Nghiên Cứu Hệ Thống điều Khiển Số Trên Máy Công Cụ Cnc - Tài Liệu Text

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (131 trang)

Trang chủ

Luận Văn - Báo Cáo

Kinh tế - Quản lý

nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ cnc

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.59 MB, 131 trang )

Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)LỜI TỰACác nước phát triển trên thế giới, sự đột phá về khoa học kỹ thuật đã giúphọ tìm ra những kỹ thuật tiên tiến áp dụng trong sản xuất, chế tạo. Nhằm tạo ranhững công cụ giảm sức lao động của con người mà năng suất, hiệu quả kinh tếđạt ở mức độ cao. Trong ngành chế tạo máy thì không ngừng đổi mới nhữngtính năng của các máy, quá trình tự động hoá, các phần mềm ứng dụng tin họcđược đưa vào trong kỹ thuật chế tạo. Do vậy các thiết bị sản xuất được tự độnghoá cao nhờ sự hỗ trợ của hệ thống điều khiển số bằng máy tính đã có mặt ởcác nhà máy, xí nghiệp,……Trong chế tạo máy từ những máy thông thường đã dần được cải tiến nhờđiều khiển số, lúc đầu xử dụng hệ điều khiển NC dùng để điều khiển tự độngmột chuỗi lệnh kế tiếp liên tục. Thế hệ sau của NC là hệ điều khiển số CNCdùng các cụm vi xử lý thông qua máy tính để thực hiện một cách tự động cácmáy công cụ, bằng các chương trình được lập trước. Thời kỳ đổi mới đất nước ta đã chủ trương phát triển ngành công nghiệpnặng, trong đó ngành cơ khí chế tạo được quan tâm, và không ngừng đổi mớicác trang thiết bị để năng cao chất lượng và tính ưu việt của sản phẩm. Do vậycác máy điều khiển số đang được sử dụng rộng rãi ở nước ta để chế tạo cơ khí,đặc biệt áp dụng để chế tạo các khuôn mẫu chính xác, các chi tiết phục vụ trongcông nghiệp Quốc Phòng. Các máy công cụ điều khiển số còn được dùng trongcông tác nghiên cứu khoa học và đào tạo, qua các lớp đào tạo về máy điềukhiển số ta có thể tìm hiểu vận hành và sử dụng chúng để nâng cao trình độ ápdụng trong sản xuất có hiệu tối đa nhất.Dưới đây em xin trình bày toàn bộ nội dung đồ án tốt nghiệp “Nghiêncứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC”. Để hiểu sâu hơn về máycông cụ điều khiển số, trong thuyết minh em trình bày các phần sau:Chương I: Khái niệm cơ bản về điều khiển số & máy công cụ CNC. - 1 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)Chương II: Bộ nội suy và hệ thống truyền động cơ khí trong máy điềukhiển số.Chương III: Lập trình trên máy công cụ điều số theo ngôn ngữ ISO vàlập trình trên máy phay DMU 60 – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngônngữ DINPLUS) và các chương trình gia công.Phụ lục: Một số chương trình gia công trên máy phay TNC426 (dùngngôn ngữ DINPLUS). - 2 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)CHƯƠNG IKHÁI NIỆN CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐVÀ MÁY CỘNG CỤ CNCĐ1: KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ I. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN, TRÌNH ĐỘ HIỆN TẠI CỦA NGÀNHMÁY CÔNG CỤ CNC. 1. Quá trình phát triển.Ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp liêntục, mà chúng được ứng dụng trong các máy điều khiển NC ngày nay, thực ra đãđược phát kiến từ thế kỷ 14, bắt đầu từ những cụm chuông được điều khiển bởicác trục đục lỗ.Năm 1808, Joseph M Jacquard dùng những tấm tôn đục lỗ điều khiển tựđộng các máy dệt. Những “vật mang tin thay đổi được” đã ra đời.Cuối những năm 1940, Học viện công nghệ MIT ( Massachusetts Instituteof Technology ) của Hoa Kỳ thực hiện dự án nghiên cứu kỹ thuật điều khiển số.Năm 1953 – Công bố sáng chế máy phay điều khiển theo chương trình sốNC.Năm 1959 máy công cụ NC được triển lãm đầu tiên ở Pari, trình bàynhững máy NC đầu tiên ở Châu Âu.Từ sau năm 1960, bóng đèn điển tử được thay thế bởi các phần tử bán dẫnđiện tử rời rạc điốt ( đèn hai cực ) và Tranzito ( đèn ba cực ). Nhưng đa sốnhững linh kiện này vẫn đòi hỏi thể tích chiếm chỗ đủ lớn, còn rất nhiều mỗihàn và các ổ cắm (giao điện ) vừa tốn kém trong chế tạo và hạn chế độ tin cậy - 3 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)trong vận hành và điều khiển.Thông tin điều khiển ghi trên băng đục lỗ, dunglương thấp, khi gia công cho nhiều chi tiết giống nhau vẫn phải đọc băng đục lỗcho