Nghiên cứu khảo sát thiết bị CNC DMU 60T của hãng DECKEL MAHO chế tạo năm 1998.DOC

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

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.

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 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

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

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

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;

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 bànmáy mang dao hoặc chi tiết gia công trên máy công cụ Các chuyển động tịnhtiến là các chuyển động thẳng theo phơng ba trục toạ độ của không gian bachiều, còn các chuyển động quay tròn là các chuyển động xung quanh các trụctoạ độ này

Chuyển động chạy dao là chuyển động dịch chuyển tơng đối giữa dao và chitiết 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 vàcác yêu cầu chi tiết gia công khác phải đạt đợc, do đó sẽ có các động cơ khácnhau điều khiển chuyển động cắt

Hệ truyền động chạy dao của một máy công cụ CNC phải thể hiện đợc nhữngtính chất sau đây:

- Có tính động học rất cao: nếu đại lợng dẫn biến đổi, bàn máy phải theo kịpbiến đổi đó trong thời gian ngắn nhất

- Có độ vững chắc số vòng quay cao: khi các lực cản chạy dao biến đổi, cầnhạn chế tới mức thấp nhất ảnh hởng của nó đến tốc độ chạy dao, tốt nhất làkhông ảnh hởng gì Ngay cả khi chạy dao tốc độ nhỏ nhất cũng đòi hỏi một quátrình tốc độ ổn định

- Phạm vi điều chỉnh số vòng quay cao nhất nh có thể: từ 1:10000 đến1:30000

- 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

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

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 mộtxung 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 lựccản trên đờng dịch chuyển ổn định hoặc không đáng kể hay không có tác dụngcản chuyển động chạy dao Trong các máy công cụ cắt gọt kim loại thờngkhông áp dụng đợc kiểu mạch này vì ở đây tồn tại hàng loạt đại lợng ảnh hởngtác động đến lực cản trong quá trình chạy dao, do đó các máy công cụ điềukhiển theo chơng trình số hầu nh chỉ ứng dụng chạy dao điều chỉnh vị trí kiểumạch 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 tínhtoán các yếu tố ảnh hởng khi gia công chi tiết Từ hệ thống đo vị trí đa ra kếtquả 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 làthấp 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 lựctrên 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 máyCNC 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 độthay đổi vô cấp, dẫn động trục chính thông qua một hộp tốc độ chỉ có 2 đến 3cấp, nhằm khuếch đại các mômen cắt đạt trị số cần thiết trên cơ sở tốc độ ban

đầu

Xích động học chạy dao bao gồm các phần tử, các cụm kết cấu đảm bảo cácchuyển động của các xe dao trên máy Về mặt chức năng xích chạy dao phảithoả 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 vàchiều, không có sự tháo lỏng chi tiết hoặc sai lệch vị trí tơng đối giữa dao và chitiết 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 riênglớn 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 vànhất là nguyên tắc mô đun hoá kết cấu, ngời ta quan tâm nhiều đến các cụm kếtcấu 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 kếtcấu quan trọng nhất của mô đun các xích động

- Khe hở giữa trục vít me và đai ốc

- Tính mềm hoá phụ thuộc vào lực thay đổi do nguyên nhân của những biếndạng khác nhau

Kết cấu vít me - Đai ốc bi

Kết cấu này đợc ứng dụng phổ biến trong xích động chạy dao, trong đó hầuhết 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 củachúng 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

Các vít me trong bộ truyền này bị hạn chế về chiều dài ở độ dài 3 hay 4m nókhó thực hiện đợc các tốc độ dịch động cao.

Truyền động quay cho vít me đợc thực hiện theo một trong số các phơng ánsau đây:

- Thông qua một hộp tốc độ gồm các bộ truyền bánh răng, trong đó phải dùngcác 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 sốgiảm 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 chạydao 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 cáchộp 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;

P3

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 vĩnhcửu

- Động cơ dài: có tốc độ tơng đối thấp, có thể có quán tính nhỏ tuỳ theo mứctăng 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 sứclớn (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 thiệnkhông 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) Côngsuất của các động cơ này chỉ đủ dùng cho dịch động bàn máy của các máy nhỏvới 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 thuỷlực 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 cókhuyếch đại mô men bằng thuỷ lực thờng đợc dùng trong các máy NC hạngnặng nhng vì lý do giá thành cao và những vấn đề có liên quan đến sử dụng hệthống 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

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 tơngtự) 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 hệthống 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 chơngtrình (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 hệtruyền dẫn những tín hiệu cần thiết để điều khiển sao cho chênh lệch giữa giá trịdanh nghĩa và giá trị thực dần dần trở về 0, nhằm đạt vị trí chính xác của bànmáy

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 tắchoạt động chung của các máy công cụ điều khiển số Mạch điều khiển vị trí làtiền đề cho các mạch điều khiển vận tốc và các mạch điều khiển dòng Điềukhiển 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 cáchhạn 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

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:

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 chophép Khác với các hệ điều khiển đơn giản dạng điểm và đờng, các dữ liệu cầnthiết 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 thểgiải quyết bằng máy tính

Những giá trị toạ độ vị trí trung gian này hình thành các đại lợng dẫn củamạch 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 điềukhiển 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 trớctrong một giới hạn dung sai xác định trớc

- Có thể nội suy một cách thích hợp với các yếu tố biên dạng đòi hỏi Thôngthờng 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

+

-+ - -

+ +

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

- Tốc độ đa ra toạ độ vị trí trung gian phải phù hợp với tốc độ chạy dao cho ớc.

- Đi tới một cách chính xác các điểm kết thúc chơng trình đã đa ra trớc trongchơng trình

Nội suy chỉ có thể là việc theo nguyên tắc số (digital) Nó có thể đợc thực hiệnhoặc bằng các mạch logic nối cứng (chơng trình hoá các mối liên hệ NC) hoặcbằng các phần mềm nội suy đợc lập trình (CNC) Bộ nội suy có thể là một haynhiều cụm vi xử lý cài đặt trong hệ điều khiển máy (nội suy trong) hoặc có thể

là một máy tính xử lý số liệu bên ngoài hệ điều khiển máy (nội suy ngoài) Cácgiá trị đa ra từ bộ nội suy đóng vai trò là giá trị danh nghĩa điều khiển các mạch

điều chỉnh hay điều khiển động cơ bớc làm việc

Các hệ thống CNC hiện đại thực hiện nội suy ở hai mức:

1 Một phần mềm nội suy xác định toạ độ các điểm trung gian giữa điểm đầu

và điểm cuối của một đoạn biên dạng đã đợc đa ra trớc trong chơng trình (nộisuy thô)

2 Một mức nội suy tinh xác, thực hiện tiếp theo nội suy tuyến tính giữa các

điểm trung gian này

1.1.3.3 Hệ thống đo đờng dịch chuyển

Đại bộ phận các máy NC làm việc bằng nguyên tắc liên hệ ngợc hay là đờngtác dụng kín, trong đó đờng dịch chuyển đợc một hệ thống đo thu thập định l-ợng

Độ chính xác của máy NC bởi thế phụ thuộc rất lớn vào hệ thống đo Ngoàiviệc thiết lập chi phí cho bộ điều khiển, đặc biệt là bộ so sánh trong modul điềukhiển, cũng do hệ thống đo xác định Có rất nhiều thiết bị đo đợc thiết kế chếtạo mà sự khác biệt giữa chúng chủ yếu do giải pháp kỹ thuật linh kiện Trên cơbản chúng đều dựa theo một vài nguyên tắc mà theo đó, ta có thể chia các hệthống đo đờng dịch chuyển thành nhóm sau đây:

- Theo hình thức truyền động, từ đó trích lấy các giá trị đo: kiểu đo tịnh tiếnhoặc kiểu quay

- Theo hình thức định lợng giá trị đo: kiểu số hoặc kiểu tơng tự

- Theo nguyên tắc đo: kiểu gia số hoặc kiểu tuyệt đối

1.1.3.4 Bộ so sánh

Nhiệm vụ của bộ so sánh là so sánh thông tin đờng dịch chuyển đa ra từ

ch-ơng trình (giá trị danh nghĩa) với đoạn dịch chuyển đo đợc trên máy (giá trịthực) Sự so sánh là 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 chênhlệch giữa giá trị cần và giá trị thực dần dần trở về 0 Cấu trúc của một bộ so sánh

đợc xác định trớc hết do nguyên tắc đo đờng dịch chuyển cũng nh dạng tín hiệu

điều khiển cần thiết Các bộ so sánh nh vậy về cơ bản cũng đợc phân chia nh cácnguyên tắc đo đờng dịch chuyển Ngoài ra còn có thể phân biệt theo dạng tínhiệu điều khiển truyền động Ta có:

- Bộ so sánh chỉ đa ra tín hiệu điều khiển khi giá trị danh nghĩa và giá trị thực

đồng nhất (tín hiệu đồng nhất)

- Bộ so sánh đa ra tín hiệu điều khiển liên tục chừng nào giá trị danh nghĩa vàgiá trị thực cha đồng nhất (tín hiệu sai khác hay tín hiệu chênh lệch).

Trong quá trình đi tới đồng nhất giữa giá trị danh nghĩa và giá trị thực, các tínhiệu sai khác nhỏ dần đi liên tục và hoàn toàn triệt tiêu khi gặp giá trị danhnghĩa – thực đọc đồng nhất và truyền động đạt tới trạng thái dừng

Bộ so sánh thứ nhất chỉ cho phép xây dựng một mạch điều khiển ngắt đo tínhiệu đồng nhất không có tính liên tục, do vậy chỉ đợc ứng dụng trong điều khiển

điểm hoặc điều khiển đờng

Trái lại, bộ so sánh thứ hai có tín hiệu chênh lệch liên tục cũng đợc dùng vàomạch điều khiển và điều chỉnh vị trí, và do đó có thể thiết lập hệ điều khiển phituyến

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 4mặt của một phôi có hình khối vuông mà không có tác động của con ngời Thiết

bị thay đổi dụng cụ tự động đa các dụng cụ cần thiết, điều khiển theo chơngtrình, theo thứ tự lần lợt, từ một ổ tích dụng cụ tới trục chính của máy và ngợclại (từ trục chính của máy trở về ổ tích dụng cụ) Khi các phôi chi tiết gia công,

đợc kẹp trên đồ gá lắp trên bệ phiến gá chuẩn (pallete), đợc chuyển tới vàchuyển đi tự động thì TTGC tơng ứng và hệ cung ứng phôi, dụng cụ tự động nhvậy sẽ tạo thành một tế bào gia công (Manufacturing Cell)

1.2.1.2 Phân loại TTGC

Ngời ta phân loại các TTGC theo dạng kết cấu của chúng nh sau:

- Theo vị trí của trục chính máy có: TTGC ngang, TTGC đứng

- TTGC có bàn toạ độ, nghĩa là chuyển động X/Y của phôi và chuyển động Zcủa dụng cụ

- TTGC có trụ đứng chuyển dịch, ở đây: dụng cụ thực hiện các chuyển độngX,Y và Z; còn phôi, tuỳ theo yêu cầu, nghiêng hoặc quay theo 1 hoặc 2 trục (ởcác trung tâm gia công 5 trục diều khiển số)

- TTGC có dầm ngang cố định hoặc chuyển dịch

Các dạng kết cấu này có một hoặc nhiều trục để có thể gia công đồng thờinhiều chi tiết giống nhau, đặc biệt ở dạng sản xuất hàng loạt lớn thờng sử dụngcác TTGC có hai, ba hoặc bốn trục chính, điều đó đòi hỏi phải có những đồ gákẹp nhiều phôi

1.2.1.3 Yêu cầu đặt ra đối với TTGC

TTGC điều khiển theo chơng trình số là phơng tiện thực hiện mục tiêu thôngqua gia công toàn bộ các chi tiết tơng tự với nhiều biện pháp công nghệ trongphạm vi một lần gá kẹp, đạt tới năng suất cao và tính kinh tế u việt Phạm vi ứngdụng của TTGC NC rất rộng lớn Để hoàn thành các nhiệm vụ công nghệ đặt ra,các TTGC NC phải thoả mãn những đòi hỏi sau đây:

- Thực hiện đợc nhiều biện pháp công nghệ khác nhau

- Bàn kẹp chi tiết phải có khả năng quay và lật để có thể thực hiện gia côngtrên nhiều mặt toạ độ Khi sử dụng một đầu lắp dụng cụ (đầu dao) có thểnghiêng theo phơng ngang hoặc đứng, có thể gia công cả trục NC thứ 5

- Thực hiện việc tự động đổi dao, đổi chi tiết để giảm bớt thời gian phụ hữuích

- Có kết cấu hai trục chính, một để thực hiện quá trình gia công thô và một đểthực hiện quá trình gia công tinh và tinh xác nhằm đảm bảo độ chính xác giacông cao

- Có thể thực hiện mọi công việc gia công (phay, khoan, tiện, cán phẳng, cắtren), với kết cấu mở rộng phù hợp có thể phay biên dạng, khoan nghiêng hoặctiện ren Tốc độ quay và tốc độ tiến dao phải đợc lập trình cho từng dụng cụ

- Các dụng cụ đợc đa vào ổ tích dao nối ghép với máy gia công, đợc truy cậptheo chơng trình và thay đổi vào trục chính của máy Kết cấu và khả năng thunhận của ổ tích dụng cụ (Tool Magazine) rất khác nhau Trong thực tế thờng sửdụng các ổ tích dụng cụ dạng băng xích, dạng đĩa tròn và dạng hộp cassette

(xem hình 1.6, 1.7).

- Có thêm các tay máy thay đổi phôi, thờng là thiết bị thay đổi bệ/phiến gá

(Pallete Changer), giảm thời gian dừng máy do phải thay đổi phôi gia công.

Việc gá kẹp và tháo dỡ phôi đợc thực hiện trong thời gian cắt vật liệu ở bênngoài phạm vi gia công của máy

- Những TTGC phức tạp hơn còn có thêm các thiết bị khác, nh có thêm bàntròn thứ hai quay đợc, có thêm đồ gá nghiêng dùng cho phôi, hoặc có thêm một

đầu lắp dao ngang hoặc đứng có thể điều chỉnh theo góc bất kỳ

Ngày nay, ngời sử dụng có thể lựa chọn TTGC từ nhiều dạng và cỡ kết cấukhác nhau Trớc hết cần lựa chọn giữa hai dạng kết cấu: trục chính thẳng đứng

và trục chính nằm ngang Trong khi TTGC có các trục chính thẳng đứng thờngthích hợp hơn với chi tiết gia công có dạng tấm, thì để gia công 4 hoặc 5 mặtcủa phôi có dạng khối vuông lại chủ yếu sử dụng các TTGC có trục chính nằmngang ở các máy có trục chính nằm ngang, chuyển động X (dọc) và chuyển

động quay chủ yếu do phôi thực hiện, chuyển động Y và Z do dụng cụ thựchiện Từ đó có các ký hiệu trục là X’ YZB’

ở các TTGC có trục chính thẳng đứng, chủ yếu có các chuyển động X”Y’ZA’,tức là chỉ có chuyển động thẳng góc của trục chính theo trục Z là do dụng cụthực hiện, còn lại do phôi thực hiện

Tính vạn năng của một TTGC chỉ đợc tận dụng nhờ điều khiển theo quỹ đạo,trong nhiều trờng hợp, điều khiển 2 1/2 D đã là đủ Do độ phức tạp của chi tiếtcơ khí tăng lên, những TTGC hiện nay cần có dạng điều khiển 3D, ít nhất là cáctrục có thể nội suy tuyến tính (Linear Interpolate) đồng thời Khi sử dụng một

đầu dao nghiêng phải nội suy đờng thẳng theo 3 trục đối với lỗ nghiêng Khidùng một đầu dao tiện mặt đầu còn có thêm một hoặc hai trục điều khiển NCkhác.

