NguyÔn tiÕn sü

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------

Ngun tiÕn sü

ThiÕt kÕ hƯ thèng cÊp phôi tự động
CÔNG NGHệ CƠ KHí

cho máy đột dâp Md 160

LUN VN THC S KHOA HC
ngành: công nghệ cơ khí

2006 - 2008
HÀ NỘI - 2008


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------

Ngun tiÕn sü

ThiÕt kÕ hƯ thèng cÊp ph«i tù động
cho máy đột dâp Md 160

Chuyên ngành: công nghệ chế tạo máy

LUN VN THC S KHOA HC
ngành: công nghệ cơ khÝ

h­íng dÉn khoa häc: PGS.ts. ngun träng doanh

HÀ NỘI - 2008


LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC
Họ và tên:

Nguyễn Tiến Sỹ

Ngày, tháng, năm sinh:

Giới tính:

27.07.1977

Nam

Nơi sinh:

Thái Bình

Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Giảng viên
Đơn vị cơng tác:


Khoa cơ khí trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:
Khoa cơ khí trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Điện thoại cơ quan:

…..

Nhà riêng:

04.22416228/ 22407214

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
1. Trung học chun nghiệp:

Khơng

2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy,Thời gian đào tạo từ: 1998
Nơi học:

đến 2003

ĐHBK-HN

Nghành học: Chế tạo máy
Tên đồ án:

Thiết kế QTCN chế tạo khuôn ép sản phẩm nhựa


Ngày và nơi bảo vệ đồ án: 29/05/2003
Người hường dẫn: TS Nguyễn Trọng Doanh
3. Thạc sỹ:
Thời gian đào tạo từ: 10/2006
Nơi học:

đến

11/2008

Trường Đại học bách khoa Hà Nội – Hà Nội

Nghành học: Công nghệ Chế tạo máy
Tên luận văn: …..
Ngày và nơi bảo vệ luận văn: 14/11/2008 tại Khoa cơ khí - Trường ĐHBK Hà Nội
Người hường dẫn: TS Nguyễn Trọng Doanh
Trình độ ngoại ngữ:
Anh văn, trình độ C


III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TT NGHIP I
HC

Thi gian

Ni cụng tỏc

Cụng vic m nhim

11/2003


ĐHCN-HN

Giáo viên

Đến nay

Nt

nt

IV. CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ
…..

Ngày 06 tháng 11 năm 2008
NGƯỜI KHAI KÝ TÊN

Nguyễn Tiến Sỹ


1

Lời cảm ơn
Trước tiên tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn
trọng doanh người hướng dẫn khoa học đà tận tình chỉ bảo tôi trong suốt

quá trình làm luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban lÃnh đạo Khoa Cơ khí, Trung tâm Việt
Nhật Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, công ty TNHH Chế tạo cơ khí Đức
Nhật cùng các bạn bè đồng nghiệp đà tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong qúa

trình nghiên cứu.
Hà nội, ngày 30 tháng 10 năm 2008
Học viªn

Ngun TiÕn Sü


2

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan rằng những nội dung trong luận văn này là trung thực
và là công trình nghiên cứu của tôi.

Hà nội, ngày 30 tháng 10 năm 2008
Häc viªn

Ngun TiÕn Sü


3

Lời nói đầu
Ngày nay kỹ thuật tự động hoá xâm nhập và phát triển mạnh mẽ vào
nhiều lĩnh vực hoạt ®éng cđa ®êi sèng x· héi. Tù ®éng ho¸ ®em lại những
hiệu qủa rõ rệt trong sản xuất như: tăng năng suất lao động, nâng cao tính
đồng đều của chất lượng sản phẩm, tiết kiệm vật liệu, cải tiến điều kiện lao
động nhất là trong môi trường độc hại, thay thế các động tác đơn thuần, lặp lại
của con người...
ứng dụng tự động hoá trong ngành nghề chế tạo máy với kỹ thuật điều

