Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án Tổng hợp Cơ điện tử với mục tiêu là chế tạo được mô hình máy CNC vẽ mạch in PCB hoạt động ổn định với sai số nhỏ, sau đó chúng em hướng tới khắc phục dao động, sai số và nâng cao tính tự động của máy như khả năng thay dao tự động, hệ thống cấp phôi tự động.
Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .3 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .5 1.1 Giới thiệu sơ lược ý tưởng – lý chọn đề tài : 1.2 Khái niệm máy CNC giới thiệu máy CNC vẽ mạch in 1.2.1 Tổng quan máy CNC, đặt vấn đề 1.2.2 Khái niệm máy CNC 1.3 Tổng quan máy CNC nước .7 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3.2 Các máy móc sản phẩm tương tự 1.3.3 Mục đích nghiên cứu 1.3.4 Mô tả đề tài: Thiết kế mơ hình máy CNC vẽ mạch in 1.3.5 Phân loại mơ hình máy CNC 1.3.6 Các đặc trưng máy CNC vẽ mạch in 10 1.3.7 Ứng dụng 10 1.3.8 Hướng giải 10 1.3.9 Những u cầu chung mơ hình máy CNC .10 PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH MÁY THIẾT KẾ MÁY 11 2.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống 11 2.1 Tổng quan kỹ thuật điều khiển số 11 2.1.1 Các định nghĩa điều khiển số 11 2.1.2 Phương pháp truyền thông tin đầu vào 13 2.1.3 Ưu nhược điểm máy điều khiển số 13 2.2.4 Phân loại theo cấu trúc điều khiển 13 2.2.5 Phân loại kiểu điều khiển 13 2.2 Nhiệm vụ máy thiết kế 15 2.3 Nguyên lý hoạt động máy .15 2.4 Các thành phần máy 16 2.4.1 Phần điều khiển 16 2.4.2 Phần chấp hành 16 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ HÌNH CỦA MÁY 18 3.1 Phân tích, chọn phương án, kích thước quy mô mô .18 3.1.1 Phân tích chọn phương án 18 SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh 3.1.2.Kích thước quy mơ mơ hình 18 3.2 Tính tốn thiết kế thành phần máy 19 3.2.1 Cơ cấu dẫn hướng 19 3.2.2 Cơ cấu truyền động 20 3.2.3 Các loại động sử dụng 21 3.2.3 Tính tốn động cho cấu xoay phôi 29 3.2.4 Một số linh kiện khác cần sử dụng chế tạo máy cnc vẽ mạch in 30 3.3 Bản vẽ tổng thể mơ hình thực tế .31 THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN 32 4.1 Yêu cầu hoạt động tự động máy 32 4.2 Các thành phần hệ thống .32 4.3 Phân tích chọn lựa phương án điều khiển 33 4.4 Thiết kế điều khiển kết nối máy tính 34 4.5 Giới thiệu phần điều khiển 34 4.5.1 Giới thiệu Arduino 34 4.4.4 Module điều khiển CNC Shield V3 40 4.4.5 Driver điều khiển động bước A4988 40 4.5 Xác định, sơ đồ nối dây 41 4.6 Các phần mềm cần dùng 42 4.6.1 Phần mềm tạo file mạch in .42 4.6.2 Phần mềm tạo G-code 42 4.6.3 Chương trình điều khiển máy CNC ( Universal Gcode Sender 1.0.8) 42 4.7 Chương trình điều khiển: 43 4.7.1 Đoạn chương trình điều khiển giao tiếp máy vi tính máy CNC 43 4.7.2 Chương trình điều khiển chuyển động bàn xoay phơi 51 SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh LỜI NĨI ĐẦU Hiện nay, khoa học cơng nghệ ngày phát triển, việc ứng dụng kỹ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo sản phẩm có suất, chất lượng cao, mà giá thành chấp nhận ngày trở nên cần thiết, đặc biệt nước phát triển Việt nam Đóng góp vào phát triển nhanh chóng khoa học cơng nghệ thời gian gần đây, tự động hố sản xuất có vai trò quan trọng Nhận thức điều này, chiến lược cơng nghiệp hố đại hố kinh tế, công nghệ tự động ưu tiên đầu tư phát triển Ở nước có cơng nghiệp phát triển, tự động hoá ngành kinh tế kỹ thuật có cơ-điện tử thực từ năm trước Một vấn đề định tự động hố ngành khí chế tạo kĩ thuật điều khiển số công nghệ máy điều khiển số Các máy công cụ điều khiển số dùng phổ biến nước phát triển NC CNC năm gần nhập vào Việt nam sử dụng rộng rãi viện nghiên cứu công