Nghiên cứu, cải tiến máy phay điều khiển bằng PLC phục vụ cho công tác đào tạo tại trường cao đẳng công nghiệp việt đức

Bước thực hiện việc cải tạo nâng cấp một hệ thống máy móc đầu tiên là thay thế hệ thống điều khiển cũ được sử dụng rơle bằng một thiết bị điều khiển có thể lập trình được là PLC nhằm làm

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VIỆT - ĐỨC

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU, CẢI TIẾN MÁY PHAY ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC ĐÀO TẠO TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VIỆT ĐỨC

Mã số: 109.11RD/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: Thạc sỹ VŨ XUÂN VƯỢNG

9138

THÁI NGUYÊN - 2011

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VIỆT - ĐỨC

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, CẢI TIẾN MÁY PHAY ĐIỀU KHIỂN

BẰNG PLC PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC ĐÀO TẠO TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VIỆT ĐỨC

Thực hiện theo hợp đồng số: 109.11RD/HĐ-KHCN ngày 23 tháng 03 năm 2011, giữa Bộ Công Thương và Trường Cao đẳng Công nghiệp Việt - Đức

Người chủ trì thực hiện nhiệm vụ: Thạc sỹ Vũ Xuân Vượng

Danh sách các thành viên tham gia:

1 Ông Vũ Xuân Vượng Hiệu trưởng – chủ nhiệm đề tài

2 Ông Lê Hồng Phương Phó hiệu trưởng - Ủy viên

3 Ông Phạm Văn Thắng Phó hiệu trưởng - Ủy viên

4 Ông Nguyễn Đức Sinh Trưởng phòng QLKH-HTQT - Ủy viên thư ký

5 Ông Nguyễn Ngọc Đương Trưởng phòng KT-KĐCL - Ủy viên

6 Ông Lê Quang Khánh P.Trưởng phòng QLKH-HTQT - Ủy viên

7 Ông Mạc Văn Hùng P.Trưởng phòng TTSX - Ủy viên

8 Ông Phạm Văn Phúc Trưởng Khoa Điện - điện tử - Ủy viên

9 Bà Trần Thị Hảo Trưởng khoa Cơ khí cắt gọt - Ủy viên

10 Ông Nguyễn Viết Hải Trưởng phòng Đào tạo - Ủy viên

Đơn vị chủ trì thực hiện đề tài Chủ nhiệm đề tài

(Ký tên, ghi rõ họ tên) (Ký tên, ghi rõ họ tên)

THÁI NGUYÊN-2011

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của ngành cơ khí chế tạo máy Việt Nam trong những năm gần đây, bộ PLC cũng đã được sử dụng ngày càng nhiều và rất có hiệu quả trong các thiết

bị máy móc sản xuất, đáp ứng được các yêu cầu cần thiết, bảo đảm độ tin cậy và tương đương với trình độ tự động hoá của các thiết bị cùng loại được sản xuất ở nước ngoài hiện nay Đó là các thiết bị như máy ép nhựa, máy ép vỉ thuốc, máy uốn dập kim loại, máy làm bao bì, các loại băng tải trong dây chuyền tự động, các thang máy nhà cao tầng, các bộ điều khiển phương tiện giao thông vv

Việc ứng dụng PLC vào các thiết bị máy móc, dây truyền sản xuất sẽ đóng góp rất lớn vào sự nghiệp công nghiệp hoá, tự động hoá và hiện đại hoá nền sản xuất của nước nhà Với nguồn vốn đầu tư mới hạn hẹp do đó bên cạnh việc mua sắm những trang thiết bị mới, hiện đại cần phải cải tạo nâng cấp các hệ thống thiết bị máy cũ để đáp ứng cho việc sản xuất Việc nâng cấp các hệ thống này nhằm nâng cao tự động hoá, tăng năng suất trong sản xuất Bước thực hiện việc cải tạo nâng cấp một hệ thống máy móc đầu tiên là thay thế hệ thống điều khiển cũ được sử dụng rơle bằng một thiết bị điều khiển có thể lập trình được là PLC nhằm làm cho mạch điều khiển của hệ thống gọn nhẹ, hoạt động chính xác đáng tin cậy hơn và quan trọng nhất là dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển khi có yêu cầu

Trên cơ sở đó đề tài: "Nghiên cứu, cải tiến máy phay điều khiển bằng PLC phục vụ cho công tác đào tạo tại Trường Cao đẳng Công nghiệp Việt Đức" do trường Cao

đẳng Công nghiệp Việt- Đức thực hiện cũng không ngoài mục đích đóng góp vào hiện đại các thiết bị của nhà trường mà còn gắn liền giữa đào tạo lý thuyết với ứng dụng trong thực tế của đội ngũ giáo viên và học sinh trong trường

Sự thành công của đề tài không thể tách rời sự tạo điều kiện, giúp đỡ, hợp tác của các

tổ chức, cá nhân Nhân dịp này Ban chủ nhiệm đề tài xin chân thành cảm ơn: Vụ Khoa học Công nghệ (Bộ Công Thương) các nhà quản lý, các thầy (cô) giáo, các chuyên gia trong lĩnh vực đào tạo đã tạo điều kiện, tư vấn, giúp đỡ chúng tôi hoàn thành đề tài này

Đề tài nghiên cứu một phạm vi rộng lớn với nhiều kiến thức chuyên sâu của nhiều ngành kỹ thuật khác nhau và được thực hiện trong một thời gian ngắn nên chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót Ban chủ nhiệm đề tài rất mong nhận được ý kiến góp ý để

đề tài được hoàn thiện hơn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 7

