Lịch sử phát triển của điều khiển số 1FME6 Máy điều khiển số cổ điển chủ yếu dựa trên cơng trình của một người cĩ tênlà John Parsons. Từ những năm 1940 Parsons đã sáng chế ra phương ph
6.1 ĐIỀU KHIỂN SỐ - SỰ KHỞI ĐẦU CỦA CAM Môn học: CAD/CAM FME FME Nội dung: 6.1.1 Điều khiển số gì? 6.1.2 Lịch sử phát triển ĐKS 6.1.3 Các thành phần hệ thống ĐKS 6.1.4 Thủ tục điều khiển số 6.1.5 Hệ toạ độ hệ thống ĐKS 6.1.6 Các phương pháp điều khiển chuyển động NC 6.1.7 Các ứng dụng ĐKS 6.1.8 Ưu nhược điểm ĐKS Chương 6: SẢN XUẤT NHỜ MÁY TÍNH – CAM CBGD: Nguyễn Văn Thành E-mail: nvthanh@hcmut.edu.vn 3 6.1.1 Điều khiển số gì? CHƯƠNG 6: SẢN XUẤT NHỜ MÁY TÍNH - CAM FME FME Nội dung: 6.1 Điều khiển số - Sự khởi đầu CAM 6.2 Các phương pháp lập trình NC 6.3 Điều khiển máy CNC • NC = Numerical Control • CNC = Computer Numerical Control • Các hoạt động điều khiển cách nhập trực tiếp liệu số • Một dạng tự động hố lập trình vạn • Máy công cụ điều khiển hàng loạt lệnh mã hoá 2 4 6.1.2 Lịch sử phát triển điều khiển số (1) 6.1.2 Lịch sử phát triển điều khiển số (3) FME FME 1725 – Phiếu đục lỗ dùng để tạo mẫu quần áo 1808 – Phiếu đục lỗ kim loại dùng để điều khiển tự động máy thêu 1863 – Tự động điều khiển chơi nhạc piano nhờ băng lỗ 1940 – John Parsons sáng chế phương pháp dùng phiếu đục lỗ để ghi liệu vị trí tọa độ để điều khiển máy công cụ 1952 – Máy công cụ NC điều khiển số 1959 – Ngôn ngữ APT đưa vào sử dụng 1960s – Điều khiển số trực tiếp (DNC) 1963 – Đồ hoạ máy tính 1970s – Máy CNC đưa vào sử dụng 1980s – Điều khiển số phân phối đưa vào sử dụng CAD/CAM Một thời gian ngắn sau, nhà chế tạo máy bắt đầu chế tạo máy NC để bán nhà công nghiệp, đặc biệt nhà chế tạo máy bay dùng máy NC để chế tạo chi tiết cần thiết cho họ Hoa kỳ tiếp tục cố gắng phát triển NC cách tiếp tục tài trợ cho MIT nghiên cứu ngôn ngữ lập trình để điều khiển máy NC Kết việc đời ngôn ngữ APT: Automatically Programmed Tools vào năm 1959 Mục tiêu việc nghiên cứu APT đảm bảo phương tiện để người lập trình gia cơng nhập câu lệnh vào máy NC Mặc dù APT bị trích thứ ngơn ngữ q đồ sộ nhiều máy tính, cơng cụ yếu dùng rộng rãi công nghiệp ngày nhiều ngơn ngữ lập trình dựa APT 5 7 6.1.2 Lịch sử phát triển điều khiển số (2) 6.1.2 Lịch sử phát triển điều khiển số (4) FME FME Máy điều khiển số cổ điển chủ yếu dựa cơng trình người có tên John Parsons Từ năm 1940 Parsons sáng chế phương pháp dùng phiếu đục lỗ để ghi liệu vị trí tọa độ để điều khiển máy công cụ Máy điều khiển để chuyển động theo tọa độ, nhờ tạo bề mặt cần thiết cánh máy bay Năm 1948 J Parson giới thiệu hiểu biết cho khơng lực Hoa Kỳ Cơ quan sau tài trợ cho loạt đề tài nghiên cứu phịng thí nghiệm Servomechanism MIT (Masschusetts Institute of Technology) Cơng trình MIT phát triển mẫu máy phay NC cách điều khiển chuyển động đầu dao theo trục tọa độ Mẫu máy NC triển lãm vào năm 1952 Từ 1953 khả máy NC chứng minh C IM C A D C A D F MS C N C N C 1950 6 / C A M 1960 1970 1980 1990 8 6.1.3 Các thành phần hệ thống điều khiển số 6.1.3 Các thành phần hệ thống điều khiển số Chương trình điều khiển (2): Phiếu đục lỗ, băng lỗ FME Chương trình Bộ điều khiển FME Máy cơng cụ 9 11 6.1.3 Các thành phần hệ thống điều khiển số Chương trình điều khiển (1): G & M code Là tập hợp câu lệnh điều khiển máy phải làm Các lệnh mã hóa dạng số ký hiệu mà thiết bị điều khiển nhận dạng Chương trình điều khiển lưu trữ phiếu đục lỗ, băng đục lỗ, băng từ Thí dụ chương trình gia cơng: 10 11 % O2345; N1 G90 G54 G21 G17; N2 T1 M06; N3 M03 S1000; N4 G00 Z100.; N5 X0 Y60.; N6 Z1 N7 G01 Z-1 F50 N8 Y0 F150 N9 X60 N10 Y40.; N11 G03 X40 Y60 R20 N12 G01 X0 N13 G0 Z100 N14 M05; N15 M30 % 6.1.3 Các thành phần hệ thống điều khiển số Chương trình điều khiển (3): Các phương pháp lập trình FME FME Bằng tay Bằng máy tính (nhờ hỗ trợ phần mềm CAD/CAM) Đường chạy dao Chương trình chuẩn bị lập trình viên, người lập trình bước theo trình tự công nghệ Đối với máy công cụ, bước công nghệ chuyển động tương đối dụng cụ cắt phôi 10 12 12 6.1.3 Các thành phần hệ thống điều khiển số Chương trình điều khiển (4): Lập trình tay 6.1.3 Các thành phần hệ thống điều khiển số Chương trình điều khiển (6): Chạy kiểm tra máy tính: FME FME Người lập trình nhập lệnh máy CNC 13 13 15 15 6.1.3 Các thành phần hệ thống điều khiển số Chương trình điều khiển (5): Lập trình máy tính nhờ hệ thống CAD/CAM: CAD 6.1.3 Các thành phần hệ thống điều khiển số Bộ điều khiển (1): FME FME Là thành phần thứ hệ thống điều khiển số Nó bao gồm bo mạch điện tử phần cứng đọc biên dịch chương trình điều khiển truyền đến máy công cụ CAM CNC 14 14 16 16 6.1.3 Các thành phần hệ thống điều khiển số Bộ điều khiển (2): Các phần tử điều khiển 6.1.4 Thủ tục điều khiển số FME FME Lập kế hoạch gia công (Process Planning) Lập trình gia cơng NC (Part programming) Kiểm tra chương trình Thực việc gia cơng máy CNC Bộ lưu liệu Bộ phân phối liệu Bộ liên hệ ngược Bộ điều khiển để phối hợp hoạt động phần tử Cần phải lưu ý gần tất máy NC đại bán có trang bị điều khiển gọi Microcomputer Vì mà chúng gọi máy CNC 17 17 19 19 6.1.3 Các thành phần hệ thống điều khiển số Máy cơng cụ q trình điều khiển 6.1.5 Hệ tọa độ hệ thống điều khiển số FME FME Máy công cụ bao gồm bàn máy trục mơ tơ điều khiển cần thiết để máy hoạt động Nó bao gồm dụng cụ cắt, đồ gá thiết bị phụ khác cần cho việc gia công Các máy NC đa dạng: từ máy khoan lỗ, đục lỗ đơn giản đến trung tâm gia công thông minh MÁY PHAY CNC 18 MÁY TIỆN CNC MÁY CẮT DÂY - WEDM Cần thiết để người lập trình lên kế hoạch chuyển động cho dụng cụ so với chi tiết gia công Khi lập trình chi tiết coi đứng n cịn dụng cụ di chuyển so với chi tiết gia cơng 18 20 20 6.1.5 Hệ tọa độ hệ thống điều khiển số 6.1.5 Hệ tọa độ hệ thống điều khiển số FME Hệ tọa độ Đề-cạc 2D: Y Y Ví dụ: P2 P1 X P3 P4 FME Hệ tọa độ cực : P1 X = 80 Y = 40 P2 X = -80 Y = 70 P3 X = -50 Y = -40 P4 X = 40 Y = -70 Y r X P P r Hệ tọa độ cực (góc âm) X Hệ tọa độ cực (góc dương) 21 21 23 23 6.1.5 Hệ tọa độ hệ thống điều khiển số 6.1.5 Hệ tọa độ hệ thống điều khiển số FME FME Hệ tọa độ Đề-cạc 3D: Z Hệ tọa độ máy phơi máy tiện CNC: Y +X Ví dụ: P1 X P1 X = 30 Y = P2 X = 30 Y = Z=0 Z = -10 M +Z W P2 22 22 24 24 6.1.6 Các dạng điều khiển chuyển động hệ thống NC 6.1.6 Các dạng điều khiển chuyển động hệ thống NC FME FME Điều khiển điểm Điều khiển đoạn Điều khiển đường: - Điều khiển 2D - Điều khiển 2½D - Điều khiển 3D Điều khiển đoạn: 25 25 27 27 6.1.6 Các dạng điều khiển chuyển động hệ thống NC 6.1.6 Các dạng điều khiển chuyển động hệ thống NC FME FME Điều khiển điểm: Điều khiển đường: Tùy theo số lượng trục điều khiển đồng thời mà ta chia ra: - Điều khiển 2D - Điều khiển 2½D - Điều khiển 3D 26 26 28 28 6.1.6 Các dạng điều khiển chuyển động hệ thống NC 6.1.6 Các dạng điều khiển chuyển động hệ thống NC FME FME Điều khiển đường: 2D Điều khiển đường: 3D 29 29 31 31 6.1.6 Các dạng điều khiển chuyển động hệ thống NC 6.1.6 Các dạng điều khiển chuyển động hệ thống NC FME FME Độ xác đường cong: Điều khiển đường: 2½D Đường cong Dung sai Đường cong Dung sai Đường cong Giới hạn dung sai Trường dung sai Giới hạn dung sai 30 30 32 32 6.1.7 Các ứng dụng điều khiển số 6.1.7 Các ứng dụng điều khiển số FME Đặc điểm chung loại sản phẩm làm máy CNC: Được ứng dụng rộng rãi đặc biệt gia công kim loại: - Phay - Khoan nguyên công tương tự - Tiện - Mài - Cắt dây - Bắn điện 1/ Các chi tiết thường gia công với số lượng nhỏ 2/ Hình dạng phức tạp 3/ Có nhiều nguyên công phải thực 4/ Nhiều kim loại phải loại bỏ 5/ Thiết kế kỹ thuật giống 6/ Chi tiết phải có u cầu xác cao 7/ Là loại