Đồ án tốt nghiệp MÁY KHẮC CNC TRÊN BIÊN DẠNG CONG thiết kế máy CNC 3 trục điều khiển bằng phần mềm MACH3
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
TÊN ĐỀ TÀI: MÁY KHẮC CNC TRÊN BIÊN DẠNG CONG
NỘI DUNG YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI :
thiết kế máy CNC 3 trục điều khiển bằng phần mềm MACH3
- Cơ khí:
+ Thiết kếvà thi công máy chính xác 1/100 mm.
+ Thiết kế trục X, Z, A vuông góc chính xác, cứng vững
- Điện tử:
+ Thiết kế mạch điều khiển động cơ bước chịu dòng cao (6A)
+ Thiết kế mạch nguồn, mạch giao tiếp cổng LPT cách ly input và output
+ Thiết kế mạch điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ trục chính
- Phần mềm:
+Phần mềm MACH3
- Mục tiêu đề tài:
+ Hệ thống chạy ổn định không xảy ra lỗi
+ Chạy nhanh, chính xác tọa độ và năng suất cao
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.. 3
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.. 4
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN.. 5
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN.. 6
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CNC.. 10
1.1 Khái niệm:10
1.2 Lịch sử phát triển................................................ 10
1.3Phân loại:12
1.3 Ưu điểm cơ bản của máy CNC:13
CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY CNC.. 14
2.1 Chọn cơ cấu dẫn động.14
2.1.1 Động cơ dẫn động cho các trục.14
2.2 Lựa chọn phương án di chuyển giữ các trục. 15
2.2.1 Phương án phôi di chuyển trên trục A, trục chính di chuyển theo trục X và Z:15
KẾT LUẬN:16
2.3 Lựa chọn cơ cấu truyền động. 16
KẾT LUẬN:16
CHƯƠNG III: KẾT CẤU VÀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT CỦA MÁY CNC ROUTER 3 TRỤC.. 16
3.1 Nguyên lý hoạt động............................................ 16
Trục Z:17
Trục X:18
Trục A:19
CHƯƠNG IV: KẾT NỒI MÁY TÍNH.. 19
4.1 Chuẩn RS 232:19
4.1.1 Slot card:21
4.1.2 USB:24
4.1.3 Cổng song song LPT (LPT port hay parallel port):24
CHƯƠNG V: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.. 30
5.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MACH3. 30
5.1.1.Tính năng cơ bản và chức năng cung cấp bởi Mach3:30
5.1.2 Vấn đề cần giải quyết khi áp dụng vào thực tế :30
5.2 CÁCH XÁC LẬP THÔNG SỐ TRONG PHẦN MỀM MACH3. 31
5.2.1.Xác lập các chân vào ra của cổng máy in cho phù hợp với mạch điều khiển.31
5.2.2 Xác lập đơn vị đo của motor tuning:38
5.2.3 Xác lập thông số cho các trục.39
5.2.4.Các nút cơ bản và thông dụng trên giao diện của Mach 3.42
5.3 CÁC CHỨC NĂNG CỦA PHẦN MỀM MACH3. 44
5.3.1 Chạy một file Gcode. 44
5.3.2 Nhập một đoạn G-code bằng tay. 44
VI. HƯỚNG DẪN CƠ BẢN SỬ DỤNG MASTER CAM X2. 45
6.1 Kết luận. 64
CHƯƠNG VII: TỦ ĐIỆN VÀ CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN. 65
7.1 Sơ đồ điện....................................................................... 66
7.2 Driver động cơ (TB6560)................................................ 67
7.3 Cấu trúc module điều khiển động cơ bước củaTB6560 ... 68
7.3.1 Chức năng các chân.................................................... 68
7.3.2 Chức năng các khối.................................................... 70
7.3.3 Sơ đồ ghép nối với mạch điều khiển............................. 71
CHƯƠNG VIII: ĐỘNG CƠ BƯỚC VÀ TRỤC CHÍNH............................................................................................. 73
8.1Động cơ dẫn động cho các trục......................................... 73
8.1.1 Động cơ bước ( stepping motor)................................... 73
8.2 Máy đa năng multi pro.................................................... 76
CHƯƠNG IX : KẾT LUẬN............................................ 77
9.1 Kết quả đạt được:............................................................ 77
9.2 Kết quả chưa đạt được:.................................................... 77
9.3 Hướng phát triển của đề tài:............................................ 78
CHƯƠNG X : BẢO DƯỠNG MÁY.............................. 78
10.1 BẢO QUẢN HẰNG NGÀY :....................................... 78
10.2 BẢO QUẢN HÀNG NĂM :......................................... 78
CHƯƠNG XI : KHUYẾN CÁO KHI SỬ DỤNG MÁY............................................................................................. 79
11.1 KIỂM TRA CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO :.................. 79
PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ ĐỒ ÁN.............. 80
LỜI CẢM ƠN.................................................................... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 83
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CNC
1.1 Khái niệm:
CNC ( computer numerical control ) là một dạng máy NC điều khiển tự động có sự trợ giúp của máy tính , mà trong đó các bộ phận tự động được lập tình để hoạt động theo các sự kiện tiếp nối nhau với tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra được mẫu vật với hình dạng và kích thước yêu cầu.
1.2 Lịch sử phát triển:
CNC (Computer Numerical Control) có tiền là thân máy NC (Numerical Control) là các máy công cụ tự động dựa trên lập lệnh được mã hóa giữa các con số, các chữ cái, các ký tự mà bộ xử lý trung tâm có thể hiểu được. Những con số, chữ cái, kí tự lập lệnh dùng để biểu thị khoảng cách, vị trí, chức năng hay trạng thái của máy, có thể hiểu và thao tác trên phôi.
NC được sớm sử dụng trong cách mạng công nghiệp, vào năm 1725 khi các máy dệt ở Anh sự dụng các tấm bìa đục lỗ để tạo các hoa văn trên quần áo. Thậm chí sớm hơn nửa, những chiếc đánh chuông tự động được sử dụng ở nhà thờ lớn Châu Âu và một số nhà thờ Châu Kỳ. Năm 186, máy chơi piano đầu tiên ra đời. Nó dùngcác cuộn giấy đục lổ sẵn, dựa vào các lỗ thủng đó để tự động điều khiển các phím ẩn.
- Nguyên lý của sản xuất hàng loạt, được phát triển bởi Eli Whitney, đã chuyển đổi nhiều công đoạn và chức năng thông thường phải dựa trên kĩ năng của người thợ thủ công nay được làm trên máy .Khi nhiều máy chính xác hơn ra đời,hệ thống sản xuất hàng loại nhanh chóng được nền công nghiệp chấp nhậnvà đưa vào sảb xuất một số lượng lớncác chi tiết giống hệt nhau.Ở nữa sau thế kỉ 19,một lượng lớn các máy công cụ ra đời dùng trong hoạt động gia công kim loại như máy cắt,máy khoan, máy cán, máy mài, Cùng với nó,các công nghệ điều khiển bằng thủy lực ,khí nén,bằng điện cũng được phàt triển,điều khiển chuyển động đòi hỏi sự chính xác trở nên dễ dàng hơn.
- Năm 1947,không lực Hoa Kỳ thấy rằng sự phức tạp trong thiết kế và hình dạng của các chi tiết máy bay,như cánh quạt của trực thăng hay các chi tiết của đầu phóng tên lửa chính là nguyên nhân của các nhà sản xuấtkhông giao hàng đúng hẹn.Khi đó John Parsons,Parsons Corporation, thành phố Traverve,bang Michigan đã bắt đầu nghiên cứu với ý tưởngvề một chiếc máy bay công cụ có thể thao tác ở mọi góc độ,sử dụng dữ liệu số để điều khiển chuyển động của máy. Năm 1949,USAMC giao cho Parsons một hợp đồng phát triển NC và phương pháp tăng tốc trong sản xuất.Parsons sau đó đã chuyển thầu cho phòng thí nghiệm Servomechanism – đại học Masachusetts Institute of Technology (MIT).Năm 1952 họ đã thành công với chiếc máy bay có đầu cắt chuyển động 3 chiều. Rất nhanh sau đó,hầu hết các nhà sản xuất công cụ đều cho ra máy NC. Năm 1960,tại triễn lãm các công cụ tại Chicago,hơn 100 máy NC được trưng bày.Hầu hết các máy này đều giống nhauở nguyên tắc điều khiển,vị trí điểm-điểm.nguyên lý máy NC được thiế lập một cách vững chãy.
- Từ đây NC được cải tiến nhanh chống trong công nghiệp điện tử để phát triển các sản phẩm mới. Các bộ phận điều khiển trở nên nhỏ hơn,đáng tin cậy và rẽ hơn. Sự phát triển của các máy công cụ các bộ điều khiển khiến cho chúng ta được sử dụng nhiều hơn.
