Hình 3.7: Lưu đồ thuật toán cất trả hàng
Mã nguồn mở điều khiển CNC
Những năm 2000 trở lại đây điều khiển CNC trên máy tính ra đời đã khiến việc áp dụng điều khiển CNC cho máy móc thuận tiện hơn. Hiện tại các bộ điều khiển và phần mềm viết dƣới dạng mã nguồn mở hoặc nhà phát triển cho bên thứ 3 can thiệp sâu vào đƣợc phát triển mạnh mẽ. Điển hình phần mềm mã nguồn mở điều khiển CNC nhƣ Linux CNC, Mach3, Mach4; phần mềm và phần cứng mã nguồn mở GRBL.
Hình 3.8: Phần mềm mã nguồn mở CNC Mach3
Các phần mềm này đều thân thiện với ngƣời sử dụng và có thể can thiệp sâu vào phần mềm. Phần cứng điều khiển CNC cho những phần mềm này cũng rất phổ biến, từ giao tiếp cổng LPT, cổng USB, cổng PCI đến Ethernet. Trong đề tài chọn phần mềm Mach3 vì phần mềm đƣợc phát triển và kế thừa từ những năm 2000. Trải qua gần 15 năm, hiện tại phiên bản Mach3 là phiên bản ổn định nhất của hãng và phần cứng cho phần mềm cũng khá phổ biến. Phần mềm đã đƣợc sử dụng cho nhiều máy CNC: máy phay,máy tiện, máy đục gỗ, máy cắt Plasma, cắt Laser, ….. Phần mềm đƣợc sử dụng ở nhiều nƣớc trên thế giới: Mỹ, Nga, Pháp, Ba Lan, Đức, Trung Quốc, Việt Nam …..
Đề tài sử dụng card điều khiển 6 trục chuyển động của hãng CS-LAB. Qua giao tiếp Ethernet phần mềm sẽ điều khiển Card servo. Phần chuyển động, từ card sẽ đƣợc chuyển đến drive các trục để điều khiển. Phần vào/ra sẽ đƣợc chuyển đến các module vào ra: điều khiển cảm biến (sensor), van , rơ le
MOTOR Encoder SERVO DRIVER MOTOR Encoder SERVO DRIVER MOTOR Encoder SERVO DRIVER
CARD SERVO Module In/Out
Máy tính
Cổng Ethernet
Hình 3.9: Sơ đồ kết nối bộ điều khiển CNC
Phần mềm thiết kế giao diện MachScreen
Để thiết kế giao diện cho phần mềm Mach3 có thể sử dụng phần mềm Klaus’ MachScreen, Screen4, Mach3Screen Designer and ScreenTweak hoặc phần mềm thiết kế Flash. Trong đề tài sử dụng phần mềm Klaus’ MachScreen bởi tính dễ sử dụng và đƣợc tác giả liên tục phát triển. Phần mềm này miễn phí, phiên bản sử dụng cho đề tài là phiên bản 1.62 (nguồn http://www.kd- dietz.com/)
Những tính năng chính phần mềm:
- Hỗ trợ tất cả các đối tƣợng điều khiển (control) cho phần mềm Mach3 bao gồm:
DRO (Digital read out): Dùng để hiển thị giá trị số nhƣ tọa độ máy, tọa độ chƣơng trình, thời gian, ….
Scrollbar (thanh trƣợt):dùng để thay đổi % giá trị vận tốc. Image (hình ảnh): hình ảnh nền cho màn hình.
Button(nút điều khiển): chạy Start, Stop, Rewind.
LED (trạng thái): trạng thái các trục tọa độ, In/Out (vào/ra), …. Label (nhãn): thông báo, tên file.
MDI (Manual data input): chế độ nhập dữ liệu thủ công. Gcode: file Gcode đƣợc tải.
Toolpath: màn hình đồ họa file GCode - Tạo mới, chỉnh sửa giao diện.
- Nhập (Import), Xuất (Export) dữ liệu. - Tạo phím tắt cho ứng dụng.
