ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC MINI

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC........................................................... 9I.Tổng quan về máy CNC........................................................................................ 91. Khái niệm máy CNC..........................................................................................92.Cấu tạo............................................................................................................. 123.Chức năng........................................................................................................ 144.Nguyên lí gia công........................................................................................... 14II.Kết cấu chung của máy CNC............................................................................. 151. Nguyên tắc cấu trúc của máy CNC.................................................................152 Kết cấu cơ khí của máy phay CNC.................................................................17III.Mạch giao tiếp trong máy CNC........................................................................ 251.Mạch giao tiếp là gì?........................................................................................262.Vị trí của mạch giao tiếp trong kết cấu của máy CNC....................................27CHƯƠNG II: GIAO TIẾP MÁY TÍNH............................................................... 31I.Tổng quan.............................................................................................................31II. Chuẩn Giao Tiếp................................................................................................321. Chuẩn RS 232..................................................................................................322.Chuẩn RS 485...................................................................................................343.Chuẩn USB.......................................................................................................35MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARDGVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 4III. Chuẩn LPT........................................................................................................361. Giới thiệu về cổng LPT...................................................................................362. Cấu trúc cổng LPT( cổng song song)............................................................. 36CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH DÙNGTRONG MÁY CNC................................................................................................ 41I. Mạch giao tiếp đơn giản....................................................................................41II. Mạch giao tiếp dùng cách ly quang...................................................................431. Cách ly quang pc817.......................................................................................432. Mạch giao tiếp dùng pc817............................................................................443. Mạch giao tiếp dùng PC817, IC 7404 đệm.................................................... 52KẾT LUẬN...............................................................................................................66PHỤ LỤC................................................................................................................. 67TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 68

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC MINI

`

CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY PHAY CNC MINI

Tốc độ quay của trục chính: Smax= 1500 (vg/ph)

Vật liệu chế tạo: Nhôm hợp kim, thép, đồng, nhựa

Vật liệu gia công: Gỗ, nhựa, mêca, nhôm…

Độ chính xác gia công:

Điện áp sử dụng: 220 V

Khối lượng máy: 60 kg

Công suất: 1kw

Động cơ truyền động: Sử dụng động cơ bước 24V - 3A

Động cơ trục chính: Sử dụng động cơ Spindle 3 Kw

Mạch điện: mạch Driver, mạch giao tiếp dùng cổng LPT

Phần mềm điều khiển: Mach3, Kcam

Trong đề tài lớn nhóm chúng em chọn làm đề tài: “Nghiên cứu và thiết kế mạch truyền dữ liệu cho máy CNC” điều khiển 3 trục x, y, z của máy phay Cùng

với việc tìm hiểu nghiên cứu và thiết kế chế tạo chúng em đã làm 2 mạch giao tiếpdùng cổng LPT

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 5

LỜI CẢM ƠN 6

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN 7

KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CNC 8

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 9

I.Tổng quan về máy CNC 9

1 Khái niệm máy CNC 9

2.Cấu tạo 12

3.Chức năng 14

4.Nguyên lí gia công 14

II.Kết cấu chung của máy CNC 15

1 Nguyên tắc cấu trúc của máy CNC 15

2 Kết cấu cơ khí của máy phay CNC 17

III.Mạch giao tiếp trong máy CNC 25

1.Mạch giao tiếp là gì? 26

2.Vị trí của mạch giao tiếp trong kết cấu của máy CNC 27

CHƯƠNG II: GIAO TIẾP MÁY TÍNH 31

I.Tổng quan 31

II Chuẩn Giao Tiếp 32

1 Chuẩn RS 232 32

2.Chuẩn RS 485 34

3.Chuẩn USB 35

III Chuẩn LPT 36

1 Giới thiệu về cổng LPT 36

2 Cấu trúc cổng LPT( cổng song song) 36

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH DÙNG TRONG MÁY CNC 41

I Mạch giao tiếp đơn giản 41

II Mạch giao tiếp dùng cách ly quang 43

1 Cách ly quang pc817 43

2 Mạch giao tiếp dùng pc817 44

3 Mạch giao tiếp dùng PC817, IC 7404 đệm 52

KẾT LUẬN 66

PHỤ LỤC 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng và phát triển đấ́t nước đang bước thời kỳ côngnghiệp hóa hiện đại hóa với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thứclớn Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương lai của đất nước nhữngnhiệm vụ nặng nề Đất nước đang cần sức lực và trí tuệ cũng như lòng nhiệt huyếtcủa những tri thức trẻ, trong đó có những kỹ sư tương lai Với sự phát triển nhanhchóng và mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và trong các lĩnh vực điện-điện tử – tự động hóa – tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đối từngngày

