Tài liệu Công nghệ CAD / CAM Phần 7 docx

C7 CAD-CAM> CNC GVC NGUYỄN THẾ TRANH CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ LẬP TRÌNH GIA CƠNG ĐIỀU KHIỂN SỐ 7.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ 7.1.1 Khái niệm điều khiển số (NC) Điều khiển số (Numerical Control - NC) hoạt động điều khiển trực tiếp hệ thống liệu số Điều khiển số gia cơng cắt gọt hình thức tự động hố lập trình, máy cơng cụ điều khiển chương trình bao gồm thị mã hoá dạng ký tự chữ, số ký tự đặc biệt khác, thị điều khiển chuyển đổi thành hai dạng tín hiệu: - Tín hiệu xung điện: điều khiển tốc độ động truyền động tạo nên chuyển động tương đối dao cắt chi tiết gia cơng - Tín hiệu đóng / ngắt (ON/OFF): thực chức chuyển mạch, đổi chiều quay trục chính; điều khiển thiết bị phụ trợ bôi trơn làm nguội, chọn thay dao; chức khác dừng máy, kẹp phôi, nhả phôi, Theo phương thức truyền thông liệu điều khiển, ta phân biệt phương thức điều khiển số: Điều khiển số trực tiếp (Direct Numerical Control - DNC) Điều khiển trực tiếp máy công cụ điều khiển số (máy NC) từ bên máy tính thực chức lập trình, truyền chương trình, điều khiển q trình gia cơng Đây hệ điều khiển dạng mạch cố định (hard-wirred), tất chức nội suy, đọc băng, đọc thị, định vị thực mạch điện tử Hình 7.1- Điều khiển số trực tiếp C7 CAD-CAM> CNC GVC NGUYỄN THẾ TRANH Điều khiển số máy tính (Computer Numerical Control - CNC) Nhờ ứng dụng thành tựu công nghệ vi điện tử, vi xử lý thiết lập trực tiếp máy tính hệ điều khiển máy (Machine Control Unit - MCU) để điều khiển máy NC ngày hình thành nên phương thức điều khiển hệ máy điều khiển số máy tính (máy CNC) Do đó, CNC hệ thống NC sử dụng máy tính thiết lập trực tiếp hệ điều khiển máy điều khiển thị lưu trữ nhớ máy tính để thực phần tồn chức điều khiển số Các hệ điều khiển CNC có khả thực chức điều khiển phần mềm (soft-wired), làm đơn giản mạch điều khiển CNC, giảm giá thành, tăng độ tin cậy đồng thời có khả điều khiển linh hoạt thơng minh, có khả hiệu chỉnh nhanh chóng tiện ích, có khả lưu trữ liệu gia công máy Điều khiển số phân phối (Distributive Numerical Control) Nhờ khả thực lưu trữ đồng thời nhiều chương trính nhớ cho phép vận hành máy CNC không phụ thuộc vào máy tính chủ nên giải phóng máy tính chủ để thực nhiệm vụ khác hệ thống Với phát triển khoa học máy tính, kỹ thuật điều khiển logic khả lập trình (Programmable Logic Control - PLC), kỹ thuật truyền thông, phương thức điều khiển số phân phối đời mạng máy tính sử dụng để phối hợp hoạt động nhiều máy CNC Ngồi chức truyền chương trình tới máy CNC, phương thức cịn có khả giám sát điều khiểntoàn hệ thống, hiển thị thông tin trạng thái làm việc hệ thống, xuất thông tin hay thị điều khiển, điều hành, Hình 7.2- Điều khiển số phân phối C7 CAD-CAM> CNC GVC NGUYỄN THẾ TRANH 7.1.2 Điều khiển số máy tính (CNC) Cấu trúc hệ thống CNC Hệ thống CNC bao gồm thành phần chính: - Chương trình gia cơng (Part program) - Thiết bị đọc chương trình (Program input device) - Hệ điều khiển máy (MCU) - Hệ thống truyền động (Drive system) - Máy công cụ (Machine tool) - Hệ thống phản hồi (Feedback system) Hình 7.3- Cấu trúc hệ thống CNC Chương trình gia cơng bao gồm thị mã hố để điều khiển q trình gia cơng chi tiết, hệ điều khiển chuyển đổi thị thành tín hiệu điện kích hoạt chức