Tìm hiểu về hệ thống máy tiện CNC

Bài tập dài trang bị điện LỜI NÓI ĐẦU Hoà chung với công xây dựng phát triển đất nước, nghiệp giáo dục nước ta bước chuyển mạnh mẽ với tốc độ phát triển nhanh chóng Một mục tiêu mà ngành giáo dục đưa giúp Việt Nam có đội ngũ giáo viên kỹ thuật nòng cốt, kỹ sư chuyên ngành có lực, đủ đức, đủ tài phục vụ cho nghiệp công nghiệp hoá, đại hoá Để đạt mục tiêu hệ trẻ đặc biệt sinh viên phải chủ động tìm hiểu ứng dụng thành tựu khoa học xây dựng công nghiệp nước nhà ngày vững mạnh Xuất phát từ nhu cầu thiết thực sống niềm đam mê khoa học, em nghiên cứu đề tài:“Tìm hiểu hệ thống máy tiện CNC” Đề tài đề cập đến lĩnh vực ứng dụng phổ biến sống, lại khối kiến thức mẻ sinh viên chúng em Do thời gian kinh nghiệm hạn chế nên thuyết minh không tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận bảo tận tình Thầy Cô giáo đóng góp bạn để thuyết minh hoàn thiện Hà Nội, ngày 25/05/2016 Sinh viên thực GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page Bài tập dài trang bị điện MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG .3 1.3 Phương pháp nghiên cứu GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page Bài tập dài trang bị điện CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu Trong sản suất công nghiệp đại, đòi hỏi khả tự động với phương thức linh hoạt cao dây truyền sản xuất, máy công cụ điều khiển số CNC đóng vai trò quan trọng Sử dụng máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ xác gia công hiệu kinh tế, đồng thời rút ngắn chu kỳ sản xuất nên ngày giới nhiều nước áp dụng rộng rãi máy công cụ số vào lĩnh vực khí chế tạo Bên cạnh đó, phát triển công nghệ thông tin gặt hái nhiều thành tựu to lớn, máy tính số ngày sản xuất nhiều với tính tốc độ xử lý liệu cao, sử dụng dễ dàng, kết cấu nhỏ gọn, giá thành thấp Chính thế, việc thiết kế điều khiển nhỏ gọn, độ xác tin cậy cao trình gia công chi tiết máy, nâng cao hiệu kinh tế sở máy tính cá nhân PC xu hướng phát triển điều khiển cho máy công cụ Trên sở nhóm đề tài phát triển hệ điều khiển cho máy tiện CNC, nghiên cứu cấu tạo chung máy tiện CNC, nguyên lý hoạt động, nguyên lý điều khiển, nội suy… kết cuối cho máy chạy được, gia công chi tiết mong muốn 1.2 Các vấn đề đặt + Trên sở máy tiện CNC có sẵn tiến hành sửa chữa, bảo dưỡng , bảo trì phận khí cân chỉnh lại bàn máy, khử độ dơ Vit-me đai ốc bi… để đảm bảo độ xác cao theo yêu cầu trình gia công chi tiết + Thiết kế hệ thống truyền động thiếu, lắp đặt đồ gá truyền chuyển động cho bàn máy từ động bước thông qua truyền đai răng, kết nối Driver UDX 5114 với động + Làm mạch chuyển tiếp (mạch khuếch đại) tương thích cổng LPT Driver UDX 5114 + Sử dụng phần mềm Mach3 để cài đặt thông số gia công, đặt độ xác kích thước gia công cho trục X, Z tiến hành gia công số chi tiết mẫu điển hình + Viết phần mềm chương trình nội suy đường thẳng đường tròn dựa thuật toán nội suy GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page Bài tập dài trang bị điện + Tiến hành viết giao diện phần mềm lập trình chuyên dụng, từ điều khiển, giám sát mô trình gia công + Thực gia công số chi tiết mẫu điển hình phần mềm mà nhóm tự thiết kết 1.3 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết máy công cụ điều khiển số, lập trình VB, cổng song song, động bước, driver internet, sách tài liệu từ hiểu biết lý thuyết này, đồng thời với việc nghiên cứu tiến hành thử nghiệm Sau thử nghiệm, đánh giá rút đặc tính cấu chấp hành phù hợp với yêu cầu đề tài, từ thực việc gá đặt phận khí ghép nối các cấu chấp hành với máy tính PC để hệ thống phần cứng hoàn chỉnh, làm sở cho việc viết phần mềm điều khiển Từ lý thuyết nghiên cứu tiến hành viết chương trình điều khiển mô máy tính sau thử nghiệm môdul điều khiển chương trình thiết kế kết cấu khí thật 1.4 Phạm vi giới hạn nghiên cứu Vì điều kiện thời gian chi phí hạn chế, mặt khác nghiên cứu máy tiện đề tài lớn Trong phạm vi đồ án nhóm đề tài chuyên nghiên cứu mảng điều khiển máy tiện với đặc tính sau: Máy có công suất nhỏ, động sử dụng cho trục động bước điều khiển Driver công suất nhỏ nên chủ yếu phục vụ cho trình nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động mô hình điều khiển máy tiện CNC Dùng cổng song song để kết nối máy tính với thiết bị ngoại vi nhờ có nhiều chân truyền dẫn liệu với tốc độ cao(có thể đạt 1Mb/s), việc kết nối đơn giản dễ dàng Máy gia công vật liệu mềm như: Nhôm, nhựa, gỗ…phù hợp với yêu cầu kỹ thuật đưa Xây dựng phần giao diện kiểm soát, điều khiển mô trình gia công chi tiết GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page Bài tập dài trang bị điện Chương trình nội suy viết máy tính nghĩa toàn trình tính toán nội suy đưa xung điều khiển đến Driver đến động điều khiển dịch chuyển trục máy thực nhờ chíp máy tính độ xác ổn định phụ thuộc nhiều vào cấu hình máy tính ta sử dụng GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page Bài tập dài trang bị điện CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 2.1 Tổng quan máy công cụ CNC 2.1.1 Lịch sử phát triển máy điều khiển số Máy điều khiển số (Computer Numerical Control – CNC) đời từ lâu Người ta cho kiện đời máy dệt dùng thép có lỗ để tự động điều khiển đường chuyển động kim dệt Joseph M.Jacquard chế tạo năm 1808 thời điểm đời máy điều khiển số Máy dệt điều khiển sở thông tin hai trạng thái, trạng thái thứ kim vị trí có lỗ, tương ứng với mức logic “1” trạng thái thứ hai kim vị trí lỗ, tương ứng với mức logic “0” Khi thay đổi quy luật vị trí lỗ thép cho kiểu áo cần gia công quy luật thép chương trình điều khiển máy Hình 1.1 Máy chơi piano dùng bìa đục lỗ Chương trình điều khiển máy mà thông tin điều khiển viết dạng “1” “0” gọi chương trình điều khiển số máy điều khiển theo chương trình gọi máy điều khiển theo chương trình số Tấm thép mang chương trình điều khiển tự động hoàn chỉnh xem vật lưu giữ chương trình điều khiển máy Khi nói đến hình thành phát triển dạng máy công cụ điều khiển số không nói tới đời phát triển máy tính số Phát minh máy tính bước ngoặt quan trọng điều khiển số Máy tính lần Pascal chế tạo vào năm 1642 Máy tính hình thành sở tổ hợp truyền bánh Cho đến năm 1834 Babbage chế tạo máy tính máy tính với độ xác cao Máy Babbage không thực phép tính số học mà hình thành hàm toán học máy tính ngày Đặc biệt máy tính có khả lưu trữ, nhớ, nhập xuất GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page Bài tập dài trang bị điện liệu Do kết cấu máy phức tạp nên không hội phát triển đến năm 1940 Aiken người Mỹ Zuse người Đức thiết kế máy tính sở tổ hợp điện tử đặt tên ENIAC chữ viết tắt tiếng Anh ( Electronic Numerical Intergator and Computer ) ENIAC sử dụng gần hai chục nghìn bóng điện tử, diện tích lắp đặt thiết bị lên tới hàng mét vuông, trọng lượng hai chục tiêu hao hàng trăm KW, chương trình điều khiển máy phức tạp Máy có tính ổn định làm việc hoạt động vài phút Hệ điều khiển máy ENIAC thực hàm logic sở hàng nghìn chuyển động mạch rơle độ tin cậy thấp Máy gồm nhiều bóng đèn điện tử làm việc lúc nên làm tăng nhanh nhiệt độ máy nhiệt độ tăng theo thời gian làm việc Bước ngoặt quan trọng làm cho công nghệ máy tính phát triển mạnh mẽ phát minh đèn bán dẫn năm 1984 Đèn bán dẫn có nhiều ưu điểm kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, tiêu thụ lượng nhiệt sinh trình làm việc không đáng kể nên nhanh chóng thay bóng điện tử Máy có khả thực di chuyển dụng cụ đến điểm tính toán tự động từ trước Trong trình gia công khí, nhiều chi tiết yêu cầu gia công đạt độ bóng, độ xác, thay đổi nhanh chóng dạng sản phẩm Do máy công cụ cần phải hoàn thiện mặt thiết kế điều khiển nhằm nâng cao độ xác gia công Vì điều khiển số nhanh chóng ứng dụng vào hệ thống điều khiển máy công cụ, đồng thời máy tính ứng dụng để tính toán, lưu trữ liệu đường dẫn dụng cụ băng đục lỗ, băng từ chi tiết khác Cùng với bước phát triển ứng dụng điều khiển số máy công cụ thành công có ý nghĩa to lớn hệ thống máy công cụ điều khiển số MIT (Machachusette institute of technology – MIT) thiết kế chế tạo thành công hệ dẫn động động secvo dùng để điều khiển trục máy công cụ Và thành công thúc đẩy nghành máy công cụ điều khiển số phát triển mạnh mẽ ngày Năm 1959, mạch IC (intergrated cicruits) đời nhanh chóng thay bóng bán dẫn IC chip nhỏ, người ta lập số lớn linh kiện (tới hàng triệu linh kiện) để thực trình điều khiển IC có kích thước nhỏ, độ tin cậy cao, công suất tiêu hao nhỏ sở để hình thành vi xử lý sau IC GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page Bài tập dài trang bị điện đưa vào sử dụng nhiều sản xuất năm 1965 Do IC có nhiều ưu điểm nói nên nhanh chóng ứng dụng vào công nghệ chế tạo máy tính điện tử Trên sở mạch IC người ta thiết kế chế tạo thành công vi xử lý (microprocessor) cho máy tính số Năm 1958 người ta sử dụng số từ tiếng Anh làm ký tự để hình thành chương trình điều khiển máy Hệ điều hành gồm chương trình điều khiển, chương trình tính toán thông số hình học, tính toán lựa chọn chế độ gia công tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, bôi trơn làm mát Tập hợp ký tự hình thành chương trình dùng để điều khiển máy gọi ngôn ngữ APT (automatically programmed tool) Ưu điểm ngôn ngữ APT thuận lợi cho người viết chương trình, dễ dàng chuyển đổi thành chương trình mà máy hiểu Trên sở APT người ta phát triển nhiều dạng chương trình điều khiển khác: ADAPT AUTOSPOT IBM; CINTURN Cincinati Milacron; EXAPT 1, EXAPT 2, EXPAPT Đức; GENTURN General Elictric; MILTURN Metaalinstitut Netherland, NEL 2PL, NEL 2C, NEL 2CL Ferranti… Năm 1976 máy điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình mà thông tin viết dạng số gọi máy điều khiển số NC (Numerical Control) Cũng vào năm 1976 người ta đưa máy tính nhỏ vào hệ thống điều khiển máy NC nhằm mở rộng đặc tính điều khiển mở rộng nhớ máy so với máy NC, máy gọi CNC (Computer Numerical Control) Và sau chức trợ giúp cho trình gia công ngày phát triển năm 1965 hệ thống thay dao tự động đưa vào sử dụng, năm1976 hệ thống CAD/CAM/CNC đời Và năm 1984 đồ hoạ máy tính phát triển, ứng dụng để mô trình gia công máy công cụ Năm 1994 hệ NURBS (Not uniforme rational B- Splines) giao diện phần mềm CAD cho phép mô bề mặt nội suy phức tạp hình, đồng thời cho phép tính toán đưa phương trình toán học mô bề mặt phức tạp, từ tính toán xác đường nội suy với độ mịn, độ sắc nét cao Công nghệ nano sử dụng nhiều lĩnh vực khoa học có nghành chế tạo máy công cụ Năm 2001 Funuc chế tạo hệ điều khiển nano cho máy công cụ CNC GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page Bài tập dài trang bị điện 2.1.2 Phân loại công dụng a, Phân loại Cùng với phát triển không ngừng máy tính, hệ thống điều khiển số ứng dụng nhiều lĩnh vực khác có máy công cụ Dưới trình bày số dạng máy công cụ CNC thường gặp thị trường  Máy khoan CNC ( Drillling machine) Đặc điểm máy khoan hệ toạ độ máy hình thành sở hệ toạ độ Decac theo nguyên tắc bàn tay phải với trục vuông góc với Hệ thống điều khiển hệ thống điều khiển theo vị trí (point to point) Vì hệ điều khiển không cần cụm nội suy thẳng cong Hệ điều khiển máy khoan CNC thiết kế với khả điều khiển tương thích với hai cách viết chương trình: hệ tuyệt đối hệ gia số Thông thường cấu trúc máy khoan vạn máy khoan CNC trục bố trí thẳng đứng trùng với trục Z hệ toạ độ Decac Bàn máy bố trí mặt phẳng nằm ngang trùng với mặt phẳng XOY hệ toạ độ Decac vuông góc với trục  Máy phay CNC ( Millling machine) Cấu trúc máy phay thiết kế sở hệ toạ độ Decac theo nguyên tắc bàn tay phải với ba trục toạ độ vuông góc với máy khoan Máy phay có nhiều trục máy (trục chuyển động), số trục máy máy phay 21/2 Máy phay CNC trang bị hệ thống lưu trữ dụng cụ, thiết bị thay dụng cụ, cấu kẹp, tháo phôi thay phôi tự động Máy phay CNC có cấu trúc trục thẳng đứng gọi máy phay đứng Máy phay CNC có trục máy bố trí nằm ngang gọi máy phay ngang Máy phay CNC trang bị hệ thống điều khiển mạnh để tính toán quỹ đạo chuyển động dụng cụ, nội suy thẳng, nội suy vòng đường cong phức tạp ( spline) Để gia công đường cong bề mặt phức tạp, máy phay CNC cần phải có số trục máy  Máy tiện CNC (turning machine) GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page Bài tập dài trang bị điện Cấu trúc sở máy tiện CNC trục thường bố trí nằm ngang thẳng đứng, bàn máy bố trí mặt phẳng nằm ngang mặt phẳng nghiêng Phôi kẹp mâm cặp đặt hai đầu chống tâm đầu chống tâm có khía để truyền momen xoắn Máy tiện có nhiều trục chính, nhiều bàn xe dao đầu Rơvonve Máy tiện CNC có khả công nghệ rộng như: tiện trơn, tiện ren, khoan, khoét, khoan tâm, cắt đứt, tiện mặt đầu …  Máy doa CNC ( Boring machine) Trục máy doa CNC thường bố trí nằm ngang thẳng đứng Khi nghiên cứu đặc trưng công nghệ thực máy doa, người ta nhận thấy cấu trúc máy doa hợp lý trục nằm ngang Đặc điểm công nghệ doa đòi hỏi máy doa phải có độ xác vị trí Vì máy thường trang bị hệ thống điều khiển với mức độ tự động hoá cao trang bị hệ thống thay phôi, dụng cụ tự động Máy doa có số trục điều khiển lớn Hệ điều khiển máy thiết kế nằm đảm bảo máy có khả tự động hoá lựa chọn chế độ gia công cho phù hợp vật liệu dụng cụ cắt vật liệu phôi Máy có tính xác định lượng mòn dụng cụ thực hiệu chỉnh lượng mòn trình gia công Đồng thời máy trang bị phần mềm đồ hoạ đủ mạnh để mô trình gia công chi tiết máy  Máy mài CNC ( Grinding machine) Dựa sở công nghệ, máy mài CNC phân thành loại khác Máy mài có loại: mài tròn ngoài, mài răng, mài định hình dạng khác Máy mài có số trục máy từ đến trục Công nghệ mài đòi hỏi độ xác, độ bóng bề mặt cao Vì độ xác máy mài CNC cao so với máy CNC khác  Trung tâm gia công ( Machining Center) Trung tâm gia công máy CNC đứng nằm ngang trang bị hệ thống thay dao tự động gọi trung tâm gia công Trung tâm gia công tế bào dây chuyền sản xuất Số trục điều khiển trung tâm gia công Để mở rộng khả công nghệ trung tâm gia công phù hợp với thương mại, GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 10 Bài tập dài trang bị điện Hình 1.14 Ví dụ chọn điểm P W gia công lỗ phân bố đường tròn • Điểm gốc dụng cụ Để đảm bảo trình gia công chi tiết với việc sử dụng nhiều dao dao có hình dạng kích thước khác xác, cần phải có điểm gốc dụng cụ Điểm gốc dụng cụ điểm cố định xác định tọa độ xác so với điểm M R • Điểm chuẩn dao P Hình 1.14 : Điểm chuẩn P dao tiện (a), dao phay ngón (b), dao phay cầu (c) Điểm chuẩn dao điểm mà từ lập chương trình chuyển động trình gia công Đối với dao tiện, người ta chọn điểm nhọn mũi dao, với dao phay ngón mũi khoan người ta chọn điểm P tâm đỉnh dao, với dao phay cầu chọn điểm P tâm mặt cầu • Các điểm gốc dao (điểm gá đặt dao) Các dao sử dụng thông thường có hai loại cán dao (Tool holder) loại chuôi trụ loại chuôi côn theo tiêu chuẩn Đối với chuôi dao có điểm đặt dụng cụ E, lỗ gá dao có điểm gá dụng cụ N Khi chuôi dao lắp vào lỗ dao hai điểm N E trùng GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 25 Bài tập dài trang bị điện Hình 1.15 Các điểm gốc dụng cụ Trên sở điểm chuẩn người ta xác định kích thước để đưa vào nhớ lượng bù dao Các kích thước bao gồm chiều dài dao tiện theo phương X Z (điểm mũi dao) hay chiều dài dao phay bán kính Các kích thước xác định từ trước cách đo thiết bị đo chuyên dùng hay xác định máy đưa vào hệ điều khiển máy CNC để thực việc bù dao • Điểm thay dao Trong trình gia công thường phải sử dụng số loại dao số lượng dao khác tùy thuộc vào yêu cầu bề mặt gia công, phải thực việc thay dao Trên máy CNC có cấu thay dao tự động, thay dao yêu cầu không để chạm vào phôi máy Vì cần phải có điểm thay dao Đối với máy phay trung tâm gia công thường bàn máy phải chạy điểm chuẩn, với máy tiện, thường dao nằm đầu Rơ-vôn-ve nên không cần phải chạy đến điểm chuẩn để thay dao mà đến vị trí đảm bảo an toàn để quay đầu Rơ vôn ve thay dao nhằm giảm thời gian phụ  Các dạng điều khiển CNC • Điều khiển điểm - điểm Với loại máy điều khiển điểm – điểm Trong trình gia công dụng cụ định vị nhanh đến tọa độ yêu cầu trình dịch chuyển nhanh dụng cụ, máy không thực chuyển động cắt gọt Chỉ đến vị trí yêu cầu thực chuyển động cắt gọt Ví dụ khoan lỗ, khoét, doa, đột dập, hàn điểm Điều khiển điểm - điểm (theo vị trí) dùng để gia công lỗ phương pháp khoan, khoét, doa cắt ren lỗ Chi tiết gia công gá cố định GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 26 Bài tập dài trang bị điện bàn máy, dụng cụ cắt thực chạy dao nhanh đến vị trí lập trình (hoặc chạy bàn máy) Khi đạt tới điểm đích dao bắt đầu cắt (Hình 1.16) Vị trí lỗ điều khiển đồng thời theo trục toạ độ (Hình 1.17 ) Hình 1.16 Điều khiển điểm – điểm Hình 1.17 Các dạng chạy dao điều khiển điểm điểm b) Điều khiển đồng thời theo trục c) Điều khiển • Điều khiển đường thẳng GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 27 Bài tập dài trang bị điện Hình 1.18 Điều khiển theo đường thẳng Là điều khiển mà gia công dụng cụ cắt thực lượng chạy dao theo đường thẳng Trên máy tiện dụng cụ cắt chuyển động song song vuông góc với trục chi tiết (trục Z) (hình vẽ) Trên máy phay dụng cụ cắt chuyển động song song với trục Y trục X (hình vẽ) dụng cụ cắt chuyển động độc lập theo trục • Điều khiển theo biên dạng (contour) Hình 1.19 Điều khiển contour máy tiện (a) máy phay (b) Điều khiển theo biên dạng cho phép thực chạy dao nhiều trục lúc Các chuyển động theo trục có quan hệ hàm số ràng buộc với Dạng điều khiển áp dụng máy tiện, máy phay trung tâm gia công Có dạng điều khiển : điều khiển contour 2D, 1/2D điều khiển 3D (D chiều) - Điều khiển contour 2D: Cho phép thực chạy dao theo trục đồng thời mặt phẳng gia công (ví dụ mặt phẳng XZ, XY) Trục thứ điều khiển hoàn toàn độc lập với trục GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 28 Bài tập dài trang bị điện Hình 1.20 Điều khiển contour 3D - Điều khiển contour 21/2D: điều khiển contour 21/2D cho phép ăn dao đồng thời theo trục để gia công bề mặt mặt phẳng định Trên máy CNC có trục X, Y, Z ta điều khiển đồng thời X Y, X Z, Y Z Trên máy phay điều có nghĩa chiều sâu cắt thực trục trục, trục để phay contour (hình vẽ) - Điều khiển contour 3D: điều khiển contour 3D cho phép đồng thời chạy dao theo trục X, Y, Z (hình vẽ) Điều khiển contour 3D áp dụng để gia công khuôn mẫu, gia công chi tiết có bề mặt không gian phức tạp 2.2 Máy tiện CNC 2.2.1 Cấu trúc máy tiện CNC GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 29 Bài tập dài trang bị điện Hình 2.1 Máy tiện CNC dùng công nghiệp  Phần điều khiển chuyển động  Hệ thống khí  Phần điều khiển trung tâm  Hệ thống cảm biến  Hệ thống điện  Hệ thống điện tử  Hệ thống đảm bảo an toàn  Hệ thống làm mát  Hệ toạ độ  Truyền thông  Hệ điều khiển CNC  Dụng cụ cắt  Hệ thống mang dao  Cơ cấu tiện tự động dao  Đồ gá a, Phần điều khiển chuyển động PC: máy tính cá nhân dùng để lập trình chương trình gia công CNC: gồm cụm điều khiển máy cụm dẫn động động hình thành sở thiết bị điện tử, thiết bị vào thiết bị số Nhiệm vụ hình thành thuật toán tính toán số học logic Driver: thiết bị kiểm soát điều khiển tốc độ động GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 30 Bài tập dài trang bị điện Hình 2.2 Driver UDX 5114 hãng VEXTA Motion card Kiểm soát việc nội suy dạng đường gia công ằng việc kiểm soát chuyển động đồng thời động điều khiển trục b, Hệ thống khí • Cơ cấu chấp hành - Động bước Động bước (stepping motor) cấu chấp hành – điện dùng để biến đổi lượng điện thành chuyển động học Đặc tính chuyển động động bước rời rạc, trái ngược với đặc tính chuyển động quay liên tục trơn động DC AC Mỗi xung dòng cấp cho cuộn dây stato, trục động thực quay góc gọi bước góc Đặc điểm động bước tốc độ góc tỉ lệ với tần số xung vào Động bước điều khiển tín hiệu số sử dụng rộng rãi máy điều khiển số NC, máy in, robot, máy photocopy máy khác Động bước điều khiển vị trí tốc độ (dải tốc độ từ đến 300 vòng/phút) mà không cần mạch phản hồi đảm bảo độ xác vị trí Tần số cung cấp cho động nằm vùng tần số thấp Độ xác vị trí khoảng đến 5% bước góc Với công nghệ nay, công nghiệp sản xuất động bước với công suất lớn 2KW GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 31 Bài tập dài trang bị điện Ưu việt động bước chỗ có khả điều khiển trực tiếp mạch số Vì vậy, mạch điều khiển không cần mạch biến đổi số - tương tự (DAC) Và không cần chuyển mạch chổi than động chiều DC điều khiển secvo Điều khiển vị trí động bước tránh sai số tích luỹ chiều dài chuyển động Động bước sử dụng mạch điều khiển hở, ưu điểm khác động bước không gây ồn Động bước sản xuất theo tiêu chuẩn bước góc theo công suất Dải bước góc động từ 0,720 đến 900 tương ứng với 1,80, 7,50, 300 900 Động bước có ba kiểu: động bước nam châm vĩnh cửu PM (Permanent motor), động bước có từ trở biến đổi VR (Variable Reluctance stepper motor) động bước kết hợp từ hai dạng động bước PM VR gọi động lai (hybrid stepper motor) Do có phát triển mạnh mẽ hệ thống điều khiển nên kiểu động lai sử dụng ngày rộng rãi công nghiệp Hệ điều khiển động bước cần phải có hai chức năng: Cấp nguồn điện cho cuộn pha theo trình tự tín hiệu vào Chức thực nhờ mạch logic, mạch trình tự phần mềm điều khiển Nguồn điện cấp cho cuộn pha với thời gian ngắn Đây yếu tố quan trọng momen động cơ.Vì hệ số thời gian điện (L m/Rm) phải lớn đáng kể so với chiều rộng xung vào Động bước điều khiển theo ba cách: + Điều khiển bước (full step) cách điều khiển mà xuất xung điều khiển có cuộn pha cấp điện + Điều khiển bước điều khiển mà lần xuất xung điều khiển hai cuộn pha đồng thời cấp điện + Điều khiển nửa bước (half step) kiều điều khiển kết hợp hai kiểu bước: cấp điện cuộn pha cấp điện hai cuộn pha đồng thời - Bàn xe dao Là phận máy lắp hộp xe dao Bàn dao có nhiệm vụ kẹp chặt dao thực chuyển động chạy dao dọc chạy dao ngang - Bộ chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 32 Bài tập dài trang bị điện Bộ truyền vitme-đai ốc Trong máy công cụ điều khiển số người ta sử dụng hai dạng vít me bản: vít me – đai ốc với cặp tiếp xúc mặt gọi vít me đai ốc thường; vít me – đai ốc với cặp tiếp xúc lăn gọi vít me – lăn Vít me – lăn có hàng loạt ưu điểm sau: + Mất mát ma sát nhỏ, hiệu suất truyền gần η = 0.9 + Lực ma sát không phụ thuộc vân tốc Điều đảm bảo chuyển động ổn định + Có thể loại trừ khe hở tạo sức căng ban đầu đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao + Đảm bảo độ xác làm việc lâu dài c, Hệ thống cảm biến - Resolver Resolver thiết bị đo kiểu tương tự, dùng để đo vị trí tốc độ Thiết bị đo theo nguyên tắc cảm ứng điện từ Điện áp tín hiệu vào tỷ lệ với vị trí góc tốc độ trục Resolver Resolver có cấu trúc giống động điện xoay chiều loại nhỏ Hình 2.8 kiểu Resolver thường gặp máy CNC Nó gồm roto, stato, roto người ta lắp hai cuộn dây đặt chúng vuông góc với stato có hai cuộn dây đặt vuông góc với roto Nếu hai cuộn dây stato cấp điện áp xoay chiều Trên hai cuộn roto xuất điện áp điện áp cực đại cuộn dây roto stato Điện áp cuộn roto không cuộn dây roto stato vuông góc GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 33 Bài tập dài trang bị điện Hình Hình dáng Resolver Resolver lắp trục động nên quay, điện áp hai cuộn roto cuộn điện áp biến thiên theo dạng sóng sin, cuộn thứ hai theo dạng sóng cosin Tương tự ta cấp điện áp xoay chiều vào hai cuộn roto, hai cuộn dây stato cho điện áp dạng sóng sin cosin - Inductosyn Inductosyn thiết bị dùng để đo góc đo dịch chuyển dài có độ xác cao Hình 2.9 Hình dáng Inductosyn Hoạt động giống hoạt động Resolver Inductosyn có hai dạng: Thẳng quay.Nguyên lý làm việc Inductosyn thẳng trình bày hình 2.10 Khi cấp nguồn điện áp xoay chiều vào cuộn dây 1, xung quanh cuộn dây sinh từ trường, từ trường móc vòng qua cuộn dây với phương, chiều xác định theo nguyên tắc bàn tay trái Cho cuộn dây cuộn dây chuyển động tương Khi chuyển động cuộn xuất điện áp, điện áp tỉ lệ với khoảng GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 34 Bài tập dài trang bị điện cách dịch chuyển hai cuộn dây Inductosyn dạng thẳng cấu tạo gồm thước động (lắp bàn máy) thước tĩnh (lắp thân máy).Hai thước sản xuất từ vật liệu cách từ Keramic nhằm tránh bị mát từ thông Cuộn dây lắp thước tĩnh chế tạo theo phương pháp quang hóa bước vạch T=2mm Khi dịch chuyển vị trí thước Hình 2.10 trình biến thiên điện áp điểm dịch chuyển tương ứng Hình 2.10 Hình 2.10 Cách xếp cuộn dây dạng sóng sin Inductosyn - Cảm biến an toàn Dùng để bảo vệ hệ thống thực gia công Một số cảm biến an toàn: công tắc hành trình, cảm biến khoảng cách… d, Hệ thống điện Điện động lực: Cung cấp điện cho động trục chính, động bàn máy, động thay dao, bơm dầu… Điện điều khiển Điện báo, chiếu sáng e, Hệ thống điện tử Mạch chuyển đổi số-tương tự, tương tự-số: Chuyển đổi DAC chữ viết tắt tiếng Anh (Digital – to – Analog Converter) thiết bị dùng để chuyển đổi thông tin nhị phân thành điện áp tương tự tỉ lệ f, Hệ thống an toàn Đóng mở cửa vùng gia công Khi phôi gá, dụng cụ lắp cửa không đóng chương trình không chạy GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 35 Bài tập dài trang bị điện Cữ hành trình bàn máy Nhờ công tắc hành trình để kiểm soát hành trình đầu cuối bàn máy.Khi chạm cữ máy tự dừng Hệ thống CNC đòi hỏi độ an toàn cao, thông thường máy vận hành máy dịch chạy thử nhiều câu lệnh trước sau đưa tới hệ điều khiển chuyển động Nếu có lỗi lệnh máy dừng hoạt động từ trước để đảm bảo an toàn (vd: va dao,lỗi chương trình… ) g, Hệ thống làm mát Bơm dầu làm mát chi tiết dụng cụ cắt gia công Đây hệ thống thiếu máy CNC, đảm bảo tuổi thọ cho dụng cụ cắt Kết hợp đồng với hệ thống khác h, Truyền thông Hệ thống CNC đòi hỏi mối liên hệ CPU phận khác hệ thống Thiết bị truyền dẫn hệ CNC BUS BUS cho phép nhận gửi thông tin phận hệ thống Trong hệ thống CNC có thiết bị cần liên lạc: thiết bị thông báo, bàn điều khiển, thiết bị vào chương trình ứng dụng i, Panel điều khiển Hình 2.11 bảng điều khiển GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 36 Bài tập dài trang bị điện j, Dụng cụ cắt Dưới số loại dụng cụ cắt dùng máy tiện: gồm dao tiện ngoài, dao tiện rãnh, dao tiện lỗ 2.2.2 Nguyên lý hoạt động máy tiện CNC Tiện phương pháp gia công có phoi thực phối hợp hai chuyển động gọi chuyển động tạo hình gồm chuyển động chuyển động quay tròn chi tiết chuyển động chạy dao (chuyển động chạy dao dọc chuyển động chạy dao ngang) Chuyển động chuyển động tạo tốc độ cắt cho dao, chuyển động chạy dao thường bàn máy thực theo phương: ngang, dọc 2.2.3 Nghiên cứu cổng song song a, Giới thiệu cổng song song Cổng song song(LPT) cổng máy tính cá nhân PC dùng để kết nối máy tính với thiết bị ngoại vi (chủ yếu để kết nối với máy in nên ta thường gọi tên cổng song song cổng máy in) Dữ liệu truyền qua cổng theo cách song song, cụ thể liệu truyền bit đồng thời hay gọi byte nối tiếp bit song song Mức điện áp cổng song song sử dụng điện áp tương thích TTL(Transiztor – Transiztor - Logic) 0v → +5v đó: 0v mức logic LOW 2v → +5v mức logic HIGH Vì ghép nối với cổng ta ghép nối thiết bị ngoại vi có mức điện áp tương thích TTL Nếu thiết bị ngoại vi mức điện áp tương thích TTL ta phải áp dụng biện pháp ghép mức ghép cách ly qua ghép nối quang Khoảng cách cực đại thiết bị ngoại vi ghép nối với máy tính qua cổng song song thường bị hạn chế Lý tượng cảm ứng đường dẫn điện dung kí sinh hình thành đường dẫn làm biến dạng tín hiệu Khoảng cách giới hạn cực đại 8m Thông thường 1,5 đến 2m lí an toàn liệu GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 37 Bài tập dài trang bị điện Tốc độ truyền liệu qua cổng song song phụ thuộc vào phần cứng sử dụng Trên lý thuyết tốc độ đạt đến 1Mb/s với khoảng cách truyền hạn chế phạm vi 1m b, Cấu trúc cổng song song Cổng song song có hai loại: ổ cắm 36 chân ổ cắm 25 chân Ngày nay, loại ổ cắm 36 chân không sử dụng, hầu hết máy tính PC trang bị ổ cắm 25 chân nên ta cần quan tâm đến loại 25 chân Hình 4.32 Hình 4.32 Cổng song song 25 chân + Thanh ghi liệu (278H, 378H, 2BCH, 3BCH) Thanh ghi liệu đường dẫn hai hướng tất máy tính ghi xuất bit liệu từ D0 → D7 tương ứng vói từ chân → chân cổng song song Hình 4.33 Thanh ghi liệu + Thanh ghi trạng thái (279H, 379H, 2BDH, 3BDH) Thanh ghi giúp cho ta nhận liệu từ thiết bị ngoại vào máy tính qua cổng song song sử lý tín hiệu GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 38 Bài tập dài trang bị điện Hình 4.34 Thanh ghi trạng thái + Thanh ghi điều khiển (27AH, 37AH, 2BEH, 3BEH) Thanh ghi điều khiển hai hướng, hay nói cách khác bốn bit có giá trị thấp xếp vào chân 1, 14, 16, 17 Cụ thể sau : Hình 4.35 Thanh ghi điều khiển GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 39 [...]... tạp 2.2 Máy tiện CNC 2.2.1 Cấu trúc máy tiện CNC GVHD: TS.Chu Đức Toàn Page 29 Bài tập dài trang bị điện Hình 2.1 Máy tiện CNC dùng trong công nghiệp  Phần điều khiển chuyển động  Hệ thống cơ khí  Phần điều khiển trung tâm  Hệ thống cảm biến  Hệ thống điện  Hệ thống điện tử  Hệ thống đảm bảo an toàn  Hệ thống làm mát  Hệ toạ độ  Truyền thông  Hệ điều khiển CNC  Dụng cụ cắt  Hệ thống mang... • Hệ thống truyền dẫn( BUS) Hệ thống CNC đòi hỏi sự liên hệ giữa CPU và các bộ phận khác trong hệ thống Thiết bị truyền dẫn của CNC chính là BUS Có thể hiểu BUS là hệ thống các đường giao thông làm nhiệm vụ truyền dẫn thông tin từ CPU đến các bộ phận khác và ngược lại Dưới đây là sơ đồ khối thể hiện vị trí vai trò của BUS trong hệ thống điều khiển CNC Hình 1.8 Hình 1.8 Hệ thống liên lạc BUS • Hệ thống. .. đó mới đưa tới hệ điều khiển chuyển động Nếu có lỗi ở lệnh nào thì máy sẽ dừng hoạt động từ trước để đảm bảo an toàn (vd: va dao,lỗi chương trình… ) g, Hệ thống làm mát Bơm dầu làm mát chi tiết và dụng cụ cắt khi gia công Đây là hệ thống không thể thiếu trong máy CNC, đảm bảo tuổi thọ cho dụng cụ cắt Kết hợp đồng bộ với các hệ thống khác h, Truyền thông Hệ thống CNC đòi hỏi mối liên hệ giữa CPU và... máy kèm với tên máy ví dụ máy tiện CNC ba trục, máy tiện CNC bốn trục để gọi tên của máy Để mô tả máy CNC từ đơn giản đến phức tạp, các nước khác nhau đặt ra tiêu chuẩn khác nhau về số trục chuyển động cần thiết Tiêu chuẩn của tập đoàn công nghiệp EIA (Electronic Industries Association) EIA đưa ra tiêu chuẩn EIA – 267 – B Tiêu chuẩn này có thể miêu tả tất cả các máy NC và CNC từ đơn giản đến phức tạp... đó b, Hệ toạ độ Nhiệm vụ chính của chương trình NC là cung cấp thông tin điều khiển chuyển động dụng cụ hình thành các đường hình học đã được thiết kế trên chi tiết Chương trình NC đòi hỏi phải có hệ toạ độ mà hệ toạ độ đó dùng để xác định vị trí của vật thể trên máy Trên máy CNC có hai hệ toạ độ dùng để xác định mọi vị trí chi tiết trên máy: hệ toạ độ Decac và hệ toạ độ cực  Hệ toạ độ Decac Hệ toạ... được gửi đi Sau đó hệ thống điều khiển có nhiệm vụ bù lại các sai lệch và tiếp tục gửi đến các cơ cấu chấp hành cho đến khi thông tin về kết quả thực hiện phản hồi trở lại “khớp” với thông tin được gửi đi Như vậy, ta có thể nói hệ điều khiển máy CNC trong công nghiệp là một hệ điều khiển kín (dữ liệu lưu thông theo một vòng kín) Để tiện cho việc trình bày, hệ thống điều khiển máy CNC có thể được chia... để xác định và hiệu chỉnh hệ thống đo lường dịch chuyển Hình 1.13 Ví dụ về điểm W và điểm P trên máy tiện • Điểm gốc của phôi W: Còn gọi là điểm zero của phôi (Workpiece zero point), ký hiệu là W xác định hệ tọa độ của phôi trong quan hệ với điểm zero của máy (M) Điểm W của phôi được chọn bởi người lập trình và được đưa vào hệ điều khiển của CNC trong quá trình đặt số liệu máy trước khi gia công Điểm... Điều khiển về gốc máy bằng nhờ phần mềm (chương trình) thường trú trong máy Trước khi quá trình thay dụng cụ xảy ra, trục chính và bàn máy được đưa về gốc máy bằng chương trình Hệ điều khiển Funuc và Mitsubishi dùng mã lệnh G28 để thực hiện mục đích đó Khi máy bị mất điểm gốc máy, người sử dụng có thể xử lý để có điểm gốc mới hoặc thay thế điểm gốc bằng điểm khác theo cách sau: - Chuyển máy về nơi sản... từng trục Điều khiển tự động thực hiện bằng chương trình thường trú trong máy Thực hiện chức năng quay về điểm gốc quay về, hệ điều khiển Funuc sử dụng mã lệnh G28 và G30 Mã lệnh G28 dùng để thay dụng cụ tự động, lệnh G30 dùng xác định điểm gốc quay về thứ hai, thứ ba và thứ tư c, Hệ điều khiển máy CNC Về mặt tổng quát, các máy CNC trong công nghiệp đều được điều khiển theo một nguyên tắc nhất định Dữ... trang bị điện trong máy công cụ điều khiển số Hệ toạ độ này dùng để biểu diễn mối quan hệ vị trí giữa dụng cụ cắt và chi tiết và nó được gọi là hệ toạ độ máy Hệ toạ độ Decac có hai nguyên tắc thiết lập: hệ toạ độ tuân theo nguyên tắc bàn tay phải và tuân theo nguyên tắc bàn tay trái Không giới hạn bởi ba kích thước của hệ toạ Decac gần với máy mà hệ điều khiển máy có thể nhận biết được gọi là vùng gia