Bài giảng máy CNC và robot công nghiệp

Các chương trình phát triển nông nghiệp, nông thôn dù là của Chính phủ hay của các tổ chức nước ngoài tài trợ đều thực hiện dưới hình thức dự án. Nhưng từ trước năm 1995 môn học xây dựng và qu

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, . [...]... CAD/CAM /CNC? Phân tích cấu trúc bộ điều khiển CNC 15 Thảo luận T.Q Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN Phân tích luồng thông tin điều khiển vị trí? Thảo luận T.Q Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN Các hình sau tơng ứng với dạng điều khiển nào, trên máy nào? (b) (a) (d) (e) (c) (f) (g) (h) 16 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... Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN Cơ cấu thay dao T.Q Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN 1.4 Hiệu quả sử dụng máy CNC Về bản chất vật lý, quá trình gia công trên máy thông thờng và máy CNC hoàn toàn nh nhau: - Vì: kích thớc và chất lợng bề mặt của chi tiết gia công đợc hình thành và điều khiển bởi sự tơng tác cơ, lý, hoá giữa dụng cụ và chi tiết gia công - Do đó: lý thuyết cắt gọt kim loại đợc nghiên cứu và. .. việc với máy CNC, công nhân chỉ đóng vai trò giám sát chứ không tham gia trực tiếp vào quá trình gia công nên máy có thể làm việc cả khi vắng mặt công nhân và một công nhân có thể trông coi nhiều máy 13 T.Q Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN 1.4.2 Năng suất gia công cao Giảm thời gian chuẩn bị Tck: - Việc chuẩn bị máy CNC để gia công một loại sản phẩm mới rất nhẹ nhàng: nạp chơng trình gia công và chuẩn... 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 dần thay thế máy vạn năng cả trong gia công thông thờng Sản lợng II I Độ phức tạp và độ chính xác... sử dụng máy CNC 1.5 Hệ thống toạ độ và các điểm gốc, điểm chuẩn 1.6 Cơ sở vận hành máy CNC T.Q Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN 1.5 Hệ thống toạ độ và các điểm gốc, điểm chuẩn 1 T.Q Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN 1.5.1 Hệ thống toạ độ Các hệ toạ độ chính - X, Y, Z - A, B, C Các hệ toạ độ phụ - U, V, W - P, Q, R - A, B, C Qui tắc xác định hệ toạ độ: - Qui tắc bàn tay phải T.Q Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN... 1.3 Kết cấu máy CNC 1.4 Hiệu quả sử dụng máy CNC T.Q Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN 1.3 Kết cấu máy CNC Về kết cấu chung, máy thông thờng, máy NC và máy CNC đều có: - phần cơ sở (thân máy, bàn máy, hệ thống truyền động trục chính, hệ thống chạy dao, hệ thống điều khiển, hệ thống gá kẹp - các thiết bị phụ trợ (làm mát, bôi trơn, chiếu sáng, ) Tuy nhiên, kết cấu của từng hệ thống của máy CNC có nhiều... thực tế máy CNC cho phép giảm cả 3 loại thời gian so với máy công cụ truyền thống Thời gian trực tiếp gia công (Tc) trên máy thông thờng chỉ chiếm không quá 10% trong tổng số thời gian gia công (T) Trên máy CNC thời gian đó lên tới 70% 12 T.Q Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN 1.4.2 Năng suất gia công cao Thời gian chính Tc đợc cải thiện nhờ phát huy tối đa công suất gia công của máy - Tốc độ gia công cao... của chi tiết 16 Thảo luận T.Q Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN Đặc điểm (về mặt hình thức) nào giúp ta phân biệt máy thông thờng, máy NC và máy CNC? Hệ thống điều khiển trục chính trên máy CNC có điểm gì khác so với máy thông thờng? Hệ thống điều khiển chạy dao trên máy CNC có điểm gì khác so với máy thông thờng? Cơ cấu nào đợc dùng trong truyền động chạy dao trên máy CNC, giải pháp tăng chất lợng truyền... trí mới trên trục và trên kho chứa; - Chuyển động về vị trí chờ Thờng thời gia thay dao kéo dài khoảng vài giây Trên các máy hiện đại và số dao ít, thời gian thay dao chỉ cỡ 0,1 giây 8 Kho chứa dao T.Q Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN Trung tâm gia công 5 trục với kho chứa dao dạng đĩa Kho chứa dao T.Q Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN Trung tâm gia công 5 trục với hệ thống chuyển phôi và thay dao tự động,... độ - ứng dụng trên các máy phay, tiện đơn giản - Ví dụ: điều khiển đờng (a) máy tiện (b) máy phay 11 T.Q Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN T.Q Nam Bài giảng Máy CNC và RBCN Điều khiển theo contour (biên dạng, phi tuyến) - Điều khiển có gia công đồng thời theo nhiều trục khác nhau - Nhờ vậy có thể gia công đờng thẳng hoặc đờng cong bất kỳ - Phần lớn các bộ điều khiển trong công nghiệp hiện nay là điều . 1Máy CNC v Robot 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. 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) #