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

Thế hệ sau của NC là hệ điều khiển số CNC dùng các cụm vi xử lý thông qua máy tính để thực hiện một cách tự động các máy công cụ, bằng các chương trình được lập trước.. Máy công cụ điều

Trang 1

LỜI TỰA

Các nước phát triển trên thế giới, sự đột phá về khoa học kỹ thuật đã giúp

họ tìm ra những kỹ thuật tiên tiến áp dụng trong sản xuất, chế tạo Nhằm tạo ra những công cụ giảm sức lao động của con người mà năng suất, hiệu quả kinh tế đạt ở mức độ cao Trong ngành chế tạo máy thì không ngừng đổi mới những tính năng của các máy, quá trình tự động hoá, các phần mềm ứng dụng tin học được đưa vào trong kỹ thuật chế tạo Do vậy các thiết bị sản xuất được tự động hoá cao nhờ sự hỗ trợ của hệ thống điều khiển số bằng máy tính đã có mặt ở các nhà máy, xí nghiệp,……

Trong chế tạo máy từ những máy thông thường đã dần được cải tiến nhờ điều khiển số, lúc đầu xử dụng hệ điều khiển NC dùng để điều khiển tự động một chuỗi lệnh kế tiếp liên tục Thế hệ sau của NC là hệ điều khiển số CNC dùng các cụm vi xử lý thông qua máy tính để thực hiện một cách tự động các máy công cụ, bằng các chương trình được lập trước

Thời kỳ đổi mới đất nước ta đã chủ trương phát triển ngành công nghiệp nặng, trong đó ngành cơ khí chế tạo được quan tâm, và không ngừng đổi mới các trang thiết bị để năng cao chất lượng và tính ưu việt của sản phẩm Do vậy các 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 trong công nghiệp Quốc Phòng Các máy công cụ điều khiển số còn được dùng trong công tác nghiên cứu khoa học và đào tạo, qua các lớp đào tạo về máy điều khiển số ta có thể tìm hiểu vận hành và sử dụng chúng để nâng cao trình độ áp dụng trong sản xuất có hiệu tối đa nhất.

Dưới đây em xin trình bày toàn bộ nội dung đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC” Để hiểu sâu hơn về máy

công 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.

http://tailieuhay.com - 1 –

Trang 2

Chương II: Bộ nội suy và hệ thống truyền động cơ khí trong máy điều

khiển số.

Chương III: Lập trình trên máy công cụ điều số theo ngôn ngữ ISO và

lập trình trên máy phay DMU 60 – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) và các chương trình gia công.

Phụ lục: Một số chương trình gia công trên máy phay TNC426 (dùng

ngôn ngữ DINPLUS).

Trang 3

CHƯƠNG I

KHÁI NIỆN CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ

VÀ MÁY CỘNG CỤ CNC

I QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN, TRÌNH ĐỘ HIỆN TẠI CỦA NGÀNH MÁY 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 Institute

of 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

Trang 4

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 NC

sử 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 mộtcách dễ 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 công

cụ 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 hơn

và đạt độ xử lý cao do tiếp tục ứng dụng những thành tựu phát triển của các bộ

vi xử lý P Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lý

đa chức năng, dùng cho mục đích điều khiển khác nhau

Trang 5

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 lý

và 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

Trang 6

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:

về thời gian Thời gian trễ phụ thuộc vào lực quán tính và các trở kháng (như

ma 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 côngđược thực hiện theo một trình tự không gian và thời gian xác định, với sự xắpđặt có tính quy luật, rất chặt chẽ và chính xác giữa các chuyển động và thiết bịđóng/ ngắt Gọi đó là chương trình làm việc cuả máy Bộ điều khiển máy công

cụ có nhiệm 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

Trang 7

- 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 nhau

mà 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

Trang 8

- 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

2.8 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 gọi

là thông tin về đường dịch chuyển (hình dạng đường sinh và đường chuẩn của

bề 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.