sản phẩm đắt tiền nên sai lầm nhỏ trả giá lớn 8/ Các sản phẩm yêu cầu phải kiểm tra 100% 9/ Thường loạt sản xuất khoảng 50 nhỏ Sản xuất loạt nhỏ loạt vừa lý tưởng để dùng máy NC 33 33 35 35 6.1.7 Các ứng dụng điều khiển số 6.1.8 Ưu nhược điểm điều khiển số FME FME Hệ thống điều khiển NC dùng lĩnh vực khác: - Máy dập - Máy hàn - In vẽ tự động - Máy lắp ráp - Máy uốn ống - Máy cắt gió đá Ưu điểm - Giảm thời gian chạy khơng - Giảm thời gian gá đặt - Giảm thời gian gia công - Sản xuất mềm dẻo - Nâng cao chất lượng sản phẩm - Giảm tồn kho - Giảm diện tích mặt - Máy cắt Plasme - Các công nghệ Laser - Máy đan tự động (thêu) - Máy cắt quần áo - Máy tán đinh tự động - Máy buộc dây 34 34 FME Nhược điểm - Giá thành đầu tư cao - Giá thành bảo trì cao - Phải chọn huấn luyện đội ngũ NC 36 36 6.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH NC 6.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH NC FME 6.2.1 Lập trình NC Các từ lệnh: N – Thứ tự dòng lệnh (block) G – Chuyển động (preparatory functions) X, Y, Z – Tọa độ F – Lượng ăn dao (Feedrate) S – Tốc độ cắt (Spindle speed) T – Dụng cụ (Tools) M – Lệnh phụ ; (EOB) – kết thúc dòng lệnh (End Of Block) Nội dung: 6.2.1 Lập trình NC gì? 6.2.2 Các phương pháp lập trình NC 37 37 39 39 6.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH NC 6.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH NC FME 6.2.1 Lập trình NC Khái niệm: Là thủ tục bước cơng nghệ thực máy NC thiết kế viết thành văn (dưới dạng mã G, M, T, S, F, X, Y, Z,…) Việc lập trình gồm việc đục băng lỗ (hoặc kiểu thiết bị nhập chương trình khác) để đưa chương trình vào máy NC để thực việc gia cơng 6.2.2 Các phương pháp lập trình NC FME 6.2.2.1 Lập trình NC tay 6.2.2.2 Lập trình NC máy tính 6.2.2.3 Lập trình NC tương tác đồ họa 6.2.2.4 Lập trình NC giọng nói 6.2.2.5 Lập trình NC kiểu Manual Data Input (MDI) 38 38 FME 40 40 6.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH NC 6.2.2 Các phương pháp lập trình NC 6.2.2.5 Manual Data Input - MDI (1): 6.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH NC 6.2.2 Các phương pháp lập trình NC 6.2.2.5 Manual Data Input - MDI (3): FME Được thiết kế để đơn giản việc lập trình gia cơng Nó địi hỏi người lập trình phải biết chi tiết q trình gia cơng, để viết chương trình theo trình tự Về người vận hành phải có khả đọc vẽ kỹ thuật hiểu biết công nghệ Không thiết phải qua kỳ đào tạo căng thẳng lập trình NC FME Ưu điểm MDI: Đơn giản Không cần máy đục băng lỗ vốn đắt tiền chiếm mặt Những sở nhỏ dễ dàng dưa vào sử dụng máy CNC 65 65 67 67 6.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH NC 6.2.2 Các phương pháp lập trình NC 6.2.2.5 Manual Data Input - MDI (2): 6.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH NC 6.2.2 Các phương pháp lập trình NC 6.2.2.5 Manual Data Input - MDI (4): FME Hạn chế MDI: Chương trình phải ngắn gọn, chi tiết phải đơn giản Do hình nhỏ (22-25 dịng), người lập trình khó kiểm tra chương trình Khơng hiệu lập trình để gia cơng chi tiết phức tạp Để nâng hiệu sử dụng vừa gia cơng, vừa lập trình để gia cơng chi tiết Đó làm việc chế độ hậu trường (BACKGROUND MODE) Người lập trình nhập lệnh trực tiếp hình CRT máy NC khơng cần phải đục băng lỗ Việc lập trình người vận hành làm Hệ thống NC trang bị khả MDI có trang bị máy tính (micro computer) làm thiết bị điều khiển 66 66 FME 68 68 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) Nội dung: 6.3.1 Khái niệm 6.3.2 Những vấn đề khó khăn NC cổ điển 6.3.3 Cơng nghệ sản suất điều khiển NC 6.3.4 Điều khiển số nhờ máy tính 6.3.5 Direct Numerical Control 6.3.6 Phối hợp DNC CNC 6.3.7 Các hệ thống điều khiển thích nghi 6.3.8 Xu hướng phát triển CNC 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) FME FME 6.3.1 Khái niệm (2): CNC