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

Quá trình phát triển

ý tởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp liên tục, mà chúng đợc ứng dụng trong các máy điều khiển NC ngày nay, thực ra đã đợc phát kiến từ thế kỷ 14, bắt đầu từ những cụm chuông đợc điều khiển bởi các trục đục lỗ.

Năm 1808, Joseph M Jacquard dùng những tấm tôn đục lỗ điều khiển tự động các máy dệt Những “Nghiên cứu hệvật mang tin thay đổi đợc” 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 – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) Công bố sáng chế máy phay điều khiển theo chơng trình số NC.

Năm 1959 máy công cụ NC đợc triển lãm đầu tiên ở Pari, trình bày những máy NC đầu tiên ở Châu Âu.

Từ sau năm 1960, bóng đèn điển tử đợc thay thế bởi các phần tử bán dẫn điện tử rời rạc điốt ( đèn hai cực ) và Tranzito ( đèn ba cực ) Nhng đa số những linh kiện này vẫn đòi hỏi thể tích chiếm chỗ đủ lớn, còn rất nhiều mỗi hàn và các ổ cắm (giao điện ) vừa tốn kém trong chế tạo và hạn chế độ tin cậy trong vận hành và điều khiển.Thông tin điều khiển ghi trên băng đục lỗ, dung lơng thấp, khi gia công cho nhiều chi tiết giống nhau vẫn phải đọc băng đục lỗ cho từng lân gia công Khi thay đổi chơng trình điều khiển đòi hỏi phải cải tiến hay làm lại băng đục lỗ.

Trong những năm 70 ngành điều khiển số nhanh chóng ứng dụng trong các 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 đợc thay thế bởi các hệ điều khiển có bộ nhớ và dung l- ợng đủ lớn Do nối ghép các cụm vi tính vào hệ điều khiển số mà phần cứng có nhiệm vụ chuyên dùng trớc đây đợc thay thế bằng các phần mềm linh hoạt hơn Dung lợng nhớ ngày càng đợc mở rộng, tạo điều kiện lu trữ trong hệ điều khiển số trớc hết là những chơng trình đơn lẻ sau đó là cả một th viện chơng trình, lại có thể thay đổi đợc chơng trình đã lập một cách 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 chế tạo hàng loạt đa ra một thế hệ mới các thiết bị NC cài đặt các cụm vi tính có công năng mạnh mẽ hơn Thế hệ này đợc nhanh chóng thay thế bởi các cụm điều khiển CNC cài đặt ( Microproessor )

Năm 1984 hệ điều khiển CNC có công năng mạnh đợc trang bị các công cụ trợ giúp lập trình “Nghiên cứu hệ garaphic ” Tiến thêm một bớc phát triển mới lập trình tại phân x- ởng sản xuất.

Những năm 1986 – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) 1987 các giao diện tiêu chuẩn hóa ( Inteface ) mở ra con đờng tiến tới các xí nghiệp tự động trên cơ sở một hệ thống trao đổi thông tin liên thông : CIM ( Computer Integrated ManufaeTuring ).

Trình độ hiện tại

Điều khiển tự động hóa máy công cụ

Điều khiển tự động hoá máy công cụ đợc thể hiện qua các chức năng sau:

- 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 công suất tác dụng.

- Thực hiện định vị các cụm máy với độ chính xác yêu cầu để bảo đảm vị trí tơng quan giữa dao và phôi.

- Bộ điều khiển bao gồm một hay nhiều xích điều khiển, chúng gắn liền một hay nhiều mạch điều chỉnh.

Các xích điều khiển và mạch điều chỉnh làm việc với các bộ khuyếch đại công suất ở đầu vào của bộ điều khiển, công suất thờng thấp, nhng ở đầu ra, công suất điều khiển lại cao hơn nhiều Năng lợng này sẽ đợc khuếch đại từ nguồn khác. Bởi vậy giữa các đại lợng đầu vào và đầu ra xuất hiện sự “Nghiên cứu hệ trễ “Nghiên cứu hệ về thời gian Thời gian trễ phụ thuộc vào lực quán tính và các trở kháng (nh ma sát trợt và lăn, điện trở công suất, các hiệu ứng cảm ứng điện từ ).

Quá trình làm việc của một máy công cụ, thì từng bớc nguyên công đợc thực hiện theo một trình tự không gian và thời gian xác định, với sự xắp đặt có tính quy luật, rất chặt chẽ và chính xác giữa các chuyển động và thiết bị đóng/ ngắt Gọi đó là chơng trình làm việc cuả máy Bộ điều khiển máy công cụ có nhiệm vụ thực hiện ch- ơng trình này một cách tự động.

Trong điều khiển theo chơng trình có :

- Điều khiển khởi động và phanh hãm.

- Điều khiển tốc độ, điều khiển đổi chiều.

- Điều khiển đo đờng dịch chuyển…

Các lệnh điều khiển đợc chia thành :

Hệ điều khiển đóng/ ngắt: Với hệ điều khiển này thờng tác động khi xác định về chiều và độ lớn của các tốc độ dịch chuyển trên các đoạn đờng dịch chuyển.

Hệ lệnh điều khiển đờng: Thông tin đờng dịch chuyển thờng tác động khi 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 trong chức năng hộ trợ kèm theo.

Năng lợng tác dụng trong các bộ điều khiển, có thể thực hiện bằng cơ khí, khí nén, thủy lực, điện và điện tử hoặc là sự phối hợp các dạng năng lợng này để tạo ra một dạng năng lợng tối u dùng cho bộ điều khiển Mỗi dạng năng lợng đều có những u, khuếch điểm riêng, với các nhiêm vụ khác nhau mà ta có thể lựa chọn các dạng năng lợng thích hợp, đảm bảo tính kinh tế.

Định nghĩa điều khiển

Là quá trình xảy ra trong một hệ thống giới hạn, trong đó một hay nhiều đại l- ợng là đại lợng đầu vào, các đại lợng khác nhau là các đại lợng đầu ra, chúng tác động và ảnh hởng đến hệ thống theo những quy luật riêng.

2.4 §iÒu khiÓn sè NC (Numerical Control).

Là hệ thống điều khiển đặc trng bởi các đại lợng đầu vào là những tín hiệu số nhị phân, chúng đợc đa vào hệ thống điều khiển dới dạng một chơng trình điều khiển có hệ thống Trong điều khiển số ứng dụng cho máy công cụ, các đại lợng đầu vào là những thông tin, dữ liệu hay số liệu nhập vào.

- Điều khiển NC: Đặc tính của hệ điều khiển này là “Nghiên cứu hệ chơng trình hóa các mỗi liên hệ “Nghiên cứu hệ, trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ đợc xác định một nhiệm vụ nhất định, liên hệ giữa chúng phải thông qua những dây nối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển.

- Chức năng điều khiển đợc xác định chủ yếu bởi phần cứng.

2.5 §iÒu khiÓn CNC (Computerized Numerical Control).

Là một hệ thống điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ Nó bao hàm một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý ( microprocessor) kèm theo các bộ nhớ ngoại vi Đa số các chức năng điều khiển đều đợc giải quyết thông qua phần mềm nghĩa là các chơng trình làm việc có thể thiết lập trớc.

Điều khiển đọc

Điều khiển đọc bao quát cả quá trình đọc tin Nó kiểm tra các thông tin đã đ ợc đọc về tính đúng đắn của hình thức cấu trúc tin (tính chẵn của số bit trong mã số ISO) và ngừng ngay quá trình đọc khi phát hiện các cấu trúc tin bị lỗi.

Bộ nhớ chơng trình

Bộ nhớ chơng trình đảm bảo chuẩn bị và thực hiện các bớc xử lý song song(xử lý đồng thời) các thông tin của một công đoạn gia công vốn đã đợc đọc vào theo thứ tự từng bớc (dạng chuyển động, tọa độ điểm kết thúc chuyển động, tốc độ trên đ- ờng biên dạng, số vòng quay và chiều quay của trục chính).

Thông tin hình học

Là hệ thống thông tin điều khiển các hệ thống chuyển động tơng đối giữa dao cụ và chi tiết liên quan trực tiếp tới quá trình tạo hình bề mặt, còn gọi là thông tin về đờng dịch chuyển (hình dạng đờng sinh và đờng chuẩn của bề mặt hình học muốn tạo ra trên đờng dịch chuyển).

Thông tin công nghệ (Technologual information)

Là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: Chuẩn hóa các gốc tọa độ, chọn chiều sâu lát cắt, tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chiều quay trục chính vị trí xuất phát của dao đóng hay ngắt mạch tới dung dịch trơn nguội, mạch đo lờng kiểm tra…

Biểu thị thông tin qua tín hiệu

Một thông tin có thể đợc trình bày bằng những giá trị hoặc diễn biến giá trị của thông số tín hiệu.

Hệ thống tín hiệu chỉ chấp nhận những giá trị số – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) rời rạc – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) xác định gọi là các tín hiệu số. iii Nguyên lý vận hành và các dạng điều khiển số trên máy công cụ cnc

Nguyên lý làm việc của máy công cụ CNC

Hệ thống điều khiển số CNC có một máy tính giúp ngời đứng máy không chỉ khởi động chơng trình NC mà còn:

- Viết và đa chơng trình vào máy.

- Biến đổi các chơng trình đã đa vào máy.

Các kích thớc của dụng cụ và của thiết bị kẹp phôi có thể đợc đa vào hệ thống CNC khi đặt số liệu mà không phụ thuộc vào chơng trình NC Các kích thớc này đợc thực hiện tự động khi gia công Do đó ngời đứng máy cần rất ít thông tin về bản vẽ, khi cần thiết có thể tự chọn dụng cụ và thiết bị kẹp chặt Ta nhận thấy không có sự khác nhau cơ bản giữa hệ thống NC và CNC về ngôn ngữ lập trình và công nghệ gia công trên máy công cụ Do các hành động đều đợc sản sinh trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng mã chữ cái cộng các con số và ký tự đặc trng.

Máy công cụ điều khiển theo chơng trình số là những máy công cụ làm việc với các hệ thống ngắt và hệ lệnh đờng dịch chuyển trên cơ sở cung cấp các dữ liệu của công nghệ gia công cắt gọt ở dạng mã nói trên Những hệ lệnh này đợc tổ chức theo một chơng trình gia công chặt chẽ chính xác Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC đợc thể hiện nh trên 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, đợc đa vào chơng trình gia công với các bớc gia công kế tiếp nhau. Những chơng trình gia công chi tiết đợc số hoá và ghi vào vật mang tin bởi một mã (code) tơng thích, để phân biệt với bộ nhớ nôị tại vật mang tin còn gọi là bộ nhớ ngoại vi Vật mang tin có thể là băng đục lỗ đợc 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 độ đọc từ 400 đến 3000 ký tự/ giây hoặc đĩa từ (disk) có u điểm là khai thác nhanh, trực tiếp, đựơc lựa chọn tự do với tốc độ đọc từ

Bộ so sánh t® số bên b ớc Bàn máy

LËp tr×nh §iÒu khiÓn

Bé néi suy Nhí Đọc

Xử lý ngoài trong số bên

Xử lý b) Đ ờng tác dụng hở a) Đ ờng tác dụng kín

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 dữ liệu ghi trên vật mang tin đợc tiếp nhận thông qua bộ đọc, bộ đọc có nhiệm vụ kiểm tra các thông tin đã đợc đọc về hình thức cấu trúc tin (tính chẵn của số bít trong mã số ISO) và ngừng ngay quá trình đọc khi phát hiện cấu trúc tin bị mắc lỗi Các thông tin đuợc bộ đọc kiểm tra và đọc song đợc chuyển vào bộ nhớ Bộ nhớ chơng trình đảm bảo chuẩn bị và thực hiện chuẩn bị các bớc song song (xử lý đồng thời) các thông tin của một công đoạn gia công vốn đã đợc đọc vào theo thứ tự từng bớc (dạng chuyển động, toạ độ của điểm kết thúc chuyển động, tốc độ trên đờng biên dạng, số vòng quay và chiều quay trục chính), dung lợng của các bộ nhớ trong các hệ CNC hiện đại cho phép nội dung thông tin của nhiều chơng trình con đợc lu trữ cùng một lóc trong bé nhí.

Bộ so sánh t® số bên b ớc Bàn máy

LËp tr×nh §iÒu khiÓn

Bé néi suy Nhí Đọc

VËt mang tin VËt mang tin

Xử lý ngoài trong số bên

Xử lý b) Đ ờng tác dụng hở a) Đ ờng tác dụng kín

Từ bộ nhớ các thông tin chơng trình gia công đợc chuyển qua bộ nội suy, bộ nội suy có nhiệm vụ tính toán hiệu chỉnh để đảm bảo các dữ liệu của chơng trình đọc vào là phù hợp Bộ nội suy tính toán tọa độ của các điểm trên đờng dịch chuyển dọc theo biên dạng cần, đoạn biên dạng giữa điểm khởi xuất và điểm kết thúc mà toạ độ của chúng đã đợc đa vào chơng trình, để hình thành nên biên dạng của chi tiết cần gia công trong một dung sai xác định Các tín hiệu điện đợc bộ đọc chuyển đổi từ các thông tin cần đa vào thành tín hiệu tơng tự (tín hiệu điện), tín hiệu này hình thành giá trị “Nghiên cứu hệCần” của vị trí bàn máy (trong hệ lệnh về hớng dịch chuyển) Giá trị “Nghiên cứu hệCần” đợc dẫn tới bộ so sánh theo một tuần tự điều khiển xác định Các giá trị “Nghiên cứu hệ Cần“Nghiên cứu hệ qua bộ so sánh hình thành giá trị “Nghiên cứu hệThực” về vị trí bàn máy, nó đợc thu thập thông qua hệ thống đo lờng dịch chuyển và cũng đợc dẫn tới bộ so sánh

Kết quả đa ra từ bộ so sánh giá trị “Nghiên cứu hệ Cần - Thực” trở thành những tín hiệu điều khiển tự động cấp cho hệ thống truyền động, nhằm đạt tới vị trí chính xác mong muốn của bàn máy Đến khi kết quả so sánh cặp giá trị “Nghiên cứu hệ Cần - Thực” bằng “Nghiên cứu hệ Không” , tín hiệu điều khiển không còn nữa và hệ thống truyền động ngừng lại.

