Nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển cho máy tiện GSK980TA Nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển cho máy tiện GSK980TA Nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển cho máy tiện GSK980TA luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Trọng Khơi NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY TIỆN GSK980TA Chuyên ngành: Kỹ thuật khí LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.TS BÙI TUẤN ANH Hà Nội - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu chƣa đƣợc công bố cơng trình chƣa đƣợc đăng tài liệu, tạp chí, hội nghị khác Những kết nghiên cứu luận văn trung thực Hà Nội, tháng năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Trọng Khôi LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý thầy hƣớng dẫn: TS Bùi Tuấn Anh Đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới: - Các thầy, Viện Cơ khí trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội - Quý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp, em học sinh, sinh viên Đã tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên, chia sẻ để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Nguyễn Trọng Khôi MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ I Bảng biểu II Hình vẽ MỞ ĐẦU 12 Lý chọn đề tài 12 Mục đích nghiên cứu 12 Đối tƣợng pham vi nghiên cứu 12 Giả thuyết khoa học 12 Nhiệm vụ nghiên cứu 13 Phƣơng pháp nghiên cứu 13 Những đóng góp luận văn 14 Cấu trúc luận văn 14 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC VÀ HỆ THỐNG 15 ĐIỀU KHIỂN CNC 15 1.1 Khái quát máy công cụ CNC 15 1.1.1 Sơ lƣợc máy CNC trình phát triển 15 1.1.2 Cơ sở máy CNC 16 1.1.3 Đặc điểm phân loại 17 1.2 Nguyên lý vận hành máy công cụ điều khiển số 18 1.2.1 Chƣơng trình gia cơng chi tiết 18 1.2.2 Khối điều khiển 18 1.2.3 Điều khiển logic 18 1.2.4 Cấu trúc khối chức hệ CNC 19 1.3 Hệ thống tính tốn điều khiển 20 1.3.1 Khái niệm phân loại 20 1.3.2 Chuẩn bị chƣơng trình điều khiển cho hệ CNC 20 1.3.2 Cấu trúc hệ điều khiển CNC 23 1.3.3 Hệ DNC 24 1.3.4 Hệ thống gia công linh hoạt FMS 24 1.4 Máy tiện CNC 25 1.4.1 Cấu trúc máy tiện CNC 25 1.4.2 Nguyên lý hoạt động máy tiện CNC 34 1.5 Phân tích thực trạng máy tiện GSK 980TA 34 1.5.1 Phần điều khiển chuyển động 35 1.5.2 Hệ thống khí 36 1.5.3 Phần điều khiển trung tâm 38 1.5.4 Hệ thống điện 39 1.5.4 Hệ thống đảm bảo an toàn 40 1.5.5 Hệ thống làm mát 40 1.5.6 Hệ thống mang dao 41 Kết luận chƣơng I 42 CHƢƠNG II: NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY TIỆN GSK980TA 43 2.1 Sơ đồ hệ thống phần tử hệ thống 43 2.2 Động bƣớc pha 44 2.2.1 Động bƣớc pha 44 2.2.2 Bộ điều khiển động bƣớc pha 46 2.3 Mạch điều khiển CNC (Mạch đệm LPT) 47 