DOC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY KHẮC VẠCH CNC TRÊN CHI TIẾT QUANG HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY KHẮC VẠCH CNC TRÊN CHI TIẾT QUANG HỌC

Hiện nay các vấn đề về quân sự và an ninh quốc phòng đang nhận được sự quan tâm đáng kể. Trên cơ sở quán triệt và triển khai thực hiện đường lối chủ trương phát triển Khoa học- Công nghệ của Đảng và nhà nước. Khoa học - Công nghệ quân sự đẩy mạnh nghiên cứu, phát triển công nghệ trên rất nhiều lĩnh vực. Trong đó, khí tài quang là một trong những hướng đi nghiên cứu và phát triển hợp lý với trình độ công nghệ, điều kiện kinh tế của nước ta. Kính khắc vạch là một trong những khí tài quan phù hợp với khả năng nghiên cứu và điều kiện ngay tại trường Đại học.
Nhiệm vụ chính của đề tài là tìm hiểu nguyên lý cấu tạo và hoạt động của các máy CNC 3 trục. Tính toán thiết kế máy khắc vạch CNC trên các chi tiết thủy tinh quang học, dựa trên nguyên lý các máy CNC 3 trục. Thực hiện tính toán, lựa chọn các cơ cấu cơ bản của máy: hệ động lực, hệ dẫn động, hệ dẫn hướng, hệ khung cho 3 trục của máy, hệ dao khắc. Thiết kế mạch điện điều khiển ba trục của máy sử dụng vi điều khiển PIC16F877A kết nối máy tính thông qua cổng RS232, xây dựng giao diện điều khiển bằng phần mềm Mathlab. Kết hợp tìm hiểu thêm điều khiển máy bằng BOB Mach3 2.3. Thực tế đã xây dựng được mô hình có khả năng khắc vạch trên các chi tiết quang học: Ø100 mm, bán kích cong Rmin= 100 mm, độ dày hmax= 10 mm, với vùng gia công: 200x200 mm, độ rộng nét khắc sáp trên bề mặt thủy tinh: 0,015 – 0,025 mm, độ chính xác: 0,005 mm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí – Trịnh Chất – Lê Văn Uyển
2. Chi tiết cơ cấu chính xác – tập 1 – Nguyễn Trọng Hùng
3
4. Build Your Own CNC Machine - James Floyd Kelly & Patrick Hood-Daniel