Quá trình trên đây đợc thực hiện trên nguyên tắc đờng tác dụng “Nghiên cứu hệ kín” (hình1a) Còn trên hình1b, lại mô tả một hệ điều khiển theo nguyên tắc đờng tác dụng hở ở đây, các thông tin đã ghi nhận đợc truyền động thẳng tới hệ truyền động thông qua cụm điều khiển Giá trị “Nghiên cứu hệ Thực” không đợc thu thập và phản hồi trên đờng tác dụng “Nghiên cứu hệhở” Đối với hệ lệnh đóng/ ngắt quá trình cũng diễn ra tợng tự, chúng đợc ghi nhớ, xử lý và truyền đạt tới các khâu điều chỉnh và những chu kỳ làm việc thích hợp

Các dạng điều khiển trong điều khiển số

Các dạng máy công cụ khác nhau, các bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏi những chuyển động tơng đối rất khác nhau giữa dao cụ và chi tiết gia công Các dạng điều khiển số đó cũng đợc phân thành: điều khiển điểm, điều khiển đoạn thẳng hay đờng thẳng và điều khiển biên dạng phi tuyến (contour)

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, hàn điểm.

H×nh 2: §iÒu khiÓn ®iÓm - ®iÓm.

Khi dụng cụ chạy tới các điểm đích dao bắt đầu cắt Mục đích cần đạt

X đạo chuyển động của dao hay bàn máy đều không có ý nghĩa lắm (hình 2) Vị trí của các lỗ có thể đợc điều khiển đồng thời trên hai trục X, Y, quỹ đạo làm với một trong hai trục một góc α tơng ứng với hai trục đó hoặc có thể điều khiển kế tiếp nhau, tức là theo hai trục riêng rẽ.

3.2.2 Điều khiển đoạn hay đờng thẳng

Hình 3: Điều khiển đờng thẳng trên máy tiện, máy phay CNC Điều khiển đờng thẳng là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt thực hiện một lợng chạy dao theo một đờng thẳng nào đó Điều khiển đờng thẳng cho phép bên cạnh dịch chuyển nhanh định vị, còn có một dịch chuyển song song với chiều trục của dụng cụ cắt với lợng 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 hai trờng hợp trên dụng cụ cắt chuyển động độc lập theo từng trục tức không có quan hệ rằng buộc hàm số. Dạng điều khiển này dùng cho máy phay và máy tiện đơn 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 nh vậy thuộc dạng điều khiển biên dạng ( Contour).

Dạng điều khiển này đòi hỏi phải có các truyền động biệt lập, điều chỉnh đợc vị trí theo thời gian thực trên mỗi trục tọa độ và đảm bảo quan hệ phụ thuộc hàm số với các Hình 4: Điều khiển biên dạng trên máy phay CNC.

(a) (b) chuyển động đồng thời trên các trục khác Giá trị cần – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) ứng với một vị trí tức thời trên một trục – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) phải đợc tính toán một cách tuần tự đúng với ràng buộc hằng số của biên dạng cần gia công.

Ví dụ trên hình 4 là quá trình phay biên dạng trên máy phay.Trong trờng hợp trên dụng cụ cắt chuyển động đồng thời theo hai trục để tạo ra một biên dạng vừa có phần thẳng vừa có phần cong Trong đó các chuyển động theo các trục có quan hệ hàm số rằng buộc với nhau Dạng điều khiển này ứng dụng trên 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 khác nhau nh khoan, phay, cắt ren, tiện rộng, ).Tuỳ theo số trục đợc điều khiển đồng thời khi gia công để phân biệt thành điều khiển contour 2D, điều khiển contour 2,5D và điều khiển 3D (D = Dimension hay kÝch thíc). a) §iÒu khiÓn contour 2D Điều khiển contour 2D cho phép các dịch chuyển của dụng cụ cắt theo đờng 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 đợc điều khiển không phụ thuộc vào hai trục kia Trên hình 5, lợng ăn dao đợc điều khiển theo trục Z còn phay biên dạng là sự kết hợp giữa hai trục X, Y

H×nh 5: §iÒu khiÓn 2D b) §iÒu khiÓn contour 2,5D

Cho phép các dịch chuyển của dụng cụ theo đờng thẳng và theo cung tròn trong một số mặt phẳng làm việc, nhng chỉ có thể có hai trục hoà hợp với nhau với sự lu ý tới các chuyển động giữa chúng.

Trên máy phay CNC có ba trục X, Y, Z sẽ điều khiển đợc đồng thời hoặc X và Y hoặc

X và Z hoặc Y và Z Trên các máy phay điều đó có nghĩa là sự ăn dao có thể thực hiện

H×nh 6: §iÒu khiÓn 2,5D. theo bất 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

Nh vậy thông qua chức năng G ( G17, G18, G19 ) của chơng trình gia công ta có thể chuyển từ bề mặt gia công này sang bề mặt gia công khác. c) §iÒu khiÓn contour 3D

Cho phép đồng thời chạy dao theo cả ba trục X, Y, Z, ( cả ba trục chuyển động hòa hợp với nhau hay có quan hệ ràng buộc bằng hàm số ) Ta thấy trên hình 7,

X biên dạng đuợc gia công theo cả ba trục đều có lợng chạy dao theo chúng tạo thành. Điều khiển contour 3D đợc ứng dụng rộng để gia công các khuôn mẫu chính xác, gia công các bề mặt không gian phức tạp.

7: §iÒu khiÓn 3D. Đ 2: khái niệm về máy công cụ CNC.

I khái niệm chung về máy công cụ CNC

Là thế hệ máy công cụ đợc điều khiển theo chơng 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 ( μPp ) làm việc với các chu trình thời gian từ 1 đến 20 μPp có bộ nhớ tối thiểu 4 Kbyte, đảm nhiệm các chức năng cơ bản của chơng trình điều khiển số nh- : Tính toán trên các trục điều khiển theo thời gian thực, giám sát các trạng thái của máy tính toán các giá trị chỉnh lý dao cụ, tính toán nội suy trong điều khiển quỹ đạo biên dạng (tuyến tính và phi tuyến tính) thực hiện so sánh giá trị Cần - Thực.

Các đặc điểm kết cấu của các máy công cụ điều khiển CNC so với máy công cụ thông thờng

Máy cộng cụ thông thờng

Khi thực hiện gia công trên máy thông thờng ngời công nhân thờng phải dùng tay để điều khiển máy, ngời công nhân căn cứ vào phiếu nguyên công để cắt gọt chi tiết nhằm đảo bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra

Khi gia công trên máy phay thông thờng thì năng suất và chất lợng sản phẩm phụ thuộc vào rất nhiều tay nghề của công nhân, nếu so với các máy điều khiển số thì máy công cụ thông thờng còn rất nhiều hạn chế, tuy nhiên máy công cụ thông thờng vẫn đợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam với lý do giá thành thấp và thuận tiện cho công việc sửa chữa và cho nền sản xuất còn đang ở trình độ thấp.

Máy công cụ CNC

Thế hệ sau của máy công cụ thông thờng là máy NC (máy điều khiển số), với yêu cầu ngày càng tăng để đa ra những sản phẩm có chất lợng, gia công hàng loạt trên một máy công cụ Chính vì thế mà máy công cụ CNC ra đời là bớc phát triển từ máy

NC Các máy CNC có một máy tính để thiết lập phần mềm để điều khiển chức năng dịch chuyển của máy Các chơng trình gia công đợc đọc cùng một lúc và đợc lu trữ vào trong bộ nhớ, khi gia công máy tính đa các câu lệnh vào điều cũng có khả năng bù chiều dài và đờng kính dụng cụ… Tất cả các chức năng trên đều đợc nhờ một phần mềm của máy tính, các chơng trình lập ra đều có thể đợc lu trữ vào đĩa cứng hoặc đĩa mềm So với máy công cụ thông thờng thì máy công cụ CNC có khả năng tự động

Hình 8: máy phay thông thờng và máy phay CNC.

VÝtme ®ai èc bi (trôc Y)

Truyền động chạy dao (Động cơ AC, DC)

Bảng điều khiển có màn hình

Hệ thống đo đ ờng dịch chuyển

Truyền động trục chính (Động cơ AC, DC)

VÝtme ®ai èc bi (trôc X)

VÝtme ®ai èc bi (trôc Z)

Máy phay thông th ờng hoá, độ chính xác cũng nh chất lợng sản phẩm khi gia công rất cao Quá trình điều khiển chuyển động giữa các trục của máy điều khiển theo chơng trình số đợc các động cơ dẫn động đảm nhiệm, chạy theo biên dạng của chi tiết với chơng trình đã đợc lập còn máy công cụ thông thờng các chuyển động phải điều khiển bằng tay (Hình 8 mô tả kết cấu máy phay thông thờng và máy phay CNC).

Ưu, nhợc điểm của máy công cụ CNC và các yêu cầu đặt ra

Nhợc điểm

- Giá thành chế tạo máy cao hơn;

- Giá mua máy đắt hơn;

- Giá thành bảo dỡng, sữa chữa máy cũng cao hơn;

- Vận hành máy phức tạp hơn;

- Thay đổi ngời đứng máy khó khăn hơn;

Các yêu cầu đặt ra

- Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các khâu thiết kế, chuẩn bị sản xuất và thực hiện gia công chế tạo.

- Cần đào tạo nâng cao cho thợ chuyên môn Một khóa đào taọ về kỹ thuật CNC là phải có, vì máy móc chỉ sử dụng tốt nếu ngời sử dụng có kiến thức thuần thục.

Chức năng của CNC

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 hớng khác với hớng tốc độ cắt.

- Truyền đồng thời cả hai tốc độ cắt và chạy dao theo phơng pháp tổ hợp

- Giữ cố định trong phơng án các chuyển động nói trên truyền cho chi tiết gia công

- Công suất đảm bảo năng lợng tạo hình thay đổi trong khoảng rộng từ vài trăm

Chuyển động chạy dao

Đảm bảo các dịch chuyển cuả dụng cụ cắt hoặc chi tiết gia công trong các quỹ đạo tơng đối giữa chúng Những quỹ đạo này phụ thuộc vào biên dạng đờng cắt của quá trình tạo hình, biên dạng của bản thân dụng cụ cắt và các yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho chi tiết gia công Công suất của chuyển động chạy dao thay đổi trong khoảng một vài Kw, trừ trờng hợp máy gia công các chi tiết lớn.

Với máy công cụ điều khiển số thì các chuyển động nói trên đều đợc thực hiện bởi các động cơ riêng biệt, đợc điều khiển độc lập với nhau.

Quá trình cấp dao

Các thế hệ CNC ngày nay càng đợc trang bị các hệ thống cấp dao hoàn chỉnh, trong đó các quá trình cấp dao, chuyển đổi dụng cụ cắt đều đợc thực hiện một cách tự động.

Một tổ hợp các nhóm dao, lựa chọn theo những nhiệm vụ công nghệ dự kiến trớc, đợc

Hình 9: ổ tích lũy dao: a): Đĩa hoặc tang quay; xếp vào các ổ tích luỹ dao A: dụng cụ cắt; B: đĩa nâng dao; C: hốc dao;

Từ ổ này, dao đợc 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 vừa cắt xong từ trục chính trở lại ổ tích luỹ và thay vào một dao mới từ ổ dao lắp vào trục chÝnh.

Phổ biến có hai loại ổ dao tích lũy dao.Một là ổ dao dạng đĩa hoặc dạng tang quay và ổ dao dạng xích ổ tích lũy dao kiểu đĩa hoặc tang quay có một dung lợng cố định nhng bản thân cả đĩa hoặc tang quay có thể thay đổi một cách tự động ổ tích lũy dao kiểu xích thì có thể thay đổi đợc số dao chứa ở trong đó.

Quá trình cấp chi tiết

a): Hệ thống băng tải chi tiết.

B: Tay máy đổi chi tiết, E: Chi tiết mang đI;

Hình 10: Hệ thống cấp chi tiết. Đối với nhóm có chi tiết quay:Thì việc tháo lắp chi tiết vừa gia công mới đợc thực hiện bởi một rô bốt gắn liền với máy Kết cấu hợp thành toàn máy do đó phụ thuộc vào các chuyển động mà ta yêu cầu rô bốt thực hiện Các chi tiết gia công xong cũng nh các chi tiết thô đợc đặt trên giá đỡ di động có dạng một băng tải hoặc đặt trên các máng dẫn đảm bảo sự dịch chuyển của chúng theo nguyên tắc trọng lực Đối với nhóm máy có dao quay: Các chi tiết đợc gá lắp cố định trên các bàn gá chuẩn Các bàn gá chuẩn lại đợc đặt trên các băng tải, dịch chuyển động, để chuyển dao cho bàn máy một cách tự động Việc chuyển dao giữa băng tải và bàn máy cũng đợc thực hiện bởi các rô bốt

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

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

Hình 11: Hệ thống chuyển dao.

