- Kỹ thuật điều khiển số. - Khái niệm về điều khiển số. - Khái niệm về hệ thống điều khiển số. - Cấu trúc của hệ thống điều khiển số. - Ưu nhược điểm của hệ thống điều khiển số. - Máy cắt điều khiển số. - Khái niệm về máy cắt điều khiển số. - Lịch sử phát triển máy cắt điều khiển số. - Phần mềm sử dụng để điều khiển máy cắt. - Giới thiệu phần mềm điều khiển Mach3. - Thiết lập các thông số điều khiển trên phần mềm Mach3. - Mạch điều khiển. - Hình 2.1 - Hệ thống điều khiển số vòng hở Hình 2.2 - Hệ thống điều khiển số vòng kín Hình 2.3 - Cấu trúc của một hệ thống điều khiển số Hình 2.4 - Mối liên hệ giữa PMC với cụm CNC và máy. - Ngoài việc đã thiết kế chế tạo hoàn chỉnh máy cắt Plasma thông thƣờng tác giả còn thêm những cải tiến mới trong việc sử dụng các công cụ phần mềm nhằm điều khiển máy cắt Plasma, với những cải tiến này máy cắt Plasma đã tăng đƣợc độ chính xác gia công và giảm đáng kể các thao tác của ngƣời điều khiển. - Máy cắt này có thể đọc đƣợc các tệp có đuôi là .dxf, bmp, jpg và hph1, từ đó tự động tạo các mã lệnh gia công G-code, sau đó máy tính sẽ đƣa ra các tín hiệu điều khiển cho máy thông qua bộ đệm và cổng LPT. - Trong phạm vi nghiên cứu này, tác giả đã tiến hành thiết kế và chế tạo máy cắt Plasma điều khiển bằng phần mềm MACH3. - Chƣơng 2: Kỹ thuật điều khiển số và máy CNC - Chƣơng 3: Phần mềm điều khiển Mach3. - Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 14 Trong thiết bị cơ khí hóa, các mỏ cắt bằng hồ quang plasma đƣợc lắp lên trên máy cắt định hình tƣơng tự thiết bị cơ khí hóa thông dụng, quá trình cắt đƣợc điều khiển bằng sự theo dõi quang điện, điều khiển số hoặc điều khiển bằng máy tính. - Tuy nhiên, nhƣợc điểm của các máy này là kích thƣớc lớn, khó vận chuyển, bộ điều khiển đƣợc mua từ nƣớc ngoài. - Nhu cầu sử dụng máy cắt tự động trong các xí nghiệp nói chung là còn rất thấp, bởi vì để lập trình điều khiển đƣợc các hệ thống này đòi hỏi phải có một nền tảng kiến thức tƣơng đối. - Kỹ thuật điều khiển số 2.1.1. - Khái niệm về điều khiển số Điều khiển số (Numerical control) là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy dựa trên cơ sở các dữ liệu đƣợc mã hóa đặc biệt tạo nên một chƣơng trình làm việc của thiết bị hay hệ thống. - Khái niệm về hệ thống điều khiển số Là hệ thống mà trong đó các hoạt động đƣợc điều khiển là dữ liệu số đƣa vào trực tiếp ở một điểm nào đó. - Có hai loại hệ thống điều khiển: Hệ thống điều khiển kín và hệ thống điều khiển hở. - Hệ thống điều khiển hở Hình 2.1 - Hệ thống điều khiển số vòng hở Đặc điểm của hệ thống điều khiển số vòng hở nhƣ sau: Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 24 - Các hệ thống điều khiển đƣợc vận hành theo nhịp thời gian của một đồng hồ và độc lập so với biến ra. - Hệ thống điều khiển số vòng kín Hình 2.2 - Hệ thống điều khiển số vòng kín Đặc điểm của hệ thống điều khiển số vòng kín nhƣ sau. - Do vậy, hầu hết các hệ thống điều khiển số hiện nay là hệ thống kín. - Các hoạt động điều khiển đƣợc vận hành qua các sai lệch giữa biến vào và ra. - Cấu trúc của hệ thống điều khiển số Hình 2.3 - Cấu trúc của một hệ thống điều khiển số Cấu trúc của một hệ thống điều khiển số gồm 6 phần chính nhƣ sau: Chƣơng trình gia công: bao gồm các chỉ thị đã đƣợc mã hóa. - Hệ thống phản hồi: gồm 2 thành phần: Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 26 o Bộ so sánh: so sánh giá trị