Giáo trình công nghệ CNC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1Điều khiển số 1.1.1 Định nghĩa điều khiển số 1.1.2 Kỹ thuật NC CNC 1.1.3 Ưu điểm điều khiển số 1.2 Các qui ước chung máy CNC 1.2.1 Qui tắc bàn tay phải xác định hệ toạ độ 1.2.2 Hệ toạ độ Đề-các máy phay CNC 1.2.3 Hệ toạ độ tuyệt đối phay CNC 1.2.4 Hệ toạ độ tương đối phay CNC 1.2.5 Hệ toạ độ máy tiện CNC 1.2.6 Lập trình theo đường kính bán kính 1.2.7 Hệ toạ độ tuyệt đối tương đối tiện CNC 1.3 Phương thức di chuyển dao CHƯƠNG TỰ ĐỘNG HÓA QÚA TRÌNH SẢN XUẤT – SỰ RA ĐỜI CỦA MÁY CNC Trong nửa thập kỷ qua, giới chứng kiến đời phát triển vũ bão KTĐK tự động Và nhanh chóng KTĐK tự động ứng dụng vào công nghệ chế tạo sản phẩm khí Sự phát triển tự động hóa QTSX tóm lược sau I NC (Numerical Control) 1.1 Lòch sử đời NC Cũng kỹ thuật tiên tiến khác, NC đời vào đầu thập niên 50 phòng thí nghiệm học viện Massachusetts Khi đời, máy NC cắt đường thẳng xác hiệu qủa Điều gây nhiều khó khăn máy phải thực vô số đường thẳng ngang, dọc (hình 1.1) Hình 1.1 Vấn đề dẫn đến đời APT (Automatically Programme Tools) Đây loại ngôn ngữ lập trình cho NC, dùng câu lệnh tiếng Anh để đònh nghóa đường di chuyển hình học, dụng cụ thò cần thiết khác Đây tiền đề cho phát triển NC Ban đầu chương trình NC mã hóa băng đục lỗ, sau dùng băng từ Sau máy tính đời, băng đục lỗ, băng từ thay thiết bò xử lý dự liệu máy tính 1.2 Máy NC Máy NC bao gồm phận a) Bộ điều khiển máy (Machine Control Unit : MCU) Là phận thực chức sau: - Đọc giải mã chương trình - Đưa lệnh điều khiển - Nhận tín hiệu phản hồi xử lý MCU bao gồm phận sau DPU ( Data processing Unit): Bộ xử lý liệu CLU ( Control Loop Unit) : Bộ thực điều khiển DPU: Đọc liệu từ chương trình băng đục lỗ, đóa từ,…và giải mã tín hiệu thành dự liệu số Sau gửi tín hiệu đến CLU CLU: nhận dự liệu giải mã từ DPU, đưa lệnh điều khiển máy, nhận tín hiệu phản hồi so sánh xử lý đạt độ xác yêu cầu DPU sau đọc khối lệnh b) Máy công cụ (Machine Tool): Tương tự máy công cụ thông thường, chuyển động trục thực động servo động bước thông qua truyền động vitme đai ốc bi (sẽ trình bày chương sau) Trên hình 1.2 sơ đồ thành phần cấu tạo máy NC Số xung = vò trí trục Tần số xung: tốc độ trục Hình 1.2 thành phần máy NC Máy NC khắc phục hạn chế mà máy công cụ truyền thống không thực Với máy NC, độ xác gia công cao hơn, tiết kiệm dụng cụ hơn, dễ tự động hóa Sự đời NC đưa đến đời hàng loạt phương pháp gia công đại, tiên tiến khác như: EDM Laser Cutting Electron Beam welding Water jet ………… II DNC ( Direct NC): Vào giửa thập niên 60, với đời máy tính, người ta nghó đến việc thay đổi việc mã hóa liệu băng đục lỗ, băng từ máy tính nhằm giảm bơt yêu cầu phần cứng, lập trình đơn giản hơn, nhanh chóng linh hoạt Vào thời điểm này, máy tính mắc tiền nên người ta dùng máy chủ (host) để điều khiển chung nhiều máy NC qua mạng kết nối.Hệ thống gọi DNC(h.1.3) Hình 1.3 Hệ thống DNC III CNC ( Computer Numerical Control) Vào cuối thập niên 60, đời công nghệ vi xử lý đưa đến xuất PLC, Microcomputer Các thiết bò sau đời ứng dụng máy NC hệ máy CNC đời Với CNC, máy NC phục vụ PLC Computer riêng Điều cho phép chương trình nhập lưu trữ riêng máy CNC Nhưng lại xuất vấn đề quan lý liệu (giữa máy liên hệ chặt chẽ với nhau) Một máy CNC bao gồm phận sau.Hình 1.4 • Chương trình gia công (Part program ) • Thiết bò đọc chương trình(Program input device ) • Machine control unit (MCU) • Hệ thống truyền động (Drive system ) • Máy công cụ (Machine tool) • Hệ thống phản hồi (Feedback system) Hình 1.4 Cấu trúc máy CNC DNC II ( Distributed NC) Để việc quản lý liệu giửa CNC tốt hơn, hệ thống DNCII đưa vào ứng dụng sản xuất, kết hợp giửa DNC CNC Hệ thống DNC II bao gồm máy tính chủ (Host Computer) máy tính cục (Local computer) kết nối với Nó cho phép chương trình gia công lưu máy chủ nên việc quản lý tốt Các chưưng trình download xuống local computer PLC Và ta có nhập chương trình dao diện trực tiếp từ máy cục (local) Và máy chủ bò ngưng máy CNC hoạt động bình thường Đây ưu điểm DNC II so với DNC Hình 1.5 Hệ thống DNCII V Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS: Flexible Manufacturing System) Vào giửa thập niên 60, công ty Molins Ltd (anh) phát triển hệ thống 24, tiền thân hệ thống FMS Tuy nhiên hạn chế kỹ thuật nên hệ thống sản xuất linh hoạt dừng lại mức độ lý thuyết, ý tưởng suốt năm 60s, 70s vào cuối thập niên 1970, đầu thập niên 1980s, với phát triển mạnh công nghệ điều khiển phức tạp nhờ máy tính, hệ thống FMS ứng dụng thành công Hệ thống FMS dược ứng dụng chủ yếu US lónh vực chế tạo ô tô, xe giới, máy bay…Hệ thống FMS điển hình bao gồm: • thiết bò xử lý: Maý công cụ, hệ thống lắp ráp, Rôbot • Thiết bò xử lý phôi: Robot, băng tải, Hệ thống vận chuyển tự động (AGV : Automated guided vehicles) • Hệ thống trao đổi thông tin • Hệ thống điều khiển máy tính FMS tạo nên bước tiến hướng đến việc tích hợp hoàn toàn qúa trình sx, dựa hệ thống, quan điểm tự động hóa sau • CNC • DNC II • Hệ thống xử lý phôi liệu tự động (Automated material handling system.) • Công nghệ nhóm (Group Technology) Về FMS bao gồm thành phần sau • • • • • Máy gia công tự động (Automated NC machining operations) Hệ thống xử lý phôi tự động ( robots, AGVS hệ thống lưu kho tự động (AS:Automated storage)/ Hệ thống truy xuất (RS: Retrieval System) Hệ thống thay dao tự động (automated tool changers) Hệ thống điều khiển máy tính (Computer controlled system) Con người ( Human operator) • Công nghệ nhóm (Group technology) Một số mô hình FMS điển sau Hình 1.6 Single machine cell ( tế bào sản xuất đơn) Hình 1.7 Tế bào sản xuất gồm nhiều trạm (multiple workstation Cell) Hính.8 FMS với hệ thống lưu, xuất kho tự động AS/RS Hình 1.9 FMS hãng sản xuất Vought Aircraft Hệ thống FMS kín Hệ thống FMS bậc thang Hình 10 Các sơ đồ FMS VI Hệ thống sản xuất tích hợp – CIM( Computer Intergated Manufacturing) Ý tường hệ thống sx tích hợp Josheph Harington đề cập đến vào năm 1974, phải qua hàng chục năm đến đầu thập niên 1990s, hệ thống ứng dụng thành công Mỹ CIM hệ thống tích hợp toàn thành phần qúa trình sx, xử lý điều khiển máy tính Từ việc phân tích thò trường,thiết kế, chuẩn bò phôi liệu, chuẩn bò tổ chức sx, kiểm tra chất lượng sản phấm việc phân phối thò trường Tóm lại Lòch sử phát triển sản xuất xã hội trải qua giai đoạn sau: - Sản xuất thủ công - Cơ khí hóa, chuyên môn hóa - Tự đông hóa - Tích hợp Với việc tích hợp qúa trình sản xuất, xuất tăng lên nhiều lần, tính linh hoạt hệ thống cao giúp đáp ứng nhanh nhu cầu thò trường Tăng lợi cạnh tranh Chương 2: MÁY ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG TRÌNH SỐ I Khái Niệm Cơ Bản Điều khiển - Các đại lượng đầu vào - Các đại lượng đầu : Là đại lượng phụ thuộc vào đại lượng vào theo quy luật đònh Điều khiển số NC ( Numeric Control ) - Là hệ thống hoạt động điều khiển trực tiếp liệu số - Là hình thức tự động hóa lập trình Chương trình gồm thò mã hóa dạng số, kí tự chữ, kí tự đặc biệt khác Các thò bao gồm: + Chỉ thò điều khiển: chuyển thành dạng: Tín hiệu xung điện (Pulse): điều khiển tốc độ, số vòng quay động truyền động + Tín hiệu đóng/ngắt (ON/OFF) : cung cấp chất bôi trơn làm nguội, chọn thay dao, dừng máy, kẹp nhả fôi + Thông tin hình học ( Geometrical Information) Là hệ thống thông tin điều khiển chuyển động tương đối dao cụ chi tiết, gọi thông tin đường dòch chuyển + Thông tin công nghệ ( Technological Information ) Là hệ thống thông tin cho phép máy thực gia công với giá trò công nghệ yêu cầu Vd: chuẩn hóa gốc tọa độ, chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chiều quay trục chính, đóng hay tắt dung dòch trơn nguội điều khiển số máy tính (CNC) + đònh nghóa: CNC hệ thống NC sử dụng máy tính thiết lập trực tiếp hệ điều khiển máy + Đặc điểm: - Được điều khiển thò lưu trữ nhớ máy tính để thực phần hay toàn chức điều khiển số - Được phát triển dựa thành tựu công nghệ vi điện tử, vi xử lí - Các hệ điều khiển CNC có khả thực chức điều khiển phần mềm -> đơn giản mạch điều khiển CNC -> giảm giá thành , tăng độ tin cậy *** Hầu hết hệ điều khiển số hệ dạng CNC Máy công cụ điều khiển theo chương trình số (M-CNC) Là hệ máy công cụ điều khiển theo chương trình viết mã kí tự số, chữ kí tự chuyên dụng khác điều khiển máy tính II Cấu trúc hệ thống CNC: Hệ thống CNC gồm phần chính: Hình 2.1 - Chương trình gia công(part program) - Thiết bò đọc chương trình ( program input device) - Hệ điều khiển máy (MCU) - Hệ thống truyền động ( drive system) - Máy công cụ(machine tool) - Hệ thống phản hồi ( feedback system) Hình 2.1 Cấu trúc máy CNC III khả CNC + Hiển thò chương trình mô đồ họa trình gia công + Nhập liệu + Lưu trữ chương trình + Biên tập chương trình + Kiểm tra chương trình + Chẩn đoán lỗi + Tiện ích giao tiếp + Quản lí liệu + Hệ tọa độ hệ đơn vò + Đònh dạng mã điều khiển + Khả tính toán + Bù trừ đường kính chiều dài dao + Nội suy hình học + Chức lập trình IV ưu nhược điểm CNC • ưu điểm cnc + Nâng cao suất + Độ xác độ xác lặp lại cao + Hạ giá thành sản xuất + Giảm giá thành điều hành gián tiếp + Đáp ứng nhanh nhu cầu thò trường, gia công nhiều bề mặt phức tạp • Nhược điểm CNC + Chi phí đầu tư ban đầu cao + Chi phí lập trình máy tính kèm theo + Chi phí bảo trì cao cần phải có thợ bảo trì chuyên nghiệp V Một số ứng dụng máy CNC Máy CNC ngày ứng dụng rộng rãi chế tạo khí như: - Máy phay CNC - Máy tiện CNC - Máy gia công tia lửa điện CNC dùng điện cực nhúng - Máy gia công tia lửa điện dùng dây cắt CNC - Máy khoan CNC - Máy mài CNC - Máy gia công dùng tia laser CNC - Máy gia công tia nước CNC - Máy hàn CNC - Máy đo ba chiều CNC… Hình 2.2 Máy Phay CNC đứng (Vertical Milling CNC) Hình 2.3 Trung tâm phay đứng CNC (CNC Vertical machining center ) Hình 2.4 Trung tâm phay CNC ngang (CNC Horizontal machining center ) Hình 2.5: Máy khoan ngang CNC (horizontal Drilling CNC) Hình 2.6 Máy Khoan CNC đứng Hình 2.7 Máy tiện CNC Hình 2.8 Máy tiện CNC hai đầu dao (CNC Dual turret turning center ) Hình 2.9 Máy đo toạ độ chiều CNC ( CNC Measuring machine) Hình 2.10 Máy gia công tia lửa điện EDM Wire Cut [...]... cắt CNC - Máy khoan CNC - Máy mài CNC - Máy gia công dùng tia laser CNC - Máy gia công tia nước CNC - Máy hàn CNC - Máy đo ba chiều CNC Hình 2.2 Máy Phay CNC đứng (Vertical Milling CNC) Hình 2.3 Trung tâm phay đứng CNC (CNC Vertical machining center ) Hình 2.4 Trung tâm phay CNC ngang (CNC Horizontal machining center ) Hình 2.5: Máy khoan ngang CNC (horizontal Drilling CNC) Hình 2.6 Máy Khoan CNC. .. trúc hệ thống CNC: Hệ thống CNC gồm 6 phần chính: Hình 2.1 - Chương trình gia công( part program) - Thiết bò đọc chương trình ( program input device) - Hệ điều khiển máy (MCU) - Hệ thống truyền động ( drive system) - Máy công cụ(machine tool) - Hệ thống phản hồi ( feedback system) Hình 2.1 Cấu trúc của máy CNC III khả năng của CNC + Hiển thò chương trình và mô phỏng bằng đồ họa quá trình gia công + Nhập... trường, gia công nhiều bề mặt phức tạp • Nhược điểm của CNC + Chi phí đầu tư ban đầu cao + Chi phí lập trình và máy tính kèm theo + Chi phí bảo trì cao và cần phải có thợ bảo trì chuyên nghiệp V Một số ứng dụng của máy CNC Máy CNC ngày nay đã được ứng dụng rất rộng rãi trong chế tạo cơ khí như: - Máy phay CNC - Máy tiện CNC - Máy gia công tia lửa điện CNC dùng điện cực nhúng - Máy gia công tia lửa... trên những thành tựu của công nghệ vi điện tử, vi xử lí - Các hệ điều khiển CNC có khả năng thực hiện các chức năng điều khiển bởi phần mềm -> đơn giản các mạch điều khiển CNC -> giảm giá thành , tăng độ tin cậy *** Hầu hết các hệ điều khiển số thế hệ mới đều ở dạng CNC 4 Máy công cụ điều khiển theo chương trình số (M -CNC) Là thế hệ máy công cụ được điều khiển theo chương trình viết bằng mã kí tự... thông tin về đường dòch chuyển + Thông tin công nghệ ( Technological Information ) Là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với những giá trò công nghệ yêu cầu Vd: chuẩn hóa gốc tọa độ, chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chiều quay trục chính, đóng hay tắt dung dòch trơn nguội 3 điều khiển số bằng máy tính (CNC) + đònh nghóa: CNC là hệ thống NC sử dụng máy tính thiết... quá trình gia công + Nhập dữ liệu + Lưu trữ chương trình + Biên tập chương trình + Kiểm tra chương trình + Chẩn đoán lỗi + Tiện ích giao tiếp + Quản lí dữ liệu + Hệ tọa độ và hệ đơn vò + Đònh dạng mã điều khiển + Khả năng tính toán + Bù trừ đường kính và chiều dài dao + Nội suy hình học + Chức năng lập trình IV ưu và nhược điểm của CNC • ưu điểm của cnc + Nâng cao năng suất + Độ chính xác và độ chính... Horizontal machining center ) Hình 2.5: Máy khoan ngang CNC (horizontal Drilling CNC) Hình 2.6 Máy Khoan CNC đứng Hình 2.7 Máy tiện CNC Hình 2.8 Máy tiện CNC hai đầu dao (CNC Dual turret turning center ) Hình 2.9 Máy đo toạ độ 3 chiều CNC ( CNC Measuring machine) Hình 2.10 Máy gia công tia lửa điện EDM Wire Cut ... mới được ứng dụng thành công ở Mỹ CIM là hệ thống tích hợp toàn bộ các thành phần của qúa trình sx, được xử lý và điều khiển bởi máy tính Từ việc phân tích thò trường,thiết kế, chuẩn bò phôi liệu, chuẩn bò và tổ chức sx, kiểm tra chất lượng sản phấm cho đến cả việc phân phối ra thò trường Tóm lại Lòch sử phát triển của sản xuất xã hội trải qua các giai đoạn sau: - Sản xuất thủ công - Cơ khí hóa, chuyên... vào các đại lượng vào theo quy luật nhất đònh nào đó 2 Điều khiển số NC ( Numeric Control ) - Là hệ thống các hoạt động được điều khiển trực tiếp bởi dữ liệu số - Là hình thức tự động hóa bằng lập trình Chương trình gồm các chỉ thò được mã hóa dưới dạng số, kí tự chữ, và các kí tự đặc biệt khác Các chỉ thò này bao gồm: + Chỉ thò điều khiển: được chuyển thành 2 dạng: Tín hiệu xung điện (Pulse): điều khiển... giai đoạn sau: - Sản xuất thủ công - Cơ khí hóa, chuyên môn hóa - Tự đông hóa - Tích hợp Với việc tích hợp qúa trình sản xuất, năng xuất tăng lên nhiều lần, tính linh hoạt của hệ thống rất cao giúp đáp ứng nhanh nhu cầu của thò trường Tăng lợi thế cạnh tranh Chương 2: MÁY ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG TRÌNH SỐ I Khái Niệm Cơ Bản 1 Điều khiển - Các đại lượng đầu vào - Các đại lượng đầu ra : Là các đại lượng phụ ... CNC - Máy tiện CNC - Máy gia công tia lửa điện CNC dùng điện cực nhúng - Máy gia công tia lửa điện dùng dây cắt CNC - Máy khoan CNC - Máy mài CNC - Máy gia công dùng tia laser CNC - Máy gia công. .. system) Hình 2.1 Cấu trúc máy CNC III khả CNC + Hiển thò chương trình mô đồ họa trình gia công + Nhập liệu + Lưu trữ chương trình + Biên tập chương trình + Kiểm tra chương trình + Chẩn đoán lỗi +... nước CNC - Máy hàn CNC - Máy đo ba chiều CNC Hình 2.2 Máy Phay CNC đứng (Vertical Milling CNC) Hình 2.3 Trung tâm phay đứng CNC (CNC Vertical machining center ) Hình 2.4 Trung tâm phay CNC ngang