khiển theo chương trình số đà cho ra đời các hệ thống máy công cụ CNC mở
ra bước phát triển mới cho gia công cơ khí, các hƯ thèng CAD/CAM cho phÐp
thiÕt kÕ kÕt cÊu lËp tr×nh và tự động gia công với sự trợ giúp của máy vi tính.
Nhờ sự phát triển của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic có
khả năng lập trình PLC đà xuất hiện vào năm 1969 thay thế các hệ thống điều
khiển rơ le. Càng ngày PLC càng trở nên hoàn thiện và đa năng. Các PLC
ngày nay không những có khả năng thay thế hoàn toàn các thiết bị điều khiển
logic cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương tự.
Các PLC được sử dụng rộng rÃi trong công nghiệp do mét sè lý do sau:
- Tèn Ýt kh«ng gian: Mét PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu
chuẩn hay tủ điều khiển rơ le để thực hiện cùng một chức năng.
- Tiết kiệm năng lượng: PLC tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, ít hơn
tất cả các máy tính thông thường.
- Giá thành thấp: Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơ le, nhưng nó
có khả năng thay thế hàng trăm rơ le.
- Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được
làm từ các vật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ,


4

độ ẩm, rung động và nhiễu nhờ CPU của PCL được cách ly với hệ thông
bên ngoài.
- Giao diện trực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống
phức tạp để có thể giao tiếp với môi trường công nghiệp. Trong khi đó
các PLC có thể giao diện trực tiếp nhờ các mô đun vào ra I/O.
- Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ
đồ thang, tương tự như sơ đồ đấu dây của các hệ thống điều khiển rơ le
thông thường.
- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi

nhanh chóng và dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới
vào PLC bằng bộ lập trình trực tiếp, bằng thẻ nhớ, truyền qua mạng.
Vận dụng những kiến thức đà học ở trường ĐHBK-HN và công tác
thực tế cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của TS. Nguyễn Trọng Doanh. Em
đà tổng hợp được một khối lượng kiến thức nhất định. ứng dụng công nghệ
điều khiển PLC vào việc cải tiến hệ thống cấp phôi tự động cho máy đột dập
MD160 phục vụ thiết thực cho sản xuất thực tế và trong công tác giảng dạy về
chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy tại trường ĐHCN-HN.
Vì điều kiện nghiên cứu và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên đề tài
này không thể tránh khỏi thiếu sót.
Rất mong được sự góp ý của thầy, cô và các bạn!
Em xin trân thành cảm ơn !
Häc viªn

Ngun TiÕn Sü


5

Phụ lục
TT

Danh mục
0B

Chương1: Nghiên cứu lý thuyết cơ bản về máy công cụ

Trang
1


điều khiển theo chương trình số
1.1:Tổng quan về máy công cụ cnc

1

1.1.1

Nghiên cứu tổng quan về các thế hệ máy công cụ điều khiển 1
theo chương trình số...............................................................

1.1.2

Sơ đồ nguyên tắc cấu trúc của máy CNC...............................

3

1.1.3

Kết luận và yêu cầu kỹ thuật cơ bản đối với máy công cụ
CNC.......................................................................................

5

1.2: Nghiên cứu hệ thống điều khiển máy đột dập cnc

7

Sơ đồ hệ thống.......................................................................

7


Phân tích hệ điều khiển..........................................................

7

1.2.1.1 Khối máy tính........................................................................

8

1.2.1.2 Khối giao tiếp RS232.............................................................

13

1.2.1.3 Khối mạch logic và công suất................................................

15

1.2.1.4 Khối cảm biến vi điều khiển..................................................

25

1.2.1

1.2.1.5 Khối MCU.............................................................................. 43
1.3: Phân tích cấu trúc điều khiển máy đột dập CNC
(loại CP-1250 hÃng Taift, đài loan)
1.3.1

Thông số kỹ thuật của máy đột dập CNC CP-1250...............


44

1.3.2

Tính năng điều khiển của máy đột dập CNC CP-1250..........

47

1.3.3

Phân tích cấu trúc điều khiển của máy ®ét dËp CNC ............ 50


6

1.3.3.1 Hệ thống dịch chuyển phôi..................................................... 50
1.3.3.2 Hệ thống thay ®ỉi chµy cèi ®ét............................................... 53
1.3.3.3 HƯ thèng ®iỊu khiĨn ỉ quay tù ®éng....................................... 55
1.3.3.4 HƯ thèng ®iỊu khiĨn trơc chÝnh.............................................. 57
Chương 2: phân tích tính toán yêu cầu kỹ thuật của

61

hệ thống cấp phôi
2.1

Cơ sở của việc nghiên cứu thiết kế hệ thống cấp phôI............ 61

2.1.1


Khảo sát sản phẩm của nhà máy ...........................................