- Cho đến năm 1976,những máy NC hoàn toàn tự động theo chương trình mà c ác thông tin viết dưới dạng số đã được sử dụng rộng rãi. Cũng vào năm đó người ta đã đưa 1 máy tính nhỏ vào hệ thống điều khiển máy NC nhầm mở rộng đặc tính điều khiển và mở rộng bộ nhớ của máy,các máy được gọi là CNC (Computer Numberial Control ). Vào năm đó,các chức năng trợ giúp cho quá trình gia công ngày càng phát triển.Vào năm 1965, hệ thống thay dao tự động được đưa vào sử dụng, năm 1975 hệ thống CAD – CAM –CNC ra đời. Năm 1984,thì đồ họa máy tính phát triển, được ứng dụng để mô phỏng quá trình gia công trên máy công cụ điều khiển số.
- Năm 1994, hệ NURBS ( Not uniforme rational B-Spline )giao diện phần mềm CAD cho phép mô phỏng xếp bề mặt nội suy phức tạp trên màn hình, đồng thời nó cho phép tính toán và đưa ra các phương trình toán học mô phỏng các bề mặt phức tạp từ đó tính toán chính xác đường nội suy với độ mịn,độ sắc nét cao.
- Cho đến ngày nay , người ta còn sử dụng công nghệ nano vào hệ thống điều khiển CNC. Năm 2001 hãng FANUC đã chế tạo hệ điều khiển nano cho máy CNC ,mở ra một trang mới về công nghệ chế tạo máy công cụ.
1.3 Phân loại:
Các máy CNC có thể phần chia theo loại và theo hệ thống điều khiển:
- Theo loại máy cũng tương tự như các máy công cụ truyền thống , chia ra các loại như máy khoan CNC , máy phay CNC , máy tiện CNC…và các trung tâm gia công CNC Các trung tâm CNC có khả năng thực hiện gia công nhiều loại bề mặt và sử dụng nhiều loại dụng cụ khác nhau.
- Phân chia theo hệ điều khiển có thể phân ra các loại:
+ Các máy điều khiển điểm tới điểm.
+ Ví dụ như máy khoan, khoét, máy hàn điểm, máy đột, dập…
+ Các máy điều khiển đoạn thẳng : đó là các máy có khả năng gia công trong quá trình thực hiện dịch chuyển theo các trục.
+ Các máy điều khiển đường : bao gồm các máy
- Máy 2D
- Máy 3D
- Điều khiển 2D1/2
- Điều khiển 4D , 5D
1.4 Ưu điểm cơ bản của máy CNC:
- So với các máy điều khiển công cụ bằng tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung, chương trình được đưa vào máy. Người điều khiển chỉ chủ yếu theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy.
- Độ chính xác lằm việc cao. Thông thường các máy CNC có độ chính xác máy là 0.01mm do đó có thể đạt được độ chính xác cao hơn
Tốc độ cắt cao. Nhờ cấu trúc cơ khí bền chắc của máy, Những vật liệu cắt hiện đại như kim loại cứng có thể sử dụng tốt hơn .
CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY CNC
2.1 CHỌN CƠ CẤU DẪN ĐỘNG
2.1.1 Động cơ dẫn động cho các trục.
Động cơ bước ( stepping motor)
Hình 2.1
Ưu điểm: Không chổi than:Không xảy ra hiện tượng đánh lửa chổi than làm tổn hao năng lượng, tại một số môi trường đặc biệt (hầm lò...) có thể gây nguy hiểm.
Tạo được mômen giữ: Một vấn đề khó trong điều khiển là điều khiển động cơ ở tốc độ thấp mà vẫn giữ được mômen tải lớn. Động cơ bước là thiết bị làm việc tốt trong vùng tốc độ nhỏ. Nó có thể giữ được mômen thậm chí cả vị trí nhờ vào tác dụng hãm lại của từ trường rotor.
Điều khiển vị trí theo vòng hở:Một lợi thế rất lớn của động cơ bước là ta có thể điều chỉnh vị trí quay của roto theo ý muốn mà không cần đến phản hồi vị trí như các động cơ khác, không phải dùng đến encoder hay máy phát tốc (khác với servo).
Độc lập với tải: Với các loại động cơ khác, đặc tính của tải rất ảnh hưởng tới chất lượng điều khiển. Với động cơ bước, tốc độ quay của rotor không phụ thuộc vào tải (khi vẫn nằm trong vùng momen có thể kéo được). Khi momen tải quá lớn gây ra hiện tượng trượt, do đó không thể kiểm soát được góc quay.
Nhược điểm: phạm vi ứng dụng là ở lĩnh vực công suất nhỏ và trung bình, hiệu suất thấp hơn các loại động cơ khác.
Phân loại:Động cơ bước cơ bản được chia theo cực và nam châm:
1: Động cơnam châm vĩnh cửu
2: Động cơ lai
3: Động cơ đơn cực
4: Động cơ lưỡng cực
Các loại trên có thể giao nhau tùy mục đích sử dụng.
So sánh giữa các loại:
So sánh động cơ đơn cực và lưỡng cực:
Động cơ loại lưỡng cực sẽ có moment sinh ra nhiều hơn 30% so với loại đơn cực có cùng kích thước. Tuy nhiên động cơ loại lưỡng cực lại có mạch điều khiển phức tạp hơn so với loại đơn cực.
So sánh động cơ lai và động cơ nam châm vĩnh cửu:
Step size :
Nam châm vĩnh cửu : (3,6 - > 7,5 ) độ
Lai : (0.9 - > 3.6 ) độ
Và để có độ phân giải nhỏ hơn, chúng ta có thể sử dụng thêm hộp giảm tốc.
Moment :
Moment là một trong những vấn đề quan trọng khi lựa chọn động cơ bước.
- Moment giữ: là moment cần thiết để xoay trục động cơ khi cuộn dây được cấp điện.
- Moment kéo: là moment sinh ra khi động cơ xoay ở vận tốc ổn định, moment này chống lại khả năng tăng tốc của động cơ mà không bị trượt bước.
- Moment kéo ra: moment này có thể làm cho động cơ di chuyển khi đang động cơ đang hoạt động.
- Moment chốt: là moment đòi hỏi để xoay động cơ khi cuộn dây động cơ không cấp điện.
2.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN DI CHUYỂN GIỮA CÁC TRỤC
2.2.1 Phương án phôi di chuyển trên trục A, trục chính di chuyển theo trục X và Z.
Đặc điểm:
Phần cố định bao gồm khung máy hay bệ đỡ, các trục trượt, động cơ và cơ cấu truyền động của trục X và Y gắn cố định với khung máy.
Trục X và Z đều trượt trên các thanh trượt gắn cố định ở khung, trục Z trượt trên trục X nên trục X có gắn các thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động của trục Z.
Ưu điểm là cấu tạo máy đơn giản hơn, gia công lắp ghép các chi tiết của máy dễ dàng hơn, độ cứng vững cao.
Nhược điểm: không gian làm việc bị giới hạn, nhỏ, không lắp cố định được trục A trên đế máy mà phải lắp trên bàn gá di động của trục X và do đó bàn gá phải đủ độ dày, .… phải đủ lớn để đảm bảo độ cứng vững khi gia công chi tiết có chuyển động quay quanh trục và sinh ra tải trọng va đập.
KẾT LUẬN:
Với mục đích sử dụng mô hình thí nghiệm, giảng dạy nên nhóm chọn phương án phôi cố định hoặc chuyển động tròn quanh trục A nhờ mâm tĩnh. Trục chính di chuyển tịnh tiến theo các phương X và Z
2.3 Lựa chọn cơ cấu truyền động
A: Vít me bi:
Đây là dạng vít me đai ốc thay vì ma sát trượt thông thường thì đây là tiếp xúc giữa vít me và đai ốc thông qua các viên bi được chuyển thành ma sát lăn. Điều này đem đến một ưu điểm lớn: chỉ cần một lực quay rất nhỏ đã có thể làm cho đai ốc chuyển động.
Độ chính xác di chuyển cao do không có độ rơ giữa vít me và đai ốc.
KẾT LUẬN:
Chọn phương án gá phôi cố định dùng vít me đai ốc bi làm cơ cấu truyền chuyển động cho các trục. nhóm quyết định chọn phương án này vì thiết kế cơ khí đơn giản, hệ thống cứng vững hơn, đảm bảo được các yêu cầu một máy CNC ở mức độ mô hình ứng dụng học tập.
CHƯƠNG III: KẾT CẤU VÀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT CỦA MÁY CNC 3 TRỤC
3.1 Nguyên lý hoạt động:
Khi cần gia công một chi tiết gỗ ta sẽ lập trình bằng 1 phần mền trên mấy tính được hiển thị trên màng hình sao đó lệnh sẽ thực hiện thông qua dây dẫn (wires) làm cho động cơ bước quay theo hai chiều thuận nghịch, tùy theo lệnh trong máy tính thông qua nối trục (couplings) làm trục vitme (ball screw) quay dẫn các kết cấu gắn trên trục vit me chuyển động tịnh tiến thực hiện quá trình gia công.
Trục Z:
|
Thành phần chính |
Thông số |
|
Động cơ bước |
2A, 6VDC, 1.8 deg/step |
|
Vít me |
Bước ren 6.3 mm; Độ dài 222 mm; Vùng làm việc 200 mm |
|
Thanh trượt |
Độ dài 250mm Số lượng con trượt2 |
Dùng động cơ bước dẫn động cho bàn se dao thông qua vít me.
Chọn loại động cơ bước có Vít me xuyên thân.
Hình 3.1
Khi động cơ quay, giữ cố định một đầu vít me thì thân động cơ sẽ di chuyển dọc vít me.
Vì hành trình di chuyển của trục Z ngắn (222mm) nên chọn phương án trên để đạt được kết cấu đơn giản (không dùng khớp nối mềm). Thân động cơ được gắn cố định trên thân trục X.
Trục X:
|
Thành phần chính |
Thông số |
|
Động cơ bước |
2A, 6VDC, 1.8 deg/step |
|
Vít me |
Bước ren 6.3 mm ; Độ dài 375mm ; Vùng làm việc 300 mm |
|
Thanh trượt |
Độ dài 400 mm; Số lượng con trượt 2 |
Cơ cấu dẫn động sử dụng vít me đai ốc bi, hai đầu vít được đỡ bằng ổ đỡ vòng bi, gá lên thân trục X theo kiểu đẩy kéo để triệt tiêu bậc tự do chuyển động tịnh tiến theo phương dọc trục.
Động cơ bước truyền momen xoắn cho vít me thông qua khớp nối mềm kiểu Cardan để cho hiệu suất truyền động là lớn nhất
Cơ cấu trượt của trục X dùng hai thanh trượt và 4 con trượt bi để tăng cường độ cứng vững cho toàn bộ hệ trục trên. Thanh trượt được gắn cố định với đế máy bằng đai ốc.
Kết cấu trục X được thiết kế theo phương án thẳng đứng gồm hai tắm nhôm hộp được bắt ốc vuông góc nhau để đỡ trục Z và gắn bằng đai ốc vào hai tắm nhôm.
Trục A:
|
Thành phần chính |
Thông số |
|
Động cơ bước |
2A, 6VDC, 1.8 deg/step |
|
Hộp giảm tốc |
1/15 |
|
Mâm tĩnh |
Dmin=127 mm, Dmax=138mm |
Cơ cấu dẫn động gồm hộp giảm tốc motor bước.
Động cơ được lắp ở phía dưới tắm nhôm.
Mâm tĩnh gắn cố định vào trục Ø20 . Trục là một thanh sắt đặc được bắt ốc vào cụm nhôm, và cụm nhôm được gắn chặt vào tắm nhôm dưới bằng đai ốc.
CHƯƠNG IV: KẾT NỐI MÁY TÍNH
4.1 Chuẩn RS 232
Để các thiết bị thu phát có thể làm việc có hiệu quả và không gặp rắc rối khi làm việc phối hợp, từ lâu người ta đã đặt ra các tiêu chuẩn cho các cổng vào/ra tín hiệu tuần tự trong các thiết bị số. Đó là chuẩn RS 232, với các giắc cắm chữ D dao động từ 4 đến 37 chân.
RS 232 được dùng chủ yếu trong việc giao tiếp điểm – điểm giữa hai thiết bị đầu cuối (DTE) vd giữa hai máy tính, giữa máy tính và máy in, giữa DT và DCE – thiết bị giao tiếp dữ liệu, giữa một mính tính và mô-đun.
Ngày nay, RS 232 là chuẩn giao diện I/O được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, do chuẩn này ra đời lâu, trước khi có họ vi điện tử TTL, vì vậy mức điện áp vào/ra của nó không tương thích với TTL. RS 232 sử dụng phương thức truyền thông không dối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất.
Ở RS 232 mức logic một tương ứng từ -3V đến -25V, còn mức logic 0V tương ứng từ +3V đến +25V, khoảng từ -3V đến +3V không xác định.
Chính vì từ -3V đến +3V không được định nghĩa, trong trường hợp thay đổi giá trị logic từ 0 lên 1 hoặc từ 1 xuống 0 một tín hiệu phải vượt qua quãng quá độ trong một thời gian ngắn hợp lí. Điều này dẫn đến việc phải hạn chế về điện dung của các thiết bị tham gia và cả đường truyền. Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài của dây dẫn. Đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ với tốc độ 19.2 kBd (chiều dài cho phép 30 – 50m).
Chế độ làm việc của hệ thống RS 232 là hai chiều toàn phần (full-duplex), tức là hai thiết bị tham gia có thể thu và phát cùng lúc. Như vậy việc thực hiện truyền thông cần tối thiểu ba day dẫn – trong đó hai dây tín hiệu nối chéo với các đầu thu phát của hai trạm và một dây đất. Với cấu hình tối thiểu này, việc đảm bảo an toàn truyền dẫn thuộc về trách nhiệm của phần mềm.
Để phân biệt , người ta sử dụng ký hiệu DB 25P để chỉ đầu đực (Plug – cắm vào) và DB 25S để chỉ đầu cái (Socket). Không phải tất cả các chân của DB 25 đều được sử dụng, do đó IBM đưa ra phiên bản chuẩn vào/ra nối tiếp chỉ có 9 chân, gọi là DB 9.
Hình 4.1: DP 9
Ưu điểm:
vTruyền tính hiệu đi được khá xa.
vDễ lập trình điều khiển vì hầu hết các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng đều đa tích hợp sẵn module điều khiển cổng nối tiếp.
Nhược điểm:
vTính hiệu truyền nối tiếp nên việc đồng bộ chuyển động các trục khó khăn.
vSử dụng chuẩn RS-232 không tương thích TTL . Phải có module chuyển đổi qua lại giữa RS-23.
4.2 Slot card
Trong máy tính người ta chế tạo sẵn các slot cho phép người sử dụng tính năng của máy bằng cách gắn các thiết bị vào đó.
Mỗi slot đều có các đường dữ liệu (data), địa chỉ (address), các đường +5v, -5v, +12v, -12v và các đường điều khiển như CLK, IRQ, RESET, IOW, IOR…vì vậy nếu thiết kế mạch giao tiếp qua slot sẽ giảm được nhiều linh kiện, giảm được nguồn bên ngoài, dễ điều khiển giá thành thấp, tốc độ truyễn dữ liệu nhanh.
Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm thì giao tiếp qua slot cũng có những nhược điểm. Do slotcard gắn bên trong máy tính nên cách giao tiếp này khó có thế nhận dữ liệu từ bên ngoài vào, và cũng bị hạn chế về khoảng cách làm việc đồng thời mỗi khi sử dụng đều phải mở máy tính gây bất tiện cho người sử dụng.
Các rãnh cắm trong máy tính PC:
- Trên máy tính PC/XT rãnh cắm trong máy tính chỉ có một loại có độ rộng 8bit và tuân theo tiêu chuẩn ISA (Industry Standard Architecture).
- Từ máy tính AT trở đi việc bố trí chân trên các rãnh cắm phức tạp hơn, tùy theo tiêu chẩn khi chọn máy tính các loại rãnh cắm theo tiêu chuẩn khác nhau có thể được kiểm tra như sau:
vRãnh cắm 16 bit theo tiêu chuẩn ISA (Industry Standard Architecture).
vRãnh cắm PS/2 16 bit theo tiêu chuẩn MCA (Industry Standard Architecture).
vRãnh cắm 32 bit theo tiêu chuẩn VESA.
vRãnh cắm 32 bit theo tiêu chuẩn PCI.
Cho đến nay các card dùng để giao tiếp với máy tính đều tuân theo tiêu chuẩn ISA.
4.3 USB
USB dùng để hỗ trợ trao đổi dữ liệu giữa một máy chủ (host) với các thiết bị ngoại vi được nối với nó. Bus USB cho phép thiết bị ngoại vi được ghép nối với máy tính chủ được cấu hình, được sử dụng một cách độc lập trong khi máy tính chủ và thiết bị ngoại vi khác đang hoạt động (đó là đặc tính Plug and Play).
