Thiết kế, chế tạo hệ thống chấp hành dây chuyền máy khoan gỗ tự động

i

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ tên: Trịnh Đức Thiện Lớp: 50CKCD
Chuyên ngành: Công nghệ Cơ Điện Tử Khoa: Cơ khí
Tên đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ thống chấp hành dây chuyền máy khoan gỗ tự động”
Số trang: 108 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 8
Hiện vật: 02 quyển báo cáo, 02 đĩa CD và Mô hình máy khoan tự động

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN







Kết luận:





ĐIỂM CHUNG
Bằng chữ Bằng số




Nha Trang, ngày … tháng … năm 2011
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)




ii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Họ tên: Trịnh Đức Thiện Lớp: 50CKCD
Chuyên ngành: Công nghệ Cơ Điện Tử Khoa: Cơ khí
Tên đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ thống chấp hành dây chuyền máy khoan gỗ tự động”
Số trang: 108 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 8
Hiện vật: 02 quyển báo cáo, 02 đĩa CD và Mô hình máy khoan tự động

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN




Đánh giá chung:





ĐIỂM
Bằng chữ Bằng số

ĐIỂM CHUNG
Bằng chữ Bằng số


Nha Trang, ngày … tháng … năm 2011
Cán bộ phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)

Nha Trang, ngày … tháng … năm 2011
Chủ tịch hội đồng
(Ký và ghi rõ họ tên)

iii

MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC BẢNG v
DANH MỤC HÌNH vi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MÁY KHOAN TỰ ĐỘNG 1
1.1.GIỚI THIỆU CHUNG 2
1.2. HIỆU QUẢ KINH TẾ, ƯU ĐIỂM CỦA MÁY KHOAN TỰ ĐỘNG 2
1.3. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI MÁY CÔNG CỤ TỰ ĐỘNG ĐANG
DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP HIỆN NAY 3
1.3.1 Máy khoan va taro nhiều đầu LG-250 3
1.3.2 Máy taro tự động T-50 5
1.3.3 MÁY TA RÔ TỰ ĐỘNG KTK T-140 6
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 8
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9

2.2. CÁC KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
KHOAN TỰ ĐỘNG 10
2.2.1. Các khái niệm khoan tự động 10
2.2.1.1. Định nghĩa máy và trục máy 10
2.2.2.2. Cấu trúc hệ trục khoan tự dộng 10
2.2.2.3. Tọa độ quy chiếu 12
2.2.2 Định nghĩa về điều khiển máy khoan tự động 13
2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 15
2.3.1. Các phương án thiết kế 15
2.3.1.1. Phương án 1 15
2.3.1.2. Phương án 2 16
2.3.1.3. Phương án 3 17
2.3.1.4. Kết luận, lựa chọn phương án thiết kế 18
iv

2.3.2 Lựa chọn thiết kế cơ khí cho hệ thống chấp hành dây chuyền máy
khoan gỗ tự động 20
2.3.2.1 Lựa chọn động cơ truyền động cho trục X, Y, Z, động cơ khoan
và các động cơ kéo băng tải, cơ cấu kẹp 20
2.3.2.2. Bộ truyền, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến 24
2.3.2.3. Bộ truyền chuyển động quay cho puli băng tải 26
2.3.3. Thiết kế, chế tạo phần cơ khí 27
2.3.3.1. Vật liệu chế tạo máy khoan gỗ tự động 27
2.3.3.2. Thiết kế, chế tạo máy khoan gỗ tự động 35
2.3.3.3. Mô hình cơ khí thực tế 43
2.3.3.4. Khái niệm và tính toán, thiết kế bộ truyền trục vít – đai ốc 46
2.3.4. Thiết kế, chế tạo phần điều khiển 49
2.3.4.1. Động cơ bước (stepping motor) 49
2.3.4.2. Giới thiệu về Vi điều khiển AVR 60
2.3.4.3. Truyền thông 74

