Máy Điều Khiển Số Và Robot Công Nghiệp

Trần Đức TăngHọc viện Kỹ thuật Quân sự - Hiểu được cấu trúc hệ thống điều khiển theo chương trình số cho máy cắt kim loại - Biết được cấu trúc, động học và ứng dụng của robot công nghiệp

Máy điều khiển số

&

Robot công nghiệp

TS Trần Đức TăngHọc viện Kỹ thuật Quân sự

- Hiểu được cấu trúc hệ thống điều khiển theo chương trình số cho

máy cắt kim loại

- Biết được cấu trúc, động học và ứng dụng của robot công nghiệp

* Kỹ Năng:Vận dụng được các kiến thức để có thể tiếp cận được công

nghệ gia công trên máy CNC

Giới thiệu về môn học

Tài liệu học tập

[1] Nguyễn Ngọc Cẩn - Máy điều khiển theo chương trình số Trường ĐH

sư phạm Kỹ thuật Tp HCM, 1993

[2] Nguyễn Ngọc Cẩn - Điều khiển tự động - NXB Khoa học Kỹ thuật

[3] Tạ Duy Liêm - Máy điều khiển theo chương trình số và robot công

nghiệp – Trường ĐHBK Hà Nội - 1996

[4] Tạ Duy Liêm - Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ - NXB Khoa

học & Kỹ thuật – 2001

[5] Nguyễn Thiện Phúc - Người máy công nghiệp - Trường ĐHBK Hà

Nội – 1995

[6] Kỹ thuật robot Đào Văn Hiệp NXB KH&KT 2004

[7] Robot công nghiệp Phan Bá, Nguyễn Xuân Huy HVKTQS

[8] Introduction to robotics Phillip John McKerrow

[9] Bài giảng

Chương 1

Máy cắt kim loại

điều khiển theo chương trình số

(Máy CNC)

 1.1 Lịch sử máy CNC và các khái niệm liên quan

 1.2 Điều khiển theo chương trình số

 1.3 Kết cấu máy CNC

 1.4 Hiệu quả sử dụng máy CNC

1.1 Lịch sử máy CNC vμ các khái niệm liên quan

Lμm thế nμo để gia công các chi tiết, khuôn mẫu phức tạp?

 Xa xưa

- Được chia thành các phần đơn giản hơn để gia công

- Sau khi gia công xong, chúng mới được ghép lại với nhau thành

chi tiết hoàn chỉnh bằng phương pháp hàn, tán

- Công nghệ gia công trên máy chép hình vẫn còn nhiều nhược điểm

• Độ chính xác không cao (do quán tính của hệ thống lớn, do sai số của

mẫu, ),

• Năng suất thấp (do phải hạn chế tốc độ trượt của đầu dò trên mẫu),

• Đắt và kém linh hoạt (vì các dưỡng mẫu là các chi tiết cơ khí chính

xác, dùng vật liệu đặc biệt nên khó chế tạo)

ý tưởng về điều khiển số (NC)

- Có thể hình dung máy công cụ điều khiển số là một máy chép hình,

nhưng các dưỡng, mẫu, cam, cơ khí được thay bằng chương trình

máy tính

- Chương trình không bị mòn như các dưỡng mẫu, mang đi mang lại

dễ dàng

- Việc soạn thảo, sửa đổi chương trình lại dễ, nhanh và rẻ hơn nhiều

so với chế tạo cam, dưỡng,

 3 nguyên tắc đối với máy NC công nghiệp

- Sử dụng máy tính để tính toán quỹ đạo chạy dao và lưu dữ liệu vào

bìa đục lỗ

- Dùng thiết bị đọc tại máy để tự động đọc dữ liệu từ bìa đục lỗ

- Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ xử lý và liên tục đưa ra thông tin

