CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 1. Đă ̣t vấ n đề Hòa nhịp cùng với sự phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa của thế giới thì ngành tự động hóa và máy móc của nước ta có rất nhiều bước phát triển đáng kể. Việc nắm bắt, nghiên cứu và ứng dụng kịp thời các công nghệ kỹ thuật phát triển, cũng như các thiết bị, linh kiện mới là một việc quan trọng góp phần đưa đất nước ta bắt kịp với tiến độ phát triển với một số nước trên thế giới. Trong xu thế các ngành cơ điện và tự động hóa ngày càng liên quan chặt chẽ với nhau đã tạo ra bước tiến lớn khi phối hợp các công ghệ sẵn có để tạo ra nhiều loại máy móc phù hợp trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Do đó nhóm đã chọn đề tài “Thiết Kế Bộ Điều Khiển Máy CNC Mini 2 trục” sử dụng ARM COTEX M4để điều khiển.Nhằm hiểu rõ hơn về các hệ thống cũng như cách thức hoạt động của các ứng dụng tương đương trong công nghiệp. NC = Numerical control CNC ( Computer Numerical Control ) là một dạng máy NC điều khiển tự động có sự trợ giúp của máy tính , mà trong đó các bộ phận tự động được lập tình để hoạt động theo các sự kiện tiếp nối nhau với tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra được mẫu vật với hình dạng và kích thuốc yêu cầu. Mu ̣c tiêu đề tài Dựa vào các kiến thức đã học, các kiến thức liên quan và các yêu cầu từ thực tếnhóm đã quyết định tiến hành thực hiện đề tài. Một phần để cũng cố lại kiến thức đã học, mặt khác có thể thiết kế được một hệ thống thực tế hoàn chỉnh để kiểm chứng các kiến thức đã học.
Mục tiêu của đề tài là thiết kế, điều khiển, giám sát đầu công tác qua hai trục vitme điều khiển bởi hai động cơ bước. Hệ thống đảm bảo hoạt động với độ chính xác cao, sai số nhỏ và ổn định lâu dài. Toàn bộ các thông số của hệ thống có thể đặt và giám sát từ xa. Mục tiêu cụ thể được đặt ra như sau: Thiết kế được mô hình phần cứng dựa trên các thiết bị đã có.
Xây dựng được thuật toán và viết chương trình điều khiển ARM COTEX M4. Giám sát hệ thống hoạt động thông qua màn hình máy tính qua ứng dụng Mach3. Giớ i ha ̣n đề tà i Trong đề tài này , nhóm chỉ thiế t kế mô hin ̀ h máy CNC mini , sử du ̣ng các thiế t bi ̣đơn giản có sẵn ngoài thị trường. Đề tài điề u khiể n chính xác các vi ̣trí đã cho ̣n.
Mô hiǹ h cơ khí còn nhiề u ha ̣n chế về đô ̣ chính xác. Phương phá p nghiên cứ u Trong suốt thời gian làm đề tài, nhóm đã trải qua các giai đoạn đi từ đơn giản đến phức tạp. Phương pháp nghiên cứu của nhóm như sau: Tìm hiểu chung về đề tài nghiên cứu. Tra tài liệu, dịch thuật tài liệu để hiểu.
Khảo sát phần cứng hệ thống, từ đó đi tới phân tích, tổng hợp các vấn đề của hệ thống với yêu cầu đặt ra. Mô phỏng trên máy tính và thử nghiệm hoạt động của hệ thống nhiều lần. Đánh giá kết quả đạt được dựa trên kết quả thực tế. Ý nghiã khoa ho ̣c và thư c̣ tiễn của đề tài Việc hoàn thành đề tài mang lại rất nhiều ý nghĩa khoa học và thực tiễn, đó là: Ứng dụng điều khiển các hệ thống công nghiệp hiện nay bằng CNC với độ chính xác và ổn định cao.
Phát triển mô hình và đưa vào ứng dụng cho các hệ thống trong công nghiệp có sử dụng hệ thống tương đương. 2 do an Chương II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới Thiệu Đất nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ - những chủ nhân tương lai của đất nước những nhiệm vụ nặng nề.
Sự phát triển nhanh chóng của cách mạng khoa học kĩ thuật nói chung và trong lĩnh vực điện – điện tử nói riêng làm cho bộ mặt xã hội đất nước biến đổi từng ngày. Điều khiển Tự Động là một trong những ngành mới, đang có đà phát triển một cách tích cực trong nền công nghiệp nước nhà, chính vì vậy chúng em những kỹ sư tương lai của đất nước đang nghiên cứu trên ghế nhà trường, đều ý thức một cách rõ ràng về Điều Khiển Tự Động. Để có thể hiểu sâu hơn về chuyên ngành cũng như kiến thức thực tế nhóm tác giả đã đăng ký làm đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Thiết kế bộ điều khiển máy CNC mini 2 trục”, đây là một đề tài rất hay là một ví dụ điển hình tổng hợp các kiến thức về kỹ thuật điều khiển và cơ khí. Lịch sử hình thành 1808 - Toseph và M Jacquard đã dùng bìa tôn đục lỗ để điều khiển các máy dệt (bìa đục lỗ là vật mang tin).1808 – Phiế u đu ̣c lỗ trên lá kim loa ̣i đươ ̣c dùng để điề u khiể n tư ̣ đô ̣ng má y thiêu.
1938 – Claude Shannon bảo vệ luân án tiến sỹ ở Viện công nghệ MÍT (Mỹ) với- nội dung tính toán chuyển giao dữ liệu dạng nhị phân. 1946 – tiến sỹ John W,Mauchly đã cung cấp máy tính số diên tử đầu tiên có tên ENIAC cho quân đội Mỹ. 1954 – Bendix mua bản quyền của Pasons và chế tạo ra bộ điều khiển NC hoàn chỉnh đầu tiên có sử dựng các bóng điên tử. 1954 – Phát triển ngôn ngữ biểu trưng dược gọi là ngôn ngữ lập trình tư động APT.