từng lân gia công. Khi thay đổi chương trình điều khiển đòi hỏi phải cải tiếnhay làm lại băng đục lỗ.Trong những năm 70 ngành điều khiển số nhanh chóng ứng dụng trongcác thành tựu phát triển của kỹ thuật vi điện tử , vi mạch tích hợp. Những hệ NCsử dụng các bản mạch logic nối cứng được thay thế bởi các hệ điều khiển có bộnhớ và dung lượng đủ lớn. Do nối ghép các cụm vi tính vào hệ điều khiển số màphần cứng có nhiệm vụ chuyên dùng trước đây được thay thế bằng các phầnmềm linh hoạt hơn. Dung lượng nhớ ngày càng được mở rộng, tạo điều kiện lưutrữ trong hệ điều khiển số trước hết là những chương trình đơn lẻ sau đó là cảmột thư viện chương trình, lại có thể thay đổi được chương trình đã lập một cáchdễ dàng thông qua cấp lệnh bằng tay, thao tác trực tiếp trên máy.Năm 1972, các tủ điều khiển NC đầu tiên có cài đặt các cụm vi tính chếtạo hàng loạt đưa ra một thế hệ mới các thiết bị NC cài đặt các cụm vi tính cócông năng mạnh mẽ hơn. Thế hệ này được nhanh chóng thay thế bởi các cụmđiều khiển CNC cài đặt ( Microproessor ). Năm 1984 hệ điều khiển CNC có công năng mạnh được trang bị các côngcụ trợ giúp lập trình “ garaphic ”. Tiến thêm một bước phát triển mới lập trìnhtại phân xưởng sản xuất.Những năm 1986 – 1987 các giao diện tiêu chuẩn hóa ( Inteface ) mở racon đường tiến tới các xí nghiệp tự động trên cơ sở một hệ thống trao đổi thôngtin liên thông : CIM ( Computer Integrated ManufaeTuring ).2. Trình độ hiện tại.Các chức năng tình toán trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện hơnvà đạt độ xử lý cao do tiếp tục ứng dụng những thành tựu phát triển của các bộvi xử lý Pµ. Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lýđa chức năng, dùng cho mục đích điều khiển khác nhau. - 4 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)Vật mang tin từ băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ tiến tới đĩa compact ( CD) códung lượng nhớ ngày càng mở rộng, độ tin cậy và tuổi thọ ngày càng cao.Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành hệ CNC( Computer Numerical Control ) đã tạo điệu khiện ứng dụng máy công cụ CNCngay cả trong xí nghiệp nhỏ không có phòng lập trình riêng. Nghĩa là người điềukhiển có thể lập trình trực tiếp trên máy. Dữ liệu lập vào nội dung lưu trữ, thôngbáo về tình trạng hoạt động của máy công cụ chỉ dẫn cần thiết cho người điềukhiển được hiện trên màn hình.Màn hình ban đầu chỉ là đen trắng với các ký tự chữ cái và con số thìngày nay đã dùng màn hình màu có độ phân giải cao (có thêm toán đồ họa vàhình vẽ mô phỏng tĩnh hoặc động quá trình gia công của chi tiết). Biên dạng củachi tiết gia công và chuyển động của dao đều được hiển thị trên màn hình.Các hệ CNC riêng lẻ có thể ghép mạng cục bộ hay có thể mở rộng quản lývà điều hành một cách tổng thể hệ thống sản xuất của một xi nghiệp hay của mộttập đoàn công nghiệp … Với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi của tin học vào ngành cơ khí, cùngvới xu hướng con người đang có nhu cầu tìm các lọai vật liệu thông minh mớinhằm thay đổi các loại vật liệu sản xuất trước đây, thì trong tương lai ngành cơkhí còn có nhiều những bước phát triển đột phá khác nhằm đem lại hiệu quảkinh tế cao phục vụ và đáp ứng tốt nhu cầu của xã hội.II. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ.2.1 Điều khiển kỹ thuật. Điều khiển kỹ thuật là lý thuyết cơ bản của kỹ thuật tự động hóa, bao gồmcác khoa học về điều khiển, điều chỉnh, nhớ, sử lý và chuyển giao thông tin.Điều khiển kỹ thuật nghiêm cứu các quy luật xuất hiện trong : Quá trình thiết lậphoặc trong quá trình hoạt động.Các hệ thống làm việc tự động, gọi chung là hệ thống công tác. Một hệthống công tác bao gồm hàng loạt hệ thống thành phần và hàng loạt các mỗi - 5 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)quan hệ giữa hai hay nhiều khâu hoặc nhiều quá trình. Một hệ thống công tácphải có một hay nhiều đầu vào và đầu ra, thông qua đó hệ thống công tác có thểtrao đổi vật chất, năng lượng và thông tin với môi trường bên ngoài.2.2 Điều khiển tự động hóa máy công cụ.Điều khiển tự động hoá máy công cụ được thể hiện qua các chức năngsau:- Khởi động, dẫn dắt và kết thúc các chuyển động.