hoạt động máy Hệ điều khiển máy thực chức đọc biên dịch mã lệnh sau xuất tín hiệu điện tương ứng truyền tới khuếch đại servo để điều hành có cấu servo (động điện động thuỷ lực) hệ thống truyền động Thiết bị phản hồi cảm biến vị trí, chiều, tốc độ dịch chuyển phản hồi tín hiệu hệ điều khiển máy Hệ điều khiển máy so sánh tín hiệu với tín hiệu tham chiếu cho trước mã lệnh điều khiển xuất tín hiệu điều chỉnh (sai lệch) tới khuếch đại servo đạt đại lượng yêu cầu Hệ MCU gồm hai phần: hệ xử lý liệu (Data Processing Unit - DPU) mạch điều khiển (Control Loop Unit - CLU) • DPU thực chức năng: - Đọc mã lệnh từ thiết bị nhập - Xử lý mã lệnh hay giải mã - Truyền liệu vị trí, tốc độ chức phụ trợ tới CLU C7 CAD-CAM> CNC GVC NGUYỄN THẾ TRANH • CLU thực chức năng: - Nội suy chuyển động sở tín hiệu nhận từ DPU xuất tín hiệu điều khiển - Truyền tín hiệu điều khiển tới mạch khuếch đại hệ truyền động - Nhận tín hiệu phản hồi vị trí tốc độ - Điều khiển thiết bị phụ trợ Hệ thống truyền động thông thường bao gồm khuếch đại servo, cấu servo, truyền đai răng, đai ốc-vít me bi bàn trượt Hệ thống định độ xác, công suất máy Khả CNC CNC có nhiều chức xử lý điều khiển linh hoạt NC: a Hiển thị chương trình mơ đồ hoạ q trình gia cơng b Nhập liệu c Lưu trữ chương trình: ROM lưu trữ chương trình hệ thống, RAM lưu trữ chương trình gia cơng d Biên tập chương trình e Kiểm tra chương trình: nhờ chức mơ f Chẩn đốn lỗi g Tiện ích giao tiếp h Quản lý liệu i Hệ toạ độ hệ đơn vị j Định dạng mã điều khiển: EIA ASCII k Khả tính tốn l Bù trừ đường kính chiều dài dao m Nội suy hình học n Chức lập trình: thực phép biến đổi toạ độ o Khả hậu xử lý Ưu điểm CNC Ngày công nghệ CNC tạo nên cách mạng kỹ thuật chế tạo nhờ ưu điểm sau đây: a Nâng cao suất b Độ xác độ xác lặp lại cao c Hạ giá thành sản xuất d Giảm giá thành điều hành gián tiếp 7.2 CHUYỂN ĐỘNG NỘI SUY Chức hệ thống CNC hay cụ thể máy công cụ CNC di chuyển dụng cụ bàn máy để thực qui trình gia cơng theo chương trình 7.2.1 Phương thức di chuyển dụng cụ Có phương thức di chuyển dao điều khiển số: - Di chuyển điểm tới điểm (Point-To-Point - PTP) - Di chuyển theo biên dạng (Contour) C7 CAD-CAM> CNC GVC NGUYỄN THẾ TRANH Di chuyển theo PTP: Theo phương thức di chuyển PTP dao di chuyển theo hành trình thẳng đến vị trí u cầu, thường dùng dể di chuyển nhanh hay định vị Có chế độ di chuyển: * Di chuyển hướng trục (Axial path) * Di chuyển theo phương xiên 450 * Di chuyển trực tiếp Di chuyển theo Contour Theo phương thức này, dao di chuyển theo biên dạng yêu cầu để thực qui trình cơng nghệ gia cơng Về hình học, biên dạng bao gồm chuỗi đường thẳng, đường cong, cung trịn, êlip, parabol, hypebơn, đường cong bậc ba đường cong bậc cao Để đơn giản việc tính tốn điểm quĩ đạo di chuyển dao, đường cong bậc cao tuyến tính hố, tức đường cong bậc cao xấp xỉ chuỗi đoạn thẳng Với giả thiết này, quĩ đạo di chuyển dao tổng quát xấp xỉ chuỗi phần tử hình học thuộc nhóm: Hình 7.4- Các chế độ dịch chuyển chuyển động PTP Hình 7.5 - Điều khiển 2,5 trục * Đường cong bậc (đoạn thẳng) * Đường cong bậc hai (cung tròn, êlip, paraboon, hyperboon) * Đường cong bậc ba Trong điều khiển số, di chuyển gọi chuyển động nội suy (interpolated motion) Hình 7.6 - Điều khiển trục Di chuyển theo biên dạng đòi hỏi hệ điều khiển phải có