Quá trình bôi trơn, làm nguội và làm sạch

Việc bôi trơn và làm nguội đợc thực hiện thông qua chơng trình điều khiển máy Nói cách khác các điều kiện phụ trợ của mỗi bớc gia công trong quy trình công nghệ cũng đợc quan tâm khi lập trình nh các thông số kỹ thuật cắt gọt và các dữ liệu công nghệ khác Nó đợc đa vào chơng trình gia công theo câu lênh M

Việc làm sạch tự động tại các thời điểm thích hợp nh các giai đoạn đổi dao, đổi bàn gá lắp hoặc đổi bàn kẹp chuẩn

Các máy CNC đều đợc trang bị hệ thống khai thác phoi cắt hoặc các phế liệu,phế thải một cách tự động không cần đến lao động của con ngời

các hệ trục tọa độ và các điểm chuẩn trong máy cnc

Các điểm O và các điểm chuẩn

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

Hình 14: Điểm M của máy phay đứng. §iÓm O (®iÓm chuÈn

M của máy) của máy là điểm gốc của hệ toạ độ máy Điểm

M đợc các nhà chế tạo quy định theo kết cấu của từng loại máy Điểm M là điểm giới hạn của vùng làm việc của máy, ở các máy phay điểm M thờng nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy. Điểm chuẩn M (điểm O của máy) của máy khoan cần và máy khoan đứng đợc 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 ngời lập trình lựa chọn và xác định Song ngời lập trình cần phải xác định sao cho các kích thớc trên bản vẽ gia công trực tiếp là các giá trị toạ độ của hệ thống toạ độ.

Nếu hệ thống của toạ độ chi tiết và hệ thống toạ độ máy khác loại thì các toạ độ của chi tiết

Hình 15: Điểm O của chi tíêt.

X R phải chuyển sang hệ toạ độ của máy: Ví dụ trong một bản vẽ chi tiết gia công vừa có toạ độ cực thì trớc khi gia công phải tính toán và chuyển đổi các hệ toạ độ cực thành các toạ độ đề các. Đối với các chi tiết phay để hợp lý nên chọn điểm O của chi tiết tại điểm góc ngoài cùng của đờng viền chi tiết, trên các chi tiết đối xứng nên chọn tại trục đối xứng (hình 15). c) Điểm O của chơng trình PO Điểm O của chơng trình là điểm mà dụng cụ sẽ ở đó trớc khi chi tiết gia công Để hợp lý điểm O của chơng trình đợc chọn sao cho chi tiết gia công hoặc dụng cụ có thể thay đổi một cách dễ dàng. d) Các điểm chuẩn của máy R Điểm chuẩn R là điểm xác định trong vùng làm việc của máy công cụ mà khoảng cách từ nó đến điểm O của máy M cần đợc biết chính xác. Điểm chuẩn R đợc đặt mốc trên mỗi trục, nhờ cữ chặn cố định hoặc cữ chặn có thể điều chỉnh theo từng bớc không đổi. Thể hiện trên hình 14. Điểm chuẩn là cần thiết trong trờng hợp hệ điều khiển dùng phép đo kiểu gia số ở đây, cứ mỗi lần đóng mạch điều khiển thì các trục phải đợc chạy về điểm chuẩn của nó, có nh vậy hệ điều khiển mới có một điểm khởi xuất, từ đó bắt đầu đếm các gia sè. Để khắc phục những sai số cắt gọt khi đảo chiều công tác, dịch chuyển trở về điểm chuẩn R luôn luôn thực hịên theo cùng một chiều và theo chế độ chạy dao chậm (h×nh 16).

Khoảng cách giữa điểm chuẩn R và điểm O của máy M đợc thông báo cho hệ điều khiển thông qua dữ liệu điều chỉnh máy Các giá trị tốc độ chạy về điểm chuẩn cũng nh tốc độ của hành trình chạy dao chậm trên từng trục, phụ thuộc vào các số liệu kỹ thuật của bàn máy nh khối lợng bàn máy Chiều dài đoạn dịch chuyển trở về điểm chuẩn R, cũng đợc thông báo cho hệ điều khiển thông qua dữ liệu điều chỉnh máy e) §iÓm tú A Điểm tỳ A là giao điểm của các đờng 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

Tốc độ chạy chậm Tốc độ dịch chuyển tới

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). Để tránh va đập vào chi tiết gia công khi thay dao tự động phải chạy đến điểm thay dao, h×nh 18. h) Điểm đặt dụng cụ E và điểm lỗ gá dụng cô N

Khi sử dụng nhiều dao, các kích thớc của dao phải đợc xác định bằng cơ cấu điều chỉnh dao, để có thông tin đa vào trong hệ thống điều chỉnh nhằm hiệu chỉnh tự động kích thớc dao Khi dao đợc lắp vào giá dao thì điểm E và điểm N trùng nhau (Hình 19).

H×nh 19: Điểm đặt dụng cụ E và điểm lỗ gá dụng cụ N. i) Điểm chuẩn của giá dao T Điểm T dùng để xác định hệ trục toạ độ của dao, điểm T phụ thuộc vào việc gá đặt dao trên máy Thông thờng khi gá dao trên máy thì điểm T trùng với điểm lỗ gá dông cô N. j) Điểm cắt của dao P Để xác định vị trí của dao trong vùng làm việc của máy, ta xác định điểm chuẩn P của dao Điểm này là điểm đỉnh dao thực hay lý thuyết, trên hình 20 trình bày các vị trí điểm chuẩn P của dao cho các dao khác nhau quay hoặc không quay. k) Điểm chuẩn của bàn trợt F

Tất cả các điểm ở trên bàn máy đều liên quan đến điểm chuẩn này để xác định các kích thớc có liên quan

Dới đây là một ví dụ về vị trí các điểm O, các điểm chuẩn trên máy tiện và bảng ký hiệu các điểm chuẩn đó.

Hình 20: Vị trí các điểm chuẩn của dao P trên các dao khác nhau

A- Dao tiện; B- Mũi khoan ruột gà; C- Dao phay ngón

N E Điểm O của máy §iÓm tú 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

Hình 21: Vị trí các điểm chuẩn và điểm 0 trên máy tiện.

Những khái niệm cơ bản về điều khiển số trong máy công cụ CNC, sự khác biệt giữa máy công cụ thông thờng và máy công cụ điều khiển số CNC, những u điểm, chức năng của máy công cụ CNC Những vấn đề trên đợc trình bày trong ch- ơng 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 thờng, các bớc gia công chi tiết do ngời thợ thực hiện bằng tay nh: điều khiển số vòng quay, lợng chạy dao, kiểm tra vị trí của dụng cụ cắt để đạt đợc kích thớc cần gia công trên bản vẽ… Chất lợng của chi tiết gia công phụ thuộc nhiều tay nghề của ngời thợ, thời gian gia công chi tiết nhiều hơn,…

Máy công cụ điều khiển theo chơng trình số thì quá trình gia công thực hiện một cách tự động, trớc khi gia công ngời điều khiển máy đa vào hệ thống điều khiển một chơng trình gia công dới dạng một chuỗi các lệnh điều khiển đợc mã hoá Hệ thống điều khiển số cho khả năng thực hiện các lệnh này và kiểm tra chúng nhờ một hệ thống đo dịch chuyển trên các bàn trợt của máy

Tính tối u hoá của điều khiển số trong máy công cụ là lập các chơng trình để thực hiện một loạt các hoạt động ở một chế độ đợc xác định trớc nhằm tạo ra chi tiết có các kích thớc và các thông số vật lý có thể hoàn toàn dự báo trớc u điểm của máy công cụ điều khiển số nó có thể thay đổi đợc chơng trình gia công, có thể lập trình một chơng trình mới ngay trên máy bên cạnh một chơng 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 nh: bộ nội suy, bộ so sánh, hệ thống truyền động và hệ thống đo Các bộ đều có những nhiệm vụ nhất định và chúng có quan hệ rằng buộc với nhau.Vì giới hạn của đề tài nghiên cứu em xin trình bày bộ nội suy và hệ thống truyền động trong máy điều khiển số.

F Điểm O của máy §iÓm tú 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

Chơng ii bộ nội suy và hệ thống truyền động

 1: bé néi suy i Khái niệm, nhiện vụ, các bộ nội suy và các dạng nội suy.

Khái niệm chung

Trong các máy công cụ điều khiển theo chơng trình số những đờng tác dụng giữa dao cụ và chi tiết đợc hình thành nhờ các dịch chuyển trên nhiÒu trôc. Để sản sinh một đờng cong trên một máy điều khiển theo chơng 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 mức sao cho đờng cong mô Hình 22: Nội suy trong chuyển động phi tuyến tả chính xác và không có vị trí nào vợt qua vùng dung sai cho phép Trái với các hệ điều khiển đơn giản nh dạng điều khiển điểm và đờng thì số dữ liệu cần thiết là rất lớn.

Nội suy chỉ có thể làm việc theo nguyên tắc số Nó có thể đợc thực hiện bằng các mạch logíc nối cứng (chơng trình hoá các mỗi liên hệ NC) hoặc bằng các phần

Néi suy tinh Nội suy thô x i y i y i x i ; mềm nội suy đợc lập trình (CNC).Trên hình 22, đờng cong nội suy đợc thực hiện ở hai mức: Mức thứ nhất đợc thực hịên nhờ một phần mềm nội suy xác định toạ độ các điểm trung gian giữa điểm đầu và điểm cuối của một đoạn biên dạng đã đợc đa ra tr- ớc trong chơng trình (P1, P2, P3) còn mức thứ hai là nội suy tinh xác, thực hiện tiếp theo nội suy tuyến tính giữa các điểm trung gian (P11, P12, P13, ) Bộ nội suy thực chất là một máy tính phát hàm số, nó đa ra các lệnh thích hợp với điều khiển ban đầu, điều khiển chạy dao trên các trục tọa độ riêng lẻ, trùm lên một quỹ đạo cong cho trớc theo mong muèn.

Nhiệm vụ của bộ nội suy

- Tìm ra vị trí các điểm trung gian cho phép hình thành một biên dạng cho tr ớc trong một giới hạn dung sai xác định cho trớc.

- Có thể nội suy một cách thích hợp với các yếu tố biên dạng đòi hỏi Thông th - ờng những yếu tố biên dạng cơ bản có trong các chi tiết kỹ thuật là những đoạn thẳng và những đờng cong Tơng ứng với thực tế đó, các bộ điều khiển số thờng chỉ giới hạn trong bộ nội suy tuyến tính và bộ nội suy vòng.

- Tốc độ đa ra tọa độ vị trí trung gian phải phù hợp với tốc độ chạy dao cho trớc.

- Đi tới một cách chính xác các điểm kết thúc chơng trình đã đa ra trớc chơng tr×nh.

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 trong hay ngoài tủ điều khiển của máy, tức là sử lý bên trong hay bên ngoài máy và đợc 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 chơng trình hóa đảm nhiệm luôn chức năng nội suy Trong trờng hợp này vật mang chơng trình, phải chứa thông tin toàn bộ các điểm riêng lẻ của đờng cong Vật mang tin đợc dùng chỉ có thể là băng từ hoặc chơng trình xử lý bằng nối ghép trực tiếp, không cần bộ nhớ trung gian. Ưu điểm của nội suy ngoài là ở chỗ, nội suy có khả năng phục vụ nhiều máy và tiêu 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 có những điểm tựa mang tính đặc trng của đờng cong cũng nh các dữ liệu về dạng nội suy là đợc chơng trình hóa Vì vậy ngay có phơng tiện cổ điển bằng đột lỗ cũng đủ để làm vật mang tin Bộ nội suy trong sẽ sản sinh ra vô số các điểm trung gian Tốc độ tính toán đợc xác định bởi tốc độ chuyển động chạy dao trên máy công cụ. Để xét tính tối u của các phơng pháp ta dựa vào các chỉ tiêu sau: Trên phơng diện kinh tế, khả năng tiện lợi khi sử dụng cũng nh thiết kế kỹ thuật và đợc xác định trớc hết bởi phạm vi của thiết bị điều khiển số Đến nay các máy CNC đều làm việc phổ biến với bộ nội suy trong Tuy nhiên trong các hệ thống gia công điều khiển số lớn hơn thì việc điều khiển trực tiếp nhờ một máy tính xử lý quá trình kinh tế hơn.Máy tính này cũng thực hiện chức năng nội suy ngoài.

