Bài giảng hệ thống điều khiển chương trình số

CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ 1.1 Khái niệm điều khiển theo chương trình số: Các máy công cụ, máy cắt kim loại phát triển từ lâu để gia công chi tiết khác ngành khí Một thời gian dài xuất hiện, máy công cụ công nhân trực tiếp điều khiển, thao tác tay, quan sát mắt để gia công Cách điều khiển khiến cho thời gian phụ lớn, phế phẩm nhiều suất làm việc không cao Khi mà nhu cầu sản suất hàng loạt lớn hàng khối phát sinh, cần thiết phải nâng cao suất, giảm thời gian phụ giảm phần trăm phế phẩm Để thực yêu cầu cần thiết tiến hành q trình tự động hóa, máy tự động sử dụng cấu vấu tì hay cơng tắc hành trình, mẫu chép hình, cấu cam trục phân phối chương trình điều khiển máy lập ghi sẵn thông qua cấu Các máy tự động loại giúp rút ngắn thời gian phụ thời gian chuẩn bị cấu điều khiển vấu tì, mẫu chép hình, cam … nhiều thời gian Do vậy, cần thay đổi mẫu mã kích thước chi tiết gia cơng, cấu điều khiển vấu tì, cam…hay chương trình điều khiển “cứng” cần phải thay đổi chuẩn bị lại từ đầu nhiều công sức, đặc biệt chi tiết gia công phức tạp Vì vậy, máy tự động loại thích hợp cho việc sản xuất hàng loạt lớn hàng khối Hình 1.1 Điều khiển vấu tì Hình 1.2 Điều khiển cơng tắc hành trình Hình 1.3 Điều khiển cam Xã hội loài người phát triển, nhu cầu mẫu mã sản phẩm trở nên phức tạp cần thay đổi liên tục với số lượng chi tiết gia công luôn hàng loạt lớn hay hàng khối, việc áp dụng máy tự động sản xuất hiệu kinh tế cao Như vậy, cần phải có loại máy có khả thay đổi chương trình điều khiển cách nhanh chóng hơn, dễ dàng chuẩn bị, “mềm” linh hoạt so với cách điều khiển “cứng” máy tự động Máy điều khiển theo chương trình “mềm linh hoạt” đời bối cảnh yêu cầu thực tiễn Để giúp điều khiển máy thay đổi nội dung điều khiển “mềm”, linh hoạt nhanh chóng hơn, Hình 1.4 Gia cơng chép hình người ta khơng thể sử dụng “chương trình điều khiển cứng” cam, hay mẫu chép trước mà sử dụng chương trình mã hóa dạng số với loại mã khác Các máy điều khiển theo chương trình sử dụng chương trình mã hóa dạng số gọi máy điều khiển theo chương trình số (numerical control), gọi máy NC Các chương trình mã hóa dạng số chứa đựng tất lệnh điều khiển chuyển động hoạt động máy NC Thông qua phận đọc chương trình, câu lệnh đưa điều khiển để điều khiển phần hay toàn trình hoạt động máy NC Các chương trình điều khiển máy NC ghi băng đục lỗ, film, băng từ, đĩa mềm, đĩa CD, đĩa cứng… 1.2 Đặc điểm máy NC Giá thành chế tạo Máy NC 1.2.1 Đặc điểm sử dụng: Máy tự động Như đề cập trên, chương trình điều khiển máy NC ghi băng đục cứng…, nên máy NC có khả thay đổi chương trình điều khiển cách linh hoạt, nhanh chóng thuận tiện khơng phải tháo ráp, thay đổi “chương trình a lỗ, film, băng từ, đĩa mềm, đĩa CD, đĩa A B N Số lượng chi tiết Hình 1.5 Tổn phí gia cơng máy NC máy tự động cứng” cam, mẫu chép máy tự động Thời gian chuẩn bị chương trình cho máy NC nhanh chóng đơn giản, khơng tốn nhiều chi phí thời gian việc chuẩn bị việc lập trình “cứng” Tuy nhiên, cơng việc điều khiển thuận tiện, đơn giản người mà cấu trúc máy NC trở nên phức tạp so với máy công cụ vạn thông thường máy tự động Điều làm giá thành máy NC cao so với loại máy công cụ vạn tự động Việc sử dụng máy NC hiệu số lượng chi tiết vừa phải mẫu mã chi tiết thường xuyên thay đổi Máy NC thích hợp cho loại chi tiết từ đơn giản đến phức tạp Máy NC rõ ràng có nhiều ưu điểm bật so với loại máy khác Tuy nhiên, để lựa chọn nó, vấn đề tính kinh tế phải đem xem xét Hình 1.5 cho thấy, giá thành chế tạo chi tiết máy NC cao giá thành máy tự động tổng số chi tiết dự kiến gia công máy lớn giá trị N; điểm N: giá thành hai loại máy giá thành máy NC thấp tổng số lượng chi tiết nhỏ N Chi phí ban đầu a hình máy tự động xét đến việc ngừng để điều chỉnh máy, thay đổi cấu điều khiển “cứng” Tóm lại, khi, máy tự động thích hợp với việc sản suất chuyên dùng