TÌM HIỂU VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC

PHẦN 1: TÌM HIỂU VỀ ARDUINO4PHẦN 2: TÌM HIỂU VỀ MÁY CNC20Máy CNC (Computer Numerical Controlled) là máy công cụ, điều khiển theo một chương trình định sẵn. Các dữ liệu được cung cấp dưới dạng tập lệnh.2.1.2 Những đặc điểm cơ bản của máy CNCKhả năng tự động hoá cao.Năng suất gia công cao, thời gian phụ (thay dao, chạy không,…) giảm.Khả năng đạt độ chính xác cao, tính ổn định cao.Có khả năng tập trung nguyên công cao, khả năng gia công nhiều bề mặt trong cùng một lần gá.So với máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (cam, cữ hành trình, trục gài bi…) máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm được thời gian điều chỉnh máy đạt được tính chính xác cao ngay cả với sản xuất hàng loạt nhỏ.Một ưu điểm nổi bậc khác chỉ có trong máy CNC đó là phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử – số hóa”. Phương thức này cho phép nối ghép với hệ thống xử lý số trong phạm vi quản lý xí nghiệp. Đồng thời cũng tạo điều kiện cho việc ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên kết cục bộ ( LAN) hay mạng liên thông (WAN).Máy công cụ CNC tuy có được nhiều ưu điểm so với máy vạn năng nhưng cũng còn có nhược điểm là:Không thích hợp với việc gia công những chi tiết đơn giản.Chi phí cho việc mua sắm trang thiết bị quá cao.Đòi hỏi người thợ đứng máy phải có một kiến thức tương đối rộng cả về cơ khí, lẫn điện tử khi tiến hành gia công.PHẦN 3. TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ BƯỚC29PHẦN 4: TÌM HIỂU CÁC BƯỚC ĐIỀU KHIỂN MỘT CNC LÀM PCB ĐƠN GIẢN39

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH DOANH VÀ CÔNG NGHỆ HÀ NỘI

KHOA CƠ ĐIỆN TƯĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ***

ĐỒ ÁN 1

Đề tài:

TÌM HIỂU VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC

Sinh viên thực hiện:

- Nguyễn Đức Việt

- Lê Đình Vinh

- Ngô Phú Tuân

Giảng viên hướng dẫn:

- TS Nguyễn Công Dũng

Hà Nội - 2016

Mục lục

PHẦN 1: TÌM HIỂU VỀ ARDUINO

1.1 Giới thiệu chung về arduino

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY ( là những người tự sángchế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những gì màApple đã làm được trên thị trương thiết bị di động Số lượng người dùng cực kì lớn và đa dạngvới trình độ trải rộng từ bậc phổ thông đến bậc đại học đã làm cho ngay cả những người sáng tạo

ra cũng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến

Arduino thực ra là một bo mạch vi xử lí được dùng để tương tác với các thiết bị phần cứngnhư cảm biến, động cơ, đèn hay các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trườngphát triển ứng dựng cực kì dễ sử dụng Với ngôn ngữ lập trình có thể học nhanh chóng ngay cảkhi người học ít hiểu biết về điện tử và lập trình Và điều làm nên Arduino chính là mức giá rấtthấp và tính chất nguồn mở từ cứng tới mềm Chỉ với $30, người dùng đã có thể sở hữu mộtboard Arduino có 20 ngõ I/O có thể tương tác và điều khiển chừng đấy thiết bị

Thế mạnh của arduino so với các nền tảng vi điều khiển khác :

- Chạy trên đa nền tảng : Việc lập trình có thể thực hiện trên các hệ điều hành khác nhau nhưWindow, Mac Os, Linux trên destop, android trên di động

- Ngôn ngữ lập trình đơn giản, dễ hiểu

- Nền tảng mở : arduino được phát triển dựa trên nguồn mở nên phần mêm chạy trên Arduino đượcchia sẻ dễ dàng tính hợp vào các nền tảng khác nhau

- Mở rộng phần cứng: Arduino được thiết kế và sử dụng theo dạng module nên việc mở rộng phầncứng khá dễ dàng

- Đơn giản và nhanh: Rễ dàng lắp ráp, lập trình và sử dụng thiết bị

- Dễ dàng chia sẻ : Mọi người dễ dàng chia sẻ mã nguồn với nhau mà không lo lắng về ngôn ngữhay hệ điều hành mình đang sử dụng