Trang 9

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 gọi

là các tín hiệu số

III NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH VÀ CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN SỐ TRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC

3.1 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 vào

hệ 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 cấpcác dữ liệu của công nghệ gia công cắt gọt ở dạng mã nói trên Những hệ lệnhnày được 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 cầu

để gia công chi tiết, được đưa vào chương trình gia công với các bước gia công

Trang 10

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 ghi

và 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

Trang 11

B¶n vÏ

VËt mang tinVËt mang tin

Trang 12

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

Trang 13

đường dịch chuyển dọc theo biên dạng cần, đoạn biên dạng giữa điểm khởi xuất

và 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)

Trang 14

3.2.1 Điều khiển điểm

Cho phép xác định vị trí dụng

cụ theo các điểm đã lập trình với

hành trình chạy nhanh của dụng cụ và

dụng cụ không ăn vào phôi Chuyển

động trên các trục riêng lẻ, lúc này

không có rằng buộc bởi quan hệ hàm

số và tốc độ của các yếu tố định vị

không phụ thuộc vào các yếu tố công

nghệ 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  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

Trang 15

Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ

cắt thực hiện một lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó Điều khiển

đường 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 động

song song hoặc vuông góc trục của chi tiết so với trục Z Trên hình 3b thể hiện

sơ 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 một

chuyển động và điểm kết thúc nó cần

sản sinh ra một biên dạng có ràng

buộc bởi các quan hệ hàm số (tuyến

tính hay phi tuyến) thì điều khiển số

thực hiện chuyển động như vậy thuộc

dạng điều khiển biên dạng ( Contour)

Dạng điều khiển này đòi hỏi

phải có các truyền động biệt lập, điều

chỉnh 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

Z

X

Trang 16

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 động

đa 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 các

dịch chuyển của dụng cụ cắt theo đường

thẳng và cung tròn, dựa vào hai trục cố định

Nếu một máy CNC có ba trục và sự

điều khiển contour 2D, thì trục thứ ba chỉ có

thể được điều khiển không phụ thuộc vào

hai trục kia Trên hình 5, lượng ăn dao được

điều khiển theo trục Z còn phay biên dạng là

sự 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 cụ

theo đường thẳng và theo cung tròn trong một

số mặt phẳng làm việc, nhưng chỉ có thể có

hai trục hoà hợp với nhau với sự lưu ý tới các

chuyển động giữa chúng

Trên máy phay CNC có ba trục X, Y, Z

sẽ điều khiển được đồng thời hoặc X và Y

Trang 17

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 ất

kỳ 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

Y Z

X

Trang 18

Hình 7: Điều khiển 3D.

I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC.

Là thế hệ máy công cụ được điều khiển theo chương trình số viết bằng

mã số ký tự chuyên dùng khác, trong đó hệ thống điều khiển có cài đặt các bộ vi

xử lý micropocessor (p) làm việc với các chu trình thời gian từ 1 đến 20p có

bộ 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 với máy công cụ thông thường.

1.1 Máy cộng cụ thông thường.

Trang 19

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

Trang 20

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

- 20 -

http://tailieuhay.com

Trang 21

Hỡnh 8: mỏy phay thụng thường và mỏy phay CNC.

- 21 -

Vítme đai ốc bi (trục Y)

Truyền động chạy dao (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 máy Bàn máy

Máy phay thông th ờng

Máy phay CNC

Trang 22

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

- 22 -

Trang 23

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 đó

tự 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 thiết

có 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.

- 23 -

Trang 24

- 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 trăm

W 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

- 24 -

Trang 25

Các thế hệ CNC ngày

nay càng được trang bị các

hệ thống cấp dao hoàn

chỉnh, trong đó các quá trình

cấp dao, chuyển đổi dụng cụ

cắt đều được thực hiện một

cách tự động

Một tổ hợp các nhóm

dao, 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 vừacắt

xong từ trục chính trở lại ổ tích luỹ và thay vào một dao mới từ ổ dao lắp vàotrục chính

F c)

G

Trang 26

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

b)