thay điều khiển NC cổ điển tính tốn nhỏ (minicomputer hay microcomputer) Máy tính nhỏ dùng để thực số tất chức NC chương trình đựợc lưu nhớ Read – Write Khác biệt CNC DNC: - CNC máy tính điều khiển máy cơng cụ - DNC dùng máy tính để điều khiển nhiều máy công cụ riêng biệt 69 69 71 71 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.1 Khái niệm (2): FME 6.3.1 Khái niệm (1): Việc sử dụng máy tính số làm thay đổi chất việc điều khiển máy NC Trong phần bàn vấn đề sau: Computer numerical control (CNC) Direct numerical control (DNC) Adaptive control (AC) Adaptive control (AC): Điều khiển thích nghi khơng địi hỏi máy tính số Điều khiển thích nghi dùng hệ thống điều khiển để đo nhiều biến số qúa trình (lực cắt, nhiệt độ, cơng suất, v.v.) thay đổi lượng ăn dao (hoặc) tốc độ cắt để bù trừ vào thay đổi có hại biến số qúa trình Mục đích điều khiển thích nghi: - Tối ưu hóa qúa trình gia cơng mà máy NC đơn độc khơng thể thực - Nhiều dự án điều khiển thích nghi ban đầu dựa việc điều khiển tương tự máy tính số - Ngày hệ thống sử dụng công nghệ vi xử lý để ứng dụng chiến lược điều khiển thích nghi 70 70 FME 72 72 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.2 Những khó khăn NC cổ điển (1): 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) FME 6.3.3 Công nghệ sản xuất điều khiển NC (1): Có lỗi lập trình gia cơng do: - Cú pháp sai - Số sai Để cho băng lỗ đúng, phải chỉnh sửa đến – lần Khó đạt trình tự gia công tốt Ít hệ điều khiển biết đến Bóng chân không (Circa 1952) Electromechanical Relays (Circa 1955) Discrete semiconductors (circa 1960) Intergrated Circuite (circa 1965) Direct numerical control (circa 1968) Computer numerical control (circa 1970) Microprocessors and Microcomputers (circa 1975) 73 73 75 75 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.2 Những khó khăn NC cổ điển (2): 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.3 Công nghệ sản xuất điều khiển NC (2): FME Vận tốc lượng ăn dao khơng tối ưu khơng thể thay tốc độ lượng ăn dao qúa trình gia cơng Vì người lập trình phải thiết lập tốc độ lượng ăn dao cho trường hợp xấu Băng đục lỗ dễ bị rách Bộ đọc băng phần cứng yếu máy NC Khi có cố, nhóm thợ bảo trì thường bắt đầu tìm ngun nhân nơi máy đọc băng Controller: Bộ điều khiển NC cổ điển loại cứng (hard – wired) Hệ thống NC cổ điển không đảm bảo thông tin theo thời gian gia công Những thông tin gồm: máy có cố thay dụng cụ cắt 74 FME FME 1982: 286 Microprocessor Number of Transistors: 134,000 Speed: 6MHz, 8MHz, 10MHz, 12.5MHz Within years of it release, there were an estimated 15 million 286-based personal computers installed around the world 1985: Microsoft ships Windows 1.0 1986: Intel ships the 16 MHz 80386 processor - Compaq Computer introduces the first 80386-based computer 1989: Intel 486? DX CPU Microprocessor 1990: Microsoft ships Windows 3.0 - Number of Transistors: 1.2 million - Speed: 25MHz, 33MHz, 50MHz 1993: Intel introduces the 60 MHz Pentium processor Number of Transistors: 3.1 million - Microsoft ships the Windows NT operating system 76 74 76 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.3 Công nghệ sản xuất điều khiển NC (3): 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) FME 6.3.4 Điều khiển số nhờ máy tính (CNC): 1997: Intel® Pentium® II Processor Number of Transistors: 7.5 million - Speed: 200MHz, 233MHz, 266MHz, 300MHz 1999: Intel® Celeron? Processor 1999: Intel® Pentium® III Processor Number of Transistors: 9.5 million Speed: 650MHz to 1.2GHz 2000: Intel® Pentium® Processor Number of Transistors: 42 million Speed: 1.30GHz, 1.40GHz, 1.50GHz, 1.70GHz, 1.80GHz and the history-making 2GHz announced Aug 27, 2001 77 77 CNC hệ thống NC dùng máy tính có chứa chương trình để thực số hay tất chức điều