Thành phần , phần cứng , phần mềm của máy điều khiển số

1) Thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển NC và CNC Hệ thống đk NC và CNC có hai thành phần cơ bản đó là cụm đk máy và cụm dẫn động động cơ . Cụm đk máy được hình thành trên cơ sở thiết bị điều khiển điện tử ,thiết bị vào ra và thiết bị số . Hệ CNC được thiết kế theo mục đích riêng , nhiệm vụ của nó là hình thành thuật toán theo trình tự nhất định , trình tự đó là cơ sở cho hệ NC và CNC . Các thuật toán này được thực hiện trên cơ sở phần cứng và phần mềm của MCU các thuật toán của hệ NC được hình trên cơ sở mạch điện tử . Hệ CNC thuật toán được thực hiện nhờ phần mềm được lưu trữ trong cụm đk . Cụm dẫn động gồm có động cơ , phần tự đk , khuếch đại công suất và các sensor phản hồi tốc độ trục chính , vị trí và tốc độ chạy dao . Cụm dẫn động còn phải kể đến hệ truyền động cơ khí vitme đai ốc bi , bộ truyền đai răng hoặc hộp tốc độ chuyển động chạy dao . Tốc độ trục chính được chia ra làm hai dải , dải tốc độ thấp và dải tốc độ cao 2) Chức năng của cụm đk MCU Vào số liệu : chức năng này bao gồm vào và lưu trữ số liệu , đó là số liệu mô tả đường chuyển động dụng cụ và điều khiển gc sản phẩm Sử lý số liệu : cấu trrúc chương trình được đưa vào cụm MCU tại đây nó được mã hoá thành số nhị phân sau đó được lưu trữ vào bộ nhớ đệm các số liệu này được xử lý tại cụm sử lý trung tâm , tính toán xác định vị trí , lượng chạy dao , hiệu chỉnh chiều dài và đường kính dụng cụ cũng như các số liệu rời rạc yêu cầu như điều khiển đóng ngắt hệ thống bôi trơn , làm mát chi tiết và các thiết bị đk cổng I O đảm bảo trình tự truyền tín hiệu giữa máy công cụ và cụm đk Số liệu ra : số liệu đưa ra của MCU là tín hiệu vị trí và lượgn chạy dao , các tín hiệu này được gửi tới mạch secvô để sinh ra tín hiệu đk động cơ . Trong cụm dẫn động động cơ luôn bố trí mạch khuyếch đại vì tín hiệu đưa vào cụm động cơ rất nhỏ không đủ công suất để động cơ hoạt động Ghép nối vào ra : Các tín hiệu rời rạc yêu cầu từ số liệu vào như điều chỉnh trục chính đóng mở động cơ làm mát bôi trơn , dừng khẩn cấp dừng chu trình và các tín hiệu khác từ máy công cụ gửi bởi hệ CNC sơ đồ như hình vẽ

III Thành phần , phần cứng , phần mềm của máy điều khiển số

1) Thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển NC và CNC

Hệ thống đk NC và CNC có hai thành phần cơ bản đó là cụm đk máy và cụm dẫn động động cơ Cụm đk máy đợc hình thành trên cơ sở thiết bị điều khiển điện tử ,thiết bị vào ra và thiết bị số Hệ CNC đợc thiết kế theo mục

đích riêng , nhiệm vụ của nó là hình thành thuật toán theo trình tự nhất định , trình tự đó là cơ sở cho hệ NC và CNC Các thuật toán này đợc thực hiện trên cơ sở phần cứng và phần mềm của MCU các thuật toán của hệ NC đợc hình trên cơ sở mạch điện tử Hệ CNC thuật toán đợc thực hiện nhờ phần mềm đợc lu trữ trong cụm đk Cụm dẫn động gồm có động cơ , phần tự đk , khuếch đại công suất và các sensor phản hồi tốc độ trục chính , vị trí và tốc

độ chạy dao Cụm dẫn động còn phải kể đến hệ truyền động cơ khí vitme

đai ốc bi , bộ truyền đai răng hoặc hộp tốc độ chuyển động chạy dao Tốc độ trục chính đợc chia ra làm hai dải , dải tốc độ thấp và dải tốc độ cao

2) Chức năng của cụm đk MCU

- Vào số liệu : chức năng này bao gồm vào và lu trữ số liệu , đó là số liệu mô tả đờng chuyển động dụng cụ và điều khiển gc sản phẩm

- Sử lý số liệu : cấu trrúc chơng trình đợc đa vào cụm MCU tại đây nó đợc mã hoá thành số nhị phân sau đó đợc lu trữ vào bộ nhớ đệm các số liệu này

