a. Vẽ đường thẳng
Trong đề tài áp dụng giải thuật vẽ đường thẳng trong đồ hoạ máy tính Bresenham. Năm 1960 Bresenham thuộc IBM tìm ra các điểm gần với đường thẳng dựa trên độ phân giải hữu hạn. Thuật tốn Bresenham đưa ra cách chọn yi+1 là yi hay yi+1 theo một hướng khác sao cho cĩ thể tối ưu hố về mặt tốc độ so với thuật tốn DDA. Vấn đề mấu chốt ở đây là làm thế nào để hạn chế tối đa các phép tốn trên số thực trong thuật tốn.
Phương trình đường thẳng cĩ dạng y=ax+b Ta xét với 4 trường hợp của a:
0<a<=1 and dx>0 a>1 and dy>0 -1<=a<0 and dx>0 a<-1 and dy>0
Bước 1: dx=x2-x1; dy=y2-y1; p=2*dy-dx; c1=2*dy; c2=2*dy-2*dx; x=x1;y=y1; Bước 2: Vẽ (x,y); Bước 3: Nếu p>=0 thì p=p+c2;y=y+1; Nếu p<0 thì p=p+c1; Bước 4:x=x+1; Bước 5:Kiểm tra
nếu x<=x2 thì lặp lại bước 2, ngược lại thì dừng. Bước 1: dx=x2-x1; dy=y2-y1; p=2*dx-dy; c1=2*dx; c2=2*dx-2*dy; x=x1;y=y1; Bước 2: Vẽ (x,y); Bước 3: Nếu p>=0 thì p=p+c2;x=x+1; Nếu p<0 thì p=p+c1; Bước 4:y=y+1; Bước 5:Kiểm tra
nếu y<=y2 thì lặp lại bước 2, ngược lại thì dừng. Bước 1: dx=x2-x1; dy=y2-y1; p=-2*dy-dx; c1=-2*dy; c2=-2*dy-2*dx; x=x1;y=y1; Bước 2: Vẽ (x,y); Bước 3: Nếu p>=0 thì p=p+c2;y=y-1; Nếu p<0 thì p=p+c1; Bước 4: x=x+1 Bước 5:Kiểm tra
nếu x<=x2 thì lặp lại bước 2, ngược lại thì dừng. Bước 1: dx=x2-x1; dy=y2-y1; p=-2*dx-dy; c1=-2*dx; c2=-2*dx-2*dy; x=x1;y=y1; Bước 2: Vẽ (x,y); Bước 3: Nếu p>=0 thì p=p+c2;x=x-1; Nếu p<0 thì p=p+c1; Bước 4:y=y+1; Bước 5:Kiểm tra
nếu y<=y2 thì lặp lại bước 2, ngược lại thì dừng.
Lưu đồ giải thuật thuật tốn bresenham cho trường hợp 0<a<=1 và dx>0
Hình 2.88. Lưu đồ giải thuật tốn Bresenham
NO p=p+c1 BEGIN x=x1, y=y1 dx=x2-x1 dy=y2-y1 p=2*dy-dx; c1=2*dy; c2=2*dy-2*dx;
Vẽ được điểm (x,y)
p<0 P=p+c2 y=y+1 x=x+1 x<=x2 END NO YES YES
a. Vẽ đường cong bất kỳ
Bằng cách sử dụng autolisp để chuyển 1 đường cong bất kì thành nhiều đường thẳng, do đĩ giải thuật vẽ đường cong hay đường trịn giờ chuyển thành giải thuật vẽ nhiều đường cong, đường trịn liên tiếp.
Lưu đồ giải thuật vẽ đường cong
Dữ liệu được lưu trong mảng: mang[soluong];
Hình 2.89 Lưu đồ giải thuật tốn Bresenham vẽ đường cong bất kỳ
BEGIN
mang[l0]=mã bắt đầu; mang[l1]=mã đường; l1=0; l2=1; l3=2; l4=3;
goto(mang[l3],mang[l4]) (di chuyển dao đến điểm (mang[l3],mang[l4])) Draw_line(mang[l1], mang[l2], mang[l3], mang[l4],); l1=l1+2; l2=l2+2; l3=l3+2; l4=l4+2; kt++; kt>somang/2; END YES No YES NO
b. Chương trình trên autocad
Hình 2.90. Lưu đồ giải thuật tốn trên CAD
BEGIN
Nhập chiều dài mỗi phân đoạn Cĩ đường cong
Tách đường cong thành nhiều đường thẳng cĩ độ
dài nhập ở trên
Lưu tên đường, toạ độ ra excel
END
NO
c.Giải thuật tách đoạn bằng autolisp
Hình 2.91. Lưu đồ giải thuật tách đoạn bằng autolisp
BEGIN
Nhập chiều dài mỗi phân đoạn = d
Lấy chiều dài của đối tượng =L, Cho một biến d2=0
d2<=L
Chọn điểm tiếp theo của đường pline là điểm nằm trên đối tượng cách điểm hiện tại một khoảng d.
