Đồ án Thiết kế - Thi công - Điều khiển bàn máy CNC 2 trụ

52 trang yendo 4741

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết kế - Thi công - Điều khiển bàn máy CNC 2 trụ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

do_an_thiet_ke_thi_cong_dieu_khien_ban_may_cnc_2_tru.pdf

Nội dung text: Đồ án Thiết kế - Thi công - Điều khiển bàn máy CNC 2 trụ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA CƠ KHÍ – BM CƠ ĐIỆN TỬ �� ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ - THI CÔNG - ĐIỀU KHIỂN BÀN MÁY CNC 2 TRỤC GVHD: ĐỖ ĐỨC VƯƠNG SVTH : LÊ QUANG LÂN NGUYỄN TẤN PHƯỚC NGUYỄN ĐẶNG HỒNG PHÚC Lớp :CĐCĐT 08 TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2011
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục LỜI NÓI ĐẦU �� Hòa nhịp cùng với sự phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa thì ngành cơ khí nước ta trong những năm qua đã có những bước phát triển đáng kể. Việc nắm bắt, nghiên cứu và ứng dụng kịp thời các công nghệ kĩ thuật phát triển, cũng như các thiết bị, linh kiện mới là một việc quan trọng góp phần đưa đất nước ta bắt kịp tiến độ phát triển với các nước trên thế giới.Trong xu thế ngành cơ điện tử đã được hình thành và phát triển đã tạo sự thay đổi lớn khi biết cách phối hợp các công nghệ sẵn có. Sự kết hợp này hình thành nhiều đặc điểm mà các ngành trước đây không có, chính vì vậy ngành cơ điện tử ngày càng phát triển và phát huy sức mạnh của mình, nhưng để nắm bắt được kiến thức mới thì đòi hỏi bản thân ta phải nắm vững những kiến thức căn bản, đặt biệt là ở lĩnh vực điều khiển chính xác. Do đó, nhóm đã thống nhất chọn đề tài “ Thiết kế- Thi công- Điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục” nhằm giới thiệu cho người đọc cách thức căn bản để điều khiển động cơ nói riêng và thiết bị nói chung từ đó làm nền tảng để phát triển những ứng dụng mới. Do có sự hạn chế về thời gian cũng như kiến thức và kinh nghiệm, mặc dù rất cố gắng song không thể tránh khỏi những thiếu sót và sai lầm nhất định, rất mong nhận được ý kiến xây dựng tích cực của quý thầy cô và các bạn để chúng tôi hoàn chỉnh hơn về nội dung cũng như về hình thức. Trang 2 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục LỜI CẢM ƠN �� Lời đầu tiên nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường CĐKT Cao Thắng và đặc biệt là thầy cô của bộ môn cơ điện tử đã giảng dạy chúng em trong suốt thời gian học tập cũng như hỗ trợ chúng em rất nhiều trong việc thực hiện đề tài này. Thời gian học tập tại trường là những kinh nghiệm, là hành trang quý báu giúp chúng em tự tin hơn, vững bước hơn trong công việc sau này. Một lần nữa, em xin chân thành cám ơn thầy Vương, các thầy cô trong trường, chúc các thầy cô luôn dồi dào sức khỏe, thành công trong cuộc sống và đào tạo nên những sinh viên giỏi giúp ích cho xã hội. Và xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình và người thân đã hỗ trợ tất cả mọi điều kiện để đề tài hoàn thành tốt đẹp. Trang 3 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN �� Giáo viên hướng dẫn Trang 4 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN �� Trang 5 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN �� Trang 6 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 LỜI CẢM ƠN 3 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 4 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 5 NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN 6 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU BÀN MÁY CNC 2 TRỤC 9 1. Tổng quan về bàn máy CNC 2 trục: 9 2. Các công việc cần phải thực hiện: 11 3. Dự đoán những khó khăn: 12 4. Hướng giải quyết: 12 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 13 I. Thiết kế cơ khí : 13 1. Chọn vít me: 13 2. Chọn phương án di chuyển trên các trục tọa độ: 15 3. Động cơ DC servo: 16 II. Thiết kế phần cứng: 20 1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống: 20 2. Phân tích chức năng 20 3. Thiết kế mạch điện tử: 21 III. Thuật Toán Nội Suy Theo Phương Pháp DDA 33 1. Nội suy đường thẳng: 33 2. Nội suy đường tròn: 39 IV. Giao Tiếp Máy Tính: 43 1. Cách ghép nối PIC16F877A với RS232: 43 2. Cách thức thiết lập giao tiếp RS232 trong CCS: 43 3. Các đặc tính của MSComm: 43 4. Truyền nhận dữ liệu: 44 5. Giao diện điều khiển: 45 Trang 7 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục V. Giải thuật điều khiển: 46 1. Lưu đồ giải thuật chuyển động: 46 2. Lưu đồ giải thuật giao tiếp: 47 Chương III :KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 48 I. Kết quả đạt được: 48 II. Kết quả chưa đạt được : 48 III. Hướng phát triển : 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 Trang 8 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU BÀN MÁY CNC 2 TRỤC 1. Tổng quan về bàn máy CNC 2 trục: a. Giới thiệu: Đời sống ngày càng phát triển đòi hỏi cao về chất lượng sản phẩm, tốc độ sản xuất, độ chính xác, Do đó, vấn đề tự động hóa được đặt ra để đáp ứng nhu cầu đó.Một trong số những sản phẩm của tự động đó là máy CNC. Sự ra đời của bàn