thực của biến ra để chấp hành giá trị với biến vào của hệ điều khiển, sai lệch này có thể biến thành tín hiệu điều khiển. - Ưu nhược điểm của hệ thống điều khiển số * Ƣu điểm: Có thể bỏ qua các chi tiết mẫu để chép hình. - Dễ dàng điều khiển tập trung toàn bộ quá trình sản xuất của phân xƣởng. - Nhƣợc điểm: Hệ thống điều khiển phức tạp, giá thành đắt. - Máy cắt điều khiển số 2.2.1. - Khái niệm về máy cắt điều khiển số CNC viết tắt cho Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) (điều khiển bằng máy tính. - đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục đích sản xuất (có tính lập lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 27 tạp, bằng cách sử dụng các chƣơng trình viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thƣờng gọi là mã G. - Lịch sử phát triển máy cắt điều khiển số Theo một tài liệu đã từng đƣợc chiếu trên đài NHK của Nhật thì nguyên lý của cái máy NC bắt nguồn từ Chợ Lớn, Sài gòn, Việt Nam. - Máy CNC Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 29 ngày nay đƣợc điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mềm CAM, vì thế một bộ phận hay lắp ráp có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần các bản vẽ in của từng chi tiết. - Phần mềm sử dụng để điều khiển máy cắt 2.2.4.1. - Phần mềm điều khiển Phần mềm điều khiển là chƣơng trình chính dùng để thực hiện các chức năng NC. - Chức năng chính của phần mềm là chấp nhận chƣơng trình ứng dụng nhƣ là số liệu đầu vào và sinh ra tín hiệu điều khiển, điều khiển dẫn động động cơ các trục. - Phần mềm điều khiển bao gồm 4 chƣơng trình: chƣơng trình kiểm tra, chƣơng trình logic, chƣơng trình đọc, chƣơng trình đặc trƣng. - Chƣơng trình logic o Đây là chƣơng trình điều khiển. - Nó làm nhiệm vụ giải mã và nội suy cấu trúc NC để tạo ra tín hiệu điều khiển cho mỗi trục. - o Chƣơng trình logic còn có nhiệm vụ điều khiển lƣợng chạy dao, tính toán tăng giảm thông số này cho phù hợp với quá trình gia công. - Phần mềm ghép nối o Chƣơng trình này cho phép CPU liên hệ với máy công cụ, bàn điều khiển thông qua chƣơng trình logic đƣợc cài đặt trong PMC. - Post processor Post Processor là chƣơng trình máy tính cần thiết trong cấu trúc điều khiển của máy công cụ điều khiển số. - Post Processor làm nhiệm vụ chuyển đổi thông tin trong chƣơng trình NC thành cấu trúc điều khiển dụng cụ. - Các thông tin này đảm bảo thực hiện chuyển động bàn máy và các điều kiện khác đặt ra trong quá trình điều khiển. - Giới thiệu phần mềm điều khiển Mach3 Mach3 là một gói chƣơng trình chạy trên PC (máy tính cá nhân) và biến nó thành bộ điều khiển CNC rất hữu hiệu và kinh tế. - Chúng ta có thể sử dụng máy tính này cho những chức năng khác nữa (nhƣ là chạy một cụm CD/CAM) khi không sử dụng để điều khiển nữa. - Mach3 đã thành công trong việc điều khiển các thiết bị nhƣ. - Sau khi cài đặt chƣơng trình xong sẽ xuất hiện 4 shortcut trên màn hình là: Mach3 Loader, Mach3 Mill, Mach3 Turn, Plasma tƣơng ứng với những kết cấu máy muốn điều khiển. - Trong trƣờng hợp này ta chi quan tâm đến giao diện của Plasma mà chúng ta sử dụng để điều khiển mô hình máy cắt hàn CNC. - Mach3 điều khiển theo dạng vòng hở nên khi ứng dụng trong các hệ thống đòi hỏi độ chính xác cao thì phải thiết kế theo dạng vòng kín. - Thiết lập các thông số điều khiển trên phần mềm Mach3 Cách thiết lập các thông số điều khiển trên phần mềm Mach3 gồm 