khiển số Với CNC, chương trình cho vào lần lưu nhớ máy tính Vì máy đọc băng lỗ dùng nạp chương trình liệu gốc So với máy NC thông thường máy CNC mềm dẻo hơn, khả tính tốn tốt 79 79 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.3 Công nghệ sản xuất điều khiển NC (4): 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.4 Điều khiển số nhờ máy tính (CNC): FME FME Cấu hình chung hệ thống CNC: 2003 • To date, Intel has shipped one billion x86 processors • Advanced Micro Devices launches the 2.2 GHz 64-bit Athlon 64 processor 2006, January 10 • Apple Computer introduces the MacBook Pro, their first Intelbased, dual-core mobile computer, as well as an Intel-based iMac 78 78 FME 80 80 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.4 Điều khiển số nhờ máy tính (CNC): 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.4 Điều khiển số nhờ máy tính (CNC): FME Các chức CNC: Điều khiển máy công cụ (Machine tool control) Hiệu chỉnh bán kính dao qúa trình gia cơng (In – process compensation) Cải thiện việc lập trình vận hành (Improved Programming and Operating features) Chẩn đốn (Diagnostics) Ưu điểm CNC chứa đựng khả điều khiển điều khiển mềm (soft – wired) Một số chức điều khiển nội suy cung trịn thực HTĐK gắn cứng (hard – wired) tốt so với gắn mềm 81 81 Hệ thống Hybrid CNC: 83 83 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.4 Điều khiển số nhờ máy tính (CNC): 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.4 Điều khiển số nhờ máy tính (CNC): FME Sự phát triển CNC theo hai hướng: • Hybrid CNC: CNC lai (phối hợp gắn cứng gắn mềm) • Straight CNC: CNC trực tiếp (chỉ sử dụng điều khiển gắn mềm) FME Hệ thống Hybrid CNC: Các thành phần gắn cứng (Hard – wired components) thực chức có lợi Tính tốn sinh lượng ăn dao (Feed rate gereration) Nội suy đường tròn (Circular Interpolattion) Các chức khác computer (soft-wired components) thực Hybrid CNC sử dụng rộng rãi giá rẻ Straight CNC 82 82 FME 84 84 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.4 Điều khiển số nhờ máy tính (CNC): 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.4 Điều khiển số nhờ máy tính (CNC): FME Sơ đồ Straight System: FME Bù trừ q trình gia cơng: Hiệu chỉnh bán kính dao qúa trình gia cơng, Điều khiển sai số phát sinh qúa trình gia cơng Thuộc loại gồm Điều chỉnh sai số cảm nhận thiết bị đo Tính lại vị trí trục thiết bị kiểm tra dùng để định vị điểm tham chiếu chi tiết gia cơng Điều chỉnh bán kính dao Điều khiển thích nghi để điều chỉnh lại tốc độ cắt lượng ăn dao Tính tốn chu kỳ bền dụng cụ cắt chọn dụng cụ khác định 85 85 87 87 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.4 Điều khiển số nhờ máy tính (CNC): 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.4 Điều khiển số nhờ máy tính (CNC): FME Trong hệ thống trực tiếp (Straight System): Máy tính thực chức HT trực tiếp Straight đắt tiền mềm dẻo Cải thiện việc lập trình thao tác: Chỉnh lý chương trình gia cơng máy Việc cho phép điều chỉnh lại tối ưu hóa chương trình gia công Cho đường chạy dao để kiểm tra băng lỗ Nhiều kiểu nội suy: đường tròn, parabol, cubic Sử dụng chương trình chuyên dùng Nhập liệu tay (Manual Data Input) Có thể lưu trữ nhiều chương trình 86 86 FME 88 88 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.4 Điều khiển số nhờ máy tính (CNC): 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.5 Direct Numerical Control (DNC): FME FME Chẩn đoán (Diagnostic): 1/ Phát nguyên nhân hư hỏng để sửa chữa nhanh chóng 2/ Ra dấu hiệu cảnh báo cố xảy ra, nhờ giảm thời gian sửa chữa tăng suất lao động 3/ Hệ thống CNC phải có số thành phần dự trữ để có hư hỏng thay ngay, khơng để máy chờ 89 89 91 91 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.4 Điều khiển số nhờ máy tính (CNC): 