May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 11 Chương 2: MÁY ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG TRÌNH SỐ 2.1. Khái Niệm Cơ Bản 2.1.1/ Điều khiển Là sự thay đổi của các đại lượng đầu ra theo quy luật nhất đònh nào đó của các đại lượng đầu vào. 2.1.2/ Điều khiển số NC ( Numeric Control ) Là hệ thống các hoạt động được điều khiển trực tiếp bởi dữ liệu số được mã hóa bằng chương trình. Chương trình gồm các chỉ thò được mã hóa dưới dạng số, kí tự chữ, và các kí tự đặc biệt khác. Các chỉ thò này bao gồm:  Chỉ thò điều khiển: Được chuyển thành 2 dạng: Tín hiệu xung điện (Pulse): điều khiển tốc độ, số vòng quay của động cơ truyền động. Tín hiệu đóng/ngắt (ON/OFF) : cung cấp chất bôi trơn và làm nguội, chọn và thay dao, dừng máy, kẹp nhả phôi…  Thông tin hình học ( Geometrical Information): Là hệ thống thông tin điều khiển các chuyển động tương đối giữa dao cụ và chi tiết, còn gọi là thông tin về đường dòch chuyển.  Thông tin công nghệ ( Technological Information ): Là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với những giá trò công nghệ yêu cầu. Vd: chuẩn hóa gốc tọa độ, chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chiều quay trục chính, đóng hay tắt dung dòch trơn nguội 2.1.3/ Điều khiển số bằng máy tính (CNC) Đònh nghóa: CNC là hệ thống NC sử dụng máy tính thiết lập trực tiếp trên hệ điều khiển máy. Đặc điểm:  Được điều khiển bởi các chỉ thò lưu trữ trên bộ nhớ máy tính để thực hiện một phần hay toàn bộ các chức năng điều khiển số.  Được phát triển dựa trên những thành tựu của công nghệ vi điện tử, vi xử lí.  Các hệ điều khiển CNC có khả năng thực hiện các chức năng điều khiển bởi phần mềm -> đơn giản các mạch điều khiển, giảm giá thành , tăng độ tin cậy. *** Hầu hết các hệ điều khiển số 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 May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 12 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 bò đọc chương trình ( program input device) - 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: + Nhập dữ liệu + Biên tập chương trình, lập trình + Lưu trữ chương trình + Kiểm tra chương trình + Chẩn đoán lỗi + Hiển thò chương 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 May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 13 + 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 chính xác lặp lại cao + Đáp ứng nhanh nhu cầu thò trường, gia công nhiều bề mặt phức tạp + Nâng cao năng suất đặc biệt là trong sản xuất đơn chiếc các chi tiêt phức tạp + Giảm giá thành điều hành gián tiếp + Hạ giá thành sản xuất + Thuận lợi cho việc tự động hoá quá trình sản xuất • Nhược điểm của CNC. + Chi phí đầu tư ban đầu cao. + Chi phí lập trình và máy tính kèm theo. + Chi phí bảo trì cao và cần phải có thợ bảo trì chuyên nghiệp. 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)… May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 14 Hình 2.2. Máy Phay CNC đứng (CNC Vertical Milling Machine) Hình 2.3. Trung tâm phay đứng CNC (CNC Vertical milling center ) May CNC & Coõng Ngheọ Gia Coõng Treõn Maựy CNC 15 Hỡnh 2.4. Trung taõm phay CNC ngang (CNC Horizontal machining center ) Hỡnh 2.5: Maựy khoan ngang CNC (horizontal Drilling CNC) May CNC & Coõng Ngheọ Gia Coõng Treõn Maựy CNC 16 Hỡnh 2.6. Maựy tieọn CNC Hỡnh 2.7. Maựy tieọn CNC hai ủau dao (CNC Dual turret turning center ) May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 17 Hình 2.9. Máy đo toạ độ CNC ( CNC Coordinate Measuring machine) Hình 2.10. Máy gia công tia lửa điện EDM Wire Cut. May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 18 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 điều khiển hở (open loop) hoặc hệ thống điều khiển kín (closed loop). Sự khác nhau cơ bản là hệ thống điều khiển kín có phản hồi nhằm đảm bảo độ chính xác yêu cầu. a. Hệ điều khiển hở (Open Loop System ) hình 2.11. Hệ thống điều khiển hở không có mạch phản hồi, bộ điều khiển máy xem như sự di chuyển bàn máy đúng như mong muốn. Hệ điều khiển hở rất nhạy cảm với sự thay đổi của tải trọng. Các sai số vò trí và tốc độ có thể xảy ra khi cắt với lực cắt lớn. Tuy nhiên hệ điều khiển hở có ưu điểm là đơn giản, rẻ tiền. Do vậy, hệ điều khiển hở chỉ nên dùng trong di chuyển Điểm-> Điểm (PTP) hoặc trong các máy công suất cắt nhỏ. Hình 2.11. Hệ điều khiển hở (Open loop System) May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 19 b. Hệ điều khiển kín (Closed Loop System ) Với hệ điều khiển kín, mạch phản hồi được sử dụng để theo dõi đáp ứng thực của đại lượng điều khiển và đưa ra tín hiệu sửa đổi khi có sự sai lệch giữa giá trò mong muốn và gía trò thực. Hệ thống phản hồi có thể là hệ tương tự (analog) hoặc số (digital). Analog systems: đo sự biến đổi của tín hiệu điều khiển (vò trí, vận tốc) dưới dạng tín hiệu hiệu điện thế. Điển hình là dùng máy phát tốc (Tachometers) để đo vận tốc và resolvers để đo vò trí. Hình.2.12. Mạch điều khiển kín tuần tự (Analog type closed loop CNC drive system) Digital feedback systems: Dùng bộ xác đònh vò trí số (digital position transducers ) trong mạch phản hồi. Bộ mã hoá (Encoders) được sử dụng phổ biến nhất. Còn mạch phản hồi tốc độ vẫn giống như hệ phản hồi tương tự. Hình 2.13 Hình 2.13. Mạch điều khiển CNC kín số (Digital type closed loop CNC drive system) May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 20 Ngày nay đa số hệ điều khiển máy CNC đều là hệ kín, Sơ đồ điều khiển máy CNC kín tổng quát được mô tả như hình 2.14. Hình 2.14 . Sơ đồ điều khiển CNC 2.6.2/ Truyền động vít me đai ốc bi (recirculating Ball Screw). Trong máy CNC, hệ thống truyền động được sự dụng là vitme đai ốc bi (hình2.15). Để thấy rõ ưu nhược điểm của hệ thống vitme đai ốc bi so với các hệ thống truyền động khác ta xem bảng 2.1 Tín hiệu phản hồi tốc độ t Tín hiệu phản hồi vò trí Cườnd độ, hiệu điện thế để điều chỉnh tốc độ Tín hiệu điều chỉnh vò trí Hệ thống điều khiển trục Đai ốc bi Vít me bi Động cơ truyền động Máy phát tốc [...]... vòng - Bộ đếm sẽ đếm số xung (cạnh lên hoặc xuống) để xác đònh vò trí 27 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 May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC c Resover Là thiết bò tạo ra các tính hiệu điện theo hàm số vò trí của góc quay Sơ đồ nguyên lý như hình 2. 26 Hình 2. 26... thống phản hồi Các loại cơ cấu phản hồi - Biến trở (potentionmeter) - Đo góc quay (resolvers) - Bộ mã hoá (Encoder) - Máy phát tốc (Tachometers) a Biến trơ û(chiết áp): Có 2 loại cơ bản Biến trở thẳng tuyến tính (linear) và biến trở góc (Rotary) Nguyên lý hoạt động của chiết áp được mô tả như hình 2. 20 Hình 2. 20-Chiết áp 25 May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC Chiết áp khá phổ biến vì giá thành... tới điểm đích Hình 2. 