Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦULỜI CẢM ƠNPHẦN 1: TÌM HIỂU VỀ ARDUINO131.1Giới thiệu chung về arduino131.2Cấu trúc phần cứng141.3Cấu trúc phần mềm và lập trình161.4 ARDUINO UNO R3:26PHẦN 2: TÌM HIỂU VỀ MÁY CNC282.1 Giới thiệu chung về máy CNC282.1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống máy CNC282.1.2 Những đặc điểm cơ bản của máy CNC292.2 Giới thiệu chung về máy phay CNC312.2.1 Tình hình sử dụng máy CNC ở nước ta312.3 Các phương pháp điều khiển trên máy CNC342.3.1 Điều khiển 2D342.3.2 Điều khiển 212D342.3.3 Điều khiển 3D352.4.1 Phần điều khiển372.4.2 Phần chấp hành372.5 Hệ trục tọa độ trên máy CNC372.6 Các phương án thiết kế.................................................................................................382.7 Chọn động cơ và các thành phần máy CNC mini2.7.1 Động cơ dẫn động trục chính:412.7.2 Động cơ dẫn động các trục tọa độ:422.7.3 Bộ truyền biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến:432.7.4 Cơ cấu dẫn hướng cho chuyển động chạy dao các trục:44 Giới thiệu về sóng trượt:44 Giới thiệu về sóng lăn:442.7.4.1 Chọn cơ cấu dẫn hướng:442.8 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CỦA MÁY:452.8.1 Chọn dao:452.8.2 Chiều sâu cắt và chiều rộng phay B ( mm ) :452.8.3 Lượng chạy dao S:462.8.4 Tính tốc độ cắt:462.8.5 Lực cắt:492.8.6 Công suất cắt:502.9 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CNC MINI :522.9.1 Phần cơ khí:522.9.2 Phân tích và đưa ra giải pháp phần cơ khí:532.9.2.1 Phần khung:532.9.2.2 Hệ thống thanh trượt:542.9.2.3 Nối giữa động cơ và trục vít me:552.9.2.4 Liên kết giữa ray trượt và thân máy, bàn máy:562.9.2.5 Kết cấu bàn máy:56PHẦN 3. TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ BƯỚC583.1 Khái quát583.1.1 Vai trò của động cơ bước583.1.2 Cấu tạo động cơ bước583.1.3. Hoạt động593.1.4 Ứng dụng603.1.5 Các đặc tính cơ bản của động cơ bước603.1.6 Một số loại động cơ bước60 3.1.7 Điều khiển động cơ bước623.2. Giới thiệu module Driver DRV8825643.3. Điều khiển động cơ bước qua DRV8825 bằng GRBL693.3.1. Khái quát GRBL693.3.2 Quản lý nhanh.723.3.3 Những giới hạn của Gcode723.3.4 Các tính năng mới trong v0.972PHẦN 4: TÌM HIỂU CÁC BƯỚC ĐIỀU KHIỂN MỘT CNC LÀM PCB ĐƠN GIẢN76KÊT LUẬNTÀI LIỆU THAM KHẢO HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH VẼHình 1.1: Arduino IDEHình 1.3: IDE MenuHình 1.4: File menu.Hình 1.5: Click Examples.Hình 1.7: Kết nối dây UNO để nạp bootloaderHình 1.8: Aduino UnoHình 2.3 Điều khiển 2DHình 2.4 Điều khiển 212DHình 2.5 Hình mô phỏng phương án 1Hình 2.6 Hình mô phỏng phương án 2Hình 2.7 Kích thước của động cơ bước size 42Hình 2.8 Mô hình 3D của máy CNC miniHình 2.9 Thanh trượt trụ tròn biHình 2.10 Hình dạng bàn máyHình 2.10 Nối trục dạng mềm Hình 2.11 Mô hình cơ khí máy CNC mini khi hoàn thànhHình 3.1 Động cơ bướcHình 3.2 Sơ đồ nối dây của hãng OrientalHình 3.3 Linh kiện lớp BOTTOMHình 3.4 