Trong đó Điều khiển chuyển động là một trong những lĩnh vực đa dạng và pháttriển nhanh trong ngành điều khiển và tự động hoá Trong những hệ thống điềukhiển vị trí, tốc độ và moment yêu cầu sự chính xác cao rất cần đến một thiết bị đápứng.Đây là thách thức và các nhà khoa học, nhà sản xuất đã chế tạo ra một loại động

cơ thể làm được nhiệm vụ này đó là động cơ servo Ngày nay động cơ bước đượcứng dụng rộng rãi trong các hệ thống, các máy công cụ, máy điều khiển số, robot, yêu cầu sự chính xác cao Với các ý nghĩa đó trong môn học Đồ án Hệ thống cơđiện tử với sự hướng dẫn của thầy giáo

Ths Nguyễn Hông Lĩnh về đề tài “Thiết kế mạch giao tiếp ”.

Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện chắc chắn không tránh được sai sót Rấtmong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các quý thầy cô và các bạn để đề tài đượchoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện Tôn Văn Hiếu

Nguyễn Hữu Lợi

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới thầy Nguyễn Hông Lĩnh

truyền đạt cho chúng em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt

thời gian vừa qua,thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn chúng

em trong suốt quá trình làm “Đồ án môn học” này

Trong thời gian học tập, chúng em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức

bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học

nghiêm túc, hiệu quả của thầy, đây là những điều rất cần thiết cho chúng em trongquá trình học tập và công tác sau này

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY

CNC

Điều khiển số (Numerical Control) ra đời với mục đích điều khiển các quá trình

công nghệ gia công cắt gọt trên các máy công cụ Về thực chất, đây là một quátrình tự động điều khiển các hoạt động của máy (như các máy cắt kim loại, robot,băng tải vận chuyển phôi liệu hoặc chi tiết gia công, các kho quản lý phôi và sảnphẩm…) trên cơ sở cá dữ liệu được cung cấp là ở dạng mã số nhị nguyên bao gồmcác chữ số, số thập phân, các chữ cái và một số ký tự đặc biệt tạo nên một chươngtrình làm việc của thiết bị hay hệ thống

Trước đây, cũng đã có các quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theochương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thủylực, cam hoặc điều khiển bằng mạch logic… Ngày nay, với việc ứng dụng cácthành quả tiến bộ của Khoa học-Công nghệ, nhất là trong lĩnh vực điều khiển số vàtin học đã cho phép các nhà Chế tạo máy nghiên cứu đưa vào máy công cụ các hệthống điều khiển cho phép thực hiện các quá trình gia công một cách linh hoạt hơn,thích ứng với nền sản xuất hiện đại và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn

Về mặt khoa học: Trong những điều kiện hiện nay, nhờ những tiến bộ kỹ thuật

đã cho phép chúng ta giải quyết các bài toán phức tạp hơn với độ chính xác cao hơn

mà trước đây hoặc chưa đủ điều kiện hoặc quá phức tạp khiến ta phải bỏ qua một

số yếu tố và dẫn đến một kết quả gần đúng Chính vì vậy đã cho phép các nhà Chếtạo máy thiết kế và chế tạo các máy với các cơ cấu có hiệu suất cao, độ chính xáctruyền động cao cũng như những khả năng chuyển động tạo hình phức tạp và chínhxác hơn

Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích về quân sự và hàng không

vũ trụ khi mà yêu cầu các chỉ tiêu về chất lượng của các máy bay, tên lửa… là caonhất Ngày nay, lịch sử phát triển NC đã trải qua các quá trình phát triển khôngngừng cùng với sự phát triển trpng lĩnh vực vi xử lý thừ 4bit, 8bit… cho đến nay đãđạt đến 32bit và cho phép thế hệ sau cao hơn thế hệ trước và mạnh hơn về khả nănglưu trữ và xử lý

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC

Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất côngnghiệp Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúcphức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện và một lượng lớn các thao tác do conngười thực hiện được giảm thiểu

Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự pháttriển đáng kể về chính xác và chất lượng Kỹ thuật tự động của CNC giảm thiểu cácsai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác Ngoài ra còncho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổimáy móc để sản xuất các linh kiện khác

