Thiết kế bộ điều khiển hệ mở CNG cho máy phay 3 trục tại HCMUTE

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Mục tiêu, khách thể và đối tượng nghiên cứu

1.1.1. Mục tiêu, khách thể

1.1.2. Đối tượng nghiên cứu

1.1.3. Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu

1.1.3.1. Nhiệm vụ nghiên cứu

1.1.3.2. Phạm vi nghiên cứu

1.1.4. Phương pháp nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN CÓ CẤU TRÚC MỞ

2.1. Khái niệm về Bộ điều khiển có cấu trúc mở

2.2. Tầm quan trọng của bộ điều khiển cấu trúc mở

2.3. Ưu điểm của cấu trúc mở

2.4. Tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới

2.4.1. Các nghiên cứu ngoài nước

2.4.2. Các nghiên cứu trong nước

3. CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC

3.1. Sơ đồ nguyên lý và hệ thống

3.2. Kết cấu phần cứng máy phay CNC

3.2.1. Trục vitme bi

3.2.2. Phần điều khiển máy phay CNC

3.2.2.1. Hệ thống điều khiển số

3.2.2.1.1. Hệ thống điều khiển hở

3.2.2.1.2. Hệ thống điều khiển kín

3.2.2.1.3. Cấu trúc từng phần của hệ thống điều khiển số

3.2.2.2. Phần mềm CNC

3.2.2.2.1. Phần mềm điều khiển

3.2.2.2.2. Phần mềm ghép nối

3.2.2.2.3. Phần mềm ứng dụng

4. CHƯƠNG 4: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY CNC

4.1. Các thông số kỹ thuật của máy phay CNC

4.1.1. Các thông số chính

4.1.2. Thiết kế phần cơ khí

4.1.2.1. Phương án thiết kế khung máy

4.1.3. Thiết kế phần điều khiển

4.1.3.1. Phương án thiết kế mạch điều khiển

4.1.3.2. Phương án thiết kế phần mềm điều khiển

5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN

5.1. Tính toán thiết kế kết cấu và hệ thống dẫn động của máy

5.1.1. Xác định lực kéo phần thân máy

5.1.2. Tính toán động lực học và chọn động cơ cho từng trục

5.1.2.1. Tính toán cho trục X

5.1.2.2. Lực tác dụng lên trục X

5.1.2.3. Tính toán cho trục Z

5.1.2.4. Tính toán chọn sống lăn

5.1.2.5. Tính toán chọn bước trục vitme bi

5.1.2.5.1. Tính toán chọn trục vitme bi cho trục X

5.1.2.5.2. Tính toán chọn trục vitme bi cho trục Y

5.1.2.5.3. Tính toán chọn trục vitme bi cho trục Z

5.1.3. Thiết kế phần điều khiển

5.1.3.1. Thiết kế mạch Breakout

5.1.3.2. Mạch Driver động cơ bước

5.1.4. Thiết kế Phần mềm điều khiển

5.1.4.1. Các giao diện của mach 3

6. CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO VÀ CHẠY KIỂM NGHIỆM

6.1. Chế tạo các bộ phận của máy

6.1.1. Chế tạo trục X và kết cấu nối trục của động cơ

6.1.2. Chế tạo trục Y và kết cấu nối trục của động cơ

6.1.3. Chế tạo trục Z và kết cấu nối trục của động cơ

6.1.4. Chế tạo mạch Breakout

6.1.5. Chế tạo mạch driver 3 trục động cơ

6.1.6. Tủ điện điều khiển hoàn chỉnh

6.1.7. Phần mềm điều khiển

6.1.7.1. Giao diện máy khi đang làm việc

6.2. Chạy kiểm nghiệm

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

0.1. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

0.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

DANH SÁCH CÁCH CHỮ VIẾT TẮT NGUYÊN GỐC

DANH SÁCH CÁC HÌNH

I. Giới thiệu bộ điều khiển có cấu trúc mở

Bộ điều khiển có cấu trúc mở (Open Architecture Controller - OAC) là một khái niệm quan trọng trong lĩnh vực điều khiển tự động. Nó cho phép người dùng tùy chỉnh và mở rộng hệ thống điều khiển bằng cách tích hợp các phần mềm và phần cứng khác nhau. Điều này không chỉ giúp tăng cường tính linh hoạt mà còn tạo ra nhiều cơ hội cho việc phát triển công nghệ mới. Theo định nghĩa của IEEE, một hệ thống mở cho phép bổ sung các ứng dụng từ nhiều nhà cung cấp khác nhau, tạo điều kiện cho sự tương tác giữa các hệ thống khác nhau. Tính linh hoạt của bộ điều khiển cấu trúc mở cho phép người dùng dễ dàng thay đổi cấu hình phần cứng và phần mềm, từ đó đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu sản xuất. Việc áp dụng OAC trong máy CNC giúp giảm thiểu chi phí bảo trì và nâng cấp, đồng thời tăng cường khả năng cạnh tranh cho các doanh nghiệp trong ngành cơ khí.

