ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
BÙI TRƯỜNG
TUẤN ANH
NGUYỄN
THANH
ĐẠI– HỌC
BÁCHTRỌNG
KHOA HÀ
NỘI
GVHD:
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN MÁY VÀ MA SÁT HỌC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC
GIAO TIẾP MÁY TÍNH - ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHAY CNC
MINI 3 TRỤC TRÊN CƠ SỞ PHẦN MỀM MACH3
Giáo viên hướng dẫn: TS.BÙI TUẤN ANH
Th.s.NGUYỄN TRỌNG THANH
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN NGUYÊN
TRƯƠNG MINH PHÚC
ĐỖ THỊ THANH
TRỊNH LONG NHẬT
Lớp
: CD.103B – K57
Hà nội, Ngày….tháng….năm 2015
Cán bộ hướng dẫn
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ DUYỆT
..............................................................................................................................................................
Page
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
BÙI TUẤN ANH – NGUYỄN TRỌNG THANH
GVHD:
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Tuy nhóm chúng em đã cố gắn hết sức, nhưng chắc sẽ không tránh khỏi những sai
sót, mong quý Thầy Cô thông cảm. Chúng em mong nhận được những ý kiến đóng góp
tận tình của quý thầy cô và các bạn. Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn quý
thầy cô và các bạn.
CHƯƠNG I
Page
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
BÙI TUẤN ANH – NGUYỄN TRỌNG THANH
GVHD:
TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
I.Khái quát về các máy công cụ CNC
1.1.Sơ lược về máy CNC và quá trình phát triển
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 các 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.
Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích về quân sự và hàng không vũ trụ
khi mà yêu cầu các chỉ tiêu về chất lượng của các máy bay, tên lửa, xe tăng... là cao nhất.
Ngày nay, lịch sử phat triển NC đã trải qua các quá trình phát triển không ngừng cùng với
sự phát triển trong lĩnh vưc xử lý từ 4 bit, 8 bít... cho đến nay đã đạt đến 32 bit và cho phép
thế hệ sau cao hơn thế hệ trước và mạnh hơn về khả năng lưu trữ và xử lý.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD:
BÙI TUẤN ANH – NGUYỄN TRỌNG THANH
chuyển độngtịnh tiến theo các trục và ba chuyển động quay các trục tương ứng. Một máy
công cụ CNC có thể điều khiển tới sáu trục gồm tịnh tiến theo X, Y, Z, và các trục A,B,C
quay quanh các trục X, Y, Z. Một điểm trong không gian hệ tọa độ Descarte được xác định
tọa độ qua hình chiếu của nó lên ba trục X,Y, Z.
1.3.Đặc điểm và phân loại
Một cách tổng quát các máy công cụ có thể được phân loại theo các đặc điểm sau.
-
Truyền động : Thủy lực, khí nén và điện...
-
Phương pháp điều khiển : Tọa độ quỹ đạo...
-
Hệ thống định vị : Định vị kích thước tuyệt đối và định vị nối tiếp
-
Các vòng lặp điều khiển : Vòng hở, vòng kín, vòng nửa kín.
-
Số trục tọa độ : 3 trục, 4 trục, 5 trục...
Nhóm trung tâm gia công: Khoan, phay, tiện , doa...
1.4.Nguyên lý vận hành của máy công cụ điều khiển số
II. Nguyên lý vận hành của máy công cụ điều khiển số
2.1.Chương trình gia công một chi tiết
-
Chương trình gia công chi tiết bao gồm có các chương trình diếu khiển số và dữ liệu.
-
Chương trình điều khiển được soạn thảo bằng ngôn ngữ lập trình và lưu giữ trong vật
mang tin (băng từ, điac từ hoặc đĩa Compact CD) sau đó được nạp vào hệ điề khiển số
qua cửa nạp tương thích.
-
Dữ liệu gốm các giá trị hiệu chỉnh biên dạng, các dữ liệu hiệu chỉnh máy, các số liệu về
dụng cụ cắt...được nạp vào từ bằng điều khiển.
-
Chương trình điều khiển và dữ liệu được chuyển trực tiếp từ máy chủ sang hệ điều khiển
số của từng trạm gia công (hệ DNC).
2.2.Khối điều khiển
-
•
•
•
Màn hình dùng để hiển thị tọa độ hiện tại của các trục truyền động, trạng thái làm việc
của toàn hệ thống...
Bảng điều khiển để vào dữ liệu điếu chỉnh máy, lập trình gia công, cài đặt hệ thống...
Tay quay điện tử dùng để vận hành máy trong các trường hợp để hiệu chỉnh máy, do chi
tiết...mà phải mở cửa làm việc.
Page
9
•
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD:
BÙI TUẤN ANH – NGUYỄN TRỌNG THANH
Các khối vào ra(I/O), các bộ phận điều khiển truyền động( BĐK) liên lạc với CPU thông
qua một Bus hệ thống. Các khối Flash + Ram để lưu trữ các chương trình điều khển, dữ
liệu máy và liên lạc với CPU thông qua Bú trong của CPU.