Trong môi trường sản xuất, một loạt các máy CNC kết hợp thành một tổ hợp,

gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận Máy CNC ngày nay được

điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mềm CAM, MACH3… vì thế một bộphận hay lắp ráp có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần các bản vẽ

in của từng chi tiết Có thể nói CNC là các phân đoạn của các hệ thống robot côngnghiệp, tức là chúng được thiết kế để thực hiện nhiều thao các sản xuất (trong tầmgiới hạn)

I.Tổng quan về máy CNC

1 Khái niệm máy CNC

Một định nghĩa hàn lâm và chặt chẽ về máy CNC được trình bày ở trang

wikipedia.com:

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 vớimục đích sản xuất (có tính lập lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phứctạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo tiêuchuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G Vì thế, bộ não của máy CNC là máy tính

Đây không phải là máy tính bình thường mà là máy tính với công suất tính toán cựcnhanh Hệ điều hành mà nó sử dụng là Fanuc, Fargor hoặc Mazak, chứ không phải

là Windows hay Mac như các máy tính (computer) mà chúng ta thường dùng hàngngày (H1.1)

H1.1- Máy tính được gắn liền với máy CNC thành một khối

Máy tính này sẽ điều khiển các bộ phận cơ khí để cắt gọt kim loại Chươngtrình được viết sẵn và được tự động thi hành khi bạn nhất nút Start Chương trìnhnày được dịch ra một thứ ngôn ngữ để máy tính có thể hiểu được Sau đó, máy tínhchuyển lệnh từ các chương trình qua các mạch điện tử đến điều khiển các bộ phận

cơ khí

CNC được phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở phòng thí

H1.2-Máy tiện CNC

H1.3-Máy phay CNC

Tuy nhiên, dưới góc độ thực hành, chúng ta thấy như sau: Từ CNC là viết tắt

của cụm từ tiếng Anh Computer Numerical Control, nghĩa là Máy tiện kim loại được điều khiển bằng máy tính Vì thế, bộ não của máy CNC là máy tính Đây

không phải là máy tính bình thường mà là máy tính với công suất tính toán cựcnhanh Hệ điều hành mà nó sử dụng là Fanuc, Fargor hoặc Mazak, chứ không phải

là Windows hay Mac như các máy tính (computer) mà chúng ta thường dùng hàngngày

Máy tính này sẽ điều khiển các bộ phận cơ khí để cắt gọt kim loại Chươngtrình được viết sẵn và được tự động thi hành khi bạn nhất nút Start Chương trìnhnày được dịch ra một thứ ngôn ngữ để máy tính có thể hiểu được Sau đó, máy tínhchuyển lệnh từ các chương trình qua các mạch điện tử đến điều khiển các bộ phận

cơ khí

2.Cấu tạo

Gồm hai phần: phần thân và Auto Bar (H1.4)

H1.4-Cấu tạo máy CNC

Phần Autobar dùng để chứa phôi và đẩy phôi lên bằng hệ thống khí Khi hếtphôi, hoặc kẹt phôi nếu bạn không xử lí, đèn Autobar sẽ báo hiệu Nếu hệ thống khí

hết sức chú ý đến AutoBar, phải chắc chắn rằng Autobar mở trước khi cho máyhoạt động.

Chúng ta sẽ tập trung nhiều vào phần thân máy (xem H1.3)

H1.5-Cấu tạo phần thân máy của máy CNC

Đặc điểm và chức năng của các bộ phận: (từ trái sang phải, từ trên xuống dướitrong H1.3)

- Nắp đậy: Khi làm việc, dầu cắt phun vào nơi tiếp xúc giữa phôi và công cụ

và bay tung tóe khắp buồng làm việc Nếu bạn không đậy nắp này lại, dầu cóthể dính vào người bạn Vì lí do an toàn, phải đảm bảo nắp đậy trước khi xảdầu cắt

- Bảng cảnh báo: Hình ảnh trên bảng cảnh báo trong trường hợp này nhắc bạnrằng nếu bạn không đóng nắp đậy, có thể có những vật bay từ buồng làmviệc ra và trúng vào người bạn

- Ống phun dầu: phun dầu cắt giữa nơi tiếp xúc giữa phôi và lưỡi dao để quátrình gia công có thể diễn ra Dầu cắt có 2 tác dụng: Giảm độ mài mòn củalưỡi dao, và làm mát

- Các ụ dao: chứa các holder

- Ống đỡ phôi: ngậm phôi thông qua bush

- Bàn phím nhập dữ liệu: Nơi bạn nhập các câu lệnh dưới dạng mã G và mã M.