máy CNC đáp ứng cho nhu cầu sản xuất tự động đạt độ chính xác cao về hình dáng kích thước của sản phẩm.Do đó nhóm quyết chọn đề tài” Điều khiển bàn máy CNC 2 trục”. Đề tài “Điều khiển bàn máy CNC 2 trục” nhằm góp phần tự động hóa quá trình sản xuất. Khi hoạt động, toàn bộ quy trình công nghệ, các thông số trong dây chuyền sản xuất đòi hỏi phải cần độ chính xác cao về vị trí cũng như đáp ứng về thời gian. Để đáp ứng được yêu cầu này thì động cơ DC servo kết hợp với bộ điều khiển PID là lựa chọn phù hợp nhất. Bộ điều khiển trung tâm PID dùng bộ xử lý điều khiển vị trí LM629 giao tiếp với vi điều khiển PIC 16F877A. Kết hợp với khả năng tính toán nội suy và xử lý mạnh của máy tính, bộ điều khiển có thể chuyển động của động cơ với vị trí chính xác và đáp ứng với vận tốc với độ tin cậy cao. b. Lịch sử hình thành Thiết kế máy CNC hiện đại bắt nguồn từ tác phẩm của John T.Parson cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950.Sau thế chiến thứ 2, Parson tham gia sản xuất các máy bay trực thăng, một công việc đòi hỏi phải gia công chính xác các hình dạng phức tạp.Parson sớm nhận ra rằng bằng cách sử dụng máy tính IBM thời kỳ đầu,ông đã tạo ra những thanh dẫn đường mức chính xác hơn nhiều khi sử các phép tính bằng tay và sơ đồ.Dựa trên kinh nghiệm này, ông đã giành được hợp đồng phát triển một máy cắt mức tự động cho Không Quân để tạo mặt cong cho cánh máy bay. Sử dụng một đầu đọc thẻ máy tính và các bộ điều khiển trợ động (servo motor ) chính xác,chiếc máy được chế tạo cực kỳ lớn, phức tạp và đắt đỏ.Mặc dù Trang 9 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục vậy, nó làm việc một cách tự động và sản xuất các mặt cong với độ chính xác cao đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp máy bay. Bộ điều khiển giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy .Ví dụ như một số máy nhân viên lập trình có thể đơn giản chỉ cần nhập dữ liệu về vị trí đường kính và chiều sâu của một chi tiết và máy tính sẽ lựa chọn phương pháp gia công tốt nhất để sản xuất chi tiết dưới dạng phôi. Thiết bị mới nhất có thể chọn một mẫu kỹ thuật được tạo ra từ máy tính, tính toán tốc độ dao cụ, đường vận chuyển vào máy và sản xuất chi tiết mà không cần bản vẽ hay một chương trình. c. Ứng dụng: Tùy theo mục đích sử dụng mà bàn máy có những công dụng khác nhau:Máy khoan, Máy phay, Máy tiện, Máy cắt, Hình 1:Mô hình máy phay Trang 10 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục d. Ưu điểm: - Sản phẩm sản xuất không phụ thuộc vào tay nghề người công nhân mà phụ thuộc vào chương trình điều khiển được đưa vào máy tính. - Độ chính xác làm việc cao. - Chất lượng gia công ổn định, độ chính xác lặp lại cao. - Tốc độ cắt cao nhờ vào cơ khí vững chắc của máy, vật liệu làm dụng cụ cắt hiện đại như : hợp kim, gốm oxit, - Thời gian gia công ngắn. - Ít phải dừng máy để kiểm tra kỹ thuật. - Có thể gia công hàng loạt. e. Nhược điểm: - Giá thành chế tạo và sửa chửa cao. - Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khăn hơn. 2. Các công việc cần phải thực hiện: -Thiết kế cơ khí cho bàn máy. -Thiết kế mạch điện tử để điều khiển động cơ. -Nghiên cứu thuật toán PID trong động DC servo. -Tìm hiểu encoder trong việc điều khiển tốc độ động cơ DC servo. -Nghiên cứu thuật toán nội suy đường thẳng trong điều khiển động cơ. -Thiết kế bộ điều khiển động cơ dùng vi điều khiển PIC 16f877A. -Tìm hiểu về giao tiếp máy tính dùng cổng com. -Giao tiếp máy tính bằng ngôn ngữ visual Basic. Trang 11 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục 3. Dự đoán những khó khăn: - Kinh phí mua dụng cụ, linh kiện, vật liệu cơ khí, - Thuật toán PID còn khá mới mẻ. - Để điều khiển chính xác và tốc độ cao cần phải tìm động cơ tốt,số xung cao, - Nghiên cứu thuật toán nội suy. - Tìm hiểu vể IC LM629, LMD18200. 4. Hướng giải quyết: -Cố gắng tận dụng những linh kiện, vật liệu sẵn có. -Nghiên cứu, tìm hiểu, tìm kiếm tài liệu IC LM629, LMD18200, thuật toán nội suy, PID qua sách báo,internet, thầy cô, bạn bè, Trang 12 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG I.Thiết kế cơ khí : 1.Chọn vít me: Phương án 1:Dùng vít me đai thường và gắn đồng trục với động cơ. Vít me được gắn đồng trục với động cơ.Khi động cơ quay, vít me quay. Động cơ và vít me được gắn cố định,làm cho đai ốc sẽ di chuyển dọc theo trục vít me. Đai ốc được gắn chặt vào bộ phận cần chuyển động (trục x,y).Từ đó làm cho bộ phận đó chuyển động so với hệ thống thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động. Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của trục vít,một vòng quay của trục động cơ sẽ làm đai ốc di chuyển một đoạn bằng bước ren của trục vít.Vì vậy tốc độ di chuyển nhanh nhưng lại có độ chính xác khi di chuyển không cao.Tạo lực đẩy nhỏ khi gia công vật mẫu. Phương án này thường được dùng trong các máy CNC công nghiệp. Hình 2:Bộ truyền vitme đai ốc thường Phương án 2: vít me đai ốc bi và dùng đai: + Vít me đai ốc bi : Trang 13 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục Đây là dạng vít me – đai ốc thay vì ma sát trượt thông thường tiếp xúc giữa vít me và đai ốc thông qua các viên bi chuyển thành ma sát lăn. Điều này đem đến một ưu điểm : chỉ cần một lực quay rất nhỏ đã có thể làm cho đai ốc chuyển động. Hình 3:Bộ truyền vít me – đai ốc bi Trong đó: 1 :vít me 2: đai ốc 3: các viên bi 4: rãnh hồi bi Bộ truyền vít me – đai ốc bi là dạng profin răng vít me và đai ốc profin dạng hình chữ nhật và hình thang, dễ chế tạo nhưng chịu tải kém còn profin hình tròn thì khó chế tạo mà chịu tải lớn. Rãnh hồi bi có dạng : ống, theo lỗ khoan của đai ốc, rãnh giữa hai vòng ren kế tiếp nhau. Rãnh dạng ống : kích thước bộ truyền lớn, độ bền mòn ở đầu ống thấp, kẹp chặt ống có độ tin cậy không cao. Rãnh hồi bi theo lỗ khoan của đai ốc : kết cấu gọn,tính công nghệ cao, khả năng tách nhóm hồi bi khó. Trang 14 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục Rãnh hồi bi giữa hai vòng kế tiếp : có kích thước gọn,không bị mòn nhanh, độ tin cậy cao, chiều dài rãnh hồi bi lớn . + Dùng đai: Sử dụng một vòng đai cao su khép kín với các răng cưa ở mặt trong. Hai đầu của đai được đặt vào 2 cái lỗ có cùng kích thước răng cưa với đai. Một lỗ bắt chặt vào trục động cơ, còn lỗ kia được gắn vào một trục quay ở phía bên kia của khu vực chuyển động, sao cho lỗ có thể quay tự do tại chỗ.Khi động cơ quay toàn bộ đai dịch chuyển và kéo theo bánh răng, vít me di chuyển theo. Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ động cơ và đường kính lỗ .Một vòng của trục động cơ sẽ làm bộ phận trượt di chuyển một đoạn bằng chu vi lỗ.Rõ ràng phương án này có tốc độ di chuyển chậm nhưng độ chính xác cao,lực đẩy lớn. � Kết luận: Qua thảo luận nhóm quyết định chọn phương án: Trục vít me đai ốc bi kết hợp với đai làm bộ truyền dẫn chuyển động, để đạt độ chính xác cao khi gia công, 2. Chọn phương án di chuyển trên các trục tọa độ: a.Phương án phôi cố định:Trục X di chuyển trên bàn máy, trục Y chuyển động trên trục X,trục Z chuyển động trên trục Y Đặc điểm: - Trục X phải có kết cấu vững để vừa có thể trượt, vừa nâng được các trục Y và Z. - Trục Y trượt trên trục X nên bộ phận trượt trục X phải gắn thanh trượt, cơ cấu truyền động, động cơ, Các bộ phận cùng chuyển động trên trục X. b. Phương án phôi di chuyển:Phôi di chuyển trên trục X và dụng cụ gia công di chuyển theo 2 trục Y và Z. Đặc điểm: Trang 15 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục - Phần cố định bao gồm khung máy, các trục trượt, động cơ và cơ cấu truyền động của trục X và Y gắn cố định vào khung máy. -Trục X, Y gắn trên thanh trượt gắn cố định trên khung máy, trục Z trượt trên trục Y. c. Kết luận: Với mô hình thí nghiệm, nhóm chọn phương án: Phôi cố định, trục X và Y di chuyển,để đạt độ chính xác gia công cao. Vì khi gia công mà phôi di chuyển sẽ tạo ra sự dịch chuyển do đó độ chính xác gia công không cao. 3. Động cơ DC servo: Trang 16 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục Hình 4:động cơ DC servo a. Chọn động cơ: Chọn công suất băng tải : Trong đó::công suất trên băng tải. P :lực tác dụng V :vận tốc Hiệu suất chung:=0.94*0.972 *0.9954 *1=0.87 Trong đó:=0.94 :hiệu suất bộ truyền đai =0.97: hiệu suất bộ truyền bánh răng. =0.995: hiệu suất 1 cặp ổ lăn. =1: hiệu suất khớp nối. Công suất cần thiết: Ta cần chọn động cơ có : b. Giới thiệu động cơ Servo: ĐộngcơDC servo đượcthiếtkếchonhữnghệthốnghồitiếpvòngkín.Tínhiệura củađộngcơđượcnốivớimộtmạchđiềukhiển.Khiđộngcơquay,vậntốcvàvịtrísẽ đượchồitiếpvềmạchđiềukhiểnnày.Nếucóbấtkỳlýdonàongăncảnchuyểnđộng quaycủađộngcơ,cơcấuhồitiếpsẽnhậnthấytínhiệurachưađạtđượcvịtrímong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác. c. Đặc điểm: Trang 17 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục - Đặc tính nổi bật: quán tính nhỏ, tăng hiệu suất và tốc độ đáp ứng.Kích thước nhỏ gọn, nhẹ và hiệu suất cao - Chống bụi và chống nước. - Cải thiện khả năng tản nhiệt bằng cách bổ sung vào vỏ bọc hợp kim nhôm. - Kết hợp với encoder và IC tích hợp loại nhỏ tăng khả năng chống nhiễu. - Có thể kết hợp với các khối điều khiển chuyên dụng. Dòng lớn nhất tức thời 3A Điện áp định mức(V0) 24V Dòng định mức(I0) 2A Tốc độ định mức(N0) 3000 vòng/phút Công suất định mức 40W Moment định mức 0.637 Nm (6.5kgf.cm) Tốc độ lớn nhất (N) 3000 vòng/phút Hằng số thời gian điện (Te) 1.5 m.s Nhiệt trở (Rth) 1.2°C/W Nhiệt cho phép phần ứng 130°C Moment hãm(Tf) 4.9x10 -2 N.m(0.5kgf.cm) Bảng 1:Bảng thông số vật lý của động cơ trục chính Mã màu Chức năng Xanh dương ( Blue) Pha A Xanh lá (Green) Pha B Trang 18 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục Vàng (yellow) Pha Z Đỏ (red) +5V Đen (black) 0V Bảng 2:Bảng mô tả dây encoder động cơ trục chính Động cơ sử dụng cho trục X, trục Y có dòng liên tục là 2A, điện áp cung cấp định mức là 24V, công suất định mức là 40W. � Hoạt động của động cơ DC: Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ không phải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước. Mặc dù ta có thể chỉnh động cơ servo quay liên tục nhưng công dụng chính của động cơ servo là đạt được góc quay chính xác trong khoảng từ 90o – 180o. Việc điều khiển động cơ có thể ứng dụng để điều khiển robot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp phòng. Điều khiển động cơ là điều khiển độ rộng xung(PWM), động cơ đòi hỏi tín hiệu từ 30-60 xung/s. � Tìm hiểu về encoder: Mục đích của việc dùng encoder:Dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc Trang 19 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục Hình 7: cấu tạo encoder Nguyên lý hoạt động của encoder:Nguyên lý cơ bản của encoder là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục.Trên đĩa có các lỗ (rãnh).Người ta dùng đèn led để chiếu lên mặt đĩa .Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ rãnh đèn led không chiếu qua được.Còn chỗ có lỗ rãnh thì đèn led chiếu xuyên qua .Khi đó phía mặt bên kia của đĩa người ta đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu có hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay không.Khi trục quay, giả sử trên đĩa có 1 lỗ duy nhất, cứ mỗi lần mắt thu nhận được tín hiệu của đèn led thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng .Đây là nguyên lý cơ bản của encoder. Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I (Index). kênh I xuất hiện một “xung” sau mỗi vòng quay của motor. Bên ngoài đĩa quay được chia thành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này. Đây là kênh A của encoder, trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh A. N là số rãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải của encoder. Mỗi loại encoder có độ phân giải khác nhau. Để điều khiển động cơ, bạn phải biết độ phân giải của encoder đang dùng. Độ phân giải ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển và cả phương pháp điều khiển. Các encoder còn có một cặp thu phát khác được đặt trên cùng đường tròn với kênh A nhưng lệch một chút, đây là kênh B của encoder. Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với kênh A nhưng lệch pha 90 độ. Trang 20 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục II. Thiết kế phần cứng: 1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống: Máy Module Module Động Cơ Tính Điều Khiển Trung Tâm Công Suất Nguồn Cung Cấp Nguồn Cung Cấp Hình 9: Sơ đồ khối hệ thống 2.Phân tích chức năng - Máy tính: làm nhiệm vụ lập trình, thiết kế giao diện giao tiếp điều khiển động cơ.- Module điều khiển trung tâm: gồm có vi xử lý PIC16F877A và IC LM629. Nhận lệnh từ máy tính, truyền xuống khối công suất điều khiển động cơ và đọc tín hiệu trở về vi xử lý. - Module Công Suất: dùng IC LM18200 nhận xung tín hiệu trực tiếp từ LM629 để điều khiển động cơ. - Động cơ: trên động cơ DC servo có gắn encoder để đọc tín hiệu hồi tiếpvề LM629. - Nguồn cung cấp: gồm nguồn cung cấp các Module lấy từ nguồn 5Vvà nguồn 24V cung cấp cho động cơ. 3.Thiết kế mạch điện tử: a. Mạch PIC 16f877A: Trang 21 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục 5V 5V J9 LO LO J2 1 R2 2 330 1 5V D1 2 C6 3 LO DC5V DZ 5v 47uF 16v 4 D2 5 R1 6 10k LED 7 8 Reset 0 SW1 U1 PORT B1 0 C5 1 33 B0 1 10uF MCLR/VPP/THV RB0/INT 34 B1 2 A0 2 RB1 35 B2 3 J3 A1 4 RA0/AN0 RB2 36 B3 4 A2 3 RA2/AN2/VREF- RB3/PGM 37 B4 5 0 A3 6 RA1/AN1 RB4 38 B5 6 A4 5 RA4/T0CKI RB5 39 B6 7 J7 A5 7 RA3/AN3/VREF+ RB6/PGC 40 B7 8 RA5/SS/AN4 RB7/PGD 1 NGAT 1 15 19 D0 PORT B 2 NGAT 2 16 RC0/T1OSO/T1CKI RDO/PSP0 20 D1 3 CS 17 RC1/T1OSI/CCP2 RDO/PSP1 21 D2 J6 4 CS 2 18 RC2/CCP1 RDO/PSP2 22 D3 23 RC3/SCK/SCL RDO/PSP3 27 1 24 RC4/SDI/SDA RDO/PSP4 28 2 TXD 25 RC5/SDO RDO/PSP5 29 3 RXD 26 RC6/TX/CK RDO/PSP6 30 4 RC7/RX/DT RDO/PSP7 C1 PORT D 13 8 C0 3 J8 OSC1/CLKIN RE0/RD*/AN5 9 C1 2 33P Y1 RE0/WR*/AN6 10 C2 1 C2 14 PIC16F873 RE0/CS*/AN7 J9 20MHZ OSC2/CLKOUT PORT C D3 4 33P 11 D2 3 12 VDD 32 D1 2 5V VSS VDD 0 31 LO D0 1 VSS 5V LO PORT D2 J1 1 0 2 C3 L1 J10 3 A0 1 2 4 4 A1 3 C104 10uH 5 A2 2 6 A3 1 7 A4 0 8 A5 PORT D1 PORT A Hình 10 :mạch PIC16F877A Trang 22 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục 5V LO C11 C104 U2 0 P1 TXD 11 16 T1IN 1 RXD 12 6 8 R1OUTVCC 14 2 10 R2IN T1OUT 7 7 C10 10UF T2IN T2OUT 13 3 C9 1 R1IN 8 10UF 3 C1+ 9 4 4 C1- R2OUT 9 C8 5 C2+ 5 2 C2- 6 V+ V- CONNECTOR DB9 10UF C7 GND 10UF MAX232 15 0 Hình 11 :mạch giao tiếp max232 � Giới thiệu về PIC16F877a : PIC 16F877A là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay (đủ mạnh về tính năng, 40 chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường). Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877A như sau: - 8 K Flash ROM, 368 Bytes RAM. - 256 Bytes EEPROM. - 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập. - 2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2). - Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài. - 2 bộ CCP( Capture / Compare/ PWM). Trang 23 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục - 1 bộ biến đổi AD 10 bits, 8 ngõ vào. - 2 bộ so sánh tương tự (Compartor). - 1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer). - Một cổng nối tiếp. - 15 nguồn ngắt. - Có chế độ tiết kiệm năng lượng. - Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP(In-Circuit Serial Programming) - Được chế tạo bằng công nghệ CMOS - 35 tập lệnh có độ dài 14 bits - Tần số hoạt động tối đa 20MHz. Hình 12:sơ đồ chân PIC16F877A Trang 24 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục b. Mạch LM629 5V LO C5 1 2 104 J1 0 4 3 xung clock 1 2 Thach anh 4 chan 4MHZ 0 Hình 13 :thạch anh cho LM629 Trang 25 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục 5V LO R1 5V LO 330 J3 JP1 1 D3 L1 C1 NGAT 2 D1 1 2 1 2 1 CS 1 C3 LED 2 10uH 2 DZ 5V 4uF/16V C 104 C0/C1 DC 5V 0 1 2 J6 RD U1 1 WR 2 PS 28 14 3 5V LO RST 0 4 1 VCC xung clock 26 GND PORT D C2 NGAT 17 CLK PS 16 HI 25 2 C 104 WR 15 PS NC 24 PORT B CS 12 WR NC 23 RD 13 CS NC 22 J2 U2 RST 27 RD NC 21 0 RST NC 20 20 NC 1 B0 2 18 11 J4 2 B1 3 A0 B0 17 10 D0 19 3 B2 4 A1 B1 16 9 D1 PWMMAG 1 4 B3 5 A2 VCC B2 15 8 D2 18 2 A3 B3 D3 PWMSIGN 5 B4 6 14 7 PWM / DIR 6 B5 7 A4 B4 13 6 D4 7 B6 8 A5 B5 12 5 D5 8 B7 9 A6 B6 11 4 D6 1 IN A7 B7 D7 IN 2 A RD 1 LM629 A 3 B CS 19 DIR B G GND 5V 5V LO 74AHC245 10 LO 0 1 C4 R2 R3 R4 10K 10K 10K 2 1uF U9 0 1 14 2 A J5 3 4 B Xung A 1 Xung B 5 6 IN 2 Xung Z 3 9 8 CON 3 11 10 13 12 74HC14 7 0 Hình 14 : Modul Lm629 �Giới thiệu LM629 :là vi xử lý chuyên dùng trong điều khiển chuyển động các loại động cơ DC servo và các cơ cấu servo khác có tín hiệu hồi tiếp lệch pha 90 độ. Với khả năng tính toán 32 bit và tập lệnh hỗ trợ mạnh, LM629 có thể sử dụng trong các ứng dụng phức tạp mà vẫn đảm bảo thời gian thực và độ phân giải cao. LM629 với ngõ ra PWM 8 bit và chân điều khiển hướng quay động cơ để lái cầu H. Cả hai loại LM628 hay LM629 đều hoạt động ở tần số tối đa là 6 hay 8 MHz tùy loại. � Các đặc tính và cấu trúc: - Khả năng xử lý vị trí, vận tốc, gia tốc 32 bits. Trang 26 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục - Bộ lọc PID có các tham số 16 bits lập trình được. - Thời gian vi phân lập trình được. - Tín hiệu điều khiển PWM 8 bits. - Tự động tính toán quỹ đạo vận tốc. - Cho phép cập nhật vận tốc, vị trí, tham số bộ lọc trong lúc chuyển động. - Hoạt động ở chế độ vị trí và vận tốc. - Các ngắt vi xử lý có thể lập trình được. - Giao tiếp với vi xử lý chủ bằng 8 đường song song. - Giao tiếp với encoder bằng 3 pha A, B, Z. � Sơ đồ chân IC LM629: Trang 27 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục Hình 15: sơ đồ chân LM629 � Nguyên lý hoạt động: Vi xử lý chủ giao tiếp với LM629 qua một port I/O để lập trình quỹ đạo vận tốc hình thang và bộ lọc bù số. Ngõ ra PWM 8 bit giao tiếp với mạch cầu H để cung cấp năng lượng cho động cơ hoạt động và tín hiệu hồi tiếp cho vòng điều khiển vị trí lấy từ encoder loại tương đối. Khối tạo biên dạng vận tốc hình thang sẽ tính toán quỹ đạo cần thiết khi hoạt động ở kiểu vận tốc và kiểu vị trí. Khi hoạt động, LM629 sẽ tính toán sai số vị trí bằng cách lấy vị trí mong muốn trừ đi vị trí thực (hiện tại), sai số này được đưa vào bộ lọc số để điều khiển. Hồi tiếp vị trí:LM629 có thể giao tiếp với encoder tương đối loại 3 pha A, B, Z để kiểm soát vị trí động cơ. Mỗi khi có tín hiệu chuyển mạch của xung A hoặc B, thanh ghi vị trí của LM629 sẽ tăng giảm tương ứng. Điều này giúp nâng cao độ phân giải encoder lên 4 lần. Tín hiệu từ encoder được động bộ với xung clock của LM629. Xem thêm ở hình dưới: hình 16: Giản đồ đọc xung encorder. Trang 28 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục Tín hiệu từ xung Index dùng để nhận biết động cơ đã quay được một vòng. Khi được lập trình, LM629 sẽ ghi lại vị trí tuyệt đối của động cơ vào thanh ghi Index mỗi khi 3 tín hiệu của encoder xuống mức logic thấp. Nếu encoder không có pha Index thì ngõ vào Index của LM629 vẫn có thể được dùng để ghi lại vị trí Home của động cơ. Trong trường hợp này, người ta bố trí sao cho khi động cơ đến điểm Home sẽ làm một công tắc xuống mức logic thấp và nối công tắc này vào chân Index. Khi đó LM629 sẽ ghi lại vị trí động cơ vào thanh ghi Index và có thể gây ngắt vi xử lý chủ. Nếu không sử dụng, chân Index nên nối lên mức logic cao. Hoạt động đọc và ghi của LM629: + Vi xử lý chủ ghi lệnh vào các chân của LM629 qua ngõ I/O port khi chân PS\ = 0. Mã lệnh được truyền song song qua port giao tiếp và chân WR\ tích cực, byte lệnh được chốt vào nhờ cạnh xuống của chân này. Khi ghi lệnh cần phải đọc trạng thái và kiểm tra cờ trạng thái, gọi là cờ bận (bit 0). Nếu bit báo bận ở mức logic cao thì không được ghi lệnh. Bit báo bận không bao giờ ở mức logic cao trong thời gian quá 100us, thường thì chỉ trong khoảng 15us đến 25us. Bộ xử lý đọc byte trạng thái theo một cách đơn giản, chân cho phép đọc vào RD\ khi PS\ xuống thấp, thông tin trạng thái được giữ đúng trong thời gian dài RD\ xuống thấp. + Ghi và đọc dữ liệu đến/từ Lm29 ( cũng giống như ghi lệnh và đọc trạng thái) được thực hiện với chân PS/ = 1. Việc đọc và viết luôn đầy đủ với 2 byte của từ dữ liệu. Mỗi byte tùy thuộc vào chân đọc hay gh. Khi truyền dữ liệu cần phải đọc và kiểm tra bit bận. Khi bit bận thấp thì có thể truyền