d2=d2+d
Vẽ đường pline với điểm ban đầu là điểm đầu tiên của đối tượng. Vd(trên autocad: command: “pline”
Command:startpoine)
END
YES
d.Chương trình VB
Hình 2.92 Lưu đồ giải thuật trên VB
BEGIN
LOAD FILE EXCEL VÀ HIỂN THỊ LÊN VB
LƯU DỮ LIỆU VÀO MẢNG
TRUYỀN DỮ LIỆU XUỐNG VĐK NHẬN DỮ LIỆU TỪ VĐK ĐỂ MƠ PHỎNG
VĐK YÊU CẦU TRUYỀN LẠI HOẶC
TRUYỀN TIẾP
END
NO
e.Vi điều khiển
Hình 2.93. Lưu đồ giải thuật trên VDK
BEGIN CHẠY DAO VỀ VỊ TRÍ 0 NHẬN DỮ LIỆU TỪ VB DỮ LIỆU TRUYỀN ĐÚNG
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC BẮT ĐẦU PHAY TRUYỀN DỮ LIỆU LÊN LẠI
VB TRUYỀN MÃ BÁO LỖI CĨ MÃ KẾT THÚC CHẠY DAO VỀ VỊ TRÍ 0 TRUYỀN MÃ NHẬN THÊM END YES NO YES NO
CHƯƠNG 3
THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
3.1.CHUẨN BỊ 3.1.1.Phần khung - Thép hộp 25x50x1200 (mm) số lượng 2 thanh. - Thép hộp 25x50x1100 (mm) số lượng 2 thanh. - Thép hộp 25x50x300 (mm) số lượng 4 thanh. - Thép hộp 25x50x200 (mm) số lượng 4 thanh. - Thép hộp 25x25x1200 (mm) số lượng 2 thanh. - Thép hộp 10x20x1200 (mm) số lượng 2 thanh. - Thép hộp 25x25x500 (mm) số lượng 2 thanh. - Thép hộp 25x25x330 (mm) số lượng 2 thanh. - Thép hộp 25x25x300 (mm) số lượng 4 thanh. 3.1.2. Bộ phận dẫn động, dẫn hướng
- Thanh sắt trịn trơn Φ25x1200 (mm) số lượng 2 thanh. - Thanh sắt trịn trơn Φ16x1200 (mm) số lượng 2 thanh. - Thanh sắt trịn trơn Φ10x300 (mm) số lượng 2 thanh.
- Trục vitme bi Φ16x1200 (mm), bước ren 0,8 (mm) số lượng 2 thanh. - Vitme thường Φ16x350 (mm) số lượng 1 thanh.
- Ổ bi trượt Φ25 (mm) số lượng 4 cái. - Ổ bi trượt Φ16 (mm) số lượng 4 cái. - Ổ bi trượt Φ10 (mm) số lượng 2 cái.
3.1.3.Phần động cơ và bộ phận truyền động
- Động cơ bước A5956 - 9412K số lượng 2 cái. - Động cơ bước PK268 - 02A số lượng 1 cái. - Động cơ phay AC Makita 380W số lượng 1 cái. - Khớp nối mềm số lượng 3 cái.
3.1.4.Dây điện, tấm phíp đồng, mũi phay… 3.2.THI CƠNG VÀ LẮP RÁP
3.2.1. Thi cơng mạch
Các bước tiến hành thi cơng mạch
Bước 1. Vẽ mạch nguyên lý trên phần mềm orcad 16.0.
Bước 2. Thiết kế mạch in trên phần layout plus của orcad 16.0. Bước 3. In mạch ra giấy và là mạch lên tấm đồng.
Bước 5. Kiểm tra chập mạch sau đĩ phủ nhựa thơng để chống oxi hố. Bước 6. Cắm linh kiện vào mạch và tiến hành hàn mạch.
