr?c 1 : 5 Tru?ng Ð?i H?c Ði?n L?c
Khoa Cơng Ngh? K? Thu?t Co Khí
Ghi Chú Tên Chi Ti?t S? Lu?ng V?t Li?u Ghi Chú 01 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Ð? Máy 02 Thanh d?n hu?ng tr?c y 02 Bàn máy tr?c y 01 Khung ch?u l?c Vít M12 Nhơm 6061 Vít M4 40 Bàn gá T?m d? ? bi tr?c z T?m d? bi tru?t tr?c x Đ?ng co bu?c tr?c x Vít M6 T?m d? d?ng co bu?c tr?c z Gá ? bi tr?c z Thanh d?n hu?ng tr?c z Vít me - dai ?c tr?c z Bi tru?t tr?c z T?m d? bi tru?t tr?c z Bàn máy tr?c z Đ?ng co tr?c chính Gá d?ng co tr?c chính Đ?ng co bu?c tr?c x Bích chèn tr?c x Khung d? ? bi tr?c x Thanh d?n hu?ng tr?c x Bích chèn tr?c z Đ?ng co bu?c tr?c z N?i tr?c tr?c z Bi tru?t tr?c z Vít me - dai ?c tr?c x T?m d?m Vít M10 02 Thép C45 Thép C45 Nhơm 6061 Nhơm 6061 02 04 01 01 01 02 04 01 01 02 02 02 01 01 22 02 02 04 01 01 40 01 01 01 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 Vít me - dai ?c tr?c y Bi tru?t tr?c y Thanh d?n hu?ng tr?c y T?m d? bi tru?t tr?c y Khung d? ? bi tr?c y N?i tr?c tr?c y Đ?ng co bu?c tr?c y Bích chèn thanh tru?t tr?c y ? bi tr?c y Phanh l? tr?c y ? bi tr?c x Phanh l? tr?c x Gá ? bi tr?c x ? bi tr?c z Phanh l? tr?c z 01 60 01 02 02 01 01 02 02 03 02 03 01 02 03 Nhôm 6061 Nhôm 6061 Nhôm 6061 Nhôm 6061 Nhôm 6061 Nhôm 6061 Nhôm 6061 Nhôm 6061 Nhôm 6061 Nhôm 6061 Nhôm 6061 Thép C45 Nhôm 6061 Nhôm 6061 Nhôm 6061 Nhôm 6061 Thép C45 02 Nhôm 6061 Nhôm 6061 Thép C35 04 Thép C45 02 Thép C35 Thép C35 Thép C35 35 Thép C45 T?m d? bi tru?t tr?c y 01 Nhôm 6061 Vít M5 c?a bi tru?t tr?c x 16
Động cơ trục chính: Chuy ng quay c a tr c chính sẽ sinh ra l c cắ cắt
gọt phôi trong q trình gia cơng. Tr c chính trong máy cơng c g i trọng trong q trình gia cơng vì nó cung cấp tố cắt cho dao.
V i các thông số h h h : Đ ng kính dao Dmax = 6 (mm); Vật liệu có σbmax = 750 (N/mm2); Chi u sâu phay tmax = 3 ( ) ị h c công suất c a g :
= = 0,13kw
Đ i ã a chọ g c chính là Spindle DC có cơng suất 0,2kw v i số vòng quay c i là 4000 vịng/phút.
Hình 4.4-Động cơ trục chính
Động cơ điều khiển 3 trục X, Y, Z : V i các thông số ã ị h h :
h h c vitme, l c cắt… Đ i ã a chọ g ng là lo i g c 2 pha v i g iện c i 3A và mômen xoắn c i là 1.8 Nm.
Ư i m c a lo i g c là: chính xác dịch chuy n cao, dịch chuy n nhanh và khơng c n m ch ph n hồi.