TÓM TẮT ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 8

Mục tiêu nghiên cứu 8

Nội dung thực hiện 8

Phương pháp nghiên cứu 8

Phạm vi và giới hạn nghiên cứu 8

Chương 1: Giới thiệu chung về thiết bị điều khiển PLC và CNC 9

1.1Giới thiệu chung về điều khiển PLC 9

1.1.1 Khái niệm về PLC 9

1.1.2Cấu trúc bộ điều khiển PLC 9

1.1.3 Xử lý đầu xuất nhập 11

1.1.4 Các loại PLC 12

1.1.5 Ngôn ngữ lập trình 12

1.1.6 Cơ sở điều khiển PLC 12

1.2Điều khiển CNC 13

1.2.1 Nguyên lý của điển khiển số 13

1.2.2 Các phương thức điều khiển số 14

1.2.3 Bộ nội suy 16

Chương 2 Khảo sát máy phay vạn năng FUW 315/III 23

2.1 Đặc tính kỹ thuật của máy FUW 315/III 23

2.2 Động học của máy 24

2.2.1 Chuyển động chính (chuyển động quay của dao) 24

2.2.2 Chuyển động tiến 27

2.3 Kết cấu máy 30

2.4 Phần điện .33

2.5 Độ chính xác máy: 35

Chương 3 Xây dựng phương án cải tiến và lập trình điều khiển máy

phay FUW 315/III 41

3.1 Phần cơ khí 41

3.1.1 Nâng cao độ chính xác phần kết cấu của máy 41

3.1.2 Thiết kế, chế tạo các bộ phận cải tiến 41

3.1.2.1 Lựa chọn không gian để lắp động cơ 41

3.1.2.2 Thiết kế và chế tạo các bộ phần cải tiến cơ khí 43

3.2 Hệ thống điều khiển 44

3.2.1 Giải pháp điều khiển chung 44

3.2.2 Hệ thống điều khiển PLC 44

3.2.2.1 Mô hình hệ thống điều khiển PLC 44

3.2.2.2 Lựa chọn bộ điều khiển PLC 45

3.2.2.3 Giới thiệu về PLC S7-200 46

3.2.2.4 Mô tả bài toán và lưu đồ điều khiển 49

3.2.2.5 Chương trình điều khiển 50

3.2.2.6 Các thành phần trong hệ thống điều khiển PLC 53

3.2.3 Hệ thống điều khiển máy tính ( PC base) 57

3.2.3.1 Mô hình hóa hệ thống 57

3.2.3.2 Các thành phần chính hệ thống điều khiển máy tính 58

3.2.3.3 Tính toán cơ khí 62

3.2.3.3 Kết nối hệ thống điện: 65

3.2.3.4 Phần mềm điều khiển Mach3 67

3.3 Thử nghiệm máy phay FUW 315/III điều khiển số .68

3.3.1 Mục đích thử nghiệm 68

3.3.2 Yêu cầu về thử nghiệm 68

3.3.3 Thử nghiệm khả năng hoạt động của hệ thống điều khiển 68

3.3.4 Thử nghiệm độ chính xác của máy (cắt chi tiết mẫu) .69

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 72

4.1 Kết quả đề tài 72

4.2 Những hạn chế và biện pháp khắc phục 73

4.3 Kết luận và kiến nghị 73

4.3.1 Kết luận 73

4.3.2 kiến nghị 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CNC Viết tắt của chữ Computer Numerical Control

PC Viết tắt của chữ Personal Computer (máy vi tính cá nhân)

LPT Viết tắt của chữ Line Printing Terminal (cổng máy in)

X, Y, Z phương của hệ hoạ độ X, Y, Z

DDA Viết tắt của chữ Digital Differential Analyzer

SA Viết tắt của chữ Stairs Approximation

CRT Viết tắt của chữ Cathode-Ray Tube (Màn hình điện tử)

CLU Viết tắt của chữ Control loop unit

MCU Viết tắt của chữ machine control unit

TÓM TẮT ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Mục tiêu nghiên cứu

Thông qua việc nghiên cứu, khảo sát và tìm hiểu thông tin về điều khiển PLC, điều khiển CNC Đề tài thực hiện ứng dụng hệ thống điều khiển PLC, CNC vào cải tiến hệ thống điều khiển máy phay vạn năng, chạy thử, đưa máy vào hoạt động và áp dụng kết quả vào đào tạo học sinh sinh viên tại trường Cao đẳng Công nghiệp Việt Đức

Nội dung thực hiện

- Tổng quan, tìm hiểu thông tin về điều khiển PLC, điều khiển CNC

- Khảo sát máy phay vạn năng FUW 315/III

- Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển PLC, điều khiển CNC cho máy phay

- Nâng cao độ chính xác các bộ phận cơ khí của máy Thiết kế, gia công, lắp đặt một số

bộ phận cơ khí cần thiết phải cải tiến khi thay đổi hệ thống điều khiển

- Trên cơ sở hệ thống điều khiển PLC, CNC đã xây dựng, lắp ráp, kết nối, cài đặt và chạy thử máy

- Áp dụng kết quả vào đào tạo tại trường Cao đẳng Công nghiệp Việt Đức

Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tế sử dụng thiết bị

- Trên cơ sở khả năng điều khiển PLC, điều khiển CNC và khả năng lập trình, kết hợp với yêu cầu hoạt động cũng như chức năng làm việc cơ bản của máy phay, tiến hành thiết kế hệ thống điều khiển PLC, CNC và cải tiến bộ phận kết cấu máy cho phù hợp

- Sử dụng công cụ đo kiểm đánh giá chất lượng của sản phẩm

- Áp dụng kết quả vào đào tạo và đánh giá kết quả

Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

Giới hạn của đề tài chỉ nghiên cứu, ứng dụng điều khiển PLC, điều khiển CNC vào cải tiến 01 máy phay vạn năng Sản phẩm của đề tài làm phương tiện cho giảng dạy thực hành tại trường Cao đẳng Công nghiệp Việt - Đức

Chương 1: Giới thiệu chung về thiết bị điều khiển PLC và CNC

1.1 Giới thiệu chung về điều khiển PLC

1.1.1 Khái niệm về PLC

Bộ điều khiển logic khả trình ( PLC) là bộ điều khiển dựa trên cơ sở nền tảng vi xử lý,

sử dụng các bộ nhớ khả trình để lưu các chỉ lệnh thực hiện các chức năng sau: logic, sắp thứ tự, đặt thời gian, đếm và thực hiện các phép tính số học để điều khiển thiết bị

và điều khiển quá trình Thuật ngữ logic được sử dụng vì việc lập trình liên quan trước hết đến thực hiện logic và chuyển mạch

Các hoạt động, các thiết bị đầu vào ( ví dụ: các công tắc, nút bấm, cảm biến), các thiết

bị đầu ra ( ví dụ: động cơ, các van điện) trong hệ thống được kết nối tới PLC Người lập trình đưa tuần tự các lệnh vào bộ nhớ chương trình PLC Bộ điều khiển sẽ giám sát các đầu xuất/nhập theo chương trình, qua đó để điều khiển thiết bị hay quá trình

PLC được thiết kế xuất phát từ ý muốn thay thế các hệ thống rơle dây cứng và các hệ thống điều khiển logic bấm giờ Lợi thế của PLC là có khả năng thay thế cả hệ thống điều khiển mà không phải đi lại dây cho thiết bị xuất/nhập mà chỉ cần nâng cấp một số

bộ lệnh khác Kết quả là một hệ thống linh hoạt được sử dụng để điều khiển hệ thống, thay đổi trạng thái và tính phức tạp của hệ

PLC tương tự như máy tính nhưng có một số ưu điểm sau:

+ Hoạt động ổn định, bền và chịu được trong môi trường công nghiệp (như: ồn, nhiệt, ẩm, rung)

+ Giao diện đầu nhập và đầu xuất nằm trong bộ điều khiển

+ Dễ lập trình và dễ hiểu, lập trình liên quan đến các hoạt động chuyển mạch

Hình 1.1: Mô hình bộ điều khiển PLC

1.1.2 Cấu trúc bộ điều khiển PLC

Cấu trúc bộ điều khiển PLC bao gồm các thành phần như sau:

+ Module CPU ( Xử lý tín hiệu )

+ Module vào/ra ( I/O)

+ Module nhớ

+ Module nguồn

Hình 1.2: Cấu trúc bộ điều khiển PLC

a) Module CPU (CPU):

CPU điều khiển và xử lý tất cả các hoạt động trong PLC, được cấp đồng hồ dao động với tần số 1:8 MHz Tần số này quyết định hoạt động của PLC, định thời gian và đồng

bộ hoá tất cả các thành phần trong hệ thống Một hệ thống bus chuyển thông tin từ CPU tới bộ nhớ và khối xuất nhập

b) Module nhớ

Bộ nhớ PLC gồm hai thành phần là ROM, RAM

+ Bộ nhớ ROM: Để lưu toàn bộ hệ điều hành và dữ liệu cố định Toàn bộ dữ liệu trong bộ nhớ ROM luôn tồn tại và không bị mất đi