điều khiển các động cơ được gắn lên trục vít me

Điều khiển số

 Điều khiển số là hệ thống mà mỗi hành trình được điều khiển theo số

Mỗi thông tin đơn vị ứng với một dịch chuyển gián đoạn của cơ cấu

chấp hành Đại lượng này gọi là giá trị xung

 Cơ cấu chấp hành có thể dịch chuyển với một đại lượng bất kỳ ứng với

Hệ điều khiển NC (Numerical Control)

 Điều khiển NC thường được gọi là điều khiển nối cứng (hard-wired

control) Chúng sử dụng các bộ logic số IC (mạch tích hợp) - thường là

các mạch tích hợp cỡ vừa, được định vị và nối dây theo một sự sắp xếp

cố định và ghép vào các bảng mạch in

 Tín hiệu điều khiển sử dụng trong các hệ điều khiển nối cứng là xung

điện áp Mỗi xung điện áp tạo một sự chuyển động của một đơn vị

chiều dài cơ sở của trục đang được điều khiển Số lượng các xung đặt

lên trục xác định khoảng cách dịch chuyển, tần số xung cho ta vận tốc

Lịch sử phát triển NC

 1949:

- Mẫu đầu tiên của máy NC do MIT (Viện công nghệ Massachusetts) thiết

kế và chế tạo theo đặt hàng của Không lực Hoa kỳ, để sản xuất các chi tiết

phức tạp và chính xác của máy bay

 1952:

- chiếc máy phay đứng 3 trục điều khiển số của hng Cincinnati Hydrotel

được trưng bày tại MIT

 1960’s:

- máy NC được sản xuất và sử dụng trong công nghiệp

- các bộ điều khiển số đầu tiên dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm,

- các linh kiện bán dẫn được sử dụng phổ biến trong công nghiệp

- máy NC gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn ít năng lượng hơn,

- các băng đục lỗ sau này được thay bằng băng hoặc đĩa từ,

- tính năng sử dụng của các máy NC vẫn chưa được cải thiện đáng kể, cho

đến khi máy tính được ứng dụng

Hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control)

 Điều khiển CNC là hệ thống điều khiển số nối mềm (soft-wired NC

system) sử dụng máy tính nhỏ có khả năng lập trình (programmable

minicomputer) với bộ nhớ có thể đọc-ghi để điều khiển máy công cụ

(Điều khiển CNC là một hệ NC sử dụng máy vi tính nh− là bộ điều

khiển máy - MCU)

 Việc sử dụng máy tính đ loại bỏ phần lớn các mạch phần cứng, đặc

biệt là bộ nội suy và các rơle nối cứng

 Tín hiệu điều khiển trong hệ CNC là dạng của các số nhị phân Mỗi số

bao gồm 16 bit, 32 bit, hoặc 64 bit phụ thuộc vào kiểu bộ xử lý máy

tính đ−ợc xử dụng Mỗi bit dữ liệu tạo ra một đơn vị chiều dài chuyển

động trong trục điều khiển

 Với −u điểm của công nghệ máy tính hiện đại, rất nhiều đặc tính mong

muốn đ đ−ợc đ−a vào bộ điều khiển CNC Điều khiển CNC ngày nay

có khả năng thực hiện mọi thứ chúng ta muốn trên máy công cụ

Giao tiếp phần cứng máy tính và

hệ thống servo

Máy vi tính (các chức năng phần mềm)

 Đầu 1970’s, máy CNC ra đời:

- Các bộ điều khiển số trên máy công cụ được tích hợp máy tính và

thuật ngữ CNC ra đời

 Máy CNC ưu việt hơn máy NC thông thường về nhiều mặt

- tốc độ xử lý cao, kết cấu gọn,

- ưu điểm quan trọng nhất của chúng là ở tính năng sử dụng, giao

diện với người dùng và các thiết bị ngoại vi khác

 Các máy CNC ngày nay

- có màn hình, bàn phím và nhiều thiết bị khác để trao đổi thông tin

với người dùng

- nhờ màn hình, người dùng được thông báo thường xuyên về tình

trạng của máy, cảnh báo báo lỗi và nguy hiểm có thể xảy ra, có thể

mô phỏng để kiểm tra trước quá trình gia công,

- có thể làm việc đồng bộ với các thiết bị sản xuất khác như robot,

băng tải, thiết bị đo, trong hệ thống sản xuất

- có thể trao đổi thông tin trong mạng máy tính các loại, từ mạng cục

bộ (LAN) đến mạng diện rộng (WAN) và Internet

Lịch sử phát triển CNC

So sánh điều khiển NC vμ CNC

Tương đối rẻ, bởi vì nội suy và các chức năng điều khiển khác được cung cấp bởi phần mềm trong máy tính