một vài chi tiết với số lượng lớn hàng loạt hàng khối, máy NC thích hợp cho việc sản suất đa dạng loại chi tiết với số lượng nhỏ xét hiệu kinh tế 1.2.2 Đặc điểm cấu trúc: Máy NC máy gia công kim loại nên, cấu trúc máy NC giống máy cơng cụ truyền thống Điều có nghĩa là, máy NC phải thực nguyên lý cắt với hai chuyển động tương đối dao phôi Điểm khác biệt chỗ hệ thống điều khiển cách thức điều khiển chúng khác Hình 1.6 thể khác biệt máy công cụ thông thường (a,b) máy NC (c,d) Người điều khiển Người điều khiển Máy truyền thống Bộ điều khiển a b Dữ liệu vào, yêu cầu Chương trình, câu lệnh đk Bộ điều khiển c Dữ liệu vào, yêu cầu Máy truyền thống Máy tính số Người điều khiển Chương trình, câu lệnh đk d Máy NC Bộ điều khiển Máy NC Người điều khiển Hình 1.6 Sự khác biệt máy NC máy công cụ truyền thống Máy công cụ truyền thống: Người công nhân phải điều khiển máy trực tiếp tay (hình 1.6 a – máy vạn năng) để điều khiển toàn trình hoạt động máy phải gián tiếp thơng qua điều khiển (hình 1.6 b – máy tự động) để đo lường, điều chỉnh máy trước gia cơng Trong trường hợp hình 1.6 b, điều khiển thiết bị kết hợp điện với “chương trình cứng” cam, vấu tì, mẫu chép hình… để tạo tác động vật lý lên máy nhằm thay tác động vật lý trực tiếp người điều khiển lên máy Như máy vạn năng, thông qua vẽ chi tiết, người cơng nhân tự lập tồn q trình hoạt động gia cơng máy trực tiếp điều khiển Ở máy tự động, “chương trình cứng” điều khiển máy ghi lại thông qua mẫu chép hình, cam, vấu tì, … Như vậy: - Chất lượng gia công phụ thuộc nhiều vào tay nghề người công nhân thông qua việc đo lường kiểm tra, hiệu chỉnh - Người công nhân phải trực tiếp thao tác (máy vạn năng) thường xuyên phải can thiệp, kiểm tra, hiệu chỉnh lại máy (máy tự động) Máy NC: Khác với máy công cụ truyền thống, người điều khiển máy NC tác động nhiều đến máy; công việc người điều khiển đơn giản khởi động hoạt động ban đầu Máy NC tự động định vị hiệu chỉnh giá trị ban đầu thông qua câu lệnh chương trình điều khiển mã hóa băng đục lỗ, băng từ (hình 1.6 c) hay đĩa mềm, đĩa cứng nhờ vào máy tính (hình 1.6 d) mà xử lý điều khiển Nhờ vào chương trình số điều khiển tồn trình lập sẵn với câu lệnh điều khiển vị trí, vận tốc, lượng di động… mà suốt q trình gia cơng, người điều khiển khơng phải tác động can thiệp đến hoạt động máy Ưu, nhược điểm máy NC:  Ưu điểm: - Chương trình điều khiển thay đổi nhanh chóng, dễ dàng rút ngắn thời gian phụ thời gian chuẩn bị sản xuất - Chất lượng gia công không phụ thuộc vào tay nghề người điều khiển máy giảm hư hỏng sai sót người có phế phẩm Sự tự động hóa NC giúp giảm cường độ lao động căng thẳng người công nhân - Giúp tăng khả tự động hóa trình sản xuất Các máy NC dễ dàng liên kết với để tạo thành trung tâm gia công  Nhược điểm: - Giá thành máy NC cao - Người lập trình cho máy NC phải có kiến thức máy NC ngơn ngữ lập trình 1.3 Vài nét phát triển máy NC Có thể nói Parsons người Mỹ cha đẻ ý tưởng áp dụng tín hiệu số cho máy gia công cắt gọt vào năm 1947 Một số năm nghiên cứu sau với hỗ trợ Viện cơng nghệ tự động Massachussets (M.I.T), ơng hồn chỉnh hệ thống điều khiển máy phay tọa độ điều khiển số, vào năm 1954, máy lần gọi “máy điều khiển theo chương trình số” tên gọi ngày Kể từ thời điểm này, thấy lợi ích tiềm to lớn máy điều khiển chương trình số, nước khác Nhật, Anh, CHLB Đức, Liên xô (cũ)…, tập trung vào nghiên cứu chế tạo phát triển thành cơng máy điều khiển chương trình số Năm 1955, triển lãm máy công cụ Chicago xuất máy điều khiển theo chương trình số bìa băng đục lỗ Năm 1965, Mỹ đưa vào sử dụng 7000 máy NC loại Và đến năm 1988, tổng số máy NC Mỹ lên đến 186000 Ở châu Âu, năm 1964, CHLB Đức đưa vào sử dụng 500 máy NC loại Ở Anh vào năm 1962 có 225 máy NC đến cuối năm 1967 có đến 1300 máy NC Trong đó, Liên Xơ cũ, việc chế tạo ứng dụng máy NC vào sản xuất đạt nhiều thành tựu rực rỡ 1.4 Các loại máy hệ thống điều khiển