ty liên doanh Máy công cụ điều khiển số đại (máy CNC) thiết bị điển hình cho sản xuất tự động, đặc trưng cho ngành khí tự động.Vậy để làm chủ công nghê cần làm chủ thiết bị quan trọng điển hình Trong đề tài đồ án tổng hợp Cơ Điện Tử, mục tiêu trước tiên mà em hướng tới chế tạo mơ hình máy CNC vẽ mạch in PCB hoạt động ổn định với sai số nhỏ, sau chúng em hướng tới khắc phục dao động, sai số nâng cao tính tự động máy khả thay dao tự động, hệ thống cấp phôi tự động Tuy nhiên kinh nghiệm hạn chế thời gian thực có hạn, nên đồ án em thiếu xót, mục tiêu ổn định dao động thiết kế modun thay dao tự động hệ thống cấp phôi tự động chúng em chưa thể hoàn thiện.Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy để hồn thiện để tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! Đặc biệt, cảm ơn thầy Nguyễn Thế Tranh tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này! SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Đà Nẵng , ngày tháng năm 2018 Giáo viên hướng dẫn Thầy Nguyễn Thế Tranh SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu sơ lược ý tưởng – lý chọn đề tài : Với thời đại phát triển ngày , đứng trước thời kì cơng nghiệp hóa , đại hóa diễn khắp nơi giới , từ châu lục sang chậu lục , từ nước phát triển nước phát triển , đại Với phát triển tốc độ , máy móc ngày sử dụng nhiều sản xuất , đặc biệt lĩnh vực tự động hóa , diễn với tốc độ mạnh mẽ , với xuất máy CNC nhanh chóng thay đổi việc sản xuất cơng nghiệp Với máy CNC đường cong thực dễ dàng đường thẳng, cấu trúc phức tạp chiều dễ dàng thực hiện, lượng lớn thao tác người thực giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa q trình sản xuất với máy CNC tạo nên phát triển đáng kể xác chất lượng Kỹ thuật tự động CNC giảm thiểu sai sót giúp người thao tác có thời gian cho cơng việc khác Ngồi cho phép linh hoạt thao tác sản phẩm thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất linh kiện khác Trong mơi trường sản xuất, loạt máy CNC kết hợp thành tổ hợp, gọi cell, để làm nhiều thao tác phận Máy CNC ngày điều khiển trực tiếp từ vẽ phần mềm CAM, phận hay lắp ráp trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần vẽ in chi tiết Có thể nói CNC phân đoạn hệ thống robot công nghiệp, tức chúng thiết kế để thực nhiều thao tác sản xuất (trong tầm giới hạn) Dựa ưu điểm máy CNC với phát ngành công nghiệp chế tạo, chúng em định ngun cứu thiết kế chế tạo mơ hình máy phay CNC loại nhỏ với chức máy CNC dựa kiến thức học nghiên cứu trường 1.2 Khái niệm máy CNC giới thiệu máy CNC vẽ mạch in 1.2.1 Tổng quan máy CNC, đặt vấn đề Tự động hóa q trình sản xuất yêu cầu xúc doanh nghiệp sản xuất nước hầu hết lĩnh vực Đối với lĩnh vực sản xuất khí u cầu cấp thiết nhằm tiến đến “tăng suất, nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm” Nhiều doanh nghiệp đầu tư để đổi công nghệ, ứng dụng công nghệ cao, công nghệ tiên tiến sản xuất Tuy nhiên, hạn chế khả tự nghiên SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh cứu công nghệ mới, lực vốn đầu tư gặp có nhiều khó khăn… dẫn đến chậm đổi cơng nghệ Hiện nhu cầu máy CNC phục vụ công nghiệp ngành sản xuất khác lớn, doanh nghiệp thiết kế máy nước đáp ứng phần nhỏ Chủ yếu nhập máy CNC từ nước hay nhập máy cũ (seconhand) Đối với trình khắc CNC việc tiếp xúc trực tiếp chỗ làm việc tốn thời gian an toàn ảnh hưởng tới sức khỏe: môi trường bị ô nhiễm nặng (bột gỗ, …) nguy hiểm cho mắt, da, phổi…Tai nạn lao động nhiều, tốn thời gian nhiều để hoàn thành xong sản phẩm …Nên điều khiển gián tiếp biện pháp hiệu Máy đặt môi trường kín đảm bảo an tồn lao động cho cơng nhân Trong tình hình