NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY KHOAN BO MẠCH ĐIỆN TỬ TỰ ĐỘNG KB -07 RESEARCHING, DESIGNING AND MAKING AN AUTO DRILL MACHINE FOR PRINTED CIRCUIT BOARD KB-07 TÓM TẮT Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy khoan bo mạch điện tử tự động KB-07. Máy sử dụng truyền động vitme- đai ốc bi và kỹ thuật điều khiển tự động động cơ điện một chiều. Tín hiệu điều khiển các động cơ được truyền qua cổng song song LPT1 của máy tính. Thông số xác định tọa độ lỗ khoan lấy từ dữ liệu thiết kế mạch in trên phần mềm Orcad. ABSTRACT The paper presents results of research on designing and making an auto-drill machine for printed circuit boards. The machine has ball- screw transmissions and technique of auto controlling the direct current motors. The control signal is transmitted to motors via a parallel port (LPT1) of the personal computer. The co-ordinate data of drilling holes are inserted from the printed circuit board designed in Orcad software. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Những năm gần đây phong trào học tập và nghiên cứu lĩnh vực cơ điện tử đ ã trở nên phổ biến tại Việt Nam và hầu hết các thiết bị được điều khiển tự động đều có sử dụng bo mạch điện tử , khiến nhu cầu gia công mạch in ngày càng lớn. Việc sử dụng các máy khoan cầm tay và máy khoan bàn thông thường để khoan các lỗ nhỏ trên bo mạch in thường thiếu chính xác và mất nhiều thời gian. Máy khoan bo mạch điện tử tự động với các ưu điểm về độ chính xác và năng suất gia công sẽ giải quyết được các hạn chế nói trên của các máy khoan thông thường. 2. THIẾT KẾ KẾT CẦU VÀ HỆ ĐIỀU KHIỂN MÁY KHOAN KB-07 Máy khoan KB-07 có thân máy và bàn máy c ấu tạo bằng thép tấm dày 0,2mm, đảm bảo độ cứng vững. Bàn máy có thể chuyển Hình 1. Bộ truyền Vitme-đai ốc bi động tịnh tiến theo hai phương vuông góc với nhau. Để đạt được độ chính xác gia công, máy khoan KB -07 sử dụng các bộ truyền vit-đai ốc bi có độ chính xác truyền động cao. Ngoài ra các khớp nối giữa động cơ dẫn động và bộ truyền động đều là các khớp nối cứng để tránh sai số truyền động. Các động cơ dẫn động của máy là các động cơ điện một chiều điện áp 24V, công suất động cơ dẫn động các trục của bàn máy là 27W và động cơ dẫn động đầu khoan l à 18W, công suất động cơ khoan là 18W. Các bộ truyền vit-đai ốc bi có đường kính 10mm. 8 6 9 11 10 7 5 4 3 2 1 Hình 2. Kết cấu máy khoan KB-07 Máy khoan được điều khiển tự động bằng chương tr ình viết bằng ngôn ngữ lập trình Delphi. Tín hi ệu điều khiển được truyền đến các động cơ qua cổng song song LPT1 của máy tính. Phương pháp này có ưu điểm là tín hiệu được truyền song song nên việc nội suy thực hiện được dễ dàng, tương thích TTL nên không cần module chuyển đổi. Hình 3. Cổng song song LPT1 Mạch xử lý được thiết kế để xử lý tín hiệu từ chương trình máy tính truyền trực tiếp thông qua cổng song song nên có cấu trúc mạch đơn giản. Tín hiệu qua kh ối khuếch đại đến động cơ, các chân của cổng song song, được cách ly an toàn thông qua b ộ cách ly quang học PC817, để bảo vệ máy tính. Các Transistor 1- Thân máy 2- Động cơ dẫn động trục Z 3- Vit- đai ốc bi & bàn trượt trục Z 4- Động cơ khoan 5- Bàn máy 6- Vit- đai ốc bi & bàn trượt trục Y 7- Động cơ dẫn động trục Y 8- Vit- đai ốc bi & bàn trượt trục X 9- Động cơ dẫn động trục X 10- Con l ăn đỡ 11- Đế máy C1815 được sử dụng ở ngõ ra của cổng LPT1 có tác dụng đưa tín hiệu điều khiển “chưa thật sự chuẩn” về tín hiệu chuẩn mà các IC logic có thể nhận biết được. Hình 4. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Mạch động lực sử dụng mạch kiểu cầu H, với transistor hiệu ứng trường IRF 540 (Loại nghịch) và IRF9540 (Loại thuận) đây là transistor cho dòng tải lớn (đến 19A), điều khiển bằng điện áp không cần dòng kích. Để đảm bảo các transistor này không mở cùng lúc, mạch logic được thiết kế dựa trên bộ đệm sử dụng IC 74LS541. Mạch động lực kiểu cầu H có ưu điểm là không phát sinh nhiễu rơle, có khả năng đáp ứng tốt, đặc biệt là không sinh ra trễ khi cần đảo chiều động cơ nhanh, mặt khác nó còn có khả năng tự khóa hãm động cơ khi ngắt tín hiệu điều khiển, giúp giảm thiểu đáng kể quán tính của động cơ khi dừng chuyển động, nh ằm giảm sai số tích lũy. Chương tr ình điều khiển được viết bằng ngôn ngữ Delphi với thuật toán như sau: u Máy tính Các khối xử lý Động cơ DC Encoder x,v Xuất file dữ liệu thiết kế từ Orcad (Drill.tmp) Nhập vào bộ nhớ các tọa độ điểm khoan Sắp xếp các điểm theo thứ tự tọa độ Thiết lập các thông số điều khiển Lệnh điều khiển Xử lý tín hiệu encoder Theo gia số x,y x=0, y=0 Hãm động cơ N Y Y Hình 5. Thuật toán chương trình điều khiển Giao diện chương trình điều khiển gồm: Cửa sổ cấu hình hoạt động, Cửa sổ dữ liệu nhập vào và Cửa sổ lộ trình chạy dao. Hình 6. Giao diện chương trình điều khiển 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Máy khoan KB-07 được thiết kế chế tạo thoả mãn các yêu cầu đề ra với các đặc điểm sau: - Sử dụng các bộ truyền vit-đai ốc bi cho các chuyển động tọa độ. - Sử dụng các động cơ một chiều để dẫn động các trục quay và các encoder quang để phản hồi tín hiệu vị trí tại các trục quay. - Ch ế tạo mạch chuyển đổi tín hiệu kết nối máy tính qua cổng LPT1 và viết chương tr ình điều khiển máy khoan bằng ngôn ngữ lập trình Delphi. - Máy khoan KB-07 có th ể gia công bo mạch in có kích thước lớn nhất là 200x300mm, v ới công suất khoan trung bình khoảng 20 điểm /phút, sai số vị trí không quá 0,5mm. Tuy nhiên máy v ẫn còn một số nhược điểm như chương trình điều khiển cần phải nâng cấp để nâng cao độ chính xác khi gia công các bo mạch in có mật độ lỗ dày đặc , hoặc các bo mạch có kích thước lớn. Đồng thời, cần cải tiến về hình thức để nâng cao tính thẩm mỹ, hoàn thiện dần để trở thành sản phẩm thương mại. 4. KẾT LUẬN Máy khoan bo mạch điện tử tự động KB-07 đã giải quyết được vấn đề về độ chính xác và năng suất gia công so với việc sử dụng các máy khoan thông thường để gia công khoan bo mạch in. Máy có thể được sử dụng trong sản xuất và làm mô hình giảng dạy cho sinh viên ngành cơ điện tử. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh - Nguyễn Văn Liễn - Phạm Quốc Hải - Dương Văn Nghi, (2006) Điều chỉnh Tự động Truyền động điện - NXB Khoa học và Kỹ thuật. [2] Nguyễn Văn Nhờ (2003 ) - Cơ sở truyền động điện - NXB Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh [3] Bùi Quý Lực (2004), Hệ thống điều khiển số trong công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. [4] Phạm Đăng Phước, (2001), Giáo trình Robot Công nghiệp, ĐHBK Đà Nẵng. [5] Jan Alexson, Parallel Port Complete: Programming, Interfacing & Using the PC'S Parallel Printer Port , 2000.