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.5 Direct Numerical Control (DNC): FME Ưu điểm CNC: FME Hệ thống DNC có máy tính vệ tinh: 1/ Băng chương trình thiết bị đọc băng dùng lần để đưa chương trình vào máy tính Điều nâng cao độ tin cậy HT, thiết bị hay hư hỏng đọc băng 2/ Điều chỉnh chương trình máy 3/ Chuyển đổi inch mét 4/ Mềm dẻo 5/ Các chương trình người dùng viết riêng (MACRO) lưu nhớ máy tính Khi cần gọi dễ dàng 6/ Góp phần tạo hệ thống sản xuất toàn (Total manufacturing system): CNC dễ tương thích dùng hệ thống sản xuất lớn máy tính hóa Một bước quan trọng tiến đến hệ thống DNC (điều khiển số trực tiếp) 90 90 92 92 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.5 Direct Numerical Control (DNC): 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.5 Direct Numerical Control (DNC): FME Có dạng hệ thống DNC: 1/ Hệ thống sau đọc băng (Behind – the – Tape – Reater (BTR) system) 2/ Hệ thống DNC với điều khiển máy chuyên nghiệp (Special Machine control Unit) DNC với điều khiển chuyên nghiệp: 93 93 95 95 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.5 Direct Numerical Control (DNC): 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.5 Direct Numerical Control (DNC): FME Hệ thống DNC với cấu hình BTR: FME Các chức DNC: NC không cần băng đục lỗ Lưu trữ chương trình NC Thu thập liệu, xử lý báo cáo Truyền thông 94 94 FME 96 96 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.5 Direct Numerical Control (DNC): 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.6 Phối hợp DNC CNC FME FME Xu hướng tương lai: Trong hệ thống hỗn hợp DNC CNC, phần mềm điều khiển CNC có postprocessor Việc cho phép chương trình gia cơng NC nạp chương trình từ máy tính DNC dạng CL (Cutter Location) FILE, khỏi cần phải hậu xử lý trước đưa sang máy CNC Ưu điểm phối hợp DNC CNC khả dự trữ Nếu máy tính trung tâm bị hỏng, máy hệ thống không bị liệt Chỉ cần thực phục hồi cần thiết máy riêng biệt hoạt động thường Ưu điểm DNC: Loại bỏ băng lỗ máy đục lỗ Khả tính tốn nhanh linh hoạt Lưu chương trình NC dạng files Các chương trình lưu CL files Báo cáo tình hình sản xuất Thiết lập móng để phát triển nhà máy tự động điều khiển nhờ máy tính tương lai 97 97 99 99 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.6 Phối hợp DNC CNC FME 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.6 Phối hợp DNC CNC Khả phục hồi chương trình: Có chương trình NC từ máy tính DNC Mỗi máy CNC có trang bị thiết bị đọc băng lỗ nối với máy đọc băng lỗ lưu động Đương nhiên giá thành hệ thống phải tăng lên Ưu điểm thứ ba cải thiện liên lạc máy tính trung tâm và nơi sản xuất Với việc nối máy tính hai đầu, nhiều cố thiết kế nhà máy lớn loại trừ Sự phối hợp DNC CNC làm tăng khả cho hệ thống sản xuất nhờ máy tính Trước hết không cần băng lỗ máy đục lỗ cho máy CNC Máy tính DNC nạp trực tiếp chương trình cho nhớ CNC Khơng giống máy NC truyền thống, máy CNC có đủ nhớ để nạp tồn chương trình DNC Chương trình nạp lần khơng phải block Việc giảm số lượng đầu nối cần thiết máy tính trung tâm máy công cụ 98 98 FME 100 100 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi FME 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi Mục đích hệ thống điều khiển thích nghi: Làm cho hệ thống hoạt động có hiệu Hàm mục tiêu thường tốc độ cắt bỏ kim loại giá thành đơn vị thể tích vật liệu cắt bỏ Điều khiển thích nghi (Adaptive Control –AC) có nguồn gốc từ nghiên cứu năm đầu thập kỷ 1960 phịng thí nghiệm nghiên cứu Bendix không lực Hoa kỳ tài trợ Lúc đầu hệ thống điều khiển thích nghi dựa thiết bị điều khiển tương tự, phản ánh tình trạng phát triển cơng nghệ thời Ngày AC dùng Microprocessor, thơng thường tích hợp với hệ thống CNC đại 101 101 103 103 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi FME Thuật ngữ Adaptive Control: Thuật ngữ AC nghĩa hệ thống điều khiển đo biến số hệ thống dùng chúng để điều khiển tốc độ lượng ăn dao Một số biến số dùng hệ thống máy điều khiển thích nghi tốc độ quay lực, moment, nhiệt độ cắt, biên độ dao động cơng suất Nói cách khác tất tham số cắt mà đo thử các hệ thống AC thí nghiệm 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi FME AC dùng đâu: 1/ Nơi mà dụng cụ cắt sử dụng 40% thời gian chu kỳ gia cơng 2/ Nơi có nhiều nguồn biến số phơi mà AC bù trừ Thực tế AC thích nghi lượng ăn dao vận tốc biến số 3/ Nơi giá thành vận hành máy cao Giá thành vận hành máy chủ yếu vốn đầu tư cho thiết bị cao 4/ Nơi phơi điển hình cho AC vật liệu gồm thép, Titan, hợp kim bền cao Gang nhơm vật liệu hẫp dẫn AC, vật liệu thường dễ gia công 102 102 FME 104 104 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi FME Các nguồn biến đổi gia công: Chiều sâu chiều dày cắt thay đổi Độ cứng thay đổi Độ cứng vững thay đổi Mòn dao Mặt gia công không liên tục 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi Hai dạng điều khiển thích nghi: 1/ AC tối ưu (ACO) – Adaptive Control Optimization 2/ AC giới hạn (ACC) Adaptive Control constraints 105 105 107 107 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi FME Các tham số vào chương trình: Kích thước hình dáng dụng cắt, độ cứng vật liệu gia cơng, kích thước gia cơng, đặc tính máy cắt Dựa vào tham số vào này, chương trình tính tốn cho giá trị Lượng ăn dao, Vận tốc trụ chính, Giới hạn lực cắt cho vùng cắt 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi FME Điều khiển thích nghi tối ưu: Trong hệ thống này, thơng số tối ưu hóa định cho hệ thống Hàm đo suốt qúa trình gia cơng, thí dụ lượng phoi cắt giá thành khối lượng vật liệu cắt Nhiều hệ thống tối ưu hóa cách cực đại hóa tỉ lệ lượng kim loại cắt so với độ mòn dụng cụ 106 106 FME 108 108 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi FME Khó khăn nghiên cứu: Độ mịn dụng cụ khơng thể đo trực tuyến cơng nghệ đo Vì vậy, hệ số IP khơng thể điều khiển q trình gia cơng Do khơng có cảm biến để đo độ mòn dụng cụ hệ thống ACO Hầu tất hệ thống điều khiển thích nghi thuộc loại thứ 2: ACC 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi Hệ thống ACC: Được phát triển với mức độ thơng minh tốn so với ACO Các hệ thống sản xuất ACC sử dụng giới hạn dựa biến số đo Vì hệ thống có tên gọi ACC Mục tiêu hệ thống điều khiển vận tốc lượng ăn dao cho biến số đo nằm vùng giới hạn cho phép 109 109 111 111 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi FME Cơng thức tính tỉ lệ: 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi FME Hoạt động hệ thống ACC: Ứng dụng điển hình phay viền phay túi rỗng (profile, pocket) máy NC Vận tốc V – tham số điều khiển Lựa cắt P công suất cắt N biến số đo dược Gắn hệ thống ACC vào máy NC chuyện bình thường Có lý để máy NC dùng làm điểm bắt đầu tự nhiên cho việc ứng dụng AC: 1/ Máy NC thường có mơ tơ điều khiển, 2/ Các phơi gia cơng thơng thường cho máy NC có nguồn thay đổi mà AC thực (feasible) 112 110 110 FME 112 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi FME Quan hệ phần mềm AC chương trình APT: 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi Ích lợi gia cơng có điều khiển thích nghi: 1/ Tăng suất gia công 2/ Tăng chu kỳ bền dụng cụ (tuổi thọ) 3/ Bảo vệ phôi tốt 4/ Người vận hành phải can thiệp 5/ Lập trình gia cơng dễ 113 113 115 115 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.7 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi FME Mục tiêu việc tính tốn: Xác định điều kiện cắt để cực đại hóa tốc độ cắt bỏ kim loại Người lập trình gia cơng thường phải vận tốc lượng ăn dao để gia cơng Với điều khiển thích nghi, thơng số tính tốn nhờ phần mềm gia cơng sở