GIÁO TRÌNH CAD CAM PHẦN 3 điều KHIỂN số sự KHỞI đầu của CAM CHƯƠNG 7

Định nghĩa điều khiển số: Định nghĩa điều khiển số: Là một dạng tự động có thể lập trình được , trong đó qúa trình được điều khiển bằng số, chữ và các ký hiệu.. Trong NC, các số tạo nê

Trung Thực

PHẦN III

ĐIỀU KHIỂN SỐ

ĐIỀU KHIỂN SỐ SỰ KHỞI ĐẦU CỦA SỰ KHỞI ĐẦU CỦA SỰ KHỞI ĐẦU CỦA CAM CAM CAM

Chương 7 ĐIỀU KHIỂN SỐ CỔ ĐIỂN

7.1 Mở đầu:

7.1 Mở đầu:

Nhiều thành tựu đạt được trong lĩnh vực CAD/CAM đều có nguồn gốc chung từ điều khiển số (Numerical Control - viết tắt là NC)

Sự phát triển của điều khiển số trong kỹ thuật CAD/CAM cho đến nay vẫn còn đang tiếp tục Phần này dành riêng nói về NC cổ điển là có lý của nó

Trong chương này chúng ta định nghĩa khái niệm cơ sở và các ứng dụng của NC cổ điển Các hệ thống NC hiện đại chủ yếu dựa trên công nghệ máy tính Chương 8 sẽ nói về lập trìnhNC để gia công chi tiết, một lĩnh vực phụ thuộc mạnh mẽ vào máy tính Chương 9 liên quan đến điều khiển máy NC nhờ máy tínhđiềukhiển máy NC nhờ máy tính

Định nghĩa điều khiển số:

Định nghĩa điều khiển số:

Là một dạng tự động có thể lập trình được , trong đó qúa trình được điều khiển bằng số, chữ và các ký hiệu Trong NC, các số tạo nên chương trình lệnh được thiết kế cho một việc gia công cụ thể Khi sản phẩm thay đổi, chương trình cũng thay đổi Khả năng dễ dàng thay đổi chương trình đối với mỗi sản phẩm làm cho NC có tính mềm dẻo Viết một chương trình mới dễ hơn nhiều so với thay đổi căn bản về thiết bị Công nghệ NC được ứng dụng cho nhiều lĩnh vực, kể cả vẽ, lắp ráp, kiểm tra, dập kim loại tấm và hàn điểm

Chi tiết được thiết kế có hình dạng và kích thước khác nhau Phần lớn các chi tiết máy hiện nay được sản xuất ở loại bé, đơn chiếc Để sản xuất một chi tiết phải cần nhiều nguyên công như khoan, phay, tiện v.v

Tiện lợi của NC là thích ứng với cả 3 loại nguyên công trên, và đó là lý do về sự phát triển mạnh mẽ của nó ngày nay

Lịch sử phát triển:

Lịch sử phát triển:

Máy điều khiển số cổ điển chủ yếu dựa trên công trình của một người có tên là John Parsons

John Parsons Từ những năm 1940940940 Parsons đã sáng chế ra phương pháp dùng phiếu phiếu đục lỗ

đục lỗ để ghi các dữ liệu về vị trí tọa độ để điều khiển máy công cụ Máy được điều khiển để chuyển động theo từng tọa độ, nhờ đó tạo ra được bề mặt cần thiết của cánh máy bay

Năm 194819481948 J Parson giới thiệu hiểu biết của mình cho không lực Hoa Kỳkhông lực Hoa Kỳkhông lực Hoa Kỳ Cơ quan này sau đó đã tài trợ cho một loạt các đề tài nghiên cứu ở phòng thí nghiệm Servomechanism

Servomechanism của trường Đại học kỹ thuật Massachusetts (MIT)