Những ứng dụng nổi bật của Arduino là: máy in 3d, robot, thiết bị bay không người láiUAV, game tương tác, điều khiển ánh sáng, kích hoạt chụp ảnh tốc độ cao

Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với môi trường xungquanh với:

Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận tốc, cường

độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động, phát hiện kim loại, khíđộc,…),…

• Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…)

• Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác hoặc các kết nốikhông dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz, 2.4Ghz,…) Định vị GPS, nhắntin SMS, và nhiều thứ thú vị khác

1.2 Cấu trúc phần cứng

Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễdàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác Một khía cạnh quan trọng của Arduino làcác kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của board với các module

thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield Vài shield truyền thông với board

Arduino trực tiếp thông qua các chân khác nhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông quaserial bus I²C-nhiều shield có thể được xếp chồng và sử dụng dưới dạng song song Arduinochính thức thường sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168,ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560 Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởicác mạch Arduino tương thích Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và mộtthạch anh giao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù mộtvài thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard do hạn chế vềkích cỡ thiết bị Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn với một boot loadercho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip, so với các thiết bị khácthường phải cần một bộ nạp bên ngoài Điều này giúp cho việc sử dụng Arduino được trực tiếphơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một bộ nạp chương trình

Theo nguyên tắc, khi sử dụng ngăn xếp phần mềm Arduino, tất cả các board được lập trìnhthông qua một kết nối RS-232, nhưng cách thức thực hiện lại tùy thuộc vào đời phần cứng Cácboard Serial Arduino có chứa một mạch chuyển đổi giữa RS232 sang TTL Các board Arduinohiện tại được lập trình thông qua cổng USB, thực hiện thông qua chip chuyển đổi USB-to-serialnhư là FTDI FT232 Vài biến thể, như Arduino Mini và Boarduino không chính thức, sử dụngmột board adapter hoặc cáp nối USB-to-serial có thể tháo rời được, Bluetooth hoặc các phươngthức khác (Khi sử dụng một công cụ lập trình vi điều khiển truyền thống thay vì ArduinoIDE,công cụ lập trình AVR ISP tiêu chuẩn sẽ được sử dụng.)

Board Arduino sẽ đưa ra hầu hết các chân I/O của vi điều khiển để sử dụng cho nhữngmạch ngoài Diecimila, Duemilanove, và bây giờ là Uno đưa ra 14 chân I/O kỹ thuật số, 6 trong

số đó có thể tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) và 6 chân input analog, có thể được sử dụngnhư là 6 chân I/O số Những chân này được thiết kế nằm phía trên mặt board, thông qua cácheader cái 0.10-inch (2.5 mm) Nhiều shield ứng dụng plug-in cũng được thương mại hóa Cácboard Arduino Nano, và Arduino-compatible Bare Bones Board và Boarduino có thể cung cấpcác chân header đực ở mặt trên của board dùng để cắm vào các breadboard

Có nhiều biến thể như Arduino-compatible và Arduino-derived Một vài trong số đó cóchức năng tương đương với Arduino và có thể sử dụng để thay thế qua lại Nhiều mở rộng choArduino được thực thiện bằng cách thêm vào các driver đầu ra, thường sử dụng trong các trườnghọc để đơn giản hóa các cấu trúc của các 'con rệp' và các robot nhỏ Những board khác thườngtương đương về điện nhưng có thay đổi về hình dạng-đôi khi còn duy trì độ tương thích với cácshield, đôi khi không Vài biến thể sử dụng bộ vi xử lý hoàn toàn khác biệt, với các mức độ tươngthích khác nhau

1.3 Cấu trúc phần mềm và lập trình

1.3.1 Cài đặt Arduino IDE

- Để lập trình cho bo Arduino , trước hết ta cần download và cài đặt môi trường viết chươngtrình cho Arduino

- Dowload tại trang chủ arduino.cc

- Hướng dẫn cài đặt cho người dùng Window (người sử dụng hệ điều hành Mac thì khôngcần cài đặt drive )

- Kết nối bo Arduino với máy tính, và để máy tính tự động cài đặt drive USB Tuy nhiên việc

tự động cài drive sẽ có thể không thành công

- Nếu không thành công thì : Mở Device Mannage của window trên Control Panel

- Ở mục Port ( COM & LPT) sẽ thấy mục Arduino Uno (Comxx)

