Bài giảng: SẢN XUẤT NHỜ MÁY TÍNH pdf

Nộäääi dung i dung Khái niệm Những vấn đề khó khăn của NC cổ điển Công nghệ sản suất các bộ điều khiển NC Điều khiển số nhờ máy tính Direct Numerical Control Phối hợp giữa DNC và C

CAM – Computer Aided Manufacturing

SẢN XUẤT NHỜ MÁY TÍNH

Người trình bày: HUỲNH HỮU NGHỊ

Bộ môn: Chế Tạo Máy – Khoa Cơ Khí

1 ðIỀU KHIỂN SỐ - SỰ KHỞI ðẦU CỦA CAM

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH NC

3 ðIỀU KHIỂN MÁY CNC

NỘI DUNG

ĐIE IE IỀÀÀÀU KHIE U KHIE U KHIỂÅÅÅN MA N MA N MÁÙÙÙY NC Y NC BA

BẰÈÈÈNG MA NG MA NG MÁÙÙÙY T Y T Y TÍÍÍÍNH (CNC) NH (CNC)

Nộäääi dung i dung

Khái niệm

Những vấn đề khó khăn của NC cổ điển

Công nghệ sản suất các bộ điều khiển NC

Điều khiển số nhờ máy tính

Direct Numerical Control

Phối hợp giữa DNC và CNC

Các hệ thống điều khiển thích nghi

Xu hướng phát triển của CNC

Kha Kháùùùi nie i nie i niệäääm m

• Việc sử dụng máy tính số đã làm thay đổi vềchất trong việc điều khiển máy NC

• Trong chương này chúng ta sẽ bàn 3 vấn đềsau:

Computer numerical Computer numerical Computer numerical control control control (CNC)

Direct numerical Direct numerical Direct numerical control control control (DNC)

Adaptive control Adaptive control Adaptive control (AC)

Kháùùùi nie i nie i niệäääm m

• CNC thay bộ điều khiển NC cổ điển bằng bộtính toán nhỏ (minicomputer hay microcomputer)

• Máy tính nhỏ dùng để thực hiện một sốhoặc tất cả các chức năng NC bởi các chương trình đựợc lưu trong bộ nhớ Read – Write của nó

Một trong những khác biệt của CNC là một máy tính điều khiển một máy công cụ Khác với DNC là dùng 1 máy tính để điều khiển nhiều máy công cụ riêng biệt

Kháùùùi nie i nie i niệäääm m

• Điều khiển thích nghi không đòi hỏi máy tính số Điều khiển thích nghi là dùng hệ thống điều khiển để đo 1 hoặc nhiều biến số của qúa trình (lực cắt, nhiệt độ, công suất, v.v.) và thay đổi lượng ăn dao và (hoặc) tốc độ cắt để bù trừ vào những thay đổi có hại của các biến số của qúa trình

• Mục đích của điều khiển thích nghi:

- Tối ưu hóa qúa trình gia công mà máy NC đơn độc không thể thực hiện được

- Nhiều dự án điều khiển thích nghi ban đầu là dựa trên việc điều khiển tương tự hơn là máy tính số

- Ngày nay các hệ thống sử dụng công nghệ vi xử lý để ứng dụng chiến lược điều khiển thích nghi

Nhưưưững kho õng kho õng khóùùù khăn cu khăn cu khăn củûûûa NC co a NC co a NC cổååå đđđđie ie iểååån n

• Có lỗi khi lập trình gia công do:

- Cú pháp sai

- Số sai.

• Để cho băng lỗ đúng, phải chỉnh sửa

đến 3 – 4 lần hoặc hơn nữa

• Khó đạt được trình tự gia công tốt nhất

Nhưưưững kho õng kho õng khóùùù khăn cu khăn cu khăn củûûûa NC co a NC co a NC cổååå đđđđie ie iểååån n

Va Vậäään to n to n tốááác va c va c vàøøø llllưưưươơơợïïïng ăn dao không to ng ăn dao không to ng ăn dao không tốááái i i i ưưưưuuuu vì

không thể thay tốc độ và lượng ăn dao trong qúa trình gia công Vì vậy người lập trình phải thiết lập tốc độ và lượng ăn dao cho trường hợp xấu nhất