III.Hệ thống tính toán và điều khiển
3.1.Khái niệm và phân loại
Hệ điều khiển CNC thực hiện lưu đồ điều khiển như hình 1.6. Giai đoạn đầu tiên, những
thông tin về kích thước công nghệ được đưa sang khâu chuẩn bị chương trình, sau đó là
công việc lập trình điều khiển.
Chương trình điều khiển được đưa vào thiết bị tính toán điều khiển, tạo tín hiệu điều khiển
tính sai số.
Dựa vào các thông tin về công nghệ như chế đọ cắt, dụng cụ cắt, tốc dộ cắt, thành lập
biểu đồ công nghệ.
3.2.2.Chuẩn bị chương trình từ máy vi tính
Chuẩn bị chương trình điều khiển thực hiện bằng tính toán trực tiếp với chi tiết gia công
phức tạp mất nhiều thời gian và độ chính xác không đảm bảo. Ngày nay người ta thường
thực hiện chuẩn bị chương trình nhờ máy tính. Đặc trưng của lập trình bằng máy là việc ứng
dụng một ngôn ngữ lập trình định hướng đối tượng.
Page
11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
BÙI TUẤN ANH – NGUYỄN TRỌNG THANH
GVHD:
Với sự trợ giúp của ngôn ngữ lập trình như vậy ta có thể:
•
•
•
•
•
•
Xác định những nhiệm vụ gia công tương đối đơn giản và không thực hiện các tính toán
bằng tay.
•
Gia công các thuật toán để phục vụ cho các đối tượng cụ thể.
3.3.Cấu trúc hệ điều khiển CNC
Máy tính có nhiệm vụ quản lý, quan sát, lập trình. Ngoài ra nhờ có khối ghép nối
(Interface Bus) để hệ có thể nối mạng với accs máy tính bên ngoài với mục điachs để truyền
dữ liệu, quản lý, theo dõi hoặc điều khiển DCN. Bảng điều khiển và tay quay điện tử dùng
để vận hành máy, vào các dữ liệu, chọn các chế độ làm việc, lập trình gia công...
Page
13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
BÙI TUẤN ANH – NGUYỄN TRỌNG THANH
GVHD:
Khối NC có nhiệm vụ thu thập và xử lý dữ liệu, nội suy, tính toán quỹ đạo, điều phối.
Chức năng của PLC là điều khiển quá trình công nghệ của toàn hệ. Trong một số trường hợp
cả ba khối (NC, PLC, và khối vi điều khiển ) được chế tạo thành một khối, nó đảm bảo toàn
bộ chức năng điều khiển của hệ.
Khối vi điều khiển gồm các Controller (bộ điều khiển vị trí, bộ điều chỉnh tốc độ ...) thực
hiện tất cả các bước cho chuyển động tuyến tính, các chuyển đông phi tuyến để đạt được
biên dạng lập trình.
3.4.Hệ DNC
Máy công cụ CNC được điều khiển theo chương trình số viết bằng các mã kí tự số, các
chữ cái và một số ký tự chuyên dụng khác. Trong đó hệ thống điều khiển có cài đặt các bộ
vi xử lý đảm nhiệm các chức năng cơ bản của chương trình số như: tính toán tọa độ trên các
tương tự nhau. Cấu trúc của tất cả các loại máy CNC đều bao gồm: Phần xử lý trung tâm
( Giao diện người máy và thực hiện nội suy), phần điều khiển servo, động cơ servo, phản
hồi tốc độ, vị trí. Hệ thống điều khiển vòng kín có độ chính xác vị trí rất cao, ngày nay hầu
hết người ta sử dụng phổ biến hệ thống điều khiển là hệ thống vàng kín.
Page
15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD:
BÙI TUẤN ANH – NGUYỄN TRỌNG THANH
Tuy nhiên trong thực tế nghiên cứu của sinh viên trong nước nói chung cũng như sinh viên
đại học Bách Khoa nói riêng, thì việc nghiên cứu chế tạo một máy CNC điều khiển vòng kín
đầy đủ chức năng và bộ phận của một máy CNc tiêu chuẩn là rất khó. Vì giá thành đông cơ
servo và hệ thống dẫn động vitme bi rất đắt và điều kiện nhà xưởng còn hạn chế nên việc
chế tạo một máy cNC đối với sinh viên là rất khó.
Trong đồ án này chúng em tập trung chủ yếu vào việc nghiên cứu các phần tử trong hệ
thống điều khiển của máy CNC tiêu chuẩn. Từ đó bắt tay vào chế tạo một mô hình máy
phay CNC 3 trục cỡ nhỏ.