Đắt, bởi vì nội suy và các chức năng điều khiển khác

đươc thực hiện bởi mạch

điện tử

Giá

Toàn bộ chương trình được đọc một lần

và lưu trong bộ nhớ máy tính Trong quá

trình gia công máy tính truy xuất các lệnh chương trình lưu trong bộ nhớ máy tính để điều khiển máy.

Thông tin trên băng đục lỗ

được nạp, đọc và thực hiện theo từng block

Nhập chương trình

Các bit số Các xung điện áp

Có bộ nhớ ngoài để lưu trữ

chương trình Chương trình gia công có thể lưu ở đĩa cứng

Không có khả năng

Bộ nhớ (lưu trữ)

chương trình

Đơn giản hơn vì tất cả các chức năng ĐK được thực hiện bởi phần mềm

 CAD (Computer Aided Design) - "thiết kế có trợ giúp của máy tính“

- là một lĩnh vực ứng dụng của CNTT vào thiết kế

- trợ giúp cho các nhà thiết kế trong việc mô hình hoá, lập và xuất

các tài liệu thiết kế dựa trên kỹ thuật đồ hoạ

 CAM (Computer Aided Manufacturing) - "sản xuất có trợ giúp của

máy tính“

- xuất hiện do nhu cầu lập trình cho các thiết bị điều khiển số (máy

CNC, robot, thiết bị vận chuyển, kho tàng, kiểm tra) và điều khiển

chúng

 CAD/CAM

- vốn xuất hiện độc lập với nhau, nhưng ngày càng xích lại gần nhau

- là thuật ngữ ghép, dùng để chỉ một môi trường thiết kế - sản xuất

với sự trợ giúp của máy tính

 Sự phát triển của máy CNC và công nghệ gia công trên máy CNC

liên quan đến:

- kỹ thuật điều khiển tự động,

- kỹ thuật thiết kế và sản xuất có trợ giúp của máy tính (CAD/CAM)

CNC vμ FMS/CIM

 FMS

- Một hệ thống sản xuấttự động, có khả năng tự thích ứng với sự

thay đổi đối tượng sản xuất được gọi làhệ thống sản xuất linh hoạt

(Flexible Manufacturing System - FMS)

- FMS gồm máy các CNC, robot, các thiết bị vận chuyển, thiết bị

kiểm tra, đo lường, làm việc dưới sự điều khiển của một mạng

máy tính

 CIM

- Sự tích hợp mọi hệ thống thiết bị sản xuất và tích hợp mọi quá trình

thiết kế - sản xuất - quản trị kinh doanhnhờ mạng máy tính với các

phần mềm trợ giúp công tác thiết kế và công nghệ, kinh doanh,

tạo nên hệ thống sản xuất tích hợp nhờ máy tính (Computer

Integrated Manufacturing - CIM)