- Biến đổi tốc độ, số vòng quay, biến đổi lực, mô men hay biến đổi côngsuất tác dụng.- Thực hiện định vị các cụm máy với độ chính xác yêu cầu để bảo đảm vịtrí tương quan giữa dao và phôi.- Bộ điều khiển bao gồm một hay nhiều xích điều khiển, chúng gắn liềnmột hay nhiều mạch điều chỉnh.Các xích điều khiển và mạch điều chỉnh làm việc với các bộ khuyếch đạicông suất. Ở đầu vào của bộ điều khiển, công suất thường thấp, nhưng ở đầu ra,công suất điều khiển lại cao hơn nhiều. Năng lượng này sẽ được khuếch đại từnguồn khác. Bởi vậy giữa các đại lượng đầu vào và đầu ra xuất hiện sự “ trễ “về thời gian. Thời gian trễ phụ thuộc vào lực quán tính và các trở kháng (nhưma sát trượt và lăn, điện trở công suất, các hiệu ứng cảm ứng điện từ ).Quá trình làm việc của một máy công cụ, thì từng bước nguyên công đượcthực hiện theo một trình tự không gian và thời gian xác định, với sự xắp đặt cótính quy luật, rất chặt chẽ và chính xác giữa các chuyển động và thiết bị đóng/ngắt. Gọi đó là chương trình làm việc cuả máy. Bộ điều khiển máy công cụ cónhiệm vụ thực hiện chương trình này một cách tự động.Trong điều khiển theo chương trình có :- Điều khiển khởi động và phanh hãm.- Điều khiển tốc độ, điều khiển đổi chiều. - 6 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)- Điều khiển đo đường dịch chuyển… Các lệnh điều khiển được chia thành :Hệ điều khiển đóng/ ngắt: Với hệ điều khiển này thường tác động khi xácđịnh về chiều và độ lớn của các tốc độ dịch chuyển trên các đoạn đường dịchchuyển.Hệ lệnh điều khiển đường: Thông tin đường dịch chuyển thường tác độngkhi xác định độ lớn của chiều dài hành trình cần thực hiện.Ngoài ra còn có các lệnh đóng/gắt cho các thiết bị phụ hoạt động trongchức năng hộ trợ kèm theo.Năng lượng tác dụng trong các bộ điều khiển, có thể thực hiện bằng cơkhí, khí nén, thủy lực, điện và điện tử hoặc là sự phối hợp các dạng năng lượngnày để tạo ra một dạng năng lượng tối ưu dùng cho bộ điều khiển. Mỗi dạngnăng lượng đều có những ưu, khuếch điểm riêng, với các nhiêm vụ khác nhaumà ta có thể lựa chọn các dạng năng lượng thích hợp, đảm bảo tính kinh tế.2.3 Định nghĩa điều khiển.Là quá trình xảy ra trong một hệ thống giới hạn, trong đó một hay nhiềuđại lượng là đại lượng đầu vào, các đại lượng khác nhau là các đại lượng đầu ra,chúng tác động và ảnh hưởng đến hệ thống theo những quy luật riêng.2.4 Điều khiển số NC (Numerical Control).Là hệ thống điều khiển đặc trưng bởi các đại lượng đầu vào là những tínhiệu số nhị phân, chúng được đưa vào hệ thống điều khiển dưới dạng mộtchương trình điều khiển có hệ thống. Trong điều khiển số ứng dụng cho máycông cụ, các đại lượng đầu vào là những thông tin, dữ liệu hay số liệu nhập vào.- Điều khiển NC: Đặc tính của hệ điều khiển này là “ chương trình hóacác mỗi liên hệ “, trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác địnhmột nhiệm vụ nhất định, liên hệ giữa chúng phải thông qua những dây nối hàncứng trên các mạch logic điều khiển. - 7 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)- Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng.2.5 Điều khiển CNC (Computerized Numerical Control).Là một hệ thống điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ. Nó bao hàm mộtmáy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý ( microprocessor) kèm theo các bộ nhớngoại vi. Đa số các chức năng điều khiển đều được giải quyết thông qua phần mềmnghĩa là các chương trình làm việc có thể thiết lập trước.2.6 Điều khiển đọc.Điều khiển đọc bao quát cả quá trình đọc tin. Nó kiểm tra các thông tin đãđược đọc về tính đúng đắn của hình thức cấu trúc tin (tính chẵn của số bit trongmã số ISO) và ngừng ngay quá trình đọc khi phát hiện các cấu trúc tin bị lỗi.2.7 Bộ nhớ chương trình. Bộ nhớ chương trình đảm bảo chuẩn bị và thực hiện các bước xử lý songsong (xử lý đồng thời) các thông tin của một công đoạn gia công vốn đã đượcđọc vào theo thứ tự từng bước (dạng chuyển động, tọa độ điểm kết thúc chuyểnđộng, tốc độ trên đường biên dạng, số vòng quay và chiều quay của trục chính).2.8 Thông tin hình học. Là hệ thống thông tin điều khiển các hệ thống chuyển động tương đốigiữa dao cụ và chi tiết liên quan trực tiếp tới quá trình tạo hình bề mặt, còn