2.3.1 Giới thiệu mạch 47 2.3.2 Đặc điểm mạch đệm LPT 48 2.3.3 Cài đặt ứng dụng 48 2.4 Điều khiển tốc độ trục 52 2.4.1 Trục điều khiển tốc độ trục 52 2.4.2 Tìm hiểu biến tần 52 2.5 Thiết bị đo lƣờng, giám sát thiết bị điện 54 2.5.1 Thiết bị đo tốc độ 54 2.5.3 Công tắc hành trình 54 2.5.4 Nút bấm điều khiển tắt mở máy 55 2.5.5 Nút dừng khẩn 55 2.5.6 Đèn báo hiệu 56 2.5.7 Nguồn DC 56 2.6 Môđun thay dao tự động 56 2.6.1 Nguyên lý hoạt động modun thay dao tự động 57 Kết luận chƣơng 59 CHƢƠNG 3: THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ ĐIỀU KHIỂN VÀ THỬ NGHIỆM CHO MÁY TIỆN GSK980TA 60 3.1 Máy tiện CNC GSK 980TA 60 3.2 Hệ thống điện 61 3.2.1 Các thiết bị điện cần có 61 3.2.2 Sơ đồ lắp đặt mạch điện 62 3.3 Cài đặt thông số điều khiển cho máy tiện GSK980TA 65 3.3.1 Tổng quan phần mềm điều khiển Mach 65 3.3.2 Cài đặt cổng mạch đệm phần mềm Mach 67 3.3.3 Điều chỉnh động công tắc hành chình 70 3.3.4 Thiết lập thống số cho hai trục chuyển động X, Z 72 3.3.5 Thiết lập điều khiển qua điện thoại di động 76 3.4 Lập trình gia cơng sản phẩm 78 3.5 Thử nghiệm 80 3.5.1 Gia công chi tiết khớp nối 80 3.5.2 Gia công chi tiết trục bậc 83 Kết luận chƣơng 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 Kết luận 88 Kiến nghị 88 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNC Computer Numerical Control CAM Computer-aided manufacturing DNC Domain Name System FMS Flexible Manufacturing Systems SĐLĐ Sơ đồ lắp đặt SĐNL Sơ đồ nguyên lý DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ I Bảng biểu Bảng 1.1 Tốc độ trục máy tiện GSK980TA Bảng 2.1 Bảng quy tắc cấp điện cho động bƣớc pha Bảng 3.1 Chọn vận tốc cắt Bảng 3.2 Chọn thống số v, s, t Bảng 3.3 Đánh giá kích thƣớc, chất lƣợng gia cơng chi tiết khớp nối xe cải tiến máy tiện GSK980TA sau tích hợp hệ điều khiển Bảng 3.4 Bảng đánh giá kích thƣớc, chất lƣợng gia cơng chi tiết trục bậc II Hình vẽ Hình 1.1 Mơ hình điều khiển DNC Hình 1.2 Mơ hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM Hình 1.3 Cở sở máy CNC Hình 1.4 Miêu tả trục máy công cụ CNC hệ tọa độ Đề Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc khối hệ CNC Hình 1.6 Lƣu đồ điều khiển hệ CNC Hình 1.7 Các bƣớc khâu chuẩn bị chƣơng trình tay Hình 1.8 Lƣu đồ lập trình máy Hình 1.9 Cấu trúc hệ CNC 10 Hình 1.10 Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 11 Hình 1.11 Máy tiện CNC dùng cơng nghiệp 12 Hình 1.12 Driver 3ND2283 hãng Leadshine 13 Hình 1.13 Hình dáng Resolever 14 Hình 1.14 Hình dáng Inductosyn 15 Hình 1.15 Cách xếp cuộn dây dạng sóng sin Inductosyn 16 Hình 1.16 Bảng điều khiển 17 Hình 1.17 Dao tiện rãnh 18 Hình 1.18 Dao tiện ngồi 19 Hình 1.19 Dao tiện ren ngồi 20 Hình 1.20 Dao tiện lỗ 21 Hình 1.21 Dao