Lịch sử phát triển của CNC

Máy công cụ thông thường, máy NC vμ máy CNC

Máy công cụ thông thường

 Khi gia công các chi tiết trên máy công cụ thông thường công nhân

thường dùng tay để điều khiển máy Công nhân căn cứ vào phiếu

nguyên công để cắt gọt chi tiết nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt

ra

 Năng suất và chất lượng sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề

của công nhân

 Mặc dù còn nhiều hạn chế so với máy NC và CNC nhưng các máy

công cụ thông thường vẫn còn được sử dụng rộng ri do giá thành thấp

và thuận tiện cho công việc sửa chữa và cho nền sản xuất hiện đang

còn ở trình độ thấp

Ví dụ: Máy tiện truyền thống

Máy công cụ NC

 Đối với các máy công cụ NC thì việc điều khiển các chức năng của

máy được quyết định bằng các chương trình đ lập sẵn

 Hệ thống điều khiển của máy NC là mạch điện tử Thông tin vào chứa

trên băng từ hoặc băng đục lỗ, thực hiện chức năng theo từng khối, khi

khối trước kết thúc, máy đọc tiếp các khối lệnh tiếp theo để thực hiện

các dịch chuyển cần thiết

 Các máy NC chỉ thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng,

nội suy cung tròn, chức năng đọc theo băng

 Các máy NC không có chức năng lưu trữ chương trình

Máy công cụ CNC

 Máy công cụ CNC là bước phát triển cao từ các máy NC Các máy

CNC có một máy tính để thiết lập phần mềm dùng để điều khiển các

chức năng dịch chuyển của máy

 Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào

bộ nhớ

 Khi gia công, máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy

 Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như: nội suy

đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và mặt bậc ba

 Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dao

C¸c øng dông cña ®iÒu khiÓn sè CNC

 C¸c øng dông cña c«ng nghÖ CNC cã thÓ ®−îc ph©n thµnh 5 dạng:

1 Gia c«ng c¾t gät (m¸y tiÖn CNC, m¸y phay CNC, m¸y khoan CNC,

m¸y taro ren…): chiÕm 75%

2 Mµi (m¸y mµi CNC): chiÕm 7%

3 Gia c«ng kh«ng truyÒn thèng (m¸y c¾t d©y CNC, m¸y EDM, m¸y c¾t

M¸y tiÖn CNC

Sản phẩm gia công trên máy tiện

M¸y tiÖn CNC 5 trôc

M¸y phay CNC 3 trôc

Sản phẩm gia công trên máy phay

M¸y phay CNC 5 trôc

M¸y phay CNC 5 trôc XYZAB

S¶n phÈm gia c«ng trªn m¸y CNC 5 trôc

Máy mài

Máy đúc áp lực

M¸y c¾t d©y CNC

S¶n phÈm gia c«ng trªn m¸y c¾t d©y

M¸y xung EDM

S¶n phÈm gia c«ng trªn m¸y xung EDM

M¸y phay trôc ¶o (virtual axis milling machine)

Các ưu, nhược điểm của công nghệ CNC

Các ưu điểm

 Tăng năng suất:năng suất của một máy CNC gấp 3-4 lần máy truyền

thống tương đương, bởi vì nó không yêu cầu nhiều thời gian cho setup

và điều chỉnh, các chi tiết được sản xuất nhanh hơn và yêu cầu ít thời

gian kiểm tra hơn

 Độ chính xác cao:độ chính xác được xác định bởi khả năng di chuyển

dao cắt tới đúng vị trí được chỉ ra

 Giảm giá thành sản xuất: Các nhân tố giúp giảm giá thành sản xuất bao

gồm:

- Tiết kiệm dao, đồ gá kẹp

- Tuổi bền của dao cao hơn do tối ưu các điều kiện cắt

- Tiết kiệm giá nhân công do không cần nhân công với tay nghề cao

- Tiết kiệm từ việc sử dụng lại các chương trình gia công

- Giảm tổng thời gian sản xuất

- Khai thác máy tốt hơn do giảm thời gian dừng máy

- Giảm được nhiều thao tác bằng tay

- Giảm được các lỗi, sai sót do con người

 Giảm được chi phí gián tiếp:

- Giảm hàng tồn kho

- Giảm lead time (thời gian giữa lúc bắt đầu và hoàn thành của một quá

trình sản xuất)