gọilà thông tin về đường dịch chuyển (hình dạng đường sinh và đường chuẩn củabề mặt hình học muốn tạo ra trên đường dịch chuyển).2.9 Thông tin công nghệ (Technologual information).Là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với những giá trịcông nghệ yêu cầu: Chuẩn hóa các gốc tọa độ, chọn chiều sâu lát cắt, tốc độchạy dao, số vòng quay trục chính, chiều quay trục chính vị trí xuất phát của daođóng hay ngắt mạch tưới dung dịch trơn nguội, mạch đo lường kiểm tra…2.10 Biểu thị thông tin qua tín hiệu. - 8 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)Một thông tin có thể được trình bày bằng những giá trị hoặc diễn biến giátrị của thông số tín hiệu.Hệ thống tín hiệu chỉ chấp nhận những giá trị số – rời rạc – xác định gọilà các tín hiệu số.III. NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH VÀ CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN SỐTRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC Nguyên lý làm việc của máy công cụ CNC.Hệ thống điều khiển số CNC có một máy tính giúp người đứng máykhông chỉ khởi động chương trình NC mà còn:- Viết và đưa chương trình vào máy.- Biến đổi các chương trình đã đưa vào máy.Các kích thước của dụng cụ và của thiết bị kẹp phôi có thể được đưa vàohệ thống CNC khi đặt số liệu mà không phụ thuộc vào chương trình NC. Cáckích thước này được thực hiện tự động khi gia công. Do đó người đứng máy cầnrất ít thông tin về bản vẽ, khi cần thiết có thể tự chọn dụng cụ và thiết bị kẹpchặt. Ta nhận thấy không có sự khác nhau cơ bản giữa hệ thống NC và CNC vềngôn ngữ lập trình và công nghệ gia công trên máy công cụ. Do các hành độngđều được sản sinh trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng mã chữ cái cộng cáccon số và ký tự đặc trưng.Máy công cụ điều khiển theo chương trình số là những máy công cụ làmviệc với các hệ thống ngắt và hệ lệnh đường dịch chuyển trên cơ sở cung cấp cácdữ liệu của công nghệ gia công cắt gọt ở dạng mã nói trên. Những hệ lệnh nàyđược tổ chức theo một chương trình gia công chặt chẽ chính xác. Nguyên lýhoạt động của hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC được thể hiện nhưtrên hình 1:  Quá trình xử lý bên ngoài: Từ bản vẽ chế tạo, những thông số kỹ thuật và số liệu công nghệ yêu cầuđể gia công chi tiết, được đưa vào chương trình gia công với các bước gia công - 9 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)kế tiếp nhau. Những chương trình gia công chi tiết được số hoá và ghi vào vậtmang tin bởi một mã (code) tương thích, để phân biệt với bộ nhớ nôị tại vậtmang tin còn gọi là bộ nhớ ngoại vi. Vật mang tin có thể là băng đục lỗ được ghivà đựơc đọc ra một cách tuần tự với tốc độ đọc 120 ký tự/ giây, băng từ (casset)là những dải băng có khả năng nhiễm từ quấn trong một casset và nó có tốc độđọc từ 400 đến 3000 ký tự/ giây hoặc đĩa từ (disk) có ưu điểm là khai thácnhanh, trực tiếp, đựơc lựa chọn tự do với tốc độ đọc từ 4000 đến 300000 ký tự/giây. - 10 – Nghiờn cu h thng iu khin s trờn mỏy cụng c CNC (mỏy phay) - 11 Bàn máyBộ so sánhtđsố bên b ớcBàn máyHT đoHệ thống đóng/ngắtGT cầnGT thựcGT cầnĐ cơ Lập trìnhĐiều khiểnBộ nội suyNhớĐọcBản vẽVật mang tinVật mang tin(a)(b)Xử lý ngoài trongsố bên Xử lý b) Đ ờng tác dụng hởa) Đ ờng tác dụng kínNghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)Hình 1: Sơđồ hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC. Qúa trình xử lý bên trong:Tiếp theo là quá trình xử lý bên ngoài là quá trình xử lý bên trong. Các dữliệu ghi trên vật mang tin được tiếp nhận thông qua bộ đọc, bộ đọc có nhiệm vụkiểm tra các thông tin đã được đọc về hình thức cấu trúc tin (tính chẵn của số bíttrong mã số ISO) và ngừng ngay quá trình đọc khi phát hiện cấu trúc tin bị mắclỗi. Các thông tin đuợc bộ đọc kiểm tra và đọc song được chuyển vào bộ nhớ.Bộ nhớ chương trình đảm bảo chuẩn bị và thực hiện chuẩn bị các bước songsong (xử lý đồng thời) các thông tin của một công đoạn gia công vốn đã đượcđọc vào theo thứ tự từng bước (dạng chuyển động, toạ độ của điểm kết thúcchuyển động, tốc độ trên đường biên dạng, số vòng quay và chiều quay trụcchính), dung lượng của các bộ nhớ trong các hệ CNC hiện đại cho phép nộidung thông tin của