Phân tích đánh giá năng tính hệ thống điều khiển số trong công nghiệp trên cơ sở đó thiết kế hệ thống điều khiển số tương ứng với máy công nghiệp hiện nay

NGUYỄN VĂN THÀNH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ NĂNG TÍNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ TRONG CƠNG NGHIỆP TRÊN CƠ SỞ ĐĨ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ TƯƠNG ỨNG VỚI MÁY CƠNG NGHIỆP HIỆN NAY CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ NGUYỄN VN THNH 2003~2005 H NI 2005 LờI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Văn Thành tác giả đề tài Phân tích đánh giá tính hệ thống điều khiển số công nghiệp Trên sở thiết kế hệ thống điều khiển số tương ứng với máy công nghiệp Tôi xin cam đoan nội dung trình bày luận văn kết nghiên cứu Nếu có tranh chấp với xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Tác giả Nguyễn Văn Thành Lời cảm ơn Tôi Nguyễn Văn Thành, học viên Cao học khoá 2003 - 2005 ngành Cơ khí chuyên ngành Máy dụng cụ công nghiệp, tr-ờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Sau năm học tập nghiên cứu, đến đà hoàn thành khoá học với đề tài Phân tích đánh giá tính hệ thống điều khiển số công nghiệp Trên sở thiết kế hệ thống điều khiển số t-ơng ứng với máy công nghiệp Nhân dịp bảo vệ luận văn tốt nghiệp, xin đ-ợc gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giáo tr-ờng Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung thầy cô khoa Cơ khí, môn Máy dụng cụ công nghiệp nói riêng đà tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho suốt năm qua Chúc thầy cô mạnh khoẻ, công tác tốt Đặc biệt, cho phép bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Tiến sĩ Bùi Quí Lực, thầy đà dành nhiều công sức h-ớng dẫn thực đề tài suốt thời gian từ tháng 2/2005 đến tháng 11 năm 2005 Kính chúc thầy gia đình mạnh khoẻ hạnh phúc Nhân dịp này, xin đ-ợc bày tỏ lòng cảm ơn tới tất bạn bè, đồng nghiệp đà cộng tác, cổ vũ, động viên, giúp đỡ thời gian qua Tác giả Nguyễn Văn Thành Mục lục Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Mở đầu Ch-ơng 1: Tổng quan máy công cụ CNC 1.1 Quá trình phát triển 1.2 Các loại máy gia công theo ch-ơng trình số 10 1.21 Máy khoan 10 1.2.2 M¸y phay `12 1.2.3 M¸y tiƯn CNC 13 1.2.4 Trung tâm gia công (Manufacturing Center) phay/khoan 17 1.2.5 Trung tâm tiện - phay 20 1.2.6 Máy mài 22 1.2.7 Máy gia công LASER 25 1.2.8 Máy đột dập CNC 27 1.2.9 Máy gia công tia điện tử 28 1.2.10 Máy cắt dùng tia n-ớc 29 Ch-ơng 2: Phân tích cấu trúc điều khiển máy đột dập CNC (loại CP1250 hÃng Taift, Đài Loan) 2.1 Thông số kỹ thuật máy đột dập CNC CP-1250 31 2.2 Tính ®iỊu khiĨn cđa m¸y ®ét dËp CNC CP-1250 34 2.2.1 C¸c m· lƯnh m¸y 34 2.2.1.1 C¸c m· lƯnh G 34 2.2.1.2 C¸c m· lƯnh M 35 2.2.2 TÝnh điều khiển 37 2.2.2.1 Thiết lập hệ thống toạ ®é G92 37 2.2.2.2 LƯnh to¹ ®é tut ®èi G90 37 2.2.2.3 Đột biên theo cung tròn với lệnh G68 39 2.2.2.4 Đột biên theo đ-ờng thẳng với lệnh G69 42 2.2.2.5 Đột biên theo cung tròn với lệnh G88 44 2.2.2.6 Đột lỗ nằm đ-ờng tròn với lệnh G26 46 2.2.2.7 Đột lỗ nằm đ-ờng thẳng nghiêng với lệnh G76 47 2.2.2.8 Đột lỗ nằm cung tròn với lệnh G77 49 2.2.2.9 Đột lỗ vuông G87 50 2.2.2.10 Đột biên với chày chữ nhật G86 52 2.2.2.11 Đột theo mảng với lệnh G78 (theo h-ớng trục X) 54 2.2.2.12 Đột theo mảng với lƯnh G79 (theo h-íng trơc Y) 56 2.2.2.13 Di chun vị trí tay kẹp tự động với lệnh G75 59 2.2.2.14 Chức đột nhiều chi tiết giống phôi G98 3.3 Phân tích cấu trúc điều khiển máy đột