Máy Điều Khiển Số Và Robot Công Nghiệp

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chƣơng MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ 1.1 Sự đời phát triển máy điều khiển số 1.1.1 Lịch sử đời phát triển máy điều khiển số .7 1.1.2 Các tính kỹ thuật máy điều khiển số 10 1.1.3 Hiệu sử dụng máy CNC .12 1.2 Cấu trúc chung máy NC 17 1.2.1 Sơ đồ động học xích chạy dao 17 1.2.2 Cấu trúc chung máy tiện NC 21 1.2.3 Cấu trúc chung máy phay NC 21 1.3 Các hệ thống khí máy CNC 22 1.3.1 Dẫn động chạy dao .22 1.3.2 Dẫn động trục 38 1.3.3 Đường hướng máy CNC 39 1.3.4 Hệ thống thay dao tự động 43 1.3.5 Dao cắt máy CNC 46 1.3.6 Đồ gá máy CNC 51 Chƣơng HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ 52 2.1 Khái niệm hệ thống điều khiển số 52 2.1.1 Điều khiển số trực tiếp điều khiển số phân phối (DNC) 53 2.1.2 Điều khiển số có máy tính (CNC) 55 2.2 Phân loại điều khiển số .56 2.2.1 Điều khiển điểm PTP 56 2.2.2 Điều khiển đường liên tục 58 2.2.3 Các hệ thống điều khiển theo số trục điểu khiển đồng thời 59 2.2.4 Điều khiển NC CNC 61 2.2.5 Điều khiển hở điều khiển kín 63 2.2.6 Điều khiển thích nghi 64 2.3 Phần cứng hệ thống điều khiển số 65 2.3.1 Cụm điều khiển máy MCU 66 2.3.2 Bộ vi xử lý CPU 67 2.3.3 Bộ nhớ ROM RAM 68 2.3.4 Các thành phần giao tiếp khác 68 2.3.5 Bộ điều khiển máy khả trình PMC 70 2.4 Các phần mềm CNC 71 2.4.1 Hệ điều hành (phần mềm hệ thống) 72 2.4.2 Phần mềm giao tiếp máy 72 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2.4.3 Phần mềm ứng dụng 74 2.4.4 Chương trình nội suy 74 2.5 Hệ thống phản hồi (feedback) 80 2.5.1 Các kiểu hệ thống phản hồi 80 2.5.2 Hệ thống phản hồi kiểu số - tương đối 82 2.5.3 Hệ thống phản hồi kiểu số - tuyệt đối 85 2.5.4 Hệ thống phản hồi tương tự (analog) 86 Chƣơng CƠ SỞ LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHO MÁY CNC 89 3.1 Các trục toạ độ chiều chuyển động 89 3.1.1 Hệ thống toạ độ 89 3.1.2 Quy định toạ độ máy .89 3.1.3 Các điểm gốc (ZERO) điểm chuẩn (tham khảo) 91 3.2 Mã hố thơng tin 95 3.2.1 Hệ thống số cách biểu diễn đại lượng điều khiển số 95 3.2.2 Cấu trúc chương trình gia công 97 3.2.3 Dữ liệu chương trình 103 3.3 Các bước lập trình NC 103 3.3.1 Nghiên cứu vẽ chi tiết 104 3.3.2 Phân tích chi tiết thành khối hình học 104 3.3.3 Ghi kích thước cho chi tiết 105 3.4 Các hình thức bảo đảm chương trình 108 3.4.1 Lập trình tay trực tiếp máy CNC 108 3.4.2 Lập trình mạng DNC 108 3.4.3 Lập trình tay phòng chuẩn bị chương trình .109 3.4.4 Lập trình với hỗ trợ máy tính 109 3.5 Ngơn ngữ lập trình 110 3.5.1 Ngơn ngữ lập trình ISO (ngơn ngữ máy) 110 3.5.2 Ngôn ngữ giao thoại 110 3.5.3 Ngơn ngữ lập trình tự động APT 111 3.5.4 Lập trình phần mềm CAD/CAM .114 Chƣơng LẬP TRÌNH CƠ BẢN CHO MÁY PHAY CNC 116 4.1 Các mã lệnh chủ yếu máy phay .116 4.1.1 Chức chuẩn bị (G) 116 4.1.2 Các lệnh bù dao bù hệ toạ độ 116 4.1.3 Các chu kỳ 116 4.1.4 