+ Bộ nhớ RAM: Để lưu chương trình người sử dụng và lưu dữ liệu vùng đệm của kênh xuất nhập dữ liệu Các chương trình trong RAM có thể thay đổi được bởi người

sử dụng, tuy nhiên để tránh mất chương trình này khi mất điện, một nguồn pin được sử dụng để lưu dữ toàn bộ chương trình, dữ liệu trong RAM Sau khi một chương trình được lưu trong RAM nó có thể được tải vào chip nhớ EPROM và được lưu trong đó Kích thước bộ nhớ RAM quyết định đến số lượng dữ liệu và số lệnh chương trình được lưu trong đó Dung lượng bộ nhớ PLC phụ thuộc vào từng loại PLC, PLC cỡ nhỏ thì dung lượng bộ nhớ nhỏ và ngược lại

c, Module vào/ra ( I/O)

Hình 1.3: Module vào ra của PLC

Có chức năng cung cấp giao diện giữa PLC và các thiết bị bên ngoài Chương trình được đưa vào thiết bị từ Panel bàn phím với màn hình tinh thể lỏng hay khối hiển thị trực quan (VDU) Chương trình cũng có thể được đưa vào bộ điều khiển thông qua máy tính trung gian và cài phần mềm thích hợp Các kênh xuất nhập cung cấp các chức năng điều hoà tín hiệu và bảo vệ Như vậy các cảm biến và cơ cấu chấp hành có thể nối trực tiếp vào chúng mà không qua các thiết bị trung gian khác Thường điện áp đầu vào

là 5V, 24V; điện áp đầu ra là 24, 220V Các đầu ra được định cụ thể là các loại rơle, tranzito hoặc triac Với loại rơle, tín hiệu PLC được sử dụng để vận hành rơle, có khả năng chuyển dòng vài ampe mạch ngoài

Rơle cách ly PLC với mạch ngoài, tuy nhiên chúng thường có thao tác chậm Đầu ra loại tranzito sử dụng một tranzito để chuyển dòng ra bên ngoài, khả năng chuyển mạch nhanh hơn Cách ly quang ( Optoisolator) được sử dụng với các bộ chuyển mạch tranzito để tạo ra cách ly giữa mạch ngoài và PLC Các đầu ra triac có thể được sử dụng để điều khiển tải ngoài loại được nối với nguồn cấp AC

d, Module nguồn

S7-200 có hai loại cơ bản:

Loại AC/DC/RLY: Điện áp nguồn cung cấp từ 85 ÷ 264VAC, tần số 47÷63Hz

Điện áp vào: Nguồn cung cấp điện áp chuẩn cho sensor là 24VDC

Điện áp ra: Được sử dụng nguồn điện ngoài, có thể là DC hoặc AC nhưng không vượt quá 220V Nếu sử dụng đối với những thiết bị tiêu thụ có công suất bé khoảng chừng vài Woat thì có thể lấy trực tiếp nguồn của cảm biến

Loại DC/DC/DC: Nguồn nuôi 24VDC

Đầu ra Transitor hở colector nguồn cung cấp 24VDC

1.1.3 Xử lý đầu xuất/nhập

PLC thực hiện chương trình theo trình tự như sau:

+ Quét các dữ liệu nhập kết hợp lại với một nấc thang chương trình

+ Giải quyết các hoạt động logic liên quan đến các dữ liệu nhập đó

+ Thiết lập lại các dữ liệu xuất cho thang đó

+ Chuyển sang nấc tiếp theo và lặp lại các bước đó

Cứ như vậy cho đến nấc cuối và kết thúc chương trình

Có hai phương pháp để xử lý đầu xuất/nhập: Cập nhật liên tục và sao chép một lượng lớn tín hiệu xuất/nhập

1.1.4 Các loại PLC

Căn cứ vào số lượng vào/ ra, ta có thể phân PLC thành bốn loại như sau:

+ Micro PLC là loại dưới 32 kênh vào/ ra

+ PLC cỡ nhỏ là loại cỡ 256 kênh vào/ ra

+ PLC cỡ trung bình có đến 1024 kênh vào/ ra

+ PLC cỡ lớn có trên 1024 kênh vào/ ra

1.1.5 Ngôn ngữ lập trình

Ngôn ngữ lập trình cho phép người sử dụng trao đổi với thiết bị điều khiển khả lập trình thông qua thiết bị lập trình Các nhà sản xuất PLC sử dụng các ngôn ngữ lập trình khác nhau, nhưng tất cả các ngôn ngữ này đều sử dụng các lệnh nạp chương trình điều khiển vào hệ thống

Chương trình được viết bằng sự tổ hợp các lệnh theo một trình tự xác định Phương thức tổ hợp các lệnh cũng như dạng của các lệnh đều được tuân theo những qui định chung Các qui định và các lệnh tổ hợp với nhau tạo ra ngôn ngữ lập trình Có bốn ngôn ngữ cơ bản được sử dụng:

+ Bảng lệnh ( STT)

+ Sơ đồ thang (LAD)

+ Sơ đồ khối hàm logic ( FBD)

+ Gracet

1.1.6 Cơ sở điều khiển PLC

PLC ngày càng được mở rộng và hoàn thiện thực hiện rất nhiều chức năng điều khiển khác nhau

a) Điều khiển logic

Đây là chức năng điều khiển cơ bản và quan trọng nhất của PLC Trên PLC được tích hợp các I/O số là các biến vào ra số của PLC để thực hiện các phép toán logic Phần mềm lập trình PLC hỗ trợ rất nhiều các phép toán logic ( AND, OR, SET, RESET, XOR vv…) giúp cho người lập trình dễ dàng viết chương trình điều khiển Quá trình điều khiển tuần tự dễ dàng được thực hiện nhờ bộ điều khiển PLC

Hình 1.4: Mạch điều khiển logic

b) Điều khiển quá trình liên tục

PLC có thể điều khiển các quá trình liên tục như điều khiển chuyển động của các động cơ, điều khiển quá trình nhiệt, áp suất, lưu lượng, mức vv… Trên PLC có các module I/O analog thực hiện xuất nhập vào tín hiệu vào tương tự để điều khiển quá trình liên tục Ngoài ra PLC còn có các module đặc biệt chuyên dụng để điều khiển quá trình liên tục ( Module PID điều khiển động cơ, điều khiển nhiệt độ, mức vv…)

c) Truyền thông

Một hệ thống lớn bao gồm nhiều thiết bị điều khiển và nhiều PLC, các PLC này phải phối hợp hoạt động với nhau để điều khiển hoạt động của một nhà máy PLC có chức năng giao tiếp được với nhau Dữ liệu của PLC có thể được truyền hoặc nhận bởi các PLC khác hoặc bởi PC thông qua các hàm đọc truyền thông Các PLC kết nối với nhau nhờ các module truyền thông được tích hợp trên PLC

