Viện máy IMI nghiên cứu ứng dụng Mechatronics trong các lĩnh vực công nghiệp, công nghiệp đặc biệt: thiết kế, chế tạo máy, thiết bị, dây chuyền công nghệ mới trong công nghiệp, thực hiện dịch vụ tư vấn đầu tư, chuyển giao công nghệ và các dịch vụ khoa học công nghệ khác.
LỜI NÓI ĐẦU Viện máy IMI nghiên cứu ứng dụng Mechatronics trong các lĩnh vực công nghiệp, công nghiệp đặc biệt: thiết kế, chế tạo máy, thiết bị, dây chuyền công nghệ mới trong công nghiệp, thực hiện dịch vụ tư vấn đầu tư, chuyển giao công nghệ và các dịch vụ khoa học công nghệ khác. Trong quá trình thực tập em được thực tập tại trung tâm khuôn mẫu chính xác và nhựa kỹ thuật. Đây là một trong những trung tâm phát triển mạnh của viện, với việc áp dụng công nghệ CAD/CAM, gia công trên các máy phay CNC, máy cắt điện cực dây CNC, …vào chế tạo khuôn mẫu và các sản phẩm nhựa kỹ thuật chất lượng cao có khả năng thay thế sản phẩm nhập khẩu mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tại tung tâm khuôn mẫu em được trung tâm tạo điều kiện cho nghiên cứu bộ điều khiển ANILAM và các ứng dụng của nó trong các máy CNC đồng thời em được tham gia vào lắp ráp máy cắt tấm kim loại Ga và Plasma CP 90200. Trong thời gian thực tập tốt nghiệp với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn, các kỹ sư trong viện, cộng với sự lỗ lực của bản thân em đã hoàn thành đợt thực tập tốt nghiệp và bản báo cáo thực tập. Tuy nhiên do thời gian tương đối ngắn trình độ chuyên môn còn hạn chế nên bản báo cáo này không tránh khỏi thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo để bản báo cáo này được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Phan Cung, Viện máy IMI và sự góp ý quý báu của các bạn sinh viên. Hà Nội ngày 28 tháng 1 năm 2004 Sinh viên CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã góp phần giải phóng con người khỏi các công việc nặng nhọc. Công nghệ thông tin đóng vai trò rất quan trọng đối với con người trong mọi lĩnh vực, như trong thông tin liên lạc, trong ngành khoa học vũ trụ, trong công nghiệp . Chúng ta đã biết những ứng dụng rộng rãi của công nghệ thông tin trong công nghiệp. Với những nhà máy có quy mô lớn, chỉ cần một vài công nhân có thể quản lý cả một dây chuyền sản xuất. Trong những công việc đòi hỏi độ phức tạp hoặc trong môi trường làm việc độc hại con người có thể điều khiển các rô bốt thông qua chương trình cài sẵn làm thay cho họ. Một ứng dụng quan trọng nữa của công nghệ thông tin trong công nghiệp là các chương trình điều khiển các máy móc tự động như máy NC(numeric control), máy CNC(Computer numeric control). Để điều khiển các máy tự động thì có riêng một ngôn ngữ lập trình riêng cho chúng gọi là chương trình điều khiển logic (PLC- Programable logic control). 