Máy CNC Robot công nghiệp T ă ng Quốc Nam Häc viƯn Kü tht Qu©n sù Giíi thiƯu vỊ môn học T.Q Nam Bài giảng M y C N C R B C N Tên môn học: Máy điều khiển theo ch ơng trình số robot công nghiệp Số l ợng đơn vị học trình: 02 (30 tiết) Mục tiêu môn häc * KiÕn thøc: - Cđng cè c¸c kiÕn thøc máy cắt kim loại điều khiển theo ch ơng trình số - Hiểu đ ợc cấu trúc hệ thống điều khiển theo ch ơng trình số cho máy cắt kim loại - Biết đ ợc cấu trúc, động học ứng dụng robot công nghiệp * Kỹ Năng: Vận dụng đ ợc kiến thức để tiếp cận đ ợc công nghệ gia công máy CNC Giới thiệu môn học T.Q Nam Bài giảng M y C N C R B C N T.Q Nam Bài giảng M y C N C R B C N Tµi liƯu häc tËp [1] Ngun Ngäc CÈn - Máy điều khiển theo ch ơng trình số [2] Nguyễn Ngọc Cẩn - Điều khiển tự động - NXB khoa học kỹ thuật [3] Tạ Duy Liêm - Máy điều khiển theo ch ơng trình số robot công nghiệp Tr ờng ĐHBK Hà Nội - 1996 [4] Tạ Duy Liêm - Hệ thống điều khiển số cho máy c«ng - NXB khoa häc & kü tht – 1999 [5] Nguyễn Thiện Phúc - Ng ời máy công nghiệp - Tr ờng ĐHBK Hà Nội 1995 [6] Bi gi ng Ch ơng Máy cắt kim loại điều khiển theo ch ơng trình số (Máy CNC) 1.1 Lịch sử máy CNC khái niệm liên quan 1.2 Điều khiển theo ch ơng trình số 1.3 Kết cấu máy CNC 1.4 Hiệu sử dụng máy CNC T.Q Nam Bài giảng M y C N C R B C N 1.1 Lịch sử máy CNC khái niệm liên quan T.Q Nam Bài giảng M y C N C R B C N Làm để gia công chi tiết, khuôn mẫu phức tạp? Xa x a - Đ ợc chia thành phần đơn giản ®Ĩ gia c«ng - Sau gia c«ng xong, chóng đ ợc ghép lại với thành chi tiết hoàn chỉnh ph ơng pháp hàn, tán - Công nghệ đắt không đảm bảo đ ợc độ xác kích th ớc hình học mong muốn nh đồng tính vật liệu Sau - Dùng máy chép hình, ng ời ta đà chế tạo đ ợc chi tiết phức tạp - Công nghệ gia công máy chép hình nhiều nh ợc điểm ã độ xác không cao (do quán tính hệ thống lớn, sai số mẫu, ), ã suất thấp (do phải hạn chế tốc độ tr ợt đầu dò mẫu), ã đắt linh hoạt (vì d ỡng mẫu chi tiết khí xác, dùng vật liệu đặc biệt nên khó chế tạo) NC T.Q Nam Bài giảng M y C N C vµ R B C N NC = Numerical Control ý t ëng vỊ ®iỊu khiĨn sè (NC) - Có thể hình dung máy công cụ điều khiển số máy chép hình, nh ng d ỡng, mẫu, cam, khí đ ợc thay ch ơng trình máy tính - Ch ơng trình không bị mòn nh d ỡng mẫu, mang mang lại dễ dàng - Việc soạn thảo, sửa đổi ch ơng trình lại dễ, nhanh rẻ nhiều so với chế tạo cam, d ỡng, nguyên tắc máy NC công nghiệp - Sử dụng máy tính để tính toán quỹ đạo chạy dao l u liệu vào bìa đục lỗ - Dùng thiết bị đọc máy để tự động đọc liệu từ bìa đục lỗ - Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ xử lý liên tục đ a thông tin điều khiển động đ ợc gắn lên trục vít me T.Q Nam Bài giảng M y C N C R B C N Lịch sử phát triển NC 1949: - Mẫu máy NC MIT (Viện công nghệ Massachusetts) thiết kế chế tạo theo đặt hàng Không lực