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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN HÀN VÀ CÔNG NGHỆ KIM LOẠI
BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ CHẾ TẠO
MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC 3 TRỤC
Giáo viên hướng dẫn: ThS. Trần Lâm
Sinh viên thực hiện : Phạm Quang Khải
Lớp : Cơ điện tử 2
Khóa : 54
SVTH : 20091468
Nội dung báo cáo
1.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 CNC
1.1.Cấu trúc phần cứng bộ điều khiển CNC
Máy tính công
nghiệp và phần
mềm điều khiển
Màn hình
và bảng
điều khiển
Bộ điều
khiển
CNC
Và
Bộ nhớ

Trục chính
Diver servo
Thiết bị đo lường
Biến tần
Cơ cấu chấp hành
Động cơ Servo
1.Tổng quan hệ thống điều khiển máy phay CNC
1.2.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 servo
4.Biến tần, trục chính
5.Công tắc hành trình và cảm biến.
6.Bộ phận thay dao tự động
2.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.
2.3.Phần mềm điều khiển Mach3
Giao diện phần mềm Mach3
2.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.
2.3.Phần mềm điều khiển Mach3
Một số thông tin về phần mềm Mach3
-
Mach3 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 Mach3
Các đặc điểm chính của phần mềm Mach3
-
Giao diện trực quan, dễ sử dụng, hiển thị video
khi máy chạy.

-
Có khả năng điều khiển tối đa 6 trục tọa độ
-
Có 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 Mach3
Cấu hình yêu cầu của phần mềm
-
HĐH windows 2000/XP/Win7.
-
Tốc độ CPU: >1GHz
-
Bộ nhớ Ram > 512Mb
-
Bộ 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 AKZ250
Các 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 cao
2.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 dây
2.Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC.
2.6. Biến tần và trục chính
-
Biến tần là thiết bị biến điện áp với tần số
vào cố định thành điện áp có tần số có thể
thay đổi được
-
Tần số điện áp vào 40-66Hz, tần số điện
áp ra 0- 650Hz
Biến tần SEIMENS MM410
2.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 trục
3.1.Sơ đồ hệ thống điều khiển mô hình
3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục
3.2.Tính chọn động cơ trục chính
3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục
3.2.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 = 5mm
3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục
3.2.Tính chọn động cơ bước dẫn động các trục tọa độ
Tính toán công suất các động cơ bước
-
Động cơ dẫn động trục X :
Công suất động cơ bước:
3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục
3.2.Tính chọn động cơ bước dẫn động các trục tọa độ
Tính toán công suất các động cơ bước
-
Động cơ dẫn động trục X :
Công suất động cơ bước:
3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục
3.2.Tính chọn động cơ bước dẫn động các trục tọa độ
Tính toán công suất các động cơ bước
-
Động cơ dẫn động trục Y :
Công suất : N=4,2N.m
-
Động cơ dẫn động trục Z :
Công suất : N= 1.4N.m
3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục
3.2.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 hình
3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục
3.3.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 L298
3.Thiết kế HTĐK mô hình máy phay CNC 3 trục
3.4.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 tơ