liện tục 2 byte cùng lúc, nhưng phải kiểm tra lại cờ bận nếu muốn truyền lại byte tiếp theo. Dữ liệu truyền đi được hoàn thành qua ngắt nội. Nếu là lệnh ghi lúc cờ đang bận thì lệnh sẻ bị bỏ qua. Bit bận sẽ lên cao ngay lập tức sau khi ghi byte lệnh hay đọc byte thứ hai. Ngõ ra điều xung PWM : LM629 cung cấp ngõ ra PWM 8 bit và chân tín hiệu điều khiển chiều quay động cơ. Tương úng chiều dương PWM tối đa là 127/128,chiều âm là 128/128. Trang 29 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục Hình 17: Ngõ ra PWM của LM629 với tần số hoạt động là 8MHz � L inh kiện hỗ trợ LM629: IC74HC245 :là một bus truyền nhận hệ cơ số 8 mà đặc trưng là bus ngõ ra tương ứng không đảo 3 trạng thái ở cả hướng truyền và nhận. - Tính năng : + Tất cả ngõ vào đều có hoạt động schmitte trigger. + Chấp nhận điện áp ngõ vào lớn hơn điện áp Vcc. + Ổn định thời gian trể. IC74HC14 : Tác dụng:loại đi phần nhiễu tín hiệu (có thể xảy ra trong môi trường xung quanh ) từ encoder đưa về LM629. Cấu tạo:Là cổng schmitte trigger, loại cổng logic cho phép chuyển trạng thái dứt khoát giữa mức cao và mức thấp. Với cổng logic thường, khi tín hiệu vào Trang 30 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục chuyển tiếp chậm thì tín hiệu ra thường bị rung. Với cổng schmitte thì không. Khi tín hiệu chuyển từ mức thấp sang cao nếu đạt tới một áp ngưỡng VT+ thì ngay lập tức ngõ ra là mức 1. Ngược lại, khi tín hiệu từ mức cao chuyển sang mức thấp nếu đạt tới ngưỡng VT- thì ngõ ra là mức 0. VT+ > VT- .Nhờ vào sự chênh lệch giữa VT+ và VT- (còn gọi là độ trể )mà cổng này có thể làm giảm ảnh hưởng của nhiễu rất nhiều. Hình 18 : Cấu trúc chân của IC 74HC14 c. Mạch LMD18200 + Cach li: Trang 31 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục VCC J4 VCC 2 1 5v 5v R11 CON2 0 1k5 R1 R2 220 1k R7 J2 R8 3k2 2 Q4 1 c1815 2k2 1 2 1 4 U1 D1 CON2 C1 C4 VCC0 2200uF LED R12 J5 1uF Q1 2 3 c1815 5v DC 24V C2 0 R10 2k2 0 104 1k5 U3 R3 R4 J1 220 1k 4 6 1 2 3 Brake BootStrap 1 1 R9 5 Direction VS 103 C5 J3 Q3 PWM 2 c1815 OUT1 1 1 4 CON2 U2 9 10 2 2k2 Thermal Flag OUT2 R5 R6 8 11 C3 R13 10k 10k Signal Ground BootStrap2 103 Q2 2 3 MOTOR c1815 GND 0 0 LMD18200/TO 2k2 7 0 0 Hình 19:mạch LMD18200 � M ục đích: LMD18200 là một IC tích hợp mạch cầu H, dòng làm việc lên tới 3A, được dùng để điều khiển động cơ. � Đ ặc điểm: - Điều phối dòng liên tục lên tới 3A - Hoạt động ở nguồn điện áp cung cấp lên tới 55V - Diode khóa nội - Mạch bảo vệ quá tải. Trang 32 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục � Ứ ng dụng: - Dùng làm mạch điều khiển động cơ DC servo và động cơ bước. - Điều khiển vị trí và vận tốc. - Mạch điều khiển số d. Mạch nút nhấn: VCC VCC R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 10k 10k 10k 10k 10k 10k 10k 10k 10k 10k J1 X+ 2 1 1 2 3 4 CON2 C2 5 10uF 6 X- 7 2 8 1 CON8 CON2 C3 10uF Y+ 2 1 CON2 C4 10uF Y- J12 2 1 1 2 3 CON2 C5 4 10uF Che do 2 CON4 1 C6 CON2 10uF J7 2 1 CON2 C7 10uF cong tac 1 2 1 C8 CON2 10uF cong tac 2 2 1 C9 CON2 10uF cong tac 3 2 1 CON2 C10 10uF cong tac 4 2 1 CON2 C1 10uF Trang 33 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục Hình 20:Mạch nút nhấn e. Mạch nguồn: J3 1 BRIDGE 2 2 D1 F1 L2 Q1 Q5A U6 SW1 FUSE B688 BD139 J2 1 - + 4 1 2 2 1 1 3 24v 2 1 2 V in V out 1 100uH R4 U4 R3 0,5-5W R5 GND 330 J1 1 3 3k2 7805 V in V out CON2 3 2 1 C4 C5 C12 2 GND 3 104 7824 2200 104 C13 D2 C2 C1 C3 D3 104 C14 LED 2200uF C15 2 470uF 16v 5V 2200uF 104 104 12v BRIDGE 2 F2 L3 U7 SW2 FUSE J4 4 - + 1 1 2 1 3 2 1 2 V in V out 1 100uH R4 GND 330 J5 7805 CON2 2 C13 1 C1 C12 2 3 2200uF 104 C14 470 25v D3 5V LED Hình 21: Mạch nguồn 5v và 24v. Trang 34 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục III. THUẬT TOÁN NỘI SUY THEO PHƯƠNG PHÁP DDA 1. Nội suy đường thẳng: 1.1 Phương pháp nội suy: Y B Pi+1 Pi ∆ ∆x A vy vx XA XB X Hình 22 : Nội suy tuyến tính. Giả sử ta cần gia công theo một đường thẳng từ điểm A đến điểm B. Ta có vận tốc từ điểm A đến B theo phương x là vx, vận tốc theo phương y là vytại thời điểm t bất kỳ ta xác định được tọa độ của dao theo công thức: Chuyển động đều cho mỗi lần gia lượng theo phương x và y thì vận tốc được tính như sau: Tại một thời điểm bất kỳ ta có: Trang 35 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục Chia đoạn thẳng AB ra thành n phần bằng nhau, như vậy theo phương x và y mỗi lần gia lượng, khoảng thời gian thực hiện là , phép tích phân trên được đổi thành tổng. Tại thời điểm T bất kỳ t =i.