chương trình số xu hướng phát triển 1.4.1 Máy NC Hệ thống NC mức độ hoàn thiện Tuy nhiên, đặc điểm máy NC tổ hợp phần cứng rời rạc, chương trình điều khiển dựa q nhiều vào phần cứng (ví dụ như: nội suy, cấu so sánh…) với mức độ phát triển nhanh ngành cơng nghệ thơng tin (máy vi tính, PLC phần mềm) ngành điều khiển nay, máy NC khơng chiếm vị trí quan trọng thủa ban đầu, thay vào hệ thống CNC, DNC đề cập đến 1.4.2 Trung tâm gia công (CNC – Computer Numerical Control) Trung tâm gia công CNC loại máy NC điều khiển theo chương trình số sử dụng máy vi tính máy tính cơng nghiệp (PLC) để thực chức riêng lẻ mảng linh kiện điện tử máy NC, có cấu cấp dao tự động để thực nhiều loại nguyên công khác sau lần kẹp phôi CNC đời vào khoảng cuối năm 1950s Chương trình đk, câu lệnh Máy vi tính Bộ điều khiển Máy Hình 1.7 Hệ thống điều khiển số máy vi tính (CNC system) 1.4.3 Máy điều khiển thích nghi (ANC – Adaptive Numerical Control) Trong máy gia công CNC, tốc độ cắt lượng chạy dao định trước chương trình gia cơng chi tiết Việc định tham số hoạt động phụ thuộc vào kinh nghiệm kiến thức liên quan đến vật liệu chi tiết vật liệu dao, điều kiện làm nguội yếu tố khác Ngược lại với điều này, ý tưởng hệ điều khiển thích nghi (adaptive control) cải thiện suất hay giảm giá thành gia cơng, cách tính tốn Băng, đĩa thiết lập tham số hoạt động tối Lệnh Hệ thống CNC Hồi tiếp vị trí ưu suốt q trình gia cơng Q trình gia cơng Việc tính toán dựa giá trị đo biến trình theo thời gian thực (real-time), giá trị hiệu chỉnh trực tuyến để tối ưu hóa tính hệ thống gia cơng Cảm biến Bộ điều khiển thích nghi giới hạn q trình gia cơng sau tham số hoạt động với Máy công cụ Các giới hạn Chiến lược Chỉ số tính Hình 1.8 Hệ thống điều khiển thích nghi AC 1.4.4 Hệ thống gia công (DNC – Direct Numerical Control) Hệ thống gia công DNC hệ thống gồm nhiều máy NC máy tính điện tử trung tâm thực mối liên hệ điều khiển trực tiếp máy NC DNC đời vào cuối năm 1960 với ý tưởng loại bỏ bớt số phần cứng từ điều khiển riêng lẻ máy bù trừ cho việc loại bỏ máy vi tính trung tâm phức tạp Các hệ thống DNC hoạt động theo kiểu chia thời gian (time-shared mode) với chương trình giám sát máy vi tính trung tâm liên kết điều khiển máy công cụ thiết lập quyền ưu tiên Chương trình đk, câu lệnh Bộ điều khiển Máy vi tính Bộ điều khiển Máy Máy Hình 1.9 Hệ thống gia công (DNC system) 1.4.5 Cụm sản xuất linh hoạt (Manufacturing Cell) Cụm (trạm) sản xuất bao gồm nhóm máy CNC đặt theo vòng tròn quanh (hoặc số robot) Robot có nhiệm vụ vận chuyển chi tiết, tháo lắp chi tiết dụng cụ cắt… Sự giám sát kết hợp thực máy vi tính Máy phay CNC trạm (cell-computer) Cấu trúc cụm sản xuất mơ tả hình 1.10 Máy tiện CNC Bảng điều khiển robot Trung tâm gia công Máy khoan tọa độ Trạm pallet chứa chi tiết Hình 1.10 Cụm sản xuất linh hoạt 1.4.6 Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS – Flexible Manufacturing System) Hệ thống sản xuất linh hoạt bao gồm cụm sản xuất, mà cụm có robot phục vụ cho số máy CNC, hay máy hoạt động đơn lẻ khác máy kiểm tra, máy hàn, máy gia công tia lửa điện EDM (Electrical Discharge Machining) Các cụm sản xuất đặt dọc theo hệ thống truyền tải trung tâm, chẳng hạn băng tải đai hay băng tải lăn, nơi phơi chi tiết di chuyển Việc sản xuất chi tiết đòi hỏi việc gia cơng thông qua sự kết hợp khác cụm sản xuất Khi phôi đến cụm yêu cầu, robot tương ứng cụm gắp đưa vào máy CNC Sau gia công xong cụm này, robot trả chi tiết bán thành phẩm hay chi tiết thành phẩm băng tải Chi tiết di chuyển băng tải đến cụm gia công tiếp theo, nơi mà việc gia công chi tiết lại tiếp tục Sự hoạt động cụm lặp lặp lại kết thúc trình gia cơng Chi tiết thành phẩm đưa đến trạm kiểm tra tự động sau đưa khỏi hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) 1.4.7 Hệ thống sản xuất tổng hợp (CIM – Computer Integrated Manufacturing) Với phát triển họ máy NC, CNC, DNC, hệ thống