TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày tháng năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Gia Bảo MSSV: 15151105 Họ tên sinh viên 2: Trần Xuân Bình MSSV: 15151111 Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Hệ đào tạo: Đại học quy Khóa: 15 Lớp: 151511 I TÊN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH MÁY CNC PHAY MẠCH IN II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu:  Tìm hiểu nguyên lý cách điều khiển động Servo  Tìm hiểu Driver Servo MR-C10A  Tìm hiểu biến tần Mitsubishi E700  Tìm hiều G-code phần mềm CNC Mach Nội dung thực hiện:  Giao tiếp bo mạch CNC máy tính  Điều khiển Driver Servo  Đáp ứng tốc độ yêu cầu động thông qua biến tần III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 1/3/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 4/7/2019 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Lê Hoàng Lâm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày tháng năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Gia Bảo MSSV: 15151105 Họ tên sinh viên 2: Trần Xuân Bình MSSV: 15151111 Tên đề tài: MÁY CNC PHAY MẠCH IN Tuần/ ngày 1/3/2019 10/3/2019 Nội dung - Xác nhận GVHD Tìm hiểu AC Servo( MR-C10A) chạy Jog, set parameter, chân phát xung - Thiết kế khung máy CNC: trục X, Y sử dụng trục vitme KT45, trục Z sử dụng vitme 20/3/2019 KT30 - Thiết kế bàn đỡ máy, giá gắn động trục 1/4/2019 với trục Z - Tìm hiểu phần mềm Mach3: cách setup ngõ ra, ngõ vào, chân phát xung, chiều quay, setup thơng số quay trục - Tìm hiểu board CNC mach3 AKZ250: ngõ ra, ngõ vào, tần số phát xung, kiểu phát 8/4/2019 xung, sơ đồ đấu dây - Chọn thiết bị tủ điện, vẽ mạch động 22/4/2019 lực, mạch điều khiển - Tiến hành bố trí thiết bị, dây tủ điện, 1/5/2019 gắn thêm nút nhấn cho tủ điện - Sau dây gọn gàng tiến hành cài đặt thông số driver động cơ, thông số phần mềm mach3 chạy JOG kiểm tra 11/5/2019 - Tìm hiểu phần mềm CopperCam xuất file 19/5/2019 G-code mạch in - Chạy file G-Code kiểm tra sai số, hiệu 28/5/2019 chỉnh tốc độ trục - Kiểm tra lại phần cứng, hoàn thành nút khởi động , dừng khẩn cấp,… - Kiểm tra, vận hành lại hệ thống GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) PHIẾU TỔNG HỢP CÁC NỘI DUNG CHỈNH SỬA S TT NỘI DUNG CHỈNH SỬA Căn lề hai bên GHI CHÚ Đã sửa Bổ sung thêm hình ảnh cài đặt chân ngõ TRANG phần mềm Mach 3 10 45 Đã sửa Ngày tháng năm 2019 Xác nhận GVHD Sinh viên thực LỜI CAM ĐOAN Chúng cam đoan cơng trình nghiên cứu chúng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019 (Ký tên ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp nhóm sinh viên hoàn thành thời gian tháng trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhóm sinh viên nhận nhiều giúp đỡ hỗ trợ từ thầy cô, bạn bè để hoành thành đồ án cách tốt Đầu tiên, nhóm sinh viên xin cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn – thầy Lê Hoàng Lâm hướng dẫn nhóm