- Máy an toàn hơn do ít cần sự can thiệp của công nhân

- Khai thác máy tốt hơn vì phần lớn thời gian máy là cắt thực

- Giảm được thời gian kiểm tra do máy CNC tạo các chi tiết với chất

lượng đồng đều

 Thuận lợi cho việc gia công các chi tiết phức tạp: máy CNC cho phép

gia công nhanh và chính xác các chi tiết phức tạp chẳng hạn các bề mặt

3 chiều

 Tính linh hoạt cao: Máy CNC cho phép thay đổi nhanh từ việc gia công

từ chi tiết này tới chi tiết khác, với thời gian setup, thay dao, đồ gá nhỏ

 Không yêu cầu người vận hành có kỹ năng cao: các kỹ năng yêu cầu

cho người vận hành máy CNC chủ yếu là lắp, tháo phôi, thao tác với

bàn phím điều khiển Các nhiệm vụ này không yêu cầu mức độ kỹ

năng cao như cần thiết đối với máy truyền thống

 Thuận lợi cho tự động hóa linh hoạt: CNC có thể tạo nên rất nhiều hệ

thống sản xuất tự động, như: các tế bào tự động và hệ thống sản xuất

linh hoạt

Các nhược điểm của CNC

 Yêu cầu đầu tư ban đầu lớn

- Các máy công cụ CNC có giá từ vài trục ngàn USD đến hàng triệu USD

- Vì vậy để đặt hiệu quả kinh tế cần khai thác hết khả năng của máy

 Yêu cầu bảo trì, bảo dưỡng cao

- Máy CNC là thiết bị công nghệ cao và hệt thống cơ khí và điện có thể

rất phức tạp Để bảo đảm độ chính xác của chúng máy phải được giữ

trong điều kiện tốt và các bộ điều khiển phải được bảo dưỡng thường

xuyên Người làm công việc bảo dưỡng phải có kỹ năng về điện, điển

tử và cơ khí

 Không hiệu quả cho sản xuất đơn lẻ:

- Dùng máy CNC để sản xuất một hay một số chi tiết với hình dạng

không phức tạp sẽ không hiệu quả Một thợ máy có kinh nghiệm có thể

hoàn thành công việc tương tự với giá thành thấp hơn

- Tuy nhiên với chi tiết co độ phức tạp cao, sử dụng máy CNC sẽ trở lên

kinh tế hơn

Xu hướng của công nghệ CNC

 So với 4 thập kỷ trước đây, máy CNC ngày nay có độ tin cậy cao hơn,

độ chính xác cao hơn và nhanh hơn, có nhiều tính năng hơn và có khả

năng thực hiện nhiều chức năng

 Công nghệ CNC là giải pháp cho năng xuất, chất lượng và hạ giá thành

sản phẩm trong môi trường sản xuất cạnh tranh toàn cầu ngày nay

 Trước đây phần lớn các nhà sản xuất đều quan niệm rằng máy CNC là

để áp dụng cho sản xuất hàng loạt Quan điểm này đ dần thay đổi

Phần lớn các máy công cụ sử dụng trong dây chuyền sản xuất trong

công nghiệp ô tô là các bộ điều khiển CNC không phải chỉ cho một

mục đích (single-purpose type)

 Mặc dù công nghệ CNC đ tương đối phát triển, các nhà nghiên cứu

vẫn đang nỗ lực để nâng cao khả năng và các chức năng của CNC

Dưới đây là một số xu hướng phát triển của công nghệ CNC:

1 Bộ xử lý (Processor):

- Các máy CNC ngày nay sử dụng bộ xử lý nhanh hơn và hệ thống

nhiều bộ xử lý (multiprocessor) Sử dụng bộ xử lý 64-bit và bộ đồng

xử lý (coprocessor) 64-bit và đường truyền thông 64-bit

- Cấu hình nhiều bộ xử lý cho phép nhiều chức năng được thêm vào hệ

thống

2 Bộ nhớ RAM

- Việc sử dụng trạng thái zero-wait-state RAM (trạng thái đợi = 0) cho

phép các chương trình lưu trữ và dữ liệu được truyền trong tích tắc

3 Nhiều chức năng

- Máy CNC nhiều chức năng đ dần phổ biến Ví dụ: máy tiện-phay,

trong đó chức năng phay được thêm vào cho máy tiện

 Đặc tính trên cho phép các chi tiết phức tạp yêu cầu cả nguyên công

tiện và phay có thể được sản xuất trong một lần setup trên một máy

- Máy với 2 trục chính (dual-spindle): có thể gia công đồng thời 2 chi

tiết

4 Khả năng kết nối, truyền dữ liệu

- Các nhà máy sản xuất ngày nay có xu hướng tích hợp, vì vậy truyền

thông là một phần tử quan trọng trong việc kết nối các máy CNC trong

các hệ thống sản xuất

- Các bộ điều khiển CNC mới cần có khả năng của bộ điều khiển số

phân bổ (distributive numerical control - một mạng máy tính được sử

dụng để điều khiển hoạt động của một số máy CNC, ngoài khả năng tải

chương trình về máy CNC, hệ thống này còn có khả năng cân bằng dây

chuyền, giám sát hoạt động của các máy, và tạo các thông tin quản lý)

5 Hệ thống cấu trúc mở (open architectrue)

- Phần lớn các bộ điều khiển CNC sử dụng hệ thống cấu trúc điều khiển

riêng Điều này có nghĩa là các nhà sản xuất bộ điều khiển CNC cung

cấp cả phần cứng và phần mềm riêng cho nhà sản xuất máy công cụ

Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp phần cứng điều khiển của nhà sản

xuất này không tương thích với các mô đun phần mềm điều khiển của

nhà sản xuất khác

- Cấu trúc CNC mở cho phép các nhà sản xuất CNC dùng chung các mô

đun phần cứng và phần mềm

- Người sử dụng có thể sử dụng các mô đun từ các nhà sản xuất khác

nhau và tích hợp thành bộ điều khiển riêng của họ

6 CAD/CAM

- Lập trình tương tác đồ họa cho phép người lập trình NC dễ dàng định

nghĩa hình học chi tiết, tạo đường chạy dao, nhận được phản hồi ngay

lập tức và tạo các thay đổi cần thiết

- Xu hướng trong lập trình NC sử dụng CAD/CAM là xu hướng lập trình

dựa trên cơ sở tri thức (knowledge-based programming) Các hệ thống

thông minh dạng này có thể được phát triển để tạo chiến lược gia công,

đường chạy dao, tốc độ cắt, lựa chọn dao, …

7 Máy với kích thước nhỏ

- Rất nhiều nhà máy sản xuất sử dụng máy công cụ CNC nhỏ để tạo các

chi tiết nhỏ Các máy CNC loại này thường rẻ hơn vì vậy có thể phù

hợp với khả năng tài chính của nhiều nhà máy

1.2 Điều khiển theo chương trình số

1.2.1 Nguyên tắc cấu trúc

1.2.2 Các dạng điều khiển

1 Điều khiển theo điểm

2 Điều khiển theo đường

3 Điều khiển theo phi tuyến (contour)

1.2.3 Vật mang tin và cốt mã hoá

1.2.1 Nguyên tắc cấu trúc

 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển theo chương trình số

 Nguyên tắc điều khiển CNC:

Bộ điều khiển trung tâm (MCU

Machine Control Unit) đảm

nhiệm việc điều khiển toàn

bộ hoạt động của hệ thống

 Nhiệm vụ của MCU:

- Đọc, giải m các lệnh trong chương trình NC,

- Lọc và xử lý các thông tin hình học và thông tin công nghệ, tính

toán các thông số điều khiển,

- Xuất các tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu tương ứng: trục chính,

chạy dao, thay dao và các thiết bị phụ trợ khác;

- Giám sát quá trình để đảm bảo yêu cầu công nghệ và sự an toàn của

thiết bị Chức năng giám sát và một phần chức năng điều khiển

thường được thực hiện thông qua PLC

 Nhập dữ liệu vào bộ nhớ của máy:

- bàn phím

- các phương tiện đọc khác, như: đọc đĩa, đọc băng

- trao đổi dữ liệu với các thiết bị lưu trữ bên ngoài

qua giao diện truyền thông chuẩn, như RS 232, RS

485.