Công trình đầu tiên tại MIT là phát triển một mẫu máy phay NC bằng cách điều khiển chuyển động của đầu dao theo 3 trụ tọa độ Mẫu máy NC đầu tiên được triển Mẫu máy NC đầu tiên được triển lãm vào năm 1952

lãm vào năm 1952 Từ 1953 khả năng của máy NC đã được chứng minh

Một thời gian ngắn sau, các nhà chế tạo máy bắt đầu chế tạo các máy NC để bán, và các nhà công nghiệp, đặc biệt là các nhà chế tạo máy bay đã dùng máy NC để chế

Trung Thực

tạo các chi tiết cần thiết cho họ Hoa kỳ tiếp tục cố gắng phát triển NC bằng cách tiếp tục tài trợ cho MIT nghiên cứu ngôn ngữ lập trình để điều khiển máy NC Kết qủa của việc này là sự ra đời của ngôn ngữ APT: Automatically Programmed Toolsngôn ngữ APT: Automatically Programmed Tools Mục tiêu của việc nghiên cứu APT là đảm bảo một phương tiện để người lập trình gia công có thể nhập các câu lệnh vào máy NC Mặc dù APT bị chỉ trích là thứ ngôn ngữ qúa đồ sộ đối với nhiều máy tính, nó vẫn là công cụ chính yếu và vẫn được dùng rộng rãi trong công nghiệp ngày nay và nhiều ngôn ngữ lập trình mới là dựa trên APT

7.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống NC

7.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống NC

Có 3 TP chính:

1 Chương trình

2 Hệ thống điều khiển gọi là Machine control units MCU

3 Máy công cụ hoặc qúa trình được điều khiển khác

Quan hệ giữa 3 bộ phận được vẽ trên hình 7.1

Hình 7.1 Ba bộ phận cơ bản của hệ thống điều khiển số: a) Chương trình, b) Bộ điều khiển, c) Máy cắt

1/ Chương trình điều khiển

1/ Chương trình điều khiển

Là những tập hợp những câu lệnh điều khiển máy phải làm gì

Các lệnh này được mã hóa ở dạng số và ký hiệu mà thiết bị điều khiển có thể nhận dạng được Chương trình trước kia được ghi trên vật mang chương trình là băng lỗ Về sau này các dạng vật mang chương trình khác được dùng là

- Phiếu đục lỗ

- Băng từ

- Băng phim như của phim ảnh

- Đĩa từ

Có 2 phương pháp lập trình:

- Bằng tay

- Bằng máy tính

Trung Thực

Chương trình được chuẩn bị bởi lập trình viên, trong đó người lập trình chỉ ra từng bước theo trình tự công nghệ Đối với máy công cụ, các bước công nghệ là các chuyển động tương đối giữa dụng cụ cắt và phôi

2/ Bộ điều khiển 2/ Bộ điều khiển 2/ Bộ điều khiển

Là thành phần thứ 2 của hệ thống điều khiển số Nó bao gồm các bo mạch điện tử và phần cứng có thể đọc và biên dịch chương trình điều khiển và truyền đến máy công cụ Các phần tử cơ bản của bộ phận điều khiển là:

- Bộ lưu dữ liệu

- Bộ phân phối dữ liệu

- Bộ liên hệ ngược

- Bộ điều khiển tuần tự để phối hợp hoạt động của các phần tử trên

Cần phải lưu ý là gần như tất cả các máy NC hiện đại được bán là có trang bị bộ điều khiển gọi là Microcomputer Vì vậy mà chúng được gọi là máy CNC

Chúng ta sẽ bàn về CNC trong chương 9

Chương 8 sẽ bàn về lập trình bằng tay

Bộ đọc băng lỗ:

Bộ đọc băng lỗ:

Là một thiết bị điện tử dùng để quay và đọc băng đục lỗ có chứa chương trình điều khiển Các dữ liệu chứa trên bằng lỗ được đọc và đưa vào bộ nhớbộ nhớbộ nhớ để lưu trữ thành những block thông tin logic Một block thông tin thường là một bước hoàn chỉnh của quá trình công nghệ Thí dụ 1 block có thể là những dữ liệu cần thiết để di chuyển bàn máy đến một vị trí xác định và khoan 1 lỗ ở vị trí đó