1.2 Chương trình điều khiển logic(PLC) Trước đây để tạo ra một chiếc máy tự động hoặc bán tự động người ta phải xây dựng các mạch logic cứng. Để máy có một chức năng nào đó con người phải dùng rất nhiều các thiết bị điện, điện tử trung gian nhưng nhìn chung rất khó khăn vì giá thành của máy sẽ tăng lên rất cao, máy làm việc không tin cậy vì phụ thuộc vào chất lượng của các thiết bị. Ngày nay với sự trợ giúp của máy tính và các chương trình điều khiển logic(PLC) đã giảm được phần lớn các thiết bị trung gian(rơ le trung gian), do đó nâng cao độ tin cậy và giảm giá thành máy. Phụ thuộc vào đối tượng điều khiển chia chương trình điều khiển logic thành hai loại: • Khi đối tượng điều khiển chưa biết rõ người ta phải dùng logic mờ(Fuzzy logic). Ví dụ như máy giặt, trọng lượng quần áo cho vào giặt là không biết trước, với chiếc máy giặt thông minh nó đưa ra những chương trình giặt phù hợp với trọng lượng quần áo cho vào nhằm tiết kiệm thời gian, điện, nước, xà phòng . • Khi đối tượng điều khiển đã rõ ràng người ra dùng chương trình điều khiển logic thông thường(PLC). Hiện nay các máy CNC thường tích hợp luôn cả các bộ điều khiển PLC để nâng cao mức độ tự động của máy. Trên thế giới có nhiều hãng cho ra đời các loại PLC khác nhau như Anilam Simens, Fanuc, Omron, Heidenhei . kèm theo đó là các tập lệnh khác nhau để viết chương trình PLC. 1.3 Bộ điều khiển Anilam Bộ điều khiển Anilam là một bộ điều khiển chuyên dụng dùng cho các máy công cụ CNC(Computer numeric control). Nó là sản phẩm của hãng Anilam(Mỹ), trên đó tích hợp cả phần điều khiển CNC(do hãng viết) và phần điều khiển PLC(dành cho người lập trình logic). Chi tiết về tập lệnh và chương trình PLC được đề cập ở chương 2 và chương 3. Hãng Anilam sản xuất các bộ điều khiển CNC chuyên dụng cho các loại máy công cụ khác nhau: • Bộ điều khiển 3000M: chuyên dụng cho máy phay 3 trục(X,Y,Z) và một trục chính(S). • Bộ điều khiển 5300M: chuyên dụng cho máy phay 5 trục (X, Y, Z, U, V) và một trục chính. • Bộ điều khiển 6000M: chuyên dụng cho máy phay 6 trục (X, Y, Z, U, V, W) và một trục chính. • Bộ điều khiển 4200T: chuyên dụng cho máy tiện 2 trục (X, Z) và một trục chính. Ngoài ra còn các bộ điều khiển chuyên dụng cho máy mài, máy xung điện cực . CHNG II GII THIU CU TRC B IU KHIN ANILAM Nh chỳng ta ó bit v ng dng ca mỏy cụng c trong cụng nghip. c bit trong lnh vc cụng nghip gia cụng chớnh xỏc thỡ khụng th thiu cỏc mỏy cụng c núi chung v mỏy CNC núi riờng. Mỏy CNC (Computer numeric control) l mỏy cụng c thụng minh, nú hot ng di s tr giỳp ca mỏy tớnh v gia cụng cỏc chi tit nh cỏc chng trỡnh gia cụng do ngi thit k hoc ngi vn hnh lp trỡnh(chng trỡnh gia cụng c khớ). Do cỏc c tớnh u vit ca nú nờn cỏc chi tit c gia cụng vi chớnh xỏc rt cao, ng thi gii phúng phn ln sc lao ng, cú th sn xut hng lot vỡ vy giỏ thnh sn phm gim i rt nhiu. cho mỏy hot ng theo yờu cu ca ngi vn hnh, trc ht phi cú mt b iu khin CNC, sau ú phi cú mt k s tin hc hoc k s t ng húa lp chng trỡnh lụgic cho mỏy (da trờn cỏc cng vo ra ó c tớch hp trờn mỏy). Sau õy s gii thiu mt b iu khin c th(trong s rt nhiu b iu khin hin hnh). B iu khin Anilam ca M hin nay c s dng rng rói trong cỏc mỏy CNC. 2.1 Phn cng 2.1.1 Cu trỳc mt h