Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển và chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN CƠ KHÍBỘ MÔN HÀN VÀ CÔNG NGHỆ KIM LOẠIBÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPĐỀ TÀI:THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC 3 TRỤCGiáo viên hướng dẫn: ThS. Trần LâmSinh viên thực hiện : Phạm Quang KhảiLớp : Cơ điện tử 2 Khóa : 54SVTH : 20091468Nội dung báo cáo1.Tổng quan hệ thống điều khiển máy phay CNC.2.Thiết kế hệ thống điều khiển máy phay CNC 3 trục.3.Thiết kế hệ thống điều khiển cho mô hình máy phay CNC 3 trục.4.Chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục.5.Tổng kết.1.Tổng quan hệ thống điều khiển máy phay CNC1.1.Cấu trúc phần cứng bộ điều khiển CNCMáy tính công nghiệp và phần mềm điều khiểnMàn hình và bảng điều khiểnBộ điều khiển CNCVà Bộ nhớTrục chínhDiver servoThiết bị đo lườngBiến tầnCơ cấu chấp hànhĐộng cơ Servo1.Tổng quan hệ thống điều khiển máy phay CNC1.2.Cấu trúc dữ liệu bộ điều khiển CNC-Chương trình điều khiển đưa vào chương trình từ đĩa mềm,DC hoặc từ bàn phím-Chương trình đưa vào bộ điều khiển CNC và được xử lý rồi qua bộ khuếch đại đưa đến các máy NC- Giá trị thực về vị trí, vận tốc và gia tốc các bàn máy được giám sát bởi các cảm biến và encoder- Các giá trị thực được phản hồi về bộ điều khiển CNC để khử sai lệch-Đây là điều khiển vòng kín.2.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.2.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển máy phay CNC.2.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.2.2.Các phần tử trong hệ thống.1.Máy tính và phần mềm điều khiển.2.Mạch điều khiển chuyển động AKZ250.3.Driver servo và động cơ servo4.Biến tần, trục chính5.Công tắc hành trình và cảm biến.6.Bộ phận thay dao tự động2.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.2.3.Phần mềm điều khiển Mach3Giao diện phần mềm Mach32.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.2.3.Phần mềm điều khiển Mach3Một số thông tin về phần mềm Mach3Mach3 là phần mềm do hãng ARTSOFT phát hành.Có thể sử dụng trong công nghiệp.Phần mềm Mach3 gồm các ứng dụng như : Mach3 Mill, Mach3 Turn, Mach3 Plasma.2.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.2.3.Phần mềm điều khiển Mach3Các đặc điểm chính của phần mềm Mach3Giao diện trực quan, dễ sử dụng, hiển thị video khi máy chạy.Có khả năng điều khiển tối đa 6 trục tọa độCó khả năng đọc file G code từ các phần mềm cam (*.NC) và file G-code lập trình từ notepad (*.txt)Điều khiển được trục chính và các rơle, công tắc hành trình.2.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.2.3.Phần mềm điều khiển Mach3Cấu hình yêu cầu của phần mềmHĐH windows 2000/XP/Win7.Tốc độ CPU: >1GHzBộ nhớ Ram > 512MbBộ điều khiển chuyển động giao tiếp cổng USB hoặc LPT.2.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.2.4. Mạch điều khiển chuyển động AKZ250Các đặc điểm chính của mạch AKZ250- Hỗ trợ giao tiếp với tất cả các phiên bản của phần mềm Mach3.- Tương thích hoàn toàn với mọi cổng USB, mạch liên tục giám sát trạng thái của cổng USB.- Bù được các thiết sót và sai lệch của phần mềm Mach3.- Tần số dao động tối đa là 200KHz, thích hợp cho động cơ Servo cũng như động cơ bước.- Có các đèn LED báo trạng thái kết nối cổng USB và trạng thái hoạt động của mạch.- Có 16 đầu ra và 8 đầu vào cho các mục đích khác nhau.- Tốc độ chạy dao và tốc độ trục chính có thể được điều khiển bởi núm điều khiển.- Cấp nguồn qua cổng USB, không cấp cần nguồn nuôi riêng.2.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.2.5. Động cơ Servo và bộ điều khiển động cơ Servo-Điều khiển Servo là điều khiển vòng kín với độ chính xác rất cao2.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.2.6. Biến tần và trục chính-Động cơ trục chính là động cơ không đồng bộ 3 pha.-Công thức tính tốc độ roto động cơ. Để thay đổi tốc độ động cơ ta có thể thay đổi tần số điện áp cấp vào cuộn dây2.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.2.6. Biến tần và trục chínhBiến tần là thiết bị biến điện áp với tần số vào cố định thành điện áp có tần số có thể thay đổi đượcTần số điện áp vào 40-66Hz, tần số điện áp ra 0- 650HzBiến tần SEIMENS MM4102.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.2.7. Bộ phận thay dao dao tự động ATC.2.