tiện rãnh 22 Hình 1.22 Máy tiện GSK980TA 23 Hình 1.23 Sơ đồ hệ thống dẫn động chạy dao máy tiện GSK980TA 24 Hình 1.24 Động bƣớc pha 110BYG350C 25 Hình 1.25 Driver GSK BY3A-30 26 Hình 1.26 Trục vitme trục X 27 Hình 1.27 Vitme –Đai ốc bi trục Z 28 Hình 1.28 Bảng điều khiển trung tâm máy tiện GSK980TA 29 Hình 1.29 Bảng điện máy tiện GSK 980TA 30 Hình 1.30 Biến áp 380v-220v JUCHE 31 Hình 1.31 Biến áp JUCHE JBK3-630 32 Hình 1.32 Bơm nƣớc làm mát 33 Hình 1.33 Bơm dầu HERG 630 34 Hình 1.34 Bàn xe dao 35 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển máy tiện GSK980TA 36 Hình 2.2 Góc lệch động bƣớc pha 37 Hình 2.3 Vị trí đặt Encoder 38 Hình 2.4 Driver động bƣớc phase 39 Hình 2.5 Sơ đồ ghép nối động với driver 40 Hình 2.6 Mạch đệm LPT 41 Hình 2.7 Chân điều khiển trục 42 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý chân điều khiển trục tốc độ 43 Hình 2.9 Bố trí cổng vào mạch đệm 44 Hình 2.10 Cấu tạo cổng vào mạch đệm 45 Hình 2.11 Vị trí 12 đầu mạch đệm 46 Hình 2.12 Cấu tạo cổng Mạch đệm 47 Hình 2.13 Sơ đồ nối ghép mạch đệm với khơi động từ 48 Hình 2.14 Sơ đồ biến tần gián tiếp 49 Hình 2.15 Biến tần Seimens MM410 50 Hình 2.16 Cơng tắc hình trình CHNT – YBLX-JW2/11Z/3 51 Hình 2.17 Cơng tắc hành trình lắp máy tiện GSK980TA 52 Hình 2.18 Nút nhấn khơng đèn YW1B 53 Hình 2.19 Nút dừng khẩn 54 Hình 2.20 Đèn báo IDEC 55 Hình 2.21 Nguồn DC 24V 56 Hình 2.22 Modul thay dao tự động LDP4 57 Hình 2.23 Bản vẽ modul thay dao tự động LDP 58 Hình 2.24 Cơng tắc hành trình từ tính 59 Hình 2.25 Sơ đồ lắp thay dao tự động vào mạch đệm 60 Hình 3.1 Hình ảnh thực máy tiện CNC GSK980TA 61 Hình 3.2 Động YD132M-6/4 62 Hình 3.3 SĐLĐ động động làm mát, bơm dầu máy tiện GK980TA 63 Hình 3.4 Hệ thống điện máy Bảng 3.3 Đánh giá kích thước, chất lượng gia công chi tiết khớp nối xe cải tiến máy tiện GSK980TA sau tích hợp hệ điều khiển STT Kích thƣớc 26+0,05 Hình dáng Độ bóng 26+0,04 Đạt yêu cầu Ra =1,55 26+0,01 Đạt yêu cầu Ra =1,25 26+0,04 Đạt yêu cầu Ra =1,30 26+0,03 Đạt yêu cầu Ra =1,20 26+0,01 Đạt yêu cầu Ra =1,25 Sau gia công sản phẩm nhận thấy sản phẩm có kích thƣớc đạt dung sai cho phép, độ bóng, hình dáng hình học đạt nhận thấy máy chạy ổn định có độ xác tốt 3.5.2 Gia cơng chi tiết trục bậc Hình 3.36 Bản vẽ chi tiết trục bậc Ta chọn tốc độ cắt khí tiện trơn tƣơng tự nhƣ chi tiết khớp nối tra bảng 3.1 bảng 3.2 chọn đƣợc tốc độ cắt n = 553 vòng/phút Dụng cụ cắt: Dao tiện ngồi (T0101) - Theo kích thƣớc vẽ thơng số ta có chƣơng trình gia công cnc máy tiện GSK980: 83 %O0002 G18 G64 G80 G90 G40 G49 M3 M8 G00 X40 Z150 T0101 G00 X26 Z0 G01 X0 Z0 F100 G00 X20 Z2 G01 X20 Z-40 F100 G00 X22 Z2 G01 X19 F100 G01 Z-40 G00 X22 Z2 G01 X18 F100 G01 Z-40 G00 X22 Z2 G01 X17 