- Bảng điều khiển: Gồm các nút bấm để điều khiển máy

- Băng truyền: khi băng truyền chạy, nó nhặt chip dụng rơi xuống và vậnchuyển ra ngoài Chip là những mảnh dụng rơi ra khi dao gia công trên thanhphôi

3.Chức năng

Chức năng của máy CNC là cắt gọt kim loại, nghĩa là bạn đưa thanh thép hìnhtrụ (phôi) vào máy CNC, máy sẽ gia công để tạo hình sản phẩm

Máy CNC cắt phôi bằng các lưỡi dao Các lưỡi dao này phải có bộ phận để giữ

nó Những bộ phần này gọi là holder Holder được gắn trên các ụ dao

H1.6-Dao phay 4.Nguyên lí gia công

Những máy CNC mà chúng ta sẽ nghiên cứu sẽ có quy ước hệ tọa độ như sau:

H1.7-Hệ tọa độ gia công

Thông thường, quá trình gia công được tiến hành bằng một trong 2 cách sau:

- Phôi quay và tịnh tiến theo trục z, dao tịnh tiến theo trục z hoặc trục x hoặctrục y

- Dao quay (thường là drill_khoan), phôi tịnh tiến hoặc đứng yên

II.Kết cấu chung của máy CNC

1 Nguyên tắc cấu trúc của máy CNC

Phần lớn máy CNC làm việc theo hệ thống kín bao gồm 4 bộ phận sau:

* Bộ phận chương trình: Bộ phận này bao gồm có bản chương trình, cơ cấu dichuyển chương trình, cơ cấu đọc chương trình Các máy CNC hiện địa được trang

bị những thiết bị có tính công nghệ cao phục vụ cho việc lập trình và điều khiểnmáy Các máy tính có tốc độ xử lý cao dung lượng bộ nhớ lớn do đó có thể lưutrong bộ nhớ nhiều chương trình gia công đồng thời Căn cứ vào bản vẽ chế tạo củachi tiết mà ta lập được các chương trình gia công cho máy thông qua các câu lệnh

Từ các câu lệnh đã được lập bộ phận nội suy của máy sẽ thiết lập được đường dịchchuyển của dụng cụ cắt Có nhiều cách để lập chương trình cho máy CNC:

Lập trình bên ngoài máy (offline): các chương trình được lập sẵn bên ngoài

sau đó được lưu trữ vào các vật mang tin như đĩa từ, đĩa compact… rồi đưa vàotrong bộ nhớ của máy CNC thông qua các thiết bị đọc hoặc truyền trực tiếp từ máytính (đối với những máy CNC có kết nối với máy tính) Cách lập trình này thườngđược áp dụng cho những chi tiết phức tạp

Lập trình trực tiếp trên máy tính (online): các chương trình được lập trực tiếp

tại phân xưởng gia công thông qua bàn phím của máy Thường áp dụng cho nhữngchi tiết gia công đơn giản

H1.8- Hộp điều khiển

* Bộ phận điều khiển: Từ chương trình gia công được đưa vào máy bộ nội suycủa máy sẽ tính toán ra các đường đi của dụng cụ Bộ phận điều khiển sẽ phát racác lệnh điều khiển các thông số của quá trình gia công cũng như các quá trình phụtrợ ( điều khiển tốc độ quay của từng động cơ servo ứng với từng trục X,Y,Z, đónghoặc mở dung dịch trơn lạnh, thay đổi dụng cụ cắt) Trong máy gia công điều khiểntheo chương trình số, quãng đường chạy của các dụng cụ hoặc của chi tiết đã đượccho trước mét cách chính xác thông qua các chỉ dẫn điều khiển trong chương trình

NC Tùy theo dạng của các chuyển động giữa điểm đầu và điểm cuối của quãng

- Điều khiển theo điểm

- Điều khiển theo đường

- Điều khiển theo đường viền (contour)

Trong các dạng điều khiển ở trên thì dạng điều khiển theo điểm là đơn giản nhâtđược ứng dụng khi gia công theo các tọa độ xác định đơn giản, quá trình gia côngchỉ được thực hiện ở điểm đích Dạng điều khiển theo đường phức tạp hơn dạngđiều khiển dạng điểm cho phép tạo ra các đường chạy song song với các trục tọa độ,trong khi chạy dao cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt gia công Trong điều kiện điềukhiển mở rộng 2 trục của máy chuyển động với tốc độ như nhau đồng thời ta có thểgia công bề mặt côn 45