1.2 Điều khiển CNC

1.2.1 Nguyên lý của điều khiển số

Bộ điều khiển NC là bộ điều khiển trên cơ sở máy tính (Computer numerical control)

được sử dụng nhiều trong điều khiển máy công cụ Từ nguyên lý điều khiển số tức điều khiển trực tiếp hành động của máy công cụ bằng dữ liệu số, bộ điều khiển phải có khả năng tự động biên dịch ít nhất là một số đoạn của dữ liệu đó Dữ liệu số chính là chương trình người sử dụng lập để gia công chi tiết

Một hệ thống điều khiển số máy công cụ bao gồm một khối máy công cụ và một khối điều khiển máy ( machine control unit- MCU) MCU phân tiếp thành bộ xử lý dữ liệu ( Data processing unit – DPU) và bộ điều khiển phản hồi ( Control loop unit – CLU) DPU xử lý các dữ liệu mã hoá được đọc từ các môi trường lưu trữ ( băng đục lỗ, băng

từ, đĩa mềm…) chuyển các thông tin về vị trí của mỗi trục, hướng chuyển động , vận tốc và các chức năng hỗ trợ tới CLU CLU điều khiển các cơ cấu chuyển động của máy, nhận các tín hiệu phản hồi vị trí hiện thời và tốc độ của mỗi trục thông báo khi

một hoạt động đã hoàn thành DPU đọc tuần tự dữ liệu khi từng dòng chương trình đã thi hành xong và được CLU ghi nhận

DPU gồm một số hoặc tất cả các thành phần sau:

+ Thiết bị nhập dữ liệu như băng từ, cổng RS 232

+ Các mạch đọc dữ liệu và kiểm tra logic kiểm parity

+ Các mạch giải mã cho miêu tả dữ liệu giữa các trục điều khiển

+ Một trình soạn thảo

CLU gồm:

+ Bộ nội suy, cấp các lệnh chuyển động máy giữa các điểm dữ liệu để cho chuyển dịch dụng cụ

+ Phần cứng của vòng phản hồi có điều khiển vị trí cho tất cả các trục chuyển động, ở

đó mỗi trục có một vòng lặp điều khiển riêng biệt

+ Các vòng lặp điều khiển tốc độ ở đó yêu cầu điều khiển tốc độ tiến

+ Các mạch giảm gia tốc và khử rơ

+ Điều khiển chức năng đóng/cắt, làm mát thay đổi chuyển động bánh răng, đóng cắt trục chính

Hình 1.5: Cấu trúc hệ thống điều khiển CNC

1.2.2 Các phương thức điều khiển số

a) Điều khiển điểm – điểm

Là điều khiển chạy nhanh đến một điểm đã lập trình Phụ thuộc vào kiểu bộ điều khiển, các truyền động trục được khởi động đồng thời hoặc tuần tự cho đến khi vị trí điểm được lập Điều khiển này hay được sử dụng để định vị nhanh dụng cụ ( tức di chuyển không ăn dao tốc độ cao, hoặc trong máy khoan hoặc máy hàn điểm)

Hình 1.6: Điều khiển điểm - điểm b) Điều khiển đường thẳng

Cho phép dụng cụ dịch chuyển song song theo các trục máy (X, Y, Z) với các tốc độ gia công định trước Tuy nhiên, tại một thời gian thì chỉ có truyền động được đưa vào hoạt động Điều khiển đường thẳng được sử dụng để gia công các đường thẳng và các rãnh song song với các trục chính và các bộ điều khiển cắt đường thẳng thường được

sử dụng trong các máy phay, máy tiện đơn giản Bộ điều khiển luôn có khả năng điều khiển điểm

Hình 1.7: Điều khiển đường thẳng

c) Điều khiển biên dạng

Điều khiển contur có các mức điều khiển phụ thuộc trước hết vào kích thước trong không gian, quan hệ hàm tạo lên quỹ đạo dụng cụ Đó là điều khiển contur 2D, 21/2D, 3D, tiếp theo là số trục có khả năng đồng thời điều khiển Từ đó CNC có thể là điều khiển 4 trục, 5 trục Các bộ điều khiển CNC máy phay ngày nay là bộ điều khiển 3D

Hình 1.8: Điều khiển biên dạng

Một máy CNC thường có nhiều hơn hai trục điều khiển để gia công hình dạng phức tạp Hai loại điều khiển có thể được thực hiện: Phương pháp điều khiển điểm đến điểm được sử dụng để di chuyển trục tới vị trí mong muốn, và các phương pháp điều khiển theo biên dạng được sử dụng để di chuyển dọc theo một trục đường cong tuỳ ý

Để thực hiện các phương pháp điều khiển thành công, công cụ chuyển động cần được chia thành các thành phần tương ứng với mỗi trục; các điểm của công cụ được tạo ra thông qua việc kết hợp các sự dịch chuyển riêng cho mỗi trục

Ví dụ, nếu một công cụ cần di chuyển từ điểm P1 tới P2 bằng cách rút dao nhanh trong

mặt phẳng XY, như Hình 1.9, nội suy chia sự chuyển động toàn bộ ra thành sự dịch

chuyển riêng của các X-và Y-trục dựa trên định nghĩa rút dao nhanh trước Cuối cùng,

vận tốc khối lệnh cho hay trục được tạo ra như Hình 1.9

Hình 1.9: Khái niệm cơ bản của nội suy

Vì vậy, nội suy có các yêu cầu đặc điểm sau đây để nó có thể tạo ra và tốc độ di chuyển thành công cho nhiều trục từ hình dạng một phần và sự định nghĩa trước rút dao nhanh

Các dữ liệu nội suy tạo ra gần với hình dạng một hình khối thực tế

Các nội suy nên xem xét giới hạn của tốc độ do cơ cấu máy và chi tiết kỹ thuật servo, trong khi tính toán vận tốc

Sự tích luỹ của lỗi nội suy cần tránh để có vị trí cuối cùng gần trùng vị trí mong muốn Nội suy có thể được phân loại là nội suy phần cứng hoặc nội suy phần mềm bằng cách xem xét các phương pháp thực hiện Nội suy phần cứng, bao gồm các thiết bị điện khác nhau, được sử dụng rộng rãi cho đến khi máy CNC được phát triển Tuy nhiên, ngày hôm nay, nội suy sử dụng phần mềm được sử dụng trong các hệ thống CNC hiện đại Khái niệm của nội suy phần mềm bắt nguồn từ nội suy phần cứng và nội suy phần cứng được giới hạn để kiểm soát hệ thống đơn giản

a, Nội suy cứng

Nội suy phần cứng thực hiện việc tính nội suy và tạo ra các xung bằng cách sử dụng một mạch điện Trong nội suy phần cứng, có thể thực hiện tốc độ cao, nhưng nó là khó khăn để thích ứng với các thuật toán mới hoặc sửa đổi các thuật toán Trong NC, việc tính toán của nội suy và chương trình phụ thuộc vào phần cứng Tuy nhiên, sự phụ thuộc vào phần cứng đã giảm dần do sự ra đời của máy tính điều khiển số (CNC) hệ thống

