CAM3 CNC Controller [Compatibility Mode]) (1)

8/27/2010 N ỘI DUN G CAM – Computer Aided Manufacturing SẢ XUẤT HỜ MÁY TÍH N gười trình bày: HUỲN H HỮU N GHN ĐIỀU KHIỂN SỐ - SỰ KHỞI ĐẦU CỦA CAM CÁC PHƯƠN G PHÁP LẬP TRÌN H N C ĐIỀU KHIỂN MÁY CN C Bộ mơn: Chế Tạo Máy – Khoa Cơ Khí Nội dung ĐIỀU KHIỂN MÁY NC BẰNG MÁY TÍNH (CNC) Khái niệm • Việc sử dụng máy tính số làm thay đổi chất việc điều khiển máy NC • Trong chương bàn vấn đề sau:
Computer numerical control (CNC)
Direct numerical control (DNC)
Adaptive control (AC)
Khái niệm
Những vấn đề khó khăn NC cổ điển
Công nghệ sản suất điều khiển NC
Điều khiển số nhờ máy tính
Direct Numerical Control
Phối hợp DNC CNC
Các hệ thống điều khiển thích nghi
Xu hướng phát triển CNC Khái niệm • CNC thay điều khiển NC cổ điển tính toán nhỏ (minicomputer hay microcomputer) • Máy tính nhỏ dùng để thực số tất chức NC chương trình đựợc lưu nhớ Read – Write
Một khác biệt CNC máy tính điều khiển máy công cụ Khác với DNC dùng máy tính để điều khiển nhiều máy công cụ riêng biệt 8/27/2010 Khái niệm Những khó khăn NC cổ điển • Điều khiển thích nghi không đòi hỏi máy tính số Điều khiển thích nghi dùng hệ thống điều khiển để đo nhiều biến số qúa trình (lực cắt, nhiệt độ, công suất, v.v.) thay đổi lượng ăn dao (hoặc) tốc độ cắt để bù trừ vào thay đổi có hại biến số qúa trình • Mục đích điều khiển thích nghi: - Tối ưu hóa qúa trình gia công mà máy NC đơn độc thực - Nhiều dự án điều khiển thích nghi ban đầu dựa việc điều khiển tương tự máy tính số - Ngày hệ thống sử dụng công nghệ vi xử lý để ứng dụng chiến lược điều khiển thích nghi • Có lỗi lập trình gia công do: - Cú pháp sai - Số sai • Để cho băng lỗ đúng, phải chỉnh sửa đến – lần • Khó đạt trình tự gia công tốt Những khó khăn NC cổ điển Những khó khăn NC cổ điển


Vận tốc lượng ăn dao không tối ưu thay tốc độ lượng ăn dao qúa trình gia công Vì người lập trình phải thiết lập tốc độ lượng ăn dao cho trường hợp xấu Băng đục lỗ dễ bị rách Bộ đọc băng phần cứng yếu máy NC Khi có cố, nhóm thợ bảo trì thường bắt đầu tìm nguyên nhân nơi máy đọc băng Công nghệ sản xuất điều khiển NC • Ít hệ điều khiển biết đến
Bóng chân không (Circa 1952)
Electromechanical Relays (Circa 1955)
Discrete semiconductors (circa 1960)
Intergrated Circuite (circa 1965)
Direct numerical control (circa 1968)
Computer numerical control (circa 1970)
Microprocessors and Microcomputers (circa 1975)
Management information: Hệ thống NC cổ điển không đảm bảo thông tin theo thời gian gia công Những thông tin gồm: máy có cố thay dụng cụ cắt • Controller: Bộ điều khiển NC cổ điển loại cứng (hard – wired) Công nghệ sản xuất điều khiển NC • 1982: 286 Microprocessor Number of Transistors: 134,000 • Speed: 6MHz, 8MHz, 10MHz, 12.5MHz • Within years of it release, there were an estimated 15 million 286• Based personal computers installed around the world • 1985: Microsoft ships Windows 1.0 • 1986: Intel ships the 16 MHz 80386 processor – Compaq Computer introduces the first 80386-based computer • 1989: Intel 486? DX CPU Microprocessor 1990: Microsoft ships Windows 3.0 – Number of Transistors: 1.2 million – Speed: 25MHz, 33MHz, 50MHz 8/27/2010 Coâng nghệ sản xuất điều khiển NC • 1993: Intel introduces the 60 MHz Pentium processor Number of Transistors: 3.1 million – Microsoft ships the Windows NT operating system • 1997: Intel® Pentium® II Processor Number of Transistors: 7.5 million Speed: 200MHz, 233MHz, 266MHz, 300MHz ã 1999: Intelđ Celeron? Processor ã 1999: Intelđ Pentiumđ III Processor Number of Transistors: 9.5 million • Speed: 650MHz to 1.2GHz Điều khiển số nhờ máy tính (CNC) Công nghệ sản xuất boọ ủieu khieồn NC ã 2000: Intelđ Pentiumđ Processor Number of Transistors: 42 million • Speed: 1.30GHz, 1.40GHz, 1.50GHz, 1.70GHz, 1.80GHz and the history-making 2GHz
2003 – To date, Intel has shipped one billion x86 processors – Advanced Micro Devices launches the 2.2 GHz 64bit Athlon 64 processor • 2006, January 10 – Apple Computer introduces the MacBook Pro, their first Intel-based, dual-core mobile computer, as well as an Intel-based iMac Cấu hình chung hệ thống CNC
CNC hệ thống NC dùng máy tính có chứa chương trình để thực số hay tất chức điều khiển số
Với CNC, chương trình cho vào lần lưu nhớ máy tính Vì máy đọc băng lỗ dùng nạp chương trình liệu gốc So với máy NC thông thường máy CNC mềm dẻo hơn, khả tính toán tốt Các chức CNC




Điều khiển máy công cụ (Machine tool control) Hiệu chỉnh bán kính dao qúa trình gia công (In – process compensation) Cải thiện việc lập trình vận hành (Improved Programming and Operating features) Chẩn đoán (Diagnostics) Ưu điểm CNC chứa đựng khả điều khiển điều khiển mềm (soft – wired)ø Một số chức điều khiển nội suy cung tròn thực HTĐK gắn cứng (hard – wired) tốt so với gắn mềm Sự phát triển CNC theo hướng

Hybrid CNC: CNC lai (phối hợp gắn cứng gắn mềm) Straight CNC: CNC trực tiếp (chỉ sử dụng điều khiển gắn mềm) 8/27/2010 Sơ đồ HT Hybrid CNC Trong hệ thống lai (Hybrid CNC ) • Các thành phần gắn cứng (Hard – wired components) thực chức có lợi • Tính toán sinh lượng ăn dao (Feed rate gereration) • Nội suy đường tròn (Circular Interpolattion) • Các chức khác computer (softwired components) thực • Hybrid CNC sử dụng rộng rãi giá rẻ Straight CNC Sơ đồ Straight System Trong hệ thống trực tiếp (Straight CNC)
Máy tính thực chức
HT trực tiếp Straight đắt tiền mềm dẻo Bù trừ trình gia công Cải thiện việc lập trình thao tác
Hiệu chỉnh bán kính dao qúa trình gia công,
Điều khiển sai số phát sinh qúa trình gia công Thuộc loại gồm: Điều chỉnh sai số cảm nhận thiết bị đo Tính lại vị trí trục thiết bị kiểm tra dùng để định vị điểm tham chiếu chi tiết gia công Điều chỉnh bán kính dao Điều khiển thích nghi để điều chỉnh lại tốc độ cắt lượng ăn dao Tính toán chu kỳ bền dụng cụ cắt chọn dụng cụ khác định
Chỉnh lý chương trình gia công máy Việc cho phép điều chỉnh lại tối ưu hóa chương trình gia công
Cho đường chạy dao để kiểm tra băng lỗ
Nhiều kiểu nội suy: đường tròn, barabol, cubic
Sử dụng chương trình chuyên dùng
Nhập liệu tay (Manual Data Input)