Linh kiện lớp TOPHình 3.5 Modul DRV8825Hình 3.6 Sơ đồ kết nối DRV8825 với các phần khácHình 3.7 Bảng chọn chế độ cho stepmotorHình 3.8 Sơ đồ nối dây sử dụng DRV8825 điều khiển bằng GRBLHình 4.1 Giao diện làm việc của FritzingHình 4.2 Thiết kế một mạch đơn giảnHình 4.3 Giao diện sơ đồ nguyên lí FritzingHình 4.4 Giao diện sơ đồ PCB trên FritzingHình 4.5 Giao diện đi dây trên FritzingHình 4.6 Đi dây trong FritzingHình 4.7 Giao diện khi mạch không bị lỗiHình 4.8 Sử dụng inkspace để bôi mực mạch PCBHình 4.9 Sơ đồ mạch in sau khi sử dụng InkscapeHình 4.10 Giao diện khi mở file trên makercam.comHình 4.11 Tinh chỉnh thông số CAMHình 4.12 Lỗ cần khoanHình 4.13 Phay tự động của CNCHình 4.14 Giao diện làm việc của GRBLHình 4.15 Khoan lỗ tự động của CNCHình 4.16 Khắc Logo lên PCBHình 4.17 Cắt mạch PCB
1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH DOANH VÀ CƠ CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN TỬ HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .*** THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: 3: Tính tốn thiết kế chế tạo điều khiển máy CNC mini Giảng viên hướng dẫn: - ThS Phạm Công Dũng Sinh viên thực hiện: - Nguyễn Đức Việt Lê Đình Vinh Ngơ Phú Tn Lớp : CD17.01 Hà Nội - 2016 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời gian dài, ngành khí tập trung nghiên cứu để giải vấn đề tự động hóa xí nghiệp có quy mơ sản xuất lớn Máy công cụ - trung tâm gia công điều khiển chương trình số kỹ thuật vi xử lý CNC - sử dụng sản xuất hàng loạt vừa hàng loạt nhỏ tạo điều kiện linh hoạt hoá tự động hoá dây chuyền gia công Đồng thời làm thay đổi phương pháp nội dung chuẩn bị cho sản xuất Trong năm gần máy NC CNC nhập vào Việt Nam hoạt động số nhà máy, viện nghiên cứu cơng ty liên doanh Cũng nên việc nghiên cứu, chế tạo máy CNC nhiều nhà kỹ thuật, kỹ sư Việt Nam theo đuổi Để tổng kết lại kiến thức học để làm quen với công việc thiết kế người cán kỹ thuật ngành khí sau Chúng em nhận đề tài “Tính tốn thiết kế chế tạo điều khiển máy CNC mini” Vì lần đầu làm quen với công việc thiết kế tổng thể, hướng dẫn thầy ThS.Phạm Công Dũng không tránh khỏi bỡ ngỡ Hơn nữa, tài liệu phục vụ cho công việc thiết kế q ít, thời gian thực đề tài khơng nhiều,khả hạn chế nên q trình thiết kế khơng tránh khỏi thiếu sót Nên mong giúp đỡ bảo thầy cô Sau thời gian làm đề tài nổ lực thân hướng dẫn thầy Phạm Công Dũng, thầy giáo giúp đỡ bạn sinh viên khác khoa em hoàn thành xong đồ án thời gian qui định Một lần cho phép chúng em xin gửi đến quý thầy bạn lòng biết ơn sâu sắc Hà Nội, ngày 17 tháng năm 2016 LỜI CẢM ƠN Sau bốn năm học trường ĐH Kinh doanh Công nghệ Hà Nội, chúng em học tiếp thu nhiều kiến thức từ bảo tận tình từ Q Thầy Cơ, giúp đỡ bạn bè Đây khoảng thời gian đầy ý nghĩa Đồ án tốt nghiệp tảng quan trọng để đánh dấu bước ngoặc đời chúng em Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu săc đến thầy Phạm