Về mặt kỹ thuật vấn đề nội suy có thể đợc giải quyết bằng các thiết bị điện toán làm việc theo kiểu số hoặc kiểu tơng tự Bộ nội suy làm việc kiểu tơng tự thì đơn giản trong chế tạo nhng chứa đựng nhiều nhợc điểm của kỹ thuật tơng tự, nhất là độ chính xác rất hạn chế Do vậy khoảng cách các điểm tựa (điểm trung gian) phải đợc chơng 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 ngày nay chỉ còn dùng bộ nội suy làm việc kiểu số

Các hàm số cần sản sinh từ bộ nội suy chủ yếu là các đờng thẳng và đờng cong, đó là những biên dạng của các yếu tố kết cấu thờng dùng còn các đờng cong bậc cao nh các parabol hay hypecbol thờng không đợc thực hiện trong các hệ điều khiển số vì chúng hầu nh không có trong các đòi hỏi thực tế Về mặt tính toán có u điểm là quan tâm đến các sai lệch của dụng cụ cắt (ví dụ bán kính dao phay) các khoảng cách đối xứng giữ đợc những giá trị ngang bằng Ngoài ra còn sử dụng đợc “Nghiên cứu hệ đờng cong chuẩn “Nghiên cứu hệ.

Thông thờng trong các máy công cụ điều khiển số là dạng nội suy thẳng và nội suy vòng (nội suy tuyến tính và nội suy phi tuyến – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) hình 23).

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 Điểm đích của chuyển động tuyến tính; 2 Nội suy vòng: AC Điểm khởi xuất của chuyển động 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 đợc những khả năng nh 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 trục vuông góc với mặt phẳng của đờng tròn nội suy (nội suy theo đờng xoắn ốc).

Các dạng nội suy

a) Thông qua tính toán hàm số trực tiếp trong đó, đờng cong đợc đa ra ở dạng toán học bởi hàm bất khả biến:

F ( x,y,z) = o ở đây sau mỗi bớc nội suy đợc kiểm tra ngay xem vị trí thực mới so với đờng cong đa ra có sai lệch không? Sai theo hớng nào? Sau đó quyết định hớng điều chỉnh tiếp theo đợc thực hiện theo trục tọa độ nào và theo hớng nào? b) Trình bày các thông số của đờng cong là hàm số theo thời gian thực: x = x (t); y= y (t); z = z (t);

Xuất phát từ phơng trình vi phân của đờng cong, chuyển động các phơng trình riêng của hệ sang phơng trình vi phân để tính toán bằng số, rồi với sự trợ giúp của bộ nội suy số sẽ tìm ra các giá trị chạy dao trên từng trục riêng lẻ thông qua tổng vi ph©n.

Phơng pháp nội suy

Nội suy thẳng theo Phơng pháp DDA

Hình 24: Nội suy tuyến tính theo phơng pháp DDA.

A Điểm khởi xuất; E Điểm đích; L Chiều dài quãng đờng; u Tốc độ chuyển động hình thành; VX, VY Tốc độ chuyển động trên các trục X và Y.

Một con dao cần chuyển động giữa điểm khởi xuất PA và điểm kết thúc PE theo một đờng thẳng với tốc độ chạy dao u xác định Trong thời gian T = L/u, các đoạn đ- ờng thành phần ( xE – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) xA ) và ( yE – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) yA ) phải đợc thực hiện. Để tính toán giá trị cần về vị trị hay tọa độ vị trí các điểm trung gian cần đ ợc tính nh một hàm số theo thời gian dới dạng phơng trình đờng thẳng: x(t)=x A +∫

T dt ở đây thời gian T đợc chia thành các khoảng Δtt=

N đủ nhỏ, phép tích phân cho phép thay bởi phép cộng số: x(t)=x(n.Δtt)=x A +x E −x A

N n n = 1, 2, 3, … … , N Với mỗi bớc cộng, giá trị về vị trí lại tăng thêm một bớc bằng hằng số. Để đảm bảo độ chính xác của biên dạng nội suy, các bớc cộng buộc phải nhỏ hơn suet đơn vị Δtf của truyền động chạy dao: Δtf x , y ≥ max| x E −x A

Trên các máy công cụ điều khiển số, thông thờng Δtf =0 , 001 mm

Với các dữ liệu đa vào bộ nội suy xE, yE, xA, yA, u, Δtf , ta lập đợc sơ đồ khối của nội suy tuyến tính đợc tính toán theo phơng pháp DDA f y

Sai Dữ liệu đầu vào: x E , y E , x A , y A , u, Δtf x n = x A + ∑ n−1

Hình 25: Sơ đồ khối của nội suy tuyến tính.

 Ví dụ: Xác định các thống số nội suy của chi tiết khi phay từ điểm PA đến điểm PE nh trên hình vẽ:

Hình 26: Nội suy tuyến tính của chi tiết trên máy phay.

Với chi tiết đợc phay nh trên hình 26, các giá trị nội suy cho chuyển động tuyến tính PA đến điểm PE phải đợc xác định.

Suất đơn vị của truyền động chạy dao trên mỗi trục là Δtf =0 , 001 mm

Toạ độ của các điểm gốc của biên dạng, tính theo gốc W là:

Chiều dài của biên dạng cần nội suy:

P A Đại lợng tối thiểu của N: max của x PE −x PA

N hoặc max của z PE −z PA

N đợc làm tròn đến lũy thừa mũ 10 tiếp theo, do đó N = 100000 và khoảng thời gian cho mỗi bớc cộng là: Δtt= T

100000 =0 , 2389( μPs ) Tần số nội suy f từ đó đợc xác định: f = 1 Δtt =4 , 202( kHz ) Giá trị của các điểm Pn trong khi nội suy sẽ là: x n =x PA +∑

Nội suy vòng theo phơng pháp DDA

Phơng pháp nội DDA cũng đợc ứng dụng trong nội suy vòng:

Giả sử cần chạy cắt một đờng cong, một con dao chạy từ điểm khởi xuất PA đến điểm đích PE với thời gian chuyển động từ PA đến PE là T Các điểm trung gian trên bien dạng phải đợc xác định từ bộ nội suy trong mỗi quan hệ phụ thuộc vào thời gian chạy cắt đợc thể hiện trên hình 27.

Ta có phơng trình chuyển động của các điểm trung gian P(x, y): x= R.cos ϕ y= R sin ϕ

R: Bán kính của đoạn cong. ϕ : Tốc độ góc.

PA: Điểm khởi xuất; PE: Điểm đích; P: Điểm thuộc đờng cong; T: Thời gian chuyển động từ PA đến PE; t: Thời gian chuyển động từ PA đến P; V: Tốc độ chạy dao. Đờng cong giới hạn đi từ điểm PA đến điểm PE với một tốc độ chạy dao không đổi V Diễn tả thông số cần thiết của phơng trình đờng cong trong sự phụ thuộc thời gian có thể rút ra từ tốc độ góc. ϕ o

R t với vận tốc góc khôngđổi ta có,

Lấy tích phân theo thời gian, ta có các tốc độ thành phần trên từng trục riêng lẻ nh sau: dx dt =−

Từ đó rút ra các phơng trình tích phân tơng ứng là: x=x A −∫ V R y dt y=y A +∫ V R x dt

Với độ chính xác đủ dùng, phép tích phân trên có thể thay thế bởi phép cộng các gia số đờng dịch chuyển: x=x A −∑ V R y Δtt y=y A +∑ V R x Δtt

 ở đây thời gian chạy toàn vòng T đợc chia thành các khoảng thời gian thích hợp Δtt thông qua một tần số chu kỳ f T đợc tính nh sau: Δtt= 1 f T

Do đó phơng trình trên sẽ là: x=x A −∑ Δtx y=y A +∑ Δty

Trong đó Δtx , Δty , là những gia số cần cộng lại trong các bộ tích phân.

Nội suy tuyến tính các gia số là không đổi, nội suy vòng các gia số Δtx , Δty biến thiên theo các toạ độ chạy x và y Điều đó đợc thực hiện bởi đầu ra của mỗi bộ tích phân đợc dẫn động trở lại đầu vào của bộ tích phân khác Khi phát ra mỗi xung thì các gia số này có thể đợc cộng vào hay trừ đi chính nó với giá trị đã tồn tại trong bộ ghi Nội suy vòng theo phơng pháp DDA thờng xuất hiện một sai lệnh, vì các bộ tích phân làm việc theo công thức hình chữ nhật Mỗi điểm tính toán thông qua nội suy vòng không nằm chính xác trên đờng cong mà nằm ở những điểm lân cận của đ- ờng cong, sai lệch sẽ tăng lên cùng với chiều dài nội suy , Để khắc phục ta lên chia các đoạn cong thành các đoạn cong nhỏ coi chúng nh đoạn thẳng. Đ 2: Hệ thống truyền động trong máy công cụ điều khiển sè

I các dạng chuyển động chạy dao trong máy điều khiển số

Nhiệm vụ cuả truyền động chạy dao là chuyển đổi các lệnh về đ ờng dịch chuyển cùng thông số tốc độ trên đờng dịch chuyển đã xác định trớc, trong chơng trình gia công chi tiết thành chuyển động phù hợp của các bàn chạy dao trên máy công cụ.

Chạy dao trên máy công cụ điều khiển số có thể làm việc theo nguyên tắc nh điều khiển vị trí (mạch hở - dùng động cơ bớc phản hồi) hoặc điều khiển và điều chỉnh vị trí (mạch kín, có vòng phản hồi của hai hay nhiều đại lợng điều khiển). Đối với hệ điều khiển vị trí kiểu mạch hở đợc đặc trng bởi một quá trình tác dụng tuyến tính: mỗi một xung tác động tạo ra một bớc chạy dao tơng ứng và hệ điều khiển không có thông tin phải hồi Do đó khó có thể xác định các bớc chạy dao có thể thực hiện một cách đúng đắn với biên dạng đã mô tả, chính vì vậy làm giảm độ chính xác của quá trình điều khiển. Điều khiển vị trí kiểu mạch hở có thể ứng dụng trong dạng điều khiển điểm và điều khiển đoạn thẳng và với các điều kiện lực cản trên đờng dịch chuyển là ổn định và không đáng kể hoặc không có tác dụng của lực cản khi chạy dao.

Trong các máy công cụ cắt gọt kim loại, điều kiện này thờng không thể có đ- ợc vì ở đây tồn tại hàng loạt các đại lợng ảnh hởng và tác động (không tính đợc) đến lực cản trong quá trình chạy dao: độ bền khác nhau của vật liệu gia công, lợng d gia công khác nhau và các trạng thái thay đổi của mảnh cắt dao cụ…

Bởi vậy trong đó các máy công cụ điều khiển số hầu nh chỉ ứng dụng chạy dao điều khiển vị trí kiểu mạch kín có phản hồi của ít nhất hai thống số điều khiển.

Và nhờ có sự giám sát vị trí chạy dao tức thời mà có thể so sánh các giá trị về vị trí cần và thực, nhờ các hệ thống đo này mà có thể nhận biết đợc các sai lệch gia chúng mà điều chỉnh cho cân bằng.

truyền động điều chỉnh và các dạng truyền động

Các dạng truyền động

2.1 Truyền động điều chỉnh phân cấp

Trong hệ thống truyền động thì truyền động điều chỉnh phân cấp đợc dùng thực hiện nhiệm vụ điều khiển điểm và điều khiển đờng, nó gắn liền với một mạch công tắc Tín hiệu đóng/ ngắt trong điều khiển bằng công tắc hành trình là do các vấu tỳ, còn trong điều khiển CNC là do bộ so sánh phát ra, với mạch công tắc này ta có thể đạt đợc độ chính xác và định vị mong muốn nếu tốc độ đi tới điểm định vị đó một cách hợp lý tức là không đợc lớn hơn tốc độ cho phép. Để rút ngắn thời gian đi tới điểm định vị, trong máy công cụ điều khiển số thì quá trình đi tới đợc thực hiện qua nhiều cấp độ.

Với các máy công cụ thông thờng từ trớc đến nay vẫn thực hiện chuyển động chạy dao bằng các cặp bánh răng có ly hợp đóng ngắt, kết cấu của chúng vẫn đợc sử dụng đối với các loại máy tự động hóa, nếu nh cặp bánh răng này đợc điều khiển từ xa thông qua các bộ li hợp điện tử, thủy lực hoặc khí nén Phạm vi điều chỉnh của một hệ thống truyền động nh vậy đợc xác định theo độ lớn của tốc độ chạy dao nhanh và yêu cầu tốc độ chạy dao chậm cần thiết Hành trình chạy dao nhanh nhằm giảm bớt thời gian phụ có thể với đoạn dịch chuyển lớn (quá trình cần tới của dao là dài) thì cần có tốc độ nhanh nhất có thể đợc (25 m/phút).

Hành trình chạy chậm cần cho quá trình định vị đợc chính xác hơn, nhằm đảm bảo tối đa quá trình chạy quán tính Nó đợc tính toán theo độ chính xác yêu cầu và tùy theo đặc tính của từng máy (3mm/phút). Điều đó tơng đơng với một tỷ số khác biệt của tốc độ chạy dao tới khoảng 8500:1 Giữa khoảng đó là tốc độ chạy dao cần thiết của một hệ điều khiển đờng Tuy nhiên phạm vị điều chỉnh thờng không vợt quá 160:1.

Với hệ điều khiển điểm, cũng có đủ hành trình chạy dao nhanh và chạy dao chậm Tuy nhiên, hành trình chạy dao nhanh cần đợc ngắt trớc khi đến vị trí Cần. Nếu hành trình chạy dao nhanh mãi cho đến rất gần vị trí cần mới đợc ngắt và hãm lại rồi mới chuyển sang hành trình chạy dao chậm, nh thê sẽ có nguy cơ vợt quá giá trị Cần do gây ra sự chạy quán tính của quá trình ngắt và phanh hãm.