sản xuất linh hoạt FMS, kỹ thuật người máy phần mềm CAD/CAM, phần mềm điều khiển tự động máy tính dẫn đến đời hệ thống sản xuất tổng hợp vào năm 1978 Hệ thống CIM hệ thống tổ chức theo cấp bậc Trong máy CNC thay sức lực kỹ cho người hệ thống CIM thay thơng minh trí tuệ người Cấu trúc theo cấp bậc hệ thống CIM biểu diễn hình 1.11 Máy tính giám sát hệ thống CIM Cơ sở liệu chung CAD/CAM FMS Lắp ráp tự động Kiểm tra tự động Sản phẩm Phôi DNC Cụm SX linh hoạt Điều khiển Bằng máy vi tính Bộ phận vận chuyển Trạm lắp ráp Robot cơng nghiệp Hình 1.11 Hệ thống sản xuất tổng hợp 1.5 Một số khái niệm qui ước máy NC CNC * Như trình bày trên, máy NC CNC khác với máy thông thường chỗ chúng điều khiển thông qua chương trình lập sẵn, cần qui định hệ tọa độ cho loại máy điều khiển theo chương trình số + Ba trục chuyển động ký hiệu trục X, Y, Z + Trục Z vng góc với hai trục lại để tạo nên hệ trục tọa độ vng góc theo qui tắc bàn tay phải (hình 1.12) Trục Z thường qui ước trùng với trục máy Chiều Hình 1.12 Qui tắc bàn tay phải chuyển động dương theo phương Z chiều làm dụng cụ cắt rời xa khỏi chi tiết gia cơng (hình 1.13) a Máy phay, khoan trục đứng b Máy phay trục ngang c Máy tiện Hình 1.13 Hệ tọa độ thiết lập cho số loại máy NC, CNC + Trục X thường chọn trục tạo nên chuyển động tịnh tiến lớn máy NC, CNC (Vd: máy phay, khoan NC, CNC) (hình 1.13) + Trục Y trục vng góc với hai trục lại theo ngun tắc bàn tay phải (hình 1.13) * Trên máy NC, CNC tồn hệ thống trục tọa độ Các hệ thống có trục song song tâm hệ thống tọa độ có vị trí khác Dưới số hệ thống tọa độ (chuẩn) quan trọng (hình 1.14): + M: chuẩn máy – chuẩn thiết lập trước nhà sản xuất không thay đổi + W: chuẩn chi tiết – dùng làm gốc tọa độ làm việc q trình gia cơng Chuẩn thay đổi + P: chuẩn thảo chương – chuẩn để lập chương trình gia cơng Chuẩn thảo chương trùng khơng trùng với chuẩn chi tiết thay đổi phơi Hình 1.14 Các chuẩn máy M, chuẩn chi tiết W chuẩn thảo chương P máy tiện * Máy NC sử dụng phần cứng điện tử dựa công nghệ mạch số để điều khiển máy CNC phát triển sau sử dụng vi máy tính vi điều khiển, kết hợp với mạch phần cứng khác để điều khiển máy + Bộ điều khiển dựa phần cứng máy NC sử dụng xung để điều khiển máy Mỗi xung tạo nên lượng chuyển động suất đơn vị BLU (basic length unit) (khoảng di động nhỏ đạt trục máy) trục tương ứng Như vậy, hệ thống này, xung tương ứng với BLU xung = BLU + Đối với máy CNC, máy tính xử lý thông tin lưu trữ dạng từ nhị phân (binary word), tăng hay giảm bit giá trị từ nhị phân tạo chuyển động BLU trục tương ứng Bit = BLU * Độ xác máy NC, CNC phụ thuộc vào thơng số quan trọng; suất đơn vị (BLU – basic length unit) BLU độ phân giải hệ thống, lượng dịch chuyển nhỏ mà máy thực trục CHƯƠNG HỆ THỐNG TÍN HIỆU MÃ HIỆU 2.1 Phân loại tín hiệu  Nếu dựa vào tính liên tục tín hiệu, tín hiệu phân làm hai loại chính: tín hiệu liên tục khơng liên tục: - Tín hiệu liên tục: loại tín hiệu truyền từ vị trí đến vị trí khác liên tục theo thời gian hàm liên tục thời gian - Tín hiệu khơng liên tục: loại tín hiệu rời rạc, ngắt quãng  Nếu theo dạng tín hiệu, tín hiệu phân làm hai loại chính: tín hiệu tương tự (Analog) tín hiệu số (digital): - Tín hiệu tương tự: biểu diễn tương tự, đại lượng biểu diễn đại lượng khác mà tỉ lệ trực tiếp với đại lượng ban đầu Như vậy, tín hiệu tương tự hàm liên tục theo thời gian - Tín hiệu số: biểu diễn số, đại lượng không biểu diễn đại lượng tỉ lệ trực tiếp mà biểu diễn số Tín hiệu số tín hiệu rời rạc 2.2 Hệ thống mã hiệu số 2.2.1 Hệ thập phân (decimal system) Hệ thập phân bao gồm mười chữ số (biểu tượng) từ đến Sử dụng biểu tượng làm chữ số số, biểu diễn đại lượng Hệ thập phân gọi hệ đếm số 10 có 10 chữ số Hệ thập phân hệ thống giá trị phụ thuộc vị trí mà giá trị chữ số số phụ thuộc vào vị trí Ví dụ, xét số hệ thập phân: 234 Chúng ta biết rằng: chữ số thực đặc trưng cho trăm, chữ số đặc trưng cho chục, chữ số đặc trưng cho đơn vị Như chữ số mang giá trị lớn gọi chữ số có ý nghĩa (MSD) Chữ số mang giá trị nhỏ gọi chữ số có ý nghĩa nhỏ (LSD) Đếm hệ 10: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, , 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29… 2.2.2 Hệ nhị phân (binary system) Thật không may, hệ thập phân không thuận tiện cho việc tính tốn hệ thống tính tốn số Ví dụ như: khó để thiết kế thiết bị điện tử mà làm việc với 10 mức điện khác (mỗi mức đặc trưng cho chữ số từ đến 9) Mặt khác, dễ dàng để thiết kế mạch điện xác, đơn giản mà hoạt động với hai mức điện Vì lý này, người ta sử dụng hệ đếm nhị phân sử dụng hai chữ số (hệ đếm 10 Hình 5.12 Máy phay UWF 802M Đặc tính kỹ thuật - Động (động điện xoay chiều pha): 84 + công suất kW + tốc độ động cơ: 1420 v/f + 18 cấp số vòng quay trục 71  3350 v/f - Động điện chiều (servo) thực chuyển động: + tốc độ lớn 3000 v/f + mômen động truyền động cho trục 5000 Nm + lượng chạy dao vô cấp của: bàn máy trượt dọc (X):  1600 mm/f Đầu trượt ngang (Y):  1600 mm/f + tốc độ chạy dao vô cấp bàn máy trượt đứng (Z):  1000 mm/f - Tầm làm việc bàn máy: + bàn di động dọc trục X: 500 mm + đầu trượt di động ngang theo trục Y: 430 mm + bàn di động thẳng đứng 400 mm - Kích thước trọng lượng máy: + khối lượng: 1800 kg + kích thước: dài x rộng x cao 3,38 x 2,80 x 1,95 m - Hệ thống điều khiển: điều khiển đoạn Một số hệ thống máy a hệ thống tưới trơn làm nguội: Hoạt động hệ thống: dung dịch bôi trơn làm nguội bơm lên bơm 1, theo đường ống dẫn có van tiết lưu Nếu van mở, dung dịch vào ống tưới nối liền Ống tưới hướng dung dịch bôi trơn vào nơi mà kim loại gia công Từ dung dịch chảy xuống khay đựng phoi 5, qua lỗ có chặn phoi, theo đường ống trở bể chứa dung dịch Trong bể có lọc Hình 5.13 Hệ thống tưới trơn làm nguội máy phay UWF 802M 85 b Hệ thơng bơi trơn dầu tuần hồn đầu trượt Vì phần làm việc động lực chủ yếu hộp tốc độ nên đầu trượt mang trục phay trang bị riêng hệ thống dầu bôi trơn tuần hồn Với hệ thống này, dầu bơi trơn hút từ phía đầu trượt bơm dầu đưa qua trao đổi Hình 5.14 Hệ thống bôi trơn đầu trượt máy phay UWF 802M lọc ống bù nhiệt Khi qua trao đổi nhiệt, dầu làm mát đi, dầu nhiệt sau qua đưa vào ống phun để đến điểm thích hợp (các bề mặt tiếp xúc bánh răng, ổ đỡ) đầu trượt Trong dầu chảy đầu trượt, trao đổi nhiệt với phận xảy ra, mà phận bên đầu trượt làm mát nhiệt độ giữ ổn định Sau bơi trơn, dòng dầu lại rơi xuống đáy đầu trượt lại hút lên bơm qua ống hút để tiếp tục vòng tuần hồn c Hệ thống bơi trơn trung tâm Khác với hệ thống (chỉ có nhiệm vụ bơi trơn cục cho bánh ổ lăn cho hộp tốc độ đầu trượt), hệ thống bôi trơn trung tâm có nhiệm vụ đưa dầu bơi trơn đến bề mặt ma sát sống trượt, bánh truyền động, ổ lăn lại toàn hệ thống Dầu đưa lên phân phối 10 ống dẫn nhờ bơm Từ phân phối có sáu đường 10, dầu Hình 5.15 Hệ thống bôi trơn trung tâm máy phay UWF 802M 86 đưa đến phận cần bôi trơn theo đường ống dẫn dầu 6, 7, 4, 8, Theo đường ống dẫn 3, dầu dẫn đến phân phối mười đường 12 phân phối đường 11 để tới vị trí cần bôi trơn d Hệ thống thuỷ lực tháo kẹp dao Hình 5.16a mơ tả sơ lược hệ thống kẹp dụng cụ Khi muốn gắn dụng cụ vào hệ thống kẹp, ta cho trục (1) xuống, lắp dụng cụ vào, cho trục (1) di động lên kéo lò xo (2) lên theo làm cho lò xo (2) kẹp, giữ dụng cụ lại Trong trường hợp tháo dụng cụ cắt ra, ta cho trục (1) xuống, đẩy lò xo (2) xuống làm cho lò xo (2) mở ra, đồng thời trục (1) xuống đẩy dụng cụ khỏi áo côn, sau trục (1) lại rút lên Như ta dùng phận để đẩy kéo trục (1) việc tháo lắp dao nhanh máy phay thơng thường nhiều Hình 5.16b trình bày hệ thống tháo kẹp dao cho trục phay đứng trục phay ngang Hệ thống bao gồm: bơm thủy lực dùng động điện ba pha 3, van giảm áp (4) trì áp suất 125 bar, van chiều (5) giúp ngăn cản dầu ống chảy bể hệ thống ngừng hoạt động, công tắc áp suất bật lên áp suất dầu đạt đến 115 bar, van 3/2 (7) có