Chương ĐIỀU KHIỂN SỐ CỔ ĐIỂN Trung Thực Lê PHẦN III ĐIỀU KHIỂN SỐ - SỰ KHỞI ĐẦU CỦA CAM Chương ĐIỀU KHIỂN SỐ CỔ ĐIỂN 7.1 Mở đầu: Nhiều thành tựu đạt lónh vực CAD/CAM có nguồn gốc chung từ điều khiển số (Numerical Control - viết tắt NC) Sự phát triển điều khiển số kỹ thuật CAD/CAM tiếp tục Phần dành riêng nói NC cổ điển có lý Trong chương đònh nghóa khái niệm sở ứng dụng NC cổ điển Các hệ thống NC đại chủ yếu dựa công nghệ máy tính Chương nói lập trình NC để gia công chi tiết, lónh vực phụ thuộc mạnh mẽ vào máy tính Chương liên quan đến điều khiển máy NC nhờ máy tính Đònh nghóa điều khiển số: Là dạng tự động lập trình , qúa trình điều khiển số, chữ ký hiệu Trong NC, số tạo nên chương trình lệnh thiết kế cho việc gia công cụ thể Khi sản phẩm thay đổi, chương trình thay đổi Khả dễ dàng thay đổi chương trình sản phẩm làm cho NC có tính mềm dẻo Viết chương trình dễ nhiều so với thay đổi thiết bò Công nghệ NC ứng dụng cho nhiều lónh vực, kể vẽ, lắp ráp, kiểm tra, dập kim loại hàn điểm Chi tiết thiết kế có hình dạng kích thước khác Phần lớn chi tiết máy sản xuất loại bé, đơn Để sản xuất chi tiết phải cần nhiều nguyên công khoan, phay, tiện v.v Tiện lợi NC thích ứng với loại nguyên công trên, lý phát triển mạnh mẽ ngày Lòch sử phát triển: Máy điều khiển số cổ điển chủ yếu dựa công trình người có tên John Parsons 940 Parsons sáng chế phương pháp dùng phiếu Parsons Từ năm 1940 đục lỗ để ghi liệu vò trí tọa độ để điều khiển máy công cụ Máy điều khiển để chuyển động theo tọa độ, nhờ tạo bề mặt cần thiết cánh máy bay Năm 1948 J Parson giới thiệu hiểu biết cho không lực Hoa Kỳ Cơ quan sau tài trợ cho loạt đề tài nghiên cứu phòng thí nghiệm Servomechanism trường Đại học kỹ thuật Massachusetts (MIT) Công trình MIT phát triển mẫu máy phay NC cách điều khiển chuyển động đầu dao theo trụ tọa độ Mẫu máy NC triển lãm vào năm 1952 1952 Từ 1953 khả máy NC chứng minh Một thời gian ngắn sau, nhà chế tạo máy bắt đầu chế tạo máy NC để bán, nhà công nghiệp, đặc biệt nhà chế tạo máy bay dùng máy NC để chế CAD/CAM 93 Chương ĐIỀU KHIỂN SỐ CỔ ĐIỂN Lê Trung Thực tạo chi tiết cần thiết cho họ Hoa kỳ tiếp tục cố gắng phát triển NC cách tiếp tục tài trợ cho MIT nghiên cứu ngôn ngữ lập trình để điều khiển máy NC Kết qủa việc đời ngôn ngữ APT: Automatically Programmed Tools Mục tiêu việc nghiên cứu APT đảm bảo phương tiện để người lập trình gia công nhập câu lệnh vào máy NC Mặc dù APT bò trích thứ ngôn ngữ qúa đồ sộ nhiều máy tính, công cụ yếu dùng rộng rãi công nghiệp ngày nhiều ngôn ngữ lập trình dựa APT 7.2 Các thành phần hệ thống NC Có TP chính: Chương trình Hệ thống điều khiển gọi Machine control units MCU Máy công cụ qúa trình điều khiển khác Quan hệ phận vẽ hình 7.1 a) b) c) Hình 7.1 Ba phận hệ thống điều khiển số: a) Chương trình, b) Bộ điều khiển, c) Máy cắt 1/ Chương trình điều khiển Là tập hợp câu lệnh điều khiển máy phải làm Các lệnh mã hóa dạng số ký hiệu mà thiết bò điều khiển nhận dạng Chương trình trước ghi vật mang chương trình băng lỗ Về sau dạng vật mang chương trình khác dùng - Phiếu đục lỗ - Băng từ - Băng phim phim ảnh - Đóa từ Có phương pháp lập trình: - Bằng tay - Bằng máy tính CAD/CAM 94 Chương ĐIỀU KHIỂN SỐ CỔ ĐIỂN Lê Trung Thực Chương trình chuẩn bò lập trình viên, người lập trình bước theo trình tự công nghệ Đối với máy công cụ, bước công nghệ chuyển động tương đối dụng cụ cắt phôi 2/ Bộ điều khiển Là thành phần thứ hệ thống điều khiển số Nó bao gồm bo mạch điện tử phần cứng đọc biên dòch chương trình điều khiển truyền đến máy công cụ Các phần tử phận điều khiển là: - Bộ lưu liệu - Bộ phân phối liệu - Bộ liên hệ ngược - Bộ điều khiển để phối hợp hoạt động phần tử Cần phải lưu ý gần tất máy NC đại bán có trang bò điều khiển gọi Microcomputer Vì mà chúng gọi máy CNC Chúng ta bàn CNC chương Chương bàn lập trình tay Bộ đọc băng lỗ: Là thiết bò điện tử dùng để quay đọc băng đục lỗ có chứa chương trình điều khiển Các liệu chứa lỗ đọc đưa vào nhớ để lưu trữ thành block thông tin logic Một block thông tin thường bước hoàn chỉnh trình công nghệ Thí dụ block liệu cần thiết để di chuyển bàn máy đến vò trí xác đònh khoan lỗ vò trí Các kênh xuất liệu (Signal output channels) nối với mô tơ điều khiển phận điều khiển khác máy công cụ Qua kênh lệnh truyền đến cho máy cắt từ điều khiển Bộ liên nghệ ngược kiểm tra hoạt động xác máy truyền tín hiệu đến cho điều khiển Bộ điều khiển tuần tự: phối hợp hoạt động phần tử khác điều khiển Panel điều khiển: Là phận máy có gắn công tắc, nút nhấn, tay quay mà người vận hành máy dùng để điều khiển máy, Nó có thêm hình thông báo thông tin cho người vận hành Mặc dù hệ thống NC hệ thống tự động yếu tố người cần thiết để bật tắt máy, thay dụng cụ (một số máy NC có thay dụng cụ tự động), đưa phôi vào lấy chi tiết để thực nhiệm vụ khác Để hoàn thành nhiệm vụ này, người vận hành phải có khả điều khiển hệ thống chức người vận hành thực thông qua Panel điều khiển Máy công cụ qúa trình điều khiển khác Thành phần thứ hệ thống NC máy công cụ hay qúa trình điều khiển klhác Đây thành phần hệ thống thực công có ích Phần lớn mẫu máy NC thiết kế để thực việc gia công Máy công cụ bao gồm bàn máy trục mô tơ điều khiển cần thiết để máy hoạt động Nó bao gồm dụng cụ cắt, đồ gá thiết bò phụ khác cần cho việc gia công (Xem hình 7.2) CAD/CAM 95 Chương ĐIỀU KHIỂN SỐ CỔ ĐIỂN Trung Thực Lê Hình 7.2 Hệ thống NC cho thấy máy công cụ thiết bò điều khiển CAD/CAM 96 Chương ĐIỀU KHIỂN SỐ CỔ ĐIỂN Lê Trung Thực Các máy NC đa dạng: từ máy khoan lỗ, đục lỗ đơn giản đến trung tâm gia công thông minh kỳ diệu Trung tâm gia công NC giới thiệu vào cuối năm 1950 Đó máy có nhiều chức năng: a/ Khoan, ren, doa, phay, tiện lỗ b/ Thay dao tự động c/ Có bàn: Mỗi công việc đòi hỏi dụng cụ riêng Sau công việc, thiết bò chứa dao đưa đến dầu trụ để lấy dao ra, xoay qua góc, đưa dao vào đầu trục Khi công việc gia công xong, người vận hành máy lấy chi tiết đưa chi tiết vào Trong người thao tác bên máy thực việc gia công bàn thứ Việc tăng hiệu qủa sử dụng máy đợi để gá đặt phôi vào lấy phôi Một trung tâm gia công giới thiệu hình 7.3 Hình 7.3 Trung tâm gia công NC điều khiển nhờ máy tính 7.3 Thủ tục điều khiển số (NC) Để sử dụng điều khiển số bước sau phải thực Lập kế hoạch gia công (Process Planning) Lập trình gia công NC (Part programming) Chuẩn bò băng chương trình (băng lỗ) Kiểm tra băng lỗ Thực việc gia công CAD/CAM 97 Chương ĐIỀU KHIỂN SỐ CỔ ĐIỂN Trung Thực Lê 7.4 Hệ tọa độ NC Cần thiết để người lập trình lên kế hoạch chuyển động cho dụng cụ so với chi tiết gia công Khi lập trình chi tiết coi đứng yên dụng cụ di chuyển so với chi tiết gia công Đối với máy phay máy tương tự, hệ tọa độ quy đònh hình 7.4 Đối với máy tiện hệ tọa độ quy đònh hình 7.5 Hình 7.4 Hình 7.5 Quan hệ trục x, y, z hệ tọa độ xác đònh theo quy tắc bàn tay phải: - Ngón chiều dương trục X - Ngón trỏ chiều dương trục Y - Ngón chiều dương trục Z Chiều xoay quanh trục dương nhìn từ đầu mũi tên trục đến gốc tọa độ mà ngược chiều kim đồng hồ Điểm cố đònh điểm di động Có phương pháp xác đònh điểm 1/ Điểm cố đònh: Gốc tọa độ luôn không đổi bàn máy Thường điểm cực Tây Nam bàn máy toàn dụng cụ xác đònh tọa độ dương trục X Y Điểm di động: Nằm vò trí bàn máy, người lập trình quy đònh lập chương trình gia công Điểm thường điểm góc phôi tâm phôi, chỗ phôi Khi so dao, cho dụng cụ di chuyển đến vò trí người vận hành xác đònh điểm không phôi Vò trí tuyệt đối tương đối: Vò trí dụng cụ so với điểm tuyệt đối tương đối Khi vò trí tuyệt đối tọa độ dụng cụ luôn tính từ điểm gốc tọa độ Khi vò trí tương đối, vò trí sau dụng cụ luôn tính từ vò trí trước dụng cụ (hình 7.6) CAD/CAM 98 Chương ĐIỀU KHIỂN SỐ CỔ ĐIỂN Trung Thực Lê B 70 Vò trí Vò trí 40 A 20 30 50 Hình 7.6 Vò trí tuyệt đối tương đối 7.5 Hệ thống điều khiển chuyển động NC Trong NC có loại HT điều khiển chuyển động bản: 1/ Điểm đến điểm 2/ Theo đường thẳng 3/ Theo đường cong Điều khiển điểm tới điểm hệ thống điều khiển thấp Điều khiển theo đường cong hệ thống điều khiển cao Hệ thống điều khiển chuyển động theo điểm: Đường chuyển động dụng cụ gia công thực điểm đònh vò (hình 7.7) CAD/CAM 99 Chương ĐIỀU KHIỂN SỐ CỔ ĐIỂN Trung Thực Lê (50, 80) B 70 Vò trí Vò trí Đường di chuyển dụng cụ (30, 40) 40 A Vò trí xuất phát 20 30 50 Hình 7.7 Hệ thống NC điểm tới điểm Hệ thống cắt theo đường thẳng 60 Đường dụng cụ 20 Vò trí xuất phát 20 80 Hình 7.8 Hệ thống NC cắt theo đường thẳng Hệ thống cắt theo đường cong: Là hệ thống NC phức tạp lại linh hoạt nhất, đắt tiền Hệ thống có khả cắt hệ thống điểm tới điểm theo đường thẳng Khi gia công hệ thống điểu khiển chuyển động theo trục tọa độ (hình 7.9) Dụng cụ cắt CAD/CAM 100 Chương ĐIỀU KHIỂN SỐ CỔ ĐIỂN Trung Thực Lê Hình 7.9 Hệ thống điều khiển NC gia công theo đường cong Khi gia công đường cong, đường cong chia thành đoạn thẳng nhỏ nối với Độ dài đoạn thẳng phụ thuộc vào đoạn đường cong độ xác đường cong khai báo (hình 7.10) Đường cong Dung sai Đường cong Dung sai Đường cong Giới hạn dung sai Trường dung sai Giới hạn dung sai Hình 7.10 Đường cong thay đường thẳng nối tiếp Độ dài đường thẳng xác đònh độ xác yêu cầu đường cong 7.6 Các ứng dụng điều khiển số Được ứng dụng rộng rãi đặc biệt gia công kim loại: - Phay - Khoan nguyên công tương tự CAD/CAM 101 Chương ĐIỀU KHIỂN SỐ CỔ ĐIỂN Lê Trung Thực - Tiện (boring) - Tiện - Mài - Cắt dây Mỗi loại máy NC có công dụng riêng Có thể gia công loại sản phẩm thìø tốt gia công loại sản phẩm khác lại không thích hợp Đặc điểm chung loại sản phẩm làm máy NC là: 1/ Các chi tiết thường gia công với số lượng nhỏ 2/ Hình dạng phức tạp 3/ Có nhiều nguyên công phải thực 4/ Nhiều kim loại phải loại bỏ 5/ Thiết kế kỹ thuật giống 6/ Chi tiết phải có yêu cầu xác cao 7/ Là loại sản phẩm đắt tiền nên sai lầm nhỏ trả giá lớn 8/ Các sản phẩm yêu cầu phải kiểm tra 100% Thường loạt sản xuất đánh gía khoảng 50 nhỏ Sản xuất loạt nhỏ loạt vừa lý tưởng để dùng máy NC Ngoài gia công kim loại hệ thống điều khiển NC dùng lónh vực sau: - Máy dập - Máy hàn - In vẽ tự động - Máy lắp ráp - Máy uốn ống - Máy cắt gió đá - Máy cắt Plasme - Các công nghệ Laser - Máy đan tự động (thêu) - Máy cắt quần áo - Máy tán đònh tự động - Máy buộc dây 7.7 Tính kinh tế điều khiển số Ưu điểm NC - Giảm thời gian chạy không - Giảm thời gian gá đặt - Giảm thời gian gia công - Sản xuất mềm dẻo - Nâng cao chất lượng sản phẩm - Giảm tồn kho - Giảm diện tích mặt Nhược điểm NC - Gía thành đầu tư cao - Giá thành bảo trì cao - Phải chọn huấn luyện đội ngũ NC CAD/CAM 102 Chương ĐIỀU KHIỂN SỐ CỔ ĐIỂN Trung Thực Lê Câu hỏi ôn tập Cấu hình hệ thống NC gồm thành phần gì? Cho biết chức thành phần Thủ tục điều khiển máy NC gồm gì? Có phưỡng pháp điều khiển chuyển động dùng NC? Phương pháp dùng đễ gia công mặt cong phức tạp? Độ xác bề mặt NC xác đònh thết nào? Có thể lập trình không? Hệ trục tọa độ NC xác đònh nào? Như điểm cố đònh, điểm di dộng, tọa độ tuyết đối, tọa độ tương đối? Cho biết ưu nhược điểm điều khiển số nơi ứng dụng? HẾT CHƯƠNG Comment [ltt1]: CAD/CAM 103 [...].. .Chương 7 ĐIỀU KHIỂN SỐ CỔ ĐIỂN Trung Thực Lê Câu hỏi ôn tập 1 Cấu hình của một hệ thống NC gồm những thành phần gì? Cho biết chức năng của mỗi thành phần 2 Thủ tục điều khiển máy NC gồm những gì? 3 Có những phưỡng pháp điều khiển chuyển động nào được dùng trong NC? Phương pháp nào là được dùng đễ gia công những mặt cong phức tạp? Độ chính xác bề mặt trong NC được xác đònh như thết nào? Có thể lập trình. .. không? 4 Hệ trục tọa độ trong NC được xác đònh như thế nào? Như thế nào là điểm 0 cố đònh, điểm 0 di dộng, tọa độ tuyết đối, tọa độ tương đối? 5 Cho biết ưu nhược điểm của điều khiển số và nơi ứng dụng? HẾT CHƯƠNG 7 Comment [ltt1]: CAD/ CAM 1 03 ... thiệu hình 7 .3 Hình 7 .3 Trung tâm gia công NC điều khiển nhờ máy tính 7 .3 Thủ tục điều khiển số (NC) Để sử dụng điều khiển số bước sau phải thực Lập kế hoạch gia công (Process Planning) Lập trình. .. phôi 2/ Bộ điều khiển Là thành phần thứ hệ thống điều khiển số Nó bao gồm bo mạch điện tử phần cứng đọc biên dòch chương trình điều khiển truyền đến máy công cụ Các phần tử phận điều khiển là:... chính: Chương trình Hệ thống điều khiển gọi Machine control units MCU Máy công cụ qúa trình điều khiển khác Quan hệ phận vẽ hình 7. 1 a) b) c) Hình 7. 1 Ba phận hệ thống điều khiển số: a) Chương trình,