Khai niem ppt

 Điều khiển kỹ thuật nghiên cứu các quy luật xuất hiện trong quá trình thiết lập và quá trình hoạt động của các hệ thống làm việc tự động, gọi chung là các hệ thống công tác;...  Điều

ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC

VÀ HỆ THỐNG CAD/CAM1

ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC

VÀ HỆ THỐNG CAD/CAM1

Điều khiển số Numrical Control

NC

ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC

VÀ HỆ THỐNG CAD/CAM1

CAD

Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính

ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC

VÀ HỆ THỐNG CAD/CAM1

CAM

Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ.

Tạ Duy Liêm

2 Điều khiển số và công nghệ trên máy điều khiển số CNC

Nguyễn Đắc Lộc – Tăng Huy

3 Hệ thống điều khiển số trong công nghiệp

Chương ICÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ

**************

I- Các khái niệm cơ bản

1 Điều khiển kỹ thuật

 Là lý thuyết cơ bản của kỹ thuật Tự động hoá bao

gồm các khoa học về điều khiển, điều chỉnh, nhớ,

xử lý và chuyển giao thông tin

 Điều khiển kỹ thuật nghiên cứu các quy luật xuất

hiện trong quá trình thiết lập và quá trình hoạt động của các hệ thống làm việc tự động, gọi chung là các hệ thống công tác;

1 Điều khiển kỹ thuật.

 Điều khiển kỹ thuật cho phép thiết lập và triển khai

hoạt động của các hệ thống làm việc tự động đảm bảo tính chính xác, kinh tế và độ tin cậy mong muốn;

2 Điều khiển số:

Chương trình điều khiển mà thông tin điều khiển viết dưới dạng “1” và “0” được gọi là chương trình điều khiển số

 Máy được điều khiển theo chương trình trên được

gọi là máy điều khiển theo chương trình số;

 Điều khiển theo chương trình số là phương pháp tự động điều hành các máy móc , trong đó các hành động điều khiển được sản sinh trên cơ sở cung cấp các dữ liêu ở dạng mã bao gồm: Chữ cái, con số và các ký tự đặc trưng- hợp thành một chương trình làm việc.

 Điều khiển theo chương trình số (NC) là phương pháp tự động hoá các chức năng của máy với tính linh hoạt cao, được thể hiện ở sự thích ứng dễ dàng với các công việc và các loại hình gia công khác nhau

 Các máy công cụ điều khiển theo chương trình số gọi là các máy NC hay CNC;

Nguyên tắc cấu trúc của thống điều khiển

theo chương trình số

 Điều khiển mạch kín ( Hệ có phản hồi)

 Điều khiển mạch hở

Điều khiển mạch kín của xích chạy dao:

Bản vẽ Lập trình Vật mt Đọc Nhớ Biến đổi SS Đ.Cơ B.Máy

Giá trị cần

Đo Giá trị thực

Xử lý số ngoài

Xử lý số trong

 Điều khiển mạch kín của xích tốc độ:

So sánh Đ.Cơ Trục chính

Đo

n thực

n Cần

 Điều khiển mạch hở:

- Các thông tin đã ghi nhận được truyền thẳng tới hệ truyền động, thông qua hệ điều khiển đóng vai trò là những giá trị cần Cơ cấu chấp hành thực hiện ra sao là hoàn toàn phụ thuộc vào hệ điều khiển Giá trị thực không được thu thập và phản hồi

- Loại này đơn giản, độ tin cậy thấp, chỉ dùng cho các

hệ thống đơn giản Thường không sử trong các máy công cụ;

 Điều khiển mạch hở:

Điều khiển Đ/Cơ bước Đ/Cơ bước

ϕ (t) u(t)

u

ϕ

II Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển số

 Sự ra đời chiếc máy dệt điều khiển bằng băng đục

lỗ trên tấm thép do Joseph M.Jacquard năm 1808

là thời điểm ra đời của máy điều khiển số

 Sự hình thành và phát triển của máy công cụ điều khiển số gắn liền với sự phát triển của máy tính số

 Cuối những năm 40 Học viên khoa học công nghệ Hoa kỳ bắt đầu nghiên cứu kỹ thuật ĐKS

 Bước ngoặt trong công nghệ máy tính là sự phát minh ra đèn bán dẫn năm 1948, nó nhanh chóng thay thế cho bóng điện tử

 Năm 1949, Mỹ thiết kế thành công hệ thống điều khiển dùng linh kiện bán dẫn cho máy phay 3 trục

II Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển số.