2.3.4.4. Sơ lược các linh kiện dùng trong mạch 78
2.3.4.5. Sơ đồ nguyên lý động cơ bước 84
2.3.4.6. Thiết kế mạch 85
2.3.5. Sơ đồ giải thuật 98
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 101
3.1. THỰC NGHIỆM KIỂM TRA KẾT CẤU CƠ KHÍ MÁY KHOAN TỰ
ĐỘNG 102
3.2. THỰC NGHIỆM KIỂM TRA ĐỘNG CƠ 105
3.3. KIỂM TRA NGUỒN 106
3.4. KIỂM TRA MẠCH ĐIỀU KHIỂN, CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH 106
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 107
4.1. KẾT LUẬN 108
4.2. ĐỀ XUẤT 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật 5
Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật 7
Bảng 2.1. Sơ đồ chân. 81


vi

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Máy khoan va taro nhiều đầu LG-250 3
Hình 1.2. Đầu khoan nhiều mũi 4
Hình 1.3. Các sản phẩm được làm từ máy khoan nhiều đầu 4
Hình 1.4. Máy taro tự động T-50 5

Hình 1.5. MÁY TA RÔ TỰ ĐỘNG KTK T-140 6
Hình 2.1. Sơ đồ khối tổng quát 9
Hình 2.2. Quy tắc bàn tay phải 11
Hình 2.3. Hệ tọa độ Descartes 11
Hình 2.4. Ví dụ về việc xác định chiều dương cho các trục quay 12
Hình 2.5. Hai phương án chuyển động dụng cụ song song trục của hệ tọa độ 13
Hình 2.6. Phương án chuyển động dụng cụ nghiêng góc 45° 14
Hình 2.7. Phương án chuyển động dụng cụ theo đường thẳng 14
Hình 2.8. Mô hình máy khoan gỗ theophương án 1 15
Hình 2.9. Mô hình máy khoan gỗ theophương án 2 16
Hình 2.10. Mô hình máy khoan gỗ theophương án 3 17
Hình 2.11. Mô hình được chọn 19
Hình 2.12. Một số loại động cơ bước 20
Hình 2.13. Động cơ bước sử dụng tại 3 trục x, y, z 21
Hình 2.14. Một số loại động cơ DC có hộp giảm tốc 21
Hình 2.15. Động cơ kéo gương 22
Hình 2.16. Động cơ khoan 23
Hình 2.17. Động cơ DC có hộp giảm tốc trục ngang 23
Hình 2.18. Một số loại truc vit_ đai ốc 24
Hình 2.19. Xích truyền động 25
Hình 2.20. Bộ truyền động xích tại cơ cấu kẹp 26
Hình 2.21. Líp truyền động 27
Hình 2.22. Bộ truyên động xích 27
vii

Hình 2.23. Thép hình hộp 27
Hình 2.24. Thép ống 28
Hình 2.25. Trục vít inox đường kính 10- 16mm 30
Hình 2.26. Trục bằng inox đường kính 10-16mm 30
Hình 2.27. Các loại que hàn 31

Hình 2.28. Các loại bulông – đai ốc 32
Hình 2.29. Kết cấu ổ lăn 33
Hình 2.30. ổ lăn và mặt cắt ổ lăn 33
Hình 2.31. Một số loại ổ trượt 34
Hình 2.32. Trục trượt dùng bạc trượt bi 34
Hình 2.33. Mặt cắt và bảng tra kích thước các loại bạc trượt bi 35
Hình 2.34. Bản vẽ 3D khung chính 36
Hình 2.35. Bản vẽ 2D hình chiếu kích thước của khung chính 36
Hình 2.36. Bản vẽ khung trượt 3D 37
Hình 2.37. Bản vẽ kích thước khung trượt 2D 37
Hình 2.38. Lắp ráp các phần khung 38
Hình 2.39. Trục dẫn hướng 38
Hình 2.40. ổ đỡ ổ bi trượt 39
Hình 2.41. Cơ cấu trượt 39
Hình 2.42. Khớp nối 40
Hình 2.43. Cơ cấu kẹp 41
Hình 2.44. Băng tải 41
Hình 2.45. Trường công tác của máy 42
Hình 2.46. Tổng thể mô hình 43
Hình 2.47. Cơ cấu băng tải 44
Hình 2.48. Cơ cấu trục vít-đai ốc 44
Hình 2.49. Cơ cấu kẹp chi tiết gia công 45
Hình 2.50. Cơ cấu chạy trục x,z 45
Hình 2.51. Bộ truyền trục vít_đai ốc 46
viii

