Đồ Án Tốt Nghiệp Máy Và Hệ Thống Điều Khiển Số Theo Chương Trình 150 tc (CDIO)GỒM CÓ TỔNG CỘNG 12 CHƯƠNG:Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại.Chương 2: Máy tiệnChương 3: Máy khoan doaChương 4: Máy PhayChương 5: Máy gia công bánh răngChương 6: Máy màiChương 7: Máy chuyển động thẳngChương 8: Thiết kế máy cắt kim loạiChương 9: Máy điều khiển theo chương trình sốChương 10: Hệ thống tín hiệu mã hiệuChương 11: Hệ thống điều khiển máy NC và CNCChương 12: Nội suy trong hệ thống máy điều khiển số. Sau đây là chương :Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC và CNCCuối chương còn có phần câu hỏi ôn tập. Giúp sinh viên hệ thống lại kiến thức của chương, giúp nhớ lâu hơn, kỹ hơn và vận dụng vào thực tiễn..Cuối chương còn có phần câu hỏi ôn tập. Giúp sinh viên hệ thống lại kiến thức của chương, giúp nhớ lâu hơn, kỹ hơn và vận dụng vào thực tiễn.
Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC CHƯƠNG 11: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY NC VÀ CNC Mục tiêu chương 11: Sau học xong chương này, sinh viên có khả năng: Trình bày thành phần hệ thống CNC; Trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống NC điều khiển hở hệ NC điều khiển vòng kín; Trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển điểm, đoạn, đường máy NC; Trình bày thành phần hệ thống điều khiển máy NC; Trình bày thành phần hệ thống phần mềm máy CNC Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC 11.1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG CNC Theo quan điểm chức năng, hệ thống CNC bao gồm đơn vị MMI, đơn vị NCK, đơn vị PLC, trình bày Hình 11.1 Open Application MMI (Man-Machine Interface) Human NCK (Numerical Control PLCKernel) (Programmable Logic Controller) Servo System Machine I/O Hình 11 – Cấu trúc CNC MMI (đơn vị giao tiếp người – máy), cung cấp giao diện NC người sử dụng, thực điều khiển hoạt động máy, hiển thị tình trạng máy, cung cấp chức cho hiệu chỉnh chương trình truyền thông NCK (đơn vị điều khiển trung tâm), xem lõi hệ thống CNC, biên dịch phần chương trình thực thi việc nội suy, điều khiển vị trí, bù sai số dựa phần chương trình biên dịch Cuối điều khiển hệ thống servo gia công phôi PLC (đơn vị điều khiển logic chương trình) thay đổi dao cụ, tốc độ trục chính, thay đổi phôi, tín hiệu xử lý vào/ra đóng vai trò điều khiển hành vi máy ngoại trừ điều khiển động servo Hình 11.3 khái niệm cấu trúc máy CNC theo quan điểm phần cứng phần mềm Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC Hình 11 – Hoạt động bên hệ thống CNC Hình 11 – Các thành phần hệ thống CNC Theo quan điểm phần cứng, máy công cụ CNC bao gồm hệ thống điều khiển số, hệ thống điều khiển động máy công cụ Tín hiệu vị trí điều khiển gửi đến hệ Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC thống điều khiển động cơ, hệ thống điều khiển động vận hành động servo điều khiển vận tốc điều khiển momen, cuối cùng, động servo làm di chuyển phần chuyển động thông qua phận truyền động Trong hệ thống CNC, module xử lý chức đơn vị MMI, đơn vị NCK, đơn vị PLC bao gồm xử lý chính, hệ thống ROM hệ thống RAM, lưu trữ tương ứng trình ứng dụng, phần chương trình gia công chương trình PLC Modun xử lý kết nối với giao diện gắn phím tín hiệu vào, hiển thị điều khiển, tín hiệu đầu vào bên hệ thống bus truyền liệu Vì vậy, kiến trúc hệ thống CNC tương tự máy tính đa xử lý Hệ thống CNC có thiết bị tương tự/số tín hiệu vào/tín hiệu cho việc truyền thông trực tiếp với máy bên giao diện truyền thông kết nối thiết bị điều khiển động Trong hệ thống CNC, điều khiển vận tốc ban đầu định dạng tín hiệu tương tự sử dụng cho việc truyền tín hiệu đến hệ thống điều khiển động Tuy nhiên, gần đây, nhiễu xuất