Chức bổ trợ hay chức phụ M-code (M) .116 4.2 Các mã lệnh 117 4.2.1 Chạy dao nhanh, G0 G00 117 4.2.2 Gia công đường thẳng G01 .118 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.2.3 Gia cơng cung tròn, đường tròn G02 G03 121 4.2.4 Chọn mặt phẳng toạ độ, G17, G18, G19 124 4.2.5 Hệ toạ độ tuyệt đối, tương đối, G90 G91 124 4.2.6 Đơn vị đo G70 G71 125 4.2.7 Xác lập điểm chi tiết, G92 .125 4.2.8 Trở điểm tham chiếu G28, G29, G30 .125 4.2.9 Lựa chọn thay dao cắt 126 4.2.10 Đơn vị tốc độ chạy dao G94 G95 127 4.2.11 Số vòng quay trục S 127 4.2.12 Lập trình t lệ, đối xứng G51 128 4.2.13 Quay hệ tọa độ G68 128 Chƣơng LẬP TRÌNH CƠ BẢN CHO MÁY TIỆN CNC 133 5.1 Các nhóm mã lệnh chủ yếu máy tiện 133 5.1.1 Các mã lệnh chuẩn bị (mã G) 133 5.1.2 Các mã lệnh M 134 5.2 Các mã lệnh 135 5.2.1 Chức dao T .135 5.2.2 Chức vận tốc chạy dao F 135 5.2.3 Chức tốc độ trục S 136 5.2.4 Xác lập hệ toạ độ làm việc 137 5.2.5 Lập trình theo đường kính bán kính 138 5.2.6 Lập trình tuyệt đối lập trình tương đối 139 5.2.7 Các mã lệnh chuyển động dao 140 5.2.8 Lùi điểm tham khảo G28 G30 145 5.2.10 Gia công ren G32 146 5.2.11 Cắt ren có bước thay đổi G34 149 Chƣơng RÔ-BỐT CÔNG NGHIỆP 150 6.1 Sơ lược trình phát triển rô-bốt công nghiệp 150 6.2 Cấu trúc rô-bốt công nghiệp 150 6.3 Kết cấu tay máy 151 6.4 Hệ tọa độ 153 6.5 Trường công tác rô-bốt 154 6.6 Phân loại rô-bốt công nghiệp 155 6.6.1 Phân loại theo ứng dụng 155 6.6.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển 155 6.7 Ứng dụng rô-bốt công nghiệp sản xuất .156 PHỤ LỤC 160 Phụ lục Các hệ thống số .160 P1.1 Hệ thập phân 160 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt P1.2 Hệ nhị phân 160 P1.3 Hệ bát phân 161 P1.4 Hệ thập lục phân (hex) 162 P1.5 Số học số nhị phân .163 Phụ lục Bảng mã G, M hãng FANUC 166 P2.1 Mã G 166 P2.2 Mã M 169 Phụ lục Chế độ cắt máy CNC .173 P3.1 Chế độ cắt phay 173 P3.2 Chế độ cắt khoan 174 P3.3 Chế độ cắt doa .174 P3.4 Chế độ cắt tarô .176 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt LỜI NÓI ĐẦU Trong vài năm từ đầu thập kỉ 90 trở lại đây, máy điều khiển số (CNC) xuất Việt Nam khẳng định vai trò sản xuất khí cụ thể số cơng nghệ quan trọng như: gia công loại khuôn mẫu, gia cơng chi tiết phức tạp, có độ xác cao Trong khu vực kinh tế Nhà nước, nhiều sở đầu tư lắp đặt dây chuyền sản xuất đại, có trung tâm gia công CNC, phần mềm trợ giúp thiết kế sản xuất (CAD/CAM) trang bị đồng Trong khu vực cơng nghiệp Quốc phòng, nhiệm vụ chế tạo chi tiết vũ khí có độ phức tạp xác cao nên nhiều sở nghiên cứu, đào tạo nhà máy Quốc phòng trang bị loại máy CNC để thực phương pháp công nghệ khác Các máy CNC trang bị phần lớn thuộc nhóm máy phay, tiện, cắt dây, gia công điện cực (xung điện) Bên cạnh máy đại, có độ xác cao, máy Trung tâm khoa học công nghệ kĩ thuật quân sự, Viện công nghệ - Tổng cục công nghiệp QP; lại phần lớn máy trang bị