R

Trang 27

Đối với nhóm máy có dao quay: Các chi tiết được gá lắp cố định trên các bàn gáchuẩn Các bàn gá chuẩn lại được đặt trên các băng tải, dịch chuyển động, để chuyểndao cho bàn máy một cách tự động Việc chuyển dao giữa băng tải và bàn máy cũng

được thực hiện bởi các rô bốt

(a): Chuyển dao bằng bàn quay; (b): Dùng băng tải hoặc xe dẫn hướng

(c): chuyển dao cho trung tâm gia công; B: Trục chính; C: Băng tải; T: Chuyểnpallete

Hình 11: Hệ thống chuyển dao

4 Quá trình bôi trơn, làm nguội và làm sạch

Việc bôi trơn và làm nguội được thực hiện thông qua chương trình điều khiểnmáy Nói cách khác các điều kiện phụ trợ của mỗi bước gia công trong quy trình côngnghệ cũng được quan tâm khi lập trình như các thông số kỹ thuật cắt gọt và các dữ liệucông nghệ khác Nó được đưa vào chương trình gia công theo câu lênh M

Trang 28

Việc làm sạch tự động tại cỏc thời điểm thớch hợp như cỏc giai đoạn đổi dao, đổibàn gỏ lắp hoặc đổi bàn kẹp chuẩn

Cỏc mỏy CNC đều được trang bị hệ thống khai thỏc phoi cắt hoặc cỏc phế liệu,phế thải một cỏch tự động khụng cần đến lao động của con người

III CÁC HỆ TRỤC TỌA ĐỘ VÀ CÁC ĐIỂM CHUẨN TRONG MÁY CNC

Chương trỡnh điều hành cơ bản của hệ thống điều khiển số bao gồm cỏc dữ liệusau:

- Nạp dữ liệu chương trỡnh

- Ghi nhớ cỏc dữ liệu

- Xử lý cỏc dữ liệu để nhận được chuyển động của mỏy và cỏc chức năng phụ

- Điều khiển cỏc chuyển động trờn mỏy

Một phần khụng thể thiếu trong cấu trỳc chương trỡnh làm việc trờn mỏy cụng

cụ CNC là hệ thống toạ độ và cỏc điểm chuẩn

Để xỏch định cỏc tương quan hỡnh học trong vựng làm việc của mỏy trong phạm

vi của chi tiết gia cụng một cỏch rừ ràng, người ta đưa vào hệ toạ độ và cỏc điểm chuẩngốc của mỏy cụng cụ CNC như sau

1 Hệ trục toạ độ của mỏy cụng

cụ CNC.

Cỏc trục toạ độ của mỏy cụng cụ

CNC cho phộp xỏc định chiều chuyển

động của cơ cấu mỏy và dụng cụ cắt thể

hiện trờn hỡnh 12 Cỏc trục toạ độ đú là

X,Y, Z chiều dương của X,Y, Z được

xỏc định theo quy tắc bàn tay phải (trờn

hỡnh13a và hỡnh 13b ) theo nguyờn tắc

này thỡ ngún tay cỏi chỉ chiều dương của trục X, ngún tay trỏ chỉ chiều dương của trục

+Z +C

Hình 12: Ký hiệu các trục tọa độ trên máy CNC (Nguyên tắc bàn tay phải - tiêu chuẩn VDI 3255 )

Trang 29

Y, ngón giữa chỉ chiều dương cuả trục Z, các trục quay tương ứng với các trục X,Y, Zđược ký hiệu bằng các chữ cái A, B, C chiều quay dương là chiều quay theo chiều kimđồng hồ nếu nhìn theo chiều dương của các trục X,Y, Z.

a) Trục Z.

