Thạc Sĩ Nghiên cứu và thiết kế mạch truyền dữ liệu cho máy phay CNC để bàn dùng cách ly quang PC817 và IC đệ

Đề tài: Nghiên cứu và thiết kế mạch truyền dữ liệu cho máy phay CNC để bàn dùng cách ly quang PC817 và IC đệm 7404




MỤC LỤC
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1
I.Tổng quan về máy CNC 1
1. Lịch sử hình thành máy CNC 1
2. Phân lo ại 4
3. Ưu, nhược đi em c ơ b ản của máy CNC 6
4. Cấu trúc máy CNC 9
4 .1. Chư ơng trình gi a công 9
4.2. Thi ết bị nhập c hương trình 10
4.3. Bộ điều khiển máy CNC 13
4.4. Hệ thống truyền động máy 14
4.5. Máy công cụ 17
4.6. Hệ thống phản hồi 20
5 . So s ánh máy CNC và máy gia c ông c ơ 28
6. Thực trạng ứng dụng máy CNC tại Việt Nam 29
II. Hệ thống máy CNC mini và mạch giao tiếp trong máy CNC 30
1. Hệ thống máy CNC mini 30
2. M ạch giao ti ếp trong máy CNC 31
3. Vị trí của m ạch giao ti ếp trong k ết cấu của máy CNC 32
CHƯƠNG II. GIAO TIẾP MÁY TÍNH 34
I. Tổng quan 34
II. Chuẩn giao tiếp 34
1. Gi ao ti ếp dùng dòng điện vòng 20 mA 34
2 . Chuẩn RS 232 36
3. Chuẩn gi ao ti ếp RS-449 38
4. Chuẩn giao tiếp RS-422A và RS-423A 40
5. Chuẩn RS 485 41
6. Chuẩn USB 42
7. Chuẩn LPT 43
7.1. Giới thiệu về cổng LPT 43
7.2. Cấu trúc cổng LPT (cổng song song) 44
CHƯƠNG III. THIẾT KẾ MẠCH GIAO TIÉP VỚI MÁY TÍNH DÙNG TRONG MÁY CNC 48
I. Mạch giao tiếp đơn giản 48
II. Mạch giao tiếp dùng cách ly quang pc817 và IC 7404 đệm 49
1. Cách ly quang pc817 49
2 . IC 7404 đệm 50
3. M ạch giao ti ếp dùng IC 7404 đệm 51
3.1. Sơ đồ nguyên lý 51
3. 2 . Sơ đồ bố trí linh kiện 52
3. 3. Sơ đồ đi dây 53
3.4. Thuyế t minh nguyên lý 53
3.5 M ột vài hình ảnh m ạch thực tế: 59
CHƯƠNG IV. NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC 3 TRỤC ĐỂ BÀN 62
I. Các thông số cơ bản của CNC 62
II. Nghiên cứu, thiết kế và lắp ráp máy CNC ba trục 64
1. Thân máy 64
2. Tủ đi ề u khi ển 71
3. Ph n m i u khi n 76
4. Quá trình gia công và hoàn thiện máy 77
5. Sử dụng máy CNC 3 trục để gia công các chi ti ết 81
KẾT LUẬN 83