Các kênh xuất dữ liệuCác kênh xuất dữ liệu (Signal output channels) được nối với mô tơ điều khiển và các bộ phận điều khiển khác trong máy công cụ Qua các kênh này lệnh được truyền đến cho máy cắt từ bộ điều khiển

Bộ liên nghệ ngược kiểm tra hoạt động chính xác của máy và truyền tín hiệu đến cho bộ điều khiển

Bộ điều khiển tuần tự: phối hợp hoạt động của các phần tử khác của bộ điều khiển

Panel điều khiển: Là một bộ phận của máy trong đó có gắn các công tắc, nút nhấn, tay quay mà người vận hành máy dùng để điều khiển máy, Nó cũng có thể có thêm màn hình thông báo những thông tin cho người vận hành Mặc dù hệ thống NC là một hệ thống tự động nhưng yếu tố con người vẫn cần thiết để bật và tắt máy, thay dụng cụ (một số máy NC có bộ thay dụng cụ tự động), đưa phôi vào và lấy chi tiết ra và để thực hiện các nhiệm vụ khác Để hoàn thành các nhiệm vụ này, người vận hành phải có khả năng điều khiển hệ thống và chức năng này người vận hành thực hiện thông qua Panel điều khiển

3 Máy côn

3 Máy công cụ hoặc qúa trình được điều khiển khác.g cụ hoặc qúa trình được điều khiển khác.g cụ hoặc qúa trình được điều khiển khác

Thành phần thứ 3 của hệ thống NC là máy công cụ hay qúa trình điều khiển klhác Đây là thành phần của hệ thống thực hiện công có ích Phần lớn các mẫu máy NC được thiết kế là để thực hiện việc gia công Máy công cụ bao gồm bàn máy và trục chính cũng như các mô tơ và các bộ điều khiển cần thiết để máy hoạt động Nó cũng bao gồm những dụng cụ cắt, đồ gá và các thiết bị phụ khác cần cho việc gia công (Xem hình 7.2)

Trung Thực

Hình 7.2 Hệ thống NC cho thấy máy công cụ và thiết bị điều khiển

Trung Thực

Các máy NC rất đa dạng: từ những máy khoan lỗ, đục lỗ đơn giản đến các trung tâm gia công thông minh kỳ diệu Trung tâm gia công NC được giới thiệu vào cuối những năm 1950 Đó là một máy có nhiều chức năng:

a/ Khoan, ren, doa, phay, tiện lỗ

b/ Thay dao tự động

c/ Có 2 bàn:

Mỗi một công việc đòi hỏi dụng cụ riêng Sau mỗi công việc, thiết bị chứa dao được đưa đến dầu trụ chính để lấy dao ra, xoay qua một góc, đưa dao vào đầu trục chính Khi công việc gia công đã xong, người vận hành máy lấy chi tiết ra và đưa một chi tiết vào Trong khi người thao tác bên này thì máy thực hiện việc gia công ở bàn thứ 2 Việc này tăng hiệu qủa sử dụng bởi vì máy không phải đợi để gá đặt phôi vào và lấy phôi ra Một trung tâm gia công được giới thiệu trên hình 7.3

Hình 7.3 Trung tâm gia công NC điều khiển nhờ máy tính

7.3 Thủ tục điều khiển số (NC) 7.3 Thủ tục điều khiển số (NC) 7.3 Thủ tục điều khiển số (NC)

Để sử dụng điều khiển số những bước sau đây phải được thực hiện

1 Lập kế hoạch gia công (Process Planning)

2 Lập trình gia công NC (Part programming)

3 Chuẩn bị băng chương trình (băng lỗ)

4 Kiểm tra băng lỗ

5 Thực hiện việc gia công

Trung Thực

7.4 Hệ tọa độ trong NC.

7.4 Hệ tọa độ trong NC

Cần thiết để người lập trình lên kế hoạch chuyển động cho dụng cụ so với chi tiết gia công Khi lập trình chi tiết coi như đứng yên còn dụng cụ thì di chuyển so với chi tiết gia công