dập CNC CP-1250 60 68 3.3.1 Hệ thống dịch chuyển phôi 68 3.3.2 Hệ thống thay đổi chày cối đột 71 3.3.3 Hệ thống điều khiển ổ quay tù ®éng 74 3.3.4 HƯ thèng ®iỊu khiĨn trơc 76 Ch-ơng3: Thiết kế hệ thống điều khiển máy ®ét dËp CNC 3.1 Ph©n tÝch hƯ ®iỊu khiĨn 83 3.1.1 Khèi m¸y tÝnh 83 3.1.2 Khèi giao tiÕp RS 232 83 3.1.3 Khối MCU 84 3.1.4 Khối mạch công suất 84 3.1.5 Khối cảm biến 84 3.2 Khối máy tính 84 3.2.1 Giới thiệu 84 3.2.2 Ưu điểm VB 85 3.2.3 Các kí hiệu sơ đồ thuật toán 85 3.2.4 Sơ đồ thuật toán khối máy tính 85 3.3 Khèi vi ®iỊu khiĨn 3.3.1 Giíi thiƯu vỊ hä 8051 vµ chip AT89C5x cđa h·ng ATMEL 94 94 3.3.1 Giíi thiƯu vỊ hä 8051 vµ chip AT89C5x cđa h·ng ATME 94 3.3.2 CÊu tróc vi ®iỊu khiĨn 8051 96 3.3.3 Cấu trúc bên vi điều khiển 100 3.3.4 Hoạt động Timer 8051 ghi SFR Timer 101 3.3.5 Hoạt động PORT nối tiếp 8051 105 3.3.6 Hoạt động ngắt 8051 107 3.3.7 Giíi thiƯu vỊ lËp tr×nh C++ cho vi điều khiển 110 3.3.8 Sơ đồ thiết kế mạch MCU 117 3.3.9 L-u đồ thuật toán khối MCU 118 3.4 Khèi giao tiÕp víi m¸y tÝnh 120 3.4.1 Giíi thiƯu vỊ c¸c giao tiÕp 120 3.4.2 Giíi thiƯu vỊ cỉng COM 121 3.4.3 Sơ đồ chân IC MAX 232 122 3.4.4 Sơ đồ thiết kế mạch khối giao tiếp RS232 122 3.5 Khối động mạch công suất 3.5.1 Sơ đồ thiết kế mạch công suất cho động trục X trục Y 122 125 3.5.1.1 Sơ đồ mạch công suất cho động trục X 125 3.5.1.2 Sơ đồ mạch công suất động trục Y 125 3.5.2 Nguyên lí hoạt động mạch công suất 126 Kết luận 127 Tài liệu tham khảo 128 3.5.6 Nguyên lí hoạt động mạch công suất Mở đầu Những năm gần với phát triển mạnh mẽ lĩnh vực công nghệ thông tin kỹ thuật vi điện tử, máy móc thiết bị điều khiển số ngày đ-ợc sử dụng rộng rÃi lĩnh vực đời sống xà hội: công nghiệp khÝ, ho¸ chÊt, chÕ biÕn thùc phÈm, dƯt may, y tế, việc ứng dụng thiết bị điều khiển số đà tạo sản phẩm có chất l-ợng cao đáp ứng đòi hỏi khắt khe thị tr-ờng, điều mà tr-ớc với máy móc thông th-ờng với bàn tay đơn ng-ời thợ làm đ-ợc ý thức đ-ợc điều này, vài năm trở lại nhiều doanh nghiệp Việt Nam đà tích cực đầu t- thiết bị điều khiển số cho sở sản xuất doanh nghiệp có vốn đầu t- n-ớc Nhiều tr-ờng đại học, cao đẳng đà đ-a vào ch-ơng trình giảng dạy thiết bị điều khiển số Tuy nhiên, mức độ nắm bắt làm chủ thiết bị hạn chế nhiều ch-a khai thác hết khả công nghệ thiết bị dẫn tới hiệu đầu t- không cao Chúng ta ch-a sản xuất đ-ợc máy công cụ điều khiển số phức tạp, thiếu chuyên gia có khả xử lý phần cứng nh- phần mềm hệ thống điều khiển, điều mà năm tới phải nỗ lực phấn đấu Đề tài Phân tích đánh giá tính hệ thống điều khiển số công nghiệp Trên sở thiết kế hệ thống điều khiển số t-ơng ứng với máy công nghiệp h-ớng vào nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển số cho máy gia công kim loại mà cụ thể hệ thống điều khiển số cho máy đột dập CNC phù hợp với điều kiện thực tế ng-ời Việt Nam Cấu trúc luận văn gồm ch-ơng, ch-ơng giới thiệu tổng quan CNC, trình phát triển công nghệ CNC giới thực trạng Việt Nam, thiết bị CNC Ch-ơng phân tích cấu trúc điều khiển máy đột dập CNC CP-1250 hÃng Tailift, Đài Loan có tr-ờng Cao đẳng Công nghiệp Hà Nội, đánh giá khả công nghệ thiết bị Ch-ơng thiết kế hệ điều khiển cho máy đột dập CNC theo điều kiƯn thùc tÕ cđa ViƯt Nam Trong khu«n khỉ giới hạn, đề tài nghiên cứu góc độ lý thuyết thực nghiệm nghiên cứu, thiết kế hệ điều khiển cho chuyển động máy đột dập CNC chuyển động bàn máy chuyển động trục (đầu đột) Ch-ơng 1: tổng quan máy công cụ cnc Khi gia công máy công cụ thông th-ờng, b-ớc