Ví dụ: nếu một dụng cụ ngắt mạch thực hiện đóng ngắt đa ra với mức phân tán 10 m/s và trong hành trình chạy dao 5 m/phút, thì khả năng vợt qúa giá trị Cần có thể vợt tới 0,8 mm, ngoài ra còn có sự phân tán về thời gian tác động của bộ phanh, cũng nh các thời điểm phanh khác nhau trên đờng dịch chuyển và trên các yếu tố truyền động của máy. Để có đợc một quá trình đi tới vị trí Cần một cách tối u nhất khi dùng truyền động điều khiển phân cấp phải có mạch điều chỉnh, số lợng cấp tốc độ trung gian làm tiêu hao cho kỹ thuật điều khiển, nhằm xác định trớc các điểm ngắt trớc để có thời gian Hình 28: Quá trình đi tới điểm cần. cách chuyển từ hành trình chạy nhanh sang hành trình chạy chậm một cách hợp lý. Vì thế ngời ta giới hạn thờng chỉ có một hoặc hai cấp trung gian Quá trình đi tới đối với điều khiển điểm chỉ có một cấp trung gian đợc trình bày về nguyên tắc trên hình

Chạy dao nhanh V1, tốc độ chạy dao trung gian V2 và tốc độ chạy dao chậm V3 lập thành quan hệ:

Quan hệ trên sẽ đạt đợc thời gian định vị ngắn nhất với độ chính xác mong muốn Ngoài ra ngời ta cũng đa ra một phơng pháp tính chính xác để tối u hóa các cấp trung gian nhiều tùy ý, hành trình chạy dao chậm ở đây đợc lựa chọn sao cho không vợt quá U còn tồn tại nhỏ nhất, có thể nhờ đó đạt đợc độ chính xác trong định vị cao.Trong điều khiển CNC tốn kém hơn nhằm nâng cao độ chính xác dừng, đoạn dịch chuyển còn đợc hệ thống đo thu thập số liệu hỗ trợ và đợc xử lý tính toán khi chạy tới vị trí tiếp theo sau đó Quá trình phân cấp cũng đợc ứng dụng trong điều khiển đờng vì đặc tính thời gian đã mô tả, trong đó từ một tốc độ chạy dao công tác đợc ngắt, giảm dần tốc độ bởi một hay nhiều cấp độ trung gian Trong lúc đi tới một vị trí thì dao cụ vẫn đang cắt gọt, cũng vì thế độ chính xác gia công yêu cầu có một hành trình chạy nhỏ chậm thích hợp.

2.2 Truyền động điều chỉnh vô cấp.

2.2.1 Những u điểm của truyền động điều chỉnh vô cấp

Máy công cụ thông thờng khi thiết kế để đa ra một kết cấu máy thích hợp cũng có những yêu cầu về kích thớc máy phải nhỏ gọn, ít tốn kém cho chi phí sản xuất và sự sắp xếp hệ thống truyền động đợc tính toán bố trí sao cho truyền động chính đến các bàn máy là tối u nhất Với những lý do trên ta không thể bố trí mỗi một bàn máy có một hộp truyền động riêng Ta có thể dẫn truyền động từ trục chính đến các bàn máy thông qua các xích động phân nhánh ngắn, để phù hợp với yêu cầu trên đòi hỏi các bàn máy phải đợc bố trí gần sát nhau với khả năng cho phép mà máy vẫn đảm bảo những yêu cầu đặt ra

Thế hệ máy công cụ CNC khi thiết kế, chế tạo ngời ta thực hiện nguyên tắc: mỗi một bàn máy có một nguồn truyền động riêng biệt và đợc xử lý nh một đơn vị tách rời độc lập, các truyền động này nhìn chung đều là điều chỉnh vô cấp Nó có đồng thời các u điểm về thời gian định vị tối u và độ chính xác cao, một nguyên nhân bắt buộc khác phải dùng các truyền động độc lập là sự cấu trúc của điều khiển phi tuyến theo chơng trình số, mà về nguyên tắc chỉ có thể giải quyết đợc nhờ các truyền động điều chỉnh vô cấp độc lập trên các trục.

Theo nguyên tắc kết cấu để lựa chọn cho kiểu máy điều khiển số, thì đối với điều khiển điểm, đờng hoặc điều khiển phi tuyến ngày nay cũng dùng truyền động điều chỉnh độc lập đó là giải pháp thuận tiện nhất và mang lại hiệu quả cao.

Ngoài ra trong hệ thống điều chỉnh chép hình hoặc điều khiển thích nghi thì truyền động điều chỉnh độc lập - vô cấp cho mỗi trục là điều kiện không thể thiếu. Cùng với đó là truyền động điều chỉnh có ý nghĩa hết sức to lớn trong công cuộc tự động hóa cho kỹ thuật gia công kim loại.

Các nguồn truyền động trong điều khiển vô cấp hiện nay đợc dùng là: Động cơ điện một chiều, động cơ thủy lực hay xilanh thủy lực, chúng làm việc trong một hệ mạch điều khiển vị trí hay điều chỉnh vòng quay, ngoài ra động cơ bớc làm việc cùng với một bộ khuyếch đại mômen thủy lực (van Servo điều khiển và động cơ thủy lực).

Bộ khuyếch đại mômen thủy lực làm việc về mặt cấu trúc cũng giống nh một mạch điều chỉnh vị trí, trong đó động cơ bớc đóng vai trò là một máy phát giá trị Cần.

2.2.2 Điều chỉnh vị trí của dao

Trong điều chỉnh vị trí xảy ra một qúa trình đo vị trí hoặc là đo quãng đờng dịch chuyển X của bàn máy thông qua hệ thống đo đờng dịch chuyển Giá trị thực của quãng đờng đợc so sánh với giá trị cần ( đại lợng dẫn W ) đa ra từ chơng trình và từ đó hình thành sai lệch Độ lớn của sai lệch (sai số điều chỉnh XW) sẽ điều khiển tốc độ của truyền động Bàn máy sẽ dịch chuyển theo một hớng thích hợp cho tới khi sai lệch bằng “Nghiên cứu hệ không” , sau đó bàn máy sẽ dừng lại Bằng cách đó có thể điều khiển định vị một bàn máy theo chơng trình một cách rất chính xác, hoặc theo sát một cách chính xác các biến đổi vị trí đa ra bởi chơng trình Điều chỉnh vị trí của dao thông qua phơng pháp truyền động điều chỉnh, ngoài ra ta có thể áp dụng truyền động bớc hoặc nguyên tắc chép hình vào điều chỉnh vị trí dao cụ Thế hệ máy công cụ điều khiển số ngày nay hầu nh chỉ áp dụng chạy dao điều chỉnh vị trí kiểu mạch kín có phản hồi.

2.2.3 Điều chỉnh vị vị trí kiểu mạch kín

Sơ đồ điều chỉnh vị trí cho máy công cụ điều khiển số có hai trục điều khiển đợc thể hiện trên hình 29, trên mỗi trục điều khiển số cần có một mạch điều chỉnh vị trÝ.

Từ bộ nội suy với mỗi giá trị vị trí Cần là đại lợng đợc cấp vào mạch điều chỉnh vị trí Trong bộ điều chỉnh vị trí, giá trị vị trí Thực đợc nhận biết bởi một hệ thống đo vị trí đem trừ đi giá trị của vị trí Cần, kết quả so sánh cặp vị trí Cần và Thực đợc gọi là sai lệch điều chỉnh hay còn gọi là khoảng cách theo sau.

truyền động chạy dao trong máy công cụ cnc

Động cơ bớc chạy điện

Động cơ bớc chạy điện đợc ứng dụng rất rộng rãi và đa dạng trong các máy

- Các động cơ dẫn động cho hệ điều khiển điểm, đờng, đờng cong cho máy công cụ.

- Các bộ biến đổi số tơng tự hoặc khâu điều chỉnh số trong kỹ thuật đo lờng và kỹ thuật điều chỉnh.

- Các động cơ dẫn động trong các bộ truy nhập và cấp phát của kỹ thuật điện toán.

- Các động cơ đồng bộ. Động cơ bớc chạy điện đuợc ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực, do đó các động cơ bớc cũng có nhiều chủng loại kết cấu và tính chất rất khác biệt.

Trong kết cấu, các hệ thống nhiều pha đợc phân biệt thành các hệ thống nhiều phần tĩnh

(nhiều Stato) Về nguyên tắc chúng đợc cấu tạo nh máy đồng bộ Những động cơ nhiều phần tĩnh bao gồm một số

Hình 32: Hệ thống Stato – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) Rotor của một động cơ bớc chạy điện

1 Stato; 2 Rotor; 3 Cuộn kích từ; 4 Trục động cơ. lợng hệ thống Stato - Rotor xếp đặt kế tiếp nhau, trong đó từng hệ thống riêng biệt giống nh cuộn dây của động cơ nhiều pha và đợc đặt cùng một góc. Đối với các truyền dẫn nhanh trong máy công cụ ta dùng trớc hết là hệ thống nhiều Stato vì chúng gắn liền với một kết cấu đơn giản, có góc bớc nhỏ và đặc tính động cơ thuận tiện. Động cơ bớc thờng có mômen truyền động rất nhỏ, nó thích hợp trong các truyền hợp lực cản trên đờng dịch chuyển là ổn định và không đáng kể hoặc không có tác dụng cản trong khi chạy dao, nếu dùng trong các hệ truyền động có lực cản lớn cần phải khuếch đại công suất qua một động cơ thuỷ lực.

Động cơ điện một chiều

Cho đến nay trên các máy công cụ điều khiển số phổ biến vẫn dùng các loại động cơ điện một chiều kích từ, dùng vòng mạch phụ với nam châm vĩnh cửu cho truyền động chạy dao Hình 33:

Hình 33: Mặt cắt ngang của động cơ Servo dòng một chiều có dòng kích từ bởi nam châm vĩnh cửu.

(a) Nguyên tắc tập trung dòng đờng sức từ trờng; (b) Nguyên tắc vỏ nam châm. Động cơ kích từ với nam châm vĩnh cửu có tổn hao công suất điện năng nhỏ hơn loại động cơ kích từ bằng mạch ngoại lai Lợng nhiệt tỏa ra thờng nhỏ đến mức có thể qua vỏ động cơ mà truyền ra môi trờng xung quanh, vỏ bọc động cơ có thể bao kín hoàn toàn, không cần có thông gió.

Các động cơ phải thích hợp với sự tăng tốcvà chì hoãn chủ động theo cả hai chiều quay, do vậy chúng phải thích hợp với chu kỳ vận hành 4 góc phần t.

Có thể hiểu chu trình 4 góc phần t là sự vận hành của bốn động cơ trong tất cả bốn góc phần t trên giản đồ đặc tính mômen quay - số vòng quay Để điều chỉnh số vòng quay của động cơ thờng sử dụng klhuyếch đại thyristo, hiện nay ngời ta sử dụng ngày càng nhiều khuyếch đại tranzito Chu trình hoạt động bốn góc phần t của máy phát điện đợc thể hiện nh trên hình

Vận hành máy phát Góc phần t thứ hai

Hình 34: Máy phát điện hoạt động theo chu trình bốn góc phần t.

Động cơ điện xoay chiều

Động cơ xoay chiều có nhiều u điểm hơn so với động cơ điện một chiều nh: Động cơ điện xoay chiều không cần đến kết cấu cổ góp chổi quét, và có lợi thế là không cần bảo dỡng.

Việc thay đổi số vòng quay dựa vào bộ biến đổi tần, do giá thành phải chăng của bộ biến đổi tần mà hiện nay truyền động xoay chiều đợc ứng dụng trong mọi tr- ờng hợp, trong đó việc không cần bảo dỡng là điểm đặc biệt quan trọng.

Một phát triển tiếp theo là các động cơ Servo dòng một chiều không dùng chổi điện, có cuộn dây ba pha và một mạch Roto kích từ bằng nam châm vĩnh cửu Chúng là sự kết hợp u điểm điều khiển của động cơ dòng một chiều và lợi thế không cần bảo dỡng của động cơ xoay chiều.

Tổn hao nhiệt trong những động cơ này chỉ xảy ra ở cuộn dây stato và cũng đ- ợc tán xuất theo đờng ngắn nhất theo vỏ động cơ, do vậy đây là những động cơ cho phép làm việc ở vùng chất tải cao.

các khâu truyền động cơ khí trong máy công cụ điều khiển số

Các khâu truyền động cơ khí là những bộ phận kết cấu cơ khí tạo thành xích động học nối từ động cơ chạy dao đến điểm tác dụng của dao cụ.

Cách bố trí các khâu truyền động ảnh hởng rất lớn đến độ chính xác định vị đó là các yếu tố:

- Sự cộng hởng giữa tần số riêng của các khâu động với tần số biểu kiến của truyền động cộng hởng này có thể gây ra cộng hởng tại vị trí cần.

- Khe hở giữa trục vítme và đai ốc.

- Tính mềm hóa phụ thuộc vào lực thay đổi do nguyên nhân của những biến dạng khác nhau.

Chuyển động quay của động cơ chạy dao đợc chuyển đổi thành chuyển động thẳng của bàn máy nhờ bộ truyền vítme - đai ốc - bi, khi đờng dịch chuyển dài hơn 5m thì phải dựa vào bộ truyền bánh răng thanh răng.

Vận hành máy phát Góc phần t thứ hai

+ + Đối với truyền động chạy dao trên máy công cụ CNC, bộ truyền vítme - đai ốc - bi có kết cấu vítme - bi và một cặp đai ốc (hình 35).