- Tính toán công nghệ (2): Các thông tin công nghệ, như chọn dao,

chiều và tốc độ quay trục chính, tưới dung dịch hoặc dừng, được

chuyển tới hệ thống tương ứng thông qua bộ hiệu chỉnh (4), thường

 Điều khiển trục (điều khiển vị trí)

- Lệnh chạy dao từ bộ nội suy được đưa đến mạch điều khiển

vị trí (Position Control Loop)

- gồm các bộ điều khiển động cơ, động cơ, thiết bị đo vị trí,

mạch phản hồi vị trí

 Sơ đồ của một hệ điều khiển vị trí cho 1 trục

- Nhận tín hiệu (lệnh chuyển động) từ bộ nội suy, so sánh với tín

hiệu phản hồi từ sensor giám sát vị trí thực của dao

- Chênh lệch giữa 2 tín hiệu trên được dùng làm tín hiệu điều khiển,

qua khuyếch đại điều khiển và khuyếch đại công suất, biến đổi

thành đại lượng tương tự (điện áp), làm cho động cơ chuyển động

1.2.2 Các dạng điều khiển

 Điều khiển điểm điểm (Point to Point –PTP

-điều khiển điểm)

- Là kiểu điều khiển đơn giản nhất: dụng cụ (dao)

được điều khiển chạy nhanh – không cắt (với tốc

độ quy định trước, không điều khiển được từ

chương trình) theo đường thẳng từ điểm này tới

chính của hệ thống điều khiển PTP là di chuyển

dao từ một điểm đến điểm đích để thực hiện các

thao tác về lỗ như: khoan, đột lỗ, khoét, v.v…

 Khi di chuyển từ điểm tới điểm, dao có thể theo một trong 3 đường dẫn

sau, phụ thuộc vào bộ điều khiển:

+ Đường hướng trục (Axial Path):

- Dao dịch chuyển song song với 2 trục chính X và Y

- Bộ điều khiển lệnh cho dao dịch chuyển theo trục Y (hoặc X) trước, và

tọa độ X (hoặc Y) không thay đổi đến khi dao di chuyển tới điểm đích

- Đây là phương pháp chậm nhất, ở mỗi thời điểm chỉ có một trục được

khi nó nằm trong đường ngang

của vị trí mới, tiếp theo nó dịch

chuyển dọc một trục tới vị trí đích

- Cả 2 trục X và Y dịch chuyển đồng thời đến khi tọa độ một trục được

với tới, sau đó dao dịch chuyển theo đường thẳng dọc trục đến điểm

+ Đường tuyến tính (linear path)

- Trong dạng này, bộ điều khiển có khả năng đồng bộ chuyển động

trong cả 2 hướng X và Y để tạo một đường tuyến tính

- Dạng điều khiển này tạo một đường dịch chuyển ngắn nhất giữa 2 điểm

nhưng yêu cầu thiết bị tinh vi để điều phối tốc độ của mỗi trục để bảo

 Các ứng dụng chủ yếu của hệ thống điều khiển điểm - điểm là:

khoan, khoét, đục lỗ, … Các ứng dụng này thường bao gồm các

bước sau:

- Định vị:dao được dịch chuyển dọc theo các trục của chuyển động tới

lỗ cần khoan, quá trình dịch chuyển dao không có sự gia công

- Gia công:thực hiện quá trình gia công, thường thực hiện trên trục Z

với việc điều khiển tốc độ trục chính, tốc độ và chiều sâu cắt

- Nhấc dao lên:khi chiều sâu cắt mong muốn đ đạt được, dao được

nhấc lên trong chế độ chạy dao nhanh không cắt

- Lặp lại chu trình:dao dịch chuyển tới vị trí mới và lặp lại các bước

trên đến khi công việc được hoàn thành

ứng dụng khoan lỗ trong PTP

Phay theo đường hướng trục

Đường nghiêng

góc 450

 Điều khiển đường (tuyến tính)