Qua ổ cắm USB trên máy tính có thể lấy điện áp ra +5V với dòng tiêu thụ khoảng 100mA, trong một số trường hợp có thể lấy dòng tiêu thụ đến 500mA.
Hai đường dẫn dữ liệu D+ và D- là các tín hiệu vi sai với mức điện áp bằng 0/3.3V. Điện áp nguồn nuôi của USB có thể lên đến +5.25V.
Và khi chịu dòng tải lớn có thể giảm xuống +4.2V, nếu bổ sung một vi mạch ổn áp có thể tạo ra một điện áp ổn định +3.3V.
Toàn bộ hệ thống được thiết kế sao cho khi chịu dòng tải lớn điện áp nguồn không vượt quá +4.2V. Khi thiết bị ghép nối cần dòng lớn hơn 100mA cần xem xét kỹ khả năng cung cấp và chịu tải của linh kiện trong máy tính.
- Ưu điểm:
vGhép nối đơn giản do ổ cắm đã được chuẩn hóa.
vLinh hoạt trong khi sử dụng.
vTriển khai đơn giản và rẻ tiền.
vTốc độ tương đối cao và có thể ghép nối nhiều thiết bị ngoại vi cùng lúc.
- Nhược điểm:
vChi phí để sử dụng mạch AKZ250 (mạch điều khiển máy CNC dùng cổng USB) là khá cao.
4.4 Cổng LPT
Cổng LPT hay còn gọi là cổng song song, tên gọi của cổng song song bắt nguồn từ kiểu dữ liệu truyền qua cổng này: các bit dữ liệu được truyen song song hay nói cụ thể hơn là byte nối tiếp còn bit song song.
Cấu trúc cổng LPT rất đơn giản với tám đường dữ liệu, một đường dẫn mass chung, bốn đường dẫn điều khiển để chuyển các dữ liệu điều khiển và năm đường dẫn trạng thái ngược về máy tính. Giao diện song song sử dụng các mức logic TTL, vì vậy việc sử dụng trong mục đích đo lường và điều khiển có phần đơn giản.
Khoảng cách cực đại giữa cổng song song và thiết bị ngoại vi bị hạn chế vì điện dung kí sinh và hiện tượng cảm ứng giữa các đường dẫn có thể làm biến dạng tín hiệu. Khoảng cách giới hạn là 8m, thông thường chỉ cỡ 1.5 – 2m. Khi khoảng cách ghép nối trên 3m nên xoắn các đường dây tín hiệu với đường nối đất theo kiểu cặp dây xoắn hoặc dùng loại cáp dẹt nhiều sợi trong đó mỗi đường dẫn dữ liệu điều nằm giữa hai đường nối mass. Tốc độ truyền dữ liệu qua cổng LPT phụ thuộc vào linh kiện phần cứng được sử dụng. Lưu ý: việc tăng khoảng cách truyền dữ liệu qua cổng LPT không chỉ làm tăng khả năng gây lỗi đối với đường dữ liệu được truyền mà còn làm tăng chi phí của đường dẫn.
- Cấu trúc cổng LPT:
- Cổng LPT có 2 loại:
v36 chân.
v25 chân.
- Ngày nay, loại 36 chân không còn được sử dụng, hầu hết các máy tính PC đều trang bị cổng LPT 25 chân nên ta chỉ quan tâm đến loại 25 chân.
- Cổng LPT gồm có 4 đường điều khiển, 5 đường trạng thái và 8 đường dữ liệu bao gồm 5 chế độ hoạt động:
vChế độ tương thích (compatibility).
vChế độ nibble.
vChế độ byte.
vChế độ EPP (Enhanced Parallel Port).
vChế độ ECP (Extended Capabilities Port).
- Như chúng ta đã biết cổng LPT là thiết bị giao tiếp chuyên dụng giữa máy tính với máy in, nên bài dưới đây chúng em xin nói về chức năng của các đường dẫn tín hiệu giao tiếp giữa máy in với máy tính. Còn việc giao tiếp giữa mạch điều khiển hay các thiết bị khác với máy tính ta chỉ việc đặt lại tên chân, còn ý nghĩa, chức năng từng chân tín hiệu LPT không thay đổi.
Hình 4.2: sơ đồ chân LPT
|
Chân |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Tín hiệu |
Strobe |
D0 |
D1 |
D2 |
D3 |
D4 |
D5 |
D6 |
D7 |
|
Chân |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18-25 |
|
Tín hiệu |
Acknowledge |
Busy |
Paper empty |
Select |
Auto Linefeed |
Error |
Reset |
Select input |
GND |
Strobe (out) : với một mức logic thấp ở chân này, máy tính thông báo cho máy in biết có một byte đang sẵn sàng trên các đường dẫn tín hiệu để được truyền.
D0 đến D7: các đường dẫn tín hiệu.
Acknowledge (in): với một mức logic thấp ở chân này, máy in thông báo cho máy biết là đã nhận được kí tự vừa gửi và có thể tiếp tục nhận.
Busy (in): máy in gửi đến chân này mức logic cao trong khi đang đón nhận hoặc in ra dữ liệu để thông báo cho máy tính biết là các bộ đệm trong máy tính biết là các bộ đệm trong máy tính đã bị đầy hoặc máy in trong trang thái Offline.
Paper empty (in): mức cao ở chân này có nghĩa là giấy đã dùng hết.
Select (in): một mức cao ở chân này, có nghĩa là máy in đang trong trạng thái kích hoạt (online).
Auto linefeed (out): tự nạp dòng. Bằng một mức thấp ở chân này máy tính nhắc máy in tự động nạp một dòng mới mỗi khi kết thúc một dòng.
Error (in): bằng một mức thấp ở chân này, máy in thông báo cho máy tính là đã xuất hiện lỗi.
Select input (out): bằng một mức thấp ở chân này, máy in được lựa chọn bởi máy tính.
Qua cách mô tả chức năng của từng tính hiệu riêng lẽ ta có thể nhận thấy các đường dẫn dữ liệu có thể chia thành 3 nhóm:
- Các đường dẫn tín hiệu, xuất ra từ máy tính và điều khiển máy tính, được gọi là các đường dẫn điều khiển. Các đường dẫn tín hiệu, đưa các thông tin thông báo ngược lại máy in về máy tính, được gọi là các đường dẫn trạng thái.
- Đường dẫn dữ liệu, truyền các bit riêng lẽ của các ký tự cần in.
Từ các mô tả các tín hiệu và mức tín hiệu ta có thể nhận thấy là: các tín hiệu Acknowledge, Auto linfeed, Error, và Select input kích hoạt ở mức thấp. Thông qua chức năng của các chân này ta cũng hình dung được điều khiển máy in.
Đáng chú ý là 8 đường dẫn song song đều được dùng để chuyển dữ liệu từ máy tính sang máy in. Trong những trường hợp này, khi chuyển sang các ứng dụng để thực hiện nhiệm vụ điều khiển ta phải chuyển dữ liệu từ mạch ngoại vi vào máy tính để thu thập và xử lý.
Vì vậy ta phải tận dụng một trong năm đường dẫn theo hướng ngược lại, nghĩa là từ bên ngoài về máy tính để truyền số hiệu điều khiển. Dưới đây đề cập chi tiết hơn đến các đặc tính một hướng và hai hướng của các đường dẫn này. Để có thể ghép nối các thiết bị ngoại vi, các mạch điện ứng dụng trong điều khiển với cổng song song ta phải tìm hiểu cách trao đổi với các thanh ghi thông qua cách sắp xếp và địa chỉ thanh ghi cũng như phần mềm.