truyền tín hiệu tương tự, không tín hiệu tương tự sử dụng điều khiển tốc độ mà truyền thông tín hiệu số sử dụng cho việc truyền thông hệ thống CNC hệ thống điều khiển động SERCOS cấu truyền thông tín hiệu số phổ biến trở thành chuẩn phổ biến Trong truyền thông tín hiệu số, có thuận lợi trao đổi khác liệu loại bỏ nhiễu việc sử dụng cáp quang Vì vậy, thiết lập thông số hệ thống điều khiển NC, giám sát tình trạng điều khiển hệ thống, tăng độ xác việc loại bỏ nhiễu Bởi việc mở rộng truyền thông tín hiệu số, cấu truyền thông ứng dụng cho thiết bị vào/ra Việc kết nối hệ thống CNC với cảm biến khác thiết bị khí thực thông qua đường truyền thông Cho cấu truyền thông, giao thức truyền thông theo chuẩn giao thức truyền thông khác như: Profi-Bus, CAN Bus, InterBus-S Một trình biên dịch đóng vai trò đọc chương trình, biên dịch ký tự ASCII phần chương trình, lưu trữ liệu biên dịch nhớ cho việc nội suy Nói chung, NC sinh lệnh liên quan đến liệu biên dịch trình biên dịch đọc biên dịch khối lệnh câu lệnh thực thi Tuy nhiên thời gian để biên dịch khối lệnh dài thời gian để hoàn thành việc điều khiển, máy đợi cho hoàn tất biên dịch khối lệnh để tránh việc ngừng máy Vì vậy, để tránh máy công cụ bị Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC ngừng hoạt động, nhớ đệm tạm thời lưu trữ liệu biên dịch Bộ nhớ đệm, gọi liệu đệm bên trong, luôn giữ đủ số lượng liệu biên dịch tất liệu biên dịch lưu trữ nhớ đệm Bộ nội suy đóng vai trò đọc liệu từ đệm liệu bên trong, tính toán vị trí vận tốc đơn vị thời gian trục, lưu trữ kết nhớ đệm cho điều khiển gia tốc/giảm tốc Một nội suy đường thẳng cung tròn nội suy điển hình sử dụng hệ thống NC, nội suy parabol nội suy spline sử dụng phần hệ thống NC Bộ nội suy sinh xung tương ứng liệu chạy dao tần số xung dựa vào vận tốc Trong hệ thống NC, khoảng dịch chuyển/xung định độ xác, ví dụ như, trục di chuyển 0,002 mm/xung, độ xác hệ thống NC 0,002 mm Nếu vị trí điều khiển thực thi việc sử dụng liệu sinh từ nội suy, dao động lớn va chạm xuất phận di chuyển bắt đầu kết thúc Để tránh dao động va chạm, lọc cho điều khiển gia tốc/giảm tốc thực thi trước liệu nội suy gửi tới điều khiển vị trí Phương pháp gọi phương pháp “gia tốc/giảm tốc sau nội suy” Một phương pháp “gia tốc/giảm tốc trước nội suy” tồn tại, mà điều khiển gia tốc/giảm tốc thực thi trước nội suy Bộ điều khiển vị trí đặc trưng điều khiển PID xuất lệnh điều khiển vận tốc đến hệ thống điều khiển động cực tiểu hóa khác vị trí điều khiển vị trí thực 11.1.1 Chức MMI Bộ MMI cung cấp giao diện sử dung cần thiết người sử dụng vận hàng máy công cụ Do có nhiều loại giao diện sử dụng dựa khái niệm thiết kế nhà sản xuất CNC Chức giao diện sử dụng thường phân thành năm nhóm Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC Hình 11 – Giao diện Man-Machine (HiTrol-M100) a – Các chức hoạt động; b – Thiết lập thông số chức năng; c – Các chức chỉnh sửa khoan; c – Tính hình dạng hình học Chức hoạt động: Các chức sử dụng thường xuyên hỗ trợ hệ thống máy hình hiển thị cho thấy tình trạng máy Hình 11.4a mô tả tình trạng máy chạy Trong Hình 11.4a, vị trí, khoảng cách để đi, nguồn cấp liệu trục, tốc độ trục chính, khối thực hiện, ghi đè lên trạng thái hiển thị Ngoài ra, chức để giúp máy hoạt động rung, MDI, tìm kiếm chương trình, hiệu chỉnh chương trình, công cụ quản lý cung cấp; Chức thiết lập tham số: Trong hệ thống CNC có thông số khác bên chúng phân loại thành ba loại: thông số máy mà sử dụng để thiết lập quy định máy, servo/hệ thống truyền động trục chính, bù dao, làm việc phối hợp, ranh giới an toàn, thông số chương trình phải thiết lập trình chỉnh sửa chương trình thành phần thông số tùy biến sử dụng thích ứng với máy cho người sử