Nói chung ở các máy trục Z luôn song song với trục chính của máy

 Máy tiện: Trục Z song song với trục chính của máy và có chiều dươngchạy từ mâm cặp tới dụng cụ (chiều từ trái sang phải )

 Máy khoan đứng,máy phay đứng: Trục Z song song với các trục chính và

có chiều dương hướng từ bàn máy lên phía trục chính

 Các máy bào: Trục Z vuông góc với bàn máy và có chiều dương hướng từbàn máy lên phía trên

 Các máy phay có nhiều trục chính: Trục Z song song với đường tâm trụcchính vuông góc với bàn máy (chọn trục chính có đường tâm vuông góc với bàn máylàm trục Z) chiều dương của trục Z trong trường hợp này hướng từ bàn máy tới trụcchính

b) Trục X

Trục X là trục nằm trên bàn máy và thông thường nó được xác định theo phươngngang Chiều của trục X được xác định theo quy tắc bàn tay phải (ngón tay cái chỉchiều dương của trục X)

 Máy phay đứng, máy khoan đứng: Nếu đứng ngoài nhìn vào trục chínhthì chiều dương của trục X hướng về phía bên phải

 Máy phay ngang: Nếu đứng ngoài nhìn thẳng vào trục chính thì chiềudương của trục X hướng về phía bên trái còn nếu đứng ở phía trục chính để nhìn vàochi tiết thì có chiều dương của trục X hướng về phía bên phải

 Máy tiện: Trục X vuông góc với trục máy và có chiều dương hướng vềphía bàn kẹp dao (hướng về phía dụng cụ cắt) Như vậy bàn kẹp dao ở phía trước trục

- 29 -

Trang 30

chính thì trục chiều dương của trục X hướng vào người thợ, còn nếu bàn kẹp dao ở phíasau trục chính thì chiều dương đi xa khỏi người thợ

 Máy bào: Trục X nằm song song với mặt định vị của chi tiết trên bànmáy và chiều dương hướng từ bàn máy về thân máy

c) Trục Y

Trục Y được xác định sau khi xác định

được trục X, Z, theo quy tắc bàn tay phải, ngón tay

trỏ chỉ chiều dương của trục Y

d) Các trục phụ

Trên các máy CNC ngoài các trục X, Z, Y

còn các trục toạ độ khác song song với chúng (các bộ

phận máy khác dịch chuyển song song với các trục

X,Y, Z ) Các trục này được ký hiệu là U,V, W trong đó U // X,V//Y,W//Z Nếu có cáctrục khác nữa song song với toạ độ chính X,Y, Z thì các trục này được ký hiệu P, Q, Rtrong đó P//X, Q//Y, R//Z Các trục U,V, W được gọi là trục thứ hai còn các trục P, Q,

chuyển động này ngược

chiều với chiều chuyển động

của dụng cụ cắt

- 30 -

+B +C

+X +X'

+Z' +Y'

Q V

+C' +B'

+A'

M

R X

Trang 31

2 Các điểm O và các điểm chuẩn

Vị trí chính xác của các hệ thống toạ độ do các điểm O quyết định và cácđiểm chuẩn cần xác định chính xác trong vùng làm việc của máy nhằm đảm bảo chínhxác chi tiết khi gia công

a) Điểm O của máy M Hình 14: Điểm M của máy phay đứng.

Điểm O (điểm chuẩn M của máy) của máy là điểm gốc của hệ toạ độ máy Điểm

M được các nhà chế tạo quy định theo kết cấu của từng loại máy Điểm M là điểm giớihạn của vùng làm việc của máy, ở các máy phay điểm M thường nằm ở điểm giới hạndịch chuyển của bàn máy Điểm chuẩn M (điểm O của máy) của máy khoan cần vàmáy khoan đứng được thể hiện trên hình 14

b) Điểm O của chi tiết

Điểm O của chi tiết là gốc

của hệ toạ độ gắn lên chi tiết, vị trí

của điểm W do người lập trình lựa

chọn và xác định Song người lập

trình cần phải xác định sao cho các

kích thước trên bản vẽ gia công

trực tiếp là các giá trị toạ độ của hệ

Đối với các chi tiết phay để hợp lý nên chọn điểm O của chi tiết tại điểm gócngoài cùng của đường viền chi tiết, trên các chi tiết đối xứng nên chọn tại trục đối xứng(hình 15)

- 31 -

W W

Trang 32

c) Điểm O của chương trỡnh PO.