CNC Động cơ servo Máy phát xung Trục vít me Vòng phản hồi vị trí Phản hồi vị trí Bàn máy Điện áp phần ứng Vòng tốc độ Phản hồi tốc độ (Máy phát tốc) Dây đai Bộ điều khiển độngcơ Bộ điều khiển CNC ANILAM Hỡnh 2.1: Cu trỳc h CNC Hình 2.1 là cấu trúc điển hình của một hệ CNC. Nó gồm có: • Bộ điều khiển CNC (của hãng ANILAM), đây là bộ não của máy. • Bộ truyền dẫn điều khiển động cơ(tùy thuộc vào máy cần bao nhiêu động cơ). • Các thiết bị: phản hồi tốc độ (tachometer), phản hồi vị trí(encoder). 2.1.2 Cấu trúc bộ điều khiển Anilam Hãng Anilam cho ra đời rất nhiều hệ điều khiển khác nhau dùng chuyên dụng cho các loại máy khác nhau. Ví dụ bộ điều khiển 3000M, 5000M dùng cho máy phay CNC 3 trục và 5 trục . Bộ điều khiển 4200T chuyên dụng cho máy tiện CNC. Các bộ điều khiển chuyên dụng cho máy mài CNC, máy cắt dây CNC, máy xung CNC . Tuy các hệ điều khiển khác nhau về ứng dụng nhưng chúng có phần cứng gần giống nhau, chỉ khác nhau về chương trình nạp cho máy. Hình 2.2 thể hiện một bộ điều khiển CNC cụ thể. Bộ điều khiển 4200T được dùng chuyên dụng cho máy tiện CNC. Phần cứng của máy gồm những phần chính sau: 2.1.2.1 Card máy tính và các phụ kiện a, Card máy tính Đây là bộ não của máy(ký hiệu IHV-745E), nó có cấu trúc giống như main của máy tính PC. Trên card này gồm chip Vi Xử Lý Pentium 166MHz MMX và chip set ALI. DRAM của IHV-745E là 8MB. b, Ổ cứng Ổ cứng của bộ điều khiển dùng để lưu trữ các chương trình CNC, chương trình PLC và chương trình gia công của máy. Dung lượng tối thiểu của bộ điều khiển 4200T là 2,1G. 2.1.2.2 Card DSP Card DSP là thành phần rất quan trọng và không thể thiếu được của các bộ điều khiển ANILAM. Đây cũng là bộ phận để phân biệt các bộ điều khiển dùng cho các máy chuyên dụng khác nhau. Chức năng chính của card DSP là thu nhận các tín hiệu phản hồi vị trí của các trục thông qua encoder. Sau đó nó sẽ kết hợp với card máy tính và các thuật toán của người lập trình để nội suy. Và cũng chính nó đưa ra các tín hiệu để điều khiển các trục sao cho máy vận hành đúng công nghệ. Hỡnh 2.2: B iu khin 4200T - ANILAM Card DSP Tín hiệu điều khiển trục chính Bộ điều khiển động cơ Động cơ trục x, z T í n h i ệ u đ i ề u k h i ể n Encoder Đầu đọc MBIO +24VDC Điện điều khiển máy Kết nối mạng (Tuỳ chọn) Mạng card máy tính Dữ liệu ổ c ứ n g Bàn phím mở rộng (Tùy chọn) C O M 1 Tay quay điện tử Panel điều khiển Cổng vào/ra mở rộng Cổng vào/ra 1 Cổng vào/ra 0 CAN mở rộng CAN 1 CAN 0 +5, +/-15VDC Màn hình tinh thể lỏng Bàn phím Cổng RS232 mở rộng V G A K Y B D C O M 2 F l o p p y P a r a l l e l + 5 , + / - 1 2 V D C Cổng máy in ổ mềm Có thể lấy một ví dụ như sau: Giả sử người công nhân cần phay một hình tròn với một bán kính nào đó, người đó chỉ cần đưa một câu lệnh vào chương trình. Khi đó card DSP sẽ kết hợp với card máy tính vi phân đường tròn cần gia công thành nhiều cung tròn rất nhỏ (thực chất là các đoạn thẳng vô cùng bé). Sau đó card DSP sẽ xuất tín hiệu để điều khiển các động cơ tiến bàn của các trục X, Z chuyển động đồng thời theo các đoạn thẳng đó. Đồng thời tín hiệu phản hồi vị trí(đưa từ encoder về gắn ở động cơ) được đưa về card DSP. Card DSP lại tiếp tục nội suy để đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ. Quá trình cứ tiếp diễn như vậy cho đến khi gia công xong chi tiết. Nhờ vòng phản hồi vị trí mà sai số trong quá trình gia công không đáng kể(cỡ µm). 