Driver có thểhoạt động trong điều kiện nhiệt độ < 70°C (158°F), và động cơ có thể ởmức <80°C (176°F)
Để tránh lỗi sinh ra trong quá trình hoạt động và các sai lệch, tín hiệu vào chân PUL, DIR, ENA phải tuân thủ một sốquy tắc, được thểhiện trong biểu đồ sau:
• t1: Tín hiệu chân ENA phải được cấp trước chân DIR ít nhất 5µs. Nhưng trên BOB Mach3 ta khơng sửdụng chân ENA
• t2: Tín hiệu chân DIR phải được cấp trước chân PUL ít nhất 5µs để đảm bảo chiều quay chớnh xỏc
ã t3: xung khng nh hn 1.5 às
ã t4: rng ca xung thp khng q 1.5 às
ã Vi mỗi động cơ sẽphải có một driver điều khiển tương ứng
Cổng kết nối
Hình 3. 18 Cổng kết nối của Driver
Các chân điều khiển tín hiệu của driver
Điều khiển dịng điện cấp vào driver
Hình 3. 20Điều chỉnh dịng điện cấp vào driver
Cài đặt sốxung trên driver
Động cơ bước mặt bích
Đối với động cơ trục X, Y và Z nhóm sửdụng loại động cơ bước 4 dây mã động cơ86BYG450B-8Nm của Đài Loan.
Hình 3. 22Động cơ bước
Thơng sốkỹthuật:
Step Angle: 1.8 degree (+-5%) Dòng tối đa: 6A Momen xoắn: 8 Nm Khối lượng: 3.5 Kg Tổng chiều dài: 115 mm Đường kính trục: 14 mm Chiều dài trục: 37 mm Sốcuộn dây: 2
Bảng 3. 4 Thông sô kỹthuật động cơ bước
Khởi động từ
Điện áp định mức của cuộn dây hút: 36V, 127V, 220V, 380V, 500V. Kết cấu bảo vệchống các tác động bởi môi trường xung quanh: hở, bảo vệ, chống bụi, nước, nổ…
Khả năng làm biến đổi chiều quay động cơ điện: không đảo chiều quay và đảo chiều quay.
Số lượng và loại tiếp điểm: thường mở, thường đóng.
Nhóm đã lựa chọn khởi từcó điện áp vào 220 VAC, dịng 30A. Khởi từtrong mạch điện có nhiệm vụbảo vệmạch điện, đặc biệt với động cơ và driver, áp dụng theo nguyên lí hãm ngược, tránh hiện tượng mất điện đột ngột dẫn đến làm giảm tuổi thọcủa tồn bộhệthống
Hình 3. 23 Khởi động từ
Máy biến áp
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên tắc cảm ứng điện từ, dùng đểbiến đổi hệthống điện xoay chiều (U1, I1,fi) thành (U2, I2,fi)
Đầu vào của Máy biến áp nối với nguồn điện gọi là sơ cấp. Đầu ra nối với tải gọi là thứcấp
Máy biến áp được sửdụng đểcấp nguồn cho 3 Driver. Để đảm bảo hiệu suất và cảsự an tồn, nhóm đã sửdụng biến áp cách ly loại 2 KW với các thơng số như sau:
• Điện áp cuộn sơ cấp: 220 VAC • Điện áp cuộn thứcấp: 60 VAC • Dịng định mức: 30A
Máy biến áp cấp nguồn cho bàn từ sử dụng nguồn đầu vào là 220V xoay chiều như máy biến áp dùng để cấp nguồn cho driver nhưng với đầu ra là dòng 110V xoay chiều
Adapter sửdụng để cấp nguồn 12V cho Vi mạch Mach3. Để biết được đầu nào là dương và đầu nào là âm của adapter ta sửdụng đồng hồ đo hiệu điện thế đo đểxác nhận sau đó nối vào các chân nối của Bob Mach3 như đã đánh dấu
Hình 3. 25 Adapter
Cơng tắc trục chính
Hình 3. 26 Cơng tắc trục chính
Đèn tín hiệu
Hình 3. 27Đèn tín hiệu
Đèn vàng: báo hiệu có nguồn 3 pha cấp vào mạch điện
Đèn xanh: báo hiệu có nguồn cấp vào mạch điều khiển(driver) Đèn đỏ: Báo hiệu có nguồn cấp vào trục chính
Mỗi đèn đều có 2 dây đểcấp nguồn xoay chiều. Với đèn vàng dùng đểbáo hiệu có nguồn 3 pha cấp vào mạch điện thì ta nối 2 dây của đèn vào 2 dây pha ởaptomat, khi đó ta bật nguồn 3 pha lên thì điện xoay chiều 220V sẽcấp cho đèn và làm đèn sang
Cơng tắc hành trình
Hình 3. 28 Cơng tắc hành trình
Cơng tắc hành trình thay đổi trạng thái khi chạm cữ giới hạn và khi đó máy sẽ dừng lại.