Hình 4.5-Động cơ bước dùng trong máy phay CNC
Vít me đai ốc bi: V i yêu c u c a máy là truy ng ph i êm và chính xác, sau
hi h h i m c a vít e h ng và vít e i ố i i ã ịnh l a chọn vít e i ố i ấu truy g g Ư i m c a d ng vít me i ốc bi là ma sát sinh trong truy g chính xác truy ng cao. V i việc lo i bỏ c d g h g i h g ấu vít me thì e i ố i e n m i m: chỉ c n m t l c quay rất nhỏ ã h làm cho i ốc chuy ng. Từ công th ị h ng kính tr e i ốc bi là: 13 .[q]. a vitme h H F d mm .
V i k t qu tính tốn trên ta có th chọn các lo i vitme theo tiêu chuẩn có ng kính Ф16 c vít 5mm.
Hình 4.6-Vít me bi trục Z.
Hệ thống thanh dẫn hướng: Thanh dẫn h ng có nhiệm v là dẫ h ng cho
các chuy ng c he h g c X, Y và chuy ng lên xuống theo tr c Z c a tr c chính. Yêu c u c a hệ thố g h h t ph i thẳng, có kh g chịu t i cao, c ng v ng tốt, khơng có hiệ ng dính, tr hi t.
Hiện nay trên các máy gia công CNC công nghiệ g i h ng sử d ng các thanh dẫ h g h h t hình ch nhật. Tuy nhiên s n phẩm c i c ch t o v i m h h h gi ng d y và gia công các vật liệu m m nên hệ thống thanh dẫ h ng cho các tr c chọn là thanh dẫ h ng có ti t diệ c ph l p C g bóng và các ổ i t bi t hồi.
Thanh dẫ h ng tr c Y: số ng 2 thanh. Chi i 600 ( ) ng kính Φ30 ( )
Thanh dẫ h ng tr c X: số ng 2 thanh. Chi i 450 ( ) ng kính Φ25 ( )
Thanh dẫ h ng tr c Z: số ng 2 thanh. Chi i 240 ( ) ng kính Φ16 ( )
Hình 4.7-Thanh dẫn hướng
Ổ bi trượt, ổ đỡ bi, khớp nối trục : Các ổ i c lắp vào các thanh dẫn
h g c cố ịnh vào các tấm nhơm, có nhiệm v làm gi m ma sát cho thanh dẫn h ng và giúp vít me chuy ng dễ g h
Ổ i ỡ có nhiệm v ỡ và t o chuy g h e c nhẹ nhàng và ít ma sát nhất.
Kh p nối tr c làm bằng vật liệu là nhơm m m có x các rãnh gi h g hồi và t ịnh tâm gi u nối e g Nhiệm v c a các kh p nối tr c này là truy n chuy ng c a các g e i 3 vít me c a 3 tr c.
Hình 4.9-Khớp nối trục
2. Tủ điều khiển.
T i u khi c cấu thành từ các b phận chính: Nguồn, m h i e i u khi g h i e i u khi n tr c chính và m ch giao ti p.
Đ ng truy n tín hiệu từ h g g : Nhậ h g ì h gi cơng từ máy tính , lập trình bằng ph n m m mach3, tín hiệu sẽ qua m h ệm BOB rồi c khu h i dòng qua 3 m h i e g ng c a 3 tr c khi truy n tín hiệ g ng t i ng i u khi n ba tr Đ g h h c cấp dòng 110V từ i e E240 i e c cấp nguồn 220V nối tr c ti p vào i u khi g c chính bằ g h3 hì ng truy n tín hiệu sẽ c cấp từ m ch giao ti p BOB vào spindle E240 i u khi g c chính.