Các bảng giá trị hiệu chỉnh ứng với chiều dài dụng cụ, đờng kính dao phay,tuổi bền dao và chế độ cắt cho các dụng cụ là một yêu cầu thờng đợc đặt ra chophạm vi sử dụng có giới hạn

ở các máy mới hơn, hệ CNC cũng phải có khả năng lu trữ các thông số vềtrọng lợng dụng cụ, ký hiệu dụng cụ, biên dạng dụng cụ và những dữ liệu đặc tr-

ng khác, để có thể quản trị dụng cụ tốt

1.2.2 Các hệ thống thành phần của một TTGC

1.2.1.1 Hệ thống thay dụng cụ tự động

Nhiều máy NC yêu cầu sử dụng nhiều dụng cụ theo thứ tự gia công Các đầudao revolver từ lâu đã đợc sử dụng theo mục đích này, từ trớc khi có máy NC,

đặc biệt là ở các máy khoan và các máy tiện Sau một nguyên công, đầurevolver tự động xoay thêm một vị trí, các vị trí không lắp dụng cụ sẽ đợc nhảyqua ở các máy NC có đầu dao revolver, dụng cụ yêu cầu phải đợc lập trìnhthông qua vị trí tơng ứng của đầu dao revolver

Hạn chế ở đây là số lợng dụng cụ có trong một đầu dao revolver dùng chokhoan có giới hạn 6…8, vì nếu số dụng cụ nhiều hơn có thể có nguy cơ xảy ra va

đập giữa dụng cụ và phôi Với những thiết kế cải tiến, đầu dao revolver có thểlắp tới 18 dụng cụ Các máy tiện hiện nay còn sử dụng tới ba đầu dao revolverdạng đĩa tròn

ở những trung tâm gia công, số lợng các vị trí dụng cụ cần thiết lớn hơnnhiều, ở các trờng hợp đặc biệt là 100 hoặc nhiều hơn Vì vậy nhiều dạng kếtcấu ổ tích dao (Tool Magazine) khác nhau đã đợc thiết kế, chế tạo và sử dụng,

ví dụ : ổ tích dài, ổ tích dạng đĩa tròn, ổ tích vòng, ổ tích dạng xích, ổ tích dạnghộp băng casssete ở ổ tích dài nhiều dụng cụ đợc cắm hoặc treo thành một haynhiều hàng bên cạnh nhau, ổ tích dạng đĩa tròn đợc lắp đặt về hai phía bên cạnh,phía sau hoặc phía trên trục chính máy, ổ tích vòng (Ring Magazine) có kết cấugồm nhiều vòng tích dao (2 3) vòng tích dao bố trí đồng tâm nhau, các vòngtích dao này có khả năng quay độc lập với nhau, ổ tích dạng xích có kết cấu đơnhoặc kép, đợc bố trí về hai phía bên cạnh hoặc phía trên máy có thể nới rộng tuỳnhu cầu sử dụng, ở ổ tích dao dạng hộp casssete, nhiều hộp cassete thay đổi

nhau tiếp nhận dụng cụ Trên hình 1.6, 1.7 là một số TTGC có ổ tích dao dạng

đĩa, dạng xích

Cơ cấu thay đổi đầu khoan tự động là phơng tiện hỗ trợ để thực hiện các chứcnăng chuẩn bị các đầu khoan lớn hoặc các đầu khoan nhiều trục chính để sửdụng và thay đổi tự động khi gia công

Máy, ổ tích dao và đồ gá thay đổi tạo thành một kết cấu thống nhất Đối vớikhâu thay đổi dụng cụ giữa ổ tích dao và trục chính của máy cần có cơ cấu thay

đổi dụng cụ, gồm một tay đón đơn hoặc kép, cũng có thể thực hiện thay đổi trựctiếp dụng cụ từ ổ tích dao vào trục chính của máy mà không cần có thêm taytóm, giải pháp này có kết cấu đơn giản nhng lại cần nhiều thời gian để thực hiệnhơn

Hình 1.6 Trung tâm gia công 5 trục với ổ tích dao dạng đĩa

Hình 1.7 Trung tâm gia công 4 trục chính với ổ tích dao dạng xích

1.2.1.2 Mã hiệu dụng cụ và nhận dạng dụng cụ

Trên máy CNC, mỗi dụng cụ đợc đặc trng bởi một mã riêng Mã đó cùng vớicác thông số bù dao đợc lu trữ trong một cơ sở dữ liệu đặc biệt Bình thờng cácdao đợc lắp sẵn trên đầu dao, tại một vị trí xác định Khi dao đợc đa vào vị trílàm việc thì bộ điều khiển phải tham chiếu đến dữ liệu của nó để tính toán lợngbù.

Để mã hiệu dụng cụ có nhiều cách khác nhau, nhng trớc hết cần phải nhậnbiết u điểm và hạn chế của từng cách mã hiệu dụng cụ hiện đợc áp dụng Đó là:mã hiệu vị trí, mã hiệu dụng cụ theo cách cơ khí, mã hiệu dụng cụ theo điện tử,mã hiệu vị trí thay đổi

- ở cách mã hiệu vị trí, các vị trí trong ổ tích dao từ 1 đến n, đợc đánh số vàtrong chơng trình gia công chi tiết không phải là dụng cụ mà là vị trí đợc lậptrình Sau khi đợc sử dụng, từng dụng cụ lại trở về vị trí quy định của nó trong ổtích dao Ưu đIểm của cách này là: tìm kiếm vị trí nhanh, xác nhận vị trí năng

động bằng hệ thống thích hợp nh dùng cam mã hiệu dài hoặc dùng các dạngkhác; vì vậy, tốc độ tìm kiếm có thể cao; dụng cụ cỡ lớn có thể nhận vị trí bất

kỳ, các vị trí lân cận là để trống, hiện tợng va đập không xuất hiện Nhợc điểmcủa cách này là: khi thay đổi chơng trình phải xác định lại vị trí của các dụng cụtrong ổ tích dao theo nh chơng trình mới hay khi ghép nhóm chi tiết gia côngbất kỳ có thể xuất hiện các vấn đề, nếu theo chơng trình gia công lại có nhiềudụng cụ khác nhau nhận vị trí nh nhau; việc điền đầy ổ tích dao với những dụng

cụ cùng họ là một vấn đề phức tạp và chỉ có thể thực hiện đợc bằng các thủthuật đặc biệt trong hệ CNC

- Mã hiệu dụng cụ theo cách cơ khí là cách mà từng dụng cụ, ví dụ: ở cán hìnhtrụ của cơ cấu tiếp nhận dụng cụ có các vòng mã hiệu Ưu đIểm của cách nàylà: sắp xếp bất kỳ các dụng cụ trong ổ tích dao; số hiệu dụng cụ đợc lập trình;xác định vị trí của ổ dụng cụ trong ổ tích dao bất kỳ; các dụng cụ có thể đổi vịtrí cho nhau trong quá trình thay đổi Hạn chế của cách này là: tốn thời gian và

có sai số khi lắp ghép các vòng mã hiệu, cơ cấu giữ dụng cụ đắt tiền với thiết bịmã hoá; cơ cấu giữ đợc mã hoá không có khả năng sử dụng cho mọi loại máy;xác nhận dụng cụ kém năng động, vì vậy có tốc độ tìm kiếm thấp của ổ tíchdao; thời gian tìm kiếm dài, vì quãng đờng ngắn nhất không đợc biết Để tránh