đợc xử lý tại cụm sử lý trung tâm , tính toán xác định vị trí , lợng chạy dao , hiệu chỉnh chiều dài và đờng kính dụng cụ cũng nh các số liệu rời rạc yêu cầu nh điều khiển đóng ngắt hệ thống bôi trơn , làm mát chi tiết và các thiết

bị đk cổng I/ O đảm bảo trình tự truyền tín hiệu giữa máy công cụ và cụm đk

- Số liệu ra : số liệu đa ra của MCU là tín hiệu vị trí và lợgn chạy dao , các tín hiệu này đợc gửi tới mạch secvô để sinh ra tín hiệu đk động cơ Trong cụm dẫn động động cơ luôn bố trí mạch khuyếch đại vì tín hiệu đa vào cụm

động cơ rất nhỏ không đủ công suất để động cơ hoạt động

-Ghép nối vào ra : Các tín hiệu rời rạc yêu cầu từ số liệu vào nh điều chỉnh trục chính đóng mở động cơ làm mát bôi trơn , dừng khẩn cấp dừng chu trình

và các tín hiệu khác từ máy công cụ gửi bởi hệ CNC sơ đồ nh hình vẽ

3)Phần cứng cụm đk MCU

a) vi sử lý : là máy tính nhỏ hoặc một thành phần cơ bản của một máy tính

có thể thực hiện đợc là nhờ mối liên hệ trực tiếp rất tinh vi của các mạch logic và điện tử Nhờ chơng trình nguồn ghi trong bộ nhớ để hình thành thuật toán trên cơ sở các số liệu vào phù hợp với chơng trình điều khiển

Điều khiển các phần tử trong CPU và ngoài CPU không qua các bit Cấu trúc của CPU chia ra 3 phần cơ bản là : phần tử số học ; phần tử đk ; bộ nhớ truy cập nhanh (hv)

* phần tử đk : làm nhiệm vụ đk tất cả các phần tử của nó và phần tử khác trong CPU xung nhịp đa vào của hệ thống đk nhằm thực hiện đồng bộ giữa các hệ thống đk Phần tử đk chuyển đổi thông tin giữa nó với các phần tử khác thông qua bus , đồng thời nó cũng làm nhiệm vụ sinh ra các tín hiệu yêu cầu từ các phần tử khác Tổ chức cấu trúc đợc lu trữ trong bộ nhớ và xem đây nh một chơng trình Chơng trình này có thể thay đổi bằng cách thayđổi thứ tự các thông tin đã đợc lu trữ trong bộ nhớ chính nhờ khả năng quan trọng này mà CPU đã làm cho MCU linh hoạt hơn

Qúa trình sử lý thông tin số trong hệ đk có thể đợc thực hiện nh sau số liệu qua cổng vào đợc đa tới bộ nhớ truy nhập nhanh , phần tử đk gọi chơng trình

đk lu trữ bộ nhớ Ram hoặc Rom gọi là bộ nhớ chính gửi tới và gửi tín hiệu

đến các cụm trong hệ thống để thực hiện cấu trúc yêu cầu Trong hệ đk phần

tử Trong hệ đk , fần tử đk có mạch giải mã , mạch này giải mã các thông tin

từ bộ nhớ truy cập nhanh và đa các thông tin này ra sử lý Thông tin đợc đa bởi mạch tạo xung đk hình thành các dãy xung khác nhau để đa đi đk các bộ phận khác

*Phần tử số học ALU : có nhiệm vụ hình thành các thuật toán trên cơ sở các

số liệu đa vào , các kiểu thuật toán nh + - x / cộng thuật toán và các chức năng yêu cầu khác của chơng trình chính Trong phần tử số học khối logic cho phép so sánh lặp , phân vùng bộ nhớ , lựa chọn

Liên kết với ALU là một số thanh ghi lu trữ dùng để lu trữ số liệu trong các chơng trình tính toán Các thanh ghi lu trữ gần giống với vùng lu trữ đặc biệt trong bộ nhớ nhng khác là dùng các mạch TTL và có tốc độ cao hơn

* Bộ nhớ truy cập nhanh : là một bộ nhớ trong CPU dùng để lu trữ tạm thời các số liệu đang đợc phần tử số học sử lý

b) Bộ nhớ : bộ nhớ CPU có dung lợng nhỏ và chỉ dùng để lu trữ số liệu tạm thời vì vậy hệ CNC cần một bộ nhớ lớn để ghi các chơng trình ứng dụng ,

ch-ơng trình đk , chch-ơng trình ghép nối và các số liệu đã đợc sử lý

Bộ nhớ trong máy tính có thể chia ra làm 2 thành phần : Bộ nhớ thứ nhất dùng để lu trữ địa chỉ hay còn gọi là vùng nhớ đặc biệt là gồm Ram , Rom