sinh viên nhiệt tình, ln tận tình bảo, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm để nhóm sinh viên hoành thành xuất sắc đồ án tốt nghiệp Xin cảm ơn đến quý thầy, cô khoa Điện – Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh truyền đạt kiến thức quý báu suốt thời gian vừa qua Cuối cùng, nhóm sinh viên xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè ln ủng hộ, giúp đỡ động viên nhóm suốt q trình làm đồ án tốt nghiệp Bên cạnh đó, nhóm xin gởi lời cảm ơn đến anh, chị trước tật tình bảo, giải đáp thắc mắc để nhóm hoành thành đồ án tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn ! TP HCM, ngày 27 tháng 06 năm 2019 Nhóm sinh viên Nguyễn Gia Bảo Trần Xn Bình LỜI NĨI ĐẦU Hiện nay, với xu hướng cơng nghiệp 4.0, nước giới nói chung Việt Nam nói riêng hướng đến việc cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Kể từ công nghiệp phát triển, việc áp dụng thành tựu kỹ thuật, công nghệ vào quy trình sản xuất khơng xa lạ với người Chính điều đó, ngành cơng nghệ tự động điều khiển đóng vai trò quan trọng phát triển công nghiệp Tự động điều khiển mấu chốt quan trọng để thúc đẩy công nghiệp giới trở thành mốt công nghiệp tự động hóa hồn tồn Nhờ việc áp dụng kỹ thuật tự động công nghiệp mà vừa tăng suất lao động, vừa giảm sức lao động thủ cơng Bên cạnh đó, việc áp dụng lựa chọn tối ưu nhằm tạo sản phẩm chất lượng, tiết kiệm chi phí sản xuất, từ đẩy cao cạnh tranh thị trường Với kiến thức, kinh nghiệm với giúp đỡ hướng dẫn quý thầy, cô nhóm chúng tơi định chọn đề tài đồ án tốt nghiệp “ Máy phay mạch in CNC ” NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Xác nhận GVHD ( kí/ đóng dấu) Thầy Lê Hồng Lâm DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hìn Nội dung Trang h 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 3.1 3.2 3.3 3.4 Máy khoan CNC Máy phay CNC Máy cắt CNC Cấu tạo Servo Driver Servo Driver CNC-C10A-S14 Cấu tạo chung Encoder Biến tần Mitsubishi E700 Sơ đồ cấu tạo biến tần Biến đổi điện áp qua tần số biến tần Động Spindle Bo mạch AKZ250 Các chân tín hiệu Các chân ngõ vào Các chân ngõ Một đoạn G-code Giao diện phần mềm Mach Cảm biến Omron E2S Sơ đồ nguyên lý cảm biến Omron E2S Bộ lọc nhiễu pha Bộ lọc nhiễu pha Bộ nguồn 24V DC Bộ nguồn 5V DC Relay trung gian Thiết bị đóng cắt Mơ hình máy CNC Sensor giới hạn giới hạn Giá đỡ máy Bàn phôi kẹp phôi 5 11 12 13 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 24 25 26 27 28 29 29 30 30 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 Trục X Bản vẽ khí trục X Trục Y Bản vẽ khí trục Y Trục Z Bản vẽ khí trục Z Các khối điều khiển hệ thống Sơ đồ mạch động lực Sơ đồ mạch điều khiển Sơ đồ mạch điều khiển Một số hình ảnh thi cơng tủ điẹn Lưu đồ quy trình vận hành hệ thống Các khối điều khiển hệ thống Layout mạch điện Layout 3D mạch điện Giao diện phần mềm Copper Cam File mạch in sau định dạng Cửa sổ cài đặt dao phay