 Năm 1976, người ta đưa máy tính nhỏ vào hệ thống điều khiển của máy NC nhằm mở rộng đặc tính điều khiển và mở rộng bộ nhớ của máy so với các máy NC, được gọi là các máy CNC

 Năm 1959, mạch IC ra đời, nó nhanh chóng thay thế bóng bán dẫn và nó được dùng nhiều trong sản xuất những năm 1965

 Trên cơ sở các mạch IC, người ta thiết kế và chế tạo thành công bộ vi sử lý cho máy tính số

 Năm 1958, người ta sử dụng một số từ tiếng Anh làm ký tự để hình thành chương trình điều khiển máy Tâp hợp các ký tự hình thành chương trình dùng để điều khiển máy được gọi là ngôn ngữ APT (Automatically Programmed Tool);

II Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển số

 Tiếp theo là sự phát triển các chức năng trợ giúp cho quá trình gia công:

- Năm 1965: Đưa vào hệ thống thay dao tự động

- Năm 1979: Hệ thống CAD- CAM- CNC ra đời

- Năm 1984: Sử dụng đồ hoạ trên máy tính để mô phỏng quá trình gia công trên máy công cụ

- Năm1994: Hệ NURBS giao diện phần mềm CAD cho phép mô phỏng các bề mặt nội suy phức tạp trên màn hình

- Năm 2001: Hãng Fanuc ra đời điều khiển nano cho máy công cụ CNC;

III- Hệ trục toạ độ và trục NC.

 Để điều khiển chuyển động của dụng cụ cắt dọc theo đường hình học trên bề mặy chi tiêt gia công cần có mối quan hệ vị trí giữa dụng cụ và chi tiết

 Mối quan hệ giữa dụng cụ và chi tiết có thể có thể được thiết lập thông qua việc đặt chúng trong cùng một hệ toạ độ

 Hệ toạ độ này dùng để biểu diễn mối quan hệ vị trí giữa dụng cụ và chi tiết và nó được gọi là hệ toạ độ máy

 Trong các máy công cụ điều khiển số người ta dùng

hệ toạ độ đề các làm hệ toạ độ máy

 Không gian giới hạn bởi ba kích thước của hệ toạ độ

Đe cac gắn với máy mà hệ điều khiển có thể nhận biết được gọi là vùng gia công;

III- Hệ trục toạ độ và trục NC.

 Chuyển động thẳng của dụng cụ song song với trục

hệ toạ độ gắn với máy gọi là trục chuyển động thẳng- gọi tắt là trục thẳng

 Chuyển động của dụng cụ quay xung quanh trục hệ toạ độ gắn với máy gọi là trục chuyển động quay - gọi tắt là trục quay

 Các trục chuyển động của dụng cụ được điều khiển bằng hệ thống điều khiển số gọi là trục NC

 Số trục thể hiện khả năng công nghệ của máy

 Thường gọi tên máy kèm theo số trục của máy;

IV- Phần cứng và phần mềm

của điều khiển CNC.

 Hệ điều khiển CNC có hai thành phần cơ bản

- Cụm điều khiển máy -MCU

( Machine Control Unit).Được hình thành trên cơ sở các thiết bị điện tử, thiết bị vào ra và các thiết bị số

- Cụm dẫn động

Động cơ, phần tử điều khiển, khuyếch đại công suất, các sensor, mạch phản hồi về tốc độ trục chính, chạy dao và vị trí bàn máy;

secvo

IV- Phần cứng và phần mềm

của điều khiển CNC.

a- Phần cứng cụm điều khiển

 Xử lý trung tâm-CPU

 ( The Central Processing Unit)

Cấu trúc CPU gồm 3 phần tử cơ bản:

Trong hệ CNC có 3 thiết bị cần được liên lạc:

- Thiết bị thông báo: Màn hình, đèn

- Bàn điều khiển

- Thiết bị vào ra các chương trình ứng dụng;