dụng Các chức cung cấp giao diện để thiết lập, lưu trữ tìm kiếm Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC thông số Hình 11.4b cho thấy hình hiển thị cho tìm kiếm thông số bên chỉnh sửa chúng; Chức chỉnh sửa chương trình: Các chức chỉnh sửa sửa đổi phần chương trình, G-code dựa tiêu chuẩn EIA/ ISO Thực tế cần thiết cho người sử dụng biết G/M-code thực phép tính toán học để tạo chương trình thành phần G-code Bởi tính toán toán học làm cho khó khăn để chỉnh sửa chương trình thành phần, CNC gần bắt đầu sử dụng hệ thống lập trình giao tiếp Hình 11.4c cho hình hiển thị hệ thống lập trình giao tiếp cung cấp để chỉnh sửa phần chương trình khoan Bởi tương tác với giao diện, người dùng nhanh chóng tạo chương trình khoan mà không cần ghi nhớ thuộc tính đầu vào cho chu kỳ Gcode Hình 11.4d cho thấy tính hình dạng để giúp người dùng xác định hình dạng hình học Gần đây, hệ thống lập trình hội thoại công nhận chức thiết yếu CNC đó, sách này, việc thiết kế ví dụ hệ thống lập trình thông thường dựa tính đề cập chi tiết; Chức giám sát báo động: hệ thống CNC luôn thông báo cho người sử dụng tình trạng máy cách giám sát và, cần thiết, chức thực nhiệm vụ cần thiết thông báo cho người sử dụng kết Các chức cần thiết máy công cụ thực tốc độ cao Các chức đóng vai trò việc cung cấp thông tin giám sát tình trạng báo động, phương pháp phục hồi khẩn cấp, tình trạng PLC; Chức tiện ích: Ngoài bốn chức cần thiết khác, nhiều chức hữu ích cung cấp để hỗ trợ người sử dụng Chức DNC để truyền phần chương trìnhmà chỉnh sửa bên tới CNC, dịch vụ tập tin để chép thông số bên bên ngoài, chức thông tin liên lạc cho việc giao tiếp với máy tính thuộc chức 11.1.2 Chức NCK Nhìn chung, hệ thống NC diễn giải liệu đầu vào, giữ chúng nhớ, gửi lệnh vào hệ thống truyền động, phát tín hiệu phản hồi từ hệ thống truyền động Hệ thống NC thực định hợp lý chẳng hạn làm mát cung cấp trục bắt đầu xoay tính toán toán học cho việc kiểm soát tốc độ nội suy đường Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC thẳng, đường tròn parabol Do đó, NCK có nhiệm vụ phụ trách servo kiểm soát truyền động PLC có nhiệm vụ phụ trách điều khiển logic, gánh nặng xảy điều khiển cân đầy đủ Các khối chức dòng liệu NCK, phận hệ thống CNC, thể Hình 11.5 Bộ chuyển đổi, nội suy, điều khiển tăng/giảm tốc, điều khiển vị trí chức NCK Hình 11 – Bộ NCK điều khiển máy phay Hình 11 – Chức NCK Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC 11.1.3 Chức PLC Hình 11 – PLC Mitsubishi Bộ điều khiển logic sử dụng để thực điều khiển liên tục máy tính công nghiệp Trong khứ, điều khiển logic thực cách sử dụng phần cứng bao gồm rơle, đếm, tính giờ, mạch điện Do đó, coi logic dựa phần cứng điều khiển Tuy nhiên, hệ thống PLC gần bao gồm vài thiết bị điện bao gồm vi xử lý nhớ, thực hoạt động hợp lý, thực chức truy cập, chức hẹn phép tính số học Vì vậy, hệ thống PLC xác định điều khiển logic dựa phần mềm Những lợi hệ thống PLC sau: - Tính linh hoạt: Điều khiển logic thay đổi cách thay đổi chương trình; - Khả mở rộng: Việc mở rộng hệ thống cách thêm module thay đổi chương trình; - Hiệu kinh tế: Giảm chi phí cách giảm trình thiết kế thời gian, độ tin cậy cao, bảo trì dễ dàng; - Thu nhỏ: Kích thước cài đặt nhỏ so với hộp điều khiển relay; - Độ tin cậy: Khả thất bại xảy tiếp xúc xấu giảm sử dụng chất bán dẫn; - Hiệu suất: Chức nâng cao phép tính số học hiệu chỉnh liệu Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC 11.1.4 Hệ thống điều khiển thời gian thực Trong hệ thống NC, NCK, PLC, MMI phải thực khoảng thời gian liên tục Với tính chất này, hệ thống NC hệ thống thời gian thực phức tạp Ví dụ, giả sử có hệ thống có chức NCK giải thích, nội suy, điều khiển vị trí chức MMI Trong hệ thống này, quản lý tốt tiến độ thực module mà chiếm nguồn xử lý cần thiết, thể Hình 11.8 Có nghĩa là, chức lịch trình công việc để quản lý việc thực module dựa khoảng thời gian xác định trước ưu tiên cần thiết Task Priority Position Interpolation Interper MMI … Hình 11 – Quy trình làm việc hệ thống NC 11.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY NC - Hệ thống điều khiển máy NC chia làm hai loại chính: + Máy NC điều khiển theo điểm theo đoạn; + Máy NC điều khiển theo đường - Xét mặt tính chất điều khiển, ta phân loại máy NC thành hai loại: + Máy NC có hệ thống điều khiển hở; + Máy NC có hệ thống điều khiển vòng kín 10 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC Hình 11 31 – Cơ cấu so sánh điện áp Tương tự, Hình 11.38b thể cấu so sánh bán dẫn Điện áp Ur phụ thuộc vào điện áp vào U1 U2 cấu so sánh này, đó, hai điện áp vào tín hiệu chuẩn ( 11 2) Với k số phụ thuộc vào thông số bán dẫn điện trở R 11.3.9.2 Cơ cấu so sánh tín hiệu số Hình 11.39a trình bày cấu tạo đếm nhị phân với tri-gơ (tri-gơ phần tử điều khiển ổn định chiều; bị tác động xung điều khiển, chuyển sang trạng thái ổn định khác – Hình 11.39b) với đầu a, b, c, d (theo thứ tự bit lớn dần); đầu mang giá trị đảo a’, b’, c’ tri-gơ nối vào cổng kích hoạt (cổng vào) bit mang giá trị lớn Với cấu tạo này, đếm nhị phân tri-gơ đếm từ đến 15 sau lặp lại giá trị ban đầu Một cấu đếm khác tượng đương sử dụng Flip-Flop mô tả Hình 11.40 Hình 11 32 – Cơ cấu đếm nhị phân bit dùng tri-gơ 38 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC Hình 11 33 – Cơ cấu đếm nhị phân bit dùng Flip-Flop Bảng 11 – Bảng trạng thái ngõ theo thời gian S ố đ ế m t h ậ p p h â n 1 1 39 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC 2 Nếu hai đếm nhị phân dùng với chức năng: để nhận tín hiệu điều khiển giá trị yêu cầu lưu trữ giá trị đo tức thời hồi tiếp từ cấu đo Hai giá trị so với Nếu chúng giống nhay tạo nên tín hiệu trùng hợp – tín hiệu chúng khác tạo nên tín hiệu Hình 11.41 Hình 11 34 – Mạch logic cấu so sánh tín hiệu số 11.3.10 Cơ cấu đo Công việc đo phân loai dựa sở: - Phương pháp chuyển đổi liệu: tương tự số; - Phương pháp đo: tuyệt đối tương đối; - Vị trí đo: trực tiếp gián tiếp Các phương án lắp đặt cấu đo (Hình 11.42): - Bộ cảm biến C đặt trục động Bộ cảm biến biến đổi lượng quay tương ứng trục động (tương ứng với lượng di động tương ứng 40 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC bàn máy) thành tín hiệu hồi tiếp với giá trị tương ứng đưa so sánh; - Bộ cảm biến C đặt đầu vitme Phương án ưu việt phương án chỗ không chịu sai số truyền động trục động trục vitme thông qua cặp bánh truyền động; - Bộ cảm biến C đặt bàn di trượt Khi bàn máy di trượt mang theo răng; làm cho bánh ăn khớp quay làm cho cảm biến quay để đo lượng di động bàn máy; - Bộ cảm biến dịch chuyển lắp bàn trượt Đây phương pháp đo trực tiếp lượng di động bàn máy Hình 11 35 – Các phương án lắp cấu đo hành trình 11.3.10.1 Cơ cấu đo tương tự - tuyệt đối • Cơ cấu đo bằng chiết áp di động thẳng Hình 11 36 – Chiết áp di động thẳng Máy chiết áp gồm có điện trở R thẳng với phận trượt tiếp xúc mà trượt từ đầu đến đầu điện trở Hình 11.43 Điện trở R0 tượng trưng cho điện trở phận trượt đo điện v0 Khi nguồn điện có điện cố định vR áp 41 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC vào hai đầu điện trở, trượt máy di động điện trở R làm thay đổi giá trị điện áp v0 tương ứng Xét mạch điện Hình 11.43, điện trở tổng mạch là: ( 11 3) Mối quan hệ v0 lượng di động x biểu diễn mối quan hệ sau: ( 11 4) ( 11 5) Từ mối quan hệ này, ta xác định vị trí tương đối cần đo Cơ cấu gắn với máy Hình 11.44, trượt gắn cố định bàn máy Hình 11 37 – Sơ đồ lắp chiết áp bàn