* Bộ phận liên hệ ngược ( bộ phận phản hồi) và bộ phận đo lường: Để chínhxác cần có hệ thống đo đảm bảo độ chính xác Để biết được khoảng dịch chuyểncủa bàn trượt máy và góc quay của bàn quay, người ta sử dụng cảm biến đo gia số,

bộ mã góc và xenxin Vị trí bàn máy thường không đo trực tiếp qua hệ thống đotrên các sống trượt của thân máy mà đo gián tiếp qua việc đo góc tại các cơ cấuchuyển động Cảm biến đo dịch chuyển là thươc đo có khắc vạch, các tấm khắcvạch không tiếp xúc qua ánh sáng hoặc từ tính Khi đo theo phương pháp ánh sáng

đi qua người ta thường dùng thước vạch bằng thủy tinh có các vạch không cho ánhsáng đi qua và các khe hở cho ánh sáng đi qua Thiết bị quét gồm một nguồn sángmạnh, một tấm quét và một hệ thống đánh giá điện tử Các tấm quét giống như mộtcái thước có khắc vạch không cho ánh sáng đi qua và khe hở cho ánh sáng đi qua.Khi các khe hở của thước và của các tấm quét đứng đối diện mét cách chính xác,ánh sáng từ nguồn sáng có thể đến được các đi-ốt quang điện rất nhạy cảm với ánhsáng và được đnáh giá bằng điện tử Tín hiệu sáng, tối sẽ được thiết bị đếm xungghi nhận và từ đó tính được khoảng dịch chuyển của bàn máy Tùy theo bước chiacủa thước mà ta sẽ có được độ chính xácđo tương ứng và xác định được chính xác

vị trí bàn máy

2 Kết cấu cơ khí của máy phay CNC

2.2.1 Bộ phận thân máy.

Thân máy phải đảm bảo độc cứng vững, kết cấu gọn nhẹ Thân máy có nhiệm

vụ đỡ toàn bộ các bộ phận của máy có chuyển động tương đối với nhau để tạo ra

quá trình cắt gọt Vì vậy kết cấu của thân máy phải đảm bảo chống được rung độngtrong quá trình gia công Thân máy bao gồm các bộ phận sau:

H1.9 – Thân máy 1- Chân đế.

H 1.10 - Trục X.

1 - Khung ( Phải đảm bảo cứng vững).

2.2.5 Bộ phận đầu máy

Nhiệm vụ: Mang cụm trục chính thực hiện chuyển động dọc theo trục Z, thựchiện chuyển động này nhờ trục vít me đai ốc bi dẫn động bằng động cơ bước hoặcđộng cơ servo Kết cấu chính của đầu máy như sau:

H1.16-Vít me đai ốc bi dẫn động trục Z

7 - Cơ cấu nối trục

2.2.8.Bộ phận làm sạch phoi

Nhiệm vụ: Bộ phận này có tác dụng làm sạch phoi sau mỗi quá trình gia công.Công việc này được thực hiện nhờ hai trục vít có đương kính lớn, được điều khiểnbằng động cơ quay với tốc độ chậm Trong quá trình đẩy phoi có sự tham gia củadung dịch trơn lạnh Kết cấu như sau:

Nhiệm vụ: Bộ phận này có tác dụng chứa dung dịch trơn nguội để tưới vào vùngcắt Kết cấu của bộ phận này như sau:

H1.18- Bể chứa dung dịch trơn lạnh 1-Van

2-Bơm áp suất 3-Giá đỡ bơm 4-Lưới lọc 5-Bộ phận hứng dung dịch từ máy xuống 6-Bộ phận bể chứa

III.Mạch giao tiếp trong máy CNC

Như chúng ta đã biết, trước thế hệ máy CNC đã có hai thế hệ máy công cụ với

trình độ thấp hơn : máy công cụ thông thường và máy công cụ NC.

Tuy nhiên, khi thực hiện gia công chi tiết trên các máy công cụ thông thường

công nhân thường phải dùng tay để điều khiển máy (đương nhiên các chuyển độngcắt và chạy dao đều do máy thực hiện) Công nhân căn cứ vào phiếu nguyên công

để cắtgọt chi tiết nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra Trong trường hợp nhưvậy năng suất và chất lượng sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề của công

nhân Mặc dù còn nhiều hạn chế so với máy NC và CNC nhưng các máy công cụ thông thường hiện nay vẫn còn được sử dụng rất rộng rãi với lý do là giá thành thấp

và thuận tiện cho công việc sửa chữa và còn phù hợp với nền sản xuất vẫn còn đang

