2.1.Giới thiệu chức năng mạch CNC.
Dưới đây là hình ảnh mạch:
Hình 3.18 Mạch điều khiển CNC tích hợp step driver
Trên thị trường hiện nay các mạch điều khiển CNC nhưng giá thành khá cao so với thu nhập của sinh viên nên em đã đi đến ý tưởng xây dựng một mạch điều khiển CNC với giá thành rẻ có thể áp dụng vào việc nghiên cứu học tập. Ngoài ra mạch còn có thể sử dụng điều khiển máy CNC tự chế tại các xưởng vừa và nhỏ.
Mạch điều khiển CNC do em thiết kế có một số đặc điểm sau: - Tương thích hoàn toàn với phần mềm Mach3.
- Sử dụng để điều khiển động cơ bước. Mạch có tích hợp bộ điều khiển động cơ bước nên không cần thêm driver cho động cơ bước.
- Có thể điều khiển công suất mạch thông qua biến trở. - Dòng ra nuôi động cơ bước tối đa là 3A.
- Nguồn vào 24-36V
Với một mạch điều khiển CNC như trên thì việc nghiên cứu và chế tạo máy CNC trở nên rất đơn giản, kể cả với những bạn sinh viên đam mê nghiên cứu hay những xưởng sản xuất nhỏ lẻ.
Dưới đây là hình ảnh đi dây và bố trí linh kiện trên mạch in. Để thiết kế mạch in em đã sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện Proteus 8.0.
2.2.Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển CNC.
Dưới đây là sơ đồ nguyên lý mà em đã thiết kế:
Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển CNC
Mạch nguyên lý gồm các khối chính sau: 1.Khối đầu vào và ra của tín hiệu.
2.Khối mạch công suất. 3.Khối đèn báo
4.Khối nguồn
5.Khối bảo vệ máy tính và bảo vệ mạch. 6.Khối điều chỉnh chế độ điều khiển.
Hình 3.21 Cổng LPT lấy tín hiệu vào mạch từ máy tính cung cấp
Cổng này được kết nối với máy tính thông qua cap LPT, máy tính vào mạch sẽ giao tiếp 2 chiều thông qua cổng LPT này, do vậy ta cần có những cách ly quang để bảo vệ máy tính trong trường hợp sảy ra hiện tượng chập điện tại mạch.
Trên máy tính thì địa chỉ cổng LPT là 378H nên muốn Mach3 nhận được mạch CNC thì ta cần nhập địa chỉ cổng trong Mach3 như hình vẽ.
Hình 3.22 Vào cửa sổ thiết lập các chân chức năng trong Mach3
Vào mục Config -> Ports and Pins
Hình 3.23 Giao diện cửa số Engine Configuration Port and Pin
Hình 3.24 Cổng lấy tín hiệu vào từ các thiết bị ngoại vi trên mạch CNC
Mỗi đầu vào gồm hai chân IN+ và IN- . Để sử dụng các cổng IN1 đến IN5 ta cần mắc một nguồn 5V vào hai đầu IN+ và IN- của mỗi cặp chân vào, IN+ là nguồn 5V, IN- là nối đất. Khi mạch ngoài cấp 5V vào hai chân IN+ và IN- đóng thì mạch nhận tín hiệu vào. Tín hiệu vào này sẽ gửi tới chân tương ứng của cổng LPT và cuối cùng là đến phần mềm Mach3.
Để cài đặt cổng vào trong phần mềm Mach3 ta vào Config -> Ports and Pins sau đó chọn Input Signals
Tại cửa sổ này ta chọn tín hiệu ra cần sử dụng. Các đầu vào thường dùng là Estop và Công tắc hành trình.
Với đầu vào là Estop, giả sử chọn đầu vào là IN1 ứng với chân 10 của cổng LPT thì ta tích vào Enable ứng với dòng Estop và điền số Pin number là 10 như hình vẽ dưới, mạch không để ở chế độ hoạt động ở mức thấp nên ô Active low để dấu x.
Hình 3.26 Cài đặt cổng vào nút Estop trên Mach3
Với đầu vào là công tắc hành trình ta cài đặt như hình vẽ.
Hình 3.27 Cài đặt cổng vào công tắc hành trình trên Mach3 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở đây là cài đặt khi cả 6 cữ hành trình được mắc nối tiếp ở chế độ thường đóng, khi một trong các công tắc hành trình bị tác động, mạch ngoài bị ngắt, khi đó do để chế độ hoạt động của chân vào là Active low phần mềm sẽ nhận tín hiệu vào khi công tắc hành trình bị tác động. Chân vào mà ta sử dụng trên mạch là chân IN2 tương ứng với chân số 11 của cổng LPT.