Băng Băng đđđđuuuụïïïc lỗ dễ bị ra c lỗ dễ bị ra c lỗ dễ bị ráùùùch ch

Bo Bộäää đđđđoooọïïïc băng c băng là phần cứng yếu kém nhất của

máy NC Khi có sự cố, nhóm thợ bảo trìthường bắt đầu tìm nguyên nhân nơi máy đọc băng

• Controller : Bộ điều khiển NC cổ điển

là loại cứng (hard – wired)

Công nghe

Công nghệäää sa sa sảûûûn xua n xua n xuấááát ca t ca t cáùùùc bo c bo c bộäää đđđđie ie iềàààu khie u khie u khiểååån NC n NC

• Ít nhất là có 7 thế hệ các bộ điều khiển đã được biết đến

Bóng chân không (Circa 1952)

Electromechanical Relays (Circa 1955)

Discrete semiconductors (circa 1960)

Intergrated Circuite (circa 1965)

Direct numerical control (circa 1968)

Computer numerical control (circa 1970)

Microprocessors and Microcomputers (circa 1975)

• 1985: Microsoft ships Windows 1.0

• 1986: Intel ships the 16 MHz 80386 processor

– Compaq Computer introduces the first based computer.

80386-• 1989: Intel 486? DX CPU Microprocessor 1990:

Microsoft ships Windows 3.0

– Number of Transistors: 1.2 million

– Speed: 25MHz, 33MHz, 50MHz

Công nghe

Công nghệäää sa sa sảûûûn xua n xua n xuấááát ca t ca t cáùùùc bo c bo c bộäää đđđđie ie iềàààu khie u khie u khiểååån NC n NC

• 1993: Intel introduces the 60 MHz Pentium

processor Number of Transistors: 3.1

• 1999: Intel® Celeron? Processor

• 1999: Intel® Pentium® III Processor

Number of Transistors: 9.5 million

• Speed: 650MHz to 1.2GHz

Công nghe

Công nghệäää sa sa sảûûûn xua n xua n xuấááát ca t ca t cáùùùc bo c bo c bộäää đđđđie ie iềàààu khie u khie u khiểååån NC n NC

• 2000: Intel® Pentium® 4 Processor Number of

Đie ie iềàààu khie u khie u khiểååån so n so n sốááá nhơ nhơ nhờøøø ma ma máùùùy t y t y tíííính (CNC) nh (CNC)

CNC là hệ thống NC dùng máy tính có bộchứa chương trình để thực hiện một số hay tất cả các chức năng điều khiển số cơ bản

Với CNC, chương trình được cho vào một lần và được lưu trong bộ nhớ máy tính Vì vậy máy đọc băng lỗ chỉ dùng khi nạp các chương trình và dữ liệu gốc So với các máy NC thông thường máy CNC mềm dẻo hơn, khảnăng tính toán tốt hơn

Cấáááu h u h u hìììình chung cu nh chung cu nh chung củûûûa mo a mo a mộääät he t he t hệäää tho tho thốáááng CNC ng CNC

Cáùùùc ch c ch c chứứứức năng cu c năng cu c năng củûûûa CNC a CNC

Điều khiển máy công cụ (Machine tool

control)

Hiệu chỉnh bán kính dao trong qúa trình gia

công (In – process compensation)

Cải thiện việc lập trình và vận hành (Improved

Programming and Operating features)

Chẩn đoán (Diagnostics)

Ưu điểm chính của CNC là chứa đựng các khả

năng điều khiển trong bộ điều khiển mềàààm me m (soft – wired)ø Một số chức năng điều khiển như no nộäääi i i i suy cung tro

suy cung tròøøønnnn có thể được thực hiện trong HTĐK gắn cứng (hard – wired) thì tốt hơn so với gắn mềm

SSSSựựựự pha pha pháùùùt trie t trie t triểååån CNC n CNC n CNC đđđđi theo 2 h i theo 2 h i theo 2 hưưưươơơớùùùng ng

Hybrid CNC: CNC lai (phối hợp cả gắn

cứng và gắn mềm)

Straight CNC: CNC trực tiếp (chỉ sử dụng

bộ điều khiển gắn mềm)