- Nhấp phải vào mục Arduino UNO(COMxx) và chọn Update Driver Software

- Trên cửa sổ hiện ra, chọn Browre my computer for driver software

1.3.2 Môi trường lâp trình ARDUINO

Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính năng thông dụng mang lại nhiều lợi thế choArduino, tuy nhiên sức mạnh thực sự của Arduino nằm ở phần mềm Môi trường lập trình đơngiản dễ sử dụng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu và dựa trên nền tảng C/C++ rất quen thuộc với ngườilàm kĩ thuật Và quan trọng là số lượng thư viện code được viết sẵn và chia sẻ bởi cộng đồng mở

là cực kỳ lớn

Hình 1.1: Arduino IDE

a) Arduino Toolbar: có một số button và chức năng của chúng như sau :

Hình1.2: Arduino Toolbar.

 Verify : kiểm tra code có lỗi hay không

 Upload: nạp code đang soạn thảo vào Arduino

 New, Open, Save : Tạo mới, mở và Save sketch

 Serial Monitor : Đây là màn hình hiển thị dữ liệu từ Arduino gửi lên

máy tính

b) Arduino IDE Menu:

Hình 1.5: Click Examples.

Edit menu:

Hình 1.6: Sketch menu

Trong Sketch menu :

 Verify/ Compile : chức năng kiểm tra lỗi code

 Show Sketch Folder : hiển thị nơi code được lưu

 Add File : thêm vào một Tap code mới

 Import Library : thêm thư viện cho IDE Tool memu:

Trong Tool menu ta quan tâm các mục Board và Serial Port

Mục Board : các bạn cần phải lựa chọn bo mạch cho phù hợp với loại bo mà bạn sử dụngnếu là Arduino Uno thì phải chọn như hình:

Nếu sử dụng loại bo khác thì phải chọn đúng loại bo mà mình đang có nếu sai thì codeUpload vào chip sẽ bị lỗi

Serial Port: đây là nơi lựa chọn cổng Com của Arduino Khi chúng ta cài đặt driver thì máytính sẽ hiện thông báo tên cổng Com của Arduino là bao nhiêu, ta chỉ việc vào Serial Port chọnđúng cổng Com để nạp code, nếu chọn sai thì không thể nạp code cho Arduino được

1.3.3 Cấu trúc chương trình

Cấu trúc cơ bản của một chương trình Arduino gồm hai hàm chính setup() và loop() Hai

hàm này là bắt buộc đối với một chương trình Arduino

Sau khi thực hiện xong hàm setup(), hàm loop() sẽ được gọi để thực hiện và sẽ được gọi lặp

đi lặp lại liên tục cho đến khi nào tắt hệ thống Thường thì trong hàm loop() sẽ là chương trìnhchính, các công việc mà bạn muốn hệ thống Arduino của mình thực hiện

Cách viết chương trình trên IDE

Một chương trình Arduino với hai hàm setup() và loop() sẽ được viết như sau:

Chương trình Blink

Chương trình Blink LED (nháy LED) là đơn giản và nổi tiếng trên Arduino, vì hầu hếtngười lập trình Arduino đều trải qua nó Blink LED thực hiện việc chớp tắt một LED đơn có sẵntrên bo và được kết nối với chân số 13 của Arduino

int led = 13; // số thứ tự của chân Arduino kết nối với LED

// hàm setup sẽ được gọi chạy một lần khi reset

Chương trình giao tiếp với máy tính

Arduino có một điểm vô cùng lợi hại là đã kết hợp cổng nạp và giao tiếp trong một, nghĩa

là sau khi nạp xong ta có thể ngay lập tức giao tiếp với bo để lấy thông tin Để giao tiếp với máytính thì đơn giản bạn sử dụng class Serial có sẵn của Arduino:

• Khởi tạo trong setup:

// Hàm setup chỉ chạy một lần khi bắt đầu khởi động lại

if(Serial.available()){ //Check if have data in Serial Buffer

char inMess = Serial.read(); //Read data from Serial port

Serial.println(inMess); // Print to Serial port when you want send data to computer