∆t , tọa độ x(t) và y(t) được xác định bởi công thức: Trong đó: i = 1,2,3, .,n. Mối quan hệ giữa T với chiều dài gia công L và vận tốc gia công v là: Trong đó: 1.2 Tính toán và giải thuật điều kiển nội suy đường thẳng: a.Tính toán: Dữ liệu đầu vào: • Điểm đầu A(xA,yB) • Điểm cuối B(xB,yB) • Vận tốc yêu cầu F (đơn vị: mm/phút, mm/vòng) • ∆t = 10ms Các biến số: • Px, Py: số xung cần để dịch chuyển theo phương ox, oy một đoạn là 1mm • Lx: quãng đường dịch chuyển từ điểm A � B theo phương ox Trang 36 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục • Ly: quãng đường dịch chuyển từ điểm A � B theo phương oy • P: tổng số xung để dịch chuyển quãng đường L • Số xung cần thiết để dịch chuyển quãng đường L: 1mm � Px xung Lx � P P = Lx.Px Ta có: 1mm/phút = mm/ms • Vận tốc dịch chuyển trong 1ms là: F. mm/ms • Quãng đường dịch chuyển trong 1 chu kỳ ∆t: • Số xung cần thiết để dịch chuyển một đoạn ∆x: • Số chu kỳ ∆t: Ta thấy rằng n có thể có số lẻ và nếu chúng ta bỏ qua số lẻ thì sẽ có sai số về quãng đường. Do đó ta sẽ phải làm tròn n xuống Số xung cần thiết để dịch chuyển truc x một đoạn ∆t: Tại chu kỳ cuối n+1, số xung sẽ là: • Thời gian đi hết quãng đường Lx: (ms) • Số chu kỳ ∆t: Làm tròn n xuống, VD: n = 5690.4 = 5690 Trang 37 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục Theo cách làm trên ta sẽ cộng dồn tất cả các sai số của quá trình dịch chuyển một đoạn ∆t và phần lẻ của số chu kỳ n cho chu kỳ cuối cùng n +1. b. Giải thuật điều khiển: Tọa độ điểm được nhập từ máy tính: A(xA,yA),B(xB,yB) Phân loại chuyển động: TH1: (xA = xB và yA # yB) � chạy trục x. TH2: (xA # xB và yA = yB) � chạy truc y. TH3: (xA = xB và yA = yB) � 2 trục đứng yên. TH4: (xA # xB và yA # yB) � trục x và y cùng chuyển động. Trang 38 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục START TTTTT x # x Y 0 1 Chạy trục x & y0 = y1 N x0 = x1 Y Chạy trục y & y0 # y1 N Y x0 # x1 Chạy trục x & y & y0 # y1 N Y x0 = x1 2 trục đứng yên & y0 = y1 N END Trang 39 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục TH1: Chạy trục x START N lx>0 Y Lùi Tiến Ptx = px*lx Chạy TH2: Tương tự chạy trục y TH3: Chạy trục x &y START N Y N Y lx>0 ly>0 Lùi Tiến Lùi Tiến Tính L,N For i =0 to N Ptx = px Chạy trục x Pty = py Chạy trục y Trang 40 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục 2. Nội suy đường tròn: 2.1 Phương pháp nội suy: Y B(xb,yb) P(x,y) Y r α Yc 0(xc,yc) A(xc+r,yc) xc x X Hình 4.2: Nội suy cung tròn Giả sử ta cần gia công theo một cung tròn từ điểm A đến điểm P trong thời gian t, ta có phương trình: x – xC = rcosα y – yC = rsinα hay : x = xC + rcosα y = yC + rsinα Giả sử T0là thời gian để đi hết 1 đơn vị cung tròn (1 radian), và thời gian đi hết cung tròn là t thì: Thay α vào phương trình trên ta có: Tích phân phương trình trên ta có: Trang 41 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục Giả sử ta cần gia công từ điểm A đến điểm B với thời gian T với n lần gia lượng ∆t đều nhau, có nghĩa T = n∆t. Ta cần xác định các điểm trung gian tại thời điểm bất kỳ t = i∆t. công thức trên có thể viết lại như sau: 2.2 Tính toán và giải thuật điều khiển nội suy đường tròn: a.Tính toán:Dữ liệu đầu vào được nhập từ máy tính bao gồm: A(xA,yA),B(xB,yB) và tâm O(xo,yo). Phương trình đường tròn: = Ta đưa tọa độ tâm O(xo,yo) về gốc tọa độ lúc này tọa độ O(0,0) B(xB,yB) Y I αB A(xA,yA) II αA III IV Hình 4.3: Nội suy cung tròn X Sinα = yAR ( yA = yA – y0) αA = arcsin Xác định góc αA theo góc phần tư TH1: (xA>xo và yA>yo) � A thuộc góc phần tư thứ I, góc αA = αA TH2: (xA yo) � A thuộc góc phần tư thứ II, góc αA = 180 - αA TH3: (xA xo và yA< yo) � A thuộc góc phần tư thứ IV, góc αA= 360 - αA Tương tự ta xác đinh góc αB theo cách như trên. Trang 42 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục b. Giải thuật điều khiển: C(xC,yC) B(xB,yB) A(xA,yA) αC αN αA Hình 4.4: Nội suy cung tròn Trang 43 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục START N Y NỘI SUY CÙNG CHIỀU For i = 0 to N For i = 0 to N Tính lại xA, yA, theo αA, R Tính lại xA, yA, theo αA, R αB = αA - αN αB = αA + αN Y N Y N αB 360 αB = 360- αB αB = αB - 360 N N αA> αC&& αA αC Y Y Tính B(xB,yB) Tính B(xB,yB) theo αB theo αB Nội suy thẳng Nội suy thẳng từ A -> B từ A -> B END Trang 44 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục IV. GIAO TIẾP MÁY TÍNH: 1. Cách ghép nối PIC16F877A với RS232: PIC16F877A có hai chân thực hiện nhiệm vụ nhận và truyền dữ liệu nối tiếp là RXD và TXD tương ứng với RC7 và RC6. Hai chân này ứng với mức logic TTl, do đó muốn giao tiếp với máy tính thông qua cổng com ta phải chuyển đổi mức điện áp tương thích với chuẩn RS232, ta sử dụng IC MAX232 để thực hiện nhiệm vụ này. 2. Cách thức thiết lập giao tiếp RS232 trong CCS: Các hàm truyền nhận dữ liệu: + getc(): hàm chờ nhận ký tự từ máy tính truyền xuống. + putc(): hàm gửi ký tự lên máy tính. + Printf(): hàm xuất chuỗi ký tự lên màn hình. Để sử dụng RS232 trong CCS ta cần khai báo như sau: #use rs232 (options) (options) là các thông số sau: Baud = x tốc độ baudrate (2400,4800,9600(mặcđịnh),19200,38400,57600,11500,12800) Parity = x số bit chẵn lẻ (N(mặc định),O,E) Xmit = pin chân gửi dữ liệu Rcv = pin chân nhận dữ liệu Bits = x số bit dữ liệu (từ 5 � 9, mặc định là 8 bit) 3. Các đặc tính của MSComm: Những tính chất của MSComm liên quan đến thiết lập cổng, truyền nhận dữ liệu, dùng tín hiệu bắt tay hoặc đồng nhất cac điều khiển. Thiết lập: CommPort : dạng object.CommPort = value. Value là chỉ số của cổng có giá trị từ 1->16 và mặc định là 1. InBufferSize: thiết lập hoặc trả lại kích thước của