61

2.1.2

Khảo sát kết cấu máy ...........................................................

61

2.1.3

Khảo sát hệ thống cấp phôI.................................................... 61

2.2

Những ưu điểm khi thiết kế hệ thống cấp phôI sử dụng kỹ
thuật PLC...............................................................................

2.3

Tính toán thiết kế hệ thống cấp phôi ..................................... 62

2.3.1

Hệ thống truyền động vít me đai ốc bi (ball screw)............... 63

2.3.2

Động cơ dẫn động................................................................... 65


2.3.3

Hệ thống đo đường dịch chuyển............................................. 66

2.3.4

Hệ thống dẫn động định hướng.............................................. 68

2.3.5

Hệ thống kẹp chặt phôi........................................................... 68

2.3.6

Tính toán thiết kế hệ thống bàn đỡ phôi................................. 69

62

Chương 3: Chương trình ®iỊu khiĨn PLC
3.1

Lùa chän hƯ thèng ®iỊu khiĨn vµ trun động.......................

3.2

Thông số của thiết bị trong hệ thống điều khiển ................. 75

3.3


Chương trình điều khiển......................................................... 82
Kết luận chung .......................................................................

73


7

phần mở đầu
I. lý do chọn đề tài
Hiện nay, ở Việt nam máy công cụ CNC đà được trang bị rất nhiều ở
các cơ sở sản xuất. Mặc dù hiệu quả trong gia công nhưng giá trị kinh tế lại rất
đắt tiền do đó không phải doanh nghiệp sản xuất cơ khí nào cũng có thể đầu tư
được. Các máy công cụ truyền thống thì lại không đáp ứng nhu cầu sản xuất
thực tế đặt ra.
ứng dụng tự động hoá trong ngành nghề chế tạo máy với kỹ thuật điều
khiển theo chương trình số đà cho ra đời các hệ thống điều khiển NC, CNC,
PLC cho phép cải tiến, nâng cấp các máy công cụ mở ra bước phát triển mới
cho ngành gia công cơ khí.Giả quyết bài toán tối ưu cho các doanh nghiệp
theo hướng tự động hoá quá trình sản xuất.
Do đó việc ứng dụng kỹ thuật điều khiển PLC trong việc cải tiến hệ
thống cấp phôi cho máy đột dập truyền thống là một yêu cầu thiết thực và cần
thiết đối với điều kiện sản xuất ở ViƯt Nam hiƯn nay.
ii. mơc tiªu nghiªn cøu
Mơc tiªu chÝnh của luận văn là ứng dụng kỹ thuật điều khiển PLC để
cải tiến hệ thống cấp phôi cho máy đột dập MD160. Thiết kế mới hệ thống
truyền động cơ khí, bàn đỡ phôi và hệ thống đo lường dịch chuyển.
iii. đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu sản phẩm, kết cấu của máy và đưa
ra giải pháp cải tiến hữu hiệu nhất.



8

- Phạm vi nghiên cứu: Do điều kiện thời gian nên luận văn chỉ dừng lại
ở nghiên cứu và chuẩn bị hồ sơ kỹ thuật làm cơ sở cho quá trình áp dụng thực
tế về sau.
iv. ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
ý nghĩa khoa học

Bằng cách nghiên cứu cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận văn
đà đưa ra được mối quan hệ cơ bản giữa hệ thống điều khiển PLC S7 -200 ăn
khớp với các môdul truyền động cơ khí làm cơ sở để cải tiến hệ thống cấp
phôi một cách hợp lý.
ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn nh­ sau:
-

Gióp cho viƯc lùa chän hƯ thèng ®iỊu khiĨn phù hợp với mục
tiêu sản xuất đặt ra.

-

Cung cấp giải pháp truyền động, đo lường và hệ thống bàn đỡ
phôi hiệu quả nhất.

-

Làm cơ sở cho việc nghiên cứu ứng dụng các khía cạnh khác

tiến tới tự động hoá quá trình sản xuất.

-

Giảm được chi phí đầu tư cho doanh nghiệp mà vẫn đảm bảo
được năng suất và chất lượng s¶n phÈm.