hội nhập với kinh tế giới với cạnh tranh gắt gao từ nhà sản xuất nước ngồi Điều đòi hỏi nhà sản xuất nước cần phải nâng cao lực cạnh tranh sản phẩm cách cải tiến đầu tư máy móc, trang thiết bị an tồn, bảo vệ sức khỏe cơng nhân để phục vụ sản xuất Đặc biệt tình hình lao động nay, nguồn lao động có tay nghề ngành khí thiếu hụt trầm trọng Chính điều mà vấn đề đặt là: để phát triển ngành sản suất khí nước việc trang bị máy móc tự động phục vụ phần cho cơng việc q trình sản xuất vơ quan trọng Ngồi lý việc thiết kế, chế tạo sử dụng thiết bị CNC tiền đề cho việc phát triển lĩnh vức khí tự động hóa sản xuất Hưởng ứng phong trào thiết kế máy CNC phục vụ nước nước ta 1.2.2 Khái niệm máy CNC CNC (Computer Numerical Control) xuất vào khoảng đầu thập niên 1970 máy tính bắt đầu dùng hệ điều khiển máy công cụ thay cho NC, Numerical Control (Điều khiển số ) CNC đề cập đến việc điều khiển máy tính máy móc với mục đích sản xuất( có tính lặp lại) phận kim khí( hay vật liệu khác) phức tạp, cách sử dụng chương trình viết ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi mã G CNC phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 phòng thí nghiệm Servomechanism trường MIT Trước khoảng thời gian này, chương trình NC thường phải mã hố xử lý băng đục lỗ, hệ điều khiển trục máy chuyển động Cách cho thâý nhiều bất tiện, chẳng hạn sửa chữa, hiệu chỉnh chương trình, băng chóng mòn, khó lưu trữ, truyền tải, dung lượng bé Hệ điều khiển CNC khắc phục nhược điểm nhờ khả điều khiển máy cách đọc hàng loạt ngàn bit thông tin lưu trữ nhớ, cho phép giao tiếp, truyền tải xử lý, điều khiển trình cách nhanh chóng, xác SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh Hình 1.1 Máy CNC dùng công nghiệp Sự xuất máy CNC nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp Các đường cong thực dễ dàng đường thẳng, cấu trúc phức tạp chiều dễ dàng thực hiện, lượng lớn thao tác người thực giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa trình sản xuất với máy CNC tạo nên phát triển đáng kể xác chất lượng Kĩ thuật tự động CNC giảm thiểu sai sót giúp người thao tác có thời gian cho cơng việc khác Ngồi cho phép linh hoạt thao tác sản phẩm thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất linh kiện khác Trong môi trường sản xuất, với nhiều loại máy CNC đời nhầm đáp ứng nhu cầu thị trường có máy khắc gỗ CNC, nhầm đáp ứng việc gia công gỗ cách hiệu xác 1.3 Tổng quan máy CNC ngồi nước 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Có thể phân loại máy CNC sau: - Các máy CNC dùng để cắt gọt kim loại dụng cụ cắt (theo công nghệ truyền thống): máy vẽ CNC, máy tiện CNC, trung tâm tiện vẽ CNC, máy mài CNC - Các máy CNC dùng để gia công theo công nghệ phi truyền thống: máy xung tia lửa điện, máy cắt dây tia lửa điện, máy cắt Plasma, cắt Laser, máy tạo mẫu nhanh RP - Các máy CNC dùng để gia công biến dạng áp lực: máy đột tự động theo chương trình, máy cán, máy ép, máy dập điều khiển số - Các máy CNC chuyên dụng phục vụ cho ngành công nghiệp sản xuất hàng loạt đặc biệt: sản xuất phụ tùng tơ, đồ tiêu dùng, sản xuất vũ khí, hố chất độc hại,… SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh - Các máy CNC chuyên dụng phục vụ cho ngành công nghiệp sản xuất hàng loạt đặc biệt: sản xuất phụ tùng ô tô, đồ tiêu dùng, sản xuất vũ khí, hố chất độc hại,… - Các lĩnh vực ứng dụng máy CNC sản phẩm máy CNC tạo ra: - Máy CNC dùng để chế tạo máy móc, thiết bị dây chuyền sản xuất phục vụ toàn ngành kinh tế khác như: cơng nghiệp nặng (đóng tàu, khai thác mỏ, điện, dầu khí, thiết bị vận chuyển tơ, tàu hoả,…), cơng nghiệp nhẹ (dệt