cho nhà máy có tính cơng nghệ mức trung bình Mặc dù cơng nghệ CAD/CAM CNC xuất Việt Nam thời gian dài, việc ứng dụng sản xuất giai đoạn khởi đầu trang bị lẻ tẻ, tính đồng khơng cao Các sở sản xuất trang bị nhiều máy CNC chưa nối mạng nên chưa có khả trao đổi chương trình liệu với thiết bị bên ngồi; số sở có thiết bị đại lại khơng có cơng cụ lập trình tương xứng Ngồi vấn đề đào tạo đội ngũ lập trình viên có đủ lực khai thác thiết bị vấn đề đáng ý Giáo trình phục vụ cho cơng tác đào tạo kỹ sư công nghệ chế tạo máy cơng nghệ chế tạo vũ khí Học viện kỹ thuật quân (KTQS) Mục đích cung cấp hiểu biết chung máy điều khiển số, hệ thống điều khiển số kỹ lập trình gia công vận hành máy CNC phục vụ cho môn học "Máy điều khiển số rơ bốt cơng nghiệp" Giáo trình gồm chương phụ lục: Chương Máy điều khiển số CNC Chương Hệ thống điều khiển số CNC Chương Cơ sở lập trình gia cơng cho máy điều khiển số Chương Lập trình cho máy phay CNC Chương Lập trình cho máy tiện CNC Chương Rô-bốt công nghiệp CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Các tác giả xin cám ơn đồng chí Dương Xuân Biên, Phòng thí nghiệm cơng nghệ cao, Trung tâm cơng nghệ, Học viện KTQS cung cấp tài liệu vận hành máy; đồng chí Nguyễn Trung Thành, Lê Xuân Hùng, giảng viên Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí giúp đ q trình chế Giáo trình kết nhiều năm giảng dạy môn học lĩnh vực CAD/CAM-CNC Tuy nhiên lần xuất sai sót Chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp để hồn thiện cho lần tái ịa liên hệ: Nguyễn Trọng Bản, Bộ mơn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, Học viện KTQS; điện thoại CQ: 069515368, D 0982502954; email: trong_ban29@yahoo.com.vn Các tác giả CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chƣơng MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ 1.1 Sự đời phát triển máy điều khiển số 1.1.1 Lịch sử đời phát triển máy điều khiển số Từ năm 1807 Joseph M Jacquard sử dụng bìa đục lỗ để điều khiển máy dệt Những năm ngành cơng nghiệp dầu mỏ hóa chất sử dụng nguyên lý Năm 1947 John Parsons công ty Pasrons có trụ sở Traverse City, Michigan (Mỹ) bắt đầu thí nghiệm ý tưởng sử dụng liệu đường cong ba chiều để điều khiển máy công cụ gia công số phận phức tạp máy bay Ơng sử dụng thành cơng ngun lý xấp xỉ toán học (nguyên lý nội suy) để cắt gọt biên dạng cánh máy bay trực thăng (helicopter rotor blade) vào tháng 12 năm 1948 Tháng năm 1949 Parsons liên kết với phòng thí nghiệm Servomechanisms (cơ cấu bám) Viện công nghệ Masachuset (Massachusetts Insutute of Technology - MIT) nhằm phát triển máy tự động điều khiển số mà kết vào năm 1952 chế tạo thành công máy tự động điều khiển số đầu tiên, máy phay trục đứng Cincinnati Hydrotel Cụm điều khiển máy (Machine Control Unit - MCU) thiết kế từ đèn điện tử chân không chiếm nhiều không gian máy công cụ MCU tiếp nhận liệu máy từ bìa đục lỗ để tạo