ở giai đoạn phát triển

Đối với các máy công cụ NC thì việc điều khiển các chức năng của máy được quyết định bằng các chương trình đã lập sẵn Các máy công cụ NC rất thích hợp với

dạng sản xuất hàng loạt nhỏ và trung bình

Hệ thống điều khiển của máy NC là mạch điện tử Thông tin vào chứa trên băng

từ hoặc băng đục lỗ, thực hiện chức năng theo từng khối, khi khối trước kết thúc,máy đọc tiếp các khối lệnh tiếp theo để thực hiện các dịch chuyển cần thiết Các

máy NC chỉ thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, chức năng đọc theo băng Các máy NC không có chức năng lưu trữ chương trình.

Máy công cụ CNC là bước phát triển cao từ các máy NC Các máy CNC có mộtmáy tính để thiết lập phần mềm dùng để điều khiển các chức năng dịch chuyển củamáy Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ.Khi gia công, máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy Máy công cụ CNC có khảnăng thực hiện các chức năng như : nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặtxoắn, mặt parabol và bất kì mặt bậc ba nào Máy CNC cũng có khả năng bù chiềudài và đường kính dụng cụ Tất cả các chức năng trên đều được thực hiện nhờ mộtphần mềm của máy tính Và để đưa các lệnh từ máy tính đến để gia công trên máyCNC, cần phải có một bộ phận để tương tác giữa máy tính và máy CNC, ta gọi đó

H1.19-Breakout Board (Mạch giao tiếp)

Hệ thống trong hình H2.1 bao gồm một máy tính với phần mềm NC điều khiển

và các động cơ ổ đĩa Hộp điều khiển bao gồm nguồn điện( không hiển thị), mạchgiao tiếp và trình điều khiển động cơ

Trên thực tế thì máy tính hoàn toàn có khả năng kết nối trực tiếp đến các trìnhđiều khiển, nhưng nếu làm như vậy thì nguy cơ rủi ro, hỏng hóc là khá cao Bởi vậychúng ta nên sử dụng đến mạch giao tiếp để có thể đảm bảo an toàn cho máy làmviệc

2.Vị trí của mạch giao tiếp trong kết cấu của máy CNC

Hệ thống máy CNC gồm 6 phần chính (H1.20 ):

- Chương trình gia công (part program)

- Thiết bị đọc chương trình (program input device)

- Bộ điều khiển máy (MCU)

- Hệ thống truyền động (drive system)

- Máy công cụ (machine tool)

- Hệ thống phản hồi (feedback system)

H1.20-Cấu trúc của máy CNC

Lưu ý: Đối với máy gia công CNC, chương trình gia công, thiết bị đọc chươngtrình và bộ xử lý dữ liệu (DPU) đều được thực hiện bởi máy tính

H1.21-Sơ đồ khối hệ thống điều khiển theo chương trình số

*Nguyên tắc điều khiển:

Chương trình gia công bao gồm các chỉ thị được mã hoá để điều khiển quátrình gia công chi tiết, hệ điều khiển chuyển đổi các chỉ thị này thành tín hiệu điệnkích hoạt các chức năng hoạt động của máy

Hệ điều khiển máy thực hiện chức năng đọc và biên dịch mã lệnh và sau đóxuất các tín hiệu điện tương ứng truyền tới bộ khuếch đại servo để điều hành có cấuservo (động cơ điện hoặc động cơ thuỷ lực) của hệ thống truyền động Thiết bịphản hồi như các cảm biến vị trí, chiều, tốc độ dịch chuyển và phản hồi các tín hiệunày về hệ điều khiển máy Hệ điều khiển máy so sánh các tín hiệu này với tín hiệutham chiếu cho trước bởi các mã lệnh điều khiển và xuất các tín hiệu điều chỉnh(sai lệch) tới bộ khuếch đại servo cho tới khi đạt đại lượng yêu cầu

Hệ MCU gồm hai phần: hệ xử lý dữ liệu (Data Processing Unit - DPU) vàmạch

điều khiển (Control Loop Unit - CLU)

• DPU thực hiện các chức năng:

- Đọc mã lệnh từ thiết bị nhập

- Xử lý mã lệnh hay giải mã

- Truyền dữ liệu vị trí, tốc độ và các chức năng phụ trợ tới CLU

• CLU thực hiện các chức năng:

- Nội suy chuyển động trên cơ sở các tín hiệu nhận từ DPU và xuất các tín hiệuđiều khiển

- Truyền tín hiệu điều khiển tới mạch khuếch đại của hệ truyền động

- Nhận tín hiệu phản hồi về vị trí và tốc độ

- Điều khiển các thiết bị phụ trợ.