1.1 Khái niệm về Bộ điều khiển có cấu trúc mở

Bộ điều khiển có cấu trúc mở được định nghĩa là một hệ thống cho phép tích hợp các thiết bị và phần mềm mới một cách dễ dàng. Điều này có nghĩa là người dùng có thể thay đổi hoặc nâng cấp hệ thống mà không cần phải thay thế toàn bộ thiết bị. Tính linh hoạt này rất quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo, nơi mà công nghệ và yêu cầu sản xuất thường xuyên thay đổi. Hệ thống mở không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn tạo ra cơ hội cho việc phát triển các ứng dụng mới, từ đó nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

1.2 Tầm quan trọng của bộ điều khiển cấu trúc mở

Bộ điều khiển cấu trúc mở đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất sản xuất. Nó cho phép các nhà sản xuất dễ dàng nâng cấp và bảo trì thiết bị mà không cần phải phụ thuộc vào nhà cung cấp. Điều này giúp giảm thiểu thời gian ngừng máy và chi phí bảo trì. Hơn nữa, với khả năng tích hợp các công nghệ mới, bộ điều khiển mở giúp doanh nghiệp duy trì tính cạnh tranh trong thị trường ngày càng khốc liệt. Việc áp dụng OAC trong máy CNC không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn tạo ra nhiều cơ hội cho việc phát triển sản phẩm mới, từ đó đáp ứng tốt hơn nhu cầu của khách hàng.

II. Thiết kế bộ điều khiển cho máy phay 3 trục

Thiết kế bộ điều khiển cho máy phay 3 trục là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Bộ điều khiển này cần phải đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy cao trong quá trình gia công. Các thông số kỹ thuật của máy phay CNC cần được xác định rõ ràng, bao gồm tốc độ, lực kéo và khả năng xử lý. Việc lựa chọn động cơ phù hợp cho từng trục cũng là một yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của máy. Hệ thống điều khiển cần được thiết kế sao cho dễ dàng bảo trì và nâng cấp, nhằm đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu sản xuất. Tính toán thiết kế mạch điều khiển và phần mềm điều khiển cũng cần được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả trong quá trình vận hành.

2.1 Các thông số kỹ thuật của máy phay CNC

Các thông số kỹ thuật của máy phay CNC bao gồm tốc độ quay của trục chính, lực kéo tối đa, và khả năng gia công các vật liệu khác nhau. Những thông số này cần được xác định dựa trên yêu cầu sản xuất cụ thể. Việc lựa chọn động cơ cũng cần phải dựa trên các thông số này để đảm bảo máy hoạt động hiệu quả. Đặc biệt, tốc độ và lực kéo cần phải được tính toán chính xác để tránh tình trạng quá tải hoặc hư hỏng máy. Hệ thống điều khiển cũng cần phải được thiết kế để có thể điều chỉnh các thông số này một cách linh hoạt, nhằm đáp ứng nhanh chóng các thay đổi trong quy trình sản xuất.

2.2 Thiết kế phần điều khiển

Thiết kế phần điều khiển cho máy phay CNC bao gồm việc phát triển mạch điều khiển và phần mềm điều khiển. Mạch điều khiển cần phải đảm bảo tính ổn định và độ chính xác cao trong quá trình vận hành. Phần mềm điều khiển cũng cần được thiết kế sao cho dễ sử dụng và có khả năng tương tác tốt với người dùng. Việc sử dụng các ngôn ngữ lập trình tiêu chuẩn sẽ giúp tăng cường tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống. Hơn nữa, việc tích hợp các cảm biến và thiết bị đo lường vào hệ thống điều khiển sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu suất của máy phay CNC.

III. Ứng dụng thực tiễn của bộ điều khiển hệ mở

Bộ điều khiển hệ mở có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp chế tạo. Nó không chỉ giúp nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn tạo ra nhiều cơ hội cho việc phát triển sản phẩm mới. Các doanh nghiệp có thể dễ dàng nâng cấp và bảo trì thiết bị mà không cần phải phụ thuộc vào nhà cung cấp. Điều này giúp giảm thiểu chi phí và thời gian ngừng máy. Hơn nữa, với khả năng tích hợp các công nghệ mới, bộ điều khiển mở giúp doanh nghiệp duy trì tính cạnh tranh trong thị trường ngày càng khốc liệt. Việc áp dụng OAC trong máy CNC không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn tạo ra nhiều cơ hội cho việc phát triển sản phẩm mới, từ đó đáp ứng tốt hơn nhu cầu của khách hàng.

3.1 Tăng cường hiệu suất sản xuất

Bộ điều khiển hệ mở giúp tăng cường hiệu suất sản xuất bằng cách cho phép các doanh nghiệp dễ dàng nâng cấp và bảo trì thiết bị. Điều này giúp giảm thiểu thời gian ngừng máy và chi phí bảo trì. Hơn nữa, với khả năng tích hợp các công nghệ mới, bộ điều khiển mở giúp doanh nghiệp duy trì tính cạnh tranh trong thị trường ngày càng khốc liệt. Việc áp dụng OAC trong máy CNC không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn tạo ra nhiều cơ hội cho việc phát triển sản phẩm mới, từ đó đáp ứng tốt hơn nhu cầu của khách hàng.

3.2 Tạo ra cơ hội phát triển sản phẩm mới

Bộ điều khiển hệ mở tạo ra nhiều cơ hội cho việc phát triển sản phẩm mới. Các doanh nghiệp có thể dễ dàng tích hợp các công nghệ mới vào hệ thống điều khiển, từ đó nâng cao chất lượng và hiệu suất sản phẩm. Việc áp dụng OAC trong máy CNC không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn tạo ra nhiều cơ hội cho việc phát triển sản phẩm mới, từ đó đáp ứng tốt hơn nhu cầu của khách hàng. Điều này không chỉ giúp doanh nghiệp tăng trưởng mà còn góp phần vào sự phát triển chung của ngành công nghiệp chế tạo.

Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển hệ mở CNG để điều khiển máy phay 3 trục tại HCMUTE