chuyển động theo ba trục toạ độ nhờ nội suy tuyến tính Ngay sau đó, phương án chế tạo máy NC công nghiệp đề nghị với nguyên tắc sau: - Sử dụng máy tính1 để tính tốn quỹ đạo chạy dao lưu liệu vào bìa đục lỗ - Dùng thiết bị đọc máy để tự động đọc liệu từ bìa đục lỗ - Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ xử lý liên tục đưa thông tin điều khiển động dẫn động cấu chấp hành Năm 1959 triển lãm máy công cụ Pari trưng bày máy NC giới Thông tin điều khiển (chương trình gia cơng chi tiết) máy ghi bìa đục lỗ Mãi khoảng thập k 60, máy NC sản xuất sử dụng công nghiệp Tuy nhiên điều khiển số dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, cồng kềnh tiêu tốn nhiều lượng Việc sử dụng chúng khó khăn, chương trình chứa băng bìa đục lỗ, khó hiểu khơng sửa chữa Giao tiếp người máy khó khăn khơng có hình, bàn phím Sau linh kiện bán dẫn sử dụng phổ biến công Chiếc máy tính điện tử mang tên ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) Mauchly Eckert chế tạo vào năm 1943 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt nghiệp (khoảng năm 1960) máy gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn lượng hơn, Các băng, bìa đục lỗ sau thay băng đĩa từ, Nhưng nói chung, tính sử dụng máy NC chưa cải thiện đáng kể, máy tính ứng dụng vào Những hoạt động tích cực lĩnh vực tiêu chuẩn hoá, biến đổi xung quanh phần cứng phần mềm hệ thống điều khiển số diễn theo ba hướng: - Kiểu định dạng thiết bị vào - Cấu hình hệ thống nội suy - Ngơn ngữ lập trình gia cơng chi tiết Sự xuất IC (1959), LSI (1965), vi xử lý (1974) tiến kỹ thuật lưu trữ xử lý số liệu làm nên cách mạng kỹ thuật điều khiển số máy công cụ Các điều khiển số máy công cụ tích hợp thêm máy tính thuật ngữ CNC (viết tắt Computer Numerical Control) sử dụng từ đầu thập k 70 Máy CNC ưu việt máy NC thông thường nhiều mặt, tốc độ xử lý cao, kết cấu gọn, ưu điểm quan trọng chúng tính sử dụng, giao diện thân thiện ùng thiết bị ngoại vi khác Các máy CNC ngày có hình, bàn phím nhiều thiết bị khác để trao đổi thơng tin với người dùng (hình 1-1 1-2) Nhờ hình, người dùng thơng báo thường xun tình trạng máy, cảnh báo báo lỗi nguy hiểm xảy ra, mơ để kiểm tra trước q trình gia cơng, Máy CNC làm việc đồng với thiết bị sản xuất khác rô-bốt, băng tải, thiết bị đo, hệ thống sản xuất Chúng trao đổi thơng tin mạng máy tính loại, từ mạng cục (LAN) đến mạng diện rộng Internet Ngoài kỹ thuật điều khiển tự động, phát triển máy CNC công nghệ gia công chúng gắn liền với lĩnh vực khác cơng nghệ thơng tin: thiết kế sản xuất có trợ giúp máy tính mà quen gọi CAD/CAM Đó lĩnh vực ứng dụng máy tính vào cơng tác thiết kế, tính tốn kết cấu, chuẩn bị cơng nghệ, tổ chức sản xuất, hoạch tốn kinh tế, Một hệ thống sản xuất tự động, có khả tự thích ứng với thay đổi đối tượng sản xuất gọi hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing System - FMS) FMS gồm