Cổng song song có 3 thanh ghi có thể truyền dữ liệu và điều khiển máy in. Địa chỉ cơ sở của các thanh ghi cho tất cả cổng LPT (line printer) từ LPT1 đến LPT4 được lưu trừ trong vùng dữ liệu của BIOS. Thanh ghi dữ liệu được định vị ở offset 00h, thanh ghi trạng thái ở 01h, và thanh ghi điều khiển ở 02h. Thông thường địa chỉ cơ sở cũa LPT1 là 378h, LPT2 là 278h, do đó địa chỉ của thanh ghi trạng thái là 379h hoặc 279h và địa chỉ thanh ghi điều khiển là 37Ah hoặc 27Ah. Tuy nhiên trong một số trường hợp, địa chỉ cổng song song có thể khác do quá trình khởi động của BIOS. BIOS sẽ lưu trữ các địa chỉ này như sau:
|
Địa chỉ |
Chức năng |
|
0000h:0408h |
Địa chỉ cơ sở của LPT1 |
|
0000h:040Ah |
Địa chỉ cơ sở của LPT2 |
|
0000h:040Ch |
Địa chỉ cơ sở của LPT3 |
Thanh ghi dữ liệu 2 chiều:
|
Tín hiệu máy in |
D0 |
D1 |
D2 |
D3 |
D4 |
D5 |
D6 |
D7 |
|
Chân |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Thanh ghi trạng thái máy in (chỉ đọc):
Thanh ghi điều khiển:
Thông thường tốc độ xử lý dữ liệu của các thiêt bị ngoại vi như máy in chậm hơn PC nhiều nên các đường ACK , BUSY và IQR được sử dụng cho kỹ thuật bắt tay. khởi đầu PC đặt dữ liệu BUS sau đó kích hoạt đường IQR xuống mức thấp để thông tin cho máy in biết rằng dữ liệu đã ổn định trên BUS. Khi máy in xử lý xong dữ liệu, nó sẽ trả lại tính hiệu ACK xuống mức thấp để ghi nhận PC để cho đến khi đuồng BUSY từ máy in xuống mức thấp (máy in không bận) thì sẽ đưa tiếp dữ liệu lên bus.
- Ưu điểm:
vTín hiệu được truyền song song, việc loại suy được thực hiện dễ dàng.
vTương thích TTL nên không cần module chuyển đổi.
- Nhược điểm:
vTính hiệu truyền đi không được xa.
vKhó lập trình.
Kết luận: Nhóm chọn cổng song song để giao tiếp với máy tính để có thể phù hợp với phần mềm MACH3 mà nhóm đã chọn để điều khiển máy.
CHƯƠNG V: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
5.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MACH3
5.1.1.Tính năng cơ bản và chức năng cung cấp bởi Mach3:
* Chuyển đổi một PC tiêu chuẩn thành một máy CNC đầy đủ tính năng, 3 trục điều khiển CNC
* Cho phép trực tiếp nhập khẩu DXF, BMP, JPG, và các file HPGL qua LazyCam
* Visual Gcode hiển thị
* Tạo ra Gcode qua Mastercam
* Hoàn toàn tùy chỉnh giao diện
5.1.2 Vấn đề cần giải quyết khi áp dụng vào thực tế :
- I/O hạn chế ( Nếu dng cng lc 2 cổng LTP thì giải quyết được phần nào) => dùng cho một hệ thống lớn cần nhiều tín hiệu I/O thì phải dùng kỹ thuật ModBus ( Ở nước ngoài thì có bán những Card này)
- Dùng tín hiệu Step/Dir chỉ thích hợp với hệ thống dùng Step Motor, còn những hệ thống dùng servo thì phải qua card chuyễn đổi Step/Dir sang tín hiệu Analog 0-10v hoặc -10V, +10v nhằm tương thích với các driver servo.
- Mach3 điều khiển theo dạng vòng hở nên khi ứng dụng trong các hệ thống đòi hỏi độ chính xác cao thì lại phải thiết kế theo dạng vòng kín.
- Ưu điểm của Mach3 là chức năng của nó đa dạng, giao diện đẹp và dễ sử dụng.Mô phỏng quá trình làm việc rất rõ ràng. Khai báo các thông số của hệ thống dễ dàng.Lập trình theo hướng mở rộng liên kết với các Script VB. Tùy quan niệm từng người, riêng nhóm thấy Mach3 có lợi thế tiết kiệm được chi phí đáng kể (Nếu giải quyết được 3 vấn đề trên thì Mach3 là l lựa chọn tốt cho các dạng CNC tự chế, lên đời máy CNC)
5.2 CÁCH XÁC LẬP THÔNG SỐ TRONG PHẦN MỀM MACH3
5.2.1.Xác lậ p các chân vào ra của cổng máy in cho phù hợp với mạch điều khiển.
Vô config/port and pin
Hình 5.1
Khi đó trên màn hình sẽ xuất hiện
Hình 5.2
- Tab port setup and axis seletion: để lựa chọn cổng điều khiển của máy tính, trong trường hợp điều khiển bằng cổng DB25 thì sẽ là port 1. Ta xác lập như trong hình sau đó lựa chọn apply để chuyển sang tab bên cạnh.
- Tab motor outputs: để xác lập các chân đầu ra của máy tính ở cổng DB25. Các chân đầu ra này sẽ là các tín hiệu cấp cho mạch giao tiếp và xuống mạch động cơ để điều khiển các trục động cơ. Ta cũng xác lập giống trong hình.
Hình 5.3
Hàng đầu tiên là xác lập các thông số cho trục X:
- Click 1 lần vào cột Enabled của trục X thì sẽ thay đổi trạng thái dấu phẩy xanh thành dấu nhân đỏ. Dấu phẩy xanh chính là lựa chọn để cho trục X làm việc. Còn dấu nhân đỏ là khong cho trục X làm việc.
- Cột thứ 2 (step pin#) là chân điều khiển xung cấp cho trục X. Theo mạch thiết kế thì chân này là chân số 2, nếu mạch thiết kế khác thì chỉ cần click vào đó rồi thay đổi số là được.
- Cột thứ 3(dir pin#) là chân điều khiển cho mạch động cơ đảo chiều, muốn thay đổi thứ tự chân cũng click vào đó và gõ một chân khác vào.
- Cột thứ 4 (dir lowactive): cột này để xác định chiều + hoặc – của các trục theo mong muốn. Khi click lựa chọn trục này thì lúc đó chiều quay của động cơ sẽ thay đổi khi ta điều khiển cho máy chạy theo chiều + hay – của trục tọa độ. Ban đầu thử ta xác lập giống trong hình vẽ rồi tí nữa cho động cơ chạy thử theo chiều + xem động cơ quay theo chiều nào, sau đó lại vào xác lập lại rồi tiếp tục cho động cơ chạy theo chiều +, ta sẽ thấy động cơ chạy theo chiều ngược lại.
Như vậy chân này rất quan trọng để khi lắp động cơ vào máy ta sẽ chọn được chiều phù hợp cho trục X và trục Y.
- Cột thứ 5 (Step lowactive): cột này để xác định trạng thái tác động của chân cấp xung cho mạch điều khiển. Nếu xung điều khiển step là xung âm thì lựa chọn dấu phẩy, còn xung + thì lựa chọn dấu nhân.
- Cột thứ 6 (step port): cột này để xác lập xem chân điều khiển step thuộc port nào. Vì ta điều khiển bằng cổng máy in DB25 nên kí hiệu của nó là port 1. Ban đầu phần mềm sẽ để chế độ mặc định là 0, ta click vào đó rồi gõ số 1 vào ô rồi enter.
- Cột thứ 7 (dir port): cũng tương tự như cột step port. Chân này cũng điều khển từ port 1.
- Các hàng của trục Y, Z cũng làm tương tự trục X theo hình vẽ. Vì máy chỉ có 3 trục nên chỉ xác lập 3 trục. Nếu có nhiều trục thì ở cột đầu ta chọn thêm các trục A, B, C rồi làm tương tự như trục X.
- Hàng cuối cùng (spindle): là hàng xác lập chân điều khiển spindle có nhiều chế độ để điều khiển spindle (điều khiển PWM, điều khiển bằng động cơ bước, và điều khiển đóng mở relay). Trong mạch giao tiếp sử dụng phương pháp đóng mở relay nên hàng spindle này không cần xác lập gì cả.
- Sau khi xác lập hết thông số trong tab này thì click apply để save lại.
- Lưu ý nếu ta không click apply mà chuyển ngay sang tab khác thì các thong số vừa rồi sẽ không được lưu lại mà sẽ quay về trạng thái trước xác lập.
- Tab motor outputs: để xác lập các tín hiệu đầu vào cho máy tính, khi máy tính nhận được các tín hiệu từ bên ngoài vào lúc đó phần mềm sẽ phân tích và xử lý xem đó là gì sau đó sẽ xuất tín hiệu để điều khiển. phần mềm mach là một phần mềm mạnh có nhiều chế độ điều khiển và có khả năng điều khiển bằng nhiều cổng nên sẽ có rất nhiều tín hiệu đầu vào điều khiển. nhưng máy 3 trục là máy đơn giản với lại điều khiển bằng port DB25 có số chân đầu vào hạn chế nên ta chỉ điều khiển vài tín hiệu cơ bản thôi.
- Trong mạch của nhóm có 4 tín hiệu đầu vào. Đó là tín hiệu X limit, Y limit, Z limit, Estop để dừng máy khẩn cấp khi gặp sự cố. Trên mạch giao tiếp sẽ mắc vào jack này một nút bấm thường mở, khi bấm nút bấm đó thì chương trình đang chạy sẽ dừng lại đột ngột. Còn tín hiệu X limit, Y limit, Z limit là các tín hiệu dừng máy khi chạy quá giới hạn các trục, ta xác lập thông số của estop như hình vẽ.