Bước 7. Kiểm tra sau khi hàn mạch cĩ bị chập hay khơng, sau đĩ cho mạch hoạt động thử.
Bước 8. Lắp mạch vào hộp.
3.2.1.1. Vẽ mạch in
Hình 3.1. Vẽ mạch in trên Layout plus
3.2.1.2.In mạch lên bảng đồng
Hình 3.2.In mạch lên bảng đồng
Đây là bước rất quan trọng, quyết định tính thẩm mỹ cũng như sự hoạt động ổn định của mạch. Sau khi ủi xong nếu bị đứt mạch ta cần dùng bút tơ mạch tơ lại những chỗ bị đứt rồi mới rửa mạch.
3.2.1.3.Hàn linh kiện và kiểm tra mạch
Hình 3.3. Hàn linh kiện
Hình 3.4. Kiểm tra mạch
Để đảm bảo tính thẩm mỹ cho mạch ta nên sử dụng loại chì tốt, đồng thời trong quá trình hàn phải cĩ nhựa thơng để làm sạch mũi hàn.
3.2.1.4.Lắp mạch vào hộp
3.3.SẢN PHẨM THỰC TẾ
Sau thời gian thiết kế và chế tạo xong phần cơ khí của máy phay CNC, ta thực hiện kiểm tra các kết cấu cơ khí của máy và đạt được kết quả sau:
Hình 3.6. Hình ảnh máy phay CNC
3.3.1.Hình ảnh các mạch
Hình 3.7. Mạch điều khiển chính
3.3.2.Các chi tiết cơ khí Bu lơng:
Mơ hình máy gồm các bộ phần rời và được cố định với nhau bằng bu lơng và đai ốc
Ổ trượt: kết cấu gồm cĩ một ống sắt trịn bên trong cĩ 2 ổ bi trượt đối với trục
X,Y và 1 ổ bi trượt đối với trục Z.
Hình 3.9. Ổ trượt
Thanh sắt trơn dẫn hướng: sắt mạ kẽm đảm bảo được độ cứng, cĩ thể dùng
inox nhưng phải là loại tốt, đảm bảo độ cứng vững.
Vitme: sử dụng 2 vitme bi cho trục X,Y và 1 vitme thường cho trục Z. Vitme bi
giúp chuyển động nhanh, chính xác, êm và ít gây tiếng ồn.
Hình 3.11. Vitme bi
Khớp nối mềm: là loại bằng nhơm, sử dụng để nối giữa trục động cơ và vitme.
Cĩ cơ cấu khử lệch tâm mà vẫn đảm bảo truyền động chính xác, sử dụng dễ dàng với nhiều đường kính lỗ để lựa chọn.
3.3.3.Hệ thống mơ hình.
Hệ thống trục Y
Hệ thống trục X
Hình 3.14. Hệ thống trục X
Hệ thống trục X,Y cĩ nhiệm vụ tạo dịch chuyển cho mũi phay theo 2 trục X,Y nhờ vào 2 động cơ bước và thơng qua vitme bi để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến.
Yêu cầu của 2 hệ thống này:
- Đảm bảo độ cứng vững trong quá trình hoạt động. - Đảm bảo dịch chuyển chính xác.
Hệ thống trục Z
Hình 3.15. Hệ thống trục Z
Hệ thống trục Z bao gồm: 1 động cơ bước truyền động, 1 trục vitme đai ốc, 2 trục dẫn hướng, 2 ổ trượt, bệ đỡ động cơ phay và 1 động cơ phay.
Hệ thống này thực hiện nhiệm vụ nâng hạ động cơ phay trong quá trình hoạt động, đối với đề tài này, trục Z khơng yêu cầu độ chính xác quá cao mà chỉ đảm bảo được quá trình nâng hạ ổn định, ít gây tiếng ồn.
3.4.CHO CHẠY THỬ VÀ KIỂM NGHIỆM ĐỘ ỔN ĐỊNH 3.4.1.Kiểm tra trước khi đưa vào hoạt động
3.4.1.1.Kiểm tra nguồn
Trong đề tài sử dụng nguồn máy tính để cấp điện cho mơ hình.
Do cĩ nhiều loại nguồn máy tính và độ ổn định và bền thì cũng khơng như nhau, cộng thêm khi để thời gian lâu và nhiều lúc sử dụng bất cẩn cĩ thể làm hư hỏng nguồn. Để một hệ thống hoạt động ổn định thì điều trước hết cần phải quan tâm đĩ là một bộ nguồn ổn định. Do đĩ cần phải kiểm tra nguồn trước tiên.