2.1.2.3 Động cơ và truyền dẫn Động cơ và truyền dẫn là cơ cấu chấp hành của máy CNC. Truyền dẫn là bộ điều khiển động cơ. Nó sẽ nhận tín hiệu điều khiển từ card DSP, sau đó tín hiệu này sẽ được so sánh với tín hiệu phản hồi tốc độ và điều khiển động cơ chạy theo một tốc độ tuỳ ý người vận hành. Động cơ được dùng trong máy CNC là động cơ servo, tức là nó có gắn encoder để phản hồi vị trí và tachomet để phản hồi tốc độ. Tín hiệu phản hồi vị trí được đưa về card DSP để nội suy. Còn tín hiệu phản hồi tốc độ được đưa về truyền dẫn. Bản thân động cơ sẽ dịch chuyển các trục tiến bàn theo đúng chương trình gia công. 2.1.2.4 CAN I/O CAN I/O là cổng vào ra logic(input, ouput). CAN I/O giúp cho kỹ sư lập trình PLC có thể điều khiển các phần điện công nghệ như tưới nguội, thay dao, bôi trơn . một cách tự động. Mỗi CAN I/O có 10 đầu vào, 6 đầu ra số(Digital) và 1 đầu vào tương tự(ADC). Bộ điều khiển ANILAM có 2 CAN I/O, nhưng có thể mở rộng tối đa 4 CAN I/O nữa khi cần thiết. 2.1.2.5 Ngoại vi và các thiết bị phụ trợ Ngoài các bộ phận chính bộ điều khiển ANILAM còn có các ngoại vi như: • Bàn phím để người vận hành lập trình ngay trên máy. • Màn hình phẳng 14 inch. • Ổ mềm để người vận hành nạp chương trình gia công nếu lập trình trên máy PC, hoặc nạp chương trình PLC cho máy. • Cổng RS 232 để truyền dữ liệu khi cần. • Panel điều khiển máy. • Cổng kết nối mạng khi có nhiều máy CNC nối mạng với nhau. 2.2 Phần mềm Phần mềm CNC là toàn bộ các chương trình được viết để cho một hệ điều khiển CNC có thể hoạt động một cách hiệu quả. Hãng ANILAM cung cấp cho người dùng 2 loại phần mềm sau: 2.2.1 Phần mềm offline(offline software) Đây là phần mềm cung cấp cho người thiết kế hoặc những người lập chương trình gia công. Người thiết kế sau khi thiết kế ra bản vẽ có thể dùng phần mềm này để chuyển bản vẽ sang chương trình gia công, chạy mô phỏng . hoặc lập trình gia công nếu chi tiết cần gia công đơn giản. Phần mềm này được cài trên máy tính PC. 2.2.2 Phần mềm CNC(CNC software) Phần mềm CNC gồm các thuật toán nội suy, các chương trình tạo nên giao diện giữa người vận hành và máy. Đồng thời với các chi tiết không quá phức tạp người vận hành có thể lập trình gia công ngay trên máy. Phần mềm này được cài đặt trực tiếp trên máy CNC. Để máy hoạt động được thì không thể thiếu được phần mềm CNC. Tất cả các chương trình gia công, chương trình PLC đều chạy trên nền của phần mềm CNC. 2.2.2.1 Chương trình gia công Chương trình gia công là tập hợp các câu lệnh hoặc khối lệnh do người thiết kế hoặc người vận hành lập để tạo ra một chi tiết cụ thể. Với