Phương pháp điển hình cho nội suy phần cứng sử dụng một DDA (Digital Differential Analyzer) tích hợp Phương pháp sử dụng tích hợp DDA chuyển thành phiên bản phần mềm và có thể được áp dụng cho CNC hiện đại Trong phần này, nhà tích hợp DDA sẽ được giới thiệu và phương pháp nội suy sử dụng một phần cứng tích hợp DDA sẽ được giải quyết

™ Nội suy phần cứng DDA

Nội suy phần cứng sử dụng DDA được dựa vào nguyên lý của một phép lấy tích phân bằng số DDA là một mạch kỹ thuật số hoạt động là một tích hợp kỹ thuật số và tương

tự của một bộ khuếch đại OP trong một mạch tương tự

Hiểu biết các khái niệm về phép lấy tích phân bằng số nên được đi trước, bởi kiến thức

về nguyên tắc nội suy Đưa cho hàm vận tốc V(t), lượng di chuyển S(t) có thể được

xấp xỉ bởi tổng hợp các đỉnh của hình chữ nhật hẹp dưới đường cong vận tốc như Hình

Hình 1.11: Nội suy phần cứng DDA

Nội suy tuyến tính có nghĩa là kiểm soát sự chuyển động tuyến tính từ vị trí bắt đầu cho đến vị trí kết thúc Nhìn chung, nội suy tuyến tính được thực hiện bởi hai trục đồng thời kiểm soát trên một mặt phẳng 2D hoặc ba trục trong không gian 3D

Tuy nhiên, trong phạm vi nghiên cứu này chỉ nói đến nội suy tuyến tính trên một mặt phẳng 2D

Khi nội suy tuyến tính 2D được thực hiện, điều quan trọng nhất là sự đồng bộ của hai trục đối với vận tốc và sự di dời.Ví dụ, giả sử rằng trục X di chuyển lớn nhất là A BLU

và trục Y di chuyển tối đa B BLU, như Hình 1.11a Trong trường hợp này, nội suy

phần cứng DDA nên tạo ra "xung A cho trục X di chuyển" xung B cho trục Y di chuyển Tỷ lệ tần số của A đến B nên được duy trì như là không đổi

Một nội suy phần cứng DDA có thể đáp ứng những điều kiện này có thể được thiết kế

như Hình 1.11b Trong mạch, trong đó bao gồm hai DDA tích hợp, các trục X và trục

Y được tách ra và có thể được thực hiện đồng thời sử dụng tín hiệu xung giống hệt nhau Sự di chuyển hoàn toàn của mỗi trục được lưu trữ trong biến V của máy tích phân DDA tương ứng; biến V của nhà tích hợp DDA cho trục X được thiết lập là giá trị 'A' và V đăng ký của nhà tích hợp DDA cho trục Y được thiết lập là giá trị 'B' Các tràn từ mỗi tích phân DDA được tạo ra như trong công thức 1.1 và 1.2, tràn được cho vào đầu vào của các vòng lặp kiểm soát vị trí

(1.1)

(1.2)

Để nội suy vòng tròn Hình 1.11c, một vị trí bắt đầu, một vị trí cuối cùng, bán kính, và

vector từ vị trí bắt đầu đến trung tâm của vòng tròn là cần thiết

Nội suy vòng tròn phải thoả mãn các phương trình sau đây:

™ Nội suy mềm DDA

Phần mềm nội suy DDA có nguồn gốc từ nội suy phần cứng DDA và các bước thực

hiện của họ cũng giống như hoạt động của nội suy phần cứng DDA Hình 1.12 cho thấy biểu đồ cho một phần mềm DDA nội suy, Hình 1.12a và Hình 1.12b tương ứng hiển thị nội suy tuyến tính và suy tròn.Trong Hình 1.12a, L biến là một di dời tuyến

tính và các biến A và B biểu thị sự dịch chuyển của trục X và Y, giá trị ban đầu của các

biến Q1 và Q2 là số không Trong Hình 1.12b, các giá trị ban đầu của các biến cũng

tương tự như đối với nội suy tuyến tính, các biến R là bán kính của vòng tròn, và các biến P1 và P2 cho vị trí trung tâm khi các điểm bắt đầu của hình tròn là nguồn gốc của

sự phối hợp hệ thống

a) b)

Hình 1.12: Nội suy DDA

Sau đây là một ví dụ về phần mềm DDA một thuật toán nội suy và một phần của chương trình là một ví dụ dưới đây Các đơn vị chiều dài của chương trình phần ví dụ

là BLU và tốc độ một đơn vị là BLU / giây

G01 X0.Y10.F10

G02 G90 X10 Y0 I0 J-10 F10

Chương trình phần ví dụ biểu thị sự chuyển động tròn trong chiều kim đồng hồ ở góc

toạ độ đầu tiên và Hình 1.13 cho thấy kết quả của sự nội suy

Hình 1.13: Kết quả của nội suy mềm DDA

™ Nội suy Stairs Approximation (SA)

Thuật toán nội suy SA, gọi là nội suy gia tăng, xác định hướng của mỗi bước đi khoảng BLU và gửi các xung với trục liên quan Trong phần này, nội suy SA cho một vòng tròn sẽ được giải quyết và thuật toán cho một đường thẳng có thể được dễ dàng

xác định từ các thuật toán cho một vòng tròn Hình 1.14 hiển thị như thế nào là nội suy

SA cho vòng tròn một ứng với trường hợp có sự chuyển động tròn theo hướng chiều kim đồng hồ ở góc toạ độ đầu tiên đối với trung tâm của vòng tròn

Hình 1.14: Kết quả của nội suy mềm SA

Giả sử rằng công cụ này đạt đến vị trí (X k ,Y k) sau khi lặp thứ i Trong thuật toán này,

Dk biến được tính bằng công thức

Hướng di chuyển của mỗi bước phụ thuộc vào Dk Ví dụ như đường tròn chuyển động theo chiều kim đồng hồ ở góc phần tư thứ nhất thuật toán được tính như sau:

D k < 0 : Nghĩa là vị trí của điểm (X k ,Y k ) là trong đường tròn trong trường hợp này phải

di chuyển trục X theo chiều dương

D k >0 : Nghĩa là vị trí của điểm (X k , Y k ) là ngoài đường tròn trong trường hợp này phải

di chuyển trục Y theo chiều âm

D k =0: Ta có thể dùng 1 trong 2 cách trên đều được

Sau khi hoàn thành một bước bằng cách áp dụng các quy tắc trên, các vị trí (X k+1 ,Y k+1) được cập nhật và thủ tục lặp đi lặp lại cho đến khi công cụ này đạt tới vị trí mong

muốn, (X f ,Y f )

Trong thuật toán này, yêu cầu số lượng nhỏ phép tính và không gian bộ nhớ Số lượng bước lặp có thể tính như sau:

N = |X 0 - X f | + |Y 0 - Y f | (1.12) (X0,Y0) : Start Point

Bảng 1.1 Các trường hợp dịch chuyển khi nội suy đường tròn

Chương 2 Khảo sát máy phay vạn năng FUW 315/III

2.1 Đặc tính kỹ thuật của máy FUW 315/III

Máy phay vạn năng FUW 315/III của trường được sản xuất năm 1986 do hãng RUHLA Cộng Hoà Liên Bang Đức Máy bao gồm các bộ phận chính được chỉ ra trên hình 2.1 như sau:

Hình 2.1: Tổng quan máy phay FUW 315/III

01 Trục chính phay ngang 08 Tay quay tiến ngang của trục chính

02 Trục chính phay đứng 09 Tay gạt tiến ngang

04 Tay quay tiến bàn đứng 11 Tay gạt tiến bàn dọc

07 Bảng điều khiển

Đặc tính kỹ thuật

Hành trình làm việc của bàn máy X,Y,Z 440 x 440 x 350

Số cấp vòng quay trục chính (24 cấp) n (1800 ÷ 36) vòng /phút

Số cấp lượng tiến dọc và ngang (24 cấp) Sd,n = 1250 ÷ 6,3 mm/phút

Công suất động cơ chính Nđc = 4,5 Kw

Công suất động cơ tiến dao Nd = 0,7 Kw

2.2 Động học của máy

Máy phay FUW 315/III có hai chuyển động tạo nên quá trình cắt gọt:

- Chuyển động chính: Là chuyển động của trục chính mang dao, đặc trưng là số vòng quay/phút

- Chuyển động tiến dao: là chuyển động của bàn máy mang phôi nhằm cắt hết chiều dài phôi đặc trưng là mm/phút Trong chuyển động tiến dao có 3 chuyển động theo 3 phương khác nhau X, Y, Z

Kết hợp hai chuyển động này trong quá trình cắt gọt tạo nên chuyển động thích hợp cho quá trình tạo hình

2.2.1 Chuyển động chính (chuyển động quay của dao)

Máy phay FUW 315/III sử dụng động cơ một chiều, công suất 4,5 Kw và bộ khuếch đại từ để thay đổi tốc độ động cơ chính vì vậy tốc độ động cơ được điều chỉnh vô cấp Trên bảng điều khiển được chia khoảng để làm cơ sở chọn tốc độ cắt Có 24 cấp tốc độ phân ra hai đường truyền, cấp nhanh và cấp chậm

Số vòng quay max nmax = 2850 vòng /phút

Số vòng quay min nmin = 20 vòng /phút

Quá trình khảo sát đã xây dựng sơ đồ động học của máy như sau:

16 67

23

M3 M4 75 6 21

51 M1 18

71

37 M2

I

II

35 40

44

23

43

28 28

18 47

25

36

34 17

26

30 27

VI VII

48

IX

27

M5 M6

M7

Hình 2.2 Sơ đồ động học máy phay FUW 315/III

Dựa vào sơ đồ động học của máy hình 2.2 cho thấy, xích chuyển động trục chính có hai đường truyền (tốc độ nhanh và tốc độ chậm) như sau:

Các tốc độ của đường truyền nhanh có 12 tốc độ:

Máy có 2 dẫy tốc độ, tốc độ nhanh và tốc độ chậm.Việc điều chỉnh tốc độ cắt của máy

phay FUW 315/III được thực hiện trên bảng điều khiển hình 2.3 như sau:

Hình 2.3 Bảng điều khiển máy phay FUW 315/III

06 - Nút đóng/ ngắt động cơ chạy dao

07 - Công tắc điều khiển chế độ chạy bàn

08 - Công tắc 2 vị trí điều khiển ly hợp điện từ hộp bước tiến

09 - Đồng hồ báo

10 - Khoá bảng điều khiển

11 - Công tắc đèn

12 - Công tắc tưới nguội

13 - Núm điều chỉnh tốc độ chạy dao

14 - Nút ngắt tổng

Điều chỉnh tốc độ chậm

Tương tự như điều chỉnh tốc độ nhanh nhưng ở đây chỉ chuyển vị trí của công tắc 2 vị trí điều khiển ly hợp điện từ (03) xuống vị trí I ghi trên bảng điều khiển còn lại các thao tác khác tương tự như điều chỉnh tốc độ nhanh Nhưng lưu ý xoay núm điều chỉnh tốc độ (02) theo trị số hiển thị tốc độ lấy theo dẫy số màu đen Tốc độ cắt thực đặt được chỉ mang tính gần đúng

2.2.2 Chuyển động tiến

Chuyển động tiến bàn gá và đầu dao của máy phay FUW 315/III được sử dụng chung 1 động cơ 1 chiều có công suất Ncd = 0,7 Kw

số vòng quay max nmax = 2850 vòng /phút

Số vòng quay min nmin = 300 vòng/phút

Trên máy phay FUW 315/III có 24 lượng tiến được chia thành 2 nhóm bước tiến nhanh

và bước tiến chậm cho mỗi phương ( X, Y ,Z)

Lượng tiến bàn gá dọc ( X ): Là lượng dịch chuyển (mm) của bàn máy mang phôi theo phương dọc (X) trong một phút

Phương trình xích động bước tiến bàn gá theo phương dọc (X) nhanh

27

30 27

26 47

1250 1015 850 690 568 466

374 291 220 177 128 88 Phương trình xích động bước tiến bàn gá theo phương dọc (X) chậm

26 47

48 48

18 21

6

6

M = Sd mm/phút (bước tiến dọc) Các giá trị bước tiến đặt được khi sử dụng đường truyền chậm như sau:

88 72 60 50 41 33

27 21 16 12,5 9 6,3 Lượng tiến đầu dao ngang (Y): Là lượng dịch chuyển (mm) của đầu dao theo phương ngang (Y) trong một phút

Phương trình xích động bước tiến đầu dao theo phương ngang (Y) nhanh

M = Sn mm/phút ( bước tiến ngang)

Các giá trị bước tiến đầu dao theo phương ngang đạt được trên đường truyền nhanh như sau:

1250 1015 850 690 568 466

374 291 220 177 128 88 Phương trình xích động bước tiến đầu dao theo phương ngang (Y) chậm

Phương trình xích động bước tiến theo phương đứng nhanh

36

25 47

1250 1015 850 690 568 466

374 291 220 177 128 88 Phương trình xích động bước tiến theo phương đứng chậm

48 48

18 21

6

5

M = Sn mm/phút (bước tiến đứng) Các giá trị bước tiến đạt được khi sử dụng đường truyền chậm như sau:

88 72 60 50 41 33

27 21 16 12,5 9 6,3 Điều chỉnh lượng tiến dao

Máy phay FUW 315/III sử dụng một động cơ chung cho 3 chuyển động của bàn máy

và đầu dao theo phương X,Y,Z Việc đóng/ngắt các chuyển động này thông qua 3 ly hợp vấu M5, M6, M7 trong sơ đồ Các chuyển động này hoàn toàn độc lập với nhau Trong quá trình vận hành sử dụng muốn có đường truyền nào thì đóng ly hợp cho đường truyền đó, ngoài ra trong hộp bước tiến còn được sử dụng 2 ly hợp điện từ (M3;

M4) để đóng ngắt các chuyển động cho 2 đường truyền nhanh hoặc chậm

Việc điều chỉnh lượng tiến dao được thực hiện trên bảng điều khiển (Hình 2.4) giới thiệu bảng điều khiển máy phay FUW 315/III)