Đối với nguồn máy tính thì để kiểm tra ta chập chân lệnh P.ON xuống Mass (dùng sợi thiếc đấu dây mầu xanh lá cây vào một dây mầu đen) ,cấp điện cho bộ nguồn và quan sát quạt , nếu quạt quay tít là nguồn đã hoạt động tốt.
Các hư hỏng thường gặp ở nguồn máy tính:
• ••
• Trường hợp nguồn bị chập các đi ốt chỉnh lưu điện áp ra, quạt nguồn chỉ hơi
lắc lư khi cấp điện và chập chân P.ON xuống mass
• ••
• Trường hợp sau đây là nguồn bị mất hồi tiếp nên điện áp ra tăng cao, mạch
bảo vệ hoạt động và ngắt điện áp ra ngay khi nĩ mới hoạt động.
Hình 3.17. Kiểm tra nguồn
3.4.1.2.Kiểm tra mạch điều khiển
Kiểm tra mạch điều khiển, mạch cơng suất, hệ thống điện cĩ bị chập, đứt khơng nhờ đồng hồ đo sử dụng ở chế độ đo điện trở.
Kiểm tra nguồn cấp cho vi điều khiển cĩ ổn định khơng.
Kiểm tra khối cơng suất cĩ bị chập khơng, nguồn cho khối cơng suất cĩ ổn định khơng, lưu ý nguồn của động cơ phay là nguồn 220VAC.
Sau khi kiểm tra ta tiến hành chạy thử động cơ trục X,Y. Ban đâu khi chủa sử dụng phương pháp hạn dịng cho động cơ bước thì khi chạy được một thời gian động cơ, IRF, diode bắt đầu nĩng lên, đường dây cấp nguồn chính cũng nĩng. Khi đã cĩ điện trở hạn dịng thì động cơ, linh kiện và mạch khơng nĩng nữa.
Hình 3.18. Kiểm tra mạch điều khiển
Hình 3.19. Kiểm tra cơng tắc hành trình
3.4.1.3.Kiểm tra phần cơ khí
Kiểm tra hoạt động của bộ phận ổ trượt, ở bộ phận này nếu canh chỉnh khơng tốt thì dễ gây ra hiện tượng kẹt do hai thanh dẫn hướng khơng song song hoặc khi siết ốc làm bĩ chặt ổ bi trượt.
Để canh chỉnh cho bộ phận ổ trượt ta làm các bước sau: Đầu tiên nới lỏng hết các ốc giữ trục dẫn hướng, đối với trục Y ta kéo hệ thống trục X về sát một bên và bắt đầu siết chặt ốc cố định một đầu của 2 trục dẫn hướng, sau đĩ làm tương tự với bên cịn lại. Trục X, Z tương tự như trục Y.
Hình 3.20. Canh chỉnh trục Y
Kiểm tra vitme - bi:
Đầu tiên ta kiểm tra độ rơ của vitme, vitme bị rơ sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến độ chính xác của sản phẩm.
Do phay vật liệu gỗ nên bụi bẩn rất nhiều, do đĩ sau một thời gian sử dụng thì chuyển động nặng hơn. Ta tháo vitme ra khỏi máy và dùng khăn cĩ thấm dầu nhớt để lau, nên cho nhiều dầu nhớt vào ổ bi và xoay ổ bi để bụi bẩn chảy ra ngồi.
Kiểm tra các mối hàn cĩ bị bong trĩc khơng, siết chặt các bu lơng để giảm rung động trong quá trình gia cơng.
3.4.1.4.Kiểm tra động cơ
Cấp điện cho động cơ phay chạy khơng tải kiểm tra động cơ cĩ hoạt động bình thường khơng.
Điều khiển động cơ trục X,Y,Z chạy tiến, lùi kiểm tra, nếu bị kẹt thì tiến hành canh chỉnh lại.
Hình 3.22.Kiểm tra động cơ phay
3.4.2.Cấp dữ liệu cho vi điều khiển
• Mở phần điều khiển trên máy tính ( chương trình VB )
• Gá phơi trên bàn máy phay CNC.
• Vẽ hình cần gia cơng lên AutoCAD và xuất dữ liệu.
• Load file dữ liệu cần cắt.