9

Chương 1:
Nghiên cứu những lý thuyết cơ bản về máy công
cụ điều khiển theo chương trình số
1. 1 tổng quan về máy CNC
1.1. 1 Nghiên cứu tổng quan về các thế hệ máy công cụ điều khiển theo
chương trình số.
Máy điều khiển theo chương trình số gồm hai khối chính là máy công cụ
thực hiện chức năng gia công cơ và hệ thống điều khiển số, điều khiển máy
công cụ theo chương trình đà định sẵn. Quá trình phát triển của bộ phận điều
khiển số đà tạo ra những thế hệ máy công cụ ngày càng phát triển.
ã NC (Numerical Control).
Điều khiển máy công cụ theo chương trình số, thông tin được ghi lại
trong chương trình điều khiển bằng ký tự là con số, chữ cái hay các ký tự đặc
trưng khác. Vật mang tin đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điều
khiển số, nó chứa đựng những thông tin hình học và công nghệ của quá trình
gia công ở dạng mà hoá. Vật mang tin truyền thông tin điều khiển của chương
trình làm việc, bởi vậy cần có mật độ thông tin lớn đảm bảo mang được lượng
thông tin cực đại mà tốn ít năng lượng nhất.
Đầu tiên máy NC dùng băng đục lỗ có dung lượng15 bit/cm2. Với dung
lượng này lượng thông tin chưa đáp ứng được, ngoài ra còn có một số điểm

yếu như độ bền kém, dễ hư hỏng, hạn chế về độ tin cậy, khi cần sửa chữa hay
thay đổi phải làm lại từ đầu rất tốn thời gian. Khắc phục những hạn chế trên
vật mang tin được thay thế bằng băng từ với dung lượng1250 bit/cm2. Băng từ
có dung lượng khá lớn nhưng lại dễ nhiễm bẩn và dễ bị xoá. Nhìn chung hệ
thống điều khiển các khối chức năng vẫn dùng các mạch logic nối cứng trong
từng block. Chúng phải liên hệ trực tiếp với các kết cấu điều khiển tương tự
như van từ, role, công tắc ngắt... Phần điều khiển còn tách rời với xử lý do đó


10

kích thước máy cồng kềnh, độ tin cậy thấp do còn ảnh hưởng của môi trường
(nhiệt độ, độ ẩm, rung động cơ học...). Dần dần hệ thống điều khiển NC được
thay thế bằng hệ thống điều khiển CNC.
ã CNC (Computerize Numerical Control).
Hệ thống điều khiển số với sự cài đặt nội tại cụm vi xử lý (àp) trực tiếp
vận hành xử lý số và điều khiển. Với sự phát triển mạnh mẽ công nghệ thông
tin và máy tính, hệ thống máy CNC ra đời trên cơ sở máy NC. Sự tiÕn bé cđa
CNC lµ cã sù can thiƯp trùc tiÕp của cụm vi xử lý mà không dùng liên hệ logic
ghép cứng như NC. Các chức năng điều khiển và quá trình xử lý tính toán
được các cụm vi tính toán đảm nhiệm từng phần hoặc toàn bộ. Một chương
trình hệ thống CNC được cài đặt sẵn trong máy tính, thông qua các phần mềm
hệ thống như chương trình giải mà hệ điều hành. Chương trình mà các chức
năng CNC riêng lẻ sẽ được thực hiện. Vật mang tin trong thế hệ máy CNC có
thể là đĩa từ, đĩa compact hay sư dơng c¸c bé nhí cđa m¸y vi tÝnh ngoại vi.
ã DNC (Direct Numerical Conrtol).
Hệ thống điều khiển số phân phối từ một máy tính duy trì dữ liệu các
chương trình NC và phân phối chúng tới từng máy công cụ riêng lẻ trong
nhóm máy CNC để đáp ứng nhu cầu của các đơn vị điều khiển máy thoong
qua một mạng liên kết giao tiếp cục bộ. Hệ thống điều khiển DNC là một máy

tính điều khiển lưu trữ và lập các chương trình hoạt động, nó như thư viện
chương trình cung cấp thông tin cho nhiều máy CNC riêng biệt. Hệ thống này
có ưu điểm là truyền dữ liệu nhanh, tin cậy, phát huy tốt khả năng của máy
công cụ điều khiển số. Nhược điểm là toàn bộ hoạt động của hệ thống phụ
thuộc vào tình trạng làm việc của trung tâm điều khiển. Mọi trục trặc của máy
tính chủ đềukéo theo sự ngưng trệ của cả hệ thống.
ã FMS (Flexible Manufacturing System).
Hệ thống gia công linh hoạt, có khả nâưng gia công cá chi tiết khác nhau
trong một họ chi tiết với số lượng và thứ tựgc t ý, dï trong ®iỊu khiĨn gia