CHƯƠNG I TỔNG QUAN
I. Tổng quan về máy CNC
Máy CNC (Computer Numerical Controlled) là những công cụ gia công kim lo ại tinh te có thể tạo ra những chi ti et phức tạp theo yêu c ầu của công nghệ hiện đại. Phát tri en nhanh chóng với những tien bộ trong máy tính, ta có thể bắt g ặp CNC dưới dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt mài, máy đột dập và nhiều công cụ công nghiệp khác. Thuật ngữ CNC liên quan đen một nhóm máy móc l ớn sử dụng logic máy tính để điều khi ển các chuyển động và thực hiện quá trình gia công kim lo ại. Hai lo ại máy phổ bien nhất trên thị trường hiện nay là máy tiện và máy phay.
1. Lịch sử hình thành máy CNC
Mặc dù máy tiện che bien gỗ đã được sử dụng từ thời Kinh Thánh, nhưng chi e c máy tiện gia công kim loại thực te đầu tiên m ới được Henry Maudslay phát minh vào năm 1800. N ó chỉ đ ơn gi ản là một công cụ máy giữ mẩu kim lo ại đang đư ợc gia công (hay phôi) trong một bàn kẹp hay trục quay và quay mẩu kim lo ại này, vì vậy một công cụ cắt có thể gia công b ề mặt the o đường mức mong muốn. Công cụ cắt này được nhân viên vận hành vận dụng qua việc sử dụng c ái quay tay hay vô l ăng . Đ ộ chính xác về kích cỡ được nhân viên vận hành điều khiển bằng cách quan s át đĩa chia độ trên vô lăng và di chuyển công cụ cắt theo số lượng hợp lý. Mỗi chi ti e t được s ản xuất ra đòi hỏi vận hành viên l ặp lại những cử động trong cùng trình tự và với cùng kí ch thư ớc. Chi e c m áy phay đ ầu tiên được vận hành theo cách thức tương tự như vậy, ngo ại trừ công cụ cắt được đặt ở trục chính đang quay. Phô i được lắp trên bệ máy hay bàn làm việc và di chuyển theo công cụ cắt, qua việc sử dụng vô lăng để gia công đường mức của phôi. Chi e c máy phay này do Eli Whitney phát minh năm 1818 .
Những chuyển động được sử dụng trong các công cụ máy được gọi là trục và đề cập đen 3 trục: “X” (thường từ trái qua phải) , “Y” (trước ra s au) và “Z” (trên và dưới). Bàn làm việ c cũng c ó thể được quay theo mặt ngang hay dọc, tạo ra trục chuyển động thứ tư . M ộ t số máy còn có trục thứ năm , cho p hép trục quay theo m ột góc.
Một trong những vấn đề của những dòng m áy b an đầu này là chúng đòi hỏi nhân viên vận hành phải sử dụng vô lăng để tạo ra mỗi chi ti e t. Ngoài tính nhàm chán và gây mệt mỏi về thể chất, khả năng che tạo các chi ti e t của vận hành viên cũng bị
hạn chế. Chỉ m ột khác biệt nhỏ trong vận hành sẽ dẫn đến những thay đổi trong kích thư ớc trục và khi đó , t ạo ra những chi ti ết không phù h ọp. Mứ c độ kim lo ại vụn được tạo ra từ những ho ạt động như vậy là khá cao, lãng phí nguyên liệu thô và thời gian lao động. Khi số lưọmg s ản xuất tăng lên, c àng có nhi ều chi tiết bị hỏng . D o đó , điều c an thi ết ở đây l à m ột phương tiện vận hành các chuyển động của máy m ột cách tự động. Những nỗ lực b an đau để “tự động hó a” c ác hoạt động này sử dụng một lo ạt c am để di chuyển dao cụ hay bàn làm việc qua những liên kết (linkage). Khi cam quay, m ột liên kết lan theo b ề mặt của mặt cam (cam face), di chuyển công cụ cắt hay phôi qua một dãy các chuyể n động. M ặt cam đư ợc định hình đ ể đi ề u khi ển khối lư ợng chuyể n động liên k ết và tố c độ m à c am quay đi ề u khi ển tố c độ cấp dao. M ột số máy vẫn còn tồn tại cho tới ng ày nay và được gọi là máy “Swis s” (máy ki ểu Thụy Sĩ) , một c ái tên đồng nghĩa với gia công chính xác.
Thi ết k ế máy CNC hiện đại bắt nguồn từ tác phẩm của John T. Parsons cuối những năm 1940 và đau những năm 1950. Sau Thế chiến II, Parsons tham gia sản xuất cánh máy bay trực thăng , một công việ c đòi hỏi phải gia công chính xác các hình dạng phức tạp. Parsons s ớm nhận ra rằng bằng cách sử dụng máy tính IBM thời kì đau, ông đã c ó thể tạo ra những thanh dẫn đường mức chính xác hơn nhi ều khi sử dụng các phép tính bằng tay và s ơ đồ. Dựa trên kinh nghiệm này, ông đã giành được họp đồng phát triển một “máy cắt đường mức tự động” cho không quân để tạo mặt cong cho cánh máy bay. Sử dụng một đau đọc thẻ máy tính và các b ộ điều khiển động cơ trợ động (servomotor) chính xác, chi ế c máy đư ợc chế tạo cực kì l ớn, phức tạp và đắt đỏ. Mặc dù vậy, nó làm việc một cách tự động và s ản xuất các mặt cong với độ chính xác c ao đáp ứng nhu c au của ngành công nghiệp máy bay.
Đ ế n những năm 1960, gi á thành và tính phứ c tạp của những chi ế c máy tự động gi ảm đến một mứ c độ nhất định để có thể ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác. Những chiế c máy này sử dụng c ác động c ơ truyền động điện một chiều để vận dụng vô lăng và vận hành dao cụ . C ác động c ơ này nhận chỉ dẫn điện từ một đau đọ c b ăng từ - đọc một b ăng giấy có chiều rộng kho ảng 2 , 5cm có đục một hàng lỗ. Vị trí và thứ tự lỗ cho phép đau đọc s ản xuất ra những xung điện c an thiết để quay động c ơ với thời gian và tố c độ chính xác, trong thực tế nó đi ều khiển máy giống như nhân viên vận hành . C ác xung điện được quản lý bởi một m áy tính đơn gi ản không có bộ nhớ. Chúng thường đư ợc gọi là NC hay máy đi ề u khi ển số. M ột nhà lập trình s ản xuất b ăng từ trên




DANH MỤC TA I L IỆU THAM KHAO
Tài liệu tham khảo
1. Geoff Williams. CNC Robotics.
2. Nguyễn Chí Thiện . Luận văn tốt nghiệp “Rob ot tự hành” . Trường kỹ thuật c ông nghệ . TP Hồ Chí Minh - 1/2009
3. Stepper controller L297, STMicroelectronics Datasheet
4. Double H-bridge L298, STMicroelectronicsDatasheet
5. Toshiba TB6560AHQ,TB6560AFG-PWM chopper-type biopolar driver IC for stepping motor control Datasheet
6. Nguyễn Đắc L ộ c , T ăng Huy(1999) , “ Điều khiển số và công nghệ trên máy điều khiển số“ , NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà N ộ i.
Các trang web tham khảo