Điểm O của chương trỡnh là điểm mà

dụng cụ sẽ ở đú trước khi chi tiết gia cụng Để

hợp lý điểm O của chương trỡnh được chọn

sao cho chi tiết gia cụng hoặc dụng cụ cú

thểthay đổi một cỏch dễ dàng.

d) Cỏc điểm chuẩn của mỏy R.

Điểm chuẩn R là điểm xỏc định trong

vựng làm việc của mỏy cụng cụ mà khoảng cỏch từ nú đến điểm O của mỏy M cầnđược biết chớnh xỏc

Điểm chuẩn R được đặt mốc trờn mỗi trục, nhờ cữ chặn cố định hoặc cữ chặn cúthể điều chỉnh theo từng bước khụng đổi Thể hiện trờn hỡnh 14

Điểm chuẩn là cần thiết trong trường hợp hệ điều khiển dựng phộp đo kiểu gia

số ở đõy, cứ mỗi lần đúng mạch điều khiển thỡ cỏc trục phải được chạy về điểm chuẩncủa nú, cú như vậy hệ điều khiển mới cú một điểm khởi xuất, từ đú bắt đầu đếm cỏc giasố

Để khắc phục những sai số cắt gọt khi đảo chiều cụng tỏc, dịch chuyển trở vềđiểm chuẩn R luụn luụn thực hịờn theo cựng một chiều và theo chế độ chạy dao chậm(hỡnh 16)

Khoảng cỏch giữa điểm chuẩn R và điểm O của mỏy M được thụng bỏo cho hệđiều khiển thụng qua dữ liệu điều chỉnh mỏy Cỏc giỏ trị tốc độ chạy về điểm chuẩncũng như tốc độ của hành trỡnh chạy dao chậm trờn từng trục, phụ thuộc vào cỏc số liệu

kỹ thuật của bàn mỏy như khối lượng bàn mỏy Chiều dài đoạn dịch chuyển trở vềđiểm chuẩn R, cũng được thụng bỏo cho hệ

điều khiển thụng qua dữ liệu điều chỉnh

Tốc độ chạy chậm

Tốc độ dịch chuyển tới

A B

C

Hình 16: Xác định điểm chuẩn trong khi đo vị trí chu kỳ tuyệt đối

và đo vị trí t ơng đối ( A vấu tỳ; B, công tắc hành trình;

C Bàn máy).

Trang 33

Điểm tỳ A là giao điểm của các đường trục mặt phẳng tỳ Trên các máy tiện,

mặt phẳng tỳ nằm ngay tại mâm cặp hoặc chấu cặp, có thể điểm A trùng lập với điểm

W (hình 17)

g) Điểm thay dao W W

Để tránh va đập vào chi tiết gia công khi thay dao tự động phải chạy đến điểmthay dao, hình 18

h) Điểm đặt dụng cụ E và điểm lỗ gá

dụng cụ N.

Khi sử dụng nhiều dao, các kích

thước của dao phải được xác định bằng cơ

cấu điều chỉnh dao, để có thông tin đưa vào

trong hệ thống điều chỉnh nhằm hiệu chỉnh

tự động kích thước dao Khi dao được lắp

vào giá dao thì điểm E và điểm N trùng nhau (Hình 19)

H×nh 18: §iÓm thay dao W W

Trang 34

việc gỏ đặt dao trờn mỏy Thụng thường khi gỏ dao trờn mỏy thỡ điểm T trựng với điểm

lỗ gỏ dụng cụ N

j) Điểm cắt của dao P

Để xỏc định vị trớ của dao trong vựng làm việc của mỏy, ta xỏc định điểmchuẩn P của dao Điểm này là điểm đỉnh dao thực hay lý thuyết, trờn hỡnh 20 trỡnh bàycỏc vị trớ điểm chuẩn P của dao cho cỏc dao khỏc nhau quay hoặc khụng quay

k) Điểm chuẩn của bàn trượt F

Tất cả cỏc điểm ở trờn bàn mỏy đều liờn quan đến điểm chuẩn này để xỏc địnhcỏc kớch thước cú liờn quan