Nút dừng khẩn cấp
Nút dừng khẩn cấp được sửdụng đểdừng toàn bộhoạt động của các trục chuyển động X, Y, Z. Khi ta nhấn nút dừng khẩn cấp, ngay lập tức các trục đang chuyển động sẽdừng lại
Hình 3. 29 Nút dừng khẩn
Khi có sựcố xảy ra trong lúc máy hoạt động, để làm giảm thiểu thiệt hại xuống mức thấp nhất có thể, máy phải dừng động cơ ngay lập tức. BOB Mach3 có hỗtrợ nút dừng khẩn cấp (Estop) rất tiện lợi, an toàn và khả năng đáp ứng nhanh chóng kịp thời. Nút dừng khẩn cấp có 2 dây, 1 dây ta nối vào nối đất, 1 dây nối vào chân p10 trên bo mạch Mach3
Aptomat
Aptomat là một khí cụ điện dùng để tự động cắt mạch điện, bảo vệ quá tải ngắn mạch, sụt áp,… trong kỹ thuật thì nó được sử dụng để đóng cắt khơng thường xuyên các mạch làm việc ởchế độ bình thường.
Cầu nối điện
Dùng đểnối các dây điện với nhau một cách an toàn và hiệu quả
Xây dựng hệthống điều khiển
Sơ đồkhối hệthống điều khiển
Hình 3. 32Sơ đồkhối điều khiển
Hệthống điều khiển gồm nhiều thành phần giao tiếp với nhau qua khối điều khiển trung tâm (BOB Mach3). Bo mạch được cấp nguồn 12 V lấy từ Adapter. Nguồn 3 pha 220V cấp nguồn cho động cơ trục chính đồng thời lấy 2 dây pha của nguồn đểcấp nguồn 220V xoay chiều cho các phần tử như máy tính, máy biến áp, Adapter … Máy biến áp biến nguồn điện 220V xoay chiều thành nguồn 110V xoay chiều để cấp nguồn cho driver điều khiển động cơ cho các trục . Bo mạch điều khiển chịu trách nhiệm làm trung tâm xử lý tín hiêu đến các thành phần của của hệ thống.
Sơ đồtổng quan hệthống điều khiển :
Hình 3. 33Sơ đồ nguyên lý điều khiển
Sơ đốmạch điện gồm 2 phần chính là mạch điều khiển và mạch động lực. mối mạch đều được nối với 1 cặp cơng tắc thường đóng – thường mởvà 1 khởi động từ để điều khiển bật tắt.
