Bài giảng Truyền động và điều khiển máy CNC: Chương 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Máy công cụ truyền thống và máy CNC; Kết cấu cơ bản một máy CNC; Quy trình gia công chi tiết trên máy CNC; Kết cấu cơ bản một máy công cụ CNC; Thiết bị nhập – input device; Truyền dữ liệu thông qua mạng LAN dùng cáp giao tiếp Ethernet trên hệ thống DNC II;...Mời các bạn cùng tham khảo!
3/10/2021 Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC (Driving and control for CNC machine tool) Đường Công Truyền Chương 2: Máy công cụ CNC (CNC machine tool) Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 3/10/2021 Máy công cụ truyền thống máy CNC ➢ Giống kết cấu gồm: – Thân máy – Đế máy – Bàn trượt – Đầu trục chính, … Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Máy công cụ truyền thống máy CNC ➢ Khác nhau: Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 3/10/2021 Máy công cụ truyền thống máy CNC ➢ Khác nhau: Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Kết cấu máy CNC Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 3/10/2021 Hình ảnh kết cấu số máy CNC Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Cơng Truyền Hình ảnh kết cấu số máy CNC Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Cơng Truyền 3/10/2021 Hình ảnh kết cấu số máy CNC Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Cơng Truyền Hình ảnh kết cấu số máy CNC Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 3/10/2021 Hình ảnh kết cấu số máy CNC Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Cơng Truyền Quy trình gia cơng chi tiết máy CNC Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 3/10/2021 Kết cấu máy công cụ CNC - Thiết bị nhập (input device) - Hệ điều khiển máy (machine control unit) - Máy công cụ (machine tool) - Hệ thống truyền động (driving system) - Thiết bị phản hồi (feedback devices) - Thiết bị hiển thị (display unit) Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Thiết bị nhập – input device -Đĩa mềm (floppy disk drive): sử dụng đến 1970s, khơng cịn sử dụng việc lưu trữ liệu thấp dễ bị hỏng Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 3/10/2021 Thiết bị nhập – input device -Cổng nối tiếp (serial communication port): sử dụng chuẩn EIA standard RS-232, sử dụng hệ thống DNC DNC II EIA: Electronic Industries Alliance – Liên minh doanh nghiệp điện tử ( từ năm 1997 đổi thành Electronic Industries Association – Hiệp hội doanh nghiệp điện tử) tiêu chuẩn tổ chức thương mại bao gồm liên minh hiệp hội thương mại nhà sản xuất thiết bị điện tử Mỹ Họ phát triển tiêu chuẩn để đảm bảo thiết bị nhà sản xuất khác tương thích hốn đổi thay lẫn Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền - Truyền liệu thông qua cổng nối tiếp hệ thống DNC II Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 3/10/2021 Thiết bị nhập – input device -Mạng LAN dùng cáp giao tiếp Ethernet (ethernet communication cable): hiệu tin cậy, ngày phổ biến hệ điều khiển máy CNC LAN: Local Area Network-mạng máy tính cục bộ: hệ thống mạng dùng để kết nối máy tính phạm vi nhỏ (nhà ở, phòng làm việc, trường học, …) Các máy tính mạng LAN chia sẻ tài nguyên với nhau, mà điển hình chia sẻ tập tin, máy in, máy quét, số thiết bị khác Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền - Truyền liệu thông qua mạng LAN dùng cáp giao tiếp Ethernet hệ thống DNC II Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 3/10/2021 Thiết bị nhập – input device -USB (USB flash drive): lưu liệu lớn, ngày phổ biến hệ điều khiển máy CNC USB: Universal Serial Bus: chuẩn kết nối đa dụng máy tính USB sử dụng để kết nối thiết bị ngoại vi với máy tính với tính nối ngắt thiết bị không cần phải khởi động lại hệ thống Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Thiết bị nhập – input device -Lập trình hội thoại (conversational programming): thao tác trực tiếp giao diện máy, hiệu cho việc lập trình gia công chi tiết tương đối đơn giản đến 2,5 