liệu nhập vào người lập trình can thiệp vào 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.8 Xu hướng phát triển NC FME Thay băng đục lỗ băng từ Sử dụng thiết bị kiểm tra NC ngày thông dụng Kiểm tra phôi qúa trình gia cơng cịn nằm bàn máy Tự hiệu chỉnh vị trí dụng cụ để bù trù sai số máy Định vị mặt tham chiếu phôi sau gia công để đạt độ xác cao Kiểm tra dụng cụ cắt để xác định tình trạng dụng cụ (răng gẫy) Ưu điểm việc dùng thiết bị kiểm tra tiết kiệm thời gian nâng cao độ xác gia cơng 114 114 FME 116 116 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.8 Xu hướng phát triển NC FME 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.8 Xu hướng phát triển NC Những hệ thống NC tiên tiến (1): Trong ngôn ngữ APT, chi tiết xác định phương pháp hình học đường, mặt phẳng, đường tròn Đường, mặt phẳng, đường tròn phần tử khơng có biên đường mặt vơ tận cịn đường trịn khép kín Cịn thân chi tiết vật có biên, phần tử hình học APT khơng thể xác định đầy đủ xác hình học chi tiết Bằng trật tự câu lệnh APT, dụng cụ di chuyển theo mặt chi tiết, bỏ qua phần đường tròn đường thẳng không liên quan đến chi tiết 117 117 Một số mục tiêu quan trọng dự án: 1/ Một tập ngơn ngữ mới: Dùng khái niệm hình học biên Sẽ có cố gắng làm cho ngơn ngữ tương thích với ngơn ngữ APT Ngơn ngữ mức cao so với APT 2/ Đa dạng: Không dùng để cắt kim loại mà dùng cho nhiều lĩnh vực khác kiểm tra, dập,… 3/ Thiết kế theo Module: chương trình phải thiết kế để thực chức Phay Profile Tiện (Turning) Phay Pocket Kiểm tra (Inspection) Gia công theo điểm (PTP operation) 119 119 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.8 Xu hướng phát triển NC FME 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.8 Xu hướng phát triển NC FME Tự động hóa thực chức lập trình NC: Những hệ thống NC tiên tiến (2): Theo cách xây dựng mơ hình hệ thống CAD/CAM phơi xác định mặt cạnh tạo nên vật thể đặc chi tiết Mặt cạnh vô tận Khái niệm gọi Boundary Geometry, ngược lại với khái niệm APT Một mục tiêu dự án CAM – dùng khái niệm chứa bên hình học biên để xác định chi tiết Lập trình NC bao gồm: • Tạo đường chạy dao • Chọn dụng cụ • Lượng ăn dao • Tốc độ cắt • Thứ tự ngun cơng 118 118 FME 120 120 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.8 Xu hướng phát triển NC FME 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.8 Xu hướng phát triển NC Kiểm tra giao nhau: Các hệ thống sản xuất linh hoạt (HTSXLH): Các chương trình phải xây dựng bên NC tiên tiến để kiểm tra khả va chạm dụng cụ đồ gá gia công va chạm khác Một phát triển quan trọng DNC đưa vào ứng dụng hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing System - FMS) Một FMS nhóm máy NC (hoặc trạm làm việc khác) có liên hệ với hệ thống vận chuyển vật liệu Toàn máy NC hệ thống vận chuyển điều khiển máy tính 121 121 123 123 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.8 Xu hướng phát triển NC FME 6.3 ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) 6.3.8 Xu hướng phát triển NC FME Robotics: Theo chất công nghệ lập trình, Robot cơng nghiệp có nhiều điểm chung với máy NC Robot dùng để vận chuyển phôi dụng cụ sản xuất Một nhiệm vụ quan trọng Robot nạp phôi vào lấy phôi khỏi máy gia công, kể máy NC Robot máy tạo nên tế bào sản xuất tự động với việc nạp phôi vào tế bào từ băng tải đưa chi tiết gia công tế bào đến băng tải khác Tồn cơng việc thực cách tự nhiên không cần đến người 124 Giao diện với sở liệu CAD/CAM: Hệ thống điều khiển số tiên tiến phải giao diện với sở liệu thiết kế gia công Dữ liệu thiết kế phải chứa liệu liên quan đến hình học chi tiết (phơi thơ kích thước cuối chi tiết), đồ gá, dao cắt, khả chế tạo dao liệu giá thành Chức lập trình NC phải giao diện với chương trình lập quy trình gia cơng nhờ máy tính 122 122 FME 124