Đồ án HCMUTE: Sử dụng BeagleBone để điều khiển máy phay CNC 3 trục với động cơ AC Servo

• Tác giả: Phạm Thanh Vinh
• Người hướng dẫn: ThS. Võ Lâm Chương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Điều Khiển Máy Phay CNC 3 Trục Bằng Board Nhúng BeagleBone Và Động Cơ AC Servo
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT ĐỒ ÁN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.3. Giới hạn đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CNC
• 2.1. Lịch sử phát triển
• 2.2. Đặc trưng máy CNC
• 2.3. Các thành phần máy CNC
• 2.4. Hệ trục tọa độ trên máy CNC
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÁY CNC
• 3.1. Các phương án xây dựng mô hình máy CNC
• 3.2. Lựa chọn cơ cấu truyền động
• 3.3. Lựa chọn cơ cấu dẫn hướng các trục
• 3.4. Các loại động cơ được sử dụng
• 3.5. Kết cấu chung của máy CNC
• 3.6. Thông số bộ truyền
• 4. CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG AC SERVO
• 4.1. Giới thiệu tổng quan về AC servo
• 4.2. Giới thiệu driver và động cơ Servopack SGDA-04AP của hãng Yaskawa
• 4.3. Giới thiệu driver và động cơ MINAS A-series của hãng PANASONIC
• 4.4. Các bước thiết lập chung cho hệ thống AC servo
• 5. CHƯƠNG 5: GIỚI THIỆU BỘ XỬ LÝ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM
• 5.1. Tổng quan về beaglebone black
• 5.2. Tính năng và đặc điểm kỹ thuật
• 5.3. Chi tiết về thiết kế phần cứng
• 6. CHƯƠNG 6: MẠCH ĐỆM GIAO TIẾP GIỮA BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ DRIVER
• 6.1. Tổng quan mạch điều khiển
• 6.2. Nguồn cung cấp cho mạch
• 7. CHƯƠNG 7: GIẢI THUẬT NỘI SUY TRONG ĐIỀU KHIỂN SỐ MÁY CNC
• 7.1. Nội suy bằng phần cứng
• 7.2. Nội suy bằng phần mềm
• 8. CHƯƠNG 8: GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN
• 8.1. XENOMAI thời gian thực trên LINUX
• 8.2. QT CREATOR – lập trình giao diện với QT CREATOR
• 8.3. MACHINEKIT – LINUX CNC
• 9. CHƯƠNG 9: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
• 10. CHƯƠNG 10: ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT
• 10.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu đề tài

Đề tài 'Điều khiển máy phay CNC 3 trục bằng board nhúng BeagleBone và động cơ AC Servo' tập trung vào việc phát triển một hệ thống điều khiển cho máy phay CNC 3 trục. Hệ thống này sử dụng board nhúng BeagleBone để điều khiển các động cơ AC Servo. Mục tiêu chính là tạo ra một mô hình máy phay CNC có khả năng hoạt động tự động hóa cao, giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong gia công. Việc sử dụng công nghệ BeagleBone không chỉ giúp giảm thiểu chi phí mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc lập trình và điều khiển. Đề tài này cũng nhằm mục đích nghiên cứu và ứng dụng các giải thuật nội suy trong điều khiển máy CNC, từ đó cải thiện khả năng gia công của máy.

II. Tổng quan về công nghệ CNC

Công nghệ CNC (Computer Numerical Control) đã phát triển mạnh mẽ trong những năm qua, trở thành một phần không thể thiếu trong ngành cơ khí chính xác. Máy phay CNC cho phép điều khiển chính xác vị trí của dao cắt thông qua các chương trình được lập trình sẵn. Sự phát triển của máy CNC 3 trục đã mở ra nhiều cơ hội cho việc gia công các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao. Hệ thống điều khiển CNC sử dụng các động cơ servo để thực hiện các chuyển động cần thiết, từ đó giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất. Việc nghiên cứu và ứng dụng hệ thống điều khiển CNC không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm.

III. Thiết kế hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển máy phay CNC 3 trục được thiết kế dựa trên board nhúng BeagleBone. Board này có khả năng xử lý nhanh và giao tiếp hiệu quả với các động cơ AC Servo. Việc lập trình cho BeagleBone được thực hiện thông qua các ngôn ngữ lập trình phổ biến, cho phép người dùng dễ dàng tùy chỉnh và mở rộng chức năng. Hệ thống cũng bao gồm các cảm biến để theo dõi vị trí và trạng thái của máy, từ đó đảm bảo quá trình gia công diễn ra an toàn và hiệu quả. Mạch điều khiển CNC được thiết kế để tối ưu hóa việc truyền tín hiệu giữa BeagleBone và các động cơ, giúp cải thiện độ chính xác trong điều khiển.

IV. Nghiên cứu giải thuật nội suy

Giải thuật nội suy đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển máy phay CNC. Các giải thuật như DDA, SA, và DS được nghiên cứu và áp dụng để đảm bảo rằng máy có thể thực hiện các chuyển động mượt mà và chính xác. Việc áp dụng các giải thuật này giúp tối ưu hóa quá trình gia công, giảm thiểu sai số và tăng tốc độ gia công. Nội suy không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn nâng cao hiệu suất làm việc của máy. Nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng việc lựa chọn giải thuật phù hợp có thể ảnh hưởng lớn đến kết quả cuối cùng của quá trình gia công.

V. Kết quả đạt được

Sau khi hoàn thành hệ thống điều khiển, máy phay CNC 3 trục đã được thử nghiệm và cho kết quả khả quan. Hệ thống có khả năng gia công các chi tiết với độ chính xác cao và thời gian gia công được rút ngắn đáng kể. Việc sử dụng board nhúng BeagleBone đã chứng minh được tính hiệu quả trong việc điều khiển động cơ AC Servo. Các thử nghiệm cho thấy rằng hệ thống có thể hoạt động ổn định trong thời gian dài mà không gặp phải sự cố. Kết quả này không chỉ khẳng định tính khả thi của đề tài mà còn mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng công nghệ CNC trong sản xuất.

VI. Đánh giá và nhận xét

Đề tài 'Điều khiển máy phay CNC 3 trục bằng board nhúng BeagleBone và động cơ AC Servo' đã đạt được những kết quả đáng khích lệ. Hệ thống không chỉ đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật mà còn có khả năng mở rộng và tùy chỉnh cao. Việc áp dụng công nghệ BeagleBone trong điều khiển máy CNC là một bước tiến quan trọng, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu chi phí. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu thêm, đặc biệt là trong việc tối ưu hóa các giải thuật điều khiển và cải thiện tính năng của hệ thống.