Bài giảng Công nghệ CNC

Công nghệ CNC Công nghệ CNC CNC Technology TS Nguyễn Công Nguyên MỤC TIÊU MÔN HỌC Về kiến thức Cung cấp cho người học kiến thức cơ bản về máy điều khiển theo chương trình số (máy tiện, máy phay, ) Ng[.]

Người học phân tích được cấu trúc hệ thống điều khiển

số cho máy gia công kim loại

MỤC TIÊU MÔN HỌC

Người học vận dụng các kiến thức môn học có thể tiếp cận được công nghệ gia công trên máy CNC

Người học có khả năng lập trình trên máy CNC

GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC

Tên môn học: Công nghệ CNC

Số tín chỉ: 02

Tài liệu

1. Máy công cụ CNC – Tạ Duy Liêm – 1999

2. Máy điều khiển theo chương trình số và Robot CN

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ

1 Lịch sử phát triển

2 Các khái niệm cơ bản về điều khiển số

3 Mã hóa thông tin

4 Phân loại máy CNC

5 Các hệ điều khiển số

6 Các dạng điều khiển số

1 Lịch sử phát triển của máy CNC

Máy cắt kim loại được dùng

để gia công các chi tiết kim

loại bằng cách cắt hớt các lớp

kim loại thừa, để sau khi gia

công chi tiết có hình dáng gần

đúng yêu cầu (gia công thô)

hoặc thỏa mãn hoàn toàn yêu

cầu đặt hàng với độ chính xác

nhất định về kích thước và độ

bóng cần thiết của bề mặt gia

công (gia công tinh)

Ý tưởng

về điều khiển số

NC

Đánh giá hiệu quả:

 Gia công thô sơ : chất lượng, năng xuất thấp, hình thức xấu, giá thành cao…

 Sử dụng máy chép hình : Độ chính xác không cao (do quán tính, sai số của mẫu ); Năng suất thấp (do phải hạn chế tốc độ trượt của đầu dò trên mẫu); đắt và kém linh hoạt (vì dưỡng mẫu là các chi tiết cơ khí chính xác, vật liệu đặc biệt)

Một số hình ảnh về gia công thô sơ

Phương pháp cổ điển Sử dụng máy chép hình

 Thế kỷ 14: các chuông được điều khiển bằng trục đục lỗ

 1863: Dùng các tấm tôn đục lỗ điều khiển máy dệt => Vật mang tin đầu tin ra đời.

 1938: E Claude E Shannon – tại MIT, tính toán và truyền tải nhanh dữ liệu có thể thực hiện duy nhất bằng mã nhị phân.

 1949: Mẫu đầu tiên của máy NC do MIT thiết kế và chế tạo thành công theo đặt hàng của Không lực Hoa Kỳ để chế tạo các chi tiết máy bay.

 1952: Chiếc máy phay đứng 3 trục điều khiển số đầu tiên được sản xuất do hãng Cincinnati Hydrotel được trưng bày tại MIT.

 1960: Các nhà chế tạo Đức đã trình bày những máy NC đầu tiên tại hội chợ Hannovor

1 Lịch sử phát triển của máy CNC

1970: Các linh kiện bán dẫn được sử dụng phổ biến trong công

nghiệp, tốc độ xử lý nhanh hơn, kích thước nhỏ gọn hơn, tiêu tốn ít

năng lượng hơn, các băng và bìa đục lỗ được thay bằng các đĩa từ

Tuy nhiên máy NC vẫn chưa được cải thiện cho đến khi máy tính

được ứng dụng

Ngày nay, máy CNC đã đạt độ chính xác cao, công suất lớn, tốc độ cao, khả năng gia công đa dạng hóa Đóng góp to lớn cho sự phát triển của ngành công nghiệp chế tạo.

2 Các khái niệm cơ bản

2.1 Điều khiển: là quá trình xẩy ra trong một hệ thống giới hạn, trong đó một hay nhiều đại lượng là đại lượng đầu vào, các đại lượng khác là đại lượng đầu ra, chúng tác động và ảnh hưởng đến hệ thống theo một quy luật nhất định.