}

delay(100); // wait for a little

1.3.4 Nạp bootloader cho arduino

Bootloader là một chương trình nhỏ được nạp sẵn vào chip vi điều (VĐK) khiển trênArduino Bạn lập trình cho Arduino một cách dễ dàng được là nhờ thứ này Nếu không cóbootloader, bạn sẽ không thể upload chương trình lên vi điều khiển trên Arduino theo cách thôngthường được, mà phải cần một số phần cứng khác hỗ trợ (gọi là Programmer)

Nối dây

Bạn hãy nối dây trước theo sơ đồ sau (minh họa giữa 2 mạch Arduino sử dụng vi điều khiểnATmega328)

Hình 1.7: Kết nối dây UNO để nạp bootloader

Chú ý mạch Arduino sử dụng vi điều khiển nào để nối dây cho đúng

Bảng 1: Các chân kết nối để nạp bootloader

Arduino có

bootloader

Arduino chưa

có bootloader(ATmega328/

168/8)

Arduinochưa có bootloader(ATmega32u4)

Arduino chưa

có bootloader(ATmega1280/

2560)

Thao tác

• Mở ví dụ Arduino ISP

• Vào menu Tools -> Boards để chọn mạch Arduino đang có bootloader

• Vào menu Tools -> Serial Port để chọn cổng Serial đang sử dụng

• Vào menu Tools -> Programmer chọn AVR ISP

• Bấm Ctrl + U để upload chương trình

• Vào menu Tool -> Boards để chọn mạch Arduino cần được nạp bootloader

• Vào menu Tool -> Programmer chọn Arduino as ISP

• Vào menu Tools chọn Burn Bootloader

• Đợi cho tới lúc thành công

Sau khi nạp bootloader xong, đèn LED trên cả 2 mạch Arduino nhấp nháy báo hiệubootloader đã được nạp thành công

1.4 Arduino Uno R3:

Arduino Uno R3 là dòng mạch phổ biến nhất trong các dòng mạch Arduino, phiên bản Unonày là Revision 3 (R3) là phiên bản mới nhất hiện giờ, có độ chính xác và độ bền cao hơn rấtnhiều so với arduino uno phiên bản cũ

Arduino UNO R3có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168,ATmega328.Bộ vi điều khiển thông minh này có thể điều khiển led đơn, điều khiển động cơ, xử

lý tín hiệu, thu thập dữ liệu từ các cảm biến để hiển thị lên màn hinh Led LCD,… và nhiều ứngdụng khác

Hình 1.8: Aduino Uno

Thông số kĩ thuật

Điện áp hoạt động 5V – DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi

 GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO R3 Khi bạn dùng các

thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA

 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồnvới chân này và cực âm của nguồn với chân GND

 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chânnày Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này để

sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chânRESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

 Arduino UNO R3 không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do đó bạn phải hết sức cẩnthận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino UNO Việc làmchập mạch nguồn vào của Arduino UNO sẽ biến nó thành một miếng nhựa chặn giấy Tôikhuyên bạn nên dùng nguồn từ cổng USB nếu có thể

 Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các thiết bị khác,không phải là các chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí có thể làm hỏng board.Điều này không được nhà sản xuất khuyến khích

 Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới 6V có thể làmhỏng board

 Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điều khiểnATmega328

 Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của Arduino UNO nếuvượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển

 Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino UNO sẽ làm hỏng

vi điều khiển

 Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của Arduino UNO vượt quá40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển Do đó nếu không dùng để truyền nhận dữ liệu, bạn phảimắc một điện trở hạn dòng.

1.4.2 Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của

vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho bootloadernhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu

 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai báo khi lậptrình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM Tuy vậy,thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi mấtđiện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): đây giốngnhư một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà khôngphải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM

1.4.3 Các cổng vào/ra

Arduino UNO R3 có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mứcđiện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điệntrở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở nàykhông được kết nối)

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữliệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kếtnối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cầngiao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cáchđơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ

cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng

thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết

bị khác

 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset,bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân nàyđược người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, bạn có thể đểđưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5Vvào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V →2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

210-Đặc biệt, Arduino UNO R3 có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI vớicác thiết bị khác.