điều đó, các dụng cụ có thể đợc sắp xếp theo số hiệu tăng dần và những vị trí

đó phải đợc giữ nguyên Nếu sử dụng các dải mã hiệu mỏng dán lên dụng cụ đểthay cho các vòng mã hiệu thì cũng không khắc phục đợc vấn đề đó Mặt khác,các dải mã hiệu lại dễ bị bong ra do tác động của chất làm mát

- ở cách mã hiệu dụng cụ điện tử, từng vị trí tiếp nhận dụng cụ nhận đợc mộtcon chíp điện tử để nhớ số hiệu dụng cụ hoặc các dữ liệu dụng cụ Ưu điểm củacách này là: quá trình mã hoá và đọc đợc thực hiện tự động, không có tác độngbằng tay, ít có sai số, từng dụng cụ mang tất cả dữ liệu hoặc mang số hiệu dụng

cụ Trong trờng hợp này, máy tính sau khi đọc số hiệu dụng cụ sẽ cung cấp mọidữ liệu dụng cụ thông qua đờng dẫn dữ liệu tới hệ CNC Hạn chế của cách nàylà: đắt hơn vì trong từng vị trí tiếp nhận phải lắp đặt một con chíp để nhớ; ở từngmáy cần có một trạm ghi và đọc Dữ liệu chỉ đợc đọc một lần khi nạp một dụng

cụ vào ổ tích dao Sau đó hệ CNC đảm nhận việc xử lý dữ liệu dụng cụ đã thay

đổi tới con chip dữ liệu hoặc tới máy tính mới đợc thực hiện

- Với cách mã hiệu vị trí thay đổi, ngời vận hành máy nạp từng dụng cụ vàotừng vị trí bất kỳ trong ổ tích dao và cung cấp thông tin này cho hệ CNC HệCNC tiếp nhận ngay và thực hiện tiếp khâu quản trị dữ liệu Cách này ngày càngchiếm u thế vì nó tận dụng các tính chất u việt của hệ điều khiển số và tránh các

điểm hạn chế Ưu điểm của cách này là: sử dụng các dụng cụ không mã hoáhoặc các dụng cụ mã hoá đIện tử, tận dụng cách mã hiệu vị trí tin cậy của ổ tíchdao, lập trình số hiệu dụng cụ trong chơng trình, tiến trình tìm kiếm với quãng

đờng ngắn nhất, thời gian thay đổi dụng cụ ngắn vì dùng tay tóm kép trao đổihai dụng cụ giữa vị trí ở ổ tích dao và vị trí trục chính Điều kiện ứng với cáchmã hiệu vị trí thay đổi là một hệ CNC có hệ phần mềm cần thiết Hệ CNC nàyphải:

• 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 dữliệu 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 tìmkiếm tới một trạm lấy dụng cụ và hiển thị số hiệu dụng cụ để kiểm tra

• Giữ chỗ cố định cho các dụng cụ quá cỡ và để trống các chỗ bên cạnh

1.2.1.3 Thay đổi phôi và chi tiết gia công

Với thiết bị thay đổi phôi và chi tiết gia công tự động có thể tránh đợc thờigian phụ để điều chỉnh, kẹp chặt, gá lắp, tháo dỡ phôi, chi tiết gia công bằngcách thực hiện các thao tác đó ở ngoài phạm vi thời gian cắt vật liệu Tiền đề ở

đây là máy đợc trang bị một cơ cấu thay đổi pallete (Pallete Changer) Pallete

là phơng tiện mang phôi, trên mặt đế có các bề mặt và các phần tử chức năng để

định vị và kẹp chặt một cách chính xác lên bàn của trung tâm gia công Cácpallete này đợc thiết bị thay đổi chuyển tự động từ trạm chờ tới phạm vi giacông của máy và sau khi gia công xong chi tiết lại đợc chuyển đi Nhờ vậy, cácphôi đợc thay đổi chỉ trong vài giây Khi có thêm ổ tích pallete (Pallete Pool)hoặc hệ vận chuyển khép kín có thể tự động thay đổi phôi và chi tiết trong thờigian gia công dài bất kỳ

Thay đổi pallete tự động là điều kiện bắt buộc đối với giải pháp tích hợp hoácác trung tâm gia công để thiết lập các hệ thống gia công linh hoạt Đối vớinhững trờng hợp ứng dụng này, các pallete phải đợc trang bị thêm các hệ thốngmã hiệu nạp và đọc tự động, chẳng hạn để có thể cho biết trớc số hiệu phôi hoặcchi tiết, số hiệu máy và thứ tự cần đảm bảo khi gia công trên máy CNC

ở các thiết bị mã hoá này còn có yêu cầu phải tạo khả năng xác định rõ saukhi gia công là các pallete đã qua các máy nào trong hệ thống gia công linhhoạt Yêu cầu này là cần thiết để khi có sai số gia công xuất hiện, khi giới hạndung sai bị vợt qua hoặc có phế phẩm thì ngời vận hành máy dễ dàng phát hiện

ra máy hoặc dụng cụ gia công nào có sai số

1.2.1.4 Hình thức tổ chức dòng lu thông dao cụ tự động hoá

Tự động hoá dòng lu thông dao cụ đợc thực hiện theo hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: điều chỉnh các dao cắt và nạp chúng vào ổ tích dao Giai đoạn

này thờng đợc tiến hành bằng tay hoặc cơ khí hoá và tự động hoá từng phần.(mài dao để bảo đảm các góc cạnh và bề mặt của từng phần tử cắt hoặc lắp ghépcác mảnh cắt vào một thân dao tổ hợp )

Giai đoạn 2: lấy dao đã gia công từ ổ kẹp dao trên trục công tác nạp trở lại ổ

tích dao và thay vào ổ kẹp dao của trục chính một con dao khác đến lợt giacông Đây là giai đoạn đổi dao trên máy Nó đợc thực hiện tự động hoá mộtcách triệt để Kết cấu và nguyên tắc hoạt động của các cơ cấu đổi dao chịu ảnhhởng của những yếu tố sau đây:

- Số lợng dao đòi hỏi trong quy trình công nghệ

- Không gian chuyển đổi giữa trục chính và ổ tích dao

- Thứ tự dao cụ, cách sắp xếp, địa chỉ và mã hoá địa chỉ của chúng trong ổ tíchdao

- Lợng điều chỉnh dao hoặc điều chỉnh sai lệch của dao thực hiện trên máytrong quá trình điều khiển máy

Nhằm mục đích hạn chế đến mức thấp nhất các chi phí cho các thiết bị đổidao tự động, cần thiết phải xác định số lợng dao cụ trên mỗi trạm công nghệ lànhỏ nhất nh có thể ở đây, đặt ra vấn đề hợp lý hoá giữa số lợng dao trong ổtích dao với năng tính kỹ thuật của mỗi trung tâm gia công ngay từ giai đoạnthiết kế

Những đầu revolver hình sao hoặc hình trống thờng bị hạn chế về khả năngtích dao Đầu revolver hình sao đợc thiết kế cho khu vực điều chỉnh kẹp dao,hoặc đợc lắp vào ụ trục chính nhiều trục công tác

(hình vẽ)