Từnguồn 3 pha ta có thểlấy 2 dây pha tạo thành nguồn điện xoay chiều 220V đểcấp điện cho các phần tử như máy tính, máy biến áp hay Adapter
Cài đặt thơng sốcho phần mềm điều khiển Mach 3
Mach3 là phần mềm của hãng ArtSoft, là một gói chương trình chạy trên PC (máy tính cá nhân) và biến nó thành một Bộ điều khiển CNC rất hữu hiệu và kinh tế. Ban đầu, Mach3 được thiết kếdành cho những người chếtạo máy CNC tại nhà theo sở thích nhưng đã nhanh chóng trởthành phần mềm điều khiển linh hoạt trong công nghiệp.
Để chạy chương trình này bạn cần một hệ điều hành Window XP (hay Window 2000) chạy trên nền bộlý tốc độ1GHz cùng một màn hình máy tính hiển thị. Chúng ta có thểsửdụng máy tính này cho những chức năng khác nữa (như là chạy một cụm CAD/CAM) khi không sửdụng để điều khiển máy nữa.
Chương trình Mach3 có thểkết nối trực tiếp qua một cổng song song (cổng máy in). Ngồi ra cịn có một sốhãng sản
Mach3 đã thành cơng trong việc điều khiển các thiết bị như: • Turn (Máy tiện)
• Mill (Máy khoan) • Routers (Máy bào) • Laser (Cắt laser) • Plasma (Cắt Plasma) • Engravers (máy khắc) • Gear cutting (cắt bánh răng)
Mach3 được hỗtrợbởi những Wizard (mini-Program), tạm gọi là các chương trình con trong việc sinh ra G-code cho q trình gia cơng giúp người dùng giảm bớt khối lượng cơng việc.
Một sốWizard thơng dụng như: • Gear cutting (Cắt bánh răng) • Digitizing (Sốhóa)
• Holes (Tạo lỗ)
• Slots and keyways (Tạo rãnh và đường dẫn hướng) • Text engraving (Khắc chữ)
• Many standard shapes (Tạo nhiều hình mẫu tiêu chuẩn) • Surfacing (Tạo bềmặt)
Và cịn nhiều tính năng khác nữa.
Cấu hình cơ bản của máy tính điều khiển u cầu: • Windows 2000/XP
• 1Ghz CPU • 512MB RAM
Non-integrated Video Card with 32MB RAM (Card đồhọa rời 32MB)
Giao diện
Giao diện phần mềm Mach3 được thiết kế khá trực quan, giúp người dùng khá dễ dàng làm quen. Phần mềm được quản lý dưới dạng tab dựa theo những menu làm việc quen thuộc trên các máy CNC chuyên dụng, trong các tab được bố trí các nút người điều khiển thường dùng, giúp người điều khiển nhanh chóng làm quen với giao diện điều khiển. Ngoài ra, phần mềm điều khiển BOB Mach3 còn được thiết kếtối ưu và hỗtrợmàn hình cảm ứng, cho nên việc điều khiển sẽ tăng thêm tính tựnhiên và trực quan khi dùng với màn hình cảm ứng.
Khi khởi động, phần mềm sẽxuất hiện 4 Shortcut trên màn hình là: Mach3 Loader, Mach3 Mill, Mach3 Turn, Plasma tương ứng với những kết cấu máy mà bạn muốn điều khiển. Trong trường hợp này mặc dù máy thiết kế cho mài, nhưng ta chỉ quan tâm đến giao diện điều khiển Mill do những đặc tính máy thiết kếcó các tư thế, chuyển động khi cắt khá giống với quá trình phay.
Sau khi nhấn đúp chuột vào biểu tượng của Mill, ta sẽ thấy giao diện của Mach3 Milll như sau:
Hình 3. 35 Giao diện phần mềm
Chú ý đến nút Reset màu đỏcó phần viền nhấp nháy Đỏ/Xanh xung quanh nó. Nếu ta nhấn vào nút đó thì đèn sẽchuyển sang màu Xanh. Lúc đó chương trình Mach3 đã sẵn sàng hoạt động.