--------

DANH MỤC HÌNH ẢNH 7
DANH MỤC BẢNG BIỂU 11
LỜI NÓI ĐẦU 12
Tạ Minh Hoàng 13
Vương Đình Cương 13
CHƯƠNG 1 14
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VẠCH TRÊN THỦY TINH QUANG HỌC 14
1 1 Giới thiệu chung về kính khắc vạch 14
1.1.1 Kính khắc vạch để ngắm 15
1.1.2 Kính khắc vạch để đo 16
1.1.3 Kính khắc vạch chuyên dụng 16
1.2 Các phương pháp chế tạo vạch 18
1.2.1 Phương pháp khắc cơ khí 20
1.2.2 Phương pháp khắc cơ hóa 21
1.2.3 Phương pháp khắc cơ-chân không 22
1.2.4 Phương pháp chụp ảnh 22
1.3 Các loại máy dùng để khắc vạch trên kính 23
1.4 Yêu cầu đối với vạch khắc và kính khắc vạch 25
1.4.1 Các yêu cầu đối với vạch khắc 25
1.4.2 Yêu cầu đối với thủy tinh làm kính khắc vạch 29
1.4.3 Các yêu cầu đối với các chất phủ bảo vệ mặt kính: 31
1.4.4 Yêu cầu đối với dao khắc: 32
CHƯƠNG 2 34
THIẾT KẾ HỆ CƠ KHÍ 34
2.1 Tổng quan về hệ cơ khí 34
2.1.1 Các đặc điểm của máy CNC 34
2.1.2 Tổng quan về máy khắc kính 35
2.2 Các phương án cho mô hình thiết kế 36
2.2.1 Hệ khung máy: Kết cấu sơ bộ của máy 36
2.2.2 Hệ động lực: Động cơ dẫn động các trục: Sử dụng động cơ bước (Stepping Motor) 37
2.2.3 Hệ dẫn động: Truyền chuyển động của động cơ: 37
2.2.4 Hệ dẫn hướng: 38
2.3 Tính toán chọn hệ dẫn động trục Y ( bàn máy ) 38
2.3.1 Kết cấu bộ truyền vitme đai ốc bi 39
2.3.2 Tính toán chọn hệ dẫn động trục Y 40
2.3.3 Tính toán chọn hệ dẫn động trục X 51
2.3.4 Tính toán chọn thiết bị dẫn động trục Z 52
2.4 Kết cấu tổng thể của máy 53
2.5 Các thành phần cấu tạo cơ bản của máy. 54
2.5.1 Hệ động lực: truyền động cho các trục tọa độ, tạo ra các dịch chuyển. 54
2.5.2 Hệ dẫn động : biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. 55
2.5.3 Hệ dẫn hướng 57
2.5.4 Hệ thống khung định hình máy 57
2.6 Tính toán thiết kế đầu dao khắc 60
2.6.1 Tính toán thiết kế lựa chọn lò xo 61
2.6.2 Tính toán lựa chọn dao khắc 62
CHƯƠNG 3 65
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 65
3.1 Mạch điện sử dụng Breakout Board CNC V2.3. 65
3.1.1 Động cơ bước. 66
3.1.2 Driver điều khiển động cơ bước. 71
3.1.3 Mạch đêm BOB V2.3 77
3.1.4 Cấu trúc cổng LPT ( cổng song song) 79
3.1.5 Sơ đồ đấu dây mạch điện BOB-Driver-Motor. 82
3.2 Mạch điện sử dụng vi điều khiển pic 16f877a. 83
3.2.1 Động cơ bước 84
3.2.2 Driver 85
3.2.3 Vi điều khiển 16f87aa. 85
3.2.3 Cổng giao tiếp RS232. 91
3.2.4 Sơ đồ nối dây tổng quát sử dụng vi điều khiển pic 16f877a. 96
3.3 Kết quả sơ đồ mạch điện kết hợp 16f877a với BOB V2.3. 97
CHƯƠNG 4 100
XÂY DỰNG PHẦN MỀM 100
4.1 Điều khiển máy khắc vạch CNC bằng Mach3 100
4.1.1 Phần mềm Mach 100
4.1.2 Chức năng của mạch điều khiển Mach3 sử dụng trong máy 101
4.1.3 Giới thiệu về BOB Mach3 2.3 102
4.1.4 Phần mềm điều khiển 103
4.2 Xây dựng giao diện trên Matlab điều khiển Pic16F877A 121
4.2.1 Giới thiệu phần mềm matlab 121
4.2.2 Phần mềm đọc G-code. 123
4.2.3 Phần mềm PIC 16F877A 123
4.2.4 Sơ đồ thuật toán 123
4.2.5 Giao diện trên Matlab điều khiển Pic16F877A 125
CHƯƠNG 5 127
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 127
5.1 Hình ảnh thực tế 128
5.2 Sai số dịch chuyển 130
5.2.1 Kiểm tra độ chính xác qua các bước dịch chuyển 1mm liên tục 0-20 mm 130
5.2.2 Kiểm tra độ chính xác của máy khi chạy bước 1mm 20 lần. 131
5.2.3 Đo sai số của dịch chuyển bước 1mm theo chiều thuận và nghịch. 131
5.2.4 Kết quả đo khi dịch chuyển bước 10mm thuận và nghịch. 132
5.3 Một số kết quả đạt được 133
KẾT LUẬN 137
TÀI LIỆU THAM KHẢO 138
PHỤ LỤC 139
Phụ lục 1: Code chương trình CCS cho Pic16F877A 139
Phụ lục 2: Code Matlab điều khiển 3 trục của máy khắc 146
Hàm dịch chuyển: 146
Hàm tính đường thẳng 148
Hàm nạp G-code 151
Hàm tính hệ số 152
Hàm làm tròn 153
Hàm điều khiển chính 153