4 bƣớc cơ bản nhƣ sau: Bước 1: Thiết lập chân vào ra - Vào Config/Port and Pin : Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 36 Hình 3.2 - Bảng lựa chọn chế độ config trên phần mềm - Khi đó trên màn hình sẽ xuất hiện một bảng thông số nhƣ sau: Hình 3.3 - Bảng lựa chọn chế độ Port and Pin trên phần mềm Tab Port Setup and Axis Selection: Để lựa chọn cổng điều khiển của máy tính, trong trƣờng hợp điều khiển bằng cổng DB25 thì sẽ là Port 1. - Các chân đầu ra này sẽ là các tín hiệu cấp cho mạch giao tiếp và xuống mạch động cơ để điều khiển các trục động cơ. - là chân điều khiển xung cấp cho trục X. - là chân điều khiển cho mạch động cơ đảo chiều. - Khi click lựa chọn trục này thì lúc đó chiều quay của động cơ sẽ thay đổi khi ta điều khiển cho máy chạy theo chiều + hay chiều – của trục tọa độ. - Cột này để xác định trạng thái tác động của chân cấp xung cho mạch điều khiển. - Nếu xung điều khiển Step là xung âm thì lựa chọn dấu phẩy, còn xung dƣơng thì chọn dấy nhân. - Cột thứ 6 ( Step Port): Cột này để xác lập xem chân điều khiển Step thuộc Port nào. - Vì ta điều khiển bằng cổng máy in DB25 nên ký hiệu của nó là Port 1. - Chân này cũng điều khiển từ Port 1. - Tab Output Signals: Để xác định các tín hiệu điều khiển. - Trong tab này có thể điều khiển Spindle, điều khiển động cơ bơm dung dịch làm mát … Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 39 Hình 3.5 - Bảng lựa chọn chế độ làm mát trên phần mềm Trong tab nay ta chỉ quan tâm đến tín hiệu Enable1, enable2, enable là 3 tín hiệu điều khiển cho phép và không cho phép mạch động cơ hoạt động, tín hiệu này sẽ giúp cho động cơ bƣớc đƣợc nghỉ trong trƣờng hợp ta dừng máy hoặc khi ta chƣa tắt nguồn điện và một tín hiệu Output #2 để dùng điều khiển rơle Spindle. - Motor Tuning, khi đó sẽ xuất hiện một bảng nhƣ sau: Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 41 Hình 3.7 - Bảng điều khiển tham số động cơ trên các trục Góc bên phải là mục Axis Selection: để lựa chọn các trục. - Đầu tiên lựa chọn trục X trong Axiss selection và xác lập các số theo hình: Steps Per: là thông số xác định số xung cần điều khiển khi máy di chuyên một đơn vị (mm). - Động cơ bƣớc loại 1.80//1bƣớc, có nghĩa là để quay đƣợc một vòng thì động cơ phải quay bƣớc và tƣơng đƣơng với 200 xung điều khiển. - Mặt khác máy ta dùng vitme bƣớc 3mm, nhƣ vậy ứng với 200 xung điều khiển thì trục X tiến đƣợc 3mm. - Từ đó suy ra số xung điều khiển để trục X tiến đƣợc 1mm là xung. - Trong phần mềm Mach có hỗ trợ các phím điều khiển bằng tay trên bàn phím. - Đó là các phím mũi tên lên xuống (điều khiển trục X), phím mũi tên sang trái sang phải (điều khiển trục Y), và phím Page Up, Page Down (điều khiển trục Z. - Tiếp tục dùng phím mũi tên sang trái, phải và Page Up , Page Down để điều khiển trục Y, Z. - Giao diện Mach3 Hình 3.8 - Bảng điều khiển trên phần mềm CYCLE START : là nút bắt đầu chạy chƣơng trình. - RESET: là nút khởi động điều khiển và ngừng điều khiển. - Khi nút RESET đƣợc chọn (biểu tƣợng màu sẽ chuyển sang xanh) thì ta mới bắt đầu điều khiển đƣợc. - Singal BLK Alt N: Lựa chọn này sẽ điều khiển cho máy chạy từng dòng G –Code một . - Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 46 Bƣớc 2: Để xác định đó là vị trí gốc 0 của phôi ta phải đƣa tất cả các tọa độ của trục trên “vùng hiển thị và điều khiển tọa độ” về 0 bằng các Click vào nút Zero