lời nói đầu Máy công cụ điều khiển theo chơng trình số và rôbốt công nghiệp cũng nh các hệ thống linh hoạt hoá đều thuộc về các thế hệ thiết bị, máy móc của công nghệ cao cấp (High-Tech). Sự tiến bộ vợt bậc của Điện tử và Tin học, sự phát triển đầy hứa hẹn của ngành Vật liệu mới đã khiến cho công nghệ cao cấp trở thành cuộc cách mạng kỹ thuật mang tính thời đại. Tiến bộ mạnh mẽ của kĩ thuật vi điện tử đã tạo điều kiện nâng cao một cách đáng kể công năng của các hệ điều khiển số, đồng thời với việc giảm giá thành của các bộ điều khiển này. Những cụm vi xử lý với t cách là bộ phận chính yếu của thiết bị, cùng những cụm ngoại vi tơng thích và bản thân các máy vi tính, đều là những phần cứng (Hardware) không thể thiếu trong mỗi hệ điều khiển số CNC (Computerized Numerical Control). Do những điều kiện thuận lợi trên cùng với những khả năng đặc biệt của các máy công cụ điều khiển số nên ngày nay đa số các máy công cụ hiện đại đợc điều khiển theo chơng trình số. Đây là điều kiện kỹ thuật cơ bản để thực hiện những dự án tự động hoá linh hoạt (Flexible Automatization) trên từng máy công cụ điều kiển số riêng lẻ, hay ở các trung tâm gia công điều khiển số (CNC Engineering Centre), cũng nh việc ghép nối chúng thành một hệ thống linh hoạt (Flexible Automatical Machine System), điều khiển liên thông bằng các máy tính ghép mạng (CIM). Trong hệ CNC, máy công cụ và hệ điều khiển số hợp thành một thiết bị gia công có khả năng điều khiển bằng lập trình trực tiếp. Nh vậy thay cho điều khiển các rơle tơng ứng, thông qua các mạch logic ghép cứng, ngời ta dùng hệ điều khiển vi điện tử, có thể lập trình tự do, máy công cụ thực hiện các nhiệm vụ chuyên môn thông qua các chơng trình điều khiển đợc thiết lập trớc. Việc lập trình trực tiếp trên máy nhờ đối thoại giữa ngời và hệ điều khiển số làm cho máy công cụ CNC trở nên hữu dụng và kinh tế ngay cả cho các xí nghiệp có quy mô nhỏ và trung bình. Mặt khác, do tất cả thông tin cần thiết để máy công cụ CNC thực hiện từ một công đoạn công nghệ riêng lẻ nào đó, đến một quy trình công nghệ tổng thể, đều đợc đa vào hệ điều khiển dới dạng mã số, mà các thiết bị gia công CNC cho phép đặt chúng vào quá trình vận hành của cả xí nghiệp thông qua hệ thống quản lý dữ liệu tổng hợp. Đó là một lợi thế mạnh mẽ để nâng cao trình độ quản lý của các xí nghiệp công nghiệp hiện đại, nhờ ứng dụng của các mạng liên thông cục bộ LAN (Local Area Network). Để bắt kịp với nhịp phát triển của các nớc trong khu vực và trên thế giới, đẩy nhanh công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc, trong những năm gần đây nớc ta nhập rất nhiều các máy CNC trong đó bao gồm cả các trung tâm gia công lớn của các nớc Tây Âu và Nhật Bản. Các thiết bị này đợc nhập vào nhằm đáp ứng một số nhu cầu sản xuất chi tiết chính xácvà các thiết bị công nghiệp mà các thiết bị hiện có của ngành cơ khí trong nớc không đáp ứng đợc. Do một số điều kiện hạn chế nhất định nên phần lớn các máy công cụ này không đợc nhập đầy đủ các tài liệu thiết kế cũng nh các văn bản kiểm tra kèm theo, đặc biệt nhà chế tạo không cung cấp tài liệu đặc trng động lực học của các thiết bị nêu trên, cần phải có các công trình khoa học nghiên cứu nhằm kết luận một cách chính xác và đầy đủ các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đồng thời có thể đa ra đợc phơng hớng nghiên cứu thiết kế chế tạo thử máy công cụ CNC ở trình độ công nghệ cao ở Việt Nam. 1 Bản đồ án tốt nghiệp này nghiên cứu khảo sát một thiết bị CNC cụ thể đợc nhập vào Việt Nam đó là trung tâm gia công CNC (TTGC CNC) DMU 60T của hãng DECKEL MAHO chế tạo năm 1998. Đây là một trong những loại trung tâm gia công vào loại hiện đại nhất nớc ta hiện nay. Trung tâm gia công đợc chế tạo theo các công nghệ cao nhất và thoả mãn đợc tất cả các tiêu chuẩn về chất lợng, các đặc tính kỹ thuật cũng nh các tiêu chuẩn về an toàn quốc tế. Bản thuyết minh này gồm 4 chơng: Ch ơng I: Nghiên cứu cơ bản về kỹ thuật điều khiển theo chơng trình số và ứng dụng trong các TTGC điều khiển số Nội dung: Chơng này bao gồm những nghiên cứu, nhắc lại một số về kỹ thuật điều khiển số trang bị cho trung tâm gia công. Giới thiệu các thông số của TTGC khảo sát DMU 60T Ch ơng II: Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình điều khiển số cho TTGC dmu 60t Nội dung: Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình HEIDENHAIN và các hệ điều khiển TNC 426/430 ứng dụng trên các trung tâm gia công. Bao gồm những khái niệm cơ bản nhất và phơng pháp lập trình đối với hệ TNC 426 trên trung tâm DMU 60T. Ch ơng III: Nghiên cứu thiết kế động học kết cấu theo mẫu máy DMU 60T Nội dung: Thiết kế một số cụm chi tiết cơ bản theo mẫu máy DMU 60T Ch ơng IV: Những nghiên cứu mở đầu trên lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật mô phỏng Nội dung: Bao gồm những khái niệm cơ bản về mô phỏng, các kỹ thuật mô phỏng nói chung và ứng dụng cụ thể mô phỏng dao động xoắn cụm trục chính TTGC DMU 60T với các công cụ tin học hiện đại nh Dynamic Designer Motion và MatLab Simulink. Do điều kiện hạn chế về kiến thức, tài liệu, vả lại đây là một đề tài hết sức mới mẻ nhất là về lĩnh vực mô phỏng nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi thiếu sót. Nhóm tác giả rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn đồng nghiệp. Nhóm tác giả cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đến PGS. TS. Tạ Duy Liêm và các thầy giáo, các bạn đồng nghiệp đã hớng dẫn, chỉ bảo cặn kẽ và tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ nhóm chúng em hoàn thành nhiệm vụ. Ngày tháng năm 2001 Nhóm tác giả 2 Chơng I Nghiên cứu cơ bản về kỹ thuật điều khiển theo chơng trình số và ứng dụng trong các TTGC điều khiển số 1.1. Kỹ thuật tạo hình trên máy công cụ ứng dụng điều khiển số 1.1.1. Truyền động chạy dao trong máy công cụ diều khiển số 1.1.1.1. Nguyên tắc cấu trúc Chuyển động chạy dao là chuyển động tạo ra biên dạng của chi tiết, trong đó nội suy các lệnh ghi bằng mã số chuẩn, thành chuyển động phù hợp với tốc độ các bàn chạy dao trong máy công cụ. Cấu trúc có tính nguyên tắc của một hệ truyền động chạy dao đợc thể hiện trên hình 1.1. Hệ truyền động bao gồm: một động cơ dẫn động qua một cặp truyền động nữa đi tới bộ vít me đai- ốc bi biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Đó là phơng thức tiêu chuẩn của một hệ truyền động chạy dao hiện đại. 3 3 4 5 6 7 2 1 Hình 1.1. Truyền động chạy dao của một bàn máy trong máy CNC. 1- Cảm nhận số vòng quay; 2- Động cơ chạy dao; 3- Đai răng; 4- Vít me-Đai ốc Bi; 5- Bàn máy; 6- Truyền động đo; 7- Cảm nhận góc quay. 1.1.1.2. Các nhiệm vụ của truyền động chạy dao Nhiệm vụ chính của các hệ truyền động chạy dao là chuyển đổi các lệnh trong bộ điều khiển thành các chuyển động tịnh tiến hay quay tròn của những bàn máy mang dao hoặc chi tiết gia công trên máy công cụ. Các chuyển động tịnh tiến là các chuyển động thẳng theo phơng ba trục toạ độ của không gian ba chiều, còn các chuyển động quay tròn là các chuyển động xung quanh các trục toạ độ này. Chuyển động chạy dao là chuyển động dịch chuyển tơng đối giữa dao và chi tiết theo một phơng trình xác định và phải đảm bảo đợc tốc độ cắt. Truyền động chạy dao phải đảm bảo dịch chuyển của dụng cụ cắt theo quỹ đạo và đảm bảo các yếu tố: biên dạng đờng cắt, biên dạng của dụng cụ cắt và các yêu cầu chi tiết gia công khác phải đạt đợc, do đó sẽ có các động cơ khác nhau điều khiển chuyển động cắt. Hệ truyền động chạy dao của một máy công cụ CNC phải thể hiện đợc những tính chất sau đây: - Có tính động học rất cao: nếu đại lợng dẫn biến đổi, bàn máy phải theo kịp biến đổi đó trong thời gian ngắn nhất. - Có độ vững chắc số vòng quay cao: khi các lực cản chạy dao biến đổi, cần hạn chế tới mức thấp nhất ảnh hởng của nó đến tốc độ chạy dao, tốt nhất là không ảnh hởng gì. Ngay cả khi chạy dao tốc độ nhỏ nhất cũng đòi hỏi một quá trình tốc độ ổn định. - Phạm vi điều chỉnh số vòng quay cao nhất nh có thể: từ 1:10000 đến 1:30000. - Phải giải quyết đợc cả những lợng gia tăng dịch chuyển nhỏ nhất ( 1àm). 1.1.1.3. Mạch điều khiển cho các xích chạy dao A U(t) (t) U(t) (t) B Hình 1.2. Sơ đồ điều khiển vị trí và điểm điều chỉnh vị trí A - Mạch hở; B Mạch kín có kết hợp nhiều mạch thứ cấp Truyền động chạy dao trên máy công cụ CNC có thể làm việc theo nguyên tắc nh điều khiển vị trí kiểu mạch hở (dùng động cơ bớc không phản hồi) hoặc nh 4 Khuếch đại điều chỉnh Khuếch đại điều chỉnh Động cơ Cơ cấu chấp hành Máy đo tốc độ Hệ thống đo điểm vị trí Điều khiển động cơ bớc Động cơ bớc điều chỉnh vị trí điểu khiển mạch kín (có dùng vòng phản hồi của hai hay nhiều đại lợng điều khiển). Nguyên tắc điều khiển này đợc trình bày trên hình 1.2. Trong đó điều khiển vị trí kiểu mạch hở hoặc đặc trng bởi một quá trình tác dụng tuyến tính, mỗi một xung tác dụng tạo ra một bớc chạy dao tơng ứng. Điều khiển vị trí kiểu mạch hở có thể đợc ứng dụng trong các trờng hợp lực cản trên đờng dịch chuyển ổn định hoặc không đáng kể hay không có tác dụng cản chuyển động chạy dao. Trong các máy công cụ cắt gọt kim loại thờng không áp dụng đợc kiểu mạch này vì ở đây tồn tại hàng loạt đại lợng ảnh hởng tác động đến lực cản trong quá trình chạy dao, do đó các máy công cụ điều khiển theo chơng trình số hầu nh chỉ ứng dụng chạy dao điều chỉnh vị trí kiểu mạch kín có phản hồi. Từ bộ nội suy, mỗi giá trị vị trí cần là đại lợng dẫn đợc cấp vào vòng mạch điều chỉnh. Mỗi trục điều khiển số của một máy công cụ CNC cần có một mạch điều chỉnh vị trí. Tin tức phản hồi lại đợc đa vào vòng mạch điều chỉnh để tính toán các yếu tố ảnh hởng khi gia công chi tiết. Từ hệ thống đo vị trí đa ra kết quả so sánh là sai lệch điều chỉnh cũng là đại lợng điều chỉnh cho động cơ dẫn động. Mạch điều chỉnh cần thoả mãn những điều kiện sau: - Có độ khuếch tán tốc độ cao để giữ cho khoảng cách sai lệch điều chỉnh là thấp nhất. - Bộ truyền có hằng số thời gian nhỏ - Mô men quán tính khối lợng của các bộ phận chuyển động nhỏ - Tần số riêng về dao động cơ học cao - Các chi tiết cơ khí nằm trong dòng truyền lực có độ bền cao - Các yếu tố truyền động cơ khí có khe hở nhỏ. Các động cơ dẫn động thẳng nh động cơ điện tuyến tính hoặc xy lanh thuỷ lực trên thực tế ít đọc ứng dụng cho truyền động chạy dao trên máy CNC. 1.1.2. Các xích động học cơ bản trên máy CNC Toàn bộ các con đờng truyền động đến từng cơ cấu chấp hành của các máy CNC đều dùng những nguồn động lực riêng biệt (truyền dẫn độc lập triệt để). Bởi vậy các xích động học của máy CNC chỉ gồm hai loại cơ bản là: - Xích động công xuất cắt gọt - Xích động học của chuyển động chạy dao. Việc tính toán, thiết kế và chế tạo chúng đợc thực hiện theo nguyên tắc mô đun hoá. Nhìn tổng quát, xích công suất cắt gọt thờng bắt đầu từ một động cơ có tốc độ thay đổi vô cấp, dẫn động trục chính thông qua một hộp tốc độ chỉ có 2 đến 3 cấp, nhằm khuếch đại các mômen cắt đạt trị số cần thiết trên cơ sở tốc độ ban đầu. 5 Xích động học chạy dao bao gồm các phần tử, các cụm kết cấu đảm bảo các chuyển động của các xe dao trên máy. Về mặt chức năng xích chạy dao phải thoả mãn những yêu cầu đặt ra là: - Truyền động cho các bộ phận dịch chuyển với tốc độ đều, chạy êm và ổn định. - Thực hiện đợc các thay đổi vận tốc theo chơng trình, xác định cả về trị số và chiều, không có sự tháo lỏng chi tiết hoặc sai lệch vị trí tơng đối giữa dao và chi tiết gia công. - Cung cấp lực cần thiết để thắng những thành phần lực cắt theo chiều chuyển động. - Trong trờng hợp cần thiết, một bộ phận nào đó của xích chạy dao cần phải đảm nhiệm chức năng đo lờng các dịch chuyển của xe dao. Để thoả mãn hai yêu cầu đầu tiên, xích chạy dao cần có tần số dao động riêng lớn nhất theo điều kiện có thể, tính ngay từ đầu nguồn động lực của xích. Với giả định rằng khối lợng bàn máy và chi tiết gia công là một dữ kiện, ta cố gắng dùng những cơ cấu có quán tính (quay và tịnh tiến) nhỏ nhất có thể, đồng thời lại có độ cứng vững cao nhất. Ta có thể thấy ngay rằng mọi lý thuyết tính toán thiết kế động học xích truyền động trong máy công cụ vạn năng thông thờng đối với máy CNC không còn có ý nghĩa nữa. Do các nguyên tắc nh truyền dẫn vô cấp, truyền dẫn độc lập và nhất là nguyên tắc mô đun hoá kết cấu, ngời ta quan tâm nhiều đến các cụm kết cấu cụ thể, đầu t nghiên cứu theo chiều sâu và ứng dụng nhanh nhất các tiến bộ kỹ thuật trong khi chế tạo các mô đun. Dới đây là mô tả đôi điều về hai cụm kết cấu quan trọng nhất của mô đun các xích động. Cụm cơ khí Để truyền động từ động cơ chạy dao tới điểm tác dụng của dao cụ ngời ta dùng các cụm truyền động gọi chung là các khâu truyền động cơ khí. Phơng án bố trí các khâu truyền động ảnh hởng đến độ chính xác gia công, quan trọng nhất phải kể đến các yếu tố sau: - Sự cộng hởng giữa các tần số riêng của các khâu truyền động với tần số biểu kiến của truyền động. Sự cộng hởng này có thể gây ra dao động tại vị trí cần. - Khe hở giữa trục vít me và đai ốc - Tính mềm hoá phụ thuộc vào lực thay đổi do nguyên nhân của những biến dạng khác nhau. Kết cấu vít me - Đai ốc bi Kết cấu này đợc ứng dụng phổ biến trong xích động chạy dao, trong đó hầu hết là bộ truyền vít me - đai ốc bi có ứng lực. Sơ đồ nguyên tắc trình bày trên hình 1.3.a. ứng lực tạo ra để khử các khe hở ngợc chiều và tuyến tính hoá đờng đặc tính tải trọng/dịch động trong vùng tải trọng yếu. Cơ cấu này có u điểm là ma sát rất nhỏ và ít bị mòn. Nhợc điểm chủ yếu của chúng là có độ giảm chấn thấp. Nhờ một cặp đai ốc ghép cũng theo chiều trục có thể khử đợc khe hở giữa trục vít me và bản thân đai ốc mà không làm tăng ma sát giữa chúng. 6 Các vít me trong bộ truyền này bị hạn chế về chiều dài. ở độ dài 3 hay 4m nó khó thực hiện đợc các tốc độ dịch động cao. Truyền động quay cho vít me đợc thực hiện theo một trong số các phơng án sau đây: - Thông qua một hộp tốc độ gồm các bộ truyền bánh răng, trong đó phải dùng các kết cấu khử độ hở ăn khớp và dẫn động bằng động cơ tốc độ cao (động cơ điện quán tính yếu hoặc động cơ thuỷ lực kiểu quay). - Dựa vào khoảng cách giữa hai gối tựa, sử dụng một bộ truyền đai (có tỷ số giảm tốc lớn) đợc dẫn động bởi các động cơ có tốc độ chậm. - Dùng các khớp nối trực tiếp với trục của động cơ dẫn động (động cơ có tốc độ chậm). Đối với các hành trình lớn, ngời ta thay vít me có chiều dài lớn bằng một vít me ngắn và thay đai ốc bởi một thanh răng xoắn. Kết cấu thanh răng - Bánh răng Kết cấu này đợc áp dụng trớc hết cho các máy NC cỡ lớn, có hành trình chạy dao dài. ở đây không có sự hạn chế về tốc độ nh trờng hợp vít me - đai ốc bi, nhng các biện pháp khử khe hở ăn khớp bánh răng nhất thiết phải đợc thực hiện. Thông thờng ngời ta thiết kế hai xích đồng nhất cùng làm việc nhng hớng đối ngợc nhau trên thanh răng hình 1.3.b. Các tốc độ dịch chuyển chậm của bàn máy cũng yêu cầu các bánh răng quay với tốc độ rất thấp, ta buộc phải dùng các hộp giảm tốc để tạo ra vùng số vòng quay nhỏ này. a - chạy dao bằng vít me - đai ốc bi b - chạy dao bằng thanh răng bánh răng C: thanh răng liền bàn máy; V: vít me bi; E: đai ốc; R: hộp giảm tốc; P1: ổ có hoặc không có cữ chặn; 7 T P1 E V P2 M R M M R C P3 M: động cơ; T: bàn máy; P2: ổ có cữ chặn; P3: bánh răng; Hình 1.3. Xích động học chạy dao Cụm phát động lực Gồm có các động cơ điện hoặc động cơ thuỷ lực. Động cơ thủy lực a đợc dùng vào giai đoạn phát triển ban đầu của máy NC, ngày nay chúng không còn đợc sử dụng nhiều nữa mà thay vào đó là đông cơ điện. Các động cơ điện đợc chia ra nh sau: Động cơ điện dòng một chiều Có hai dạng cơ bản đợc sử dụng là: - Động cơ dẹt: có tốc độ tơng đối cao với quán tính nhỏ và hiệu ứng nhiệt động nhỏ. Động cơ thờng truyền động qua một hộp giảm tốc trớc khi vào vítme. Hầu hết các động cơ kiểu này đều có bộ phận cảm ứng là các nam châm vĩnh cửu. - Động cơ dài: có tốc độ tơng đối thấp, có thể có quán tính nhỏ tuỳ theo mức tăng của tỷ lệ chiều dài/đờng kính nhng chúng chịu hiệu ứng nhiệt động lớn. Động cơ này có thể đợc nối trực tiếp bằng khớp nối trục với vítme. Chúng cũng có bộ phận cảm ứng là các nam châm vĩnh cửu nhng thờng có mật độ đờng sức lớn (ở điểm khởi động có thể đạt tới 7 đến 10 lần các mật độ thờng), do đó tạo ra các mô men quay ổn định. Động cơ điện dòng xoay chiều Ta thờng gặp các động cơ không đồng bộ đi kèm một hệ thống biến đổi tần số để điều khiển thay đổi tốc độ động cơ. Hệ thống này ngày càng đợc hoàn thiện không kém gì đặc tính của các động cơ điện dòng một chiêù. Động cơ bớc Có hai dạng cơ bản đợc sử dụng là: - Động cơ bớc chạy điện thuần tuý: chúng hoạt động với một hệ thống các cực là nam châm vĩnh cửu trong các khoảng tần số tơng đối bé (< 1000 Hz). Công suất của các động cơ này chỉ đủ dùng cho dịch động bàn máy của các máy nhỏ với khoảng tốc độ vài m/ph. - Động cơ bớc có khuếch đại mô men bằng thuỷ lực. Trong trờng hợp này động cơ bớc vừa nêu trên đóng vai trò dẫn động điều khiển một động cơ thuỷ lực công suất lớn. Bản thân động cơ bớc chạy điện thuần tuý có công suất thấp và thiết kế hoạt động trong vùng tần số 16-18KHz. Các hệ thống động cơ bớc có khuyếch đại mô men bằng thuỷ lực thờng đợc dùng trong các máy NC hạng nặng nhng vì lý do giá thành cao và những vấn đề có liên quan đến sử dụng hệ thống thuỷ lực nên ngày một hiếm thấy hơn các trờng hợp áp dụng. 1.1.3. Modul nội suy - so sánh - đo lờng tạo ra sự phối hợp toạ độ vị trí 8 1.1.3.1. Vòng lặp điều khiển Sơ đồ điều khiển của máy CNC đợc cho trên hình 1.4. Quá trình xử lý bên trong của máy diễn ra nh sau: các dữ liệu về vị trí trục từ chơng trình gia công đ- ợc tiếp nhận thông qua bộ đọc và chuyển đổi thành tín hiệu điện (tín hiệu tơng tự). Tín hiệu này hình thành giá trị danh nghĩa của vị trí bàn máy. Nó đợc dẫn đến bộ chuyển đổi và kiểm tra. Giá trị thực về bàn máy đợc thu thập qua hệ thống đo lờng dịch chuyển và và phản hồi trở lại dẫn tới bộ so sánh. Nhiệm vụ của bộ so sánh là so sánh thông tin đờng dịch chuyển đa ra từ chơng trình (giá trị danh nghĩa) với đoạn dịch chuyển đo đợc trên máy (giá trị thực). Sự so sánh nhằm xác định sai lệch của cặp giá trị danh nghĩa thực và cấp cho hệ truyền dẫn những tín hiệu cần thiết để điều khiển sao cho chênh lệch giữa giá trị danh nghĩa và giá trị thực dần dần trở về 0, nhằm đạt vị trí chính xác của bàn máy. Sơ đồ chi tiết hơn về mạch điều khiển đợc cho trên hình 1.5. Ta thấy rõ ràng là mạch điều khiển đợc sắp xếp theo lớp (Cascade Control). Đó là nguyên tắc hoạt động chung của các máy công cụ điều khiển số. Mạch điều khiển vị trí là tiền đề cho các mạch điều khiển vận tốc và các mạch điều khiển dòng. Điều khiển theo lớp có những lợi ích sau đây: - Có cấu trúc tổng quan về mỗi mạch cụ thể. - Nhiễu thông tin có thể nhanh chóng đợc bù bởi các bộ điều khiển tiếp sau. - Mạch điều khiển vòng ngoài tơng ứng bảo vệ mạch bên trong nó bằng cách hạn chế các giá trị gốc đầu vào. Mạch điều khiển các trục X,Y,Z,A, ,F,S Trung tâm xử lý Phản hồi Các lệnh về dụng cụ (mã nhị phân) Tín hiệu quản lý dụng cụ Phản hồi Điều khiển trục đầu vào Phản hồi 9 CNC Vùng dữ liệu chung PLC Bộ chuyển đổi, kiểm tra an toàn Máy NC Hình 1.4. Sơ đồ điều khiển của máy CNC Hình 1.5. Sơ đồ mạch điều khiển chi tiết Ta đi xem xét từng modul: 1.1.3.2. Bộ nội suy Trong các máy công cụ điều khiển số, những đờng tác dụng giữa dao cụ và chi tiết đợc hình thành nhờ các dịch chuyển toạ độ trên nhiều trục. Trong chơng trình bộ phận, toạ độ các điểm trên đờng tác dụng, tốc độ gia công đợc xác định bởi điều kiện công nghệ cũng nh quy luật chuyển động yêu cầu đều đợc đa ra trớc. Bộ điều khiển phải xác định từ các dữ liệu này những đại lợng của véctơ tốc độ cũng nh một trình tự các giá trị toạ độ vị trí trung gian, có mật độ đủ dầy đặc, dọc theo biên dạng cần. Các điểm phải nằm dầy đặc đến mức sao cho đờng cong đợc mô tả đủ chính xác và không có vị trí nào vợt ra ngoài vùng dung sai cho phép. Khác với các hệ điều khiển đơn giản dạng điểm và đờng, các dữ liệu cần thiết tăng rất lớn. VD: cần tới 20.000 điểm cho một vòng tròn bán kính 100mm và dung sau 0,01 mm. Việc sản sinh một số lợng lớn các điểm nh vậy chỉ có thể giải quyết bằng máy tính. Những giá trị toạ độ vị trí trung gian này hình thành các đại lợng dẫn của mạch điều chỉnh vị trí trên từng trục chạy dao riêng lẻ. Giá trị toạ độ vị trí trung gian đợc tìm ra trong một cụm chức năng của điều khiển số mà ta gọi là bộ nội suy, nó có các nhiệm vụ sau đây: - Tìm ra vị trí các điểm trung gian cho phép hình thành một biên dạng cho trớc trong một giới hạn dung sai xác định trớc. - Có thể nội suy một cách thích hợp với các yếu tố biên dạng đòi hỏi. Thông thờng những yếu tố biên dạng cơ bản có trong các chi tiết kỹ thuật là những đoạn thẳng và những đờng cong. Tơng ứng với thực tế đó, các bộ nội suy của điều khiển số thờng chỉ giới hạn trong nội suy tuyến tính và nội suy cung tròn. 10 + - + - - + + Vị trí danh nghĩa Bộ điều khiển vị trí Tốc độ ăn dao Vận tốc danh nghĩa Bộ điều khiển vận tốc Dòng danh nghĩa Dòng thực Vận tốc thực Vị trí thực Động cơ chạy dao Băng tr ợt máy có bộ mã hóa tuyến tính [...]... các chế độ cắt gọt rất khác nhau, cừa đảm bảo chất lợng bề mặt gia công cũng nh các điều kiện kỹ thuật khác 1.3 Trung tâm gia công DMU 60T 21 1.3.1 Giới thiệu Trung tâm gia công CNC DMU 60T là một trong những loại TTGC vào loại hiện đại nhất nớc ta hiện nay Phần cứng do hãng DECKEL MAHO chế tạo, sử dụng phần mềm đợc tích hợp trong bộ điều điều khiển TNC 426 của hãng HEIDENHAIN DMU 60T đợc chế tạo theo... 60H đợc chế tạo bởi trung tâm gia công DMU 60T - Khoan các lỗ không trụ Các vật liệu gia công trên máy là: kim loại, gỗ và chất dẻo Với các vật liệu dễ cháy, nổ (chẳng hạn nh magiê) không đợc phép gia công nếu cha có các biện pháp an toàn đợc áp dụng DMU 60T đợc trang bị kèm theo một số lợng lớn các thiết bị cũng nh phụ tùng đặc biệt nh: đầu phay đứng, đầu phay cao tốc 30 000 vòng/phút, thiết bị tải... yêu cầu của đồ án, tôi chọn TNC 426 để nghiên cứu và giới thiệu trong chơng này Màn hình, bàn phím và tay quay điện tử của TNC 426 34 2.2 Các chế độ vận hành máy TNC đa ra các chế độ vận hành cho các chức năng khác nhau và từng bớc công việc cần thiết để gia công chi tiết 35 2.2.1 Chế độ vận hành bằng tay và tay quay điện tử Chế độ điều khiển bằng tay đợc dùng khi cần thiết lập các thông số của dao... thay đổi là một hệ CNC có hệ phần mềm cần thiết Hệ CNC này phải: Tạo lập đợc sự sắp xếp đúng của các dữ liệu trong từng lần thay đổi dụng cụ và lu giữ (nhớ) các dữ liệu đó toàn vẹn Cung cấp các giao diện dữ liệu tơng ứng cho thiết bị đọc/ghi của linh kiện dữ liệu và cho máy tính dữ liệu dụng cụ khi sử dụng hệ thống mã hiệu điện tử Hỗ trợ khâu thay đổi dụng cụ bằng tay bằng cách hệ CNC da dụng cụ tìm... tiến của bàn máy theo trục Đờng truyền ngắn cơ cấu di động dùng vít me đai ốc bi cho nên hiệu suất của truyền dẫn cao, tổn thất tốc độ thấp, khử đợc khe hở ren do có thể tạo lực căng ban đầu, hệ số ma sát tĩnh nhỏ Đặc biệt TTGC DMU 60T có một vài điểm khá đặc biệt ( khác với một vài dòng CNC trớc đó): 27 - Động cơ cho chuyển động chạy dao không dùng các động cơ bớc hoặc động cơ một chiều nh các máy CNC. .. thuật số có phản hồi ( sử dụng bộ biến tần trong mạch , đảm bảo đợc độ chính xác của tốc độ động cơ rất cao) Chơng II Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình điều khiển số cho trung tâm gia công dmu 60t 2.1 Giới thiệu về ngôn ngữ và bộ điều khiển 2.1.1 Giới thiệu Bộ điều khiển TNC 426, đợc lắp trên trung tâm gia công DMU 60T, là sản phẩm của HEIDENHAIN, nhà sản xuất hàng đầu thế giới về các hệ điều khiển số cho máy... nhau của hai dòng CNC đang thể hiện ngày càng rõ Một mặt, ngời ta hoàn thiện các modul chuyên dụng của phần mềm, nh nội suy, PLC, Driver, để các PC-based CNC đáp ứng đợc các yêu cầu khắt khe của công nghiệp nh phần cứng đã thực hiện Mặt khác, các CNC truyền thống đợc "PC hoá" bằng cách tích hợp các cấu kiện cơ bản của PC, nh Chip, Bus, RAM, HDD, Monitor, còn các cụm chức năng hiện đang là thế mạnh của. .. nhợc điểm của cả CNC truyền thống lẫn PC-besed Chúng có các u điểm cơ bản sau: - Các bộ CNC đợc thiết kế trên nền vi xử lý 32 bit và các linh kiện liên quan của các hãng sản xuất linh kiện máy tính hàng đầu thế giới, nh Intel, cho phép nâng cao độ phân giải điều khiển, khoảng và tốc độ dịch chuyển của bàn máy, tăng số trục điều khiển Giao diện, nhất là các chức năng đồ hoạ, đợc cải thiện tạo ra các... có thể thiết lập hệ điều khiển phi tuyến 1.2 ứng dụng kỹ thuật CNC trên trung tâm gia công 1.2.1 Đặc điểm của một trung tâm gia công 1.2.1.1 Trung tâm gia công là gì? Trung tâm gia công (Manufacturing Centre) là một máy công cụ có ít nhất ba trục điều khiển số, có thể thực hiện công việc cắt gọt cần thiết trên ít nhất 4 mặt của một phôi có hình khối vuông mà không có tác động của con ngời Thiết bị thay... sau đó 2.1.2 Khái quát về các dòng CNC Hiện nay ở Việt nam có thể gặp các bộ CNC của hàng chục hãng khác nhau, trong đó chủ yếu là của các hãng có tên tuổi, nh Heidenhain (Đức), Sinumerik (Đức), Fanuc (Nhật), Okuma (Nhật), Anilam (Mỹ), Num (Pháp), Cách đây khoảng vài năm còn có sự cách biệt rất rõ ràng giữa hai dòng CNC: - CNC truyền thống, đại diện là họ các TNC, Sinumerik, Fanuc (ví dụ TNC 355, TNC . gia công CNC (TTGC CNC) DMU 60T của hãng DECKEL MAHO chế tạo năm 1998. Đây là một trong những loại trung tâm gia công vào loại hiện đại nhất nớc ta hiện nay. Trung tâm gia công đợc chế tạo theo. thể đa ra đợc phơng hớng nghiên cứu thiết kế chế tạo thử máy công cụ CNC ở trình độ công nghệ cao ở Việt Nam. 1 Bản đồ án tốt nghiệp này nghiên cứu khảo sát một thiết bị CNC cụ thể đợc nhập vào Việt. trung tâm DMU 60T. Ch ơng III: Nghiên cứu thiết kế động học kết cấu theo mẫu máy DMU 60T Nội dung: Thiết kế một số cụm chi tiết cơ bản theo mẫu máy DMU 60T Ch ơng IV: Những nghiên cứu mở đầu