khả điều khiển phối hợp động truyền động, trục truyền động yêu cầu có mạch điều khiển định vị mạch điều khiển tốc độ riêng biệt Hình 7.7 - Điều khiển trục C7 CAD-CAM> CNC GVC NGUYỄN THẾ TRANH 4.2.2 Nội suy chuyển động Điều khiển số sử dụng chế độ nội suy chuyển động: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, nội suy đường xoắn, nội suy parabol nội suy bậc Từ liệu hình học quĩ đạo di chuyển dao chế độ nội suy yêu cầu, nội suy tính toạ độ điểm trung gian quĩ đạo chuyển động Bộ nội suy (là thiết bị điện tử hệ NC phần mềm hệ CNC), ngồi chức nội suy hình học cịn có chức tính tốn tốc độ trục tương ứng để thực chuyển động theo quĩ đạo tốc độ di chuyển yêu cầu Nội suy đường thẳng Dao di chuyển từ điểm đầu tới điểm cuối hành trình theo chuỗi đoan thẳng Khi lập trình chuỗi chuyển động thẳng, cần xác định toạ độ cuối đoạn, điểm cuối đoạn trước điểm đầu đoạn Nội suy đường thẳng theo trục phương pháp thơng dụng Có thể nội suy đường thẳng phối hợp đồng thời tối đa trục (3 chuyển động thẳng, chuyển động quay) để 5thực quĩ đạo chuyển động Nội suy đường thẳng yêu cầu thông số: toạ độ điểm đầu, toạ ssộ điểm cuối tốc độ di chuyển trục Với điều khiển trục, nội suy tính tần số xung điều khiển tốc độ trục x y cho tỷ lệ tốc độ trục x vày tỷ lệ gia lượng dịch chuyển tương ứng (dx/dy) Thí dụ, để điều khiển chuyển động di chuyển theo đường thẳng từ S đến E, gia lượng dịch chuyển theo phương x y đơn vị chiều dài; nội suy phải xuất đồng thời xung cho mạch điều khiển tốc độ trục x xung cho mạch điều khiển tốc độ trục y theo tỷ lệ 2:1 Tương tự, với điều khiển trục, nội suy tính gia lượng di chuyển dx, dy dz theo trục tương ứng Gia lượng dịch chuyển sử dụng liệu vào cho mạch điều khiển định vị tỷ lệ chúng sử dụng để điều khiển tốc độ Trên hình 10.9 mạch điều khiển vị trí: dx = 4-1 = ; dy = 4-2 = ; dz = 9-3 = mạch điều khiển tốc độ: Vx : Vy : Vz = dx : dy : dz = : : Hình 7.8- Nội suy đường thẳng điều khiển trục Hình 7.9- Nội suy đường thẳng điều khiển trục C7 CAD-CAM> CNC Về lý thuyết, sử dụng nội suy đường thẳng lập trình quĩ đạo chuyển động cong lượng liệu cần xử lý lớn So với nội suy đường thẳng, nội suy cung trịn, parabơn, đường xoắn đường cong bậc ba làm giảm đáng kể lượng liệu cần lập trình cho quĩ đạo chuyển động Hình 4.10-13 minh hoạ số thí dụ ứng dụng nội suy đường thẳng GVC NGUYỄN THẾ TRANH Hình 7.10- Nội suy đường thẳng cho đoạn thẳng Hình 7.11- Xấp xỉ đường tròn đa giác Phần lớn hệ CAD/CAM sử dụng phương pháp nội suy đường thẳng cho mặt cong phức tạp Hình 7.12- Xấp xỉ đường cong nội suy đường thẳng Nội suy cung tròn Nội suy cung tròn điều khiển chuyển động theo quĩ đạo cung tròn câu lệnh (block) đon giản, thay cho hàng ngàn câu lệnh nội suy đường thẳng Khả nội suy cung tròn số hệ điều khiển giới hạn cung 900, để lập trình đường trịn cần câu lệnh Phần lớn hệ điều khiển theo chuẩn công nghiệp có khả điều khiển theo quĩ đạo đường tròn câu lệnh Đối với vòng tròn có tâm gốc O bán kính R mặt phẳng (x,y), ta có: x = Rcosθ ; y = Rsinθ với θ = ωt Thành phần vận tốc: Vx = dx/dt = -Rωsin(ωt) = -Vsin(ωt) Vy = dy/dt = Rωcos(ωt) = Vcos(ωt) V = Rω tốc độ dài ứng với lượng chạy dao theo cung tròn Nội suy đường xoắn Nội suy đường xoắn bao gồm nội suy cung tròn theo trục nội suy đường thẳng theo trục thứ Nội suy đường