may, đóng giày, thực phẩm,…), cơng nghiệp quốc phòng (dây chuyền sản xuất vũ khí, thuốc nổ,…) 1.3.2 Các máy móc sản phẩm tương tự Máy vẽ, máy tiện công nghiệp Máy điêu khắc gỗ CNC trục, trục, trục, máy tiện Máy khắc laser, máy in 3D 1.3.3 Mục đích nghiên cứu Với đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình máy CNC vẽ mạch in” người nghiên cứu thể với mục đích sau: Đổi cơng nghệ, nâng cao suất chất lượng sản phẩm việc gia công mạch in ngành điện tử Nghiên cứu tính tốn , thiết kế chế tạo theo hướng đơn giản hóa kết cấu, thu nhỏ kích thước máy để tạo thành máy có có giá thành hạ, kết cấu đơn giản, dễ vận hành, dễ thao tác di chuyển từ nơi làm việc đến nơi làm việc khác Loại máy vẽ mạch in có kết cấu tương tự thiết bị cắt tự hành di chuyển bút vẽ đến tọa độ board đồng để tạo thành đường mạch với kích thước khác Hệ thống điều có giao diện đẹp mắt, hoạt động đơn giản thuận tiện Bộ nhớ xử lý ổn định tạo dạng mạch in đơn giản Đồng thời góp phần phát triển ngành cơng nghệ tự động nước nhà 1.3.4 Mô tả đề tài: Thiết kế mô hình máy CNC vẽ mạch in Hình 1.2 Mơ hình máy CNC mini SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh Trước việc tạo mạch in phải trải qua nhiều bước có mạch in hồn chỉnh,vừa tốn thời gian, công sức mà hiệu lại thấp Còn mạch in phức tạp hiệu đạt lại thấp Với đòi hỏi công nghệ, để đáp ứng nhu cầu thị trường, máy CNC vẽ mạch in bước tiến để giải vấn đề Với máy CNC vẽ mạch in khơng giải khó khăn đó, mà lựa chọn tối ưu ngành điện tử ngành khác Đặc biệt CNC vẽ mạch in đạt độ xác cao Nên người biết đến cổ máy giải khó khăn việc tạo mạch in số lượng lẫn chất lượng Thấy tầm quan trọng đó, nên chúng em sức tìm hiểu cố gắng “Thiết kế chế tạo mơ hình máy CNC vẽ mạch in” nhóm thực để đáp ứng phần cơng nghệ Ưu điểm máy CNC vẽ mạch in: - Vẽ mạch in cách xác - Quy hoạch thời gian sản xuất tốt - Tính linh hoạt cao - Tiết kiệm chi phí, giảm thời gian gia công mạch in - Nâng cao suất - So với máy công cụ điều khiển tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung chương trình đưa vào máy Người điều khiển chủ yếu theo dõi kiểm tra chức hoạt động máy - Ít phải dừng máy kỹ thuật, chi phí dừng máy nhỏ - Tiêu hao kiểm tra ít, giá thành đo kiểm giảm - Thời gian hiệu chỉnh máy nhỏ Nhược điểm: - Không thể vẽ mạch in phức tạp - Giá thành, chi phí bảo dưỡng sửa chữa cao; yêu cầu trình độ hiểu biết sâu để vận hành bảo quản máy 1.3.5 Phân loại mô hình máy CNC Các loại máy CNC phân loại theo hai tiêu chí: Phân loại theo mục đích: Máy tiện CNC Máy phay CNC Máy khắc CNC Phân loại theo số trục : Có loại máy tiện/phay trục, trục , trục, trục,… SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh 1.3.6 Các đặc trưng máy CNC vẽ mạch in Tính tự động cao: Máy CNC vẽ mạch in có suất cao giảm tối đa thời gian, mức độ tự động nâng cao vượt bậc Tuỳ mức độ tự động, máy CNC vẽ mạch in thực lúc nhiều chuyển động khác nhau, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết qua tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối bút vẽ board đồng, … Tính linh hoạt cao: Chương trình thay đổi dễ dàng nhanh chóng, thích ứng với loại mạch in khác Do rút ngắn thời gian phụ thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện thuận lơi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ Bất lúc sản xuất nhanh chóng chi tiết có chương trình Vì thế, khơng cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, mà giữ lấy chương trình chi tiết Máy CNC vẽ mạch in tạo chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng cách linh hoạt nhiệm vụ công nghệ thay đổi điều quan trọng việc lập trình