Sô

Sô ññññooooàààà HT Hybrid CNC HT Hybrid CNC

Trong he

Trong hệäää tho tho thốáááng lai (Hybrid CNC ) ng lai (Hybrid CNC )

• Các thành phần gắn cứng (Hard – wired components) thực hiện các chức năng có lợi nhất như

• Tính toán và sinh ra lượng ăn dao (Feed rate gereration)

Sô

Sô ññññooooàààà Straight System Straight System

Trong he

Trong hệäää tho tho thốáááng tr ng tr ng trựựựực tie c tie c tiếáááp (Straight CNC) p (Straight CNC)

Máy tính thực hiện mọi chức năng

HT trực tiếp Straight đắt tiền hơn nhưng mềm dẻo hơn

Bùøøø trtrtrtrừừừừ trong qua trong qua trong quáùùù trtrtrtrìììình gia công nh gia công

Hiệu chỉnh bán kính dao trong qúa trình gia công,

Điều khiển sai số phát sinh trong qúa trình gia công Thuộc loại này gồm:

1 Điều chỉnh sai số được cảm nhận bởi thiết bị đo

2 Tính lại vị trí các trục khi thiết bị kiểm tra được dùng để định vị các điểm tham chiếu trên chi tiết gia công.

3 Điều chỉnh bán kính dao

4 Điều khiển thích nghi để điều chỉnh lại tốc độ cắt và lượng ăn dao.

5 Tính toán chu kỳ bền của dụng cụ cắt và chọn dụng cụ khác khi được chỉ định.

Cảûûûi thie i thie i thiệäään n n đư đư đươơơợïïïc vie c vie c việäääc la c la c lậäääp tr p tr p trìììình va nh va nh vàøøø thao ta thao ta thao táùùùc c

Chỉnh lý chương trình gia công trên máy Việc này cho phép điều chỉnh lại hoặc tối ưu hóa chương trình gia công

Cho hiện đường chạy dao để kiểm tra băng lỗ

Nhiều kiểu nội suy: đường tròn, barabol, cubic

Sử dụng các chương trình con chuyên dùng

Nhập dữ liệu bằng tay (Manual Data Input)

Có thể lưu trữ nhiều chương trình

Chẩååån n n đđđđoa oa oáùùùn (Diagnostic ) n (Diagnostic )

1/ Phát hiện nguyên nhân hư hỏng để sửa chữa nhanh chóng.

2/ Ra dấu hiệu cảnh báo về một sự cố có thể xảy ra, nhờ vậy giảm thời gian sửa chữa và tăng năng suất lao động

3/ Hệ thống CNC phải có một số thành phần dự trữ để khi có hư hỏng thì thay thế ngay, không để máy chờ.

Ưu u u đđđđie ie iểåååm cu m cu m củûûûa CNC a CNC

1/ Băng chương trình và thiết bị đọc băng chỉ dùng 1 lần để đưa chương trình vào máy tính Điều này nâng cao độ tin cậy của HT, vì thiết bị hay hư hỏng nhất chính là bộ đọc băng.

2/ Điều chỉnh chương trình ngay trên máy

3/ Chuyển đổi inch ↔ mét

4/ Mềm dẻo hơn

5/ Các chương trình do người dùng viết riêng (MACRO) được lưu trong bộ nhớ máy tính Khi cần có thể gọi ra dễ dàng.

6/ Góp phần tạo ra hệ thống sản xuất toàn bộ (Total manufacturing system): CNC dễ tương thích hơn khi dùng trong hệ thống sản xuất lớn đã được máy tính hóa Một trong những bước quan trọng tiến đến những hệ thống này là DNC (điều khiển số trực tiếp)

Direct Numerical Control (DNC)

Hệäää tho tho thốáááng DNC co ng DNC co ng DNC cóùùù ma ma máùùùy t y t y tíííính ve nh ve nh vệäää tinh tinh

Co Cóùùù 2 da 2 da 2 dạïïïng HT DNC ng HT DNC

• 1/ Hệ thống sau bộ đọc băng (Behind – the – Tape – Reater ( BTR) system)

• 2/ Hệ thống DNC với bộ điều khiển máy chuyên nghiệp (Special Machine control Unit)