Hoa kỳ, để sản xuất chi tiết phức tạp xác máy bay 1952: - máy phay đứng trục điều khiển số hÃng Cincinnati Hydrotel đ ợc tr ng bày MIT 1960s: - máy NC đ ợc sản xuất sử dụng công nghiệp - điều khiển số dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, cồng kềnh tiêu tốn nhiều l ợng - ch ơng trình đ ợc chứa băng bìa đục lỗ, khó hiểu không sửa chữa đ ợc - Giao tiếp ng ời - máy khó khăn hình, bàn phím 1970s: - linh kiện bán dẫn đ ợc sử dụng phổ biến công nghiệp - máy NC gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn l ợng hơn, - băng đục lỗ sau đ ợc thay băng đĩa từ, - tính sử dụng máy NC ch a đ ợc cải thiện đáng kể, máy tính đ ợc ứng dụng CNC T.Q Nam Bài giảng M y C N C vµ R B C N CNC = Computer Numerical Control Đầu 1970s, máy CNC đời: - Các điều khiển số máy công cụ đ ợc tích hợp máy tính thuật ngữ CNC đời Máy CNC u việt máy NC thông th ờng nhiều mặt - tốc độ xử lý cao, kết cấu gọn, - u điểm quan trọng chúng tính sử dụng, giao diện với ng ời dùng thiết bị ngoại vi khác Các máy CNC ngày - có hình, bàn phím nhiều thiết bị khác để trao đổi thông tin với ng ời dùng - nhờ hình, ng ời dùng đ ợc thông báo th ờng xuyên tình trạng máy, cảnh báo báo lỗi nguy hiểm xảy ra, mô để kiểm tra tr ớc trình gia công, - làm việc đồng với thiết bị sản xuất khác nh robot, băng tải, thiết bị đo, hệ thống sản xuất - trao đổi thông tin mạng máy tính loại, từ mạng cục (LAN) đến mạng diện rộng (WAN) Internet T.Q Nam Bài giảng M y C N C vµ R B C N CNC vµ CAD/CAM CAD (Computer Aided Design) - " thiÕt kÕ cã tr ỵ gióp máy tnh - lĩnh vực ứng dụng CNTT vào thiết kế - trợ giúp cho nhà thiết kế việc mô hình hoá, lập xuất tài liệu thiết kế dựa kỹ thuật đồ hoạ CAM (Computer Aided Manufacturing) - " sản xuất có tr ợ giúp máy tnh - xuất nhu cầu lập trình cho thiết bị điều khiển số (máy CNC, robot, thiết bị vận chuyển, kho tàng, kiểm tra) điều khiển chúng CAD/CAM - vốn xuất độc lập với nhau, nh ng ngày xích lại gần - thuật ngữ ghép, dùng ®Ĩ chØ mét m«i tr êng thi Õt k Õ - sản xuất v i tr ợ giúp cđa m ¸y t⌥nh Sù ph¸t triĨn cđa m¸y CNC công nghệ gia công máy CNC liên quan ®Õn: - kü tht ®iỊu khiĨn tù ®éng, - kü thuật thiết kế sản xuất có trợ giúp máy tính (CAD/CAM) T.Q Nam Bài giảng M ¸ y C N C vµ R B C N CNC FMS/CIM FMS - Một hệ thống sản xuất tự động, có khả tự thích ứng với thay đổi đối t ợng sản xuất đ ợc gọi hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing System - FMS) - FMS gåm m¸y c¸c CNC, robot, c¸c thiết bị vận chuyển, thiết bị kiểm tra, đo l ờng, làm việc d ới điều khiển mạng máy tính CIM - Sự tích hợp hệ thống thiết bị sản xuất tích hợp trình thiết kế - sản xuất - quản trị kinh doanh nhờ mạng máy tính với phần mềm trợ giúp công tác thiết kế công nghệ, kinh doanh, tạo nên hệ thống sản xuất tích hợp nhê m¸y tÝnh (Computer