Nhiệm vụ này được thực hiện nhờ 2 mạch:

- Mạch điều khiển secvo: gồm mạch điều khiển vị trí và mạch điều khiển tốc độ

- Mạch phản hồi: gồm mạch ghép nối và mạch biến đổi

số / tương tự ( D / A)

Mạch khuyếch đại secvo dùng để tạo tín hiệu ra tỷ lệ với tín hiệu vào;

Mạch phản hồi

CPU

BUS

Mạch khuyếch đại secvo

Đ/Cơ secvo

Encoder

+ Tín hiệu số mang thông tin về giá trị vị trí, tốc độ,…

+ Tín hiệu trình tự để thực hiện mọi hoạt động của máy Đây là tín hiệu rời rạc

Chương trình điều khiển trình tự được gọi là chương trình điều khiển máy (PMC-Program-Machine-Control)

Các tín hiệu truyền từ máy công cụ và bàn điều khiển đến PMC hoặc ngược lại được thực hiện thông qua

Chức năng của phần mềm điều khiển là chấp nhận chương trình ứng dụng là số liệu vào và sinh ra tín hiệu điều khiển để điều khiển động cơ.

- Phần mềm điều khiển gồm 4 chương trình chính: Chương trình kiểm tra, chương trình logic, chương trình đọc và chương trình dự báo;

- Tín hiệu vào PMC: Được chuyển từ hệ CNC và Máy.

- Tín hiệu ra của PMC: Gửi đến CNC và Máy

- Chương trình ghép nối giữa PMC với máy công cụ và CNC được thiết kế trên cơ sở thông số của cụm CNC Vì vậy với các máy khác nhau sẽ có chương

 Chương trình có thể viết theo 2 cách:

- Mã G, M, T,S

- Chương trình tham số

IV- Phần cứng và phần mềm

của điều khiển CNC.

b- Phần mềm CNC

 Để chuyển đổi thông tin từ chương trình NC thành

cấu trúc điều khiển dụng cụ: thông tin đường dịch chuyển, điều kiện gia công, tốc độ trục chính, chuyển động chạy dao, bắt đầu, kết thúc chương trình trong chương trình máy tính của mỗi máy công cụ có một chương trình Post processor riêng;

VI- Các dạng điều khiển số.

 Trên các máy điều khiển theo chương trình số, dịch chuyển của dụng cụ cắt hay chi tiết gia công được cho trước thông qua các chỉ dẫn điều khiển trong chương trình Tuỳ theo dạng chuyển động giữa điểm đầu và điểm cuối của quãng đương chạy chia làm 3 dạng điều khiển

1 Điều khiển điểm

 Dụng cụ thực hiện chạy dao nhanh đến các điểm được lập trình Khi này dao không cắt vào chi tiết, chỉ khi đạt tới đích thì quá trình gia công mới thực hiện theo lượng chạy dao lập trình

 Ứng dụng trong các máy gia công lỗ, hàn điểm;

1 Điều khiển điểm.

Các trục

chạy lần lượt

Các trục chạy đồng thời

Các trục chạy đồng thời

2 Điều khiển đường (Đoạn hay đường thẳng).

 Tạo ra các đường chạy song song các trục toạ độ của máy, cắt gọt với lượng chạy dao công tác

 Ứng dụng trong máy tiện, phay;

3 Điều khiển biên dạng (Đường viền)

 Có thể tạo ra các đường tuyến tính ( thẳng) hay phi truyến trong mặt phẳng hoặc trong không gian Quan

hệ chuyển động giữa các trục theo hàm số ( Tuyến tinh hay phi truyến)

Tuỳ theo số lượng các trục được điều khiển đồng thời, chia ra:

Điều khiển 2D.

X

Z

 Điều khiển 2,5D.

Thực hiện điều khiển 2D trong một mặt phẳng và

có thể chuyển từ mặt phẳng này sang mặt phẳng khác

X Y Z

 Điều khiển 3D.

Thực hiện dịch chuyển của dụng cụ cắt trong không gian 3 kích thước X,Y,Z

X Y

Z

 Điều khiển 4D, 5D.

Ngoài các trục tịnh tiến X,Y,Z còn có các trục quay

 Điều khiển 4D, 5D.