Hình 3.10 : Giao diện phần mềm Machscreen
Xây dựng giao diện
Giao diện cần có các chức năng chính sau: - Chức năng đọc file, sửa file, lọc file. - Chức năng thiết lập thông số máy. - Các chế độ chạy:
Chạy chế độ tự động (Auto Mode). Chạy độ nhấp (Jog Mode).
Chạy chế độ nhập liệu tay (MDI Mode). Chạy về gốc (Home Mode).
Chạy theo tọa độ (Position Mode). - Theo dõi trạng thái, thông báo, lỗi. - Chức năng chuẩn đoán lỗi.
Màn hình thao tác với tập tin
Màn hình này có các chức năng: đọc dữ liệu từ file, lọc dữ liệu theo điều kiện lọc nhƣ khách hàng, số hiệu, bản vẽ…., chức năng chọn file làm việc và chức năng chỉnh sửa file.
Hình 3.11: Màn hình chọn tập tin
Các vùng làm việc
Khi nhấn phím F1 sẽ xuất hiện màn hình chọn tập tin. Màn hình này chia làm 7 vùng làm việc:
Vùng 1: Chi tiết tập tin đang chọn.
Vùng 2: Lọc dữ liệu theo các tiêu chí: Customer, Drawing, Number (Lựa chọn * nếu muốn chọn toàn bộ dữ liệu. Lựa chọn lọc sẽ đƣợc lƣu lại cho những lần sau).
Vùng 3: Tất các các tập tin hiện có trong cơ sở dữ liệu với điều khiển lọc. Vùng 4: Chuyển đổi sang vùng làm việc.
Vùng 5: Các tập tin đƣợc chọn.
Vùng 6: Các thao tác: Thêm, xóa, xóa tất cả với các tập tin chọn. Vùng 7: Nhập, xuất, nén file dữ liệu.
Vùng các chức năng STT Biểu tƣợng Phím tắt Chức năng
1 F1 Nhập file APROMAV vào cơ sở dữ liệu
3 F3 Nén cơ sở dữ liệu
4 F4 Thêm tập tin mới
5 F5 Chỉnh sửa tập tin đƣợc chọn
6 F6 Ẩn tập tin đang chọn
7 F7 Xóa tập tin đƣợc chọn
8 F8 Hiện tất cả các tập tin đang ẩn 9 F9 Xóa tất cả các tập tin ẩn
10 F10 Đƣa các tập tin đƣợc chọn xuống vùng làm việc
Hình 3.12: Bảng các chức năng
Màn hình thông số máy
Hình 3.14: Màn hình thiết lập thông số các trục
Màn hình thiết lập các thông số các trục máy: X,Y1,Y2,Y3,Y4. Các thông số đƣợc thiết lập: kênh encoder, tín hiệu Alarm, chế độ Home.
Hình 3.16: Màn hình thiết lập các thông số đầu ra
Hình 3.15 và 3.16 thiết lập các cổng vào ra của máy từ bộ điều khiển và Modul mở rộng
Chế độ chạy
Chế độ chạy tự động gồm có các chức năng sau: Start: Bắt đầu chạy tự động.
Pause: Tạm dừng chế độ tự động. Reverse Run: Chạy ngƣợc quỹ đạo Rewind: Chạy lại.
Stop: Dừng chạy tự động.
Run Form Here: Chạy đến bất kỳ vị trí nào để lấy, cất hàng.
Chế độ về gốc Home Mode
Hình 3.18: Chế độ về gốc Home Mode
Chế độ về gốc hỗ trợ về gốc từng trục (Home X, HomeY1, Home Y2, Home Y3, Home Y4) hoặc về gốc toàn bộ các trục (Home All). Khi các trục đƣợc về gốc, đèn hiển thị trạng thái về gốc đã có màu xanh .
Trong lần đầu chạy phần mềm cần đƣa các trục về gốc. Nếu gặp sự cố mất điện cũng cần đƣa các trục về gốc để phần mềm thiết lập tọa độ.
