SVTH: PHẠM QUANG KHẢI Lớp: Cơ điện tử 2 K54
SHSV: 20091468
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. TRẦN LÂM
MỤC LỤC
Lời nói đầu ............................................................................................................. 6
CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
CNC. ...................................................................................................................... 7
I.Khái quát về các máy công cụ CNC. ........................................................................ 7
1.1.Sơ lược về máy CNC và quá trình phát triển. ............................................................... 7
1.2 Cơ sở của máy CNC ...................................................................................................... 8
1.3. Đặc điểm và phân loại. ................................................................................................. 9
II. Nguyên lý vận hành của máy công cụ điều khiển số ............................................ 10
2.1. Chương trình gia công một chi tiết. ........................................................................... 10
2.2. Khối điều khiển. .......................................................................................................... 10
2.3. Điều khiển logic. ......................................................................................................... 10
2.4.Cấu trúc các khối chức năng của hệ CNC. ................................................................. 11
III.Hệ thống tính toán và điều khiển .......................................................................... 12
3.1.Khái niệm và phân loại. .............................................................................................. 12
3.2. Chuẩn bị chương trình điều khiển cho hệ CNC. ........................................................ 12
3.3 Cấu trúc hệ điều khiển CNC. ....................................................................................... 15
3.4. Hệ DNC. ..................................................................................................................... 16
3.5. Hệ thống gia công linh hoạt FMS. ............................................................................. 16
Kết luận chương I. ..................................................................................................... 17
CHƯƠNG II:THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY PHAY CNC 3
TRỤC ................................................................................................................... 18
I.Sơ đồ hệ thống và các phần tử trong hệ thống. ...................................................... 18
II.Động cơ AC Servo. ................................................................................................ 19
2.1.Động cơ AC Servo. ...................................................................................................... 19
2.2.Bộ điều khiển động cơ AC Servo. ................................................................................ 21
III.Mạch điều khiển AKZ250. .................................................................................... 22
3.1.Giới thiệu mạch AKZ250. ............................................................................................ 22
3.2.Đặc điểm của mạch AKZ250: ..................................................................................... 23
3.3.Cài đặt và ứng dụng. ................................................................................................... 24
IV.Biến tần và trục chính. .......................................................................................... 28
4.1.Trục chính và điều khiển tốc độ trục chính. ................................................................ 28
SVTH: PHẠM QUANG KHẢI Lớp: Cơ điện tử 2 K54
SHSV: 20091468
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. TRẦN LÂM
4.2.Tìm hiểu về biến tần. ................................................................................................... 28
V.Thiết bị đo lường, giám sát và các thiết bị điện. .................................................... 30
5.1. Thiết bị đo tốc độ. ....................................................................................................... 30
5.2 Thiết bị đo vị trí. .......................................................................................................... 31
5.3.Công tắc hành trình ..................................................................................................... 31
5.4 Nút bấm điều khiển tắt mở máy. ................................................................................. 31
5.5 Nút dừng khẩn ........................................................................................................... 32
5.6 Đèn báo hiệu .............................................................................................................. 32
5.7. Nguồn DC ................................................................................................................... 32
VI. Mô đun thay dao tự động. ................................................................................... 33
6.1.Xylanh khí nén. ............................................................................................................ 34
6.2.Cơ cấu quay đài dao.................................................................................................... 35
6.3.Thuật toán điều khiển cụm thay dao. .......................................................................... 37
Kết luận chương 2 ..................................................................................................... 39
CHƯƠNG III:THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÔ HÌNH MÁY
PHAY CNC 3 TRỤC. .......................................................................................... 40
I. Sơ đồ nguyên lý và các phần tử của hệ thống. ....................................................... 40
1.1.Sơ đồ nguyên lý điều khiển .......................................................................................... 40
1.2.Động cơ bước. ............................................................................................................. 41
1.3.Driver động cơ bước. .................................................................................................. 44
1.4.Mạch breakout giao tiếp máy tính. .............................................................................. 56
II. Thiết kế mạch điều khiển CNC tương thích với phần mềm Mach3. ..................... 64
2.1.Giới thiệu chức năng mạch CNC. ............................................................................. 64
2.2.Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển CNC. ...................................................................... 66
2.3.Sử dụng các cổng ra vào và cài đặt trên Mach3. ........................................................ 67
Kết luận chương 3 ..................................................................................................... 72
CHƯƠNG IV : CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC 3 TRỤC .................. 73
I.Chế tạo. ................................................................................................................... 74
II. Lập trình gia công sản phẩm. ............................................................................... 80
Kết luận chương 4 ..................................................................................................... 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 88
Phụ Lục ................................................................................................................ 88
SVTH: PHẠM QUANG KHẢI Lớp: Cơ điện tử 2 K54
SHSV: 20091468
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. TRẦN LÂM
Mục lục hình vẽ
Số hình
Tên hình vẽ
Trang
1.1
Mô hình điều khiển DNC
7
1.2
Mô hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM
8
1.3
Cơ sở của các máy CNC
8
1.4
Miêu tả các trục của máy công cụ CNC trong hệ tọa độ Đề các
9
1.5
Sơ đồ cấu trúc các khối của hệ CNC
11
1.6
Lưu đồ điểu khiển hệ CNC
12
1.7
Các bước của khâu chuẩn bị chương trình bằng tay
13
1.8
Lưu đồ lập trình bằng máy
14
1.9
Cấu trúc của hệ CNC
15
2.1
Sơ đồ hệ thống điều khiển máy phay CNC 3 trục
18
2.2
Động cơ AC Servo.