Mục tiêu của chúng em trong đồ án này là chế tạo được mô hình máy phay 3 trục hoạt động
tốt và có thể gia công được những vật liệu có độ cứng vừa phải như nhôm, gỗ, nhựa. Máy
có thể nhận file G-code và có thể lập trình bằng tay trên phần mềm điều khiển. Các sản
phẩm có thể phay ra
CHƯƠNG II
THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY
PHAY CNC 3 TRỤC
2.1.Phần mềm điều khiển Mach3
2.1.1.Các yêu cầu của phần mềm Mach3
-
+ MDI (Alt-2)
+ Settings (Alt-6)
+ Tool Path (Alt-4)
+ Diagnostics (Alt-7)
Trong 6 trang màn hình điều khiển này được chia thành nhiều nhóm, mỗi nhóm hiển thị
thông tin của nhóm và các nút điều khiển liên quan đến nhóm. Có nhóm xuất hiện trên
nhiều trang cho phép dễ dàng quan sát và điều khiển nhanh chóng.
a. Trang Program run (Alt-1)
Page
17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
BÙI TUẤN ANH – NGUYỄN TRỌNG THANH
GVHD:
.
Hình 3.2. Trang màn hình chính khởi động Mach3
Reset (Emergency Stop):
-
Ref all Home: Trở về tọa độ tham chiếu gốc cho tất cả các trục.
-
Offline: khi chế độ này được chọn đèn offline sẽ sáng lên và mach3 sẽ khóa tất cả các di
chuyển của máy.
-
Machine Coord’s: Khi nút này được nhấn đèn sẽ sáng lên, lúc này tọa độ của các trục
được hiển thị là tọa độ tuyệt đối (tọa độ máy).
Page
19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
BÙI TUẤN ANH – NGUYỄN TRỌNG THANH
-
GVHD:
Soft limits: Đây là chức năng quá của mềm của máy, tức ta thiết lập các vị trí của hành
trình bằng phần mềm, ,máy sẽ liên tục giám sát mọi vị trí di chuyển của các trục nếu có
một mã G code bất kì hay Jog có tọa độ nằm ngoài vùng làm việc cho phép thì phần
mềm sẽ ngắt và báo lỗi, để thiết lập cho Soft limits trên menu bar chọn
Config>homing/soft limits.
*Nhóm điều khiển chương trình:
BÙI TUẤN ANH – NGUYỄN TRỌNG THANH
GVHD:
-
Recent File: Load những chương trình mới cắt gần đây.
-
Close G-Code: Đóng G-Code hiện hành trong vùng G-Code.
-
Load G-Code: Load chương trình cần phay lên vùng Gcode
-
Set Next Line: cài đặt dòng sẽ phay tiếp theo khi ta nhấn nút Cycle Start (để cài đặt dòng
cắt tiếp theo sau khi ta nhấn nút Cycle Start ta nhấn nút Set Next Line và nhập số dòng
vào).
-
Run From Here: Sau khi đã nhập dòng để bắt đầu phay tiếp ta nhấn nút này hệ thống sx
tự động chạy tới dòng ta muốn phay tiếp và chờ nhấn Cycle Start. Khi ta nhấn nút Cycle
Start hệ thống sẽ xuất hiện hộp thoại Preperational Move to hỏi ta có muốn di chuyển
đến tọa độ của câu lệnh trước không.
-
Return: Trở về điểm thay điện cực. Khi nhấn nút này xuất hiện hộp thoại và hệ thống sẽ
hỏi ta có bật Spindle (đầu cắt) không.
-
Jog ON/OFF Ctrl-Alt-J: Tắt mở chức năng chạy bằng tay, khi chế độ này được chọn đèn
Jog
*Phân vùng tốc độ chạy của máy
Hình 3.6.Feed Rate
Page
22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
BÙI TUẤN ANH – NGUYỄN TRỌNG THANH
GVHD:
-
Chức năng: Hiển thị tốc độ chạy của máy.
-
FRO %: Thể hiện % tốc độ của máy.
*Phân vùng Spindle:
Page
23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
BÙI TUẤN ANH – NGUYỄN TRỌNG THANH
Hình 3.7.Spindle Speed
-
Chức năng: Hiển thị + Điều khiển Spindle
-
Spindle Speed: Tốc độ mặc định của spindle
-
S-ov: Tốc độ thực tế của Spindle.
-
SRO%: Thể hiện % công suất làm việc.
-
Nút mũi tên lên xuống để tăng giảm phần trăm.
*Ngoài ra Mach3 còn có chế độ dạy học (Teach):
-
Mach3 có thể nhớ được tất cả các dòng ta đã nhập vào trong vùng Input và lưu lại thành
File MDITeach.tap trong “C:\Mach3\Gcode\”. Ta có thể load FileMDITech.tap bằng
cách nhấn nút Load/Edit file MDI được load lên vùng G-Code (Lưu ý trước khi load file
MDITech.tap nên đóng G-Code hiện hành lại).
-
Để lưu lại các dòng đã nhập thì trước khi nhập ta nhấn nút Start Tech, sau khi nhập ta
nhấn nút Stop Tech để lưu những dòng đã nhập vào file MDITech.tap. Trong quá trình
nhập nếu món bỏ dòng đang nhập ta nhấn phím Esc hoặc nhấp chuột vào nút Stop (Esc).
-
Để nhớ vị trí hiện tại ta nhấn nút Set Variable Position và để trở về vị trí đã nhớ trước đó
ta nhấn nút Gôt Variable Position.
c.Trang Tool Path (Alt-4)
Page
25
Copyright: Tài liệu đại học ©