Hình 5.4
- Tab output signals: để xác định các tín hiệu điều khiển. Trong tab này có thể điều khiển spindle, điều khiển động cơ bơm dung dịch làm mát …
- Trong tab này ta chỉ quan tâm đến tín hiệu Enable 1, enable 2, enable là 3 tín hiệu điều khiển cho phép và không cho phép mạch động cơ hoạt động. tín hiệu này sẽ giúp cho động cơ bước được nghỉ trong trường hợp ta dừng máy hoặc khi chưa tắt nguồn điện. và một tín hiệu output #2 để dùng điểu khiển relay spindle.
- Như đã nói phần mềm mach có thể điều khiển được rất nhiều chân nhưng vì máy 3 trục đơn giản và do hạn chế bởi cổng DB25 nên ta chỉ sử dụng điều khiển những tín hiệu cơ bản.
Ta xác lập giống như hình sau
Hình 5.5
- Tab encoder/ MPG’s: tab này để xác lập các thong số khi ta dùng bộ điều khiển DC servo nên trong trường hợp này ta không quan tâm đến nó.
- Tab spindle setup: dùng để xác định các thông số và phương pháp điều khiển spindle. Như đã nói trong bộ điều khiển này ta sẽ điều khiển tín hiệu relay của spindle.
Trong tab này ta quan tâm mục relay control ta lựa chọn giống trong hình. Với tín hiệu điều khiển relay là tín hiệu output #2 như đã xác lập trong tab output signal là chân 17. Tín hiệu này chỉ có chức năng bật spindle khi chạy chương trình và tắt hết chương trình. Spindle sẽ được nối tiếp vào điểm relay.
5.2.2 Xác lập đơn vị đo của motor tuning:
Hình 5.6
Sau đó xuất hiệ một cảnh báo, ta chọn OK
Chọn đơn vị mm rồi OK
Hình 5.7
5.2.3 Xác lập thông số cho các trục.
Hình 5.8
Ta vào config/motor tuning khi đó sẽ xuất hiện bảng như sau:
Hình 5.9
-Góc bên phải là mục axis selection: để trọn lựa các trục. góc dưới bên trái là các thông số cần xác lập cho các trục. biểu đồ thể hiện các thông số đã xác lập theo dạng biểu đồ.
-Đầu tiên lựa chọn trục X trong axis selection và xác lập số theo hình
-Step per : là thông số xác định số xung cần điều khiển khi máy di chuyển một đơn vị (mm). trong ô này ta phải tính toán ra số dựa vào động cơ bước và bước tiến của vitme.
- Động cơ bước chạy chế độ nửa bước / bước, có nghĩa là để quay ược một vòng thì động cơ phải quay 360/1.8 = 200 bước và tương đương với 200 xung điều khiển. Mặt khác ta dùng vitme bước 6.3mm, như vậy tương ứng với xung điều khiển thì trục X tiến được 12.85mm. từ đó suy ra số xung điều khiển để trục X tiến được 1mm là 200/12.85 = 15.561 xung.
-Velocity … : là vận tốc của trục X: vận tốc tính bằng mm/s. trong trường hợp này ta để vận tốc 700mm/s.
-Accleration: là gia tốc của trục X, tức là độ tăng tốc độ để trục X đạt được tốc độ lớn nhất bằng tốc độ xác lập trong velocity.
-Còn mục step pulse và dir pulse thì chưa tìm hiểu được.
-Sau khi điền các thông số cần thiết ta click save axis setting để lưu lại. chú ý nếu ta không click vào biểu tượng này mà ta đã chuyển sang trục khác thì các thông số vừa rồi sẽ không được lưu lại mà quay về trạng thái ban đầu.
-Tiếp đến trong axis selection ta chọn trục Y để cài đặt cho trục Y và trục Z để cài đặt cho trục Z. các thông số cài đặt tương tự trục X. trong trường hợp ta sử dụng động cơ bước với số bước khác nhau thì ta sẽ tính toán toán cho từng trục một và điền vào ô steps per.
-Trong phần mềm Mach3 có hỗ trợ các phím điều khiển bằng tay trên bàn phím. Đó là các phím mũi tên sang trái sang phải (trục X), mũi tên lên xuống (trục Y),và phím Page up và page Down (trục Z).
- Trước tiên ta click vào nút reset sao cho biểu tượng màu phía trên của nó chuyển sang màu xanh. Sau đó nhấn giữ phím mũi tên lên trên bàn phím máy tính, lúc đó trên vùng hiển thị và điều khiển tọa độ ta thấy giá trị của trục X bắt đầu tăng lên. Đồng thời động cơ cũng quay. Như vậy là trục X đã chạy.
-Tiếp tục dung phím mũi tên sang trái, phải và Page up, Page Down để điều khiển trục Y, Z
5.2.4.Các nút cơ bản và thông dụng trên giao diện của Mach 3.
Hình 5.10
Cycle Start
Feed Hold (SPC): là nút tạm dừng chương trình. Khi muốn nghỉ một lúc hay muốn dừng máy tạm thời ta click vào nút này lập tức chương trình sẽ dừng lại. và muốn máy chạy tiếp thì click vào nút Cycle Start. lúc này chương trình sẽ chạy nối tiếp lệnh dang dở.
Stop < Alt S>: là nút dừng chương trình. Lựa chọn này sẽ làm cho chương trình dừng lại, giống nút giữ lại nhưng nếu ta lại cho chương trình chạy tiếp bằng cách click vào Cycle Start thì chương trình sẽ bỏ đi đoạn dòng lệnh đang chạy dở để đến dòng tiếp theo. Như vậy có sự sai lệch. Khi dừng bằng nút này thì không chạy lại được.
- Cycle Start: là nút khỏi động điều khiển và ngừng điều khiển. khi nút Cycle Start được chọn thì ta mới bắt đầu điều khiển được. Đồng thời mạch động cơ bắt đầu hoạt động.
- Các nút Zero X, Zero Y, Zero Z, để đưa tọa độ máy về gốc 0,0,0. Các ô bên cạnh để hiển thị đầu dao khi di chuyển.
- Các ô Scale tương ứng với các trục để ta xác định tỉ lệ chạy. Ban đầu nếu chạy đúng tỉ lệ thì máy sẽ mặc định là tỉ lệ lên 1. Nếu muốn chạy tỉ lệ lớn hơn thì ta click vào đó sau đó gõ tỉ lệ khác rồi Enter. Lúc đó tỉ lệ sẽ thay đổi.
- Nút Edit G-code: để sửa mã G-code.
- Recent File: mở những file G-code đã chạy gần đây.
- Load G-code để mở file Gcode.
- Set next line: lựa chọn dòng lệnh thứ “?” trong file G-code. Ta gõ dòng cần chạy và enter.
- Run from here: bắt đầu chạy máy từ dòng thứ “?” mà ta chọn set next line.
- Rewind Ctrl W: để quay về dòng lênh đầu tiên của file gcode. Dùng trong trường hợp nếu ta đang chạy dở mà muốn quay lại từ đầu.
- Singal BLK Alt N: lựa chọn này sẽ điều khiển cho máy chạy từng dòng G-code một. khi lựa chọn chức năng này thì biểu tượng màu bên cạnh sẽ chuyển dần sang màu vàng. Lúc đó ứng với mỗi lần click vào Cycle Start máy chỉ chạy hết dòng code hiện tại rồi dừng lại. muốn chạy tiếp thì ta phải Cycle Start. còn khi ta không lựa chọn chức năng này thì máy sẽ chạy các dòng G-code từ trên xuống dưới một cách liên tục.
- Reverse Run: chức năng chạy ngược mã G-code khi ta tạm dừng chương trình. Khi đó máy sẽ chạy ngược lại.
- Offline: chạy mô phỏng, không truyền tín hiệu điều khiển xuống driver động cơ.
- Ref All Home: set góc tọa độ. Khi nhấn nút này, máy sẽ set vị trí hiện tại của dao là góc tọa độ (0,0,0).
- Goto Z: đưa dao về góc tọa độ. Máy sẽ đưa trục X và Y ở vị trí bất kì về góc tọa độ trước, Z sau.
- Khung Feed Rate để chỉnh tốc độ ăn phôi.
5.3 CÁC CHỨC NĂNG CỦA PHẦN MỀM MACH3
5.3.1 Chạy một file Gcode
- Trước tiên ta bấm vào nút RESET trên MACH3 để nó chuyển sang màu xanh rồi dùng các phím mũi tên, PageUp, PageDown để đưa dao về gốc tọa độ của phôi, sau đó nhấn nút Ref All Home để set gốc tọa độ cho máy.