xoắn phép nội suy khơng gian chuyển động đồng thời để tạo nên quĩ đạo chuyển động xoắn Phép nội suy thường sử dụng để gia cơng ren kích thước lớn hay trục xoắn Nội suy Parabôn Nội suy parabol sử dụng điểm không thẳng hàng để xấp xỉ đường cong tự Phương pháp nội suy cho phép điều khiển chuyển động theo quĩ đạo đường cong phẳng đường cong D Sử dụng nội suy parabol để xấp xỉ đoạn đường C7 CAD-CAM> CNC GVC NGUYỄN THẾ TRANH cong có ưu điểm làm giảm 50% số điểm lập trình so với phương pháp nội suy đường thẳng Nội suy Parabol sử dụng chủ yếu gia cơng khn mẫu, hình dáng tự mang tính thẩm mỹ quan trọng nhiều so với định nghĩa xác mặt tốn học Hình 7.13- Xấp xỉ mặt cong nội suy đường thẳng Hình 7.14 Hình 7.16- Nội suy Parabol Hình 7.15 Hình 7.17- Xấp xỉ đường cong bậc cao cung Parabol Nội suy bậc Phương pháp nội suy khơng có khả xấp xỉ đường cong mà cịn có khả kết nối trơn láng đường cong kế cận Chương trình nội suy bậc phức tạp, đòi hỏi khả xử lý yêu cầu dung lượng nhớ cao C7 CAD-CAM> CNC GVC NGUYỄN THẾ TRANH phương pháp nội suy khác Với công nghệ máy tính đại có khả tính tốn xử lý liệu mạnh giá thành không cao, sử dụng nội suy bậc hồn tồn khơng có trở ngại 7.3 CƠ SỞ LẬP TRÌNH NC 7.3.1 Chương trình NC Chương trình NC bao gồm chuỗi thị di chuyển dao, thị đóng ngắt phụ trợ cần thiết để điều khiển máy tự động thực công việc gia cơng Cơng việc xác lập tiến trình di chuyển dao thị lập trình cụ thể lưu trữ thông tin thiết bị mang tin dạng mã lệnh phục vụ cho trình đọc liệu tự động hệ điều khiển, gọi lập trình NC Có nhiều định dạng chương trình NC, phổ biến định dạng địa lệnh Định dạng bao gồm mã lệnh truyền đến hệ thống servo, rơle, công tắc, để thực di chuyển tác vụ cần thiết cho việc gia công Theo hệ tiêu chuẩn qui định, mã lệnh liên kết theo trình tự logic để tạo thành khối thơng tin Mỗi khối thông tin bao gồm thông tin vừa đủ để thực bước gia công Hệ tiêu chuẩn EIA sử dụng ký tự chữ alphabet, ký tự số, ký tự đặc biệt khác để biểu diễn chương trình, ký tự chữ sử dụng để phân biệt lệnh khối lệnh Chiều dài khối lệnh lệnh phụ thuộc vào thiết kế hệ điều khiển Đầu chương trình Khối #1 Khối #2 Khối # 126 Khối # 127 Kết thúc chương trình Số cài đặt Tên chương trình Ngày Máy Số khối Lệnh #1 N2 G01 Địa G X Y F S T M 01 126.5 0.5 180 1200 12 06 Lệnh #2 Kết thúc khối lệnh X126.5 Giá trị Nội suy đường thẳng Đồng thời theo trục X Y tới vị trí (126.5, 0.5) Tốc độ chạy dao 180 mm/ph Tốc độ trục 1200rpm Thay dao số 12 vàoổtục Hình 7.18- Cấu trúc chương trình C7 CAD-CAM> CNC 10 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Hình 7.18 minh hoạ cấu trúc chương trình NC theo định dạng địa lệnh Chương trình bao gồm chuỗi khối lệnh mơ tả tiến trình hoạt động máy Mỗi khối lệnh tương ứng với thủ tục di chuyển dụng cụ tác vụ hoạt động máy Các khối lệnh đánh số phân cách mã kết thúc khối lệnh, thí dụ hệ điều khiển Fanuc sử dụng mã kết thúc (;) Địa lệnh Chữ alphabet đầu lệnh vị trí lưu trữ liệu, số theo sau gọi địa lệnh Bảng 7.1 : giới thiệu địa thông dụng ý nghĩa chúng Bảng 7.1: Các lệnh địa tương ứng Nhóm lệnh Số hiệu chương trình Số thứ tự khối lệnh Lệnh G Kích thước Tốc độ chạy dao Tốc độ trục Chọn dao Lệnh phụ Số hiệu ghi dịch chỉnh Dừng tạm thời Lệnh gọi chương trình Tham số Địa O N G X, Y, Z U, V, W A, B, C I, J, K