nhiều chương trình con được lưu trữ cùng một lúc trong bộnhớ.Từ bộ nhớ các thông tin chương trình gia công được chuyển qua bộ nộisuy, bộ nội suy có nhiệm vụ tính toán hiệu chỉnh để đảm bảo các dữ liệu củachương trình đọc vào là phù hợp. Bộ nội suy tính toán tọa độ của các điểm trên - 12 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)đường dịch chuyển dọc theo biên dạng cần, đoạn biên dạng giữa điểm khởi xuấtvà điểm kết thúc mà toạ độ của chúng đã được đưa vào chương trình, để hìnhthành nên biên dạng của chi tiết cần gia công trong một dung sai xác định. Cáctín hiệu điện được bộ đọc chuyển đổi từ các thông tin cần đưa vào thành tín hiệutương tự (tín hiệu điện), tín hiệu này hình thành giá trị “Cần” của vị trí bàn máy(trong hệ lệnh về hướng dịch chuyển). Giá trị “Cần” được dẫn tới bộ so sánhtheo một tuần tự điều khiển xác định. Các giá trị “ Cần“ qua bộ so sánh hìnhthành giá trị “Thực” về vị trí bàn máy, nó được thu thập thông qua hệ thống đolường dịch chuyển và cũng được dẫn tới bộ so sánh .Kết quả đưa ra từ bộ so sánh giá trị “ Cần - Thực” trở thành những tínhiệu điều khiển tự động cấp cho hệ thống truyền động, nhằm đạt tới vị trí chínhxác mong muốn của bàn máy. Đến khi kết quả so sánh cặp giá trị “ Cần - Thực”bằng “ Không”, tín hiệu điều khiển không còn nữa và hệ thống truyền độngngừng lại.Quá trình trên đây được thực hiện trên nguyên tắc đường tác dụng “ kín”(hình1a). Còn trên hình1b, lại mô tả một hệ điều khiển theo nguyên tắc đườngtác dụng hở. Ở đây, các thông tin đã ghi nhận được truyền động thẳng tới hệtruyền động thông qua cụm điều khiển. Giá trị “ Thực” không được thu thập vàphản hồi trên đường tác dụng “hở”. Đối với hệ lệnh đóng/ ngắt quá trình cũngdiễn ra tượng tự, chúng được ghi nhớ, xử lý và truyền đạt tới các khâu điềuchỉnh và những chu kỳ làm việc thích hợp .3.2 Các dạng điều khiển trong điều khiển số. Các dạng máy công cụ khác nhau, các bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏinhững chuyển động tương đối rất khác nhau giữa dao cụ và chi tiết gia công.Các dạng điều khiển số đó cũng được phân thành: điều khiển điểm, điều khiểnđoạn thẳng hay đường thẳng và điều khiển biên dạng phi tuyến (contour). - 13 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)3.2.1 Điều khiển điểm. Cho phép xác định vị trí dụngcụ theo các điểm đã lập trình vớihành trình chạy nhanh của dụng cụ vàdụng cụ không ăn vào phôi. Chuyểnđộng trên các trục riêng lẻ, lúc nàykhông có rằng buộc bởi quan hệ hàmsố và tốc độ của các yếu tố định vịkhông phụ thuộc vào các yếu tố côngnghệ. Điều khiển điểm - điểm chủ yếu dùng trong các máy khoan, doa, hànđiểm. Hình 2: Điều khiển điểm - điểm.Khi dụng cụ chạy tới các điểm đích dao bắt đầu cắt. Mục đích cần đạt làcác kích thước của các lỗ gia công so với hai trục X, Y phải chính xác, còn cácquỹ đạo chuyển động của dao hay bàn máy đều không có ý nghĩa lắm (hình 2).Vị trí của các lỗ có thể được điều khiển đồng thời trên hai trục X, Y, quỹ đạolàm với một trong hai trục một góc α tương ứng với hai trục đó hoặc có thểđiều khiển kế tiếp nhau, tức là theo hai trục riêng rẽ.3.2.2 Điều khiển đoạn hay đường thẳng. XZZYX(a)(b) Hình 3: Điều khiển đường thẳng trên máy tiện, máy phay CNC. - 14 – ZYXNghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay) Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụcắt thực hiện một lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó. Điều khiểnđường thẳng cho phép bên cạnh dịch chuyển nhanh định vị, còn có một dịchchuyển song song với chiều trục của dụng cụ cắt với lượng chạy dao yêu cầu,khi đó dao ăn vào phôi. Hình 3a là sơ đồ chạy dao trên máy tiện dụng cụ cắt chuyển độngsong song hoặc vuông góc trục của chi tiết so với trục Z. Trên hình 3b thể hiệnsơ đồ máy phay, dụng cụ cắt chuyển động song song với trục X. Trong cả haitrường hợp trên dụng cụ cắt chuyển động độc lập theo từng trục tức không cóquan hệ rằng buộc hàm số. Dạng điều khiển này dùng cho máy phay và máy tiệnđơn giản.3.2.3 Điều khiển theo biên dạng. Nếu giữa điểm bắt đầu mộtchuyển động và điểm kết thúc nó cầnsản sinh ra một biên dạng có ràngbuộc bởi các quan hệ hàm số (tuyếntính hay phi tuyến) thì điều khiển sốthực hiện