1.5 Arduino ATmega2560:

Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trước giờ vì không sử dụng FTDI chip điều khiểnchuyển tín hiệu từ USB để xử lý Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2 lập trình như là mộtcông cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB Ngoài ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống ArduinoUno R3 , chỉ khác số lượng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên các bạn vẫn có thể lậptrình cho con vi điều khiển này bằng chương trình lập trình cho Arduino Uno R3

Arduino ATmega2560 có 54 chân digital trong đó có 15 chân có thể PWM., 16 chânanalog , 4 chân UART, PWM 1 thạch anh 16MHz, 1 cổng USB, 1 jack căm điện, 1 đầu ICSP, 1nút reset Arduino ATmega2560 có thể sử dụng với hầu hết các shields được thiết kế cho Uno vàcác bộ vi xử lý như Duemilanove hoặc Diecimila

Hình 1.9: Arduino ATmega2560

THÔNG SỐ KĨ THUẬT:

điều khiển ATmega2560

chuyển đổi được cắm vào mạng lưới điện nhà Ta có thể đấu 2 dây từ 2 cự của pin vào chân GND

và Vin trong khu vực POWER

Các chân trong POWER gồm có:

- Vin: nguồn điện cấp vào mạch khi sử dụng các nguồn điện ngoài Có thể cấp nguồn qua cácchân cắm

-5V: Chân này mặc định cấp đầu ra 5V lấy qua các điện trở từ mạch Mạch có thể hỗ trợ nguồnđiện từ giắc DC ( 7-12V ), giắc cắm USB ( 5V ), hoặc qua chân VIN ( 7 - 12V )

-3.3V: Nguồn 3.3V được cấp trên mạch Dòng tối đa là 50mA

-GND: chân nối đất

-IOREF: Những chân này trên mạch tham khảo điện áp với các hoạt động từ vi điều khiển Cácshield có thể đọc giá trị điện áp từ chân IOREF và chọn nguồn điện hoặc chuyển đổi giá trị điện

áp đầu ra 5V hoặc 3.3V

1.5.3 Chân Input / Output

Với mỗi chân trong số 54 chân (digital) trên Atmega2560 có thể được sử dụng như một đầuvào hay đầu ra, qua việc sử dụng pinMode (), digitalWrite (), và digitalRead () Mỗi chân đó hoạtđộng ở mức 5 volts Mỗi pin có thể cung cấp hoặc nhận tối đa 20 mA và có một điện trở kéo lênbên trong (ngắt kết nối theo mặc định) 20-50 kohms Dòng tối đa 40mA không thể bị vượt quá đểđảm bảo k gây hiệt hại cho vi điều khiển Ngoài ra, một số chân có chức năng khác như:

 Serial: 0 (RX) và 1 (TX).; Serial1:19(RX) và TX(18); Serial2:17(RX) và 16(TX);Serial3:15(RX) và 14(TX) Được sử dụng để nhận (RX) và truyền tải (TX) TTL dữliệu nối tiếp Các chân này được kết nối với các chân tương ứng của ATmega16U2USB-to-TTL và nối tiếp chip

 Ngắt ngoài(2 (interrupt 0), 3 (interrupt 1), 18 (interrupt 5), 19 (interrupt 4), 20(interrupt 3), and 21 (interrupt 2)):Các chân có thể được code để kích hoạt một ngắttrên một giá trị thấp, một xung lên và xuống, hoặc một sự thay đổi về giá trị DùngattachInterrupt () trong thư viện để biết chi tiết

 PWM: pin 2 đến 13 và pin 44 đến 46 Cung cấp 8-bit đầu ra PWM với analogWrite() chức năng

 SPI: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS).Những chân hỗ trợ SPI truyềnthông

 LED: 13 Có một LED kết nối với pin số 13 Khi pin là giá trị cao, đèn LED đượcbật, khi pin là thấp, nó ra

 Arduino Nano có 8 đầu vào tương tự, mỗi trong số đó cung cấp độ phân giải 10 bit

nhiên có thể thay đổi phạm vi của nó bằng cách sử dụng analogReference () chứcnăng Chân Analog 6 và 7 không thể được sử dụng như chân số (digital).

