MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

ĐỀ TÀI: THIÊT
́ KẾVÀCHẾTAO
̣ MAY
́ PHAY CNC MINI

`

GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 1


MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY PHAY CNC MINI
Tốc độ quay của trục chính: Smax= 1500 (vg/ph)
Dụng cụ cắt: Φ2 …Φ6 (mm)
Kích thước bao: 600x400x600.
Hành trình:
• Trục x: 240 (mm).
• Trục y: 280 (mm).
• Trục z: 200 (mm).
Vật liệu chế tạo: Nhôm hợp kim, thép, đồng, nhựa.
Vật liệu gia công: Gỗ, nhựa, mêca, nhôm…
Độ chính xác gia công: .
Điện áp sử dụng: 220 V.
Khối lượng máy: 60 kg.
Công suất: 1kw.
Động cơ truyền động: Sử dụng động cơ bước 24V - 3A
Động cơ trục chính: Sử dụng động cơ Spindle 3 Kw.
Mạch điện: mạch Driver, mạch giao tiếp dùng cổng LPT
Phần mềm điều khiển: Mach3, Kcam

.......................................................................................................................................................................7
.........................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................7
KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CNC.......................................................8
CHƯƠNG I....................................................................................................................................................9
TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC............................................................................................................................9
I.Tổng quan về máy CNC...........................................................................................................................9
1. Khái niệm máy CNC........................................................................................................................9
2.Cấu tạo..........................................................................................................................................11
3.Chức năng.....................................................................................................................................13

GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 3


MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
4.Nguyên lí gia công.........................................................................................................................13
II.Kết cấu chung của máy CNC................................................................................................................14
1. Nguyên tắc cấu trúc của máy CNC

.......................................................................................14

2 Kết cấu cơ khí của máy phay CNC.......................................................................................................16
III.Mạch giao tiếp trong máy CNC...........................................................................................................28
1.Mạch giao tiếp là gì?.....................................................................................................................29

lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương lai của đất nước những
nhiệm vụ nặng nề. Đất nước đang cần sức lực và trí tuệ cũng như lòng nhiệt huyết
của những tri thức trẻ, trong đó có những kỹ sư tương lai. Với sự phát triển nhanh
chóng và mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và trong các lĩnh vực điệnđiện tử – tự động hóa – tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đối từng
ngày
Trong đó Điều khiển chuyển động là một trong những lĩnh vực đa dạng và phát triển nhanh trong
ngành điều khiển và tự động hoá. Trong những hệ thống điều khiển vị trí, tốc độ và moment yêu cầu sự
chính xác cao rất cần đến một thiết bị đáp ứng.Đây là thách thức và các nhà khoa học, nhà sản xuất đã
chế tạo ra một loại động cơ thể làm được nhiệm vụ này đó là động cơ servo. Ngày nay động cơ bước
được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống, các máy công cụ, máy điều khiển số, robot,... yêu cầu sự
chính xác cao. Với các ý nghĩa đó trong môn học Đồ án Hệ thống cơ điện tử với sự hướng dẫn của thầy

GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 5


MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
giáo
Ths. Nguyễn Hông Lĩnh về đề tài “Thiết kế mạch giao tiếp ”.
Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện chắc chắn không tránh được sai sót. Rất mong nhận được sự
đóng góp ý kiến từ các quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện
Tôn Văn Hiếu
Nguyễn Hữu Lợi

LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới thầy Nguyễn Hông Lĩnh truyền đạt cho chúng
em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian vừa qua,thầy đã tận tình giúp
đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình làm “Đồ án môn học” này.

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................
GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 7


MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY
CNC

Điều khiển số (Numerical Control) ra đời với mục đích điều khiển các quá trình
công nghệ gia công cắt gọt trên các máy công cụ. Về thực chất, đây là một quá
trình tự động điều khiển các hoạt động của máy (như các máy cắt kim loại, robot,
băng tải vận chuyển phôi liệu hoặc chi tiết gia công, các kho quản lý phôi và sản
phẩm…) trên cơ sở cá dữ liệu được cung cấp là ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm
các chữ số, số thập phân, các chữ cái và một số ký tự đặc biệt tạo nên một chương
trình làm việc của thiết bị hay hệ thống.
Trước đây, cũng đã có các quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo
chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thủy
lực, cam hoặc điều khiển bằng mạch logic… Ngày nay, với việc ứng dụng các
thành quả tiến bộ của Khoa học-Công nghệ, nhất là trong lĩnh vực điều khiển số và
tin học đã cho phép các nhà Chế tạo máy nghiên cứu đưa vào máy công cụ các hệ
thống điều khiển cho phép thực hiện các quá trình gia công một cách linh hoạt hơn,
thích ứng với nền sản xuất hiện đại và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
Về mặt khoa học: Trong những điều kiện hiện nay, nhờ những tiến bộ kỹ thuật
đã cho phép chúng ta giải quyết các bài toán phức tạp hơn với độ chính xác cao hơn
mà trước đây hoặc chưa đủ điều kiện hoặc quá phức tạp khiến ta phải bỏ qua một
số yếu tố và dẫn đến một kết quả gần đúng. Chính vì vậy đã cho phép các nhà Chế
tạo máy thiết kế và chế tạo các máy với các cơ cấu có hiệu suất cao, độ chính xác
truyền động cao cũng như những khả năng chuyển động tạo hình phức tạp và chính

CNC – viết tắt cho Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) (điều khiển bằng máy tính) – đề cập
đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục đích sản xuất (có tính lập lại) các bộ
phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng kí hiệu

Vì thế, bộ não của máy CNC là
máy tính. Đây không phải là máy tính bình thường mà là máy tính với công suất
tính toán cực nhanh. Hệ điều hành mà nó sử dụng là Fanuc, Fargor hoặc Mazak,
chứ không phải là Windows hay Mac như các máy tính (computer) mà chúng ta
thường dùng hàng ngày (H1.1).
chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G.

GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 9


MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

H1.1- Máy tính được gắn liền với máy CNC thành một khối

Máy tính này sẽ điều khiển các bộ phận cơ khí để cắt gọt kim loại. Chương
trình được viết sẵn và được tự động thi hành khi bạn nhất nút Start. Chương trình
này được dịch ra một thứ ngôn ngữ để máy tính có thể hiểu được. Sau đó, máy tính
chuyển lệnh từ các chương trình qua các mạch điện tử đến điều khiển các bộ phận
cơ khí.
CNC được phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở phòng thí nghiệm Servomechanism
của trường MIT.

GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 10


MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

Gồm hai phần:
phần thân và Auto
Bar (H1.4)

GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 11


MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
H1.4-Cấu tạo máy CNC
Phần Autobar dùng để chứa phôi và đẩy phôi lên bằng hệ thống khí. Khi hết phôi, hoặc kẹt phôi nếu
bạn không xử lí, đèn Autobar sẽ báo hiệu. Nếu hệ thống khí không hoạt động, Autobar lập tức ngừng
hoạt động. Khi thao tác với máy, bạn phải hết sức chú ý đến AutoBar, phải chắc chắn rằng Autobar mở
trước khi cho máy hoạt động.
Chúng ta sẽ tập trung nhiều vào phần thân máy (xem H1.3)

H1.5-Cấu tạo phần thân máy của máy CNC
Đặc điểm và chức năng của các bộ phận: (từ trái sang phải, từ trên xuống dưới trong H1.3)
- Nắp đậy: Khi làm việc, dầu cắt phun vào nơi tiếp xúc giữa phôi và công cụ và bay tung tóe khắp
buồng làm việc. Nếu bạn không đậy nắp này lại, dầu có thể dính vào người bạn. Vì lí do an toàn,
phải đảm bảo nắp đậy trước khi xả dầu cắt.
- Bảng cảnh báo: Hình ảnh trên bảng cảnh báo trong trường hợp này nhắc bạn rằng nếu bạn
không đóng nắp đậy, có thể có những vật bay từ buồng làm việc ra và trúng vào người bạn.
- Ống phun dầu: phun dầu cắt giữa nơi tiếp xúc giữa phôi và lưỡi dao để quá trình gia công có thể
diễn ra. Dầu cắt có 2 tác dụng: Giảm độ mài mòn của lưỡi dao, và làm mát.
- Các ụ dao: chứa các holder.
- Ống đỡ phôi: ngậm phôi thông qua bush.
- Bàn phím nhập dữ liệu: Nơi bạn nhập các câu lệnh dưới dạng mã G và mã M.

GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 12


trục z, dao tịnh tiến theo
trục z hoặc trục x hoặc trục
y.
Dao quay (thường là
drill_khoan), phôi tịnh tiến
hoặc đứng yên.

GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 13


MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
II.Kết cấu chung của máy CNC
1. Nguyên tắc cấu trúc của máy CNC

Phần lớn máy CNC làm việc theo hệ thống kín bao gồm 4 bộ phận sau:
* Bộ phận chương trình: Bộ phận này bao gồm có bản chương trình, cơ cấu di
chuyển chương trình, cơ cấu đọc chương trình. Các máy CNC hiện địa được trang
bị những thiết bị có tính công nghệ cao phục vụ cho việc lập trình và điều khiển
máy. Các máy tính có tốc độ xử lý cao dung lượng bộ nhớ lớn do đó có thể lưu
trong bộ nhớ nhiều chương trình gia công đồng thời. Căn cứ vào bản vẽ chế tạo của
chi tiết mà ta lập được các chương trình gia công cho máy thông qua các câu lệnh.
Từ các câu lệnh đã được lập bộ phận nội suy của máy sẽ thiết lập được đường dịch
chuyển của dụng cụ cắt. Có nhiều cách để lập chương trình cho máy CNC:
Lập trình bên ngoài máy (offline): các chương trình được lập sẵn bên ngoài
sau đó được lưu trữ vào các vật mang tin như đĩa từ, đĩa compact… rồi đưa vào
trong bộ nhớ của máy CNC thông qua các thiết bị đọc hoặc truyền trực tiếp từ máy
tính (đối với những máy CNC có kết nối với máy tính). Cách lập trình này thường
được áp dụng cho những chi tiết phức tạp.
Lập trình trực tiếp trên máy tính (online): các chương trình được lập trực tiếp
tại phân xưởng gia công thông qua bàn phím của máy. Thường áp dụng cho những

có thể gia công bề mặt côn 45.
* Bộ phận liên hệ ngược ( bộ phận phản hồi) và bộ phận đo lường: Để chính
xác cần có hệ thống đo đảm bảo độ chính xác. Để biết được khoảng dịch chuyển
của bàn trượt máy và góc quay của bàn quay, người ta sử dụng cảm biến đo gia số,
bộ mã góc và xenxin. Vị trí bàn máy thường không đo trực tiếp qua hệ thống đo
trên các sống trượt của thân máy mà đo gián tiếp qua việc đo góc tại các cơ cấu
chuyển động. Cảm biến đo dịch chuyển là thươc đo có khắc vạch, các tấm khắc
vạch không tiếp xúc qua ánh sáng hoặc từ tính. Khi đo theo phương pháp ánh sáng
đi qua người ta thường dùng thước vạch bằng thủy tinh có các vạch không cho ánh
sáng đi qua và các khe hở cho ánh sáng đi qua. Thiết bị quét gồm một nguồn sáng
mạnh, một tấm quét và một hệ thống đánh giá điện tử. Các tấm quét giống như một
cái thước có khắc vạch không cho ánh sáng đi qua và khe hở cho ánh sáng đi qua.
Khi các khe hở của thước và của các tấm quét đứng đối diện mét cách chính xác,
ánh sáng từ nguồn sáng có thể đến được các đi-ốt quang điện rất nhạy cảm với ánh
sáng và được đnáh giá bằng điện tử. Tín hiệu sáng, tối sẽ được thiết bị đếm xung
ghi nhận và từ đó tính được khoảng dịch chuyển của bàn máy. Tùy theo bước chia
của thước mà ta sẽ có được độ chính xácđo tương ứng và xác định được chính xác
vị trí bàn máy.
2 Kết cấu cơ khí của máy phay CNC

2.2.1. Bộ phận thân máy.
Thân máy phải đảm bảo độc cứng vững, kết cấu gọn nhẹ. Thân máy có nhiệm
vụ đỡ toàn bộ các bộ phận của máy có chuyển động tương đối với nhau để tạo ra
quá trình cắt gọt. Vì vậy kết cấu của thân máy phải đảm bảo chống được rung động
trong quá trình gia công. Thân máy bao gồm các bộ phận sau:

GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 16


MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 19


MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 20


MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 21


MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

H 1.11- Trục Z
1 - Khung.
2 - Gân tăng cứng.
3 - Công tắc hành trìn
h.
4 - Cụm đường hướ
ng.
5 - Hệ thống lắp trục
vít me đai ốc bi.
2.2.4. Bộ phận trục Y
.
Nhiệm vụ: Thực
hiện


GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 23


MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

H1.13-. Đầu máy
1 - Khung
2 - Xy lanh khí
nén
3 – Trục chính
4 – Động
điện

cơ

5 – Puly
động

dẫn

6 - Đai truyền.

2.2.6. Bộ phận
xylanh khí nén
Nhiệm vụ:
Thực hiện nhiệm
vụ
thay
dao