- Nhập file G-code bằng cách nhấn vào nút load G-code, tìm file G-code cần chạy, click chọn rồi Open.
- Click Cycle Start để bắt đầu gia công.
5.3.2 Nhập một đoạn G-code bằng tay
Để thực hiện chức năng này ta chaon chế độ MDI. Sau đó ta nhập đoạn G-code vào ô Input. Nhấn Enter thì máy sẽ chạy đoạn G-code đó.
CHƯƠNG VI. HƯỚNG DẪN CƠ BẢN SỬ DỤNG MASTER CAM X2
Lợi thế của phần mềm là có thể nhúng trực tiếp một file vẽ 2D từ AutoCAD để chuyển qua MasterCAM X2 sử dụng.
Sau khi vẽ xong chi tiết cần gia công ( nên vẽ giống nửa mặt cầu ngoài thực tế) rồi ta move về tọa độ 0,0 như hình 6.1
Hình 6.1
Rồi save lại với CAD 2004
Sau đó ta mở phần Mastercam X2 lên và gọi file vừa “save as” bên AutoCad
Sau đó hiển thị như hình 6.2
Hình 6.2
Sau đó ta tạo thành hình cầu bằng cách ta click vào SOLIDS rồi chọn SOLIDS REVOLVE sao đó sẽ hiển thị như hình 6.3
Hình 6.3
Sau đó ta click vào vị trí như hình 6.4
Hình 6.4
Rồi ta chọn ok như hình 6.5
Hình 6.5
Sau đó ta chọn đường cắt ngang như trong hình 6.6 rồi sao đó ta chọn ok
Hình 6.6
Sau đó sẽ hiển thị cái bảng như trong hình 6.7 và ở mục End angle ta sẽ điền vào 360 rồi bấm OK
Hình 6.7
Sau đó cái hình sẽ biến đổi thành như hình 6.8
Hình 6.8
Sau đó ta click vào “Machine Type” => “Mill” sao đó ta chọn máy số 9 như hình 6.9
Hình 6.9
Sau đó chọn Stock setup cài các thông số kích thước phôi sao khi click sẽ hiển thị cái bảng trong hình 6.10
Hình 6.10
Vì phôi là hình cầu nên ta chọn bên Solid. Sau đó ta nhấp chuột vào hình cầu, rồi bấm OK.
Để chiếu hình vẽ lên mặt cầu ta vào “Toolpaths” như trong hình 6.11 Sau đó sẽ hiển thị cái bảng rồi bấm OK.
Hình 6.11
Sau đó ta click vào hình cầu rồi bấm enter trên bàn phím, nó sẽ hiển thị cái bảng như hình 6.12
Hình 6.12
Sau đó làm theo hướng dẫn trong các hình 6.13 và 6.14
Sau đó ta quét hình vẽ cần chiếu lên bề mặt cầu như hình 6.15
Sau khi quét xong ta click chuột trái chổ bất kỳ trong hình cầu rồi bấm Enter. Sau đó hình vẽ đã quét nó sẽ hiển thị màu vàng
Sau đó ta bấm OK bên bảng “Chaining”. Rồi bấm tiếp OK bên bảng “Toolpath/surface selection”
Sau đó hiển thị cái bảng thông số như trong hình 6.16
Sửa lại các thông số như sau:
spindle speed: tốc độ quay trục chính khi gia công, vì dùng máy khoan đa năng nên tốc độ có thể điều chỉnh tùy ý. Tốc độ máy từ 10000 đến 36000 vòng/phút
Feed rate: tốc độ chạy dao vòng/mm
Plunge rate: tốc độ chay dao của trục Z vòng/mm (thường chọn nhỏ hơn feed rate khoảng 30%=>50%) Sau đó nhấn OK.
Bên tab Surface parameters : sửa lại các thông số như sau
Retract…: là khoảng cách giựt dao lên
Sau khi cài đặt thông số xong ta click OK rồi nó sẽ hiển thị như hình 6.18
Cài đặt các thông số dao
Ta click vào mục “#1 – M1.00 UNDEFINED” rồi nó sẽ hiển thị cái bảng như hình 6.20
Sửa các kích thước dao cho phù hợp với thực tế để tiện cho việc mô phỏng.
Sau khi hoàn tất, ta nhấp chuột vào dấu Select all operation => Verify selected operation để chuẩn bị chạy mô phỏng.
Xuất file G-CODE, nhấp chuột vào biểu tượng G1 (Post selected operation) =>ok
Sau cùng là save file dưới định dang *.nc để đưa vào sử dụng trong MACH3.
6.1 Kết luận
Kết quả đạt được:
- Ứng dụng được các phần mềm CAD-CAM để thiết kế và xuất file G-code.
- Sử dụng phần mềm Mach3 đọc file G-code để điều khiển bàn máy CNC gia công ra sản phẩm đã thiết kế.
- Lập trình, tính toán xuất xung điều khiển 3 trục của bàn máy.
CHƯƠNG VII: TỦ ĐIỆN VÀ CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN
7.1 Sơ đồ điện
Hình 7.2
7.2 Driver động cơ (TB6560)
Hình 7.3: kết nối TB6560
Module TB6560 là module chuyên dụng để điều khiển động cơ bước lưỡng cực. Module TB6560 có khả năng điều khiển các chế độ : full step, half step,vi bước (1/8 và 1/16 step)
Phương pháp điều khiển đơn giản, cho phép tùy chọn dòng ra điều khiển động cơ từ 0.3A đến 3A.
Ưu điểm:
- Rất dễ dàng để sử dụng, không có hướng dẫn, tất cả đều sử dụng được đánh dấu trên bảng.
- Chắc chắn sử dụng các chip mới được nhập khẩu từ Nhật Bản, Toshiba TB6560.
- Với tản nhiệt lớn để đảm bảo tản nhiệt tốt.
- Tín hiệu đầu vào tốc độ cao , đảm bảo không mất bước.
- Kích thước boar mạch nhỏ, kích thước tổng thể: 62mm * 75mm, lắp đặt bốn vị cơ khí kích thước lỗ: 65mm * 55, kích thước lỗ Φ3mm.
Nhược điểm:
- Kiểm tra kết nối thật kĩ. TB6560 có thể bị hư hỏng nếu động cơ hoặc cung cấp điện được kết nối không đúng.
- Chỉ sử dụng cho động cơ bước.
7.3 Cấu trúc module điều khiển động cơ bước củaTB6560
7.3.1 Chức năng các chân
Chân step: xung vuông cấp vào để xoay motor, xung càng lớn xoay càng nhanh (trong giới hạn của motor). Tùy motor mà mỗi xung motor xoay 1 góc bao nhiêu độ (một vòng là 360 độ), em hay thấy motor 1,8 độ mỗi xung.
Chân dir: quy định chiều quay motor. Nối xuống mức thấp thì motor quay theo chiều kim đồng hồ và ngược lại.
Chân Enable: nối vào mức cao thì motor quay, thấp thì ngừng.
8 Các chế độ được set bởi phần cứng
Ta xét phần cứng theo hình:
Running Current (tùy chỉnh dòng ) : 0,3-3A (SW1,SW2,SW3,S1)
Decay (Hạn dòng cho motor) : khi cấp điện cho cuộn dây motor qua cầu H bên trong IC thì sẽ có dòng điện chạy qua. Ví dụ quy định dòng là 1A thì khi đến dòng 1A IC nó ngưng không cấp điện nữa, dòng điện tụt xuống, nó lại cấp tiếp... cứ vậy. Chu kỳ cấp rồi ngưng phụ thuộc vào dao động nội bên trong IC, dao động này thay đổi bằng cách thay đổi giá trị tụ C5, trong mạch dùng tụ 330pF, dao động là 130khz, thay tụ 100pF thì dao động là 400khz, tần số càng cao thì IC kiểm tra sự thay đổi dòng càng nhanh, hình dung đại khái thì càng nhanh càng mịn 0%, 25%, 50%, 100%
- Tóm lại: motor nhỏ hay quay chậm thì 0%, motor to hay quay nhanh thì 100%.Tùy chọn 25%, 50% với các loại động cơ trung bình.
Excitation: đặt vi bước cho mạch driver. Ví dụ motor 1,8 độ set (1) thì 1 xung ngoài vào chân step sẽ quay 1,8 độ, 200 xung sẽ quay 1 vòng. Set 1/2, 1/8, 1/16 thì 1 xung vào sẽ quay 1/2, 1/8, 1/16 của 1,8 độ.
- EN-, EN+: Tín hiệu cho phép/không cho phép modul hoạt động.