Nếu như khơng thể reset, lúc đó có thể đã có vấn đề với việc kết nối cổng
song song hay là máy tính đã từng cài trước chương trình này và đã đểvịtrí khơng
thường trực ở Emergency Stop. Lúc đó phải click vào nút Offline để reset lại hệ
thống.
Một số đặc điểm trong giao diện Program Run:
• Các nút bấm (như là RESET, Stop Alt-S,…).
• Các DRO (Digital Readouts). Có những chữsốhiển thịtrên một cụm màn hình gọi là DRO. Chúng hiển thịtoạ độhiện tại của các trục (X,
Y, Z…). • Các đèn LED.
• Cửa sổhiển thịG-code (với thanh scroll của nó).
• Màn hình hiển thị đường đi của dụng cụ (là hình vng trống trên màn hình).
Cùng với chúng là những nútđiều khiển quan trọng khơng được hiển thịlên giao diện Program Run như:
Những nút bấm trong đường MDI để cài đặt những giá trị đầu vào chương
trình Mach3.
Cửa sổG-code và màn hình hiển thị đường dụng cụsẽcung cấp những thơng tin từ chương trình cho bạn.
Một sốchế độhoạt động cho Mach3
• Chế độ Job điều khiển bằng tay
Hình 3. 36 Chế độJob
Ấn phím tab đểvào chế độ Job. Sau đó muốn di chuyển các trục kích chuột các nút trên màn hình (X+, X-, Y+, Y-…).
Giúp thực hiện di chuyển các trục bằng tay theo ý muốn
• Chế độMDI
Về cơ bản chế độ MDI cũng là chế độ điều khiển bằng tay giống JOB nhưng thay vì kích chuột vào biểu tượng đểdi chuyển thì MDI cho phép thực hiện từng dòng code mà ta viết ra.
Viết các dịng lệnh trên thanh Input • Chế độProgram Run
Hình 3. 38 Chế độProgram run
Cho phép người dùng sửdụng chương trình đã có sẵn đểgia cơng chi tiết Dùng Load G code đểchạy Chương trình đã có sắn
Close G code để đóng chương trình gia cơng Edit G code đểchỉnh sửa chương trình gia cơng
Mach3 và một sốvấn đềkết nối phần cứng
• Estop
Đây là nút bấm cần thiết cho máy cho những trường hợp khẩn cấp. Nút bấm này phải được tách rời độc lập với các hệthống khác của máy. Và phải đủ chức năng đểngắt ngay động cơ chạy dao và động cơ trục chính.
• Điều khiển qua cổng song song LPT (máy in)
Là cổng gồm 25 chân được kết nối với PC theo kiểu Plug-in đầu cái-đầu đực. Trong đó có 5 chân là đầu vào PC. Mũi tên hướng ra là Output, đi vào là Input.
Hình 3. 39 Cổng kết nối song song LPT
Quy trình cài đặt cho phần mềm Mach3
\
Hình 3. 40Quy trình cài đặt
Chúng ta sẽ đi vào từng bước của quy trình cài đặt như sau: • Xác định đơn vị
Điều đầu tiên cần xác định đó là đơn vịsửdụng là Metric (met) hay Inches. Lựa chọn sao cho khi tính tốn hoặc lắp đặt thiết bịdễdàng lựa chọn thơng sốcủa các phần tử.
Ngồi ra việc thiết lập này cịn ảnh hưởng đến q trình lập trình gia cơng sau này, như nhập vào các khung DROs hay sửdụng G - Code (G20, G21) vào phần ConFig > Setup Units.
Ở đây ta cài đặt đơn vịlà metric, cụthể hơn đơn vịlà milimet, do vít me của máy mài CNC chọn có bước theo tiêu chuẩn quốc tếcho nên việc chọn đồng nhất đơn vị của trục vít me với đơn vị cài đặt trong máy sẽgiúp việc tính tốn cài đặt ban đầu được đồng nhất hơn.