11

công nhỏ vẫn đạt hiệu quả kinh tế. Mọi hệ thống gia công linh hoạt gồm có
một hoặc nhiều trung tâm gia công CNC, các hệ thống vận chuyển chi tiết và
dụng cụ, máy tính của hệ điều khiển trung tâm là thiết bị chỉ huy. Đối với hệ
thống gia công linh hoạt làm việc tự động không cần người vận hành cần phải
thêm các thiết bị theo dõi và đo lường tự động trên máy.
Trong phạm vi đề án dưới đây chỉ xin trình bàynhững vấn đề đi sâu
nghiên cứu về máy công cụ CNC. Hệ máy bây giờ có màn hình hiển thị có độ
phân giải cao, có khả năng mô phỏng và đồ hoạ động (Graphic) cho phép
người dùng máy quan sátvà thay đổi chương trình dễ hơn. Điều đó làm thay
đổi lớn tới kết cấu của máy công cụ, những thiết bị cồng kềnh được thay thế
bởi những mạch vi điện tử có kích thước nhỏ gọn và công năng tác dụng lớn
gắn liền trong cấu trúc của máy.
1.2. Sơ đồ nguyên tắc cấu trúc của máy CNC.
Điều khiển theo chương trình số là phương pháp tự động điều hành máy
công cụ thông qua các dữ liệu ở dạng mà Chữ cái + con số và các ký tự đặc
trưng. Đó là con đường can thiệp sâu và trực tiếp của các quá trình xử lý
thông tin trong hoạt động sản xuất trên cơ sở ứng dụng tin học. Đây là phương

pháp tự động hoá các chức năng của máy với tính linh hoạt cao thể hiện ở sự
thích ứng dễ dàng với các việc gia công khác nhau.
Từ bản vẽ chế tạo chi tiết và những số liệu kỹ thuật, số liệu công nghệ
yêu cầu, chương trình gia công được thiết lập gồm từng bước chương trình kế
tiếp nhau. Chương trình được số hoá và ghi vào vật mang tin bởi một Cốt mÃ
tương thích, quá trình trên được gọi là xử lý số ngoài máy tiếp theo là quá
trình số bên trong. Các dữ liệu ghi trên vật mang tin được bộ đọc tiếp nhận
phân phối các hệ lệnh (tạo hình và công nghệ) đến các bộ xử lý tương ứng sau
quá trình nội suy thông tin được chuyển đổi sang tín hiệu tương tự, đóng vai
trò là giá trị cần của vị trí bàn máy (trong hệ lệnh về hướng chuyển dịch).


12

Kết quả so sánh giá trị Cần- Thực đưa ra lượng sai khác cC và trở
thành tín hiệu điều khiển cung cấp cho hệ thống truyền động, quá trình cứ tiếp
diễn cho đến khi chênh lệch gặp giá trị Cần- Thực bằng 0, lúc đó vị trí các
cơ cấu chấp hành của máy đạt được giá trị mong muốn. Tín hiệu điều khiển
không còn nữa, hệ truyền động ngừng lại.
Bản vẽ
Xử lý số bên
ngoài