35: Vítme/ đai ốc/ bi có khống chế sức căng bằng đai ốc kép.

Bộ truyền vítme - bi - đai ốc có u điểm là ma sát rất nhỏ và ít bị mòn Nhợc điểm của chúng là có độ giảm chấn thấp.

Nhờ một cặp đai ốc ghép căng theo chiều trục có thể khử đợc khe hở giữa trục vítme và bản thân đai ốc không cho phép làm tăng ma sát giữa chúng Vì khe đựơc triệt tiêu lên ứng dụng cho truyền động chạy dao trên các máy phay cho phép cắt theo chu kỳ phay thuận mà vẫn êm và ổn định.

Mục đích sử dụng truyền động chạy dao giữa trục động cơ và bộ truyền vítme – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) bi:

- Thích ứng với số vòng quay của động cơ với tốc độ chạy dao yêu cầu.

- Thích ứng mômen quay của động cơ với mômen đòi hỏi mômen trên vítme chạy dao.

- Do nguyên nhân kết cấu, để có thể dễ bố trí lắp động cơ.

Truyền động chạy dao phải có mômen quán tính nhỏ, có độ bền xoắn cao và không có khe hở Để thỏa mãn đợc những yêu cầu đó các bộ truyền bánh răng đòi hỏi chế tạo rất tốn kém Thay thế nó ngời ta dùng ngày càng nhiều các cặp truyền đai r¨ng mét cÊp.

Phơng thức tác dụng của vítme - đai ốc - bi:

Các viên bi nằm trong rãnh vítme và đai ốc đảm bảo truyền lực ít ma sát từ trục vítme qua đai ốc vào bàn máy, nhờ hai nữa đai ốc lắp theo chiều dài, giữa chúng có vòng cách, có thể điều chỉnh khe hở theo hai chiều đối ngợc (hình 36).

Răng cắt vi sai (Khử khe hở) Đai ốc có rãnh bi xoắn vítVòng cách để bắt căng tr ớc

Hình 36: Kết cấu chỉnh khe hở vítme/ đai ốc/ bi.

Trong một số kết cấu giải pháp nâng cao của bộ truyền này, bớc nâng của rãnh vítme trên trục và đai ốc có giá trị khác nhau.

Việc dẫn bi hồi rãnh đợc thực hiện nhờ các rãnh dẫn hớng bố trí bên trong hoặc các ống dẫn hớng bố trí bên ngoài, thể hiện trên hình 37.

Hình 37: Rãnh dẫn hớng bi trong bộ truyền vítme/ đai ốc/ bi.

Trong hoạt động thực tế, đặc tính điều chỉnh còn chịu nhiều ảnh hởng khác chẳng hạn nh ảnh hởng bởi một số hằng số thời gian nhỏ hơn, chúng hình thành là do các hệ thống khối lợng - đệm đàn hồi riêng lẻ của các yếu tố truyền động ở động cơ một chiều ngoài hằng số thời gian về cơ khí còn có một hằng số thời gian về điện mà trái với cơ khí hằng số thời gian thờng là nhỏ Trong hệ thống truyền động ngoài sử dụng bộ truyền vítme - đai ốc - bi thì kết cấu thanh răng bánh răng cũng đợc sử dụng khá phổ biến trong máy công cụ điều khiển số, kết cấu này áp dụng cho các máy cỡ lớn, có hành trình chạy dao dài.

cơ sở tính toán cho truyền động chạy dao

Tính mômen quay (hình 39)

Mômen quay đợc tính theo công thức sau: Đai ốc có rãnh bi xoắn vít Vòng cách để bắt căng tr ớc

Trục vítme có rãnh bi xoắn vít Viên bi

Rãnh hồi bi (bên ngoài)Rãnh đổi h ớng bi (bên trong)

M - Mômen quay đòi hỏi trên trục vítme - bi;

Fu - Lực vòng trên bánh bi dẫn lắp trên vítme - bi; r - Bán kính của bánh bị dẫn;

Fv - Lực cản chạy dao (lực để thắng ma sát của bàn máy và lực chạy dao khi cắt); h - Bớc vítme; η - Hiệu suất tác dụng của vítme - bi thờng bằng 0,8 - 0,95. Hình 38: Tính toán mômen truyền dẫn yêu cầu đối với hệ truyền động chạy dao.

Mômen quán tính (hình 40)

Tính toán mômen quán tính của truyền động chạy dao.

Mômen quán tính JA trên trục dẫn động đợc tính nh sau: h sp m

JM - Mômen quán tính của động cơ;

Jrl - Mômen quán tính của các bộ phận truyền động lắp trên trục dẫn động cơ;

Jsred - Mômen quán tính của tất cả các khâu chuyển động khác giới hạn cho đến trục động cơ.

Mômen quán tính của một vật thể quay hình trụ:

Với m= ρ π ( r 2 A +r 1 2 ) l và ρ = khối lợng riêng

Môme quán tính Js trên trục vítme - bi:

Jr2 - Mômen quán tính của các chi tiết truyền động trên trục vítme - bi;

Jsp - Mômen quán tính của bản thân vítme - bi;

Jmred - Mômen quán tính của các khối lợng chuyển động thẳng giới hạn cho đến trôc vÝtme - bi.

Thu gọn khối lợng bàn máy chuyển động tịnh tiến trên trục vítme - bi:

Thu gọn mômen quán tính Js trên trục động cơ:

Ta đợc mômen quán tính tổng cộng của hệ truyền động tính đến trục động cơ:

Và hằng số của thời gian của truyền động là:

Chơng II: Em đã trình bày bộ nội suy và hệ thống truyền động Bộ nội suy có vai trò nh ” một máy phát hàm số ” , ta có thể nội suy tuyến tính hay phi tuyến theo phơng pháp DDA Trong hệ thống truyền động thì các truyền động chạy dao có nhiệm vụ chuyển đổi các lệnh điều chỉnh trong bộ điều khiển thành chuyển động tịnh tiến hay quay tròn Các dạng truyền động điều chỉnh nh truyền động điều chỉnh điện – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) cơ phân cấp, truyền động điều chỉnh điện vô cấp và truyền động bớc Các động cơ điện thờng sử dụng trong máy điều khiển số nh: động cơ bớc chạy điện, động cơ điện một chiều, động cơ điện xoay chiều Một khâu không thể thiếu trong truyền động của máy công cụ CNC là sử dụng bộ truyền vítme - đai ốc – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) bi vì nó có những tính năng nh ma sát nhỏ, ít mài mòn, có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng và nó khử đợc khe hở giữa trục vít với đai ốc nhờ cặp đai ốc ghép căng Dựa vào hệ thống truyền động chạy dao ta tính toán đợc mômen quay và mômen quán tính của dao cụ khi cắt.

Chơng iii Lập trình cho máy công cụ điều khiển số i Lập trình trên máy công cụ cnc theo tiêu chuẩn iso.

Lập trình cho máy công cụ CNC

Một chơng trình gia công điều khiển

CNC chứa đựng tất cả các thông tin cần thiết để thực hiện một hay nhiều công đoạn gia công

P 5 xác định trên một máy công cụ CNC Nh một máy phay thông thờng thực hiện các nguyên công kế tiếp nhau do điều khiển tay của ngời vận hành Trên máy phay CNC thì mọi quá trình gia công đều đợc thực hiện tự động Một hệ thống điều khiển theo chơng trình số CNC sẽ điều khiển và theo dõi quá trình Hệ thống CNC do đó cần có một chơng trình làm việc do ngời vận hành máy hoặc do một kỹ s lập trình soạn thảo. Quá trình gia công đợc thực hịên nh trên hình 40: 1 Po – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) P1: Chạy dao nhanh tiếp cận; 2 P1- P2: Hạ dao nhanh bơm dung dịch trơn nguội; 3 P2- P3: Chạy dao cắt phay sâu; 4 P3 – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) P4: Phay theo độ sâu đã cắt; 5 P4 – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) P5: Lùi dao, dừng bơm trơn nguéi.

Những điều khiện công nghệ khác nh tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chọn dao hay dẫn dung dịch trơn nguội cũng đợc đa vào chơng trình.Toàn bộ quá trình gia công phải đợc viết vào chơng trình theo dạng một ngôn ngữ lập trình mà cụm điều khiển số có thể xử lý đợc.

Tốc độ mà bàn máy cần dịch chuyển đợc lập trình trực tiếp trong các hệ điều khiển CNC với địa chỉ F ( F = FEED) và đơn vị đo là mm/ph hoặc inch/min.

1.2 Địa chỉ số vòng quay trục chính S

Tuỳ theo cấu tạo của hệ điều khiển, số vòng quay trục chính có thể lập trình trực tiếp dới địa chỉ S (S= SFEED) hoặc một mã số (code).

1.3 Địa chỉ dao T Địa chỉ dao T ( T = TOOL) đặc trng cho một con dao xác định Nó có những nhiệm vụ sau : Nhớ các kích thớc của dao, nhớ các giá trị chỉnh lý dao, gọi dao từ ổ tích chứa dao.

Các chức năng phụ, còn gọi lá chức năng trợ giúp, đợc lập trình với địa chỉ M.

Nó bao gồm trớc hết các công nghệ không lập trình dới các địa chỉ F, S hoặc T

Các chức năng M cũng có hiệu lực tác dụng nh các chức năng khác trong câu lệnh mà nó đợc lập trình.

Sau đây là một số câu lệnh M :

M08 : Bơm dung dịch trơn nguội

M01 : Chức năng này giống nh M00 nhng có khác là nó chỉ có hiệu lực tác dụng khi nút bấm OPIONAL STOP ( = ngừng lựa chọn) trên bảng điều khiển bị nhấn M02 : Đợc dừng lại sau khi các câu lệnh trong câu lệnh có M02 đã đợc thực hiện.Trên bảng điều khiển, thông thờng tín hiệu END OF PROGRAM ( = kết thúc chơng trình ) sẽ bật sáng

M03 : trục chính quay phải ( theo hớng toạ độ dơng trên trục Z).

M05 : Dừng quay trục chính,chơng trình làm việc phải dừng

Hình 40: Các đoạn dịch chuyển dao là cơ sở cho một ch ơng trình CNC

M30 : Chức năng này giống nh chức năng M02 nhng nó còn cho phép quay trở lại từ lệnh “Nghiên cứu hệ bắt đầu chơng trình “Nghiên cứu hệ

1.5 Các câu lệnh, từ lệnh trong lập trình số

Chơng trình gồm từ dấu hiệu “Nghiên cứu hệbắt đầu chơng trình” ; sau đó là một trình tự các câu lệnh. a) Câu lệnh

Câu lệnh là một tập hợp các thông tin cần cho hệ điều khiển để thực hiện một bớc gia công

Kết thúc chơng trình đợc đánh dấu bởi một chức năng phụ M.

Một câu lệnh chơng trình bao gồm những thông tin riêng lẽ mà ta gọi là “Nghiên cứu hệtừ lệnh” . b) Từ lệnh.

Mỗi từ lệnh hàm chứa một thông tin về kỹ thuật lập trình, về hình học hoặc về công nghệ.

Trong phơng thức viết liên tục kiểu thông dụng,mỗi từ lệnh bao gồm một chữ cái và một con số Khoảng cách giữa các từ lệnh bằng một dấu cách Hệ điều khiển nhận biết dạng của từ lệnh nhờ chữ cái

Về con số, hệ điều khiển đọc là số dơng nếu nó không có số âm đứng trớc

Các từ lệnh của một câu lệnh đợc xếp vào câu lệnh theo một trình tự xác định gọi là cú pháp, ví dụ:

Mỗi từ của câu lệnh là một lệnh điều khiển máy.

Lệnh có hiệu lực tác dụng kéo dài cho đến khi nó bị xoá hoặc bị thay thế bởi một lệnh có cùng chữ cái và có cùng địa chỉ.

Mô tả từng từ lệnh riêng lẽ trong một câu lệnh

2.1 Từ lệnh N : số câu lệnh

Từ đầu tiên của một câu lệnh là số câu lệnh N.Nó đánh số cho câu lệnh.

Mỗi câu lệnh phải có số đánh riêng cho nó, nhờ đó có thể tìm ra trong chơng tr×nh

Trong một chơng trình, số đánh dấu cho một câu lệnh đã định chỉ cho phép dùng một lần

2.2 Từ lệnh /N- ngắt câu lệnh:

Một câu lệnh đứng trớc địa chỉ số lệnh của nó còn có một gạch chéo “Nghiên cứu hệ/ ” sẽ bị hệ điều khiển không cần biết tới nếu nh trên bảng điều khiển, nút “Nghiên cứu hệ xoá câu lệnh “Nghiên cứu hệ bị nhÊn

2.3 Từ lệnh G : Điều khiển đờng dịch chuyển

Chữ cái địa chỉ G (viết tắt của chữ Geometric Function) thông báo cho hệ điều khiển lệnh chuẩn bị

Một lệnh chuẩn bị có tác dụng đổi mạch cho hệ điều khiển sang một tiến trình tự động xác định

Lệnh chuẩn bị gồm chữ cái địa chỉ G và một mã số hai vị trí 00 đến 99

2.4 Mô tả các điều kiện đờng dịch chuyển:

 G00 : Đặc tính điều khiển điểm chạy dao nhanh (hình 41). Điểm đích đã lập trình đợc đi tới bằng hành trình chạy dao nhanh.