bộ đệm nhận, tính bằng byte. Mặc đình là 1024 byte. Không nên nhầm lẫn với INBufferCount là số byte đang chờ trong bộ đệm nhận. Trang 45 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục OutBufferSize: giống như InBuferSize, mặc định là 512. PortOpen: thiết lập và trả lại trạng thái của cổng. object.PortOpen[=value] value = true cổng mở, = false cổng đóng. Cần phải thiết lập thuộc tính CommPort đúng với tên của cổng trước khi mở cổng giao tiếp. Settings: object.Settings[=value] thiết lập hoặc trả lại các thông số tần số baud, bit dữ liệu, bit chẵn lẻ, bit stop. Value có dạng “BBBB,P,D,S” trong đó BBBB là tốc độ baudrate, P: thiết lập bit đồng bộ, D: số bit dữ liệu, S: số bit stop. Mặc định là: “9600,N,8,1” 4. Truyền nhận dữ liệu: CommEvent: trả lại phần lớn sự kiện giao tiếp hoặc có lỗi. CommEvent xảy ra khi có lỗi hoặc khi có sự kiện nào đó. Input: nhận và xóa dữ liệu trong bộ đệm nhận. Nếu InputMode là InputModeText thì giá trị trả về sẽ là 1 xâu tức có kiểu string, dữ liệu dạng tetx trong một biến kiểu Variant. Nếu InputMode là InPutModeBinary thì thuộc tính này sẽ trả lại dữ liệu dạng nhị phân dưới dạng một mảng kiểu byte trong một biến Variant. InBufferCount: trả lại số ký tự đang có trong bộ đệm nhận, có thể xóa bộ đệm nhận bằng cách đặt thuộc tính này bằng 0. OutBufferCount: trả lại số ký tự trong bộ đệm truyền. Output: ghi dữ liệu vào bộ đệm truyền, có thể truyền kiểu text hoặc kiểu nhị phân. Nếu truyền bằng kiểu text thì cho một biến Variant = kiểu string, nếu truyền kiểu nhị phân thì cho Output = variant = một mảng kiểu B. Trang 46 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục 5. Giao diện điều khiển: Trang 47 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục V. Giải thuật điều khiển: 1. Lưu đồ giải thuật chuyển động: START GIAO TIẾP Y MANUAl= 0 CHẾ ĐỘ TAY N N MA_START =255 PHÂN LOẠI CHUYỂN ĐỘNG RUN ĐIỂM Y CHỌN TRỤC MÃ=249 CHUYỂN ĐỘNG Y RUN_TRÒN CHẠY TRÒN MÃ =250 Y RUN_CHUNHAT CHẠY_HCN MÃ =251 LỖI TRUYỀN END Trang 48 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục 2. Lưu đồ giải thuật giao tiếp: GIAO TIẾP DATA=252 Y START N DATA =254 Y STOP N DATA = 253 Y RESET N DATA =252 Y NHẬP DỮ LIỆU END Trang 49 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục Chương III :KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN I. Kết quả đạt được: - Đã chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh phần cơ khí của bàn máy CNC. - Kết cấu gọn nhẹ phù hợp với mô hình thí nghiệm. - Thiết kế các board mạch điện tử và các driver điều khiển động cơ. - Sử dụng phần mềm visual basic để giao tiếp với máy tính thông qua cổng com. - Nội suy được những đường cơ bản. II. Kết quả chưa đạt được : - Chế tạo cơ khí vẫn còn hạn chế về độ chính xác. - Chưa thực hiện được quá trình gia công sản phẩm.Đề tài chỉ dừng lại ở mức dùng bút vẽ để mô phỏng quá trình gia công. - Chưa đọc được file từ các phần mềm vẽ như :autocad, solidwork, III. Hướng phát triển : - Thay cơ cấu bút bằng dao để gia công tạo sản phẩm thực tế. - ứng dụng bàn máy để chế tạo các máy khác như:máy cắt gỗ, kiếng, decal, để phục vụ nhu cầu của các ngành công nghiệp khác. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] www.dientuvietnam.com [2] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi Tiết Máy, Nhà xuất bản Giáo Dục(tái bản lần thứ 6), 2003 [4] Huỳnh Thái Hoàng, Nguyễn Thị Phương Hà, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2005. [5] National Semiconductor, Datasheet LM628/LM629 Precision Motion Controller, 2003. Trang 50 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục [6] National Semiconductor Application Note 706, LM628/LM629 User Guide, 1993. [7] National Semiconductor Application Note 693, LM628 Programming Guide, 1999. [8] National Semiconductor Application Note 868, Interfacing the HPC and LM629 for Motion Control, 1993. Tài liệu trên được đăng bởi Đặng Vũ Thanh Hùng (Sinh Viên Trường Cao Đẳng Kĩ Thuật Cao Thắng //// >Khóa Khoa Ngành Lớp MSSV<__307101112 [ (''~^_^~'' )Định ghi số thứ tự trong lớp nữa mà thấy "Sàm" quá__Nội nhiêu đây là thấy "Quá Sàm" rùi__Hjhjhj. ] Địa chỉ thường trú: 292 Bà Hạt P9_Q10_Thành Phố Hồ Chí Minh. SĐT [ (*_*) Có nên cho không ta, mình sợ "bị khó ngủ lắm", thui vậy là được rùi ] Lưu ý: Tài liệu này, không phải tự mình viết ra, bản thân mình chỉ đăng lên,bạn thấy có nhu cầu thì Download về, xuất xứ của nó thì Ai mà biết Bạn phải cảm ơn tui đó nha, vì tui đã cho bạn, cái mà bạn đang cần! (Cho dù không cần cũng phải cám ơn__hjhjhj_(''~^_^~'' )__Mình không thích người khác mắc nợ mình) Bạn có thể gửi ý kiến của bạn qua "Đường dây nóng"__(Mặt dù chả thấy nóng bao giờ_vì có thấy ai nói gì đâu__hjhj) Email: mr_thanhhung_20111992@yahoo.com (hoặc giolanganhseve@yahoo.com nick sài đỡ mùa mưa ấy mà! Hjhjhj.) Một tương lai sẽ hé mở khi bạn biết cách chia sẽ những gì bạn có cho người khác. __(Đặng Vũ Thanh Hùng)__ Trang 51 GVHD: Đỗ Đức Vương
Thiết kế-thi công-điều khiển mô hình bàn máy CNC 2 trục Trang 52 GVHD: Đỗ Đức Vương