Dưới đõy là một vớ dụ về vị trớ cỏc điểm O, cỏc điểm chuẩn trờn mỏy tiện vàbảng ký hiệu cỏc điểm chuẩn đú

Hỡnh 21: Vị trớ cỏc điểm chuẩn và điểm 0 trờn mỏy tiện

Những khỏi niệm cơ bản về điều khiển số trong mỏy cụng cụ CNC, sự khỏc biệtgiữa mỏy cụng cụ thụng thường và mỏy cụng cụ điều khiển số CNC, những ưu điểm,

Điểm chuẩn của máy

Điểm O của chi tiết

Điểm O của ch ơng trình

Điểm thay đổi dụng cụ

Điểm điều chỉnh của dụng cụ

Điểm đón dụng cụ

Điểm cắt của dụng cụ

Điểm chuẩn của bàn tr ợt

Điểm chuẩn của dao

F T

E

W

A M

R

M W PO R W

Trang 35

chức năng của máy công cụ CNC Những vấn đề trên được trình bày trong chương I,giúp ta hình dung, hiểu sâu về hệ thống điều khiển số trên máy công cụ.

Ta nhận thấy rằng, khi gia công trên máy công cụ thông thường, các bước giacông chi tiết do người thợ thực hiện bằng tay như: điều khiển số vòng quay, lượng chạydao, kiểm tra vị trí của dụng cụ cắt để đạt được kích thước cần gia công trên bản vẽ….Chất lượng của chi tiết gia công phụ thuộc nhiều tay nghề của người thợ, thời gian giacông chi tiết nhiều hơn,…

Máy công cụ điều khiển theo chương trình số thì quá trình gia công thực hiệnmột cách tự động, trước khi gia công người điều khiển máy đưa vào hệ thống điềukhiển một chương trình gia công dưới dạng một chuỗi các lệnh điều khiển được mãhoá Hệ thống điều khiển số cho khả năng thực hiện các lệnh này và kiểm tra chúngnhờ một hệ thống đo dịch chuyển trên các bàn trượt của máy

Tính tối ưu hoá của điều khiển số trong máy công cụ là lập các chương trình đểthực hiện một loạt các hoạt động ở một chế độ được xác định trước nhằm tạo ra chi tiết

có các kích thước và các thông số vật lý có thể hoàn toàn dự báo trước Ưu điểm củamáy công cụ điều khiển số nó có thể thay đổi được chương trình gia công, có thể lậptrình một chương trình mới ngay trên máy bên cạnh một chương trình đang gia công…

Trong nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC,gồm các bộ điều khiển trong đó có các bộ chính như: bộ nội suy, bộ so sánh, hệ thốngtruyền động và hệ thống đo Các bộ đều có những nhiệm vụ nhất định và chúng cóquan hệ rằng buộc với nhau.Vì giới hạn của đề tài nghiên cứu em xin trình bày bộ nộisuy và hệ thống truyền động trong máy điều khiển số

- 35 -

Trang 36

CHƯƠNG II

BỘ NỘI SUY VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

1: BỘ NỘI SUY

I KHÁI NIỆM, NHIỆN VỤ, CÁC BỘ NỘI SUY VÀ CÁC DẠNG NỘI SUY.