Máy có thể xác định đợc trớc xem liệu có cần chạy dao với tốc độ nhanh tối đa trên trục tọa độ có đoạn dịch chuyển dài hơn, hoặc có cần thích ứng với tốc độ dịch chuyển tính ra với tốc độ chạy dao tối đa cho phép. Độ lớn của tốc độ chạy dao nhanh thờng không cần phải lập trình Nó đợc nhớ trong bộ điều khiển nh một hằng số máy.

Hình 41: Lệnh G00 dùng cho phay.

Với lệnh G01, hệ điều khiển cho phép điểm chuẩn của dao chạy với chuyển động chạy dao đã lập trình trên đờng thẳng nối từ điểm khởi xuất đến điểm đích, đợc thể hiện nh trên hình

Hình 42: Nội suy thẳng, địa chỉ

Lệnh G02 sản sinh ra một chuyển động cong giữa điểm khởi xuất và điểm đích theo chiều kim đồng hồ Lệnh G03 sản sinh ra một chuyển động cong giữa điểm khởi xuất và điểm đích theo chiều ngợc chiều kim đồng hồ (hình 43).

Dịch chuyển nhanh Điểm đích

Hình 43: Các cung dùng trong máy phay. Đờng cong đợc đi qua với tốc độ chạy dao F đã lập trình.

Cá dữ liệu cần có:

- Tọa độ điểm khởi xuất.

- Vị trí cuả tâm đờng cong nội suy, hay độ lớn bán kính đờng cong nội suy.

Với chức năng này ta xác định đợc một điểm duy trì chơng trình, tại đó, thời gian duy trì có thể xác định trớc.

Khoảng thời gian duy trì thờng đợc lập trình với địa chỉ X.

Một thời gian duy trì có thể đợc lập trình, ví dụ khi kết thúc một nguyên công khoét nhắm đạt đợc mặt đáy lỗ khoét phẳng đều

Hình 44: Gia công khoét có thời gian duy trì.

N15 G04 X1 (®a ra thêi gian duy tr× 1 s)

 G07, G08: các yếu tố chuyển tiếp.

Ta chỉ cần lập trình cho điểm cắt bởi hai bề mặt bằng hai lệch trong câu ch ơng trình có liên quan đến góc lợn hoặc vát mép nh ở hình 45:

Hình 45: Lệnh vê tròn góc G7 và lệnh vát mép G8.

Các điểm cần lu ý khi sử dụng yếu tố chuyển tiếp:

- Chỉ lập trình đợc trong phạm vi một lệnh hiệu chỉnh biên dạn.

- Hai bề mặt có một điểm cắt chung.

- Các bề mặt phải lớn hơn bản thân yếu tố chuyển tiếp.

- Cung chuyển tiếp G7 đợc đặt tiếp tuyến.

- Sau khi gọi lệnh hiệu chỉnh biên dạng và trớc khi xóa lệnh G41 hay G42 cũng cha lập trình ngay đợc các yếu tố chuyển tiếp Muốn lập trình cho một yếu tố chuyển tiếp, buộc phải tồn tại một trong số chuyển động G1/G2 hoặc G3 sau khi gọi và trớc khi xóa lệnh hiệu chỉnh biên dạng.

 Nạp dữ liệu cho lệnh lợn góc G7:

- Nhập R bán kính góc lợn ( R tối thiểu 0,02 mm).

 Một biên dạng có thể có các góc lợn tại các giao điểm sau.

- Giao nhau giữa hai đờng thẳng.

- Một đờng thẳng và một cung tròn.

 Nạp dữ liệu cho lệnh vát mép:

- G8 chỉ có thể lập trình giữa hai đoạn thẳng.

- G8 chỉ vận dụng đợc ở chuyển tiếp ngoài.

- Nhập R chiều dài mép vát ( R tối thiểu 0,02 mm).

 G17, G18, G19: Chọn mặt phẳng toạ độ

Với chức năng này ta chọn đợc một mặt phẳng tạo bởi hai trục tọa độ hoặc là một mặt phẳng song song với mặt tọa độ này, trên đó lệnh nội suy vòng và giá trị chỉnh lý bán kính đầu dao cần có hiệu lực tác dụng, các lệnh đợc thể hiện nh trên hình

46: Địa chỉ hoá các bề mặt nội suy.

G17 Mặt XY; G18 Mặt XZ; G19 Mặt yz.

XY Điều kiện chuẩn bị này đặt hệ điều khiển vào khả năng: nếu biết đờng kính dao hiện thời hoặc bán kính đầu dao hiện thời trên các dao tiện, có thể tính toán đ ợc một biên dạng phỏng theo biên dạng đã lập trình với khoảng cách bằng bán kính hiện thời.

Với chức năng này cho phép gọi ra trong chơng trình giá trị dịch chuyển tọa độ của điểm gốc đã đợc truy nhập trớc đây vào hệ điều khiển và Hình

48: Dịch chuyển điểm 0 khi phay theo chu kỳ con lắc. đợc thể hiện nh trên hình 48.

Với điều kiện này có thể đạt đợc một sự thực hiện chính xác các chuyển tiếp biên dạng không liên tục.

Việc bắt đầu thực hiện câu lệnh tiếp theo sẽ bị hãm lại cho đến khi khoảng cách lân cận điểm đích của câu lệnh đang thực hiện đợc thực hiện nốt bằng một giá trị tính trớc nhờ các dữ liệu điều chỉnh máy

 G81 đến G89 : Các chu kỳ công tác

Với các lệnh này, những chu kỳ công tác khác nhau sẽ đợc xác định.

Một chu kỳ công tác, theo nghĩa của điều kiện chuẩn bị này, là một trình tự các chuyển động trên một trục với các số vòng quay tơng ứng của công tác trục ấy.

Ví dụ về các chu kỳ công tác đợc thể hiện trên hình 48:

Hình 48: Các chu kỳ công tác.

G81 Chu kỳ khoan; G84 Chu kỳ tarô - ren; G85 Chu kỳ tiện rộng.

 G90 : Các số liệu đo kiểu tuyệt đối

Các tọa độ của điểm đích đợc đa vào ở dạng các giá trị tuyệt đối, có nghĩa là gốc đo bằng điểm gốc 0 của chi tiết.

Hệ điều thực hiện dịch động trên các trục đã lập trình với các giá trị đích đ a ra trớc trong chơng trình

Hình 50: Lập trình với địa chỉ G90

Lập trình với các giá trị tọa độ kiểu tuyệt đối cũng đợc coi là lập trình theo chuẩn đo Hình 50 chỉ rõ lập trình kiểu này

N10 G90 Đóng mạch ch ơng trình theo chuẩn đo (chỉ yêu cầu khi

G90 không phải là điều kiện cho đóng mạch)

N20 G01 X7 Z4 F100 Tiến đến vị trí theo một đờng thẳng từ vị trí khởi xuất, tốc độ tiến dao 100mm/ph.

 G91 : Các số liệu kiểu tơng đối

Nếu có điều kiện đờng G91, hệ điều khiển sẽ hiểu lệnh dịch chuyển trên từng trục riêng lẻ là kiểu dịch chuyển gia số và xử lý các giá trị tọa độ đã lập trình theo kiÓu ®o gia sè.

Khi lập trình ta phân biệt các địa chỉ X, Y, Z, dành cho kiểu đo tuyệt đối, còn các địa chỉ U, V, W, dành cho kiểu đo tơng đối.

 G92 : Dịch chuyển điểm 0 Điểm 0 của chơng trình hay điểm 0 của chi tiết có thể xác định bất kỳ nội trong vùng làm việc của hệ điều khiển.

Khi lập trình các tính toán theo đó sẽ đơn giản hơn hoặc thặm chí có thể bỏ qua, nếu điểm gốc 0 của hệ tọa độ đợc lựa chọn ở những điểm thuận lơi.

Các bàn máy không chuyển động với lệnh này và nó sẽ kéo dài tác dụng cho đến khi nó bị thay đổi bởi một lệnh dịch chuyển gốc 0 khác.

 Các thông số nội suy (hình 50).

Khi dịch chuyển theo đ- ờng cong (các điều kiện đờng dịch chuyển là G02 và G03), I, J và K mô tả vị trí tâm của đờng cong nội suy theo các hớng trục X,Y, Z §Ých

Các vị dụ lập trình với địa chỉ G

 Ví dụ 1: Dùng dao phay mặt đầu φ 40 mm để phay biên dạng trên hình 51.

Hình 51: Chi tiếtgia công với kích thớc tuyệt đối.

% N9001………Tên chơng trình N9001. N1 G17 T1……… Mặt nội suy XY, đổi dao T1. N2 G0 X 5 Y 22 Z2 F500 S +1600…Chạy nhanh vào vị trí khởi xuất.

N3 G0 Z 7……… Chạy nhanh điều chỉnh đến

N4 G41 G01 X + 16 Y + 16………Gọi hiệu chỉnh biên dạng, dao cắt bên trái biên dạng theo hớng cắt phay

N10 G40 G45……….Xoá hiệu chỉnh biên dạng.

N11 G0 Z2 ………Dao chay nhanh thoát khỏi chi tiết.

N12 G0 Y +120 Z +120 SO……….Dao chạy nhanh tự do và trục chính dõng.

N13 M30 ……….Kết thúc chơng trình với lệnh nhảy về đầu chơng trình.

 Ví dụ 2: Phay biên dạng trình bày trong hình dới đây, điểm bắt đầu của rãnh phay có toạ độ X – T với bộ điều khiển TNC 426 (dùng ngôn ngữ DINPLUS) 28.5;và Y20.

Vật liệu Al, Cu, Mg, Pb;

Số vòng quay trục chính: 3150 vòng/ phút;

Lợng chạy dao ăn sâu: 60 mm/ phúLợng chạy dao cắt rãnh: 120 mm/ phút.

N2 G0 X 28.5 Y20 Z2 S + 3150……… Chạy nhanh không cắt đến toạ độ

N4 G3 F120 X 22.5 Y30 I 6 J10.39 Z 1……….Chạy dao vòng, ngợc chiều kim đồng hồ quanh tâm có toạ độ X = I

N5 G1 Y42.39 Z 5……… Chạy dao thẳng, độ sâu Z = 5

N6 G1 X 47.5 Y57.39 Z 2……… Chạy dao thẳng, độ sâu Z = 2 N7 G1 Y42.39 Z-6……….Chạy dao thẳng, độ sâu Z = 6

N8 G2 X 57.5 Y32.39 I0 J 10 Z 1……….Chạy dao vòng, cùng chiều kim đồng hồ quanh tâm X = 0, Y = -10, độ sâu khoan Z = 1

N9 Z2 M9……… Đa dao lên Z = 2, tắt dung dịch trơn nguội

 Ví dụ 3: Lập trình phay biên dạng rãnh trên chi tiết cho trên hình 53:

Hình 53: Chi tiết gia công.

lập trình cho máy tnc 426

Giới thiệu chung

Nhà sản xuất hàng đầu thế giới HEIDENHAIN về các hệ điều số cho máy phay, máy khoan, máy doa… Với bộ điều khiển TNC 426, lắp trên trung tâm gia công DMU 60T, có khả năng dùng trên trung tâm gia công tới 5 trục điều khiển Do tính năng tối u hoá cao nên TNC đợc sử dụng rộng rãi trên thế giới và nó cũng đựơc sử dụng nhiều ở Việt Nam hiện nay.

TNC 426 ta có thể lập trình phay, khoan, doa theo ph ơng pháp truyền thống trên máy một cách dễ dàng nhờ các giao tiếp hội thoại dễ hiểu với ngời dùng Ngoài ra, trong bộ điều khiển này còn có một đĩa cứng dung lợng lớn do đó có thể lu trữ một khối lợng chơng trình lớn Để hỗ trợ cho tính toán nhanh, các bộ điều khiển TNC còn cho phép “Nghiên cứu hệ gọi” một máy tính hiện lên màn hình, bàn phím và màn hình đợc thiết kế sắp xếp hợp lý khiến cho việc xử dụng các chức năng rất dễ dàng.

Bộ điều khiển TNC cho phép lập trình bằng hai ngôn ngữ: ISO và hội thoại (Heidenhain Converstional Format) Ngôn ngữ ISO dùng mã G để mô tả chuyển động thì ngôn ngữ HEIDENHAIN dùng ngôn ngữ giao thoại thông thờng ( English - like language) nên rất thuận tiện cho ngời sử dụng, và khi lập trình với TNC các lệnh đợc nhập vào bộ điều khiển đều nhờ các phím biểu tợng Bộ điều khiển luôn đa ra các địa chỉ X, Y, … , DR,… cần thiết cho quá trình đi tới toạ độ cần của dao trên chi tiết gia công Chính vì thế nó giúp cho ngời dùng không phải nhớ cú pháp của câu lệnh, thời gian lập trình đợc rút ngắn rất nhiều, và tránh đợc những sai sót về thứ tự câu lệnh. Lập trình hội thoại bằng ngôn ngữ HEIDENHAIN là một giải pháp đặc biệt dễ dàng để viết các chơng trình gia công HEIDENHAIN cũng quan tâm cung cấp tối đa những công cụ trợ giúp đồ hoạ cho ngời lập trình Chức năng AUTODRAW cho phép hiện thị biên dạng cần gia công ngay sau khi hiện lệnh.