Có thể lưu trữ nhiều chương trình 8/27/2010 Chẩn đoán (Diagnostic ) 1/ Phát nguyên nhân hư hỏng để sửa chữa nhanh chóng 2/ Ra dấu hiệu cảnh báo cố xảy ra, nhờ giảm thời gian sửa chữa tăng suất lao động 3/ Hệ thống CNC phải có số thành phần dự trữ để có hư hỏng thay ngay, không để máy chờ Ưu điểm CNC 1/ Băng chương trình thiết bị đọc băng dùng lần để đưa chương trình vào máy tính Điều nâng cao độ tin cậy HT, thiết bị hay hư hỏng đọc băng 2/ Điều chỉnh chương trình máy 3/ Chuyển đổi inch ↔ mét 4/ Mềm dẻo 5/ Các chương trình người dùng viết riêng (MACRO) lưu nhớ máy tính Khi cần gọi dễ dàng 6/ Góp phần tạo hệ thống sản xuất toàn (Total manufacturing system): CNC dễ tương thích dùng hệ thống sản xuất lớn máy tính hóa Một bước quan trọng tiến đến hệ thống DNC (điều khiển số trực tiếp) Direct Numerical Control (DNC) Hệ thống DNC có máy tính vệ tinh Có dạng HT DNC Hệ thống DNC với cấu hình BTR • 1/ Hệ thống sau đọc băng (Behind – the – Tape – Reater ( BTR) system) • 2/ Hệ thống DNC với điều khiển máy chuyên nghiệp (Special Machine control Unit) 8/27/2010 Các chức DNC DNC với điều khiển chuyên nghiệp
NC không cần băng đục lỗ
Lưu trữ chương trình NC
Thu thập liệu, xử lý báo cáo
Truyền thông Ưu điểm DNC Phối hợp DNC CNC
Loại bỏ băng lỗ máy đục lỗ
Khả tính toán nhanh linh hoạt
Lưu chương trình NC dạng files
Các chương trình lưu CL files
Báo cáo tình hình sản xuất
Thiết lập móng để phát triển nhà máy tự động điều khiển nhờ máy tính tương lai
Sự phối hợp DNC CNC làm tăng khả cho hệ thống sản xuất nhờ máy tính Trước hết không cần băng lỗ máy đục lỗ cho máy CNC Máy tính DNC nạp trực tiếp chương trình cho nhớ CNC Không giống máy NC truyền thống, máy CNC có đủ nhớ để nạp toàn chương trình DNC Chương trình nạp lần block Việc giảm số lượng đầu nối cần thiết máy tính trung tâm máy công cụ Xu hướng tương lai Khả phục hồi chương trình
Trong hệ thống hỗn hợp DNC CNC, phần mềm điều khiển CNC có postprocessor Việc cho phép chương trình gia công NC nạp chương trình từ máy tính DNC dạng CL (Cutter Location) FILE, khỏi cần phải hậu xử lý trước đưa sang máy CNC
Ưu điểm phối hợp DNC CNC khả dự trữ Nếu máy tính trung tâm bị hỏng, máy hệ thống không bị liệt Chỉ cần thực phục hồi cần thiết máy riêng biệt hoạt động thường


Có chương trình NC từ máy tính DNC Mỗi máy CNC có trang bị thiết bị đọc băng lỗ nối với máy đọc băng lỗ lưu động Đương nhiên giá thành hệ thống phải tăng lên Ưu điểm thứ ba cải thiện liên lạc máy tính trung tâm và nơi sản xuất Với việc nối máy tính hai đầu, nhiều cố thiết kế nhà máy lớn loại trừ 8/27/2010 Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi Thuật ngữ Adaptive Control
Điều khiển thích nghi (Adaptive Control – AC) có nguồn gốc từ nghiên cứu năm đầu thập kỷ 1960 phòng thí nghiệm nghiên cứu Bendix không lực Hoa kỳ tài trợ
Lúc đầu hệ thống điều khiển thích nghi dựa thiết bị điều khiển tương tự, phản ánh tình trạng phát triển công nghệ thời Ngày AC dùng Microprocessor, thông thường tích hợp với hệ thống CNC đại
Thuật ngữ AC nghóa hệ thống điều khiển đo biến số hệ thống dùng chúng để điều khiển tốc độ lượng ăn dao