Lập trình
Vật mang tin
Vật mang tin

Xử lý số bên
trong


Đọc
Nhớ
Nội suy

Hệ lệnh đường

GT cần
So sánh

Truyền
động

Hệ lệnh đóng

Bàn máy

a- Đường tác dụng kín

Điều khiển

GT
Động cơ
bước

Bàn máy

HT

b- Đường tác dụng hở


Hình1.1 : Sơ đồ xử lý thông tin trong máy công cụ điều khiển số


13

Quá trình trên thực hiện theo nguyên tắc đường tác dụng kín (thể hiện
trên hình 1.2.a). Hệ điều khiển số còn điều khiển theo nguyên tắc đường tác
dụng hở, trong ®ã ngn trun ®éng chđ u dïng ®éng c¬ b­íc ở đây thông
tin được chuyển thẳng đến hệ tuyền động thông qua cụm điều khiển, đóng vai
trò là giá trị cần khi kết thúc chuyển động được ngay kết quả không cần so
sánh với giá trị thực. Đối với hệ lệnh đóng ngắt quá trình cũng diễn ra tương
tự, chúng được ghi nhớ và truyền đạt đến các khâu điều chỉnh với chu kỳ làm
việc thích hợp.
1.3. Kết luận và yêu cầu cơ bản đối với máy công cụ CNC.
Máy công cụ điều khiển theo chương trình số là bước phát triển lớn
trong lĩnh vực tự động hoá ngành chế tạo máy, nó tạo ra những khă nâưng đặc
biệt và có những ưu điểm vượt trội so với máy công cụ vạn năng thông
thường. Máy cho phép cắt với tốc ®é lín, gi¶m thêi gian phơ tíi møc tèi ®a do
tính năng tự động nên năng suất rất cao. Tính linh hoạtcủa máy thể hiện rõ
trên cơ sở việc thay đồic đơn giản và có thể thực hiện ở máy. Máy gia công
với độ chính xác cao do nguyên tắc điều khiển theo chương trình số đảm bảo
độ chính xác lặp lại, đặc biệt máy có khả năng khai thác tối đa các chế độ cắt
tối ưu cũng như các øng dơng tiªn tiÕn cđa kü tht kiĨm tra tÝch cực.
Với những trung tâm gia công CNC tính tập trung nguyên công rất cao,
có thể gia công một số lượng lớn các bề mặt chi tiết mà không phải thay đổi vị
trí hoặc gá đặt.
Để đảm bảo phát huy các ưu eđiểm trên, máy công cụ CNC phải có độ
cứng vững cao và độ tin cậy cao, truyền được mô men cắt và các vị trí số điều
khiển tới cơ cấu công tác một cách nhanh chóng chính xác vơí năng lượng tiêu
hao ít nhất. Do vậy kết cấu của máy phải có những yêu cầu sau:

ã Hệ thống truyền động chạy dao phải có những khe hở nhỏ nhất tới mức
có thể. Muốn vậy xích chạy dao phải càng ngắn càng tốt. Dùng những cơ cấu


14

truyền động có hiệu suất cao và không có khe hở như vít ve đai ốc, cơ cấu tự
động khử khe hở trong bộ truyền.
ã Hệ truyền động phải có gia tốc lớn, tác động nhanh, có phạm vi điều
chỉnh tốc độ rộng, truyền được tải trộng lớn và giảm mô men quán tính chi tiết
chuyển động.


- 17 -

1.2 nghiên cứu hệ thống điều khiển máy đột dập cnc

Sơ đồ hệ thống điều khiển

Máy tính

RS232

Các Sensor

MCU
AT89C52
Mạch số &
Công suất


2 Động cơ
Bước (X , Y)

Đóng mở van thủy
lực(đầu búa)

Hình1.2 : Sơ đồ hệ thống điều khiển máy ®ét dËp CNC
1.2.1. Ph©n tÝch hƯ ®iỊu khiĨn :
HƯ ®iỊu khiĨn kÝn bao gåm c¸c bé phËn sau:
1.2.1.1 Khèi m¸y tính
Nhiệm vụ:
* Thu thập dữ liệu gia công từ người vận hành .
* Lưu trữ, xử lí dữ liệu và néi suy.
* Trun d÷ liƯu ra giao tiÕp nèi tiÕp RS 232
* Mô phỏng chuyển động của bàn máy và đầu búa.
* Thu dữ liệu phản hồi từ MCU truyền qua giao tiÕp RS 232 ®Ĩ kiĨm tra.
1.2.1.2 Khèi giao tiÕp RS 232:
NhiƯm vơ: Khèi giao tiÕp dïng ®Ĩ trun dữ liệu. Chuyển đổi mức logic
của máy tính thành mức logic cña MCU.