1 Khái niệm chung.

Trong các máy công cụ điều

khiển theo chương trình số những

đường tác dụng giữa dao cụ và chi

tiết được hình thành nhờ các dịch

chuyển trên nhiều trục

Để sản sinh một đường cong

trên một máy điều khiển theo

chương trình số, giữa các chuyển

động trên từng trục riêng lẻ phải có

một quan hệ hàm số (điều khiển phi tuyến) Các điểm tựa phải nằm dày đặc đến mứcsao cho đường cong mô Hình 22: Nội suy trong chuyển động phi tuyến tả chính xác

và không có vị trí nào vượt qua vùng dung sai cho phép Trái với các hệ điều khiển đơngiản như dạng điều khiển điểm và đường thì số dữ liệu cần thiết là rất lớn

Nội suy chỉ có thể làm việc theo nguyên tắc số Nó có thể được thực hiện bằngcác mạch logíc nối cứng (chương trình hoá các mỗi liên hệ NC) hoặc bằng các phầnmềm nội suy được lập trình (CNC).Trên hình 22, đường cong nội suy được thực hiện ởhai mức: Mức thứ nhất được thực hịên nhờ một phần mềm nội suy xác định toạ độ cácđiểm trung gian giữa điểm đầu và điểm cuối của một đoạn biên dạng đã được đưa ratrước trong chương trình (P1, P2, P3) còn mức thứ hai là nội suy tinh xác, thực hiệntiếp theo nội suy tuyến tính giữa các điểm trung gian (P11, P12, P13, ) Bộ nội suythực chất là một máy tính phát hàm số, nó đưa ra các lệnh thích hợp với điều khiển ban

C¸c ®iÓm trung gian

Néi suy tinh Néi suy th«

xi yi

yi

xi;

Trang 37

đầu, điều khiển chạy dao trên các trục tọa độ riêng lẻ, trùm lên một quỹ đạo cong chotrước theo mong muốn.

2 Nhiệm vụ của bộ nội suy.

- Tìm ra vị trí các điểm trung gian cho phép hình thành một biên dạng cho trướctrong một giới hạn dung sai xác định cho trước

- Có thể nội suy một cách thích hợp với các yếu tố biên dạng đòi hỏi Thôngthường những yếu tố biên dạng cơ bản có trong các chi tiết kỹ thuật là những đoạnthẳng và những đường cong Tương ứng với thực tế đó, các bộ điều khiển số thườngchỉ giới hạn trong bộ nội suy tuyến tính và bộ nội suy vòng

- Tốc độ đưa ra tọa độ vị trí trung gian phải phù hợp với tốc độ chạy dao chotrước

- Đi tới một cách chính xác các điểm kết thúc chương trình đã đưa ra trướcchương trình

3 Bộ nội suy trong, bộ nội suy ngoài.

Bộ nội suy về cơ bản là một máy tính đơn chức Tùy theo bộ nội suy nằm tronghay ngoài tủ điều khiển của máy, tức là sử lý bên trong hay bên ngoài máy và được gọi

là bộ nội suy trong hoặc bộ nội suy ngoài

Ở bộ nội suy ngoài, có các thiết bị sử lý số dùng vào việc chương trình hóa đảmnhiệm luôn chức năng nội suy Trong trường hợp này vật mang chương trình, phảichứa thông tin toàn bộ các điểm riêng lẻ của đường cong Vật mang tin được dùng chỉ

có thể là băng từ hoặc chương trình xử lý bằng nối ghép trực tiếp, không cần bộ nhớtrung gian

Ưu điểm của nội suy ngoài là ở chỗ, nội suy có khả năng phục vụ nhiều máy vàtiêu hao trên bản thân mỗi máy giảm đáng kể

Nội suy trong đòi hỏi cho mỗi máy phải có riêng một cụm điện toán Chỉ cónhững điểm tựa mang tính đặc trưng của đường cong cũng như các dữ liệu về dạng nộisuy là được chương trình hóa Vì vậy ngay có phương tiện cổ điển bằng đột lỗ cũng đủ

- 37 -

Trang 38

để làm vật mang tin Bộ nội suy trong sẽ sản sinh ra vô số các điểm trung gian Tốc độtính toán được xác định bởi tốc độ chuyển động chạy dao trên máy công cụ.