Hình 2.4: Bảng điều khiển máy phay FUW 315/III

01 Núm điều chỉnh tốc độ trục chính 08 Công tắc 2 vị trí điều khiển ly hợp

điện từ hộp bước tiến

05 Nút chạy động cơ chính 12 Công tắc tưới nguội

06 Nút đóng/ ngắt động cơ chạy dao 13 Núm điều chỉnh tốc độ chạy dao

07 Công tắc điều khiển chế độ chạy bàn 14 Nút ngắt tổng

Điều chỉnh lượng tiến dao dọc nhanh

Việc điều chỉnh lượng tiến dao dọc nhanh được thực hiện dựa trên (hình 2.4) như sau: Bật công tắc 2 vị trí điều điều khiển ly hợp điện từ hộp bước tiến (08) lên vị trí II (màu đỏ), xoay núm điều chỉnh tốc độ chạy dao tới giá trị lượng tiến dao cần sử dụng, Chú ý

sử dụng giá trị lượng tiến dao theo dãy số màu đỏ Giá trị bước tiến thực đạt được chỉ mang tính gần đúng

Điều chỉnh hướng tiến bàn máy

Bàn của máy phay FUW 315/III có 2 chuyển động chạy dao là chuyển động dọc (X) và chuyển động lên xuống (Z) còn chuyển động ngang (Y) là sự dịch chuyển của đầu máy

phay Để thực hiện các chuyển động này người ta thực hiện như sau: Tại các vị trí như

trên hình 2.1 (Tổng quan máy phay FUW 315/II), có 3 tay quay tiến bàn đứng (04),

ngang(08), dọc(10) và có 3 tay gạt để điều khiển đóng/ngắt các ly hợp vấu cho các chuyển động tiến bàn tương ứng đó là (09, 11, 13) Khi thực hiện gạt tay gạt cơ cấu đóng ly hợp vấu M5, M6 ,M7 sang phải hay sang trái tuỳ theo hướng cần chạy của bàn máy, nhấn nút đóng/ ngắt động cơ chạy dao (06)

Hình 2.5 Cơ cấu điều khiển đóng mở ly hợp vấu

01- Bảng chỉ dẫn 02 - Tay điều khiển 03 – Vô lăng tiến tay Bảng chỉ dẫn trong hình 2.5 tay gạt 02 có 3 vị trí (vị trí được mô tả trên hình 2.6) , vị trí giữa cho phép tiến bàn bằng tay (vô lăng 03), vị trí phải cho phép bàn dịch chuyển sang phải, vị trí trái cho phép bàn dịch chuyển sang trái

Hình 2.6 Bảng chỉ dẫn vị trí điều khiển của các tay gạt trên đường truyền bước tiến

Điều chỉnh lượng tiến dao dọc chậm

Tương tự như điều chỉnh lượng tiến dao nhanh nhưng chỉ khác một điểm đó là: bật công tắc 2 vị trí điều khiển ly hợp điện từ hộp bước tiến (08) về vị trí I

2.3 Kết cấu máy

Máy phay FUW 315/III sử dụng động cơ điện một chiều có khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ, do vậy kết cấu cơ khí tương đối gọn nhẹ

Hộp tốc độ:

Động cơ trục chính được lắp trực tiếp vào hộp tốc độ Hộp tốc độ gồm hai đường truyền: nhanh và chậm Để điều khiển đóng/ngắt các đường truyền nhanh và chậm, sử dụng 02 bộ ly hợp điện từ (M1, M2) và hai bộ bánh răng ăn khớp Việc điều khiển tốc

độ hoàn toàn sử dụng điều khiển điện, do vậy mà kết cấu hộp tốc độ rất đơn giản, gọn nhẹ, Hình 2.7 dưới đây cho thấy kết cấu bên trong của hộp tốc độ máy phay vạn năng FUW 315/III

Hình 2.7 Hộp tốc độ máy phay FUW 315/III

Hình 2.8 là sơ đồ trải bên trong hộp tốc độ

Hình 2 8: Sơ đồ hộp tốc độ

Hộp bước tiến:

Động cơ được lắp trực tiếp lên hộp bước tiến Việc điều khiển bước tiến của bàn máy được sử dụng bằng điều khiển tốc độ động cơ Như vậy hộp bước tiến thực chất chỉ có nhiệm vụ phân phối chuyển động đi các hướng khác nhau cho bàn máy gồm: 2 đường truyền, đường truyền bước tiến nhanh và đường truyền bước tiến chậm Điều khiển chúng thông qua hai bộ ly hợp điện từ (M3, M4) Hình 2.9 dưới đây là kết cấu của hộp bước tiến

Hình 2.9: Hộp bước tiến

Hình 2.10 là sơ đồ trải các cặp bánh răng ăn khớp trong hộp bước tiến

Hình 2.10: Sơ đồ hộp bước tiến

Việc điều khiển hộp bước tiến bao gồm: Điều khiển bước tiến, điều khiển hướng tiến (lên xuống, sang phải, sang trái hoặc ra, vào)

Kết cấu của cơ cấu điều khiển hướng tiến bàn máy:

Hình 2.11: Cơ cấu điều khiển hướng tiến

Cơ cấu điều khiển hướng tiến của bàn máy hoạt động nhờ cơ cấu cam được lắp trên trục của vô lăng Để điều khiển đóng mở ly hợp vấu và ly hợp điện từ hoặc cho phép chuyển động bàn bằng tay như phần trên đã thuyết minh

kết cấu trục chính được thể hiện trên hình 2.11 dưới đây

Hình 2.11 Trục chính

2.4 Phần điện

Để minh hoạ cho nguyên lý hoạt động của máy trong hình 2.12 dưới đây xin trình bày

sơ đồ mạch động lực

Thuyết minh sơ đồ khối mạch động lực ở Hình 2.12 như sau: (MĐK) Là mạch điện

điều khiển của toàn máy, bao gồm tất cả các phần tử như:

( Ap tô mát, công tắc tơ, rơ le, biến áp nguồn ly hợp, chỉnh lưu cầu, biến trở điều chỉnh, nút ấn thao tác, các cữ hành trình của tay gạt vv ) Mạch điều khiển làm nhiệm

vụ đóng cắt nguồn điện, điều chỉnh tốc độ động cơ, biến đổi điện áp cấp cho ly hợp, đảo chiều quay động cơ trục chính, khống chế các hành trình làm việc của hệ truyền động ăn dao ( trục chính), hệ truyền động bàn ở các chuyển động khác nhau

( KĐT 1) là bộ khuếch đại từ làm nhiệm vụ biến đổi nguồn điện áp lưới xoay chiều

220V sang điện áp một chiều phù hợp với động cơ trục chính

(KĐT 2) là bộ khuếch đại từ làm nhiệm vụ biến đổi nguồn điện áp lưới xoay chiều

220V sang điện áp một chiều phù hợp với động cơ tiến bàn máy

Đ1 là động cơ trục chính

Đ2 là động cơ tiến bàn máy

CKT1, CKT2 là hai cuộn dây kích từ của hai động cơ

M1 là động cơ bơm nước tưới nguội cho quá trình gia công chi tiết

M2 là động cơ quạt làm mát cho động cơ trục chính

MK1 Là ly hợp điện từ đóng cho tốc độ chạy nhanh của trục chính

MK2 Là ly hợp điện từ đóng cho tốc độ chạy chậm của trục chính

MK3 Là ly hợp điện từ đóng cho tốc độ chạy nhanh của bàn máy

MK4 Là ly hợp điện từ đóng cho tốc độ chạy chậm của bàn máy

Khống chế hành trình chạy của bàn máy được dùng các cữ hành trình ở các tay gạt trên bàn máy