Integrated Manufacturing - CIM) T.Q Nam Bài giảng M y C N C R B C N Lịch sử phát triển CNC 1.2 Điều khiển theo ch ơng trình số T.Q Nam Bài giảng M y C N C R B C N 1.2.1 Nguyên tắc cấu trúc 1.2.2 Các dạng điều khiển Điều khiển theo điểm Điều khiển theo đ ờng Điều khiển theo phi tuyÕn (contour) 1.2.3 VËt mang tin vµ cèt m· hoá 1.2.1 Nguyên tắc cấu trúc T.Q Nam Bài giảng M y C N C R B C N Sơ đồ khối hệ thống điều khiển theo ch ơng trình số T.Q Nam Bài giảng M y C N C R B C N Nguyên tắc điều khiển CNC: Bộ điều khiển trung tâm (MCU Machine Control Unit) đảm nhiệm việc điều khiển toàn hoạt động hệ thống Nhiệm vụ MCU: - Đọc, giải mà lệnh ch ơng trình NC, - Lọc xử lý thông tin hình học thông tin công nghệ, tính toán thông số điều khiển, - Xuất tín hiệu điều khiển cho cấu t ơng ứng: trục chính, chạy dao, thay dao thiết bị phụ trợ khác; T.Q Nam Bài giảng M y C N C R B C N - Giám sát trình để đảm bảo yêu cầu công nghệ an toàn thiết bị Chức giám sát phần chức điều khiển th ờng đ ợc thực thông qua PLC Nhập liệu vào nhớ máy: - bàn phím - ph ơng tiện đọc khác, nh : đọc đĩa, đọc băng - trao đổi liệu với thiết bị l u trữ bên qua giao diện truyền thông chuẩn, nh RS 232, RS 485 T.Q Nam Bµi giảng M y C N C R B C N Xư lý d÷ liƯu: - Do bé xư lý trung tâm (CPU) thực - Trên sở liệu ch ơng trình, CPU tính toán thông số điều khiển hệ thống - Tính toán công nghệ (2): Các thông tin công nghệ, nh chọn dao, chiều tốc độ quay trục chính, t ới dung dịch dừng, đ ợc chuyển tới hệ thống t ơng ứng thông qua hiệu chỉnh (4), th ờng PLC T.Q Nam Bài giảng M ¸ y C N C vµ R B C N - Tính toán hình học (3): Thông tin hình học đ ờng chạy dao (dạng, h ớng, tốc độ) đ ợc phân tích thành chuyển động độc lập trục Bộ phận thực việc gọi nội suy (3) Điều khiển trục (điều khiển vị trí) - Lệnh chạy dao từ nội suy đ ợc đ a đến mạch điều khiển vị trí (Position Control Loop) - gồm điều khiển động cơ, động cơ, thiết bị đo vị trí, mạch phản hồi vị trí T.Q Nam Bài giảng M y C N C R B C N Sơ ®å cđa mét hƯ ®iỊu khiĨn vÞ trÝ cho trơc - NhËn tÝn hiƯu (lƯnh chun ®éng) tõ bé nội suy, so sánh với tín hiệu phản hồi từ sensor giám sát vị trí thực dao - Chênh lệch tín hiệu đ ợc dùng làm tín hiệu điều khiển, qua khuyếch đại điều khiển khuyếch đại công suất, biến đổi thành đại l ợng t ơng tự (điện áp), làm cho động chuyển động T.Q Nam Bài giảng M y C N C R B C N 1.2.2 Các dạng ®iỊu khiĨn §iỊu khiĨn ®iĨm - ®iĨm (®iỊu khiĨn ®iĨm) - Là kiểu điều khiển đơn giản nhất: dụng cụ (dao) đ ợc điều khiển chạy nhanh không cắt (với tốc độ quy định tr ớc, không điều khiển đ ợc từ ch ơng trình) theo đ ờng thẳng từ điểm tới điểm - Quá trình công tác (cắt) thực điểm dừng - Mục đích kích th ớc định vị điểm phải đạt đ ợc xác, không quan tâm đến quĩ đạo - Kiểu điều khiển dùng máy khoan, đột lỗ, hàn điểm, 10