Hệ thống truyền động thông thường bao gồm bộ khuếch đại servo, cơ cấu servo,

bộ truyền đai răng, đai ốc-vít me bi và bàn trượt Hệ thống này quyết định độ chínhxác, công suất của máy

*Nhập dữ liệu vào bộ nhớ máy:

- bàn phím

- các phương tiện đọc khác như đĩa, băng…

- trao đổi dữ liệu với các thiết bị lưu trữu bên ngoài

Mạch giao tiếp dung để kết nối giữa máy tính PC và mạch điều khiển động cơ,các công tắc hành trình, nút dừng khẩn cấp… Vì vậy từ hình (H1.20), ta có thể xácđịnh được vịt trí của mạch giao tiếp sẽ nằm ở bộ phận đọc chương trình (programinput device) Ngoài mạch giao tiếp, trong bộ phận đọc chương trình còn có mạchdrive điêu khiển động cơ bước, điều khiển động cơ trục chính

H1.22-Sơ lược hệ thống điều khiển

CHƯƠNG II GIAO TIẾP MÁY TÍNH

I.Tổng quan

Máy tính cùng với sự phát triển của kỹ thuật ghép nối với máy tính đã mởrộng đáng kể các lĩnh lực ứng dụng của máy tính, đặc biệt trong đo lường và điềukhiển Chính vì vậy, nhiều người sử dụng máy tính quan tâm đến chủ đề này

Khi một máy tính được xuất xưởng hoặc bày bán ở cửa hàng thì cả nhà sảnxuất, ngườibán cũng như người tiêu dùng đều ngầm hiểu đây chưa phải là một hệthống hoàn chỉnh,càng không phải là một hệ thống khép kín Tùy theo yêu cầu sửdụng, người dùng có thể nâng cấp, mở rộng cấu hình bằng cách ghép nối thêm cácCard mở rộng hoặc các thiết bị ngoại vi như modem, máy in… Các nhà sản xuất đã

dự trữ sẵn các rãnh cắm mở rộng trên bản mạch chính, các cổng ghép nối : songsong (LPT), nối tiếp (COM) Đây chính là những vị trí mà kỹ thuật ghép nối máytính có thể tác động vào

Để ghép nối với máy tính ta có hai phương pháp:

- Ghép nối qua cổng song song

- Ghép nối qua cổng nối tiếp

Điểm khác biệt duy nhất giữa giao tiếp nối tiếp với giao tiếp song song làchuẩn này chỉ truyền một bit trong một khoảng thời gian, trong khi giao tiếp songsong truyền nhiều bit trong một khoảng thời gian Sự khác biệt này khiến cho giaotiếp song song thường nhanh hơn giao tiếp nối tiếp

Tuy nhiên, không phải thực tế trên đều đúng trong mọi trường hợp Giao tiếpnối tiếp cũng có thể nhanh hơn giao tiếp song song nếu các bit được chuyển đi vớitốc độ nhanh hơn Chẳng hạn, cổng SATA có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu lên tới150Mbps, trong khi cổng IDE truyền thống chỉ dừng ở mức 133Mbps

Mỗi khả năng đều có những ưu nhược điểm riêng cho nên cho đến nay vẫncùng tồn tại, tùy theo hoàn cảnh cụ thể mà cân nhắc nên sử dụng cổng nào chothích hợp

II Chuẩn Giao Tiếp

Các chuẩn sử dụng để giao tiếp với máy tính là: RS232, RS 485,USB,LPT

1 Chuẩn RS 232

Để các thiết bị thu phát có thể làm việc có hiệu quả và không gặp rắc rối khi làmviệc phối hợp, từ lâu người ta đã đặt ra các tiêu chuẩn cho các cổng vào/ra tín hiệutuần tự trong các thiết bị số Đó là tiêu chuẩn RS-232, với các giắc cắm chữ D daođộng từ 4 đến 37 chân (4, 9, 15, 37 chân)

RS-232 (tương ứng với chuẩn châu Âu là CCITT V.24) được dùng chủ yếutrong việc

giao tiếp điểm - điểm giữa hai thiết bị đầu cuối (DTE), ví dụ giữa hai máy tính,giữa máy tính và máy in, hoặc giữa DT và một DCE- thiết bị giao tiếp dữ liệu, ví

dụ giữa một máy tính và môđem

Ngày nay, RS232 là chuẩn giao diện I/O được sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, dochuẩn này ra đời đã lâu, trước khi có họ vi điện tử TTL, vì vậy các mức điện ápvào/ra của nó không tương thích với TTL RS –232 sử dụng phương thức truyềnthông không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn

độ 19,2 kBd (chiều dài cho phép 30 – 50 m)

Chế độ làm việc của hệ thống RS 232 là hai chiều toàn phần (full-duplex), tức

là hai thiết bị tham gia có thể thu và phát cùng một lúc Như vậy việc thực hiệntruyền thong cần tối thiểu 3 dây dẫn - tring đó hai dây tín hiệu nối chéo với các đầuthu phát của hai trạm và một dây đất Với cấu hình tối thiểu này, việc đảm bảo độ

an toàn truyền dẫn thuộc về trách nhiệm của phần mềm RS –232 có một ưu điểm

là có thể sử dụng công suấtphát tương đối thấp, nhờ trở kháng đầu vào hạn chếtrong phạm vi từ 3-7k.

Do đó, để nối RS232 với máy tính đều phải qua bộ biến đổi điện áp nhưMAX232 để chuyển mức logic TTL sang mức điện áp của RS232 và ngược lại.Nhìn chung, các chip IC MAX232 được dùng để điều khiển đường truyền Kết nốiRS232 với MAX232

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí chân của RS232 dạng 25 chân

Để phân biệt, người ta sử dụng ký hiệu DB 25P để chỉ đầu đực (Plug- cắm vào)

và DB 25S để chỉ đầu cái (Socket- ổ cắm)

Không phải tất các chân của DB 25 đều được sử dụng, do đó IBM đưa ra phiênbản chuẩn vào/ra nối tiếp chỉ sử dụng có 9 chân gọi là DB 9

Sử dụng chuẩn RS232 có tác dụng là có thể truyền dữ liệu đi được xa, phươngthức lập trình truyền dữ liệu qua chuẩn này cũng đơn giản, không phức tạp, do đó

nó được sử dụng nhiều

Nhưng bên cạnh nó cũng có những nhược điểm là : Tốc độ truyền của nó so vớicổng song song là chậm hơn, dễ bị nhiễu và kết nối phần cứng phực tạp do phảithem MAX232

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí chân của RS232 9 chân

2.Chuẩn RS 485

Hiện nay, để truyền tín hiệu đi xa hơn và nối với nhiều thiết bị đầu cuối hơn,người ta dùng chuẩn RS-485 tương tự RS232 nhưng có mức điện áp tín hiệu caohơn để sử dụng chuẩn này, người ta có các bộ chuyển đổi tín hiệu chuẩn từ RS-232thành tín hiệu chuẩn RS-485

Ngưỡng giới hạn điện áp qui định cho RS – 485 được nới rộng ra khoảng –7Vđến 12V, và trở kháng đầu vào cũng được tăng lên Ngoài khả năng giống như

RS –232, RS-485 còn có khả năng ghép nối nhiều điểm , vì thế được dùng phổ biếntrong các hệ thống bus Cụ thể, 32 trạm có thể ghép nối, được định địa chỉ và giaotiếp đồng thời trong một đoạn RS-485 mà không cần bộ lặp

Để đạt được điều này, trong một thời điểm chỉ một trạm được phép kiểm soátđường dẫn và phát tín hiệu, vì thế một bộ kích thích đều phải đưa về trangh thái trởkháng cao mỗi khi rỗi, tạo điều kiện cho các bộ kích thích ở các trạm khác tham gia.Chế độ này được gọi là tri-state một số vi mạch RS-485 tự động xử lý tình huốngnày, trong nhiều trường hợp kác việc đó thuộc về trách nhiệm của phần mềm điềukhiển truyền

Trong mạch của bộ kích thích RS-485 có một tín hiệu đầu vào “ Enable” đượcdùng cho mục đích chuyển bộ kích thích về trạng thái phát tín hiệu hoặc tri-state.Mặc dù phạm vi làm việc tối đa từ – 6V đến 6V trong trường hợp hở mạch RS-485cho phép nối 32 trạm, ứng với 32 bộ thu phát hoặc nhiều hơn, tuỳ theo cách chọntải cho từng thiết bị thành viên Giới hạn này xuất phát từ đặc tính kỹ thuật của hệthống truyền tải nhiều điểm Các trạm được mắc song song vì thế việc tăng số trạm

sẽ làm suy giảm tín hiệu vượt quá mức cho phép