Một số biến số dùng hệ thống máy điều khiển thích nghi tốc độ quay lực, moment, nhiệt độ cắt, biên độ dao động công suất Nói cách khác tất tham số cắt mà đo thử các hệ thống AC thí nghiệm Mục đích hệ thống điều khiển thích nghi Làm cho hệ thống hoạt động có hiệu Hàm mục tiêu thường tốc độ cắt bỏ kim loại giá thành đơn vị thể tích vật liệu cắt bỏ Các nguồn biến đổi gia công




Chiều sâu chiều dày cắt thay đổi Độ cứng thay đổi Độ cứng vững thay đổi Mòn dao Mặt gia công không liên tục AC dùng đâu 1/ Nơi mà dụng cụ cắt sử dụng ≥ 40% thời gian chu kỳ gia công 2/ Nơi có nhiều nguồn biến số phôi mà AC bù trừ Thực tế AC thích nghi lượng ăn dao vận tốc biếân số 3/ Nơi giá thành vận hành máy cao Giá thành vận hành máy chủ yếu vốn đầu tư cho thiết bị cao 4/ Nơi phôi điển hình cho AC vật liệu gồm thép, Titan, hợp kim bền cao Gang nhôm vật liệu hẫp dẫn AC, vật liệu thường dễ gia công Các tham số vào chương trình
Kích thước hình dáng dụng cắt, độ cứng vật liệu gia công, kích thước gia công, đặc tính máy cắt • Dựa vào tham số vào này, chương trình tính toán cho giá trị Lượng ăn dao • Vận tốc trụ chính, Giới hạn lực cắt cho vùng cắt 8/27/2010 Hai dạng điều khiển thích nghi 1/ AC tối ưu (ACO) – Adaptive Control Optimization 2/ AC giới hạn (ACC) Adaptive Control constraints Khó khăn nghiên cứu Điều khiển thích nghi tối ưu Trong hệ thống này, thông số tối ưu hóa định cho hệ thống Hàm đo suốt qúa trình gia công, thí dụ lượng phoi cắt giá thành khối lượng vật liệu cắt Nhiều hệ thống tối ưu hóa cách cực đại hóa tỉ lệ lượng kim loại cắt so với độ mòn dụng cụ Công thức tính tỉ lệ
Độ mòn dụng cụ đo trực tuyến công nghệ đo
Vì vậy, hệ số IP điều khiển trình gia công
Do cảm biến để đo độ mòn dụng cụ hệ thống ACO
> tất hệ thống điều khiển thích nghi thuộc loại thứ 2: ACC Hệ thống ACC
Được phát triển với mức độ thông minh tốn so với ACO
Các hệ thống sản xuất ACC sử dụng giới hạn dựa biến số đo
Vì hệ thống có tên gọi ACC Mục tiêu hệ thống điều khiển vận tốc lượng ăn dao cho biến số đo nằm vùng giới hạn cho phép Hoạt động hệ thống ACC
Ứng dụng điển hình phay viền phay túi rỗng (profile, pocket) máy NC
Vận tốc V – tham số điều khiển
Lựa cắt P công suất cắt N biến số đo dược
Gắn hệ thống ACC vào máy NC chuyện bình thường Có lý để máy NC dùng làm điểm bắt đầu tự nhiên cho việc ứng dụng AC:
1/ Máy NC thường có mô tơ điều khiển,
2/ Các phôi gia công thông thường cho máy NC có nguồn thay đổi mà AC thực (feasible) 8/27/2010 Quan hệ phần mềm AC chương trình APT Mục tiêu việc tính toán
Xác định điều kiện cắt để cực đại hóa tốc độ cắt bỏ kim loại
Người lập trình gia công thường phải vận tốc lượng ăn dao để gia công
Với điều khiển thích nghi, thông số tính toán nhờ phần mềm gia công sở liệu nhập vào người lập trình can thiệp vào Ích lợi gia công có điều khiển thích nghi 1/Tăng suất gia công 2/ Tăng chu kỳ bền dụng cụ (tuổi thọ) 3/ Bảo vệ phôi tốt 4/ Người vận hành phải can thiệp 5/ Lập trình gia công dễ Những hệ thống NC tiên tiến
Trong ngôn ngữ APT, chi tiết xác định phương pháp hình học đường, mặt phẳng, đường tròn
Đường, mặt phẳng, đường tròn phần tử biên đường mặt vô tận đường tròn khép kín
Còn thân chi tiết vật có biên, phần tử hình học APT xác định đầy đủ xác hình học chi tiết