chuyển động như vậy thuộcdạng điều khiển biên dạng ( Contour).Dạng điều khiển này đòi hỏiphải có các truyền động biệt lập, điềuchỉnh được vị trí theo thời gian thực trên mỗi trục tọa độ và đảm bảo quan hệphụ thuộc hàm số với các Hình 4: Điều khiển biên dạng trên máy phayCNC.chuyển động đồng thời trên các trục khác. Giá trị cần – ứng với một vị trí tứcthời trên một trục – phải được tính toán một cách tuần tự đúng với ràng buộchằng số của biên dạng cần gia công. - 15 – ZYXNghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)Ví dụ trên hình 4 là quá trình phay biên dạng trên máy phay.Trongtrường hợp trên dụng cụ cắt chuyển động đồng thời theo hai trục để tạo ra mộtbiên dạng vừa có phần thẳng vừa có phần cong. Trong đó các chuyển động theocác trục có quan hệ hàm số rằng buộc với nhau. Dạng điều khiển này ứng dụngtrên các máy tiện, máy phay và các trung tâm gia công (máy công cụ tự độngđa chức năng có quá trình trao đổi dao tự động, thực hiện nhiều công nghệ khácnhau như khoan, phay, cắt ren, tiện rộng, ).Tuỳ theo số trục được điều khiểnđồng thời khi gia công để phân biệt thành điều khiển contour 2D, điều khiểncontour 2,5D và điều khiển 3D (D = Dimension hay kích thước).a) Điều khiển contour 2D.Điều khiển contour 2D cho phép cácdịch chuyển của dụng cụ cắt theo đườngthẳng và cung tròn, dựa vào hai trục cố định.Nếu một máy CNC có ba trục và sựđiều khiển contour 2D, thì trục thứ ba chỉ cóthể được điều khiển không phụ thuộc vàohai trục kia. Trên hình 5, lượng ăn dao đượcđiều khiển theo trục Z còn phay biên dạng làsự kết hợp giữa hai trục X, Y. Hình 5: Điều khiển 2D.b) Điều khiển contour 2,5D.Cho phép các dịch chuyển của dụng cụtheo đường thẳng và theo cung tròn trong mộtsố mặt phẳng làm việc, nhưng chỉ có thể cóhai trục hoà hợp với nhau với sự lưu ý tới cácchuyển động giữa chúng.Trên máy phay CNC có ba trục X, Y, Zsẽ điều khiển được đồng thời hoặc X và Y - 16 – ZYXYZXNghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)hoặc X và Z hoặc Y và Z. Trên các máy phay điều đó có nghĩa là sự ăn dao cóthể thực hiện Hình 6: Điều khiển 2,5D. theo b ấtkỳ 1 trong 3 trục, trong khi đó giữa hai trục kia dùng sử dụng để phay contour.Hình 6, thể hiện các chức năng trên. Như vậy thông qua chức năng G ( G17, G18, G19 ) của chương trình giacông ta có thể chuyển từ bề mặt gia công này sang bề mặt gia công khác.c) Điều khiển contour 3D. Cho phép đồng thời chạy dao theo cả ba trục X, Y, Z, ( cả ba trục chuyểnđộng hòa hợp với nhau hay có quan hệ ràng buộc bằng hàm số ). Ta thấy trênhình 7, biên dạng đuợc gia công theo cả ba trục đều có lượng chạy dao theochúng tạo thành. Điều khiển contour 3D được ứng dụng rộng để gia công cáckhuôn mẫu chính xác, gia công các bề mặt không gian phức tạp. - 17 – YZXNghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay) Hình 7: Điều khiển 3D.Đ2: KHÁI NIỆM VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC.I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC. Là thế hệ máy công cụ được điều khiển theo chương trình số viết bằngmã số ký tự chuyên dùng khác, trong đó hệ thống điều khiển có cài đặt các bộ vixử lý micropocessor (pµ) làm việc với các chu trình thời gian từ 1 đến 20pµ cóbộ nhớ tối thiểu 4 Kbyte, đảm nhiệm các chức năng cơ bản của chương trìnhđiều khiển số như : Tính toán trên các trục điều khiển theo thời gian thực, giámsát các trạng thái của máy tính toán các giá trị chỉnh lý dao cụ, tính toán nội suytrong điều khiển quỹ đạo biên dạng (tuyến tính và phi tuyến tính) thực hiện sosánh giá trị Cần - Thực.1. Các đặc điểm kết cấu của các máy công cụ điều khiển CNC so vớimáy công cụ thông thường.1.1 Máy cộng cụ thông thường. - 18 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)Khi thực hiện gia công trên máy thông thường người công nhân thườngphải dùng tay để điều khiển máy, người công nhân căn cứ vào phiếu nguyêncông để cắt gọt chi tiết nhằm đảo bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra Khi gia công trên máy phay thông thường thì năng suất và chất lượng sản phẩmphụ thuộc vào rất nhiều tay nghề của công nhân, nếu so với các máy điều khiển số thìmáy công cụ thông thường còn rất nhiều hạn chế, tuy nhiên máy công cụ thông thườngvẫn được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam với lý do giá thành thấp và thuận tiện cho côngviệc sửa chữa và cho nền sản xuất còn đang ở trình độ thấp.1.2 Máy công cụ CNC .Thế hệ sau của máy công cụ thông thường là máy NC (máy điều khiển số), vớiyêu cầu ngày càng tăng để đưa ra những sản phẩm có chất lượng, gia công hàng loạttrên một máy công cụ. Chính vì thế mà máy công cụ CNC ra đời là bước phát triển từmáy NC. Các máy CNC có một máy tính để thiết lập phần mềm để điều khiển chứcnăng dịch chuyển của máy. Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và đượclưu trữ vào trong bộ nhớ, khi gia công máy tính đưa các câu lệnh vào điều cũng có khảnăng bù chiều dài và đường kính dụng cụ… Tất cả các chức năng trên đều được nhờmột phần mềm của máy tính, các chương trình lập ra đều có thể được lưu trữ vào đĩacứng hoặc đĩa mềm. So với máy công cụ thông thường thì máy công cụ CNC có khảnăng tự động - 19 – Nghiờn cu h thng iu khin s trờn mỏy cụng c CNC (mỏy phay) Hỡnh 8: mỏy phay thụng thng v mỏy phay CNC. - 20 Vítme đai ốc bi (trục Y)Truyền động chạy dao (Động cơ AC, DC)Bảng điều khiển có màn hìnhHệ thống đo đ ờng dịch chuyểnTruyền động chínhCác tay quayThân máyCụm trục chínhBàn máyTruyền động trục chính(Động cơ AC, DC)Truyền động chạy dao(Động cơ AC, DC)Vítme đai ốc bi (trục X)Vítme đai ốc bi (trục Z)Truyền động chạy dao(Động cơ AC, DC)Thân máyBàn máyMáy phay thông th ờngMáy phay CNCNghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)hoá, độ chính xác cũng như chất lượng sản phẩm khi gia công rất cao. Quá trìnhđiều khiển chuyển động giữa các trục của máy điều khiển theo chương trình số đượccác động cơ dẫn động đảm nhiệm, chạy theo biên dạng của chi tiết với chương trình đãđược lập còn máy công cụ thông thường các chuyển động phải điều khiển bằng tay(Hình 8 mô tả kết cấu máy phay thông thường và máy phay CNC).2. Ưu, nhược điểm của máy công cụ CNC và các yêu cầu đặt ra. 2.1 Ưu điểm: So với các máy công cụ điều khiển bằng tay, kết quả làm việc của máy công cụCNC không phụ thuộc vào tay nghề thuần thục của người điều khiển. Người điều khiểnmáy chủ yếu đóng vai trò theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy.So với các máy tự động theo chương trình cứng (dùng cam, dưỡng, cữ chặn,công tắc hành trình…), máy công cụ CNC có tính linh hoạt cao trong công việc lậptrình, đặc biệt khi có trợ giúp của máy vi tính, tiết kiệm được thời gian chỉnh máy, đạtđược tính kinh tế cao ngay cả với loạt sản phẩm nhỏ.Ưu điểm chỉ có trong máy công cụ CNC đó là phương thức làm việc với hệthống xử lý thông tin “ điện tử – số hóa “, cho phép nối ghép các hệ thống xử lý sốtrong phạm vi quản lý của toàn xí nghiệp, tạo điều kiện mở rộng tự động hóa toàn bộquá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật hiện đại thông qua mạng liên thông cục bộ( LAN) hay mạng liên thông toàn cầu( WAN).Các máy ứng dụng kỹ thuật CNC đạt tốc độ dịch chuyển lớn.Trong lĩnh vực giacông cắt gọt, máy công cụ CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gianphụ, do mức tự động hoá nâng cao vượt bậc.Máy công cụ CNC có thể dễ dàng thay đổi chương trình gia công, thiết thực vớicác loại chi tiết khác nhau, thời gian chuẩn bị và hiệu chỉnh kỹ thuật tại khu vực làmviệc giảm đáng kể. Thời gian thay dao được thực hiện nhanh chóng, chính xác có thểchuẩn bị dao ở vùng ngoại vi và nạp trở lại vào ổ tích dao chuyên dùng gắn trên máy. - 21 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)Máy điều khiển kỹ thuật số có thể thực hiện một lúc nhiều chuyển động khácnhau, tự động điều chỉnh sai số dao cụ, tự động khiểm tra kích thước chi tiết và qua đótự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa dao và chi tiết. Máy công cụ CNC gia công được loạt chi tiết nhỏ, phản ứng một cách linh hoạtkhi nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điểm quan trọng nhất là việc lập trình gia công cóthể thực hiện được ngoài máy, trong văn phòng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học thôngqua các thiết bị vi tính, vi xử lý,….Đa số các máy CNC đều có thể thực hiện một số lượng lớn các nguyên côngkhác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết.Độ chính xác lập lại đặc trưng cho mức độ ổn định trong suốt quá trình đảm bảochất lượng gia công cao, là ưu việt tuyệt đối của các máy điều khiển kỹ thuật số. Bản thân nguyên tắc điều khiển theo chương trình số là đảm bảo cơ bản của độchính xác gia công trên máy. Ngoài ra máy CNC còn có điều kiện khai thác tối đa cácchế độ cắt gọt, các nguyên lý cắt và phương án gá đặt, đảm bảo độ chính xác cao, ổnđịnh chất lượng sản phẩm.Tóm lại sự lựa chọn thế hệ máy CNC ngày nay trở thành một đặc tính cần thiếtcó tầm quan trọng, quyết định đối với các xí nghiệp công nghiệp. Vì nó có thể đem lạilợi nhuận, khả năng tái sản xuất vá nó có những tính năng cao mà may công cụ thôngthường chưa đạt được.2.2 Nhược điểm.- Giá thành chế tạo máy cao hơn;- Giá mua máy đắt hơn;- Giá thành bảo dưỡng, sữa chữa máy cũng cao hơn;- Vận hành máy phức tạp hơn;- Thay đổi người đứng máy khó khăn hơn;2.3 Các yêu cầu đặt ra. - 22 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)- Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các khâu thiết kế, chuẩn bị sản xuất và thựchiện gia công chế tạo.- Cần đào tạo nâng cao cho thợ chuyên môn. Một khóa đào taọ về kỹ thuậtCNC là phải có, vì máy móc chỉ sử dụng tốt nếu người sử dụng có kiến thức thuầnthục.II. CHỨC NĂNG CỦA CNC.1.Các chuyển động thực hiện dịch chuyển tương đối Dao/Chi tiết. 1.1 Chuyển động đảm bảo tốc độ cắt của dao cụ. Dụng cụ cắt phải đảm bảo chức năng sau :- Truyền một chuyển động tạo ra tốc độ cắt trực tiếp .- Truyền một chuyển động chạy dao với một tốc độ nhỏ hơn và theo một hướngkhác với hướng tốc độ cắt.- Truyền đồng thời cả hai tốc độ cắt và chạy dao theo phương pháp tổ hợp. - Giữ cố định trong phương án các chuyển động nói trên truyền cho chi tiết giacông. - Công suất đảm bảo năng lượng tạo hình thay đổi trong khoảng rộng từ vài trămW đến vài trăm Kw.1.2 Chuyển động chạy dao. Đảm bảo các dịch chuyển cuả dụng cụ cắt hoặc chi tiết gia công trong các quỹđạo tương đối giữa chúng. Những quỹ đạo này phụ thuộc vào biên dạng đường cắt củaquá trình tạo hình, biên dạng của bản thân dụng cụ cắt và các yêu cầu kỹ thuật đặt racho chi tiết gia công. Công suất của chuyển động chạy dao thay đổi trong khoảng mộtvài Kw, trừ trường hợp máy gia công các chi tiết lớn.Với máy công cụ điều khiển số thì các chuyển động nói trên đều được thực hiệnbởi các động cơ riêng biệt, được điều khiển độc lập với nhau.2. Quá trình cấp dao. - 23 – Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay)Các thế hệ CNC ngàynay càng được trang bị cáchệ thống cấp dao hoànchỉnh, trong đó các quá trìnhcấp dao, chuyển đổi dụng cụcắt đều được thực hiện mộtcách tự động.Một tổ hợp các nhómdao, lựa chọn theo những nhiệm vụ công nghệ dự kiến trước, được Hình 9: ổ tích lũy dao: a): Đĩa hoặc tangquay;xếp vào các ổ tích luỹ dao. A: dụng cụ cắt; B: đĩa nâng dao; C: hốcdao;Từ ổ này, dao được chuyển, D: phần tự kẹp mảnh cắt; E: mảnh cắt;trực tiếp cho kết cấu kẹp F: rãnh chứa; G: phần tử dụng cụ. trên đầu trục chính, hoặc thông qua một tay máy đổi dao, đảm bảo lấy dao vừacắtxong từ trục chính trở lại ổ tích luỹ và thay vào một dao mới từ ổ dao lắp vàotrục chính. - 24 – BAa)C EDFc)b)d)FGNghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC (máy phay) Phổ biến có hai loại ổ dao tích lũy dao.Một là ổ dao dạng đĩa hoặc dạng tangquay và ổ dao dạng xích. ổ tích lũy dao kiểu đĩa hoặc tang quay có một dung lượng cốđịnh nhưng bản thân cả đĩa hoặc tang quay có thể thay đổi một cách tự động. ổ tích lũydao kiểu xích thì có thể thay đổi được số dao chứa ở trong đó.3. Quá trình cấp chi tiết. a): Hệ thống băng tải chi tiết.b): Hệ thống con lăn.A: Chi tiết cấp vào;B: Tay máy đổi chi tiết, E: Chi tiết mang đI;M: Máy, P: Chi tiết, R: Rôbốt.Hình 10: Hệ thống cấp chi tiết.Đối với nhóm có chi tiết quay:Thì việc tháo lắp chi tiết vừa gia công mới đượcthực hiện bởi một rô bốt gắn liền với máy. Kết cấu hợp thành toàn máy do đó phụthuộc vào các chuyển động mà ta yêu cầu rô bốt thực hiện. Các chi tiết gia công xongcũng như các chi tiết thô được đặt trên giá đỡ di động có dạng một băng tải hoặc đặttrên các máng dẫn đảm bảo sự dịch chuyển của chúng theo nguyên tắc trọng lực. - 25 – AEMPBb)Ra)M