Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống điều khiển máy phay CNC 3 trục

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP<br /> <br /> GVHD: ThS. TRẦN LÂM<br /> <br /> MỤC LỤC<br /> Lời nói đầu ............................................................................................................. 6 CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC. ...................................................................................................................... 7<br /> I.Khái quát về các máy công cụ CNC. ........................................................................ 7<br /> 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<br /> <br /> II. Nguyên lý vận hành của máy công cụ điều khiển số ............................................ 10<br /> 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<br /> <br /> III.Hệ thống tính toán và điều khiển.......................................................................... 12<br /> 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<br /> <br /> Kết luận chương I. ..................................................................................................... 17<br /> <br /> CHƯƠNG II:THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY PHAY CNC 3 TRỤC ................................................................................................................... 18<br /> I.Sơ đồ hệ thống và các phần tử trong hệ thống. ...................................................... 18 II.Động cơ AC Servo. ................................................................................................ 19<br /> 2.1.Động cơ AC Servo. ...................................................................................................... 19 2.2.Bộ điều khiển động cơ AC Servo. ................................................................................ 21<br /> <br /> III.Mạch điều khiển AKZ250. .................................................................................... 22<br /> 3.1.Giới thiệu mạch AKZ250. ............................................................................................ 22 3.2.Đặc điểm của mạch AKZ250: ..................................................................................... 23 3.3.Cài đặt và ứng dụng. ................................................................................................... 24<br /> <br /> IV.Biến tần và trục chính. .......................................................................................... 28<br /> 4.1.Trục chính và điều khiển tốc độ trục chính. ................................................................ 28 SVTH: PHẠM QUANG KHẢI SHSV: 20091468 1 Lớp: Cơ điện tử 2 K54<br /> <br /> ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP<br /> <br /> GVHD: ThS. TRẦN LÂM<br /> <br /> 4.2.Tìm hiểu về biến tần. ................................................................................................... 28<br /> <br /> V.Thiết bị đo lường, giám sát và các thiết bị điện. .................................................... 30<br /> 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<br /> <br /> VI. Mô đun thay dao tự động. ................................................................................... 33<br /> 6.1.Xylanh khí nén. ............................................................................................................ 34 6.2.Cơ cấu quay đài dao.................................................................................................... 35 6.3.Thuật toán điều khiển cụm thay dao. .......................................................................... 37<br /> <br /> Kết luận chương 2 ..................................................................................................... 39<br /> <br /> CHƯƠNG III:THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC 3 TRỤC........................................................................................... 40<br /> I. Sơ đồ nguyên lý và các phần tử của hệ thống. ....................................................... 40<br /> 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<br /> <br /> II. Thiết kế mạch điều khiển CNC tương thích với phần mềm Mach3. ..................... 64<br /> 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<br /> <br /> Kết luận chương 3 ..................................................................................................... 72<br /> <br /> CHƯƠNG IV : CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC 3 TRỤC.................. 73<br /> I.Chế tạo. ................................................................................................................... 