Điều chỉnh độ ăn dao Đoạn G-code Vào cửa sổ thiết lập chức Mach3 Cửa sổ Engine Configuration Port and Pin Cửa sổ cài đặt chân xung cổng Cửa sổ cài đặt ngõ vào Cửa sổ cài đặt ngõ Cài đặt thông số trục động Cửa sổ cài đặt thơng số cho trục Nạp file G-code vào chương trình Lấy gốc tọa độ phôi Giao diện Mach sau load file G-code Sản phẩm 31 31 32 32 33 33 34 35 35 36 37 37 38 39 39 40 40 41 41 42 42 43 43 44 45 46 47 48 49 50 50 DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Nội dung Các dạng xung đầu vào Driver Servo Sơ đồ chân bo mạch AKZ250 Các chân ngõ vào bo mạch AKZ250 Các chân ngõ bo mạch AKZ250 Các nhóm lệnh G-code Trang 10 16 17 18 21 MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii PHIẾU TỔNG HỢP CÁC NỘI DUNG CHỈNH SỬA iv LỜI CAM ĐOAN .vi LỜI CẢM ƠN vii LỜI NÓI ĐẦU viii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ix DANH SÁCH HÌNH ẢNH x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Đối tượng nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan máy CNC .4 2.1.1 Giới thiệu máy CNC 2.1.2 Phân loại máy CNC 2.1.3 Ưu điểm nhược điểm máy CNC 2.2 Tổng quát AC Servo .7 2.1.1 Giới thiệu chung Servo .7 2.1.1.1 Giới thiệu Servo 2.1.1.3 Cấu tạo chức AC Servo .7 2.1.2 Giới thiệu Driver Servo 2.1.2.1 Driver Servo MR-C 11 2.1.3 Encoder .12 2.2 Biến tần động trục Spindle 13 2.2.1 Giới thiệu biến tần 13 2.2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động biến tần 13 2.2.2.1 Cấu tạo biến tần 13 2.2.2.2 Nguyên lý hoạt động biến tần .14 2.2.2.3 Thông số kỹ thuật biến tần 14 2.2.2 Động trục Spindle 15 2.3 Bo mạch CNC AKZ250 G-code, phần mềm Mach 16 2.3.1 Bo mạch CNC AKZ250 16 2.3.2 G-code 20 2.3.3 Phần mềm Mach 21 2.4 Một số thiết bị hỗ trợ khác 23 2.4.1 Cảm biến Omron E2S 23 2.4.2 Bộ lọc nhiễu nguồn .24 2.4.2.1 Bộ lọc nhiễu pha 24 2.4.2.2 Bộ lọc nhiễu pha 25 2.4.3 Nguồn DC 25 2.4.3.1 Nguồn 24V DC 25 2.4.3.2 Nguồn 5V DC .26 2.4.4 Relay trung gian 27 2.4.5 Thiết bị đóng cắt 28 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 29 3.1 Giới thiệu mơ hình .29 3.2 Thiết kế mạch động lực mạch điều khiển .34 3.2.1 Sơ đồ mạch động lực .35 3.3 Thi công tủ điện .37 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 38 4.1 Yêu cầu điều khiển 38 4.2 Quy trình vận hành hệ thống 38 10  Xuất file G-code phần mềm Copper Cam Hình 4.5 Giao diện phần mềm Copper Cam Hình 4.6 Hình ảnh file mạch in sau định dạng để xuất file G-code 40 Vào Parameters → Tool Libary để cài đặt dao phay Hình 4.7 Giao diện cửa sổ cài đặt dao Hình 4.8 Điều chỉnh độ ăn dao 41  Xuất file G-code dạng *txt Hình 4.9 Một đoạn file G-code 4.3.2 Điều khiển hệ thống Mach Hình 4.10 Vào cửa sổ thiết lập chứng Mach 42 Vào mục Config → Ports and Pin để cài đặt chân chức Hình 4.11 Cửa sổ Engine Configuration Port and Pin  Mục Motor Outputs để cài đặt địa cho chân cấp xung cho trục X, Y, Z , ta tích vào X, Y, Z Axis tương tự với Spindle Hình 