Hình 2.52. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu 51
Hình 2.53. Sơ đồ cấu trúc động cơ bước nam châm vĩnh cửu 2 pha. 52
Hình 2.54. Động cơ bước biến từ trở ba pha, bốn cặp cực 53
Hình 2.55. Cấu trúc trong động cơ lai 55

Hình 2.56. Cách quấn dây trong động cơ lai 55
Hình 2.57. Kết cấu thực tế của động cơ lai. 56
Hình 2.58. Đồ thị quan hệ giữa momen – tần số bước. 58
Hình 2.59. Giản đồ thời gian – điều khiển động cơ bước 60
Hình 2.60. Cấu trúc bộ nhớ của AVR 61
Hình 2.61. Thanh ghi 8 bit 62
Hình 2.62. Register file 62
Hình 2.63. Cấu trúc bên trong của AVR 64
Hình 2.64. Cấu trúc chân trong PORT của Vi điều khiển AVR 65
Hình 2.65. Thanh ghi DDRA 65
Hình 2.66. Thanh ghi PORTA 65
Hình 2.67. Thanh ghi PINA 66
Hình 2.68. Cấu hình các chân của cổng 66
Hình 2.69. Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 8bit 67
Hình 2.70. Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 16 bit 67
Hình 2.71. Thanh ghi TCCR0 68
Hình 2.72. Bảng chọn chế độ hoạt động của Timer 68
Hình 2.73. Chế độ so sánh không PWM 68
Hình 2.74. Thanh ghi TCNT0 69
Hình 2.75. Thanh ghi 0CR0 69
Hình 2.76. Thanh ghi mặt nạ ngắt 69
Hình 2.77. Thanh ghi cờ ngắt 70
Hình 2.78. Sơ đồ thời gian của chế độ so sánh 71
Hình 2.79. Sơ đồ chân của ATMEGA 32 71
Hình 2.80. Hình dạng bên ngoài của ATMEGA32 72
ix

Hình 2.81. Sơ đồ chân của ATMEGA 8 73
Hình 2.82. Hình dạng bên ngoài của ATMEGA8 74
Hình 2.83. Tín hiệu tương đương của UART và RS232. 75

Hình 2.84. Truyền 8 bit theo phương pháp song song và nối tiếp 76
Hình 2.85. Diode bán dẫn. 78
Hình 2.86. Ký hiệu của Transistor 79
Hình 2.87. Transistor 79
Hình 2.88. Linh kiện Opto 80
Hình 2.89. Linh kiện IRF540 80
Hình 2.90. Text LCD 16x2 81
Hình 2.91. keypad 4x4 82
Hình 2.92. mô hình keypad 4x4 82
Hình 2.94. Rơle 8 chân 84
Hình 2.95. Sơ đồ nối dây trong động cơ bước đơn cực 2 pha. 84
Hình 2.96. Nguồn máy tính 85
Hình 2.97. Nguồn nối giữa nguồn máy tính với vi điều khiển 86
Hình 2.98. Nguồn nối giữa nguồn máy tính với mạch công suất 86
Hình 2.99. Sơ đồ mạch vi điều khiển và các header kết nối 87
Hình 2.100. Sơ đồ mạch vi điều khiển và các header kết nối 88
Hình 2.101. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước 1(trục X) 89
Hình 2.102. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước 2(trục Y) 90
Hình 2.103. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước 2(trục Z) 91
Hình 2.104. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ kẹp eto 92
Hình 2.105. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ khoan 93
Hình 2.106. Mạch kết nối công tắc hành trình 94
Hình 2.107. Cảm biến quang E3JK-DS30MM1 US của OMRON. 94
Hình 2.108. Sơ đồ mạch layout(BOTTOM) 95
Hình 2.109. Sơ đồ mạch layout(TOP) 96
Hình 2.110. Khối công suất và vi điều khiển 97
x

Hình 2.111. LCD 97
Hình 2.112. Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ bước 98

Hình 2.113. Lưu đồ giải thuật quét keypad 99
Hình 2.114. Lưu đồ giải thuật khoan tự động 100
Hình 3.1. Tổng quan mô hình máy khoan tự động 102
Hình 3.2. Băng tải 102
Hình 3.3. Cơ cấu truc vit- đai ốc 103
Hình 3.4. Trục trượt 103
Hình 3.5. Cơ cấu kẹp chi tiết gia công 104
Hình 3.6. Cơ cấu chặn chi tiết gia công 105
xi