;bộ nhớ Rom chỉ đọc bởi CPU chơng trình đk và ghép nối đợc lu trữ trong Rom ; Bộ nhớ Ram : là bộ nhớ truy nhập tạm thời mà CPU có thể đọc và ghi thông tin vào Ram Khi mất điện các thông tin bị xoá và không thể lấy lại

đ-ợc Các chơng trình lu trữ trong Ram luôn sẵn sàng làm việc

Bộ nhớ thứ hai là ổ cứng và đĩa mềm Đĩa mềm dùng để chuyển thông tin từ máy này sang máy khác ổ cứng thờng lắp trực tiếp trên Main của hệ thống

đk vì vậy không tháo ra đợc ổ cứng dùng để lu trữ chơng trình ứng dụng , chơng trình kiểm tra , chơng trình phục vụ , báo lỗi hệ thống Các chơng trình này không trực tiếp chạy trên ổ cứng

c) Truyền dẫn

Hệ thống CNC đòi hỏi liên hệ CPU và các bộ phận khác trong hệ thống Thiết bị truyền dẫn chính là Bus cho phép gửi nhận thông tin trong hệ CNC

có 3 thiết bị cần đợc liên hệ là : thiết bị thông báo ; thiết bị vào ra ; chơng trình ứng ụng Thiết bị thông báo thờng là màn hình có kích thớc tuỳ theo qui định của cơ sở sản xuất Màn hình chỉ hiển thị thông tin ứng dụng , vị trí các trục điều khiển , đờng chạy dao của chơng trình đang thực hiện, hiệu chỉnh dụng cụ và giá trị hiệu chỉnh , thông báo chơng trình ,cảnh báo lỗi

ch-ơng trình , hệ thống đk secvô , giá trị khoảng cách đk Bàn đk có chức năng liên kết với cụm đk để đk máy có dạng tuỳ thuộc vào dạng máy và hãng sản xuất thông thờng trên bàn đk chia 3 vùng

Vùng một bố trí thiết bị hiển thị thông tin (màn hình); vùng 2 bố trí thiết bị vào ra chơng trình ứng dụng và chức năng lập trình bằng tay ; vùng 3 là vùng

đk máy bố trí các phím với các chức năng khác nhau nh khởi động chơng trình , chạy nhanh không tải , chạy theo từng khối lệch , đk bằng tay Trên bàn đk còn bố trí tay quay phát xung Tay quay này điều khiển các trục chuyển động bằng tay(hv)

d)Điều khiển sécvô

Cần thiết phải biến đổi xung điều khiển đợc sinh ra tự cụm MCU để hình thành tín hiệu điều khiển cho động cơ nhiệm vụ này đợc thực hiện nhờ hai mạch : mạch điều khiển secvô và mạch phản hồi (hv)

Mạch điều khiển secvô điều khiển cả hai thông số : tốc độ (áp suất khi dùng thuỷ lực ); vị trí ( độ chính xác và độ cx dừng )

Mạch khuyếch đại Secvô có chức năng : + khuyếch đại dòng hoặc áp hoặc cả dòng và áp đến mức đủ lớn để đk đợc động cơ hoặc van secvô ;+ Dễ dàng thực hiện điều khiển phản hồi thông số tốc độ và vị trí ;Đảm bảo an toàn cho

hệ thống khi dầu giảm xuống do mô men tăng lên

e) Điều khiển tốc độ trục chính

Nhằm đảm bảo độ chính xác và độ bóng bề đợc gia công trên cơ sở vật liệu

gc và vật liệu làm dc cắt Mạch điều khiển tốc độ đợc chia làm hai thành phần gồm mạch phản hồi và mạch đk , ngoài ra trong cụm còn có các mạch biến đổi tơng tự số

Mạch phản hồi điều khiển tốc độ dùng Tachometer tỷ lệ với tốc độ quay của

nó do vậy Tachometer đợc lắp đồng bộ với trục động cơ , điện áp từ Tachometer gọi là điện áp phản hồi đợc đa về hệ CNC để đk tốc độ động cơ

f) Điều khiển trình tự

mọi loại động cơ của máy CNC đều đợc hoạt động theo một trình tự xác định vd: Khi động cơ trục chính quay yêu cầu phải đợc bôi trơn đầy đủ nếu yêu cầu này không đợc đáp ứng thì động cơ không đợc quay Hay nếu vùng gia công cha đóng kín thì cũng không thực hiện quá trình gia công Điều khiển trình tự gia công đợc thực hiện bởi một hệ logic trình tự (hv)