4.12 Cửa sổ cài đặt chân xung cổng 43  Chọn mục Input Signals để cài đặt địa cổng vào Hình 4.13 Cài đặt cổng vào Mach Ở cửa sổ này, ta chọn tín hiệu cần sử dụng Giả sử với đầu vào X+ +, ta tích Enable ứng với dòng X++ hình điền số Pin Number tương ứng với chân bo mạch AKZ250 Mạch để chế độ hoạt động mức thấp nên ta tích vào cột Active Low  Chọn mục Output Signals để cài đặt địa cổng vào 44 Ở cửa sổ Outputsignal ta dùng để cài đặt tín hiệu ngõ : hệ thống làm mát, hệ thống thay dao,… Vì mạch hoạt động chế độ mức thấp, nên để cài đặt chân ngõ ra, ta cần tích vào cột Active Low điền vào cột Pin Number số chân tương ứng 45  Mục Spindle Setup : cho phép cài đặt cho động trục Hình 4.15 Cài đặt thơng số cho trục động Ở mục ta cài đặt thơng số cho trục Spindle Relay Control - Clockwise (M3) : quay trục theo chiều kim đồng hồ - CCW (M4 ) quay trục theo ngược chiều kim đồng hồ Motor Control Chọn PWM Control : điều khiển tốc độ trục xung Vào Config → Motor tuning 46 Hình 4.16 Cửa sổ cài đặt thông số cho trục Step per : tần số xung cấp cho động để dịch chuyển 1mm Velocity In’s or mm’s per : vận tốc chuyển động động Acceleration in’s or mm’s /sec : gia tốc chuyển động động Tùy vào nhu cầu vận hành nhanh hay chậm hệ thống mà ta chọn vận tốc gia tốc phù hợp, tần số xung cấp vào tính tốn thơng qua tỷ số gear Sau cài đặt thông số phù hợp , chọn SAVE AXIS SETTING để lưu lại 47  Nạp file G-code Hình 4.17 Nạp file G-code vào chương trình  Nạp chương trình vào phân mềm mach3 Ta vào file -> Load Gcode nháy vào Load Gcode giao diện điều khiển Phần mềm mach3 nhận diện file *.txt từ Notepad, file *,nc từ phần mềm NC Trên phần mềm nút như:  Edit Gcode: hiệu chỉnh file Gcode  Recent file: file mở gần  Set next line: Xác định dòng bắt đầu chạy từ điểm điểm  Run From here : Kiểm tra tọa độ máy so với tọa độ muốn chạy, sau di chuyển đến điểm muốn chạy đợi  Rewind : Trở đầu file gia cơng 48 Hình 4.18 Lấy gốc tọa độ phôi  Lấy gốc phôi Ta di chuyển trục đến điểm mà ta mong muốn điểm gốc sau nhấn “ZERO X”, “ZERO Y” Sau ta kiểm tra lại liệu miếng phơi dủ kích thước hay chưa Xác định zero cách nhấn phím mũi tên cho trục Z di chuyển xuống, gần chạm tới mặt phôi ta bắt đầu di chuyển theo chế độ bước cách nhấn tổ hợp phím “CTRL + hướng xuống Z” để tránh trường hợp khơng kiểm sốt tốc độ đâm dao xuống phôi Khi mũi dao vừa chạm mặt phôi ta nhấn “ZERO Z” Như ta set gốc tọa độ phơi Sau ta nhấn nút “Cycle Start” nút Start bảng điều khiển để bắt đầu q trình gia cơng 49 Hình 4.19 Giao diện sau load file G-code 50 Hình 4.20 Sản phẩm sau hoàn thành CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết đạt  Thiết kế thành cơng mơ hình CNC điều khiển phần mềm Mach  Điều khiển riêng biệt trục động trục X, Y, Z  Hệ thống chạy ổn định, xác mức độ vừa phải, khơng hay xảy lỗi Có thể dừng khẩn cấp toàn hệ thống nút EMG  Nghiên cứu thiết kế, cho sản phẩm mạch in thành