4. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của máy công cụ CNC
4.2. Nguyên tắc thiết lập ngôn ngữ điều khiển và nguyên lý hoạt động của máy CNC
máy CNC
4.2.1 Nguyên tắc cơ bản của quá trình thiết lập ngôn ngữ điều khiển số máy công cụ CNC
Quá trình thiết lập ngôn ngữ điều khiển số được thực hiện dựa trên cơ sở ba nguyên tắc cơ bản:
+ Nguyên tắc thiết lập các hệ thống dữ liệu + Nguyên tắc dùng tín hiệu để biểu thị thông tin + Nguyên tắc mã hóa các kí tự thông dụng
4.2.1.1 Nguyên tắc thiết lập các hệ thống dữ liệu
Hệ thống thông tin kĩ thuật bao gồm các dữ liệu. Hệ thống dữ liệu được phân tích ở đây là hệ thống dữ liệu để thiết lập một ngôn ngữ điều khiển số. Trong chế tạo máy hệ thống dữ liệu bao gồm:
+ Dữ liệu về vật liệu gia công, vật liệu cắt : nhằm đưa ra các thông số hay còn gọi là các dữ liệu công nghệ về chế độ gia công như : tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt … ảnh hưởng rất lớn đến tính kinh tế của quá trình gia công
+ Dữ liệu về máy: bao gồm các số liệu biểu thị các thông số cơ bản về máy như: kích thước không gian gia công, kích thước lớn nhất của các
trục mang dao, pham vi công suất của các xích động học, phạm vi điều chỉnh xích chạy dao cũng như công suất truyền động trục chính…
+ Dữ liệu về dao: đặc điểm quan trọng của máy CNC là có khả năng gia công toàn bộ một bộ phận nào đó trong một thiết bị với số nguyên công cắt gọt ít hơn so với máy thông thường, do đó việc lựa chọn dụng cụ cắt sao cho phù hợp với khả năng trên, đồng thời với việc tăng số lượng dụng cụ cắt tại một vị trí làm việc và được tiêu chuẩn hóa chế tạo chính xác. Đảm tính lắp dẫn và các ưu điểm về hiệu suất hay khả năng dự đoán trước về tuổi thọ, nguyên nhân mòn hỏng dẫn đến việc thay đổi dụng cụ nhanh chóng.
Dụng cụ cắt sử dụng trên máy CNC quan hệ hữu cơ với các chương trình gia công tương ứng thông qua các địa chỉ. Do đó các dữ liệu về dao thường được ghi rất chi tết trong các catalog và các dữ liệu cập nhật về dao khác như: hao mòn kích thước, tình trạng gãy, mẻ, vỡ…
+ Dữ liệu về chi tiết: hình dạng và kích thước của chi tiết cần gia công là một dữ liệu để chọn máy và dụng cụ cắt cho hiệu quả. Để gia công các mặt phẳng, các mặt cong, gia công lỗ… ta cần xác định các loại máy cần sử dụng, số trục máy cần thiết… đồng thời dữ liệu về chi tiết cũng là cơ sở để người lập trình hoạch định kế hoạch gia công theo một trình tự nhất định, tránh được sụ lãng phí không cần thiết về công suất máy, về nhịp sản xuất
+ Dữ liệu về đồ gá: tập hợp cá dữ liệu về thông số hình học và vùng gá kẹp của đồ gá trên máy CNC. Xác định kích thước đồ gá nhằm tránh sự va chạm với dụng cụ cắt trên đường vận chuyển khi gia công chi tiết ngoài ra có thể lực kẹp làm biến dạng bề mặt gia công.
+ Dữ liệu hỗ trợ xử lí khác: nhằm tăng tuổi thọ của thiêt bị và dụng cụ cắt như các dữ liệu về bôi trơn, về làm mát. Đóng mở chức năng phụ như thay dao, dừng chương trình gia công…
Trong tất cả cá dữ liệu trên, dữ liệu về máy và dữ liệu về dao được gọi là dữ liệu hệ thống và được tập hợp thành phần mềm hệ thống. Còn các dữ liệu khác gọi chung là dữ liệu chi tiết và gọi là phần mềm gia công chi tiết. Từ hệ thống dữ liệu trên ta có nguyên tắc thứ hai.
4.2.1.2. Nguyên tắc dùng tín hiệu để biểu thị thông tin
Từ các thông tin kĩ thuật con người phải mã hóa bằng tín hiệu thay cho cả một thông tin dài dòng chỉ bằng một tín hiệu ngắn gọn, tín hiệu trong nghành kĩ thuật chính là bộ điều khiển số ( nhị phân ). Như vậy ở đây ta hiểu tín hiệu là hình thức biểu thị thông tin. Quá trình tạo lập, truyền tải, lưu giữ, phục hồi thông tin luôn xảy ra giữa các giao diện. Giao diện giữa con người với máy chỉ có một ngôn ngữ chung 2 từ vựng biểu thị bằng hai kí tự đối lập L/O. Các thông tin kĩ thuật được máy móc, thiết bị hiểu thông qua trạng thái đối lập này gọi là hệ thống số nhị phân được mã hóa để biểu thị những kí tự cơ bản
Từ đây có thể rút ra: Tín hiệu dùng để biểu thị thông tin kĩ thuật là giá trị nhị phân với hai giá trị trạng thái là L và O ( hay dùng hệ nhị phân để mã hóa tín hiệu ) bằng các giải pháp kĩ thuật như cơ khí, quang điện tử…
Hệ thống tín hiệu chỉ chấp nhận những giá trị số rời rạc, xác định gọi là các tín hiệu số. Hê điều khiển làm việc vời các tín hiệu số là hệ thống điều khiển số.