máy CNC, rô-bốt, thiết bị vận chuyển, thiết bị kiểm tra, đo lường, làm việc điều khiển mạng máy tính Sự tích hợp hệ thống thiết bị sản xuất tích hợp trình thiết kế - sản xuất - quản trị kinh doanh nhờ mạng máy tính với phần mềm trợ giúp công tác thiết kế công nghệ, kinh doanh, tạo nên hệ thống sản xuất tích hợp nhờ máy tính (Computer Integrated Manufacturing - CIM) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hình 1-1 Trung tâm gia cơng CNC đại Hình 1-2 Máy tiện CNC đại CAD/CAM lĩnh vực có liên quan mật thiết với kỹ thuật điều khiển số thiết bị sản xuất CAD (Computer Aided Design), dịch "thiết kế có trợ giúp máy tính", lĩnh vực ứng dụng CNTT vào thiết kế Nó trợ giúp cho nhà thiết kế việc mơ hình hố, lập xuất tài liệu thiết kế dựa kỹ thuật đồ hoạ CAM (Computer Aided Manufacturing), dịch "sản xuất có trợ giúp máy tính", xuất nhu cầu lập trình cho thiết bị điều khiển số (máy CNC, rô9 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt bốt, thiết bị vận chuyển, kho tàng, kiểm tra) điều khiển chúng Chúng vốn xuất độc lập với nhau, ngày xích lại gần CAD/CAM thuật ngữ ghép, dùng để môi trường thiết kế - sản xuất với trợ giúp máy tính Q trình xuất hiện, phát máy CNC lĩnh vực liên quan hệ thống CAD/CAM, CIM (hình 1-3) Cũng từ hình qua thực tế thấy CAD/CAM, CNC thời kỳ phát triển mạnh k nguyên CIM khởi đầu Hình 1-3 Các giai đoạn phát triển máy CNC CAD/CAM 1.1.2 Các tính kỹ thuật máy điều khiển số a) Các tính kỹ thuật chung Là hệ thống điều khiển tự động, tính hệ thống CNC phụ thuộc vào nhiều yếu tố Những người sử dụng cần phải đề độ xác mong muốn tiêu đánh giá tính hiệu sử dụng Thơng thường người ta dựa vào tính kỹ thuật sau đây: ộ xác Độ xác đánh giá tổng sai lệch phạm vi Ví dụ bàn trượt có sai lệch 0,002 mm (0,0008 inch) dịch chuyển 500 mm (20 inch) Độ xác cần thiết đặc trưng cho máy CNC 0,001mm/250 mm (tức khoảng 0,0004 inch/10 inch) ộ phân giải Độ phân giải giá trị dài (hoặc góc) nhỏ mà hệ thống CNC nhận biết thực được, thực chất đơn vị sở hay đơn vị lập trình nhỏ Các hệ thống CNC thơng thường đạt đến 0,001 mm (0,0001 inch) 0,001o ộ xác lặp lại Độ xác lặp lại sai lệch vị trí bàn máy trở vị trí lập trình trước Độ xác lặp lại coi trọng độ xác đánh giá hệ 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... MIT) nhằm phát triển máy tự động điều khiển số mà kết vào năm 1952 chế tạo thành công máy tự động điều khiển số đầu tiên, máy phay trục đứng Cincinnati Hydrotel Cụm điều khiển máy (Machine Control... KHIỂN SỐ 1.1 Sự đời phát triển máy điều khiển số 1.1.1 Lịch sử đời phát triển máy điều khiển số Từ năm 1807 Joseph M Jacquard sử dụng bìa đục lỗ để điều khiển máy dệt Những năm ngành cơng nghiệp. .. gia cơng vận hành máy CNC phục vụ cho môn học "Máy điều khiển số rơ bốt cơng nghiệp" Giáo trình gồm chương phụ lục: Chương Máy điều khiển số CNC Chương Hệ thống điều khiển số CNC Chương Cơ sở