F100 G01 Z-20 G00 X22 Z2 G01 X16 F100 G01 Z-20 G00 X22 Z2 G01 X14 Z0 F100 G01 X16 Z-2 G00 X40 Z150 M5 M9 M30 Tải chƣơng trình vƣa lập trình lên hệ điều khiển máy tiện GSK980TA ta đƣợc 84 Hình 3.37 Hình ảnh chương trình gia cơng trục bậc Hình 3.38 Chi tiếp trục bậc sau gia cơng Sau gia công đƣa lên máy quét 3D Einscan pro chi tiết trục bậc ta đƣợc kết nhƣ sau: 85 Bảng 3.4 Bảng đánh giá kích thước, chất lượng gia công chi tiết trục bậc STT Kích thƣớc 32+0,05 Kích thƣớc L= 20+0,05 Hình dáng Độ bóng 32+0,04 20+0,01 Đạt yêu cầu Ra = 1,25 32+0,03 20+0,02 Đạt yêu cầu Ra = 1,15 32+0,04 20+0,04 Đạt yêu cầu Ra = 1,35 Sau gia công chi tiết trục bậc nhận thấy chi tiết có kích thƣớc đạt dung sai cho phép, độ bóng, hình dáng hình học đạt nhận thấy máy chạy ổn định có độ xác tốt 86 Kết luận chƣơng Nghiên cứu tích hợp, nâng cấp thành cơng hệ thộng điều khiển cho máy tiện GSK980TA Kết gia cơng số chi tiết điển hình cho thấy máy chạy ổn định độ xác đạt yêu cầu Tuy nhiên tồn mốt số hạn chế: - Động sử dụng hộp tố độ, chƣa điều chỉnh đƣợc tốc độ trực tiếp từ hệ thống điều khiển Chế độ tƣới nguội mức phun dung dịch - Hƣớng phát triển: Thay động bƣớc động Servo để hệ máy xác Điều khiển động trục qua biến tần động secvo 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Nghiên cứu tích hợp thành cơng hệ điều khiển cho máy tiện GSK980TA Điều khiển máy thông qua máy tính tích hợp phần mềm Mach turn thông qua cổng gia tiếp LPT Thiết lập đƣợc thông số điều khiển phù hợp, máy chạy ổn định đạt độ xác gia cơng theo u cầu Thực gia công số bề mặt với thông số điều khiển đƣợc thiết lập Kiến nghị Kết nghiên cứu đề tài đạt u cầu cần có Vì nghiên cứu điều khiển CNC cần đƣợc quan tâm thực thấu đáo hơn, cụ thể vấn đề sau: - Nghiên cứu hoàn thiện phần điều khiển tốc độ trục - Nghiên cứu tích hợp hệ thống đo tự động cho máy tiện - Nghiên cứu thay động bƣớc động servo để hệ máy xác - Nghiên cứu hệ thống thay dao tự động - Mâm cặp thay mâm cặp thủy lực việc gá lắp phôi thuận tiện, rút ngắn thời gian gá phơi, tạo điều kiện nâng cấp máy cấp phối tự động Đối với đề tài, hạn chế thời gian mà vấn đề đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Để đóng góp đề tài đƣợc áp dụng sâu rộng vào thực tiễn, cần tiếp tục nghiên cứu, thực nghiệm cách kỹ đặc biệt mong muốn nhận đƣợc ý kiến đóng góp từ phía chuyên gia, bạn bè đồng nghiệp độc giả để đề tài tiếp tục hoàn thiện nâng cao chất lƣợng 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.cadcamvietnam.com.vn/ [2] GS.TS Trần Văn Địch, Giáo trình Cộng nghệ CNC, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 2004 [3] http://www.inductosyn.com/ [4] https://sites.google.com/site/zucchellicnc/services [5] TS Bùi Tuấn Anh, Nghiên