- 18 -

M¸y tÝnh
MCU

Møc logic 1

Møc logic 0


-5V -> -15V

5V -> 15V

2,5V -> 5V

0V

1.2.1.3 Khèi MCU:
MCU : Micro Controller Unit. Khối điều khiển chính
Nhiệm vụ:
* Thu thập dữ liệu gia công đà được tính toán truyền ra được máy tính.
* Tùy theo dữ liệu gia công MCU điều khiển khối mạch logic và mạch
công suất thực thi đúng theo dữ liệu gia công.
* Đọc dữ liệu số từ sensor trong quá trình gia công thì đọc dữ liệu từ
các sensor để biết vị trí của bàn máy của đầu búa và từ đó điều khiển đầu búa,
bàn máy chạy, nhả hay phanh.
*Truyền dữ liệu phản hồi về máy tính để kiểm tra, xử lí để phối hợp
nhịp nhàng các chuyển động của máy.
1.2.1.4Khối mạch logic và mạch công suất:
Nhiệm vụ:
* Chịu điều khiển của khối MCU.
* Điều khiển 2 động cơ bước quay số bước góc xác định.
1.2.1.5 Khối cảm biến:
* Sensor:
Xác định vị trí của trục X, trục Y, hành trình của đầu búa. Truyền vào
MCU, MCU truyền vào máy tính để xử lí.
1.2.2 Khối máy tính:
1.2.21 Giới thiệu:
Khối máy tính đươc lập trình bằng Visual Basic 6.0 trong bộ Visual Studio 6.0

của Microsoft.VB là một ngôn ngữ bậc cao, mạnh ,đa phương diện, được sử
dụng rất rộng dÃI từ hệ quản trị cơ sỏ dữ liệu, các ứng dụng của Internet,các
hệ nhúng hay ngay cả trong điều khiển nã cịng tá ra cã thÕ m¹nh.


- 19 -

1.2.2.2 Ưu điểm của VB :
- Có thể tạo được giao diện window một cách đơn giản, nhanh chóng.
- Đặc biệt là cấu trúc câu lệnh của VB rất gần với ngôn ngữ con người nên
khi lập trình các thuật toán được giảI quyết khá dễ dàng.
Do ngôn ngữ này khá phổ biến,cấu trúc lệnh đơn giản, thủ thuật lập trình có
thể tham khảo ở rất nhiều tàI liệu và giới hạn về thời gian của đề tàI cho nên
xin không giới thiệu về Visual Basic mà xin ®­a ra c¸c tht to¸n cđa khèi
m¸y tÝnh.
1.2.2.3 C¸c kÝ hiệu trong sơ đồ thuật toán:
- dX là khoảng cách theo trục X giữa các điểm cần gia công trên đường
thẳng. dX được nhập vào từ giao diện.
- là góc giữa đường thẳng chứa các điểm cần gia công với trục X- được
nhập tư giao diện.
- Data(n) là một mảng để lưu chiều , byte cao, byte thấp của số xung cần
cho động cơ bước trục x và trục y chạy.Gia công 1 điểm cần 6 phần tử của
Data(n) để lưu trữ. Data(n) Data(n+5)
- Các biến DeltaX và DeltaY lưu giá trị là khoảng cách giữa các điểm cần
gia công theo phương X và Y.
- Do động cơ bước mỗi bước là 0,90 nên quay 1 vòng 360 ®é mÊt 400 b­íc.
- T lµ b­íc vit (mm) víi đường kính vít me là 12 mm theo tiêu chuẩn T=4
mm
- Một số nguyên Integer được lưu trữ bằng 16 byte. Dữ liệu truyền chỉ được
8 byte một lần.Số xung được lưu trong Data(n) phảI được chia đôI ra làm byte

thấp và byte cao để truyền xang MCU sau đó MCU lại tính lại.Lấy byte cao
bằng cách chia Data(n) cho 256 = 28 (1 byte= 8 bit) lấy phần nguyên bỏ phần
dư. Lấy byte thấp bằng cách. Lấy số xung trừ đI byte cao x 255 để ra số dư
còn lại.
1.2.2.4 Sơ đồ thuật toán khối máy tính:


- 20 -

Đọc dữ liệu từ giao diện
Đếm=1
Nội suy điểm:

DeltaX=Xđiểmkế Xbànmáy
DeltaY=Yđiểmkế Ybànmáy

Sai

Data(n)=1

Đúng

Data(n)=0

Lấy chiều
DeltaX >0
Lấy byte cao
Data(n+1) =| DeltaX|*400\(T*28)
Lấy byte thấp
Data(n+2)= Int(| DeltaX|*400 /(T) –Data(n+1)*28)


Data(n+3)=1

Sai

§óng

Data(n+3)=0

LÊy chiỊu
DeltaY >0
LÊy byte cao
Data(n+4) =| DeltaY|*400\(T*255)
LÊy byte thấp
Data(n+5)= Int(| DeltaY|*400 /(T) Data(n+4)*28)
Tăng đếm lên 1