Bằng trật tự câu lệnh APT, dụng cụ di chuyển theo mặt chi tiết, bỏ qua phần đường tròn đường thẳng không liên quan đến chi tiết Xu hướng phát triển NC
Thay băng đục lỗ băng từ
Sử dụng thiết bị kiểm tra NC ngày thông dụng
Kiểm tra phôi qúa trình gia công nằm bàn máy
Tự hiệu chỉnh vị trí dụng cụ để bù trù sai số máy
Định vị mặt tham chiếu phôi sau gia công để đạt độ xác cao
Kiểm tra dụng cụ cắt để xác định tình trạng dụng cụ (răng gẫy)
Ưu điểm việc dùng thiết bị kiểm tra tiết kiệm thời gian nâng cao độ xác gia công Những hệ thống NC tiên tiến
Theo cách xây dựng mô hình hệ thống CAD/CAM phôi xác định mặt cạnh tạo nên vật thể đặc chi tiết Mặt cạnh vô tận
Khái niệm gọi Boundary Geometry, ngược lại với khái niệm APT
Một mục tiêu dự án CAM – dùng khái niệm chứa bên hình học biên để xác định chi tiết 8/27/2010 Một số mục tiêu quan trọng dự án 1/ Một tập ngôn ngữ mới: Dùng khái niệm hình học biên Sẽ có cố gắng làm cho ngôn ngữ tương thích với ngôn ngữ APT Ngôn ngữ mức cao so với APT 2/ Đa dạng: Không dùng để cắt kim loại mà dùng cho nhiều lónh vực khác kiểm tra, dập,… 3/ Thiết kế theo Module: chương trình phải thiết kế để thực chức – – – – – Phay Profile Phay Pocket Gia công theo điểm (PTP operation) Tiện (Turning) Kiểm tra (Inspection) Kiểm tra giao
Các chương trình phải xây dựng bên NC tiên tiến để kiểm tra khả va chạm dụng cụ đồ gá gia công va chạm khác Các hệ thống sản xuất linh hoạt (HTSXLH)
Một phát triển quan trọng DNC đưa vào ứng dụng hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing System - FMS)
Một FMS nhóm máy NC (hoặc trạm làm việc khác) có liên hệ với hệ thống vận chuyển vật liệu
Toàn máy NC hệ thống vận chuyển điều khiển máy tính Tự động hóa chức lập trình NC Lập trình NC bao gồm




Tạo đường chạy dao Chọn dụng cụ Lượng ăn dao Tốc độ cắt Thứ tự nguyên công Giao diện với sở liệu CAD/CAM
Hệ thống điều khiển số tiên tiến phải giao diện với sở liệu thiết kế gia công
Dữ liệu thiết kế phải chứa liệu liên quan đến hình học chi tiết (phôi thô kích thước cuối chi tiết), đồ gá, dao cắt, khả chế tạo dao liệu giá thành
Chức lập trình NC phải giao diện với chương trình lập quy trình gia công nhờ máy tính Robotics
Theo chất công nghệ lập trình, Robot công nghiệp có nhiều điểm chung với máy NC
Robot dùng để vận chuyển phôi dụng cụ sản xuất
Một nhiệm vụ quan trọng Robot nạp phôi vào lấy phôi khỏi máy gia công, kể máy NC
Robot máy tạo nên tế bào sản xuất tự độïng với việc nạp phôi vào tế bào từ băng tải đưa chi tiết gia công tế bào đến băng tải khác
Toàn công việc thực cách tự nhiên không cần đến người 10 ... hướng

Hybrid CNC: CNC lai (phối hợp gắn cứng gắn mềm) Straight CNC: CNC trực tiếp (chỉ sử dụng điều khiển gắn mềm) 8/27/2010 Sơ đồ HT Hybrid CNC Trong hệ thống lai (Hybrid CNC ) • Các thành... as an Intel-based iMac Cấu hình chung hệ thống CNC
CNC hệ thống NC dùng máy tính có chứa chương trình để thực số hay tất chức điều khiển số
Với CNC, chương trình cho vào lần lưu nhớ máy tính... computer (softwired components) thực • Hybrid CNC sử dụng rộng rãi giá rẻ Straight CNC Sơ đồ Straight System Trong hệ thống trực tiếp (Straight CNC)
Máy tính thực chức
HT trực tiếp Straight