29 Các phương pháp di chuyển PTP b Di chuyển theo biên dạng (contour) Dao di chuyển theo biên dạng yêu cầu để thực hiện quy trình gia công Biên dạng (contour) bao gồm chuỗi các đường cong(curve), tùy thuộc vào hình dạng của các đường cong trong không gian ta có thể phân ra đường cong 2D, 2. 1/2D, 3D, 4D, 5D…Hình 2. 3 0-> 2. 33 31 May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC Chỉ tạo ra các... May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC Từ hình vẽ: Muốn chạy cắt theo đường cong, những điểm trung gian trên biên dạng phải được xác đònh từ bộ nội suy trong mối quan hệ phụ thuộc vào thời gian chạy cắt Theo đó: x = Rcosϕ y = Rsinϕ với ϕ = 2 t/T; T: thời gian chạy hết toàn vòng thì: Lấy tích phân theo thời gian, ta có tốc độ thành phần trên từng trục riêng lẻ: => dx = -( 2 / T)y(t)dt; dy = -( 2 ... các bit trên hàng khác chưa kòp thay đổi H2 .24 .Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Optical Absolute Encoder 26 May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC Bảng 2. 2 mã Gray Encoder loại Incremental: - Encoder loại Incremental có ít kênh ngõ ra hơn loại Absolute, vì thế cấu tạo của nó đơn giản hơn Trên bề mặt dóa tròn bên trong Encoder có hai đường tròn đồng tâm Mỗi đường có các vạch trong suốt và các vạch... hình 2. 27 Hình 2. 27 điện áp ở cuộn E1 là V1 = Vi sin(ωt + γ ) , cuộn E2 là V2 = Vi cos(ωt + γ ) Vi = hiệu điện thế vào ω = vận tốc góc t = thời gian γ = dòch pha Ta có thể xác đònh góc quay dựa vào từng cặp giá trò của VE1 và VE2 đồng thời cũng có thể xác đònh tốc độ quay dựa vào tần số của xung Tính hiệu ra của Resolver là tương tự, ta thøng phải biến thành tính hiệu số để xử lý 29 May CNC & Công Nghệ. .. các trục Hình 2. 16 Dùng động cơ bước để truyền động trong máy CNC Về cơ bản động cơ bước được chia làm 3 loại sau: động cơ bước từ trở thay đổi (Variablereluctance), Động cơ bước nam châm vónh cửu (Permanent-magnet ) và động cơ bước kết hợp (hybrid stepper motor) (a) ĐC bước từ trở thay đổi (b) ĐC bước nam châm vónh cửu (c) ĐC bước hybrid Hình 2. 17 22 May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC Động cơ... 2. 30 Hệ thống tạo biên dạng 2D Có thể điều khiển đồng thời theo hai trục bất kỳ để tạo nên các đường cong trong mặt xy, yz, zx, phương còn lại thường là phương tiến dao Hình 2. 31 Hệ thống tạo biên dạng 2. 1 /2 D Có thể điều khiển đồng thời theo 3trục để tạo nên các đường cong trong không gian Thường dùng để gia công các bề mặt phức tạp Hình 2. 32 Hệ thống tạo biên dạng 3 D 32 May CNC & Công Nghệ Gia Công. .. qủa cao X Khả năng truyền tải X X lớn Kết cấu gọn X X X Khí nén X 21 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... dòng điện được sinh ra Mỗi vòng xoay của trục tạo ra một xung điện áp, xử lý tính hiệu xung này ta sẽ biết được tốc độ quay) Hình 2. 28 Hình 2. 28 – Đo vận tốc góc 30 May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 2. 7/ Chuyển động nội suy 2. 7.1/ Phương thức di chuyển dao có 2 phương thức di chuyển dao trong điều khiển số + Di chuyển điểm tới điểm (PTP) + Di chuyển theo biên dạng (Contour) a Di chuyển điểm . 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)… May CNC & Công. 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. Là thế hệ máy công cụ (machine tool) được điều khiển bởi bộ điều khiển CNC May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 12 2 .2. Cấu trúc hệ thống máy CNC: Hệ thống máy CNC gồm 6