Khi cần tích luỹ nhiều dao cụ, ta thờng dùng các kết cấu phù hợp: ổ tích luỹdao dạng đĩa ổ tích dao nhiều tầng, ổ tích dao dạng xích và các kết cấu khác Các dạng ổ tích luỹ dao đợc phân biệt bởi các tiêu hao cho chuyển động đi tới

vị trí dao, các nhu cầu về chỗ xếp đặt dao, số lợng các chuyển động và chiều dàicủa con đờng vận chuyển dao cụ Kết cấu đổi dao chình bày nh trên hình thựchiện theo nguyên tắc thời gian đổi dao tính vào thời gian nguyên công Trụcchính khi đổi dao phải đứng yên Trái lại ở các máy có kết cấu hai trục chínhhình, trục bên trên đợc thay dao trong khi trục phía dới đang thục hiện thời giancơ bản, và do đó thời gian nguyên công chỉ tính thêm khoảng đóng mạch đổi

đầu dao rơvonve Giải pháp có u điểm đặc biệt là những đầu khoan nhiều trục,trong đó có thể đổi đồng thời nhiều dao cùng lúc nh hình mô tả

Trong mặt tờng của giá tích luỹ Palette 2 có một trung tâm tàng trữ dao cụ.Trung tâm này đợc nối ghép với các xích trữ dao thông qua một xe chuyển dao.Một tổ chức phân phối nh vậy cho phép thực hiện mang chuyển bất cứ dao cụnào tới bất cứ máy nào

Trong dòng lu thông dao cụ, việc xếp đặt dao và địa chỉ hoá vị trí của chúng làmột vấn đề quan trọng Các phơng án xếp dao trong ổ tích luỹ có thể thực hiệntheo nhiều quan điểm khác nhau:

- Xếp đặt dao theo trình tự các nguyên công gia công Những dao cụ giốngnhau trong những bớc nguyên công khác nhau đợc lặp lại trong ổ tích dao nhiềulần để tránh vận chuyển phức tạp Khi nạp dao lần đầu tiên vào ổ tích dao, cầnphải có một sự chú trọng, cẩn thận tuyệt đối để tránh nhầm lẫn thứ tự dùng daotrong quy trình công nghệ

- Xếp đặt dao theo thứ tự chỗ đặt trong ổ tích dao (hình vẽ)

Số thứ tự vị trí trong ổ = số thứ tự dao cụ: mỗi con dao có một vị trí cố địnhcủa nó trong ổ tích luỹ Ta gọi là sự mã hoá địa chỉ theo vị trí của ổ tích dao

- Xếp đặt dao theo thứ tự bất kỳ Các dao cụ đợc mã hoá Một thiết bị đọc, đọctrên các vòng mã hoá, chọn ra con dao gia công ở bớc tiếp theo Việc nạp daolần đầu tiên hoặc nạp dao trở lại đều có thể thực hiện bất kỳ

1.2.1.5 Tổ chức dòng lu thông chi tiết

Về nguyên tắc, cấu trúc của các hệ thống tự động linh hoạt chịu ảnh hởng trựctiếp bởi phơng thức tổ chức dòng chi tiết trong hệ thống máy Những yêu cầuphải quán triệt khi chọn lựa phơng án tổ chức dòng chi tiết là:

- Có con đờng vận chuyển ngắn nhất

- Có tính linh hoạt trong thứ tự các nguyên công gia công

- Có mức độ chất tải tối u đối với các trạm gia công

- Có thời gian thông thoát chi tiết ngắn nhất

- Có điều kiện phục vụ nhiều máy thông qua thiết bị chuyển đổi

- Có giá thành chế tạo rẻ

Nghiên cứu các hệ thống TĐLH hiện có trên thế giới, ta thấy rõ trong nguyêntắc tổ chức dòng chi tiết có ba phơng án cơ bản và một phơng án mở rộng

a- Hệ thống máy với nguyên tắc “ nối ghép thay thế “

Hình ( ) trình bày sơ đồ nguyên tắc của phơng án nối ghép này

Hình Hệ thống máy nối ghép theo nguyên tắc thay thế

Cả trong phơng án đặt các trạm công nghệ trên đờng thẳng hoặc đờng tròn,

Ra L2 Mn

đặt ra đơn giản, tạo điều khiện cho các cơ cấu vận chuyển và trao đổi phôi liệu

dễ dàng phục phụ nhiều máy Các trạm gia công đợc chất tải cao về thời gian,tuy nhiên việc sử dụng các tính năng kỹ thuật của chúng không đợc triệt để Nóicách khác tính linh hoạt của hệ thống bị hạn chế một cách đáng kể

b - Hệ thống máy với nguyên tắc “Nối ghép bổ sung“

Hình Hệ thống máy theo nguyên tắc nối ghép bổ sung“ ”

Hình mô tả nguyên tắc tổ chức của hệ thống ở đây có thêm mối quan hệtrao đổi phôi liệu hoặc bán thành phẩm giữa các trạm công nghệ khác nhau.Một trình tự công nghệ đi qua các trạm đợc xác định từ chơng trình điều khiển,chi tiết sẽ đợc gia công hoàn thiện trên đờng lu thông của chúng, các trạm côngnghệ “ bổ sung “ những khả năng kỹ thuật cho nhau, cùng tham gia gia cônghoàn thiện cho chi tiết Theo đó những yêu cầu điều hành dòng chi tiết đặt racho hệ thống điều khiển sẽ phức tạp hơn, tuỳ thuộc số trạm công nghệ có mặttrong hệ thống và số địa chỉ mà một tiến trình công nghệ phải đi qua Khả năngphục vụ nhiều máy của các cơ cấu vận chuyển và trao đổi phôi liệu bị hạn chế

ở một mức độ nhất định, việc phân chia các nhiệm vụ gia công trên các trạmcông nghệ phải đạt đợc những thời gian chu kỳ xấp xỉ nhau Với nguyên tắc nốighép này, hệ thống máy tỏ ra có tính linh hoạt cao hơn, các trạm công nghệ đợckhai thác triệt để hơn những tính năng kỹ thuật của chúng

c - Hệ thống máy với nguyên tắc “nối ghép tổ hợp“

Hình 1 Trình bày sơ đồ nguyên tắc nối ghép hệ thống, trong đó tồn tại bất

cứ một mối quan hệ trao đổi nào Đây là hệ thống máy có tính linh hoạt cao hơncả so với hai hệ thống vừa mô tả

Các trung tâm gia công vừa đợc chất tải cao về mặt thời gian, vừa có điềukhiện phát huy triệt để năng tính kỹ thuật của chúng Các phơng tiện vận chuyển

và trao đổi phôi liệu có điều kiện phục vụ nhiều máy Hiện nay, các hệ thốngmáy TĐLH chủ yếu đợc thiết lập theo nguyên tắc nối ghép này

Hình Hệ thống máy theo nguyên tắc nối ghép tổ hợp

d - Hệ thống máy với nguyên tắc “nối ghép mở rộng“

Hình Hệ thống máy theo nguyên tắc nối ghép mở rộng (L3: kho trung gian)

Theo nguyên tắc nối ghép này, nhờ có thêm các ổ tích luỹ trung gian-đảmnhiệm địa chỉ “trung chuyển“–mà tính linh hoạt của hệ thống máy đợc nângcao thêm một mức, đặc biệt là linh hoạt về mặt thời gian ở đâu dòng lu thôngchi tiết “chảy“ nhanh thì đã có ổ tích luỹ trung gian điều hoà, tránh đợc hiện t-ợng ứ tràn hoặc bế tắc trong lu thông chung của dòng chi tiết trong hệ thốngmáy Trình tự công nghệ có thể là bất kỳ, chu kỳ thời gian của mỗi công đoạnkhông cần gò ép để đạt tính xấp xỉ, trái lại có thể tuỳ ý khai thác tối đa 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

hình 1.2.2.4 Hệ thống máy theo nguyên tắc " nối ghép tổ hợp "

P

M1 M2 Mi Mn-1 Mn

R P

1.3.1 Giới thiệu

Trung tâm gia công CNC DMU 60T là một trong những loại TTGC vào loạihiện đại nhất nớc ta hiện nay Phần cứng do hãng DECKEL MAHO chế tạo, sửdụng phần mềm đợc tích hợp trong bộ điều điều khiển TNC 426 của hãngHEIDENHAIN DMU 60T đợc chế tạo theo các công nghệ cao nhất và thoảmãn đợc tất cả các tiêu chuẩn về chất lợng, các đặc tính kỹ thuật cũng nh cáctiêu chuẩn về an toàn quốc tế Nhìn chung, TTGC DMU 60T có thể thoả mãn đ-

ợc các thao tác bằng tay cũng nh tự động

Hình 1.7 Trung tâm gia công DMU 60T

1.3.2 Phạm vi sử dụng

TTGC DMU 60T có thể đợc sử dụng để thực hiện các công việc sau đây:

1 Phay (theo tiêu chuẩn DIN 8589)

- Khoả mặt đầu

- Khoan và doa lỗ

- Tarô và cắt ren ngoài

- Khoan và doa theo toạ độ

- 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

đ-ợc phép gia công nếu cha có các biện pháp an toàn đđ-ợc áp dụng

DMU 60T đợc trang bị kèm theo một số lợng lớn các thiết bị cũng nh phụtùng đặc biệt nh: đầu phay đứng, đầu phay cao tốc 30 000 vòng/phút, thiết bị tảiphoi, bôi trơn và làm mát Đặc biệt, TTGC còn đợc trang bị một ổ tích dao vớidung lợng tới 25 ữ 40 dụng cụ, tay máy để thay đổi dụng cụ và hệ thống khí nén

và thuỷ lực nhằm phục vụ cho việc thay đổi và kẹp chặt dụng cụ, các loại bànmáy vạn năng cũng nh bàn quay, các thiết bị đo tích cực và thiết bị đo hiệuchỉnh dụng cụ

1.3.3 Các thông số kỹ thuật của máy

1.3.3.1 Truyền dẫn chính

- Động cơ servo AC điều khiển kỹ thuật số

- Hộp tốc độ hai cấp tốc độ, tự động thay đổi tốc độ

- Phạm vi điều chỉnh tốc độ

Chuẩn [vòng/phút] 20 ữ 6300 vòng/phút

Khoảng chọn [vòng/phút] 20 ữ 8000 vòng/phút

ở chế độ cài đặt [vòng/phút] 20 ữ 800 vòng/phút

1.3.3.2 Truyền dẫn chạy dao

Các động cơ ở truyền dẫn chạy dao cho cả ba trục X,Y,Z là các động cơ điện

- Chế độ cài đặt cho cả 3 trục 20 ữ 2000 mm/phút

1.3.3.3 Hệ thống đo đờng dịch chuyển

- Độ phân giải

Cho các trục X,Y,Z0,001 mm

Hình 1.8 Thân bơm phun

DMC 60H đợc chế tạo bởi trung tâm gia công DMU 60T

- Gia số nhỏ nhất 0,001 mm

- Sai lệch vị trí theo các phơng X,Y,Z 0,010 mm

- Hành trình làm việc (khoảng dịch chuyển)

1.3.3.4 Các thông số khác

- Trục chính kẹp chặt bằng thuỷ lực SK 40/HSK-E50

- Bộ đổi dụng cụ và ổ chứa dụng cụ SK

ổ chứa dụng cụ số lợng: 25 dụng cụ

Đờng kính lớn nhất của dụng cụ trong ổ

Với tất cả các vị trí đều có dụng cụ 80 mm

Với dụng cụ đặt cách quãng 160 mm

Chiều dài lớn nhất của dụng cụ

Với bộ đổi dao tự động 8 kgKhối lợng lớn nhất của toàn bộ dụng cụ có thể chứa đợc trong ổ cha dụng

Góc quay của bàn máy theo phơng thẳng đứng 360o

Góc nghiêng bàn máy so với trụ đứng ± 45o

Tỷ số truyền

Độ phân giải của bộ hiển thị số của chuyển động quay 0,001o

Độ phân giải của bộ hiển thị số của chuyển động quay 0,001o

Khối lợng bàn máy mà bàn máy có thể mang đợc

Trung tâm gia công có phạm vi biến đổi tốc độ rộng R =

- Tại các dải tốc độ từ 221 – 4117 vòng/ phút của trục chính thì công suất

đợc sử dụng 100% công suất và mô men xoắn nhỏ hơn mômen xoắn giớihạn Mômen xoắn giới hạn đạt đợc giải tốc độ từ 20 – 221 vòng/phút củatrục chính.( Giá trị mômen xoắn giới hạn của trục chính bằng 561.7 Nm )

- Điều này khá hợp lí khi thiết kế bởi Mx tỉ lệ thuận với Công suất N của

động cơ và tỉ lệ nghịch với số vòng quay của trục, Mx cứ tăng khi côngsuất truyền động là không đổi còn số vòng quay cứ giảm Để đảm bảocho Mx luôn nhỏ hơn giá trị Mx giới hạn thì ta chọn giải pháp giảm Côngsuất truyền dẫn để đợc một tỉ số là không đổi

- Động cơ AC vô cấp tốc độ điều khiển bằng bộ biến tần đợc phân thànhhai giải tốc độ nh đã nêu ở trên, các giải tốc độ này đợc thiết kế tơng ứngHình : Đồ thị quan hệ mômen – công suất – số vòng quay của truyền động

chính

với các công suất động cơ nhất định một phần để tiết kiệm, tăng tuổi thọcủa máy,…

- Mức độ phức tạp của truyền dẫn thấp Hiệu suất chung của truyền dẫncao, và độ phức tạp khi sửa chữa phần cơ khí thấp

- Mức độ tự động hoá cao do sử dụng bộ phận tự động thay đổi tốc độ bằng

hệ thống điều khiển điện – thuỷ lực

1.3.4.1 Động học truyền dẫn chạy dao:

Truyền dẫn chạy dao trong TTGC DMU60T có các tính chất giống vớitruyền dẫn chạy dao của các máy CNC thông thờng nh:

- Có tính động học rất cao: nếu các đại lợng dẫn biến đổi, thì bàn máy phảitheo kịp biến đổi đó trong thời gian ngắn nhất

- Có độ ổn định số vòng quay cao khi các lực cản chạy dao biến đổi, cầnhạn chế tới mức thấp nhất ảnh hởng của nó tới tốc độ chạy dao Ngay cảkhi tốc độ là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo chuyển động êm đều

- Phạm vi điều chỉnh số vòng quay là cao nhất có thể đợc

Chuyển động chạy dao có thể thực hiện trên cả 4 trục ( ba chuyển độngtịnh tiến theo cả ba trục toạ độ và một chuyển động quay) Các chuyển động này

đều dùng các nguồn động lực riêng biệt Qua bộ truyền đai răng có tỉ số truyềnbằng 1/2 và tới bộ truyền vít me đai ốc bi để thực hiện chuyển động tịnh tiếncủa bàn máy theo trục Đờng truyền ngắn cơ cấu di động dùng vít me đai ốc bicho 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 mộtvài dòng CNC trớc đó):