V- Các hệ thống điều khiển số máy công cụ

1 Hệ thống điều khiển NC

 Các thông số hình học của chi tiết và các lệnh điều khiển máy được cho dưới dạng dãy các con số Các chỉ dẫn gia công được in vào băng từ hoặc băng đục

lỗ dưới dạng các câu lệnh của chương trình số, thực hiện theo chức năng từng khối- khi khối trước kết thúc, máy đọc các khối lệnh tiếp theo để thực hiện các dịch chuyển cần thiết Các máy NC không có chức năng lưu trữ chương trình

 Hệ thống điều khiển NC có nhược điểm là kém linh hoạt, tốn kém thời gian lập trình Nó phù hợp với sản xuất loạt nhỏ và trung bình;

Các hệ thống điều khiển số máy công cụ

 Cac thông tin đưa vào hệ thống điều khiển bao gồm:

- Thông tin hình học ( Geometrical information)

Là hệ thống thông tin điều khiển các chuyển động tương đối giữa dụng cụ và chi tiết, còn gọi là thông tin về đường dịch chuyển ( hình thành đường sinh và đường chuẩn)

- Thông tin công nghệ ( Technological information)

Là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với các giá trị công nghệ yêu cầu;

Các hệ thống điều khiển số máy công cụ

2 Hệ thống điều khiển CNC

 Đặc điểm chính của hệ thống điều khiển CNC là có

sự can thiệp của máy vi tính Trong các hệ thống điều khiển này có một chương trình hệ thống CNC

do nơi chế tạo máy cài đặt vào trong máy tính điều khiển để thông qua đó ta có thể lập các chương trình gia công chi tiết

 Chương trình gia công đưa vào, sửa chữa, thay đổi

bổ xung các câu lệnh…có thể thực hiện nhanh chóng thuận lợi

 Các hệ điều khiển CNC hiện đại có màn hình đồ hoạ

để chạy mô phỏng quá trình cắt gọt trước khi gia công thực;

Các hệ thống điều khiển số máy công cụ

3 Hệ thống điều khiển DNC

(Direct Numerical Control)

 Là một hệ thống điều khiển trong đó nhiều máy điều khiển theo chương trình số được nối với một máy vi tính

 Hệ thống DNC có các ưu điểm sau:

- Có một ngân hàng dữ liệu trung tâm

- Truyền dữ liệu nhanh, tin cậy

- Điều khiển và lập kế hoạch gia công thuận lợi

- Có khả năng ghép nối vào hệ thống gia công linh hoạt (FMS);

Các hệ thống điều khiển số máy công cụ

4 Hệ thống điều khiển thích nghi ( AC)

Các hệ thống điều khiển số máy công cụ

4 Hệ thống điều khiển thích nghi ( AC)

 Theo mục đích chia AC ra:

- Điều khiển thích nghi cưỡng bức ( ACC)

Adaptive Control Constrain

Chủ yếu dùng để điều khiển giới hạn các thông số cắt gọt

- Điều khiển thích nghi tối ưu ( ACO)

Adaptive Control Optimation

Dùng cho việc tối ưu hoá các quá trình gia công nhằm giảm thời gian hoặc giá thành có chú ý đến nhiều yếu tố ảnh hưởng trái ngược nhau;

Các hệ thống điều khiển số máy công cụ

5 Hệ thống gia công linh hoạt ( FMS)

Flexible Manufacturing System

 Cho khả năng gia công các chi tiết khác nhau trong cùng một họ với số lượng và thứ tự gia công tuỳ ý

 Cho hiệu quả kinh tế cao trong cả gia công loạt nhỏ

và đơn chiếc;

Các hệ thống điều khiển số máy công cụ

5 Hệ thống gia công linh hoạt ( FMS)

Theo tính chất linh hoạt và năng suất chia ra:

- Các tế bào gia công linh hoạt

- Các cụm gia công linh hoạt

- Các dây truyền gia công linh hoạt

Một hệ thống gia công linh hoạt thương bao gồm 3 thành phần:

- Một hay nhiều cụm gia công

- Các hệ thống vận chuyển chi tiết, dụng cụ

- Máy tính của hệ thống DNC đóng vai trò là thiết bị chủ đạo;