- CW-,CW+: Tín hiệu điều khiển chiều quay của động cơ.
- CLK-, CLK+: Tín hiệu xung điều khiển bước quay động cơ.
Với thiết kế 2 chân điều khiển 1 chức năng như thế này, modul TB6560 cho phép người dùng tùy chọn tín hiệu điều khiển là 0 hoặc 1.
Ví dụ khi nối các chân EN+, CW+, CLK+ lên +5V-DC thì ta sẽ đưa tín hiệu điều khiển 0V vào các chân EN-, CW-, CLK-.
A+, A-, B+, B-: cho phép kết nối với 4 đầu dây của động cơ bước lưỡng cực.
9 Sơ đồ khối.
Hình 5.4: Sơ đồ khối modul TB6560
7.3.2Chức năng các khối
Khối nguồn
- Modul TB6560 sử dụng nguồn cấp 12V-DC hoặc 24V-DC cấp cho động cơ bước hoạt động.
- Tạo ra điện áp 5V-DC cấp cho các khối còn lại.
Khối cách ly quang
- Cách ly tín hiệu điều khiển với khối Driver động cơ.
Khối tín hiệu điều khiển
- Gồm 6 chân : EN-, EN+, CW-, CW+, CLK-, CLK+ .
vEN-, EN+: Tín hiệu cho phép/không cho phép modul hoạt động.
vCW-,CW+: Tín hiệu điều khiển chiều quay của động cơ.
vCLK-, CLK+: Tín hiệu xung điều khiển bước quay động cơ.
- Với thiết kế 2 chân điều khiển 1 chức năng như thế này, module TB6560 cho phép tùy chọn tín hiệu điều khiển là 0 hoặc 1.
Ví dụ khi nối các chân EN+, CW+, CLK+ lên +5V-DC thì ta sẽ đưa tín hiệu điều khiển 0V vào các chân EN-, CW-, CLK-.
Khối thiết lập chế độ
- Gồm các switch cho phép người dùng thiết lập các chế độ tùy chọn như: Chọn dòng điện chạy qua động cơ, điều chỉnh độ rộng góc bước.
Khối Driver động cơ
- Sử dụng IC TB6560 điều khiển hoạt động cử động cơ bước.
Khối Động cơ
- Gồm 4 chân: A+, A-, B+, B- cho phép kết nối với 4 đầu dây của động cơ bước lưỡng cực.
7.3.3 Sơ đồ ghép nối với mạch điều khiển
CHƯƠNG VIII: ĐỘNG CƠ BƯỚC VÀ TRỤC CHÍNH
8.1 Động cơ dẫn động cho các trục
8.1.1Động cơ bước ( stepping motor)
Ưu điểm:
- Không chổi than: Không xảy ra hiện tượng đánh lửa chổi than làm tổn hao năng lượng, tại một số môi trường đặc biệt (hầm lò...) có thể gây nguy hiểm.
- Tạo được mômen giữ: Một vấn đề khó trong điều khiển là điều khiển động cơ ở tốc độ thấp mà vẫn giữ được mômen tải lớn. Động cơ bước là thiết bị làm việc tốt trong vùng tốc độ nhỏ. Nó có thể giữ được mômen thậm chí cả vị trí nhờ vào tác dụng hãm lại của từ trường rotor.
- Điều khiển vị trí theo vòng hở: Một lợi thế rất lớn của động cơ bước là ta có thể điều chỉnh vị trí quay của roto theo ý muốn mà không cần đến phản hồi vị trí như các động cơ khác, không phải dùng đến encoder hay máy phát tốc (khác với servo).
- Độc lập với tải: Với các loại động cơ khác, đặc tính của tải rất ảnh hưởng tới chất lượng điều khiển. Với động cơ bước, tốc độ quay của rotor không phụ thuộc vào tải (khi vẫn nằm trong vùng momen có thể kéo được). Khi momen tải quá lớn gây ra hiện tượng trượt, do đó không thể kiểm soát được góc quay.
Nhược điểm:
- Phạm vi ứng dụng là ở lĩnh vực công suất nhỏ và trung bình, hiệu suất thấp hơn các loại động cơ khác.
- Dễ bị trượt bước khi hoạt động lâu.
- Mau nóng đối với các loại động cơ cũ.
Động cơ bước cơ bản được chia theo cực và nam châm:
- Động cơ nam châm vĩnh cửu.
- Động cơ lai
- Động cơ đơn cực.
- Động cơ lưỡng cực.
So sánh động cơ đơn cực và lưỡng cực:
- Động cơ loại lưỡng cực sẽ có moment sinh ra nhiều hơn 30% so với loại đơn cực có cùng kích thước. Tuy nhiên động cơ loại lưỡng cực lại có mạch điều khiển phức tạp hơn so với loại đơn cực.
So sánh động cơ lai và động cơ nam châm vĩnh cửu:
- Step size :
vNam châm vĩnh cửu : (3,6 - > 7,5 ) độ
vLai : (0.9 - > 3.6 ) độ
- Và để có độ phân giải nhỏ hơn, chúng ta có thể sử dụng thêm hộp giảm tốc.
Moment:
- Moment là một trong những vấn đề quan trọng khi lựa chọn động cơ bước.
- Moment giữ: là moment cần thiết để xoay trục động cơ khi cuộn dây được cấp điện.
- Moment kéo: là moment sinh ra khi động cơ xoay ở vận tốc ổn định, moment này chống lại khả năng tăng tốc của động cơ mà không bị trượt bước.
- Moment kéo ra: moment này có thể làm cho động cơ di chuyển khi động cơ đang hoạt động.
- Moment chốt: là moment đòi hỏi để xoay động cơ khi cuộn dây động cơ không cấp điện.
Hình 8.1: kích thước của động cơ
|
Moment xoắn |
Nm |
2.2 |
|
Góc quay |
deg/step |
1.8 |
|
Dòng |
A |
2 |
|
Trọng lượng |
Kg |
0.65 |
8.2 Máy đa năng multi pro
Ưu điểm:
- Giá tốt.
- Thay thế mũi dao dễ dàng, lặp được nhiều loại dao tối đa là 6mm.
- Dễ gá đặt.
Nhược điểm:
- Máy khá ồn.
- Khó vận hành lâu dài vì máy nóng.
Kết luận:
Chọn máy đa năng YIPIN làm trục chính.
Thông số của máy:
|
Điện áp |
V |
220 |
|
Tần số |
Hz |
50/60 |
|
Công suất |
W |
130 |
|
Số vòng quay |
vòng/phút |
10000 – 37000 |
CHƯƠNG IX: KẾT LUẬN
9.1 Kết quả đạt được:
Ứng dụng được các phần mềm ART CAM để thiết kế và xuất file G-code.
Sử dụng phần mềm Mach3 đọc file G-code để điều khiển bàn máy CNC gia công ra sản phẩm đã thiết kế.
9.2 Kết quả chưa đạt được:
Do vấn đề thời gian và những khó khăn trong lúc thi công đã dẫn đến một số ý tưởng chưa được hoàn thành. Đó là điều khiển chiều quay của động cơ bước thông qua encoder, mong rằng sẽ được các khóa sau sẽ phát triển lên.
9.3 Hướng phát triển của đề tài:
Thay động cơ bước bằng động cơ AC servo để sai số ít hơn, đạt được độ chính xác gia công cao hơn vì động cơ servo điều kiển theo dạng vòng kín có tín hiệu phản hồi từ encoder.
Thêm chế độ điều khiển bằng tay như thêm phím ma trận nhập tọa độ, điều khiển chiều của các trục bằng chiều quay của encoder.
Bổ sung thêm một số trục và cố gắng biến máy phay thành máy đa năng vừa phay vừa tiện.
CHƯƠNG X : BẢO DƯỠNG MÁY
10.1 BẢO QUẢN HẰNG NGÀY :
- Kiểm tra dung dịch bôi trơn (nhớt)
- Kiểm tra nguồn điện sử dụng
- Vệ sinh máy mỗi lần gia công
- Vệ sinh board mạch
10.2 BẢO QUẢN HÀNG NĂM :
- Kiểm tra độ chính xác chuyển vị,bù rơ cơ khí.
CHƯƠNG XI : KHUYẾN CÁO KHI SỬ DỤNG MÁY
11.1 KIỂM TRA CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO :
1. Điện áp
2. Cường độ dòng điện
3. Có biện pháp khắc phục tình trạng thông số lưới điện dao động quá phạm vi cho phép của máy
4. Kiểm tra bộ phận bôi trơn cho các bộ phận truyền động như cổ trục chính, hệ vít me – đai ốc
5. Tuân thủ đúng các quy trình về bôi trơn cho ổ lăn