Công Dũng Người hướng dẫn chúng em thực đồ án tốt nghiệp cung cấp cho chúng em nhiều kinh nghiệp quý báu Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa điện tử canns công nhân viên trường ĐH Kinh doanh Công nghệ Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện: Lê Đình Vinh Ngơ Phú Tn Nguyễn Đức Việt NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……… Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………… MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Arduino IDE Hình 1.3: IDE Menu Hình 1.4: File menu Hình 1.5: Click Examples Hình 1.7: Kết nối dây UNO để nạp bootloader Hình 1.8: Aduino Uno Hình 2.3 Điều khiển 2D Hình 2.4 Điều khiển 21/2D Hình 2.5 Hình mơ phương án Hình 2.6 Hình mơ phương án Hình 2.7 Kích thước động bước size 42 Hình 2.8 Mơ hình 3D máy CNC mini Hình 2.9 Thanh trượt trụ tròn bi Hình 2.10 Hình dạng bàn máy Hình 2.10 Nối trục dạng mềm Hình 2.11 Mơ hình khí máy CNC mini hồn thành Hình 3.1 Động bước Hình 3.2 Sơ đồ nối dây hãng Oriental Hình 3.3 Linh kiện lớp BOTTOM Hình 3.4 Linh kiện lớp TOP Hình 3.5 Modul DRV8825 10 PHẦN 4: TÌM HIỂU CÁC BƯỚC ĐIỀU KHIỂN MỘT CNC LÀM PCB ĐƠN GIẢN Những thứ cần thiết: cnc mill / router, xác tốt 45 ° / 20 ° V-Bit Khoan bảng mạ đồng băng dính hai mặt Bước 1: Tải phần mềm Cài đặt phần mềm sau đây: Fritzing Inkscape Makercam Bước 2: Thiết kế Fritzing Hình 4.1 Giao diện làm việc Fritzing 72 Hình 4.2 Thiết kế mạch đơn giản Bắt đầu Fritzing bắt đầu vẽ phác thảo Tới breadboard xem cách nhấp vào tab breadboard cửa sổ Ở bên phải phần thư viện , chọn thành phần mong muốn mạch kéo thả chúng vào cửa sổ breadboard Đảm bảo chọn cần thông số kỹ thuật mong muốn sơ đồ chân, giá trị kích thước mạch Ta thay đổi biến số thành phần lựa chọn tra để phía bên phải hình Trong ví dụ ta làm mạch sử dụng Arduino Nano chuyển đổi rơle 12V Để làm ta cần transistor, điện trở diode bắt song song với cuộn dây rơle hai thiết bị vít đầu cuối Các kết nối / dây thành phần thực cách kéo thả vào chân thành phần Điểm uốn dây thực cách kéo thả bên dây Hoàn thiện tất kết nối cần thiết làm bảng mạch thực 73 Bước 3: Xem Sơ đồ nguyên lý Hình 4.3 Giao diện sơ đồ nguyên lí Fritzing Bây chuyển tới sơ đồ nguyên lý (Schematic View) Ta có sơ đồ nối dây với tất thành phần kết nối chúng Làm đẹp mạch nhờ kéo thành phần trật tự hợp lý, chọn kéo đường nối vạch để chúng không giao Bước 4: Xem PCB Hình 4.4 Giao diện sơ đồ PCB Fritzing Tới mục PCB view 74 Kéo thành phần theo thứ tự hợp lý Một nguyên tắc nhỏ đặt thành phần chân trung tâm thành phần khác xung quanh.Các phận tự động khóa ứng dụng Để thay đổi kích thước vào View -> Set grid size Bước 5: Đi dây Hình 4.5 Giao diện dây Fritzing Chọn Routing -> Autorouter / DRC cài đặt chọn tùy chỉnh thơng số Ta thiết lập chiều rộng vết với độ dày mong muốn phụ thuộc vào máy tính bạn / khoan / mạch Nhấp vào "OK" Chọn hình chữ nhật màu xám (Bảng PCB) thay đổi lớp, thả