4.2.1.3. Nguyên tắc mã hóa các kí tự thông dụng
- Các kí tự thông dụng gồm:
+ Hệ chữ số thập phân gồm 10 chữ số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 + Hệ chữ cái gồm 26/27 chữ cái từ A đến Z
+ Kí tự tính toán từ 6/7 kí tự như: +, -, *, :, %... + Một số kí tự soạn thảo như: END, DEL, cách… - Một số cú pháp như:., !, ;…
+ Tập hợp các biểu trương và kí tự mở rôngkhác như: Ai cập, La mã … loại này có hàng trăm kí tự.
+ Tất cả các kí tự này được tập hợp trên bàn phím của máy vi tính. Để biểu diễn số kí tự không trùng lặp nhau người ta dùng các tổ hợp trạng thái L và O trên một bít thông tin nhất định.
Khi có 3 nguyên tắc trên ta có thể tiến trình thiết lập ngôn ngữ điều khiển số theo các bước sau.
4.2.2. Các quá trình thiết lập ngôn ngữ điều khiển số
- Gán địa chỉ kĩ thuật cho các kí tự đồng nhất với việc qui định cho mỗi kí tự một chức năng kĩ thuật cụ thể, địa chỉ ghi bằng chữ cái tiêu chuẩn.
Ví dụ:
S( spindel) chỉ tốc độ quay trục chính, chiều S+ khi quay cùng chiều kim đồng hồ và chiều S- khi quay ngược chiều kim đồng hồ.
F(feed): Lượng chạy dao (mm/ph). T(tool): Lệnh gọi dao.
G(geometric): Điều kiện đường dịch chuyển. X, Y, Z: Các chức năng hiển thị các giá trị tọa độ.
- Dùng kí tự số để biểu thị phần định lượng cho chức năng kĩ thuật: Ví dụ: S1500 biểu thị số vòng quay trục chính là 1500 vg/ph.
G02: Chạy các vòng theo chiều kim đồng hồ/ F200: Lượng chạy dao là 200 mm/ph.
- Ngôn ngữ lập trình APT bao gồm các từ xác định ( khoảng 3000 từ), nó được ghép nối ghép với nhau theo một nguyên tắc cú pháp cho trước. Các chỉ dẫn này được người lập trình tổng kết thành câu và đưa vào trong máy tính.
+ Cấu trúc của một từ lệnh: được thiết lập thông qua một tập thợp kí tự chữ cái và con số, cho phép lượng hóa một cách chính xác các chức
Ví dụ: X420 là chuyển động theo trục X 420 (mm).
+ Cấu trúc một câu lệnh: là tập hợp các từ lệnh viết theo một cú pháp xác định để thực hiện một chuyển động hoặc một chức năng nào đó của máy CNC.
+ Cú pháp: chính là trình tự bố trí các câu lệnh.
Trình tự: N… G… Y, J, K… X… Y… Z… S… F… M…
N: số tứ tự câu lệnh là chữ cái N và một con số tự nhiện, giúp ta tìm dễ dàng các câu trong bộ nhớ của hệ điều khiển khi cần thay đổi một câu lệnh.
+ Điều kiện đường dịch chuyển: ứng với lệnh G và các lệnh hỗ trợ khác, người ta gọic ác chức năng dịch chuyển là chức năng G, gồm các chữ cái địa chỉ và một con số 2 chữ số đứng đằng sau, chức năng dịch chuyển được chuẩn hóa và có trong tiêu chuẩn DIN66025 (Đức) cho cả các lệnh khác trong câu lệnh.
Ví dụ: G00 : chạy dao nhanh đến tọa độ đã lập trình. + Tọa độ các điểm đích biên dạng: X… Y… Z…
+ Các câu lệnh cho trục chính: S + con số ( số vòng quay trục chính) + Các lệnh chạy dao F + con số
Ví dụ: Khi tiện
N6 G95 ( chọn tốc độ chạy dao theo mm/ph) F01 (Lượng chạy dao 0,1mm/vg)
+ Các lệnh gọi dao: T + con số ( vị trí chứa dao trên ổ chứa dao) Ví dụ : T01, T02, … T24
+ Các lệnh hỗ trợ khác:
M dùng để biểu thị chức năng phụ, xuất hiện ngay từ đầu câu lện được lưu vào bộ nhớ
Ví dụ: Khi phay M03 là quay trục chính sang trái ( ngược chiều kim đồng hồ )
- Cấu trúc của chương trình điều khiển CNC: Là tập hợp các câu lệnh trong đó có 3 phần:
+ Phần mở đầu: tên chương trình Kí tự mở đầu chương trình với dạng:
Dạng % + con số : %9001
Dạng %PM hoặc %MM: trong đó PM ( part memory – bộ nhớ chương trình), MM ( macro memory – chương trình con)
Dạng P + con số : P741
+ Phần thân chương trình:
Là nội dung của qui trình công nghệ gia công chi tiết. * Số thứ tự câu lệnh: N + con số, ví dụ: N1… N30
Thứ tự chương trình là thứ tự logic gia công từ N1… Nn:
* Viết các thông tin hình học biểu thị các chức năng dịch chuyển: Ví dụ: G02 X50 Y40 I5 J6
Trong đó G02: chạy dao gia công theo đường tròn X50 Y40: tọa độ điểm đích dao đến.
I5 J6: tham số nội suy theo đường tròn.
* Viết các thông tin công nghệ về dao cụ, về chế độ gia công: tốc độ cắt, lượng chạy dao…
* Chạy điều khiển máy: tắt mở máy, tắt mở dung dịch làm mát… + Phần kết thúc: lệnh dừng chương trình.