gia công chi tiết ng-ời thợ thực tay nh-: điều khiển số vòng quay, l-ợng chạy dao, chiều sâu cắtKhi gia công máy điều khiển theo ch-ơng trình số, trình gia công đ-ợc thực cách tự động Tr-ớc gia công ng-ời thợ phải dựa vào hệ thống điều khiển ch-ơng trình gia công d-ới dạng chuỗi lệnh ®iỊu khiĨn HƯ thèng c¸c lƯnh ®iỊu khiĨn sè cho khả thực lệnh kiểm tra chúng nhờ hệ thống đo dịch chuyển bàn tr-ợt máy Điều khiển số (NC) hình thức tự động hoá mà cụ thể máy gia công tự động đ-ợc lập trình để thực loạt hoạt động chế độ đ-ợc xác định tr-ớc nhằm tạo chi tiết có kích th-ớc, độ nhám hoàn toàn dự đoán tr-ớc Gia công máy công cụ thông th-ờng, độ xác gia công hoàn toàn phụ thuộc vào kỹ tay nghề ng-ời thợ Ng-ợc lại gia công máy công cụ điều khiển theo ch-ơng trình số (NC, CNC), độ xác, độ nhám bề mặt chi tiết chủ yếu thiết bị định, không phụ thuộc vào kỹ tay nghề ng-ời thợ Trong nhiều thập kỷ qua, điều khiển số (NC = Numerical Control) đà tác động mạnh mẽ đến ngành chế tạo máy Đặc biệt, năm gần có sách mở cửa, hội nhập, nhiều công ty n-ớc đầu t- vào Việt Nam Những thiết bị kỹ thuật gia công tiên tiến thiết bị kỹ thuật điều khiển theo ch-ơng trình số đà phổ biến nhiều công ty; công ty liên doanh với n-ớc ngoài, mà công ty n-ớc nhiều công ty đà trang bị nhiều thiết bị gia công theo ch-ơng trình số Vì nhu cầu lao động có kỹ thuật cao, có khả vận hành, sửa chữa thiết kế hệ thống điều khiển theo ch-ơng trình số ngày cao 1.1 Quá trình phát triển Quá trình phát triển công nghệ chế tạo máy cắt kim loại đà trải qua giai đoạn : Công nghệ thủ công Công nghệ khí hoá với đời ngành chế tạo máy công cụ Từ tự động hoá khí sang tự động hoá có trợ giúp máy vi tính (CNC) Sau mốc quan trọng trình phát triển máy công cụ điều khiển số(CNC= computerized Numerical control), gắn liền với trình phát triển công nghệ điện tử tin học + Năm 1808: JOSEPB MJAC QUARD đà dùng tôn đục lỗ điều khiển tự động máy dệt + Năm 1863: MFO URNEAUX phát minh Đàn d-ơng cầm tự động tiếng giới với tên gọi PIANNOLA Trong dùng băng giấy có chiều rộng 30 cm đ-ợc đục lỗ theo vị trí t-ơng thích để điều khiển luồng khí nén tác động vào phím bấm khí Băng giấy đục lỗ dùng làm vật mang tin đà đ-ợc phát minh + Năm 1946 Dr JOHNW MAUCHLY Dr JSPRESPER ECKERT đà phát minh máy tính điện tử có tên ENIAC cho quân đội Mỹ đ-ợc ứng dụng + Năm 1948 - 1952 T.PARSON viện công nghệ MIT (Masachusetts institute of Technology) đà nghiên cứu thiết kế theo hợp đồng không quân Mỹ (US AF) hệ thống điều khiển dành cho máy công cụ Để điều khiển trực tiếp vị trí trục vít me thông qua liệu đầu máy tính chứng cho khả gia công chi tiết T PARSON đà đ-a luận điểm bản: 1- Những vị trí đà đ-ợc tính biên dạng đ-ợc ghi nhớ vào bìa đục lỗ 2- Các bìa đục lỗ đ-ợc đọc máy cách tự động 3- Các vị trí đà đuợc đọc phải đ-ợc thông báo cách liên tục bổ sung thêm tính toán cho giá trị trung gian ... giả đề tài Phân tích đánh giá tính hệ thống điều khiển số công nghiệp Trên sở thiết kế hệ thống điều khiển số tương ứng với máy công nghiệp Tôi xin cam đoan nội dung trình bày luận văn kết nghiên... thành khoá học với đề tài Phân tích đánh giá tính hệ thống điều khiển số công nghiệp Trên sở thiết kế hệ thống điều khiển số t-ơng ứng với máy công nghiệp Nhân dịp bảo vệ luận văn tốt nghiệp, xin... cứng nh- phần mềm hệ thống điều khiển, điều mà năm tới phải nỗ lực phấn đấu Đề tài Phân tích đánh giá tính hệ thống điều khiển số công nghiệp Trên sở thiết kế hệ thống điều khiển số t-ơng ứng