2.2 Điều khiển số NC:

Điều khiển số (Numerical Control) NC là phương

pháp điều khiển hoạt động của máy công cụ một

cách chính xác dựa vào một chuỗi các mã lệnh bao gồm các ký tự số, chữ cái và các ký hiệu (mã nhị

phân) mà bộ điều khiển máy (machine control unit – MCU ) có thể hiểu được.

Các mã lệnh điều khiển này được chuyển đổi

thành các xung điện điều khiển các  motor và hướng dẫn bộ điều khiển thực hiện quá trình gia công các chi tiết một cách tự động

 2.3 Thông tin hình học (Geometic information): là

Hệ thống thông tin điều khiển các chuyển động tương đối giữa dao cụ và chi tiết, liên quan trực tiếp đến quá trình tạo hình bề mặt, còn gọi là thông tin về đường dịch

chuyển.

 2.4 Thông tin công nghệ (Technological

information): là hệ thống thông tin cho phép thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: gốc tọa độ, chiều sâu lát cắt, tốc độ chạy dao, tốc độ trục chính,

đóng ngắt mạch dung dịch trơn nguôi, đo lường kiểm

tra,

2.5 CNC = Computer Numerical Control

 Khoảng giữa năm 1970 thuật ngữ CNC xuất hiện Bằng sự kết hợp giữa các bộ điều khiển số máy công cụ với máy tính

 Máy CNC có nhiều ưu việt hơn máy NC: kết cấu nhỏ gọn, tốc

độ xử lý nhanh hơn… đặc biệt là khả năng sử dụng, giao tiếp giữa người và máy và kết nối với các thiết bị ngoại vi khác Có khả năng kiểm tra lỗi, giám sát quá trình sản xuất liên tục, có thể mô phỏng, kiểm tra trước quá trình gia công Có thể đồng

bộ với các thiết bị khác như robot, băng tải…Có khả năng trao đổi thông tin trong mạng máy tính các loại: mạng cục bộ (Lan), mạng diện rộng (WAN) hay mạng Internet

2.6 CAD = Cumputer Aided Design (Thiết kế có trợ giúp của máy tính)

 Là một lĩnh vực ứng CNTT

vào thiết kế Sử dụng các

phần mềm: Autocad,

Solidwork, NX, Catia…

 Trợ giúp cho nhà thiết kế

trong việc mô hình hóa, lập

và xuất các tài liệu thiết kế

dựa trên kỹ thuật đồ họa

2.7 CAM = Computer Aided Manufacturing (Sản xuất có sự trợ giúp của Máy tính)

 CAD/CAM:

 Bản chất là độc lập nhau, nhưng càng ngày càng xích lại gần nhau, là thuật ngữ ghép dùng để chỉ quá trình thiết kế - sản xuất có sự trợ giúp của máy tính

 Sự phát triển của công nghệ CNC dựa trên sự phát triển của

Kỹ thuật điều khiển tự động và công nghệ CAD/CAM

 FMS = Flexible Manufacturing System:

 Một hệ thống sản xuất tự động, có khả năng tự thích ứng với

sự thay đổi của đối tượng sản xuất được gọi là hệ thống sản xuất linh hoạt

 FMS gồm các máy CNC, Robot, các thiết bị giám sát đo lường…làm việc dưới sự điều khiển của mạng máy tính

 CIM = Computer Integrated Manufacturing:

Sự tích hợp mọi hệ thống thiết bị, tích hợp mọi quá trình thiết

kế - sản xuất – quản trị kinh doanh nhờ mạng máy tính với các phần mềm trợ giúp công tác thiết kế và công nghệ, kinh doanh,…tạo nên hệ thống sản xuất tích hợp nhờ máy tính

3 Mã hóa thông tin

 3.1 Mã thập phân: (hệ đếm cơ số 10)

là hệ đếm dùng số 10 làm cơ số Đây là hệ đếm được sử dụng rộng rãi nhất trong các nền văn minh thời hiện đại.

VD: 123,456: lũy thừa của 10 Bên trái dấu phảy, lũy thừa dương, bên phải lũy thừa âm.