Đúng

Hình1.3 : Sơ đồ thuật toán nội suy điểm

Truyền Data(0)
..Data(n) ra COM1


- 21 -

Nội suy điểm
điểm đầu tiên.
Nội suy đường thẳng:


Đếm n=1
DeltaX= dX
DeltaY=tg(α) . dX
LÊy chiÒu
DeltaX >0

Data(n)=1

LÊy byte cao
Data(n+1) =| DeltaX|*400\(T*256)
LÊy byte thÊp
Data(n+2)= Int(| DeltaX|*400 /(T) –Data(n+1)*28)
LÊy chiÒu
DeltaY >0

Data(n+3)=1

LÊy byte cao
Data(n+4) =| DeltaY|*400\(T*28)
Lấy byte thấp
Data(n+5)= Int(| DeltaY|*400 /(T) Data(n+4)*28)
Tăng đếm lên 1

Sai

Đúng

Truyền Data(0)
..Data(n) ra COM1


Hình1.4 : Sơ đồ thuật toán nội suy ®­êng


- 22 -

Nội suy điểm đầu tiên

Nội suy mảng:

Đếm y=0
Đếm x=0
Tăng y=y+1
Tăng x=x+1
DeltaX= dX
DeltaY= dY

ChiềuX: Data(x)=x%2
Byte cao: Data(x+1) = (DeltaX*400)\(T*28)
Byte thÊp:Data(x+2) = (DeltaX*400)\(T)-Data(x+1)*28
ChiÒuY : Data(x+3) = 0
Byte cao: Data(x+4) =0
Byte thÊp: Data(x+5) =0

x = sè
®iĨm
ngang

Data(6*y +1) = 0 Data(6*y +2) = 0
Data(6*y +3) = 0 Data(6*y +4) = 1

Data(6*y +1) = (DeltaY*400)\(T*28)
Data(6*y +1) =(DeltaY*400)\(T)-Data(x+1)*28

.

y = số
điểm
dọc

Truyền ra cổng
COM

Hình1.5 : Sơ đồ thuật toán nội suy mảng


- 23 -

1.2.3 Khèi giao tiÕp víi m¸y tÝnh:
1.2.3.1 Giíi thiệu về các giao tiếp:
* Việc giao tiếp giữa máy tính và MCU có thể dùng nhiều phương pháp. Như
dùng cæng song song, giao tiÕp USB, cæng nèi tiÕp.
* Dïng cỉng song song th× 8 bit trun 1 lóc nh­ng chỉ dùng với khoảng
cách ngắn do dễ bị nhiễu hơn nữa cáp truyền phảI dùng nhiều dây. Trong khi
truyền bằng cổng nối tiếp thì không bị nhiễu, khoảng cách truyền xa, cáp nhỏ
gọn.
* Đối với giao tiếp qua cổng nối tiếp( cổng COM) thì giao diện RS232
là phổ biến và th­êng dïng cæng COM 1.Giao tiÕp b»ng cæng nèi tiÕp thì
dữ liệu được truyền từng bit nối tiếp nhau trên một đường truyền dẫn.Dữ
liệu được truyền dưới dạng mà ASCII.
1.2.3.2 Giới thiệu về cổng COM:

Các chân của cổng COM như sau:
Chân cổng COM

Kí hiệu

Chức năng

Mô tả

1

DCD

Lối vào

Data Carrier Detect

2

RXD

Lối vào

Receive Data

3

TXD

Lối ra


Transmit Data

4

DTR

Lối ra

Data Terminal Ready

5

GND

Nối MASS

Nối đất (0V)

6

DSR

Lối vào

Data Set Ready

7

RTS


Lèi ra

Request to Send

8

CTS

Lèi vµo

Clear to Send

9

RI

Lèi vµo

Ring Indicator

ViƯc truyền và nhận dữ liệu thông qua hai chân TxD và RxD. Các chân còn
lại của cổng COM không phảI ứng dụng nào cũng dùng đến.Tín hiệu số từ
cổng COM ở mức +12 V và -12V không tương thích với điện áp TTL(0V và
5V) cho các IC ở các mạch ®iƯn tư do ®ã ph¶I dïng IC MAX 232 cđa h·ng