Ngoài ra, một số chân có chức năng khác:

 TWI: 20 (SDA) và 21 (SCL) Hỗ trợ TWI giao tiếp bằng cách sử dụng Wire library

 Aref: Điện áp tham chiếu cho các đầu vào tương tự Được sử dụng vớianalogReference ()

 Reset: Thiết lập lại hệ thống

PHẦN 2: TÌM HIỂU VỀ MÁY CNC2.1 Giới thiệu chung về máy CNC

Máy CNC (Computer Numerical Controlled) là máy công cụ, điều khiển theo một chươngtrình định sẵn Các dữ liệu được cung cấp dưới dạng tập lệnh

2.1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống máy CNC

- Năm 1949: Mẫu đầu tiên của máy NC (Numerical Controlled) do MIT (Việncông nghệ Massachusetts) thiết kế và chế tạo theo đặt hàng của Không lực Hoa kỳ, đểsản xuất các chi tiết phức tạp và chính xác của máy bay

- Năm 1952: Chiếc máy phay đứng 3 trục điều khiển số của hãng Cincinnati

Hydrotel được trưng bày tại MIT

- Những năm 1960:

+ Máy NC được sản xuất và sử dụng trong công nghiệp

+ Các bộ điều khiển số đầu tiên dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, cồng kềnh

và tiêu tốn nhiều năng lượng

+ Chương trình được chứa trong các băng và bìa đục lỗ, khó hiểu và không sửachữa được

+ Giao tiếp người - máy rất khó khăn vì không có màn hình, bàn phím

- Năm 1970:

+ Các linh kiện bán dẫn được sử dụng phổ biến trong công nghiệp

+ Máy NC gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn ít năng lượng hơn,

+ Các băng đục lỗ sau này được thay bằng băng hoặc đĩa từ,

+ Tính năng sử dụng của các máy NC vẫn chưa được cải thiện đáng kể, cho đến khimáy tính được ứng dụng

- Đầu những năm 1970, máy CNC (Computer Numerical Control) ra đời: Các bộ điềukhiển số trên máy công cụ được tích hợp máy tính và thuật ngữ CNC ra đời Máy CNC ưuviệt hơn máy NC thông thường về nhiều mặt

- Tốc độ xử lý cao, kết cấu gọn,

- Ưu điểm quan trọng nhất của chúng là ở tính năng sử dụng, giao diện với người dùng

và các thiết bị ngoại vi khác

Ưu điểm của các máy CNC ngày nay:

- Có màn hình, bàn phím và nhiều thiết bị khác để trao đổi thông tin với ngườidùng

- Nhờ màn hình, người dùng được thông báo thường xuyên về tình trạng của máy, cảnhbáo báo lỗi và nguy hiểm có thể xảy ra, có thể mô phỏng để kiểm tra trước quátrình gia công,

- Có thể làm việc đồng bộ với các thiết bị sản xuất khác như robot, băng tải, thiết bịđo, trong hệ thống sản xuất

- Có thể trao đổi thông tin trong mạng máy tính các loại, từ mạng cục bộ (LAN)đến mạng diện rộng (WAN) và Internet

Hiện nay máy công cụ CNC đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi vào nhiều lĩnh vựccuộc sống nhiều nước trên thế giới Cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ vi xử lý,trung tâm điều khiển của máy CNC hiện đại được điều khiển bởi bộ vi xử lý Nhờ tốc độ

xử lý của các phần tử này mà nhịp độ làm việc của các máy CNC được ghép với chúng không

bị thay đổi Có thể coi sự ra đời của máy CNC là một cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực cơ khíchế tạo máy, đó là một phần tử vô cùng quan trọng trong hệ thống sản xuất linh hoạt Nó gópphần thúc đẩy quá trình tự động hóa nhằm dần dần thay thế vai trò của con người trong quátrình sản xuất

2.1.2 Những đặc điểm cơ bản của máy CNC

- Khả năng tự động hoá cao

- Năng suất gia công cao, thời gian phụ (thay dao, chạy không,…) giảm

- Khả năng đạt độ chính xác cao, tính ổn định cao

- Có khả năng tập trung nguyên công cao, khả năng gia công nhiều bề mặt trongcùng một lần gá

- So với máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (cam, cữ hành trình, trục gàibi…) máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm được thời gian điềuchỉnh máy đạt được tính chính xác cao ngay cả với sản xuất hàng loạt nhỏ

- Một ưu điểm nổi bậc khác chỉ có trong máy CNC đó là phương thức làm việc với

hệ thống xử lý thông tin “điện tử – số hóa” Phương thức này cho phép nối ghép với

hệ thống xử lý số trong phạm vi quản lý xí nghiệp Đồng thời cũng tạo điều kiệncho việc ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên kết cục bộ (LAN) hay mạng liên thông (WAN)