Để xét tính tối ưu của các phương pháp ta dựa vào các chỉ tiêu sau: Trên phươngdiện kinh tế, khả năng tiện lợi khi sử dụng cũng như thiết kế kỹ thuật và được xác địnhtrước hết bởi phạm vi của thiết bị điều khiển số Đến nay các máy CNC đều làm việcphổ biến với bộ nội suy trong Tuy nhiên trong các hệ thống gia công điều khiển số lớnhơn thì việc điều khiển trực tiếp nhờ một máy tính xử lý quá trình kinh tế hơn Máytính này cũng thực hiện chức năng nội suy ngoài

Về mặt kỹ thuật vấn đề nội suy có thể được giải quyết bằng các thiết bị điện toánlàm việc theo kiểu số hoặc kiểu tương tự Bộ nội suy làm việc kiểu tương tự thì đơngiản trong chế tạo nhưng chứa đựng nhiều nhược điểm của kỹ thuật tương tự, nhất là

độ chính xác rất hạn chế Do vậy khoảng cách các điểm tựa (điểm trung gian) phảiđược chương trình hóa dày đặc hơn nhiều so với bộ nội suy làm việc kiểu số

Do sự đòi hỏi có độ chính xác cao cho những chiều dài đoạn nội suy lớn ngàynay chỉ còn dùng bộ nội suy làm việc kiểu số

3 Các dạng nội suy.

Các hàm số cần sản sinh từ bộ nội suy chủ yếu là các đường thẳng và đườngcong, đó là những biên dạng của các yếu tố kết cấu thường dùng còn các đường congbậc cao như các parabol hay hypecbol thường không được thực hiện trong các hệ điềukhiển số vì chúng hầu như không có trong các đòi hỏi thực tế Về mặt tính toán có ưuđiểm là quan tâm đến các sai lệch của dụng cụ cắt (ví dụ bán kính dao phay) cáckhoảng cách đối xứng giữ được những giá trị ngang bằng Ngoài ra còn sử dụng được “đường cong chuẩn “

Thông thường trong các máy công cụ điều khiển số là dạng nội suy thẳng và nộisuy vòng (nội suy tuyến tính và nội suy phi tuyến – hình 23)

- 38 -

Trang 39

Hình 23: Nội suy tuyến tính và nội suy vòng.

1 Nội suy tuyến tính: AL Điểm khởi xuất của chuyển động tuyến tính; BL Điểmđích của chuyển động tuyến tính; 2 Nội suy vòng: AC Điểm khởi xuất của chuyểnđộng cong; BC Điểm đích của chuyển động cong; M Tâm của chuyển động cong

Với dạng nội suy thẳng và nội suy vòng, có thể thực hịên được những khả năngnhư sau:

- Nội suy thẳng hai trong n trục

- Nội suy thẳng theo n trong n trục

- Nội suy vòng theo 2 trong n trục

Nội suy vòng theo 2 trong n trục đồng thời với nội suy thẳng theo một trụcvuông góc với mặt phẳng của đường tròn nội suy (nội suy theo đường xoắn ốc)

Việc tính toán các hàm số ở dạng số có thể thực hiện theo hai phương pháp cơbản sau:

a) Thông qua tính toán hàm số trực tiếp trong đó, đường cong được đưa ra ởdạng toán học bởi hàm bất khả biến:

F ( x,y,z) = o

- 39 -

Trang 40

ở đây sau mỗi bước nội suy được kiểm tra ngay xem vị trí thực mới so vớiđường cong đưa ra có sai lệch không? Sai theo hướng nào? Sau đó quyết định hướngđiều chỉnh tiếp theo được thực hiện theo trục tọa độ nào và theo hướng nào?

b) Trình bày các thông số của đường cong là hàm số theo thời gian thực:

II PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY.

Để xác định giá trị cần về vị trí các trục riêng lẻ, người ta ứng dụng các phươngpháp nội suy khác nhau

Một trong các phương pháp nội suy thông dụng nhất là phương pháp “ phân tích

vi phân số” DDA ( Digital Differential Analyse)

Phương pháp này thực hiện nội suy số tính theo các gia số tốc đô

Ta có hai phương pháp nội suy hay ding đó là: Phương pháp nội suy thẳng vàphương pháp nội suy vòng

- 40 -