Hình 3.28 Cổng ra điều khiển động cơ bước trên mạch nguyên lý.
Có tất cả 16 đầu ra tới các động cơ bước để điều khiển 4 trục X, Y, Z và A. Mỗi trục cần 4 tín hiệu a, b, c, d để điều khiển như hình vẽ. Nếu động cơ bước sử dụng là lưỡng cực thì ta mắc lần lượt các pha A, B, C và D của động cơ theo thứ tự lần lượt vào 4 pha ra của một trục trên mạch, ta chỉ cần mắc lần lượt theo đúng thứ tự A, B, C, D mà không cần quan tâm đầu ra của pha A trên mạch có ứng với đầu pha A trên động cơ không, miễn sao là tất cả các động cơ đểu mắc theo một thứ tự để dễ cài đặt trên phần mềm.
Trên Mach3 ta cài đặt tín hiệu điều khiển các trục như sau:
Ta vào Config -> Ports and Pins chọn thanh công cụ Output Signals. Nếu sử dụng các trục X, Y, X thì ta tích Enable vào các dòng tương ứng, các tín hiệu Step và Dir được thiết lập như hình vẽ.
Kết luận chương 3
*Kết quả đạt được :
- Tìm hiểu được nguyên lý tín hiệu từ phần mềm Mach3 ra cổng LPT
- Thiết kế thành công hệ thống điều khiển mô hình máy phay CNC điều khiển bằng phần mềm Mach3
- Nghiên cứu và thiết kế mạch thành công mạch CNC tương thích với phần mềm Mach3.
*Những hạn chế :
- Hệ thống điều khiển kết nối máy tính qua cổng LPT đã lỗi thời. - Chưa phát triển được hệ thống thay dao tự động vào mô hình.
- Mạch điều khiển CNC tự thiết kế chỉ điều khiển được động cơ bước với dòng tải tối đa là 3A
- Chưa kiểm nghiệm được độ bền của mạch điều khiển CNC trong điều khiển nhiều bụi tại nhà xưởng.
*Hướng phát triển:
- Chế tạo mạch điều khiển CNC có thể điều khiển động cơ Servo - Thêm chức năng điều khiển trục chính cho mạch CNC.
Hình 4.2 Mô hình 3D máy phay CNC
I.Chế tạo.
Các thông số ban đầu:
- Kích thước bàn máy: 500 x 400 x 200 mm
- Kích thước phôi gia công lớn nhất: 240x300x100 mm
Dựa vào kích thước bàn máy dự tính ban đầu em tính toán thiết kế khung bàn máy bằng phương pháp hàn. Vật liệu làm khung là thép hộp chữ nhật kích thước
và có kết cấu như hình vẽ.
Hình 4.6 Hình chiếu cạnh mô hình máy phay
Dẫn hướng: cơ cấu dẫn hướng, cụ thể là thanh dẫn hướng được sử dụng để dẫn hướng chuyển động trong cơ cấu, chịu lực cắt ngang đảm bảo độ chính xác gia công.
Hình 4.8 Thanh dẫn hướng vuông của hãng Hiwin
Chúng tôi lựa chọn dẫn hướng của hãng Hiwin, cách tính chọn và kiểm nghiệm được thực hiện theo hướng dẫn kèm theo của hãng.
Hình 4.9 Thông số chọn ray dẫn hướng
Ta chọn được ray dẫn hướng phù hợp:
Hình 4.10 Catalog ray dẫn hướng HIWIN HGH 15CA (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Truyền động: với kết cấu nhỏ, tải thấp ta chọn sử dụng vít me bi. Vít me bị có nhiệm vụ biến chuyển động quay của động cơ thành tịnh tiến của bàn máy tạo ra lực cắt, vít me bi sẽ chịu lực dọc trục.
Bước của vít me được chọn theo tốc độ di chuyển của bàn. Độ dài vít me được chọn theo kết cấu bàn máy.
Đường kính được chọn dựa theo tải trọng.
Các thông số khác được tùy chọn phù hợp theo hướng dẫn của nhà cung cấp.
Hình 4.11 Đai ốc lắp kiểuFSWC
Chọn vít-me
series: 4R16-10B2-1FSWC Đường kính 16mm
Bước vít 10mm
- Động cơ: chọn sử dụng động cơ step.
Để chọn được động cơ, ta cần tính được tải đặt lên động cơ khi hoạt động từ đó suy ra được momen cần thiết.
Từ tốc độ yêu cầu ta tính ra được tốc độ vòng quay của động cơ. Như vậy với hai thong số momen và tốc độ ta có thể chọn ra được động cơ.