19
2.3
Cấu tạo động cơ Servo
20
2.4
Driver servo và động cơ Servo
21
2.5
Sơ đồ ghép nối động cơ với driver
21
2.6
Mạch AKZ250
23
2.7
Chân điều khiển các trục
24
2.8
Sơ đồ nguyên lý chân điều khiển các trục tọa độ và trục chính
25
2.9
Bố trí 16 cổng vào đa mục đích trên AKZ250
25
2.10
Cấu tạo cổng vào của mạch AKZ250
26
2.11
Vị trí 8 đầu ra trên mạch AKZ250
26
2.12
Cấu tạo cổng ra trên Mạch AKZ250
27
2.13
Sơ đồ nối ghép AKZ250 với biến tần
27
2.14
Sơ đồ bộ biến tần gián tiếp
29
2.15
Biến tần của hãng SEIMENS
30
2.16
Dụng cụ đo lường vị trí trên hệ CNC
30
2.17
Công tắc hành trình D4MC-5000
31
2.18
Nút nhấn không đèn YW1B
32
2.19
Nút dừng khẩn
32
2.20
Đèn báo IDEC
32
2.21
Nguồn DC 24V
32
2.22
Sơ đồ modul thay dao tự động.
33
2.23
Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động khí nén
34
2.24
Sơ đồ tính toán cơ cấu Man
35
2.25
Sơ đồ tính toán cơ cấu Man
36
2.26
Sơ đồ thuật toán trả dao
37
2.27
Sơ đồ thuật toán lấy dao
38
3.1
Sơ đồ hệ thống điều kiển mô hình máy phay CNC
40
SVTH: PHẠM QUANG KHẢI Lớp: Cơ điện tử 2 K54
SHSV: 20091468
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. TRẦN LÂM
3.2
Sơ đồ cuốn dây động cơ đơn cực.
3.3
Bố trí các cuộn dây trong động cơ bước lai đơn cực.
3.4
Cấu tạo rotor của động cơ bước lai đơn cực
3.5
Bố trí các chân của ic L297
3.6
Sơ đồ tín hiệu điều khiển trong chế độ nửa bước
3.7
Sơ đồ xung điều khiển kiểu đủ bước
3.8
Sơ đồ khối IC L298
3.9
Sơ đồ chân IC L298
3.10
Sơ đồ kết nối IC L297 và L298
3.11
Sơ đồ nguyên lý driver động cơ bước
3.12
Cổng LPT 25 chân và bố trí các chân
3.13
Sơ đồ chức năng các chân cổng LPT
3.14
Sơ đồ chân IC74HC245
60
3.15
Sơ đồ chân và chức năng các chân của IC 74HC245
3.16
Cấu tạo bên trong của IC 74HC245
3.17
Sơ đồ nguyên lý mạch đệm LPT
3.18
Mạch điều khiển CNC tích hợp step driver
3.19
Sơ đồ đi dây trên board
3.20
Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển CNC
3.21
Cổng LPT lấy tín hiệu vào mạch từ máy tính cung cấp
67
3.22
Vào cửa sổ thiết lập các chân chức năng trong Mach3
3.23
Giao diện cửa số Engine Configuration Port and Pin
3.24
Cổng lấy tín hiệu vào từ các thiết bị ngoại vi trên mạch CNC
3.25
Cài đặt cổng vào trong Mach3
69
3.26
Cài đặt cổng vào nút Estop trên Mach3
3.27
Cài đặt cổng vào công tắc hành trình trên Mach3
3.28
Cổng ra điều khiển động cơ bước trên mạch nguyên lý.
71
3.29
Cài đặt cổng ra điều khiển động cơ trên Mach3
4.1
Hình ảnh thực mô hình máy phay CNC 3 trục
4.2
Mô hình 3D máy phay CNC
4.3
Kết cấu khung đế của mô hình
75
4.4
Khung đế sau khi lắp vít mebi và ray dẫn hướng.
4.5
Hình chiếu đứng mô hình máy phay
4.6
Hình chiếu cạnh mô hình máy phay
4.7
Hình chiếu bằng mô hình máy phay
4.8
Thanh dẫn hướng vuông của hãng Hiwin
4.9
Thông số chọn ray dẫn hướng
4.10
Catalog ray dẫn hướng HIWIN HGH 15CA
4.11
Đai ốc lắp kiểuFSWC
SVTH: PHẠM QUANG KHẢI Lớp: Cơ điện tử 2 K54
SHSV: 20091468
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. TRẦN LÂM
4.12
Quy trình thiết kế và gia công sản phẩm trên mô hình máy phay
CNC
4.13
Lập trình tay trên Notepad
4.14
Sử dụng phần mềm CAM để mô phỏng gia công là lấy Gcode
4.15
Các cách để nạp chương trình gia công vào phần mềm điều khiển
4.16
Phím mở chế độ điều chỉnh trên Mach3
4.17
Khung điều khiển các trục tọa độ.
4.18
Khung điều khiển quá trình gia công
4.19
Mạch điều khiển trong mô hình
4.20
Quá trình chạy demo để test mô hình
4.21
Sản phẩm khắc chữ trên gỗ bằng mô hình