trạng thái bên tác động lò xo ô bên tác động điện (công tắc nới lỏng), van 3/2 (8) có trạng thái bên trái tác động trạng thái bên phải tác động lò xo, piston tác động chiều (9) có nhiệm vụ đẩy kéo trục (1) hệ thống kẹp trục phay ngang, piston tác động chiều (10) có nhiệm vụ đẩy kéo trục (1) hệ thống kẹp trục phay đứng Hoạt động hệ thống sau: ta sử dụng đầu phay ngang để gia cơng, tác động lò xo mà van (8) có trạng thái hoạt động bên phải; ta nhấn công tắc nới lỏng (7) (trạng thái hoạt động van (7) ô bên trên) cho dầu qua van (8) để vào buồng làm việc bên phải piston (9), đẩy piston (9) ra, piston (9) thúc vào trục (1) để đẩy trục (1) ra, ta không tác động vào công tắc nới lỏng nữa, van (7) tác động lò xo (có trạng thái làm việc ô bên dưới) ngắt đường dầu dẫn vào buồng làm việc bên phải piston (9), tác dụng lò xo piston (9) lui động thời kéo trục (1) lui vị trí kẹp Khi ta khơng sử dụng đầu phay ngang mà sử dụng đầu phay đứng, ta phải quay đầu phay đứng vào vị trí làm việc, phận tác động vào van (8) làm cho van (8) có trạng thái hoạt động bên trái, đường dầu có áp suất lúc dẫn vào piston (10) hoạt động diễn tương tự 87 Hình 5.16 Hệ thống thủy lực tháo kẹp dao máy phay UWF 802M a Đầu lắp dụng cụ b Hệ thống thủy lực Sơ đồ động máy NC UWF 802M a Xích chuyển động Xích chuyển động thực từ động điện xoay chiều Đ1 có N3 = kW n3 = 1420 v/f, qua tỉ số truyền cặp bánh đai i0 = 1.241, đến trục I Từ trục I, xích thơng qua ba tỉ số truyền i1 = 0.354 (Z1/Z4), i2 = 0.711 (Z3/Z7), i3 = 1.407 (Z2/Z6), để đến trục II Sau đó, xích qua ba tỉ số truyền để đến trục III i4 = 0.897 (Z7/Z10), i5 = 1.137 (Z5/Z9), i6 = 1.442 (Z8/Z11) Từ trục III, ta gạt bánh di trượt Z15 sang trái, li hợp L0 vào khớp trở thành khớp nối hai trục III V, ta có cấp tốc độ nhanh từ 5603550 v/f Và từ trục III, ta gạt bánh di trượt Z15 sang phải, xích từ trục III qua trục IV nhờ 88 cặp bánh Z12/Z13 (i') từ trục IV đến trục V thông qua cặp bánh Z14/Z15 (i”) với tỉ số truyền từ trục III đến trục V i7 = i'.i” = 0.127 để thực cấp tốc độ chậm từ 71450v/f Trục V trục dẫn truyền trực tiếp đầu phay đứng Nếu ta gạt bánh di trượt Z16 sang trái vào khớp với bánh Z17 (Z16/Z17 = 1), xích truyền động từ trục V sang trục VI để dẫn truyền cho đầu phay ngang Hình 5.17 Sơ đồ động máy phay UWF 802M 89 Hình 5.18 lưới kết cấu hộp tốc độ trục máy phay UWF 802M b Xích chạy dao Máy phay UWF 802M sử dụng động chiều Đ2 có vận tốc vòng lớn n = 3000 v/f để thực chuyển động chạy dao theo ba trục X, Y, Z thông qua ly hợp điện từ 90 L1, L2 L3 điều khiển trung tâm điều khiển Ngồi máy có đường hồi tiếp tín hiệu lượng di động trung tâm điều khiển  Xích di động đầu trượt theo phương Y: Xích động Đ2, qua cặp bánh đai có tỉ số truyền i1 = 0,286 (D1/D2) đến trục I Từ trục I, qua tỉ số truyền cặp bánh đai i2 = 0.411 (D3/D4), xích đến trục II Từ trục II, li hợp điện từ L2 vào khớp trở thành khối nối hai trục II III, lúc trục III truyền động cho trục vítme đai ốc bi tx = 6mm, thông qua tỉ số truyền cặp bánh đai i3 = 0.757 (D5/D6) để thực chuyển động ngang theo phương Y  Xích di động bàn trượt dọc theo phương X: Xích động Đ2, qua cặp bánh nón có tỉ số truyền i1 = 0.333 (Z1/Z2) Bánh nón Z2 vừa truyền động, vừa cho phép trục then hoa I di trượt Nếu li hợp điện từ L1 hoạt động, trục then hoa I truyền động cho trục vítme đai ốc bi có t x = 6mm nhờ vào cặp bánh nón có tỉ số truyền i2 = 0,267 (Z7/Z8) để thực chuyển động bàn máy dọc theo trục X  Xích di động bàn trượt đứng theo phương Z: Động Đ2 truyền động cho trục then hoa I thông qua cặp bánh có tỉ số truyền i1 = 0.333 (Z1/Z2) Nếu li hợp điện từ L3 vào khớp, trục then hoa I truyền động cho trục II’ thông qua cặp bánh có tỉ số truyền i'2 = 0.5 (Z3/Z4) Trục II’ truyền động cho trục vítme đai ốc bi có tx = 6mm qua cặp bánh có tỉ số truyền i3 = 0.333 (Z5/Z6) để thực lượng di động thẳng đứng theo phương Z 91 CHƯƠNG VI TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC 6.1 Đặc điểm trung tâm gia công  Tập trung nguyên công: ưu điểm máy CNC so với máy NC Khả gia công nhiều nguyên công sau lần gia cơng giúp máy CNC có suất cao máy NC thông thường  Cơ cấu cấp dao tự động: So với cấu cấp dao tự động máy NC, cấu cấp dao tự động máy CNC chứa nhiều dao  Bàn máy phụ đồ gá: phần lớn máy CNC có thiết bị phụ để kẹp phôi, cấp phôi theo chu kỳ; giúp giảm tối thiểu thời gian phụ để tháo lắp kẹp chặt phơi  Độ xác ngun cơng chính: cấp  Cấu trúc: máy CNC thường dùng hệ thống điều khiển đường nên gia công loại đường cong bề mặt khác Xích chuyển động chuyển động chạy dao ngắn truyền động vô cấp với phạm vi điều chỉnh vận tốc lượng chạy dao lớn Do xích truyền động ngắn nên độ cứng vững độ tin cậy cao Phân loại máy CNC: CNC phân loại theo nhóm dựa chức chủ yếu mà chúng thực hiện: máy tiện-khoan CNC, máy phay-khoan-doa CNC, nhóm máy CNC đặc biệt CNC phân làm hai loại: CNC có trục đứng nằm ngang Hình 6.1 Hình dáng chung loại trung tâm gia cơng Hình 6.1 thể loại máy CNC Hình 6.1(a) trình bày loại CNC có trục đứng với đầu rơvơlve (1) cấu chứa dao tự động (2) đặt trụ máy Hình 6.1(b) (c) thể hình dáng loại CNC với trục nằm ngang với trục (3), cấu chứa dao (4), cấu cấp dao (5) bàn máy (6) Tùy theo máy, bàn máy 92 CNC quay di động; nhờ vậy, máy CNC gia cơng mặt khác chi tiết 6.2 Cơ cấu đặc biệt 6.2.1 Cơ cấu cấp dao chứa dao tự động  Cơ cấu cấp dao: cấu cấp dao tự động phân thành ba loại: - Cấp dao đầu rơvôlve - Cấp dao tay máy - Cấp dao hỗn hợp (sử dụng đầu rơvơlve tay máy) a c b d Hình 6.2 Các loại đầu rơvôlve máy CNC Đầu rơvôlve: Hình 6.2 mơ tả loại đầu rơvơlve: Hình 6.2 (a) thể đầu rơvơlve dạng trụ hướng kính có trục quay thẳng đứng; dụng cụ cắt lắp bên mặt hơng có trục vng góc với trục quay rơvơlve Hình 6.2 (b) trình bày đầu rơvơlve dạng trụ hướng kính có trục quay nằm ngang vng góc với trục chi tiết gia cơng; dụng cụ cắt lắp bên mặt hơng có trục vng góc với trục quay rơvơlve Hình 6.2 (c) mô tả đầu rơvôlve dạng trụ hướng trục với trục quay nằm ngang song song với trục chi tiết gia công; dụng cụ cắt lắp bề mặt đầu rơvơlve có trục song song với trục rơvơlve Hình 6.2 (d) cho thấy đầu rơvơlve dạng nón có trục quay nghiêng; dụng cụ cắt lắp bề mặt nón đầu rơvơlve có trục nghiêng góc so với trục quay rơvơlve 93 Tay máy: Hình 6.3 Cơ cấu cấp dao tự động sử dụng tay máy Hình 6.3: thể hệ thống cấp dao tự động bao gồm tay máy cấu chứa dao dạng băng tải Các bước thay dao thực sau: + bước 1: từ vị trí ban đầu, tay máy (1) quay theo chiều kim đồng hồ 900 để cặp lấy lúc dao vừa sử dụng trục dao chuẩn bị sử dụng cho nguyên công cấu chứa dao dạng băng tải (2) + bước 2: tay máy theo phương song song với trục máy để lấy đồng thời hai dao khỏi trục cấu chứa dao + bước 3: tay máy quay theo chiều kim đồng hồ 1800 để chuẩn bị đưa dao vào vị trí làm việc đưa dao sử dụng cấu chứa dao + bước 4: tay máy vào theo hướng song song với trục để gắn dao vào trục chính, đồng thời gắn dao vừa sử dụng vào cấu chứa dao + bước 5: sau hồn tất cơng việc thay dao, tay máy quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ 900 trở lại vị trí ban đầu Hỗn hợp: - Hình 6.4: hệ thống thay dao tự động sử dụng hai piston thủy lực có tay kẹp đầu Khi thay dao, hai piston xuống kẹp lấy hai dao, sau hai piston lên, động quay theo chiều kim đồng hồ 1800 để mang hai piston quay theo đổi chỗ chúng Hai piston lại xuống để tay kẹp gắn hai dao vào vị trí Sau hai piston lên trở lại chờ lệnh Hình 6.4 Cơ cấu cấp dao tự động sử dụng tay máy đầu rơvôlve 94  Một số cấu chứa dao: q trình gia cơng CNC, người ta có xu hướng hồn thiện nhiều ngun cơng khác với nhiều loại dao khác máy Tùy theo kết cấu loại máy khác nhau, tính chất cơng việc khác nhau, số lượng dao khác mà người ta phải thiết kế sử dụng nhiều loại cấu chứa dao khác nhau, chưa kể đến đầu rơvơlve để chứa loại dao a b d c e