Đối với máy phay và máy tương tự, hệ tọa độ được quy định như trên hình 7.4 Đối với máy tiện hệ tọa độ được quy định như trên hình 7.5

Quan hệ giữa 3 trục x, y, z trong hệ tọa độ được xác định theo quy tắc bàn tay phải:

- Ngón cái chỉ chiều dương của trục X

- Ngón trỏ chỉ chiều dương của trục Y

- Ngón giữa chỉ chiều dương của trục Z

Chiều xoay quanh trục là dương khi nhìn từ đầu mũi tên trục đến gốc tọa độ mà ngược chiều kim đồng hồ

Điểm 0 cố định và điểm 0 di động Điểm 0 cố định và điểm 0 di động Điểm 0 cố định và điểm 0 di động

Có 2 phương pháp xác định điểm 0

1/ Điểm 0 cố định: Gốc tọa độ luôn luôn không đổi trên bàn máy Thường là điểm ở cực Tây Nam của bàn máy và toàn bộ dụng cụ là được xác định bởi tọa độ dương của trục X và Y

2 Điểm 0 di động: Nằm ở bất cứ vị trí nào của bàn máy, do người lập trình quy định khi lập chương trình gia công Điểm này thường là một điểm trên một góc phôi hoặc tâm phôi, hoặc là một chỗ nào đó trên phôi

Khi so dao, cho dụng cụ di chuyển đến vị trí này và người vận hành xác định đó là điểm không của phôi

Vị trí tuyệt đối và tương đối:

Vị trí tuyệt đối và tương đối:

Vị trí của dụng cụ so với điểm 0 có thể là tuyệt đối hoặc tương đối Khi ở vị trí tuyệt đối tọa độ dụng cụ luôn luôn tính từ điểm 0 của gốc tọa độ Khi ở vị trí tương đối, vị trí sau của dụng cụ luôn luôn được tính từ vị trí trước đó của dụng cụ (hình 7.6)

Trung Thực

Hình 7.6 Vị trí tuyệt đối và tương đối

7.5 Hệ thống điều khiển chuyển động NC

7.5 Hệ thống điều khiển chuyển động NC

Trong NC có 3 loại HT điều khiển chuyển động cơ bản:

1/ Điểm đến điểm

2/ Theo đường thẳng

3/ Theo đường cong

Điều khiển điểm tới điểm là hệ thống điều khiển thấp nhất

Điều khiển theo đường cong hệ thống điều khiển cao nhất

Hệ thống điều khiển chuyển động theo điểm:

Hệ thống điều khiển chuyển động theo điểm:

Đường chuyển động của dụng cụ gia công được thực hiện tại mỗi điểm định vị (hình 7.7)

70

40

20

Vị trí tiếp theo

Vị trí hiện tại

A

B

Trung Thực

Hình 7.7 Hệ thống NC điểm tới điểm Hệ thống cắt theo đường thẳng

Hệ thống cắt theo đường thẳng

Hình 7.8 Hệ thống NC cắt theo đường thẳng

Hệ thống cắt theo đường cong:

Hệ thống cắt theo đường cong:

Là hệ thống NC phức tạp nhất nhưng lại linh hoạt nhất, đắt tiền nhất Hệ thống này có khả năng cắt như hệ thống điểm tới điểm và theo đường thẳng Khi gia công hệ thống có thể điểu khiển chuyển động theo cả 3 trục tọa độ (hình 7.9)

60

20

Vị trí xuất phát

Đường đi của dụng cụ

70

40

30 50

20

Vị trí tiếp theo

Vị trí hiện tại

A

B

Vị trí xuất phát

Đường di chuyển dụng cụ (30, 40)