X để đƣa tọa độ trục X về 0, Zero Y để đƣa tạo độ trục Y về 0, và Zero Z để đƣa tọa độ trục Z về 0. - Bƣớc 3: Nhập file G-Code vào bằng cách Click vào nút Load G-Code trên vùng điều khiển sau đó chọn file G-Code rùi Open. - Đồng thời trên mạch điều khiển ta thấy LED màu vàng tắt. - Phần mềm Mach3 sẽ đọc file này và điều khiển máy cắt cắt theo biên dạng mong muốn. - Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 48 Hình 3.10- Giao diện điều khiển trên phần mềm Lazy Cam Các bƣớc để tạo ra mã G-code: Đầu tiên các bạn khởi động phần mềm LazyCam sẽ thấy giao diện nhƣ sau: Sau đó để nhập File DXF các bạn Click vào nút Open dxf nhƣ hình dƣới. - Mô hình dạng hình hộp Hình 4.5 – Máy cắt dạng hình hộp Kết cấu chắc chắn, đơn giản, chỉ gồm 3 động cơ và 3 trục vít me truyền động, có độ chính xác cao, điều khiển đƣợc trục Z có thể cắt đƣợc tấm cong. - 200 xung thì ta đƣợc lƣợng dịch của trục vít là x mm - 500 xung thì ta đƣợc lƣợng dịch của trục vít là x mm Vậy ta thực hiện chế tạo cơ cấu dịch chuyển nhỏ theo nguyên lý của panme gồm có hai phần đó là: Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 58 - Cơ cấu cơ khí ta chọn vít me- đai ốc có bƣớc ren S = 0.5mm - Bộ phận vi tinh chỉnh ta sƣ dụng bằng bộ vi điều khiển với động cơ bƣớc có góc quay là 0.720. - Mạch điều khiển 4.2.4.1. - Sơ đồ kết nối điều khiển Để điều khiển động cơ ta sử dụng máy tính cài sẵn phần mềm Mach3 kết nối với driver của các động cơ bƣớc thông qua bộ chuyển đổi AKZ250. - Hình 4.9 – Sơ đồ kết nối điều khiển Các máy tính hiện đại đã dần loại bỏ giao tiếp song song LPT thành giao tiếp nối tiếp dạng USB nên ta chọn mạch chuyển đổi AKZ250 hỗ trợ kết nối qua cổng USB để điều khiển máy. - Hệ điều hành Mach3 cùng với mạch chuyển đổi đã thực sự trở thành một hệ thống điều khiển đầy đủ cho các máy CNC cỡ nhỏ, rẻ tiền. - Mạch điều khiển USB motion AKZ250 o Chức năng chính Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 63 Hình 4.10 – Mô hình sơ đồ vị trí các mô đun điều khiển Mạch AKZ750 sử dụng để kết nối với máy tính chạy phần mềm Mach3 qua cổng USB. - Mạch có các chức năng chính nhƣ sau: -Có 8 chân output điều khiển tốc độ trục chính (spindle). - Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 64 o Sơ đồ mạch nguyên lý Hình 4.11 – Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn điều khiển Hình 4.12 – Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển trung tâm Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 65 Hình 4.13 – Sơ đồ nguyên lý mạch công suất Hình 4.14 – Sơ đồ nguyên lý mạch cách ly tín hiệu Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 66 4.2.4.3. - Mỗi máy có công tác điều khiển riêng. - Nếu nhƣ khí ra mỏ thấp thì mạch điều khiển sẽ không cho phép thực hiện quá trình cắt. - Vận hành máy * Bảng điều khiển: Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 70 Công tắc Control Power o Vị trí On đóng điện cho máy, quạt gió làm việc. - Công tắc Air Đại học bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Đình Ảnh 71 o Vị trí Cut điện từ đƣợc điều khiển để cung cấp khí cho quá trình cắt. - Bật công tắc Control Power ở vị trí On: mạch điều khiển làm việc, quạt gió hoạt động. - Đặt chế độ cắt: điều chỉnh núm Plate Thichness trên bảng điều khiển. - Tắt công tắc Control Power, mạch điều khiển và quạt gió ngừng làm việc
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt