 Giáo trình Máy CNC và công nghệ gia công trên máy CNC May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 1 CHƯƠNG 1 TỰ ĐỘNG HÓA QÚA TRÌNH SẢN XUẤT – SỰ RA ĐỜI CỦA MÁY CNC Trong nửa thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến sự ra đời và phát triển như vũ bão của KTĐK tự động. Và nhanh chóng KTĐK tự động đã được ứng dụng vào công nghệ chế tạo sản phẩm cơ khí. Sự phát triển của tự động hóa QTSX có thể được tóm lược như sau. 1.1/ NC (Numerical Control) 1.1.1/ Lòch sử ra đời của NC. Cũng như các kỹ thuật tiên tiến khác, NC ra đời vào đầu thập niên 50 tại phòng thí nghiệm của học viện Massachusetts. Khi mới ra đời, máy NC chỉ có thể cắt được những đường thẳng chính xác và hiệu qủa. Điều này gây ra rất nhiều khó khăn vì máy phải thực hiện vô số các đường thẳng ngang, dọc để gia công các biên dạng cong (hình 1.1) Hình 1.1 Vấn đề này dẫn đến sự ra đời của APT (Automatically Programme Tools). Đây là loại ngôn ngữ lập trình đầu tiên cho NC, dùng các câu lệnh tiếng Anh để đònh nghóa đường di chuyển hình học, dụng cụ và các chỉ thò cần thiết khác. Đây cũng là tiền đề cơ bản cho sự phát triển của NC. Ban đầu chương trình NC được mã hóa trên các băng đục lỗ, sau đó dùng các băng từ. Sau khi máy tính ra đời, các băng đục lỗ, băng từ được thay thế bởi thiết bò xử lý dự liệu của máy tính. 1.1.2/ Máy NC là gì Máy NC bao gồm 2 bộ phận chính. a) Bộ điều khiển máy (Machine Control Unit : MCU) Là bộ phận thực hiện các chức năng sau: - Đọc và giải mã chương trình - Đưa ra các lệnh điều khiển - Nhận các tín hiệu phản hồi và xử lý.  MCU bao gồm 2 bộ phận sau: • DPU (Data processing Unit): Bộ xử lý dữ liệu • CLU (Control Loop Unit) : Bộ thực hiện điều khiển DPU Đọc các dữ liệu từ chương trình trên băng đục lỗ, đóa từ,…và giải mã các tín hiệu này thành các dự liệu số. Sau đó gửi tín hiệu đến CLU. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 2 CLU nhận các dự liệu được giải mã từ DPU, đưa ra các lệnh điều khiển máy, nhận các tín hiệu phản hồi so sánh và xử lý cho đến khi đạt độ chính xác yêu cầu. DPU sau đó sẽ đọc khối lệnh tiếp theo. b) Máy công cụ (Machine Tool): Tương tự như các máy công cụ thông thường, nhưng các chuyển động của các trục được thực hiện bởi động cơ servo hoặc động cơ bước thông qua truyền động vít me đai ốc bi (sẽ trình bày ở chương sau). Trên hình 1.2 là sơ đồ các thành phần cấu tạo của máy NC Hình 1.2. thành phần của máy NC Máy NC đã khắc phục được những hạn chế mà các máy công cụ truyền thống không thực hiện được. Với máy NC, độ chính xác gia công cao hơn, tiết kiệm dụng cụ hơn, dễ tự động hóa hơn. Sự ra đời của NC cũng đã đưa đến sự ra đời của hàng loạt các phương pháp gia công hiện đại, tiên tiến khác như: EDM Laser Cutting Electron Beam welding Water jet………… Số xung ⇒ vò trí của trục Tần số xung: tốc độ các trục Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 3 1.2/. DNC (Direct NC): Vào giửa thập niên 60, với sự ra đời của máy tính, người ta đã nghó đến việc thay đổi việc mã hóa dữ liệu trên băng đục lỗ, băng từ bằng máy tính nhằm giảm bơt các yêu cầu về phần cứng, lập trình đơn giản hơn, nhanh chóng và linh hoạt hơn. Vào thời điểm này, máy tính rất đắt tiền nên người ta dùng một máy chủ (host) để điều khiển chung nhiều máy NC qua mạng kết nối. Hệ thống trên gọi là DNC (Hình1.3) Hình 1.3. Hệ thống DNC 1.3/. CNC (Computer Numerical Control) Vào cuối thập niên 60, sự ra đời của công nghệ vi xử lý đã đưa đến sự xuất hiện của PLC, Microcomputer. Các thiết bò này ngay sau khi ra đời đã được ứng dụng trên các máy NC, và thế hệ máy CNC đã ra đời. Với CNC, mỗi máy NC được phục vụ bởi 1 PLC hoặc Computer riêng. Điều này cho phép chương trình có thể nhập và lưu trữ riêng trên mỗi máy CNC. Nhưng lại xuất hiện các vấn đề mới đó là quan lý dữ liệu (giữa các máy không có sự liên hệ chặt chẽ với nhau). Cac thành phân cơ bản của máy CNC bao gồm: Hình 1.4 • 1/. Chương trình gia công (Part program ) • 2/. Thiết bò đọc chương trình (Program input device ) • 3/. Machine control unit (MCU) • 4/. Hệ thống truyền động (Drive system ) • 5/. Máy công cụ (Machine tool) 6/. Hệ thống phản hồi (Feedback system) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 4 Hình 1.4. Cấu trúc của máy CNC 1.4/ DNC II (Distributed NC) Để việc quản lý dữ liệu giửa các CNC tốt hơn, hệ thống DNCII đã được đưa vào ứng dụng trong sản xuất, là sự kết hợp giửa DNC và CNC. Hệ thống DNC II bao gồm các máy tính chủ (Host Computer) và các máy tính cục bộ (Local computer) kết nối với nhau. Nó cho phép các chương trình gia công được lưu trên máy chủ nên việc quản lý tốt hơn. Các chưưng trình này có thể được download xuống các local computer hoặc PLC. Và ta cũng có nhập chương trình và dao diện trực tiếp từ các máy cục bộ (local). Và nếu máy chủ bò ngưng thì các máy CNC vẫn có thể hoạt động bình thường. Đây là ưu điểm cơ bản của DNC II so với DNC. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 5 Hình 1.5. Hệ thống DNCII 1.5. Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS: Flexible Manufacturing System) Vào giửa thập niên 60, công ty Molins Ltd (anh) đã phát triển hệ thống 24, là tiền thân của hệ thống FMS. Tuy nhiên do hạn chế về kỹ thuật nên hệ thống sản xuất linh hoạt vẫn chỉ dừng lại ở mức độ lý thuyết, ý tưởng trong suốt những năm 60s, 70s. vào cuối thập niên 1970, đầu thập niên 1980s, với sự phát triển mạnh của công nghệ điều khiển phức tạp nhờ máy tính, hệ thống FMS đã được ứng dụng thành công. Hệ thống FMS dược ứng dụng chủ yếu ở US trong các lónh vực chế tạo ô tô, xe cơ giới, máy bay…Hệ thống FMS điển hình bao gồm: • Thiết bò xử lý: Maý công cụ, hệ thống lắp ráp, Rôbot. • Thiết bò xử lý phôi: Robot, băng tải, Hệ thống vận chuyển tự động (AGV : Automated guided vehicles) hệ thống lưu kho tự động (AS:Automated storage) và hệ thống truy xuất (RS: Retrieval System) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 6 • Hệ thống trao đổi thông tin. • Hệ thống điều khiển bằng máy tính (Computer controlled system) • Con người ( Human operator). • Hệ thống thay dao tự động (automated tool changers). FMS tạo nên một bước tiến mới hướng đến việc tích hợp hoàn toàn qúa trình san xuất, dựa trên các hệ thống, quan điểm tự động hóa sau: • CNC • DNC II • Hệ thống xử lý phôi liệu tự động (Automated material handling system.) • Công nghệ nhóm (Group Technology)  Một số mô hình FMS điển hình Hình 1.6. Single machine cell Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 7 Hình 1.7. Multiple workstation Cell Hình.8. FMS với hệ thống lưu, xuất kho tự động. AS/RS Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 8 Hình 1.9. FMS ở hãng sản xuất Vought Aircraft 1.6/ Hệ thống sản xuất tích hợp (CIM: Computer Intergated Manufacturing/ flexible design and manufacturing) - Ý tường về hệ thống sx tích hợp được Josheph Harington đề cập đến vào năm 1974, nhưng phải qua hàng chục năm đến đầu thập niên 1990s, hệ thống này mới được ứng dụng thành công ở Mỹ. CIM là hệ thống tích hợp toàn bộ các thành phần của qúa trình sx, được xử lý và điều khiển bởi máy tính. Từ việc phân tích thò trường,thiết kế, chuẩn bò phôi liệu, chuẩn bò và tổ chức sx, kiểm tra chất lượng sản phảâm cho đến cả việc phân phối ra thò trường. Với sự ra đời của công nghệ CIM, lòch sử phát triển của sản xuất xã hội đã trải qua các giai đoạn sau: - Sản xuất thủ công - Sản xuất cơ khí hóa, chuyên môn hóa - Tự đông hóa sản xuất. - Tích hợp sản xuất - Các thành phần cơ bản của hệ thống CIM bao gồm (Hình 1.10). • CAD/CAM (Computer-aided design/Computer-aided manufacturing) • CAPP (Computer-aided process planning) • ERP (Enterprise resource planning) • CNC machine tools Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 9 • DNC • FMS • ASRS( automated storage and retrieval systems ) • AGV ( automated guided vehicles ) • Robotics • Automated conveyance systems • Computerized scheduling and production control • CAQ (Computer-aided quality assurance) • A business system integrated by a common database. • Lean Manufacturing Hình 1.10 Các thành phần của hệ thống CIM. Với việc tích hợp qúa trình sản xuất, năng xuất tăng lên nhiều lần, giảm chi phí lao động, giảm thời gian thiết kế và phát triển sản phẩm, chất lượng thiết kế cao hơn, tính linh hoạt của hệ thống rất cao giúp đáp ứng nhanh nhu cầu của thò trường, tăng lợi thế cạnh tranh. Trong hệ thống CIM, cần có sự chia sẽ thông tin giửa các bộ phận để tăng tính linh hoạt và hoạt động của các khâu hiệu qủa hơn. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com [...]... 2.5 Các loại máy CNC Ngày nay, nhiều loại máy CNC đã được ngiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong chế tạo cơ khí như: - Máy phay CNC - Máy tiện CNC - Máy gia công tia lửa điện CNC dùng điện cực nhúng - Máy gia công tia lửa điện CNC dùng dây cắt - Máy khoan CNC - Máy mài CNC - Máy gia công dùng tia laser CNC - Máy gia công tia nước CNC - Máy hàn CNC - Máy đo tọa độ CNC (CMM: Coordinate Measuring Machine)…... Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC Hình 2.6 Máy tiện CNC Hình 2.7 Máy tiện CNC hai đầu dao (CNC Dual turret turning center ) 16 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC Hình 2.9 Máy đo toạ độ CNC ( CNC Coordinate Measuring machine) Hình 2.10 Máy gia công tia lửa điện EDM Wire Cut 17 Simpo... May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC Hình 2.2 Máy Phay CNC đứng (CNC Vertical Milling Machine) Hình 2.3 Trung tâm phay đứng CNC (CNC Vertical milling center ) 14 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC Hình 2.4 Trung tâm phay CNC ngang (CNC Horizontal machining center ) Hình 2.5: Máy khoan ngang CNC (horizontal Drilling CNC) ... thế hệ mới đều ở dạng CNC 2.1.4/ Máy công cụ điều khiển theo chương trình số (CNC Machine) Là thế hệ máy công cụ (machine tool) được điều khiển bởi bộ điều khiển CNC 11 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 2.2 Cấu trúc hệ thống máy CNC: Hệ thống máy CNC gồm 6 phần chính: Hình 2.1 - Chương trình gia công( part program) - Thiết... - Bộ điều khiển máy (MCU) - Hệ thống truyền động ( drive system) - Máy công cụ (machine tool) - Hệ thống phản hồi ( feedback system) Hình 2.1 Cấu trúc của máy CNC Lưu ý: Đối với máy gia công CNC, chương trình gia công, thiết bò đọc chương trình và bộ xử lý dữ liệu (DPU) đều được thực hiện bởi máy tính 2.3 Khả năng của máy CNC Về cơ bản, máy gia công CNC co’ thể thực hiện được các công việc sau: +... trình và mô phỏng bằng đồ họa quá trình gia công + Tiện ích giao tiếp + Quản lí dữ liệu + Cài đặt hệ tọa độ và hệ đơn vò + Có khảû năng tính toán, xử lý số liệu 12 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC + Bù trừ đường kính và chiều dài dao + Nội suy hình học 2.4 Ưu và nhược điểm của CNC • Ưu điểm của CNC + Độ chính xác và độ... and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC Hình 2.23 Nguyên lý hoạt động của Incremental Encoder Dạng xung ngõ ra : A B Quay theo chiều thuận A B Quay theo chiều nghòch 28 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC c Resover Là thiết bò tạo ra các tính hiệu điện theo hàm số... trong không gian Thường dùng để gia công các bề mặt phức tạp Hình 2.32 Hệ thống tạo biên dạng 3 D 32 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC Ngoài 3 trục điều khiển x, y,z còn thêm vào trục điều khiển góc quay của bàn máy Hình.2.33 Hệ thống tạo biên dạng 4 D Các loại đường cong thường gặp trong chuyển động gia công CNC là: Đường... http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 2.6 Một số bộ phận cơ bản của máy CNC 2.6.1/ Hệ thống điều khiển truyền động CNC (CNC drive systems) Hệ thống điều khiển CNC bao gồm mạch điều khiển tốc độ (velocity loop) ở trong hệ thống động cơ truyền động và mạch điều khiển vò trí(position loop control) ở bên ngoài hệ thống động cơ truyền động Hệ thống điều khiển CNC có thể là hệ thống... Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 2.6.3/ Động cơ bước (Stepper Motor) Hình 2.16 mô tả sơ đồ nguyên lý dùng động cơ bước cung cấp điều khiển số không phản hồi về vò trí của bàn máy khi gia công trên máy CNC Bộ điều khiển nhận tín hiệu về chiều quay và tính hiệu xung điện để điều khiển góc quay của động cơ ng với mỗi tính hiệu . Giáo trình Máy CNC và công nghệ gia công trên máy CNC May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 1 CHƯƠNG 1 TỰ ĐỘNG HÓA QÚA TRÌNH SẢN XUẤT – SỰ RA ĐỜI CỦA MÁY. tia lửa điện CNC dùng dây cắt - Máy khoan CNC - Máy mài CNC - Máy gia công dùng tia laser CNC - Máy gia công tia nước CNC - Máy hàn CNC - Máy đo tọa độ CNC (CMM: Coordinate Measuring Machine)…. loại máy CNC đã được ngiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong chế tạo cơ khí như: - Máy phay CNC - Máy tiện CNC - Máy gia công tia lửa điện CNC dùng điện cực nhúng - Máy gia công tia lửa điện CNC