2.5 Độ chính xác máy:

Hãng sản xuất

Đức

PHIẾU KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC MÁY

SAI SỐ CHO PHÉP

SAI SỐ

ĐO ĐƯỢC

PHƯƠNG PHÁP ĐO- KIỂM

mm 0,02mm)

(0-≤ 0,04/100 0mm (dọc bàn

0,03/100

0 mm (ngang bàn máy)

Được kiểm tra khi lắp đặt

- Đặt ni vô khung lên bàn máy theo phương dọc và phương ngang (như hình vẽ)

- Lần lượt kiểm tra ở 3 vị trí: đầu-cuối

và giữa bàn máy

Đọc trị số sai lệch trên ni vô

- Mỏ đo tì vào trục chính

- Dùng tay quay nhẹ trục chính ít nhất

1 vòng

- Đọc trị số sai lệch trên đồng

- Mỏ đo tì vào mặt mút của trục chính hoặc mặt mút của trục kiểm chuôi côn

- Dùng tay quay nhẹ trục chính

- Đọc trị số sai lệch của đồng

hồ

Tại A:

≤ 0,01mm Tại B:

≤ 0,03mm

0.01

- Gá đế đồng

hồ trên bàn máy

- Mỏ đo đồng

hồ tì vào trục kiểm (đối xứng qua tâm) tại A;

- Cho trục chính quay bằng tay

- Đọc trị số sai lệch trên đồng

hồ Thực hiện tương tự ở vị trí B

Tại 1:

≤ 0,00mm Tại 2:

≤ 0,02mm

0,01

- Gá đế đồng

hồ trên bàn máy

- Mỏ đo đồng

hồ tì vào trục kiểm (đối xứng qua tâm) tại A;

- Cho trục chính đứng yên dùng đồng

hồ đo vị trí tai

1, Xoay mặt đồng hồ vè vị trí không

-Thực hiện tương tự ở vị trí B - Đọc trị

số sai lệch trên đồng hồ

- Cho xà ngang vươn hết hành trình

và hãm chặt

- Gá đế đồng

hồ (đế góc) vào rãnh trượt

≤0,02/30 0mm

xà ngang thấp về phía cổ trục chính (theo a)

mỏ đo tì vào đường sinh lớn nhất của trục kiểm theo phương đứng

a, (tại 1)

- Cho đế ĐH chuyển động đưa mỏ đo tới

2

- Đọc trị số sai lệch trên đồng

hồ Thực hiện tương tự như vậy ta được trị

số sai lệch theo phương ngang b

mm (dốc vào phía cổ trục theo phương

đứng a)

0,02

mm

- Đặt ni vo khung trên bàn máy, đế

ĐH gá trên trục chính mỏ

đo tì vào cạnh

ni vô theo phương đứng

- Cho đầu máy chuyển động

- Đọc sai lệch trên đồng hồ

- Gá đồng hồ

so trên thân máy hoặc trên trục chính, mỏ

đo tì vào cạnh

ke

- Cho bàn máy chuyển động lên xuống mang mỏ đo

di chuyển suốt

a

b

chiều dài cạnh

ke Đọc trị số sai lệch trên đồng

- Gá đồng hồ

so trên thân máy hoặc trên trục chính, mỏ

đo tì vào cạnh

ke

- Cho bàn máy chuyển động lên xuống mang mỏ đo chuyển động suốt chiều dài cạnh ke Đọc trị số sai lệch trên đồng

- Mỏ đo tì vào trục chính

- Dùng tay quay nhẹ trục chính ít nhất

1 vòng

- Đọc trị số sai lệch trên đồng

- Mỏ đo tì vào mặt mút của trục chính hoặc mặt mút của trục kiểm chuôi côn

- Dùng tay quay nhẹ trục chính

Phần điện: Các linh kiện điện qua kết quả khảo sát, kiểm tra hầu như đã hỏng toàn bộ không còn hoạt động được.Trong phạm vi đề tài xin thiết kế lại toàn bộ hệ thống điện

và lựa chọn động cơ cho phù hợp với yêu cầu của đề tài

Chương 3 Xây dựng phương án cải tiến và lập trình điều khiển máy

phay FUW 315/III

Giải pháp cải tiến máy phay

Máy phay FUW 315/III là máy công cụ vạn năng, khi thực hiện gia công chi tiết trên

máy người công nhân sử dụng tay để thực hiện điều khiển máy Việc cải tiến để trở

thành máy điều khiển tự động cần thiết phải thực hiện một số công việc sau:

Phần cơ khí

- Máy phay FUW 315/III cần phải nâng cao độ chính xác của các đường dẫn hướng

(băng máy), bảo dưỡng, căn chỉnh lại hộp tốc độ , hộp tiến dao, hộp trục chính vv

- Thiết kế cải tiến và chế tạo các bộ phận cơ khí cho phù hợp với máy

Phần điều khiển

- Thiết kế hệ thống điều khiển, lựa chọn linh kiện lắp ráp

- Viết chương trình điều khiển, cài đặt hệ thống và chạy thử

3.1 Phần cơ khí

3.1.1 Nâng cao độ chính xác phần kết cấu của máy

Độ chính xác phần cơ khí đóng một vai trò hết sức quan trọng đối với máy công cụ Nó

có ảnh hưởng trực tiếp độ chính xác và độ nhám bề mặt của chi tiết gia công, chính vì

vậy cần phải nâng cao độ chính xác phần cơ khí và công việc này bao gồm:

- Phục hồi độ chính xác các đường dẫn hướng (băng máy)

- Bảo dưỡng căn chỉnh trục chính

- Bảo dưỡng căn chỉnh cơ cấu vít – me – đai ốc

- Bảo dưỡng các hộp tốc độ, hộp tiến dao

- Bảo dưỡng hệ thống bôi trơn

- Bảo dưỡng hệ thống làm mát

Kết quả đã được thể hiện trên phiếu kiểm tra độ chính xác ở mục 2.5

3.1.2 Thiết kế, chế tạo các bộ phận cải tiến

3.1.2.1 Lựa chọn không gian để lắp động cơ

Để thực hiện được điều khiển các chuyển động đòi hỏi các trục dẫn động phải độc lập

các trục toạ độ X,Y,Z, nghĩa là mỗi chuyển động của bàn theo các hướng (X,Y,Z) được

trang bị một động cơ riêng rẽ Các động cơ được bố trí ngay trên đầu trục vít me bàn

tiến dao Việc bố trí lại không gian lắp đặt động cơ cần phải thoả mãn các yêu cầu cơ

bản sau: Các động cơ cần được bố trí sao cho thật gọn, dễ che chắn, dễ bảo vệ, dễ tháo

lắp, đồng thời sao cho trọng tâm của bàn máy ở các vị trí biên sau khi lắp thêm động

cơ không bị lệch khỏi vùng ổn định an toàn của máy Để đảm bảo được những yêu cầu

trên các vị trí lắp đặt động cơ được bố trí lại như sau: