Bai giang May CNC và Robot cong nghiep.pdf

Bài giảng máy CNC và Robot công nghiệp.

1Máy CNC vàRobot công nghiệpTăng Quốc NamHọc viện Kỹ thuật Quân sựT.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCNGiới thiệu về môn học1. Tên môn học: Máy điều khiển theo chơng trình số và robot công nghiệp2. Số lợng đơn vị học trình: 02 (30 tiết)3. Mục tiêu của môn học* Kiến thức:- Củng cố các kiến thức cơ bản về máy cắt kim loại điều khiển theo chơng trình số- Hiểu đợc cấu trúc hệ thống điều khiển theo chơng trình số cho máy cắt kim loại-Biết đợc cấu trúc, động học và ứng dụng của robot công nghiệp* Kỹ Năng: Vận dụng đợc các kiến thức để có thể tiếp cận đợc công nghệ gia công trên máy CNC. 2T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCNGiới thiệu về môn họcTài liệu học tập[1]. Nguyễn Ngọc Cẩn - Máy điều khiển theo chơng trình số[2]. Nguyễn Ngọc Cẩn - Điều khiển tự động - NXB khoa học kỹ thuật[3]. Tạ Duy Liêm - Máy điều khiển theo chơng trình số và robot công nghiệp Trờng ĐHBK Hà Nội - 1996[4]. Tạ Duy Liêm - Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ - NXB khoa học & kỹ thuật 1999[5]. Nguyễn Thiện Phúc - Ngời máy công nghiệp - Trờng ĐHBK HàNội 1995[6] Bi gingT.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCNChơng 1. Máy cắt kim loại điều khiển theo chơng trình số(Máy CNC)# 1.1 Lịch sử máy CNC và các khái niệm liên quan# 1.2 Điều khiển theo chơng trình số# 1.3 Kết cấu máy CNC# 1.4 Hiệu quả sử dụng máy CNC 3T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN1.1. Lịch sử máy CNC và các khái niệm liên quanT.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCNLàm thế nào để gia công các chi tiết, khuôn mẫu phức tạp?# Xa xa-Đợc chia thành các phần đơn giản hơn để gia công- Sau khi gia công xong, chúng mới đợc ghép lại với nhau thành chi tiết hoàn chỉnh bằng phơng pháp hàn, tán. - Công nghệ đó đắt và không đảm bảo đợc độ chính xác về kích thớc và hình học mong muốn cũng nh sự đồng đều về cơ tính vật liệu. # Sau này- Dùng máy chép hình, ngời ta đã chế tạo đợc các chi tiết phức tạp hơn.- Công nghệ gia công trên máy chép hình vẫn còn nhiều nhợc điểm độ chính xác không cao (do quán tính của hệ thống lớn, do sai số của mẫu, .), năng suất thấp (do phải hạn chế tốc độ trợt của đầu dò trên mẫu), đắt và kém linh hoạt (vì các dỡng mẫu là các chi tiết cơ khí chính xác, dùng vật liệu đặc biệt nên khó chế tạo). 4T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCNNC# NC = Numerical Control# ý tởng về điều khiển số (NC)- Có thể hình dung máy công cụ điều khiển số là một máy chép hình, nhng các dỡng, mẫu, cam, . cơ khí đợc thay bằng chơng trình máy tính. -Chơng trình không bị mòn nh các dỡng mẫu, mang đi mang lại dễ dàng. - Việc soạn thảo, sửa đổi chơng trình lại dễ, nhanh và rẻ hơn nhiều so với chế tạo cam, dỡng, . # 3 nguyên tắc đối với máy NC công nghiệp- Sử dụng máy tính để tính toán quỹ đạo chạy dao và lu dữ liệu vào bìa đục lỗ.- Dùng thiết bị đọc tại máy để tự động đọc dữ liệu từ bìa đục lỗ.- Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ xử lý và liên tục đa ra thông tin điều khiển các động cơ đợc gắn lên trục vít me.T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCNLịch sử phát triển NC# 1949: - Mẫu đầu tiên của máy NC do MIT (Viện công nghệ Massachusetts) thiết kế và chế tạo theo đặt hàng của Không lực Hoa kỳ, để sản xuất các chi tiết phức tạp và chính xác của máy bay.# 1952: - chiếc máy phay đứng 3 trục điều khiển số của hãng Cincinnati Hydrotel đợc trng bày tại MIT. # 1960s: -máy NC đợc sản xuất và sử dụng trong công nghiệp. - các bộ điều khiển số đầu tiên dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, cồng kềnh và tiêu tốn nhiều năng lợng. -chơng trình đợc chứa trong các băng và bìa đục lỗ, khó hiểu và không sửa chữa đợc. -Giao tiếp ngời - máy rất khó khăn vì không có màn hình, bàn phím. # 1970s:- các linh kiện bán dẫn đợc sử dụng phổ biến trong công nghiệp - máy NC gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn ít năng lợng hơn, . - các băng đục lỗ sau này đợc thay bằng băng hoặc đĩa từ, . - tính năng sử dụng của các máy NC vẫn cha đợc cải thiện đáng kể, cho đến khi máy tính đợc ứng dụng. 5T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCNCNC # CNC = Computer Numerical Control# Đầu 1970s, máy CNC ra đời: - Các bộ điều khiển số trên máy công cụ đợc tích hợp máy tính và thuật ngữ CNC ra đời.# Máy CNC u việt hơn máy NC thông thờng về nhiều mặt- tốc độ xử lý cao, kết cấu gọn, . - u điểm quan trọng nhất của chúng là ở tính năng sử dụng, giao diện với ngời dùng và các thiết bị ngoại vi khác. # Các máy CNC ngày nay- có màn hình, bàn phím và nhiều thiết bị khác để trao đổi thông tin với ngời dùng. - nhờ màn hình, ngời dùng đợc thông báo thờng xuyên về tình trạng của máy, cảnh báo báo lỗi và nguy hiểm có thể xảy ra, có thể mô phỏng đểkiểm tra trớc quá trình gia công, . - có thể làm việc đồng bộ với các thiết bị sản xuất khác nh robot, băng tải, thiết bị đo, . trong hệ thống sản xuất. - có thể trao đổi thông tin trong mạng máy tính các loại, từ mạng cục bộ(LAN) đến mạng diện rộng (WAN) và Internet. T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCNCNC và CAD/CAM# CAD (Computer Aided Design) - "thiết kế có trợ giúp của máy tính- là một lĩnh vực ứng dụng của CNTT vào thiết kế. - trợ giúp cho các nhà thiết kế trong việc mô hình hoá, lập và xuất các tài liệu thiết kế dựa trên kỹ thuật đồ hoạ. # CAM (Computer Aided Manufacturing) - "sản xuất có trợ giúp của máy tính- xuất hiện do nhu cầu lập trình cho các thiết bị điều khiển số (máy CNC, robot, thiết bị vận chuyển, kho tàng, kiểm tra) và điều khiển chúng. # CAD/CAM- vốn xuất hiện độc lập với nhau, nhng ngày càng xích lại gần nhau.- là thuật ngữ ghép, dùng để chỉ một môi trờng thiết kế - sản xuất với sự trợ giúp của máy tính.# Sự phát triển của máy CNC và công nghệ gia công trên máy CNC liên quan đến:- kỹ thuật điều khiển tự động,- kỹ thuật thiết kế và sản xuất có trợ giúp của máy tính (CAD/CAM). 6T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCNCNC và FMS/CIM# FMS- Một hệ thống sản xuất tự động, có khả năng tự thích ứng với sựthay đổi đối tợng sản xuất đợc gọi là hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing System - FMS).- FMS gồm máy các CNC, robot, các thiết bị vận chuyển, thiết bị kiểm tra, đo lờng, . làm việc dới sự điều khiển của một mạng máy tính. # CIM- Sự tích hợp mọi hệ thống thiết bị sản xuất và tích hợp mọi quá trình thiết kế - sản xuất - quản trị kinh doanh nhờ mạng máy tính với các phần mềm trợ giúp công tác thiết kế và công nghệ, kinh doanh, . tạo nên hệ thống sản xuất tích hợp nhờ máy tính (Computer Integrated Manufacturing - CIM).T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCNLịch sử phát triển của CNC 7T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN1.2. Điều khiển theo chơng trình số1.2.1 Nguyên tắc cấu trúc1.2.2 Các dạng điều khiển1. Điều khiển theo điểm2. Điều khiển theo đờng3. Điều khiển theo phi tuyến (contour)1.2.3 Vật mang tin và cốt mã hoáT.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN1.2.1 Nguyên tắc cấu trúc# Sơ đồ khối hệ thống điều khiển theo chơng trình số 8T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN# Nguyên tắc điều khiển CNC:Bộ điều khiển trung tâm (MCU Machine Control Unit) đảm nhiệm việc điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống.# Nhiệm vụ của MCU:- Đọc, giải mã các lệnh trong chơng trình NC,- Lọc và xử lý các thông tin hình học và thông tin công nghệ, tính toán các thông số điều khiển,- Xuất các tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu tơng ứng: trục chính, chạy dao, thay dao và các thiết bị phụ trợ khác;- Giám sát quá trình để đảm bảo yêu cầu công nghệ và sự an toàn của thiết bị. Chức năng giám sát và một phần chức năng điều khiển thờng đợc thực hiện thông qua PLC. T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN# Nhập dữ liệu vào bộ nhớ của máy:-bàn phím-các phơng tiện đọc khác, nh: đọc đĩa, đọc băng. - trao đổi dữ liệu với các thiết bị lu trữ bên ngoài qua giao diện truyền thông chuẩn, nh RS 232, RS 485. 9T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN- Tính toán công nghệ (2): Các thông tin công nghệ, nh chọn dao, chiều và tốc độ quay trục chính, tới dung dịch hoặc dừng, . đợc chuyển tới hệ thống tơng ứng thông qua bộ hiệu chỉnh (4), thờng là PLC. - Tính toán hình học (3): Thông tin hình học của đờng chạy dao (dạng, hớng, tốc độ) đợc phân tích thành chuyển động độc lập của các trục. Bộ phận thực hiện việc đó gọi là bộ nội suy (3).# Xử lý dữ liệu:- Do bộ xử lý trung tâm (CPU) thực hiện.- Trên cơ sở các dữ liệu trong chơng trình, CPU tính toán các thông sốđiều khiển hệ thống. T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN# Điều khiển trục (điều khiển vị trí)- Lệnh chạy dao từ bộ nội suy đợc đa đến mạch điều khiển vị trí (Position Control Loop)- gồm các bộ điều khiển động cơ, động cơ, thiết bị đo vị trí, mạch phản hồi vị trí. 10T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN# Sơ đồ của một hệ điều khiển vị trí cho 1 trục. - Nhận tín hiệu (lệnh chuyển động) từ bộ nội suy, so sánh với tín hiệu phản hồi từ sensor giám sát vị trí thực của dao. - Chênh lệch giữa 2 tín hiệu trên đợc dùng làm tín hiệu điều khiển, qua khuyếch đại điều khiển và khuyếch đại công suất, biến đổi thành đại lợng tơng tự (điện áp), làm cho động cơ chuyển động. T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN1.2.2 Các dạng điều khiển# Điều khiển điểm - điểm (điều khiển điểm)- Là kiểu điều khiển đơn giản nhất: dụng cụ (dao) đợc điều khiển chạy nhanh không cắt (với tốc độ quy định trớc, không điều khiển đợc từ chơng trình) theo đờng thẳng từ điểm này tới điểm kia. - Quá trình công tác (cắt) chỉ thực hiện tại các điểm dừng. - Mục đích chính là các kích thớc định vị điểm phải đạt đợc chính xác, không quan tâm đến quĩ đạo.- Kiểu điều khiển này dùng trên các máy khoan, đột lỗ, hàn điểm, . [...]... phải từ đầu chơng tr×nh. 4 T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN 1.5.2 Các điểm gốc, điểm chuẩn # Các điểm gốc, điểm chuẩn trên máy T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN # Điểm gốc của m¸y M M M 6 T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN # Điểm gốc phôi W T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN # Điểm gèc ph«i W 6 T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN CNC và FMS/CIM # FMS - Một hệ thống sản xuất tự động, có khả... Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCNT.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN 9 T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN # Mối quan hệ giữa các điểm gốc, điểm chuẩn T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN # Mối quan hệ giữa các điểm gèc, ®iĨm chn N R E W M M W E N R 17 T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN Thảo luận # Đặc điểm (về mặt hình thức) nào giúp ta phân biệt máy thông thờng, máy NC và máy CNC? # Hệ thống điều... Máy CNC và RBCN Thảo luận # Chức năng của từng chế độ làm việc trên máy CNC? # Khi chuẩn bị gia công với một chơng trình NC mới, ngời vận hành cần thực hiện các công việc gì? T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN Thảo luận # Các điểm gốc, điểm chuẩn trên máy CNC: liệt kê, ý nghĩa? Ngời sử dụng cần phải quan tâm đến các điểm gốc, điểm chuẩn nào trên máy CNC? Vì sao? 5 T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và. .. trí và điều khiển động cơ servo. Ngoài ra có thể can thiệp vào quá trình gia công nhờ các thiết bị đo khác, ví dụ đầu dò, máy đo 3 chiều. Máy NC Máy CNCMáy thông thờng 15 T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCNT.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN 1.6.3 Chuẩn bị gia công trên máy CNC # Các công việc giống nh trên máy thông thờng - chuẩn bị phôi liệu, máy móc, gá, dao, nghiên cứu bản vẽ, # Đo và nhập... máy CNC lớn hơn nhiều lần so với máy thông thờng. Vì vậy cần phải cân nhắc về kinh tế khi mua sắm máy CNC. T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN 1.4.6 Phạm vi sử dụng máy CNC - Các máy CNC cỡ trung bình, bộ điều khiển contour đơn giản không đắt hơn nhiều so với máy vạn năng. - Công nghệ CAD/CAM cho phép lập trình cho máy CNC trở nên đơn giản. >> Máy CNC ngày càng đợc sử dụng phổ biến và dần... định. Khi dao đợc đa vào vị trí làm việc thì bộ điều khiển phải tham chiếu đến dữ liệu của nó để tính toán lợng bù. 2. Thay nhanh để giảm thời gian chờ. - đầu quay dạng đĩa (nh đài revolver) - kho chứa (gọi là Tool Magazine). 14 T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCNT.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN 15 T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN 1.4.4 Tính linh hoạt cao # 1. Trên một máy CNC có thể thực hiện... Bài giảng Máy CNC và RBCN Lịch sử phát triển của CNC 11 T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN 1.4.1 So sánh phơng thức thực hiện quá trình gia công # Truyền lệnh ĐK Công nhân thạo nghề trực tiếp điều khiển theo kích thớc và điều kiện kỹ thuật ghi trong bản vẽ. (chơng trình gia công nằm ở đâu?) Chơng trình NC truyền vào bộ nhớ từ băng hoặc bìa đục lỗ. Chơng trình NC đợc - nhập vào bộ nhớ từ... của các máy NC vẫn cha đợc cải thiện đáng kể, cho đến khi máy tính đợc ứng dụng. 7 T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN # Điểm gốc chơng trình P T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN # §iĨm chn cđa dao 5 T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN # Điểm chuẩn của máy R R R T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN # Mèi quan hƯ M vµ R ... khiển theo chơng trình số và robot công nghiệp Trờng ĐHBK Hà Nội - 1996 [4]. Tạ Duy Liêm - Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ - NXB khoa học & kü tht – 1999 [5]. Ngun ThiƯn Phóc - Ng−êi m¸y công nghiệp - Trờng ĐHBK Hà Nội 1995 [6] Bi ging T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN Chơng 1. Máy cắt kim loại điều khiển theo chơng trình số (Máy CNC) # 1.1 Lịch sử máy CNC và các khái niệm liên quan #... thuỷ lực, khí nén tác động nhanh từ chơng trình - dùng robot công nghiệp. # Thờng cơ cấu kẹp phôi đợc nối ghép và làm việc với cơ cấu cấp phôi tự động. T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN 1.3.5 Hệ thống thay dao # Nhiệm vụ của hệ thống thay dao là cất trữ đợc một số lợng dao cần thiết và đa nhanh mỗi dao vào vị trí làm việc khi có yêu cầu. Các máy CNC hiện đại thờng đợc trang bị hệ thống thay dao tự . máy CNC# 1.4 Hiệu quả sử dụng máy CNC 3T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN1.1. Lịch sử máy CNC và các khái niệm liên quanT.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và. giảng Máy CNC và RBCNCNC # CNC = Computer Numerical Control# Đầu 1970s, máy CNC ra đời: - Các bộ điều khiển số trên máy công cụ đợc tích hợp máy tính và thuật