xuống để mạch lớp (một mặt) Bây nhấn nút autoroute cửa sổ chờ máy tính làm việc 75 Bước 6: Một số cách dây khác Hình 4.6 Đi dây Fritzing Khi việc dây nối hoàn chỉnh, chỉnh sửa chỗ thừa cách kéo thả điểm uốn chúng Nhấp chuột phải vào điểm uốn chọn loại bỏ điểm uốn(remove bendpoint) để loại bỏ Ta thêm văn / biểu tượng lên đồng cách kéo " Silkscreen Image " " Silkscreen Text " từ thư viện lên bảng mạch Chọn hình Placement - menu thả xuống lớp pcb chọn " copper bottom " ta tải file svg riêng cách nhấp vào " load image file " công cụ Bước 7: Kiểm tra mạch Hình 4.7 Giao diện mạch không bị lỗi 76 Khi sẵn sàng với việc dây nhấp chuột vào Routing -> Design Rules Kiểm tra tự động cho kết nối bị / chồng chéo giao Loại bỏ tất lỗi lặp lại DRC đến khơng vấn đề Vậy thiết kế xong! Xuất PCB dạng file svg cách nhấp vào " Export for PCB " phía Bấm vào mũi tên nhỏ nút Export chọn "Etchable (SVG)" Ta nhận tập hợp svg thư mục lựa chọn, sử dụng hai số chúng: * Yourfilename * _etch_copper_bottom_mirror.svg * Yourfilename * _etch_mask_bottom_mirror.svg Tất tập tin khác xóa Bước 8: Bơi mực (inkspace) Hình 4.8 Sử dụng inkspace để bơi mực mạch PCB 77 Hình 4.9 Sơ đồ mạch in sau sử dụng Inkscape Mở * yourfilename * _etch_copper_bottom_mirror.svg Inkscape, chọn tất nhiều lần, nhấn ctrl + shift + g tất thứ không chung cụm (ungrouped) Chọn view-> display mode -> outline Chọn tất dấu vết đến Path -> Stroke Path Chọn tất dấu vết đến Path -> Union Lưu Các tập tin sẵn sàng cho CAM! 78 Bước 9: Làm file CAM Hình 4.10 Giao diện mở file makercam.com Mở trình duyệt web đến makercam.com Vào Edit -> Edit preferences thay đổi độ phân giải mặc định SVG tới 90 ppi Vào File -> Open SVG file, chuyển đến thư mục chọn "* tên file * _etch_copper_bottom_mirror.svg" file 79 Bước 10: Cách điện phay Hình 4.11 Tinh chỉnh thơng số CAM Chọn tất dấu vết (nhưng khơng phải vòng tròn bên chân) đến CAM -> profile operation CNC dựng GRBL làm CAM makercam dùng đơn vị Anh Vì phải chuyển đổi tất milimet sang inches trước nhập Nhấn OK Bước 11: Logo Chọn logo hay cụm từ đến CAM -> follow path operation Để cụ thể biểu tượng, ví dụ sử dụng 20 ° 0.2mm V-Bit Độ sâu ví dụ -0.2mm Tất giá trị khác tương tự phay cô lập Nhấn OK Bước 12: Tạo Đường Viền Bây muốn cắt PCB khỏi mạ đồng ta cần: Chọn đường viền nhập vào giá trị cần thiết 80 Trong ví dụ sử dụng mộtt 4-flute bit 3mm với nguồn cấp liệu khoảng 400mm / phút xuống 50mm / phút Bước xuống 0.4mm Nhấn OK Tới CAM -> calculate all Tới CAM -> export gcode Mọi hoạt động xuất tập tin Vì hoạt động cần cơng cụ khác nhau, tốt đặt tên cho file sau xuất Bước 13: Khoan Hình 4.12 Lỗ cần khoan Mở lại trang để bắt đầu "new project" Mở "* tên file* _etch_mask_bottom_mirror.svg" file Nhớ thay đổi SVG-rộng để 90ppi trước làm Chọn tất lỗ Tới CAM -> drill operation VÍ dụ sử dụng chút khoan 0.8mm Bảng mạch dày 1.5mm, đó, cho lỗ sử dụng -2mm cho độ sâu mũi khoan Độ lớn lỗ khoan nên lớn giá trị cho khoan qua lần Ví dụ sử dụng tỷ lệ khoan xuống cỡ 50mm / phút Nhấn OK tất lỗ tự động phát 81 Tới CAM -> calculate all Xuất gcode Bước 14: Chuẩn bị Sự dụng băng dính mặt cố định đồng chuẩn bị cho trình làm PCB Hình 4.13 Phay tự động CNC Hình 4.14 Giao diện làm việc GRBL Nạp 45 ° V-Bit Các vị trí zero file gcode góc bên trái bề mặt.Vì vậy, ta điều chỉnh máy tính gần đến góc bên trái đồng giảm trục chính, đầu nhọn không chạm vào bề mặt Thiết lập cho vị trí zero bắt đầu q trình khoan tạo mạch độc lập Bước 16: Khoan 82 Hình 4.15 Khoan lỗ tự động CNC Thay đổi cài đặt tool để có mũi khoan 0.8mm thiết lập trục Z đầu khoan chạm vào bề mặt Bắt đầu khoan lỗ Bước 17: Khắc Thay đổi công cụ để 20 ° V-Bit bắt đầu hoạt động đường dẫn sau để khắc logo / văn Hình 4.16 Khắc Logo lên PCB Bước 18: Cắt+hồn thành 83 Hình 4.17 Cắt mạch PCB Bước cuối cắt PCB khỏi đồng ban đầu Sử dụng mũi khoan 3mm profile thứ hai để làm 84 KẾT LUẬN Kết đạt - Đã chế tạo lắp ráp hồn chỉnh phần khí máy CNC mini, Các chuyện động tịnh tiến theo phương X, Y, Z dùng truyền vitme-thanh trượt bi, kết cấu máy nhỏ gọn phù hợp với mơ hình thí nghiệm, học tập giảng dạy - Thiết kế chế tạo board mạch điện giao tiếp với máy tính Driver điều khiển động bước -Lập trình G-code - Sử dụng phần mềm GRBL đọc file G-code để điều khiển máy CNC mini gia công sản phẩm thiết kế - Lập trình cho PIC đếm encoder, tính toản xuất xung điều khiển trục bàn máy Kết chưa đạt Do vấn đề thời gian khó khăn lúc thi cơng dẫn đến số ý tưởng chưa hoàn thành độ xác phần khí chưa cao Hướng phát triển đề tài: -Thay động bước động AC servo để sai số hơn, đạt đươc độ xác gia cơng caco động servo điều khiển theo dạng vòng kín có tín hiệu phản hổi encoder - Cải tiến chế độ điều khiển tay thêm phím ma trận nhập tọa độ điều khiển chiều trụ chiều quay encoder đọc chương trình thẻ nhớ ngồi 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo: CNC Robotic- Geoff Williams Công nghệ CNC – Trần Văn Địch Sổ tay công nghệ chế tạo máy I Sổ tay công nghệ chế tạo máy II (1) Các trang web tham khảo Diễn đàn Điện tử Việt Nam : http://dientuvietnam.net Diễn đàn Thế giới CNC: http://thegioicnc.com http://google.com.vn 86 ... DOANH VÀ CƠ CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN TỬ HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .*** THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: 3: Tính tốn thiết kế chế tạo điều khiển máy CNC mini Giảng viên hướng dẫn: - ThS Phạm Công... dụng máy NC chưa cải thiện đáng kể, máy tính ứng dụng - Đầu năm 1970, máy CNC (Computer Numerical Control) đời: Các điều khiển số máy cơng cụ tích hợp máy tính thuật ngữ CNC đời Máy CNC ưu việt máy. .. 29 2.2 Giới thiệu chung máy phay CNC 2.2.1 Tình hình sử dụng máy CNC nước ta Cho đến nước ta số lượng máy CNC sử dụng chưa nhiều Mà phần lớn máy sử dụng máy phay CNC máy đảm nhận nhiều công việc