gia cơng thực ngồi máy, văn phòng có hỗ trợ kỹ thuật tin học thơng qua thiết bị vi tính, vi sử lý … Tính xác, đảm bảo chất lượng cao: Giảm hư hỏng sai sót người Đồng thời giảm cường độ ý người làm việc Có khả vẽ mạch in xác hàng loạt Độ xác lặp lại, đặc trưng cho mức độ ổn định suốt trình vẽ điểm ưu việt tuyệt đối máy CNC vẽ mạch in Máy CNC vẽ mạch in với hệ thống điều khiển khép kín có khả vẽ mạch in cách xác Những đặc điểm thuận tiện cho việc tạo mạch in vừa xác lại đảm bảo tính thẩm mĩ,bên cạnh giảm khả tổn thất mức thấp 1.3.7 Ứng dụng - Được sử dụng lĩnh vực nghành điện tử, điện tử, tự động hóa, - Tạo mạch in đẹp, nhanh chóng, tiện lợi 1.3.8 Hướng giải - Tham khảo tài liệu mạng mô hình máy khắc CNC để vẽ mơ hình máy - CNC vẽ mạch in - Sử dụng phần mềm Proteus,Aspire , GRBL, Universal Gcode Sender - Nghiên cứu kết cấu loại máy CNC thị trường có tính tương tự, cải tiến khuyết điểm - Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp thí nghiệm mạch điều khiển động bước, động Servo, điều khiển chính, cổng truyền thơng giao tiếp, gia cơng tồn chi tiết lắp ráp hồn chỉnh mơ hình máy CNC vẽ mạch in - Sử dụng điều khiển để điều khiển máy dịch chuyển theo phương X Y Z - Lập trình chạy thử 1.3.9 Những u cầu chung mơ hình máy CNC - Kích thước trọng lượng máy khơng q lớn - Chọn truyền động giúp cho máy hoạt động linh hoạt SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 10 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh chân Serial (RX) (TX): dùng để gửi (transmit – TX) nhận (receive – RX) liệu TTL Serial Arduino Uno giao tiếp với thiết bị khác thông qua chân Kết nối bluetooth thường thấy nói nơm na kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng chân không cần thiết Chân PWM (~) : 3, 5, 6, 9, 10, 11: cho phép bạn xuất xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) hàm analogWrite() Nói cách đơn giản, bạn điều chỉnh điện áp chân từ mức 0V đến 5V thay cố định mức 0V 5V chân khác Chân giao tiếp SPI : 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngồi chức thơng thường, chân dùng để truyền phát liệu giao thức SPI với thiết bị khác LED 13 : Arduino UNO có đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn thấy đèn nhấp nháy để báo hiệu Nó nối với chân số 13 Khi chân người dùng sử dụng , LED sáng Arduino UNO có chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp khoảng 0V → 5V Với chân AREF board, bạn để đưa vào điện áp tham chiếu sử dụng chân analog Tức bạn cấp điện áp 2.5V vào chân bạn dùng chân analog để đo điện áp khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải 10 bit -Đặc biệt , Arduino UNO có chân A4 (SDA) A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với thiết bị khác -Lập trình cho Arduino : +Các thiết bị dựa tảng Arduino lập trình ngơn riêng Ngôn ngữ dựa ngôn ngữ Wiring viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại biến thể C/C++ Một số người gọi Wiring, số khác gọi C hay C/C++ Riêng gọi “ngơn ngữ Arduino”, đội ngũ phát triển Arduino gọi Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến dễ học, dễ hiểu Nếu học tốt chương trình Tin học 11 việc lập trình Arduino dễ thở bạn +Để lập trình gửi lệnh nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án cấp đến cho người dùng mơi trường lập trình Arduino gọi Arduino IDE (Intergrated Development Environment) SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 39 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh 4.4.4 Module điều khiển CNC Shield V3 -Board Arduino CNC shield v3 board mở rộng Arduino UNO R3 dùng để điều khiển máy CNC mini Board có khay dùng để