- Động cơ cho chuyển động chạy dao không dùng các động cơ bớc hoặc

động cơ một chiều nh các máy CNC truyền thống, mà sử dụng động cơ xoaychiều AC kỹ thuật số có phản hồi ( sử dụng bộ biến tần trong mạch , đảm bảo đ-

ợc độ chính xác của tốc độ động cơ rất cao)

đã có mặt nhiều và ngày càng đợc a chuộng ở Việt Nam Họ điều khiển TNC426/430 có nhiều kiểu, chúng khác nhau chủ yếu ở khối điều khiển logic (LogicUnit) và phần mềm Sau đây, bộ điều khiển TNC 426 đợc trình bày

Với TNC 426 ta có thể lập trình phay, khoan, doa theo phơng pháp truyềnthống ngay trên máy một cách dễ dàng nhờ các giao tiếp hội thoại dễ hiểu vớingời dùng Ngoài ra, trong bộ điều khiển này còn có một đĩa cứng dung lợnglớn, do đó có thể lu giữ một khối lợng chơng trình khổng lồ Để hỗ trợ cho tínhtoán nhanh, các bộ điều khiển TNC còn cho phép “gọi” một máy tính hiện lêntrên màn hình Bàn phím và màn hình đợc thiết kế sắp xếp hợp lý khiến cho việc

sử dụng các chức năng rất dễ dàng

Họ TNC cho phép lập trình bằng 2 ngôn ngữ: ISO và hội thoại (Heidenhain

Conversational Format) Khác với ISO, dùng mã G để mô tả chuyển động thì

ngôn ngữ HEIDENHAIN dùng ngôn ngữ giao thoại thông thờng (English-likelanguage) nên dễ hiểu Ví dụ, chỉ thị chạy dao cung tròn từ điểm (10,20) đến

điểm (70,20) theo chiều kim đồng hồ, với lợng chạy dao 100 mm/ph đợc viếtbằng mã ISO:

gia công HEIDENHAIN cũng quan tâm cung cấp tối

đa công cụ trợ giúp đồ hoạ cho ngời lập trình Chức năng AUTO DRAW cho phép hiển thị contour ngay sau khi gõ lệnh Nó cũng có thể vẽ contour cho cả hay một phần chơng trình, thậm chí hiện cả số thứ tự của dòng lệnh lên hình vẽ Ta có thể tiến hành chạy mô phỏng ch-

ơng trình vừa lập đợc trợc khi quyết định có cho gia công thực hay không Ngoài ra ngời dùng còn có thể lập hoặc sửa đổi một chơng trình trong khi máy đang làm việc với chơng trình khác TNC 426 còn tơng thích tốt với các bộ điều khiển TNC 150B và các phiên bản 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 360, Sinumerik 410, Sinumerik 420, Fanuc O-M) với đặc điểm chính là sửdụng các modul phần cứng truyền thống: MPU, PLC, Drivers, Interface, Chúng có u điểm chính là đợc tiêu chuẩn hoá cao nên tin cậy, có u thế khi làmviệc trong hệ thống sản xuất tự động hoá Nhợc điểm chính của chúng là dựavào các bộ vi xử lý 8 và 16 bít nên độ phân giải điều khiển thấp, giao diện kém(màn hình đen trắng hoặc mầu với độ phân giải thấp), dung lợng bộ nhớ nhỏ (th-ờng dùng RAM) nên lu đợc quá ít chơng trình

- CNC trên nền PC (PC - Based), thực chất là hệ gồm PC và phần mềm môphỏng các chức năng của CNC Các bộ điều khiển kiểu này tận dụng đợc mọi uthế của PC, nh rẻ tiền, giao diện tốt (do dùng bộ điều khiển 32 bit, hệ điều hànhWindows), dung lợng bộ nhớ lớn (dùng cả ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, RAM) Tuynhiên, trong thuở phát triển ban đầu, độ tin cậy và tính chuẩn hoá của chúng cònthấp Mặt khác, chúng cũng mắc các bệnh thờng gặp của PC, nh Virus, lỗi đọcổ,

Sự tơng phản giữa CNC truyền thống và PC-based có thể thấy trong các sảnphẩm của hãng Bridgeport (Mỹ) Bên cạnh các trung tâm gia công, nhVMC1000/22, VMC1000/30 dùng hệ điều khiển Heidenhain hoặc Fanuc, hãngsản xuất cả các máy CNC rẻ tiền, điều khiển bằng PC, nh V2XT

Máy V2XT, đợc điều khiển bằng PC TTGC VMC1000/30 với hệ điều khiển

Heidenhain 32 bit

Xu hớng xích lại gần nhau của hai dòng CNC đang thể hiện ngày càng rõ Mộtmặt, 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 côngnghiệp nh phần cứng đã thực hiện Mặt khác, các CNC truyền thống đợc "PChoá" 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 phần cứng, nhPLC, Driver thì đợc giữ lại Các hệ "lai" khắc phục đợc nhợc điểm của cả CNCtruyền 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 tính năng mới, nh mô phỏng hoặc trợ giúp đồ hoạ 3D với độ phân giải cao Độ sâu màu của các bộ điều khiển hiện có không chỉ dừng ở 256 (8 bit) mà đã đợc nâng tới 16 hoặc 32 bit Giao diện truyền thông của chúng không chỉ có RS232 mà còn cả các giao diện mạng, trong đó

có Internet.

- Việc giữ lại và nâng cấp các modul điều khiển cơ bản trong phần cứng, màhiện nay phần mềm cha thay thế đợc, đảm bảo tính năng kỹ thuật và độ tin cậycao

- Các phần mềm hệ thống, nh hệ điều hành, modul nội suy và điều khiển, đợcnạp trong ROM nên không bị virus tấn công nh trong PC Trong khi đó, chơngtrình PLC, các tham số máy, dữ liệu máy và dụng cụ, chơng trình NC, đợc trữtrong ổ cứng dung lợng lớn nên không bị hạn chế nh chứa trong RAM nh trongCNC truyền thống

- Tuy tính năng đợc cải thiện vợt bậc, nhng giá cả của CNC đang có xu hớnggiảm Có đợc điều đó, một phần nhờ thay thế một loạt modul phần cứng trớc

đây bằng các cấu linh kiện thông dụng của máy tính Thực tế, có thể quan niệmCNC là một máy tính công nghiệp chuyên dùng

Đại diện cho xu hớng cách tân trên là hai hãng sản xuất hàng đầu thế giới:Heidenhain và Siemens, với các sản phẩm điển hình TNC426/430 (củaHeidenhain) và Sinumerik 840D (của Siemens) Bảng sau liệt kê các thông số kỹthuật cơ bản của hai bộ điều khiển này Bên cạnh đó, có các thông số kỹ thuậtcủa NUM 1060 (Pháp), một bộ điều khiển trên nền PC có thể dùng để so sánh

10 ữ 0.01 àmGóc 10 ữ 0.01o

5 trục

2 trục3DLợng chạy dao max

(m/ph) 60 / 300 1000 khi độphân giải 0.1

àmTốc độ trục chính (v/ph) 12000 / 24000 0.1 ữ 99000

- RS 232

- Mở rộng vớiprotocol LSV2

- RS 232

Ngôn ngữ lập trình - Heidenhain

- ISO - DIN 66024,66025, 66217

- ISO/R 1057,1058

- ISO

Chế độ làm việc Manual, MDI,

Automatic, Edit,Simulation,Logic Test

JOG, MDA,Automatic,Edit,

Simulation,Dry Run, Teach

in, Repos,Block SearchTrợ giúp lập trình

- Tự động tính F, S theo vật

liệu dao, phôi

- Giảm F khi khoan xuống

- Có

- Không

- KhôngLặp và chơng trình con

- Khoan sâu

- Taro với đầu cứng

- Taro với đầu tuỳ động

- Hốc theo contour bất kỳ

- Chuyển toạ độ, đối

- Không

- Không

1 hình chiếuOption

- Có

- Không

- 3D khung dây

- KhôngHiển thị đồ hoạ khi gia

Tính thời gian gia công Khi test Không Không

Dừng và gia công (repos) Tự tìm điểm Repos Không

Tuy có những cải tiến, các họ điều khiển vẫn thể hiện đợc những điểm mạnhtruyền thống của nhà sản xuất, ví dụ:

Bộ TNC 426:

- Vẫn thể hiện quan điểm thiết kế có định hớng phân xởng, cụ thể dùng ngônngữ hội thoại (conversational), gần với tiếng Anh thông dụng Bàn phím đợcthiết kế rất hợp lý (chia nhóm chức năng rõ ràng, số phím ít mà vẫn đảm bảo đủchức năng, lập trình kiểu hỏi đáp theo chức năng, cho phép hạn chế tối đa số lầnbấm phím và sai sót khi lập trình

- Các chức năng bắt toạ độ hiện thời giúp cho việc thiết đặt hệ thống (gốc toạ

độ, kích thớc dao) đợc dễ dàng

- Phơng thức mô phỏng phong phú (1 hình chiếu, 3 hình chiếu, 3D)

- Kỹ thuật lập trình tham số; lớp các hàm số học, siêu việt và logic; th viện các chu trình chuẩn và SL

(Subcontour List), OEM (Original Equipment

Manufacturer's Cycles) là nét đặc sắc vốn có của công

cụ lập trình Heidenhain Thế mạnh đó đợc bổ sung thêm trợ công cụ giúp đồ hoạ 3D mới khiến cho TNC426

càng đợc a chuộng.

Bộ Sinumerik 840D:

- Sản phẩm của Siemens có u điểm về độ phân giải, khoảng và tốc độ chạy dao.Hơn nữa, các chức năng Teach in, Block search, Repos là những u thế vốn cócủa các hệ trớc, nay đợc hoàn thiện hơn trong Sinumerik 840D

- Khác với các hệ trớc, Sinumerik 840D đợc bổ sung thêm khá nhiều tiện íchmới, nh các hàm số học, siêu việt và logic, trợ giúp và mô phỏng đồ hoạ 3D, Song đáng tiếc là các tiện ích này đều đợc cung cấp theo yêu cầu riêng (option)

- Giao diện và công cụ lập trình của các sản phẩm Siemens (nh Sinumerik 820) vốn đã không hấp dẫn và rối rắm nay càng rối rắm hơn, do bàn phím quá nhiều phím, lạm dụng phím mềm (softkey), chia màn hình ra

quá nhiều cửa sổ (tới 17 vùng).

Vì những đặc điểm trên, các sản phẩm của Siemens nói chung và Sinumerik840D nói riêng thích hợp hơn khi dùng công cụ trợ giúp lập trình mạnh, nhCAD/CAM.

So với các bộ điều khiển khác thì TNC 426 có mặt mạnh, mặt yếu Tuy nhiên

ở các thế hệ sau này, những mặt yếu đó đang đợc khắc phục dần đần Những u

điểm về khả năng hỗ trợ lập trình, mô phỏng, điều khiển đã khiến cho TNCngày càng đợc sử dụng rộng rãi hơn trên thế giới Do tính ngày càng phổ biến

đó và cũng do yêu cầu của đồ án, tôi chọn TNC 426 để nghiên cứu và giới thiệutrong chơng này

Màn hình, bàn phím và tay quay điện tử của TNC 426

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.

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 cụ Trong chế độ làm việc

này ta có thể dịch chuyển các trục

máy, nhập dữ liệu hay xoay mặt

phẳng gia công nhờ các phím bấm

trên bàn phím

Với chế độ làm việc dùng tay quay

điện tử ta có thể dịch chuyển các trục

máy bằng tay quay điện tử

2.2.2 MDI (Manual Data Input)

Chế độ làm việc này cho phép ngời

những lỗi do xung đột hình học, do nhập dữ liệu thiếu hoặc không đúng, sự viphạm không gian gia công Chế độ làm việc này cho phép mô phỏng bằng đồhoạ với nhiều chế độ hiển thị khác nhau trớc khi gia công thật.

2.3 Lập trình với TNC 426

2.3.1 Cơ sở điều khiển số

2.3.1.1 Bộ mã hoá vị trí (encoder) và điểm chuẩn

Các trục máy đợc gắn các encoder (thẳng hay quay)

để giám sát vị trí của bàn máy hoặc dao cắt Khi một trục nào đó chuyển động thì encoder tơng ứng sẽ phát ra một tín hiệu điện TNC nhận tín hiệu này và tính toán ra

vị trí chính xác thực của máy.

Nếu chẳng may bị ngắt điện thì vị trí tính toán sẽ không còn tơng ứng với vị trí thực của trục máy nữa Khi có điện trở lại, TNC có thể thiết lập lại mối quan hệ này dựa trên các vạch chuẩn trên encoder Trên các thớc của encoder có 1 hay nhiều vạch chuẩn để truyền tín hiệu tới TNC mỗi khi tia sáng đi qua nó Từ tín hiệu này

mà TNC nhận biết vị trí thực của bàn máy tơng ứng với

vùng nào trên thớc đo.

Các encoder thẳng thờng đợc dùng cho các chuyển động thẳng Các bàn quayhay trục nghiêng dùng các encoder quay Nếu trên thớc chỉ có một vạch chuẩnthì hệ thống chỉ có một điểm chuẩn (reference) duy nhất Trong trờng hợp đó,quãng đờng cần thiết để bàn máy chạy tới điểm chuẩn thờng dài Khi dùngnhiều vạch chuẩn, quãng đờng để bộ CNC tìm đợc vạch chuẩn không vợt quákhoảng cách giữa 2 vạch cạnh nhau Ví dụ, encoder của Heidenhain có khoảngcách giữa 2 vạch chuẩn là 20 mm (cho encoder thẳng) hoặc 20o (cho encoderquay)

2.3.1.2 Hệ toạ độ tham chiếu trên máy phay

Đối với các máy phay,

dụng cụ khi gia công đợc

định hớng theo hệ toạ độ Đề

các Hình bên mô tả “quy

tắc bàn tay phải”: ngón giữa

theo hớng dơng của dao cắt

là hớng từ phôi tới dao (trục Z), ngón cái chỉ theo hớng dơng của trục X và ngón trỏ chỉ theo hớng dơng của

trục Y.

TNC 426 có thể điều

khiển tới 5 trục; TNC 430

có thể điều khiển tới 9 trục.

Các trục U, V và W là các

trục tịnh tiến thứ cấp song

song với các trục cơ bản X,

Y, Z Các trục quay là các

trục A, B, C Hình bên mô

tả quan hệ giữa các trục thứ

cấp và trục quay với các

trục cơ bản.

2.3.2 Lập trình contour

Biên dạng của chi tiết gia công thờng gồm nhiều dạng

đờng khác nhau nh đờng thẳng, cung tròn Do đó TNC cung cấp cho ngời lập trình các khả năng cho phép gia công đoạn thẳng, cung tròn hay một contour bất kỳ

đoạn này là điểm cuối của đờng đợc lập trình trớc nó.

Những dữ liệu phải nhập vào nh sau:

- Nhập toạ độ điểm cuối

Ngoài ra nếu cần thiết còn có thể phải nhập

- Bù bán kính dao RL/RR/R0

- Nhập toạ độ tâm cung tròn

- Nhập toạ độ điểm cuối cung tròn

Ngoài ra nếu cần còn có thể phải thêm vào cả lợng chạy