(50, 80)

Trung Thực

Hình 7.9 Hệ thống điều khiển NC gia công theo đường cong

Khi gia công đường cong, các đường cong được chia ra thành những đoạn thẳng nhỏ nối với nhau Độ dài của mỗi đoạn thẳng phụ thuộc vào đoạn đường cong và độ chính xác của đường cong được khai báo (hình 7.10)

Hình 7.10 Đường cong được thay bằng những đường thẳng nối tiếp nhau Độ dài của đường thẳng được xác định bởi độ chính xác yêu cầu của đường cong

7.6 Các ứng dụng của điều khiển số.

7.6 Các ứng dụng của điều khiển số

Được ứng dụng rộng rãi hiện nay đặc biệt là trong gia công kim loại:

- Phay

- Khoan và các nguyên công tương tự

Dung sai trong

Đường cong hiện tại

Dung sai ngoài

Đường cong hiện tại

Trường dung sai

Đường cong hiện tại Giới hạn dung sai ngoài

Giới hạn dung sai trong

Trung Thực

- Tiện trong (boring)

- Tiện

- Mài

- Cắt dây

Mỗi loại máy NC có công dụng riêng Có thể khi gia công loại sản phẩm này thìø tốt nhưng khi gia công loại sản phẩm khác thì lại không thích hợp

Đặc điểm chung của các loại sản phẩm làm trên máy NC là:

1/ Các chi tiết thường được gia công với số lượng nhỏ

2/ Hình dạng phức tạp

3/ Có nhiều nguyên công phải được thực hiện

4/ Nhiều kim loại phải loại bỏ

5/ Thiết kế kỹ thuật giống nhau

6/ Chi tiết phải có yêu cầu chính xác cao

7/ Là loại sản phẩm đắt tiền nên một sai lầm nhỏ có thể trả giá lớn

8/ Các sản phẩm yêu cầu phải kiểm tra 100%

Thường loạt sản xuất được đánh gía khoảng 50 cái hoặc nhỏ hơn Sản xuất loạt nhỏ và loạt vừa là lý tưởng để dùng máy NC

Ngoài gia công kim loại hệ thống điều khiển NC cũng được dùng trong các lĩnh vực sau:

- Máy dập

- Máy hàn

- In bản vẽ tự động

- Máy lắp ráp

- Máy uốn ống

- Máy cắt gió đá

- Máy cắt bằng Plasme

- Các công nghệ Laser

- Máy đan tự động (thêu)

- Máy cắt quần áo

- Máy tán định tự động

- Máy buộc dây

7.7 Tính kinh tế của điều khiển số

7.7 Tính kinh tế của điều khiển số

Ưu điểm của NC

Ưu điểm của NC

- Giảm thời gian chạy không

- Giảm thời gian gá đặt

- Giảm thời gian gia công

- Sản xuất mềm dẻo hơn

- Nâng cao chất lượng sản phẩm

- Giảm tồn kho

- Giảm diện tích mặt bằng

Nhược điểm của NC

Nhược điểm của NC

- Gía thành đầu tư cao

- Giá thành bảo trì cao

Trung Thực

Câu hỏi ôn tập

Câu hỏi ôn tập

1 Cấu hình của một hệ thống NC gồm những thành phần gì? Cho biết chức năng

của mỗi thành phần

2 Thủ tục điều khiển máy NC gồm những gì?

3 Có những phưỡng pháp điều khiển chuyển động nào được dùng trong NC?

Phương pháp nào là được dùng đễ gia công những mặt cong phức tạp? Độ chính

xác bề mặt trong NC được xác định như thết nào? Có thể lập trình được không?

4 Hệ trục tọa độ trong NC được xác định như thế nào? Như thế nào là điểm 0 cố

định, điểm 0 di dộng, tọa độ tuyết đối, tọa độ tương đối?

5 Cho biết ưu nhược điểm của điều khiển số và nơi ứng dụng?

HẾT CHƯƠNG 7