cắm mơ đun điều khiển động bước A4988, board điều khiển3 trục X, Y, Z thêm trục thứ tùy chọn máy CNC mini -Các tính bật : +Tương thích GRBL (mã nguồn mở chạy Arduino UNO R3 để điều khiển CNC mini) +Hỗ trợ lên tới trục (trục X, Y, Z trục thứ tư tùy chọn) +Hỗ trợ tới Endstop cho trục +Tính điều khiển spindle, cơng suất laser +Tính điều khiển dung dịch làm mát máy hoạt động +Sử dụng mô đun điều khiển động bước, giúp tiết kiệm chi phí thay thế, nâng cấp Thiết lập độ phân giải bước động jump đơn giản +Thiết kế nhỏ gọn, đầu nối tiêu chuẩn thông dụng +Điện áp nguồn cấp đa dạng từ 12V tới 36V 4.4.5 Driver điều khiển động bước A4988 - Module điều khiển động bước A4988 trình điều khiển động vi bước hồn chỉnh với việc tích hợp dịch cho hoạt động dễ dàng Sản phẩm hỗ trợ nhiều chế độ hoạt động động bước lưỡng cực như: Full, Half, ¼, 1/8 1/16 - Thông số kỹ thuật: - Công suất lái ngõ lên tới 35V ± 1A - Bao gồm điều chỉnh dòng cố định chạy hai chu kỳ, thời gian mà máy chạy khơng, dòng nhỏ bị phân rã - Phù hợp với vi xử lý phức tạp: giao tiếp với A4988 phù hợp với dòng vi xử lý phức tạp - Tự động lựa chọn: hoạt động vi bước, chopping bên A4988 tự động chọn chế độ sâu (thấp mix mode) - Mạch bảo vệ điện tử bao gồm: bảo vệ ngắn mạch tải, bảo vệ dòng điện chéo SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 40 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh - Mạch điều khiển điều chỉnh bên cung cấp nhằm cải thiện hoạt động PWM để giảm việc tiêu thụ điện - Ưu điểm: + Làm việc ổn định mơi trường khắc nghiệt, kích thước gọn nhẹ + Đáp ứng nhanh, điều khiển trực tiếp qua máy tính dễ dàng - Nhược điểm: + Giá thành cao + Phải có phần mềm để điều khiển driver thông qua giao tiếp cổng USB hay LPT máy tính 4.5 Xác định, sơ đồ nối dây -Kết nối phần cứng (Arduino UNO R3 + CNC Shield + A4988) để điều khiển động bước dẫn động trục X,Y Z SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 41 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh 4.6 Các phần mềm cần dùng 4.6.1 Phần mềm tạo file mạch in -Hiện có nhiều phần mềm tạo file mạch in PCB như: Altium, Eagle, Proteus, Orcad,… Sau vẽ mạch xuất mạch in dạng file PDF 4.6.2 Phần mềm tạo G-code -Trước tạo G-code cần phải chuyển file pdf mạch in sang dạng file bitmap -Ta dùng phần mềm Photoshop hay PDF converter ,… -Vectric Aspire 8.5 phần mềm mạnh mẽ thiết kế cho thiết kế sản xuất định tuyến, cho phép bạn vẽ, cắt tạo mơ hình 2D, 3D chi tiết Vectric Aspire kiến trúc sư sử dụng rộng rãi để tạo mơ trang trí cửa vào, in kiến trúc, nhiều Aspire có giao diện tương tác dễ sử dụng, bạn nhanh chóng thay đổi hình dạng đặc điểm phận, xây dựng thiết kế phức tạp cách sử dụng đơn giản hình dạng 2D, 3D -Vectric Aspire 8.5 bao gồm bổ sung cải tiến lớn tất lĩnh vực phần mềm bao gồm: Tùy chọn để thêm đường dốc vào 3D Roughing, thao tác thành phần chế độ xem 3D, bóng đổ bóng mới, tối ưu hóa cho hệ thống 64-bit , trình duyệt clipart bố trí, cứu trợ bù đắp nhiều -Phần mềm tạo G-code để chạy máy CNC chúng em dùng Aprie 8.5 4.6.3 Chương trình điều khiển máy CNC ( Universal Gcode Sender 1.0.8) - Universal Gcode Sender có giao diện người dùng đơn giản với cửa sổ hiển thị thơng tin kết nối tổng trạng thái máy tính theo mơ hình gia cơng ba chiều vị trí chung vật thể Các khu vực lại giao diện gồm bảng điều khiển bảng lệnh, phần chun điều chỉnh thơng số xác SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 42 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh Để điều khiển máy tính từ xa, TeamViewer lựa chọn nhiều người lựa chọn khả kết nối nhanh chế độ bảo mật tốt, bên cạnh