Hình 6.5 Một số cấu chưa dao máy CNC Hình 6.5 thể số loại cấu chứa dao: Hình 6.5 (a): cấu chứa dao dạng dĩa hướng kính: người ta dùng bề mặt hơng dĩa để tạo lỗ chứa dao Đường tâm trục dao hường vào tâm dĩa vng góc với trục dĩa Hình 6.5 (b): cấu chứa dao dạng dĩa hướng trục: người ta sử dụng bề mặt phẳng dĩa để tạo lỗ chứa dao Đường tâm trục dao song song với đường tâm trục dĩa Hình 6.5 (c): cấu chứa dao dạng dĩa côn: người ta sử dụng bề mặt phẳng dĩa để tạo lỗ nghiêng so với đường tâm trục dĩa để chứa dao Đường tâm trục dao cắt đường tâm trục dĩa Hình 6.5 (d): cấu chứa dao dạng dĩa mặt nón: người ta sử dụng bề mặt nón dĩa để tạo lỗ chứa dao Đường tâm trục dao cắt đường tâm trục dĩa Hình 6.5 (e): cấu chứa dao dạng băng tải: loại chứa nhiều dao 6.2.2 Mã hóa dao cắt Để lập trình cho hệ thống cấp dao thay dao tự động q trình gia cơng, người ta phải làm cho hệ thống máy nhận biết loại dao khác Như vậy, người ta phải mã hóa dao (cũng có nghĩa đặt tên co dao) Để mã hóa dao, người ta dùng nhiều phương pháp: mã hóa cán dao, mã hóa ổ lắp dao, mã hóa điện từ Dưới phương pháp mã hóa cán dao: 95  Mã hóa cán dao sử dụng vòng (hình 6.6): cán dao có cấu tạo đặc biệt cho có vị trí để gắn vòng váo cán Nếu số vị trí, hay số vòng lắp cán n có 2n dao khác mã hóa theo hệ nhị phân Mỗi vị trí gắn vòng tương đương với bit Bit xem mã hóa số vị trí gắn vòng Ngược lại, bit mã hóa số vị trí khơng gắn vòng Như vậy, đưa đọc mã có n tiếp điểm áp vào cán dao, vị trí có gắn vòng tác động vào tiếp điểm tương ứng, tạo tín hiệu báo trung tâm điều khiển Hình 6.6 Mã hóa cán dao dùng vòng  Mã hóa cán dao dùng đinh vít (hình 6.7): ta thấy việc gắn vòng vào cán dao làm cho trở nên cồng kềnh, khơng gọn Để khắc phục người ta tạo cán dao mặt cắt Mặt cắt chứa số lỗ tarơ ren để gắn đinh vít Tương tự trên, số lượng lỗ n, ta mã hóa 2n dao khác lỗ xem bit mã hóa Bit gắn vít có tín hiệu ngược lại có tín hiệu Hình 6.7 Mã hóa cán dao dùng đinh vít 6.3 So sánh cấu trúc động lực máy CNC máy NC - Hình 6.8 biểu diễn sơ đồ cấu trục động lực máy phay CNC KUNZMAN Máy phay CNC KUNZMAN loại máy có hệ thống điều khiển đường Các xích ngắn Các xích chạy dao sử dụng động riêng thông qua tỉ số truyền cặp bánh đai để truyền động đến trục vítme đai ốc bi Lượng chạy dao theo trục X, Y, Z vơ cấp Xích chuyển động ngắn Vận tốc vòng trục điều khiển vơ cấp nên q trình gia cơng, ta thay vận tốc vòng trục đến giá trị mà khơng cần phải dừng trục Dựa vào hai máy điển hình: máy phay CNC KUNZMAN máy phay NC UWF-802M (5.2.3), ta đưa so sánh sơ đồ động máy CNC NC sau: 96 Đặc điểm Máy phay CNC KUNZMAN Máy phay NC UWF 802M - Xích chuyển động ngắn - Xích chuyển động dài Xích chuyển - truyền động vô cấp - Truyền động phân cấp động - Khơng phải dừng trục - Đơi phải dừng trục để thay đổi tốc độ trục thay đổi tốc độ - Mỗi xích chạy dao dùng động - Các xích chạy dao dùng chung riêng xích truyền động động nên xích truyền động ngắn dài phức tạp - Độ cứng vững cao - Độ cứng vững Xích chạy dao Bàn điều khiển lập trình Hình 6.8 Máy phay CNC KUNZMAN Hình 6.9 biểu diễn máy tiện CNC Tương tự máy phay CNC, máy có xích chuyển động chạy dao chuyển động ngắn 97 Đầu rơvơlve Nắp đậy Bàn điều khiển Trục vítme Truyền động trục Truyền động xa dao dọc Bệ máy Truyền động xa dao ngang Hình 6.9 Máy tiện CNC 98 ... dụng chương trình điều khiển cứng” cam, hay mẫu chép trước mà sử dụng chương trình mã hóa dạng số với loại mã khác Các máy điều khiển theo chương trình sử dụng chương trình mã hóa dạng số gọi... yêu cầu Chương trình, câu lệnh đk Bộ điều khiển c Dữ liệu vào, yêu cầu Máy truyền thống Máy tính số Người điều khiển Chương trình, câu lệnh đk d Máy NC Bộ điều khiển Máy NC Người điều khiển Hình... 1010 1011 1100 14 CHƯƠNG HỆ THỐNG ĐIỂU KHIỂN MÁY NC VÀ CNC A MÁY NC 3.1 Phân loại hệ thống điều khiển máy NC: * Hệ thống điều khiển máy NC chia làm hai loại chính: - Máy NC điều khiển theo điểm