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.
Để hội nhập với quốc tế và tránh bị tụt lùi thì nước ta không ngừng nâng cao trình
độ khoa học kĩ thuật, ứng dụng tự động hóa trong đời sống và sản xuất. Và ngành
cơ điện tử đã và đang đóng góp rất lớn cho sự phát triển đó.
Cơ - Điện tử là ngành khoa học tổng hợp liên ngành của cơ khí chính xác,
điện tử, điều khiển và tư duy hệ thống trong thiết kế và phát triển sản phẩm.
Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ tự động hóa trong lĩnh vực sản xuất công
nghiệp đang trở nên ngày càng phổ biến đặc biệt là việc ứng dụng các máy móc để
thay thế con người trong môi trường độc hại và chịu nhiều ô nhiểm như sản xuất và
gia công các sản phẩm từ gỗ. Hơn nữa nước ta có rất nhiều xưởng chế biến gỗ và đa
số là làm thủ công.
Từ những cơ sở trên, chúng em quyết định chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ
thống dây chuyền máy khoan gỗ tự động” làm đề tài nghiên cứu.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô và bạn bè đã rất
nhiệt tình giúp đỡ để em sớm hoàn thành đề tài này.

Nha Trang, tháng 6 năm 2012
Sinh viên thực hiện

Trịnh Đức Thiện






1







CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN MÁY KHOAN
TỰ ĐỘNG







2

1.1.GIỚI THIỆU CHUNG
Máy khoan tự động (automatic drilling machines) là sự kết hợp cơ-điện giữa
1 loại máy công cụ là máy khoan và phần điều khiển tự động. Đối với việc sử dụng

một loại máy khoan cơ thông thường sẽ mất nhiều thời gian trong khâu hiệu chỉnh
vị trí và đòi hỏi tay nghề trong gia công. Máy khoan tự động ngoài việc cho phép
cấp phôi tự động nó còn xác định vị trí khoan dựa trên phương pháp tọa độ. Cũng
giống như các loại máy tự động khác máy khoan tự động cho phép khả năng hiệu
chỉnh bán tự động (semi-automatic) bằng việc sử dụng bàn phím (keyboard).
Việc ra đời của các loại máy công cụ tự động (máy khoan, máy mài, doa,
khoét lỗ…) đã cải thiện được nhiều lỗi trong quá trình gia công cũng như thời gian
gia công được rút ngắn, thay thế được một lượng lớn thao tác của con người giảm
thiểu các tai nạn lao động.
Việc gia tăng tự động hóa cho các loại máy công cụ nâng cao độ chính xác
cũng như chất lượng của sản phẩm. Ngoài ra còn cho phép thay đỗi linh hoạt kich
thước của sản phẩm
1.2. HIỆU QUẢ KINH TẾ, ƯU ĐIỂM CỦA MÁY KHOAN TỰ ĐỘNG:
- Tự động hóa sản xuất:
Trong lĩnh vực cơ khí thì các máy công cụ đóng vai trò rất quan trọng, việc
ra đời các các loại máy công cụ tự động giúp tạo ra các sản phẩm nhanh hơn, chính
xác hơn , tăng hiệu quả trong công việc, giảm số lượng nhân công vì một công nhân
có khả năng điều khiển dây chuyền gồm nhiều máy tự động. Việc tự động hóa đảm
bảo sản xuất hàng hóa một cách liên tục vì ít phụ thuộc vào sức người.
- Độ chính xác, khả năng sản xuất hàng loạt cao :
Máy khoan tự động sử dụng xác định điểm khoan dựa trên phương pháp tọa
độ nên đảm bảo được độ chính xác của điểm cần khoan. Thêm vào đó ở chế độ bán
tự động cho phép người điều khiển tinh chỉnh lại điểm mong muốn khoan chính xác
hơn. Máy khoan có chế độ cấp phôi tự động nên khả năng sản xuất theo dây chuyền
cao, tạo ra hàng loạt sản phẩm giống nhau đáp ứng nhu cầu sản phẩm cả về thời
gian và chất lượng.
3