TeamViewer hỗ trợ hoạt động nhiều tảng khác - Universal Gcode Sender - Phần mềm Điều khiển máy CNC lệnh G-code - Universal Gcode Sender cung cấp tính hỗ trợ người dùng loại bỏ thành phần, cắt vật thể với độ xác lên tới hàng thập phân, chuyển đổi hồ quang (G2 G3) sang phân đoạn xóa khoảng trắng project Ngồi ra, Universal Gcode Sender tích hợp cơng cụ G-code Visualizer có khả kết nối phần mềm qua điện thoại smartphone máy tính bảng, gửi thơng tin điều khiển phản hồi tới máy CNC -Các tính Universal Gcode Sender: + Gửi lệnh G-code tới máy CNC + Hỗ trợ hệ điều hành OS X, Linux, Raspberry Pi + Giao diện người dùng đơn giản + Cắt vật thể với độ xác cao + Tích hợp cơng cụ G-code Visualizer 4.7 Chương trình điều khiển: 4.7.1 Đoạn chương trình điều khiển giao tiếp máy vi tính máy CNC Chương trình điều khiển Arduino sử dụng để điều khiển “máy phay CNC trục” đòi hỏi độ xác cao Do khả lập trình hạn chế, thời gian thực đề tài gấp rút Để đảm bảo hoàn thành tiến độ giao, hệ thống hoạt động đảm bảo yêu cầu thiết kế đặt Nhóm xin phép sử dụng code chương trình nguyên cứu thử nghiệm thành công #include #include #define LINE_BUFFER_LENGTH 512 const int penZUp = 180; SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 43 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh const int penZDown = 155; const int penServoPin = 6; const int stepsPerRevolution = 20; Servo penServo; Stepper myStepperY(stepsPerRevolution, 2,3,4,5); Stepper myStepperX(stepsPerRevolution, 8,9,10,11); struct point { float x; float y; float z; }; struct point actuatorPos; float StepInc = 1; int StepDelay = 0; int LineDelay = 50; int penDelay = 50; float StepsPerMillimeterX = 6.0; float StepsPerMillimeterY = 6.0; float Xmin = 0; float Xmax = 40; float Ymin = 0; float Ymax = 40; float Zmin = 0; float Zmax = 1; float Xpos = Xmin; float Ypos = Ymin; float Zpos = Zmax; boolean verbose = false; void setup() { Serial.begin( 9600 ); penServo.attach(penServoPin); penServo.write(penZUp); delay(200); myStepperX.setSpeed(250); myStepperY.setSpeed(250); myStepperX.step(-250); SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 44 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh myStepperY.step(-250); Serial.println("Mini CNC Plotter alive and kicking!"); Serial.print("X range is from "); Serial.print(Xmin); Serial.print(" to "); Serial.print(Xmax); Serial.println(" mm."); Serial.print("Y range is from "); Serial.print(Ymin); Serial.print(" to "); Serial.print(Ymax); Serial.println(" mm."); } /********************** * void loop() - Main loop ***********************/ void loop() { delay(200); char line[ LINE_BUFFER_LENGTH ]; char c; int lineIndex; bool lineIsComment, lineSemiColon; lineIndex = 0; lineSemiColon = false; lineIsComment = false; while (1) { while ( Serial.available()>0 ) { c = Serial.read(); if (( c == '\n') || (c == '\r') ) { if ( lineIndex > ) { line[ lineIndex ] = '\0'; // End of line reached // Line is complete Then execute! // Terminate string if (verbose) { Serial.print( "Received : "); Serial.println( line ); } SVTH: Nguyễn Thế Tri & Nguyễn Văn Chiến Lớp: 15CĐT1 Trang 45 Đồ án Tổng hợp Cơ Điện Tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh processIncomingLine( line, lineIndex ); lineIndex = 0; } else { } lineIsComment = false; lineSemiColon = false; Serial.println("ok"); } else { if ( (lineIsComment) || (lineSemiColon) ) { if ( c == ')' ) lineIsComment = false; } else { if ( c = LINE_BUFFER_LENGTH-1 ) { Serial.println( "ERROR - lineBuffer overflow" ); lineIsComment = false; lineSemiColon = false; } else if ( c >= 'a' && c