3.5.Xây dựng quy trình công nghệ gia công một chi tiết đại diện trong mô hình kho hàng thông minh
Toàn bộ mô hình hệ thống kho hàng thông minh đƣợc tính toán, xây dựng từ rất nhiều yếu tố : Tính toán kết cấu, thiết kế phần mềm, gia công chế tạo. Các phần trên tác giả đã trình bày về cơ sở lý thuyết để tính toán kết cấu và phần mềm quản lý kho, ở phần cuối này sẽ trình bày Quy trình công nghệ chế tạo một chi tiết trong hệ thống kho hàng thông minh đó là Trục truyền động. Đây là chi tiết có vai trò quan trọng có chức năng truyền moment xoắn giữa động cơ và các cơ cấu khác hoạt động khác
3.5.1. Phân tích công nghệ trong kết cấu của chi tiết
Hình 3.19: Trục truyền động
Tính công nghệ trong kết cấu của trục truyền động ảnh hƣởng trực tiếp tới năng suất và độ chính xác gia công. Vì vậy, khi thiết kế chi tiết dạng trục cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Kết cấu của chi tiết phải đảm bảo độ cứng vững để trục không bị biến dạng khi làm việc cũng nhƣ khi gia công.
- Chiều dài của các lỗ chống tâm nên đồng tâm với nhau để đảm bảo độ đồng tâm trong quá trình gia công.
- Với chi tiết trục, có thể chọn phôi bằng phƣơng pháp đúc hoặc cán để đảm bảo các điều kiện làm việc khắc nghiệt của trục.
- Kết cấu của chi tiết phải thuận lợi cho việc gia công nhiều chi tiết cùng một lúc.
- Hình dáng của chi tiết phải thuận lợi cho việc chọn chuẩn thô và chuẩn tinh thống nhất.
3.5.2. Chọn phương pháp chế tạo phôi
Có nhiều phƣơng pháp chế tạo phôi bằng gia công áp lực ( rèn, dập, cán, tạo phôi, đúc, hàn) :
+ Phƣơng pháp rèn, dập tạo phôi thƣờng dùng cho các loại chi tiết : trục răng côn, trục răng thẳng, các lọai bánh răng, hay chi tiết dạng càng,dạng bạc, trục khuỷu và các chi tiết hộp nhỏ, hình thù không phức tạp…
+ Phƣơng pháp cán, tạo phôi thép thanh, dùng chế tạo các loại chi tiết nhƣ chi tiết kẹp chặt, chi tiết dạng bạc, các trục thông thƣờng.
+ Phƣơng pháp đúc tạo phôi thƣờng đƣợc dùng cho các chi tiết dạng hộp nhƣ các gối đỡ, các chi tiết dạng càng phức tạp. Đúc có thể đƣợc đúc trong khuôn kim loại, khuôn cát, với phƣơng pháp đúc áp lực hay đúc li tâm, đúc theo mẫu chảy.
+ Phôi hàn đƣợc chế tạo từ thép tấm rồi hàn lại thành hộp, đƣợc dùng trong sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ, có tồn tại ứng suất dƣ.
Đối với các chi tiết dạng trục ta dùng vật liệu bao gồm thép cacbon nhƣ thép 30,40,45; thép hợp kim nhƣ thép crom, crom-niken, 40X, 40Γ, 50Γ,… Trong bài này ta chọn vật liệu để gia công chi tiết trục vít là thép 45. Việc chọn phôi để chế tạo trục phụ thuộc vào hình dáng, kết cấu và sản lƣợng của loại trục đó. Ví dụ đối với trục trơn thì tốt nhất dùng phôi thanh, còn với trục bậc có đƣờng kính chênh lệch nhau không lớn thì dùng phôi cán nóng. Trong sản xuất nhỏ và đơn chiếc, phôi của trục đƣợc chế tạo bằng rèn tự do hoặc rèn tự do trong khuôn đơn giản, đôi khi có thể dùng phôi cán nóng. Phôi của loại trục lớn đƣợc chế tạo bằng cách rèn tự do hoặc hàn ghép từng phần. Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, phôi của trục đƣợc chế tạo bằng dập nóng trên máy dập hoặc ép trên máy ép, với trục bậc có thể rèn trên máy rèn ngang và cũng có thể chế tạo bằng phƣơng pháp đúc. Đối với chi tiết trục vít, ta không nên chọn phôi là phôi đúc vì phôi đúc cho chất lƣợng bề mặt không tốt, với lại chi tiết đúc thƣờng có cơ tính không cao. Chúng ta có thể chọn phôi thanh với độ chính xác có thể chấp nhận đƣợc nhƣng nhƣợc điểm lớn nhất của loại phôi này là rất tốn vật liệu. Do đó ta thấy rằng chọn phôi dập nóng là tốt nhất bởi vì loại phôi này đảm bảo đƣợc những tiêu chuẩn nhƣ: hình dáng phôi gần với chi tiết gia công, lƣợng dƣ hợp lí, có thể sản xuất phôi hàng loạt,…
3.5.3. Quy trình công nghệ chế tạo trục
TT Tên nguyên công Máy thực hiện
1 Khỏa mặt đầu và khoan lỗ tâm Máy phay-khoan liên hợp MP- 77
2 Tiện thô nửa trục Máy tiện T620
3 Tiện thô nửa trục còn lại Máy tiện T620 4 Tiện tinh nửa trục Máy tiện T620 5 Tiện tinh nửa trục còn lại Máy tiện T620
6 Phay rãnh then b=8mm Máy phay 6H10 7 Phay rãnh then b=5mm Máy phay 6H10 8 Khoan và taro ren M6 Máy tiện T620
9 Kiểm tra Ngoại quan, dụng cụ kiểm tra
Bảng 3.1: Bảng tóm tắt quy trình gia công trục truyền động
Phƣơng pháp chọn chuẩn
Dùng mặt đầu và hai lỗ cơ bản vuông góc với mặt đầu làm chuẩn tinh thống nhất để gia công tất cả các bề mặt còn lại của trục. Khi đó mặt đầu càng tiếp xúc với phiến tỳ khống chế 3 bậc tự do, mỗi lỗ lắp vào chốt trụ ngắn khống chế 2 bậc tự do và lỗ còn lại đƣợc lắp vào chốt chám khống chế 1 bậc tự do. Lực kẹp W vuông góc với mặt đầu của trục. Theo phƣơng án này trƣớc hết phải gia công hai mặt đầu và lỗ cơ bản vuông góc với mặt đầu trục.
Nguyên công 1: Khỏa mặt dầu và khoan lỗ tâm
Sơ đồ gá đặt và kẹp chặt: Chi tiết đƣợc định vị trên hai khối V ngắn định vị 4 bậc tự do, và để chống sự dịch chuyển theo chiều dọc trục ta sử dụng chốt tỳ để hạn chế bậc tự do thứ năm . Trong đó khối V bên phải có thể di chuyển theo phƣơng song song với trục của chi tiết để có thể gá đặt đƣợc chi tiết với nhiều kích thƣớc khác nhau. Kẹp chặt đƣợc thực hiện bởi mỏ kẹp. Phay khỏa mặt đầu đƣợc thực hiện bởi dao phay và khoan lỗ tâm thực hiện bởi mũi khoan.
Chọn máy: Ta chọn máy gia công là máy phay – khoan liên hợp có kí
hiệu là MP-77, có các thông số nhƣ sau: Đƣờng kính gia công: 20 – 60 (mm)
Chiều dài chi tiết gia công: 100– 200 (mm)
Giới hạn chạy dao của dao phay: 20 – 400 (mm/ph) Số cấp tốc độ của dao phay: 7
Số cấp tốc độ của dao khoan: 6
Chọn dao:
- Dao khỏa mặt đầu: dao phay bằng hợp kim T15K6 có các thông số nhƣ sau: D=80 (mm), Z= 5 (răng).
- Mũi khoan lỗ tâm: mũi khoan tâm đuôi trụ làm bằng vật liệu T15K6 có các thông số nhƣ sau: d= 6 (mm), l= 20(mm), L=80 (mm).
Lượng dư gia công: Lƣợng dƣ phay thô Zb1=2 mm.