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.2.8. Các thiết bị bảo vệ, đo lường và các thiết bị điện. Encoder Y Z X 3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.1.Sơ đồ hệ thống điều khiển mô hình3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.2.Tính chọn động cơ trục chính3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.2.Tính chọn động cơ bước dẫn động các trục tọa độ Thông số đầu vào.-Trục X: + Tải trọng 100N + Tốc độ dịch chuyển lớn nhất 0.5m/s + Hành trình 300mm + Bước vít mebi: p = 5mm-Trục Y: + Tải trọng 200N + Tốc độ dịch chuyển lớn nhất 0.5m/s + Hành trình 400mm + Bước vít mebi: p = 5mm-Trục Z: + Tải trọng 50N + Tốc độ dịch chuyển lớn nhất 0.5m/s + Hành trình 150mm + Bước vít mebi: p = 5mm3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.2.Tính chọn động cơ bước dẫn động các trục tọa độ Tính toán công suất các động cơ bướcĐộng cơ dẫn động trục X : Công suất động cơ bước: 3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.2.Tính chọn động cơ bước dẫn động các trục tọa độ Tính toán công suất các động cơ bướcĐộng cơ dẫn động trục X : Công suất động cơ bước: 3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.2.Tính chọn động cơ bước dẫn động các trục tọa độ Tính toán công suất các động cơ bướcĐộng cơ dẫn động trục Y : Công suất : N=4,2N.mĐộng cơ dẫn động trục Z : Công suất : N= 1.4N.m3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.2.Tính chọn động cơ bước dẫn động các trục tọa độ -Động cơ đơn cực 6 đầu dây ra-Bố trí các cuộn dây-Bố trí các cực trong roto-Chọn động cơ đơn cực sử dụng trong mô hình3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.3.Thiết kế mạch driver động cơ bước.-Driver có dòng điều khiển tối đa là 3A-Thể điều khiển cả động cơ lưỡng cực và đơn cực-Tín hiệu xung cấp đến chân Clock của IC L297 để điều khiển động cơ quay-Tín hiệu cấp đến chân CW/CCW để điều khiển chiều quay của động cơ-IC nguồn LM2576 được sử dụng để ổn định điện áp 5V nuôi các IC L297 và L2983.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.4.Thiết kế mạch điều khiển chuyển động.- Mạch đệm giao tiếp máy tính qua cổng song song LPT- Mạch đệm nhận tín hiệu từ phần mềm điều khiển trên máy tính và cấp các tín hiệu đến các driver.- Mạch đệm có khả năng nhận tín hiệu từ các công tắc hành trình và nút dừng khẩn cấp để báo máy tính tạm dừng chương trình đang gia công.- Mạch đệm cũng có các đầu ra để bật tắt các thiết bị ngoài như các công tắc tơ3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.5.Bảng điểu khiển.3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.6. Phát triển mạch điều khiển CNC tương thích với Mach3Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển CNCMạch in thiết kế trên Proteus3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.7. Cài đặt các cổng điều khiển trong phần mềm Mach3.Giao diện cửa sổ cài đặt địa chỉ cổng LPTSơ đồ chân cổng LPT3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.7. Cài đặt các cổng điều khiển trong phần mềm Mach3.Giao diện cửa sổ cài đặt chân điểu khiển động cơ các trục tọa độSơ đồ chân cổng LPT3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.7. Cài đặt các cổng điều khiển trong phần mềm Mach3.Giao diện cửa sổ cài đặt chân nhận tín hiệu công tắc hành trìnhSơ đồ chân cổng LPT3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục3.7. Cài đặt các cổng điều khiển trong phần mềm Mach3.Giao diện cửa sổ cài đặt chân nhận tín hiệu nút dừng chương trìnhSơ đồ chân cổng LPT4.Chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục4.Chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục4.1.Chọn kết cấu cơ khí4.Chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục4.2.Ghép nối hệ điều khiển4.Chế tạo mô hình máy phay CNC 3 trục4.3.Gia công sản phẩm5.Tổng kết.Kết quả đạt được:Thiết kế và chế tạo thành công hệ điều khiển mô hình máy phay CNC.Thiết kế mạch được điều khiển CNC điều khiển 4 trục tọa độ.Chế tạo thành công mô hình máy phay CNC 3 trục.Hướng phát triển:Khắc phục sai số của hệ thống điều khiển bằng các sử dụng các động cơ Servo.Phát triển chức năng điều khiển tốc độ vô cấp trục chính trong mạch điều khiển CNC.Chế tạo máy CNC với độ chính xác cao hơn.Cám ơn các thầy và các bạn đã lắng nghe