 3.2 Mã nhị phân (cơ số 2): các số là lũy thừa của 2 Dùng 2 ký tự 0 và 1 :

1= 01, 2 =10, 3 =11, 4 =100, 5 =101, 6

=110

VD: 100 (10) = 1100100

Đổi sang mã nhị phân: 35

100,5

123,45

678,912

Vật mang tin và cốt mã hóa

Băng lỗ

4 Phân loại máy CNC

a Phân loại:

• Điểm – Điểm (Point-to-Point)

• Đường liên tục (Continuous path)

Phân loại theo

kiểu chuyển động

• Kiểu vòng hở (Open loop)

• Kiểu vòng kín (Closed loop)

Phân loại theo

• Điều chỉnh theo số gia (Incremental)

• Điều chỉnh tuyệt đối (Absolute)

Phân loại theo hệ

điều chỉnh

5.1 Điều khiển điểm-điểm (Point-to-Point)

- Là kiểu điều khiển đơn giản

nhất, dao được điều khiển

với tọa độ đặt trước (không

cắt), từ điểm này tới điểm

kia theo đường thẳng

CÁC KIỂU ĐIỀU KHIỂN ĐIỂM-ĐIỂM

Điều khiển đồng thời theo 2 trục

Điều khiển độc lập theo từng trục

5.2 Điều khiển đường, tuyến tính (Continuous path)

 Kiểu điều khiển này cho phép chạy dao có gia công (điều khiển được tốc

độ từ chương trình theo từng trục)

 Tại một thời điểm chỉ có thể chạy dao

tự động theo từng trục, nên chỉ gia công tự động theo các đường song song với các trục tọa độ

 Ứng dụng trên các máy phay, máy tiện đơn giản

 Ví dụ: Máy tiện (a), Máy phay (b)

5.3 Điều khiển biên dạng, phi tuyến (Contour)

 Điều khiển có gia công đồng thời

theo nhiều trục khác nhau Nhờ vậy

có thể gia công theo đường thẳng

hoặc đường cong bất kỳ

 Phần lớn các máy CNC hiện nay là

điều khiển dạng contour Bộ điều

khiển contour có thể làm được việc

của 2 bộ điều khiển trước

 Các bộ điều khiển contour được phân

loại theo số trục, có thể điều khiển

đồng thời: 2D, 2½D, 3D hoặc nhiều

hơn

5.3.1 Điều khiển 2D

 Máy có khả năng điều khiển đồng thời 2 trục Vì vậy chỉ có khả năng gia công một đường thẳng hay một đường cong trong một mặt phẳng.

 VD: Máy có thể điều khiển đồng thời 2 trục X, Y Chạy dao theo trục Z phải thực hiện bằng tay hoặc sau khi dừng 2 trục kia.

 Trục thứ 3 có thể điều khiển tự động khi dừng 2 trục kia.

 Chú ý: Số trục điều khiển đồng thời, không nhất thiết bằng số trục của máy.

5.3.4 Điều khiển 4D, 5D

 Điều khiển chuyển dịch theo 3 trục (3D).

 Có thêm 1 – 2 chuyển động quay của dao

(hoặc chi tiết) xung quanh 1 trục nào đó.

Thank you!

Chương 2

Đặc điểm cấu tạo máy công cụ

CNC

Nội dung

1. Đặc điểm kết cấu chung

2. Kết cấu hệ thống cơ khí của máy

CNC

3. Hệ thống động lực của máy CNC

4. Dụng cụ cắt và hệ thống thay

dao

1 Đặc điểm kết cấu chung

Máy phay thông thường

 Có đầy đủ các bộ phận chính như máy công cụ truyền thống

 Có độ chính xác cao hơn nhiều máy truyền thống nên có đặc điểm cấu tạo riêng

 Các bộ phận chính:

Máy Phay CNC

Máy tiện thông thường

Hình ảnh máy tiện thông thường (Lathe Machine)

Máy tiện CNC

Cấu tạo bên ngoài của máy tiện CNC 3 trục (hãng EMCO) khi bỏ vỏ

1 Đặc điểm kết cấu chung

CNC

Turning/Lathe

CNC Milling

2 Kết cấu của hệ thống cơ khí máy CNC

 Làm chi tiết cơ sở để lắp

2.2 Sống trượt (Guide ways)

a) Sống trượt ma sát trượt: được dùng nhiều vì giá

thành thấp và khả năng chịu tải lớn.