trục Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 10 3/10/2021 Động servo ➢Ưu điểm: • Mômen trục (high intermittent torque) • Tốc độ cao (high speeds) • Mạch điều khiển tốc độ xác (work well for velocity control) • Nhiều kích cở (available in all sizes) • Làm việc êm (quiet) • Độ xác cao Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Động servo ➢Nhược điểm: • Đắt tiền • u cầu phải có hệ thống phản hồi (không làm việc chế độ mạch hở) • u cầu phải điều chỉnh thơng số điều khiển • Bảo dưỡng tốn kém, đặc biệt động DC servo Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 39 3/10/2021 Động thủy lực điều khiển lưu lượng áp suất Hệ thống điều khiển động thủy lực Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Cơng Truyền Động thủy lực • Ưu điểm • Có hệ số khuếch đại cao • Dùng cho máy có cơng suất lớn • Có khả chống tải • Nhược điểm • Cần đảm bảo dầu ln sạch, khơng tạp chất • Lực chuyển động phụ thuộc độ nhớt • Độ nhớt phụ thuộc nhiệt độ cần hệ thống lọc làm mát dầu Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 40 3/10/2021 Thiết bị phản hồi truyền động máy công cụ CNC Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Các thiết bị phản hồi • Để điều khiển số vịng quay hay vận tốc động thiết phải đo góc quay motor • Phương pháp dùng để xác định góc quay motor: biến trở xoay, tachometer, dùng encoder, resolver • Dùng biến trở xoay, tachometer, resolver: phương pháp tương tự (analog) • Dùng optical encoder: phương pháp số (digital) Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 41 3/10/2021 Biến trở - Potentionmeter • Là chia điện áp • Dùng để đo dịch chuyển thẳng chuyển động quay • Chuyển động học làm thay đổi trở kháng cảm biến • Tầm đo: ~10 m Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Biến trở - Potentionmeter • Nguyên lý làm viêc: – Con chạy nối với vật cần đo dịch chuyển – Vật dịch chuyển làm thay đổi trở kháng cảm biến – Cấp điện DC cho cảm biến điện áp ngõ tỉ lệ với khoảng dịch chuyển Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 42 3/10/2021 Biến trở - Potentionmeter ➢Ưu điểm • Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp • Mạch điện xử lý đơn giản • Điện áp ngõ lớn ➢Nhược điểm • Độ xác giới hạn (khoảng 1%) • Tuổi thọ thấp • Cọ xát gây mịn sinh tiếng ồn • Chịu ảnh hưởng nhiều môi trường (bụi, ẩm, …) Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Cảm biến vận tốc - Tachometer ❖ Tachometer để đo lường vận tốc góc trục quay (cịn gọi phát tốc) ❖ Có thể dùng phát tốc DC, AC, xung ❖ Kỹ thuật phổ biến gắn nam châm trục quay Khi nam châm di chuyển qua lõi cảm biến cố định, dòng điện sinh ❖ Mỗi vòng xoay trục tạo xung điện áp, xử lý tín hiệu xung ta biết tốc độ quay Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 43 3/10/2021 Cảm biến vận tốc - Tachometer Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Đo tốc độ động dùng techometer Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 44 3/10/2021 Cảm biến vị trí – Encoder • Encoder dùng để đo lường dịch chuyển góc thẳng chuyển đổi thành tín hiệu nhị phân (tín hiệu số) xác định xác vị trí trục bàn máy • Trong máy CNC, chuyển động từ động vít me đai ốc bi bàn máy • Vị trí bàn máy xác định nhờ encoder lắp cụm truyền dẫn Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Cảm biến vị trí – Encoder (Encoder Từ) (Encoder Quang) Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC (Encoder Điện dung) (Encoder Bán dẫn) TS Đường Công Truyền 45 3/10/2021 Phân loại Optical encoder • Encoder thẳng (linear optical encoder): Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC Encoder thẳng máy đo chiều CMM-Mitutoyo TS Đường Công Truyền Phân loại Optical encoder • Encoder quay (rotary encoder): • Encoder tuyệt đối (absolute rotary encoder) • Encoder gia số (incremental rotary encoder) absolute rotary encoder Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC incremental rotary encoder TS Đường Công Truyền 46 3/10/2021 Phân loại Optical encoder absolute rotary encoder incremental rotary encoder Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Nguyên lý làm việc Encoder NGUỒN PHÁT NGUỒN THU đĩa tròn xoay (có lỗ) quay quanh trục • Khi trục quay, trường hợp đĩa có lỗ, lần nguồn thu nhận tín hiệu đĩa quay vòng Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 47 3/10/2021 Nguyên lý làm việc Encoder • Tuy nhiên, vấn đề đặt để xác định xác vị trí đĩa quay (mịn hơn) làm để xác định đĩa quay theo chiều nào? Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Cơng Truyền Encoder tuyệt đối • Ta cần quan tâm độ mịn encoder, có nghĩa làm biết đĩa quay 1/2 vòng, 1/4 vịng, 1/8 vịng hay 1/n vịng, khơng phải biết đĩa quay vịng • Xét số nhị phân có chữ số có trạng thái (00, 01, 10, 11) Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 48 3/10/2021 Encoder tuyệt đối • với chữ số, chia đĩa encoder thành (22) phần • Khi đĩa quay, xác định độ xác đến 1/4 (1/22) vịng • Tương tự vậy, với số có n chữ số, xác định độ xác đến 1/2n vịng • Thế để xác định 2n trạng thái đĩa encoder? Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Encoder tuyệt đối • Xét đĩa encoder có vịng đĩa • Ở vịng cùng, có rãnh rộng 1/2 đĩa Vịng phía ngồi, có rãnh nằm đối diện • cần đèn led để phát xuyên qua vòng lỗ, đèn thu • Giả sử vịng lỗ thứ (trong cùng), đèn đọc nằm vị trí có lỗ tín hiệu nhận Và vịng lỗ thứ hai, đèn đọc vị trí khơng có lỗ tín hiệu nhận Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Cơng Truyền 49 3/10/2021 Encoder tuyệt đối • Như vậy, với số 10, ta xác định encoder nằm góc phần tư nào, (hay ta quản lý độ xác đĩa quay đến 1/4 vịng) Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Cơng Truyền Encoder tuyệt đối • Nếu đĩa encoder có đến 10 vịng lỗ, ta quản lý đến 1/(2^10) tức đến 1/1024 vịng • Hay người ta nói độ phân giải encoder 1024 xung vòng (pulse per revolution - ppr) abosulte encoder vòng lỗ Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 50 3/10/2021 Cách thiết kế Encoder tuyệt đối • Để thiết kế encoder tuyệt đối, người ta vẽ cho bit thứ n (đối với encoder có n vịng lỗ) nằm cùng, có nghĩa lỗ lớn có góc rộng 180 độ, nằm • Lý do: bit thay đổi liên tục 1/2^n vòng quay cần nhiều lỗ Nếu đặt khơng thể vẽ (do bán kính nhỏ hơn) Ngồi ra, đặt trong, kết cấu khí, q gần trục, q nhiều lỗ yếu Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Cơng Truyền Encoder tuyệt đối • Ưu điểm: góc quay nhỏ động khơng quay nhiều vịng Khi đó, việc xử lý encoder tuyệt đối trở nên dễ dàng cần đọc giá trị biết vị trí góc trục quay • Nhược điểm: • Cần nhiều vòng lỗ, dẫn tới giới hạn kích thước encoder • Nếu động quay nhiều vòng, cần xử lý để đếm số vòng quay trục Dùng encoder gia số Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Cơng Truyền 51 3/10/2021 Encoder gia số • Incremental encoder tăng đơn vị lần lên xuống cạnh xung Mỗi lần quay qua lỗ encoder tăng đơn vị biến đếm • Vấn đề để biết encoder quay hết vòng? Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Encoder gia số • Cần đưa vào thêm lỗ định vị để đếm số vịng quay encoder encoder có lỗ định vị • Vấn đề để biết encoder xoay theo chiều nào? Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Cơng Truyền 52 3/10/2021 Encoder gia số • Cần đặt thêm vòng lỗ vòng lỗ thứ lỗ định vị • Vị trí góc lỗ vòng lệch Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Thank you! Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 106 53 ... TS Đường Công Truyền 27 3/10 /20 21 Khớp nối truyền động máy CNC Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Khớp nối - Coupling Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường. .. khiển máy CNC TS Đường Công Truyền 26 3/10 /20 21 Khớp nối đàn hồi Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Khớp nối truyền động máy CNC Bài giảng: Truyền động điều khiển máy. .. Đường Công Truyền 28 3/10 /20 21 Khớp nối - Coupling Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền Khớp nối - Coupling Bài giảng: Truyền động điều khiển máy CNC TS Đường Công Truyền