Những thiết lập ban đầu cho các Port & Pins
ConFig>Port and Pins. Tab này là những thiết lạp ban đầu cho Mach3 và máy như hình dưới:
Hình 3. 42 Màn hình thiết lập Port&Pin của Mach3
Đểthiết lập cho các Port vào Windows Start>Hardware>Device Manager. Kéo xuống thấy phần COM&LPT Click đúp vào LPT hoặc ECP port sẽthấy dãy số của hàng IO chính là các địa chỉcần sửdụng:
Chọn tốc độ Kernel là 25000 Hz, tốc độ này ảnh hưởng đến tỷ lệ các xung ra lớn nhất.
Trừkhi bạn sửdụng Servo motor điều khiển trục chính và các trục khác chúng có encoder độphần giải lớn (hơn 200 CPR) thì bạn có thể bỏqua tốc độ25000 Hz này. Vì nó sẽphụthuộc vào tốc độcủa CPU sửdụng cho các chức năng khác như cập nhật đường chạy dao.
Hình 3. 43 Cửa sổquản lý cổng kết nối trên Windows
Thiết lập các chân vào ra
Trục chính, trục điều khiển
Dùng thiết lập nơi kết nối điều khiển các trục X, Y, Z, A. Dấu tích xanh là enable (cho phép) còn dấu chéo mầu đỏlà disable (khơng cho phép):
Hình 3. 44 Thiết lập các chân kết nối cho động cơ mỗi trục
Ở đây chúng ta chỉsửdụng 4 trục X, Y, Z, A cho nên tích dấu xanh enable vào các ô của các trục này, ởchân tốc độ(step pin #) của trục X ta đặt là cổng chân số2 ởcổng song song, chân điều khiển hướng đặt chân số3 của cổng song song. Tương tự như vậy trục Y ta đặt lần lượt là 4, 5; trục Z ta đặt lần lượt là 6, 7; trục A ta đặt lần lượt là 8, 9.
Cài đặt Dir LowActive và Step LowActive ởchế độEnable sẽ giúp động cơ chạy khơng bị thơ và độ chính xác cao hơn. Ở đây không sửdụng đến các trục B và C cho nên để ởDisable.
Các tín hiệu đầu vào
Đểnhận các tín hiệu đầu vào từcác cơng tắc hành trình, cơng tắc Home thì cần thiết lập ở đây. Nếu đặt riêng các Home switch thì thiết lập riêng các chân tín hiệu cho nó cịn nếu kết hợp giữa Home switch với các Limit switch (cơng tắc hành trình giới hạn) thì đểEnable cho các giá trịLimit--, Limit ++ và Home
+ Input#1: Là chân đặc biệt dùng ngưng chương trình khi chế độan tồn khơng được thiết lập. Còn các giá trị Input# khác (thậm chí cả #1 nếu nó khơng dùng đến) là các thiết lập riêng do người dùng tùy chọn. Input#4 có thể dùng để nối với 1 nút bấm ngồi chạy từng lệnh chương trình.
+ Index Pulse đểEnable nếu có Encoder cho trục chính chỉcó 1 chân cắm.
+ Limits Override đểEnable nếu để Mach3 điều khiển các limit switch và bạn có một nút bấm ngồi đểtắt chế độ Jog. Cịn nếu khơng có cơng tắc nào cả thì cũng có thể dùng nút trên màn hình điều khiển được chức năng tương tự.
+ Timing: Enable nếu Encoder trục chính có nhiều hơn 1 chân (khe) cắm.
Hình 3. 45 Thiết lập các tín hiệu đầu vào
Nếu tích vào phần Emulated Inputs Signal cho 1 chân hoặc 1 port và đểnó ở0 (low) thì tín hiệu này sẽ được bỏ qua nhưng cổng vào của cột Hotkey lại được thiết lập, và có tác dụng. Khi ấn mũi tên xuống thì tín hiệu được hiểu là đang