Hệäää tho tho thốáááng DNC vơ ng DNC vơ ng DNC vớùùùi ca i ca i cấáááu h u h u hìììình BTR nh BTR

DNC vơ

DNC vớùùùi bo i bo i bộäää đđđđie ie iềàààu khie u khie u khiểååån chuyên nghie n chuyên nghie n chuyên nghiệäääp p

Ca Cáùùùc ch c ch c chứứứức năng cu c năng cu c năng củûûûa DNC a DNC

NC không cần băng đục lỗ

Lưu trữ chương trình NC

Thu thập dữ liệu, xử lý và báo cáo

Truyền thông

Ưu u u đđđđie ie iểåååm cu m cu m củûûûa DNC a DNC

Loại bỏ được băng lỗ và máy đục lỗ

Khả năng tính toán nhanh hơn và linh

hoạt hơn

Lưu chương trình NC ở dạng files

Các chương trình được lưu như là CL files

Báo cáo về tình hình sản xuất

Thiết lập nền móng để phát triển nhà

máy tự động điều khiển nhờ máy tính trong tương lai.

Phốááái hơ i hơ i hợïïïp gi p gi p giưưưữa DNC va õa DNC va õa DNC vàøøø CNC CNC

Sự phối hợp giữa DNC và CNC làm tăng khảnăng cho hệ thống sản xuất nhờ máy tính Trước hết là không cầàààn băng lỗ va không ca n băng lỗ va n băng lỗ vàøøø ma ma máùùùy y y đđđđuuuụïïïc c lỗ nữa cho máy CNC Máy tính DNC nạp trực tiếp chương trình cho bộ nhớ CNC Không giống như các máy NC truyền thống, máy CNC có đủ bộ nhớ để nạp toàn bộ chương trình trên DNC Chương trình chỉ nạp một lần chứ không phải từng block Việc này giảm được số lượng đầu nối cần thiết giữa máy tính trung tâm và các máy công cụ

Xu h

Xu hưưưươơơớùùùng trong t ng trong t ng trong tưưưương lai ơng lai

Trong các hệ thống hỗn hợp DNC và CNC, phần mềm của bộ điều khiển CNC sẽ cópostprocessor Việc này cho phép chương trình gia công NC nạp chương trình từ máy tính DNC ở dạng CL (Cutter Location) FILE, khỏi cần phải hậu xử lý trước khi đưa sang máy CNC

Ưu điểm nữa của sự phối hợp giữa DNC vàCNC là khả năng dự trữ Nếu máy tính trung tâm bị hỏng, các máy trong hệ thống sẽ không bị liệt Chỉ cần thực hiện sự phục hồi cần thiết là mỗi máy riêng biệt hoạt động được như thường

Khảûûû năng phu năng phu năng phụïïïc ho c ho c hồàààiiii ch ch chưưưương tr ơng tr ơng trìììình nh

Có bản sao chương trình NC từ máy tính

DNC

Mỗi máy CNC có trang bị thiết bị đọc băng

lỗ hoặc có thể nối với một máy đọc băng lỗ lưu động Đương nhiên giá thành hệ thống như thế sẽ phải tăng lên

Ưu điểm thứ ba là cải thiện được liên lạc

giữa máy tính trung tâm và và nơi sản xuất Với việc nối các máy tính ở hai đầu, nhiều sự cố trong thiết kế của một nhà máy lớn được loại trừ

Cáùùùc he c he c hệäää tho tho thốáááng ma ng ma ng máùùùy NC y NC y NC đđđđie ie iềàààu khie u khie u khiểååån th n th n thíííích nghi ch nghi

Điều khiển thích nghi (Adaptive Control –AC) có nguồn gốc từ một nghiên cứu trong những năm đầu của thập kỷ 1960 ở phòng thínghiệm nghiên cứu Bendix do không lực Hoa kỳ tài trợ

Lúc đầu hệ thống điều khiển thích nghi dựa trên các thiết bị điều khiển tương tự, phản ánh tình trạng phát triển của công nghệ thời đó Ngày nay AC dùng Microprocessor, vàthông thường là tích hợp với một hệ thống CNC hiện đại

Thua Thuậääät ng t ng t ngưưưữ Adaptive Control õ Adaptive Control

Thuật ngữ AC nghĩa là hệäää tho he tho thốáááng ng ng đđđđie ie iềàààu khie u khie u khiểååån n đđđđo ca o ca o cáùùùc bie c bie c biếááán so n so n sốááá ra cu ra cu ra củûûûa he a he a hệäää tho tho thốáááng va ng va ng vàøøø du du dùøøøng ng chu

chúùùùng ng ng đđđđeeeểååå đđđđie ie iềàààu khie u khie u khiểååån to n to n tốááác c c đđđđoooộäää hoa hoa hoặëëëc l c l c lưưưươơơợïïïng ăn ng ăn dao

Một số các biến số này được dùng trong hệthống máy điều khiển thích nghi là tốááác to c c đđđđoooộäää quay hoặc llllựựựực, moment, nhie c, moment, nhie c, moment, nhiệääät t t t đđđđoooộäää ca ca cắééét, biên t, biên t, biên đđđđoooộäää dao

dao đđđđoooộäääng va ng va ng vàøøø công sua công sua công suấááátttt Nói cách khác hầu như tất cả các tham số cắt mà có thể đo được là được thử trong các các hệ thống AC thínghiệm

Mụïïïc c c đí đí đích cu ch cu ch củûûûa he a he a hệäää tho tho thốáááng ng ng đđđđie ie iềàààu khie u khie u khiểååån th n th n thíííích nghi ch nghi

Làm cho hệ thống hoạt động có hiệu quảhơn Hàm mục tiêu ở đây thường là tốc độcắt bỏ kim loại và giá thành trên 1 đơn vị thểtích của vật liệu được cắt bỏ

AC du

AC dùøøøng ơ ng ơ ng ởûûû đđđđâu âu

1/ Nơi mà dụng cụ cắt được sử dụng ≥ 40% thời gian chu kỳ gia công

2/ Nơi có nhiều nguồn biến số trong phôi mà

AC có thể bù trừ Thực tế AC thích nghi lượng ăn dao và vận tốc đối với các biếân sốđó

3/ Nơi giá thành vận hành máy cao Giáthành vận hành máy chủ yếu là do vốn đầu tưcho thiết bị cao

4/ Nơi các phôi điển hình cho AC là những vật liệu gồm thép, Titan, hợp kim bền cao Gang và nhôm cũng có thể là vật liệu hẫp dẫn đối với AC, nhưng những vật liệu này thường là dễ gia công

Cáùùùc nguo c nguo c nguồàààn bie n bie n biếááán n n đđđđoooổåååi khi gia công i khi gia công

Chiều sâu và chiều dày cắt thay đổi

Độ cứng thay đổi

Độ cứng vững thay đổi

Mòn dao

Mặt gia công không liên tục

Cáùùùc tham so c tham so c tham sốááá va va vàøøøo cu o cu o củûûûa ch a ch a chưưưương tr ơng tr ơng trìììình nh

Kích thước và hình dáng của dụng cắt, độcứng của vật liệu gia công, kích thước gia công, và đặc tính của máy cắt

• Dựa vào các tham số vào này, chương trình sẽ tính toán và cho ra giá trị Lượng ăn dao

• Vận tốc trụ chính, Giới hạn lực cắt cho mỗi vùng cắt

Hai da

Hai dạïïïng ng ng đđđđie ie iềàààu khie u khie u khiểååån th n th n thíííích nghi ch nghi

1/ AC tối ưu (ACO) – Adaptive Control

Optimization

2/ AC giới hạn (ACC) Adaptive Control constraints

Đie ie iềàààu khie u khie u khiểååån th n th n thíííích nghi to ch nghi to ch nghi tốááái i i i ưưưưuuuu

Trong những hệ thống này, một thông số tối

ưu hóa được chỉ định cho hệ thống Hàm này được đo trong suốt qúa trình gia công, thí dụlượng phoi được cắt ra hoặc giá thành của khối lượng vật liệu cắt ra Nhiều hệ thống tối ưu hóa bằng cách cực đại hóa tỉ lệ giữa lượng kim loại cắt ra so với độ mòn dụng cụ