- Sự linh hoạt trong gia công:
Máy khoan tự động cho phép thay đổi nhiều loại mũi khoan, doa,

khoét…như vậy ta có thể gia công tạo ra được nhiều sản phẩm theo mong muốn
hơn. Thêm nữa với chế độ tinh chỉnh độ sâu khoan cho phép ta có thể dễ dàng tạo ra
các lỗ khoan nông sâu theo tiêu chuẩn.
1.3. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI MÁY CÔNG CỤ TỰ ĐỘNG ĐANGDÙNG
TRONG CÔNG NGHIỆP HIỆN NAY
1.3.1 Máy khoan va taro nhiều đầu LG-250 :
Máy khoan và taro nhiều đầu xuất xứ Đài Loan, hãng sản xuất KTK có 2
loại: loại sử dụng bằng tay và loại tự động. Đầu khoan nhiều đầu có khả năng điều
chỉnh được vị trí hoặc cố định với độ chính xác tuyệt đối, được trang bị hệ thống
truyền động bằng bánh răng hoặc cáp (dạng cầu xe) giúp máy hoạt động mạnh mẽ
và chính xác.


Hình 1.1 : Máy khoan va taro nhiều đầu LG-250
4

Đầu khoan nhiều đầu có khả năng điều chỉnh được vị trí hoặc cố định với độ
chính xác tuyệt đối, được trang bị hệ thống truyền động bằng bánh răng hoặc cáp
(dạng cầu xe) giúp máy hoạt động mạnh mẽ và chính xác.

Hình 1.2: Đầu khoan nhiều mũi

Hình 1.3: Các sản phẩm được làm từ máy khoan nhiều đầu
5

1.3.2 Máy taro tự động T-50 :
Máy Taro Tự Động T-50 sản xuất tại Đài Loan, hãng sản xuất KTK.
Thông số kỹ thuật
Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật
Model T-50

Đường kính Taro max M8
Kiểu côn trục chính JT6
Hành Trình trục chính 45mm
Tốc độ trục chính 420/ 760/ 1340
Hành trình đi xuống đầu dao 280mm
Đường kính trụ Ø52mm
Kích thước bàn làm việc 260*240mm
Kích thước chân đế 340*500mm
Khoảng cách từ trục chính đến chân đế 380mm
Công suất động cơ 1 HP
Chiều cao máy 930mm
Trọng lượng 150kg

Hình 1.4: Máy taro tự động T-50
6

Đặc Tính
- Kiểu máy: Điều kiển bằng bánh răng (Gear Transmission)
- Kiểu vận hành tự đông: Trục chính tự động đi xuống, taro xong tự động đi
lên và có thể lập đi lặp lại quá trình này.
- Hành trình trục chính được điều khiển bởi bánh răng, bộ bánh răng này quy
định sẽ quy định bước ren tiêu chuẩn.
- Thay đổi bước ren thông qua việc thay đổi bánh răng.
- Máy kiểu bánh răng sẽ có độ bền cao hơn kiểu Vit-me
- Đầu dao có thể điều chỉnh lên xuống được còn chân đế cố định.
- Máy taro tự động T-50 được bị 2 bộ ly hợp an toàn trên máy(ly hợp trên
trục chính và ly hợp trên trục ăn phôi) và cóc đạp điều khiển.
1.3.3 : MÁY TA RÔ TỰ ĐỘNG KTK T-140

Hình 1.5:
MÁY TA RÔ TỰ ĐỘNG KTK T-140
7

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật
MODEL T-140
Khả năng tarô lớn nhất M30
Côn trục chính MT4
Hành trình trục chính 150 mm
Tốc độ trục chính 95/170/275mm
Kích thước bàn làm việc 600*800mm
Đường kính trụ 115 mm
Khoản cách từ trục chính tới bàn 350 x 700 mm
Động cơ trục chính 3 Hp
Chiều cao máy 2100 mm
Trong lượng 700 Kg