1957 – Không quân Mỹ đã trang bị những máy NC đầu tiên ở xưởng. 1960 – Kỹ thuật bán dẫn thay thế cho hệ thống điều khiển xung rơle, đèn điện tử. 1965 – Giải pháp thay dụng cụ tự động ATC (Automatic Tool Changer). 1980s – Điề u khiể n số phân phố i đươc̣ đưa và o sử du ̣ng 3 do an Má y điề u khiể n số cổ điể n chủ yế u dư ạ trên công trình của mô ̣t người có tên là John Parsons.
Từ nhữ ng năm 1940 Parsons đã sá ng chế ra phương phá p dùng phiế u đu ̣c lỗ để ghi cá c dữ liê ̣u về vi ̣ trí to ̣a đô ̣ để điề u khiể n má y công cu ̣. Má y đươ c̣ điề u khiể n để chuyể n đô ̣ng trên từ ng to ̣a đô ̣ , nhờ đó ta ̣o ra đươc̣ bề mă ̣t cầ n thiế t củ a cá nh bay.Parsons giớ i thiê ̣u hiể u biế t củ a mình cho không lư c̣ hoa kỳ. Cơ quan này sau đó đã tài trợ một loạt các đề tài nghiên cứu ở phò ng thì nghiê ̣m Servomechanismcủ a trườ ng đa ̣i ho ̣c kỹ thuâ ̣t Massachusetts (MIT). Công trình đầ u tiên ta ̣i MIT là phát triể n mô ̣t mấ u má y phay NC bằ ng cách điề u khiể n chuyể n đô ̣ng đầ u dao của 3 tru ̣c to ̣a đô ̣.
Mấ u má y NC đầ u tiên đươ ̣c triể n lãm và o năm 1952. Từ 1953 khả năng má y NC đã đươ c̣ chứ ng minh. Mô ̣t thời gian ngắ n sau , các nhà chế ta ̣o bắ t đầ u chế ta ̣o má y NC để bá n , và các nhà má y công nghiê ̣p , đă ̣c biê ̣t là các nhà má y chế ta ̣o máy bay để dù ng má y NC để chế ta ̣o các thiế t bi ̣ cầ n thiế t của ho ̣. Hoa kỳ tiế p tu ̣c cố gắ ng phát triể n NC bằ ng cách tiế p tu ̣c tài trơ ̣ cho MIT nghiên cứ u ngôn ngữ lâ ̣p trình để điề u khiể n má y NC.
Kế t quả củ a viê ̣c nà y là sư ̣ ra đời củ a ngôn ngữ APT : Automatically Programmed Tools và o năm 1959. Mu ̣c tiêu củ a viê ̣c nghiên cứ u APT là đả m bả o mô ̣t phương tiê ̣n để người lâ ̣p trình gia công có thể nhâ ̣p các câu lê ̣nh và o má y NC. Mă ̣c dù APT là ngôn ngữ bi ̣ chỉ trích là thứ ngôn ngữ quá đồ sô ̣ đố i vớ i nhiề u má y tính , nó vẫn là công cu ̣ chính yế u và vẫn đươc̣ dù ng rô ̣ng rãi trong công nghiê ̣p ngà y nay và nhiề u ngôn ngữ lâ ̣p trình mớ i là dựa trên APT. So sá nh cấ u trúc máy công cu ̣ thông thường và máy CNC Máy CNC đươ ̣c thiế t kế cơ bản giố ng như máy công cu ̣ va ̣n năng.
Sự khác nhau thâ ̣t sự là ở chỗ các bô ̣ phâ ̣n liên quan đế n tiế n trình gia công đươ ̣c điề u khiể n bới máy tính. Các chuyể n đô ̣ng của các bô ̣ phâ ̣n máy công cu ̣ CNC đươ ̣c xác đinh ̣ bởi mô ̣t hê ̣ tru ̣c to ̣a đô ̣. Mỗi chuyể n đô ̣ng của các bô ̣ phâ ̣n máy có mô ̣t hê ̣ thố ng đo riêng để tính toán các vi ̣trí tương ứng và phản hồ i thông tin này về hê ̣ điề u khiể n. Ứng dụng Tùy theo từng lĩnh vực và mục đích sử dụng mà mô hình cũng như nguyên lý hoạt động của hệ thống có thể áp dụng trong các hệ thống máy móc khác như các loại máy cắt, khắc lazer, khoan ….
Ưu điểm hệ thống Có thể tiết kiệm tối đa thời gian nhờ vào việc di chuyển bằng con đường ngắn nhất tới nơi đã chọn. Làm việc với độ chính xác cao. Người giám sát có thể tự do chọn vị trí mong muốn. Ít phải dừng máy để kiểm tra kỹ thuật.
Dễ điều khiển thông qua màn hình máy tính. Nhược điểm hệ thống Giá thành sản xuất và sửa chữa cao. Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khăn hơn. Cấu tạo,nguyên lý làm việc của hệ thống và một số ứng dụng 2.
Cá c thà nh phầ n cơ bả n của hê ̣ thố ng NC Hình 2.1 Thành phần cơ bản của hệ thống NC Cá c phương pháp lâ ̣p trình : 2. Điều khiển bằng bằng tay 5 do an 2. Điều khiển bằng má y Chương trình đươ c̣ chuẩ n bi ̣ bởi lâ ̣p trình viên, trong đó ngườ i lâ ̣p trình chỉ ra từ ng bước theo trình tư ̣ công nghê ̣.