 Sống trượt tam giác thường hay sử dụng trong máy tiện,

vì ưu điểm là bàn xe dao vẫn giữ được cân bằng khi sống trượt bị mòn Nhược là ma sát lớn hơn loại khác.

 Sống trượt phẳng thường được dùng trong máy CNC cỡ lớn, khả năng tả cao.

a) sống trượt phẳng b) đuôi én c) tam giác d) lăng trụ nhiều

cạnh.

 Sống trượt phẳng

thường được kết hợp với

loại đuôi én để nâng

cao đính hướng chuyển

động

 Sống trượt lăng trụ

nhiều cạnh thường hay

gặp trong máy phay và

máy cắt dây Khả năng

tải nhỏ hơn loại khác

Loại này dung hòa giữa

loại phẳng và loại tam

giác

b) Sống trượt con lăn

 Có khả năng giảm

mòn, giảm ma sát,

giảm tải nhiệt phát

sinh trong quá trình

dịch chuyển, tốc độ

dịch chuyển cao,

không xẩy ra hiện

tượng dich khi bắt

đầu dịch chuyển

 Nhược điểm: Khả năng chịu tải va đập kém

2.3 Hệ thống chạy dao

 Tạo ra chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết (trừ chuyển động quay tròn của trục chính trên máy tiện)

 Bao gồm trục vít me đai ốc và bộ truyền

động cơ điện đến trục vít me

a) Vít me - đai ốc bi: Máy công cụ CNC dùng

vít me-đai ốc bi để biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến

của bàn máy

Ưu điểm: Hệ số ma sát rất nhỏ, làm việc

êm, chính xác

b) Bộ truyền đai răng

Đa số máy CNC sử dụng bộ

truyền đai răng trong hệ

thống chạy dao bởi:

c) Hộp tốc độ

 Do động cơ có khả điều chỉnh tốc độ rất

cao từ 0 đến max, nên hộp tốc độ

không còn ý nghĩa biến đổi tốc độ nữa

 Thông thường chỉ có một hệ bánh răng

hai tốc độ (low gear – hight gear) với

mục đích là tăng mô men cho chục

chính

 Yêu cầu chế tạo độ chính

xác cao và phải được cân

bằng động tốt, tránh ảnh

hưởng của lực quán tính và

mô men quán tính

 Đối với máy tiện CNC, trục chính là trục

rỗng để lồng gá được phôi thanh Kích thước

phụ thuộc vào kích thước của máy.

3 Hệ thống động lực

 Động cơ điện dùng cho máy CNC

thường là động cơ servo, tốc độ có thể

thay đổi từ 0 đến max

 Khác với động cơ thông thường là được

thết kế cho hệ thống hồi tiếp vòng kín

 Đ/C được nối với một mạch điều khiển,

kết nối với hệ thống đo đường dịch

chuyển của bàn máy

 Dẫn động trục chính, bàn máy, bàn xe

dao đều là đ/c servo

 Có hai động cơ servo:

 ĐC servo một chiều DC

 ĐC servo 2 chiều AC

 Ngoài ra còn có:

 Động cơ bước (Step Motor)

 Đ/c chuyển động thẳng (linear Motor)

(Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý làm việc của 4 loại đ/c trên)

http://

tbe.vn/chia-se-kien-thuc/14641-su-khac-biet-g

iua-dong-co-mot-chieu-dc-dong-co-servo-va-d

ong-co-buoc.html

4 Dụng cụ cắt và hệ thống thay dao

(Tool changer) 4.1 Dụng cụ cắt

 Nhìn chung dụng cụ cắt sử dụng trên máy

tiện và máy CNC giống như dụng cụ cắt sử dụng trên máy công cụ thông thường

 Tuy nhiên cần dùng dao chất lượng cao, để giảm lực cắt và rung động nhằm tăng tuổi

thọ và đảm bảo độ chính xác cho chi tiết gia công

4.2 Chuôi kẹp dao (Tool Holder)

Chuôi kẹp dao trên máy CNC có nhiều loại

và được tiêu chuẩn hóa (DIN của Đức)

 Chuôi dao có phần côn để đút vào lỗ trục

chính

 Có 2 loại chuôi dao thường dùng: loại gờ CV và loại gờ BT

 Đối với trung tâm gia công phay, với số

lượng dao lớn nên dao được chưa trong mâm xoay (caroused) hoặc dạng băng tải xích

(Ring Magazine)

 Thứ tự thay dao:

1 Chuyển ổ chứa dao đến vị trí thay dao

2 Đưa trục chính đến vị trí thay dao

3 Lấy dao cũ ra khỏi trục chính, cất vào vị trí trên ổ chứa dao

4 Ổ chứa dao xoay đến vị trí dao mới

5 Trục chính lắp dao mới

Các video mô phỏng thay dao tự động

Thank you for

your attension!