8






CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP VÀ

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU










9

2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Hình 2.1. Sơ đồ khối tổng quát
Phân tích các yếu tố chuyển động của máy khoan tự động, các yếu tố gồm
có: ma sát, chuyển động, cơ cấu trượt, tính ổn định, độ cứng vững…từ đó thiết kế
và chế tạo máy khoan tự động
Phân tích và đưa ra những phương án thiết kế, chế tạo hệ thống cơ khí, thiết
kế mạch điều khiển cho phù hợp với hệ thống cơ khí. Nêu cụ thể ưu, nhược điểm
của từng phương án thiết kế từ đó tổng hợp lại và lựa chọn phương án thiết kế tối
ưu nhất. Sau khi lựa chọn được phương án thiết kế, sẽ tiến hành thiết kế kỹ thuật
bao gồm: lựa chọn loại trục vít – đai ốc, ổ lăn, thép, bulông – đai ốc, động cơ truyền
động, các loại đai, buli, khớp nối… tính toán độ bền, lựa chọn phương pháp điều
khiển, tiến hành làm mạch điều khiển và viết chương trình điều khiển cho hệ thống
máy khoan tự động.
Thực nghiệm, kiểm tra và hoàn thiện hệ thống máy khoan tự động. Phần cơ
khí phải hoạt động ổn định, êm, độ cứng vững cao, đảm bảo độ chính xác cao, linh

hoạt trong quá trình sửa chữa lắp ráp khi hư hỏng, mạch điều khiển phải hoạt động
ổn định và đồng nhất với phần cơ khí.
Bàn phím
(keypad)
LCD
Vi điều
khiển
Khối công suất

Động cơ
bước và
động cơ
DC

Cơ cấu truyền
động ( Trục vít,
trục dẫn động,
ổ lăn,….)

Cảm biến,
Công tắc
hành trình

10

2.2. CÁC KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHOAN
TỰ ĐỘNG:
2.2.1. Các khái niệm khoan tự động
2.2.1.1. Định nghĩa máy và trục máy
a. Định nghĩa trục.

Đoạn thẳng dùng để định hướng một không gian hoặc một đối tượng hình
học gọi là trục.
Trục được xem như là đường chuẩn dùng để xác định đối tượng nào đó trong
không gian theo kích thước dài và kích thước góc.
Ba trục bố trí vuông góc nhau từng đôi một hình thành hệ tọa độ Descartes
vuông góc.
Hệ tọa độ Descartes vuông góc có hai cách thiết lập: hệ tọa độ tuân theo quy
tắc bàn tay phải và hệ tọa độ tuân theo quy tắc bàn tay trái.
b. Định nghĩa trục máy
Trục máy hay trục chuyển động là chuyển động tịnh tiến hoặc quay của dụng
cụ cắt hay của chi tiết so với trục tọa độ trong hệ tọa độ Descartes vuông góc gắn
với máy. Số lượng trục trong một máy thể hiện khả năng công nghệ của máy.
2.2.2.2. Cấu trúc hệ trục khoan tự dộng
a. Ba trục thẳng: X, Y và Z
Hệ tọa độ Descartes vuông góc được gắn vào máy theo nguyên tắc sau:
– Trục Z được bố trí trùng với trục chính của máy.
– Trục X được xác định dựa vào hành trình của bàn máy; hành trình nào lớn
hơn thì trục X được gắn vào đó.
– Trục Y được xác định theo nguyên tắc bàn tay phải (nguyên tắc bàn tay trái
ít dùng) như sau:
+ Xòe 3 ngón tay trỏ, giữa và ngón cái sao cho chúng vuông góc nhau đôi một.
+ Xoay bàn tay sao cho ngón giữa trùng với trục Z, ngón cái trùng với trục
X; lúc đó ngón trỏ là phương trục Y.
11

4 – Chiều của các trục được xác định theo nguyên tắc: chiều dương là chiều
làm cho khoảng cách giữa chi tiết và dụng cụ cắt tăng lên, ngược lại là chiều âm.

Hình 2.2. Quy tắc bàn tay phải.
b. Ba trục quay: A, B và C
Chuyển động quay quanh trục X được ký hiệu là A.
Chuyển động quay quanh trục Y được ký hiệu là B.
Chuyển động quay quanh trục Z được ký hiệu là C.



Hình 2.3. Hệ tọa độ Descartes.