cứu giải pháp nâng cấp hệ dẫn động chạy dao tích hợp hệ thống điều khiển cho máy tiện NC DFS2000, Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí - Lần thứ IV [6] Nguyễn Thị Quỳnh, Giáo trình tiện tập 1, Nhà xuất lao động [7] Nguyễn Ngọc Đào, Giáo trình CAD-CAM-CNC, NXB Trƣờng đại học sƣ phạm kỹ thuật TP HCM [10] Tạ Duy Liêm, Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [10] http://.www.machviet.com/ [11] http://www.designworldonline.com/ [1].http://www.cadcamvietnam.com.vn/ 89 PHỤ LỤC Phụ lục Sơ đồ nguyên lý điều khiển động trục máy tiện GSK980TA Phụ lục Sơ đồ lắp đặt động động làm mát máy tiện GSK980TA Phụ lục Sơ đồ lắp đặt modun thay dao tự động máy tiện GSK980TA Phụ lục Sơ đồ lắp đặt động bƣớc driver máy tiện GSK980TA Phụ lục Gcode tiện khớp nối 90 91 92 93 94 Phụ lục Gcode tiện khớp nối %O0001 G18 G64 G80 G90 G40 G49 M3 M8 G00 X40 Z150 T0101 G00 X26 Z0 G01 X0 Z0 F100 G00 X40 Z150 T0202 G00 X25 Z2 G01 Z-84 F100 G00 X25 Z-82 G00 X25 Z2 G01 X24 Z2 F100 G01 Z-16.52 G02 Z-67.48 I-35 K-35 G01 Z-84 G00 X25 Z-82 G00 X25 Z2 G01 X23 Z2 F100 G01 Z-16.96 G02 Z-67.04 I-34 K-34 G01 Z-84 G00 X25 Z-82 G00 X25 Z2 G01 X22 Z2 F100 G01 Z-17.4 G02 Z-66.6 I-33 K-33 G01 Z-84 G00 X25 Z-82 G00 X25 Z2 G01 X21 Z2 F100 G01 Z-17.85 G02 Z-66.15 I-32 K-32 G01 Z-84 G00 X25 Z-82 G00 X25 Z2 95 G01 X20 Z2 F100 G01 Z-18.31 G02 Z-65.69 G01 Z-84 G00 X25 Z-82 G00 X25 Z2 G01 X19 Z2 F100 G01 Z-18.78 G02 Z-65.22 G01 Z-84 G00 X25 Z-82 G00 X25 Z2 G01 X18 Z2 F100 G01 Z-19.26 G02 Z-64.74 G01 Z-84 G00 X25 Z-82 G00 X25 Z2 G01 X17 Z2 F100 G01 Z-19.75 G02 Z-64.25 G01 Z-84 G00 X25 Z-82 G00 X25 Z2 G01 X16 Z2 F100 G01 Z-20.25 G02 Z-63.75 G01 Z-84 G00 X25 Z-82 G00 X25 Z2 G01 X15 Z2 F100 G01 Z-20.76 G02 Z-63.24 G01 Z-84 G00 X25 Z-82 G00 X25 Z2 G01 X14 Z2 F100 G01 Z-21.29 G02 Z-62.71 I-31 K-31 I-30 K-30 I-29 K-29 I-28 K-28 I-27 K-27 I-26 K-26 I-25 K-25 96 G01 Z-84 G00 X25 Z-82 G00 X25 Z2 G01 X13 Z2 F80 G01 Z-21.83 G02 Z-62.17 G01 Z-84 G00 X25 Z-82 G00 X40 Z150 T0101 G00 X26 Z-84 G01 X13 Z-84 F80 G01 X26 Z-84 G00 X40 Z150 M5 M9 M30 I-25 K-25 97 ... II: NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY TIỆN GSK980TA 2.1 Sơ đồ hệ thống phần tử hệ thống Sơ đồ hệ thống điều khiển đƣợc mô tả nhƣ hình 2.1 Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển máy tiện. .. + Nghiên cứu, thiết kế điều khiển phù hợp với điều kiện nâng cấp máy tiện hệ cũ nƣớc ta - Về mặt thực tiễn: + Tích hợp hệ thống điều khiển vào máy tiện GSK980TA + Thiết lập thống số phù hợp cho. .. tài, phƣơng pháp nghiên cứu … + Phần nội dung: Bao gồm chƣơng Chƣơng 1: Tổng quan máy CNC hệ thống điều khiển CNC Chƣơng 2: Nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển cho máy tiện GSK980TA Chƣơng