Chương 3

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CÔNG CỤ CNC

Nội dung

1 Cấu thành của hệ thống điều khiển số CN

2 Phân loại hệ thống điều khiển

3 Các thiết bị và hệ thống đo và giám giát vị trí

4 Hiệu chỉnh dụng cụ cắt trên máy công cụ CNC

5 Điều khiển thích nghi (Adaptive Control)

6 Bàn phím và màn hình trên máy CNC

7 Thiết bị nhập dữ liệu (Input Media)

Đặc điểm kết cấu chung

CNC

Turning/Lathe

CNC Milling

 Chương này, không đi sâu vào cấu trúc và

nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển máy công cụ CNC một cách chi tiết, mà chỉ tập

trung vào các khái niệm và nguyên lý và cơ

bản nhất của hệ thống điều khiển máy công cụ CNC

 Tổng quan: bộ điều khiển máy nhận các mã

lệnh chỉ dẫn của người lập trình, sau đó thông dịch và chuyển thành các xung điều khiển các động cơ chuyển động trong quá trình gia công

1 Cấu thành của hệ thống điều khiển số

CNC

 Hệ thống CNC bao gồm 3 bộ phận:

- Hệ NC (numerical control) làm nhiệm vụ tương tác với người vận hành và tiến hành việc điều khiển vị trí

- Hệ điều khiển các động cơ

 Xét về mặt chức năng, hệ điều khiển CNC bao gồm bộ phận giao tiếp giữa người và máy (MMI-Man-Machine-Interface), phần lõi điều khiển số (NCK - Numerical

Control Kernel) và bộ điều khiển logic khả lập trình PLC (Programmable Logic Control)

• MMI chịu trách nhiệm giao tiếp giữa Người và máy, thi hành các lệnh, hiển thị thông tin trạng thái và thực hiện các chức năng soạn thảo chương trình gia công.

• NCK thông dịch chương trình gia công và tiến hành nội suy, điều khiển vị trí và bù trừ sai số dựa trên

chương trình đã được thông dịch Cuối cùng NCK

điều khiển các động cơ servo chuyển động để gia công chi tiết

• Bộ điều khiển PLC điều khiển việc thay dao, tốc độ trục chính, thay chi tiết gia công và nhập hoặc xuất các tín hiệu xử lý Nó đóng vai trò điều khiển các

hoạt động của máy (ngoại trừ điều khiển cộng cơ servo)

•

 Trong hệ thống CNC, mô-đun xử lý các chức năng của MMI, NCK và PLC bao gồm bộ xử

lý trung tâm (CPU), hệ thống RAM và ROM

để lưu các ứng dụng của người dùng (cho MMI), chương trình gia công (cho NCK) và các chương trình PLC (cho PLC) Mô-đun xử

lý kết nối với hệ giao diện có trang bị các

phím nhập dữ liệu, màn hình hiển thị và hệ thống bus

tự như một máy tính đa nhiệm Hệ CNC

cũng có các thiết bị nhập/xuất các tín hiệu tương tự và tín hiệu số nhằm giao tiếp trực tiếp với các thiết bị ngoại vi khác và tạo

mối liên kết truyền thông giữa các động cơ

và mô-đun nhập/xuất

Theo cách nhìn về mặt phần mềm

Hệ CNC bao gồm:

 Các chức năng MMI hỗ trợ chức năng soạn thảo chương trình, giao diện người dùng và hiển thị các thông tin trạng thái của máy;

 Các chức năng NCK thi hành công việc thông dịch chương trình, nội suy và điều khiển;

 Các chức năng PLC thực hiện các chương trình logic theo cách tuần tự