74 II. Lập trình gia công sản phẩm. ............................................................................... 80 Kết luận chương 4 ..................................................................................................... 87<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 88 Phụ Lục ................................................................................................................ 88<br /> SVTH: PHẠM QUANG KHẢI SHSV: 20091468 2 Lớp: Cơ điện tử 2 K54<br /> <br /> ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP<br /> <br /> GVHD: ThS. TRẦN LÂM<br /> <br /> Mục lục hình vẽ<br /> Số hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 3.1 Tên hình vẽ Mô hình điều khiển DNC Mô hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM Cơ sở của các máy CNC Miêu tả các trục của máy công cụ CNC trong hệ tọa độ Đề các Sơ đồ cấu trúc các khối của hệ CNC Lưu đồ điểu khiển hệ CNC Các bước của khâu chuẩn bị chương trình bằng tay Lưu đồ lập trình bằng máy Cấu trúc của hệ CNC Sơ đồ hệ thống điều khiển máy phay CNC 3 trục Động cơ AC Servo. Cấu tạo động cơ Servo Driver servo và động cơ Servo Sơ đồ ghép nối động cơ với driver Mạch AKZ250 Chân điều khiển các trục Sơ đồ nguyên lý chân điều khiển các trục tọa độ và trục chính Bố trí 16 cổng vào đa mục đích trên AKZ250 Cấu tạo cổng vào của mạch AKZ250 Vị trí 8 đầu ra trên mạch AKZ250 Cấu tạo cổng ra trên Mạch AKZ250 Sơ đồ nối ghép AKZ250 với biến tần Sơ đồ bộ biến tần gián tiếp Biến tần của hãng SEIMENS Dụng cụ đo lường vị trí trên hệ CNC Công tắc hành trình D4MC-5000 Nút nhấn không đèn YW1B Nút dừng khẩn Đèn báo IDEC Nguồn DC 24V Sơ đồ modul thay dao tự động. Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động khí nén Sơ đồ tính toán cơ cấu Man Sơ đồ tính toán cơ cấu Man Sơ đồ thuật toán trả dao Sơ đồ thuật toán lấy dao Sơ đồ hệ thống điều kiển mô hình máy phay CNC Trang 7 8 8 9 11 12 13 14 15 18 19 20 21 21 23 24 25 25 26 26 27 27 29 30 30 31 32 32 32 32 33 34 35 36 37 38 40<br /> <br /> SVTH: PHẠM QUANG KHẢI SHSV: 20091468 3<br /> <br /> Lớp: Cơ điện tử 2 K54<br /> <br /> ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP<br /> 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11<br /> <br /> GVHD: ThS. TRẦN LÂM<br /> 42 43 43 45 49 50 51 52 54 55 57 58 60 61 62 63 64 65 66 67 68 68 69 69 70 70 71 71 73 74 75 76 76 77 77 78 78 79 80<br /> <br /> Sơ đồ cuốn dây động cơ đơn cực. Bố trí các cuộn dây trong động cơ bước lai đơn cực. Cấu tạo rotor của động cơ bước lai đơn cực Bố trí các chân của ic L297 Sơ đồ tín hiệu điều khiển trong chế độ nửa bước Sơ đồ xung điều khiển kiểu đủ bước Sơ đồ khối IC L298 Sơ đồ chân IC L298 Sơ đồ kết nối IC L297 và L298 Sơ đồ nguyên lý driver động cơ bước Cổng LPT 25 chân và bố trí các chân Sơ đồ chức năng các chân cổng LPT Sơ đồ chân IC74HC245 Sơ đồ chân và chức năng các chân của IC 74HC245 Cấu tạo bên trong của IC 74HC245 Sơ đồ nguyên lý mạch đệm LPT Mạch điều khiển CNC tích hợp step driver Sơ đồ đi dây trên board Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển CNC Cổng LPT lấy tín hiệu vào mạch từ máy tính cung cấp Vào cửa sổ thiết lập các chân chức năng trong Mach3 Giao diện cửa số Engine Configuration Port and Pin Cổng lấy tín hiệu vào từ các thiết bị ngoại vi trên mạch CNC Cài đặt cổng vào trong Mach3 Cài đặt cổng vào nút Estop trên Mach3 Cài đặt cổng vào công tắc hành trình trên Mach3 Cổng ra điều khiển động cơ bước trên mạch nguyên lý. Cài đặt cổng ra điều khiển động cơ trên Mach3 Hình ảnh thực mô hình máy phay CNC 3 trục Mô hình 3D máy phay CNC Kết cấu khung đế của mô hình Khung đế sau khi lắp vít mebi và ray dẫn hướng. Hình chiếu đứng mô hình máy phay Hình chiếu cạnh mô hình máy phay Hình chiếu bằng mô hình máy phay Thanh dẫn hướng vuông của hãng Hiwin Thông số chọn ray dẫn hướng Catalog ray dẫn hướng HIWIN HGH 15CA Đai ốc lắp kiểuFSWC<br /> <br /> SVTH: PHẠM QUANG KHẢI SHSV: 20091468 4<br /> <br /> Lớp: Cơ điện tử 2 K54<br /> <br /> ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP<br /> 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21<br /> <br /> GVHD: ThS. TRẦN LÂM<br /> 81 81 81 82 83 83 84 84 85 85<br /> <br /> Quy trình thiết kế và gia công sản phẩm trên mô hình máy phay CNC Lập trình tay trên Notepad Sử dụng phần mềm CAM để mô phỏng gia công là lấy Gcode Các cách để nạp chương trình gia công vào phần mềm điều khiển Phím mở chế độ điều chỉnh trên Mach3 Khung điều khiển các trục tọa độ. Khung điều khiển quá trình gia công Mạch điều khiển trong mô hình Quá trình chạy demo để test mô hình Sản phẩm khắc chữ trên gỗ bằng mô hình<br /> <br /> SVTH: PHẠM QUANG KHẢI SHSV: 20091468 5<br /> <br /> Lớp: Cơ điện tử 2 K54<br /> <br />