Hình 3.23. Thiết kế hình cần gia cơng trên Auto CAD
Hình 3.24. Giao diện VB khi load dữ liệu xong
3.4.3.Mơ hình lúc hoạt động
3.4.3.1.Mơ hình lúc reset về vị trí 0
Ban đầu khi cấp nguồn cho mơ hình thì mơ hình sẽ tự động chạy lệnh “RESET” di chuyển mũi dao về vị trí 0. Và khi vi điều khiển nhận dữ liệu từ VB, VĐK kiểm tra nếu nhận đúng và cĩ mã bắt đầu thì mơ hình sẽ kiểm tra lại nếu mơ hình chưa ở vị trí 0 thì sẽ tiếp tục chạy lệnh “RESET”. Sau đĩ mới bắt đầu quá trình gia cơng.
Hình 3.25. Mơ hình ở vị trí 0
3.4.3.2.Mơ hình lúc phay đường thẳng
3.4.3.3.Mơ hình lúc phay hình trịn
Hình 3.27. Mơ hình đang phay hình trịn
3.4.3.4.Mơ hình lúc phay đường cong bất kỳ
3.4.3.5.Sản phẩm hồn chỉnh
3.5.BẢNG THƠNG SỐ SAU KHI CHẠY THỬ HỆ THỐNG
TÊN ĐƠN VỊ THƠNG SỐ
HÀNH TRÌNH Hành trình trục X mm 1000 Hành trình trục Y mm 1150 Hành trình trục Z mm 130 Kích thước bàn mm 1000x1200 TỐC ĐỘ CÁC TRỤC
Tốc độ khơng tải trục X/Y mm/ph 800
Tốc độ khơng tải trục Z mm/ph 800
ĐỘNG CƠ PHAY
Cơng suất động cơ W 380
Tốc độ trục chính Vg/ph 30000 Tốc độ cắt Max mm/ph 565 ĐĨNG HỘP Khối lượng kg 80 KT Chiều rộng mm 1350 KT Chiều rộng mm 1300 KT Chiều cao mm 850 Độ chính xác mm 0.1 Bước dịch chuyển nhỏ nhất mm 0.02
CHƯƠNG 4
4.1. KẾT LUẬN
Sau hơn 4 tháng nghiên cứu, học hỏi và chế tạo dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Trần Văn Hùng, chúng em đã thực hiện thành cơng đề tài “Thiết kế và chế
tạo máy phay CNC (2D)”. Mặc dù cịn rất nhiều thiếu sĩt do kinh nghiệm bản thân
chưa được phong phú, thời gian quá ngắn và đặc biệt là kinh phí cịn quá eo hẹp, nhưng đây sẽ là những kinh nghiệm quý báu để em cĩ thể áp dụng vào trong thực tế sau khi ra trường.
Kết quả đạt được như sau:
+ Kết cấu khung máy CNC vững chắc.
+ Trục vít me bi hoạt động ổn định, êm, ít gây tiếng ồn.
+ Mạch điều khiển, động cơ bước và động cơ phay AC hoạt động ổn định. + Máy hoạt động ổn định, cĩ khả năng phay được hình 2D bất kỳ.
Kết quả chưa đạt được:
Bên cạnh những kết quả đã đạt được thì cịn nhiều hạn chế sau.
Đề tài chỉ dừng lại ở mức phay các hình 2D, chuyển động của trục Z chưa được ổn định do dùng vít me đai ốc.
4.2. ĐỀ XUẤT
Mặc dù mơ hình thiết kế đã chạy rất tốt và ổn định nhưng trong quá trình chế tạo và tham khảo một số tài liệu trên mạng và những máy phay của nước ngồi chúng em thấy đề tài này cĩ thể mở rộng thêm như sau:
+ Tiếp tục nghiên cứu thay thế vít me trục Z thành vít me bi.
+ Thiết kế ụ dao để cĩ thể tự động thay dao trong quá trình gia cơng.
+ Từ những kết quả đạt được ở phần 2D tiếp tục nghiên cứu để phát triển lên thành máy phay 3 trục.
+ Cải tiến phần cơ khí để tăng độ cứng vững cho mơ hình. + Thiết kế cơ cấu kẹp chi tiết chắc chắn.
+ Gia cơng các chi tiết bằng kim loại.
Nhĩm chúng em đưa ra một số phương hướng mở rộng để các bạn sinh viên khĩa sau phát triển thêm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phạm Hùng Thắng, Hướng dẫn, thiết kế chi tiết máy, các wedsite.