Nó có thể vẽ contour cho cả hay một phần chơng trình thậm chí hiện cả số thứ tự của dòng lệnh và hình vẽ mô phỏng Sau đó tiến hành chạy mô phỏng chơng trình vừa lập đợc trớc khi quyết định có gia công hay không Ngời sử dụng có thể lập trình hay sửa chữa một chơng trình trong khi máy đang làm việc với một chơng trình khác.

Các chức năng bắt toạ độ hiện thời giúp cho việc đặt hệ thống (gốc toạ độ, kích thớc chạy dao) đợc dễ dàng Quá trình mô phỏng rất phong phú đợc hiện thì trên màn hình. Đặc biệt có sự bổ xung thêm chơng trình đồ hoạ 3D khiến cho TNC 426 càng đợc u chuộng hơn trong việc ứng dụng vào gia công các chi tiết cần độ chính xác cao, những chi tiết mẫu.

Các hệ điều khiển số trớc nh máy công cụ NC, CNC thì TNC có các cải tiến đáng kể so với các thế hệ trớc đó, thuận tiện cho việc sử dụng, các u điểm về khả năng hỗ trợ lập trình, mô phỏng, điều khiển, đã khiến cho TNC 426 ngày càng đợc thị trờng chấp nhận và sử dụng.

Màn hình, bàn phím và tay quay điện tử của tnc426.

Chế độ vận hành máy

TNC đa ra các chế độ vận hành cho các chức năng khác nhau và từng bớc công việc cần thiết gia công chi tiết.

2.1 Các chế độ vận hành bằng tay quay địên tử

Chế độ vận hành bằng tay đợc sử dụng khi cần thiết lập các thông số của dao cụ, gốc toạ độ của phôi Với chế độ làm việc này ta có thể dịch chuyển các trục máy, chạy trục chính, nhập dữ liệu hay xác định mặt phẳng gia công nhờ các phím bấm trên bàn phím Và có thể dùng tay quay điện tử để dịch chuyển các trục của máy.

MID là chế độ làm việc cho phép ta soạn thảo chơng trình gia công chi tiết, lập trình các contour tự do đặc trng, các chu kỳ gia công khác nhau và các tham số Q giúp ta có các thông tin cần thiết để lập trình Trong khi lập trình nếu cần có thể hiện thị bằng đồ hoạ từng bớc của chơng trình.

2.3 Lập trình và sửa chơng trình

Chế độ làm việc này cho phép ta soạn thảo chơng trình và chỉnh sửa chơng trình đã lập trình Nếu trong khi lập trình pháp hiện các thống số, các thông tin công nghệ đa vào chơng trình bi sai ta có thể sửa các thông tin đó sau đó ta có thể chạy thử ch- ơng trình vừa lập.

Khi chạy thử chơng trình, TNC tự động kiểm tra xem chơng trình lập có lỗi hay không, các lỗi thờng gặp trong lập trình: do xung đột hình học, do nhập dữ liệu thiếu hoặc không đúng, sự vi phạm không gian gia công… Chế độ làm việc này cho phép mô phỏng bằng đồ hoạ với nhiều chế đồ hiện thị khác nhau ta có thể biết trớc đợc biên dạng gia công nếu thấy thích hợp với các yêu cầu lập trình ta có thể gia công thËt.

Lập trình cho máy TNC 426

3.1 Cơ sở điều khiển số.

3.1.1 Bộ mã hoá vị trí (encoder) và điểm chuẩn

Các trục máy đợc gắn các enconder (thẳng hoặc quay) để giám sát vị trí của bàn máy hoặc dao cắt Khi một trục nào đó chuyển động thì encoder tơng ứng sẽ phát ra một tín hiệu điện TNC nhận tín hiệu này và tính toán ra vị trí thực của máy.

Nếu trong quá trình gia công chẳng may bị ngắt điện thì vị trí tính toán sẽ không còn tơng ứng với vị trí thực của trục máy nữa Khi có điện trở lạiTNC có thể thiết lập trở lại mỗi quan hệ này dựa trên các vạch chuẩn encoder Trên các thớc của encoder có một hay nhiều vạch chuẩn để truyền tín hiệu tới TNC mỗi khi tia sáng đi qua nó Từ tín hiệu này mà TNC nhận biết vị trí thực của bàn máy tơng ứng với vùng nào đó trên thớc đo.

Các trục encoder thẳng thờng đợc dùng cho các chuyển động thẳng Các bàn quay hay trục nghiêng dùng các encoder quay, nếu trên thớc đo chỉ có một vạch chuẩn thì hệ thống chỉ có một chuÈn (reference) duy nhÊt Trong trêng hợp đó quãng đờng cần thiết để bàn máy chạy tới điểm chuẩn thờng dài Khi dùng nhiều vạch chuẩn, quãng đờng để bộ TNC không vợt qua khoảng cách giữa hai vạch cạnh nhau Ví dụ, encoder của Heidenhain có khoảng cách giữa hai vạch chuẩn là 20 mm (cho encoder thẳng còn 20 0 cho encoder quay).

3.1.2 Hệ toạ độ tham chiếu trên máy phay Đối với các máy phay dụng cụ khi gia công đợc định hớng theo hệ toạ độ đề các.

Hình bên mô tả “Nghiên cứu hệ quy tắc bàn tay phải” : ngón giữa theo ngón dơng của dao cắt là hớng từ phôi đến dao (trục Z), ngón tay cái chỉ theo hớng dơng của trục X và ngón trỏ chỉ theo hớng dơng của trục Y.

TNC 426 có thể điều khiển tới 5 trục; TNC 430 có thể điều khiển tới 9 trục Các trục U, V, và W là các trục tịnh tiến thứ cấp song song với các trục cơ bản X, Y, Z. Các trục quay là các trục A, B, C Hình bên mô tả quan hệ giữa các trục thứ cấp và trục quay với trục cơ bản.

Biên dạng của chi tiết gia công thờng gồm nhiều dạng đờng khác nhau nh đờng thẳng, cung tròn, các đờng cong bậc ba,… Do đó TNC cung cấp cho ngời lập trình các khả năng cho phép gia công đoạn thẳng, cung tròn, hay một đờng cong bất kỳ bằng các lệnh có sẵn, dới đây là các lệnh dùng trong máy TNC.

3.2.1 Lập trình trong hệ đề các a) Lệnh tiến dao thẳng L Đây là lệnh đa dao cắt tiến theo một đờng thẳng từ vị trí hiện tại tới điểm cuối của đoạn thẳng Điểm đầu của đoạn này là điểm cuối của đoạn lập trình trớc nó Những dữ liệu cần nhập vào nh sau:

- Nhập toạ độ điểm đầu.

- Nhập toạ độ điểm cuối.

- Ngoài ra nếu cần thiết có thể nhập bù bán kính bù dao RL, RR, RO, lợng chạy dao F và các lệnh phụ M.

9 l x + 80 iy - 10 b) Lệnh vát góc giữa hai đờng thẳng CHF

Lệnh này cho phép vát góc giữa hai đờng thẳng giao nhau với những điều kiện sau:

- Dòng lệnh trớc và sau lệnh CHF phải gièng nhau.

- Mỗi cạnh phải đủ lớn so với bán kính dao cắt.

10 l ix + 10 c) Gia công cung tròn C với tâm CC

Trớc khi lập trình gia công một cung tròn C, ta phải nhập toạ độ tâm CC Vị trí cuối cùng của dao đợc lập trình trớc đó sẽ là điểm bắt đầu của cung tròn, các bớc gia công đợc tiến hành nh sau.

- Nhập toạ độ tâm cung tròn CC.

- Nhập toạ độ điểm cuối cung tròn.

- Ngoài ra nếu cần còn có thể phải nhập thêm cả lợng chạy dao F, hớng chạy dao DR- , DR + và các hàm phụ M.

Khi lập trình gia công cung tròn, TNC gắn cung tròn đó trên một trong những mặt phẳng chính.

Mặt này tự động đợc xác định khi lập dữ liệu cho trục ở lệnh gọi dao.

Z XY (hoặc UV, XV, UY).

Y ZX (hoặc WU, ZU,WX).

X YZ (hoặc VW, YW, VZ).

 Hớng khi gia công cung tròn:

Khi cung tròn cần gia công không có chuyển tiếp là tiếp tuyến với một đờng khác, ta phải nhập hớng để gia công cung tròn DR, nếu hớng quay thuận chiều kim đồng hồ là DR-, còn nếu hớng quay ngợc chiều kim đồng hồ là DR+.

Nếu trong quá trình gia công ta cần bù bán kính dao cụ thì ta phải khai báo lệnh bù dao trớc dòng lệnh chứa toạ độ đầu tiên của biên dạng cần gia công Ta cũng không thể bù bán kính khi đang gia công cung tròn mà phải bù bán kính trớc đó bằng lệnh tiến dao thẳng hay đoạn chơng trình tiếp cận (APPR block). d) Lệnh gia công cung tròn, với bán kính cho trớc CR

Lệnh này cho phép ta đa dao cắt theo một cung tròn biết trớc bán kính R. Các dữ liệu cần nhập:

- Nhập toạ độ điểm cuối của cung tròn.

- Nếu cần nhập lợng chạy dao F,

Các hàm phụ M va hớng chạy dao DR; Để gia công một đờng tròn kín ta chỉ việc lấy điểm cuối cùng trùng với với điểm ®Çu. e) Gia công cung tròn biết trớc bán kính R và góc đi qua tâm CCA

Có bốn khả năng sau:

- Góc CCA < 180 0 , bán kính nhập vào cã dÊu + (R > 0).

- Góc CCA > 180, bán kính nhập vào cã dÊu - ( R < 0).

- Hớng gia công cùng chiều kim đồng hồ DR -.

- Hớng gia công theo ngợc chiều kim đồng hồ DR +

(arc 4) f) Lệnh gia công cung tròn tiếp tuyến với một đờng CT

Dao cắt theo một cung tròn tiếp tuyến với một contour đợc lập trình trớc nó. Các dữ liệu cần nhập:

- Nhập toạ độ điểm cuối của cung tròn.

- Nếu cần thiết nhập lợng chạy dao

F, các hàm phụ M và bù bán kính dao.

10 l y + 0 g) Lệnh vê tròn góc RND

Hàm RND đợc dùng để vê tròn góc giữa hai contour cho trớc Bán kính góc vê phải đủ lớn phù hợp với dao cắt, các bứơc cần thiết là:

3.2.2 Lập trình trong hệ toạ độ cực

Trong hệ toạ độ cục một vị trí đợc xác định bằng một góc PA và một khoảng cách

PR ứng với một cực CC đợc định nghĩa trớc đó Hệ toạ cực thuận tiện khi cần:

- Xác định vị trí trên một cung tròn.

- Các kích thớc cần gia công đợc đo bằng độ (0 0 ). a) Định nghĩa gốc toạ độ trong hệ toạ độ cực

Ta có thể định nghĩa cực CC bất cứ vị trí nào trong chơng trình miễn là phải trứơc đoạn chơng trình cha các toạ độ cực Định nghĩa toạ độ cực trong hệ toạ độ đề các cũng giống nh định nghĩa một tâm cung tròn Nếu không định nghĩa thì cực sẽ là vị trí dao cắt ngay trong trớc đó trong chơng trình. b) Lệnh tiến dao thẳng LP

Các bứơc nhập lệnh nh sau:

- Nhập bán kính PR: Là khoảng cách từ trục cực CC đến điểm cuối của đoạn thẳng.

- Nhập góc cực PA: Là góc có giá trị từ −360 0 ữ+360 0

16 lp pa + 180 c) Lệnh cắt theo cung tròn CP quanh cực CC

Bán kính toạ độ cực đồng thời cũng là bán kính của cung tròn, đợc xác định bằng khoảng cách từ điểm đầu tới cực CC Vị trí dao cuối cùng trớc đó trong chơng trình sẽ là điểm bắt đầu cung tròn Các dữ liệu cần nhập là:

- Góc toạ độ cực PA: góc này có giá trị từ

20 cp pa + 180 dr - d) Lệnh gia công cung tròn tiếp tuyến CTP

Cung tròn đợc gia công tiếp tuyến với contour trớc đó Các giá trị cần nhập là:

- Bán kính cực PR: khoảng cách từ điểm cuối cung tròn tới cực CC.

- Góc PA: góc xác định vị trí điểm cuối của cung tròn.

16 l y + 0 e) Chơng trình gia công đờng xoắn ốc

Ta có thể ứng dụng gia công cung tròn CP để gia công đờng xoắn ốc nh sau:

Trong đó: IPA là toàn bộ góc xoắn.

3.2.3 LËp tr×nh contour tù do

Ngoài những lệnh gia công đã kể trên, TNC còn cho phép lập trình gia công những contour tự do mà các toạ độ kích thớc không thể nhập vào nh thông th- ờng các chức năng từ bàn phím… Ta có thể nhập trực tiếp những dữ liệu kiểu nh vậy bằng các hàm lập trình contour tự do FK TNC sẽ từ những toạ độ cho trớc của conotur cung cấp một dao thức hội thoại ở chế độ lập trình đồ hoạ tơng hỗ.

3.3 Các lệnh hỗ trợ M (Miscellancous Function).

Tiêu đề	Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Khiển Số Trên Máy Công Cụ CNC
Thể loại	đồ án tốt nghiệp

Định dạng
Số trang	90
Dung lượng	1,6 MB