12

Chiều dương của chuyển động quay được xác định theo nguyên tắc các ngón
tay của bàn tay phải:
+ Đưa ngón cái sao cho chiều từ lòng bàn tay đến đầu ngón tay cái trùng với
chiều dương của trục thẳng.
+ Chiều co vào của các ngón tay còn lại là chiều dương của trục quay (xem
hình 1.9).
+ Ví dụ:

Hình 2.4. Ví dụ về việc xác định chiều dương cho các trục quay
2.2.2.3. Tọa độ quy chiếu
Trong máy công cụ điều khiển số thì điểm được sử dụng cho 2 mục đích:
– Point: Để tính toán các điểm khác nhau trên chi tiết.
– Reference point: Điểm tham chiếu để xác định vị trí của máy.
Điểm tham chiếu trong máy công cụ điều khiển số thường được chia thành
các loại sau:
a. Điểm gốc máy (Machine Reference point) – Ký hiệu: M
Đây là điểm gốc hệ tọa độ máy, nó được đặt cố định trên máy.
Nhiệm vụ của điểm gốc máy là để tổ chức lại máy sau mỗi lần mất điện và

nó cũng là điểm để xác định vị trí thay dao.
b. Điểm gốc chương trình (Program Reference point) – Ký hiệu:P
Trong nhiều trường hợp, tọa độ điểm gia công xác định theo điểm M không
thuận lợi mà xác định theo một điểm khác sẽ thuận lợi hơn; điểm này được gọi là
điểm gốc chương trình.
13

c. im gc chi tit (Workpiece Reference point) Ký hiu: W
im ny cú th c chn t mt im bt k trờn bn mỏy. Trong nhiu
trng hp, ngi ta dựng mt im W gia cụng nhiu chi tit cựng mt chng
trỡnh con ging nhau trong mt ln gia cụng.
d. im quay v (Reference point return) Ký hiu: R
õy cng l mt im c nh trờn mỏy. Nú c xỏc nh nh cỏc cụng tc
hnh trỡnh (tip xỳc hoc khụng tip xỳc). im R c s dng trong 2 mc ớch:
c xem l mt im gc xỏc nh v trớ cỏc im khỏc v lm v trớ thay dao.
H iu khin khoan t ng tha nhn im R nh l mt im gc tớnh
toỏn cỏc im khỏc trờn mỏy.
2.2.2 nh ngha v iu khin mỏy khoan t ng:
iu khin theo v trớ
H iu khin theo v trớ hay cũn gi l h iu khin im im (point to
point). Chc nng chớnh ca h iu khin theo v trớ l chuyn ng nhanh dng c t
im ny n im khỏc ó c nh trc gia cụng vi chớnh xỏc v trớ cao.
Quỏ trỡnh gia cụng khụng xy ra khi mỏy thc hin vic dch chuyn t im ny n
im khỏc. H iu khin kiu ny thng dựng trong cỏc mỏy khoan, doa, c l
thc hin chuyn ng dng c t im ny n im khỏc tip theo, ta
cú th cú cỏc cỏch nh sau:
Chuyn ng dng c song song vi trc ca h ta
Y
Y
A

O
X
B
A
Y
B
X
A
X
B
ẹửụứng chuyeồn
ủoọng duùng cuù
ẹửụứng chuyeồn
ủoọng duùng cuù
X
B
X
A
Y
B
A
B
X
O
Y
A
Y

Hỡnh 2.5. Hai phng ỏn chuyn ng dng c song song trc ca h ta
14

Chuyn ng dng c nghiờng gúc 45
Y
Y
A
O
X
B
A
Y
B
,
X
A
X
B
ẹửụứng chuyeồn
ủoọng duùng cuù
K
4
5

X
K
Y
K

Hỡnh 2.6. Phng ỏn chuyn ng dng c nghiờng gúc 45

Chuyn ng dng c theo ng thng
ẹửụứng chuyeồn
ủoọng duùng cuù
X
B
X
A
Y
B
A
B
X
O
Y
A
Y

Hỡnh 2.7. Phng ỏn chuyn ng dng c theo ng thng
cú th iu khin cho bn mỏy dch chuyn a dng c i theo phng
mt ng thng bt k ta s phi cn dựng n thut toỏn ni suy thng.
Thut toỏn ni suy bao gm ni suy thng v ni suy trũn; cú nhiu phng
phỏp thc hin c thut toỏn ny nh phng phỏp hm ỏnh giỏ hay phng
phỏp tớch phõn sv mi phng phỏp ta cú th thc hin bng c 2 cỏch l bng
phn cng v bng phn mm.