công yêu cầu ban đầu 5.2 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu hồnh thành mơ hình “ Máy CNC phay mạch in” , nhóm sinh viên rút ưu điểm nhược điểm đề tài:  Ưu điểm:  Mơ hình điều khiển nhiều động servo  Mơ hình đáp ứng u cầu tạo sản phẩm khác  Mơ hình hoạt động theo yêu cầu sản phẩm cách xác 51  Nhược điểm:  Mơ hình chưa có chế độ thay dao  Mơ hình chưa có chế độ làm mát  Gia cơng sản phẩm có độ cứng vừa phải ( bo đồng, mê ca, )  Hành trình bàn phơi hạn chế 5.3 Hướng phát triển đề tài  Nâng cấp mơ hình để phay vật liệu cứng  Lắp ráp thêm chế độ thay dao làm mát để linh hoạt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mitsubishi electric – Inverter FR-E700 Instruction manual [2] Melservo MR-C manual [3] Servo Education Basic Trainning [4] https://www.machsupport.com/software/mach3/ PHỤ LỤC  Thông số kỹ thuật số dòng Driver Servo MR-C Servo motor MR-C10A MR-C20A MR-C40A Rated output (W) HC-PQ033 30 HC-PQ23 200 HC-PQ43 400 52 Rated torque (Nm) 0.095 0.64 1.27 Max torque (Nm) 0.38 1.92 2.92 rotation 3000 3000 3000 speed ( rpm ) Max rotation speed 4000 4000 4000 Rated ( rpm ) Speed/position detector Encoder Bảng 2.1 Thống số kỹ thuật số dùng Driver Servo MR-C  Kích thước Driver Hình 2.7 Kích thước Driver Cài đặt Parameter cho biến tần Mitsubishi E700 – Bước 1: Nhấn ON để bật biến tần – Bước 2: : Đặt chế độ hoạt động cách: + Nhấn MODE hiển thị hình chọn Parameters + Quay núm điều chỉnh “ P.79 ” , chọn để chọn chế độ PU , đèn thị chế độ PU sáng 53 – Bước 3: Quay núm điều chỉnh để chọn Parameters theo mong muốn Nhấn Set để cài đặt thơng số Parameter - Bước 4: Sau cài đặt xong thông số Parameter, để điều khiển biến tần từ bên , ta bấm mode đến P.79 chọn , lúc đen EXT sang lên cho phép điều khiển biến tần từ bên Một số Parameter thường dùng : Tham số Tên Phạm Pr.1 Pr.2 Pr.3 Pr.4 Pr.5 Pr.6 Pr.7 Pr.8 Pr.18 Tần số tối đa Tần số tối thiểu Tần số Nhiều cấp tốc độ Thiết lập đa tốc độ Thiết lập đa tốc độ Thời gian tăng tốc Thời gian giảm tốc Tần số tốc độ cao lập đến 120Hz đến 120HZ đến 400Hz đến 400Hz đến 400Hz đến 400 Hz đến 3600/360s đến 3600/360s 120Hz đến 400 Pr.79 Hz Lựa chọn chế độ hoạt 0,1,2,3,4,5,6,7 Pr.160 động Lựa chọn đọc nhóm 0,1,9999 người dùng 54 vi thiết Giá trị khởi tạo 120Hz 0Hz 60Hz 60Hz 30Hz 10 Hz 5/10/15s 5/10/15s 120Hz ... cỡ trọng lượng máy Một số hình ảnh máy CNC cơng nghiệp Hình 2.1 Máy khoan CNC Hình 2.2 Máy phay CNC Hình 2.3 Máy cắt CNC plasma 2.1.3 Ưu điểm nhược điểm máy CNC Ưu điểm:  Máy CNC không phụ thuộc... 2.23 2.24 2.25 3.1 3.2 3.3 3.4 Máy khoan CNC Máy phay CNC Máy cắt CNC Cấu tạo Servo Driver Servo Driver CNC- C10A-S14 Cấu tạo chung Encoder Biến tần Mitsubishi E700 Sơ đồ cấu tạo biến tần Biến đổi... o0o -Tp HCM, ngày tháng năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Gia Bảo MSSV: 15151105 Họ tên sinh viên 2: Trần Xuân Bình MSSV: 15151111 Tên đề tài: MÁY CNC PHAY