một chương trình gia công có thể thực hiện nhiều nguyên công khác nhau. Chương trình gia công có đặc điểm là dễ viết, dễ sửa chữa và dễ hiểu. 2.2.2.2 Chương trình điều khiển lôgic Chương trình điều khiển logic hay còn gọi là chương trình PLC (Programable logic control) là chương trình do người lắp ráp máy CNC viết. Chương trình này cùng với chương trình CNC làm cho máy công cụ trở nên hoàn thiện hơn, mức độ tự động hóa cao. Chương trình PLC sẽ điều khiển các công nghệ phụ trợ cho máy, nhưng nếu thiếu nó máy sẽ hoạt động kém hiệu quả, không linh hoạt và không kinh tế. Có thể lấy ví dụ như sau: Giả sử một máy tiện CNC có đài dao gồm 10 dao, một chi tiết cần phải gia công bằng 6 dao cụ khác nhau. Với máy tiện CNC không có chương trình PLC chỉ có thể sử dụng 1 dao cụ(vì không thể thay dao được) thì người vận hành mỗi lần gia công chi tiết phải dừng lại để gá dao 6 lần sẽ làm giảm năng xuất của máy nên giá thành sản phẩm cũng tăng theo. Ngoài ra chương trình PLC còn điều khiển các quá trình công nghệ khác như bôi trơn tự động, tưới nguội tự động . Chính vì tầm quan trọng của chương trình CNC nên chúng ta sẽ dành hẳn một mục để giới thiệu về các tập lệnh của bộ điều khiển ANILAM dành cho chương trình PLC(Bộ điều khiển ANILAM gọi ngôn ngữ lập trình PLC của mình là IPI - Integral programmable intelligence). 2.3 Tập lệnh và cách lập trình với IPI 2.3.1 Giới thiệu Chương trình IPI thực hiện nhiệm vụ thông qua phần cứng là các cổng vào ra CAN I/O và các thanh ghi. [...]... cao KẾT LUẬN Sau thời gian thực tập tốt nghiệp tại Viện máy IMI với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Phan Cung và các kỹ sư, công nhân trong Viện máy IMI em đã hoàn thành được đợt thực tập tốt nghiệp do nhà trường đề ra Trong thời gian thực tập tại Viện máy IMI, Viện đã tạo điều kiện thuận lợi cho em tìm hiểu một số công nghệ và ứng dụng các công nghệ đó vào trong các máy sản xuất qua đó em đã học... đến các sản phẩm CNC dùng máy cho máy cắt kim loại tấm bằng các sản phẩm CNC chuyển dùng như: Hãng ANILAM (Mỹ), HAIDENHEIN (CHLB Đức), HITACHI (Nhật Bản), FANUC (Nhật Bản), FAGO (Tây Ban Nha) vv Vì vậy các sản phẩm máy cắt kim loại tấm điều khiển CNC ngày càng trở nên hoàn thiện và có tính cạnh tranh cao II Máy cắt Ga và Plasma CP90200 1 Sơ đồ nguyên lý 2 Cấu tạo và ứng dụng Máy cắt tấm kim loại Ga và... của giá trị tương tự(Ananalog) tại một được chọn vào thanh ghi đa chức năng Chỉ có 1 đầu vào tương tự tại 1 nút Tải giá trị của element vào thanh ghi hiện hành Copy tất cả các giá trị đã tồn tại trong 6 RD RD[element] thanh ghi hiện hành vào thanh ghi trước đó Nếu RD T20 element là số nó được tải vào dưới dạng số Nếu element là trạng thái nó được vào dưới dạng trạng thái Thực hiện phép VÀ logic giữa... suất trong công việc Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp đóng tàu, nhu cầu về những máy cẵt kim loại tấm cỡ lớn (có bề rộng cắt lớn hơn 6m) ngày càng cấp thiết Vì vậy, việc sản xuất và cung cấp các máy