- Máy công cụ CNC tuy có được nhiều ưu điểm so với máy vạn năng nhưngcũng còn có nhược điểm là:

- Không thích hợp với việc gia công những chi tiết đơn giản

- Chi phí cho việc mua sắm trang thiết bị quá cao

- Đòi hỏi người thợ đứng máy phải có một kiến thức tương đối rộng cả về cơkhí, lẫn điện tử khi tiến hành gia công

2.2 Giới thiệu chung về máy phay CNC

2.2.1 Tình hình sử dụng máy CNC ở nước ta

Cho đến nay ở nước ta số lượng máy CNC được sử dụng chưa nhiều Mà phần lớn nhữngmáy được sử dụng là máy phay CNC vì máy này có thể đảm nhận được nhiều công việc như giacông lỗ, rãnh, mặt phẳng, các loại mặt định hình phức tạp Ở nước ta, máy CNC thường dùng đểgia công những nguyên công khó, vì thế giá thành để gia công tương đối cao, đây là nhược điểmcần được khắc phục

Hiện nay, một số trường đại học kỹ thuật cũng đã trang bị được một vài máy CNC phục

vụ cho công tác giảng dạy và học tập Mặc dù số lượng còn rất khiêm tốn và sinh viên cũngkhông có nhiều cơ hội tiếp xúc Gần đây, phong trào tự chế tạo máy CNC (Homemake CNC)đang được nhiều bạn sinh viên cũng như kỹ sư quan tâm

2.2.2 Phân loại máy phay CNC

Tùy thuộc vào vị trí tương đối của trục chính so với các bề mặt làm việc máy người taphân thành hai loại:

- Máy phay CNC có trục đứng: như máy phay đứng, phay Revolve, phay

- khoan, doa tọa độ một phía, hai phía, phay

giường

- Máy CNC có dạng trục ngang: trục chính nằm ngang, dao cắt được đặt trên cơ cấuchứa dao, cơ cấu này có thể có dạng hình mâm cặp hoặc hình băng tải Việc lấydao từ ổ chứa dao và đưa dao từ trục chính vào ổ chứa dao được thực hiện bằng cơcấu tay máy Loại CNC trục ngang có thể gia công được từ nhiều phía

2.2.3 Giới thiệu về một số mẫu mã máy phay CNC đang có trên thị trường

Hình 2.1: Máy CNC XK

- Ưu điểm:

+ Gia công chính xác các loại vật liệu

+ Chạy hoàn toàn tự động (thay dao tự động)

- Nhược điểm:

+ Giá thành cao, khó chế tạo

Hình 2.2 Loại máy phay CNC kiểu Router

+ Không có khả năng thay dao tự động

2.3 Các phương pháp điều khiển trên máy CNC

2.3.1 Điều khiển 2D

Với điều khiển 2D hai trục có thể điều khiển đồng thời Do vậy các dịch chuyển của

máy phay CNC 3 trục, điều khiển 2D, nghĩa là các biên dạng có thể phay theo hai trục còntrục thứ ba phải được tiến dao đặc biệt độc lập với hai trục kia.

Hình 2.3 Điều khiển 2D

2.3.2 Điều khiển 21/2D

Điều khiển 21/2D tạo ra các chuyển động của dụng cụ cắt trong nhiều mặt phẳng, bằngcách nội suy chuyển đổi giữa một trong ba mặt phẳng chính Tất cả 3 trục được điều khiểntrong điều khiển 21/2D tuy nhiên trong mỗi mặt phẳng luôn luôn chỉ có hai trục được điềukhiển đồng thời Trục thứ ba gọi là trục tiến dao Tuỳ thuộc vào mặt phẳng gia công đượcchọn mà các trục khác nhau được điều khiển đồng thời Do vậy, các chuyển động có thể có cácmặt phẳng sau:

Ba trục được nội suy đồng thời trong điều khiển 3D, nhờ đó các chuyển động của dụng

cụ cắt được thực hiện trong không gian theo kích thước ba chiều Qua đó có khả năng gia công được các biên dạng phức tạp, ví dụ như chế tạo dao cắt, chế tạo khuôn mẫu gia công trong một lần kẹp Ngày nay hầu hết các máy công cụ được điều khiển bằng 3D