máy Nếu điện trở R0 nhỏ thì: ( 11.6 ) • Cơ cấu đo bằng sensyn (máy phát đồng bộ) Sensyn hoạt động theo nguyên tắc máy phát xoay chiều cảm ứng Nó có hai cuộn dây: cuộn pha đặt stato cuộn pha đặt roto Cơ cấu đo hành trình sensyn sử dụng sensyn, đóng vai trò sensyn phát (CX) đóng vai trò sensyn thu (CT) (Hình 11.45), góc lệch hai trục hai sensyn 42 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC a) θ = 00 b) θ = 900 c) θ = 1800 Hình 11 38 – Cơ cấu đo hành trình Sensyn Nếu ta áp điện xoay chiều vào cuộn dây roto sensyn phát CX điện áp roto sensyn thu là: ( 11 7) Trong đó: Em – Biên độ lớn nhất; − Góc lệch hai trục roto sensyn phát thu; − Tần số điện xoay chiều áp vào roto phát Dấu biên độ số hạng () định góc lệch thể Hình 11.46 Phần đồ thị tuyến tính cho giá trị góc từ 20 đến 1600 Biên độ Eout tỉ lệ thuận với lượng chuyển vị góc 43 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC Hình 11 39 – Biện độ Eout thay đổi theo góc lệch trục • Cơ cấu đo bằng cảm ứng (Resolver) Resolver có đặc điểm cấu trúc tổng quát giống động AC cỡ nhỏ Chúng bao gồm roto stato, mà hai có hai cuộn dây vuông góc Trong hệ thống NC, resolver sử dụng thiết bị đo lường vị trí, gắn vào trục vitme bàn máy Hai cuộn dây stato kích hoạt tín hiệu hình sin có tần số biên độ lệch pha 90 0, biểu diễn phương trình: ( 11 8) ( 11 9) Tín hiệu roto bao gồm hai thành phần: ( 11 10) ( 11 11) Thay (11.8) (11.9) vào (11.10) (11.11), ta có: ( 11 12) ( 11 13) Trong đó: ; 44 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC f – Tần số điện kích hoạt; − Góc lệch roto stato; V – Biên độ điện kích hoạt Trong ứng dụng đo lường vị trí hệ thống NC, ngưởi ta sử dụng tín hiệu điện từ cuộn dây roto, chẳng hạn tín hiệu vo1(t) Khi roto quay với vận tốc góc , điện resolver tính sau: ( 11 14) Trong đó: ; f – Tần số điện kích hoạt; − Vận tốc góc trung bình roto; − Góc tích lũy trạng thái độ đạt đến trạng thái ổn định Số hạng phương trình đặc trưng cho vị trí bàn máy, tỉ lệ với vận tốc trục bàn máy 11.3.10.2 Cơ cấu đo số • Cơ cấu đo số - trực tiếp Hình 11 40 – Cơ cấu đo hành trình số trực tiếp Cơ cấu đo trực tiếp bao gồm phận đọc gắn vào bên hông thân máy cố định, thước vạch chuẩn gắn chặt vào bàn máy di động (Hình 11.47) Khi động quay, trục vitme quay làm cho bàn máy di động mang theo thước vạch Như lượng di động bàn máy phản ánh qua cấu đo cách trực tiếp Nếu vị trí bàn máy mã hóa cụ thể thước vạch (Hình 11.49a,b), ta có cấu đo số - trực tiếp – tuyệt đối qua cấu này, ta biết vị trí bàn máy Nếu 45 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC thước đo bao gồm hàng vạch, lỗ (Hình 11.49c) bàn máy di động, cấu đọc phát phận điều khiển số lượng xung tương ứng với lượng động vừa thực tính từ vị trí trước bàn máy mà không xác định vị trí tuyệt đối bàn máy so với hệ tọa độ chuẩn Hình 11 41 – Cấu tạo cấu đo dùng thước vạch tương đối Hình 11 42 – Các loại thước vạch a – Mã BCD; b – Mã gray; c – Mã tương đối • Cơ cấu đo số gián tiếp Cơ cấu đo số gián tiếp mô tả Hình 11.50 46 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC Hình 11 43 – Cấu tạo cấu đo gián tiếp Cơ cấu đo số gián tiếp sử dụng cấu đọc gắn cố định thân máy đĩa vạch chuẩn gắn cố định trục vitme Khi động quay, trục vitme quay, làm cho đĩa vạch chuẩn quay theo Như lượng di động bàn máy phản ánh gián tiếp qua góc quay trục vitme góc quay đĩa Cũng tương tự trên, vị trí bàn máy mã hóa cụ thể đĩa, ta có cấu đo số - gián tiếp - tuyệt đối (Hình 11.51b), thông qua cấu này, dù máy vị trí nào, ta biết vị trí tuyệt đối so với hệ tọa độ chuẩn Còn đĩa có hàng vạch, hay lỗ (Hình 11.51a), có cấu đo số - gián tiếp – tương đối, với lượng di động bàn máy tương ứng với góc quay định, cấu đọc phát xung tương ứng cho biết lượng di động bàn máy so với vị trí trước a) b) Hình 11 44 – Đĩa mã hóa tương đối tuyệt đối 11.4 PHẦN MỀM TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC Thực phần cứng hệ điều khiển CNC hoạt động nhận thông tin cấu trúc thông tin khác từ chương trình máy tính (phần mềm) Trong hệ 47 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC thống điều khiển CNC phân thành ba dạng chương trình: chương trình điều khiển, chương trình điều khiển trình tự chương trình ứng dụng hay gọi chương trình NC 11.4.1 Phần mềm điều khiển Phần mềm điều khiển chương trình dùng để thực chức NC Chương trình sở sản xuất máy thiết kế sở tính máy cần chế tạo Chương trình điều khiển lưu trữ ROM Để mở rộng tính kỹ thuật máy thực nhờ việc thay Rom với chương trình điều khiển cũ ROM có tính cao Chức cảu phần mềm điều khiển chấp nhận chương trình ứng dụng số liệu vào sinh tín hiệu điều khiển, điều khiển dẫn động động trục Phần mềm điều khiển bao gồm chương trình : chương trình kiểm tra, chương trình logic, chương trình đọc, chương trình đặc trưng - Chương trình kiểm tra chương trình Nó xếp thực tất phần mềm cho phép CPU thực ghép nối với tất thiết bị vào - - Chương trình logic chương trình điều khiển Nó làm nhiệm vụ giải mã nội suy cấu trúc NC để tạo tín hiệu điều khiển cho trục Các tín hiệu điều khiển theo trình tự khác để hình thành kiểu nội suy khác nhau, nội suy thẳng, nội suy vòng, nội suy xoắn, nội suy bậc ba dạng khác Chương trình có nhiệm vụ điều khiển lượng chạy dao, tính toán tăng, giảm lượng chạy dao cho phù hợp với yêu cầu công nghệ - Chương trình đọc coi chương trình phục vụ làm nhiệm vụ vào – chương trình, lưu trữ, xóa chương trình hiển thị chương trình trình gia công, vị trí dụng cụ hành hình chức khác - Chương trình dự báo chương trình đặc trưng máy CNC Chương trình thiết kế riêng cho máy, làm nhiệm vụ kiểm tra lỗi hệ thống điều khiển, lỗi cụm dẫn động trục, lỗi chương trình dạng lỗi khác Tùy theo người thiết kế mà thông báo lỗi có ký hiệu 48 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC khác Thông báo lỗi biểu diễn chữ, số kết hợp chữ số Trong hệ thống điều khiển CNC hãng Brigeport lỗi ký hiệu bốn chữ số Ví dụ dụng cụ chưa kẹp chặt, chương trình đặc trưng hệ thống điều khiển FUNUC trung tâm gia công TC1, hình xuất thông báo lỗi ‘‘No 2022, tool not unclamped’’ Trong trường hợp lỗi lỗi hệ thống, hệ điều khiển dùng ba chữ số để thông báo, ví dụ chương trình đặt tên trùng với tên chương trình tồn máy, hệ thống điều khiển đưa thông báo ‘‘error 073’’ Người điều khiển máy tra danh sách lỗi biết lỗi cách xử lý lỗi 11.4.2 Postprocessor Postprocessor chương trình máy tính cần thiết cấu trúc điều khiển máy công cụ điều khiển số Postprocessor làm nhiệm vụ chuyển đổi thông tin chương trình NC thành cấu trúc điều khiển dụng cụ Thông tin mà postprocessor phải xử lý thông tin đường chuyển dụng cụ, điều kiện gia công, bắt đầu chương trình, kết thúc chương trình, tốc độ trục (S), lượng chạy dao (F) Các thông tin đảm bảo thực chuyển động bàn máy yêu cầu khác đặt trình điều khiển Chương trình gia công bao gồm mã cấu trúc điều khiển máy, mã xếp cẩn thận chữ A, B, …,Z, số 1, 2, 3, …, kí tự đặc biệt Các kí tự định nghĩa tổ hợp tám bit thông tin số Cấu trúc chương trình postprocessor Hình 11.52 49 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC Thông tin Vào - Đọc - Kiểm Tra - In Điều khiển Chuyển động - Hình học - Động học Ra - Băng đục lỗ - In Chức phụ - Trục - Làm nguội - Kẹp chi tiết Băng Hình 11 45 – Cấu trúc chương trình postprocesstor - Vào thông tin (Input) có nhiệm vụ đọc thông tin đưa từ chương trình NC (ví dụ từ chương trình APT) Chương trình đọc từ băng đục lỗ, băng từ từ chương trình máy tính khác Ngoài nhiệm vụ vào thông tin có nhiệm vụ kiểm tra độ tin cậy số liệu thông tin vào, thông báo thông tin không xử lý lệnh chuẩn bị phục vụ cho trình - Chuyển động (Motion) thành phần chương trình postprocessor Thành phần có nhiệm vụ hình thành tất cấu trúc có liên quan đến chuyển động dụng cụ Thành phần chuyển động gồm hai chức năng: hình học động học Quá trình thông tin postprocessor sau: thông tin đưa vào postprocessor xử lý hệ tọa độ Đecac theo nguyên tắc bàn tay phải nguyên tắc bàn tay trái tùy thuộc vào hệ tọa độ sử dụng có cấu trúc cụm CNC Trong trường hợp thông tin xử lý hệ tọa độ Đề-các khác, thông số hình học phải 50 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC chuyển đổi cho phù hợp với hệ tọa độ tương ứng với hệ tọa độ cụm CNC - Thành phần phụ (Auxiliary) làm nhiệm vụ đối chiếu chức chuẩn bị, chức hỗn hợp (miscellaneous) cấu trúc NC với yêu cầu chấp nhận từ thành phần vào postprocessor Nó định rõ chức phù hợp với MCU Trong trường hợp chức chấp nhận đưa chức tới thành phần để chuẩn bị đưa lệnh tới đối tượng cần điều khiển - Thông tin (Output) làm nhiệm vụ chuyển liệu đến thành phần chuyển động thành phần phụ Các liệu biến đổi thành dạng phù hợp với MCU Thành phần đưa thông tin cần phải sinh kiểu tín hiệu cho dễ dàng ghi băng từ, băng đục lỗ thiết bị ngoại vi khác - Điều khiển (Control) thành phần sinh thời gian liên tục cho postprocessor, đáp ứng với tất phần tử hoạt động chương trình Nó làm nhiệm vụ điều khiển dòng liệu chuyển tới phần tử cần điều khiển nhận liên tục liệu đưa vào từ thiết bị vào/ra 11.4.3 Phần mềm ứng dụng Chương trình ứng dụng gọi chương trình NC Chương trình cho thông tin mô tả đường chuyển động dụng cụ trình gia công, kiểu chuyển động : chạy nhanh, nội suy thẳng, nội suy vòng, điều kiện cắt tốc độ trục chính, lượng chạy dao, chiều sâu cắt Chương trình ứng dụng viết hai cách Chương trình viết sở mã G, mã tiêu chuẩn M, T, F chức S để viết chương trình NC 51 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC CÂU HỎI ÔN TẬP Vẽ hình trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển vòng hở vòng kín Trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển điểm, đoạn, đường Vẽ hình Vẽ hình trình bày nguyên lý hoạt động cấu đột lỗ, băng đột lỗ Vẽ hình trình bày nguyên lý đọc ghi băng từ Trình bày cấu tạo cấu đo hành trình số trực tiếp gián tiếp Phân tích nguyên lý cấu giải mã phân phối rờle tiếp điểm 52 [...]... và tiếp tục điều khiển động cơ cho đến khi hai tín hiệu này là bằng nhau 11 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC và CNC Bàn máy Bộ so sánh Động cơ DC DAC Truyền động cơ khí Hình 11 11 – Hệ NC điều khiển vòng kín 11. 2.1 Điều khiển theo điểm Trong quá trình điều khiển điểm, khi có lệnh yêu cầu các bàn máy và các trục của máy đưa phôi hoặc dao đi đến vị trí mong muốn, các tín hiệu từ bộ điều khiển sẽ phát... châm (3 ) sẽ hút cần đẩy 27 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC và CNC (4 ) cho đến khi nó chạm vào vấu tì (5 ) của khung (6 ) và đầu của nó tì vào chốt đột lỗ (7 ) Cam (8 ) (có chu kỳ hoạt động trễ hơn cơ cấu 1 một ít) luôn quay và cứ mỗi chu kỳ nó lại tác động vào đòn bẩy (9 ) để nâng khung (6 ) Vì nam châm (3 ) đang hút cần đẩy (4 ) để nó tì vào chốt đột lỗ (7 ), nên đòn bẩy (9 ) nâng khung (6 ) thì cũng đồng... theo đường là hệ thống điều khiển có sự phối hợp chuyển động giữa các bàn máy hay giữa các trục để tạo nên một chuyển động tương đối giữa phôi và dao theo một đường có hình dáng bất kỳ y A B x a) b) Hình 11 15 – Hệ thống điều khiển theo đường Sơ đồ cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển đường được thể hiện trên Hình 11. 