R F S T M B D, H P, X P P, Q Ý nghĩa Số hiệu chương trình Số thứ tự khối lệnh Phương thức nội suy chuyển động Trục chuyển động tịnh tiến Trục chuyển động tịnh tiến phụ Trục quay Toạ độ tâm cung trịn Bán kính cung trịn Tốc độ chỵa dao FPM (FPR) Tốc độ quay trục Số hiệu dao Lệnh đóng/ngắt (ON/OFF) Điều khiển bàn xoay Số hiệu ghi dịch chỉnh Thời gian dừng tạm thời Số hiệu chương trình con; Số lần lặp lại chương trình Tham số chu trình Lệnh Lệnh chuỗi ký tự chữ, số thị đại lượng điều khiển định, ví dụ: N10 G01 X2.0 Z10 F300 S5000 T07 M09 số thứ tự khối lệnh nội suy đường thẳng toạ độ phương X toạ độ phương Z tốc độ chạy dao tốc độ trục số hiệu dao ngắt thiết bị cung cấp chất làm nguội Khối lệnh Khối lệnh chuỗi lệnh đầy đủ để thực thủ tục di chuyển tác vụ hoạt động máy coi đơn vị chương trình Mỗi khối lệnh C7 CAD-CAM> CNC 11 GVC NGUYỄN THẾ TRANH bắt đầu lệnh thứ tự (N ) kết thúc ký tự kết thúc khối lệnh (tiêu chuẩn ISO sử dụng ký tự (LF); tiêu chuẩn EIA sử dụng ký tự (CR); phần sử dụng ký tự (;), bao gồm nhiều lệnh khác nhau: N số thứ tự khối lệnh G X Y - lệnh G lệnh kích thước M S T lệnh phụ ; - lệnh tốc độ lệnh chọn trục dao cắt ký tự kết thúc khối lệnh Xét số thí dụ khối lệnh: N05 G21; N10 G90 G00 X0 Y0 N15 G91 X30 Y20 N20 G94 G01 X20 Y40 F150 N25 X-30 Y-10 10) N30 G90 G00 X0 Y0 hệ mét toạ độ tuyệt đối, chạy dao nhanh tới (0,0) toạ độ tương đối, chạy dao nhanh tới (30,20) nội suy đường thẳng tới (20,40), tốc độ chạy dao 150mm/ph toạ độ tương đối, nội suy đường thẳng tới (-30,toạ độ tuyệt đối, chạy dao nhanh trở (0,0) Chương trình Bao gồm loại chương trình: chương trình (main program) chương trình (subprogram) Tiến trình điều khiển thực theo chương trình Khi xuất lệnh gọi chương trình chương rình chính, tiến trình điều khiển chuyển tới chương trình con, lệnh trở chương trình khai báo chương trình con, tiến trình điều khiển trả chương trình Cấu trúc chương trình bao gồm thành phần sau: a Đầu tập tin: Ký tự khai báo bắt đầu tập tin chương trình b Nhãn tập tin: Tiêu đề tập tin chương trình c Đầu chương trình: Ký tự khai báo bắt đầu chương trình d Chương trình: Các lệnh gia cơng e Chú thích: Chỉ dẫn thích cho người vận hành f Cuối tập tin: Ký tự khai báo kết thúc tập tin chương trình Chương trình Khối lệnh Khối lệnh Gọi chương trình Khối lệnh n Khối lệnh n+1 Chương trình Khối lệnh 1’ Khối lệnh 2’ Trở chương trình Hình 7.19- Chương trình chương trình C7 CAD-CAM> CNC 12 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Đầu tập tin: Mã thị bắt đầu tập tin chứa chương trình NC (ISO mã %, EIA mã ER) Không cần sử dụng mã nhập chương trình SYSTEM P qua đường truyền từ máy tính PC Mã khơng hiển thị hình điều khiển máy CNC, nhiên xuất tập tin, mã xuất tự động đầu tập tin Nhãn tập tin bao gồm thông tin tập tin Chế độ nhảy nhãn (label skip) luôn cài đặt mở khởi động lại máy Trong chế độ nhảy nhãn, thông tin bỏ qua hệ điều khiển đọc tới mã thị kết thúc khối lệnh (EOB) Khi tập tin nạp từ thiết bị nhập xuất vào hệ điều khiển, nhãn tập tin bỏ qua chức nhay nhãn Khi nhãn tập tin nhảy cách, hệ điều khiển không thực chức kiểm tra TV check, nhãn tập tin bao gồm mã, ngoại trừ mã kết thúc khối lệnh Nhãn tập tin Đầu tập tin % TITLE O0001 LF Chương trình (COMMENT) Chú thích M30 LF % Cuối tập tin LF Đầu chương trình Hình 7.20- Cấu trúc chương trình (theo tiêu chuẩn ISO) 7.3.2 Phương thức lập trình NC Theo trợ giúp máy tính việc lập trình, phân biệt hai phương thức lập trình NC: - Lập trình trực tiếp: khơng có trợ giúp máy tính - Lập trình tự động: có trợ giúp máy tính Lập trình trực tiếp Phương thức lập trình trực btiếp thường sử dụng cho trường hợp gia công đơn giản - đường chạy dao bao gồm đoạn thẳng, cung tròn người lập trình tự biên soạn chương trình NC sở nhận dạng hồn tồn xác toạ độ chạy dao Khả lập trình trực tiếp coi yêu cầu bqản người lập trình NC, có kỹ lập trình trực tiếp, người lập trình có khả hiểu, đọc sửa đổi chương trình trực tiếp vận hành máy Đối với phương thức lập trình này, truyền chương trình NC vào hệ điều khiển máy (MCU) phương pháp: a Nhập từ thiết bị mang tin trung gian bìa đục lỗ, băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ, b Nhập từ panel điều khiển theo chế độ MDI C7 CAD-CAM> CNC 13 XƯỞNG MÁY PHỊNG CƠNG NGHỆ PHỊNG THIẾT KẾ BẢN VẼ GVC NGUYỄN THẾ TRANH LẬP TRÌNH Hình học & Cơng nghệ Bản vẽ Thiết bị mang tin MÁY NC/CNC a Bản vẽ yêu cầu kỹ thuật BẢN VẼ MÁY CNC Lập trình theo chế độ MDI b Hình 7.21- Các phương pháp lập trình trực tiếp Ngày nay, hầu hết sở sản xuất sử dụng máy NC/CNC kết hợp phương pháp để lập trình Phương pháp ghi chương trình bìa đục lỗ, băng đục lỗ, băng từ sử dụng cho hệ máy NC cũ Lập trình theo chế độ MDI thực cách nhập liệu trực tiếp từ bàn phiểm hệ điều khiển Phương pháp sử dụng phổ biến việc sử dụng cho trường hợp gia công đơn giản, phương thức vận hành máy NC/CNC Lập trình tự động Phương thức lập trình tự động sử dụng ngơn ngữ lập trình phần mềm CAD/CAM công cụ trợ giúp để chuyển đổi tự động liệu hình học liệu cơng nghệ thành chương trình NC Theo phương thức có ba phương pháp: a Lập trình phần mềm NC b Lập trình ngơn ngữ xử lý hình học c Lập trình phần mềm CAD/CAM PHỊNG THIẾT KẾ PHỊNG CƠNG NGHỆ PHẦN MỀM CAD Dữ liệu Dữ liệu Hình học Hình học DNC XƯỞNG MÁY Dữ liệu Hình học MÁY CNC + PHẦN MỀM NC Nhập thông số cơng nghệ MDI Chương trình NC MÁY CNC Hiệu chỉnh chương trình MDI a PHẦN MỀM CAD/CAM NGƠN NGỮ XLHH Chương trình NC Dữ liệu Hình học Cơng nghệ DNC b,c Hình 7.22- Các phương pháp lập trình tự động C7 CAD-CAM> CNC 14 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Lập trình phần mềm NC thực trực tiếp hệ điều khiển Phần lớn phần mềm lập trình NC sản phẩm nhà sản xuất hệ điều khiển, thường cung cấp kèm theo máy Khả lập trình phần mềm nói chung hạn chế Phần lớn có khả lập trình cho đường chạy dao 2D đơn giản chu trình gia cơng Ngơn ngữ xử lý hình học sử dụng phổ biến APT (Automatically Programmed Tools) APT ngơn ngữ lập trình cao cấp, phát triển Viện Kỹ thuật Massachussets Mỹ để tự động lập trình cho máy cơng cụ NC Nội dung cốt lõi APT trình xử lý mơ tả hình học thành liệu đường chạy dao thông tin cần thiết khác để điều khgiển máy NC liệu thơng quaỷtình hậu xử lý chuyển thành định dạng mã điều khiển phù hợp với máy NC cụ thể Ngày nay, ngơn ngữ xử lý hình học dược thay phần mềm CAD/CAM việc sử dụng phần mềm để lập trình NC trở thành phương pháp phổ biến nhất, hiệu nhất, đặc biệt cho trường hợp gia công mặt cong phức tạp 7.3.3 Lập trình theo cơng nghệ CAD/CAM Ngun lý công nghệ CAD/CAM sử dụng sở liệu chung cho chức thiết kế lập kế hoạch sản