- Ngu n: Nguồn c a t iện là b bi n áp chỉ h ù g chuy iện áp xoay chi u 220V xuố g i p áp m t chi u ổ ị h 24V Điện áp m t chi u này có nhiệm v nuôi các m h i e i u khi n 3 tr c chính c a máy CNC
truy n chuy ng cho vít me bi thì ta c n ph i thi t k 3 i e g g ổ ịnh tín hiệu truy n. S hi ã ì hi h h i m 2 m ch driver dùng cho máy CNC là m h L297 i u khi n 2 IC L298 và m ch sử d ng TB6560, và v i m c
h ghiê u mô phỏ g g h i h h h n ch hì i ã ịnh nghiên c ch t o m ch công suất dùng trong máy phay CNC là m ch sử d ng TB6560 v i i m là gọ h h i u khi n cao.
So v i m h i u khi g c sử d ng c p L297-L298 thì m ch sử d g TB6560 gi h hỉ dùng 1 IC mà hiệu qu h V m t kinh t gi 1 IC TB6560 g ấp xỉ bằng 1 c p L297-L298. Vì th hiện t i các máy CNC t ch u sử d ng các lo i IC “ g g i” ẵ h TB6560 h g .
Hình 4.11-Sơ đồ nguyên lý mạch driver
- Mạch driver điều khiển trục chính:
Nhiệm v chính c a m h i e i u khi n tr c chính là: Chỉ h g ất g iệ i g c chính và t g h ổi tố g qua b ph n m i u khi n từ h bàn.
Hình 4.12-Mạch driver điều khiển động cơ trục chính
Hình 4.13-Sơ đồ mạch in 2D driver trục chính
- Mạch giao tiếp: Do yêu c u v ch t o, ch làm việc c a máy phay CNC nên m ch giao ti ã c thi t k phù h p v i máy.
Nh ở ê ã ì h m ch có nhiệm v k t nối gi a máy tính v i m ch i e i u khi g c x, y, z, các công tắ h h ì h… h g h n m m Mach3.
M ch giao ti hiệu từ máy tính gián ti ng vào m h i u khi n i e ồng th i khi tín hiệu qua m h ệm sẽ c ổ ị h h ng truy n và b o vệ cho cổng LPT c a máy tính khi xãy ra s cố.
Trên th c t thì máy tính hồn tồn có kh g t nối tr c ti n các trình i u khi h g h ậ hì g i ro, hỏng hóc là khá cao. Bởi vậy chúng ta nên sử d g n m ch giao ti có th m b o an toàn cho máy làm việc.
Sau khi lắp ráp các b phận ta có t i u khi n:
Hình 4.15-Tủ điều khiển máy CNC
3. Phần mềm điều khiển
Hình 4.16-Giao diện phần mềm Mach3
Hiện nay trên thị ng có nhi u ph n m ù g i u khi h g ì h g CNC phù h p v i h g ử d ng c a máy ã h t i ã họn
ph n m n Mach3 là ph n m i u khi g g CNC Mach3 là ph n m m c hã g A S f c thi t k dành cho nh g g i ch t o máy CNC t i nhà theo sở h h h g ã h h h g ở thành ph n m i u khi n linh ho t trong công nghiệp v i h g:
- Bi n máy tính cá nhân thành m t b i u khi n máy CNC 6 tr c.
- Cho phép import tr c ti p các file dxf, bmp, jpg và 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 h he ý h h g i sử d ng.
- Tùy bi n M-code và Macro bằng cách sử d g VB i ; Đi u khi c nhi u e g-cắt.
Ch g h h a ph n m m Mach3 là n i suy tọ , gi i mã xuất tín hiệu xuống drive các tr c và xuất tín hiệ i u khi n qua m ch giao ti p.
Ch g ng, giao diệ ẹp và dễ sử d ng. Mơ phỏng q trình làm việc rất rõ ràng. Khai báo các thông số c a hệ thống dễ dàng. Lập trình theo h ng mở r ng liên k t v i các Script VB. Tùy quan niệm từ g g i, tuy nhiên có th thấy Mach3 có l i th là ti t kiệ hi h g ( n u gi i quy c 3 vấn trên thì Mach3 là l a chọn tốt cho các d ng CNC t ch ê i máy CNC).
4. Quá trình gia cơng và hồn thiện máy