cắt kim loại tấm, điều khiển CNC đang trở thành mục tiêu chiến lược, dài hạn của các hãng sản xuất máy công cụ nổi tiếng, như hãng KOIKE (Nhật Bản),hãng AMADA (Nhật bản), hãng FARLEY (Mỹ), hãng... động nào đượcthực hiện 19 NOP Lệnh này nhằm làm tăng thời gian thực hiện chương trình(tăng thời gian của một vòng quét) Đảo giá trị của element Đảo giá trị của 20 INV INV[element] thanh ghi hiện hành khi không có element nào xác định Nếu giá trị được chuyển là số, nó được chuyển sang trạng thái trước khi đảo giá trị INV Y0:4 Đảo trạng thái của Y0:4 IF : Mở đầu khối lệnh có điều kiện CNC sẽ thực hiện các... cong vênh của tấm kim loại khi cắt, đảm bảo quá trình cắt ổn định Kiểu dáng máy và màn hình điều khiển mang tính mỹ thuật công nghiệp cao Truyền động giữa hai bên đường ray được sử dụng truyền động trục cơ khí cho phép hai bên chuyển động đồng nhất, êm ái Máy có Cabin điều khiển tạo tiện lợi cho người vận hành Ưu điểm của thế hệ máy này là: biên dạng chi tiết cắt được lập trình mềm nên rất linh hoạt trong... output một tín hiệu cho đến khi có tác động của đầu vào thì ngừng Ngay lập tức xuất ra đầu output một tín hiệu khi có tác động của đầu vào CHƯƠNG III MÁY CẮT TẤM KIM LOẠI GA VÀ PLASMA CP 90200 I Tổng quan Máy cắt tấm kim loại điều khiển CNC là một dạng máy công cụ chuyên dùng để cắt các tấm kim loại theo hình dạng bất kỳ bằng cách sử dụng năng lượng dạng nhiệt năng Nguồn nhiệt có thể dùng là nguồn hồ... thái 21 của thanh ghi hiện hành là TRUE IF/ELS/ ELS : Nếu trạng thái của thanh ghi hiện hành là /EDF FALSE thì chương trình sẽ bỏ qua khối lệnh IF và thực hiện các lệnh sau ELS EDF : Kết thúc của khối lệnh IF - ELS CLP : Mở đầu khối lệnh có điều kiện Thực hiện các lệnh ngay sau CLP nếu trạng thái 22 của thanh ghi hiện hành là FALSE Nhảy tới chỉ CLP/EJP dẫn EJP nếu trạng thái của thanh ghi hiện hành... 1second thì bộ timer sẽ kích hoạt) 2.3.2 Tập lệnh ST T Lệnh Cú pháp Chức năng Ví dụ Tải(load) giá trị trạng thái của element vào thanh ghi hiện hành Nếu giá trị mới của 1 LD LD[element] LD X1:1 ; tải element là giá trị số, nó được chuyển sang trạng trạng thái(hoặc giá trị thái 0 hoặc 1(những giá trị khác không) Tải bất số) của X1:1 vào thanh kỳ giá trị nào đã tồn tại trong thanh ghi hiện ghi hiện hành... hay khí Acetylen) trong Oxy Nhờ sử dụng năng lượng dạng nhiệt, nên các máy cắt kim loại tấm có thể cắt được những tấm kim loại có chiều dầy rất lớn: tới 100mm khi cắt bằng hồ quang Plasma, tới 250 mm khi sử dụng nguồn nhiệt hoá học (khi cắt gas) Việc chuyển động của mỏ cắt để nhận được biên dạng hình học bất kỳ của phôi tấm được thực hiện nhờ bộ điều khiển CNC (Computer Numeric Control) Đồng thời nhờ . m y c ng c trong c ng nghip. c bit trong lnh vc c ng nghip gia c ng chớnh x c th khụng th thiu c c m y c ng c n i chung v m y CNC n i riờng. M y CNC. LU N Sau th i gian th c t p t t nghi p t i Vi n m y IMI v i sự gi p đỡ t n t nh c a th y giáo Phan Cung và c c kỹ sư, c ng nh n trong Vi n m y IMI em đã