xuất Như vậy, theo công nghệ CAD/CAM, ta truy xuất liệu hình học cơng nghệ sản phẩm, lưu trữ sở liệu cho chức quản lý điều hành sản xuất, bao gồm chức lập trình NC Trong ứng dụng điều khiển số, chức CAD cho phép xác lập hình học chi tiết gia cơng chức CAM cho phép sử dụng liệu hình học sản phẩm để tạo đường chạy dao (quĩ đạo tâm dao) thực chức quản lý, điều khiển sản xuất lập qui trình chế tạo, lập kế hoạch sản xuất, quản lý chất lượng hoạch định nguồn lực sản xuất Qui trình lập trình NC theo cơng nghệ CAD/CAM thơng thường gồm bước sau: a Thiết kế mẫu gia công hệ thống CAD b Xác lập tiến trình gia cơng (machining sequence) c Lựa chọn cơng nghệ gia công NC (phương thức chạy dao) cho bước gia công d Xác lập thông số NC cho chức gia công NC tương ứng e Thực thi trình xử lý chức gia cơng NC để tạo đường chạy dao (toolpath generation) f Thực thi trình hậu xử lý để biên dịch liệu đường chạy dao thành chương trình NC Cơng nghệ gia cơng NC chức phần mềm CAD/CAM Về lý thuyết, thực đường chạy dao Tuy nhiên để quản lý liệu chạy dao cho mục đích biên dịch tự động thành chương trình NC, ngồi u cầu tính cơng nghệ, phương thức chạy dao phải có qui luật tốn học Thơng thường chức gia công NC thiết kế theo phương thức điều khiển 2,5 trục, trục, trục, trục theo qui luật hình học song song, xoắn ốc, tham số Tuỳ thuộc vào yêu C7 CAD-CAM> CNC 15 GVC NGUYỄN THẾ TRANH cầu gia công, khả công nghệ máy gia công, phần mềm CAD/CAM cho phép lựa chọn phương thức chạy dao thích hợp cho cơng đoạn gia cơng Đường chạy dao (toolpath) xác định từ liệu hình học chi tiết gia công, hàm số phụ thuộc vào thơng số NC Về hình học, đường chạy dao đường cong, quản lý theo định dạng liệu đồ hoạ đường cong hình học khác Thơng thường phần mềm lập trình NC (hoặc CAD/CAM) quản lý đường chạy dao dạng tập tin toạ độ chạy dao (Cutter Location - CL), bao gồm điểm, đoạn thẳng, cung tròn cấu thành nên đường chạy dao Thơng qua trình trợ giúp, tập tin CL cài đặt thêm thông số NC Cuối cùng, tập tin CL với liệu NC liên quan biên dịch trình hậu xử lý thành chương rình NC tương ứng theo định dạng yêu cầu Chương trình dù biên soạn theo phương thức trực tiếp hay tự động cần lưu giữ thiết bị mang tin sau truyền vào hệ điều khiển máy (MCU) để phục vụ cho trình đọc liệu tự động Mặc khác, chương trình hiệu chỉnh, kiểm tra sử dụng để gia công máy cần lưu trữ để sử dụng lại cần thiết 7.3.4 Nhập/Xuất chương trình NC Ngày kỹ thuật điều khiển số máy tính phát triển nên loại thiết bị lưu trữ tin để truyền chương trình NC vào hệ điều khiển phát triển theo Từ băng đục lõ, bìa đục lỗ, băng từ, đĩa từ sử dụng để làm thiết bị lưu trữ Các hệ máy CNC ngày có bàn phím máy tính theo hệ tiêu chuẩn ASCII để nhập trực tiếp chương trình NC vào hệ điều khiển Để nhập thơng tin từ điều khiển máy CNC trực tiếp từ panel điều khiển, cần phải có phần mềm truyền thơng kết nối tương thích bàn phím máy tính hệ điều khiển máy Hình 7.23- Thiết bị nhập/xuất chương trình NC Phương pháp nhập / xuất chương trình NC sử dụng phổ biến dùng đường truyền trực tiếp (Direct NC) RS-232-C mạng điều khiển phân phối DNC (Distributive NC) bao gồm máy tính phần mềm truyền thơng Với đường truyền trực tiếp hay hay mạng DNC, bàn phím panel điều khiển máy CNC cịn chức hiệu chỉnh chương trình nhập chương trình