Chế độ cắt:
* Chế độ cắt của bước 1: - Chiều sâu cắt t: t=2 mm
Theo bảng 5-125 [2]ta chọn bƣớc tiến dao Sz = 0,1 (mm/răng). Lƣợng chạy dao vòng S0 = 0,1.5 = 0,5 (mm/vòng) Tốc độ cắt : V= Cv.D q Tm.tx.Szy.Bu.ZP.kv (3.1) Trong đó: Cv=322;q=0,2;x=0,1; y=0,4;u=0,2;p=0,;m=0,14 bảng 5-39[2] - bảng 5-40[2] kv=kMV.knv.kuv=0,9.0,8.1=0,72 (kMV,knv,kuv đƣợc tra trong các bảng (5-1 5-6 [2] ) Vậy V= 322.175 0,2 1800,14.20,1.0,650,4 .50.0,72= ,61 m/phút Số vòng quay trục chính là:
Ta chọn số vòng quay theo máy, nm= vòng/phút Tốc độ cắt thực tế sẽ là: Vt=3,14.175.456 1000 =250,5 m/phút - Lực cắt Lực cắt đƣợc tính theo công thức Pz=10.Cp.t x.Szy.Bu.Z Dq.nw .kMP (3.2) Trong đó: Z = 5 – Số răng dao phay
n – Số vòng quay của dao, vòng/phút Cp=825;x=1;y=0,75;u=1,1;q=1,3w=0,2 KMP=1 (bảng 5-9[2 )
Vậy
- Momem xoắn
Momem xoắn trên trục chính của máy
- Công suất cắt * Chế độ cắt của bước 2: - Khoan lỗ tâm 6 mm - Chiều sâu cắt t: t=3 mm
Lượng dư gia công:Lƣợng dƣ lỗ khoan Zb2=3 mm
Chế độ cắt: * Xác định chế độ cắt cho khoan: - Chiều sâu cắt t=3 mm. - Lƣợng chạy dao S=0,1 mm/vòng (bảng 5-25[2]) - Tốc độ cắt V, m/ph V=Cv.D q Tm.Sy.kv (3.3) Trong đó: Cv=7;q=0,4;y=0,7;m=0,2;T= (bảng 5-29[2]) kv=kMV.kuv.klv= (kMV,kuv,klv Theo bảng 5-1,5-4, 5-6, 5-31 [2]) Vậy, V= 7. 0,4 150,2.0,10,7.0,9=37,62 m/ph Số vòng quay trục chính là nt=1000.V .D = 1000.37,62 3,14.6 =1996,8vòng/phút Chọn theo máy nm=2000 vòng/phú o đó, V=3,14.6. 1000 =37,68 m/phút - Momen xoắn Mx, N.m Mx=10.CM.Dq.Sy.kP (3.4) Trong đó: CM=0,0345;q=2;y=0,8; kp=0,94 Vậy Mx=10.0, 345.62.0,10,8.0,94=1,9 N.m - Công suất cắt Ne=Mx.nm 9750 =1,9.2000 9750 =0,4 kW - So sánh với công suất máy
Vậy Máy phay – khoan liên hợp MP – 77 đủ công suất để thực hiện nguyên công trên.
Nguyên công 2 : Tiện thô nửa trục
Định vị, kẹp chặt: sử dụng mâm cặp 3 chấu tự định tâm để định vị 1 đầu
2 bậc tự do và mũi tâm cố định để định vị đầu còn lại 3 bậc tự do => Chi tiết đƣợc định vị 5 bậc tự do. Kẹp chặt bằng mâm cặp 3 chấu tự định tâm.
Chọn máy: Máy tiện T620
Đƣờng kính gia công lớn nhất : Dmax=400mm Khoảng cách giữa hai mũi tâm :1400mm Số cấp tốc độ trục chính : 23
Giới hạn vòng quay trục chính :25 2000 Công suất động cơ : 10 kw
Bƣớc 1:Gia công thô phần trục có đƣờng kính 25. +Chọn dụng cụ cắt :
Chọn dao tiện ngoài thân cong có góc nghiêng chính 90,vật liệu T15K6, theo bảng 4-6[1],ta chọn kích thƣớc của dao nhƣ sau:
H=16;B=10;L=100;l=40;n=4;l=10;r=0.5
Chế độ cắt:
* Chế độ cắt của bước 1: - Chiều sâu cắt t: t=2 mm
- Theo bảng 5-60[2] ,ta chọn bƣớc tiến dao s=0.35;