16 Nói chung sơ đồ này giống với sơ đồ của hệ thống điều khiển điểm và đoạn Điểm... điểm A(x1,y1) là: - A →B: x1 không đổi - A →C: y1 không đổi Sơ đồ cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển điểm và đoạn được thể hiện trên Hình 11. 13 13 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC và CNC Trên sơ đồ này ta thấy số liệu hình dáng và số liệu công nghệ là cơ sở để tạo nên dữ liệu gia công Các dữ liệu này phải được sắp đặt và biểu diễn theo một quy tắc nào đó; đó là công việc lập chương trình Chương. .. có thể là: + A→C→B 12 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC và CNC + A→D→B - Trong trường hợp hai bàn máy chuyển động cùng lúc: quỹ đạo của nó đi từ A đến B là: + A→E→B + A→F→B + A →B 11. 2.2 Điều khiển theo đoạn Cũng như điều khiển theo điểm, điều khiển theo đoạn cũng không có sự phối hợp giữa các chuyển động khác nhau của máy Sự khác biệt so với điều khiển điểm là khi điều khiển đoạn, dao cắt làm... với cơ cấu nội suy trong (Hình 11. 16) - Hệ thống điều khiển theo đường với cơ cấu nội suy ngoài Hình 11 16 – Sơ đồ cấu trúc điều khiển theo đường Dựa vào quỹ đạo gia công, cơ cấu nội suy ngoài dùng máy tính điện tử để tính toán và nội suy sẵn các vị trí trung gian và các thông số liên quan khác và sau đó ghi thẳng vào chương trình Trong khi đó, cơ cấu nội suy trong nằm trong máy và thực hiện công việc... lập hệ thống tọa độ (chuẩn chi tiết, chuẩn thảo chương) 17 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC và CNC 11. 3.1.2 Xác định số liệu công nghệ Số liệu công nghệ là những số liệu bổ sung cần thiết để tạo nên hình dáng của chi tiết gia công, trong đó bao gồm cả những số liệu về tính năng kỹ thuật của máy Trên cơ sở đó, ta có thể xác định các chế độ cắt để gia công chi tiết Tất cả những số liệu hình dáng và. .. định từ chương trình Nếu hai tín hiệu này khác nhau, cơ cấu so sánh sẽ phát tín hiệu sai lệch và thông qua cơ cấu khuyếch đại để tiếp tục điều khiển động cơ truyền động bàn máy cho đến khi hai tín hiệu này giống nhau, tức là bàn máy đã đạt đến vị trí xác lập từ chương trình, cơ cấu so sánh ngừng phát tín hiệu sai lệch và bàn máy dừng lại 11. 2.3 Hệ thống điều khiển theo đường Hệ thống điều khiển theo đường... trúc điều khiển theo điểm và đoạn Chương trình lưu trên thiết bị nhớ được máy “hiểu” nhờ vào cơ cấu đọc và cơ cấu giải mã Cơ cấu đọc sẽ chuyển những thông tin, dữ liệu trên thiết bị nhớ dưới dạng tín hiệu số cho cơ cấu giải mã Cơ cấu giải mã sẽ chuyển những tất cả các tín hiệu số đó thành tín 14 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC và CNC hiệu điều khiển máy bao gồm hai loại tín hiệu: tín hiệu hành trình. .. trình NC theo tiêu chuẩn ISO 6983 được minh họa 11. 3.2.2 Cấu trúc của một chương trình NC Một chương trình NC hoàn chỉnh bao gồm các yếu tố sau: %TP0147 Bắt đầu chương trình NC N10 G54 X80 Y100 Một chuỗi của NC với thông tin gia công … N75 G01 Z-10 F0,3 S1800 T03 M08 … 18 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC và CNC N435 M30 Một lệnh kết thúc chương trình Hình 11 18 – Cấu trúc của chương trình NC Chương ... ( 11 8) ( 11 9) Tín hiệu roto bao gồm hai thành phần: ( 11 10) ( 11 11) Thay (1 1. 8) (1 1. 9) vào (1 1. 10) (1 1. 11), ta có: ( 11 12) ( 11 13) Trong đó: ; 44 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC... chương trình máy tính (phần mềm) Trong hệ 47 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC thống điều khiển CNC phân thành ba dạng chương trình: chương trình điều khiển, chương trình điều khiển trình. .. chất điều khiển, ta phân loại máy NC thành hai loại: + Máy NC có hệ thống điều khiển hở; + Máy NC có hệ thống điều khiển vòng kín 10 Chương 11: Hệ thống điều khiển máy NC CNC Hình 11 – Cấu trúc máy