từ máy tính riêng mạng tiện lợi nhiều so với việc nhập từ bàn phím panel điều khiển C7 CAD-CAM> CNC 16 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 7.3.5 Mạng DNC Cấu hình mạng DNC Cấu hình mạng DNC đơn lớp đa lớp, phụ thuộc vào phạm vi điều khiển, số máy NC/CNC, yêu cầu mở rộng mạng, yêu cầu kết nối hệ thống DNC voà nhánh khác mạng điều khiển Theo phương thức kết nối, phân biệt loại cấu hình mạng DNC: a Mạng đảo mạch Hình 7.24- Mạng đảo mạch thường Hình 7.25- Mạng đảo mạch sử dụng đường truyền RS-232-C dồn kênh b Mạng cục (LAN) Có cấu hình: - Mạng LAN tập trung - Mạng LAN phân phối - Mạng LAN hỗn hợp C7 CAD-CAM> CNC 17 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Hình 7.26- Mạng LAN phân phối c Mạng diện rộng (WAN) Hình 7.27- Mạng WAN C7 CAD-CAM> CNC 18 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Kết nối máy NC/CNC với hệ DNC * Giao tiếp RS-232-C trực tiếp Kết nối trực tiếp máy CNC có cổng giao tiếp RS-232-C với hệ thống DNC không cần thiết bị giao tiếp ngoại vi * Giao diện DNC Giao diện DNC sử dụng để kết nối máy CNC có cổng RS-232-C với mạng DNC Ngoài việc cho phép tải liệu máy CNC, thiết bị giao diện DNC cho phép khả gởi thơng tin từ máy CNC máy tính chủ chương trình gia cơng kiểm tra thông tin liên quan khác yêu cầu gọi chương trình, dụng cụ mới, yêu cầu bảo trì Giao diện DNC có ưu điểm khả vận hành đồng thời 7.4 MÁY CÔNG CỤ CNC 7.4.1 Đặc điểm kết cấu Kết cấu máy công cụ điều khiển CNC có nhiều khác biệt so với máy công cụ thông thường chủ yếu hệ truyền động hệ điều khiển Hình 7.28 Hình 7.29 C7 CAD-CAM> CNC 19 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 7.4.2.Đặc điểm động cấu truyền dẫn Truyền động chính: Động dịng chiều xoay chiều Động dịng chiều (DC): điều chỉnh vơ cấp tốc độ dịng kích từ, có đặc tính động học tốt cho trình gia tốc phanh hãm, mơmen qn tính nhỏ, độ xác điều chỉnh cao cho đoạn đường dịch chuyển xác Động dịng xoay chiều (AC): điều chỉnh vơ cấp tốc độ biến đổi tần số, cho phép thay đổi số vịng quay đơn giản, mơmen truyền tải cao, thay đổi lực tác dụng số vòng quay vần giữ không đổi Truyền động chạy dao: Thường dùng động dòng chiều hay xoay chiều, trực tiếp qua truyền đai đến vít me đai ốc bi cho trục chuyển động độc lập X, Y, Z Bộ vit me đai ốc bi có khả biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ma sát khơng có khe hở truyền dẫn với tốc độ cao Hình 7.30 Hình 7.31 C7 CAD-CAM> CNC 20 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 7.4.3.Hệ toạ độ máy phay CNC Hình 7.32 7.4.4 Lợi ích sử dụng máy CNC Phần thực hành phần mềm Pro/ENGINEER để mô q trình gia cơng chi tiết xuất file M-G code - chương trình gia cơng cho máy CNC ... CAD/ CAM Ngun lý công nghệ CAD/ CAM sử dụng sở liệu chung cho chức thiết kế lập kế hoạch sản xuất Như vậy, theo công nghệ CAD/ CAM, ta truy xuất liệu hình học cơng nghệ sản phẩm, lưu trữ sở liệu cho chức... c Lập trình phần mềm CAD/ CAM PHỊNG THIẾT KẾ PHỊNG CƠNG NGHỆ PHẦN MỀM CAD Dữ liệu Dữ liệu Hình học Hình học DNC XƯỞNG MÁY Dữ liệu Hình học MÁY CNC + PHẦN MỀM NC Nhập thông số cơng nghệ MDI Chương... thay phần mềm CAD/ CAM việc sử dụng phần mềm để lập trình NC trở thành phương pháp phổ biến nhất, hiệu nhất, đặc biệt cho trường hợp gia công mặt cong phức tạp 7. 3.3 Lập trình theo cơng nghệ CAD/ CAM