- Kiểu điều khiển này cho phép chạy dao

có gia công (điều khiển được tốc độ từ

chương trình) theo từng trục

- Tại một thời điểm chỉ có thể chạy dao tự

động theo một trục, nên chỉ gia công tự

động theo các đường song song với các

trục toạ độ

- ứng dụng trên các máy phay, tiện đơn

giản

- Ví dụ: điều khiển đường

• (a) máy tiện

• (b) máy phay

 Điều khiển theo contour (biên dạng, phi tuyến)

- Điều khiển có gia công đồng thời theo nhiều trụckhác nhau Nhờ

vậy có thể gia công đường thẳng hoặc đường cong bất kỳ

- Hệ thống điều khiển contour tương đối phức tạp vì mỗi trục chuyển

động yêu cầu vận tốc và vị trí riêng

- Phần lớn các bộ điều khiển trong công nghiệp hiện nay là điều

khiển contour

- Bộ điều khiển contour có thể làm được các việc của 2 kiểu điều

khiển trước (điểm, đường)

- Các bộ điều khiển contour lại được phân loại theo số số trục có thể

điều khiển đồng thời Theo đặc điểm đó chúng ta phân biệt kiểu

điều khiển: 2D, ,3D, 4D, 5D hoặc nhiều hơn

 Điều khiển 2D

- Máy có khả năng điều khiển đồng thời 2 trục Vì vậy chỉ có thể

gia công đường thẳng hoặc đường cong trong một mặt phẳng

- VD: máy có thể điều khiển đồng thời 2 trục X, Y Chạy dao theo

trục Z phải thực hiện bằng tay hoặc sau khi dừng 2 trục kia

 Điều khiển

- Tương tự như điều khiển 2D, tại một thời điểm máy chỉ có thể điều

khiển đồng thời 2 trục

- Điểm khác là có thể thay đổi phương trục dao, nghĩa là có thể gia

công trong mặt phẳng X-Y, X-Z, Y-Z

- Trục thứ ba có thể được điều khiển tự động khi dừng 2 trục kia

 Điều khiển 3D

- Bộ điều khiển 3D có thể điều khiển đồng thời 3 trục

- Nhờ vậy có thể gia công các đường, mặt không gian, ví dụ mặt cầu,

mặt xoắn vít trụ

- Tuy nhiên, trên một số máy chỉ có thể gia công đường thẳng 3D,

đường xoắn ốc (nội suy cung tròn theo 2 trục và đường thẳng theo

trục thứ ba)

- Chú ý: số trục được điều khiển đồng thời không nhất thiết bằng số

trục của máy

Điều khiển 3D

 Điều khiển 4D, 5D

- Điều khiển dịch chuyển theo 3 trục (3D)

- Có thêm 1 – 2 chuyển động quay của dao (hoặc chi tiết) xung

quanh 1 trục nào đó

- ứng dụng

- trong gia công các bề mặt không gian phức tạp

- để duy trì chế độ công nghệ: tốc độ cắt không đổi,

§iÒu khiÓn 4D

 C¸c d¹ng ®iÒu khiÓn

- §iÒu khiÓn ®iÓm - ®iÓm

- §iÒu khiÓn ®−êng

- §iÒu khiÓn contour

• 2D

• 2

• 3D

• 4D, 5D

 Lùa chän kiÓu ®iÒu khiÓn

phô thuéc vµo h×nh d¸ng

1.2.3 VËt mang tin vμ cèt m· ho¸

 VËt mang tin (phÇn tö mang ch−¬ng tr×nh)

 T¹i sao ng−êi ta hay dïng kh¸i niÖm CAD/CAM/CNC?

 Ph©n tÝch cÊu tróc bé ®iÒu khiÓn CNC